Реакції розкладання відіграють велику роль в житті планети. Адже саме вони сприяють знищенню відходів життєдіяльності всіх біологічних організмів. Крім того, цей процес щодня допомагає людському тілу засвоювати різні складні з'єднання шляхом розщеплення їх на прості (катаболізм). Крім усього перерахованого, дана реакція сприяє утворенню простих органічних і неорганічних речовин зі складних. Давайте дізнаємося більше про цьому процесі, а також розглянемо практичні приклади хімічної реакції розкладання.
Що називається реакціями в хімії, які види їх бувають і від чого вони залежать
Перш ніж вивчити інформацію про розкладанні, варто дізнатися про хімічних процесах в цілому. Під цією назвою мається на увазі здатність молекул одних речовин взаємодіяти з іншими і утворювати таким способом нові сполуки.
Приміром, якщо між собою провзаимодействуют кисень і дві молекули водню, в результаті вийде дві молекули оксиду гідрогена, який ми всі знаємо під назвою вода. Даний процес можна записати з допомогою такого хімічного рівняння: 2Н 2 ? + Про 2 ? -> 2Н 2 О. Хоча існують різні критерії, за якими розрізняють хімічні реакції (тепловий ефект, каталізатори, наявність/відсутність меж розділу фаз, зміна ступенів окислення реагентів, оборотність/незворотність), найчастіше їх класифікують за типом перетворення взаємодіючих речовин. Таким чином, виділяється чотири види хімічних процесів.
З'єднання. Розкладання. Обмін. Заміщення. Всі перераховані вище реакції графічно записуються з допомогою рівнянь. Їхня загальна схема виглядає таким чином: А -> Б. У лівій частині цієї формули знаходяться вихідні реагенти, а в правій – речовини, які утворюються внаслідок реакції. Як правило, для її початку необхідно вплив температурою, електрикою або використання каталізують добавок. Їх наявність також має зазначатися в хімічному рівнянні.
Що таке реакція розкладання (розщеплювання)
Для цього виду хімічного процесу характерно утворення двох і більше нових сполук з молекул однієї речовини. Кажучи більш звичною мовою, реакцію розкладання можна порівняти з будиночком з конструктора. Вирішивши побудувати машинку і кораблик, дитина розбирає початкове будова і з його деталей споруджує бажане. При цьому структура самих елементів конструктора не змінюється, так само як це відбувається з атомами речовини, що бере участь у розщепленні.
Як виглядає рівняння даної реакції
Незважаючи на те, що на роз'єднання складної речовини на більш прості складові здатні сотні з'єднань, всі подібні процеси відбуваються за одним принципом. Зобразити його можна за допомогою схематичної формули: АБВ -> А+Б+Ст. В ній АБВ – це початкове з'єднання, піддане розщепленню. А, Б і В – це речовини, утворені з атомів АБВ в процесі реакції розкладання.
Види реакцій розщеплення
Як вже було сказано вище, щоб почати якийсь хімічний процес, часто необхідно надати певний вплив на реагенти. В залежності від типу подібної стимуляції, виділяють декілька видів розкладання:
Биорасщепление (біологічне розкладання). Його суть - у розпаді більш складних сполук на прості під впливом живих організмів (мікроорганізмів). Ілюстрацією цього процесу може бути гниття або розкладання сміття. Термолизом називається розщеплення речовин під впливом високих температур. У цього виду є підвид – піроліз. При реакції розкладання такого виду для її проведення речовини не тільки підігрівають, але і позбавляють доступу кисню та інших окислювачів до них.
Електролізом іменується розщеплення сполук з допомогою електричного струму.
Радіоліз – розпад речовини під впливом іонізуючого випромінювання. До речі, цей процес активно використовується у променевій терапії.
Сольволиз – цю реакцію можна вважати межа між розкладанням і обміном (АБ + ВГ -> АГ + БВ ). Хоча вона і призводить до розщеплення складних сполук на прості під впливом розчинника, але при цьому вивільнені атоми вихідного реагенту взаємодіють не тільки між собою, але і з каталізатором. В залежності від його сутності виділяються три підвиди сольволиза: алкоголиз (спирти - ROH), гідроліз (вода - Н 2 О) і аммонолиз (аміак - NH 3 ). Реакція розкладання перманганату калію (KMnO4)
Розібравшись з теорією, варто розглянути практичні приклади процесу розщеплення речовин.
Першим з них стане розпад KMnO 4 (у просторіччі іменується марганцівкою) внаслідок нагрівання. Рівняння реакції розкладу перманганату калію виглядає таким чином: 2KMnO 4 (t 200°С) -> K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 ?.
З представленої хімічної формули видно, що для активації процесу необхідно нагріти вихідний реагент до 200 градусів за Цельсієм. Для кращого перебігу реакції марганцівку поміщають у вакуумний посудину. З цього можна зробити висновок, що даний процес є піролізом. В лабораторіях та на виробництві він проводиться для отримання чистого і контрольованого кисню.
Термоліз хлорату калію (KClO3)
Реакція розкладання бертолетової солі - це ще один приклад класичного термолізу в чистому вигляді.
Проходить згадуваний процес в два етапи і виглядає таким чином:
2 KClO 3 (t 400 °С) -> 3KClO 4 + KCl. KClO 4 (t від 550 °С) -> KCl + обсязі 2о2 Також термоліз хлорату калію можна провести і при більш низьких температурах (до 200 °С) в один етап, але для цього потрібно, щоб в реакції взяли участь каталізують речовини – оксиди різних металів (купрум, ферум, манган тощо).
Рівняння такого роду буде виглядати таким чином: 2KClO 3 (t 150 °С , MnO 2 ) -> KCl + 2О 2 . Як і перманганат калію, бертолетова сіль використовується в лабораторіях та промисловості для отримання чистого кисню.
Електроліз і радіоліз води (Н20)
Ще одним цікавим практичним прикладом розглянутої реакції буде розкладання води. Його можна здійснити двома способами:
Під впливом на оксид гідрогена електричного струму: Н 2 Про -> Н 2 ? + Про 2 ?. Розглянутий спосіб отримання кисню використовують підводники на своїх субмаринах. Також в майбутньому його планують вживати для отримання водню у великих кількостях. Головною перешкодою для цього сьогодні є величезні енергетичні витрати, необхідні для стимуляції реакції. Коли буде знайдений спосіб їх мінімізувати, електроліз води стане основним способом виробництва не тільки водню, але і кисню. Розщепити воду можна і при впливі на неї альфа-випромінюванням: Н 2 Про -> Н 2 Про + +е - . В результаті цього молекула оксиду гідрогена втрачає один електрон, ионизируясь. У такому вигляді Н2О + знову вступає в реакцію з іншими нейтральними молекулами води, утворюючи високореактивний гідроксид-радикал: Н2О+ Н2О + -> Н2О + ВІН. Втрачений електрон, у свою чергу, також паралельно реагує з нейтральними молекулами оксиду гідрогена, сприяючи їх розпаду на радикали Н і: Н 2 О + е - -> Н + ВІН. Розщеплення алканів: метан
Розглядаючи різні способи завершення складних речовин, варто приділити особливу увагу реакції розкладання алканів. Під цією назвою ховаються граничні вуглеводні із загальною формулою З Х Н 2Х+2. В молекулах розглянутих речовин всі атоми карбону з'єднані одинарними зв'язками. Представники цього ряду зустрічаються в природі в усіх трьох агрегатних станах (газ, рідина, тверде тіло). Всі алкани (реакція розкладання представників цього ряду - нижче) легше води і не розчиняються в ній. При цьому вони самі є відмінними розчинниками для інших сполук. Серед основних хімічних властивостей таких речовин (горіння, заміщення, галогенирование, дегідрування) - і здатність розщеплюватися. Проте цей процес може відбуватися як повністю, так і частково. Вищезазначене властивість можна розглянути на прикладі реакції розкладу метану (перший член алканового ряду). Цей термоліз відбувається при 1000 °З: СН 4 ? -> С+2Н 2 ? . Проте якщо проводити реакцію розкладання метану при більш високій температурі (1500 °С), а потім різко знизити її, цей газ расщепится не повністю, утворюючи етилен і водень: 2СН 4 ? -> C 2 H 4 ? + 3H 2 ?.
Розкладання етану
Другий член розглянутого алканового ряду - це З 2 Н 4 (етан). Реакція розкладання його відбувається також під впливом високої температури (50 °С) і при повній відсутності кисню або інших окислювачів. Виглядає вона наступним чином: C 2 H 6 ? -> C 2 H 4 ? + H 2 ? .
Представлене вище рівняння реакції розкладу етану до водню і етилену можна вважати піролізом в чистому вигляді. Справа в тому, що даний процес відбувається з присутністю каталізатора (наприклад, металу нікелю Ni або водяної пари), а це суперечить визначенню піролізу. Тому про наведеному вище прикладі розщеплення коректно говорити як про процес розкладання, що відбувається при піролізі. Варто зазначити, що розглянута реакція у промисловості широко використовується для отримання самого виробленого органічного з'єднання в світі – газу етилену. Однак з-за вибухонебезпечності C 2 H 6 частіше цей найпростіший алкен синтезують з інших речовин. Розглянувши визначення, рівняння, види та різні приклади реакції розкладу, можна зробити висновок, що вона грає дуже велику роль не тільки для людського організму і природи, але і для промисловості. Також з її допомогою в лабораторіях вдалося синтезувати багато корисні речовини, що допомагає вченим проводити важливих хімічні дослідження.
