ในปฏิกิริยาของสารประกอบจากสารที่ทำปฏิกิริยาหลายชนิดที่มีองค์ประกอบค่อนข้างง่าย จะได้สารหนึ่งชนิดที่มีองค์ประกอบที่ซับซ้อนกว่า:
ตามกฎแล้ว ปฏิกิริยาเหล่านี้จะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อน เช่น นำไปสู่การก่อตัวของสารประกอบที่อุดมด้วยพลังงานที่เสถียรมากขึ้นและน้อยลง
ปฏิกิริยาของการรวมกันของสารอย่างง่ายมักจะรีดอกซ์ในธรรมชาติ ปฏิกิริยาการเชื่อมต่อที่เกิดขึ้นระหว่างสารเชิงซ้อนสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของความจุ:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2,
และจัดเป็นรีดอกซ์:
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.
2. ปฏิกิริยาการสลายตัว
ปฏิกิริยาการสลายตัวนำไปสู่การก่อตัวของสารประกอบหลายชนิดจากสารเชิงซ้อนเพียงชนิดเดียว:
A = B + C + D
ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของสารเชิงซ้อนสามารถเป็นได้ทั้งสารเชิงซ้อนและสารเชิงซ้อน
จากปฏิกิริยาการสลายตัวที่เกิดขึ้นโดยไม่เปลี่ยนสถานะเวเลนซ์ ควรสังเกตการสลายตัวของผลึกไฮเดรต เบส กรด และเกลือของกรดที่มีออกซิเจน:
|
CuSO 4 + 5H 2 O |
|
2H 2 O + 4NO 2 O + O 2 ออ |
2AgNO 3 \u003d 2Ag + 2NO 2 + O 2, (NH 4) 2Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.
ลักษณะเฉพาะคือปฏิกิริยารีดอกซ์ของการสลายตัวสำหรับเกลือของกรดไนตริก
ปฏิกิริยาการสลายตัวใน เคมีอินทรีย์เรียกว่าแคร็ก
C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20,
หรือดีไฮโดรจีเนชัน
C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2H 2.
3. ปฏิกิริยาการแทนที่
ในปฏิกิริยาการแทนที่ โดยปกติแล้วสารอย่างง่ายจะทำปฏิกิริยากับสารเชิงซ้อน เกิดเป็นสารอย่างง่ายและสารเชิงซ้อนอีกชนิดหนึ่ง:
A + BC = AB + C
ปฏิกิริยาเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์:
2Al + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3,
Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2,
2KBr + Cl 2 \u003d 2KCl + Br 2,
2KSlO 3 + ล. 2 = 2KlO 3 + Cl 2
ตัวอย่างของปฏิกิริยาการแทนที่ที่ไม่ได้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงสถานะเวเลนซ์ของอะตอมมีน้อยมาก ควรสังเกตปฏิกิริยาของซิลิกอนไดออกไซด์กับเกลือของกรดที่มีออกซิเจนซึ่งสอดคล้องกับแอนไฮไดรด์ที่เป็นก๊าซหรือระเหยได้:
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2
Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 \u003d ZCaSiO 3 + P 2 O 5,
บางครั้งปฏิกิริยาเหล่านี้ถือเป็นปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน:
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + Hcl
4. ปฏิกิริยาแลกเปลี่ยน
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเป็นปฏิกิริยาระหว่างสารประกอบสองชนิดที่มีการแลกเปลี่ยนส่วนประกอบซึ่งกันและกัน:
AB + CD = AD + CB
หากกระบวนการรีดอกซ์เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาการแทนที่ ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนจะเกิดขึ้นเสมอโดยไม่เปลี่ยนสถานะเวเลนต์ของอะตอม นี่คือกลุ่มปฏิกิริยาที่พบบ่อยที่สุดระหว่างสารเชิงซ้อน - ออกไซด์ เบส กรด และเกลือ:
ZnO + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2 O,
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3,
CrCl 3 + ZNaOH = Cr(OH) 3 + ZNaCl
กรณีพิเศษของปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเหล่านี้คือปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลาง:
Hcl + KOH \u003d KCl + H 2 ออ
โดยปกติปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นไปตามกฎหมาย สมดุลเคมีและไหลไปในทิศทางที่สารอย่างน้อยหนึ่งชนิดถูกกำจัดออกจากทรงกลมปฏิกิริยาในรูปของสารประกอบที่เป็นก๊าซ สารระเหย ตกตะกอนหรือแตกตัวต่ำ (สำหรับสารละลาย):
NaHCO 3 + Hcl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2,
Ca (HCO 3) 2 + Ca (OH) 2 \u003d 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O,
CH 3 COONa + H 3 RO 4 \u003d CH 3 COOH + NaH 2 RO 4.
กระบวนการหลายอย่างที่ไม่สามารถจินตนาการถึงชีวิตของเราได้ (เช่น การหายใจ การย่อยอาหาร การสังเคราะห์ด้วยแสง และอื่นๆ) เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ของสารประกอบอินทรีย์ (และอนินทรีย์) มาดูประเภทหลักและดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการที่เรียกว่าการเชื่อมต่อ (ไฟล์แนบ)
สิ่งที่เรียกว่าปฏิกิริยาเคมี
ก่อนอื่นให้ คำนิยามทั่วไปปรากฏการณ์นี้ วลีที่อยู่ระหว่างการพิจารณาหมายถึงปฏิกิริยาต่างๆ ของสารที่มีความซับซ้อนต่างกัน ซึ่งเป็นผลมาจากผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างจากของเดิมเกิดขึ้น สารที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้เรียกว่า "รีเอเจนต์"
ในการเขียน ปฏิกิริยาเคมีของสารประกอบอินทรีย์ (และสารอนินทรีย์) จะเขียนขึ้นโดยใช้สมการพิเศษ ภายนอกพวกเขาดูเหมือนเล็กน้อย ตัวอย่างทางคณิตศาสตร์นอกจากนี้ อย่างไรก็ตาม แทนที่จะใช้เครื่องหมายเท่ากับ ("=") จะใช้ลูกศร ("→" หรือ "⇆") นอกจากนี้ บางครั้งอาจมีสารทางด้านขวาของสมการมากกว่าทางด้านซ้าย ทุกอย่างที่อยู่หน้าลูกศรคือสารก่อนเริ่มปฏิกิริยา (ด้านซ้ายของสูตร) ทุกอย่างหลังจากนั้น (ด้านขวา) คือสารประกอบที่เกิดขึ้นจากกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้น
ดังตัวอย่างสมการเคมี เราสามารถพิจารณาน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนภายใต้การกระทำของ กระแสไฟฟ้า: 2H 2 O → 2H 2 + O 2. น้ำเป็นสารตั้งต้น ส่วนออกซิเจนและไฮโดรเจนเป็นผลิตภัณฑ์
ในฐานะอื่น แต่มีมากขึ้นแล้ว ตัวอย่างที่ซับซ้อนปฏิกิริยาทางเคมีของสารประกอบคุณสามารถพิจารณาปรากฏการณ์ที่คุ้นเคยกับแม่บ้านทุกคนที่อบขนมอย่างน้อยหนึ่งครั้ง เรากำลังพูดถึงการดับเบกกิ้งโซดาด้วยน้ำส้มสายชูบนโต๊ะ การดำเนินการอย่างต่อเนื่องแสดงโดยใช้สมการต่อไปนี้: NaHCO 3 +2 CH 3 COOH → 2CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O เป็นที่ชัดเจนว่าในกระบวนการปฏิสัมพันธ์ของโซเดียมไบคาร์บอเนตและน้ำส้มสายชู เกลือโซเดียม กรดน้ำส้ม,น้ำและ คาร์บอนไดออกไซด์.
โดยธรรมชาติแล้วมันอยู่ในตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างกายภาพและนิวเคลียร์
สารประกอบที่เข้าร่วมในปฏิกิริยาเคมีแตกต่างจากในอดีต สามารถเปลี่ยนองค์ประกอบได้ นั่นคือจากอะตอมของสารหนึ่งสามารถก่อตัวขึ้นได้อีกหลายตัวดังสมการข้างต้นสำหรับการสลายตัวของน้ำ
ไม่เหมือน ปฏิกิริยานิวเคลียร์สารเคมีไม่ส่งผลกระทบต่อนิวเคลียสของอะตอมของสารที่ทำปฏิกิริยา
กระบวนการทางเคมีมีกี่ประเภท
การกระจายตัวของปฏิกิริยาของสารประกอบตามประเภทเกิดขึ้นตามเกณฑ์ที่แตกต่างกัน:
- ย้อนกลับได้ / ย้อนกลับไม่ได้
- การมี/ไม่มีสารเร่งปฏิกิริยาและกระบวนการต่างๆ
- โดยการดูดซับ / ปล่อยความร้อน (ปฏิกิริยาดูดความร้อน / คายความร้อน)
- ตามจำนวนเฟส: เป็นเนื้อเดียวกัน / ต่างกันและลูกผสมสองพันธุ์
- โดยการเปลี่ยนสถานะออกซิเดชันของสารที่ทำปฏิกิริยา
ประเภทของกระบวนการทางเคมีในลักษณะของอันตรกิริยา
เกณฑ์นี้เป็นพิเศษ ด้วยความช่วยเหลือของปฏิกิริยาสี่ประเภทที่แตกต่างกัน: การเชื่อมต่อ การแทนที่ การสลายตัว (การแยก) และการแลกเปลี่ยน
ชื่อของแต่ละรายการสอดคล้องกับกระบวนการที่อธิบายไว้ นั่นคือพวกมันถูกรวมเข้าด้วยกันโดยแทนที่พวกมันจะเปลี่ยนเป็นกลุ่มอื่นในการสลายตัวของรีเอเจนต์หลายตัวและในการแลกเปลี่ยนอะตอมของผู้เข้าร่วมในปฏิกิริยาจะเปลี่ยนกันเอง
ประเภทของกระบวนการตามวิธีอันตรกิริยาเคมีอินทรีย์
แม้จะมีความซับซ้อนมาก แต่ปฏิกิริยาของสารประกอบอินทรีย์ก็เกิดขึ้นตามหลักการเดียวกับอนินทรีย์ อย่างไรก็ตาม พวกเขามีชื่อที่แตกต่างกันบ้าง
ดังนั้น ปฏิกิริยาของการรวมกันและการสลายตัวจึงเรียกว่า "การเติม" เช่นเดียวกับ "การแตกแยก" (การกำจัด) และการสลายตัวของสารอินทรีย์โดยตรง (ในส่วนของเคมีนี้มีกระบวนการแยกสองประเภท)
ปฏิกิริยาอื่นๆ ของสารประกอบอินทรีย์ ได้แก่ การแทนที่ (ชื่อไม่เปลี่ยนแปลง) การจัดเรียงใหม่ (การแลกเปลี่ยน) และกระบวนการรีดอกซ์ แม้จะมีความคล้ายคลึงกันของกลไกการเกิดขึ้น แต่ในสารอินทรีย์นั้นมีหลายแง่มุมมากกว่า
ปฏิกิริยาเคมีของสารประกอบ
พิจารณาแล้ว ชนิดต่างๆกระบวนการที่สารเข้าสู่สารอินทรีย์และ เคมีอนินทรีย์มันคุ้มค่าที่จะอาศัยรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเชื่อมต่อ
ปฏิกิริยานี้แตกต่างจากปฏิกิริยาอื่นๆ ตรงที่ โดยไม่คำนึงถึงจำนวนของสารทำปฏิกิริยาที่จุดเริ่มต้น ในขั้นสุดท้ายสารทั้งหมดจะรวมกันเป็นหนึ่งเดียว
ตัวอย่างเช่น เราสามารถจำขั้นตอนการปาดปูนขาวได้: CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 ใน กรณีนี้แคลเซียมออกไซด์ (ปูนขาว) ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนออกไซด์ (น้ำ) เป็นผลให้เกิดแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (ปูนขาว) และปล่อยไออุ่นออกมา อย่างไรก็ตาม นี่หมายความว่ากระบวนการนี้คายความร้อนจริงๆ
สมการปฏิกิริยาผสม
แผนผัง กระบวนการภายใต้การพิจารณาสามารถอธิบายได้ดังนี้: A+BV → ABC ในสูตรนี้ ABV คือ A ที่เกิดขึ้นใหม่ ซึ่งเป็นรีเอเจนต์อย่างง่าย และ BV เป็นตัวแปรของสารประกอบเชิงซ้อน
เป็นที่น่าสังเกตว่าสูตรนี้เป็นลักษณะของกระบวนการเพิ่มและเชื่อมต่อด้วย
ตัวอย่างของปฏิกิริยาภายใต้การพิจารณาคือปฏิกิริยาของโซเดียมออกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์ (NaO 2 + CO 2 (t 450-550 ° C) → Na 2 CO 3) เช่นเดียวกับซัลเฟอร์ออกไซด์กับออกซิเจน (2SO 2 + O 2 → ๒สอ ๓).
สารประกอบเชิงซ้อนหลายชนิดสามารถทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันได้: AB + VG → ABVG ตัวอย่างเช่น โซเดียมออกไซด์และไฮโดรเจนออกไซด์ที่เหมือนกันทั้งหมด: NaO 2 + H 2 O → 2NaOH
สภาวะการเกิดปฏิกิริยาในสารประกอบอนินทรีย์
ตามที่แสดงในสมการก่อนหน้า สารสามารถเข้าสู่อันตรกิริยาที่พิจารณาได้ องศาที่แตกต่างความยากลำบาก
ในกรณีนี้ สำหรับรีเอเจนต์อย่างง่ายที่มีแหล่งกำเนิดอนินทรีย์ ปฏิกิริยารีดอกซ์ของสารประกอบ (A + B → AB) เป็นไปได้
ตัวอย่างเช่น เราสามารถพิจารณากระบวนการได้รับสารไตรวาเลนต์ สำหรับสิ่งนี้ ปฏิกิริยาของสารประกอบระหว่างคลอรีนกับเฟอรัม (เหล็ก) จะเกิดขึ้น: 3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3
เมื่อพูดถึงปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อน สารอนินทรีย์(AB + VG → ABVG) กระบวนการในนั้นสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งที่มีผลกระทบและไม่กระทบต่อความจุ
เพื่อเป็นตัวอย่าง ให้พิจารณาตัวอย่างการก่อตัวของแคลเซียมไบคาร์บอเนตจากคาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนออกไซด์ (น้ำ) และสีผสมอาหารสีขาว E170 (แคลเซียมคาร์บอเนต): CO 2 + H 2 O + CaCO 3 → Ca (CO 3) 2 ในกรณีนี้ จะเกิดปฏิกิริยาคัปปลิ้งแบบคลาสสิก ระหว่างการใช้งาน ความจุของรีเอเจนต์จะไม่เปลี่ยนแปลง
สมบูรณ์แบบกว่าเล็กน้อย (กว่าครั้งแรก) สมการเคมี 2FeCl 2 + Cl 2 → 2FeCl 3 เป็นตัวอย่างของกระบวนการรีดอกซ์ในการทำงานร่วมกันของรีเอเจนต์อนินทรีย์ที่ง่ายและซับซ้อน ได้แก่ แก๊ส (คลอรีน) และเกลือ (ไอรอนคลอไรด์)
ประเภทของปฏิกิริยาการบวกในเคมีอินทรีย์
ดังที่กล่าวไว้แล้วในย่อหน้าที่สี่ ในสารที่มีต้นกำเนิดจากสารอินทรีย์ ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า "การเติม" ตามกฎแล้วสารเชิงซ้อนที่มีพันธะคู่ (หรือสาม) มีส่วนร่วม
ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่างไดบรอมและเอทิลีนซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของ 1,2-ไดโบรโมอีเทน: (C 2 H 4) CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → (C₂H₄Br₂) BrCH 2 - CH 2 Br อย่างไรก็ตาม เครื่องหมายที่คล้ายกับเท่ากับและลบ ("=" และ "-") ในสมการนี้จะแสดงพันธะระหว่างอะตอมของสารเชิงซ้อน นี่คือลักษณะการเขียนสูตรของสารอินทรีย์
ขึ้นอยู่กับว่าสารประกอบใดทำหน้าที่เป็นรีเอเจนต์ กระบวนการเติมหลายประเภทภายใต้การพิจารณานั้นแตกต่างกัน:
- Hydrogenation (โมเลกุลของไฮโดรเจน H ถูกเติมเข้าไปในพันธะหลายพันธะ)
- Hydrohalogenation (เติมไฮโดรเจนเฮไลด์)
- ฮาโลเจน (การเติมฮาโลเจน Br 2 , Cl 2 และอื่น ๆ ที่คล้ายกัน)
- พอลิเมอไรเซชัน (การก่อตัวจากสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำหลายชนิดของสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง)
ตัวอย่างของปฏิกิริยาการเติม (สารประกอบ)
หลังจากระบุความหลากหลายของกระบวนการภายใต้การพิจารณาแล้ว มันคุ้มค่าที่จะเรียนรู้ตัวอย่างปฏิกิริยาสารประกอบในทางปฏิบัติ
จากภาพประกอบของการเติมไฮโดรเจน คุณสามารถให้ความสนใจกับสมการของปฏิกิริยาของโพรพีนกับไฮโดรเจน ซึ่งโพรเพนจะปรากฏขึ้น: (C 3 H 6) CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 → (C 3 ชั่วโมง 8) CH 3 -CH 2 -CH 3 .
ในเคมีอินทรีย์ ปฏิกิริยาของสารประกอบ (การเติม) สามารถเกิดขึ้นได้ระหว่าง กรดไฮโดรคลอริก(สารอนินทรีย์) และเอทิลีนที่มีการก่อตัวของคลอโรอีเทน: (C 2 H 4) CH 2 \u003d CH 2 + HCl → CH 3 - CH 2 -Cl (C 2 H 5 Cl) สมการที่แสดงเป็นตัวอย่างของไฮโดรฮาโลจิเนชัน
สำหรับฮาโลจิเนชันสามารถแสดงได้จากปฏิกิริยาระหว่างไดคลอร์และเอทิลีนซึ่งทำให้เกิด 1,2-ไดคลอโรอีเทน: (C 2 H 4 ) CH 2 = CH 2 + Cl 2 → (C₂H₄Cl₂) ClCH 2 -CH 2 Cl .
สารที่มีประโยชน์มากมายเกิดขึ้นจากเคมีอินทรีย์ ปฏิกิริยาของการเชื่อมต่อ (สิ่งที่แนบมา) ของโมเลกุลเอทิลีนกับตัวเริ่มต้นปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบอนุมูลภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลตเป็นการยืนยันสิ่งนี้: n CH 2 \u003d CH 2 (R และแสง UV) → (-CH 2 -CH 2 -) n . สารที่เกิดขึ้นในลักษณะนี้เป็นที่รู้จักกันดีสำหรับทุกคนภายใต้ชื่อโพลีเอทิลีน
บรรจุภัณฑ์ กระเป๋า จาน ท่อ วัสดุฉนวน และอื่น ๆ อีกมากมายทำจากวัสดุนี้ คุณสมบัติของสารนี้คือความเป็นไปได้ในการรีไซเคิล โพลิเอทิลีนได้รับความนิยมเนื่องจากไม่ย่อยสลายซึ่งเป็นสาเหตุที่นักอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมมีทัศนคติเชิงลบต่อมัน อย่างไรก็ตามใน ปีที่แล้วพบวิธีกำจัดผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโพลิเอทิลีนอย่างปลอดภัย สำหรับสิ่งนี้ วัสดุจะได้รับการบำบัดด้วยกรดไนตริก (HNO 3) แล้ว บางประเภทแบคทีเรียสามารถย่อยสลายสารนี้เป็นส่วนประกอบที่ไม่เป็นอันตรายได้
ปฏิกิริยาของการเชื่อมต่อ (เพิ่มเติม) มีบทบาทสำคัญในธรรมชาติและชีวิตมนุษย์ นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์มักจะใช้มันในห้องปฏิบัติการเพื่อสังเคราะห์สารใหม่สำหรับการศึกษาที่สำคัญต่างๆ
ปฏิกิริยาการสลายตัวมีบทบาทสำคัญในชีวิตของโลก ท้ายที่สุดพวกเขามีส่วนร่วมในการทำลายของเสียทั้งหมด สิ่งมีชีวิตทางชีวภาพ. นอกจากนี้ กระบวนการนี้ช่วยให้ร่างกายมนุษย์ดูดซึมสารประกอบเชิงซ้อนต่างๆ ในแต่ละวันโดยการแบ่งพวกมันออกเป็นสารง่ายๆ (แคแทบอลิซึม) นอกเหนือจากที่กล่าวมาทั้งหมดแล้ว ปฏิกิริยานี้ส่งเสริมการก่อตัวของสารอินทรีย์และอนินทรีย์อย่างง่ายจากสารที่ซับซ้อน มาเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการนี้ และดูตัวอย่างเชิงปฏิบัติของปฏิกิริยาเคมีจากการสลายตัว
ปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าอะไร ประเภทใด และขึ้นอยู่กับอะไร
ก่อนที่จะศึกษาข้อมูลเกี่ยวกับการสลายตัว ควรเรียนรู้โดยทั่วไปเสียก่อน ชื่อนี้หมายถึงความสามารถของโมเลกุลของสารบางชนิดในการโต้ตอบกับสารอื่น ๆ และสร้างสารประกอบใหม่ด้วยวิธีนี้
ตัวอย่างเช่น ถ้าออกซิเจนและสองโมเลกุลทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกัน ผลลัพธ์ที่ได้คือไฮโดรเจนออกไซด์สองโมเลกุล ซึ่งเราทุกคนรู้จักกันดีในชื่อน้ำ กระบวนการนี้สามารถเขียนได้โดยใช้สมการเคมีต่อไปนี้: 2H 2 + O 2 → 2H 2 O
แม้ว่าจะมีเกณฑ์ที่แตกต่างกันตามปฏิกิริยาเคมีที่แตกต่างกัน (ผลกระทบจากความร้อน, ตัวเร่งปฏิกิริยา, การมี / ไม่มีขอบเขตของเฟส, การเปลี่ยนแปลงในสถานะออกซิเดชันของรีเอเจนต์, การย้อนกลับ / การย้อนกลับไม่ได้) ส่วนใหญ่มักจะจำแนกตามประเภทของการเปลี่ยนแปลงของการโต้ตอบ สาร
ดังนั้นจึงจำแนกกระบวนการทางเคมีได้สี่ประเภท
- สารประกอบ.
- การสลายตัว
- แลกเปลี่ยน.
- การแทน.
ปฏิกิริยาทั้งหมดข้างต้นเขียนแบบกราฟิกโดยใช้สมการ รูปแบบทั่วไปของพวกเขามีลักษณะดังนี้: A → B
ทางด้านซ้ายของสูตรนี้เป็นรีเอเจนต์เริ่มต้นและทางด้านขวา - สารที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา ตามกฎแล้ว จำเป็นต้องสัมผัสกับอุณหภูมิ ไฟฟ้า หรือการใช้สารเติมแต่งตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อเริ่มต้น ควรระบุการปรากฏตัวของพวกมันในสมการทางเคมีด้วย
การสลายตัว (แยก)
กระบวนการทางเคมีประเภทนี้มีลักษณะเป็นการก่อตัวของสารประกอบใหม่ตั้งแต่สองโมเลกุลขึ้นไปจากโมเลกุลของสารหนึ่งชนิด
พูดมากขึ้น ภาษาธรรมดาปฏิกิริยาการสลายตัวสามารถเปรียบเทียบได้กับบ้านจากนักออกแบบ เมื่อตัดสินใจสร้างรถยนต์และเรือ เด็กจะถอดประกอบโครงสร้างเริ่มต้นและสร้างชิ้นส่วนที่ต้องการจากชิ้นส่วนต่างๆ ในขณะเดียวกัน โครงสร้างขององค์ประกอบตัวสร้างเองก็ไม่เปลี่ยนแปลง เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับอะตอมของสารที่เกี่ยวข้องกับการแตกตัว
สมการของปฏิกิริยาที่พิจารณามีลักษณะอย่างไร?
แม้จะมีความจริงที่ว่าการเชื่อมต่อหลายร้อยรายการสามารถแยกออกเป็นส่วนประกอบที่ง่ายกว่าได้ แต่กระบวนการดังกล่าวทั้งหมดเกิดขึ้นตามหลักการเดียวกัน คุณสามารถอธิบายได้โดยใช้สูตรแผนผัง: ABV → A + B + C
ในนั้น ABV เป็นสารประกอบเริ่มต้นที่ผ่านการแตกแยก A, B และ C เป็นสารที่เกิดจากอะตอมของ ABV ในระหว่างปฏิกิริยาการสลายตัว
ประเภทของปฏิกิริยาการแตกแยก
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ในการเริ่มกระบวนการทางเคมี มักจำเป็นต้องให้ผลบางอย่างกับรีเอเจนต์ ขึ้นอยู่กับประเภทของการกระตุ้นดังกล่าว มีการสลายตัวหลายประเภท:
การสลายตัวของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO4)
เมื่อพิจารณาจากทฤษฎีแล้ว การพิจารณาตัวอย่างในทางปฏิบัติของกระบวนการแยกสารเป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การพิจารณา
ประการแรกคือการสลายตัวของ KMnO 4 (โดยทั่วไปเรียกว่าโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต) เนื่องจากความร้อน สมการปฏิกิริยามีลักษณะดังนี้: 2KMnO 4 (t 200 ° C) → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
จากที่ได้นำเสนอ สูตรเคมีจะเห็นได้ว่าในการเปิดใช้งานกระบวนการนี้ จำเป็นต้องให้ความร้อนแก่รีเอเจนต์เริ่มต้นถึง 200 องศาเซลเซียส เพื่อให้ปฏิกิริยาดีขึ้น โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตจะถูกใส่ในภาชนะสุญญากาศ จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่ากระบวนการนี้คือไพโรไลซิส
ในห้องปฏิบัติการและในการผลิต จะดำเนินการเพื่อให้ได้ออกซิเจนที่บริสุทธิ์และควบคุมได้
เทอร์โมไลซิสของโพแทสเซียมคลอเรต (KClO3)
ปฏิกิริยาการสลายตัวของเกลือ Berthollet เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของการเทอร์โมไลซิสแบบดั้งเดิมใน รูปแบบที่บริสุทธิ์.
กระบวนการดังกล่าวต้องผ่านสองขั้นตอนและมีลักษณะดังนี้:
- 2 KClO 3 (t 400 ° C) → 3KClO 4 + KCl
- KClO 4 (t จาก 550 ° C) → KCl + 2O2
นอกจากนี้ยังสามารถดำเนินการเทอร์โมไลซิสของโพแทสเซียมคลอเรตได้มากขึ้น อุณหภูมิต่ำ(สูงถึง 200 ° C) ในขั้นตอนเดียว แต่สำหรับสิ่งนี้จำเป็นต้องมีสารเร่งปฏิกิริยา - ออกไซด์ - มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา โลหะต่างๆ(cuprum, ferum, mangan ฯลฯ )
สมการประเภทนี้จะมีลักษณะดังนี้: 2KClO 3 (t 150 ° C, MnO 2) → KCl + 2O 2
เช่นเดียวกับโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต เกลือ Bertolet ใช้ในห้องทดลองและอุตสาหกรรมเพื่อผลิตออกซิเจนบริสุทธิ์
อิเล็กโทรไลซิสและเรดิโอไลซิสของน้ำ (H20)
อีกตัวอย่างเชิงปฏิบัติที่น่าสนใจของปฏิกิริยาภายใต้การพิจารณาคือการสลายตัวของน้ำ สามารถผลิตได้สองวิธี:
- ภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้าที่มีต่อไฮโดรเจนออกไซด์: H 2 O → H 2 + O 2 วิธีการรับออกซิเจนที่พิจารณาแล้วนั้นถูกใช้โดยเรือดำน้ำบนเรือดำน้ำ นอกจากนี้ในอนาคตมีการวางแผนที่จะใช้มันเพื่อผลิตไฮโดรเจนในปริมาณมาก อุปสรรคสำคัญในปัจจุบันคือค่าใช้จ่ายด้านพลังงานจำนวนมากที่จำเป็นในการกระตุ้นปฏิกิริยา เมื่อพบวิธีที่จะย่อให้เหลือน้อยที่สุด อิเล็กโทรไลซิสในน้ำจะกลายเป็นวิธีหลักในการผลิตไฮโดรเจนไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงออกซิเจนด้วย
- น้ำสามารถแตกตัวได้เมื่อสัมผัสกับรังสีอัลฟา: H 2 O → H 2 O + +e - เป็นผลให้โมเลกุลของไฮโดรเจนออกไซด์สูญเสียอิเล็กตรอน 1 ตัวและกลายเป็นไอออน ในรูปแบบนี้ H2O + ทำปฏิกิริยาอีกครั้งกับโมเลกุลของน้ำที่เป็นกลางอื่น ๆ ก่อตัวเป็นอนุมูลไฮดรอกไซด์ที่มีปฏิกิริยาสูง: H2O + H2O + → H2O + OH ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนที่หายไปยังทำปฏิกิริยาคู่ขนานกับโมเลกุลของไฮโดรเจนออกไซด์ที่เป็นกลาง ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการสลายตัวของพวกมันเป็นอนุมูล H และ OH: H 2 O + e - → H + OH
การสลายตัวของแอลเคน: มีเทน
กำลังพิจารณา วิธีต่างๆการแยกสารที่ซับซ้อนก็คุ้มค่าที่จะจ่าย ความสนใจเป็นพิเศษปฏิกิริยาการสลายตัวของแอลเคน
ชื่อนี้ซ่อนไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวด้วย สูตรทั่วไปค X ส 2X + 2. ในโมเลกุลของสารที่พิจารณา อะตอมของคาร์บอนทั้งหมดเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยว
ตัวแทนของซีรีส์นี้พบได้ในธรรมชาติในการรวมตัวทั้งสามสถานะ (ก๊าซ ของเหลว ของแข็ง)
อัลเคนทั้งหมด (ปฏิกิริยาการสลายตัวของตัวแทนของซีรีส์นี้อยู่ด้านล่าง) มีน้ำหนักเบากว่าน้ำและไม่ละลายในนั้น อย่างไรก็ตาม พวกมันเองก็เป็นตัวทำละลายที่ยอดเยี่ยมสำหรับสารประกอบอื่นๆ
ในบรรดาหลัก คุณสมบัติทางเคมีสารดังกล่าว (การเผาไหม้, การทดแทน, ฮาโลเจน, ดีไฮโดรจีเนชัน) - และความสามารถในการแยก อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งหมดหรือบางส่วน
คุณสมบัติข้างต้นสามารถพิจารณาได้จากตัวอย่างปฏิกิริยาการสลายตัวของมีเทน (สมาชิกตัวแรกของชุดอัลเคน) เทอร์โมไลซิสนี้เกิดขึ้นที่ 1,000 °C: CH 4 → C+2H 2
อย่างไรก็ตาม หากปฏิกิริยาการสลายตัวของมีเทนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น (1,500 °C) แล้วลดลงอย่างรวดเร็ว ก๊าซนี้จะไม่แตกตัวอย่างสมบูรณ์ เกิดเป็นเอทิลีนและไฮโดรเจน: 2CH 4 → C 2 H 4 + 3H 2
การสลายตัวของอีเทน
สมาชิกตัวที่สองของอนุกรมอัลเคนภายใต้การพิจารณาคือ C 2 H 4 (อีเทน) ปฏิกิริยาการสลายตัวยังเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของ อุณหภูมิสูง(50 °C) และในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนหรือสารออกซิไดซ์อื่นๆ ดูเหมือนว่า C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2
สมการปฏิกิริยาข้างต้นสำหรับการสลายตัวของอีเทนเป็นไฮโดรเจนและเอทิลีนไม่สามารถพิจารณาไพโรไลซิสในรูปบริสุทธิ์ได้ ความจริงก็คือว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยา (เช่น นิเกิลโลหะ Ni หรือไอน้ำ) ซึ่งขัดแย้งกับคำจำกัดความของไพโรไลซิส ดังนั้นจึงถูกต้องที่จะพูดถึงตัวอย่างการแยกที่นำเสนอข้างต้นว่าเป็นกระบวนการสลายตัวที่เกิดขึ้นระหว่างไพโรไลซิส
ควรสังเกตว่าปฏิกิริยาที่พิจารณาในอุตสาหกรรมนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตได้มากที่สุด สารประกอบอินทรีย์ในโลก - ก๊าซเอทิลีน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการระเบิดของ C 2 H 6 แอลคีนที่ง่ายที่สุดนี้มักถูกสังเคราะห์จากสารอื่น
เมื่อพิจารณาคำจำกัดความ สมการ ประเภท และตัวอย่างต่างๆ ของปฏิกิริยาการสลายตัวแล้ว เราสามารถสรุปได้ว่าปฏิกิริยานี้มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งไม่เพียงแต่ต่อร่างกายมนุษย์และธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอุตสาหกรรมด้วย นอกจากนี้ด้วยความช่วยเหลือในห้องปฏิบัติการทำให้สามารถสังเคราะห์ได้หลายอย่าง วัสดุที่มีประโยชน์ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ดำเนินการที่สำคัญ
9.1. ปฏิกิริยาเคมีคืออะไร
จำได้ว่าเราเรียกปฏิกิริยาเคมีว่าปรากฏการณ์ทางเคมีใด ๆ ในธรรมชาติ ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี พันธะเคมีบางส่วนจะแตกออกและเกิดพันธะเคมีอื่นๆ ผลของปฏิกิริยาทำให้ได้สารอื่นๆ จากสารเคมีบางชนิด (ดูบทที่ 1)
บรรลุเป้าหมาย การบ้านถึง § 2.5 คุณได้ทำความคุ้นเคยกับการแยกแบบดั้งเดิมของปฏิกิริยาหลักสี่ประเภทจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีทั้งชุด ในเวลาเดียวกัน คุณได้แนะนำชื่อของพวกเขา: ปฏิกิริยาของการรวมกัน การสลายตัว การแทนที่ และการแลกเปลี่ยน
ตัวอย่างของปฏิกิริยาผสม:
C + O 2 \u003d CO 2; (1)
นา 2 O + CO 2 \u003d นา 2 CO 3; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O \u003d NH 4 HCO 3 (3)
ตัวอย่างของปฏิกิริยาการสลายตัว:
2Ag 2 O 4Ag + O 2; (4)
CaCO 3 CaO + CO 2 ; (5)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O (6)
ตัวอย่างของปฏิกิริยาการแทนที่:
CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu; (7)
2NaI + Cl 2 \u003d 2NaCl + I 2; (8)
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2 (9)
| ปฏิกิริยาแลกเปลี่ยน- ปฏิกิริยาเคมีที่สารตั้งต้นแลกเปลี่ยนส่วนประกอบกัน |
ตัวอย่างของปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน:
บา(OH) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2H 2 O; (10)
HCl + KNO 2 \u003d KCl + HNO 2; (สิบเอ็ด)
AgNO 3 + NaCl \u003d AgCl + NaNO 3 (12)
การจำแนกประเภทของปฏิกิริยาเคมีแบบดั้งเดิมไม่ครอบคลุมถึงความหลากหลายทั้งหมด - นอกจากปฏิกิริยาของสี่ประเภทหลักแล้วยังมีปฏิกิริยาที่ซับซ้อนอีกมากมาย
การเลือกปฏิกิริยาเคมีอีกสองประเภทขึ้นอยู่กับการมีส่วนร่วมของอนุภาคที่ไม่ใช่สารเคมีที่สำคัญที่สุดสองชนิด ได้แก่ อิเล็กตรอนและโปรตอน
ในระหว่างปฏิกิริยาบางอย่าง มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทั้งหมดหรือบางส่วนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง ในกรณีนี้ สถานะออกซิเดชันของอะตอมของธาตุที่ประกอบขึ้นเป็นสสารเริ่มต้นจะเปลี่ยนไป จากตัวอย่างที่ให้มา ได้แก่ ปฏิกิริยา 1, 4, 6, 7 และ 8 ปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่า รีดอกซ์.
ในอีกกลุ่มหนึ่งของปฏิกิริยา ไฮโดรเจนไอออน (H +) ซึ่งก็คือโปรตอน จะผ่านจากอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาหนึ่งไปยังอีกอนุภาคหนึ่ง ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า ปฏิกิริยากรดเบสหรือ ปฏิกิริยาการถ่ายโอนโปรตอน.
จากตัวอย่างที่ให้มา ปฏิกิริยาดังกล่าวคือปฏิกิริยา 3, 10 และ 11 โดยการเปรียบเทียบกับปฏิกิริยาเหล่านี้ บางครั้งเรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์ ปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอน. คุณจะทำความคุ้นเคยกับ RIA ใน§ 2 และ KOR - ในบทต่อไปนี้
ปฏิกิริยาสารประกอบ ปฏิกิริยาการสลายตัว ปฏิกิริยาการแทนที่ ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน ปฏิกิริยารีดอกซ์ ปฏิกิริยากรดเบส
เขียนสมการปฏิกิริยาที่สอดคล้องกับโครงร่างต่อไปนี้:
ก) HgO Hg + O 2 ( ที); ข) Li 2 O + SO 2 Li 2 SO 3; ค) ลูกบาศ์ก(OH) 2 CuO + H 2 O ( ที);
ง) อัล + ฉัน 2 อาลี 3; จ) CuCl 2 + Fe FeCl 2 + Cu; จ) Mg + H 3 PO 4 Mg 3 (PO 4) 2 + H 2;
g) อัล + O 2 อัล 2 O 3 ( ที); i) KClO 3 + PP 2 O 5 + KCl ( ที); ญ) CuSO 4 + Al Al 2 (SO 4) 3 + Cu;
ล.) เฟ + Cl 2 FeCl 3 ( ที); ม.) NH 3 + O 2 N 2 + H 2 O ( ที); ม.) H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O.
ระบุประเภทของปฏิกิริยาดั้งเดิม สังเกตปฏิกิริยารีดอกซ์และกรดเบส ในปฏิกิริยารีดอกซ์ ให้ระบุอะตอมของธาตุที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน
9.2. ปฏิกิริยารีดอกซ์
พิจารณาปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในเตาหลอมเหล็กในระหว่างการผลิตอุตสาหกรรมเหล็ก (อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นคือเหล็กหล่อ) จากแร่เหล็ก:
เฟ 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2.
ให้เราพิจารณาสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่เป็นทั้งวัสดุตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา
| Fe2O3 | + | = | 2 ก.พ | + |
อย่างที่คุณเห็น สถานะออกซิเดชันของอะตอมของคาร์บอนเพิ่มขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยา สถานะออกซิเดชันของอะตอมของเหล็กลดลง และสถานะออกซิเดชันของอะตอมของออกซิเจนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น อะตอมของคาร์บอนในปฏิกิริยานี้จึงเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน นั่นคือ สูญเสียอิเล็กตรอน ( ออกซิไดซ์) และอะตอมของธาตุเหล็กในการรีดักชัน นั่นคือ พวกมันติดอิเล็กตรอน ( ฟื้นตัว) (ดู§ 7.16) เพื่อกำหนดลักษณะของ OVR จะใช้แนวคิดต่างๆ สารออกซิไดเซอร์และ ตัวรีดิวซ์.
ดังนั้น ในปฏิกิริยาของเรา อะตอมออกซิไดซ์คืออะตอมของเหล็ก และอะตอมของรีดิวซ์คืออะตอมของคาร์บอน
ในปฏิกิริยาของเรา ตัวออกซิไดซ์คือเหล็ก (III) ออกไซด์ และตัวรีดิวซ์คือคาร์บอน (II) ออกไซด์
ในกรณีที่อะตอมออกซิไดซ์และรีดิวซ์เป็นส่วนหนึ่งของสารเดียวกัน (ตัวอย่าง: ปฏิกิริยา 6 จากย่อหน้าก่อนหน้า) จะไม่ใช้แนวคิดของ "สารออกซิไดซ์" และ "สารรีดิวซ์"
ดังนั้น ตัวออกซิไดซ์โดยทั่วไปคือสารที่รวมถึงอะตอมที่มีแนวโน้มที่จะเพิ่มอิเล็กตรอน (ทั้งหมดหรือบางส่วน) ทำให้สถานะออกซิเดชันลดลง ในบรรดาสารง่ายๆ เหล่านี้คือฮาโลเจนและออกซิเจนเป็นหลัก กำมะถันและไนโตรเจนในระดับที่น้อยกว่า ของสารเชิงซ้อน - สารที่รวมอะตอมในสถานะออกซิเดชันที่สูงขึ้น ไม่มีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นไอออนอย่างง่ายในสถานะออกซิเดชันเหล่านี้: HNO 3 (N + V), KMnO 4 (Mn + VII), CrO 3 (Cr + VI), KClO 3 (Cl + V), KClO 4 (Cl + VII) เป็นต้น
สารรีดิวซ์ทั่วไปคือสารที่มีอะตอมซึ่งมีแนวโน้มที่จะให้อิเล็กตรอนทั้งหมดหรือบางส่วน ทำให้สถานะออกซิเดชันของพวกมันเพิ่มขึ้น ในบรรดาสารอย่างง่าย ได้แก่ ไฮโดรเจน โลหะอัลคาไล และอัลคาไลน์เอิร์ธ รวมถึงอะลูมิเนียม ของสารเชิงซ้อน - H 2 S และซัลไฟด์ (S -II), SO 2 และซัลไฟต์ (S + IV), ไอโอไดด์ (I -I), CO (C + II), NH 3 (N -III) ฯลฯ
โดยทั่วไป สารเชิงซ้อนและสารเชิงซ้อนเกือบทั้งหมดสามารถแสดงได้ทั้งคุณสมบัติในการออกซิไดซ์และรีดิวซ์ ตัวอย่างเช่น:
SO 2 + Cl 2 \u003d S + Cl 2 O 2 (SO 2 เป็นตัวรีดิวซ์ที่แรง);
SO 2 + C \u003d S + CO 2 (t) (SO 2 เป็นตัวออกซิไดซ์ที่อ่อนแอ);
C + O 2 \u003d CO 2 (t) (C เป็นตัวรีดิวซ์);
C + 2Ca \u003d Ca 2 C (t) (C เป็นตัวออกซิไดซ์)
ให้เรากลับไปที่ปฏิกิริยาที่เรากล่าวถึงในตอนต้นของหัวข้อนี้
| Fe2O3 | + | = | 2 ก.พ | + |
โปรดทราบว่าผลของปฏิกิริยา อะตอมออกซิไดซ์ (Fe + III) กลายเป็นอะตอมรีดิวซ์ (Fe 0) และอะตอมรีดิวซ์ (C + II) กลายเป็นอะตอมออกซิไดซ์ (C + IV) แต่ภายใต้เงื่อนไขใด ๆ CO 2 เป็นตัวออกซิไดซ์ที่อ่อนแอมากและเหล็กแม้ว่าจะเป็นตัวรีดิวซ์ แต่ก็อ่อนแอกว่า CO มากภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาจึงไม่ทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันและไม่เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ตัวอย่างข้างต้นเป็นภาพประกอบของหลักการทั่วไปที่กำหนดทิศทางของการไหลของ OVR:
ปฏิกิริยารีดอกซ์ดำเนินไปในทิศทางของการก่อตัวของตัวออกซิไดซ์ที่อ่อนกว่าและตัวรีดิวซ์ที่อ่อนกว่า
คุณสมบัติรีดอกซ์ของสารสามารถเปรียบเทียบได้ภายใต้เงื่อนไขเดียวกันเท่านั้น ในบางกรณี การเปรียบเทียบนี้สามารถทำได้ในเชิงปริมาณ
ในการทำการบ้านสำหรับย่อหน้าแรกของบทนี้ คุณเห็นว่าการหาค่าสัมประสิทธิ์ในสมการปฏิกิริยาบางตัวค่อนข้างยาก (โดยเฉพาะ OVR) เพื่อให้งานนี้ง่ายขึ้นในกรณีของปฏิกิริยารีดอกซ์ จะใช้สองวิธีต่อไปนี้:
ก) วิธีสมดุลอิเล็กทรอนิกส์และ
ข) วิธีสมดุลอิเลคตรอน-อิออน.
คุณจะศึกษาวิธีสมดุลของอิเล็กตรอนในตอนนี้ และวิธีสมดุลของอิเล็กตรอน-ไอออนมักจะศึกษาในสถาบันอุดมศึกษา
ทั้งสองวิธีนี้มีพื้นฐานมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาเคมีไม่หายไปไหนและไม่ปรากฏที่ใด กล่าวคือ จำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมรับไว้จะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมอื่นได้รับ
จำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับและบริจาคด้วยวิธีสมดุลอิเล็กตรอนถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของอะตอม เมื่อใช้วิธีนี้ จำเป็นต้องทราบองค์ประกอบของทั้งวัสดุตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา
พิจารณาการประยุกต์ใช้วิธีเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้ตัวอย่าง
ตัวอย่างที่ 1สร้างสมการสำหรับปฏิกิริยาของเหล็กกับคลอรีน เป็นที่ทราบกันว่าผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาดังกล่าวคือธาตุเหล็ก (III) คลอไรด์ มาเขียนโครงร่างปฏิกิริยา:
เฟ + Cl 2 FeCl 3 .
เรามาพิจารณาสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบทั้งหมดที่ประกอบขึ้นเป็นสสารที่เข้าร่วมในปฏิกิริยา:
อะตอมของธาตุเหล็กจะบริจาคอิเล็กตรอน และโมเลกุลของคลอรีนจะรับอิเล็กตรอนเหล่านั้น เราแสดงกระบวนการเหล่านี้ สมการอิเล็กทรอนิกส์:
เฟ-3 อี- \u003d Fe + III,
Cl2 + 2 อี-\u003d 2Cl -I.
เพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนที่กำหนดเท่ากับจำนวนที่ได้รับ สมการอิเล็กทรอนิกส์ตัวแรกต้องคูณด้วยสอง และสมการที่สองคูณด้วยสาม:
| เฟ-3 อี- \u003d Fe + III, Cl2 + 2 อี– = 2Cl –I |
2เฟ - 6 อี- \u003d 2Fe + III 3คลิ2+6 อี– = 6Cl –I |
เมื่อป้อนค่าสัมประสิทธิ์ 2 และ 3 ในรูปแบบปฏิกิริยาเราจะได้สมการปฏิกิริยา:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3.
ตัวอย่างที่ 2ให้เราเขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาการเผาไหม้ของฟอสฟอรัสขาวในคลอรีนส่วนเกิน เป็นที่ทราบกันว่าฟอสฟอรัส (V) คลอไรด์เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้:
| +V–I | ||||
| P4 | + | Cl2 | บมจ. 5 . |
โมเลกุลของฟอสฟอรัสขาวให้อิเล็กตรอน (ออกซิไดซ์) และโมเลกุลของคลอรีนจะรับอิเล็กตรอน (ลดลง):
| P4-20 อี– = 4P + V Cl2 + 2 อี– = 2Cl –I |
1 10 |
2 20 |
P4-20 อี– = 4P + V Cl2 + 2 อี– = 2Cl –I |
P4-20 อี– = 4P + V 10Cl 2 + 20 อี– = 20Cl –I |
ปัจจัยที่ได้รับในตอนแรก (2 และ 20) มี ตัวหารร่วมกันซึ่ง (เป็นค่าสัมประสิทธิ์ในอนาคตในสมการปฏิกิริยา) และถูกแบ่งออก สมการปฏิกิริยา:
P 4 + 10Cl 2 \u003d 4PCl 5.
ตัวอย่างที่ 3ให้เราเขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างการคั่วเหล็ก(II) ซัลไฟด์ในออกซิเจน
รูปแบบปฏิกิริยา:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | โอทู | + |
ในกรณีนี้ ทั้งอะตอมของธาตุเหล็ก(II) และธาตุกำมะถัน(–II) จะถูกออกซิไดซ์ องค์ประกอบของธาตุเหล็ก(II) ซัลไฟด์ประกอบด้วยอะตอมของธาตุเหล่านี้ในอัตราส่วน 1:1 (ดูดัชนีในสูตรที่ง่ายที่สุด)
เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์:
| 4 | เฟ + II - อี– = เฟ +III เอส-ทู-6 อี– = S + IV |
รวมแจก7 อี – |
| 7 | O 2 + 4e - \u003d 2O -II |
สมการปฏิกิริยา: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2
ตัวอย่างที่ 4. ให้เราเขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างการยิงเหล็ก (II) ไดซัลไฟด์ (ไพไรต์) ในออกซิเจน
รูปแบบปฏิกิริยา:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | โอทู | + |
ดังตัวอย่างที่แล้ว ทั้งอะตอมของธาตุเหล็ก(II) และอะตอมของกำมะถันก็ถูกออกซิไดซ์ที่นี่เช่นกัน แต่มีสถานะออกซิเดชันเป็น I อะตอมของธาตุเหล่านี้รวมอยู่ในองค์ประกอบของไพไรต์ในอัตราส่วน 1:2 (ดูดัชนีใน สูตรที่ง่ายที่สุด) ในแง่นี้อะตอมของธาตุเหล็กและกำมะถันจะทำปฏิกิริยากัน ซึ่งนำมาพิจารณาเมื่อรวบรวมเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์:
| เฟ+III – อี– = เฟ +III 2S-I-10 อี– = 2S +IV |
รวมให้ 11 อี – | |
| โอ 2 + 4 อี– = 2O –II |
สมการปฏิกิริยา: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
นอกจากนี้ยังมีกรณีที่ซับซ้อนมากขึ้นของ OVR คุณจะได้รู้จักบางกรณีโดยการทำการบ้านของคุณ
อะตอมออกซิไดเซอร์, รีดิวซ์อะตอม, สารออกซิไดเซอร์, สารรีดิวเซอร์, วิธีสมดุลอิเล็กตรอน, สมการอิเล็กทรอนิกส์
1. สร้างเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์สำหรับแต่ละสมการ OVR ที่ระบุในข้อความของ§ 1 ของบทนี้
2. สร้างสมการของ OVR ที่คุณค้นพบเมื่อทำภารกิจสำหรับ § 1 ของบทนี้ให้เสร็จ ครั้งนี้ใช้วิธีสมดุลอิเล็กทรอนิกส์ในการวางเดิมพัน 3. ใช้วิธีสมดุลอิเล็กทรอนิกส์สร้างสมการปฏิกิริยาที่สอดคล้องกับแผนภาพต่อไปนี้: a) Na + I 2 NaI;
ข) นา + O 2 นา 2 O 2;
ค) นา 2 O 2 + นา นา 2 O;
ง) อัล + Br 2 AlBr 3;
จ) เฟ + O 2 เฟ 3 O 4 ( ที);
จ) เฟ 3 O 4 + H 2 FeO + H 2 O ( ที);
g) FeO + O 2 Fe 2 O 3 ( ที);
ผม) Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2 ( ที);
ญ) Cr + O 2 Cr 2 O 3 ( ที);
ล) CrO 3 + NH 3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2 ( ที);
ม.) Mn 2 O 7 + NH 3 MnO 2 + N 2 + H 2 O;
ม.) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O ( ที);
n) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 ( ที)
p) PbO 2 + CO Pb + CO 2 ( ที);
ค) ลูกบาศ์ก 2 O + ลูกบาศ์ก 2 S ลูกบาศก์ + SO 2 ( ที);
t) CuS + O 2 ลูกบาศ์ก 2 O + SO 2 ( ที);
y) Pb 3 O 4 + H 2 Pb + H 2 O ( ที).
9.3. ปฏิกิริยาคายความร้อน เอนทัลปี
ทำไมปฏิกิริยาเคมีจึงเกิดขึ้น?
ในการตอบคำถามนี้ ขอให้เราระลึกถึงสาเหตุที่แต่ละอะตอมรวมกันเป็นโมเลกุล เหตุใดผลึกไอออนิกจึงเกิดขึ้นจากไอออนที่แยกตัวออกมา ทำไมหลักการของพลังงานน้อยที่สุดจึงทำงานในระหว่างการก่อตัวของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้เหมือนกัน เพราะมันมีประโยชน์อย่างมาก ซึ่งหมายความว่าพลังงานจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการดังกล่าว ดูเหมือนว่าปฏิกิริยาเคมีควรดำเนินไปด้วยเหตุผลเดียวกัน แท้จริงแล้วสามารถเกิดปฏิกิริยาได้หลายอย่างในระหว่างที่ปล่อยพลังงานออกมา พลังงานถูกปลดปล่อยออกมา มักจะอยู่ในรูปของความร้อน
หากความร้อนไม่มีเวลากำจัดออกระหว่างปฏิกิริยาคายความร้อน ระบบปฏิกิริยาจะร้อนขึ้น
ตัวอย่างเช่นในปฏิกิริยาการเผาไหม้ของก๊าซมีเทน
CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
ปล่อยความร้อนออกมามากจนมีเทนใช้เป็นเชื้อเพลิง
ความจริงที่ว่าความร้อนถูกปล่อยออกมาในปฏิกิริยานี้สามารถสะท้อนให้เห็นในสมการของปฏิกิริยา:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g) + ถาม
สิ่งนี้เรียกว่า สมการเทอร์โมเคมี. นี่คือสัญลักษณ์ "+ ถามหมายความว่าเมื่อมีเทนถูกเผาไหม้จะปล่อยความร้อนออกมา เรียกว่า ความร้อนนี้ ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา.
ความร้อนที่ปล่อยออกมามาจากไหน?
คุณทราบดีว่าในปฏิกิริยาเคมี พันธะเคมีจะแตกและก่อตัวขึ้น ในกรณีนี้ พันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจนในโมเลกุล CH 4 จะแตกออก รวมทั้งระหว่างอะตอมของออกซิเจนในโมเลกุลของ O 2 ในกรณีนี้ พันธะใหม่จะเกิดขึ้น: ระหว่างอะตอมของคาร์บอนและออกซิเจนในโมเลกุลของ CO 2 และระหว่างอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจนในโมเลกุลของ H 2 O คุณต้องใช้พลังงานในการสลายพันธะ (ดู "พลังงานพันธะ", "พลังงานการทำให้เป็นอะตอม" ) และเมื่อสร้างพันธะ พลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมา เห็นได้ชัดว่าหากพันธะ "ใหม่" แข็งแกร่งกว่าพันธะ "เก่า" พลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมามากกว่าที่ถูกดูดซับ ความแตกต่างระหว่างพลังงานที่ปล่อยออกมาและพลังงานที่ดูดซับคือผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา
ผลความร้อน (ปริมาณความร้อน) วัดเป็นกิโลจูล ตัวอย่างเช่น:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 484 กิโลจูล
บันทึกดังกล่าวหมายความว่าความร้อน 484 กิโลจูลจะถูกปล่อยออกมาหากไฮโดรเจนสองโมลทำปฏิกิริยากับออกซิเจนหนึ่งโมลและน้ำก๊าซ (ไอน้ำ) สองโมลจะเกิดขึ้น
ดังนั้น, ในสมการเทอร์โมเคมี ค่าสัมประสิทธิ์จะเท่ากับปริมาณของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา.
อะไรเป็นตัวกำหนดผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเฉพาะแต่ละอย่าง
ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับ
ก) จากสภาวะการรวมตัวของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา
b) อุณหภูมิและ
c) ว่าการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่หรือที่ความดันคงที่หรือไม่
ติดยาเสพติด ผลความร้อนปฏิกิริยาจากสถานะของการรวมตัวของสารนั้นเกิดจากความจริงที่ว่ากระบวนการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปสู่อีกสถานะหนึ่ง (เช่นกระบวนการทางกายภาพอื่น ๆ ) นั้นมาพร้อมกับการปล่อยหรือดูดซับความร้อน สิ่งนี้สามารถแสดงได้ด้วยสมการทางความร้อน ตัวอย่างคือสมการทางความร้อนเคมีของการควบแน่นของไอน้ำ:
H 2 O (g) \u003d H 2 O (g) + ถาม
ในสมการเทอร์โมเคมี และถ้าจำเป็น ในสมการเคมีธรรมดา สถานะรวมของสารจะถูกระบุโดยใช้ดัชนีตัวอักษร:
(ง) - แก๊ส
(ช) - ของเหลว
(t) หรือ (cr) เป็นสารที่เป็นของแข็งหรือผลึก
การพึ่งพาผลกระทบทางความร้อนต่ออุณหภูมินั้นสัมพันธ์กับความแตกต่างของความจุความร้อน
วัสดุเริ่มต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา
เนื่องจากผลของปฏิกิริยาคายความร้อนที่ความดันคงที่ ปริมาตรของระบบจะเพิ่มขึ้นเสมอ พลังงานส่วนหนึ่งถูกใช้ไปกับการทำงานเพื่อเพิ่มปริมาตร และความร้อนที่ปล่อยออกมาจะน้อยกว่าในกรณีของปฏิกิริยาเดียวกัน ที่ปริมาตรคงที่
ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยามักจะคำนวณสำหรับปฏิกิริยาที่ดำเนินการที่ปริมาตรคงที่ที่ 25 °C และแสดงด้วยสัญลักษณ์ ถามโอ
ถ้าพลังงานถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของความร้อนเท่านั้น และปฏิกิริยาเคมีดำเนินไปในปริมาตรคงที่ ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา ( คิว วี) เท่ากับการเปลี่ยนแปลง กำลังภายใน(ง ยู) สารที่เข้าร่วมในปฏิกิริยา แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม:
คิว วี = - ยู.
พลังงานภายในของร่างกายเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นพลังงานรวมของอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุล พันธะเคมี พลังงานไอออไนเซชันของอิเล็กตรอนทั้งหมด พลังงานพันธะของนิวคลีออนในนิวเคลียส และพลังงานประเภทอื่นๆ ที่รู้จักและไม่รู้จักทั้งหมด "ถูกเก็บ" โดยร่างกายนี้ เครื่องหมาย "–" เกิดจากการที่ความร้อนถูกปล่อยออกมา พลังงานภายในจะลดลง นั่นคือ
ยู= – คิว วี .
ถ้าปฏิกิริยาดำเนินต่อไปที่ความดันคงที่ ปริมาตรของระบบอาจเปลี่ยนไป พลังงานภายในส่วนหนึ่งยังใช้ในการทำงานเพื่อเพิ่มระดับเสียง ในกรณีนี้
ยู = -(คิว พี + เอ) = –(คิวพี+พีวี),
ที่ไหน Qpคือผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ จากที่นี่
คิว พี = - ขึ้นวี .
ค่าเท่ากับ ยู+พีวีได้รับการตั้งชื่อ การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีและแสดงโดย D ชม.
H=ยู+พีวี.
เพราะฉะนั้น
คิว พี = - ชม.
ดังนั้นเมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมา เอนทาลปีของระบบจะลดลง ดังนั้นชื่อเก่าของปริมาณนี้: "ปริมาณความร้อน"
ตรงกันข้ามกับผลกระทบทางความร้อน การเปลี่ยนแปลงของเอนทัลปีจะกำหนดลักษณะของปฏิกิริยา โดยไม่คำนึงว่าจะเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่หรือความดันคงที่ สมการเทอร์โมเคมีที่เขียนโดยใช้การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีเรียกว่า สมการทางความร้อนในรูปอุณหพลศาสตร์. ในกรณีนี้ค่าของการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน (25 ° C, 101.3 kPa) จะได้รับซึ่งแสดง H เกี่ยวกับ. ตัวอย่างเช่น:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) H เกี่ยวกับ= – 484 กิโลจูล;
CaO (cr) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (cr) H เกี่ยวกับ= - 65 กิโลจูล
ขึ้นอยู่กับปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยา ( ถาม) จากผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา ( ถาม o) และปริมาณของสาร ( น B) หนึ่งในผู้เข้าร่วมในปฏิกิริยา (สาร B - สารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา) แสดงโดยสมการ:
ในที่นี้ B คือปริมาณของสาร B ที่กำหนดโดยค่าสัมประสิทธิ์หน้าสูตรของสาร B ในสมการเทอร์โมเคมี
งาน
กำหนดปริมาณของสารไฮโดรเจนที่เผาไหม้ในออกซิเจนถ้าปล่อยความร้อน 1,694 กิโลจูล
สารละลาย
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 484 กิโลจูล |
|
|
Q = 1694 kJ, 6. ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาของปฏิกิริยาระหว่างผลึกอะลูมิเนียมกับก๊าซคลอรีนคือ 1,408 kJ เขียนสมการทางความร้อนเคมีสำหรับปฏิกิริยานี้และกำหนดมวลของอะลูมิเนียมที่ต้องใช้ในการผลิตความร้อน 2816 กิโลจูลโดยใช้ปฏิกิริยานี้ 9.4. ปฏิกิริยาดูดความร้อน เอนโทรปี นอกจากปฏิกิริยาคายความร้อนแล้ว ปฏิกิริยายังเป็นไปได้ในระหว่างที่ความร้อนถูกดูดซับ และหากไม่มีการให้ความร้อน ระบบปฏิกิริยาจะถูกทำให้เย็นลง ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า ดูดความร้อน. ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นลบ ตัวอย่างเช่น: ดังนั้น พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการก่อตัวของพันธะในผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเหล่านี้และปฏิกิริยาที่คล้ายคลึงกันจึงน้อยกว่าพลังงานที่ต้องใช้ในการทำลายพันธะในวัสดุตั้งต้น
ลองเอาขวดมาสองขวดแล้วเติมขวดหนึ่งด้วยไนโตรเจน (ก๊าซไม่มีสี) และอีกขวดหนึ่งด้วยไนโตรเจนไดออกไซด์ (ก๊าซสีน้ำตาล) เพื่อให้ทั้งความดันและอุณหภูมิในขวดเท่ากัน เป็นที่ทราบกันดีว่าสารเหล่านี้ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีซึ่งกันและกัน เราเชื่อมต่อขวดกับคอให้แน่นและวางในแนวตั้ง เพื่อให้ขวดที่มีไนโตรเจนไดออกไซด์หนักกว่าอยู่ด้านล่าง (รูปที่ 9.1) หลังจากนั้นไม่นาน เราจะเห็นว่าไนโตรเจนไดออกไซด์สีน้ำตาลค่อยๆ กระจายเข้าสู่ขวดแก้วด้านบน และไนโตรเจนที่ไม่มีสีจะแทรกซึมเข้าไปในขวดแก้วด้านล่าง เป็นผลให้ก๊าซผสมกันและสีของเนื้อหาในขวดจะเหมือนกัน ดังนั้น,
สมการความสัมพันธ์ระหว่างเอนโทรปี ( ส) และปริมาณอื่น ๆ มีการศึกษาในรายวิชาฟิสิกส์และเคมีเชิงฟิสิกส์ หน่วยเอนโทรปี [ ส] = 1 เจ/เค จี= เอช-ที ส เงื่อนไขสำหรับการเกิดปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเอง: ช< 0. ที่อุณหภูมิต่ำ ปัจจัยที่กำหนดความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาในระดับที่สูงขึ้นคือปัจจัยด้านพลังงาน และที่อุณหภูมิสูงคือปัจจัยเอนโทรปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากสมการข้างต้น เป็นที่ชัดเจนว่าทำไมปฏิกิริยาการสลายตัวที่ไม่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง (เอนโทรปีเพิ่มขึ้น) เริ่มดำเนินการที่อุณหภูมิสูง ปฏิกิริยา endotermic, เอนโทรปี, ปัจจัยพลังงาน, ปัจจัยเอนโทรปี, พลังงานกิบส์ 2CuO (cr) + C (กราไฟต์) \u003d 2Cu (cr) + CO 2 (g) คือ -46 กิโลจูล เขียนสมการเทอร์โมเคมีและคำนวณว่าคุณต้องใช้พลังงานเท่าใดเพื่อให้ได้ทองแดง 1 กิโลกรัมในปฏิกิริยาดังกล่าว CaCO 3 (cr) \u003d CaO (cr) + CO 2 (g) - 179 กิโลจูล เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ 24.6 ลิตร กำหนดจำนวนความร้อนที่เสียไปโดยเปล่าประโยชน์ แคลเซียมออกไซด์ที่เกิดขึ้นในกรณีนี้มีกี่กรัม? |
ปฏิกริยาเคมีคุณสมบัติ ประเภท สภาวะการไหล ฯลฯ เป็นหนึ่งในรากฐานที่สำคัญของวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจที่เรียกว่าเคมี ลองคิดดูว่าปฏิกิริยาเคมีคืออะไรและมีบทบาทอย่างไร ดังนั้น ในวิชาเคมี ปฏิกิริยาเคมีจึงถือเป็นการเปลี่ยนแปลงของสารหนึ่งชนิดหรือมากกว่านั้นเป็นสารอื่น ในเวลาเดียวกันนิวเคลียสของพวกมันจะไม่เปลี่ยนแปลง (ไม่เหมือนกับปฏิกิริยานิวเคลียร์) แต่มีการกระจายอิเล็กตรอนและนิวเคลียสซ้ำ และแน่นอนว่ามีองค์ประกอบทางเคมีใหม่ปรากฏขึ้น
ปฏิกิริยาเคมีในธรรมชาติและชีวิตประจำวัน
คุณและฉันอยู่ท่ามกลางปฏิกิริยาเคมี ยิ่งกว่านั้น เราเองก็ทำกิจกรรมต่าง ๆ ในครัวเรือนเป็นประจำ เช่น เมื่อเราจุดไม้ขีดไฟ โดยเฉพาะอย่างยิ่งปฏิกิริยาเคมีจำนวนมากโดยที่ผู้ปรุงอาหารไม่สงสัย (และอาจสงสัย) ทำเมื่อพวกเขาเตรียมอาหาร
แน่นอน ปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างเกิดขึ้นในสภาพธรรมชาติ: การปะทุของภูเขาไฟ ใบไม้ และต้นไม้ แต่สิ่งที่ฉันสามารถพูดได้ กระบวนการทางชีวภาพเกือบทั้งหมดสามารถนำมาประกอบกับตัวอย่างของปฏิกิริยาเคมีได้
ประเภทของปฏิกิริยาเคมี
ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นง่ายและซับซ้อน ปฏิกิริยาเคมีอย่างง่ายแบ่งออกเป็น:
- ปฏิกิริยาผสม,
- ปฏิกิริยาการสลายตัว,
- ปฏิกิริยาการแทนที่
- ปฏิกิริยาแลกเปลี่ยน
ปฏิกิริยาเคมีของสารประกอบ
ตามคำจำกัดความที่เหมาะสมอย่างยิ่งของนักเคมีผู้ยิ่งใหญ่ D. I. Mendeleev ปฏิกิริยาของสารประกอบเกิดขึ้นเมื่อ ตัวอย่างของปฏิกิริยาทางเคมีของสารประกอบคือความร้อนของผงเหล็กและกำมะถันซึ่งเกิดจากเหล็กซัลไฟด์ - Fe + S = FeS อื่น ตัวอย่างชัดเจนปฏิกิริยานี้คือการเผาไหม้ของสารอย่างง่าย เช่น ซัลเฟอร์หรือฟอสฟอรัสในอากาศ (บางที ปฏิกิริยาดังกล่าวอาจเรียกว่าปฏิกิริยาเคมีทางความร้อนก็ได้)
ปฏิกิริยาเคมีสลายตัว
เรียกง่ายๆ ว่าปฏิกิริยาการสลายตัวเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับปฏิกิริยาสารประกอบ มันสร้างสารตั้งแต่สองสารขึ้นไปจากสารเดียว ตัวอย่างง่ายๆ ของปฏิกิริยาการสลายตัวทางเคมี ได้แก่ การสลายตัวของชอล์ค ซึ่งผลิตปูนขาวและคาร์บอนไดออกไซด์จากตัวชอล์คเอง
ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยสารเคมี
ปฏิกิริยาการแทนที่จะเกิดขึ้นเมื่อสารอย่างง่ายทำปฏิกิริยากับสารที่ซับซ้อน ลองยกตัวอย่างปฏิกิริยาการแทนที่ทางเคมี: ถ้าเราหย่อนตะปูเหล็กลงในสารละลายที่มีคอปเปอร์ซัลเฟต ในระหว่างการทดลองทางเคมีอย่างง่ายนี้ เราจะได้เหล็กซัลเฟต (เหล็กจะแทนที่ทองแดงจากเกลือ) สมการของปฏิกิริยาเคมีดังกล่าวจะมีลักษณะดังนี้:
เฟ + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเคมี
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเกิดขึ้นระหว่างคอมเพล็กซ์เท่านั้น สารเคมีในระหว่างที่พวกเขาเปลี่ยนชิ้นส่วน ปฏิกิริยาเหล่านี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในสารละลายต่างๆ การทำให้เป็นกลางของกรดด้วยน้ำดี ตัวอย่างที่ดีปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนสารเคมี
NaOH + HCl → NaCl + H 2 O
นี่คือสมการทางเคมีของปฏิกิริยานี้ ซึ่งไฮโดรเจนไอออนจากสารประกอบ HCl ถูกแลกเปลี่ยนกับโซเดียมไอออนจากสารประกอบ NaOH ผลของปฏิกิริยาเคมีนี้คือการก่อตัวของสารละลายเกลือ
สัญญาณของปฏิกิริยาเคมี
ตามสัญญาณของการเกิดปฏิกิริยาเคมีเราสามารถตัดสินได้ว่าปฏิกิริยาเคมีระหว่างรีเอเจนต์ผ่านไปหรือไม่ นี่คือตัวอย่างสัญญาณของปฏิกิริยาเคมี:
- การเปลี่ยนสี (เหล็กอ่อน เช่น ระหว่าง อากาศชื้นเคลือบด้วยสีน้ำตาลซึ่งเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีของปฏิกิริยาระหว่างเหล็กและ)
- หยาดน้ำฟ้า (หากคาร์บอนไดออกไซด์ถูกส่งผ่านสารละลายปูนขาวอย่างกะทันหัน เราจะได้ตะกอนแคลเซียมคาร์บอเนตสีขาวที่ไม่ละลายน้ำ)
- วิวัฒนาการของก๊าซ (ถ้าคุณตกลงไป ผงฟู กรดมะนาวคุณได้รับการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์)
- การก่อตัวของสารที่แยกตัวออกมาอย่างอ่อน (ปฏิกิริยาทั้งหมดทำให้เกิดน้ำ)
- การเรืองแสงของสารละลาย (ตัวอย่างในที่นี้คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับสารละลายของลูมินอล ซึ่งเปล่งแสงระหว่างปฏิกิริยาเคมี)
โดยทั่วไป เป็นการยากที่จะแยกแยะว่าสัญญาณของปฏิกิริยาเคมีใดเป็นสัญญาณหลัก สารต่าง ๆ และปฏิกิริยาต่าง ๆ มีสัญญาณของตัวเอง
วิธีตรวจสอบสัญญาณของปฏิกิริยาเคมี
คุณสามารถระบุสัญญาณของปฏิกิริยาเคมีได้ด้วยสายตา (ด้วยการเปลี่ยนสี การเรืองแสง) หรือจากผลของปฏิกิริยานี้
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราของปฏิกิริยาเคมีมักจะเข้าใจว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารตั้งต้นหนึ่งชนิดต่อหน่วยเวลา นอกจากนี้ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเป็นค่าบวกเสมอ ในปี พ.ศ. 2408 นักเคมี N. N. Beketov ได้กำหนดกฎของการกระทำโดยมวลซึ่งระบุว่า "อัตราของปฏิกิริยาเคมี ณ เวลาใดเวลาหนึ่งเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของสารรีเอเจนต์ที่ยกกำลังเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสารสัมพันธ์"
ปัจจัยที่มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ได้แก่
- ธรรมชาติของสารตั้งต้น
- การปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา
- อุณหภูมิ,
- ความดัน,
- พื้นที่ผิวของสารตั้งต้น
ทั้งหมดนี้มีอิทธิพลโดยตรงต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
สมดุลของปฏิกิริยาเคมี
สภาวะสมดุลทางเคมีคือสถานะของระบบเคมีซึ่งเกิดปฏิกิริยาเคมีหลายปฏิกิริยาและอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับแต่ละคู่เท่ากัน ดังนั้นค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีจึงแยกออก - นี่คือค่าที่กำหนดสำหรับปฏิกิริยาเคมีที่กำหนดอัตราส่วนระหว่างกิจกรรมทางอุณหพลศาสตร์ของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ในสภาวะสมดุลทางเคมี เมื่อรู้ค่าคงที่สมดุลแล้ว คุณสามารถกำหนดทิศทางของปฏิกิริยาเคมีได้
เงื่อนไขสำหรับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ในการเริ่มต้นปฏิกิริยาเคมี จำเป็นต้องสร้างเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับสิ่งนี้:
- การนำสารมาสัมผัสใกล้ชิด
- สารให้ความร้อนที่อุณหภูมิหนึ่ง (อุณหภูมิของปฏิกิริยาเคมีต้องเหมาะสม)
ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี
นี่คือชื่อที่กำหนดให้กับการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบอันเป็นผลมาจากการเกิดปฏิกิริยาเคมีและการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้น (สารตั้งต้น) เป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาในปริมาณที่สอดคล้องกับสมการปฏิกิริยาเคมีภายใต้เงื่อนไขต่อไปนี้ :
- การทำงานที่เป็นไปได้ในกรณีนี้คือการทำงานกับแรงกดดันจากภายนอกเท่านั้น
- วัสดุเริ่มต้นและผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยาเคมีมีอุณหภูมิเท่ากัน
ปฏิกิริยาเคมี, วิดีโอ
และโดยสรุป วิดีโอที่น่าสนใจเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมีที่น่าทึ่งที่สุด
