Классификация химических реакций

Вследствие огромного разнообразия химических реакций их деление на отдельные группы возможно по различным признакам. В частности, классификация реакций ведется по признакам, которые влияют на механизм их протекания, что сказывается на особенностях их кинетического описания.

1. В зависимости от числа стадий реакции делятся на простые и сложные. В ходе простой (элементарной) реакции исходные вещества непосредственно, без образования промежуточных веществ, превращаются в продукты. Сложная (многостадийная) реакция состоит из нескольких простых реакций – элементарных стадий. Продукты одной стадии служат исходными веществами для других стадий.

2. В зависимости от фазового состава исходных веществ и продуктов химические реакции делятся на:

гомогенные – реагирующие вещества образуют одну фазу, например реакции между газами или смешивающимися жидкостями. Непосредственное взаимодействие реагирующих частиц может происходить в любой точке объема занимаемого реагентами;

гетерогенные – реагирующие вещества находятся в разных фазах, например реакции между твердыми и жидкими, твердыми и газообразными веществами. Непосредственное взаимодействие реагирующих частиц происходит на границе раздела фаз.

Если продукты реакции не образуют новую фазу, реакции называются гомофазными, а если образуют – гетерофазными.

Пример.

гомогенная, гомофазная реакция: H_2(газ)+Br_2(газ) ↔ 2 HBr_(газ),

гомогенная, гетерофазная реакция: NH_3(газ) + HCl_(газ) ® NH₄Cl_(тв),

гетерогенная, гомофазная реакция: C_(тв) + O_2(газ) ® CO_2(газ),

гетерогенная, гетерофазная реакция: Cu_(тв) + O_2(газ) ® 2CuO_(тв).

3. Если в системе происходят химические реакции, приводящие к образованию только продуктов реакции, то такие реакции называются необратимыми (односторонние). Стрелка, направленная только вправо в уравнении реакции, говорит о том, что эта реакция необратима. Если в системе происходят химические реакции, приводящие к образованию как продуктов из исходных веществ (прямая реакция), так и исходных веществ из продуктов (обратная реакция), то такие реакции называются обратимыми (двухсторонними). В ходе обратимых реакций исходные вещества полностью не расходуются. Система приходит в состояние равновесия. В состоянии равновесия обязательно будут как продукты реакции, так и исходные вещества, концентрация которых будет зависеть от внешних условий. Две стрелки, направленные вправо и влево в уравнении реакции, говорят о том, что она обратима.

4. Химические реакции могут быть разделены по числу исходных веществ и продуктов. Деление на группы по этому признаку может относиться как к простым, так и к сложным реакциям.

а) Исходным является одно вещество. Как правило, в этом случае реакции простые и в элементарном акте превращение претерпевает одна частица с образованием одной, двух и более частиц (мономолекулярная реакция): A ® A₁ + A₂ + …+A_n.

К реакциям этого типа относятся:

реакции распада, в которых из одного исходного вещества получаются два и более продуктов реакции. Распад с разрывом только одной химической связи называется диссоциацией, например H₂O₂ ® 2 OH^•. Распад на три и более веществ называется фрагментацией;

реакции изомеризации, в ходе которых меняется только строение молекулы исходного вещества, например (CH₃)₂CHCH₂⁺ ® (CH₃)₃C⁺.

б) Исходными являются два вещества. В случае простой реакции в элементарном акте принимают участие две частицы (бимолекулярные реакции).

К реакциям этого типа относятся:

реакции присоединения (ассоциации): A + B ® AB. Соединение двух одинаковых молекул называется димеризацией, например 2NO₂® N₂O₄. Последовательное соединение одинаковых молекул в одну макромолекулу называется полимеризацией, например nCH₂=CH₂®(-CH₂-CH₂-)_n. Если в элементарной реакции участвуют два свободных атома, радикала или иона с образованием молекулы, то реакция называется рекомбинацией, например: H^• + H^• ® H₂, H^• + Cl^• ® HCl, H⁺ + OH^- ® H₂O;

реакции типа A + BC ® AB + Cназываются реакциями отрыва, если В – атом или одноатомный ион, например, CH₄ + Cl^• ® CH₃^• + HCl, и реакциями замещения, если А – молекула, радикал, ион, а В – многоатомный радикал или ион, например CH₃Cl + I^- ® CH₃I + Cl^-.

5. В зависимости от того, как происходит перераспределение электронов в химических реакциях, их можно разделить на:

окислительно-восстановительные, в ходе которых одно вещество (восстановитель) отдает, а другое (окислитель) принимает электроны, например Fe⁺² + OH^• ® Fe⁺³ + OH^-;

гомолитические, в ходе которых происходит или разрыв общей электронной пары с образованием частиц, содержащих неспаренные электроны (свободные радикалы), или образование связи (пары электронов) в результате соединения двух частиц с неспаренными электронами, например гомолитический распад: Cl₂ ®2Cl^• и рекомбинация H^• + Cl^•® HCl;

гетеролитические, в ходе которых происходит как разрыв связи, так и ее образование без разрыва общей электронной пары. При разрыве связи общая пара переходит к одному из фрагментов. При этом образуются положительный и отрицательный ионы. Образование связи происходит при их рекомбинации. Например:

HCl ® H⁺ + Cl^-; NaOH ® Na⁺ + OH^-; H⁺ + OH^- ® H₂O.

6. В зависимости от способов подвода энергии, вызывающей в системе протекание химических реакций, они делятся на:

термические, в которых реагенты активируются только за счет теплового движения молекул;

фото- и радиационно-химические, в которых реагенты активируются при воздействии света или ионизирующего излучения;

электрохимические, обусловленные наличием разности электрических потенциалов;

механохимические, протекающие в твердом теле при механическом воздействии на него.