Ո՞ր ռեակցիաներն են կոչվում փոխանակման ռեակցիաներ: Քիմիական ռեակցիաների դասակարգում

Եկեք ծանոթանանք ռեակցիաների վերջին տեսակին՝ հիմնված «ելակետային նյութերի և ռեակցիայի արտադրանքների քանակի և կազմի վրա»։

Ցուցադրական խողովակի մեջ լցնել ալկալիի լուծույթ՝ նատրիումի հիդրօքսիդ, այնուհետև դրան ավելացնել աղի լուծույթ՝ պղնձի (II) սուլֆատ: Ջրի մեջ չլուծվող պղնձի (II) հիդրօքսիդի հաստ կապույտ նստվածք կառաջանա (նկ. 108): Եթե ​​փորձանոթի պարունակության մի փոքր մասը, որում առաջացել է նստվածք, զտվում է, և ստացված լուծույթից մի քանի կաթիլ գոլորշիացվում է ժամացույցի ապակու վրա, ապա դժվար չի լինի նկատել ընթացքում առաջացած սպիտակ աղի բյուրեղների տեսքը։ արձագանքը:

Բրինձ. 108. Նատրիումի հիդրօքսիդի արձագանքը պղնձի (II) սուլֆատի հետ

Ընդգծելու համար, որ ռեակցիան հանգեցնում է ջրում չլուծվող պղնձի (II) հիդրօքսիդի նստվածքի ձևավորմանը, ռեակցիայի հավասարման մեջ դրա բանաձևի կողքին գրված է դեպի ներքև ուղղված սլաք։

Անկասկած, ստացված աղը կարող է լինել միայն նատրիումի սուլֆատ Na 2 SO 4:

Ռեակցիայի արդյունքում իոնային կառուցվածքի երկու բարդ նյութեր՝ նատրիումի հիդրօքսիդ և պղնձի (II) սուլֆատ, փոխանակեցին իրենց իոնները, այսինքն՝ տեղի ունեցավ փոխանակման ռեակցիա, որի հավասարումը հետևյալն է.

Նմանապես, նատրիումի յոդիդը և կապարի (II) նիտրատը լուծույթում փոխանակում են իոնները փոխանակման ռեակցիայի արդյունքում: Արդյունքում, կապարի (II) յոդիդի դեղին նստվածք է ընկնում (նկ. 109):

Բրինձ. 109. Նատրիումի յոդիդի ռեակցիան կապարի (II) նիտրատի հետ

Ցուցադրական փորձանոթի մեջ լցրեք ալկալային լուծույթը և դրան ավելացրեք մի քանի կաթիլ ֆենոլֆթալեին: Փորձանոթի պարունակությունը կդառնա բոսորագույն՝ ցույց տալով ալկալային լուծույթ: Եթե ​​հիմա փորձանոթի պարունակությանը մի քիչ թթվային լուծույթ ավելացնեք, գույնը կվերանա, և լուծույթը կգունաթափվի, ինչը քիմիական ռեակցիայի նշան է (նկ. 110):

Բրինձ. 110։
Ալկալիների և թթվային լուծույթների փոխազդեցությունը

Եթե ​​ռեակցիայի արդյունքում ստացված հեղուկից մի քանի կաթիլ գոլորշիացվի ժամացույցի ապակու վրա, ապա դրա վրա կառաջանան աղի բյուրեղներ։ Ռեակցիայի մեկ այլ արդյունք ջուրն է.

ալկալի + թթու → աղ + ջուր:

Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ երկու բարդ նյութեր փոխազդում են՝ ալկալին, որը բաղկացած է մետաղի իոններից և հիդրօքսիդի իոններից, և թթուն՝ մոլեկուլային միացություն, որը լուծույթում առաջացնում է ջրածնի իոններ և թթվային մնացորդ: Արդյունքում առաջանում են երկու նոր բարդ նյութեր՝ իոնային միացություն՝ աղ և մոլեկուլային միացություն՝ ջուր։

Երկու փոխազդող լուծույթներից յուրաքանչյուրն ուներ իր միջավայրը՝ համապատասխանաբար ալկալային և թթվային: Արձագանքի արդյունքում միջավայրը չեզոք է դարձել։ Ուստի թթուների և ալկալիների փոխանակման ռեակցիան կոչվում է չեզոքացման ռեակցիա։

Ցուցադրական խողովակի մեջ լցրեք նատրիումի կարբոնատի թափանցիկ, անգույն լուծույթը և ավելացրեք մի փոքր ազոտաթթվի լուծույթ։ Քիմիական ռեակցիայի նշան կլինի լուծույթի «եռացումը»՝ արդյունքում արձակված ածխաթթու գազի պատճառով (նկ. 111).

Բրինձ. 111.
Նատրիումի կարբոնատի ռեակցիան ազոտաթթվի հետ

Որտեղի՞ց է առաջացել ածխաթթու գազը: Հավանաբար կհիշեք, որ ածխաթթուն թույլ միացություն է, որը տրոհվում է ածխաթթու գազի և ջրի.

հետևաբար ռեակցիայի հավասարումը պետք է գրվի հետևյալ կերպ.

Ձևակերպենք մի կանոն, ըստ որի նյութերի լուծույթների միջև տեղի են ունենում փոխանակման ռեակցիաներ։

Եթե ​​նատրիումի քլորիդի լուծույթին ավելացնեն կալիումի հիդրօքսիդի լուծույթ, ապա ռեակցիայի նշաններ չեն նկատվի. ռեակցիան տեղի չի ունենում, քանի որ դրա արդյունքում նստվածք, գազ կամ ջուր չի առաջանում.

Հիմնական բառեր և արտահայտություններ

1. Փոխանակման ռեակցիաներ.
2. Չեզոքացման ռեակցիաներ.
3. Լուծումներում փոխանակման ռեակցիաների ավարտի պայմանները.

Աշխատեք համակարգչի հետ

1. Տե՛ս էլեկտրոնային հայտը։ Ուսումնասիրեք դասի նյութը և կատարեք հանձնարարված առաջադրանքները:
2. Ինտերնետում գտեք էլփոստի հասցեներ, որոնք կարող են ծառայել որպես լրացուցիչ աղբյուրներ, որոնք բացահայտում են պարբերության հիմնաբառերի և արտահայտությունների բովանդակությունը: Առաջարկեք ձեր օգնությունը ուսուցչին նոր դաս պատրաստելու հարցում. զեկույց կազմեք հաջորդ պարբերության հիմնական բառերի և արտահայտությունների վերաբերյալ:

Հարցեր և առաջադրանքներ

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Քիմիական ռեակցիակոչվում են նյութերի փոխակերպումներ, որոնցում տեղի է ունենում դրանց բաղադրության և (կամ) կառուցվածքի փոփոխություն։

Ամենից հաճախ քիմիական ռեակցիաները հասկացվում են որպես սկզբնական նյութերի (ռեակտիվների) վերջնական նյութերի (արտադրանքի) փոխակերպման գործընթաց:

Քիմիական ռեակցիաները գրվում են քիմիական հավասարումների միջոցով, որոնք պարունակում են սկզբնական նյութերի և ռեակցիայի արտադրանքների բանաձևերը: Ըստ զանգվածի պահպանման օրենքի՝ քիմիական հավասարման ձախ և աջ կողմերում յուրաքանչյուր տարրի ատոմների թիվը նույնն է։ Սովորաբար, սկզբնական նյութերի բանաձևերը գրվում են հավասարման ձախ կողմում, իսկ արտադրանքի բանաձևերը՝ աջ կողմում։ Յուրաքանչյուր տարրի ատոմների թվի հավասարությունը հավասարման ձախ և աջ կողմերում ձեռք է բերվում նյութերի բանաձևերի առջև տեղադրելով ամբողջ թվային ստոյխիոմետրիկ գործակիցներ։

Քիմիական հավասարումները կարող են պարունակել հավելյալ տեղեկատվություն ռեակցիայի բնութագրերի մասին՝ ջերմաստիճան, ճնշում, ճառագայթում և այլն, որը նշված է հավասար նշանի վերևում (կամ «ներքևում») համապատասխան նշանով:

Բոլոր քիմիական ռեակցիաները կարելի է խմբավորել մի քանի դասերի, որոնք ունեն որոշակի բնութագրեր։

Քիմիական ռեակցիաների դասակարգումն ըստ սկզբնական և առաջացող նյութերի քանակի և բաղադրության

Ըստ այս դասակարգման՝ քիմիական ռեակցիաները բաժանվում են միացման, տարրալուծման, փոխարինման և փոխանակման ռեակցիաների։

Որպես արդյունք բարդ ռեակցիաներերկու կամ ավելի (բարդ կամ պարզ) նյութերից առաջանում է մեկ նոր նյութ։ Ընդհանուր առմամբ, նման քիմիական ռեակցիայի հավասարումը կունենա հետևյալ տեսքը.

Օրինակ:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca (HCO 3) 2

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

2Mg + O 2 = 2MgO:

2FeCl 2 + Cl 2 = 2 FeCl 3

Միացության ռեակցիաները շատ դեպքերում էկզոթերմիկ են, այսինքն. շարունակել ջերմության ազատումը. Եթե ​​ռեակցիայի մեջ ներգրավված են պարզ նյութեր, ապա այդպիսի ռեակցիաներն ամենից հաճախ ռեդոքսային ռեակցիաներն են (ORR), այսինքն. տեղի են ունենում տարրերի օքսիդացման վիճակների փոփոխությամբ: Անհնար է միանշանակ ասել, թե բարդ նյութերի միջև միացության ռեակցիան դասակարգվելու է որպես ORR:

Ռեակցիաները, որոնք հանգեցնում են մեկ բարդ նյութից մի քանի այլ նոր նյութերի (բարդ կամ պարզ) ձևավորմանը դասակարգվում են որպես. տարրալուծման ռեակցիաներ. Ընդհանուր առմամբ, տարրալուծման քիմիական ռեակցիայի հավասարումը կունենա հետևյալ տեսքը.

Օրինակ:

CaCO 3 CaO + CO 2 (1)

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (2)

CuSO 4 × 5H 2 O = CuSO 4 + 5H 2 O (3)

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O (4)

H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O (5)

2SO 3 =2SO 2 + O 2 (6)

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (7)

Քայքայման ռեակցիաների մեծ մասը տեղի է ունենում տաքացման ժամանակ (1,4,5): Հնարավոր տարրալուծում էլեկտրական հոսանքի ազդեցության տակ (2): Թթվածին պարունակող թթուների (1, 3, 4, 5, 7) բյուրեղային հիդրատների, թթուների, հիմքերի և աղերի տարրալուծումը տեղի է ունենում առանց տարրերի օքսիդացման վիճակները փոխելու, այսինքն. այս ռեակցիաները կապված չեն ODD-ի հետ: ORR տարրալուծման ռեակցիաները ներառում են օքսիդների, թթուների և աղերի տարրալուծումը, որոնք ձևավորվում են ավելի բարձր օքսիդացման վիճակներում գտնվող տարրերի կողմից (6):

Քայքայման ռեակցիաները հայտնաբերվում են նաև օրգանական քիմիայում, բայց այլ անվանումներով՝ ճեղքում (8), ջրազրկում (9):

C 18 H 38 = C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)

C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2H 2 (9)

ժամը փոխարինման ռեակցիաներպարզ նյութը փոխազդում է բարդ նյութի հետ՝ ձևավորելով նոր պարզ և նոր բարդ նյութ։ Ընդհանուր առմամբ, քիմիական փոխարինման ռեակցիայի հավասարումը կունենա հետևյալ տեսքը.

Օրինակ:

2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3 (1)

Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2 (2)

2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2 (3)

2КlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 (4)

CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 (5)

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3СаSiO 3 + P 2 O 5 (6)

CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl (7)

Փոխարինման ռեակցիաների մեծ մասը ռեդոքս են (1 – 4, 7): Քայքայման ռեակցիաների օրինակները, որոնցում օքսիդացման վիճակների փոփոխություն տեղի չի ունենում, քիչ են (5, 6):

Փոխանակման ռեակցիաներռեակցիաներ են, որոնք տեղի են ունենում բարդ նյութերի միջև, որոնցում նրանք փոխանակում են իրենց բաղկացուցիչ մասերը։ Սովորաբար այս տերմինն օգտագործվում է ջրային լուծույթում իոնների ներգրավման ռեակցիաների համար: Ընդհանուր առմամբ, քիմիական փոխանակման ռեակցիայի հավասարումը կունենա հետևյալ տեսքը.

AB + CD = AD + CB

Օրինակ:

CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O (1)

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (2)

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2 (3)

AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)

CrCl 3 + ZNaON = Cr(OH) 3 ↓+ ZNaCl (5)

Փոխանակման ռեակցիաները ռեդոքս չեն: Այս փոխանակման ռեակցիաների հատուկ դեպք է չեզոքացման ռեակցիան (թթուների ռեակցիան ալկալիների հետ) (2)։ Փոխանակման ռեակցիաները ընթանում են այն ուղղությամբ, երբ նյութերից առնվազն մեկը հեռացվում է ռեակցիայի ոլորտից՝ գազային նյութի (3), նստվածքի (4, 5) կամ վատ տարանջատվող միացության, առավել հաճախ՝ ջրի (1, 2) տեսքով։ )

Քիմիական ռեակցիաների դասակարգումն ըստ օքսիդացման վիճակների փոփոխության

Կախված ռեակտիվները և ռեակցիայի արտադրանքները կազմող տարրերի օքսիդացման վիճակների փոփոխությունից, բոլոր քիմիական ռեակցիաները բաժանվում են ռեդոքս ռեակցիաների (1, 2) և առանց օքսիդացման վիճակը փոխելու (3, 4):

2Mg + CO 2 = 2MgO + C (1)

Mg 0 – 2e = Mg 2+ (վերականգնող նյութ)

C 4+ + 4e = C 0 (օքսիդացնող նյութ)

FeS 2 + 8HNO 3 (conc) = Fe (NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)

Fe 2+ -e = Fe 3+ (նվազեցնող նյութ)

N 5+ +3e = N 2+ (օքսիդացնող նյութ)

AgNO 3 + HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)

Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)

Քիմիական ռեակցիաների դասակարգում ըստ ջերմային ազդեցության

Կախված նրանից, թե արդյոք ջերմություն (էներգիա) ազատվում կամ կլանվում է ռեակցիայի ընթացքում, բոլոր քիմիական ռեակցիաները պայմանականորեն բաժանվում են համապատասխանաբար էկզոթերմային (1, 2) և էնդոթերմային (3): Ռեակցիայի ընթացքում արձակված կամ կլանված ջերմության (էներգիայի) քանակը կոչվում է ռեակցիայի ջերմային ազդեցություն։ Եթե ​​հավասարումը ցույց է տալիս արձակված կամ ներծծվող ջերմության քանակությունը, ապա նման հավասարումները կոչվում են ջերմաքիմիական։

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46,2 կՋ (1)

2Mg + O 2 = 2MgO + 602,5 կՋ (2)

N 2 + O 2 = 2NO – 90,4 կՋ (3)

Քիմիական ռեակցիաների դասակարգումն ըստ ռեակցիայի ուղղության

Ելնելով ռեակցիայի ուղղությունից՝ տարբերակում են շրջելի (քիմիական պրոցեսներ, որոնց արտադրանքները կարող են փոխազդել միմյանց հետ նույն պայմաններում, որոնցում ստացվել են սկզբնական նյութերը) և անշրջելի (քիմիական պրոցեսներ, որոնց արտադրանքները չեն. կարող են փոխազդել միմյանց հետ՝ սկզբնական նյութեր ստեղծելու համար):

Հետադարձելի ռեակցիաների համար ընդհանուր ձևով հավասարումը սովորաբար գրվում է հետևյալ կերպ.

A + B ↔ AB

Օրինակ:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

Անդառնալի ռեակցիաների օրինակները ներառում են հետևյալ ռեակցիաները.

2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O

Ռեակցիայի անշրջելիության վկայությունը կարող է լինել գազային նյութի, նստվածքի կամ վատ տարանջատվող միացության, առավել հաճախ՝ ջրի, արտազատումը որպես ռեակցիայի արտադրանք։

Քիմիական ռեակցիաների դասակարգումն ըստ կատալիզատորի առկայության

Այս տեսանկյունից առանձնանում են կատալիտիկ և ոչ կատալիտիկ ռեակցիաները։

Կատալիզատորը նյութ է, որն արագացնում է քիմիական ռեակցիայի առաջընթացը։ Կատալիզատորների մասնակցությամբ տեղի ունեցող ռեակցիաները կոչվում են կատալիտիկ։ Որոշ ռեակցիաներ ընդհանրապես չեն կարող տեղի ունենալ առանց կատալիզատորի.

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (MnO 2 կատալիզատոր)

Հաճախ ռեակցիայի արտադրանքներից մեկը ծառայում է որպես կատալիզատոր, որն արագացնում է այս ռեակցիան (ավտոկատալիտիկ ռեակցիաներ).

MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, որտեղ Me-ը մետաղ է:

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

9.1. Որո՞նք են քիմիական ռեակցիաները:

Հիշենք, որ բնության ցանկացած քիմիական երևույթ մենք անվանում ենք քիմիական ռեակցիաներ։ Քիմիական ռեակցիայի ժամանակ որոշ քիմիական կապեր կոտրվում են, իսկ մյուսները՝ ձևավորվում։ Ռեակցիայի արդյունքում որոշ քիմիական նյութերից ստացվում են այլ նյութեր (տե՛ս գլ. 1):

§ 2.5-ի համար տնային առաջադրանք կատարելիս դուք ծանոթացաք քիմիական փոխակերպումների ամբողջ շարքից չորս հիմնական տեսակի ռեակցիաների ավանդական ընտրությանը, այնուհետև առաջարկեցիք նաև դրանց անունները՝ համակցման, տարրալուծման, փոխարինման և փոխանակման ռեակցիաներ:

Միացությունների ռեակցիաների օրինակներ.

C + O 2 = CO 2; (1)
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O = NH 4 HCO 3: (3)

Քայքայման ռեակցիաների օրինակներ.

2Ag 2 O 4Ag + O 2; (4)
CaCO 3 CaO + CO 2; (5)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O: (6)

Փոխարինման ռեակցիաների օրինակներ.

CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu; (7)
2NaI + Cl 2 = 2NaCl + I 2; (8)
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2: (9)

Փոխանակման ռեակցիաների օրինակներ.

Ba(OH) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2H 2 O; (10)
HCl + KNO 2 = KCl + HNO 2; (տասնմեկ)
AgNO 3 + NaCl = AgCl + NaNO 3: (12)

Քիմիական ռեակցիաների ավանդական դասակարգումը չի ներառում դրանց ողջ բազմազանությունը. բացի ռեակցիաների չորս հիմնական տեսակներից, կան նաև շատ ավելի բարդ ռեակցիաներ:
Երկու այլ տեսակի քիմիական ռեակցիաների նույնականացումը հիմնված է դրանցում երկու կարևոր ոչ քիմիական մասնիկների՝ էլեկտրոնի և պրոտոնի մասնակցության վրա:
Որոշ ռեակցիաների ժամանակ տեղի է ունենում էլեկտրոնների ամբողջական կամ մասնակի փոխանցում մի ատոմից մյուսը։ Այս դեպքում փոխվում են սկզբնական նյութերը կազմող տարրերի ատոմների օքսիդացման վիճակները. Բերված օրինակներից սրանք 1, 4, 6, 7 և 8 ռեակցիաներն են: Այս ռեակցիաները կոչվում են. ռեդոքս.

Ռեակցիաների մեկ այլ խմբում ջրածնի իոնը (H +), այսինքն՝ պրոտոնը, մի արձագանքող մասնիկից անցնում է մյուսին։ Նման ռեակցիաները կոչվում են թթու-բազային ռեակցիաներկամ պրոտոնների փոխանցման ռեակցիաներ.

Բերված օրինակներից այդպիսի ռեակցիաներն են՝ 3, 10 և 11 ռեակցիաները: Այս ռեակցիաների անալոգիայի համաձայն՝ օքսիդացման ռեդոքս ռեակցիաները երբեմն կոչվում են. էլեկտրոնների փոխանցման ռեակցիաներ. OVR-ի հետ դուք կծանոթանաք § 2-ում, իսկ KOR-ի հետ՝ հաջորդ գլուխներում:

ՀԱՄԱՑՈՒՑՄԱՆ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ, ՔԱՂԱԴՐՄԱՆ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ, ՓՈԽԱՐԻՆԱԿԱՆ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ, ՓՈԽԱՆԱԿՄԱՆ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ, ԿՐԵԴՈՔՍ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ, ԹԹՎԱԲԱԶԱՅԻՆ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ:
Գրե՛ք հետևյալ սխեմաներին համապատասխան ռեակցիայի հավասարումներ.
ա) HgO Hg + O 2 ( տ); բ) Li 2 O + SO 2 Li 2 SO 3; գ) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O ( տ);
դ) Al + I 2 AlI 3; ե) CuCl 2 + Fe FeCl 2 + Cu; ե) Mg + H 3 PO 4 Mg 3 (PO 4) 2 + H 2;
է) Al + O 2 Al 2 O 3 ( տ); i) KClO 3 + P P 2 O 5 + KCl ( տ); ժ) CuSO 4 + Al Al 2 (SO 4) 3 + Cu;
լ) Fe + Cl 2 FeCl 3 ( տ); մ) NH 3 + O 2 N 2 + H 2 O ( տ); մ) H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O.
Նշեք ռեակցիայի ավանդական տեսակը: Նշեք ռեդոքս և թթու-բազային ռեակցիաները: Redox ռեակցիաներում նշեք, թե տարրերի որ ատոմներն են փոխում իրենց օքսիդացման վիճակը:

Դիտարկենք ռեդոքս ռեակցիան, որը տեղի է ունենում պայթուցիկ վառարաններում՝ երկաթի հանքաքարից երկաթի (ավելի ճիշտ՝ չուգուն) արդյունաբերական արտադրության ժամանակ.

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2:

Եկեք որոշենք ատոմների օքսիդացման վիճակները, որոնք կազմում են և՛ սկզբնական նյութերը, և՛ ռեակցիայի արտադրանքները

Ինչպես տեսնում եք, ռեակցիայի արդյունքում ավելացել է ածխածնի ատոմների օքսիդացման աստիճանը, երկաթի ատոմների օքսիդացման աստիճանը նվազել է, իսկ թթվածնի ատոմների օքսիդացման աստիճանը մնացել է անփոփոխ։ Հետևաբար, այս ռեակցիայի ածխածնի ատոմները ենթարկվել են օքսիդացման, այսինքն՝ կորցրել են էլեկտրոններ ( օքսիդացված), իսկ երկաթի ատոմները՝ կրճատում, այսինքն՝ ավելացրել են էլեկտրոններ ( վերականգնվել է) (տես § 7.16): OVR-ը բնութագրելու համար օգտագործվում են հասկացությունները օքսիդիչԵվ նվազեցնող միջոց.

Այսպիսով, մեր ռեակցիայի մեջ օքսիդացնող ատոմները երկաթի ատոմներն են, իսկ վերականգնող ատոմները՝ ածխածնի ատոմները։

Մեր ռեակցիայի մեջ օքսիդացնող նյութը երկաթի (III) օքսիդն է, իսկ վերականգնողը՝ ածխածնի (II) մոնօքսիդը։
Այն դեպքերում, երբ օքսիդացնող ատոմները և վերականգնող ատոմները միևնույն նյութի մաս են կազմում (օրինակ՝ նախորդ պարբերության 6-րդ ռեակցիա), «օքսիդացնող նյութ» և «վերականգնող նյութ» հասկացությունները չեն օգտագործվում:
Այսպիսով, բնորոշ օքսիդացնող նյութերն այն նյութերն են, որոնք պարունակում են ատոմներ, որոնք հակված են էլեկտրոններ ձեռք բերել (ամբողջությամբ կամ մասամբ)՝ նվազեցնելով դրանց օքսիդացման վիճակը։ Պարզ նյութերից դրանք հիմնականում հալոգեններն ու թթվածինն են, իսկ ավելի քիչ՝ ծծումբն ու ազոտը։ Բարդ նյութերից - նյութեր, որոնք պարունակում են ատոմներ ավելի բարձր օքսիդացման վիճակներում, որոնք հակված չեն պարզ իոններ ձևավորել այս օքսիդացման վիճակներում. 3 (Cl + V), KClO 4 (Cl + VII) և այլն:
Տիպիկ վերականգնող նյութերն այն նյութերն են, որոնք պարունակում են ատոմներ, որոնք հակված են ամբողջությամբ կամ մասնակիորեն նվիրաբերել էլեկտրոններ՝ բարձրացնելով դրանց օքսիդացման վիճակը: Պարզ նյութերը ներառում են ջրածին, ալկալային և հողալկալիական մետաղներ և ալյումին։ Բարդ նյութերից՝ H 2 S և սուլֆիդներ (S –II), SO 2 և սուլֆիտներ (S +IV), յոդիդներ (I –I), CO (C +II), NH 3 (N –III) և այլն։
Ընդհանուր առմամբ, գրեթե բոլոր բարդ և շատ պարզ նյութերը կարող են դրսևորել ինչպես օքսիդացնող, այնպես էլ վերականգնող հատկություններ: Օրինակ:
SO 2 + Cl 2 = S + Cl 2 O 2 (SO 2-ը ուժեղ վերականգնող նյութ է);
SO 2 + C = S + CO 2 (t) (SO 2-ը թույլ օքսիդացնող նյութ է);
C + O 2 = CO 2 (t) (C-ն նվազեցնող նյութ է);
C + 2Ca = Ca 2 C (t) (C-ն օքսիդացնող նյութ է):
Վերադառնանք այն արձագանքին, որը քննարկեցինք այս բաժնի սկզբում:

Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ ռեակցիայի արդյունքում օքսիդացող ատոմները (Fe + III) վերածվել են վերականգնող ատոմների (Fe 0), իսկ վերականգնող ատոմները (C + II) վերածվել են օքսիդացող ատոմների (C + IV): Բայց CO 2-ը ցանկացած պայմաններում շատ թույլ օքսիդացնող նյութ է, իսկ երկաթը, թեև այն վերականգնող նյութ է, այս պայմաններում շատ ավելի թույլ է, քան CO-ն: Հետևաբար, ռեակցիայի արտադրանքները չեն փոխազդում միմյանց հետ, և հակառակ ռեակցիան չի առաջանում: Տվյալ օրինակը ընդհանուր սկզբունքի օրինակ է, որը որոշում է OVR-ի հոսքի ուղղությունը.

Redox ռեակցիաները ընթանում են ավելի թույլ օքսիդացնող նյութի և ավելի թույլ վերականգնող նյութի առաջացման ուղղությամբ։

Նյութերի ռեդոքս հատկությունները կարելի է համեմատել միայն նույնական պայմաններում: Որոշ դեպքերում այս համեմատությունը կարելի է կատարել քանակապես։
Այս գլխի առաջին պարբերության համար տնային աշխատանք կատարելիս դուք համոզվեցիք, որ որոշ ռեակցիաների հավասարումներում (հատկապես ORR) որոշ գործակիցներ ընտրելը բավականին դժվար է: Redox ռեակցիաների դեպքում այս խնդիրը պարզեցնելու համար օգտագործվում են հետևյալ երկու մեթոդները.
Ա) էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդԵվ
բ) էլեկտրոն-իոն հավասարակշռության մեթոդ.
Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը դուք կսովորեք հիմա, իսկ էլեկտրոն-իոն հավասարակշռության մեթոդը սովորաբար ուսումնասիրվում է բարձրագույն ուսումնական հաստատություններում։
Այս երկու մեթոդներն էլ հիմնված են այն փաստի վրա, որ քիմիական ռեակցիաներում էլեկտրոնները ոչ անհետանում են, ոչ էլ հայտնվում որևէ տեղ, այսինքն՝ ատոմների կողմից ընդունված էլեկտրոնների թիվը հավասար է այլ ատոմների կողմից տրված էլեկտրոնների թվին:
Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդով տրված և ընդունված էլեկտրոնների թիվը որոշվում է ատոմների օքսիդացման վիճակի փոփոխությամբ։ Այս մեթոդը կիրառելիս անհրաժեշտ է իմանալ ինչպես սկզբնական նյութերի, այնպես էլ ռեակցիայի արտադրանքի բաղադրությունը։
Դիտարկենք էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդի կիրառումը օրինակներով։

Օրինակ 1.Ստեղծենք երկաթի քլորի հետ ռեակցիայի հավասարումը. Հայտնի է, որ այս ռեակցիայի արդյունքը երկաթ (III) քլորիդն է։ Եկեք գրենք ռեակցիայի սխեման.

Fe + Cl 2 FeCl 3 .

Եկեք որոշենք ռեակցիային մասնակցող նյութերը կազմող բոլոր տարրերի ատոմների օքսիդացման վիճակները.

Երկաթի ատոմները հրաժարվում են էլեկտրոններից, իսկ քլորի մոլեկուլները ընդունում են դրանք։ Եկեք արտահայտենք այս գործընթացները էլեկտրոնային հավասարումներ:
Fe - 3 ե– = Fe + III,
Cl2 + 2 ե–= 2Cl –I.

Որպեսզի տրված էլեկտրոնների թիվը հավասար լինի ստացված էլեկտրոնների թվին, առաջին էլեկտրոնային հավասարումը պետք է բազմապատկել երկուով, իսկ երկրորդը՝ երեքով.

Ռեակցիայի սխեմայի մեջ ներմուծելով 2 և 3 գործակիցները, մենք ստանում ենք ռեակցիայի հավասարումը.
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3.

Օրինակ 2.Եկեք ստեղծենք սպիտակ ֆոսֆորի այրման ռեակցիայի հավասարումը քլորի ավելցուկում: Հայտնի է, որ ֆոսֆորի (V) քլորիդը ձևավորվում է հետևյալ պայմաններում.

Սպիտակ ֆոսֆորի մոլեկուլները հրաժարվում են էլեկտրոններից (օքսիդանում), իսկ քլորի մոլեկուլները ընդունում են դրանք (նվազեցնում).

Ի սկզբանե ստացված գործակիցները (2 և 20) ունեին ընդհանուր բաժանարար, որով (ինչպես ռեակցիայի հավասարման ապագա գործակիցները) բաժանվեցին։ Ռեակցիայի հավասարումը.

P4 + 10Cl2 = 4PCl5:

Օրինակ 3.Եկեք հավասարություն ստեղծենք այն ռեակցիայի համար, որը տեղի է ունենում, երբ երկաթը (II) սուլֆիդը թրծվում է թթվածնի մեջ:

Ռեակցիայի սխեման.

Այս դեպքում օքսիդացվում են և՛ երկաթի(II), և՛ ծծմբի(–II) ատոմները։ Երկաթի(II) սուլֆիդի բաղադրությունը պարունակում է այդ տարրերի ատոմները 1:1 հարաբերակցությամբ (տես ամենապարզ բանաձևի ինդեքսները):
Էլեկտրոնային հաշվեկշիռ.

Ռեակցիայի հավասարումը. 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2:

Օրինակ 4. Եկեք հավասարություն ստեղծենք ռեակցիայի համար, որը տեղի է ունենում, երբ երկաթը (II) դիսուլֆիդը (պիրիտը) թրծվում է թթվածնի մեջ:

Ռեակցիայի սխեման.

Ինչպես նախորդ օրինակում, և՛ երկաթի (II) ատոմները, և՛ ծծմբի ատոմներն այստեղ նույնպես օքսիդացված են, բայց I օքսիդացման աստիճանով: Այս տարրերի ատոմները ներառված են պիրիտի բաղադրության մեջ 1:2 հարաբերակցությամբ (տես՝ ինդեքսները ամենապարզ բանաձևով): Հենց այս կապակցությամբ են փոխազդում երկաթի և ծծմբի ատոմները, ինչը հաշվի է առնվում էլեկտրոնային հաշվեկշիռը կազմելիս.

Ռեակցիայի հավասարումը. 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2:

Կան նաև ODD-ի ավելի բարդ դեպքեր, որոնցից մի քանիսին դուք կծանոթանաք ձեր տնային աշխատանքը կատարելիս:

ՕՔՍԻԴԱՑՈՂ ԱՏՈՄ, ԱԿՏՈՄ ՆՎԱՃԱՑՈՂ, ՕՔՍԻԴԱՑՈՂ ՆՅՈՒԹ, ՆՎԱԾԱՑՈՂ ՆՅՈՒԹ, ԷԼԵԿՏՐՈՆԱԿԱՆ ՄԵԹՈԴ, ԷԼԵԿՏՐՈՆԱԿԱՆ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄՆԵՐ.
1. Կազմեք էլեկտրոնային հաշվեկշիռ սույն գլխի 1-ին կետի տեքստում տրված յուրաքանչյուր OVR հավասարման համար:
2. Կազմե՛ք հավասարումներ ORR-ների համար, որոնք դուք հայտնաբերել եք այս գլխի § 1-ի առաջադրանքը կատարելիս: Այս անգամ գործածեք էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը՝ գործակիցները սահմանելու համար: 3. Օգտագործելով էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը, ստեղծեք ռեակցիայի հավասարումներ՝ համապատասխան հետևյալ սխեմաներին. ա) Na + I 2 NaI;
բ) Na + O 2 Na 2 O 2;
գ) Na 2 O 2 + Na Na 2 O;
դ) Al + Br 2 AlBr 3;
ե) Fe + O 2 Fe 3 O 4 ( տ);
ե) Fe 3 O 4 + H 2 FeO + H 2 O ( տ);
է) FeO + O 2 Fe 2 O 3 ( տ);
i) Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2 ( տ);
ժ) Cr + O 2 Cr 2 O 3 ( տ);
լ) CrO 3 + NH 3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2 ( տ);
լ) Mn 2 O 7 + NH 3 MnO 2 + N 2 + H 2 O;
մ) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O ( տ);
n) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 ( տ)
p) PbO 2 + CO Pb + CO 2 ( տ);
գ) Cu 2 O + Cu 2 S Cu + SO 2 ( տ);
տ) CuS + O 2 Cu 2 O + SO 2 ( տ);
y) Pb 3 O 4 + H 2 Pb + H 2 O ( տ).

Ինչու են առաջանում քիմիական ռեակցիաները:
Այս հարցին պատասխանելու համար եկեք հիշենք, թե ինչու առանձին ատոմները միավորվում են մոլեկուլների մեջ, ինչու է իոնային բյուրեղը ձևավորվում մեկուսացված իոններից և ինչու է նվազագույն էներգիայի սկզբունքը կիրառվում, երբ ձևավորվում է ատոմի էլեկտրոնային թաղանթը: Այս բոլոր հարցերի պատասխանը նույնն է, քանի որ այն էներգետիկորեն օգտակար է: Սա նշանակում է, որ նման գործընթացների ժամանակ էներգիա է ազատվում։ Թվում է, թե քիմիական ռեակցիաները պետք է տեղի ունենան նույն պատճառով: Իրոք, շատ ռեակցիաներ կարող են իրականացվել, որոնց ընթացքում էներգիա է ազատվում։ Էներգիան արտազատվում է, սովորաբար ջերմության տեսքով։

Եթե ​​էկզոտերմիկ ռեակցիայի ժամանակ ջերմությունը ժամանակ չունի հեռացնելու, ապա ռեակցիայի համակարգը տաքանում է։
Օրինակ՝ մեթանի այրման ռեակցիայում

CH 4 (գ) + 2O 2 (գ) = CO 2 (գ) + 2H 2 O (գ)

այնքան ջերմություն է արտանետվում, որ մեթանը օգտագործվում է որպես վառելիք։
Այն փաստը, որ այս ռեակցիան ջերմություն է թողնում, կարող է արտացոլվել ռեակցիայի հավասարման մեջ.

CH 4 (գ) + 2O 2 (գ) = CO 2 (գ) + 2H 2 O (գ) + Ք.

Սա այսպես կոչված է ջերմաքիմիական հավասարում. Այստեղ խորհրդանիշը «+ Քնշանակում է, որ երբ մեթանը այրվում է, ջերմություն է արտազատվում: Այս ջերմությունը կոչվում է ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը.
Որտեղի՞ց է գալիս արտանետվող ջերմությունը:
Գիտեք, որ քիմիական ռեակցիաների ժամանակ քիմիական կապեր են կոտրվում և ձևավորվում։ Այս դեպքում CH 4 մոլեկուլներում ածխածնի և ջրածնի ատոմների, ինչպես նաև O 2 մոլեկուլների թթվածնի ատոմների միջև կապերը խզվում են։ Այս դեպքում ձևավորվում են նոր կապեր՝ ածխածնի և թթվածնի ատոմների միջև CO 2 մոլեկուլներում և թթվածնի և ջրածնի ատոմների միջև՝ H 2 O մոլեկուլներում, կապերը կոտրելու համար անհրաժեշտ է էներգիա ծախսել (տես «կապերի էներգիա», «Ատոմացման էներգիա»: ), իսկ կապեր ստեղծելիս էներգիա է անջատվում։ Ակնհայտ է, որ եթե «նոր» կապերն ավելի ամուր են, քան «հինները», ապա ավելի շատ էներգիա կթողարկվի, քան կլանվածը: Ազատված և կլանված էներգիայի տարբերությունը ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունն է։
Ջերմային ազդեցությունը (ջերմության քանակը) չափվում է կիլոգրամներով, օրինակ.

2H 2 (գ) + O 2 (գ) = 2H 2 O (գ) + 484 կՋ:

Այս նշումը նշանակում է, որ 484 կիլոգրամ ջերմություն կթողարկվի, եթե երկու մոլ ջրածինը փոխազդի մեկ մոլ թթվածնի հետ՝ առաջացնելով երկու մոլ գազային ջուր (ջրային գոլորշի)։

Այսպիսով, ջերմաքիմիական հավասարումներում գործակիցները թվայինորեն հավասար են ռեակտիվների և ռեակցիայի արտադրանքների նյութի քանակին..

Ի՞նչն է որոշում յուրաքանչյուր կոնկրետ ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը:
Ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը կախված է
ա) սկզբնական նյութերի և ռեակցիայի արտադրանքների ագրեգատիվ վիճակների վրա.
բ) ջերմաստիճանի և
գ) այն մասին, թե արդյոք քիմիական փոխակերպումը տեղի է ունենում հաստատուն ծավալով, թե մշտական ​​ճնշման:
Ռեակցիայի ջերմային ազդեցության կախվածությունը նյութերի ագրեգացման վիճակից պայմանավորված է նրանով, որ ագրեգացման մի վիճակից մյուսին անցնելու գործընթացները (ինչպես որոշ այլ ֆիզիկական պրոցեսներ) ուղեկցվում են ջերմության արտազատմամբ կամ կլանմամբ։ Սա կարող է արտահայտվել նաև ջերմաքիմիական հավասարմամբ։ Օրինակ – Ջրային գոլորշիների խտացման ջերմաքիմիական հավասարում.

H 2 O (g) = H 2 O (l) + Ք.

Ջերմաքիմիական հավասարումներում և, անհրաժեշտության դեպքում, սովորական քիմիական հավասարումներում, նյութերի ագրեգատիվ վիճակները նշվում են տառային ինդեքսների միջոցով.
դ) – գազ,
է) – հեղուկ,
(t) կամ (cr) – պինդ կամ բյուրեղային նյութ։
Ջերմային ազդեցության կախվածությունը ջերմաստիճանից կապված է ջերմային հզորությունների տարբերության հետ սկզբնական նյութեր և ռեակցիայի արտադրանք.
Քանի որ համակարգի ծավալը միշտ մեծանում է էկզոթերմիկ ռեակցիայի արդյունքում մշտական ​​ճնշման դեպքում, էներգիայի մի մասը ծախսվում է ծավալը մեծացնելու համար աշխատանք կատարելու վրա, և արտանետվող ջերմությունը ավելի քիչ կլինի, քան եթե նույն ռեակցիան տեղի ունենա հաստատուն ծավալով։ .
Ռեակցիաների ջերմային ազդեցությունները սովորաբար հաշվարկվում են 25 °C-ում մշտական ​​ծավալով տեղի ունեցող ռեակցիաների համար և նշվում են խորհրդանիշով. Ք o.
Եթե ​​էներգիան ազատվում է միայն ջերմության տեսքով, և քիմիական ռեակցիան ընթանում է հաստատուն ծավալով, ապա ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը ( Ք Վ) հավասար է փոփոխությանը ներքին էներգիա(Դ U) ռեակցիային մասնակցող, բայց հակառակ նշանով նյութեր.

Q V = – U.

Մարմնի ներքին էներգիան հասկացվում է որպես միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների, քիմիական կապերի, բոլոր էլեկտրոնների իոնացման էներգիան, միջուկներում նուկլոնների կապի էներգիան և այս մարմնի կողմից «պահեստավորված» էներգիայի բոլոր հայտնի և անհայտ տեսակների ընդհանուր էներգիան: «–» նշանը պայմանավորված է նրանով, որ ջերմության արտանետման ժամանակ ներքին էներգիան նվազում է։ Այն է

U= – Ք Վ .

Եթե ​​ռեակցիան տեղի է ունենում մշտական ​​ճնշման տակ, ապա համակարգի ծավալը կարող է փոխվել: Ներքին էներգիայի մի մասը նույնպես ծախսվում է ծավալը մեծացնելու աշխատանքը կատարելու վրա։ Այս դեպքում

U = -(ՔՊ+Ա) = –(QP+PՎ),

Որտեղ Քփ- մշտական ​​ճնշման տակ տեղի ունեցող ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը. Այստեղից

Q P = – U–PՎ .

Արժեք, որը հավասար է U+PՎստացել է անունը էնթալպիայի փոփոխությունև նշվում է Դ Հ.

H=U+PՎ.

Ուստի

Q P = – Հ.

Այսպիսով, ջերմության արտանետմամբ, համակարգի էթալպիան նվազում է: Այստեղից էլ առաջացել է այս քանակի հին անվանումը՝ «ջերմային պարունակություն»:
Ի տարբերություն ջերմային էֆեկտի, էթալպիայի փոփոխությունը բնութագրում է ռեակցիան՝ անկախ նրանից՝ այն տեղի է ունենում մշտական ​​ծավալի կամ մշտական ​​ճնշման դեպքում։ Էնթալպիական փոփոխության միջոցով գրված ջերմաքիմիական հավասարումները կոչվում են ջերմաքիմիական հավասարումներ թերմոդինամիկական ձևով. Այս դեպքում տրված է էթալպիայի փոփոխության արժեքը ստանդարտ պայմաններում (25 °C, 101,3 կՊա), որը նշանակում է. Հ ո. Օրինակ:
2H 2 (գ) + O 2 (գ) = 2H 2 O (գ) Հ ո= – 484 կՋ;
CaO (cr) + H 2 O (l) = Ca (OH) 2 (cr) Հ ո= – 65 կՋ։

Ռեակցիայի մեջ արձակված ջերմության քանակի կախվածությունը ( Ք) ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունից ( Քժե) և նյութի քանակը ( nԲ) ռեակցիայի մասնակիցներից մեկը (նյութ B - սկզբնական նյութ կամ ռեակցիայի արտադրանք) արտահայտվում է հավասարմամբ.

Այստեղ B-ն B նյութի քանակն է, որը նշված է ջերմաքիմիական հավասարման B նյութի բանաձևի դիմաց գտնվող գործակցով:

Առաջադրանք

Որոշե՛ք թթվածնում այրված ջրածնային նյութի քանակությունը, եթե 1694 կՋ ջերմություն է արձակվել։

Լուծում