1.4.1. Классификация химических реакций в неорганической и органической химии.

Классификационный признак

Тип реакции

соединения

в результате таких реакций из двух или более исходных веществ образуется только один продукт, например:

С + O₂ = CO₂

4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃

разложения

в таких реакциях из одного вещества образуется два или больше других веществ:

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

CaCO₃ = CaO + CO₂

замещения

Все реакции, в результате которых из простого и сложного веществ образуется другое простое и другое сложное вещества. Например:

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu

• В органической химии, под реакциями замещения подразумевают также такие реакции, в результате которых происходит замена атома водорода или заместителя прикрепленного к углеродному скелету молекулы, на другой заместитель. Подробнее — в таблице ниже посвященной классификации реакций в органической химии.

обмена

Реакциями обмена называют такие реакции, в результате которых вещества меняются своими составными частями. Например:

2NaOH + CuCl₂ = 2NaCl + Cu(OH)₂

Частный случай реакции обмена между кислотой и основанием носит также название реакции нейтрализации:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

• многие реакции органической химии, в которых вещества меняются своими составными частями относят к реакциям замещения. Подробнее — в таблице ниже посвященной классификации реакций в органической химии.

окислительно-восстановительные

в результате таких реакций изменяются степени окисления одного или более химических элемента. Например:

Реакции, протекающие с сохранением степеней окисления атомов всех химических элементов

обратимые

такие реакции обладают способностью протекать как в прямом, так и обратном направлении. Реакции, про которые обязательно нужно знать, что они обратимые:

необратимые

Такие реакции протекают только в прямом направлении. Если речь идет о реакциях между электролитами, то необратимой реакция является в том случае, если образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество. Например:

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂

В качестве малодиссоциирующих веществ в реакциях ионного обмена могут образоваться вода, слабые кислоты, гидроксид аммония.

экзотермические

В результате таких реакций выделяется энергия в виде теплоты. Обозначают такие реакции, добавляя «+Q» к уравнению реакции, например:

эндотермические

При протекании таких реакций поглощается тепло. Для обозначения таких реакций пишут «-Q» в уравнении реакции. Практически все реакции разложения являются эндотермическими:

Исключения: реакции разложения HI и NO являются экзотермическими.

гомогенные

Гомогенными реакциями называют такие реакции, реагенты в которых находятся в одной фазе. Примерами таких реакций могут быть многие реакции протекающие в растворах, реакции между газообразными веществами:

NaOH (р-р) + HCl(р-р) = NaCl + H₂O

2CO + O₂ = 2CO₂

В гомогенных реакциях не наблюдаются границы раздела между реагентами

гетерогенные

гетерогенными реакциями называют такие реакции, в которых реагирующие вещества находятся в разных фазах. Примерами таких реакций являются, взаимодействие цинка с раствором соляной кислоты, взаимодействие углекислого газа с известковой водой, и т.д.:

каталитические

реакции, протекающие в присутствии катализатора:

некаталитические

реакции, протекающие без катализатора:

Реакции присоединения

Гидрирование — присоединение водорода:

Гидратация — присоединение воды:

Гидрогалогенирование — присоединение галогеноводорода:

и др.

Реакции замещения

Под реакциями замещения в органической химии подразумевают такие реакции, в результате протекания которых происходит замена одного заместителя (или атома водорода) непосредственно прикрепленного к углеродному скелету на другой заместитель. Так, например, реакциями замещения являются:

Галогенирование алканов:

Нитрование углеводородов:

Реакция спиртов с галогеноводородными кислотами:

C₂H₅OH + HBr = C₂H₅Br + H₂O

и т.д.

Реакции отщепления (элиминирования)

Все реакции, в названии которых присутствует приставка «де-«:

дегидрирование:

дегидратация:

дегидрогалогенирование:

(от исходной молекулы бромэтана отщепляется бромоводород, который нейтрализуется щелочью)

дегалогенирование:

Также к реакциям отщепления (элиминирования) относят крекинг — процесс термического превращения углеводородов в соединения с меньшей длинной углеродного скелета. Например, крекинг алканов, уравнение которого в общем виде можно записать как:

Окислительно-восстановительные реакции

Реакции, при которых изменяется степень окисления одного или нескольких атомов углерода углеродного скелета.

Окисление органического соединения

В таких реакциях отдельные атомы углерода повышают свою степень окисления. Например:

Восстановление органического соединения

Чаще всего под восстановлением органических веществ понимают их взаимодействие с водородом. Например:

CH₃-CH=O + H₂ => CH₃-CH₂-OH

Реакции с сохранением качественного и количественного состава веществ

Изомеризация

Реакции протекающие по тем или иным механизмам

Реакции протекающие по ионному механизму

В таких реакциях активными действующими частицами являются ионы. Следует помнить, что по ионному механизму протекают такие реакции как:

• гидратация алкенов и алкинов
• нитрование аренов азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты
• галогенирование аренов в присутствии катализатора (галогениды Al или Fe(III))
• алкилирование аренов
• реакции спиртов с галогеноводородными кислотами
• реакции галогенпроизводных углеводородов с водным раствором щелочи
• присоединение галогенов по двойной или тройной связи

Реакции протекающие по радикальному механизму

В таких реакциях активными действующими частицами являются свободные радикалы:

• нитрование алканов
• галогенирование алканов
• присоединение хлора к бензолу при ультрафиолетовом облучении (с образованием гексахлорана — C₆H₆Cl₆)