Классификация химических реакций в неорганической и органической химии

Классификация химических реакций в неорганической и органической химии

Химические реакции, или химические явления, — это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие, отличающиеся от них по составу и (или) строению.

При химических реакциях обязательно происходит изменение веществ, при котором рвутся старые и образуются новые связи между атомами.

Химические реакции следует отличать от ядерных реакций. В результате химической реакции общее число атомов каждого химического элемента и его изотопный состав не меняются. Иное дело ядерные реакции — процессы превращения атомных ядер в результате их взаимодействия с другими ядрами или элементарными частицами, например, превращение алюминия в магний:

$\underset{13}{\overset{27}{}}\mathit{A}\mathit{l}+\underset{1}{\overset{1}{}}\mathit{H}=\underset{12}{\overset{24}{}}\mathit{M}\mathit{g}+\underset{2}{\overset{4}{}}\mathit{H}\mathit{e}$

Классификация химических реакций многопланова, т.е. в ее основу могут быть положены различные признаки. Но под любой из таких признаков могут быть отнесены реакции как между неорганическими, так и между органическими веществами.

Рассмотрим классификацию химических реакций по различным признакам.

Классификация химических реакций по числу и составу реагирующих веществ. Реакции, идущие без изменения состава вещества

В неорганической химии к таким реакциям можно отнести процессы получения аллотропных модификаций одного химического элемента, например:

${\mathit{С}}_{\left(\mathit{г}\mathit{р}\mathit{а}\mathit{ф}\mathit{и}\mathit{т}\right)}\rightleftarrows {\mathit{С}}_{\left(\mathit{а}\mathit{л}\mathit{м}\mathit{а}\mathit{з}\right)}$

${\mathit{S}}_{\left(\mathit{р}\mathit{о}\mathit{м}\mathit{б}\mathit{и}\mathit{ч}\mathit{е}\mathit{с}\mathit{к}\mathit{а}\mathit{я}\right)}\rightleftarrows {\mathit{S}}_{\left(\mathit{м}\mathit{о}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{к}\mathit{л}\mathit{и}\mathit{н}\mathit{н}\mathit{а}\mathit{я}\right)}$

${\mathit{Р}}_{\left(\mathit{б}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{ы}\mathit{й}\right)}\rightleftarrows {\mathit{Р}}_{\left(\mathit{к}\mathit{р}\mathit{а}\mathit{с}\mathit{н}\mathit{ы}\mathit{й}\right)}$

$\mathit{S}{\mathit{n}}_{\left(\mathit{б}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{е}\mathit{о}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{о}\right)}\rightleftarrows \mathit{S}{\mathit{n}}_{\left(\mathit{с}\mathit{е}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{е}\mathit{о}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{о}\right)}$

$3{\mathit{О}}_{2\left(\mathit{к}\mathit{и}\mathit{с}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{д}\right)}\rightleftarrows 2{\mathit{О}}_{3\left(\mathit{о}\mathit{з}\mathit{о}\mathit{н}\right)}$.

В органической химии к этому типу реакций могут быть отнесены реакции изомеризации, которые идут без изменения не только качественного, но и количественного состава молекул веществ, например:

1. Изомеризация алканов.

Реакция изомеризации алканов имеет большое практическое значение, т.к. углеводороды изостроения обладают меньшей способностью к детонации.

2. Изомеризация алкенов.

3. Изомеризация алкинов (реакция А. Е. Фаворского).

4. Изомеризация галогеналканов (А. Е. Фаворский).

5. Изомеризация цианата аммония при нагревании.

Впервые мочевина была синтезирована Ф. Велером в 1882 г. изомеризацией цианата аммония при нагревании.

Реакции, идущие с изменением состава вещества

Можно выделить четыре типа таких реакций: соединения, разложения, замещения и обмена.

1. Реакции соединения — это такие реакции, при которых из двух и более веществ образуется одно сложное вещество.

В неорганической химии все многообразие реакций соединения можно рассмотреть на примере реакций получения серной кислоты из серы:

1) получение оксида серы (IV):

$\mathit{S}+{\mathit{O}}_2=\mathit{S}{\mathit{O}}_2$ — из двух простых веществ образуется одно сложное;

2) получение оксида серы (VI):

$2\mathit{S}{\mathit{O}}_2+{\mathit{O}}_2\stackrel{\mathit{t},\mathit{p},\mathit{к}\mathit{а}\mathit{т}.}{\rightleftarrows }2\mathit{S}{\mathit{O}}_3$ - из простого и сложного веществ образуется одно сложное;

3) получение серной кислоты:

$\mathit{S}{\mathit{O}}_3+{\mathit{H}}_2\mathit{O}={\mathit{H}}_2\mathit{S}{\mathit{O}}_4$ — из двух сложных веществ образуется одно сложное.

Примером реакции соединения, при которой одно сложное вещество образуется из более чем двух исходных, может служить заключительная стадия получения азотной кислоты:

$4\mathit{N}{\mathit{O}}_2+{\mathit{O}}_2+2{\mathit{H}}_2\mathit{O}=4\mathit{H}\mathit{N}{\mathit{O}}_3$.

В органической химии реакции соединения принято называть реакциями присоединения. Все многообразие таких реакций можно рассмотреть на примере блока реакций, характеризующих свойства непредельных веществ, например этилена:

1) реакция гидрирования — присоединение водорода:

$\mathit{C}{\mathit{H}}_2\underset{\mathit{э}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{н}}{=}\mathit{C}{\mathit{H}}_2+{\mathit{H}}_2\stackrel{\mathit{N}\mathit{i},\mathit{t}°}{\to }\mathit{C}{\mathit{H}}_3\underset{\mathit{э}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}}{-}\mathit{C}{\mathit{H}}_3;$

2) реакция гидратации — присоединение воды:

$\mathit{C}{\mathit{H}}_2\underset{\mathit{э}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{н}}{=}\mathit{C}{\mathit{H}}_2+{\mathit{H}}_2\mathit{O}\stackrel{{\mathit{H}}_3\mathit{P}{\mathit{O}}_4,\mathit{t}°}{\to }\underset{\mathit{э}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{л}}{{\mathit{C}}_2{\mathit{H}}_5\mathit{O}\mathit{H}};$

3) реакция полимеризации:

$\underset{\mathit{э}\mathit{т}\mathit{и}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}}{\mathit{n}\mathit{C}{\mathit{H}}_2=\mathit{C}{\mathit{H}}_2}\stackrel{\mathit{p},\mathit{к}\mathit{а}\mathit{т}.,\mathit{t}°}{\to }\underset{\mathit{п}\mathit{о}\mathit{л}\mathit{и}\mathit{э}\mathit{т}\mathit{и}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}}{{\left(-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\right)}_{\mathit{n}}}$

2. Реакции разложения — это такие реакции, при которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ.

В неорганической химии все многообразие таких реакций можно рассмотреть на примере блока реакций получения кислорода лабораторными способами:

1) разложение оксида ртути (II):

$2\mathit{H}\mathit{g}\mathit{O}\stackrel{\mathit{t}°}{\to }2\mathit{H}\mathit{g}+{\mathit{O}}_2\uparrow$ — из одного сложного вещества образуются два простых;

2) разложение нитрата калия:

$2\mathit{K}\mathit{N}{\mathit{O}}_3\stackrel{\mathit{t}°}{\to }2\mathit{K}\mathit{N}{\mathit{O}}_2+{\mathit{O}}_2\uparrow$ — из одного сложного вещества образуются одно простое и одно сложное;

3) разложение перманганата калия:

$2\mathit{K}\mathit{M}\mathit{n}{\mathit{O}}_4\stackrel{\mathit{t}°}{\to }{\mathit{K}}_2\mathit{M}\mathit{n}{\mathit{O}}_4+\mathit{M}\mathit{n}{\mathit{O}}_2+{\mathit{O}}_2\uparrow$ — из одного сложного вещества образуются два сложных и одно простое, т.е. три новых вещества.

В органической химии реакции разложения можно рассмотреть на примере блока реакций получения этилена в лаборатории и промышленности:

1) реакция дегидратации (отщепления воды) этанола:

${\mathit{C}}_2{\mathit{H}}_5\mathit{O}\mathit{H}\stackrel{{\mathit{H}}_2\mathit{S}{\mathit{O}}_4,\mathit{t}°}{\to }\mathit{C}{\mathit{H}}_2=\mathit{C}{\mathit{H}}_2+{\mathit{H}}_2\mathit{O};$

2) реакция дегидрирования (отщепления водорода) этана:

$\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{—}\mathit{C}{\mathit{H}}_3\stackrel{\mathit{C}{\mathit{r}}_2{\mathit{O}}_3,500°\mathit{C}}{\to }\mathit{C}{\mathit{H}}_2=\mathit{C}{\mathit{H}}_2+{\mathit{H}}_2\uparrow ;$

3) реакция крекинга (расщепления) пропана:

$\mathit{C}{\mathit{H}}_3-\mathit{C}{\mathit{H}}_2\mathit{C}{\mathit{H}}_3\stackrel{\mathit{t}°}{\to }\mathit{C}{\mathit{H}}_2=\mathit{C}{\mathit{H}}_2+\mathit{C}{\mathit{H}}_4\uparrow .$

3. Реакции замещения — это такие реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы какого-либо элемента в сложном веществе.

В неорганической химии примером таких процессов может служить блок реакций, характеризующих свойства, например, металлов:

1) взаимодействие щелочных и щелочноземельных металлов с водой:

$2\mathit{N}\mathit{a}+2{\mathit{H}}_2\mathit{O}=2\mathit{N}\mathit{a}\mathit{O}\mathit{H}+{\mathit{H}}_2\uparrow$

2) взаимодействие металлов с кислотами в растворе:

$\mathit{Z}\mathit{n}+2\mathit{H}\mathit{C}\mathit{l}=\mathit{Z}\mathit{n}\mathit{C}{\mathit{l}}_2+{\mathit{H}}_2\uparrow$;

3) взаимодействие металлов с солями в растворе:

$\mathit{F}\mathit{e}+\mathit{C}\mathit{u}\mathit{S}{\mathit{O}}_4=\mathit{F}\mathit{e}\mathit{S}{\mathit{O}}_4+\mathit{C}\mathit{u};$

4) металлотермия:

$2\mathit{A}\mathit{l}+\mathit{C}{\mathit{r}}_2{\mathit{O}}_3\stackrel{\mathit{t}°}{\to }\mathit{A}{\mathit{l}}_2{\mathit{O}}_3+2\mathit{C}\mathit{r}$.

Предметом изучения органической химии являются не простые вещества, а только соединения. Поэтому как пример реакции замещения приведем наиболее характерное свойство предельных соединений, в частности метана, — способность его атомов водорода замещаться на атомы галогена:

$\mathit{C}{\mathit{H}}_4+\mathit{C}{\mathit{l}}_2\stackrel{\mathit{h}\mathit{\nu }}{\to }\underset{\mathit{х}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{р}\mathit{м}\mathit{е}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}}{\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{l}}+\mathit{H}\mathit{C}\mathit{l}$,

$\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{l}+\mathit{C}{\mathit{l}}_2\to \underset{\mathit{д}\mathit{и}\mathit{х}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{р}\mathit{м}\mathit{е}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}}{\mathit{C}{\mathit{H}}_2\mathit{C}{\mathit{l}}_2}+\mathit{H}\mathit{C}\mathit{l}$,

$\mathit{C}{\mathit{H}}_2\mathit{C}{\mathit{l}}_2+\mathit{C}{\mathit{l}}_2\to \underset{\mathit{т}\mathit{р}\mathit{и}\mathit{х}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{р}\mathit{м}\mathit{е}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}}{\mathit{C}\mathit{H}\mathit{C}{\mathit{l}}_3}+\mathit{H}\mathit{C}\mathit{l}$,

$\mathit{C}\mathit{H}\mathit{C}{\mathit{l}}_3+\mathit{C}{\mathit{l}}_2\to \underset{\mathit{т}\mathit{е}\mathit{т}\mathit{р}\mathit{а}\mathit{х}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{р}\mathit{м}\mathit{е}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}}{\mathit{C}\mathit{C}{\mathit{l}}_4}+\mathit{H}\mathit{C}\mathit{l}$.

Другой пример — бромирование ароматического соединения (бензола, толуола, анилина):

${\mathit{C}}_6{\mathit{H}}_6\mathit{B}{\mathit{r}}_2\stackrel{\mathit{F}\mathit{e}\mathit{B}{\mathit{r}}_3}{\to }\underset{\mathit{б}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{м}\mathit{б}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{з}\mathit{о}\mathit{л}}{{\mathit{C}}_6{\mathit{H}}_5\mathit{B}\mathit{r}}+\mathit{H}\mathit{B}\mathit{r}$.

Обратим внимание на особенность реакций замещения у органических веществ: в результате таких реакций образуются не простое и сложное вещества, как в неорганической химии, а два сложных вещества.

В органической химии к реакциям замещения относят и некоторые реакции между двумя сложными веществами, например, нитрование бензола:

${\mathit{C}}_6{\mathit{H}}_6+\underset{\mathit{б}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{з}\mathit{о}\mathit{л}}{\mathit{H}\mathit{N}{\mathit{O}}_3}\stackrel{{\mathit{H}}_2\mathit{S}{\mathit{O}}_4\left(\mathit{к}\mathit{о}\mathit{н}\mathit{ц}.\right),\mathit{t}°}{\to }\underset{\mathit{н}\mathit{и}\mathit{т}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{б}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{з}\mathit{о}\mathit{л}}{{\mathit{C}}_6{\mathit{H}}_5\mathit{N}{\mathit{O}}_2}+{\mathit{H}}_2\mathit{O}$

Она формально является реакцией обмена. То, что это реакция замещения, становится понятным только при рассмотрении ее механизма.

4. Реакции обмена — это такие реакции, при которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями.

Эти реакции характеризуют свойства электролитов и в растворах протекают по правилу Бертолле, т.е. только в том случае, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, ${\mathit{Н}}_2\mathit{О}$).

В неорганической химии это может быть блок реакций, характеризующих, например, свойства щелочей:

1) реакция нейтрализации, идущая с образованием соли и воды:

$\mathit{N}\mathit{a}\mathit{O}\mathit{H}+\mathit{H}\mathit{N}{\mathit{O}}_3=\mathit{N}\mathit{a}\mathit{N}{\mathit{O}}_3+{\mathit{H}}_2\mathit{O}$

или в ионном виде:

$\mathit{O}{\mathit{H}}^{\mathit{–}}+{\mathit{H}}^{+}={\mathit{H}}_2\mathit{O}$;

2) реакция между щелочью и солью, идущая с образованием газа:

$2\mathit{N}{\mathit{H}}_4\mathit{C}\mathit{l}+\mathit{C}\mathit{a}{\left(\mathit{O}\mathit{H}\right)}_2=\mathit{C}\mathit{a}\mathit{C}{\mathit{l}}_2+2\mathit{N}{\mathit{H}}_3\uparrow +2{\mathit{H}}_2\mathit{O}$

или в ионном виде:

$\mathit{N}{\mathit{H}}_4^{+}+\mathit{O}{\mathit{H}}^{\mathit{–}}=\mathit{N}{\mathit{H}}_3\uparrow +{\mathit{H}}_2\mathit{O}$;

3) реакция между щелочью и солью, идущая с образованием осадка:

$\mathit{C}\mathit{u}\mathit{S}{\mathit{O}}_4+2\mathit{K}\mathit{O}\mathit{H}=\mathit{C}\mathit{u}{\left(\mathit{O}\mathit{H}\right)}_2\downarrow +{\mathit{K}}_2\mathit{S}{\mathit{O}}_4$

или в ионном виде:

$\mathit{C}{\mathit{u}}^{2+}+2\mathit{O}{\mathit{H}}^{-}=\mathit{C}\mathit{u}{\left(\mathit{O}\mathit{H}\right)}_2\downarrow$

В органической химии можно рассмотреть блок реакций, характеризующих, например, свойства уксусной кислоты:

1) реакция, идущая с образованием слабого электролита — ${\mathit{H}}_2\mathit{O}$:

$\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{O}\mathit{O}\mathit{H}+\mathit{N}\mathit{a}\mathit{O}\mathit{H}\rightleftarrows \mathit{N}\mathit{a}\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{O}\mathit{O}+{\mathit{H}}_2\mathit{O}$

или

$\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{O}\mathit{O}\mathit{H}+\mathit{O}{\mathit{H}}^{-}\rightleftarrows \mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{O}{\mathit{O}}^{-}+{\mathit{H}}_2\mathit{O}$;

2) реакция, идущая с образованием газа:

$2\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{O}\mathit{O}\mathit{H}+\mathit{C}\mathit{a}\mathit{C}{\mathit{O}}_3=2\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{O}{\mathit{O}}^{\mathit{–}}+\mathit{C}{\mathit{a}}^{2+}+\mathit{C}{\mathit{O}}_2\uparrow +{\mathit{H}}_2\mathit{O}$;

3) реакция, идущая с образованием осадка:

$2\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{O}\mathit{O}\mathit{H}+{\mathit{K}}_2\mathit{S}\mathit{i}{\mathit{O}}_3=2\mathit{K}\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{O}\mathit{O}+{\mathit{H}}_2\mathit{S}\mathit{i}{\mathit{O}}_3\downarrow$

или

$2\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{O}\mathit{O}\mathit{H}+\mathit{S}\mathit{i}{\mathit{O}}_3^{-}=2\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{C}\mathit{O}{\mathit{O}}^{-}+{\mathit{H}}_2\mathit{S}\mathit{i}{\mathit{O}}_3\downarrow$.

Классификация химических реакций по изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества

Реакции, идущие с изменением степеней окисления элементов, или окислительно-восстановительные реакции.

К ним относится множество реакций, в том числе все реакции замещения, а также те реакции соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество, например:

1.$\stackrel{0}{\mathit{M}\mathit{g}}+\stackrel{+1}{2\mathit{H}}+\mathit{S}{\mathit{O}}_4^{-2}=\stackrel{+2}{\mathit{M}\mathit{g}}\mathit{S}{\mathit{O}}_4+\stackrel{0}{{\mathit{H}}_2}\uparrow$

$\underset{\mathit{в}\mathit{о}\mathit{с}\mathit{с}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{и}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{ь}}{\stackrel{0}{\mathit{M}\mathit{g}}-2\stackrel{-}{\mathit{e}}}\stackrel{\mathit{о}\mathit{к}\mathit{и}\mathit{с}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{и}\mathit{е}}{\to }\stackrel{+2}{\mathit{M}\mathit{g}}$

$\underset{\mathit{о}\mathit{к}\mathit{и}\mathit{с}\mathit{л}\mathit{и}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{ь}}{\stackrel{+1}{2\mathit{H}}+2\stackrel{-}{\mathit{e}}}\stackrel{\mathit{в}\mathit{о}\mathit{с}\mathit{с}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{и}\mathit{е}}{\to }\stackrel{0}{{\mathit{H}}_2}$

2.$\stackrel{0}{2\mathit{M}\mathit{g}}+\stackrel{0}{{\mathit{O}}_2}=\stackrel{+2}{2\mathit{M}\mathit{g}}\stackrel{-2}{\mathit{O}}$

$\underset{\mathit{в}\mathit{о}\mathit{с}\mathit{с}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{и}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{ь}}{\stackrel{0}{\mathit{M}\mathit{g}}-2\stackrel{-}{\mathit{e}}}\stackrel{\mathit{о}\mathit{к}\mathit{и}\mathit{с}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{и}\mathit{е}}{\to }\stackrel{+2}{\mathit{M}\mathit{g}}|4|2$

$\underset{\mathit{о}\mathit{к}\mathit{и}\mathit{с}\mathit{л}\mathit{и}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{ь}}{\stackrel{0}{{\mathit{O}}_2}+4\stackrel{-}{\mathit{e}}}\stackrel{\mathit{в}\mathit{о}\mathit{с}\mathit{с}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{и}\mathit{е}}{\to }\stackrel{-2}{2\mathit{O}}|2|1$

Как вы помните, сложные окислительно-восстановительные реакции составляются с помощью метода электронного баланса:

$\stackrel{0}{2\mathit{F}\mathit{e}}+6{\mathit{H}}_2\stackrel{+6}{\mathit{S}}{\mathit{O}}_{4\left(\mathit{k}\right)}=\stackrel{+3}{\mathit{F}{\mathit{e}}_2}{\left(\mathit{S}{\mathit{O}}_4\right)}_3+3\stackrel{+4}{\mathit{S}}{\mathit{O}}_2+6{\mathit{H}}_2\mathit{O}$

$\underset{\mathit{в}\mathit{о}\mathit{с}\mathit{с}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{и}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{ь}}{\stackrel{0}{\mathit{F}\mathit{e}}-3\stackrel{-}{\mathit{e}}}\stackrel{\mathit{о}\mathit{к}\mathit{и}\mathit{с}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{и}\mathit{е}}{\to }\stackrel{+3}{\mathit{F}\mathit{e}}|2$

$\underset{\mathit{о}\mathit{к}\mathit{и}\mathit{с}\mathit{л}\mathit{и}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{ь}}{\stackrel{+6}{\mathit{S}}+2\stackrel{-}{\mathit{e}}}\stackrel{\mathit{в}\mathit{о}\mathit{с}\mathit{с}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{и}\mathit{е}}{\to }\stackrel{+4}{\mathit{S}}|3$

В органической химии ярким примером окислительно-восстановительных реакций могут служить свойства альдегидов:

1. Альдегиды восстанавливаются в соответствующие спирты:

$\underset{\mathit{о}\mathit{к}\mathit{и}\mathit{с}\mathit{л}\mathit{и}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{ь}}{\stackrel{+1}{\mathit{C}}+2\stackrel{-}{\mathit{e}}}\stackrel{\mathit{в}\mathit{о}\mathit{с}\mathit{с}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{и}\mathit{е}}{\to }\stackrel{-1}{\mathit{C}}|1$

$\underset{\mathit{в}\mathit{о}\mathit{с}\mathit{с}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{и}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{ь}}{\stackrel{0}{{\mathit{H}}_2}-2\stackrel{-}{\mathit{e}}}\stackrel{\mathit{о}\mathit{к}\mathit{и}\mathit{с}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{и}\mathit{е}}{\to }2\stackrel{+1}{\mathit{H}}|1$

2. Альдегиды окисляются в соответствующие кислоты:

$\underset{\mathit{в}\mathit{о}\mathit{с}\mathit{с}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{и}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{ь}}{\stackrel{+1}{\mathit{C}}-2\stackrel{-}{\mathit{e}}}\stackrel{\mathit{о}\mathit{к}\mathit{и}\mathit{с}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{и}\mathit{е}}{\to }\stackrel{+3}{\mathit{C}}|1$

$\underset{\mathit{о}\mathit{к}\mathit{и}\mathit{с}\mathit{л}\mathit{и}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{л}\mathit{ь}}{2\stackrel{+1}{\mathit{A}\mathit{g}}+2\stackrel{-}{\mathit{e}}}\stackrel{\mathit{в}\mathit{о}\mathit{с}\mathit{с}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{и}\mathit{е}}{\to }2\stackrel{0}{\mathit{A}\mathit{g}}|1$

Реакции, идущие без изменения степеней окисления химических элементов.

К ним, например, относятся все реакции ионного обмена, а также:

• многие реакции соединения:

$\mathit{L}{\mathit{i}}_2\mathit{O}+{\mathit{H}}_2\mathit{O}=2\mathit{L}\mathit{i}\mathit{O}\mathit{H};$

• многие реакции разложения:

$2\mathit{F}\mathit{e}{\left(\mathit{O}\mathit{H}\right)}_3\stackrel{\mathit{t}°}{\to }\mathit{F}{\mathit{e}}_2{\mathit{O}}_3+3{\mathit{H}}_2\mathit{O};$

• реакции этерификации:

$\mathit{H}\mathit{C}\mathit{O}\mathit{O}\mathit{H}+\mathit{C}{\mathit{H}}_3\mathit{O}\mathit{H}\rightleftarrows \mathit{H}\mathit{C}\mathit{O}\mathit{O}\mathit{C}{\mathit{H}}_3+{\mathit{H}}_2\mathit{O}$.

Классификация химических реакций по тепловому эффекту

По тепловому эффекту реакции делят на экзотермические и эндотермические.

Экзотермические реакции.

Эти реакции протекают с выделением энергии.

К ним относятся почти все реакции соединения. Редкое исключение составляют эндотермические реакции синтеза оксида азота (II) из азота и кислорода и реакция газообразного водорода с твердым иодом:

${\mathit{N}}_2+{\mathit{O}}_2=2\mathit{N}\mathit{O}\mathit{–}\mathit{Q}$,

${\mathit{H}}_{2\left(\mathit{г}\right)}+\mathit{I}2\left(\mathit{т}\right)=2\mathit{H}\mathit{I}\mathit{–}\mathit{Q}$.

Экзотермические реакции, которые протекают с выделением света, относят к реакциям горения, например:

$4\mathit{P}+5{\mathit{O}}_2=2{\mathit{P}}_2{\mathit{O}}_5+\mathit{Q},$

$\mathit{C}{\mathit{H}}_4+2{\mathit{O}}_2=\mathit{C}{\mathit{O}}_2+2{\mathit{H}}_2\mathit{O}+\mathit{Q}$.

Гидрирование этилена — пример экзотермической реакции:

$\mathit{C}{\mathit{H}}_2=\mathit{C}{\mathit{H}}_2+{\mathit{H}}_2\stackrel{\mathit{P}\mathit{t}}{\to }\mathit{C}{\mathit{H}}_3-\mathit{C}{\mathit{H}}_3+\mathit{Q}$

Она идет при комнатной температуре.

Эндотермические реакции

Эти реакции протекают с поглощением энергии.

Очевидно, что к ним относятся почти все реакции разложения, например:

а) обжиг известняка:

$\mathit{C}\mathit{a}\mathit{C}{\mathit{O}}_3\stackrel{\mathit{t}°}{\to }\mathit{C}\mathit{a}\mathit{O}+\mathit{C}{\mathit{O}}_2\uparrow -\mathit{Q};$

б) крекинг бутана:

Количество выделенной или поглощенной в результате реакции энергии называют тепловым эффектом реакции, а уравнение химической реакции с указанием этого эффекта называют термохимическим уравнением, например:

${\mathit{H}}_{2\left(\mathit{г}\right)}+\mathit{C}{\mathit{l}}_{2\left(\mathit{г}\right)}=2\mathit{H}\mathit{C}{\mathit{l}}_{\left(\mathit{г}\right)}+92.3\mathit{к}\mathit{Д}\mathit{ж},$

${\mathit{N}}_{2\left(\mathit{г}\right)}+{\mathit{О}}_{2\left(\mathit{г}\right)}=2\mathit{N}{\mathit{O}}_{\left(\mathit{г}\right)}\mathit{–}90.4\mathit{к}\mathit{Д}\mathit{ж}$.

Классификация химических реакций по агрегатному состоянию реагирующих веществ (фазовому составу)

Гетерогенные реакции.

Это реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях (в разных фазах):

$2\mathit{A}{\mathit{l}}_{\left(\mathit{т}\right)}+3\mathit{C}\mathit{u}\mathit{C}{\mathit{l}}_{2\left(\mathit{р}-\mathit{р}\right)}=3\mathit{C}{\mathit{u}}_{\left(\mathit{т}\right)}+2\mathit{A}\mathit{l}\mathit{C}{\mathit{l}}_{3\left(\mathit{р}-\mathit{р}\right)}$,

$\mathit{С}\mathit{а}{\mathit{С}}_{2\left(\mathit{т}\right)}+2{\mathit{Н}}_2{\mathit{О}}_{\left(\mathit{ж}\right)}={\mathit{С}}_2{\mathit{Н}}_2\uparrow +\mathit{С}\mathit{а}{\left(\mathit{О}\mathit{Н}\right)}_{2\left(\mathit{р}-\mathit{р}\right)}$.

Гомогенные реакции.

Это реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии (в одной фазе):

Классификация химических реакций по участию катализатора

Некаталитические реакции.

Некаталитические реакции идут без участия катализатора:

$2\mathit{H}\mathit{g}\mathit{O}\stackrel{\mathit{t}°}{\to }2\mathit{H}\mathit{g}+{\mathit{O}}_2\uparrow$,

${\mathit{C}}_2{\mathit{H}}_4+3{\mathit{O}}_2\stackrel{\mathit{t}°}{\to }2\mathit{C}{\mathit{O}}_2+2{\mathit{H}}_2\mathit{O}$.

Каталитические реакции.

Каталитические реакции идут с участием катализатора:

$2\mathit{K}\mathit{C}\mathit{l}{\mathit{O}}_3\stackrel{\mathit{M}\mathit{n}{\mathit{O}}_2,\mathit{t}°}{\to }2\mathit{K}\mathit{C}\mathit{l}+3{\mathit{O}}_2\uparrow ,$

$\underset{\mathit{э}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{л}}{{\mathit{C}}_2{\mathit{H}}_5\mathit{O}\mathit{H}}\stackrel{{\mathit{H}}_2\mathit{S}\mathit{O}-4,\mathit{t}°}{\to }\underset{\mathit{э}\mathit{т}\mathit{е}\mathit{н}}{\mathit{C}{\mathit{H}}_2=\mathit{C}{\mathit{H}}_2}\uparrow +{\mathit{H}}_2\mathit{O}$

Так как все биологические реакции, протекающие в клетках живых организмов, идут с участием особых биологических катализаторов белковой природы — ферментов, все они относятся к каталитическим или, точнее, ферментативным.

Следует отметить, что более $70\%$ химических производств используют катализаторы.

Классификация химических реакций по направлению

Необратимые реакции.

Необратимые реакции протекают в данных условиях только в од ном направлении.

К ним можно отнести все реакции обмена, сопровождающиеся образованием осадка, газа или малодиссоциирующего вещества (воды), и все реакции горения.

Обратимые реакции.

Обратимые реакции в данных условиях протекают одновременно в двух противоположных направлениях.

Таких реакций подавляющее большинство.

В органической химии признак обратимости отражают названия-антонимы процессов:

• гедрирование - дегидрирование;
• гидратация - дегидратация;
• полимеризация - деполимеризация.

Обратимы все реакции этерификации (противоположный процесс, как вы знаете, носит название гидролиза) и гидролиза белков, сложных эфиров, углеводов, полинуклеотидов. Обратимость лежит в основе важнейшего процесса в живом организме — обмена веществ.