Химические превращения и их характеристики

КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

В основе любой химической реакции лежит разрыв одних и образование других химических связей. Иногда это — появление новых связей, иногда — лишь перераспределение существующих, что хорошо видно на примере реакций молекулярных соединений. В реакции

вместо одной связи I-I и трех связей С1-С1 образуется шесть связей I-C1. При разложении гексафторида ксенона.

вместо шести связей Xe-F остается только три связи F-F.

В то же время в реакциях.

и характер связей и их число сохраняется, что хорошо видно при записи уравнений реакций с изображением структурных формул:

При переходе от реакций превращения молекул в газовой фазе к реакциям, в которых участвуют, например, ионные или атомные кристаллы, изменение числа связей становится далеко не так очевидно, однако в ходе реакции оно несомненно имеет место.

Именно поэтому при классификации химических реакций используют не число и характер меняющихся связей, а другие, более формальные признаки: термодинамические (по изменению энтропии, энтальпии, энергии Гиббса, по обратимости), кинетические (по порядку реакции, молекулярное™, механизму), специфические (реакции нейтрализации, гидролиза, этерификации, серебряного зеркала и т. д.). Все эта признаки и классификации мы будем обсуждать по мере изложения материала, а пока остановимся на двух из них. Многие особенности реакции, в частности ее механизм, время установления равновесия, существенно зависят от того, находятся ли все участники реакции в одной фазе или реакция идет фактически на границе раздела фаз. По признаку числа фаз (см. разд. 5.2) реакции делятся на: 1) го могенн ые, в которых все участники — и исходные вещества, и продукты реакции — находятся в одной фазе (очевидно, что эта фаза является раствором — газовым или жидким); 2) гетерогенные, в которых участники распределены между разными фазами.

Примерами гомогенных реакций могут служить:

Символ «водн.» обозначает неопределенное, но большое количество воды как растворителя, т. е. реакция взаимодействия гидроксида натрия с уксусной кислотой протекает в водном растворе. Слово «эфир» над знаком стрелки говорит о том, что реакция протекает в эфирном растворе.

Примерами гетерогенных реакций, в которых участвуют твердые фазы, растворы и газы, могут служить:

При написании уравнений реакций, протекающих в растворах, обычно образование новых фаз обозначают стрелками: появление осадка — стрелка вниз I, выделение газа — стрелка вверх t.

Второй признак, который лежит в основе классификации химических реакций, связан с их энергетическим эффектом. Как мы видели в гл. 4, каждая химическая связь характеризуется определенной энергией. Изменение характера связей, а тем более их числа должно сопровождаться изменением энергии. Поэтому любая химическая реакция сопровождается некоторым энергетическим эффектом, который чаще всего проявляется в выделении или поглощении теплоты Q. По характеру энергетического эффекта химические реакции делятся на два типа: 1) реакции, протекающие с выделением теплоты (энергии), называются экзотермическими; 2) реакции, протекающие с поглощением теплоты (энергии),-эндотермическими.

Например, все реакции горения — экзотермические:

Реакции разложения в большинстве своем эндотермические:

Хотя известны случаи, когда разложение вещества сопровождается выделением энергии:

Экзотермически разлагаются взрывчатые вещества.

Из закона сохранения энергии следует, и это очень важно понять, что любая реакция, протекающая слева направо с выделением энергии, в обратном направлении протекает с ее поглощением и наоборот:

Разумеется, два рассмотренных признака не связаны между собой, и гомогенная реакция может быть как экзо-, так и эндотермической, а эндотермическая — как гомогенной, так и гетерогенной.

Третий признак, по которому все реакции делятся на обменные и окислительно-восстановительные, связан с перемещением электронной плотности по связи от одного атома к другому.