Χαρακτηριστικά χαρακτηριστικών ταξινόμησης. Ταξινόμηση των χημικών αντιδράσεων στις οποίες βασίζονται οι βιομηχανικές χημικές-τεχνολογικές διεργασίες Ονοματολογία βασικών αλάτων
Οι χημικές ιδιότητες των ουσιών αποκαλύπτονται σε μια ποικιλία χημικών αντιδράσεων.
Ονομάζονται μετασχηματισμοί ουσιών που συνοδεύονται από αλλαγές στη σύνθεση και (ή) δομή τους χημικές αντιδράσεις. Συχνά απαντάται ο ακόλουθος ορισμός: χημική αντίδρασηείναι η διαδικασία μετατροπής των αρχικών ουσιών (αντιδραστηρίων) σε τελικές ουσίες (προϊόντα).
Οι χημικές αντιδράσεις γράφονται χρησιμοποιώντας χημικές εξισώσεις και διαγράμματα που περιέχουν τους τύπους των αρχικών ουσιών και των προϊόντων αντίδρασης. Στις χημικές εξισώσεις, σε αντίθεση με τα διαγράμματα, ο αριθμός των ατόμων κάθε στοιχείου είναι ο ίδιος στην αριστερή και στη δεξιά πλευρά, γεγονός που αντανακλά το νόμο της διατήρησης της μάζας.
Στην αριστερή πλευρά της εξίσωσης αναγράφονται οι τύποι των αρχικών ουσιών (αντιδραστήρια), στη δεξιά πλευρά - οι ουσίες που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα της χημικής αντίδρασης (προϊόντα αντίδρασης, τελικές ουσίες). Το πρόσημο ίσου που συνδέει την αριστερή και τη δεξιά πλευρά δείχνει ότι ο συνολικός αριθμός των ατόμων των ουσιών που συμμετέχουν στην αντίδραση παραμένει σταθερός. Αυτό επιτυγχάνεται τοποθετώντας ακέραιους στοιχειομετρικούς συντελεστές μπροστά από τους τύπους, που δείχνουν τις ποσοτικές σχέσεις μεταξύ των αντιδρώντων και των προϊόντων αντίδρασης.
Οι χημικές εξισώσεις μπορεί να περιέχουν πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά της αντίδρασης. Εάν μια χημική αντίδραση λάβει χώρα υπό την επίδραση εξωτερικών επιδράσεων (θερμοκρασία, πίεση, ακτινοβολία, κ.λπ.), αυτό υποδεικνύεται με το κατάλληλο σύμβολο, συνήθως πάνω (ή «κάτω») από το πρόσημο ίσου.
Ένας τεράστιος αριθμός χημικών αντιδράσεων μπορεί να ομαδοποιηθεί σε διάφορους τύπους αντιδράσεων, οι οποίοι έχουν πολύ συγκεκριμένα χαρακτηριστικά.
Ως χαρακτηριστικά ταξινόμησηςμπορούν να επιλεγούν τα εξής:
1. Ο αριθμός και η σύνθεση των αρχικών ουσιών και των προϊόντων αντίδρασης.
2. Φυσική κατάσταση των αντιδραστηρίων και των προϊόντων αντίδρασης.
3. Ο αριθμός των φάσεων στις οποίες βρίσκονται οι συμμετέχοντες στην αντίδραση.
4. Η φύση των μεταφερόμενων σωματιδίων.
5. Πιθανότητα η αντίδραση να λάβει χώρα προς τα εμπρός και προς την αντίστροφη κατεύθυνση.
6. Το πρόσημο του θερμικού φαινομένου χωρίζει όλες τις αντιδράσεις σε: εξώθερμοςαντιδράσεις που συμβαίνουν με εξω-φαινόμενο - απελευθέρωση ενέργειας με τη μορφή θερμότητας (Q>0, ∆Η<0):
C + O 2 = CO 2 + Q
Και ενδόθερμοςαντιδράσεις που συμβαίνουν με το φαινόμενο ενδο - την απορρόφηση ενέργειας με τη μορφή θερμότητας (Q<0, ∆H >0):
N 2 + O 2 = 2NO - Q.
Τέτοιες αντιδράσεις αναφέρονται ως θερμοχημική.
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε κάθε τύπο αντίδρασης.
Ταξινόμηση ανάλογα με τον αριθμό και τη σύνθεση των αντιδραστηρίων και των τελικών ουσιών
1. Ενώσεις αντιδράσεων
Όταν μια ένωση αντιδρά από πολλές αντιδρώντες ουσίες σχετικά απλής σύνθεσης, λαμβάνεται μια ουσία πιο σύνθετης σύνθεσης:
Κατά κανόνα, αυτές οι αντιδράσεις συνοδεύονται από απελευθέρωση θερμότητας, δηλ. οδηγούν στο σχηματισμό πιο σταθερών και λιγότερο πλούσιων σε ενέργεια ενώσεων.
Οι αντιδράσεις ενώσεων απλών ουσιών έχουν πάντα οξειδοαναγωγικό χαρακτήρα. Οι σύνθετες αντιδράσεις που συμβαίνουν μεταξύ σύνθετων ουσιών μπορούν να συμβούν χωρίς αλλαγή στο σθένος:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2,
και επίσης να ταξινομηθεί ως οξειδοαναγωγή:
2FeCl 2 + Cl 2 = 2 FeCl 3.
2. Αντιδράσεις αποσύνθεσης
Οι αντιδράσεις αποσύνθεσης οδηγούν στο σχηματισμό πολλών ενώσεων από μία σύνθετη ουσία:
Α = Β + Γ + Δ.
Τα προϊόντα αποσύνθεσης μιας σύνθετης ουσίας μπορεί να είναι απλές και σύνθετες ουσίες.
Από τις αντιδράσεις αποσύνθεσης που συμβαίνουν χωρίς αλλαγή των καταστάσεων σθένους, αξιοσημείωτη είναι η αποσύνθεση κρυσταλλικών υδριτών, βάσεων, οξέων και αλάτων οξέων που περιέχουν οξυγόνο:
| t o | ||
| 4HNO3 | = | 2H 2 O + 4NO 2 O + O 2 O. |
2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2,
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.
Οι αντιδράσεις αποσύνθεσης οξειδοαναγωγής είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστικές για άλατα νιτρικού οξέος.
Οι αντιδράσεις αποσύνθεσης στην οργανική χημεία ονομάζονται πυρόλυση:
C 18 H 38 = C 9 H 18 + C 9 H 20,
ή αφυδρογόνωση
C4H10 = C4H6 + 2H2.
3. Αντιδράσεις υποκατάστασης
Στις αντιδράσεις υποκατάστασης, συνήθως μια απλή ουσία αντιδρά με μια σύνθετη, σχηματίζοντας μια άλλη απλή ουσία και μια άλλη σύνθετη:
A + BC = AB + C.
Αυτές οι αντιδράσεις ανήκουν σε μεγάλο βαθμό στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής:
2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3,
Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2,
2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2,
2КlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2.
Τα παραδείγματα αντιδράσεων υποκατάστασης που δεν συνοδεύονται από αλλαγή στις καταστάσεις σθένους των ατόμων είναι εξαιρετικά λίγα. Πρέπει να σημειωθεί η αντίδραση του διοξειδίου του πυριτίου με άλατα οξέων που περιέχουν οξυγόνο, τα οποία αντιστοιχούν σε αέριους ή πτητικούς ανυδρίτες:
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2,
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 \u003d 3СаSiO 3 + P 2 O 5,
Μερικές φορές αυτές οι αντιδράσεις θεωρούνται ως αντιδράσεις ανταλλαγής:
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl.
4. Ανταλλαγή αντιδράσεων
Αντιδράσεις ανταλλαγήςείναι αντιδράσεις μεταξύ δύο ενώσεων που ανταλλάσσουν τα συστατικά τους μεταξύ τους:
AB + CD = AD + CB.
Εάν συμβαίνουν διεργασίες οξειδοαναγωγής κατά τη διάρκεια αντιδράσεων υποκατάστασης, τότε οι αντιδράσεις ανταλλαγής συμβαίνουν πάντα χωρίς να αλλάζει η κατάσταση σθένους των ατόμων. Αυτή είναι η πιο κοινή ομάδα αντιδράσεων μεταξύ σύνθετων ουσιών - οξειδίων, βάσεων, οξέων και αλάτων:
ZnO + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 O,
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3,
CrCl 3 + ZNaON = Cr(OH) 3 + ZNaCl.
Μια ειδική περίπτωση αυτών των αντιδράσεων ανταλλαγής είναι αντιδράσεις εξουδετέρωσης:
HCl + KOH = KCl + H 2 O.
Συνήθως, αυτές οι αντιδράσεις υπακούουν στους νόμους της χημικής ισορροπίας και προχωρούν προς την κατεύθυνση όπου τουλάχιστον μία από τις ουσίες απομακρύνεται από τη σφαίρα της αντίδρασης με τη μορφή μιας αέριας, πτητικής ουσίας, ιζήματος ή ένωσης χαμηλής διάστασης (για διαλύματα):
NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2,
Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O,
CH 3 COONa + H 3 PO 4 = CH 3 COOH + NaH 2 PO 4.
5. Αντιδράσεις μεταφοράς.
Στις αντιδράσεις μεταφοράς, ένα άτομο ή μια ομάδα ατόμων μετακινείται από τη μια δομική μονάδα στην άλλη:
AB + BC = A + B 2 C,
A 2 B + 2CB 2 = DIA 2 + DIA 3.
Για παράδειγμα:
2AgCl + SnCl 2 = 2Ag + SnCl 4,
H 2 O + 2NO 2 = HNO 2 + HNO 3.
Ταξινόμηση των αντιδράσεων ανάλογα με τα χαρακτηριστικά φάσης
Ανάλογα με την κατάσταση συσσωμάτωσης των αντιδρώντων ουσιών, διακρίνονται οι ακόλουθες αντιδράσεις:
1. Αντιδράσεις αερίων
| H2+Cl2 | 2HCl. |
2. Αντιδράσεις σε διαλύματα
NaOH (διάλυμα) + HCl (p-p) = NaCl (p-p) + H 2 O (l)
3. Αντιδράσεις μεταξύ στερεών
| t o | ||
| CaO(tv) + SiO 2 (tv) | = | CaSiO 3 (sol) |
Ταξινόμηση των αντιδράσεων ανάλογα με τον αριθμό των φάσεων.
Ως φάση νοείται μια συλλογή ομοιογενών τμημάτων ενός συστήματος με τις ίδιες φυσικές και χημικές ιδιότητες και χωρισμένα μεταξύ τους με μια διεπαφή.
Από αυτή την άποψη, ολόκληρη η ποικιλία των αντιδράσεων μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες:
1. Ομοιογενείς (μονοφασικές) αντιδράσεις.Αυτές περιλαμβάνουν αντιδράσεις που συμβαίνουν στην αέρια φάση και έναν αριθμό αντιδράσεων που συμβαίνουν σε διαλύματα.
2. Ετερογενείς (πολυφασικές) αντιδράσεις.Αυτές περιλαμβάνουν αντιδράσεις στις οποίες τα αντιδρώντα και τα προϊόντα της αντίδρασης βρίσκονται σε διαφορετικές φάσεις. Για παράδειγμα:
αντιδράσεις αέριας-υγρής φάσης
CO 2 (g) + NaOH (p-p) = NaHC03 (p-p).
αντιδράσεις αερίου-στερεάς φάσης
CO 2 (g) + CaO (tv) = CaCO 3 (tv).
αντιδράσεις υγρής-στερεάς φάσης
Na 2 SO 4 (διάλυμα) + BaCl 3 (διάλυμα) = BaSO 4 (tv)↓ + 2NaCl (p-p).
αντιδράσεις υγρού-αερίου-στερεάς φάσης
Ca(HCO 3) 2 (διάλυμα) + H 2 SO 4 (διάλυμα) = CO 2 (r) + H 2 O (l) + CaSO 4 (διάλυμα)↓.
Ταξινόμηση των αντιδράσεων ανάλογα με τον τύπο των σωματιδίων που μεταφέρονται
1. Πρωτολυτικές αντιδράσεις.
ΝΑ πρωτολυτικές αντιδράσειςπεριλαμβάνουν χημικές διεργασίες, η ουσία των οποίων είναι η μεταφορά ενός πρωτονίου από μια αντιδρώσα ουσία σε μια άλλη.
Αυτή η ταξινόμηση βασίζεται στην πρωτολυτική θεωρία οξέων και βάσεων, σύμφωνα με την οποία οξύ είναι κάθε ουσία που δίνει ένα πρωτόνιο και βάση είναι μια ουσία που μπορεί να δεχθεί ένα πρωτόνιο, για παράδειγμα:
Οι πρωτολυτικές αντιδράσεις περιλαμβάνουν αντιδράσεις εξουδετέρωσης και υδρόλυσης.
2. Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.
Αυτές περιλαμβάνουν αντιδράσεις στις οποίες οι αντιδρώντες ουσίες ανταλλάσσουν ηλεκτρόνια, μεταβάλλοντας έτσι τις καταστάσεις οξείδωσης των ατόμων των στοιχείων που απαρτίζουν τις αντιδρώντες ουσίες. Για παράδειγμα:
Zn + 2H + → Zn 2 + + H 2,
FeS 2 + 8HNO 3 (συμπ.) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O,
Η συντριπτική πλειονότητα των χημικών αντιδράσεων είναι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής και παίζουν εξαιρετικά σημαντικό ρόλο.
3. Αντιδράσεις ανταλλαγής προσδέματος.
Αυτές περιλαμβάνουν αντιδράσεις κατά τις οποίες λαμβάνει χώρα η μεταφορά ενός ζεύγους ηλεκτρονίων με το σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού μέσω ενός μηχανισμού δότη-δέκτη. Για παράδειγμα:
Cu(NO 3) 2 + 4NH 3 = (NO 3) 2,
Fe + 5CO = ,
Al(OH) 3 + NaOH = .
Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των αντιδράσεων ανταλλαγής προσδέματος είναι ότι ο σχηματισμός νέων ενώσεων, που ονομάζονται σύμπλοκα, συμβαίνει χωρίς αλλαγή της κατάστασης οξείδωσης.
4. Αντιδράσεις ατομικής-μοριακής ανταλλαγής.
Αυτός ο τύπος αντίδρασης περιλαμβάνει πολλές από τις αντιδράσεις υποκατάστασης που μελετήθηκαν στην οργανική χημεία που συμβαίνουν μέσω ενός ριζικού, ηλεκτροφιλικού ή πυρηνόφιλου μηχανισμού.
Αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες χημικές αντιδράσεις
Οι αναστρέψιμες χημικές διεργασίες είναι εκείνες των οποίων τα προϊόντα είναι ικανά να αντιδρούν μεταξύ τους υπό τις ίδιες συνθήκες στις οποίες ελήφθησαν για να σχηματίσουν τις πρώτες ουσίες.
Για αναστρέψιμες αντιδράσεις, η εξίσωση συνήθως γράφεται ως εξής:
Δύο αντίθετα κατευθυνόμενα βέλη υποδεικνύουν ότι, υπό τις ίδιες συνθήκες, τόσο οι εμπρός όσο και οι αντίστροφες αντιδράσεις συμβαίνουν ταυτόχρονα, για παράδειγμα:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O.
Μη αναστρέψιμες χημικές διεργασίες είναι εκείνες των οποίων τα προϊόντα δεν είναι σε θέση να αντιδράσουν μεταξύ τους για να σχηματίσουν τις αρχικές ουσίες. Παραδείγματα μη αναστρέψιμων αντιδράσεων περιλαμβάνουν την αποσύνθεση του άλατος Berthollet όταν θερμαίνεται:
2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2,
ή οξείδωση της γλυκόζης από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο:
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O.
Οι χημικές αντιδράσεις πρέπει να διακρίνονται από τις πυρηνικές αντιδράσεις. Ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων, ο συνολικός αριθμός των ατόμων κάθε χημικού στοιχείου και η ισοτοπική του σύνθεση δεν αλλάζουν. Οι πυρηνικές αντιδράσεις είναι ένα διαφορετικό θέμα - διεργασίες μετασχηματισμού ατομικών πυρήνων ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής τους με άλλους πυρήνες ή στοιχειώδη σωματίδια, για παράδειγμα ο μετασχηματισμός του αλουμινίου σε μαγνήσιο:
27 13 Al + 1 1 H = 24 12 Mg + 4 2 He
Η ταξινόμηση των χημικών αντιδράσεων είναι πολύπλευρη, δηλαδή μπορεί να βασίζεται σε διάφορα χαρακτηριστικά. Αλλά οποιοδήποτε από αυτά τα χαρακτηριστικά μπορεί να περιλαμβάνει αντιδράσεις μεταξύ ανόργανων και οργανικών ουσιών.
Ας εξετάσουμε την ταξινόμηση των χημικών αντιδράσεων σύμφωνα με διάφορα κριτήρια.
I. Σύμφωνα με τον αριθμό και τη σύσταση των αντιδρώντων ουσιών
Αντιδράσεις που συμβαίνουν χωρίς αλλαγή της σύστασης των ουσιών.
Στην ανόργανη χημεία, τέτοιες αντιδράσεις περιλαμβάνουν τις διαδικασίες λήψης αλλοτροπικών τροποποιήσεων ενός χημικού στοιχείου, για παράδειγμα:
C (γραφίτης) ↔ C (διαμάντι)
S (ορομβικό) ↔ S (μονοκλινικό)
P (λευκό) ↔ P (κόκκινο)
Sn (λευκό κασσίτερο) ↔ Sn (γκρι κασσίτερο)
3O 2 (οξυγόνο) ↔ 2O 3 (όζον)
Στην οργανική χημεία, αυτός ο τύπος αντίδρασης μπορεί να περιλαμβάνει αντιδράσεις ισομερισμού, οι οποίες συμβαίνουν χωρίς να αλλάζουν όχι μόνο η ποιοτική, αλλά και η ποσοτική σύνθεση των μορίων των ουσιών, για παράδειγμα:
1. Ισομερισμός αλκανίων.
Η αντίδραση ισομερισμού των αλκανίων έχει μεγάλη πρακτική σημασία, καθώς οι υδρογονάνθρακες ισοδομής έχουν μικρότερη ικανότητα έκρηξης.
2. Ισομερισμός αλκενίων.
3. Ισομερισμός αλκυνίων (αντίδραση A.E. Favorsky).
CH 3 - CH 2 - C= - CH ↔ CH 3 - C= - C- CH 3
αιθυλο ακετυλενο διμεθυλο ακετυλενο
4. Ισομερισμός αλογονοαλκανίων (A.E. Favorsky, 1907).
5. Ισομερισμός κυανιούχου αμμωνίου όταν θερμαίνεται.
Η ουρία συντέθηκε για πρώτη φορά από τον F. Wöhler το 1828 με ισομερισμό κυανικού αμμωνίου όταν θερμανθεί.
Αντιδράσεις που συμβαίνουν με αλλαγή της σύστασης μιας ουσίας
Τέσσερις τύποι τέτοιων αντιδράσεων μπορούν να διακριθούν: συνδυασμός, αποσύνθεση, υποκατάσταση και ανταλλαγή.
1. Οι σύνθετες αντιδράσεις είναι αντιδράσεις κατά τις οποίες σχηματίζεται μία σύνθετη ουσία από δύο ή περισσότερες ουσίες
Στην ανόργανη χημεία, ολόκληρη η ποικιλία των αντιδράσεων ένωσης μπορεί να εξεταστεί, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας το παράδειγμα των αντιδράσεων για την παραγωγή θειικού οξέος από θείο:
1. Παρασκευή οξειδίου του θείου (IV):
S + O 2 = SO - από δύο απλές ουσίες σχηματίζεται μια σύνθετη ουσία.
2. Παρασκευή οξειδίου του θείου (VI):
SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - μια σύνθετη ουσία σχηματίζεται από απλές και σύνθετες ουσίες.
3. Παρασκευή θειικού οξέος:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 - μια σύνθετη ουσία σχηματίζεται από δύο σύνθετες ουσίες.
Ένα παράδειγμα αντίδρασης ένωσης στην οποία σχηματίζεται μία σύνθετη ουσία από περισσότερες από δύο αρχικές ουσίες είναι το τελικό στάδιο παραγωγής νιτρικού οξέος:
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
Στην οργανική χημεία, οι αντιδράσεις των ενώσεων ονομάζονται συνήθως «αντιδράσεις προσθήκης». Όλη η ποικιλία τέτοιων αντιδράσεων μπορεί να εξεταστεί χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας ομάδας αντιδράσεων που χαρακτηρίζει τις ιδιότητες ακόρεστων ουσιών, για παράδειγμα αιθυλενίου:
1. Αντίδραση υδρογόνωσης - προσθήκη υδρογόνου:
CH 2 = CH 2 + H 2 → H 3 - CH 3
αιθένιο → αιθάνιο
2. Αντίδραση ενυδάτωσης – προσθήκη νερού.
3. Αντίδραση πολυμερισμού.
2. Οι αντιδράσεις αποσύνθεσης είναι αντιδράσεις κατά τις οποίες σχηματίζονται πολλές νέες ουσίες από μία σύνθετη ουσία.
Στην ανόργανη χημεία, ολόκληρη η ποικιλία τέτοιων αντιδράσεων μπορεί να θεωρηθεί στο μπλοκ των αντιδράσεων για την παραγωγή οξυγόνου με εργαστηριακές μεθόδους:
1. Αποσύνθεση του οξειδίου του υδραργύρου(II) - δύο απλά σχηματίζονται από μία σύνθετη ουσία.
2. Αποσύνθεση νιτρικού καλίου - από μια σύνθετη ουσία σχηματίζεται μια απλή και μια σύνθετη.
3. Αποσύνθεση υπερμαγγανικού καλίου - από μια σύνθετη ουσία σχηματίζονται δύο σύνθετες και μια απλή, δηλαδή τρεις νέες ουσίες.
Στην οργανική χημεία, οι αντιδράσεις αποσύνθεσης μπορούν να θεωρηθούν στο μπλοκ αντιδράσεων για την παραγωγή αιθυλενίου στο εργαστήριο και στη βιομηχανία:
1. Αντίδραση αφυδάτωσης (αποβολή νερού) αιθανόλης:
C 2 H 5 OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O
2. Αντίδραση αφυδρογόνωσης (αποβολή υδρογόνου) αιθανίου:
CH 3 - CH 3 → CH 2 = CH 2 + H 2
ή CH 3 - CH 3 → 2C + ZN 2
3. Αντίδραση πυρόλυσης (διάσπασης) προπανίου:
CH 3 - CH 2 - CH 3 → CH 2 = CH 2 + CH 4
3. Οι αντιδράσεις υποκατάστασης είναι αντιδράσεις κατά τις οποίες άτομα μιας απλής ουσίας αντικαθιστούν άτομα κάποιου στοιχείου σε μια σύνθετη ουσία.
Στην ανόργανη χημεία, ένα παράδειγμα τέτοιων διεργασιών είναι ένα σύνολο αντιδράσεων που χαρακτηρίζει τις ιδιότητες, για παράδειγμα, των μετάλλων:
1. Αλληλεπίδραση μετάλλων αλκαλίων ή αλκαλικών γαιών με νερό:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
2. Αλληλεπίδραση μετάλλων με οξέα στο διάλυμα:
Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2
3. Αλληλεπίδραση μετάλλων με άλατα στο διάλυμα:
Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
4. Μεταλλοθερμία:
2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Сr
Το αντικείμενο της μελέτης της οργανικής χημείας δεν είναι απλές ουσίες, αλλά μόνο ενώσεις. Επομένως, ως παράδειγμα αντίδρασης υποκατάστασης, παρουσιάζουμε την πιο χαρακτηριστική ιδιότητα των κορεσμένων ενώσεων, ιδιαίτερα του μεθανίου, - την ικανότητα των ατόμων υδρογόνου του να αντικαθίστανται από άτομα αλογόνου. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η βρωμίωση μιας αρωματικής ένωσης (βενζόλιο, τολουόλιο, ανιλίνη).
C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr
βενζόλιο → βρωμοβενζόλιο
Ας δώσουμε προσοχή στην ιδιαιτερότητα της αντίδρασης υποκατάστασης σε οργανικές ουσίες: ως αποτέλεσμα τέτοιων αντιδράσεων, δεν σχηματίζεται μια απλή και μια σύνθετη ουσία, όπως στην ανόργανη χημεία, αλλά δύο πολύπλοκες ουσίες.
Στην οργανική χημεία, οι αντιδράσεις υποκατάστασης περιλαμβάνουν επίσης ορισμένες αντιδράσεις μεταξύ δύο πολύπλοκων ουσιών, για παράδειγμα, τη νίτρωση του βενζολίου. Είναι τυπικά μια αντίδραση ανταλλαγής. Το γεγονός ότι πρόκειται για αντίδραση υποκατάστασης γίνεται σαφές μόνο όταν ληφθεί υπόψη ο μηχανισμός της.
4. Αντιδράσεις ανταλλαγής είναι οι αντιδράσεις κατά τις οποίες δύο σύνθετες ουσίες ανταλλάσσουν τα συστατικά τους
Αυτές οι αντιδράσεις χαρακτηρίζουν τις ιδιότητες των ηλεκτρολυτών και στα διαλύματα προχωρούν σύμφωνα με τον κανόνα του Berthollet, δηλαδή μόνο εάν το αποτέλεσμα είναι ο σχηματισμός ιζήματος, αερίου ή ελαφρώς διασπώμενης ουσίας (για παράδειγμα, H 2 O).
Στην ανόργανη χημεία, αυτό μπορεί να είναι ένα σύνολο αντιδράσεων που χαρακτηρίζουν, για παράδειγμα, τις ιδιότητες των αλκαλίων:
1. Αντίδραση εξουδετέρωσης που συμβαίνει με το σχηματισμό αλατιού και νερού.
2. Η αντίδραση μεταξύ αλκαλίου και αλατιού, που συμβαίνει με το σχηματισμό αερίου.
3. Η αντίδραση μεταξύ αλκαλίου και αλατιού, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ιζήματος:
CuSO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 + K 2 SO 4
ή σε ιοντική μορφή:
Cu 2+ + 2OH - = Cu(OH) 2
Στην οργανική χημεία, μπορούμε να εξετάσουμε ένα σύνολο αντιδράσεων που χαρακτηρίζουν, για παράδειγμα, τις ιδιότητες του οξικού οξέος:
1. Η αντίδραση που συμβαίνει με το σχηματισμό ενός ασθενούς ηλεκτρολύτη - H 2 O:
CH 3 COOH + NaOH → Na(CH3COO) + H 2 O
2. Αντίδραση που συμβαίνει με το σχηματισμό αερίου:
2CH 3 COOH + CaCO 3 → 2CH 3 COO + Ca 2+ + CO 2 + H 2 O
3. Η αντίδραση που συμβαίνει με το σχηματισμό ιζήματος:
2CH 3 COOH + K 2 SO 3 → 2K (CH 3 COO) + H 2 SO 3
2CH 3 COOH + SiO → 2CH 3 COO + H 2 SiO 3
II. Με την αλλαγή των καταστάσεων οξείδωσης των χημικών στοιχείων που σχηματίζουν ουσίες
Με βάση αυτό το χαρακτηριστικό, διακρίνονται οι ακόλουθες αντιδράσεις:
1. Αντιδράσεις που συμβαίνουν με αλλαγή των καταστάσεων οξείδωσης των στοιχείων ή αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.
Αυτές περιλαμβάνουν πολλές αντιδράσεις, συμπεριλαμβανομένων όλων των αντιδράσεων υποκατάστασης, καθώς και εκείνες τις αντιδράσεις συνδυασμού και αποσύνθεσης στις οποίες εμπλέκεται τουλάχιστον μία απλή ουσία, για παράδειγμα:
1. Mg 0 + H + 2 SO 4 = Mg +2 SO 4 + H 2
2. 2Mg 0 + O 0 2 = Mg +2 O -2
Οι πολύπλοκες αντιδράσεις οξειδοαναγωγής συντίθενται με τη μέθοδο του ισοζυγίου ηλεκτρονίων.
2KMn +7 O 4 + 16HCl - = 2KCl - + 2Mn +2 Cl - 2 + 5Cl 0 2 + 8H 2 O
Στην οργανική χημεία, ένα εντυπωσιακό παράδειγμα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής είναι οι ιδιότητες των αλδεΰδων.
1. Ανάγεται στις αντίστοιχες αλκοόλες:
Τα αλδεκύδια οξειδώνονται στα αντίστοιχα οξέα:
2. Αντιδράσεις που συμβαίνουν χωρίς αλλαγή των καταστάσεων οξείδωσης των χημικών στοιχείων.
Αυτές περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, όλες τις αντιδράσεις ανταλλαγής ιόντων, καθώς και πολλές αντιδράσεις ενώσεων, πολλές αντιδράσεις αποσύνθεσης, αντιδράσεις εστεροποίησης:
HCOOH + CHgOH = HCOOCH 3 + H 2 O
III. Με θερμική επίδραση
Με βάση το θερμικό αποτέλεσμα, οι αντιδράσεις χωρίζονται σε εξώθερμες και ενδόθερμες.
1. Οι εξώθερμες αντιδράσεις συμβαίνουν με την απελευθέρωση ενέργειας.
Αυτές περιλαμβάνουν σχεδόν όλες τις σύνθετες αντιδράσεις. Σπάνια εξαίρεση αποτελεί η ενδόθερμη αντίδραση της σύνθεσης του μονοξειδίου του αζώτου (II) από άζωτο και οξυγόνο και η αντίδραση αερίου υδρογόνου με στερεό ιώδιο.
Οι εξώθερμες αντιδράσεις που συμβαίνουν με την απελευθέρωση φωτός ταξινομούνται ως αντιδράσεις καύσης. Η υδρογόνωση του αιθυλενίου είναι ένα παράδειγμα εξώθερμης αντίδρασης. Λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου.
2. Ενδόθερμες αντιδράσεις συμβαίνουν με την απορρόφηση ενέργειας.
Προφανώς, αυτές θα περιλαμβάνουν σχεδόν όλες τις αντιδράσεις αποσύνθεσης, για παράδειγμα:
1. Πυροδότηση ασβεστόλιθου
2. Σπάσιμο βουτανίου
Η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται ή απορροφάται ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης ονομάζεται θερμική επίδραση της αντίδρασης και η εξίσωση μιας χημικής αντίδρασης που δείχνει αυτό το αποτέλεσμα ονομάζεται θερμοχημική εξίσωση:
H 2(g) + C 12(g) = 2HC 1(g) + 92,3 kJ
N 2 (g) + O 2 (g) = 2NO (g) - 90,4 kJ
IV. Σύμφωνα με την κατάσταση συσσωμάτωσης των αντιδρώντων ουσιών (σύνθεση φάσης)
Ανάλογα με την κατάσταση συσσωμάτωσης των αντιδρώντων ουσιών διακρίνονται:
1. Ετερογενείς αντιδράσεις - αντιδράσεις στις οποίες τα αντιδρώντα και τα προϊόντα της αντίδρασης βρίσκονται σε διαφορετικές καταστάσεις συσσωμάτωσης (σε διαφορετικές φάσεις).
2. Ομογενείς αντιδράσεις - αντιδράσεις στις οποίες τα αντιδρώντα και τα προϊόντα της αντίδρασης βρίσκονται στην ίδια κατάσταση συσσωμάτωσης (στην ίδια φάση).
V. Με καταλυτική συμμετοχή
Με βάση τη συμμετοχή του καταλύτη διακρίνονται:
1. Μη καταλυτικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα χωρίς τη συμμετοχή καταλύτη.
2. Καταλυτικές αντιδράσεις που συμβαίνουν με τη συμμετοχή καταλύτη. Δεδομένου ότι όλες οι βιοχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών συμβαίνουν με τη συμμετοχή ειδικών βιολογικών καταλυτών πρωτεϊνικής φύσης - ενζύμων, είναι όλες καταλυτικές ή, πιο συγκεκριμένα, ενζυματικές. Πρέπει να σημειωθεί ότι πάνω από το 70% των χημικών βιομηχανιών χρησιμοποιούν καταλύτες.
VI. Με κατεύθυνση
Ανάλογα με την κατεύθυνση διακρίνονται:
1. Μη αναστρέψιμες αντιδράσεις συμβαίνουν υπό δεδομένες συνθήκες προς μία μόνο κατεύθυνση. Αυτές περιλαμβάνουν όλες τις αντιδράσεις ανταλλαγής που συνοδεύονται από το σχηματισμό ιζήματος, αερίου ή ελαφρώς διασπώμενης ουσίας (νερό) και όλες τις αντιδράσεις καύσης.
2. Οι αναστρέψιμες αντιδράσεις υπό αυτές τις συνθήκες προχωρούν ταυτόχρονα σε δύο αντίθετες κατευθύνσεις. Η συντριπτική πλειοψηφία τέτοιων αντιδράσεων είναι.
Στην οργανική χημεία, το σημάδι της αναστρεψιμότητας αντανακλάται από τα ονόματα - αντώνυμα των διεργασιών:
Υδρογόνωση - αφυδρογόνωση,
Ενυδάτωση - αφυδάτωση,
Πολυμερισμός - αποπολυμερισμός.
Όλες οι αντιδράσεις εστεροποίησης (η αντίθετη διαδικασία, όπως γνωρίζετε, ονομάζεται υδρόλυση) και υδρόλυσης πρωτεϊνών, εστέρων, υδατανθράκων και πολυνουκλεοτιδίων είναι αναστρέψιμες. Η αναστρεψιμότητα αυτών των διεργασιών αποτελεί τη βάση της πιο σημαντικής ιδιότητας ενός ζωντανού οργανισμού - του μεταβολισμού.
VII. Ανάλογα με τον μηχανισμό ροής διακρίνονται:
1. Οι ριζικές αντιδράσεις συμβαίνουν μεταξύ των ριζών και των μορίων που σχηματίζονται κατά την αντίδραση.
Όπως ήδη γνωρίζετε, σε όλες τις αντιδράσεις σπάνε παλιοί χημικοί δεσμοί και σχηματίζονται νέοι χημικοί δεσμοί. Η μέθοδος διάσπασης του δεσμού στα μόρια της αρχικής ουσίας καθορίζει τον μηχανισμό (διαδρομή) της αντίδρασης. Εάν μια ουσία σχηματίζεται από έναν ομοιοπολικό δεσμό, τότε μπορεί να υπάρχουν δύο τρόποι διάσπασης αυτού του δεσμού: αιμολυτικός και ετερολυτικός. Για παράδειγμα, για τα μόρια Cl 2, CH 4, κ.λπ., συμβαίνει αιμολυτική διάσπαση δεσμών που θα οδηγήσει στο σχηματισμό σωματιδίων με ασύζευκτα ηλεκτρόνια, δηλαδή ελεύθερες ρίζες.
Οι ρίζες σχηματίζονται συχνότερα όταν διασπώνται δεσμοί στους οποίους τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων μεταξύ των ατόμων κατανέμονται περίπου ίσα (μη πολικός ομοιοπολικός δεσμός), αλλά πολλοί πολικοί δεσμοί μπορούν επίσης να σπάσουν με παρόμοιο τρόπο, ιδιαίτερα όταν η αντίδραση λαμβάνει χώρα στο αέρια φάση και υπό την επίδραση του φωτός, όπως, για παράδειγμα, στην περίπτωση των διεργασιών που συζητήθηκαν παραπάνω - η αλληλεπίδραση C 12 και CH 4 -. Οι ρίζες είναι πολύ αντιδραστικές επειδή τείνουν να ολοκληρώσουν το στρώμα ηλεκτρονίων τους παίρνοντας ένα ηλεκτρόνιο από άλλο άτομο ή μόριο. Για παράδειγμα, όταν μια ρίζα χλωρίου συγκρούεται με ένα μόριο υδρογόνου, προκαλεί το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων που δεσμεύει τα άτομα υδρογόνου να σπάσει και να σχηματίσει έναν ομοιοπολικό δεσμό με ένα από τα άτομα υδρογόνου. Το δεύτερο άτομο υδρογόνου, έχοντας γίνει ρίζα, σχηματίζει ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων με το ασύζευκτο ηλεκτρόνιο του ατόμου χλωρίου από το μόριο Cl 2 που καταρρέει, με αποτέλεσμα το σχηματισμό μιας ρίζας χλωρίου που προσβάλλει ένα νέο μόριο υδρογόνου κ.λπ.
Οι αντιδράσεις που αντιπροσωπεύουν μια αλυσίδα διαδοχικών μετασχηματισμών ονομάζονται αλυσιδωτές αντιδράσεις. Για την ανάπτυξη της θεωρίας των αλυσιδωτών αντιδράσεων, δύο εξαιρετικοί χημικοί - ο συμπατριώτης μας N. N. Semenov και ο Άγγλος S. A. Hinshelwood τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ.
Η αντίδραση υποκατάστασης μεταξύ χλωρίου και μεθανίου εξελίσσεται παρόμοια:
Οι περισσότερες αντιδράσεις καύσης οργανικών και ανόργανων ουσιών, η σύνθεση νερού, αμμωνίας, πολυμερισμός αιθυλενίου, χλωριούχου βινυλίου κ.λπ., προχωρούν με τον μηχανισμό ριζών.
2. Ιονικές αντιδράσεις συμβαίνουν μεταξύ ιόντων που υπάρχουν ήδη ή σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης.
Τυπικές ιοντικές αντιδράσεις είναι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτρολυτών στο διάλυμα. Τα ιόντα σχηματίζονται όχι μόνο κατά τη διάσταση των ηλεκτρολυτών σε διαλύματα, αλλά και υπό τη δράση ηλεκτρικών εκκενώσεων, θέρμανσης ή ακτινοβολίας. Οι ακτίνες γ, για παράδειγμα, μετατρέπουν τα μόρια του νερού και του μεθανίου σε μοριακά ιόντα.
Σύμφωνα με έναν άλλο ιοντικό μηχανισμό, εμφανίζονται αντιδράσεις προσθήκης υδραλογονιδίων, υδρογόνου, αλογόνων σε αλκένια, οξείδωση και αφυδάτωση αλκοολών, αντικατάσταση του υδροξυλίου της αλκοόλης με αλογόνο. αντιδράσεις που χαρακτηρίζουν τις ιδιότητες των αλδεΰδων και των οξέων. Στην περίπτωση αυτή, τα ιόντα σχηματίζονται από την ετερολυτική διάσπαση των πολικών ομοιοπολικών δεσμών.
VIII. Ανάλογα με το είδος της ενέργειας
κατά την έναρξη της αντίδρασης διακρίνονται:
1. Φωτοχημικές αντιδράσεις. Ξεκινούν από φωτεινή ενέργεια. Εκτός από τις φωτοχημικές διεργασίες της σύνθεσης HCl ή της αντίδρασης του μεθανίου με το χλώριο που συζητήθηκαν παραπάνω, αυτές περιλαμβάνουν την παραγωγή όζοντος στην τροπόσφαιρα ως δευτερογενή ατμοσφαιρικό ρύπο. Ο πρωταρχικός ρόλος σε αυτή την περίπτωση είναι το μονοξείδιο του αζώτου (IV), το οποίο υπό την επίδραση του φωτός σχηματίζει ρίζες οξυγόνου. Αυτές οι ρίζες αλληλεπιδρούν με μόρια οξυγόνου, με αποτέλεσμα το όζον.
Ο σχηματισμός όζοντος συμβαίνει εφόσον υπάρχει αρκετό φως, καθώς το ΝΟ μπορεί να αλληλεπιδράσει με μόρια οξυγόνου για να σχηματίσει το ίδιο NO 2. Η συσσώρευση όζοντος και άλλων δευτερογενών ατμοσφαιρικών ρύπων μπορεί να οδηγήσει σε φωτοχημική αιθαλομίχλη.
Αυτός ο τύπος αντίδρασης περιλαμβάνει επίσης την πιο σημαντική διαδικασία που συμβαίνει στα φυτικά κύτταρα - τη φωτοσύνθεση, το όνομα της οποίας μιλάει από μόνο του.
2. Αντιδράσεις ακτινοβολίας. Εκκινούνται από ακτινοβολία υψηλής ενέργειας - ακτίνες Χ, πυρηνική ακτινοβολία (ακτίνες γ, σωματίδια α - He 2+ κ.λπ.). Με τη βοήθεια αντιδράσεων ακτινοβολίας πραγματοποιείται ταχύτατος ραδιοπολυμερισμός, ραδιόλυση (αποσύνθεση ακτινοβολίας) κ.λπ.
Για παράδειγμα, αντί της παραγωγής φαινόλης σε δύο στάδια από το βενζόλιο, μπορεί να ληφθεί με αντίδραση βενζολίου με νερό υπό την επίδραση της ακτινοβολίας. Σε αυτή την περίπτωση, οι ρίζες [OH] και [H] σχηματίζονται από μόρια νερού, με τα οποία το βενζόλιο αντιδρά για να σχηματίσει φαινόλη:
C 6 H 6 + 2[OH] → C 6 H 5 OH + H 2 O
Ο βουλκανισμός του καουτσούκ μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς θείο χρησιμοποιώντας ραδιοβουλκανισμό και το καουτσούκ που προκύπτει δεν θα είναι χειρότερο από το παραδοσιακό καουτσούκ.
3. Ηλεκτροχημικές αντιδράσεις. Εκκινούνται από ηλεκτρικό ρεύμα. Εκτός από τις γνωστές αντιδράσεις ηλεκτρόλυσης, θα υποδείξουμε επίσης αντιδράσεις ηλεκτροσύνθεσης, για παράδειγμα, αντιδράσεις για τη βιομηχανική παραγωγή ανόργανων οξειδωτικών
4. Θερμοχημικές αντιδράσεις. Ξεκινούν από τη θερμική ενέργεια. Αυτές περιλαμβάνουν όλες τις ενδόθερμες αντιδράσεις και πολλές εξώθερμες αντιδράσεις, η έναρξη των οποίων απαιτεί μια αρχική παροχή θερμότητας, δηλαδή έναρξη της διαδικασίας.
Η ταξινόμηση των χημικών αντιδράσεων που συζητήθηκε παραπάνω αντικατοπτρίζεται στο διάγραμμα.
Η ταξινόμηση των χημικών αντιδράσεων, όπως όλες οι άλλες ταξινομήσεις, είναι υπό όρους. Οι επιστήμονες συμφώνησαν να χωρίσουν τις αντιδράσεις σε ορισμένους τύπους ανάλογα με τα χαρακτηριστικά που προσδιόρισαν. Αλλά οι περισσότεροι χημικοί μετασχηματισμοί μπορούν να ταξινομηθούν σε διαφορετικούς τύπους. Για παράδειγμα, ας χαρακτηρίσουμε τη διαδικασία της σύνθεσης αμμωνίας.
Αυτή είναι μια σύνθετη αντίδραση, οξειδοαναγωγική, εξώθερμη, αναστρέψιμη, καταλυτική, ετερογενής (ακριβέστερα, ετερογενής-καταλυτική), που συμβαίνει με μείωση της πίεσης στο σύστημα. Για την επιτυχή διαχείριση της διαδικασίας, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη όλες οι πληροφορίες που παρέχονται. Μια συγκεκριμένη χημική αντίδραση είναι πάντα πολλαπλής ποιότητας και χαρακτηρίζεται από διαφορετικά χαρακτηριστικά.
Ταξινόμηση ανόργανων ουσιών με παραδείγματα ενώσεων
Τώρα ας αναλύσουμε το σχήμα ταξινόμησης που παρουσιάστηκε παραπάνω με περισσότερες λεπτομέρειες.
Όπως βλέπουμε, πρώτα απ 'όλα, όλες οι ανόργανες ουσίες χωρίζονται σε απλόςΚαι συγκρότημα:
Απλές ουσίες Πρόκειται για ουσίες που σχηματίζονται από άτομα ενός μόνο χημικού στοιχείου. Για παράδειγμα, απλές ουσίες είναι το υδρογόνο H2, το οξυγόνο O2, ο σίδηρος Fe, ο άνθρακας C κ.λπ.
Μεταξύ απλών ουσιών υπάρχουν μέταλλα, αμέταλλαΚαι ευγενή αέρια:
μέταλλασχηματίζεται από χημικά στοιχεία που βρίσκονται κάτω από τη διαγώνιο βορίου-αστατίνης, καθώς και από όλα τα στοιχεία που βρίσκονται σε πλευρικές ομάδες.
Ευγενή αέριαπου σχηματίζεται από χημικά στοιχεία της ομάδας VIIIA.
Αμέταλλασχηματίζονται αντίστοιχα από χημικά στοιχεία που βρίσκονται πάνω από τη διαγώνιο βορίου-αστατίνης, με εξαίρεση όλα τα στοιχεία των πλευρικών υποομάδων και των ευγενών αερίων που βρίσκονται στην ομάδα VIIIA:
Τα ονόματα των απλών ουσιών τις περισσότερες φορές συμπίπτουν με τα ονόματα των χημικών στοιχείων από τα άτομα των οποίων σχηματίζονται. Ωστόσο, για πολλά χημικά στοιχεία το φαινόμενο της αλλοτροπίας είναι ευρέως διαδεδομένο. Αλλοτροπία είναι το φαινόμενο όταν ένα χημικό στοιχείο είναι ικανό να σχηματίσει πολλές απλές ουσίες. Για παράδειγμα, στην περίπτωση του χημικού στοιχείου οξυγόνο, είναι πιθανή η ύπαρξη μοριακών ενώσεων με τους τύπους O 2 και O 3. Η πρώτη ουσία συνήθως ονομάζεται οξυγόνο με τον ίδιο τρόπο όπως το χημικό στοιχείο του οποίου τα άτομα σχηματίζεται, και η δεύτερη ουσία (Ο 3) ονομάζεται συνήθως όζον. Η απλή ουσία άνθρακας μπορεί να σημαίνει οποιαδήποτε από τις αλλοτροπικές τροποποιήσεις της, για παράδειγμα, διαμάντι, γραφίτη ή φουλερένια. Η απλή ουσία φώσφορος μπορεί να γίνει κατανοητή ως οι αλλοτροπικές τροποποιήσεις της, όπως ο λευκός φώσφορος, ο κόκκινος φώσφορος, ο μαύρος φώσφορος.
Σύνθετες ουσίες
Σύνθετες ουσίες είναι ουσίες που σχηματίζονται από άτομα δύο ή περισσότερων χημικών στοιχείων.
Για παράδειγμα, σύνθετες ουσίες είναι η αμμωνία NH 3, το θειικό οξύ H 2 SO 4, ο σβησμένος ασβέστης Ca (OH) 2 και αμέτρητες άλλες.
Μεταξύ σύνθετων ανόργανων ουσιών, υπάρχουν 5 κύριες κατηγορίες, δηλαδή οξείδια, βάσεις, αμφοτερικά υδροξείδια, οξέα και άλατα:
Οξείδια - πολύπλοκες ουσίες που σχηματίζονται από δύο χημικά στοιχεία, το ένα εκ των οποίων είναι οξυγόνο σε κατάσταση οξείδωσης -2.
Ο γενικός τύπος των οξειδίων μπορεί να γραφτεί ως E x O y, όπου Ε είναι το σύμβολο ενός χημικού στοιχείου.
Ονοματολογία οξειδίων
Το όνομα του οξειδίου ενός χημικού στοιχείου βασίζεται στην αρχή:
Για παράδειγμα:
Fe 2 O 3 - οξείδιο σιδήρου (III). CuO-οξείδιο χαλκού(II); N 2 O 5 - μονοξείδιο του αζώτου (V)
Μπορείτε συχνά να βρείτε πληροφορίες ότι το σθένος ενός στοιχείου υποδεικνύεται σε παρένθεση, αλλά αυτό δεν συμβαίνει. Έτσι, για παράδειγμα, η κατάσταση οξείδωσης του αζώτου N 2 O 5 είναι +5 και το σθένος, παραδόξως, είναι τέσσερα.
Εάν ένα χημικό στοιχείο έχει μία μόνο θετική κατάσταση οξείδωσης σε ενώσεις, τότε η κατάσταση οξείδωσης δεν υποδεικνύεται. Για παράδειγμα:
Na2O - οξείδιο του νατρίου; Η2Ο - οξείδιο του υδρογόνου; ZnO - οξείδιο ψευδαργύρου.
Ταξινόμηση οξειδίων
Τα οξείδια, ανάλογα με την ικανότητά τους να σχηματίζουν άλατα όταν αλληλεπιδρούν με οξέα ή βάσεις, χωρίζονται ανάλογα σε σχηματισμός αλατιούΚαι που δεν σχηματίζει αλάτι.
Υπάρχουν λίγα οξείδια που δεν σχηματίζουν άλατα, όλα σχηματίζονται από μη μέταλλα σε κατάσταση οξείδωσης +1 και +2. Πρέπει να θυμόμαστε τον κατάλογο των οξειδίων που δεν σχηματίζουν άλατα: CO, SiO, N 2 O, NO.
Τα οξείδια που σχηματίζουν άλατα, με τη σειρά τους, χωρίζονται σε βασικός, όξινοςΚαι αμφοτερικός.
Βασικά οξείδιαΠρόκειται για οξείδια που όταν αντιδρούν με οξέα (ή οξείδια οξέος), σχηματίζουν άλατα. Τα βασικά οξείδια περιλαμβάνουν οξείδια μετάλλων σε κατάσταση οξείδωσης +1 και +2, με εξαίρεση τα οξείδια BeO, ZnO, SnO, PbO.
Όξινα οξείδιαΠρόκειται για οξείδια που όταν αντιδρούν με βάσεις (ή βασικά οξείδια), σχηματίζουν άλατα. Τα όξινα οξείδια είναι σχεδόν όλα τα οξείδια των μη μετάλλων με εξαίρεση το CO, NO, N 2 O, SiO που δεν σχηματίζει άλατα, καθώς και όλα τα οξείδια μετάλλων σε υψηλές καταστάσεις οξείδωσης (+5, +6 και +7).
Αμφοτερικά οξείδιαονομάζονται οξείδια που μπορούν να αντιδράσουν τόσο με οξέα όσο και με βάσεις και ως αποτέλεσμα αυτών των αντιδράσεων σχηματίζουν άλατα. Τέτοια οξείδια παρουσιάζουν μια διπλή οξεοβασική φύση, δηλαδή, μπορούν να επιδείξουν τις ιδιότητες τόσο των όξινων όσο και των βασικών οξειδίων. Τα αμφοτερικά οξείδια περιλαμβάνουν οξείδια μετάλλων στις καταστάσεις οξείδωσης +3, +4, καθώς και τα οξείδια BeO, ZnO, SnO και PbO ως εξαίρεση.
Ορισμένα μέταλλα μπορούν να σχηματίσουν και τους τρεις τύπους οξειδίων που σχηματίζουν άλατα. Για παράδειγμα, το χρώμιο σχηματίζει το βασικό οξείδιο CrO, το αμφοτερικό οξείδιο Cr 2 O 3 και το όξινο οξείδιο CrO 3.
Όπως μπορείτε να δείτε, οι ιδιότητες οξέος-βάσης των οξειδίων μετάλλων εξαρτώνται άμεσα από τον βαθμό οξείδωσης του μετάλλου στο οξείδιο: όσο υψηλότερος είναι ο βαθμός οξείδωσης, τόσο πιο έντονες είναι οι όξινες ιδιότητες.
Αιτιολογικό
Αιτιολογικό - ενώσεις με τύπο Me(OH) x, όπου xτις περισσότερες φορές ισούται με 1 ή 2.
Εξαιρέσεις: Το Be(OH) 2, το Zn(OH) 2, το Sn(OH) 2 και το Pb(OH) 2 δεν είναι βάσεις, παρά την κατάσταση οξείδωσης του μετάλλου +2. Αυτές οι ενώσεις είναι αμφοτερικά υδροξείδια, τα οποία θα συζητηθούν λεπτομερέστερα σε αυτό το κεφάλαιο.
Ταξινόμηση βάσεων
Οι βάσεις ταξινομούνται ανάλογα με τον αριθμό των υδροξυλομάδων σε μία δομική μονάδα.
Βάσεις με μία υδροξοομάδα, δηλ. ονομάζεται τύπος MeOH μονοόξινες βάσεις,με δύο υδροξοομάδες, δηλ. τύπου Me(OH) 2, αντίστοιχα, διοξύκαι τα λοιπά.
Οι βάσεις διακρίνονται επίσης σε διαλυτές (αλκάλιες) και αδιάλυτες.
Τα αλκάλια περιλαμβάνουν αποκλειστικά υδροξείδια αλκαλίων και μετάλλων αλκαλικών γαιών, καθώς και υδροξείδιο του θαλλίου TlOH.
Ονοματολογία βάσεων
Το όνομα του ιδρύματος βασίζεται στην ακόλουθη αρχή:
Για παράδειγμα:
Fe(OH) 2 - υδροξείδιο σιδήρου (II),
Cu(OH) 2 - υδροξείδιο του χαλκού (II).
Σε περιπτώσεις όπου το μέταλλο σε σύνθετες ουσίες έχει σταθερή κατάσταση οξείδωσης, δεν απαιτείται η ένδειξη της. Για παράδειγμα:
NaOH - υδροξείδιο του νατρίου,
Ca(OH) 2 - υδροξείδιο του ασβεστίου, κ.λπ.
Οξέα
Οξέα - πολύπλοκες ουσίες των οποίων τα μόρια περιέχουν άτομα υδρογόνου που μπορούν να αντικατασταθούν από ένα μέταλλο.
Ο γενικός τύπος των οξέων μπορεί να γραφτεί ως Η x Α, όπου Η είναι άτομα υδρογόνου που μπορούν να αντικατασταθούν από ένα μέταλλο και Α είναι το όξινο υπόλειμμα.
Για παράδειγμα, τα οξέα περιλαμβάνουν ενώσεις όπως H2SO4, HCl, HNO3, HNO2, κ.λπ.
Ταξινόμηση οξέων
Σύμφωνα με τον αριθμό των ατόμων υδρογόνου που μπορούν να αντικατασταθούν από ένα μέταλλο, τα οξέα χωρίζονται σε:
- Ο βασικά οξέα: HF, HCl, HBr, HI, HNO3;
- δ βασικά οξέα: H 2 SO 4, H 2 SO 3, H 2 CO 3;
- Τ ρεχοβασικά οξέα: H 3 PO 4 , H 3 BO 3 .
Πρέπει να σημειωθεί ότι ο αριθμός των ατόμων υδρογόνου στην περίπτωση των οργανικών οξέων τις περισσότερες φορές δεν αντικατοπτρίζει τη βασικότητά τους. Για παράδειγμα, το οξικό οξύ με τον τύπο CH 3 COOH, παρά την παρουσία 4 ατόμων υδρογόνου στο μόριο, δεν είναι τετρα-αλλά μονοβασικό. Η βασικότητα των οργανικών οξέων καθορίζεται από τον αριθμό των καρβοξυλομάδων (-COOH) στο μόριο.
Επίσης, με βάση την παρουσία οξυγόνου στα μόρια, τα οξέα χωρίζονται σε ελεύθερα οξυγόνου (HF, HCl, HBr κ.λπ.) και οξυγονούχα (H 2 SO 4, HNO 3, H 3 PO 4 κ.λπ.) . Τα οξέα που περιέχουν οξυγόνο ονομάζονται επίσης οξοξέα.
Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για την ταξινόμηση των οξέων.
Ονοματολογία οξέων και υπολειμμάτων οξέων
Η ακόλουθη λίστα ονομάτων και τύπων οξέων και υπολειμμάτων οξέων είναι κάτι που πρέπει να μάθετε.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, ορισμένοι από τους ακόλουθους κανόνες μπορούν να διευκολύνουν την απομνημόνευση.
Όπως φαίνεται από τον παραπάνω πίνακα, η κατασκευή των συστηματικών ονομάτων των οξέων χωρίς οξυγόνο έχει ως εξής:
Για παράδειγμα:
HF-υδροφθορικό οξύ;
HCl—υδροχλωρικό οξύ;
Το H 2 S είναι υδροσουλφιδικό οξύ.
Τα ονόματα των όξινων υπολειμμάτων οξέων χωρίς οξυγόνο βασίζονται στην αρχή:
Για παράδειγμα, Cl--χλωρίδιο, Br--βρωμίδιο.
Τα ονόματα των οξέων που περιέχουν οξυγόνο λαμβάνονται με την προσθήκη διαφόρων επιθημάτων και καταλήξεων στο όνομα του στοιχείου που σχηματίζει οξύ. Για παράδειγμα, εάν το στοιχείο που σχηματίζει οξύ σε ένα οξύ που περιέχει οξυγόνο έχει την υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης, τότε το όνομα ενός τέτοιου οξέος κατασκευάζεται ως εξής:
Για παράδειγμα, θειικό οξύ H 2 S + 6 O 4, χρωμικό οξύ H 2 Cr + 6 O 4.
Όλα τα οξέα που περιέχουν οξυγόνο μπορούν επίσης να ταξινομηθούν ως υδροξείδια οξέος επειδή περιέχουν υδροξυλομάδες (ΟΗ). Για παράδειγμα, αυτό μπορεί να φανεί από τους ακόλουθους γραφικούς τύπους ορισμένων οξέων που περιέχουν οξυγόνο:
Έτσι, το θειικό οξύ μπορεί αλλιώς να ονομαστεί υδροξείδιο του θείου (VI), νιτρικό οξύ - υδροξείδιο του αζώτου (V), φωσφορικό οξύ - υδροξείδιο του φωσφόρου (V) κ.λπ. Σε αυτή την περίπτωση, ο αριθμός εντός παρενθέσεων χαρακτηρίζει τον βαθμό οξείδωσης του στοιχείου που σχηματίζει οξύ. Αυτή η εκδοχή των ονομάτων των οξέων που περιέχουν οξυγόνο μπορεί να φαίνεται εξαιρετικά ασυνήθιστη σε πολλούς, ωστόσο, περιστασιακά, τέτοια ονόματα μπορούν να βρεθούν σε πραγματικά KIM της Ενοποιημένης Πολιτικής Εξέτασης στη Χημεία σε εργασίες για την ταξινόμηση ανόργανων ουσιών.
Αμφοτερικά υδροξείδια
Αμφοτερικά υδροξείδια - υδροξείδια μετάλλων που παρουσιάζουν διπλή φύση, δηλ. ικανό να επιδεικνύει τόσο τις ιδιότητες των οξέων όσο και τις ιδιότητες των βάσεων.
Τα υδροξείδια μετάλλων σε καταστάσεις οξείδωσης +3 και +4 είναι αμφοτερικά (όπως και τα οξείδια).
Επίσης, ως εξαιρέσεις, τα αμφοτερικά υδροξείδια περιλαμβάνουν τις ενώσεις Be(OH) 2, Zn(OH) 2, Sn(OH) 2 και Pb(OH) 2, παρά την κατάσταση οξείδωσης του μετάλλου σε αυτά +2.
Για τα αμφοτερικά υδροξείδια τρισθενών και τετρασθενών μετάλλων, είναι δυνατή η ύπαρξη ορθο- και μετα-μορφών, που διαφέρουν μεταξύ τους κατά ένα μόριο νερού. Για παράδειγμα, το υδροξείδιο του αργιλίου (III) μπορεί να υπάρχει στην ορθομορφή Al(OH)3 ή στη μεταμορφή AlO(OH) (μεταϋδροξείδιο).
Δεδομένου ότι, όπως αναφέρθηκε ήδη, τα αμφοτερικά υδροξείδια παρουσιάζουν τόσο τις ιδιότητες των οξέων όσο και τις ιδιότητες των βάσεων, ο τύπος και το όνομά τους μπορούν επίσης να γραφτούν διαφορετικά: είτε ως βάση είτε ως οξύ. Για παράδειγμα:
Άλατα
Άλατα - πρόκειται για σύνθετες ουσίες που περιέχουν μεταλλικά κατιόντα και ανιόντα υπολειμμάτων οξέος.
Για παράδειγμα, τα άλατα περιλαμβάνουν ενώσεις όπως KCl, Ca(NO 3) 2, NaHCO 3, κ.λπ.
Ο ορισμός που παρουσιάζεται παραπάνω περιγράφει τη σύνθεση των περισσότερων αλάτων, ωστόσο, υπάρχουν άλατα που δεν εμπίπτουν σε αυτόν. Για παράδειγμα, αντί για κατιόντα μετάλλων, το άλας μπορεί να περιέχει κατιόντα αμμωνίου ή τα οργανικά του παράγωγα. Εκείνοι. Τα άλατα περιλαμβάνουν ενώσεις όπως, για παράδειγμα, (NH 4) 2 SO 4 (θειικό αμμώνιο), + Cl- (χλωριούχο μεθυλ αμμώνιο) κ.λπ.
Επίσης, αντίθετη με τον ορισμό των αλάτων παραπάνω είναι η κατηγορία των λεγόμενων σύνθετων αλάτων, η οποία θα συζητηθεί στο τέλος αυτού του θέματος.
Ταξινόμηση αλάτων
Από την άλλη πλευρά, τα άλατα μπορούν να θεωρηθούν ως προϊόντα της αντικατάστασης των κατιόντων υδρογόνου H + σε ένα οξύ με άλλα κατιόντα ή ως προϊόντα της αντικατάστασης ιόντων υδροξειδίου σε βάσεις (ή αμφοτερικών υδροξειδίων) με άλλα ανιόντα.
Με πλήρη αντικατάσταση, το λεγόμενο μέσοςή κανονικόςάλας. Για παράδειγμα, με πλήρη αντικατάσταση κατιόντων υδρογόνου στο θειικό οξύ με κατιόντα νατρίου, σχηματίζεται ένα μέσο (κανονικό) άλας Na 2 SO 4 και με πλήρη αντικατάσταση των ιόντων υδροξειδίου στη βάση Ca (OH) 2 με όξινα υπολείμματα νιτρικών ιόντων , ένα μέσο (κανονικό) άλας σχηματίζεται Ca(NO3)2.
Τα άλατα που λαμβάνονται με ατελή αντικατάσταση κατιόντων υδρογόνου σε διβασικό (ή περισσότερο) οξύ με μεταλλικά κατιόντα ονομάζονται όξινα. Έτσι, όταν τα κατιόντα υδρογόνου στο θειικό οξύ αντικαθίστανται ατελώς από κατιόντα νατρίου, σχηματίζεται το όξινο άλας NaHSO 4.
Τα άλατα που σχηματίζονται από ατελή αντικατάσταση ιόντων υδροξειδίου σε βάσεις δύο οξέων (ή περισσότερες) ονομάζονται βάσεις. Οδυνατά άλατα. Για παράδειγμα, με ατελή αντικατάσταση ιόντων υδροξειδίου στη βάση Ca(OH) 2 με νιτρικά ιόντα, σχηματίζεται μια βάση Οδιαυγές αλάτι Ca(OH)NO3.
Τα άλατα που αποτελούνται από κατιόντα δύο διαφορετικών μετάλλων και ανιόντα όξινων υπολειμμάτων ενός μόνο οξέος ονομάζονται διπλά άλατα. Έτσι, για παράδειγμα, τα διπλά άλατα είναι τα KNaCO 3, KMgCl 3, κ.λπ.
Εάν ένα άλας σχηματίζεται από έναν τύπο κατιόντων και δύο τύπους υπολειμμάτων οξέος, αυτά τα άλατα ονομάζονται μικτά. Για παράδειγμα, μικτά άλατα είναι οι ενώσεις Ca(OCl)Cl, CuBrCl κ.λπ.
Υπάρχουν άλατα που δεν εμπίπτουν στον ορισμό των αλάτων ως προϊόντα αντικατάστασης κατιόντων υδρογόνου σε οξέα με μεταλλικά κατιόντα ή προϊόντα αντικατάστασης ιόντων υδροξειδίου σε βάσεις με ανιόντα όξινων υπολειμμάτων. Αυτά είναι σύνθετα άλατα. Για παράδειγμα, σύμπλοκα άλατα είναι το τετραϋδροξοζινικό νάτριο και το τετραϋδροξοαργιλικό νάτριο με τους τύπους Na2 και Na, αντίστοιχα. Τα σύνθετα άλατα μπορούν συχνότερα να αναγνωριστούν μεταξύ άλλων από την παρουσία αγκύλων στη φόρμουλα. Ωστόσο, πρέπει να καταλάβετε ότι για να ταξινομηθεί μια ουσία ως άλας, πρέπει να περιέχει κάποια κατιόντα εκτός (ή αντί για) H + και τα ανιόντα πρέπει να περιέχουν κάποια ανιόντα άλλα από (ή αντί) OH - . Για παράδειγμα, η ένωση Η2 δεν ανήκει στην κατηγορία των σύμπλοκων αλάτων, αφού όταν διαχωρίζεται από τα κατιόντα, στο διάλυμα υπάρχουν μόνο κατιόντα υδρογόνου Η+. Με βάση τον τύπο διάστασης, αυτή η ουσία θα πρέπει μάλλον να ταξινομηθεί ως σύμπλοκο οξύ χωρίς οξυγόνο. Ομοίως, η ένωση ΟΗ δεν ανήκει στα άλατα, γιατί αυτή η ένωση αποτελείται από κατιόντα + και ιόντα υδροξειδίου ΟΗ-, δηλ. θα πρέπει να θεωρείται ένα ολοκληρωμένο θεμέλιο.
Ονοματολογία αλάτων
Ονοματολογία αλάτων μέσου και οξέος
Η ονομασία των αλάτων μέσου και οξέος βασίζεται στην αρχή:
Εάν η κατάσταση οξείδωσης ενός μετάλλου σε σύνθετες ουσίες είναι σταθερή, τότε δεν ενδείκνυται.
Τα ονόματα των υπολειμμάτων οξέος δόθηκαν παραπάνω κατά την εξέταση της ονοματολογίας των οξέων.
Για παράδειγμα,
Na 2 SO 4 - θειικό νάτριο;
NaHSO 4 - όξινο θειικό νάτριο;
CaCO 3 - ανθρακικό ασβέστιο.
Ca(HCO 3) 2 - διττανθρακικό ασβέστιο κ.λπ.
Ονοματολογία βασικών αλάτων
Τα ονόματα των κύριων αλάτων βασίζονται στην αρχή:
Για παράδειγμα:
(CuOH) 2 CO 3 - υδροξυανθρακικός χαλκός (II).
Fe(OH) 2 NO 3 - διυδροξονιτρικός σίδηρος (III).
Ονοματολογία σύνθετων αλάτων
Η ονοματολογία των σύνθετων ενώσεων είναι πολύ πιο περίπλοκη και για να περάσετε την Ενιαία Κρατική Εξέταση δεν χρειάζεται να γνωρίζετε πολλά για την ονοματολογία των σύνθετων αλάτων.
Θα πρέπει να είστε σε θέση να ονομάσετε σύνθετα άλατα που λαμβάνονται από την αντίδραση αλκαλικών διαλυμάτων με αμφοτερικά υδροξείδια. Για παράδειγμα:
*Τα ίδια χρώματα στον τύπο και το όνομα υποδεικνύουν τα αντίστοιχα στοιχεία του τύπου και του ονόματος.
Ασήμαντα ονόματα ανόργανων ουσιών
Με τα ασήμαντα ονόματα εννοούμε τα ονόματα ουσιών που δεν σχετίζονται, ή σχετίζονται ασθενώς, με τη σύνθεση και τη δομή τους. Τα ασήμαντα ονόματα καθορίζονται, κατά κανόνα, είτε από ιστορικούς λόγους είτε από τις φυσικές ή χημικές ιδιότητες αυτών των ενώσεων.
Λίστα ασήμαντων ονομάτων ανόργανων ουσιών που πρέπει να γνωρίζετε:
| Na 3 | κρυόλιθος |
| SiO2 | χαλαζία, πυρίτιο |
| FeS 2 | πυρίτης, σιδηροπυρίτης |
| CaSO 4 ∙2H 2 O | γύψος |
| CaC2 | καρβίδιο ασβεστίου |
| Al 4 C 3 | καρβίδιο αλουμινίου |
| ΚΟΗ | καυστικό κάλιο |
| NaOH | καυστική σόδα, καυστική σόδα |
| H2O2 | υπεροξείδιο του υδρογόνου |
| CuSO 4 ∙5H 2 O | θειικός χαλκός |
| NH4Cl | αμμωνία |
| CaCO3 | κιμωλία, μάρμαρο, ασβεστόλιθος |
| N2O | γελαστικό αέριο |
| ΟΧΙ 2 | καφέ αέριο |
| NaHC03 | μαγειρική (πόσιμη) σόδα |
| Fe3O4 | ζυγαριά σιδήρου |
| NH 3 ∙H 2 O (NH 4 OH) | αμμωνία |
| CO | μονοξείδιο του άνθρακα |
| CO2 | διοξείδιο του άνθρακα |
| Ούτω | καρβορούνδιο (καρβίδιο του πυριτίου) |
| PH 3 | φωσφίνη |
| NH 3 | αμμωνία |
| KClO3 | Αλάτι Bertholet (χλωρικό κάλιο) |
| (CuOH)2CO3 | μαλαχίτης |
| CaO | άσβεστος |
| Ca(OH)2 | σβησμένο ασβέστη |
| διαφανές υδατικό διάλυμα Ca(OH) 2 | ασβεστόνερο |
| εναιώρημα στερεού Ca(OH) 2 στο υδατικό του διάλυμα | γάλα λάιμ |
| K2CO3 | ποτάσσα |
| Na 2 CO 3 | ανθρακικό νάτριο |
| Na 2 CO 3 ∙10H 2 O | κρυσταλλική σόδα |
| MgO | μαγνησία |
