Хімічні реакції: типи, властивості, рівняння

Характеристика

Хімічні реакції, їх властивості, типи, умови протікання, тощо, є одним з наріжних стовпів цікавої науки під назвою хімія. Спробуємо ж розібрати що таке хімічна реакція, і яка її роль. Отже, хімічною реакцією в хімії прийнято вважати перетворення одної або декількох речовин в інші речовини. При цьому ядра атомів у них не змінюються (на відміну від ядерних реакцій), зате відбувається перерозподіл електронів і ядер, і, зрозуміло, з’являються нові хімічні елементи.

Приклади в природі та побуті

Ми з вами оточені хімічними реакціями, більш того ми самі їх регулярно здійснюємо різними побутовими діями, коли наприклад, запалюємо сірник. Особливо багато хімічних реакцій самі того не підозрюючи (а може і підозрюючи) роблять кухарі, коли готують їжу.

Зрозуміло, і в природних умовах відбувається безліч хімічних реакцій: виверження вулкана, фотосинтез листя дерев, та що там говорити, практично будь-який біологічний процес можна віднести до прикладів хімічних реакцій.

Типи реакцій

Всі хімічні реакції можна умовно розділити на прості і складні. Прості хімічні реакції, у свою чергу, поділяються на:

• реакції з’єднання,
• реакції розкладання,
• реакції заміщення,
• реакції обміну.

Далі ми докладно зупинимося на кожному з цих видів хімічних реакцій, відомих хімії.

Реакція з’єднання

За дуже влучним визначенням великого хіміка Д. І. Менделєєва реакція з’єднання має місце бути, коли «із двох речовин утворюється одна». Прикладом хімічної реакції з’єднання може бути нагрівання порошків заліза і сірки, при якій з них утворюється сульфід заліза – Fe+S=FeS. Іншим яскравим прикладом цієї реакції є горіння простих речовин, таких як сірка або фосфор на повітрі (мабуть, подібну реакцію можна також назвати тепловою хімічною реакцією).

Реакція розкладання

Тут все просто, реакція розкладання є протилежністю до реакції з’єднання. При ній з одної речовини утворюється дві або більше речовин. Простим прикладом хімічної реакції розкладання може бути реакція розкладання крейди, в ході якої з власне крейди утворюється негашене вапно та вуглекислий газ.

Реакція заміщення

Реакція заміщення здійснюється при взаємодії простої речовини зі складною. Наведемо приклад хімічної реакції заміщення: якщо опустити сталевий цвях у розчин з мідним купоросом, то в ході цього простого хімічного досліду ми отримаємо залізний купорос (залізо витісняє мідь з солі). Рівняння такої хімічної реакції буде виглядати так:

Fe+CuSO₄→ FeSO₄+Cu

Реакція обміну

Реакції обміну проходять виключно між складними хімічними речовинами, в ході яких вони обмінюються своїми частинами. Дуже багато таких реакцій мають місце бути в різних розчинах. Нейтралізація кислоти жовчю – ось хороший приклад хімічної реакції обміну.

NaOH+HCl→ NaCl+Н₂О

Так виглядає хімічне рівняння цієї реакції, при ній іон водню із з’єднання HCl обмінюється іоном натрію із з’єднання NaOH. Наслідком цієї хімічної реакції є утворення розчину кухонної солі.

Ознаки реакцій

За ознаками протікання хімічних реакцій можна судити чи пройшла хімічна реакція між реагентами. Наведемо приклади ознак хімічних реакцій:

• Зміна кольору (світле залізо, скажімо, у вологому повітрі покривається бурим нальотом, як результат хімічної реакції взаємодії заліза і кисню).
• Випадання осаду (якщо раптом через вапняний розчин пропустити вуглекислий газ, то отримаємо випадання білого нерозчинного осаду карбонату кальцію).
• Виділення газу (якщо Ви капнете на харчову соду лимонною кислотою, то отримаєте виділення вуглекислого газу).
• Утворення слабодиссоційованих речовин (всі реакції, у результаті яких утворюється вода).
• Світіння розчину (прикладом тут можуть служити реакції, що відбуваються з розчином люмінолу, випромінюючого при хімічних реакціях світло).

В цілому, важко виділити які ознаки хімічних реакцій є основними, для різних речовин і різних реакцій характерні свої ознаки.

Як визначити ознаку реакції

Визначити ознаку хімічної реакції можна візуально (при зміні кольору, світіння), або за результатами цієї самої реакції.

Швидкість реакції

Під швидкістю хімічної реакції зазвичай розуміють зміну кількості одної з реагуючих речовин за одиницю часу. Притому, швидкість хімічної реакції завжди позитивна величина. У 1865 році хіміком Н. Н. Бекетовим був сформульований закон дії мас, який свідчить, що «швидкість хімічної реакції в кожен момент часу пропорційна концентраціям реагентів, зведеним в ступені, рівному їх стехіометричним коефіцієнтам».

До факторів швидкості хімічної реакції можна віднести:

• природу реагуючих речовин,
• наявність каталізатора,
• температуру,
• тиск,
• площу поверхні реагуючих речовин.

Всі вони мають безпосередній вплив на швидкість протікання хімічної реакції.

Рівновага реакції

Хімічною рівновагою називають такий стан хімічної системи, при якому протікає кілька хімічних реакцій і швидкості в кожній парі прямої та зворотної реакції рівні між собою. Таким чином, виділяється константа рівноваги хімічної реакції – це та величина, яка визначає для даної хімічної реакції співвідношення між термодинамічними активностями вихідних речовин і продуктів у стані хімічної рівноваги. Знаючи константу рівноваги можна визначити напрямок протікання хімічної реакції.

Умови виникнення реакцій

Щоб покласти початок хімічних реакцій, для цього необхідно створити відповідні умови:

• приведення речовин в тісне зіткнення.
• нагрівання речовин до певної температури (температура хімічної реакції повинна бути підходящою).

Тепловий ефект

Так називають зміну внутрішньої енергії системи як результат протікання хімічної реакції і перетворення вихідних речовин (реактантів) у продукти реакції в кількостях, що відповідають рівнянню хімічної реакції при наступних умовах:

• єдино можливою роботою при цьому є лише робота проти зовнішнього тиску.
• вихідні речовини та продукти, отримані в результаті хімічної реакції, мають однакову температуру.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.

Сторінка про автора

Ця стаття доступна англійською мовою – Chemical Reactions.