Химические реакции

Часто мы даже не подозреваем, что на наших глазах идет химическая реакция, а нередко и сами являемся ее участниками. Разбираемся, что же такое химические реакции, каковы их типы, классификация, скорость и признаки

Игорь Геращенко
Автор КП
Анастасия Чистякова
Старший методист по естественно-научному направлению Домашней школы «ИнтернетУрок»
Без химических реакций была бы невозможна эволюция в природе. В открытом космосе встречаются в основном только атомы водорода (H) и гелия (He). Это объясняется отсутствием необходимых условий для прохождения химических реакций.
А вот на Земле ситуация в корне иная. Здесь химические элементы поражают своим разнообразием и могут вступать в различные взаимодействия. Богатство природного мира напрямую зависит от количества и качества химических реакций. Переход от неорганического вещества к живому стал возможен только благодаря химическим процессам. Да и сам человек представляет собой мини-фабрику, где идут не только простые, но и сложнейшие химические реакции по синтезу и расщеплению веществ. Эффективность этой живой «фабрики» поражает воображение.

Что такое химическая реакция

Химическая реакция – это процесс превращения одного или нескольких веществ в другие вещества, в результате чего происходит перераспределение электронов и ядер. Сами ядра атомов при этом не меняются:

H₂ + Cl₂ = 2HCl

Химические реакции нельзя путать с физическими процессами. В физических процессах вещества сохраняют свой состав, хотя могут образовывать смеси, изменять внешнюю форму либо агрегатное состояние. Так, превращение воды в пар или лед является физическим процессом, а не химической реакцией. Химическое взаимодействие, в результате которого образуется вода, описывается формулой:

2H₂ + O₂ = 2H₂O

Отличаются химические реакции и от ядерных реакций, в которых происходят изменения в ядрах атомов и образуются атомы новых элементов. В ходе химических процессов новые вещества получаются в результате изменений, происходящих в электронной оболочке атомов.

Типы химических реакций

Выделяют следующие типы химических реакций: реакции соединения, разложения, замещения и обмена.

Реакция соединения представляет собой образование одного сложного вещества в результате соединения двух или более веществ. Например:

Fe + S = FeS

В результате реакции разложения происходит распад одного сложного вещества на несколько простых.

CaCO3 = CaO + CO₂

Реакция замещения протекает между простыми и сложными веществами, при этом атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.

Zn + 2HCL = ZnCl₂ + H₂

Реакция обмена возможна между двумя сложными веществами, в результате чего они обмениваются своими составными частями и образуются два новых сложных вещества.

MgO + H2SO₄ = MgSO₄ + H₂O
Коррозия представляет собой реакцию замещения. Фото: pixabay.com

Классификация химических реакций

Существует целый ряд признаков, по которым можно классифицировать химические реакции: по агрегатному состоянию, по изменению степеней окисления реагентов, по тепловому эффекту реакции, по направлению протекания, по наличию катализаторов.

По агрегатному состоянию (газообразному, жидкому, твердому) реагирующих веществ химические реакции подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Гомогенные реакции протекают в одной фазе, например, в виде раствора:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

Гетерогенные реакции осуществляются на границе раздела двух фаз. Например, твердое вещество и газ:

C + O₂ = CO₂

По изменению степеней окисления реагентов выделяют окислительно- восстановительные реакции. Окисление – это процесс отдачи электронов, что приводит к увеличению степени окисления. Восстановление – это присоединение электронов и уменьшение степени окисления. Элемент, отдающий электроны, называется восстановителем, а элемент, принимающий электроны, – окислителем. Например, в реакции Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu железо отдает два электрона и является восстановителем, а медь принимает два электрона и выступает в качестве окислителя.
По тепловому эффекту химические реакции делятся на экзотермические (сопровождающиеся выделением тепла +Q) и эндотермические (идущие с поглощением тепла -Q).

Яркий пример экзотермических реакций – процесс горения:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O +Q

К эндотермическим реакциям относятся реакции разложения:

CaCO₃ = CaO + CO₂ –Q

По направлению протекания химические реакции бывают обратимыми и необратимыми. Обратимые реакции одновременно протекают в двух противоположных направлениях: H₂ + I₂ = 2HI

Необратимые реакции идут только в одном направлении: 2Mg + O₂ = 2MgO

По наличию катализаторов (веществ, участвующих в реакции, изменяющих ее скорость, но остающихся неизменными после завершения реакции) химические реакции подразделяются на каталитические (протекающие в присутствии катализаторов) и некаталитические (идущие без катализаторов). В уравнениях каталитических реакций химическая формула катализатора записывается над знаком равенства или обратимости.

Скорость химических реакций

Скорость химической реакции показывает, как изменяется концентрация реагирующих веществ в единицу времени. Скорость реакции тем выше, чем больше количество реагирующих веществ и чем меньше время самой реакции. Данные процессы изучаются специальным разделом химии – химической кинетикой.

Скорость химических реакций зависит от следующих условий: наличие катализатора, степень измельченности реагирующих веществ, давление и температура, природа веществ, вступающих в реакцию, концентрация реагентов.

В соответствие с правилом Вант-Гофа в случае возрастания температуры на каждые 10 градусов по Цельсию скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза.

Признаки химических реакций

В результате химических реакций происходит превращение одних веществ в другие. При этом изменяются не только сами вещества, но и их свойства. Такие изменения и являются признаками химических реакций. К ним относятся:

  • Яркое свечение и выделение или поглощение тепла
При горении магния выделяется много теплоты и излучается яркий свет.

  • Выделение газа
При нагревании порошка малахита в пробирке образуется углекислый газ, вода и оксид меди CuO.

  • Образование или растворение осадка
При сливании известковой воды и раствора соды образуется белый осадок, который может легко раствориться в уксусе.

  • Изменение цвета и запаха
В процессе горения спички образуется специфический запах, кроме того, изменяется цвет пламени и выделяется тепло.
Реакция, протекающая при сгорании головки спички, - это один из наиболее бурных химических процессов. Фото: pixabay.com

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Анастасия Чистякова, старший методист по естественно-научному направлению Домашней школы «ИнтернетУрок»

Какие факторы влияют на скорость химической реакции?

Скорость химической реакции зависит от целого ряда факторов.

1. Природа веществ, вступающих в химическую реакцию. Так, чем активнее металл, тем он быстрее окисляется и более бурно взаимодействует с водой. Знание природы реагирующих веществ позволяет предсказать скорость протекания химической реакции.

2. Концентрация реагентов. Чем выше их концентрация, тем больше скорость реакции, поскольку с увеличением концентрации возрастает количество столкновений молекул реагирующих веществ. Например, горение в чистом кислороде идет гораздо активнее, чем на воздухе, так как концентрация кислорода в воздушной среде в пять раз ниже.

3. Площадь поверхности реагирующих веществ. Чем эта площадь больше, тем выше скорость реакции. Твердые вещества поэтому измельчают, а жидкости – распыляют. К примеру, если кусок мрамора превратить в порошок, то его реакция с соляной кислотой намного ускорится.

4. Температура. Повышение температуры на каждый градус ведет к возрастанию скорости реакции. Это связано с увеличение числа активных молекул, имеющих повышенную энергию, способствующую вступлению веществ в химическую реакцию.

5. Давление. Оно оказывает существенное воздействие на скорость реакции в газообразном состоянии. При увеличении давления скорость реакции возрастает, что объясняется повышением концентрации молекул реагирующих веществ.

6. Катализатор. Скорость реакции увеличивается в присутствии специальных веществ – катализаторов. Они образуют промежуточные вещества, которые более активно реагируют между собой. При этом сам катализатор в процессе реакции не расходуется. Существуют также вещества, замедляющие процесс реакции (ингибиторы).

Какие химические реакции протекают в организме человека?

В организме человека постоянно идут различные химические реакции, которые по своей эффективности намного превосходят аналогичные процессы в лабораторных условиях. Этому способствуют особые вещества – ферменты, являющиеся биологическими катализаторами. В настоящее время известно несколько тысяч белков-ферментов, каждый из которых участвует в строго определенной химической реакции.

В организме человека происходит расщепление пищи, когда жиры и сахара превращаются в воду и углекислый газ. При этом высвобождается энергия, идущая на жизнеобеспечение организма. В процессе дыхания кислород превращается в углекислый газ. В ходе деления ДНК из одной молекулы образуются две.

Человеческий организм нуждается в минеральных веществах и витаминах, которые он не может получить непосредственно из пищи. В данном случае также необходимы химические реакции, которые способствуют образованию и усвоению этих веществ.

Какие химические реакции встречаются в природе?

В природе химические реакции происходят постоянно, однако их нельзя путать с физическими процессами. Если вода испаряется, она просто меняет свое агрегатное состояние, а молекулы воды остаются без изменения. А вот в процессе фотосинтеза в зеленом растении на свету осуществляется взаимодействие молекул воды с углекислым газом, в результате чего образуется глюкоза и выделяется кислород. Во время грозы идет химическая реакция образования озона из кислорода. Химические процессы связаны также с гниением органических веществ, прокисанием молока, брожением сахара. Появление ржавчины на металле – это еще одна химическая реакция. Когда в чайнике оседает накипь, мы и не подозреваем, что это то же самое химическое взаимодействие, которое приводит к возникновению сталактитов в пещере. И в том, и в другом случае образуется карбонат кальция.
Химические реакции
Познавательный и несложный тест позволит проверить ваши знания о химических реакциях.
Пройти тест
1. В чем отличительная особенность химической реакции?
Дальше
Проверить
Узнать результат
2. Какого типа химических реакций не существует?
Дальше
Проверить
Узнать результат
3. Какими не бывают химические реакции по агрегатному состоянию?
Дальше
Проверить
Узнать результат
4. Что происходит в результате окислительно-восстановительной реакции?
Дальше
Проверить
Узнать результат
5. К какому типу химических реакций относится реакция Zn + 2HCl = ZnCL₂ + H₂?
Дальше
Проверить
Узнать результат
6. К какому типу химических реакций относится реакция MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O ?
Дальше
Проверить
Узнать результат
7. Какой процесс не является признаком химических реакций?
Дальше
Проверить
Узнать результат
Возможно, вам стоит перечитать статью, чтобы лучше разбираться в теме.
Пройти еще раз
Возможно, вам стоит перечитать статью, чтобы лучше разбираться в теме.
Пройти еще раз
Возможно, вам стоит перечитать статью, чтобы лучше разбираться в теме.
Пройти еще раз
Вы неплохо справились с заданиями. Но нет предела совершенству! Потренируйтесь еще!
Пройти еще раз
Вы неплохо справились с заданиями. Но нет предела совершенству! Потренируйтесь еще!
Пройти еще раз
Прекрасный результат! Вы с легкостью справились с тестом, несмотря на сложную тему.
Пройти еще раз
Фото на обложке: pexels.com