Chemické reakce: druhy, klasifikace, rychlost, charakteristiky

Často ani netušíme, že před našima očima probíhá chemická reakce a často jsme jejími účastníky i my sami. Pojďme zjistit, jaké jsou chemické reakce, jaké jsou jejich typy, klasifikace, rychlost a vlastnosti

Bez chemických reakcí by evoluce v přírodě nebyla možná. Ve vesmíru jsou jedinými nalezenými atomy hlavně vodík (H) a helium (He). To je vysvětleno nedostatkem nezbytných podmínek pro chemické reakce.

Ale na Zemi je situace zásadně odlišná. Zde jsou chemické prvky nápadné ve své rozmanitosti a mohou vstupovat do různých interakcí. Bohatství přírodního světa přímo závisí na množství a kvalitě chemických reakcí. Přechod z anorganické hmoty na živou hmotu byl možný pouze díky chemickým procesům. A člověk sám je mini továrna, kde probíhají nejen jednoduché, ale i složité chemické reakce pro syntézu a rozklad látek. Efektivita této živé „továrny“ je ohromující.

Co je chemická reakce

Chemická reakce je proces přeměny jedné nebo více látek na jiné látky, jehož výsledkem je přerozdělení elektronů a jader. Samotná jádra atomů se nemění:

Chemické reakce by neměly být zaměňovány s fyzikálními procesy. Při fyzikálních procesech si látky zachovávají své složení, i když mohou tvořit směsi, měnit svou vnější formu nebo stav agregace. Přeměna vody na páru nebo led je tedy fyzikální proces, nikoli chemická reakce. Chemická reakce, která vede ke vzniku vody, je popsána vzorcem:

Od jaderných reakcí se liší i chemické reakce, při kterých dochází ke změnám v jádrech atomů a vznikají atomy nových prvků. Při chemických procesech se v důsledku změn v elektronovém obalu atomů získávají nové látky.

Typy chemických reakcí

Rozlišují se tyto typy chemických reakcí: reakce kombinační, rozkladné, substituční a výměnné.

Reakce sloučeniny je vznik jedné komplexní látky jako výsledek spojení dvou nebo více látek. Například:

V důsledku toho, rozkladné reakce dochází k rozpadu jedné komplexní látky na několik jednoduchých.

Substituční reakce se vyskytuje mezi jednoduchými a komplexními látkami, přičemž atomy jednoduché látky nahrazují atomy jednoho z prvků ve složité látce.

Zn + 2HCL = ZnClXNUMX + HXNUMX

Výměna reakce je možné mezi dvěma komplexními látkami, v důsledku čehož si vyměňují své složky a vznikají dvě nové komplexní látky.

MgO + H2SOXNUMX = MgSXNUMX + HXNUMX

Klasifikace chemických reakcí

Existuje řada znaků, podle kterých lze chemické reakce klasifikovat: podle stavu agregace, podle změny oxidačních stavů reaktantů, podle tepelného účinku reakce, podle směru postupu, podle přítomnosti katalyzátorů.

Podle stavu agregace (plynné, kapalné, pevné) reagujících látek se chemické reakce dělí na homogenní a heterogenní. Homogenní reakce probíhají v jedné fázi, například ve formě roztoku:

HCl + NaOH = NaCl + H20

Na rozhraní mezi dvěma fázemi dochází k heterogenním reakcím. Například pevná látka a plyn:

Na základě změny oxidačních stavů činidel se rozlišují oxidačně-redukční reakce. Oxidace je proces odevzdání elektronů, jehož výsledkem je zvýšení oxidačního stavu. Redukce je přidání elektronů a snížení oxidačního stavu. Prvek, který elektrony daruje, se nazývá redukční činidlo a prvek, který elektrony přijímá, se nazývá oxidační činidlo. Například při reakci Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu, železo odevzdává dva elektrony a je redukčním činidlem a měď přijímá dva elektrony a působí jako oxidační činidlo.

Podle tepelného efektu se chemické reakce dělí na exotermické (provázené uvolňováním tepla +Q) a endotermické (probíhající s absorpcí tepla -Q).

Pozoruhodným příkladem exotermických reakcí je proces spalování:

CH2 + 2 = CXNUMX + XNUMXHXNUMX +Q

Endotermické reakce zahrnují rozkladné reakce:

CaCO₃ = CaO + CO₂ –Q

V závislosti na směru jejich výskytu jsou chemické reakce vratné a nevratné. Reverzibilní reakce probíhají současně ve dvou opačných směrech: H2 + IXNUMX = XNUMXHI

Nevratné reakce probíhají pouze jedním směrem: 2Mg + O₂ = 2MgO

Na základě přítomnosti katalyzátorů (látky, které se účastní reakce, mění její rychlost, ale po ukončení reakce zůstávají nezměněny) se chemické reakce dělí na katalytické (probíhající za přítomnosti katalyzátorů) a nekatalytické (probíhající bez katalyzátorů). V rovnicích katalytických reakcí je chemický vzorec katalyzátoru napsán nad znaménkem rovnosti nebo reverzibility.

to je zajímavé
Mocenství
Co to je a jak to identifikovat

Rychlost chemických reakcí

Rychlost chemické reakce ukazuje, jak se mění koncentrace reagujících látek za jednotku času. Reakční rychlost je tím vyšší, čím větší je počet reagujících látek a tím kratší je reakční doba. Tyto procesy studuje speciální sekce chemie – chemická kinetika.

Rychlost chemických reakcí závisí na následujících podmínkách: přítomnost katalyzátoru, stupeň mletí reagujících látek, tlak a teplota, povaha látek vstupujících do reakce, koncentrace činidel.

Podle Van’t Hoffova pravidla se s každým zvýšením teploty o 10 stupňů Celsia rychlost chemické reakce zvýší 2-4krát.

Známky chemických reakcí

V důsledku chemických reakcí se některé látky přeměňují na jiné. V tomto případě se nemění jen látky samotné, ale i jejich vlastnosti. Takové změny jsou známkami chemických reakcí. Patří sem:

• Jasná záře a uvolňování nebo pohlcování tepla

Hořčík při hoření uvolňuje velké množství tepla a vydává jasné světlo.

Při zahřívání malachitového prášku ve zkumavce se tvoří oxid uhličitý, voda a oxid měďnatý CuO.

• Tvorba nebo rozpouštění sedimentu

Když se vápenná voda a roztok sody slijí, vytvoří se bílá sraženina, kterou lze snadno rozpustit v octě.

• Změna barvy a zápachu

Při procesu hoření zápalky vzniká specifický zápach, navíc se mění barva plamene a uvolňuje se teplo.

3 témata, která zná každý středoškolák

Vsadíme se, že neznáte alespoň jednoho z nich? Pojďme to zkontrolovat.

1. Struktura a vlastnosti krystalových mřížek
2. Co je valence
3. Jak používat periodickou tabulku

Oblíbené otázky a odpovědi

Odpověděla Anastasia Chistyakova, hlavní metodička pro směr přírodních věd z domácí školy InternetUrok.

Jaké faktory ovlivňují rychlost chemické reakce?

Rychlost chemické reakce závisí na řadě faktorů.

1. Povaha látek vstupujících do chemické reakce. Čím je kov aktivnější, tím rychleji oxiduje a tím prudčeji interaguje s vodou. Znalost povahy reagujících látek nám umožňuje předvídat rychlost chemické reakce.

2. Koncentrace činidel. Čím vyšší je jejich koncentrace, tím vyšší je reakční rychlost, protože s rostoucí koncentrací roste počet srážek molekul reagujících látek. Například spalování v čistém kyslíku je mnohem aktivnější než ve vzduchu, protože koncentrace kyslíku ve vzduchu je pětkrát nižší.

3. Povrchová plocha reagujících látek. Čím větší je tato plocha, tím vyšší je reakční rychlost. Pevné látky jsou proto rozemlety a kapaliny atomizovány. Pokud se například kus mramoru změní na prášek, jeho reakce s kyselinou chlorovodíkovou bude mnohem rychlejší.

4. Teplota. Každý stupeň zvýšení teploty vede ke zvýšení reakční rychlosti. Je to způsobeno zvýšením počtu aktivních molekul, které mají zvýšenou energii, což usnadňuje vstup látek do chemické reakce.

5. Tlak. Má významný vliv na rychlost reakce v plynném stavu. Se zvyšujícím se tlakem se zvyšuje reakční rychlost, což se vysvětluje zvýšením koncentrace reagujících molekul.

6. Katalyzátor. Rychlost reakce se zvyšuje v přítomnosti speciálních látek – katalyzátorů. Tvoří meziprodukty, které mezi sebou aktivněji reagují. V tomto případě se samotný katalyzátor během reakčního procesu nespotřebovává. Existují také látky, které zpomalují reakční proces (inhibitory).

Jaké chemické reakce probíhají v lidském těle?

V lidském těle neustále probíhají různé chemické reakce, které svou účinností mnohem předčí podobné procesy v laboratorních podmínkách. Tomu napomáhají speciální látky – enzymy, které jsou biologickými katalyzátory. V současné době je známo několik tisíc proteinových enzymů, z nichž každý se účastní přesně definované chemické reakce.

V lidském těle dochází k rozkladu potravy, přeměně tuků a cukrů na vodu a oxid uhličitý. Tím se uvolňuje energie, která se používá k podpoře života těla. Během procesu dýchání se kyslík přeměňuje na oxid uhličitý. Při dělení DNA se z jedné tvoří dvě molekuly.

Lidské tělo potřebuje minerály a vitamíny, které nemůže získat přímo z potravy. V tomto případě jsou také nutné chemické reakce, které usnadňují vznik a absorpci těchto látek.

Jaké chemické reakce probíhají v přírodě?

V přírodě probíhají chemické reakce neustále, ale neměly by být zaměňovány s fyzikálními procesy. Pokud se voda vypaří, jednoduše změní svůj stav agregace a molekuly vody zůstanou nezměněny. Ale během procesu fotosyntézy v zelené rostlině na světle molekuly vody interagují s oxidem uhličitým, což má za následek tvorbu glukózy a uvolňování kyslíku. Během bouřky dochází k chemické reakci za vzniku ozónu z kyslíku. Chemické procesy jsou také spojeny s hnilobou organické hmoty, kysáním mléka a kvašením cukru. Vzhled rzi na kovu je další chemická reakce. Když se v konvici tvoří vodní kámen, netušíme, že jde o stejnou chemickou interakci, která způsobuje vznik stalaktitů v jeskyni. V obou případech se tvoří uhličitan vápenatý.

Článek: Kinetika chemických reakcí. Rychlost homogenních a heterogenních reakcí

Najděte řešení svého problému mezi 1 000 000 odpověďmi

docx Poznámky k přednáškám na téma „Kinetika chemických reakcí. Rychlost homogenních a heterogenních reakcí“, docx

Nahrajte poznámky ve formátu docx
Zabere to jen pár minut! Mezitím si můžete práci přečíst ve formátu Word.

docx Poznámky k přednáškám na téma „Kinetika chemických reakcí. Rychlost homogenních a heterogenních reakcí» docx Stáhnout

doc Poznámky z přednášek k předmětu „Kinetika chemických reakcí. Rychlost homogenních a heterogenních reakcí, formát Word

1.5. Kinetika chemických reakcí Při zvažování vlivu různých faktorů na rychlost reakcí je třeba vzít v úvahu, ve kterých systémech (homogenních nebo heterogenních) k chemické reakci dochází. Homogenní systémy jsou systémy, které jsou jednotné ve všech bodech chemického složení a vlastností a nemají v systému žádné dělící plochy (například směs plynů nebo roztok). Heterogenní systémy jsou takové, které se skládají ze dvou nebo více částí (fází), které se liší fyzikálními a chemickými vlastnostmi a jsou od sebe odděleny rozhraními (například led a voda, plyn a pevná látka atd.). Obor chemie, který studuje rychlost chemických procesů a vliv různých faktorů na ně, se nazývá chemická kinetika. Chemické reakce, které probíhají v homogenním systému (plynném nebo kapalném), se nazývají homogenní. Například reakce mezi látkami rozpuštěnými ve vodě. Heterogenní chemické reakce jsou reakce, které probíhají na rozhraní fází (pevná látka/kapalina, plyn/kapalina, plyn/pevná látka atd.), například reakce spalování paliva, koroze kovů. 1.5.1. Rychlost homogenních a heterogenních reakcí Rychlost chemické reakce je změna množství reagující látky za jednotku času v jednotce reakčního prostoru. V případě homogenní chemické reakce probíhající při konstantním objemu lze rychlost reakce určit změnou koncentrace reaktantů během reakce. Rychlost homogenní chemické reakce je změna koncentrace kterékoli z reagujících látek za jednotku času: , (1.68) kde v je rychlost reakce, mol/(ls); C – změna koncentrace reaktantů v průběhu času , mol;  – rozdíl mezi počátečním a konečným okamžikem času, s. Znaménko minus ve vzorci (1.68) je umístěno pro látku vstupující do reakce, znaménko plus je umístěno pro látku, která se tvoří. Rychlost heterogenní reakce je změna množství látky vstupující do reakce nebo vzniklé během reakce za jednotku času: vheter = n / , (1.69) kde vheter je rychlost heterogenní reakce, mol/s; n – změna látkového množství v reakci, mol;  – čas, sec. S rostoucím stupněm disperze pevné látky se její celkový povrch prudce zvětšuje. Čím vyšší je stupeň disperze, tím vyšší je rychlost heterogenní reakce. Rychlost heterogenní reakce při konstantním stupni disperze (fragmentace) pevné látky je přímo úměrná koncentraci rozpuštěných nebo plynných látek účastnících se reakce. Například pro spalovací reakci uhlí C(s) + O2(g) = CO2(g) máme vheter= k, (1.70) kde k je rychlostní konstanta heterogenní reakce; – koncentrace plynného kyslíku účastnícího se reakce. V kinetických rovnicích typu (1.70) jsou brány v úvahu pouze koncentrace látek v plynné fázi. Rychlost chemické reakce závisí na povaze reagujících látek a reakčních podmínkách: koncentrace, teplota, tlak, přítomnost katalyzátorů, stupeň disperze (u heterogenních reakcí) a některé další podmínky. 1.5.2. Zákon hmotnostního působení Závislost rychlosti homogenních i heterogenních reakcí na koncentraci reagujících látek určuje zákon hmotnostního působení: rychlost chemické reakce při konstantní teplotě je přímo úměrná součinu koncentrací reagujících látek, braných v mocninách rovných stechiometrickým koeficientům v reakční rovnici. Pro jednoduché (jednostupňové) reakce obecného tvaru aA + bB = dD (1.71) se reakční rychlost určuje rovnicí (1.72), kde CA a CB jsou koncentrace reaktantů A a B, mol/l; a, b – stechiometrické koeficienty reakce, kde a + b 3; k je rychlostní konstanta chemické reakce. Zákon hmotnostního působení platí pro zředěné roztoky neelektrolytů nebo pro zředěné směsi plynů. Příklad: 2NO(g) + O2(g) = 2NO2(g), pak . (1.73) Je-li koncentrace reaktantů A a B rovna 1 mol na litr, je rychlost chemické reakce rovna reakční rychlostní konstantě: v = k. (1.74) Konstanta reakční rychlosti je konstantní hodnota při dané reakční teplotě. Rychlostní konstanta chemické reakce k je dána povahou reagujících látek a závisí na teplotě, přítomnosti katalyzátoru, nezávisí však na koncentraci látek účastnících se reakce. 1.5.3. Vratné a nevratné reakce Chemické reakce, při kterých je alespoň jedna z výchozích látek zcela spotřebována, se nazývají nevratné. Například 2KClO3  2KCl + 3O2 Mnoho reakcí není dokončeno, to znamená, že určité množství výchozích látek zůstává v systému. Takové reakce se nazývají kineticky vratné, např.: CO + H2O  CO2 + H2 (1.75) Reakce, která probíhá doprava, tedy ve směru tvorby reakčních produktů, se nazývá přímá reakce; reakce, která postupuje doleva, tedy směrem k výchozím látkám, je obrácená. Rychlost dopředné reakce pro rovnici (1.75) vypočteme podle vztahu (1.76) Rychlost zpětné reakce určíme podle rovnice (1.77) kde k1 a k2 jsou rychlostní konstanty dopředné a zpětné reakce; – koncentrace výchozích látek; – koncentrace reakčních produktů. Pokud jsou rychlosti dopředné a zpětné reakce stejné (vpr = vrev), pak je systém ve stavu chemické rovnováhy: . (1.78) Chemická rovnováha je charakterizována rovnovážnou konstantou rovnou poměru součinu koncentrací reakčních produktů k součinu koncentrací výchozích látek v okamžiku rovnováhy. (Koncentrace všech látek jsou brány v mocninách jejich stechiometrických koeficientů.) Pro reakci obecného tvaru (1.78) je rovnovážná konstanta pro vysoce zředěné roztoky nebo zředěné plyny určena výrazem , (1.79) kde КС je rovnovážná konstanta; CA, CB – koncentrace výchozích látek ve stavu rovnováhy; CD, CR – rovnovážné koncentrace reakčních produktů. 1.5.4. Faktory ovlivňující rychlost chemických reakcí Rychlost chemických reakcí závisí na mnoha faktorech: povaze činidel, koncentraci reakčních složek, teplotě, přítomnosti katalyzátorů, stavu krystalové mřížky pevných činidel a reakčních produktů, pokud jsou v systému přítomny. Závislost rychlosti reakce na teplotě Závislost rychlosti reakce na teplotě se řídí Van’t Hoffovým pravidlem: se zvýšením teploty o každých 10C se rychlost většiny reakcí zvyšuje 2-4krát. Matematické vyjádření Van’t Hoffova pravidla má tvar (1.80), kde v1, v2 jsou reakční rychlosti při teplotách T1 a T2;  – teplotní koeficient reakční rychlosti; T1, T2 – reakční teploty. Teplotní koeficient reakční rychlosti  ukazuje, kolikrát se reakční rychlost zvyšuje se zvýšením teploty o každých 10°C. Protože při koncentraci 1 mol/l reaktantů je reakční rychlost číselně rovna konstantě reakční rychlosti, tedy v = k (viz. rovnice (1.74)), pak . (1.81) Rovnice (1.80) a (1.81) jsou přibližné. V chemické kinetice se často používá Arrheniova rovnice, která má tvar: k = A exp(–Ea/RT) (1.82) nebo v lineárním tvaru ln k = –Ea/RT + lnA, (1.83) kde ln k je přirozený logaritmus konstanty rychlosti reakce; R – univerzální plynová konstanta, J/(molK); T – teplota, K; Ea – aktivační energie, J/mol; A je preexponenciální faktor. Aktivační energie Ea je přebytečná energie, kterou musí mít molekuly, aby mohly vstupovat do chemických interakcí. Aktivační energii Ea lze vypočítat, pokud jsou známy konstanty reakční rychlosti při teplotách T1 a T2: . (1.84) Preexponenciální faktor A charakterizuje počet srážek mezi aktivními molekulami s aktivační energií Ea. Srážky mezi aktivními molekulami nevedou vždy k reakci. Interakce mezi aktivními molekulami je možná pouze tehdy, pokud mají určitou orientaci. Faktor A je úměrný poměru počtu molekul, které vedou k chemické interakci, k celkovému počtu možných orientací molekul. Obvykle A 0)? 136.