Вся сучасна хімія займається не чим іншим, як вивченням умов взаємодії речовин між собою або, кажучи науковою мовою, різних типів хімічних реакцій. Одне з головних властивостей матерії – це рух. Феномен появи нових сполук в результаті перекомбинации атомів реагентів, якою характеризуються всі типи реакцій в хімії, обумовлений саме здатністю елементарних частинок до руху. Створене ще у XVIII столітті атомно–молекулярне вчення досі є теоретичною основою класифікації різних видів реакцій. Для одержання в промислових масштабах необхідних людському суспільству хімічних продуктів, потрібно вивчити принципи проведення технологічних процесів і вміти керувати ними.


Для цього необхідно досконало знати властивості хімічних реакцій, що лежать в їх основі. Наша стаття займеться розглядом умов взаємодії між різними класами речовин: кислотами, солями, підставами та оксидами. Далі ми визначимо основні типи хімічних реакцій, навівши конкретні приклади.

Гомогенна та гетерогенна середу

Хімія займається вивченням об'єктів фізичного світу, знаходяться у трьох з чотирьох можливих форм існування матерії: газоподібній, твердої і у вигляді рідини. Якщо вихідні реагують сполуки мають однакову фазу, наприклад газ – газ, як у процесі отримання води з водню і кисню, то такий тип взаємодії буде гомогенним. А реакції, що протікають в гетерогенному середовищі, називаються гетерогенними. Це, наприклад, витіснення активним металом – натрієм, калієм, магнієм, що знаходяться в твердому кристалічному стані, атомів водню з розчину хлоридної кислоти. Впливає чи агрегатний стан реагуючих речовин на параметри хімічного процесу, наприклад на найважливіший показник – швидкість? Виявилося, що так. І головну роль у цьому випадку грає конвекція – переміщення маси рідини або газу на поверхні каталізатора.

Гетерогенний каталіз

Прийняття в розрахунок фази реагентів необхідно для проведення масштабних хіміко-технологічних процесів. Більшість з них здійснюється завдяки застосуванню гетерогенного каталізу і відбувається в гетерогенному середовищі на поверхні каталізатора. Його активність прямо пропорційна площі, на якій контактують молекули вихідних сполук. Для цього каталізатор у вигляді порошку наносять на пластини з азбесту або пемзи, що мають пористу структуру. Зазвичай весь процес здійснюється за принципом активних проміжних сполук, представлених поверхневими комплексами самого каталізатора і реагентів. Як ми пам'ятаємо, багатостадійні реакції, що протікають в гетерогенному середовищі, називаються гетерогенними. Вони завершуються утворенням потрібних продуктів, сам же каталізатор в цьому випадку не витрачається.

Окислення аміаку

З вищеописаного механізму відбувається технологічний процес отримання нітратної кислоти окисленням аміаку. Він був запропонований на початку XX століття російським інженером – хіміком В. І. Андрєєвим, який є батьком азотної промисловості Росії. В якості каталізатора застосовувалася платинова сітка, на яку подавалася підігріта до 750° суміш повітря і аміаку. Азотна кислота виходила в результаті трьох послідовних хімічних реакцій, умови проходження яких залежали від чистоти каталізатора. Тому платинову сітку постійно очищали від шкідливих домішок: пилу і сірководню.

Класифікація хімічних явищ

Речовини, що оточують нас, піддаються різним змінам. Якщо вони стосуються тільки агрегатного стану і не зачіпають якісний склад молекул, то такі явища називаються фізичними. Наприклад, плавлення твердого заліза, кип'ятіння води до утворення пари і т. д. Ці та інші, подібні їм явища, що вивчаються в курсі фізики. А ось електроліз тієї ж води, що йде з утворенням простих речовин – газів кисню і водню, горіння магнієвої стрічки – це різні типи реакцій в хімії. Вони призводять до появи нових сполук за умови збереження елементного складу реагуючих речовин і класифікуються за різними критеріями. Розглянемо їх далі.

Зміна кількості реагентів і продуктів реакції

Хімічні взаємодії припускають перерозподіл атомів, що входять до складу молекул вихідних сполук. За цим принципом побудована класифікація, що виділяє реакції розкладу, сполучення, обміну і заміщення. Розкладання карбонату кальцію при випалюванні – це типовий приклад гетерогенної реакції, швидкість якої буде залежати від площі дотику двох фаз: твердої і газоподібної. Реакція обміну між основним оксидом CuO і сульфатною кислотою також відбувається в області контакту розчину з твердим оксидом міді. Промислове отримання сірчаної кислоти з трехокиси сірки і води демонструє механізм взаємодії, при якому з двох виходить одне речовин (реакція з'єднання). Реакція нейтралізації, що приводить до утворення води, є приватним випадком обмінних процесів, вона широко поширена в клітинах тварин і людини.

Заміщення в неорганічних і органічних сполуках

Нагадаємо, що реакції, що протікають в гетерогенному середовищі, називаються гетерогенними. Добре відома ще з курсу хімії в середній школі здатність магнієвих стружок реагувати з розчином хлоридної кислоти. У пробірці в цей час спостерігається бурхливе виділення бульбашок газу. Це водень, що утворюється в результаті реакції заміщення, ще один продукт цього процесу – розчин хлориду магнію. По здатності атомів металів заміщати водень в молекулі кислоти видатним російським хіміком Н. Н. Бекетовим був створений ряд активності металів. Велике поширення процеси заміщення отримали в органічній хімії. Це галогенирование граничних вуглеводнів, нітрування бензолу і т. д.

Властивості хімічних реакцій

Продовжуючи вивчати взаємодії речовин між собою, звернемося до тих з них, які супроводжуються поглинанням або виділенням енергії у вигляді тепла. В цю класифікацію входять екзотермічні та ендотермічні реакції, які, крім самого рівняння, містять показник – тепловий ефект реакції ?H. Для процесу отримання хлороводню з простих газоподібних речовин: хлору і водню, ?H – величина від'ємна, тобто сама реакція є екзотермічною, а в процесі окислення монооксиду азоту до його ?H=904 кДж, в цьому випадку реакція ендотермічна, що відбувається з поглинанням тепла. Як ми знаємо, реакції, що протікають в гетерогенному середовищі, називаються гетерогенними. Вони відіграють важливу роль не тільки в технологічних процесах промислового виробництва хімічних продуктів, але і в живій природі. Це процеси надходження води у кореневі волоски, розчинення мінеральних добрив та їх всмоктування рослинами, дифузія кисню і вуглекислого газу в грунті. У даній статті ми вивчили типи реакцій в хімії та визначили їх практичне значення.