ปฏิกิริยาการรวมสารเชิงเดี่ยว ปฏิกิริยาผสม
9.1. ปฏิกิริยาเคมีมีอะไรบ้าง?
ขอให้เราจำไว้ว่าเราเรียกปรากฏการณ์ทางเคมีใดๆ ในธรรมชาติว่าปฏิกิริยาเคมี ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี บางส่วนจะพังทลายและบางส่วนก็ก่อตัวขึ้น พันธะเคมี. ผลของปฏิกิริยาทำให้ได้รับสารอื่นจากสารเคมีบางชนิด (ดูบทที่ 1)
ดำเนินการ การบ้านภายในมาตรา 2.5 คุณเริ่มคุ้นเคยกับการเลือกปฏิกิริยาหลักสี่ประเภทแบบดั้งเดิมจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีทั้งชุด จากนั้นคุณยังเสนอชื่อ: ปฏิกิริยาของการรวมกัน การสลายตัว การทดแทน และการแลกเปลี่ยน
ตัวอย่างของปฏิกิริยาผสม:
C + O 2 = CO 2; (1)
นา 2 O + CO 2 = นา 2 CO 3; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O = NH 4 HCO 3 (3)
ตัวอย่างของปฏิกิริยาการสลายตัว:
2Ag 2 O 4Ag + O 2; (4)
แคลเซียมคาร์บอเนต 3 แคลเซียมคาร์บอเนต + CO 2; (5)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O (6)
ตัวอย่างของปฏิกิริยาการทดแทน:
CuSO 4 + เฟ = FeSO 4 + Cu; (7)
2NaI + Cl 2 = 2NaCl + I 2; (8)
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 (9)
| ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน- ปฏิกิริยาเคมีที่สารตั้งต้นดูเหมือนจะแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนที่เป็นส่วนประกอบ |
ตัวอย่างปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน:
บา(OH) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2H 2 O; (10)
HCl + KNO 2 = KCl + HNO 2; (สิบเอ็ด)
AgNO 3 + NaCl = AgCl + NaNO 3 (12)
การจำแนกประเภทของปฏิกิริยาเคมีแบบดั้งเดิมไม่ครอบคลุมความหลากหลายทั้งหมด นอกเหนือจากปฏิกิริยาหลักสี่ประเภทแล้ว ยังมีปฏิกิริยาที่ซับซ้อนอีกมากมายอีกด้วย
การระบุปฏิกิริยาเคมีอีกสองประเภทนั้นขึ้นอยู่กับการมีส่วนร่วมของอนุภาคที่ไม่ใช่สารเคมีที่สำคัญสองชนิด: อิเล็กตรอนและโปรตอน
ในระหว่างปฏิกิริยาบางอย่าง การถ่ายโอนอิเล็กตรอนทั้งหมดหรือบางส่วนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งจะเกิดขึ้น ในกรณีนี้สถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบที่ประกอบเป็นสารตั้งต้นจะเปลี่ยนไป จากตัวอย่างที่ให้มา ได้แก่ ปฏิกิริยาที่ 1, 4, 6, 7 และ 8 เรียกว่าปฏิกิริยาเหล่านี้ รีดอกซ์.
ในอีกกลุ่มหนึ่งของปฏิกิริยา ไฮโดรเจนไอออน (H +) ซึ่งก็คือโปรตอนจะผ่านจากอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาหนึ่งไปยังอีกอนุภาคหนึ่ง ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า ปฏิกิริยากรดเบสหรือ ปฏิกิริยาการถ่ายโอนโปรตอน.
ในบรรดาตัวอย่างที่ให้ไว้ ปฏิกิริยาดังกล่าว ได้แก่ ปฏิกิริยา 3, 10 และ 11 โดยการเปรียบเทียบกับปฏิกิริยาเหล่านี้ บางครั้งเรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์ ปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอน. คุณจะคุ้นเคยกับ OVR ใน § 2 และ KOR ในบทต่อไปนี้
ปฏิกิริยาผสม, ปฏิกิริยาการสลายตัว, ปฏิกิริยาทดแทน, ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน, ปฏิกิริยารีดอกซ์, ปฏิกิริยากรดเบส
เขียนสมการปฏิกิริยาที่สอดคล้องกับโครงร่างต่อไปนี้:
ก) HgO Hg + O 2 ( ที); b) Li 2 O + SO 2 Li 2 SO 3; ค) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O ( ที);
ง) อัล + ฉัน 2 อัลฉัน 3; จ) CuCl 2 + Fe FeCl 2 + Cu; จ) มก. + เอช 3 PO 4 มก. 3 (PO 4) 2 + เอช 2 ;
ก) อัล + โอ 2 อัล 2 O 3 ( ที); i) KClO 3 + P P 2 O 5 + KCl ( ที); j) CuSO 4 + อัลอัล 2 (SO 4) 3 + Cu;
l) Fe + Cl 2 FeCl 3 ( ที); ม.) NH 3 + O 2 N 2 + H 2 O ( ที); ม.) H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O.
ระบุ ประเภทดั้งเดิมปฏิกิริยา ติดฉลากปฏิกิริยารีดอกซ์และกรด-เบส ในปฏิกิริยารีดอกซ์ ให้ระบุว่าอะตอมของธาตุใดเปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน
9.2. ปฏิกิริยารีดอกซ์
ลองพิจารณาปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในเตาหลอมเหล็กในระหว่างการผลิตเหล็กทางอุตสาหกรรม (หรือเหล็กหล่อ) จากแร่เหล็ก:
เฟ 2 O 3 + 3CO = 2เฟ + 3CO 2
ให้เราพิจารณาสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่ประกอบเป็นทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา
| เฟ2O3 | + | = | 2เฟ | + |
อย่างที่คุณเห็น สถานะออกซิเดชันของอะตอมคาร์บอนเพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา สถานะออกซิเดชันของอะตอมเหล็กลดลง และสถานะออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นอะตอมของคาร์บอนในปฏิกิริยานี้จึงเกิดออกซิเดชันนั่นคือพวกมันสูญเสียอิเล็กตรอน ( ออกซิไดซ์) และอะตอมของเหล็ก – การรีดิวซ์ กล่าวคือ พวกมันเติมอิเล็กตรอน ( ฟื้นตัวแล้ว) (ดูมาตรา 7.16) เพื่อกำหนดลักษณะของ OVR จะใช้แนวคิด ออกซิไดเซอร์และ สารรีดิวซ์.
ดังนั้นในปฏิกิริยาของเรา อะตอมออกซิไดซ์คืออะตอมเหล็ก และอะตอมรีดิวซ์คืออะตอมคาร์บอน
ในปฏิกิริยาของเรา ตัวออกซิไดซ์คือเหล็ก (III) ออกไซด์ และตัวรีดิวซ์คือคาร์บอน (II) มอนอกไซด์
ในกรณีที่อะตอมออกซิไดซ์และอะตอมรีดิวซ์เป็นส่วนหนึ่งของสารเดียวกัน (ตัวอย่าง: ปฏิกิริยา 6 จากย่อหน้าก่อนหน้า) จะไม่มีการใช้แนวคิดของ "สารออกซิไดซ์" และ "สารรีดิวซ์"
ดังนั้นสารออกซิไดซ์ทั่วไปจึงเป็นสารที่มีอะตอมซึ่งมีแนวโน้มที่จะได้รับอิเล็กตรอน (ทั้งหมดหรือบางส่วน) ซึ่งจะทำให้สถานะออกซิเดชันของพวกมันลดลง ในบรรดาสารธรรมดาๆ เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นฮาโลเจนและออกซิเจน และมีซัลเฟอร์และไนโตรเจนในปริมาณที่น้อยกว่า จากสารที่ซับซ้อน - สารที่มีอะตอมอยู่ในสถานะออกซิเดชันที่สูงขึ้นซึ่งไม่มีแนวโน้มที่จะสร้างไอออนอย่างง่ายในสถานะออกซิเดชันเหล่านี้: HNO 3 (N +V), KMnO 4 (Mn +VII), CrO 3 (Cr +VI), KClO 3 (Cl +V), KClO 4 (Cl +VII) เป็นต้น
สารรีดิวซ์ทั่วไปคือสารที่มีอะตอมซึ่งมีแนวโน้มที่จะบริจาคอิเล็กตรอนทั้งหมดหรือบางส่วน ซึ่งจะทำให้สถานะออกซิเดชันเพิ่มขึ้น สารเชิงเดี่ยว ได้แก่ ไฮโดรเจน โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ และอะลูมิเนียม ของสารที่ซับซ้อน - H 2 S และซัลไฟด์ (S –II), SO 2 และซัลไฟต์ (S +IV), ไอโอไดด์ (I –I), CO (C +II), NH 3 (N –III) เป็นต้น
โดยทั่วไป สารเชิงซ้อนและสารเชิงเดี่ยวเกือบทั้งหมดเกือบทั้งหมดสามารถแสดงได้ทั้งออกซิไดซ์และ คุณสมบัติการบูรณะ. ตัวอย่างเช่น:
SO 2 + Cl 2 = S + Cl 2 O 2 (SO 2 เป็นตัวรีดิวซ์ที่แข็งแกร่ง);
SO 2 + C = S + CO 2 (t) (SO 2 เป็นตัวออกซิไดซ์ที่อ่อนแอ);
C + O 2 = CO 2 (t) (C เป็นตัวรีดิวซ์);
C + 2Ca = Ca 2 C (t) (C เป็นตัวออกซิไดซ์)
กลับไปที่ปฏิกิริยาที่เราพูดคุยกันในตอนต้นของหัวข้อนี้
| เฟ2O3 | + | = | 2เฟ | + |
โปรดทราบว่าผลของปฏิกิริยาทำให้อะตอมออกซิไดซ์ (Fe + III) กลายเป็นอะตอมรีดิวซ์ (Fe 0) และอะตอมรีดิวซ์ (C + II) กลายเป็นอะตอมออกซิไดซ์ (C + IV) แต่ CO 2 เป็นตัวออกซิไดซ์ที่อ่อนแอมากภายใต้สภาวะใด ๆ และเหล็กแม้ว่าจะเป็นตัวรีดิวซ์ แต่ก็อ่อนแอกว่า CO มากภายใต้สภาวะเหล่านี้ ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยาจึงไม่ทำปฏิกิริยากัน และไม่เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ตัวอย่างที่ให้มาเป็นตัวอย่างของหลักการทั่วไปที่กำหนดทิศทางการไหลของ OVR:
ปฏิกิริยารีดอกซ์ดำเนินไปในทิศทางของการก่อตัวของสารออกซิไดซ์ที่อ่อนกว่าและตัวรีดิวซ์ที่อ่อนกว่า
คุณสมบัติรีดอกซ์ของสารสามารถเปรียบเทียบได้ภายใต้สภาวะที่เหมือนกันเท่านั้น ในบางกรณี การเปรียบเทียบนี้สามารถดำเนินการในเชิงปริมาณได้
ในขณะที่ทำการบ้านในย่อหน้าแรกของบทนี้ คุณเริ่มมั่นใจว่าการเลือกค่าสัมประสิทธิ์ในสมการปฏิกิริยาบางสมการ (โดยเฉพาะ ORR) นั้นค่อนข้างยาก เพื่อให้งานนี้ง่ายขึ้นในกรณีของปฏิกิริยารีดอกซ์ จะใช้สองวิธีต่อไปนี้:
ก) วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์และ
ข) วิธีสมดุลอิเล็กตรอน-ไอออน.
ตอนนี้คุณจะได้เรียนรู้วิธีสมดุลของอิเล็กตรอน และวิธีการสมดุลของอิเล็กตรอน-ไอออนมักจะศึกษาในสถาบันอุดมศึกษา
ทั้งสองวิธีนี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาเคมีไม่หายไปหรือปรากฏที่ใดเลย กล่าวคือ จำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมยอมรับจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมอื่นมอบให้
จำนวนอิเล็กตรอนที่ให้และยอมรับในวิธีสมดุลของอิเล็กตรอนถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของอะตอม เมื่อใช้วิธีนี้ จำเป็นต้องทราบองค์ประกอบของทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา
มาดูการประยุกต์ใช้วิธีเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้ตัวอย่างกัน
ตัวอย่างที่ 1มาสร้างสมการปฏิกิริยาของเหล็กกับคลอรีนกันดีกว่า เป็นที่ทราบกันว่าผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานี้คือเหล็ก (III) คลอไรด์ มาเขียนโครงร่างปฏิกิริยากัน:
เฟ + แคล 2 เฟแคล 3 .
ให้เราตรวจสอบสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบทั้งหมดที่ประกอบเป็นสารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา:
อะตอมของเหล็กบริจาคอิเล็กตรอน และโมเลกุลของคลอรีนก็ยอมรับพวกมัน ให้เราแสดงกระบวนการเหล่านี้ สมการอิเล็กทรอนิกส์:
เฟ – 3 จ– = เฟอี +III,
Cl2+2 อี –= 2Cl –I
เพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนที่ให้เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับ สมการอิเล็กทรอนิกส์แรกจะต้องคูณด้วยสอง และสมการที่สองด้วยสาม:
| เฟ – 3 จ– = เฟอี +III, Cl2+2 จ– = 2Cl –I |
2เฟ – 6 จ– = 2เฟอี +III, 3Cl 2 + 6 จ– = 6Cl –I |
ด้วยการแนะนำสัมประสิทธิ์ 2 และ 3 ในโครงการปฏิกิริยา เราจะได้สมการปฏิกิริยา:
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3
ตัวอย่างที่ 2เรามาสร้างสมการปฏิกิริยาการเผาไหม้ของฟอสฟอรัสขาวในคลอรีนส่วนเกินกันดีกว่า เป็นที่ทราบกันว่าฟอสฟอรัส (V) คลอไรด์เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้:
| +วี –ฉัน | ||||
| ป 4 | + | Cl2 | บมจ. 5. |
โมเลกุลฟอสฟอรัสขาวให้อิเล็กตรอน (ออกซิไดซ์) และโมเลกุลคลอรีนยอมรับพวกมัน (ลด):
| หน้า 4 – 20 จ– = 4P +วี Cl2+2 จ– = 2Cl –I |
1 10 |
2 20 |
หน้า 4 – 20 จ– = 4P +วี Cl2+2 จ– = 2Cl –I |
หน้า 4 – 20 จ– = 4P +วี 10Cl 2 + 20 จ– = 20Cl –I |
ปัจจัยที่ได้รับในตอนแรก (2 และ 20) มีตัวหารร่วมกัน โดยที่ปัจจัยเหล่านี้จะถูกหาร (เช่นเดียวกับสัมประสิทธิ์ในอนาคตในสมการปฏิกิริยา) สมการปฏิกิริยา:
P4 + 10Cl2 = 4PCl5
ตัวอย่างที่ 3เรามาสร้างสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อเหล็ก (II) ซัลไฟด์ถูกคั่วในออกซิเจนกันดีกว่า
รูปแบบปฏิกิริยา:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
ในกรณีนี้ ทั้งอะตอมของเหล็ก (II) และซัลเฟอร์ (–II) จะถูกออกซิไดซ์ องค์ประกอบของเหล็ก (II) ซัลไฟด์ประกอบด้วยอะตอมของธาตุเหล่านี้ในอัตราส่วน 1:1 (ดูดัชนีในสูตรที่ง่ายที่สุด)
ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์:
| 4 | เฟ+ทู – จ– = เฟอี +III ส–II–6 จ– = ส +IV |
รวมๆแล้วให้ 7 จ – |
| 7 | O 2 + 4e – = 2O –II |
สมการปฏิกิริยา: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2
ตัวอย่างที่ 4. เรามาสร้างสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อเหล็ก (II) ไดซัลไฟด์ (ไพไรต์) ถูกคั่วในออกซิเจน
รูปแบบปฏิกิริยา:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
เช่นเดียวกับในตัวอย่างก่อนหน้านี้ ทั้งอะตอมของเหล็ก (II) และอะตอมของซัลเฟอร์ก็ถูกออกซิไดซ์เช่นกัน แต่มีสถานะออกซิเดชันเป็น I อะตอมของธาตุเหล่านี้จะรวมอยู่ในองค์ประกอบของไพไรต์ในอัตราส่วน 1:2 (ดู ดัชนีตามสูตรที่ง่ายที่สุด) ในเรื่องนี้อะตอมของเหล็กและซัลเฟอร์ทำปฏิกิริยาซึ่งนำมาพิจารณาเมื่อรวบรวมเครื่องชั่งทางอิเล็กทรอนิกส์:
| เฟ+III – จ– = เฟอี +III 2ส–ฉัน – 10 จ– = 2S +IV |
รวมๆแล้วให้ 11 จ – | |
| O2+4 จ– = 2O –II |
สมการปฏิกิริยา: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
นอกจากนี้ยังมีกรณี ODD ที่ซับซ้อนกว่าอีกด้วย ซึ่งบางกรณีคุณจะคุ้นเคยขณะทำการบ้าน
การออกซิไดซ์อะตอม, อะตอมรีดิวซ์, สารออกซิไดซ์, สารรีดิวซ์, วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์, สมการอิเล็กทรอนิกส์
1. รวบรวมเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์สำหรับสมการ OVR แต่ละสมการที่ให้ไว้ในข้อความของ § 1 ของบทนี้
2. สร้างสมการสำหรับ ORR ที่คุณค้นพบขณะทำงานให้เสร็จตามมาตรา 1 ของบทนี้ คราวนี้ใช้วิธีสมดุลอิเล็กทรอนิกส์เพื่อกำหนดอัตราต่อรอง 3.ใช้วิธีสมดุลอิเล็กตรอน สร้างสมการปฏิกิริยาที่สอดคล้องกับรูปแบบต่อไปนี้: a) Na + I 2 NaI;
b) นา + โอ 2 นา 2 โอ 2;
c) นา 2 O 2 + นานา 2 โอ;
d) อัล + Br 2 AlBr 3;
จ) เฟ + โอ 2 เฟ 3 โอ 4 ( ที);
จ) เฟ 3 O 4 + H 2 FeO + H 2 O ( ที);
ก) FeO + O 2 Fe 2 O 3 ( ที);
i) เฟ 2 O 3 + CO เฟ + CO 2 ( ที);
เจ) Cr + O 2 Cr 2 O 3 ( ที);
ลิตร) CrO 3 + NH 3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2 ( ที);
ม.) Mn 2 O 7 + NH 3 MnO 2 + N 2 + H 2 O;
ม.) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O ( ที);
n) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 ( ที)
p) PbO 2 + CO Pb + CO 2 ( ที);
ค) Cu 2 O + Cu 2 S Cu + SO 2 ( ที);
เสื้อ) CuS + O 2 Cu 2 O +SO 2 ( ที);
ญ) Pb 3 O 4 + H 2 Pb + H 2 O ( ที).
9.3. ปฏิกิริยาคายความร้อน เอนทาลปี
เหตุใดจึงเกิดปฏิกิริยาเคมี?
เพื่อตอบคำถามนี้ ขอให้เราจำไว้ว่าเหตุใดอะตอมแต่ละอะตอมจึงรวมกันเป็นโมเลกุล เหตุใดผลึกไอออนิกจึงถูกสร้างขึ้นจากไอออนที่แยกได้ และเหตุใดจึงใช้หลักการของพลังงานน้อยที่สุดเมื่อสร้างเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ทั้งหมดเหมือนกัน: เพราะมันมีประโยชน์อย่างกระตือรือร้น ซึ่งหมายความว่าในระหว่างกระบวนการดังกล่าวพลังงานจะถูกปล่อยออกมา ดูเหมือนว่าปฏิกิริยาเคมีควรจะเกิดขึ้นด้วยเหตุผลเดียวกัน อันที่จริงปฏิกิริยาหลายอย่างสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างที่พลังงานถูกปล่อยออกมา พลังงานจะถูกปล่อยออกมา มักจะอยู่ในรูปของความร้อน
หากในระหว่างปฏิกิริยาคายความร้อน ความร้อนไม่มีเวลาถูกขจัดออก ระบบปฏิกิริยาก็จะร้อนขึ้น
ตัวอย่างเช่นในปฏิกิริยาการเผาไหม้มีเทน
CH 4 (ก.) + 2O 2 (ก.) = CO 2 (ก.) + 2H 2 O (ก.)
ความร้อนถูกปล่อยออกมามากจนมีเทนถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง
ความจริงที่ว่าปฏิกิริยานี้ปล่อยความร้อนออกมาสามารถสะท้อนให้เห็นได้ในสมการปฏิกิริยา:
CH 4 (ก.) + 2O 2 (ก.) = CO 2 (ก.) + 2H 2 O (ก.) + ถาม
นี่แหละที่เรียกว่า สมการอุณหเคมี. ที่นี่สัญลักษณ์ "+ ถาม" หมายความว่า เมื่อเผามีเทน ความร้อนจะถูกปล่อยออกมา ความร้อนนี้เรียกว่า ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา.
ความร้อนที่ปล่อยออกมามาจากไหน?
คุณรู้ไหมว่าในระหว่างปฏิกิริยาเคมี พันธะเคมีจะแตกและก่อตัวขึ้น ในกรณีนี้ พันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจนในโมเลกุล CH 4 รวมถึงระหว่างอะตอมออกซิเจนในโมเลกุล O 2 จะถูกทำลาย ในกรณีนี้จะเกิดพันธะใหม่: ระหว่างอะตอมของคาร์บอนและออกซิเจนในโมเลกุล CO 2 และระหว่างอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจนในโมเลกุล H 2 O ในการทำลายพันธะคุณต้องใช้พลังงาน (ดู "พลังงานพันธะ", "พลังงานการทำให้เป็นอะตอม" ) และเมื่อเกิดพันธะพลังงานก็จะถูกปล่อยออกมา แน่นอนว่าหากพันธะ "ใหม่" แข็งแกร่งกว่าพันธะ "เก่า" พลังงานจะถูกปล่อยออกมามากกว่าที่จะถูกดูดซึม ความแตกต่างระหว่างพลังงานที่ปล่อยออกมาและพลังงานที่ถูกดูดซับคือผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา
ผลกระทบทางความร้อน (ปริมาณความร้อน) มีหน่วยเป็นกิโลจูล เช่น:
2H 2 (ก.) + O 2 (ก.) = 2H 2 O (ก.) + 484 กิโลจูล
สัญลักษณ์นี้หมายความว่าความร้อน 484 กิโลจูลจะถูกปล่อยออกมาหากไฮโดรเจนสองโมลทำปฏิกิริยากับออกซิเจนหนึ่งโมลเพื่อผลิตน้ำที่เป็นก๊าซ (ไอน้ำ) สองโมล
ดังนั้น, ในสมการอุณหเคมี ค่าสัมประสิทธิ์จะเท่ากับตัวเลขกับปริมาณของสารของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา.
อะไรเป็นตัวกำหนดผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาแต่ละอย่าง
ขึ้นอยู่กับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา
ก) สถานะรวมของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา
b) อุณหภูมิและ
c) การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่หรือที่ความดันคงที่
การพึ่งพาผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาต่อสถานะของการรวมตัวของสารนั้นเกิดจากการที่กระบวนการเปลี่ยนจากสถานะการรวมตัวหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง (เช่นกระบวนการทางกายภาพอื่น ๆ ) จะมาพร้อมกับการปล่อยหรือการดูดซับความร้อน นอกจากนี้ยังสามารถแสดงได้ด้วยสมการอุณหเคมี ตัวอย่าง - เทอร์โม สมการทางเคมีการควบแน่นของไอน้ำ:
H 2 O (ก.) = H 2 O (ล.) + ถาม
ในสมการเทอร์โมเคมี และหากจำเป็น ในสมการเคมีทั่วไป สถานะการรวมของสารจะถูกระบุโดยใช้ดัชนีตัวอักษร:
(ง) – แก๊ส
(ช) – ของเหลว
(t) หรือ (cr) – สารที่เป็นของแข็งหรือเป็นผลึก
การขึ้นอยู่กับผลกระทบทางความร้อนต่ออุณหภูมิมีความสัมพันธ์กับความแตกต่างของความจุความร้อน
วัสดุเริ่มต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา
เนื่องจากปริมาตรของระบบจะเพิ่มขึ้นเสมออันเป็นผลจากปฏิกิริยาคายความร้อนที่ความดันคงที่ พลังงานส่วนหนึ่งจึงถูกใช้ไปกับการทำงานเพื่อเพิ่มปริมาตร และความร้อนที่ปล่อยออกมาจะน้อยกว่าถ้าปฏิกิริยาเดียวกันเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่ .
ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยามักจะคำนวณสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่ที่ 25 °C และระบุด้วยสัญลักษณ์ ถามโอ
ถ้าพลังงานถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อนเท่านั้น และปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่ ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา ( คิว วี) เท่ากับการเปลี่ยนแปลง กำลังภายใน
(ด ยู) สารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม:
คิววี = – ยู.
พลังงานภายในของร่างกายเข้าใจว่าเป็นพลังงานรวมของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล พันธะเคมี พลังงานไอออไนเซชันของอิเล็กตรอนทั้งหมด พลังงานพันธะของนิวคลีออนในนิวเคลียส และพลังงานประเภทอื่นๆ ที่รู้จักและไม่รู้จักทั้งหมดที่ "จัดเก็บ" โดยร่างกายนี้ เครื่องหมาย “–” เกิดจากการที่เมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมา พลังงานภายในจะลดลง นั่นคือ
ยู= – คิว วี .
หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่ความดันคงที่ ปริมาตรของระบบอาจเปลี่ยนแปลงได้ การทำงานเพื่อเพิ่มปริมาตรยังต้องอาศัยพลังงานภายในส่วนหนึ่งด้วย ในกรณีนี้
ยู = –(คิวพี+เอ) = –(คิวพี+พีวี),
ที่ไหน คิวพี– ผลทางความร้อนของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ จากที่นี่
คิว พี = – ขึ้นวี .
มีค่าเท่ากับ ยู+พีวีได้รับชื่อแล้ว การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีและเขียนแทนด้วย D ชม.
ฮ=ยู+พีวี.
เพราะฉะนั้น
คิว พี = – ชม.
ดังนั้นเมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมา เอนทัลปีของระบบจะลดลง จึงเป็นที่มาของชื่อเดิมของปริมาณนี้: "ปริมาณความร้อน"
การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีแตกต่างจากผลกระทบด้านความร้อนตรงที่ทำให้เกิดปฏิกิริยา โดยไม่คำนึงว่าจะเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่หรือความดันคงที่ สมการทางอุณหเคมีที่เขียนโดยใช้การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีเรียกว่า สมการทางอุณหพลศาสตร์ในรูปแบบทางอุณหพลศาสตร์. ในกรณีนี้ ค่าของการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีภายใต้สภาวะมาตรฐาน (25 °C, 101.3 kPa) จะแสดงไว้ โฮ. ตัวอย่างเช่น:
2H 2 (ก.) + O 2 (ก.) = 2H 2 O (ก.) โฮ= – 484 กิโลจูล;
CaO (cr) + H 2 O (l) = Ca(OH) 2 (cr) โฮ= – 65 กิโลจูล
ขึ้นอยู่กับปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยา ( ถาม) จากผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา ( ถาม o) และปริมาณของสาร ( n B) หนึ่งในผู้เข้าร่วมปฏิกิริยา (สาร B - สารเริ่มต้นหรือผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา) แสดงโดยสมการ:
โดยที่ B คือปริมาณของสาร B ซึ่งระบุโดยสัมประสิทธิ์หน้าสูตรของสาร B ในสมการเทอร์โมเคมี
งาน
กำหนดปริมาณของสารไฮโดรเจนที่ถูกเผาไหม้ในออกซิเจนหากปล่อยความร้อนออกมา 1,694 กิโลจูล
สารละลาย
2H 2 (ก.) + O 2 (ก.) = 2H 2 O (ก.) + 484 กิโลจูล |
|
|
Q = 1694 kJ, 6 ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาระหว่างอะลูมิเนียมผลึกกับคลอรีนที่เป็นก๊าซคือ 1408 kJ เขียนสมการทางอุณหเคมีสำหรับปฏิกิริยานี้และหามวลของอะลูมิเนียมที่ต้องการในการผลิตความร้อน 2,816 กิโลจูลโดยใช้ปฏิกิริยานี้ 9.4. ปฏิกิริยาดูดความร้อน เอนโทรปี นอกจากปฏิกิริยาคายความร้อนแล้ว ยังสามารถทำปฏิกิริยาโดยดูดซับความร้อน และหากไม่ได้จ่ายเข้าไป ระบบปฏิกิริยาก็จะถูกทำให้เย็นลง ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า ดูดความร้อน. ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นลบ ตัวอย่างเช่น: ดังนั้นพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการก่อตัวของพันธะในผลคูณของปฏิกิริยาเหล่านี้และปฏิกิริยาที่คล้ายกันจึงน้อยกว่าพลังงานที่ต้องใช้เพื่อสลายพันธะในสารตั้งต้น
ลองใช้ขวดสองใบแล้วเติมไนโตรเจน (ก๊าซไม่มีสี) หนึ่งขวด และอีกขวดหนึ่งเติมไนโตรเจนไดออกไซด์ (ก๊าซสีน้ำตาล) เพื่อให้ทั้งความดันและอุณหภูมิในขวดเท่ากัน เป็นที่ทราบกันว่าสารเหล่านี้ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีต่อกัน เชื่อมต่อขวดกับคอให้แน่นแล้วติดตั้งในแนวตั้งเพื่อให้ขวดที่มีไนโตรเจนไดออกไซด์หนักกว่าอยู่ที่ด้านล่าง (รูปที่ 9.1) หลังจากนั้นครู่หนึ่ง เราจะเห็นว่าไนโตรเจนไดออกไซด์สีน้ำตาลค่อยๆ กระจายเข้าไปในขวดด้านบน และไนโตรเจนที่ไม่มีสีจะแทรกซึมเข้าไปในขวดด้านล่าง เป็นผลให้ก๊าซผสมกันและสีของเนื้อหาในขวดจะเหมือนกัน ดังนั้น,
สมการของการเชื่อมต่อระหว่างเอนโทรปี ( ส) และปริมาณอื่นๆ มีการศึกษาในวิชาฟิสิกส์และเคมีกายภาพ หน่วยเอนโทรปี [ ส] = 1 เจ/เค ก= ฮ-ที ส สภาวะสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเอง: ช< 0. ที่ อุณหภูมิต่ำปัจจัยที่กำหนดความเป็นไปได้ที่ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นคือปัจจัยด้านพลังงานในระดับที่สูงกว่า และปัจจัยเอนโทรปีเมื่อสูง จากสมการข้างต้น จะเห็นได้ชัดเจนว่าเหตุใด อุณหภูมิห้องปฏิกิริยาการสลายตัว (เอนโทรปีเพิ่มขึ้น) เริ่มเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง ปฏิกิริยาเอนโดเทอร์มิก เอนโทรปี ปัจจัยด้านพลังงาน ปัจจัยเอนโทรปี พลังงานกิบส์ 2CuO (cr) + C (กราไฟท์) = 2Cu (cr) + CO 2 (g) คือ –46 กิโลจูล เขียนสมการเทอร์โมเคมีและคำนวณว่าต้องใช้พลังงานเท่าใดในการผลิตทองแดง 1 กิโลกรัมจากปฏิกิริยานี้ CaCO 3 (cr) = CaO (cr) + CO 2 (g) – 179 กิโลจูล เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ 24.6 ลิตร พิจารณาว่าสูญเสียความร้อนไปมากน้อยเพียงใดโดยเปล่าประโยชน์ แคลเซียมออกไซด์เกิดขึ้นได้กี่กรัม? |
ประเภทของปฏิกิริยา: ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดแบ่งออกเป็นแบบง่ายและซับซ้อน ปฏิกิริยาเคมีอย่างง่าย ๆ มักจะแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: ปฏิกิริยาการเชื่อมต่อ, ปฏิกิริยาการสลายตัว, ปฏิกิริยาการทดแทนและ ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน.
D.I. Mendeleev ให้คำจำกัดความของสารประกอบว่าเป็นปฏิกิริยาซึ่งสารใดสารหนึ่งจากสองชนิดเกิดขึ้น ตัวอย่าง ปฏิกิริยาเคมีของสารประกอบการให้ความร้อนแก่เหล็กและผงซัลเฟอร์สามารถใช้เป็นวิธีการสร้างเหล็กซัลไฟด์ได้: Fe+S=FeS ปฏิกิริยาเชิงซ้อนรวมถึงกระบวนการเผาไหม้ของสารอย่างง่าย (ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส คาร์บอน...) ในอากาศ ตัวอย่างเช่น การเผาไหม้ของคาร์บอนในอากาศ C + O 2 = CO 2 (แน่นอนว่าปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นทีละน้อย คาร์บอนมอนอกไซด์ CO แรกจะเกิดขึ้น) ปฏิกิริยาการเผาไหม้มักจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อน - พวกมันคายความร้อน
ปฏิกริยาเคมีการสลายตัวตามความเห็นของ Mendeleev “เป็นกรณีที่ผกผันกับการรวมกัน นั่นคือกรณีที่สารหนึ่งให้สารสองอย่าง หรือโดยทั่วไปแล้ว ตามจำนวนที่กำหนด - จะมีจำนวนมากกว่ากัน ตัวอย่างของปฏิกิริยาการสลายตัวของขอบเขตคือปฏิกิริยาทางเคมีของการสลายตัวของชอล์ก (หรือหินปูนภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ): CaCO 3 → CaO + CO 2 โดยทั่วไปต้องใช้ความร้อนเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาการสลายตัว กระบวนการดังกล่าวเป็นแบบดูดความร้อน กล่าวคือ เกิดขึ้นพร้อมกับการดูดซับความร้อน
ในปฏิกิริยาอีกสองประเภท จำนวนสารตั้งต้นจะเท่ากับจำนวนผลิตภัณฑ์ หากสารเชิงเดี่ยวและสารเชิงซ้อนมีปฏิกิริยาโต้ตอบกัน จะเรียกว่าปฏิกิริยาเคมีนี้ ปฏิกิริยาการทดแทนสารเคมี: ตัวอย่างเช่น โดยการจุ่มตะปูเหล็กลงในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต เราจะได้เหล็กซัลเฟต (ในที่นี้ธาตุเหล็กจะแทนที่ทองแดงจากเกลือของมัน) Fe+CuSO 4 → FeSO 4 +Cu
ปฏิกิริยาระหว่างสารที่ซับซ้อนสองชนิดซึ่งมีการแลกเปลี่ยนส่วนต่างๆ กันเรียกว่า ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนทางเคมี. ไหลเข้ามาเป็นจำนวนมาก สารละลายที่เป็นน้ำ. ตัวอย่างของปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนทางเคมีคือการทำให้กรดเป็นกลางด้วยด่าง: NaOH + HCl → NaCl + H 2 O ที่นี่ในสารตั้งต้น (สารทางด้านซ้าย) ไฮโดรเจนไอออนจากสารประกอบ HCl จะถูกแลกเปลี่ยนกับ โซเดียมไอออนจากสารประกอบ NaOH ทำให้เกิดสารละลาย เกลือแกงในน้ำ
ประเภทของปฏิกิริยา และกลไกของมันแสดงอยู่ในตาราง:
|
ปฏิกิริยาเคมีของสารประกอบ ตัวอย่าง: จากสารที่เรียบง่ายหรือซับซ้อนหลายชนิดจะเกิดสารเชิงซ้อนขึ้น |
ปฏิกิริยาการสลายตัวทางเคมี ตัวอย่าง: สารเชิงเดี่ยวหรือเชิงซ้อนหลายชนิดเกิดขึ้นจากสารเชิงซ้อน |
ปฏิกิริยาการทดแทนสารเคมี ตัวอย่าง: อะตอมของสารเชิงเดี่ยวจะแทนที่อะตอมหนึ่งของสารเชิงซ้อน |
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนเคมี ตัวอย่าง: สารเชิงซ้อนจะแลกเปลี่ยนส่วนที่เป็นส่วนประกอบ |
อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาหลายอย่างไม่สอดคล้องกับโครงร่างง่ายๆ ที่กำหนด ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต) และโซเดียมไอโอไดด์ไม่สามารถจัดเป็นหนึ่งในประเภทเหล่านี้ได้ ปฏิกิริยาดังกล่าวมักเรียกว่า ปฏิกิริยารีดอกซ์, ตัวอย่างเช่น:
2KMnO 4 +10NaI+8H 2 SO 4 → 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +5Na 2 SO 4 +5I 2 +8H 2 O
สัญญาณของปฏิกิริยาเคมี
สัญญาณของปฏิกิริยาเคมี. สามารถใช้เพื่อตัดสินว่าปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างรีเอเจนต์เกิดขึ้นหรือไม่ สัญญาณเหล่านี้มีดังต่อไปนี้:
เปลี่ยนสีได้ (เช่น เหล็กอ่อนเคลือบด้วย อากาศชื้นการเคลือบสีน้ำตาลของเหล็กออกไซด์ - ปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างเหล็กกับออกซิเจน)
- การตกตะกอน (เช่น หากผ่านสารละลายมะนาว (สารละลายแคลเซียมไฮดรอกไซด์) คาร์บอนไดออกไซด์จะเกิดตะกอนสีขาวที่ไม่ละลายน้ำของแคลเซียมคาร์บอเนต)
- การปล่อยก๊าซ (เช่น หากทำหล่น กรดมะนาวกับเบกกิ้งโซดาจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา)
- การก่อตัวของสารที่แยกตัวออกอย่างอ่อน (เช่น ปฏิกิริยาที่ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาตัวใดตัวหนึ่งคือน้ำ)
- เปล่งประกายแห่งการแก้ปัญหา
ตัวอย่างของสารละลายเรืองแสงคือปฏิกิริยาโดยใช้รีเอเจนต์ เช่น สารละลายลูมินอล (ลูมินอลเป็นสารเคมีเชิงซ้อนที่สามารถเปล่งแสงระหว่างปฏิกิริยาเคมี)
ปฏิกิริยารีดอกซ์
ปฏิกิริยารีดอกซ์- เป็นปฏิกิริยาเคมีประเภทพิเศษ ของพวกเขา คุณลักษณะเฉพาะคือการเปลี่ยนแปลงในสถานะออกซิเดชันของอะตอมอย่างน้อยหนึ่งคู่: ออกซิเดชันของอะตอมหนึ่ง (การสูญเสียอิเล็กตรอน) และการลดลงของอีกอะตอมหนึ่ง (ได้รับอิเล็กตรอน)
สารเชิงซ้อนที่ลดสถานะออกซิเดชัน - สารออกซิไดซ์และเพิ่มระดับการเกิดออกซิเดชัน - สารรีดิวซ์. ตัวอย่างเช่น:
2Na + Cl 2 → 2NaCl
- ที่นี่ตัวออกซิไดซ์คือคลอรีน (รับอิเล็กตรอน) และตัวรีดิวซ์คือโซเดียม (ให้อิเล็กตรอน)
ปฏิกิริยาทดแทน NaBr -1 + Cl 2 0 → 2NaCl -1 + Br 2 0 (ลักษณะของฮาโลเจน) ยังหมายถึงปฏิกิริยารีดอกซ์ด้วย ในที่นี้ คลอรีนเป็นตัวออกซิไดซ์ (รับอิเล็กตรอน 1 ตัว) และโซเดียมโบรไมด์ (NaBr) เป็นตัวรีดิวซ์ (อะตอมโบรมีนจะปล่อยอิเล็กตรอนหนึ่งตัว)
ปฏิกิริยาการสลายตัวของแอมโมเนียมไดโครเมต ((NH 4) 2 Cr 2 O 7) ยังหมายถึงปฏิกิริยารีดอกซ์:
(ยังไม่มีข้อความ -3 ชั่วโมง 4) 2 Cr 2 +6 O 7 → N 2 0 + Cr 2 +3 O 3 + 4H 2 O
การจำแนกประเภททั่วไปอีกประการหนึ่งของปฏิกิริยาเคมีคือการหารตามผลกระทบทางความร้อน มีปฏิกิริยาดูดความร้อนและปฏิกิริยาคายความร้อน ปฏิกิริยาดูดความร้อนเป็นปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นพร้อมกับการดูดซับความร้อนโดยรอบ (ลองนึกถึงสารผสมที่ทำให้เย็นลง) คายความร้อน (ตรงกันข้าม) - ปฏิกิริยาเคมีพร้อมกับการปล่อยความร้อน (เช่นการเผาไหม้)
ปฏิกิริยาเคมีที่เป็นอันตราย :"ระเบิดในอ่างล้างจาน" - ตลกหรือไม่ตลก?!
มีปฏิกิริยาเคมีบางอย่างที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเมื่อมีการผสมสารตั้งต้น สิ่งนี้ทำให้เกิดสารผสมที่ค่อนข้างอันตรายซึ่งสามารถระเบิด ติดไฟ หรือเป็นพิษได้ นี่คือหนึ่งในนั้น!
มีการสังเกตปรากฏการณ์แปลก ๆ ในคลินิกอเมริกันและอังกฤษบางแห่ง ในบางครั้งได้ยินเสียงที่ชวนให้นึกถึงเสียงปืนดังขึ้นจากอ่างล้างจานและในกรณีหนึ่งท่อระบายน้ำก็ระเบิดทันที โชคดีไม่มีใครได้รับบาดเจ็บ การสอบสวนพบว่าผู้กระทำผิดในเรื่องนี้คือสารละลายโซเดียมอะไซด์ NaN 3 ที่อ่อนแอมาก (0.01%) ซึ่งใช้เป็นสารกันบูดสำหรับสารละลายน้ำเกลือ
สารละลายเอไซด์ส่วนเกินถูกเทลงในอ่างล้างจานเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี บางครั้งอาจมากถึง 2 ลิตรต่อวัน
โดยตัวมันเองโซเดียมอะไซด์ - เกลือของกรดไฮโดรอะซิดิก HN 3 - ไม่ระเบิด อย่างไรก็ตาม อะไซด์ของโลหะหนัก (ทองแดง เงิน ปรอท ตะกั่ว ฯลฯ) เป็นสารประกอบผลึกที่ไม่เสถียรอย่างมาก ซึ่งจะระเบิดได้เมื่อมีการเสียดสี การกระแทก ความร้อน หรือการสัมผัสแสง การระเบิดสามารถเกิดขึ้นได้แม้อยู่ใต้น้ำ! ตะกั่ว azide Pb(N 3) 2 ใช้เป็นวัตถุระเบิดซึ่งใช้ในการจุดชนวนระเบิดจำนวนมาก สำหรับสิ่งนี้ Pb (N 3) 2 เพียงสองสิบมิลลิกรัมก็เพียงพอแล้ว สารประกอบนี้มีการระเบิดได้มากกว่าไนโตรกลีเซอรีน และความเร็วในการระเบิด (การแพร่กระจายของคลื่นระเบิด) ระหว่างการระเบิดสูงถึง 45 กม. / วินาที - สูงกว่า TNT 10 เท่า
แต่อะไซด์โลหะหนักในคลินิกมาจากไหน? ปรากฎว่าในทุกกรณีท่อระบายน้ำใต้อ่างล้างจานทำจากทองแดงหรือทองเหลือง (ท่อดังกล่าวโค้งงอได้ง่ายโดยเฉพาะหลังจากทำความร้อนจึงสะดวกในการติดตั้งในระบบท่อระบายน้ำ) สารละลายโซเดียมอะไซด์เทลงในอ่างล้างมือที่ไหลผ่านท่อดังกล่าว ค่อยๆ ทำปฏิกิริยากับพื้นผิวของมัน ก่อตัวเป็นคอปเปอร์เอไซด์ ฉันต้องเปลี่ยนท่อเป็นพลาสติก เมื่อมีการเปลี่ยนทดแทนในคลินิกแห่งหนึ่ง ปรากฎว่าท่อทองแดงที่ถูกถอดออกนั้นอุดตันอย่างหนักด้วยสารที่เป็นของแข็ง ผู้เชี่ยวชาญที่มีส่วนร่วมในการ "ทุ่นระเบิด" เพื่อไม่ให้เสี่ยงได้ระเบิดท่อเหล่านี้ทันทีโดยวางไว้ในถังโลหะน้ำหนัก 1 ตัน การระเบิดรุนแรงมากจนทำให้ถังขยับได้หลายเซนติเมตร!
แพทย์ไม่สนใจสาระสำคัญของปฏิกิริยาเคมีที่นำไปสู่การก่อตัวของวัตถุระเบิดมากนัก นอกจากนี้ยังไม่สามารถหาคำอธิบายของกระบวนการนี้ได้ในเอกสารทางเคมี แต่สามารถสันนิษฐานได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการออกซิไดซ์ที่แรงของ HN 3 ว่าปฏิกิริยาต่อไปนี้เกิดขึ้น: ไอออน N-3 ซึ่งเป็นทองแดงออกซิไดซ์ก่อตัวเป็นโมเลกุล N2 หนึ่งโมเลกุลและอะตอมไนโตรเจนซึ่งกลายเป็นส่วนหนึ่งของแอมโมเนีย ซึ่งสอดคล้องกับสมการปฏิกิริยา: 3NaN 3 +Cu+3H 2 O → Cu(N 3) 2 +3NaOH+N 2 +NH 3
ทุกคนที่เกี่ยวข้องกับอะไซด์ของโลหะที่ละลายน้ำได้ รวมถึงนักเคมี จะต้องคำนึงถึงอันตรายของระเบิดที่ก่อตัวในอ่างล้างจาน เนื่องจากเอไซด์ถูกใช้เพื่อให้ได้ไนโตรเจนบริสุทธิ์โดยเฉพาะในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ ให้เป็นสารเป่า (สารเกิดฟองสำหรับการผลิต วัสดุเติมก๊าซ: พลาสติกโฟม ยางที่มีรูพรุน ฯลฯ) ทั้งหมด กรณีที่คล้ายกันคุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าท่อระบายน้ำเป็นพลาสติก
เมื่อเร็วๆ นี้ อะไซด์ได้พบการใช้งานใหม่ๆ ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ในปี 1989 ถุงลมนิรภัยปรากฏในรถยนต์อเมริกันบางรุ่น หมอนที่มีโซเดียมอะไซด์นี้แทบจะมองไม่เห็นเมื่อพับเก็บ ในการชนกันแบบเผชิญหน้า ฟิวส์ไฟฟ้าจะทำให้เกิดการสลายตัวของอะไซด์อย่างรวดเร็วมาก: 2NaN 3 = 2Na + 3N 2 ผง 100 กรัมจะปล่อยไนโตรเจนประมาณ 60 ลิตร ซึ่งจะทำให้ถุงลมนิรภัยด้านหน้าหน้าอกของคนขับพองตัวในเวลาประมาณ 0.04 วินาที ซึ่งช่วยชีวิตเขาได้
ปฏิกิริยาเคมี คุณสมบัติ ประเภท สภาวะของการเกิด ฯลฯ คือเสาหลักประการหนึ่ง วิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจเรียกว่าเคมี ลองหาคำตอบว่าปฏิกิริยาเคมีคืออะไรและบทบาทของมันคืออะไร ดังนั้นปฏิกิริยาเคมีในวิชาเคมีจึงถือเป็นการเปลี่ยนสภาพของสารตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไปไปเป็นสารอื่น ในกรณีนี้นิวเคลียสของพวกมันจะไม่เปลี่ยนแปลง (ต่างจากปฏิกิริยานิวเคลียร์) แต่มีการกระจายตัวของอิเล็กตรอนและนิวเคลียสเกิดขึ้นและแน่นอนว่าองค์ประกอบทางเคมีใหม่ก็ปรากฏขึ้น
ปฏิกิริยาเคมีในธรรมชาติและชีวิตประจำวัน
คุณและฉันถูกรายล้อมไปด้วยปฏิกิริยาเคมี ยิ่งไปกว่านั้น เรายังดำเนินการเหล่านี้ด้วยการกระทำต่างๆ ในแต่ละวัน เช่น เมื่อเราจุดไม้ขีดไฟ เชฟมักทำปฏิกิริยาทางเคมีหลายอย่างในการเตรียมอาหารโดยที่ไม่รู้ตัว (หรืออาจจะสงสัยด้วยซ้ำ)
แน่นอนใน สภาพธรรมชาติปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างเกิดขึ้น: การปะทุของภูเขาไฟ ใบไม้ และต้นไม้ แต่สิ่งที่ฉันสามารถพูดได้ กระบวนการทางชีวภาพเกือบทุกชนิดสามารถจัดเป็นตัวอย่างของปฏิกิริยาเคมีได้
ประเภทของปฏิกิริยาเคมี
ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นแบบง่ายและซับซ้อน ปฏิกิริยาเคมีอย่างง่าย ๆ ในที่สุดก็แบ่งออกเป็น:
- ปฏิกิริยาการเชื่อมต่อ
- ปฏิกิริยาการสลายตัว
- ปฏิกิริยาการทดแทน
- ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน
ปฏิกิริยาเคมีของสารประกอบ
ตามคำจำกัดความที่เหมาะสมของนักเคมีผู้ยิ่งใหญ่ D.I. Mendeleev ปฏิกิริยาผสมเกิดขึ้นเมื่อ “สารหนึ่งในสองชนิดเกิดขึ้น” ตัวอย่างของปฏิกิริยาทางเคมีของสารประกอบคือการให้ความร้อนของเหล็กและผงซัลเฟอร์ซึ่งเหล็กซัลไฟด์จะเกิดขึ้นจากพวกมัน - Fe + S = FeS ตัวอย่างที่เด่นชัดอีกประการหนึ่งของปฏิกิริยานี้คือการเผาไหม้ของสารธรรมดา เช่น ซัลเฟอร์หรือฟอสฟอรัสในอากาศ (บางทีปฏิกิริยาดังกล่าวอาจเรียกว่าปฏิกิริยาเคมีความร้อนก็ได้)
ปฏิกิริยาเคมีของการสลายตัว
ทุกอย่างเรียบง่ายที่นี่ ปฏิกิริยาการสลายตัวตรงกันข้ามกับปฏิกิริยาการเชื่อมต่อ ด้วยเหตุนี้จึงได้สารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปจากสารชนิดเดียว ตัวอย่างง่ายๆ ของปฏิกิริยาการสลายตัวทางเคมีคือปฏิกิริยาการสลายตัวของชอล์ก ในระหว่างที่ชอล์กเกิดเป็นปูนขาวและคาร์บอนไดออกไซด์
ปฏิกิริยาการทดแทนสารเคมี
ปฏิกิริยาการทดแทนเกิดขึ้นเมื่อสารธรรมดามีปฏิกิริยากับสารเชิงซ้อน ลองยกตัวอย่างปฏิกิริยาการทดแทนสารเคมี: ถ้าคุณจุ่มตะปูเหล็กลงในสารละลาย คอปเปอร์ซัลเฟตแล้วในช่วงง่ายๆ นี้ ประสบการณ์ทางเคมีเราจะได้เหล็กซัลเฟต (เหล็กจะแทนที่ทองแดงจากเกลือ) สมการของปฏิกิริยาเคมีดังกล่าวจะมีลักษณะดังนี้:
Fe+CuSO 4 → FeSO 4 +Cu
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนทางเคมี
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเกิดขึ้นเฉพาะระหว่างคอมเพล็กซ์ สารเคมีในระหว่างที่พวกเขาเปลี่ยนชิ้นส่วน ปฏิกิริยาดังกล่าวจำนวนมากเกิดขึ้นในสารละลายต่างๆ การทำให้กรดเป็นกลางด้วยน้ำดี - ที่นี่ ตัวอย่างที่ดีปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนทางเคมี
NaOH+HCl→ NaCl+H 2 O
นี่คือสมการทางเคมีสำหรับปฏิกิริยานี้ โดยที่ไฮโดรเจนไอออนจากสารประกอบ HCl จะแลกเปลี่ยนโซเดียมไอออนจากสารประกอบ NaOH ผลที่ตามมาของปฏิกิริยาเคมีนี้คือการก่อตัวของสารละลายเกลือแกง
สัญญาณของปฏิกิริยาเคมี
จากสัญญาณของการเกิดปฏิกิริยาเคมี เราสามารถตัดสินได้ว่าปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างรีเอเจนต์เกิดขึ้นหรือไม่ ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างสัญญาณของปฏิกิริยาเคมี:
- การเปลี่ยนสี (เช่น เหล็กเบาถูกเคลือบด้วยสีน้ำตาลในอากาศชื้น ซึ่งเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างเหล็กกับ)
- การตกตะกอน (หากคุณส่งคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านสารละลายมะนาวโดยฉับพลัน คุณจะได้แคลเซียมคาร์บอเนตสีขาวที่ไม่ละลายน้ำ)
- การปล่อยก๊าซ (ถ้าคุณหยดกรดซิตริกลงบนเบกกิ้งโซดา คุณจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์)
- การก่อตัวของสารที่แยกตัวออกอย่างอ่อน (ปฏิกิริยาทั้งหมดส่งผลให้เกิดการก่อตัวของน้ำ).
- การเรืองแสงของสารละลาย (ตัวอย่างนี้คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับสารละลายลูมินอล ซึ่งปล่อยแสงระหว่างปฏิกิริยาเคมี)
โดยทั่วไปเป็นการยากที่จะระบุว่าสัญญาณของปฏิกิริยาเคมีใดที่เป็นสัญญาณหลัก สารต่าง ๆ และปฏิกิริยาต่าง ๆ มีลักษณะเฉพาะของตัวเอง
วิธีระบุสัญญาณของปฏิกิริยาเคมี
คุณสามารถระบุสัญญาณของปฏิกิริยาเคมีได้ด้วยสายตา (โดยการเปลี่ยนสี การเรืองแสง) หรือโดยผลของปฏิกิริยานี้
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
โดยทั่วไปอัตราของปฏิกิริยาเคมีจะเข้าใจว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงในปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยาอย่างใดอย่างหนึ่งต่อหน่วยเวลา นอกจากนี้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเป็นค่าบวกเสมอ ในปี พ.ศ. 2408 นักเคมี N. N. Beketov ได้กำหนดกฎการออกฤทธิ์ของมวลซึ่งระบุว่า "อัตราของปฏิกิริยาเคมีในแต่ละช่วงเวลาเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของรีเอเจนต์ที่เพิ่มขึ้นจนมีกำลังเท่ากับสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์"
ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ได้แก่:
- ลักษณะของสารตั้งต้น
- การปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา
- อุณหภูมิ,
- ความดัน,
- พื้นที่ผิวของสารที่ทำปฏิกิริยา
ทั้งหมดนี้มีผลโดยตรงต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีโดยตรง
สมดุลของปฏิกิริยาเคมี
สมดุลเคมีเป็นสถานะของระบบเคมีที่เกิดปฏิกิริยาเคมีหลายอย่าง และอัตราในปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับแต่ละคู่เท่ากัน ดังนั้นจึงระบุค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมี - นี่คือปริมาณที่กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างกิจกรรมทางอุณหพลศาสตร์ของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ในสถานะสำหรับปฏิกิริยาเคมีที่กำหนด สมดุลเคมี. เมื่อทราบค่าคงที่สมดุล คุณจะสามารถกำหนดทิศทางของปฏิกิริยาเคมีได้
สภาวะในการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ในการเริ่มต้นปฏิกิริยาเคมี จำเป็นต้องสร้างสภาวะที่เหมาะสม:
- การนำสารเข้ามาสัมผัสใกล้ชิด
- ให้ความร้อนแก่สารจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด (อุณหภูมิของปฏิกิริยาเคมีต้องเหมาะสม)
ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี
เป็นชื่อที่ตั้งให้กับการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบอันเป็นผลจากการเกิดปฏิกิริยาเคมีและการแปรสภาพของสารตั้งต้น (ตัวทำปฏิกิริยา) ให้เป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาในปริมาณที่สอดคล้องกับสมการของปฏิกิริยาเคมีดังต่อไปนี้ เงื่อนไข:
- เท่านั้น งานที่เป็นไปได้ในกรณีนี้จะมีเพียงการทำงานกับแรงกดดันจากภายนอกเท่านั้น
- สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยาเคมีมีอุณหภูมิเท่ากัน
ปฏิกิริยาเคมี วีดีโอ
และโดยสรุปแล้ว วิดีโอที่น่าสนใจเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมีที่น่าทึ่งที่สุด
ปฏิกิริยาเคมีจะต้องแยกความแตกต่างจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ จากปฏิกิริยาเคมี จำนวนอะตอมรวมขององค์ประกอบทางเคมีแต่ละชนิดและองค์ประกอบไอโซโทปไม่เปลี่ยนแปลง อีกประการหนึ่งคือปฏิกิริยานิวเคลียร์ - กระบวนการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสของอะตอมอันเป็นผลมาจากการมีปฏิสัมพันธ์กับนิวเคลียสอื่นหรือ อนุภาคมูลฐานเช่น การแปลงอะลูมิเนียมเป็นแมกนีเซียม:
27 13 อัล + 1 1 H = 24 12 Mg + 4 2 เขา
การจำแนกประเภทของปฏิกิริยาเคมีมีหลายแง่มุมนั่นคือสามารถขึ้นอยู่กับลักษณะต่างๆ แต่คุณลักษณะเหล่านี้อาจรวมถึงปฏิกิริยาระหว่างทั้งสารอนินทรีย์และสารอินทรีย์
ลองพิจารณาการจำแนกประเภทของปฏิกิริยาเคมีตามเกณฑ์ต่างๆ
I. ตามจำนวนและองค์ประกอบของสารที่ทำปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยไม่เปลี่ยนองค์ประกอบของสาร
ในหมายเลข เคมีอินทรีย์ปฏิกิริยาดังกล่าวรวมถึงกระบวนการรับการดัดแปลงแบบ allotropic ขององค์ประกอบทางเคมีหนึ่งชนิด เช่น:
C (กราไฟท์) ↔ C (เพชร)
S (ออร์ฮอมบิก) ↔ S (โมโนคลินิก)
P (สีขาว) ↔ P (สีแดง)
Sn (ดีบุกสีขาว) ↔ Sn (ดีบุกสีเทา)
3O 2 (ออกซิเจน) ↔ 2O 3 (โอโซน)
ในเคมีอินทรีย์ ปฏิกิริยาประเภทนี้อาจรวมถึงปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันซึ่งเกิดขึ้นโดยไม่เปลี่ยนแปลงไม่เพียงแต่คุณภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงองค์ประกอบเชิงปริมาณของโมเลกุลของสารด้วย เช่น
1. ไอโซเมอไรเซชันของอัลเคน
ปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันของอัลเคนมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่ง เนื่องจากไฮโดรคาร์บอนของโครงสร้างไอโซเมอร์มีความสามารถในการระเบิดต่ำกว่า
2. ไอโซเมอไรเซชันของอัลคีน
3. ไอโซเมอไรเซชันของอัลคีน (ปฏิกิริยาของ A.E. Favorites)
CH 3 - CH 2 - C= - CH ↔ CH 3 - C= - C- CH 3
เอทิลอะเซทิลีน ไดเมทิลอะเซทิลีน
4. ไอโซเมอไรเซชันของฮาโลอัลเคน (A. E. Favorites, 1907)
5. ไอโซเมอไรเซชันของแอมโมเนียมไซยาไนต์เมื่อถูกความร้อน
ยูเรียถูกสังเคราะห์ครั้งแรกโดยเอฟ. โวห์เลอร์ในปี พ.ศ. 2371 โดยไอโซเมอร์ไรซ์แอมโมเนียมไซยาเนตเมื่อถูกความร้อน
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของสาร
ปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถจำแนกได้สี่ประเภท: การรวมกัน การสลายตัว การทดแทน และการแลกเปลี่ยน
1. ปฏิกิริยาผสมคือปฏิกิริยาที่สารเชิงซ้อนหนึ่งชนิดเกิดขึ้นจากสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป
ในเคมีอนินทรีย์สามารถพิจารณาปฏิกิริยาสารประกอบที่หลากหลายได้โดยใช้ตัวอย่างปฏิกิริยาสำหรับการผลิตกรดซัลฟิวริกจากกำมะถัน:
1. การเตรียมซัลเฟอร์ออกไซด์ (IV):
S + O 2 = SO - จากสารง่าย ๆ สองชนิดก่อตัวเป็นสารที่ซับซ้อนหนึ่งชนิด
2. การเตรียมซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI):
SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - สารเชิงซ้อนหนึ่งชนิดเกิดขึ้นจากสารที่เรียบง่ายและซับซ้อน
3. การเตรียมกรดซัลฟิวริก:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 - สารเชิงซ้อนหนึ่งตัวเกิดขึ้นจากสารเชิงซ้อนสองชนิด
ตัวอย่างของปฏิกิริยาสารประกอบที่สารเชิงซ้อนหนึ่งสารเกิดขึ้นจากสารเริ่มต้นมากกว่าสองชนิดคือขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตกรดไนตริก:
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
ในเคมีอินทรีย์ ปฏิกิริยาสารประกอบมักเรียกว่า "ปฏิกิริยาบวก" ปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถพิจารณาได้หลากหลายโดยใช้ตัวอย่างของบล็อกปฏิกิริยาที่แสดงคุณสมบัติของสารไม่อิ่มตัวเช่น เอทิลีน:
1. ปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน - การเติมไฮโดรเจน:
CH 2 =CH 2 + H 2 → H 3 -CH 3
เอเธน → อีเทน
2. ปฏิกิริยาไฮเดรชั่น - การเติมน้ำ
3. ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน
2. ปฏิกิริยาการสลายตัวคือปฏิกิริยาที่มีสารใหม่หลายชนิดเกิดขึ้นจากสารเชิงซ้อนชนิดเดียว
ในเคมีอนินทรีย์ ปฏิกิริยาดังกล่าวทั้งหมดสามารถพิจารณาได้ในบล็อกของปฏิกิริยาเพื่อผลิตออกซิเจนโดยวิธีการในห้องปฏิบัติการ:
1. การสลายตัวของปรอท(II) ออกไซด์ - สองสิ่งง่าย ๆ เกิดขึ้นจากสารที่ซับซ้อนเพียงชนิดเดียว
2. การสลายตัวของโพแทสเซียมไนเตรต - จากสารเชิงซ้อนหนึ่งอันที่เกิดขึ้นอย่างง่ายและหนึ่งเชิงซ้อน
3. การสลายตัวของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต - จากสารที่ซับซ้อนหนึ่งชนิดจะเกิดสารเชิงซ้อนสองชนิดและสารเชิงเดี่ยวหนึ่งชนิดนั่นคือสารใหม่สามชนิด
ในเคมีอินทรีย์ ปฏิกิริยาการสลายตัวสามารถพิจารณาได้ในบล็อกของปฏิกิริยาสำหรับการผลิตเอทิลีนในห้องปฏิบัติการและในอุตสาหกรรม:
1. ปฏิกิริยาการคายน้ำ (การกำจัดน้ำ) ของเอทานอล:
C 2 H 5 OH → CH 2 =CH 2 + H 2 O
2. ปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชัน (กำจัดไฮโดรเจน) ของอีเทน:
CH 3 -CH 3 → CH 2 =CH 2 + H 2
หรือ CH 3 -CH 3 → 2C + ZN 2
3. ปฏิกิริยาการแตกร้าวของโพรเพน (แยก):
CH 3 -CH 2 -CH 3 → CH 2 =CH 2 + CH 4
3. ปฏิกิริยาการแทนที่คือปฏิกิริยาที่อะตอมของสารเชิงเดี่ยวเข้ามาแทนที่อะตอมของธาตุบางชนิดในสารเชิงซ้อน
ในเคมีอนินทรีย์ ตัวอย่างของกระบวนการดังกล่าวคือกลุ่มของปฏิกิริยาที่แสดงคุณสมบัติของโลหะ เช่น:
1. ปฏิกิริยาระหว่างโลหะอัลคาไลหรืออัลคาไลน์เอิร์ทกับน้ำ:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
2. ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับกรดในสารละลาย:
สังกะสี + 2HCl = สังกะสี 2 + H 2
3. ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับเกลือในสารละลาย:
เฟ + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
4. โลหะวิทยา:
2Al + Cr 2 O 3 → อัล 2 O 3 + 2Сr
หัวข้อการศึกษาเคมีอินทรีย์ไม่ใช่สารธรรมดา แต่เป็นเพียงสารประกอบเท่านั้น ดังนั้นเราจึงนำเสนอตัวอย่างปฏิกิริยาการทดแทนมากที่สุด คุณสมบัติลักษณะสารประกอบอิ่มตัว โดยเฉพาะมีเธน คือความสามารถของอะตอมไฮโดรเจนที่จะถูกแทนที่ด้วยอะตอมฮาโลเจน อีกตัวอย่างหนึ่งคือการโบรมีนของสารประกอบอะโรมาติก (เบนซีน โทลูอีน อะนิลีน)
C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr
เบนซิน → โบรโมเบนซีน
ให้เราใส่ใจกับลักษณะเฉพาะของปฏิกิริยาการทดแทน อินทรียฺวัตถุ: จากผลของปฏิกิริยาดังกล่าว จึงไม่เกิดสารที่ซับซ้อนและเรียบง่ายขึ้น เช่นเดียวกับในเคมีอนินทรีย์ แต่เป็นสารที่ซับซ้อนสองชนิด
ในเคมีอินทรีย์ ปฏิกิริยาทดแทนยังรวมถึงปฏิกิริยาบางอย่างระหว่างสารเชิงซ้อนสองชนิดด้วย เช่น ไนเตรตของเบนซีน เป็นปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนอย่างเป็นทางการ ความจริงที่ว่านี่คือปฏิกิริยาทดแทนจะชัดเจนเมื่อพิจารณาถึงกลไกของมันเท่านั้น
4. ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนคือปฏิกิริยาที่สารเชิงซ้อนสองชนิดแลกเปลี่ยนส่วนประกอบกัน
ปฏิกิริยาเหล่านี้แสดงคุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์และในสารละลายจะดำเนินการตามกฎของ Berthollet นั่นคือเฉพาะในกรณีที่ผลลัพธ์คือการก่อตัวของตะกอนก๊าซหรือสารที่แยกตัวออกเล็กน้อย (เช่น H 2 O)
ในเคมีอนินทรีย์ นี่อาจเป็นกลุ่มของปฏิกิริยาที่แสดงลักษณะเฉพาะ เช่น คุณสมบัติของด่าง:
1. ปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางที่เกิดขึ้นกับการก่อตัวของเกลือและน้ำ
2. ปฏิกิริยาระหว่างอัลคาไลกับเกลือซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของก๊าซ
3. ปฏิกิริยาระหว่างอัลคาไลกับเกลือทำให้เกิดตะกอน:
CuSO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 + K 2 SO 4
หรือในรูปไอออนิก:
ลูกบาศ์ก 2+ + 2OH - = ลูกบาศ์ก(OH) 2
ในเคมีอินทรีย์ เราสามารถพิจารณากลุ่มปฏิกิริยาที่มีลักษณะเฉพาะ เช่น คุณสมบัติของกรดอะซิติก:
1. ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการก่อตัวของอิเล็กโทรไลต์อ่อน - H 2 O:
CH 3 COOH + NaOH → Na(CH3COO) + H 2 O
2. ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการก่อตัวของก๊าซ:
2CH 3 COOH + CaCO 3 → 2CH 3 COO + Ca 2+ + CO 2 + H2O
3. ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการก่อตัวของตะกอน:
2CH 3 COOH + K 2 SO 3 → 2K (CH 3 COO) + H 2 SO 3
2CH 3 COOH + SiO → 2CH 3 COO + H 2 SiO 3
ครั้งที่สอง โดยการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชัน องค์ประกอบทางเคมี,เกิดเป็นสาร
ตามคุณลักษณะนี้ ปฏิกิริยาต่อไปนี้มีความโดดเด่น:
1. ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบหรือปฏิกิริยารีดอกซ์
ซึ่งรวมถึงปฏิกิริยาหลายอย่าง รวมถึงปฏิกิริยาการแทนที่ทั้งหมด เช่นเดียวกับปฏิกิริยาของการรวมกันและการสลายตัวซึ่งมีสารอย่างง่ายอย่างน้อยหนึ่งชนิดที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น:
1. มก. 0 + H + 2 SO 4 = Mg +2 SO 4 + H 2
2. 2มก. 0 + โอ 0 2 = มก. +2 โอ -2
ปฏิกิริยารีดอกซ์เชิงซ้อนประกอบด้วยวิธีสมดุลอิเล็กตรอน
2KMn +7 O 4 + 16HCl - = 2KCl - + 2Mn +2 Cl - 2 + 5Cl 0 2 + 8H 2 O
ในเคมีอินทรีย์ ตัวอย่างที่ชัดเจนของปฏิกิริยารีดอกซ์คือคุณสมบัติของอัลดีไฮด์
1. ลดลงเหลือแอลกอฮอล์ที่เกี่ยวข้อง:
อัลเดไคด์ถูกออกซิไดซ์เป็นกรดที่เกี่ยวข้อง:
2. ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยไม่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมี
ซึ่งรวมถึงปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนทั้งหมด รวมถึงปฏิกิริยาสารประกอบหลายชนิด ปฏิกิริยาการสลายตัวหลายชนิด ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชัน:
HCOOH + CHgOH = HCOOCH 3 + H 2 O
สาม. โดยผลกระทบจากความร้อน
ขึ้นอยู่กับผลกระทบทางความร้อน ปฏิกิริยาจะถูกแบ่งออกเป็นแบบคายความร้อนและดูดความร้อน
1. ปฏิกิริยาคายความร้อนเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยพลังงาน
ซึ่งรวมถึงปฏิกิริยาสารประกอบเกือบทั้งหมด ข้อยกเว้นที่พบได้ยากคือปฏิกิริยาดูดความร้อนของการสังเคราะห์ไนตริกออกไซด์ (II) จากไนโตรเจนและออกซิเจน และปฏิกิริยาของก๊าซไฮโดรเจนกับไอโอดีนที่เป็นของแข็ง
ปฏิกิริยาคายความร้อนที่เกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยแสงจัดเป็นปฏิกิริยาการเผาไหม้ การเติมไฮโดรเจนของเอทิลีนเป็นตัวอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาคายความร้อน มันทำงานที่อุณหภูมิห้อง
2. ปฏิกิริยาดูดความร้อนเกิดขึ้นกับการดูดซับพลังงาน
แน่นอนว่าสิ่งเหล่านี้จะรวมถึงปฏิกิริยาการสลายตัวเกือบทั้งหมด เช่น:
1.การเผาหินปูน
2. การแตกร้าวของบิวเทน
ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเรียกว่าผลทางความร้อนของปฏิกิริยา และสมการของปฏิกิริยาเคมีที่บ่งชี้ผลกระทบนี้เรียกว่าสมการเทอร์โมเคมี:
ชม 2(ก) + ค 12(ก) = 2HC 1(ก) + 92.3 กิโลจูล
N 2 (ก.) + O 2 (ก.) = 2NO (ก.) - 90.4 กิโลจูล
IV. ตามสถานะการรวมตัวของสารที่ทำปฏิกิริยา (องค์ประกอบเฟส)
ตามสถานะการรวมตัวของสารที่ทำปฏิกิริยามีความโดดเด่น:
1. ปฏิกิริยาต่างกัน - ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาอยู่ในสถานะการรวมกลุ่มที่แตกต่างกัน (ในเฟสที่ต่างกัน)
2. ปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน - ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาอยู่ในสถานะการรวมตัวเดียวกัน (ในเฟสเดียวกัน)
V. โดยการมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยา
ขึ้นอยู่กับการมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยา พวกมันมีความโดดเด่น:
1. ปฏิกิริยาที่ไม่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยไม่มีการมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยา
2. ปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยการมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยา เนื่องจากปฏิกิริยาทางชีวเคมีทั้งหมดที่เกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพพิเศษของโปรตีนธรรมชาติ - เอนไซม์ พวกมันทั้งหมดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรืออย่างแม่นยำยิ่งขึ้นคือเอนไซม์ ควรสังเกตว่ามากกว่า 70% การผลิตสารเคมีใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา
วี. ต่อ
ตามทิศทางที่มีความโดดเด่น:
1. ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่กำหนดในทิศทางเดียวเท่านั้น ซึ่งรวมถึงปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนทั้งหมดที่มาพร้อมกับการก่อตัวของตะกอน ก๊าซหรือสารที่แยกตัวออกเล็กน้อย (น้ำ) และปฏิกิริยาการเผาไหม้ทั้งหมด
2. ปฏิกิริยาย้อนกลับได้ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ พวกมันจะเกิดขึ้นพร้อมกันในสองทิศทางที่ตรงกันข้าม ปฏิกิริยาดังกล่าวส่วนใหญ่อย่างล้นหลามคือ
ในเคมีอินทรีย์ สัญลักษณ์ของการพลิกกลับจะสะท้อนให้เห็นโดยชื่อ - คำตรงข้ามของกระบวนการ:
การเติมไฮโดรเจน - การดีไฮโดรจีเนชัน
ไฮเดรชั่น - การคายน้ำ
พอลิเมอไรเซชัน - ดีพอลิเมอไรเซชัน
ปฏิกิริยาทั้งหมดของเอสเทอริฟิเคชัน (กระบวนการตรงกันข้ามดังที่คุณทราบเรียกว่าไฮโดรไลซิส) และการไฮโดรไลซิสของโปรตีนสามารถย้อนกลับได้ เอสเทอร์, คาร์โบไฮเดรต, พอลินิวคลีโอไทด์ การย้อนกลับของกระบวนการเหล่านี้อยู่ภายใต้ ทรัพย์สินที่สำคัญที่สุดสิ่งมีชีวิต - เมแทบอลิซึม
ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ตามกลไกของการไหลมีความโดดเด่น:
1. ปฏิกิริยารุนแรงเกิดขึ้นระหว่างอนุมูลกับโมเลกุลที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยา
ดังที่คุณทราบแล้วว่าในทุกปฏิกิริยา พันธะเคมีเก่าจะถูกทำลายและเกิดพันธะเคมีใหม่ขึ้น วิธีการทำลายพันธะในโมเลกุลของสารตั้งต้นจะกำหนดกลไก (เส้นทาง) ของปฏิกิริยา หากสารก่อตัวขึ้นจากพันธะโควาเลนต์ มีสองวิธีในการทำลายพันธะนี้: ภาวะเม็ดเลือดแดงแตกและเฮเทอโรไลติก ตัวอย่างเช่นสำหรับโมเลกุล Cl 2, CH 4 เป็นต้น จะทำให้เกิดความแตกแยกของพันธะ hemolytic ซึ่งจะนำไปสู่การก่อตัวของอนุภาคที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่นั่นคืออนุมูลอิสระ
อนุมูลส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นเมื่อพันธะแตก โดยที่คู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะถูกแบ่งเท่าๆ กันโดยประมาณระหว่างอะตอม (พันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้ว) แต่พันธะขั้วจำนวนมากก็สามารถสลายได้ในลักษณะเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้นใน เฟสก๊าซและภายใต้อิทธิพลของแสง เช่นในกรณีของกระบวนการที่กล่าวถึงข้างต้น - ปฏิสัมพันธ์ของ C 12 และ CH 4 - อนุมูลมีปฏิกิริยามากเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะทำให้ชั้นอิเล็กตรอนสมบูรณ์โดยการนำอิเล็กตรอนจากอะตอมหรือโมเลกุลอื่น ตัวอย่างเช่น เมื่ออนุมูลคลอรีนชนกับโมเลกุลไฮโดรเจน มันทำให้คู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันซึ่งสร้างพันธะอะตอมไฮโดรเจนแตกตัวและก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์กับอะตอมไฮโดรเจนตัวใดตัวหนึ่ง อะตอมไฮโดรเจนที่สองซึ่งกลายเป็นอนุมูลอิสระก่อตัวเป็นคู่อิเล็กตรอนร่วมกับอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ของอะตอมคลอรีนจากโมเลกุล Cl 2 ที่ยุบตัว ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของอนุมูลคลอรีนที่โจมตีโมเลกุลไฮโดรเจนใหม่ เป็นต้น
ปฏิกิริยาที่แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงต่อเนื่องเป็นลูกโซ่เรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่ สำหรับการพัฒนาทฤษฎี ปฏิกิริยาลูกโซ่นักเคมีที่โดดเด่นสองคน - เพื่อนร่วมชาติของเรา N. N. Semenov และชาวอังกฤษ S. A. Hinshelwood ได้รับรางวัลโนเบล
ปฏิกิริยาการทดแทนระหว่างคลอรีนและมีเทนเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกัน:
ปฏิกิริยาการเผาไหม้ส่วนใหญ่ของสารอินทรีย์และ สารอนินทรีย์, การสังเคราะห์น้ำ, แอมโมเนีย, ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของเอทิลีน, ไวนิลคลอไรด์ ฯลฯ
2. ปฏิกิริยาไอออนิกเกิดขึ้นระหว่างไอออนที่มีอยู่แล้วหรือก่อตัวขึ้นระหว่างปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาไอออนิกโดยทั่วไปคือปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กโทรไลต์ในสารละลาย ไอออนถูกสร้างขึ้นไม่เพียงแต่ในระหว่างการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์ในสารละลายเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของการปล่อยกระแสไฟฟ้า การให้ความร้อน หรือการแผ่รังสี ตัวอย่างเช่น รังสี γ แปลงโมเลกุลของน้ำและมีเทนให้เป็นไอออนของโมเลกุล
ตามกลไกไอออนิกอื่นปฏิกิริยาของการเติมไฮโดรเจนเฮไลด์, ไฮโดรเจน, ฮาโลเจนต่ออัลคีน, ออกซิเดชันและการขาดน้ำของแอลกอฮอล์, การแทนที่แอลกอฮอล์ไฮดรอกซิลด้วยฮาโลเจนเกิดขึ้น ปฏิกิริยาที่แสดงคุณสมบัติของอัลดีไฮด์และกรด ในกรณีนี้ ไอออนจะเกิดขึ้นจากความแตกแยกแบบเฮเทอโรไลติกของพันธะโควาเลนต์เชิงขั้ว
8. ตามประเภทของพลังงาน
การเริ่มต้นปฏิกิริยามีความโดดเด่น:
1. ปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอล พวกมันเริ่มต้นจากพลังงานแสง นอกเหนือจากกระบวนการโฟโตเคมีคอลของการสังเคราะห์ HCl หรือปฏิกิริยาของมีเทนกับคลอรีนที่กล่าวถึงข้างต้น สิ่งเหล่านี้ยังรวมถึงการผลิตโอโซนในโทรโพสเฟียร์ในฐานะมลพิษทุติยภูมิในชั้นบรรยากาศ บทบาทหลักในกรณีนี้คือไนตริกออกไซด์ (IV) ซึ่งภายใต้อิทธิพลของแสงจะก่อให้เกิดอนุมูลออกซิเจน อนุมูลเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลออกซิเจนทำให้เกิดโอโซน
การก่อตัวของโอโซนเกิดขึ้นตราบเท่าที่มีแสงสว่างเพียงพอ เนื่องจาก NO สามารถโต้ตอบกับโมเลกุลออกซิเจนจนเกิดเป็น NO 2 เดียวกันได้ การสะสมของโอโซนและมลพิษทางอากาศทุติยภูมิอื่นๆ อาจทำให้เกิดหมอกควันจากโฟโตเคมีคอล
ปฏิกิริยาประเภทนี้ยังรวมถึงกระบวนการที่สำคัญที่สุดที่เกิดขึ้นในเซลล์พืชนั่นคือการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งเป็นชื่อที่พูดเพื่อตัวมันเอง
2. ปฏิกิริยาการแผ่รังสี พวกมันเริ่มต้นจากการแผ่รังสีพลังงานสูง - รังสีเอกซ์, รังสีนิวเคลียร์ (รังสีγ, อนุภาค a - He 2+ เป็นต้น) ด้วยความช่วยเหลือของปฏิกิริยาการแผ่รังสีจะทำปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของรังสีอย่างรวดเร็วการสลายรังสี (การสลายตัวของรังสี) ฯลฯ
ตัวอย่างเช่น แทนที่จะผลิตฟีนอลจากเบนซีนสองขั้นตอน สามารถรับได้โดยการทำปฏิกิริยาเบนซีนกับน้ำภายใต้อิทธิพลของรังสี ในกรณีนี้ อนุมูล [OH] และ [H] ถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลของน้ำ ซึ่งเบนซีนทำปฏิกิริยากับฟีนอล:
ค 6 H 6 + 2[OH] → C 6 H 5 OH + H 2 O
การวัลคาไนซ์ของยางสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้กำมะถันโดยใช้การวัลคาไนซ์ด้วยรังสี และผลลัพธ์ของยางจะไม่เลวร้ายไปกว่ายางแบบดั้งเดิม
3. ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า พวกเขาเริ่มต้นโดย ไฟฟ้า. นอกจากปฏิกิริยาอิเล็กโทรลิซิสที่รู้จักกันดีแล้ว เรายังจะระบุถึงปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้าด้วย เช่น ปฏิกิริยาสำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมของตัวออกซิไดเซอร์อนินทรีย์
4. ปฏิกิริยาเทอร์โมเคมี พวกมันเริ่มต้นจากพลังงานความร้อน ซึ่งรวมถึงปฏิกิริยาดูดความร้อนทั้งหมดและปฏิกิริยาคายความร้อนจำนวนมาก ซึ่งการเริ่มต้นต้องใช้การจ่ายความร้อนเริ่มต้น นั่นคือ การเริ่มต้นกระบวนการ
การจำแนกประเภทของปฏิกิริยาเคมีที่กล่าวถึงข้างต้นสะท้อนให้เห็นในแผนภาพ
การจำแนกประเภทของปฏิกิริยาเคมีนั้นมีเงื่อนไขเช่นเดียวกับการจำแนกประเภทอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์ตกลงที่จะแบ่งปฏิกิริยาออกเป็นประเภทต่างๆ ตามลักษณะที่พวกเขาระบุ แต่การเปลี่ยนแปลงทางเคมีส่วนใหญ่สามารถนำมาประกอบได้ ประเภทต่างๆ. ตัวอย่างเช่น เรามาอธิบายลักษณะกระบวนการสังเคราะห์แอมโมเนียกัน
นี่คือปฏิกิริยาผสม, รีดอกซ์, คายความร้อน, ย้อนกลับได้, ตัวเร่งปฏิกิริยา, ต่างกัน (แม่นยำยิ่งขึ้น, ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างกัน - ตัวเร่งปฏิกิริยา) เกิดขึ้นพร้อมกับความดันในระบบลดลง เพื่อให้จัดการกระบวนการได้สำเร็จ จำเป็นต้องคำนึงถึงข้อมูลทั้งหมดที่ให้ไว้ ปฏิกิริยาเคมีที่เฉพาะเจาะจงนั้นมีหลายคุณภาพเสมอและมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน
