Kaikki epäorgaanisen kemian kemialliset reaktiot. Epäorgaaninen kemia

USE-koodaajan aiheet: Orgaanisen ja epäorgaanisen kemian kemiallisten reaktioiden luokittelu.

kemialliset reaktiot - tämä on eräänlainen hiukkasten vuorovaikutus, kun joistakin kemiallisista aineista saadaan muita, jotka eroavat niistä ominaisuuksiltaan ja rakenteeltaan. Aineita jotka tulla sisään reaktiossa - reagenssit. Aineita jotka muodostettu kemiallisen reaktion aikana Tuotteet.

Kemiallisen reaktion aikana kemialliset sidokset katkeavat ja uusia muodostuu.

Kemiallisten reaktioiden aikana reaktioon osallistuvat atomit eivät muutu. Vain atomien liittymisjärjestys molekyyleissä muuttuu. Täten, saman aineen atomien lukumäärä ei muutu kemiallisen reaktion aikana.

Kemialliset reaktiot luokitellaan eri kriteerien mukaan. Harkitse kemiallisten reaktioiden luokittelun päätyyppejä.

Luokittelu reagoivien aineiden määrän ja koostumuksen mukaan

Reagoivien aineiden koostumuksen ja lukumäärän mukaan jaetaan reaktiot, jotka tapahtuvat ilman aineiden koostumuksen muutosta, ja reaktiot, jotka tapahtuvat aineiden koostumuksen muuttuessa:

1. Reaktiot etenevät muuttamatta aineiden koostumusta (A → B)

Tällaisiin reaktioihin epäorgaanisessa kemiassa Yksinkertaisten aineiden allotrooppiset siirtymät modifikaatiosta toiseen voidaan selittää:

S rombinen → S monokliininen.

AT orgaaninen kemia sellaisia ​​reaktioita ovat isomerointireaktiot , kun yhdestä isomeeristä saadaan toinen isomeeri katalyytin ja ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta (yleensä rakenneisomeeri).

Esimerkiksi, butaanin isomerointi 2-metyylipropaaniksi (isobutaani):

CH3-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH (CH3)-CH3.

2. Reaktiot, jotka tapahtuvat koostumuksen muutoksen yhteydessä

• Kytkentäreaktiot (A + B + ... →D)- nämä ovat reaktioita, joissa kahdesta tai useammasta aineesta muodostuu yksi uusi monimutkainen aine. AT epäorgaaninen kemia Yhdistelmäreaktio sisältää yksinkertaisten aineiden palamisreaktiot, emäksisten oksidien vuorovaikutuksen happamien oksidien kanssa jne. Orgaanisessa kemiassa tällaisia ​​reaktioita kutsutaan reaktioksi liittyminen. Lisäysreaktiot — nämä ovat reaktioita, joissa toinen molekyyli kiinnittyy kyseiseen orgaaniseen molekyyliin. Lisäysreaktiot sisältävät reaktiot hydraus(vuorovaikutus vedyn kanssa), nesteytys(vesiliitäntä), hydrohalogenointi(halogenidin lisäys), polymerointi(molekyylien kiinnittyminen toisiinsa muodostamalla pitkä ketju) jne.

Esimerkiksi, nesteytys:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH

• Hajoamisreaktiot (A → B+C+…) Nämä ovat reaktioita, joiden aikana yhdestä monimutkaisesta molekyylistä muodostuu useita vähemmän monimutkaisia ​​tai yksinkertaisia ​​aineita. Tässä tapauksessa voidaan muodostaa sekä yksinkertaisia ​​että monimutkaisia ​​aineita.

Esimerkiksi, hajoaessaan vetyperoksidi:

2H2O2→ 2H 2O + O 2.

Orgaanisessa kemiassa erottaa todelliset hajoamisreaktiot ja katkaisureaktiot . Katkaisu (eliminaatio) reaktiot — nämä ovat reaktioita, joissa atomit tai atomiryhmät irrotetaan alkuperäisestä molekyylistä säilyttäen samalla sen hiilirungon.

Esimerkiksi, vedyn oton reaktio (dehydraus). propaani:

C3H8 → C3H6 + H2

Yleensä tällaisten reaktioiden nimessä on etuliite "de". Hajoamisreaktiot orgaanisessa kemiassa tapahtuvat pääsääntöisesti hiiliketjun katketessa.

Esimerkiksi, reaktio butaani halkeilee(hajoaa yksinkertaisemmiksi molekyyleiksi kuumennettaessa tai katalyytin vaikutuksesta):

C 4 H 10 → C 2 H 4 + C 2 H 6

• Korvausreaktiot - Nämä ovat reaktioita, joissa yhden aineen atomit tai atomiryhmät korvataan toisen aineen atomeilla tai atomiryhmillä. Epäorgaanisessa kemiassa Nämä reaktiot etenevät kaavion mukaisesti:

AB+C=AC+B.

Esimerkiksi, aktiivisempi halogeenit syrjäyttää vähemmän aktiivisia yhdisteitä. Vuorovaikutus kaliumjodidi Kanssa kloori:

2KI + Cl2 → 2KCl + I2.

Sekä yksittäisiä atomeja että molekyylejä voidaan korvata.

Esimerkiksi, sulatettuna vähemmän haihtuvia oksideja työnnä ulos epävakaampi suoloista. Kyllä, haihtumaton piioksidi syrjäyttää hiilimonoksidin Sooda sulaessa:

Na 2 CO 3 + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + CO 2

AT orgaaninen kemia substituutioreaktiot ovat reaktioita, joissa osa orgaanista molekyyliä vaihdettu muille hiukkasille. Tässä tapauksessa substituoitu partikkeli yhdistyy pääsääntöisesti osan kanssa substituenttimolekyylistä.

Esimerkiksi, reaktio metaanin klooraus:

CH4 + Cl2 → CH3CI + HCl

Partikkelien lukumäärän ja vuorovaikutustuotteiden koostumuksen suhteen tämä reaktio muistuttaa enemmän vaihtoreaktiota. Kuitenkin, mekanismilla tällainen reaktio on substituutioreaktio.

• Vaihda reaktioita - Nämä ovat reaktioita, joissa kaksi monimutkaista ainetta vaihtavat aineosaan:

AB+CD=AC+BD

Vaihtoreaktiot ovat ioninvaihtoreaktiot virtaa liuoksissa; reaktiot, jotka kuvaavat aineiden happo-emäsominaisuuksia ja muita.

Esimerkki vaihtoreaktiot epäorgaanisessa kemiassa - neutralointi kloorivetyhappo alkali:

NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O

Esimerkki vaihtoreaktiot orgaanisessa kemiassa - kloorietaanin alkalinen hydrolyysi:

CH 3 -CH 2 -Cl + KOH \u003d CH 3 -CH 2 -OH + KCl

Kemiallisten reaktioiden luokittelu muuttamalla aineita muodostavien alkuaineiden hapettumisastetta

Alkuaineiden hapetusastetta muuttamalla kemialliset reaktiot jaetaan redox-reaktiot ja reaktiot menevät ei muutosta hapetustiloissa kemiallisia alkuaineita.

• Redox-reaktiot (ORD) ovat reaktioita, joissa hapetustilat aineet muuttaa. Tällöin tapahtuu vaihtoa elektroneja.

AT epäorgaaninen kemia tällaisia ​​reaktioita ovat yleensä hajoamis-, substituutio-, yhdiste- ja kaikki reaktiot, joissa on mukana yksinkertaisia ​​aineita. OVR:n tasaamiseen käytetään menetelmää elektroninen tasapaino(lahjoitettujen elektronien lukumäärän on oltava yhtä suuri kuin vastaanotettujen elektronien lukumäärä) tai elektroni-ionitasapainomenetelmä.

AT orgaaninen kemia erilliset hapetus- ja pelkistysreaktiot riippuen siitä, mitä orgaaniselle molekyylille tapahtuu.

Hapetusreaktiot orgaanisessa kemiassa ovat reaktioita, joissa vetyatomien määrä vähenee tai happiatomien määrä alkuperäisessä orgaanisessa molekyylissä kasvaa.

Esimerkiksi, etanolin hapettuminen kuparioksidin vaikutuksesta:

CH 3 -CH 2 -OH + CuO → CH 3 -CH \u003d O + H 2 O + Cu

Toipumisreaktiot orgaanisessa kemiassa nämä ovat reaktioita, joissa vetyatomien määrä kasvaa tai happiatomien määrä vähenee orgaanisessa molekyylissä.

Esimerkiksi, elpyminen asetaldehydi vety:

CH3-CH \u003d O + H2 → CH3-CH2-OH

• Protolyyttiset reaktiot ja vaihtoreaktiot - Nämä ovat reaktioita, joissa atomien hapetustilat eivät muutu.

Esimerkiksi, neutralointi lipeäkivi typpihappo:

NaOH + HNO 3 \u003d H 2 O + NaNO 3

Reaktioiden luokittelu lämpövaikutuksen mukaan

Lämpövaikutuksen mukaan reaktiot jaetaan eksoterminen ja endoterminen.

eksotermiset reaktiot ovat reaktioita, joihin liittyy energian vapautuminen lämmön muodossa (+ K). Nämä reaktiot sisältävät melkein kaikki yhdistereaktiot.

Poikkeukset-reaktio typpeä Kanssa happi koulutuksen kanssa typpioksidi (II) - endoterminen:

N 2 + O 2 \u003d 2NO - K

Kaasumainen reaktio vety kovan kanssa jodi myös endoterminen:

H 2 + I 2 \u003d 2HI - K

Eksotermisiä reaktioita, joissa valoa vapautuu, kutsutaan reaktioksi. palaa.

Esimerkiksi, metaanin poltto:

CH 4 + O 2 \u003d CO 2 + H 2 O

Myös eksoterminen ovat:

Endotermiset reaktiot ovat ne reaktiot energian imeytyminen lämmön muodossa ( — K ). Yleensä useimmat reaktiot etenevät lämmön imeytymisen myötä. hajoaminen(pitkäaikaista kuumennusta vaativat reaktiot).

Esimerkiksi, hajoaminen kalkkikivi:

CaCO 3 → CaO + CO 2 - K

Myös endoterminen ovat:

• hydrolyysireaktiot;
• reaktioita, jotka tapahtuvat vain kuumennettaessa;
• vain tapahtuvia reaktioitaerittäin korkeissa lämpötiloissa tai sähköpurkauksen vaikutuksesta.

Esimerkiksi, hapen muuttuminen otsoniksi:

3O 2 \u003d 2O 3 - K

AT orgaaninen kemia Lämmön imeytyessä tapahtuu hajoamisreaktioita. Esimerkiksi, halkeilee pentaani:

C 5 H 12 → C 3 H 6 + C 2 H 6 - K.

Kemiallisten reaktioiden luokitus reagoivien aineiden aggregaatiotilan mukaan (faasikoostumuksen mukaan)

Aineilla voi olla kolme pääasiallista aggregaatiotilaa − kiinteä, nestettä ja kaasumaista. Vaihetilan mukaan jakaa reaktioita homogeeninen ja heterogeeninen.

• Homogeeniset reaktiot ovat reaktioita, joissa reagoivat aineet ja tuotteet ovat yhdessä vaiheessa, ja reagoivien hiukkasten törmäys tapahtuu reaktioseoksen koko tilavuudessa. Homogeeniset reaktiot sisältävät vuorovaikutuksia neste-neste ja kaasu-kaasu.

Esimerkiksi, hapettumista hapan kaasu:

2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g)

• heterogeeniset reaktiot ovat reaktioita, joissa reagoivat aineet ja tuotteet ovat eri vaiheissa. Tässä tapauksessa tapahtuu vain reagoivien hiukkasten törmäys vaiheen rajalla. Nämä reaktiot sisältävät vuorovaikutuksia kaasu-neste, kaasu-kiinteä, kiinteä-kiinteä ja kiinteä-neste.

Esimerkiksi, vuorovaikutus hiilidioksidi ja kalsiumhydroksidi:

CO 2 (g) + Ca (OH) 2 (liuos) \u003d CaCO 3 (tv) + H 2 O

Reaktioiden luokittelemiseksi faasitilan mukaan on hyödyllistä pystyä määrittämään aineiden faasitilat. Tämä on melko helppo tehdä käyttämällä tietoa aineen rakenteesta, erityisesti siitä.

Aineet, joissa ioninen, atomi- tai metallikidehila, yleensä kiinteä normaaleissa olosuhteissa; aineiden kanssa molekyylihila, yleensä, nesteitä tai kaasut normaaleissa olosuhteissa.

Huomaa, että kuumennettaessa tai jäähdytettäessä aineet voivat muuttua faasitilasta toiseen. Tässä tapauksessa on tarpeen keskittyä tietyn reaktion olosuhteisiin ja aineen fysikaalisiin ominaisuuksiin.

Esimerkiksi, vastaanottaminen synteesikaasu tapahtuu erittäin korkeissa lämpötiloissa, joissa vesi - höyry:

CH 4 (g) + H2O (g) \u003d CO (g) + 3H 2 (g)

Höyryreformi siis metaani — homogeeninen reaktio.

Kemiallisten reaktioiden luokittelu katalyytin osallistumisen mukaan

Katalyytti on aine, joka nopeuttaa reaktiota, mutta ei ole osa reaktiotuotteita. Katalyytti osallistuu reaktioon, mutta sitä ei käytännössä kuluteta reaktion aikana. Perinteisesti katalyytin kaavio Vastaanottaja aineiden vuorovaikutuksessa A+B voidaan kuvata seuraavasti: A + K = AK; AK + B = AB + K.

Katalyytin läsnäolon mukaan erotetaan katalyyttiset ja ei-katalyyttiset reaktiot.

• katalyyttiset reaktiot ovat reaktioita, jotka tapahtuvat katalyyttien osallistuessa. Esimerkiksi Bertolet-suolan hajoaminen: 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2.
• Ei-katalyyttiset reaktiot ovat reaktioita, jotka tapahtuvat ilman katalyytin osallistumista. Esimerkiksi etaanin poltto: 2C 2 H 6 + 5O 2 = 2CO 2 + 6H 2 O.

Kaikki reaktiot, jotka tapahtuvat elävien organismien osallistuessa soluihin, etenevät erityisten proteiinikatalyyttien - entsyymien - osallistumisella. Tällaisia ​​reaktioita kutsutaan entsymaattisiksi.

Katalyyttien toimintamekanismia ja toimintoja tarkastellaan yksityiskohtaisemmin erillisessä artikkelissa.

Reaktioiden luokittelu suunnan mukaan

Palautuvat reaktiot - nämä ovat reaktioita, jotka voivat edetä sekä eteen- että taaksepäin, ts. kun tietyissä olosuhteissa reaktiotuotteet voivat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Palautuviin reaktioihin kuuluvat useimmat homogeeniset reaktiot, esteröinti; hydrolyysireaktiot; hydraus-dehydraus, hydraatio-dehydratointi; ammoniakin valmistus yksinkertaisista aineista, rikkidioksidin hapetus, halogenidien (paitsi fluorivedyn) ja rikkivedyn tuotanto; metanolin synteesi; karbonaattien ja hiilikarbonaattien saaminen ja hajottaminen jne.

peruuttamattomia reaktioita ovat reaktioita, jotka etenevät pääasiassa yhteen suuntaan, ts. reaktiotuotteet eivät voi olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa tietyissä olosuhteissa. Esimerkkejä peruuttamattomista reaktioista: palaminen; räjähtävät reaktiot; reaktiot, joissa muodostuu kaasua, sakaa tai vettä liuoksissa; alkalimetallien liukeneminen veteen; jne.

Epäorgaanisen kemian kurssi sisältää monia kvantitatiivisiin laskelmiin tarvittavia erikoistermejä. Tarkastellaanpa tarkemmin joitain sen pääosia.

Erikoisuudet

Epäorgaaninen kemia luotiin tarkoituksena määrittää mineraaliperäisten aineiden ominaisuudet.

Tämän tieteen pääosien joukossa ovat:

• rakenteen, fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien analyysi;
• rakenteen ja reaktiivisuuden välinen suhde;
• uusien menetelmien luominen aineiden synteesiä varten;
• seosten puhdistustekniikoiden kehittäminen;
• menetelmät epäorgaanisten materiaalien valmistamiseksi.

Luokitus

Epäorgaaninen kemia on jaettu useisiin osiin, jotka käsittelevät tiettyjen fragmenttien tutkimusta:

• kemialliset alkuaineet;
• epäorgaanisten aineiden luokat;
• puolijohdeaineet;
• tietyt (lyhytaikaiset) yhdisteet.

Suhde

Epäorgaaninen kemia on yhteydessä fysikaaliseen ja analyyttiseen kemiaan, jolla on tehokkaat työkalut, jotka mahdollistavat matemaattisten laskelmien tekemisen. Tässä osiossa käsiteltyä teoreettista materiaalia käytetään radiokemiassa, geokemiassa, agrokemiassa ja myös ydinkemiassa.

Epäorgaaninen kemia liittyy sovelletussa versiossa metallurgiaan, kemiantekniikkaan, elektroniikkaan, mineraalien, rakenne- ja rakennusmateriaalien louhintaan ja käsittelyyn sekä teollisuuden jätevesien käsittelyyn.

Kehityksen historia

Yleinen ja epäorgaaninen kemia kehittyivät yhdessä ihmisen sivilisaation kanssa, joten se sisältää useita itsenäisiä osia. 1800-luvun alussa Berzelius julkaisi atomimassataulukon. Tämä ajanjakso oli tämän tieteen kehityksen alku.

Epäorgaanisen kemian perustana oli Avogadron ja Gay-Lussacin tutkimus kaasujen ja nesteiden ominaisuuksista. Hess onnistui johtamaan matemaattisen suhteen lämmön määrän ja aineen aggregaatiotilan välille, mikä laajensi merkittävästi epäorgaanisen kemian näköaloja. Esimerkiksi atomi-molekyyliteoria ilmestyi, joka vastasi moniin kysymyksiin.

1800-luvun alussa Davy pystyi hajottamaan natrium- ja kaliumhydroksidit sähkökemiallisesti, mikä avasi uusia mahdollisuuksia yksinkertaisten aineiden saamiseksi elektrolyysillä. Faraday perusti Davyn työhön perustuen sähkökemian lait.

1800-luvun jälkipuoliskosta lähtien epäorgaanisen kemian kurssi on laajentunut merkittävästi. Van't Hoffin, Arrheniuksen ja Oswaldin löydöt toivat uusia suuntauksia ratkaisuteoriaan. Juuri tänä aikana muotoiltiin massatoiminnan laki, joka mahdollisti erilaisia ​​laadullisia ja määrällisiä laskelmia.

Würzin ja Kekulen luoma valenssioppi antoi mahdollisuuden löytää vastauksia moniin epäorgaanisen kemian kysymyksiin, jotka liittyvät oksidien, hydroksidien eri muotojen olemassaoloon. 1800-luvun lopulla löydettiin uusia kemiallisia alkuaineita: ruteeni, alumiini, litium: vanadiini, torium, lantaani jne. Tämä tuli mahdolliseksi spektrianalyysitekniikan käyttöönoton jälkeen. Tieteessä tuolloin ilmestyneet innovaatiot eivät ainoastaan ​​selittäneet kemiallisia reaktioita epäorgaanisessa kemiassa, vaan mahdollistivat myös saatujen tuotteiden ominaisuuksien, niiden käyttöalueiden ennustamisen.

1800-luvun loppuun mennessä tiedettiin olevan 63 erilaista alkuainetta sekä tietoa erilaisista kemikaaleista. Mutta koska niiden täydellinen tieteellinen luokittelu ei ollut mahdollista, kaikkia epäorgaanisen kemian ongelmia ei voitu ratkaista.

Mendelejevin laki

Dmitri Ivanovitšin luomasta määräaikaisesta laista tuli perusta kaikkien elementtien systematisoinnille. Mendelejevin löydön ansiosta kemistit onnistuivat korjaamaan käsityksensä alkuaineiden atomimassoista, ennustamaan niiden aineiden ominaisuuksia, joita ei ollut vielä löydetty. Moseleyn, Rutherfordin, Bohrin teoria antoi fyysisen perustelun Mendelejevin jaksolliselle laille.

Epäorgaaninen ja teoreettinen kemia

Ymmärtääkseen mitä kemiaa opiskellaan, on tarpeen käydä läpi tämän kurssin peruskäsitteet.

Pääasiallinen tässä osiossa tutkittu teoreettinen kysymys on Mendelejevin jaksollinen laki. Epäorgaaninen kemia koulukurssin taulukoissa tutustuttaa nuoret tutkijat epäorgaanisten aineiden pääluokkiin ja niiden suhteeseen. Kemiallisen sidoksen teoria ottaa huomioon sidoksen luonteen, sen pituuden, energian, napaisuuden. Molekyyliorbitaalien menetelmä, valenssisidokset, kidekentän teoria ovat tärkeimmät kysymykset, joiden avulla voidaan selittää epäorgaanisten aineiden rakenteen ja ominaisuuksien piirteitä.

Kemiallinen termodynamiikka ja kinetiikka, järjestelmän energian muutoksia koskeviin kysymyksiin vastaaminen, ionien ja atomien elektronisten konfiguraatioiden ja suprajohtavuusteoriaan perustuvien monimutkaisten aineiden muuttumisen kuvaus synnytti uuden osan - puolijohdemateriaalien kemian. .

soveltava luonto

Epäorgaaninen kemia nukkeille sisältää teoreettisten kysymysten käytön teollisuudessa. Tästä kemian osa-alueesta tuli perusta useille ammoniakin, rikkihapon, hiilidioksidin, mineraalilannoitteiden, metallien ja metalliseosten tuotantoon liittyville aloille. Käyttämällä kemiallisia menetelmiä koneenrakennuksessa saadaan metalliseoksia, joilla on halutut ominaisuudet ja ominaisuudet.

Aihe ja tehtävät

Mitä kemia opiskelee? Tämä on tiedettä aineista, niiden muunnoksista sekä sovellusalueista. Tälle ajanjaksolle on luotettavaa tietoa noin sadan tuhannen erilaisen epäorgaanisen yhdisteen olemassaolosta. Kemiallisten muutosten aikana molekyylien koostumus muuttuu, muodostuu aineita, joilla on uusia ominaisuuksia.

Jos opiskelet epäorgaanista kemiaa tyhjästä, sinun on ensin tutustuttava sen teoreettisiin osiin ja vasta sen jälkeen voit siirtyä saatujen tietojen käytännön käyttöön. Tässä kemian tieteen osassa käsiteltyjen lukuisten kysymysten joukossa on mainittava atomi- ja molekyyliteoria.

Siinä olevaa molekyyliä pidetään aineen pienimpänä hiukkasena, jolla on sen kemialliset ominaisuudet. Se jakautuu atomeihin, jotka ovat aineen pienimpiä hiukkasia. Molekyylit ja atomit ovat jatkuvassa liikkeessä, niille on ominaista sähköstaattiset hylkimis- ja vetovoimat.

Epäorgaanisen kemian tyhjästä pohjalta tulisi perustua kemiallisen alkuaineen määritelmään. Sillä on tapana tarkoittaa atomityyppiä, jolla on tietty ydinvaraus, elektronikuorten rakennetta. Rakenteesta riippuen ne pystyvät osallistumaan erilaisiin vuorovaikutuksiin muodostaen aineita. Mikä tahansa molekyyli on sähköisesti neutraali järjestelmä, eli se noudattaa täysin kaikkia mikrojärjestelmissä olevia lakeja.

Jokaiselle luonnossa esiintyvälle elementille voit määrittää protonien, elektronien, neutronien lukumäärän. Otetaan natrium esimerkkinä. Protonien lukumäärä sen ytimessä vastaa sarjanumeroa, eli 11, ja on yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä. Neutronien määrän laskemiseksi on tarpeen vähentää sen sarjanumero natriumin suhteellisesta atomimassasta (23), saamme 12. Joillekin alkuaineille tunnistettiin isotooppeja, jotka eroavat atomiytimen neutronien lukumäärästä.

Valenssikaavojen kokoaminen

Mitä muuta epäorgaaniselle kemialle on ominaista? Tässä osiossa käsitellään aineiden formulointia ja kvantitatiivisten laskelmien tekemistä.

Aluksi analysoimme valenssikaavojen laatimisen ominaisuuksia. Riippuen siitä, mitkä elementit sisällytetään aineen koostumukseen, valenssin määrittämiseen on tiettyjä sääntöjä. Aloitetaan binääriyhteyksien luomisesta. Tätä asiaa käsitellään epäorgaanisen kemian koulukurssilla.

Jaksollisen järjestelmän pääalaryhmissä sijaitsevien metallien valenssiindeksi vastaa ryhmän numeroa, on vakioarvo. Sivualaryhmien metalleilla voi olla erilaisia ​​valensseja.

Ei-metallien valenssin määrittämisessä on joitain ominaisuuksia. Jos yhdisteessä se sijaitsee kaavan lopussa, sillä on pienempi valenssi. Sitä laskettaessa sen ryhmän numero, jossa tämä elementti sijaitsee, vähennetään kahdeksasta. Esimerkiksi oksideissa hapen valenssi on kaksi.

Jos epämetalli sijaitsee kaavan alussa, se osoittaa maksimivalenssin, joka on yhtä suuri kuin sen ryhmänumero.

Kuinka formuloida aine? On olemassa tietty algoritmi, jonka jopa koululaiset tietävät. Ensin sinun on kirjoitettava ylös yhdisteen nimessä mainittujen alkuaineiden merkit. Nimessä viimeisenä merkitty elementti sijoitetaan kaavan ensimmäiselle paikalle. Lisäksi laita jokaisen päälle sääntöjä käyttäen valenssiindeksi. Arvojen väliltä määritetään pienin yhteinen kerrannainen. Kun se jaetaan valenssiin, saadaan indeksit, jotka sijaitsevat elementtien merkkien alla.

Otetaan esimerkkinä variantti hiilimonoksidin kaavan laatimisesta (4). Ensin asetamme vierekkäin hiilen ja hapen merkit, jotka ovat osa tätä epäorgaanista yhdistettä, ja saamme CO. Koska ensimmäisellä elementillä on muuttuva valenssi, se on merkitty suluissa, se otetaan huomioon hapelle, vähentämällä kuusi (ryhmänumero) kahdeksasta, saadaan kaksi. Ehdotetun oksidin lopullinen kaava on CO 2 .

Monien epäorgaanisessa kemiassa käytettyjen tieteellisten termien joukossa allotropia on erityisen kiinnostava. Se selittää useiden yksinkertaisten aineiden olemassaolon, jotka perustuvat yhteen kemialliseen alkuaineeseen, joka eroaa ominaisuuksiltaan ja rakenteeltaan.

Epäorgaanisten aineiden luokat

Epäorgaanisten aineiden neljä pääluokkaa ansaitsevat yksityiskohtaisen tarkastelun. Aloitetaan oksidien lyhyellä kuvauksella. Tähän luokkaan kuuluvat binääriset yhdisteet, joissa happea on välttämättä läsnä. Riippuen siitä, mikä elementti aloittaa kaavan, jaetaan kolmeen ryhmään: emäksinen, hapan, amfoteerinen.

Metallit, joiden valenssi on suurempi kuin neljä, samoin kuin kaikki epämetallit, muodostavat happamia oksideja hapen kanssa. Niiden tärkeimmistä kemiallisista ominaisuuksista huomaamme kyvyn olla vuorovaikutuksessa veden kanssa (poikkeus on piioksidi), reaktiot emäksisten oksidien, alkalien kanssa.

Metallit, joiden valenssi ei ylitä kahta, muodostavat emäksisiä oksideja. Tämän alalajin tärkeimmistä kemiallisista ominaisuuksista erottelemme alkalien muodostumisen veden, suolojen happooksidien ja happojen kanssa.

Siirtymämetalleille (sinkki, beryllium, alumiini) on ominaista amfoteeristen yhdisteiden muodostuminen. Niiden tärkein ero on ominaisuuksien kaksinaisuus: reaktiot alkalien ja happojen kanssa.

Emäkset ovat suuri luokka epäorgaanisia yhdisteitä, joilla on samanlainen rakenne ja ominaisuudet. Tällaisten yhdisteiden molekyylit sisältävät yhden tai useampia hydroksyyliryhmiä. Itse termiä sovellettiin niihin aineisiin, jotka muodostavat suoloja vuorovaikutuksen seurauksena. Alkalit ovat emäksiä, joissa on emäksinen ympäristö. Näitä ovat jaksollisen järjestelmän pääalaryhmien ensimmäisen ja toisen ryhmän hydroksidit.

Happamissa suoloissa on metallin ja hapon jäännöksen lisäksi vetykationeja. Esimerkiksi natriumbikarbonaatti (ruokasooda) on erittäin kysytty yhdiste makeisteollisuudessa. Emäksiset suolat sisältävät hydroksidi-ioneja vetykationien sijasta. Kaksoissuolat ovat olennainen osa monia luonnollisia mineraaleja. Joten natriumkloridia, kaliumia (sylviniittiä) löytyy maankuoresta. Juuri tätä yhdistettä käytetään teollisuudessa alkalimetallien eristämiseen.

Epäorgaanisessa kemiassa on erityinen osa, joka käsittelee kompleksisten suolojen tutkimusta. Nämä yhdisteet osallistuvat aktiivisesti elävissä organismeissa tapahtuviin aineenvaihduntaprosesseihin.

Termokemia

Tässä osassa tarkastellaan kaikkia kemiallisia muutoksia energiahäviön tai -lisäyksen kannalta. Hess onnistui määrittämään entalpian, entropian välisen suhteen ja johtamaan lain, joka selittää lämpötilan muutoksen missä tahansa reaktiossa. Lämpövaikutus, joka kuvaa tietyssä reaktiossa vapautuneen tai absorboituneen energian määrää, määritellään reaktiotuotteiden ja lähtöaineiden entalpioiden summan erona stereokemialliset kertoimet huomioiden. Hessin laki on tärkein termokemiassa, se mahdollistaa kvantitatiivisten laskelmien suorittamisen jokaiselle kemialliselle muutokselle.

kolloidikemia

Tästä kemian alasta tuli vasta 1900-luvulla erillinen tiede, joka käsittelee erilaisia ​​nestemäisiä, kiinteitä ja kaasumaisia ​​järjestelmiä. Suspensiot, suspensiot, emulsiot, jotka eroavat hiukkaskoosta, kemiallisista parametreista, tutkitaan yksityiskohtaisesti kolloidikemiassa. Lukuisten tutkimusten tuloksia otetaan aktiivisesti käyttöön lääke-, lääke- ja kemianteollisuudessa, jolloin tiedemiehet ja insinöörit voivat syntetisoida aineita, joilla on halutut kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet.

Johtopäätös

Epäorgaaninen kemia on tällä hetkellä yksi suurimmista kemian aloista, sisältää valtavan määrän teoreettisia ja käytännön kysymyksiä, joiden avulla voit saada käsityksen aineiden koostumuksesta, niiden fysikaalisista ominaisuuksista, kemiallisista muutoksista ja tärkeimmistä sovellusalueista. Kun hallitset perustermejä, lakeja, voit laatia kemiallisten reaktioiden yhtälöitä, suorittaa niille erilaisia ​​matemaattisia laskelmia. Kaikki epäorgaanisen kemian osat, jotka liittyvät kaavojen muotoiluun, reaktioyhtälöiden kirjoittamiseen, ratkaisutehtävien ratkaisemiseen, tarjotaan lapsille loppukokeessa.

Epäorgaaninen kemia- kemian ala, joka liittyy kaikkien kemiallisten alkuaineiden ja niiden epäorgaanisten yhdisteiden rakenteen, reaktiivisuuden ja ominaisuuksien tutkimukseen. Tämä kemian alue kattaa kaikki yhdisteet paitsi orgaaniset aineet (yhdisteiden luokka, jotka sisältävät hiiltä, ​​lukuun ottamatta muutamia yksinkertaisia ​​​​yhdisteitä, jotka yleensä luokitellaan epäorgaanisiksi). Erot orgaanisten ja epäorgaanisten yhdisteiden välillä, jotka sisältävät , ovat mielivaltaisia ​​joidenkin esitysten mukaan. Epäorgaaninen kemia tutkii kemiallisia alkuaineita ja niiden muodostamia yksinkertaisia ​​ja monimutkaisia ​​aineita (orgaanisia lukuun ottamatta). Nykyään tunnettujen epäorgaanisten aineiden määrä on lähes 500 000.

Epäorgaanisen kemian teoreettinen perusta on jaksollinen laki ja sen perusteella D. I. Mendelejevin jaksollinen järjestelmä. Epäorgaanisen kemian päätehtävänä on kehittää ja tieteellisesti perustella menetelmiä uusien materiaalien luomiseksi, joilla on nykytekniikan edellyttämät ominaisuudet.

Kemiallisten alkuaineiden luokitus

Jaksottainen kemiallisten alkuaineiden järjestelmä ( jaksollinen järjestelmä) - kemiallisten alkuaineiden luokitus, joka määrittää kemiallisten alkuaineiden eri ominaisuuksien riippuvuuden atomiytimen varauksesta. Järjestelmä on graafinen ilmaus jaksollisesta laista, . Sen alkuperäisen version kehitti D. I. Mendelejev vuosina 1869-1871, ja sitä kutsuttiin "luonnolliseksi elementtijärjestelmäksi", joka vahvisti kemiallisten alkuaineiden ominaisuuksien riippuvuuden niiden atomimassasta. Kaiken kaikkiaan jaksollisen järjestelmän kuvasta on ehdotettu useita satoja muunnelmia, mutta järjestelmän nykyaikaisessa versiossa elementit on tarkoitus pelkistää kaksiulotteiseksi taulukoksi, jossa jokainen sarake (ryhmä) määrittää pääasiallisen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, ja rivit edustavat jaksoja, jotka ovat jossain määrin samanlaisia ​​keskenään.

Yksinkertaiset aineet

Ne koostuvat yhden kemiallisen alkuaineen atomeista (ne ovat sen olemassaolon muoto vapaassa tilassa). Riippuen siitä, mikä kemiallinen sidos atomien välillä on, kaikki epäorgaanisen kemian yksinkertaiset aineet jaetaan kahteen pääryhmään: ja. Ensin mainituille on ominaista metallisidos, kun taas jälkimmäiset ovat kovalenttisia. Erotetaan myös kaksi vierekkäistä ryhmää - metallin kaltaiset ja ei-metalliset aineet. On olemassa sellainen ilmiö kuin allotropia, joka koostuu mahdollisuudesta muodostaa usean tyyppisiä yksinkertaisia ​​aineita saman alkuaineen atomeista, mutta joilla on erilainen kidehilan rakenne; kutakin näistä tyypeistä kutsutaan allotrooppiseksi modifikaatioksi.

Metallit

(lat. metallum - kaivos, kaivos) - ryhmä elementtejä, joilla on tyypillisiä metallisia ominaisuuksia, kuten korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus, positiivinen lämpötilavastuskerroin, korkea sitkeys ja metallinen kiilto. Tähän mennessä löydetyistä 118 kemiallisesta alkuaineesta metalleja ovat mm.

• 38 siirtymämetalliryhmässä,
• 11 kevytmetallien ryhmässä,
• 7 puolimetallien ryhmässä,
• 14 ryhmässä lantanidit + lantaani,
• 14 ryhmässä aktinidit + aktinium,
• tiettyjen ryhmien ulkopuolella.

Siten 96 kaikista löydetyistä alkuaineista kuuluu metalleihin.

ei-metallit

Kemialliset elementit, joilla on tyypillisesti ei-metallisia ominaisuuksia ja jotka sijaitsevat alkuaineiden jaksollisen järjestelmän oikeassa yläkulmassa. Molekyylimuodossa luonnossa esiintyvien yksinkertaisten aineiden muodossa

Epäorgaanisessa kemiassa kemialliset reaktiot luokitellaan eri kriteerien mukaan.

1. Muuttamalla hapetusastetta redox, jotka liittyvät alkuaineiden hapetusasteen muutokseen ja happo-emäs, jotka etenevät muuttamatta hapetusasteita.

2. Prosessin luonteen mukaan.

Hajoamisreaktiot ovat kemiallisia reaktioita, joissa yksinkertaisia ​​molekyylejä muodostuu monimutkaisemmista molekyyleistä.

Yhteysreaktiot kutsutaan kemiallisia reaktioita, joissa monimutkaisia ​​yhdisteitä saadaan useista yksinkertaisemmista.

Korvausreaktiot ovat kemiallisia reaktioita, joissa atomi tai atomiryhmä molekyylissä korvataan toisella atomilla tai atomiryhmällä.

Vaihda reaktioita Niitä kutsutaan kemiallisiksi reaktioksi, jotka tapahtuvat muuttamatta alkuaineiden hapetusastetta ja johtavat reagenssien aineosien vaihtoon.

3. Jos mahdollista, jatka päinvastaiseen suuntaan kuin palautuva ja peruuttamaton.

Jotkut reaktiot, kuten etanolin palaminen, ovat käytännössä peruuttamattomia, ts. on mahdotonta luoda edellytyksiä sille, että se virtaa vastakkaiseen suuntaan.

On kuitenkin monia reaktioita, jotka voivat prosessiolosuhteista riippuen edetä sekä eteen- että taaksepäin. Kutsutaan reaktioita, jotka voivat edetä sekä eteen- että taaksepäin palautuva.

4. Sidosrepeämisen tyypin mukaan - homolyyttinen(sama rako, jokainen atomi saa yhden elektronin) ja heterolyyttinen(epätasainen rako - yksi saa elektroniparin).

5. Lämpövaikutuksen mukaan eksoterminen(lämmön vapautuminen) ja endoterminen(lämmön absorptio).

Yhdistelmäreaktiot ovat yleensä eksotermisiä reaktioita, kun taas hajoamisreaktiot ovat endotermisiä. Harvinainen poikkeus on typen endoterminen reaktio hapen kanssa N 2 + O 2 = 2NO - Q.

6. Vaiheiden yhdistämistilan mukaan.

homogeeninen(reaktio tapahtuu yhdessä faasissa, ilman rajapintoja; reaktiot kaasuissa tai liuoksissa).

Heterogeeninen(vaiheen rajalla tapahtuvat reaktiot).

7. Käyttämällä katalyyttiä.

Katalyytti on aine, joka nopeuttaa kemiallista reaktiota, mutta pysyy kemiallisesti muuttumattomana.

katalyyttinen käytännössä eivät tule ilman katalyytin käyttöä ja ei-katalyyttinen.

Orgaanisten reaktioiden luokitus

Elektrofiilisellä tarkoitetaan orgaanisten yhdisteiden heterolyyttisiä reaktioita elektrofiilien kanssa - hiukkasten kanssa, jotka sisältävät kokonaisen tai osittaisen positiivisen varauksen. Ne on jaettu elektrofiilisiin substituutio- ja elektrofiilisiin additioreaktioihin. Esimerkiksi,

H 2 C \u003d CH 2 + Br 2  BrCH 2 - CH 2 Br

Nukleofiilinen viittaa orgaanisten yhdisteiden heterolyyttisiin reaktioihin nukleofiilien kanssa - hiukkasten, joissa on kokonaisluku tai murto-osa negatiivinen varaus. Ne on jaettu nukleofiilisiin substituutio- ja nukleofiilisiin additioreaktioihin. Esimerkiksi,

CH 3 Br + NaOH  CH 3 OH + NaBr

Radikaaleja (ketjureaktioita) kutsutaan kemiallisiksi reaktioiksi, joissa on mukana esimerkiksi radikaaleja

Luento: Kemiallisten reaktioiden luokittelu epäorgaanisessa ja orgaanisessa kemiassa

Kemiallisten reaktioiden tyypit epäorgaanisessa kemiassa

A) Luokittelu lähtöaineiden lukumäärän mukaan:

Hajoaminen - Tämän reaktion seurauksena yhdestä olemassa olevasta monimutkaisesta aineesta muodostuu kaksi tai useampia yksinkertaisia ​​​​että monimutkaisia ​​​​aineita.

Yhdiste - tämä on sellainen reaktio, jossa kaksi tai useampi yksinkertainen tai monimutkainen aine muodostaa yhden, mutta monimutkaisemman.

Esimerkki: 4Al+3O2 → 2Al 2O3

Esimerkki: 2КI + Cl2 → 2КCl + I 2

Esimerkki: HCl + KNO 2 → KCl + HNO 2

B) Luokittelu lämpövaikutuksen mukaan:

S + O 2 → SO 2 + Q

2C 2H 6 + 7O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O + Q

Endotermiset reaktiot ovat tiettyjä kemiallisia reaktioita, joissa lämpö absorboituu. Yleensä nämä ovat hajoamisreaktioita.

Esimerkkejä:

CaCO 3 → CaO + CO 2 - Q
2KClO 3 → 2KCl + 3O 2 - Q

Kemiallisessa reaktiossa vapautuvaa tai absorboitunutta lämpöä kutsutaan lämpövaikutus.

Kutsutaan kemiallisia yhtälöitä, joissa ilmaistaan ​​reaktion lämpövaikutus termokemiallinen.

C) Luokittelu palautuvuuden mukaan:

Esimerkki: 3H2 + N2⇌ 2NH3

D) Luokitus hapetusasteen muutoksen mukaan:

Esimerkki: Сu + 4HNO 3 → Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O.

Esimerkki: HNO 3 + KOH → KNO 3 + H 2 O.

E) Vaiheluokitus:

Esimerkki: H 2 (kaasu) + Cl 2 (kaasu) → 2HCL

Luokittelu katalyytin käytön mukaan:

Katalyytti on aine, joka nopeuttaa reaktiota. Katalyyttinen reaktio etenee katalyytin läsnä ollessa, ei-katalyyttinen reaktio ilman katalyyttiä.
Esimerkki: 2H 2 0 2 Mn02 → 2H 2 O + O 2 katalyytti MnO 2

Alkalin vuorovaikutus hapon kanssa tapahtuu ilman katalyyttiä.
Esimerkki: KOH + HCl → KCl + H20

Inhibiittorit ovat aineita, jotka hidastavat reaktiota.
Katalyyttejä ja inhibiittoreita itsessään ei kuluteta reaktion aikana.

Kemiallisten reaktioiden tyypit orgaanisessa kemiassa

Liittyminen ovat reaktioita, joissa useat aineen molekyylit yhdistyvät yhdeksi. Lisäysreaktioihin kuuluvat:

• Hydraus on reaktio, jossa vetyä lisätään moninkertaiseen sidokseen.

Esimerkki: CH3-CH \u003d CH2 (propeeni) + H2 → CH3-CH2-CH3 (propaani)

Hydrohalogenointi on reaktio, jossa lisätään vetyhalogenidia.

Esimerkki: CH 2 \u003d CH 2 (eteeni) + Hcl → CH 3 -CH 2 -Cl (kloorietaani)

Alkyynit reagoivat vetyhalogenidien (kloorivety, bromidi) kanssa samalla tavalla kuin alkeenit. Kiinnittyminen kemiallisessa reaktiossa tapahtuu kahdessa vaiheessa ja määräytyy Markovnikov-säännön mukaan:

Kun proottisia happoja ja vettä lisätään epäsymmetrisiin alkeeneihin ja alkyyneihin, vetyatomi kiinnittyy eniten hydrattuihin hiiliatomiin.

Tämän kemiallisen reaktion mekanismi. Ensimmäisessä, nopeassa vaiheessa muodostunut p-kompleksi 2. hidasvaiheessa muuttuu vähitellen s-kompleksiksi - karbokationiksi. Kolmannessa vaiheessa tapahtuu karbokationin stabiloituminen - eli vuorovaikutus bromianionin kanssa:

I1, I2 - karbokationit. P1, P2 - bromidit.

Halogeenipitoisia orgaanisia johdannaisia ​​pidetään tärkeimpinä yhdisteinä, joita käytetään sekä orgaanisessa synteesissä että kohdetuotteina. Hiilivetyjen halogeenijohdannaisia ​​pidetään lähtötuotteina useissa nukleofiilisissä substituutioreaktioissa. Mitä tulee halogeenia sisältävien yhdisteiden käytännön käyttöön, niitä käytetään liuottimina, kuten klooria sisältävinä yhdisteinä, kylmäaineina - kloorifluorijohdannaisina, freoneina, torjunta-aineina, lääkkeinä, pehmittiminä, muovimonomeereinä.

Polymerointi - tämä on erityinen reaktiotyyppi, jossa suhteellisen pienen molekyylipainon omaavan aineen molekyylit liittyvät toisiinsa, jolloin muodostuu molekyylejä aineesta, jolla on suuri molekyylipaino.