Wszystko o chemii nieorganicznej. Klasyfikacja reakcji chemicznych

Tlenki

Tlenek(tlenek, tlenek) - binarny związek pierwiastka chemicznego z tlenem na stopniu utlenienia -2, w którym sam tlen jest związany tylko z pierwiastkiem mniej elektroujemnym. Pierwiastek chemiczny tlen jest drugim pod względem elektroujemności po fluorze, dlatego prawie wszystkie związki pierwiastków chemicznych z tlenem są klasyfikowane jako tlenki. Wyjątki obejmują na przykład difluorek tlenu OF 2.

Tlenki są bardzo powszechnym rodzajem związków występujących w skorupa ziemska i w ogóle we Wszechświecie. Przykładami takich związków są rdza, woda, piasek, dwutlenek węgla i wiele barwników.

Tlenki to klasa minerałów będących związkami metalu z tlenem.

Związki zawierające połączone ze sobą atomy tlenu nazywane są nadtlenkami (nadtlenkami; zawierają łańcuch -O-O-), ponadtlenkami (zawierają grupę O-2) i ozonkami (zawierają grupę O-3). Nie są klasyfikowane jako tlenki.

Klasyfikacja

W zależności od właściwości chemicznych wyróżnia się:

Tlenki tworzące sól:

tlenki zasadowe (na przykład tlenek sodu Na 2 O, tlenek miedzi (II) CuO): tlenki metali, których stopień utlenienia to I-II;

tlenki kwasowe (na przykład tlenek siarki(VI) SO 3, tlenek azotu(IV) NO 2): tlenki metali na stopniu utlenienia V-VII i tlenki niemetali;

tlenki amfoteryczne (na przykład tlenek cynku ZnO, tlenek glinu Al 2 O 3): tlenki metali o stopniu utlenienia III-IV i wykluczeniu (ZnO, BeO, SnO, PbO);

Tlenki nietworzące soli: tlenek węgla (II) CO, tlenek azotu (I) N 2 O, tlenek azotu (II) NO.

Nomenklatura

Według nomenklatury IUPAC tlenki nazywane są „tlenkami”, po których następuje nazwa pierwiastka chemicznego dopełniacz, na przykład: Na 2 O - tlenek sodu, Al 2 O 3 - tlenek glinu. Jeżeli pierwiastek ma zmienny stopień utlenienia, to nazwa tlenku wskazuje jego stopień utlenienia cyfrą rzymską w nawiasie bezpośrednio po nazwie (bez spacji). Na przykład Cu 2 O - tlenek miedzi (I), CuO - tlenek miedzi (II), FeO - tlenek żelaza (II), Fe 2 O 3 - tlenek żelaza (III), Cl 2 O 7 - tlenek chloru (VII) .

Często stosuje się inne nazwy tlenków w zależności od liczby atomów tlenu: jeśli tlenek zawiera tylko jeden atom tlenu, wówczas nazywa się go monotlenkiem lub monotlenkiem, jeśli dwa - dwutlenkiem lub dwutlenkiem, jeśli trzy - wówczas trójtlenkiem lub trójtlenkiem itp. Dla przykład: tlenek węgla CO , dwutlenek węgla CO 2 , trójtlenek siarki SO 3 .

Powszechne są również historycznie ustalone (trywialne) nazwy tlenków, np. tlenek węgla CO, bezwodnik siarkowy SO 3 itp.

W początek XIX wieki i wcześniej ogniotrwałe, praktycznie nierozpuszczalne tlenki w wodzie chemicy nazywali „ziemiami”.

Tlenki o niższych stopniach utlenienia (podtlenki) są czasami nazywane tlenkiem (angielski analog - prottlenek) i podtlenkiem (na przykład tlenek węgla (II), CO - tlenek węgla; dwutlenek trójwęgla, C 3 O 2 - podtlenek węgla; tlenek azotu(I ), N 2 O - podtlenek azotu (I), Cu 2 O - tlenek miedzi). Wyższe stopnie utlenienia (tlenek żelaza(III), Fe2O3) nazywane są zgodnie z tą nomenklaturą tlenkiem, a tlenki złożone nazywane są tlenkiem-tlenkiem (Fe 3 O 4 = FeO Fe 2 O 3 - tlenek żelaza, uran(VI) tlenek) -diuran(V), U 3 O 8 - tlenek uranu). Nomenklatura ta nie jest jednak spójna, dlatego takie nazwy należy uznać za bardziej tradycyjne.

Właściwości chemiczne

Zasadowe tlenki

1. Tlenek zasadowy + mocny kwas → sól + woda

2. Mocny tlenek zasadowy + woda → alkalia

3. Silnie zasadowy tlenek + tlenek kwasowy → sól

4. Tlenek zasadowy + wodór → metal + woda

Uwaga: metal jest mniej aktywny niż aluminium.

Tlenki kwasowe

1. Tlenek kwasowy + woda → kwas

Niektóre tlenki, np. SiO 2, nie reagują z wodą, dlatego ich kwasy otrzymuje się pośrednio.

2. Tlenek kwasowy + tlenek zasadowy → sól

3. Tlenek kwasowy + zasada → sól + woda

Jeżeli tlenek kwasowy jest bezwodnikiem kwasu wielozasadowego, możliwe jest tworzenie soli kwasowych lub pośrednich:

4. Nielotny tlenek + sól1 → sól2 + lotny tlenek

5. Bezwodnik kwasowy 1 + bezwodny kwas zawierający tlen 2 → Bezwodnik kwasowy 2 + bezwodny kwas zawierający tlen 1

Tlenki amfoteryczne

Podczas interakcji z mocnym kwasem lub tlenkiem kwasowym wykazują następujące podstawowe właściwości:

Podczas interakcji z silną zasadą lub zasadowym tlenkiem wykazują właściwości kwasowe:

(W roztwór wodny)

(po stopieniu)

Paragon

1. Oddziaływanie prostych substancji (z wyjątkiem gazów obojętnych, złota i platyny) z tlenem:

Kiedy metale alkaliczne (z wyjątkiem litu), a także stront i bar spalają się w tlenie, powstają nadtlenki i ponadtlenki:

2. Prażenie lub spalanie związków binarnych w tlenie:

3. Rozkład termiczny soli:

4. Rozkład termiczny zasad lub kwasów:

5. Utlenianie niższych tlenków do wyższych i redukcja wyższych do niższych:

6. Oddziaływanie niektórych metali z wodą w wysokich temperaturach:

7. Oddziaływanie soli z tlenkami kwasowymi podczas spalania koksu z wydzielaniem lotnego tlenku:

8. Oddziaływanie metali z kwasami utleniającymi:

9. Gdy substancje usuwające wodę działają na kwasy i sole:

10. Oddziaływanie soli słabych, nietrwałych kwasów z mocniejszymi kwasami:

Sole

Sole- klasa związków chemicznych składająca się z kationów i anionów.

Kationy metali i kationy oniowe mogą działać jako kationy w solach

(kationy amonowe, fosfoniowe, hydroniowe i ich pochodne organiczne),

kationy złożone itp., jako aniony - aniony reszt kwasowych różnych kwasów Bronsteda - zarówno nieorganicznych, jak i organicznych, w tym karboaniony, aniony złożone itp.

Rodzaje soli

UDC 546(075) BBK 24.1 i 7 0-75

Opracował: kandydat Klimenko B.I. technologia nauk ścisłych, profesor nadzwyczajny Wołodczenko A N., Ph.D. technologia nauk ścisłych, profesor nadzwyczajny Pawlenko V.I., doktor inżynierii. nauki, prof.

Recenzent Gikunova I.V., Ph.D. technologia nauk ścisłych, profesor nadzwyczajny

Podstawy chemii nieorganicznej: Wytyczne dla uczniów w wieku 0-75 lat, studiujących w trybie stacjonarnym. - Biełgorod: Wydawnictwo BelGTASM, 2001. - 54 s.

W wytyczne metodologiczne szczegółowo, biorąc pod uwagę główne sekcje chemia ogólna, rozpatrzono właściwości najważniejszych klas substancji nieorganicznych. Praca zawiera uogólnienia, diagramy, tabele, przykłady, które ułatwią lepsze przyswojenie obszernego materiału faktograficznego. Szczególna uwaga Zarówno w części teoretycznej, jak i praktycznej poświęcony jest powiązaniom chemii nieorganicznej z podstawowymi pojęciami chemii ogólnej.

Książka przeznaczona jest dla studentów pierwszego roku wszystkich specjalności.

UDC 546(075) BBK 24.1 i 7

© Państwowa Akademia Technologiczna w Biełgorodzie materiały budowlane(BelGTASM), 2001

WSTĘP

Znajomość podstaw każdej nauki i problemów stojących przed nią to minimum, które powinien znać każdy człowiek, aby swobodnie poruszać się po otaczającym go świecie. Ważna rola Nauki przyrodnicze odgrywają rolę w tym procesie. Nauki przyrodnicze to zbiór nauk o przyrodzie. Wszystkie nauki dzielą się na ścisłe (przyrodnicze) i dokładne (humanistyczne). Pierwsi badają prawa rozwoju świata materialnego, drudzy - prawa rozwoju i manifestacji ludzkiego umysłu. W prezentowanej pracy zapoznamy się z podstawami jednego z nich nauki przyrodnicze 7 chemia nieorganiczna. Pomyślne studiowanie chemii nieorganicznej jest możliwe tylko wtedy, gdy znasz skład i właściwości głównych klas związków nieorganicznych. Znając charakterystykę klas związków, można scharakteryzować właściwości ich poszczególnych przedstawicieli.

Studiując jakąkolwiek naukę, w tym chemię, zawsze pojawia się pytanie: od czego zacząć? Z badania materiału faktograficznego: opisy właściwości związków, wskazania warunków ich istnienia, zestawienie reakcji, w jakich wchodzą; na tej podstawie wyprowadzają prawa rządzące zachowaniem substancji lub odwrotnie, najpierw dają prawa, a następnie na ich podstawie omawiają właściwości substancji. W tej książce będziemy stosować obydwa sposoby prezentacji materiału faktograficznego.

1. PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII NIEORGANICZNEJ

Jaki jest przedmiot chemii, co bada ta nauka? Istnieje kilka definicji chemii.

Z jednej strony chemia jest nauką o substancjach, ich właściwościach i przemianach. Z drugiej strony chemia jest jedną z nauk przyrodniczych, która bada chemiczną formę ruchu materii. Chemiczną formą ruchu materii są procesy łączenia atomów w cząsteczki i dysocjacji cząsteczek. Chemiczną organizację materii można przedstawić na poniższym schemacie (ryc. 1).

Ryż. 1. Chemiczna organizacja materii

Materia jest obiektywną rzeczywistością, dany osobie w jego doznaniach, które są kopiowane, fotografowane, eksponowane przez nasze doznania, istniejące niezależnie od nas. Materia jako rzeczywistość obiektywna występuje w dwóch postaciach: w postaci materii i w postaci pola.

Pole (siły grawitacyjne, elektromagnetyczne, wewnątrzjądrowe) to forma istnienia materii, która charakteryzuje się i objawia przede wszystkim energią, a nie masą, chociaż posiada tę drugą. Energia jest ilościową miarą ruchu, wyrażającą zdolność obiektów materialnych pracować.

Masa (łac. masa - bryła, bryła, kawałek) - wielkość fizyczna, jedna z głównych cech materii, określająca jej właściwości inercyjne i grawitacyjne.

Atom jest najniższy poziom chemiczna organizacja materii Atom to najmniejsza cząsteczka pierwiastka, która zachowuje swoje właściwości. Składa się z dodatnio naładowanego jądra i ujemnie naładowanych elektronów; Ogólnie rzecz biorąc, atom jest elektrycznie obojętny. Pierwiastek chemiczny - Jest to rodzaj atomu o tym samym ładunku jądrowym. Znanych jest 109 pierwiastków, z czego 90 występuje w przyrodzie.

Cząsteczka to najmniejsza cząsteczka substancji, która ma właściwości chemiczne tej substancji.

Liczba pierwiastków chemicznych jest ograniczona, a ich kombinacje dają wszystko

różnorodne substancje.

Co to jest substancja?

W szerokim znaczeniu materia to specyficzny rodzaj materii, który posiada masę spoczynkową i charakteryzuje się w danych warunkach określonymi właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Znanych jest około 600 tysięcy substancji nieorganicznych i około 5 milionów substancji organicznych.

W węższym sensie substancja to pewien zbiór cząstek atomowych i molekularnych, ich towarzyszów i agregatów, znajdujących się w dowolnym z trzech stanów skupienia.

Substancję można w pełni zdefiniować za pomocą trzech cech: 1) zajmuje część przestrzeni; 2) ma masę spoczynkową;

3) zbudowane z cząstek elementarnych.

Wszystkie substancje można podzielić na proste i złożone.

tworzą nie jedną, ale kilka prostych substancji. Zjawisko to nazywa się alotropią, a każdą z tych prostych substancji nazywa się alotropową modyfikacją (modyfikację) danego pierwiastka. Alotropię obserwuje się w węglu, tlenie, siarce, fosforze i wielu innych pierwiastkach. Zatem grafit, diament, karbin i fulereny są alotropowymi modyfikacjami pierwiastka chemicznego węgla; fosfor czerwony, biały, czarny - alotropowe modyfikacje pierwiastka chemicznego fosforu. Znanych jest około 400 prostych substancji.

Substancja prosta jest formą istnienia substancji chemicznych

elementy w stanie wolnym

Substancje proste dzielą się na metale i niemetale. To, czy pierwiastek chemiczny jest metalem, czy niemetalem, można określić, korzystając z układu okresowego pierwiastków według D.I. Mendelejew. Zanim to zrobimy, przypomnijmy sobie trochę o budowie układu okresowego.

1.1. Prawo okresowe i układ okresowy D.I.Mendelejewa

Układ okresowy pierwiastków - jest to graficzny wyraz prawa okresowości, odkrytego przez D.I. Mendelejewa 18 lutego 1869 r. Prawo okresowości brzmi następująco: właściwości prostych substancji, a także właściwości związków, są okresowo zależne od ładunku jądra atomów pierwiastka.

Istnieje ponad 400 opcji przedstawiania układu okresowego. Najpopularniejsze warianty komórkowe ( krótka wersja- 8-ogniwowe i warianty długie - 18- i 32-ogniwowe). Krótkookresowy układ okresowy składa się z 7 okresów i 8 grup.

Elementy posiadające podobną strukturę poziomu energii zewnętrznej łączy się w grupy. Istnieją główne (A) i wtórne (B)

grupy. Główne grupy to elementy s i p, a grupy drugorzędne to elementy d.

Okres to kolejny szereg pierwiastków, w których atomach wypełniona jest taka sama liczba warstw elektronowych o tym samym poziomie energetycznym. Różnica w kolejności wypełniania warstw elektronicznych wyjaśnia przyczynę różnej długości okresów. Pod tym względem okresy zawierają różną liczbę elementów: 1. okres - 2 elementy; II i III okres - po 8 elementów; 4. i 5

okresy - po 18 elementów, a szósty okres - 32 elementy.

Elementy małych okresów (2. i 3.) dzielimy na podgrupę pierwiastków typowych. Ponieważ elementy yd- i / są wypełnione drugim i trzecim zewnętrznym elgk-

miejsce ich atomów, a co za tym idzie, większa zdolność do przyłączania przenoszonych elektronów (zdolność utleniania). wysokie wartości ich elektroujemność. Elementy o właściwościach niemetalicznych zajmują prawy górny róg układ okresowy

DI Mendelejew. Niemetale mogą występować w postaci gazowej (F2, O2, CI2), stałej (B, C, Si, S) i ciekłej (Br2).

Pierwiastek, który zajmuje wodór szczególne miejsce w okresowym si

i nie ma analogów chemicznych. Wodór wykazuje właściwości metaliczne

i właściwości niemetaliczne, a zatem w układzie okresowym

plasowali się jednocześnie w grupie IA i VIIA.

Wyróżnia się je dużą różnorodnością właściwości chemicznych

dokładność. Chociaż istnieją również metale kruche (cynk, antymon, bizmut). Metale z reguły wykazują właściwości redukujące.

Substancje złożone(związki chemiczne) to substancje, których cząsteczki tworzą atomy różnych pierwiastków chemicznych (cząsteczki heteroatomowe lub heterojądrowe). Na przykład C 02, CON. Znanych jest ponad 10 milionów substancje złożone.

Najwyższą formą chemicznej organizacji materii są towarzysze i agregaty. Associates to połączenia prostych cząsteczek lub jonów w bardziej złożone substancje, które nie powodują zmian w charakterze chemicznym. Substancje stowarzyszone występują głównie w stanie ciekłym i gazowym, natomiast agregaty występują w stanie stałym.

Mieszaniny to układy składające się z kilku równomiernie rozmieszczonych związków, połączonych ze sobą stałymi proporcjami i nie oddziałujących ze sobą.

1.2. Wartościowość i stopień utlenienia

Kompilacja wzorów empirycznych i tworzenie nazw związków chemicznych opiera się na wiedzy i prawidłowe użycie pojęcia stopnia utlenienia i wartościowości.

Stan utlenienia- jest to ładunek warunkowy pierwiastka w związku, obliczony przy założeniu, że związek składa się z jonów. Wartość ta jest warunkowa, formalna, ponieważ praktycznie nie ma związków czysto jonowych. Stopień utlenienia w wartości bezwzględnej może być liczbą całkowitą lub liczba ułamkowa; a ładunek może być dodatni, ujemny i równy zeru rozmiar.

Wartościowość to wielkość określona przez liczbę niesparowanych elektronów na zewnętrznym poziomie energii lub liczbę wolnych orbitali atomowych zdolnych do udziału w tworzeniu wiązań chemicznych.

Niektóre zasady określania stopni utlenienia pierwiastków chemicznych

1. Stopień utlenienia pierwiastka chemicznego w substancji prostej

równa się 0.

2. Suma stopni utlenienia atomów w cząsteczce (jonie) wynosi 0

(ładunek jonowy).

3. Pierwiastki z grup I-III A posiadają dodatni stopień utlenienia odpowiadający numerowi grupy, w której dany pierwiastek się znajduje.

4. Pierwiastki z grup IV - VI IIA, z wyjątkiem dodatniego stopnia utlenienia odpowiadającego numerowi grupy; I stopień negatywny utlenienie odpowiadające różnicy między numerem grupy a numerem 8, mają pośredni stopień utlenienia równy różnicy między numerem grupy a numerem 2 (tabela 1).

Tabela 1

Stany utlenienia pierwiastków podgrup IV -V IIA

5. Stopień utlenienia wodoru wynosi +1, jeśli związek zawiera co najmniej jeden niemetal; - 1 w związkach z metalami (wodorkami); 0 w H2.

Wodorki niektórych pierwiastków

6. Stopień utlenienia tlenu z reguły wynosi -2, z wyjątkiem nadtlenków (-1), ponadtlenków (-1/2), ozonków (-1/3), ozonu (+4), fluorku tlenu (+ 2).

7. Stopień utlenienia fluoru we wszystkich związkach z wyjątkiem F2> wynosi -1. Realizowane są w związkach z fluorem wyższe formy utlenianie wielu pierwiastków chemicznych (BiF5, SF6, IFβ, OsFg).

8. W okresach promienie orbit atomów zmniejszają się wraz ze wzrostem liczby seryjnej, a energia jonizacji wzrasta. Jednocześnie poprawiają się właściwości kwasowe i utleniające; wyższy ste

Kary za utlenianie pierwiastków stają się mniej stabilne.

9. Elementy grup nieparzystych układu okresowego charakteryzują się stopniami nieparzystymi, a elementy grup parzystych – stopniami parzystymi

utlenianie.

10. W głównych podgrupach ze wzrostem numer seryjny pierwiastka, rozmiary atomów na ogół rosną, a energia jonizacji maleje. Odpowiednio, podstawowe właściwości zostają wzmocnione, a właściwości utleniające osłabione. W podgrupach pierwiastków ^ o rosnącej liczbie atomowej udział ^-elektronów w tworzeniu wiązań

> w o w J 3 w »

Ryc. 2. Schemat najważniejszych klas substancji nieorganicznych

Chemia- nauka o substancjach, prawach ich przemian (właściwości fizyczne i chemiczne) oraz zastosowanie.

Obecnie znanych jest ponad 100 tysięcy związków nieorganicznych i ponad 4 miliony związków organicznych.

Zjawiska chemiczne: niektóre substancje przekształcają się w inne, różniące się od pierwotnych składem i właściwościami, natomiast skład jąder atomowych nie ulega zmianie.

Zjawiska fizyczne: zróżnicowane stan fizyczny substancje (parowanie, topienie, przewodność elektryczna, promieniowanie ciepła i światła, plastyczność itp.) lub nowe substancje powstają w wyniku zmiany składu jąder atomowych.

Nauka atomowo-molekularna.

1. Wszystkie substancje składają się z cząsteczek.

Cząsteczka - najmniejsza cząsteczka substancji, która ma swoje właściwości chemiczne.

2. Cząsteczki składają się z atomów.

Atom - najmniejsza cząsteczka pierwiastka chemicznego, która zatrzymuje go w całości właściwości chemiczne. Różne pierwiastki odpowiadają różnym atomom.

3. Cząsteczki i atomy są w ciągłym ruchu; istnieją między nimi siły przyciągania i odpychania.

Pierwiastek chemiczny to rodzaj atomu charakteryzujący się określonymi ładunkami jądrowymi i budową powłok elektronowych. Obecnie znanych jest 118 pierwiastków: 89 z nich występuje w przyrodzie (na Ziemi), pozostałe są pozyskiwane sztucznie. Atomy występują w stanie wolnym, w związkach z atomami tego samego lub innego pierwiastka, tworząc cząsteczki. Zdolność atomów do interakcji z innymi atomami i tworzenia związków chemicznych zależy od ich struktury. Atomy składają się z dodatnio naładowanego jądra i poruszających się wokół niego ujemnie naładowanych elektronów, tworząc elektrycznie obojętny układ, który podlega prawom charakterystycznym dla mikrosystemów.

Jądro atomowe - środkowa część atomu, składająca się z Zprotony i N neutrony, w których skoncentrowana jest większość atomów.

Opłata za rdzeń - dodatnia, równa liczbie protonów w jądrze lub elektronów w obojętnym atomie i pokrywa się z liczbą atomową pierwiastka w układzie okresowym.

Suma protonów i neutronów jądra atomowego nazywana jest liczbą masową A = Z+ N.

Izotopy - pierwiastki chemiczne o identycznych ładunkach jądrowych, ale różnych liczbach masowych ze względu na różną liczbę neutronów w jądrze.

Wzór chemiczny to konwencjonalny zapis składu substancji za pomocą symboli chemicznych (zaproponowany w 1814 r. przez J. Berzeliusa) i indeksów (indeks to liczba w prawym dolnym rogu symbolu. Wskazuje liczbę atomów w cząsteczce). Wzór chemiczny pokazuje, które atomy jakich pierwiastków i w jakim stosunku są ze sobą połączone w cząsteczce.

Alotropia - fenomen edukacji pierwiastek chemiczny kilka prostych substancji różniących się budową i właściwościami. Substancje proste - cząsteczki, składają się z atomów tego samego pierwiastka.

Cfałszywe substancje - cząsteczki składają się z atomów różnych pierwiastków chemicznych.

Stała masy atomowej równa 1/12 masy izotopu 12 C - główny izotop naturalnego węgla.

m u = 1 / 12 m (12 st ) =1 a.m. = 1,66057 10 -24 g

Względna masa atomowa (A r) - bezwymiarowa wielkość równa stosunkowi średniej masy atomu pierwiastka (z uwzględnieniem procent izotopy w przyrodzie) do 1/12 masy atomu 12 C.

Średnia bezwzględna masa atomowa (M) równa względnej masie atomowej razy amu.

Ar(Mg) = 24,312

m(Mg) = 24,312 1,66057 10 -24 = 4,037 10 -23 g

Względna masa cząsteczkowa (Pan r) - wielkość bezwymiarowa pokazująca, ile razy masa cząsteczki danej substancji jest większa od 1/12 masy atomu węgla 12 C.

M g = m g / (1/12 m a (12 C))

pan r - masa cząsteczki danej substancji;

m a (12 C) - masa atomu węgla 12 C.

M g = S ZA g (e). Względna masa cząsteczkowa substancji jest równa sumie względnej masy atomowe wszystkie elementy z uwzględnieniem indeksów.

Przykłady.

M sol (B 2 O 3) = 2 ZA r (B) + 3 ZA r (O) = 2 11 + 3 16 = 70

M g (KAl(SO 4) 2) = 1 A r (K) + 1 A r (Al) + 1 2 A r (S) + 2 4 A r (O) =
= 1 39 + 1 27 + 1 2 32 + 2 4 16 = 258

Bezwzględna masa cząsteczkowa równa względnej masie cząsteczkowej pomnożonej przez amu. Liczba atomów i cząsteczek w zwykłych próbkach substancji jest bardzo duża, dlatego przy charakteryzowaniu ilości substancji stosuje się specjalną jednostkę miary - mol.

Ilość substancji, mol . Oznacza pewną liczbę elementów strukturalnych (cząsteczek, atomów, jonów). WyznaczonyN , mierzone w molach. Mol to ilość substancji zawierająca tyle cząstek, ile jest atomów w 12 g węgla.

Liczba Avogadro (N.A ). Liczba cząstek w 1 molu dowolnej substancji jest taka sama i wynosi 6,02 10 23. (Stała Avogadra ma wymiar - mol -1).

Przykład.

Ile cząsteczek znajduje się w 6,4 g siarki?

Masa cząsteczkowa siarki wynosi 32 g/mol. Określamy ilość g/mol substancji w 6,4 g siarki:

N (s) = m(s)/M(s ) = 6,4 g / 32 g/mol = 0,2 mol

Określmy liczbę jednostek strukturalnych (cząsteczek) za pomocą stałej Avogadro N A

N(s) = N (S)N A = 0,2 6,02 10 23 = 1,2 10 23

Masa molowa pokazuje masę 1 mola substancji (oznaczoną jakoM).

M = m / N

Masa molowa substancji jest równa stosunkowi masy substancji do odpowiedniej ilości substancji.

Masa molowa substancji jest liczbowo równa jej względnej masie cząsteczkowej, przy czym pierwsza wielkość ma wymiar g/mol, a druga jest bezwymiarowa.

M = N A m (1 cząsteczka) = N A M g 1 a.m.u. = (N A 1 amu) M g = M g

Oznacza to, że jeśli masa określonej cząsteczki wynosi np. 80 amu. ( TAK 3 ), wówczas masa jednego mola cząsteczek wynosi 80 g. Stała Avogadra jest współczynnikiem proporcjonalności zapewniającym przejście od zależności molekularnych do molowych. Wszystkie stwierdzenia dotyczące cząsteczek zachowują ważność dla moli (z zastąpieniem, jeśli to konieczne, amu przez g). Na przykład równanie reakcji: 2 Na + Cl 2 2 NaCl , oznacza, że ​​dwa atomy sodu reagują z jedną cząsteczką chloru lub, co jest tym samym, dwa mole sodu reagują z jednym molem chloru.

Tematyka kodyfikatora Unified State Examination: Klasyfikacja reakcji chemicznych w chemii organicznej i nieorganicznej.

Reakcje chemiczne - jest to rodzaj interakcji cząstek, gdy jedna z nich chemikalia uzyskuje się inne, które różnią się od nich właściwościami i strukturą. Substancje, które Wchodzić w reakcji - odczynniki. Substancje, które powstają podczas reakcji chemicznej - produkty.

Podczas reakcji chemicznej wiązania chemiczne zostają zerwane i powstają nowe.

Podczas reakcji chemicznych atomy biorące udział w reakcji nie ulegają zmianie. Zmienia się jedynie kolejność łączenia atomów w cząsteczkach. Zatem, liczba atomów tej samej substancji nie zmienia się podczas reakcji chemicznej.

Reakcje chemiczne klasyfikuje się według różne znaki. Rozważmy główne rodzaje klasyfikacji reakcji chemicznych.

Klasyfikacja ze względu na liczbę i skład substancji reagujących

Ze względu na skład i liczbę reagujących substancji reakcje zachodzące bez zmiany składu substancji dzielą się na reakcje zachodzące ze zmianą składu substancji:

1. Reakcje zachodzące bez zmiany składu substancji (A → B)

Do takich reakcji w chemii nieorganicznej Alotropowe przejścia prostych substancji z jednej modyfikacji do drugiej można przypisać:

S ortormbowy → S jednoskośny.

W chemia organiczna takie reakcje obejmują reakcje izomeryzacji , gdy z jednego izomeru pod wpływem katalizatora i czynniki zewnętrzne otrzymuje się inny (zwykle izomer strukturalny).

Na przykład, izomeryzacja butanu do 2-metylopropanu (izobutanu):

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH(CH 3) -CH 3.

2. Reakcje zachodzące wraz ze zmianą składu

• Reakcje złożone (A + B + ... → D)- są to reakcje, w których z dwóch lub więcej substancji powstaje jedna nowa substancja złożona. W chemia nieorganiczna Reakcje złożone obejmują reakcje spalania prostych substancji, oddziaływanie tlenków zasadowych z tlenkami kwasowymi itp. W chemii organicznej takie reakcje nazywane są reakcjami przystąpienia Reakcje addycji — Są to reakcje, w których do danej cząsteczki organicznej dodaje się inną cząsteczkę. Reakcje addycji obejmują reakcje uwodornienie(oddziaływanie z wodorem), uwodnienie(podłączenie wody), hydrohalogenacja(dodatek halogenowodoru), polimeryzacja(łączenie cząsteczek ze sobą w celu utworzenia długiego łańcucha) itp.

Na przykład, nawilżenie:

CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH

• Reakcje rozkładu (A → B+C+…)- są to reakcje, podczas których z jednej złożonej cząsteczki powstaje kilka mniej złożonych lub prostych substancji. W tym przypadku mogą powstawać zarówno substancje proste, jak i złożone.

Na przykład, podczas rozkładu nadtlenek wodoru:

2H2O2→ 2H 2O + O 2 .

W chemii organicznej oddzielne reakcje rozkładu i reakcje eliminacji . Reakcje eliminacji — Są to reakcje, podczas których atomy lub grupy atomowe oddzielają się od pierwotnej cząsteczki, zachowując jej szkielet węglowy.

Na przykład, reakcja odwodornienia (odwodornienia) z propan:

C 3 H 8 → C 3 H 6 + H 2

Z reguły nazwa takich reakcji zawiera przedrostek „de”. Reakcje rozkładu w chemii organicznej zwykle obejmują przerwanie łańcucha węglowego.

Na przykład, reakcja pękanie butanu(rozszczepianie na prostsze cząsteczki przez ogrzewanie lub pod wpływem katalizatora):

C 4 H 10 → C 2 H 4 + C 2 H 6

• Reakcje podstawienia - są to reakcje, podczas których atomy lub grupy atomów jednej substancji zostają zastąpione atomami lub grupami atomów innej substancji. W chemii nieorganicznej Reakcje te zachodzą według następującego schematu:

AB + C = AC + B.

Na przykład, bardziej aktywny halogeny wypierać mniej aktywne ze związków. Wzajemne oddziaływanie jodek potasu Z chlor:

2KI + Cl 2 → 2KCl + I 2.

Można zastąpić zarówno pojedyncze atomy, jak i cząsteczki.

Na przykład, po fuzji mniej lotnych tlenków wypierają się bardziej zmienny z soli. Tak, nielotny tlenek krzemu wypiera tlenek węgla z węglan sodu po stopieniu:

Na 2 CO 3 + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + CO 2

W chemia organiczna Reakcje podstawienia to reakcje, w których część cząsteczki organicznej zastąpiony do innych cząstek. W tym przypadku podstawiona cząstka z reguły łączy się z częścią cząsteczki podstawnika.

Na przykład, reakcja chlorowanie metanu:

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

Pod względem liczby cząstek i składu produktów interakcji reakcja ta jest bardziej podobna do reakcji wymiany. Niemniej jednak, przez mechanizm taka reakcja jest reakcją zastępczą.

• Reakcje wymiany - są to reakcje, podczas których dwie substancje złożone wymieniają swoje części składowe:

AB + CD = AC + BD

Reakcje wymiany obejmują reakcje wymiany jonowej, płynący w rozwiązaniach; reakcje ilustrujące właściwości kwasowo-zasadowe substancji i inne.

Przykład reakcje wymiany w chemii nieorganicznej - neutralizacja kwas chlorowodorowy alkalia:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

Przykład reakcje wymiany w chemii organicznej - alkaliczna hydroliza chloroetanu:

CH3-CH2-Cl + KOH = CH3-CH2-OH + KCl

Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na zmiany stopnia utlenienia pierwiastków tworzących substancje

Poprzez zmianę stopnia utlenienia pierwiastków Reakcje chemiczne dzielą się na reakcje redoks i zachodzące reakcje bez zmiany stopnia utlenienia pierwiastki chemiczne.

• Reakcje redoks (ORR) to reakcje, podczas których stany utlenienia substancje zmiana. W tym przypadku następuje wymiana elektrony.

W chemia nieorganiczna Takie reakcje zwykle obejmują reakcje rozkładu, podstawienia, łączenia i wszystkie reakcje z udziałem prostych substancji. Aby wyrównać ORR, stosuje się metodę waga elektroniczna (liczba podanych elektronów musi być równa liczbie otrzymanych) lub metoda równowagi elektronowo-jonowej.

W chemia organiczna oddzielne reakcje utleniania i redukcji, w zależności od tego, co dzieje się z cząsteczką organiczną.

Reakcje utleniania w chemii organicznej są reakcjami, podczas których liczba atomów wodoru maleje lub liczba atomów tlenu w pierwotnej cząsteczce organicznej wzrasta.

Na przykład, utlenianie etanolu pod działaniem tlenku miedzi:

CH 3 -CH 2 -OH + CuO → CH 3 -CH=O + H 2 O + Cu

Reakcje odzyskiwania w chemii organicznej są to reakcje, podczas których wzrasta liczba atomów wodoru Lub liczba atomów tlenu maleje w cząsteczce organicznej.

Na przykład, powrót do zdrowia aldehyd octowy wodór:

CH3-CH=O + H2 → CH3-CH2-OH

• Reakcje protolityczne i metaboliczne - są to reakcje, podczas których nie zmieniają się stopnie utlenienia atomów.

Na przykład, neutralizacja soda kaustyczna kwas azotowy:

NaOH + HNO 3 = H 2 O + NaNO 3

Klasyfikacja reakcji ze względu na efekt termiczny

W zależności od efektu termicznego reakcje dzielimy na egzotermiczny I endotermiczny.

Reakcje egzotermiczne - są to reakcje, którym towarzyszy wydzielenie energii w postaci ciepła (+ Q). Takie reakcje obejmują prawie wszystkie reakcje złożone.

Wyjątki- reakcja azot Z tlen z edukacją tlenek azotu (II) - endotermiczne:

N 2 + O 2 = 2NO – Q

Reakcja gazowa wodór z twardym jod Również endotermiczny:

H 2 + I 2 = 2HI – Q

Reakcje egzotermiczne, w których powstaje światło, nazywane są reakcjami palenie.

Na przykład, spalanie metanu:

CH 4 + O 2 = CO 2 + H 2 O

Również egzotermiczny Czy:

Reakcje endotermiczne są reakcjami, którym towarzyszą absorpcja energii w postaci ciepła ( -Q ). Z reguły większość reakcji zachodzi przy absorpcji ciepła rozkład(reakcje wymagające długotrwałego ogrzewania).

Na przykład, rozkład wapień:

CaCO 3 → CaO + CO 2 – Q

Również endotermiczny Czy:

• reakcje hydrolizy;
• reakcje zachodzące dopiero po podgrzaniu;
• reakcje, które tylko występująw bardzo wysokich temperaturach lub pod wpływem wyładowań elektrycznych.

Na przykład, przemiana tlenu w ozon:

3O 2 = 2O 3 - Q

W chemia organiczna Wraz z absorpcją ciepła zachodzą reakcje rozkładu. Na przykład, pękanie pentan:

C 5 H 12 → C 3 H 6 + C 2 H 6 – Q.

Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na stan skupienia reagujących substancji (ze względu na skład fazowy)

Substancje mogą występować w trzech głównych postaciach stany skupienia — twardy, płyn I gazowy. Według stanu fazowego podziel się reakcjami jednorodny I heterogeniczny.

• Reakcje jednorodne - są to reakcje, w których biorą udział reagenty i produkty w jednej fazie, a zderzenie reagujących cząstek następuje w całej objętości mieszaniny reakcyjnej. Reakcje jednorodne obejmują interakcje ciecz-ciecz I gaz-gaz.

Na przykład, utlenianie dwutlenek siarki:

2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g)

• Reakcje heterogeniczne - są to reakcje, w których biorą udział reagenty i produkty V różne fazy . W tym przypadku następuje tylko zderzenie reagujących cząstek na granicy kontaktu fazowego. Do takich reakcji zaliczają się interakcje gaz-ciecz, gaz-ciało stałe, ciało stałe-ciało stałe i ciało stałe-ciecz.

Na przykład, interakcja dwutlenek węgla I wodorotlenek wapnia:

CO 2 (g) + Ca (OH) 2 (roztwór) = CaCO 3 (tv) + H 2 O

Aby sklasyfikować reakcje według stanu fazowego, przydatna jest umiejętność określenia stany fazowe substancji. Jest to dość łatwe do zrobienia, korzystając z wiedzy o budowie materii, w szczególności o.

Substancje z joński, atomowy Lub metalowa sieć krystaliczna zwykle twardy Na normalne warunki; substancje z sieć molekularna z reguły płyny Lub gazy w normalnych warunkach.

Należy pamiętać, że po podgrzaniu lub ochłodzeniu substancje mogą przejść z jednego stanu fazowego do drugiego. W takim przypadku należy skupić się na warunkach konkretnej reakcji i właściwości fizyczne substancje.

Na przykład, otrzymujący gaz syntezowy zachodzi w bardzo wysokich temperaturach, w których woda - para:

CH 4 (g) + H2O (g) = CO (g) + 3H 2 (g)

Zatem reforma parowa metan — jednorodna reakcja.

Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na udział katalizatora

Katalizator to substancja, która przyspiesza reakcję, ale nie wchodzi w skład produktów reakcji. Katalizator bierze udział w reakcji, ale praktycznie nie jest zużywany podczas reakcji. Konwencjonalnie schemat działania katalizatora DO gdy substancje wchodzą w interakcję A+B można przedstawić następująco: A + K = AK; AK + B = AB + K.

W zależności od obecności katalizatora rozróżnia się reakcje katalityczne i niekatalityczne.

• Reakcje katalityczne - są to reakcje zachodzące przy udziale katalizatorów. Na przykład rozkład soli Bertholleta: 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2.
• Reakcje niekatalityczne - Są to reakcje zachodzące bez udziału katalizatora. Na przykład spalanie etanu: 2C 2 H 6 + 5O 2 = 2CO 2 + 6H 2 O.

Wszystkie reakcje zachodzące w komórkach organizmów żywych zachodzą przy udziale specjalnych katalizatorów białkowych – enzymów. Takie reakcje nazywane są enzymatycznymi.

Mechanizm działania i funkcje katalizatorów omówiono szerzej w osobnym artykule.

Klasyfikacja reakcji ze względu na kierunek

Reakcje odwracalne - są to reakcje, które mogą zachodzić zarówno w kierunku do przodu, jak i do tyłu, tj. gdy w danych warunkach produkty reakcji mogą ze sobą oddziaływać. Reakcje odwracalne obejmują większość reakcji jednorodnych, estryfikację; reakcje hydrolizy; uwodornienie-odwodornienie, hydratacja-odwodnienie; produkcja amoniaku z substancji prostych, utlenianie dwutlenku siarki, produkcja halogenowodorów (z wyjątkiem fluorowodoru) i siarkowodoru; synteza metanolu; produkcja i rozkład węglanów i wodorowęglanów itp.

Nieodwracalne reakcje - są to reakcje przebiegające przeważnie w jednym kierunku, tj. W tych warunkach produkty reakcji nie mogą ze sobą reagować. Przykłady reakcji nieodwracalnych: spalanie; reakcje wybuchowe; reakcje zachodzące wraz z tworzeniem się gazu, osadu lub wody w roztworach; rozpuszczanie metali alkalicznych w wodzie; itp.

Wykład: Klasyfikacja reakcji chemicznych w chemii nieorganicznej i organicznej

Rodzaje reakcji chemicznych w chemii nieorganicznej

A) Klasyfikacja według ilości substancji wyjściowych:

Rozkład – w wyniku tej reakcji z jednej istniejącej substancji złożonej powstają dwie lub więcej substancji prostych i jednocześnie złożonych.

Mieszanina - jest to reakcja, w której dwie lub więcej substancji prostych i złożonych tworzą jedną, ale bardziej złożoną.

Przykład: 4Al+3O 2 → 2Al 2 O 3

Przykład: 2КI + Cl2 → 2КCl + I 2

Przykład: HCl + KNO 2 → KCl + HNO 2

B) Klasyfikacja według efektu termicznego:

S + O 2 → SO 2 + Q

2C 2 H 6 + 7O 2 → 4CO 2 +6H 2 O + Q

Reakcje endotermiczne - Są to pewne reakcje chemiczne, podczas których pochłaniane jest ciepło. Z reguły są to reakcje rozkładu.

Przykłady:

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

Ciepło wydzielane lub pochłaniane w wyniku reakcji chemicznej nazywa się ciepłem efekt termiczny.

Nazywa się równania chemiczne wskazujące efekt termiczny reakcji termochemiczny.

B) Klasyfikacja według odwracalności:

Przykład: 3H 2 + N 2 ⇌ 2NH 3

D) Klasyfikacja według zmiany stopnia utlenienia:

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

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

D) Klasyfikacja według fazy:

Przykład: H 2 (gaz) + Cl 2 (gaz) → 2HCL

Klasyfikacja według zastosowania katalizatora:

Katalizator to substancja przyspieszająca reakcję. Reakcja katalityczna zachodzi w obecności katalizatora, reakcja niekatalityczna zachodzi bez katalizatora.
Przykład: 2H 2 0 2 MnO2 → Katalizator 2H 2 O + O 2 MnO 2

Oddziaływanie zasady z kwasem zachodzi bez katalizatora.
Przykład: KOH + HCl → KCl + H2O

Inhibitory to substancje spowalniające reakcję.
Same katalizatory i inhibitory nie są zużywane podczas reakcji.

Rodzaje reakcji chemicznych w chemii organicznej

Przystąpienie - Są to reakcje, w których kilka cząsteczek substancji łączy się w jedną. Reakcje addycji obejmują:

• Uwodornienie to reakcja, podczas której do wiązania wielokrotnego dodaje się wodór.

Przykład: CH 3 -CH = CH 2 (propen) + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3 (propan)

Hydrohalogenacja– reakcja polegająca na dodaniu halogenowodoru.

Przykład: CH 2 = CH 2 (eten) + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl (chloroetan)

Alkiny reagują z halogenowodorami (chlorowodorem, bromowodorem) w taki sam sposób jak alkeny. Dodawanie w reakcji chemicznej odbywa się w 2 etapach i jest określone przez regułę Markownikowa:

Kiedy kwasy protonowe i woda dodają się do niesymetrycznych alkenów i alkinów, atom wodoru dodaje się do najbardziej uwodornionego atomu węgla.

Mechanizm tej reakcji chemicznej. Utworzony w pierwszym, szybkim etapie, kompleks p w drugim wolnym etapie stopniowo przekształca się w kompleks s – karbokation. W III etapie następuje stabilizacja karbokationu – czyli oddziaływanie z anionem bromowym:

I1, I2 to karbokationy. P1, P2 - bromki.

Pochodne organiczne zawierające halogeny uważane są za najważniejsze związki stosowane zarówno w syntezie organicznej, jak i jako produkty docelowe. Za produkty wyjściowe uważa się halogenowe pochodne węglowodorów duże ilości reakcje podstawienia nukleofilowego. W sprawie praktyczne zastosowanie związki zawierające halogen, stosuje się je w postaci rozpuszczalników, np. związki zawierające chlor, czynniki chłodnicze – pochodne chlorofluorowe, freony, pestycydy, farmaceutyki, plastyfikatory, monomery do produkcji tworzyw sztucznych.

Polimeryzacja to szczególny rodzaj reakcji, w której cząsteczki substancji mają stosunkowo małą masę masa cząsteczkowa, łączą się ze sobą, tworząc następnie cząsteczki substancji o dużej masie cząsteczkowej.