Класифікація хімічних реакцій Класифікація хімічних реакцій, що лежать в основі промислових хіміко-технологічних процесів

До теперішнього часу немає ще будь-якої цілком усталеної класифікації процесів хімічноїтехнології. Практично доцільно об'єднувати їх в залежності від основних закономірностей, що характеризують перебіг процесів, наступні групи:

гідродинамічні процеси; включають переміщення рідин, поділ суспензій, перемішування. Для переміщення рідких реагентів та проміжних продуктів використовують різні насоси: поршневі, відцентрові, струменеві та ін. Суспензії поділяють відстоюванням, фільтруванням.

2теплові процеси; зміна макроскопічного стану термодинамічної системи

3дифузійні процеси; зміна макроскопічного стану термодинамічної системи

Система, в якій триває тепловий процес, називається робочим тілом.

Теплові процеси можна розділити на рівноважні та нерівноважні. Рівноважним називається процес, у якому всі стану, якими проходить система, є рівноважними станами.

Теплові процеси можна розділити на оборотні та незворотні. Оборотним називається процес, який можна провести в протилежному напрямку через ті самі проміжні стани.

1. холодильні процеси; забезпечують безперервне мистецтво, охолодження разл. в-в (тіл) шляхом відведення від них теплоти. природ. охолодження за допомогою холодної води або повітря дозволяє охолодити до т-ри охолоджуючого середовища і не вимагає підведення енергії. Охолодження до нижчих т-р відбувається у мистецтв. холодних середовищах, на створення яких брало витрачається мех., Теплова або хімічна. енергія

   механічні процеси, пов'язані з обробкою твердих тіл;

   хімічні процеси, пов'язані з хімічними перетвореннями матеріалів, що обробляються.

Процеси поділяютьсятакож на:

періодичні,

безперервні,

комбіновані.

Періодичний процесхарактеризується єдністю місця протікання окремих його стадій і станом, що не встановився в часі. p align="justify"> Періодичні процеси здійснюють в апаратах періодичної дії, з яких кінцевий продукт вивантажується повністю або частково через певні проміжки часу. Після розвантаження апарата в нього завантажують нову порцію вихідних матеріалів, і цикл повторюється знову. Внаслідок неусталеного стану при періодичному процесі в будь-якій точці маси оброблюваного матеріалу або в будь-якому перерізі апарату окремі фізичні величини або параметри (наприклад, температура, тиск, концентрація, теплоємність, швидкість та ін), що характеризують процес і стан речовин, що піддаються обробці, змінюються в час перебігу процесу.

Безперервний процесхарактеризується єдністю часу перебігу всіх його стадій, станом і безперервним відбором кінцевого продукту. Безперервні процеси здійснюють в апаратах безперервної дії. Внаслідок стану в будь-якій точці маси оброблюваного матеріалу або в будь-якому перерізі безперервно діючого апарату фізичні величини або параметри протягом всього часу протікання процесу залишаються практично незмінними.

Комбінований процесє або безперервний процес, окремі стадії якого проводяться періодично, або такий періодичний процес, одна або кілька стадій якого проводяться безперервно. Безперервні процесимають ряд істотних переваг у порівнянні з періодичними та комбінованими. До таких переваг насамперед належать:

можливість здійснення повної механізації та автоматизації, що дозволяє скоротити до мінімуму застосування ручної праці;

однорідність одержуваних продуктів та можливість підвищення їх якості;

компактність обладнання, необхідного для здійснення процесу, що дозволяє скоротити як капітальні витрати, так і витрати на ремонт.

Тому в даний час у всіх галузях техніки прагнуть перейти від періодичних до безперервним виробничим процесам.

26. Узагальнений метод технологічного розрахунку первинних відстійників полягає у виборі типу та необхідної кількості типових споруд, що забезпечують необхідний ефект освітлення.

Є багато методів технологічного розрахунку горизонтальних відстійників, які засновані на емпіричних залежностях та експериментально отриманих коефіцієнтах. В основу цих формул покладена залежність, що зв'язує тривалість відстоювання, необхідну для отримання необхідного ефекту освітлення стічних вод, і швидкість осадження (випливання) тих частинок, які повинні бути затримані у відстійнику.

З великої кількості я запропонованих для цього розрахункових формул прогресивними є лише ті з них, які дозволяють найбільш повно враховувати дійсні умови осадження та взаємозв'язок між основними розрахунковими параметрами. Цій вимогі задовольняють формули, що пов'язують тривалість відстоювання, необхідну для отримання необхідного ефекту освітлення стічних вод, і швидкість осадження частинок, які повинні бути затримані у відстійнику.

З великої кількості методів технологічного розрахунку відстійниківта запропонованих для цього розрахункових формул прогресивними є лише ті з них, які дозволяють найбільш повно враховувати дійсні умови осадження та взаємозв'язок між основними розрахунковими параметрами. Цій вимогі задовольняють формули, що пов'язують тривалість відстоювання, необхідну для отримання необхідного ефекту освітлення стічних вод, і гідравлічну крупність частинок, які повинні бути затримані у відстійнику.

27. У першому наближенні вплив температури на швидкість реакцій визначається правилом Вант-Гоффа.

Правило Вант-Гоффа- емпіричне правило, що дозволяє у першому наближенні оцінити вплив температури на швидкість хімічної реакції в невеликому температурному інтервалі (зазвичай від 0 до 100 °C). Я. Х. Вант-Гофф на підставі безлічі експериментів сформулював таке правило:

Рівняння, яке описує це правило таке:

де - швидкість реакції при температурі, - швидкість реакції при температурі, - температурний коефіцієнт реакції (якщо він дорівнює 2, наприклад, швидкість реакції буде збільшуватися в 2 рази при підвищенні температури на 10 градусів).

Слід пам'ятати, що правило Вант-Гоффа застосовується тільки для реакцій з енергією активації 60-120 кДж/моль у температурному діапазоні 10-400 o C. системах. Температурну залежність швидкості реакції коректніше описує рівняння Аррениуса. встановлює залежність константи швидкості хімічної реакції від температури. Відповідно до простої моделі зіткнень хімічна реакція між двома вихідними речовинами може відбуватися тільки в результаті зіткнення молекул цих речовин. Не кожне зіткнення веде до хімічної реакції. Потрібно подолати певний енергетичний бар'єр, щоб молекули почали один з одним реагувати. Тобто молекули повинні мати певну мінімальну енергію (енергія активації ), щоб цей бар'єр подолати. З розподілу Больцмана для кінетичної енергії молекул відомо, що число молекул, що володіють енергією, пропорційно . В результаті швидкість хімічної реакції представляється рівнянням, отриманим шведським хіміком Сванте Арреніусом з термодинамічних міркувань:

Тут характеризує частоту зіткнень молекул, що реагують,-універсальна газова стала.

Екстракція(Від лат. extraho - витягую) - метод вилучення речовини з розчину або сухої суміші за допомогою відповідного розчинника ( екстрагенту). Для вилучення з розчину застосовуються розчинники, які не змішуються з цим розчином, але в яких речовина розчиняється краще, ніж у першому розчиннику.

Екстракція може бути разовою (одноразовою або багаторазовою) або безперервною ( перколяція).

Найпростіший спосіб екстракції з розчину - одноразове або багаторазове промивання екстрагентом в ділильній лійці. Ділища лійка являє собою посудину з пробкою і краном для зливу нижнього шару рідини. Для безперервної екстракції використовуються спеціальні апарати - екстрактори або перколятори.

Для отримання індивідуальної речовини або певної суміші (екстракту) із сухих продуктів в лабораторіях широко застосовується безперервна екстракція по Сокслету.

У лабораторній практиці хімічного синтезу екстракція може застосовуватися для виділення чистої речовини з реакційної суміші або безперервного видалення одного з продуктів реакції з реакційної суміші в ході синтезу.

Екстракція застосовується у хімічній, нафтопереробній, харчовій, металургійній, фармацевтичній та інших галузях, в аналітичній хімії та хімічному синтезі.

29. Технологічний процес- це частина виробничого процесу, що містить цілеспрямовані дії щодо зміни та (або) визначення стану предмета праці. До предметів праці відносять заготівлі та вироби.

Класифікація хімічних реакцій, що лежать в основі промислових хіміко-технологічних процесів

ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС І ЙОГО ЗМІСТ

Хіміко-технологічний процес є сукупністю операцій, що дозволяють отримати цільовий продукт з вихідної сировини. Всі ці операції входять до складу трьох основних стадій, характерних для кожного хіміко-технологічного процесу.

На першій стадії проводять операції, необхідні підготовки вихідних реагентів до проведення хімічної реакції. Реагенти переводять, зокрема, у найбільш реакційний стан. Наприклад, відомо, що швидкість хімічних реакцій залежить від температури, тому часто реагенти до проведення реакції нагрівають. Газоподібну сировину підвищення ефективності процесу зменшення розмірів апаратури піддають компримированию до певного тиску. Щоб усунути побічні явища та отримати продукт високої якості, вихідну сировину піддають очищенню від сторонніх домішок, користуючись методами, заснованими на відмінності фізичних властивостей (розчинність у різних розчинниках, щільність, температури конденсації та кристалізації тощо). При очищенні сировини та реакційних сумішей широко застосовують явища тепло- та масообміну, гідромеханічні процеси. Можуть бути використані і хімічні методи очищення, засновані на хімічних реакціях, внаслідок яких непотрібні домішки перетворюються на легко відокремлені речовини.

Відповідним чином підготовлені реагенти на наступній стадії піддають хімічній взаємодії, яка може складатися з кількох етапів. У проміжках між цими етапами іноді необхідно знову використовувати тепломасообмінні та інші фізичні процеси. Наприклад, при виробництві сірчаної кислоти діоксид сірки частково окислюють до триоксиду, потім реакційну суміш охолоджують, витягають з неї шляхом абсорбції триоксид сірки і знову спрямовують на окислення.

В результаті хімічних реакцій отримують суміш продуктів (цільових, побічних, попутних) і реагентів, що не прореагували. Заключні операції останньої стадії пов'язані з поділом цієї суміші, для чого знову застосовують гідромеханічні, тепло-і масообмінні процеси, наприклад: фільтрування, центрифугування, ректифікацію, абсорбцію, екстракцію і т.д. сировину, що не прореагувала, знову використовують у процесі, організуючи його рецикл.

На всіх етапах, особливо на заключних, проводять також рекуперацію вторинних матеріальних та енергетичних ресурсів. Потоки газоподібних та рідких речовин, що потрапляють у навколишнє середовище, піддають очищенню та знешкодженню від небезпечних домішок. Тверді відходи або направляють на подальшу переробку, або розміщують для зберігання в безпечних для навколишнього середовища умовах.

Таким чином, хіміко-технологічний процес загалом – це складна система, що складається з одиничних пов'язаних між собою процесів (елементів) та взаємодіє з навколишнім середовищем.

Елементами хіміко-технологічної системи є перелічені вище процеси тепло- та масообміну, гідромеханічні, хімічні тощо. буд. Їх розглядають як поодинокі процеси хімічної технології.

p align="justify"> Важливою підсистемою складного хіміко-технологічного процесу є хімічний процес.

Хімічний процес являє собою одну або кілька хімічних реакцій, що супроводжуються явищами перенесення теплоти, маси та імпульсу, що впливають як один на одного, так і на перебіг хімічної реакції.

Аналіз одиничних процесів, їхнього взаємного впливу дозволяє розробити технологічний режим.

p align="justify"> Технологічним режимом називається сукупність технологічних параметрів (температури, тиску, концентрацій реагентів і т. д.), що визначають умови роботи апарату або системи апаратів (технологічної схеми).

Оптимальні умови ведення процесу – це поєднання основних параметрів (температури, тиску, складу вихідної реакційної суміші тощо), що дозволяє отримати найбільший вихід продукту з високою швидкістю або забезпечити найменшу собівартість при дотриманні умов раціонального використання сировини та енергії та мінімізації можливої ​​шкоди навколишнього середовища. середовище.

Поодинокі процеси протікають у різних апаратах – хімічних реакторах, абсорбційних та ректифікаційних колонах, теплообмінниках тощо. буд. Окремі апарати з'єднані у технологічну схему процесу.

Технологічна схема - раціонально побудована система одиничних апаратів, з'єднаних різними видами зв'язків (прямих, зворотних, послідовних, паралельних), що дозволяє одержати заданий продукт заданої якості із природної сировини або напівфабрикатів.

Технологічні схеми бувають відкритими та закритими, можуть містити байпасні (обвідні) потоки та рецикли, що дозволяють підвищувати ефективність функціонування хіміко-технологічної системи загалом.

Розробка та побудова раціональної технологічної схеми – важливе завдання хімічної технології.

Класифікація хімічних реакцій, що лежать в основі промислових хіміко-технологічних процесів

У сучасній хімії відома велика кількість різних хімічних реакцій. Чимало їх ми здійснюються у промислових хімічних реакторах і, отже, стають об'єктом вивчення хімічної технології.

Щоб полегшити вивчення близьких за природою явищ, у науці заведено їх класифікувати за загальними ознаками. Залежно від цього, які ознаки взято у своїй за основу, є кілька видів класифікації хімічних реакцій.

Важливим видом класифікації є класифікація за механізму здійснення реакції.Розрізняють прості (одностадійні) та складні (багатостадійні) реакції, зокрема паралельні, послідовні та послідовно-паралельні.

Простими називають реакції, реалізації яких потрібно подолання лише енергетичного бар'єру (одна стадія).

Складні реакції включають кілька паралельних або послідовних стадій (простих реакцій).

Реальні одностадійні реакції трапляються надзвичайно рідко. Однак деякі складні реакції, що проходять через низку проміжних стадій, зручно вважати формально простими. Це можливо в тих випадках, коли проміжні продукти реакції в умовах цієї задачі не виявляються.

Класифікація реакцій за молекулярністювраховує, скільки молекул бере участь у елементарному акті реакції; розрізняють моно-, бі- та тримолекулярні реакції.

Вид кінетичного рівняння (залежність швидкості реакції від концентрацій реагентів) дозволяє проводити класифікацію по порядку реакції.Порядком реакції називається сума показників ступенів концентрацій реагентів у кінетичному рівнянні. Існують реакції першого, другого, третього, дробового порядків.

Хімічні реакції розрізняють також за тепловим ефектом.При протіканні екзотермічних реакцій, що супроводжуються виділенням теплоти ( Q> 0), відбувається зменшення ентальпії реакційної системи ( ∆H < 0); при протекании эндотермических реакций, сопровождающихся поглощением теплоты (Q< 0), відбувається збільшення ентальпії реакційної системи ( ∆H> 0).

Для вибору конструкції хімічного реактора та способів управління проведенням процесу важливе значення має фазовий складреакційної системи

Залежно від того, скільки (одну або кілька) фаз утворюють вихідні реагенти та продукти реакції, хімічні реакції ділять на гомофазні та гетерофазні.

Гомофазними називають реакції, у яких вихідні реагенти, стабільні проміжні речовини та продукти реакції знаходяться в межах однієї фази.

Гетерофазними називають реакції, у яких вихідні реагенти, стабільні проміжні речовини та продукти реакції утворюють більш ніж одну фазу.

Залежно від зони протіканняреакції поділяються на гомогенні та гетерогенні реакції.

Поняття «гомогенна» та «гетерогенна» реакції не збігаються з поняттями «гомофазний» та «гетерофазний» процеси. Гомогенность і гетерогенність реакції відбиває певною мірою її механізм: чи протікає реакція обсягом якоїсь однієї фази чи поверхні розділу фаз. Гомофазність та гетерофазність процесу дозволяють лише судити про фазовий склад учасників реакції.

У разі гомогенних реакцій реагенти та продукти знаходяться в одній фазі (рідкої або газоподібної) та реакція протікає в обсязі цієї фази. Наприклад, окислення оксиду азоту киснем повітря у виробництві азотної кислоти – газофазна реакція, а реакції етерифікації (отримання ефірів з органічних кислот та спиртів) – рідкофазні.

При протіканні гетерогенних реакцій щонайменше один з реагентів або продуктів знаходиться у фазовому стані, що відрізняється від фазового стану інших учасників, і при її аналізі обов'язково повинна враховуватися поверхня розділу фаз. Наприклад, нейтралізація кислоти лугом – це гомофазний гомогенний процес. Каталітичний синтез аміаку – це гомофазний гетерогенний процес. Окислення вуглеводнів у рідкій фазі газоподібним киснем являє собою гетерофазний процес, але хімічна реакція, що протікає, є гомогенною. Гашення вапна СаО + Н 2 Про Са(ОН) 2 , при якому всі три учасники реакції утворюють окремі фази, а реакція йде на межі розділу води та оксиду кальцію, є гетерофазним гетерогенним процесом.

Залежно від того, застосовуються або не застосовуються для зміни швидкості реакції, спеціальні речовини – каталізатори, розрізняють каталітичніі некаталітичніреакції та відповідно хіміко-технологічні процеси. Переважна більшість хімічних реакцій, на яких ґрунтуються промислові хіміко-технологічні процеси, – це каталітичні реакції.

Хімічні властивості речовин виявляються у різноманітних хімічних реакціях.

Перетворення речовин, що супроводжуються зміною їх складу та (або) будови, називаються хімічними реакціями. Часто зустрічається і таке визначення: хімічною реакцієюназивається процес перетворення вихідних речовин (реагентів) на кінцеві речовини (продукти).

Хімічні реакції записуються за допомогою хімічних рівнянь та схем, що містять формули вихідних речовин та продуктів реакції. У хімічних рівняннях, на відміну від схем, число атомів кожного елемента однаково у лівій та правій частинах, що відображає закон збереження маси.

У лівій частині рівняння пишуться формули вихідних речовин (реагентів), у правій частині - речовин, які отримуються в результаті протікання хімічної реакції (продуктів реакції, кінцевих речовин). Знак рівності, що пов'язує ліву та праву частину, вказує, що загальна кількість атомів речовин, що беруть участь у реакції, залишається постійною. Це досягається розстановкою перед формулами цілих стехіометричних коефіцієнтів, що показують кількісні співвідношення між реагентами і продуктами реакції.

Хімічні рівняння можуть містити додаткові відомості про особливості перебігу реакції. Якщо хімічна реакція протікає під впливом зовнішніх впливів (температура, тиск, випромінювання і т.д.), це вказується відповідним символом, зазвичай над (або «під») знаком рівності.

Величезна кількість хімічних реакцій може бути згруповано в кілька типів реакцій, яким властиві певні ознаки.

В якості класифікаційних ознакможуть бути обрані такі:

1. Число та склад вихідних речовин та продуктів реакції.

2. Агрегатний стан реагентів та продуктів реакції.

3. Число фаз, у яких перебувають учасники реакції.

4. Природа частинок, що переносяться.

5. Можливість перебігу реакції у прямому та зворотному напрямку.

6. Знак теплового ефекту поділяє всі реакції на: екзотермічніреакції, що протікають з екзо-ефектом - виділення енергії у формі теплоти (Q>0, ∆H<0):

З +О 2 = СО 2 + Q

і ендотермічніреакції, що протікають з ендо-ефектом - поглинанням енергії у формі теплоти (Q<0, ∆H >0):

N 2 + О 2 = 2NО - Q.

Такі реакції відносять до термохімічним.

Розглянемо докладніше кожен із типів реакцій.

Класифікація за кількістю та складом реагентів та кінцевих речовин

1. Реакції з'єднання

При реакціях сполуки з кількох реагуючих речовин щодо простого складу виходить одна речовина складнішого складу:

Зазвичай, ці реакції супроводжуються виділенням тепла, тобто. приводять до утворення більш стійких і менш багатих на енергію сполук.

Реакції сполуки простих речовин завжди мають окислювально-відновний характер. Реакції сполуки, що протікають між складними речовинами, можуть відбуватися як без зміни валентності:

СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3) 2 ,

так і ставитися до окислювально-відновних:

2FеСl 2 + Сl 2 = 2FеСl 3 .

2. Реакції розкладання

Реакції розкладання призводять до утворення кількох сполук з однієї складної речовини:

А = В + З + D.

Продуктами розкладання складної речовини може бути як прості, і складні речовини.

З реакцій розкладання, що протікають без зміни валентних станів, слід зазначити розкладання кристалогідратів, основ, кислот і солей кисневмісних кислот:

2AgNO 3 = 2Ag + 2NO 2 + O 2 ,
(NH 4)2Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.

Особливо характерними є окислювально-відновні реакції розкладання для солей азотної кислоти.

Реакції розкладання в органічній хімії звуться крекінгу :

18 H 38 = 9 H 18 + 9 H 20 ,

або дегідрування

C4H10 = C4H6 + 2H2.

3. Реакції заміщення

При реакціях заміщення зазвичай проста речовина взаємодіє зі складним, утворюючи іншу просту речовину та інше складне:

А + ВС = АВ + С.

Ці реакції в переважній більшості належать до окисно-відновних:

2Аl + Fe 2 O 3 = 2Fе + Аl 2 Про 3 ,

Zn + 2НСl = ZnСl 2 + Н 2

2КВr + Сl 2 = 2КСl + Вr 2

2КСlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 .

Приклади реакцій заміщення, які супроводжуються зміною валентних станів атомів, вкрай нечисленні. Слід зазначити реакцію двоокису кремнію з солями кисневмісних кислот, яким відповідають газоподібні або леткі ангідриди:

СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2

Са 3 (РО 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 О 5 ,

Іноді ці реакції розглядають як реакції обміну:

СН 4 + Сl 2 = СН 3 Сl + НСl.

4. Реакції обміну

Реакціями обмінуназивають реакції між двома сполуками, які обмінюються між собою своїми складовими частинами:

АВ + СD = АD + СВ.

Якщо при реакціях заміщення протікають окислювально-відновні процеси, реакції обміну завжди відбуваються без зміни валентного стану атомів. Це найбільш поширена група реакцій між складними речовинами - оксидами, основами, кислотами та солями:

ZnO + Н 2 SО 4 = ZnSО 4 + Н 2 О,

AgNО 3 + КВr = АgВr + КNО 3

СrСl 3 + ЗNаОН = Сr(ОН) 3 + ЗNаСl.

Окремий випадок цих реакцій обміну реакції нейтралізації:

НСl + КОН = КСl + Н2О.

Зазвичай ці реакції підпорядковуються законам хімічної рівноваги і протікають у тому напрямку, де хоча б одна з речовин видаляється зі сфери реакції у вигляді газоподібної, летючої речовини, осаду або малодисоціюючої (для розчинів) сполуки:

NаНСО 3 + НСl = NаСl + Н 2 Про + СО 2

Са(НСО 3) 2 + Са(ОН) 2 = 2СаСО 3 ↓ + 2Н 2 О,

СН 3 СООNа + Н 3 РВ 4 = СН 3 СООН + NаН 2 РВ 4 .

5. Реакції перенесення.

При реакціях перенесення атом або група атомів переходить від однієї структурної одиниці до іншої:

АВ + ВС = А + В 2 С,

А 2 + 2СВ 2 = АСВ 2 + АСВ 3 .

Наприклад:

2AgCl + SnCl 2 = 2Ag + SnCl 4 ,

H2O+2NO2=HNO2+HNO3.

Класифікація реакцій за фазовими ознаками

Залежно від агрегатного стану реагуючих речовин розрізняють такі реакції:

1. Газові реакції

2. Реакції у розчинах

NaОН(р-р) + НСl(p-p) = NaСl(p-p) + Н2О(ж)

3. Реакції між твердими речовинами

Класифікація реакцій за кількістю фаз.

Під фазою розуміють сукупність однорідних частин системи з однаковими фізичними та хімічними властивостями та відокремлених один від одного поверхнею розділу.

Все різноманіття реакцій з цього погляду можна розділити на два класи:

1.Гомогенні (однофазні) реакції.До них відносять реакції, що протікають у газовій фазі, і низку реакцій, що протікають у розчинах.

2.Гетерогенні (багатофазні) реакції.До них відносять реакції, у яких реагенти та продукти реакції знаходяться у різних фазах. Наприклад:

газорідкофазні реакції

CO 2 (г) + NaOH(p-p) = NaHCO 3 (p-p).

газотвердофазні реакції

СО 2 (г) + СаО(тв) = СаСО 3 (тв).

рідкотвердофазні реакції

Na 2 SO 4 (р-р) + Сl 3 (р-р) = SО 4 (тв)↓ + 2NaСl (p-p).

рідкогазотвердофазні реакції

Са(НСО 3) 2 (р-р) + Н 2 SО 4 (р-р) = СО 2 (r) + Н 2 О(ж) + СаSО 4 (тв)↓.

Класифікація реакцій за типом частинок, що переносяться.

1. Протолітичні реакції.

До протолітичним реакціямвідносять хімічні процеси, суть яких полягає у перенесенні протона від одних реагуючих речовин до інших.

В основі цієї класифікації лежить протолітична теорія кислот і основ, відповідно до якої кислотою вважають будь-яку речовину, що віддає протон, а основою - речовина, здатна приєднувати протон, наприклад:

До протолітичних реакцій відносять реакції нейтралізації та гідролізу.

2. Окисно-відновні реакції.

До таких відносять реакції, в яких речовини, що реагують, обмінюються електронами, змінюючи при цьому ступеня окислення атомів елементів, що входять до складу реагуючих речовин. Наприклад:

Zn + 2H + → Zn 2 + + H 2 ,

FeS 2 + 8HNO 3 (кінець) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O,

Переважна більшість хімічних реакцій відносяться до окислювально-відновних, вони відіграють виключно важливу роль.

3. Ліганднообмінні реакції.

До таких відносять реакції, в ході яких відбувається перенесення електронної пари з утворенням ковалентного зв'язку донорно-акцепторного механізму. Наприклад:

Cu(NO 3) 2 + 4NH 3 = (NO 3) 2 ,

Fe + 5CO = ,

Al(OH) 3 + NaOH = .

Характерною особливістю ліганднообмінних реакцій є те, що утворення нових сполук, які називають комплексними, відбувається без зміни ступеня окислення.

4. Реакція атомно-молекулярного обміну.

До даного типу реакцій відносяться багато з реакцій заміщення, що вивчаються в органічній хімії, що протікають по радикальному, електрофільному або нуклеофільному механізму.

Зворотні та незворотні хімічні реакції

Оборотними називають такі хімічні процеси, продукти яких здатні реагувати один з одним у тих же умовах, в яких вони отримані, з утворенням вихідних речовин.

Для оборотних реакцій рівняння прийнято записувати так:

Дві протилежно спрямовані стрілки вказують на те, що за тих самих умов одночасно протікає як пряма, так і зворотна реакція, наприклад:

СН 3 СООН + С 2 Н 5 ОН СН 3 СООС 2 Н 5 + Н 2 О.

Необоротними називають такі хімічні процеси, продукти яких здатні реагувати друг з одним з утворенням вихідних речовин. Прикладами незворотних реакцій може бути розкладання бертолетової солі при нагріванні:

2КСlО 3 → 2КСl + ЗО 2 ,

або окислення глюкози киснем повітря:

З 6 Н 12 Про 6 + 6О 2 → 6СО 2 + 6Н 2 О.

Класифікація неорганічних речовин із прикладами сполук

Тепер проаналізуємо представлену вище класифікаційну схему детальніше.

Як ми бачимо, перш за все неорганічні речовини поділяються на простіі складні:

Простими речовинами називають такі речовини, що утворені атомами лише одного хімічного елемента. Наприклад, простими речовинами є водень H 2 , кисень O 2 залізо Fe, вуглець С і т.д.

Серед простих речовин розрізняють метали, неметалиі благородні гази:

Металиутворені хімічними елементами, які розташовані нижче діагоналі бор-астат, а також усіма елементами, що знаходяться в побічних групах.

Шляхетні газиутворені хімічними елементами групи VIIIA.

Неметалиутворені відповідно хімічними елементами, розташованими вище діагоналі бор-астат, за винятком усіх елементів побічних підгруп та шляхетних газів, розташованих у VIIIA групі:

Назви простих речовин найчастіше збігаються із назвами хімічних елементів, атомами яких вони утворені. Однак для багатьох хімічних елементів поширене таке явище, як алотропія. Алотропією називають явище, коли один хімічний елемент здатний утворювати декілька простих речовин. Наприклад, у разі хімічного елемента кисню можливе існування молекулярних сполук з формулами O2 та O3. Першу речовину прийнято називати киснем так само, як і хімічний елемент, атомами якого вона утворена, а друга речовина (O 3) називається озоном. Під простою речовиною вуглецем може матися на увазі будь-яка з його алотропних модифікацій, наприклад, алмаз, графіт або фулерени. Під простою речовиною фосфор можуть розумітися такі його алотропні модифікації, як білий фосфор, червоний фосфор, чорний фосфор.

Складні речовини

Складними речовинами називають речовини, утворені атомами двох чи більше хімічних елементів.

Так, наприклад, складними речовинами є аміак NH 3 , сірчана кислота H 2 SO 4 , гашене вапно Ca(OH) 2 і безліч інших.

Серед складних неорганічних речовин виділяють 5 основних класів, а саме оксиди, основи, амфотерні гідроксиди, кислоти та солі:

Оксиди - Складні речовини, утворені двома хімічними елементами, один з яких кисень у ступені окислення -2.

Загальна формула оксидів може бути записана як Е x O y де Е - символ будь-якого хімічного елемента.

Номенклатура оксидів

Назва оксиду хімічного елемента будується за принципом:

Наприклад:

Fe 2 O 3 - оксид заліза (III); CuO - оксид міді (II); N 2 O 5 - оксид азоту (V)

Нерідко можна зустріти інформацію про те, що в дужках вказується валентність елемента, проте це не так. Так, наприклад, ступінь окислення азоту N 2 O 5 дорівнює +5, а валентність, як це не дивно, дорівнює чотирьом.

Якщо хімічний елемент має єдиний позитивний ступінь окиснення в сполуках, то ступінь окиснення не вказується. Наприклад:

Na 2 O - оксид натрію; H 2 O - оксид водню; ZnO – оксид цинку.

Класифікація оксидів

Оксиди за їх здатністю утворювати солі при взаємодії з кислотами або основами поділяють відповідно на солеутворюючіі несолетворні.

Несолетворних оксидів небагато, всі вони утворені неметалами в ступені окислення +1 та +2. Список несолетворних оксидів слід запам'ятати: CO, SiO, N 2 O, NO.

Солеутворюючі оксиди в свою чергу поділяються на основні, кислотніі амфотерні.

Основними оксидаминазивають такі оксиди, які за взаємодії з кислотами (або кислотними оксидами) утворюють солі. До основних оксидів відносять оксиди металів у ступені окислення +1 та +2, за винятком оксидів BeO, ZnO, SnO, PbO.

Кислотними оксидаминазивають такі оксиди, які при взаємодії із основами (або основними оксидами) утворюють солі. Кислотними оксидами є практично всі оксиди неметалів за винятком несолетворних CO, NO, N 2 O, SiO, а також усі оксиди металів у високих ступенях окиснення (+5, +6 та +7).

Амфотерними оксидаминазивають оксиди, які можуть реагувати як з кислотами, так і з основами, і в результаті цих реакцій утворюють солі. Такі оксиди виявляють подвійну кислотно-основну природу, тобто можуть виявляти властивості як кислотних, і основних оксидів. До амфотерних оксидів відносяться оксиди металів у ступенях окиснення +3, +4, а також як винятки оксиди BeO, ZnO, SnO, PbO.

Деякі метали можуть утворювати всі три види солеутворювальних оксидів. Наприклад, хром утворює основний оксид CrO, амфотерний оксид Cr 2 O 3 і кислотний оксид CrO 3 .

Як бачимо, кислотно-основні властивості оксидів металів безпосередньо залежить від ступеня окислення металу в оксиді: що більше ступінь окислення, тим більше виражені кислотні властивості.

Основи

Основи — сполуки з формулою виду Me(OH) x , де xнайчастіше дорівнює 1 чи 2.

Класифікація основ

Підстави класифікують за кількістю гідроксогруп в одній структурній одиниці.

Підстави з однією гидроксогрупой, тобто. виду MeOH, називають однокислотними основами,із двома гидроксогруппами, тобто. виду Me(OH) 2 відповідно, двокислотнимиі т.д.

Також підстави поділяють на розчинні (луги) та нерозчинні.

До луг відносяться виключно гідроксиди лужних та лужноземельних металів, а також гідроксид талію TlOH.

Номенклатура основ

Назва основи будується за наступним принципом:

Наприклад:

Fe(OH) 2 - гідроксид заліза (II),

Cu(OH) 2 - гідроксид міді (II).

У тих випадках, коли метал у складних речовинах має постійний рівень окислення, вказувати її не потрібно. Наприклад:

NaOH - гідроксид натрію,

Ca(OH) 2 - гідроксид кальцію і т.д.

Кислоти

Кислоти - Складні речовини, молекули яких містять атоми водню, здатні заміщатися на метал.

Загальна формула кислот може бути записана як H x A, де H - атоми водню, здатні заміщатися на метал, а A - кислотний залишок.

Наприклад, до кислот відносяться такі сполуки, як H 2 SO 4 HCl, HNO 3 HNO 2 і т.д.

Класифікація кислот

За кількістю атомів водню, здатних заміщатися на метал, кислоти поділяються на:

- О дноосновні кислоти: HF, HCl, HBr, HI, HNO 3;

- д вухосновні кислоти: H2SO4, H2SO3, H2CO3;

- т рехосновні кислоти: H 3 PO 4 , H 3 BO 3 .

Слід зазначити, що кількість атомів водню у разі органічних кислот найчастіше відбиває їх основність. Наприклад, оцтова кислота з формулою CH 3 COOH, незважаючи на наявність 4 атомів водню в молекулі, є не чотирьох-, а одноосновною. Основність органічних кислот визначається кількістю карбоксильних груп (-COOH) у молекулі.

Також за наявністю кисню в молекулах кислоти поділяють на безкисневі (HF, HCl, HBr і т.д.) і кисневмісні (H 2 SO 4 HNO 3 H 3 PO 4 і т.д.). Кисневмісні кислоти називають також оксокислотами.

Більш детально про класифікацію кислот можна почитати.

Номенклатура кислот та кислотних залишків

Нижченаведений список назв і формул кислот і кислотних залишків обов'язково слід вивчити.

У деяких випадках полегшити запам'ятовування може низка таких правил.

Як бачимо з таблиці вище, побудова систематичних назв безкисневих кислот виглядає так:

Наприклад:

HF - фтороводородна кислота;

HCl - хлороводнева кислота;

H 2 S - сірководнева кислота.

Назви кислотних залишків безкисневих кислот будуються за принципом:

Наприклад, Cl - хлорид, Br - бромід.

Назви кисневмісних кислот отримують додаванням до назви кислотоутворюючого елемента різних суфіксів та закінчень. Наприклад, якщо кислотоутворюючий елемент у кисневмісній кислоті має вищий ступінь окислення, то назва такої кислоти будується таким чином:

Наприклад, сірчана кислота H 2 S +6 O 4 хромова кислота H 2 Cr +6 O 4 .

Усі кисневмісні кислоти можуть бути класифіковані як кислотні гідроксиди, оскільки в їх молекулах виявляються гідроксогрупи (OH). Наприклад, це видно з нижченаведених графічних формул деяких кисневмісних кислот:

Таким чином, сірчана кислота інакше може бути названа як гідроксид сірки (VI), азотна кислота гідроксид азоту (V), фосфорна кислота гідроксид фосфору (V) і т.д. При цьому число у дужках характеризує ступінь окислення кислотоутворюючого елемента. Такий варіант назв кисневмісних кислот багатьом може здатися вкрай незвичним, проте зрідка такі назви можна зустріти в реальних КІМ ЕГЕ з хімії в завданнях на класифікацію неорганічних речовин.

Амфотерні гідроксиди

Амфотерні гідроксиди — гідроксиди металів, які виявляють подвійну природу, тобто. здатні виявляти як властивості кислот, і властивості основ.

Амфотерними є гідроксиди металів у ступенях окиснення +3 та +4 (як і оксиди).

Також як винятки до амфотерних гідроксидів відносять сполуки Be(OH) 2 , Zn(OH) 2 , Sn(OH) 2 і Pb(OH) 2 , незважаючи на ступінь окислення металу в них +2.

Для амфотерних гідроксидів трьох-і чотиривалентних металів можливе існування орто- та мета-форм, що відрізняються один від одного на одну молекулу води. Наприклад, гідроксид алюмінію (III) може існувати в орто-формі Al(OH) 3 або мета-формі AlO(OH) (метагідроксід).

Оскільки, як уже було сказано, амфотерні гідроксиди виявляють як властивості кислот, так і властивості основ, їх формула та назва також можуть бути записані по-різному: або як основа, або як кислота. Наприклад:

Солі

Так, наприклад, до солей відносяться такі сполуки як KCl, Ca(NO 3) 2 , NaHCO 3 і т.д.

Представлене вище визначення описує склад більшості солей, проте існують солі, які під нього. Наприклад, замість катіонів металів до складу солі можуть входити катіони амонію або його похідні органічні. Тобто. до солей відносяться такі сполуки, як, наприклад, (NH 4) 2 SO 4 (сульфат амонію), + Cl - (хлорид метиламонію) і т.д.

Класифікація солей

З іншого боку, солі можна розглядати як продукти заміщення катіонів водню H + в кислоті на інші катіони або як продукти заміщення гідроксид-іонів в підставах (або амфотерних гідроксидах) на інші аніони.

При повному заміщенні утворюються так звані середніабо нормальнісолі. Наприклад, при повному заміщенні катіонів водню в сірчаній кислоті на катіони натрію утворюється середня (нормальна) сіль Na 2 SO 4 а при повному заміщенні гідроксид-іонів в основі Ca(OH) 2 на кислотні залишки нітрат-іони утворюється середня (нормальна) сіль Ca(NO 3) 2 .

Солі, одержувані неповним заміщенням катіонів водню у двоосновній (або більше) кислоті на катіони металу, називають кислими. Так, при неповному заміщенні катіонів водню в сірчаній кислоті катіони натрію утворюється кисла сіль NaHSO 4 .

Солі, які утворюються при неповному заміщенні гідроксид-іонів у двокислотних (або більше) основах, називають осн. проними солями. Наприклад, при неповному заміщенні гідроксид-іонів в основі Ca(OH) 2 на нітрат-іони утворюється осн провна сіль Ca(OH)NO 3 .

Солі, що складаються з катіонів двох різних металів та аніонів кислотних залишків тільки однієї кислоти, називають подвійними солями. Так, наприклад, подвійними солями є KNaCO 3 KMgCl 3 і т.д.

Якщо сіль утворена одним типом катіонів та двома типами кислотних залишків, такі солі називають змішаними. Наприклад, змішаними солями є сполуки Ca(OCl)Cl, CuBrCl тощо.

Існують солі, які не підпадають під визначення солей як продуктів заміщення катіонів водню в кислотах на катіони металів або продуктів заміщення гідроксид-іонів в основах на аніони кислотних залишків. Це комплексні солі. Так, наприклад, комплексними солями є тетрагидроксоцинкат-і тетрагідроксоалюмінат натрію з формулами Na 2 і Na відповідно. Розпізнати комплексні солі серед інших найчастіше можна за наявності квадратних дужок у формулі. Однак потрібно розуміти, що, щоб речовину можна було віднести до класу солей, до її складу повинні входити будь-які катіони, крім (або замість) H + , а з аніонів повинні бути будь-які аніони крім (або замість) OH - . Так, наприклад, з'єднання H 2 не відноситься до класу комплексних солей, оскільки при його дисоціації з катіонів у розчині присутні тільки катіони водню H + . За типом дисоціації цю речовину слід скоріше класифікувати як безкисневу комплексну кислоту. Аналогічно, до солей не належить з'єднання OH, т.к. дане з'єднання складається з катіонів + і гідроксид-іонів OH - , тобто. його слід вважати комплексною основою.

Номенклатура солей

Номенклатура середніх та кислих солей

Назва середніх та кислих солей будується за принципом:

Якщо ступінь окислення металу у складних речовинах постійна, її не вказують.

Назви кислотних залишків було дано вище під час розгляду номенклатури кислот.

Наприклад,

Na 2 SO 4 - сульфат натрію;

NaHSO 4 - гідросульфат натрію;

CaCO 3 - карбонат кальцію;

Ca(HCO 3) 2 - гідрокарбонат кальцію і т.д.

Номенклатура основних солей

Назви основних солей будуються за принципом:

Наприклад:

(CuOH) 2 CO 3 - гідроксокарбонат міді (II);

Fe(OH) 2 NO 3 - дигідроксонітрат заліза (III).

Номенклатура комплексних солей

Номенклатура комплексних сполук значно складніша, і для здачі ЄДІ багато чого знати з номенклатури комплексних солей не потрібно.

Слід вміти називати комплексні солі, які отримують взаємодією розчинів лугів з амфотерними гідроксидами. Наприклад:

*Однаковими кольорами у формулі та назві позначені відповідні один одному елементи формули та назви.

Тривіальні назви неорганічних речовин

Під тривіальними назвами розуміють назви речовин не пов'язані, або слабко пов'язані зі складом і будовою. Тривіальні назви обумовлені, зазвичай, або історичними причинами або фізичними чи хімічними властивостями даних сполук.

Список тривіальних назв неорганічних речовин, які необхідно знати: