(Chemické reakce 1.r)

Studijní text – CHEMIE – 1.r. G4, 5.r. G8
CHEMICKÉ REAKCE
Podstata chemických reakcí
- podstatou chemické reakce je přeměna výchozích látek (reaktantů) na produkty reakce
- při chemické reakci dochází ke štěpení vazeb v reaktantech a vzniku vazeb v produktech reakce
- při chemické reakci dochází k přeměně látek na úrovni atomů, molekul nebo iontů, nezanikají a nevznikají atomy
- přeměna látek na úrovni atomárně-molekulové se nazývá reakční mechanismus
Reakce jednoduché a složené
a) jednoduché reakce
– v reakční soustavě probíhá jedna chemická reakce, probíhající reakci popisuje jedna chemická rovnice
př. : NO2 + CO → NO + CO2
SCl2 + Cl2 → SCl4
b) složené reakce
– v reakční soustavě probíhají alespoň dvě chemické reakce, přeměna reaktantů na produkty probíhá za vzniku meziproduktů
– složenou reakci lze rozložit na soustavu jednoduchých reakcí, tato soustava reakcí se nazývá reakční mechanismus
– chemická rovnice nevystihuje průběh složené reakce, vystihuje pouze její počáteční a koncový stav, proto se pro popis složené reakce
používá několik chemických rovnic jednoduchých reakcí
Třídění (klasifikace) chemických reakcí
Chemické reakce lze třídit podle následujících kritérií:
A) Podle počtu fází v reakční směsi
1. Reakce homogenní – všechny látky v reakční soustavě (reakční složky) jsou v jedné fázi
př. N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g)
NaOH (aq) + HCl (aq)
2. Reakce heterogenní – látky v reakční soustavě jsou v různých fázích (skupenstvích)
př. 2 HCl (aq) + Zn (s) → ZnCl2 (aq) + H2 (g)
CuSO4 (aq) + Zn (s)
→
→
NaCl (aq) + H2O (l)
ZnSO4 (aq) +
Cu (s)
- zvláštním typem heterogenních reakcí jsou srážecí reakce, při kterých je alespoň jeden z produktů ve formě pevné látky - sraženiny
př. HCl (g) + NH3 (g) → NH4Cl (s)
- při reakcích v kapalných rozpouštědlech je sraženinou pevná látka nerozpustná v daném rozpouštědle)
př. BaCl2 (aq) + Na2SO4 (aq) → BaSO4 (s) + 2 NaCl (aq) nebo BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4 ↓ + 2 NaCl
(↓ … označení sraženiny )
B) Podle jevových znaků reakce – starší kritérium pro třídění chemických reakci
1. Reakce skladné (syntetické) – reakce, při kterých dochází ke slučování látek jednodušších za vzniku látek složitějších
př. N2 + 3 H2 → 2 NH3
NH3 + HCl → NH4Cl
CuSO4 + 4 H2O → [Cu(H2 O)4 ]SO4
- mezi skladné reakce patří adiční reakce organických sloučenin
př. CH2 = CH2 + H2 →
CH3 − CH3
2. Reakce rozkladné (analytické) – reakce, při kterých se složitější látky štěpí (disociují) na látky jednodušší
- jsou opakem reakcí skladných
př. CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (s)
2 HgO (s) → Hg (s) + O2 (s)
- mezi rozkladné reakce eliminační reakce organických sloučenin
př. CH3 − CH2 − OH
→ CH2 = CH2 + H2O
3. Reakce substituční (záměnné) – reakce, při kterých jsou atom nebo skupina atomů v molekule sloučeniny vyměněny za jiný atom nebo
skupinu atomů
př. CuSO4 (aq) + Fe (s) → FeSO4 (s) + Cu (s)
[Cu(H2O)4]SO4 + 4 NH3 → [Cu(NH3)4]SO4 + 4 H2O
- do této skupiny se řadí substituční reakce organických sloučenin
př. CH3 − CH2 − OH + HBr
4. Podvojné záměny (konverze) – reakce, které lze odvodit spřažením dvou záměnných reakcí
př. Pb(NO3)2 + 2 KI2 → PbI2 + 2 KNO3
2 KOH + H2SO4
→
→
K2SO4
CH3 − CH2 − Br + H2O
+
2 H2O
C) Podle reagujících částic
1. Reakce molekulové – všechny reakční složky v průběhu celé reakce jsou elektroneutrální molekuly
př. NO2 + CO → NO + CO2
SCl2 + Cl2 → SCl4
2. Reakce radikálové – reakce, kterých se jako meziprodukty účastní nestabilní částice s nepárovými elektrony – radikály
– většina radikálových reakcí probíhá řetězovým mechanismem
př. Cl⋅ + H⋅ → HCl
3. Reakce iontové – reakce, které probíhají ve vodném prostředí nebo v jiných polárních rozpouštědlech
– iontový charakter má většina anorganických reakcí
– iontové reakce lze zapsat několika způsoby
-- chemickou rovnicí: CuSO4 (aq) + Fe (s) → FeSO4 (aq) + Cu (s)
-- nezkráceným iontovým zápis: Cu2+ (aq) + SO42- (aq) + Fe (s)
→
Fe2+ (aq) + SO42- (aq) +
Cu (s)
-- zkráceným iontovým zápis: Cu2+ (aq) + Fe (s) → Fe2+ (aq) + Cu (s)
- zkrácený iontový zápis je výhodný, neboť zachycuje jen reakce, které se účastní reakce, a proto vystihuje hlavní znak reakce
D) Podle přenášených částic (podle probíhajícího chemického děje)
1. Reakce oxidačně-redukční (redoxní)
– dochází k přenosu elektronů mezi reagujícími částicemi, který se projevuje změnou oxidačního čísla některých prvků
př. 2 HICl + Zn0 → ZnIICl2 + H20
2. Rekce protolytické
– dochází k přenosu protonů H+ mezi reagujícími částicemi
př. HCl (aq) + H2O (l) → H3O+ (aq) + Cl- (aq)
– protože při protolytických reakcích dochází vždy k reakci mezi kyselinou a zásadou, nazývají se tyto reakce acidobazické reakce
(kyselina – acidum (lat.), zásada – báze)
př. neutralizační reakce : Ca(OH)2 + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O
3. Reakce koordinační (komplexotvorné)
– dochází k přenosu atomů nebo atomových skupin
př. CuSO4 (s) + 4 H2O (l) → [Cu(H2O)4]SO4 (aq)
[Cu(H2O)4]SO4 (aq) + 4 NH3 → [Cu(NH3)4]SO4 (aq) + 4 H2O
E) Podle průběhu přeměny výchozích látek na produkty – rozdělení důležité z pohledu reakční kinetiky
1. Reakce izolované
– v reakční soustavě probíhá právě jedna reakce
– nejsou častým typem chemických reakcí
př. FeCl3 + 3 NaOH → Fe(OH)3 + 3 NaCl
2. Reakce simultánní (současné)
– v reakční soustavě současně probíhá několik reakcí
– reakce simultánní se dělí dále na:
a) reakce zvratné
– v reakční soustavě současně probíhá přímá reakce (reakce od reaktantů k produktům) a zpětná reakce (reakce od produktů k reaktantům)
obecné schéma: A
B
př. H2 (g) + I2 (g)
2 HI (g)
– zvratný průběh musíme předpokládat u všech reakcí, které po určité době dospějí do rovnovážného stavu (k chemické rovnováze)
b) reakce bočné
– reaktanty reagují za vzniku různých produktů, které mají stejné chemické složení
C
obecné schéma: A + B
D
- probíhají zejména u reakcí organických sloučenin
CH2 = CH2 + H2O
př. CH3 − CH2 − OH
CH3 − CHO + H2
c) reakce následné (konsekutivní)
– produkt jedné reakce je reaktantech následující reakce
obecné schéma: A → B → C → … → P
př. CH4 → CH3 − OH → H − CHO → H − COOH
… oxidace methanu na kyselinu mravenčí
(methan → methanol → formaldehyd → kyselina mravenčí)
– mezi následné reakce patří reakce řetězové, při kterých vznikají a reagují radikály (viz C)2))
Použitá literatura: J. Vacík a kol. – Přehled středoškolské chemie (SPN, a.s., Praha, 3. vydání, 1995)
Studijní text je určen výhradně pro vnitřní potřebu Gymnázia Zábřeh.
© Zbyněk Vlk, 2000