Kimyoviy Reaktsiya – Chemical Reaction

Olovda yonish kabi kimyoviy reaktsiyalar, fermentatsiya rudalarning metallarga kamayishi antik davrdan beri ma’lum bo’lgan. Materiallarni o’zgartirishning dastlabki nazariyalari yunon faylasuflari tomonidan ishlab chiqilgan, masalan To’rt element nazariyasi ning Empedokl har qanday modda to’rtta asosiy element – olov, suv, havo va tuproqdan iborat ekanligini bildiradi. In O’rta yosh, kimyoviy transformatsiyalar o’rganilgan Alkimyogarlar. Ular, xususan, konvertatsiya qilishga harakat qilishdi qo’rg’oshin ichiga oltin, shu maqsadda ular qo’rg’oshin va qo’rg’oshin-mis qotishmalarining reaktsiyalaridan foydalanganlar oltingugurt. [2]

Odatda tabiatda uchramaydigan kimyoviy moddalarni ishlab chiqarish sintezi kabi sinab ko’rilgan oltingugurtli va azot kislotalari munozarali alkimyogarga tegishli Jobir ibn Hayyon. Jarayon sulfat va nitrat minerallarini isitishni o’z ichiga olgan mis sulfat, alum va selitra. 17-asrda, Yoxann Rudolf Glauber ishlab chiqarilgan xlorid kislota va natriy sulfat sulfat kislota va natriy xlorid. Ning rivojlanishi bilan qo’rg’oshin kamerasi jarayoni 1746 yilda va Leblanc jarayoni, oltingugurt kislotasini katta hajmda ishlab chiqarishga imkon beradi va natriy karbonat navbati bilan kimyoviy reaksiyalar sanoatda qo’llanila boshlandi. Sülfürik kislota texnologiyasini yanada optimallashtirish natijasida aloqa jarayoni 1880-yillarda, [3] va Xabar jarayoni uchun 1909-1910 yillarda ishlab chiqilgan ammiak sintez. [4]

XVI asrdan boshlab tadqiqotchilar Yan Baptist van Helmont, Robert Boyl va Isaak Nyuton eksperimental ravishda kuzatilgan kimyoviy transformatsiyalar nazariyalarini asoslashga harakat qildi. The phlogiston nazariyasi tomonidan 1667 yilda taklif qilingan Yoxann Yoaxim Becher. Bu “phlogiston” deb nomlangan yong’inga o’xshash element mavjudligini taxmin qildi, u yonuvchi jismlar tarkibida bo’lgan va bo’shatilgan yonish. Bu 1785 yilda yolg’on ekanligini isbotladi Antuan Lavuazye havoning kislorod bilan reaktsiyasi sifatida yonishning to’g’ri izohini kim topdi. [5]

Jozef Lui Gay-Lyussak 1808 yilda gazlar har doim bir-biri bilan ma’lum munosabatlarda reaksiyaga kirishishini tan oldi. Ushbu g’oya va ning atom nazariyasiga asoslanib Jon Dalton, Jozef Prust ishlab chiqardi aniq nisbatlar qonuni, keyinchalik bu tushunchalarga olib keldi stexiometriya va kimyoviy tenglamalar. [6]

Haqida organik kimyo, uzoq vaqt davomida tirik organizmlardan olingan birikmalar olinishi uchun juda murakkab ekanligiga ishonishgan sintetik. Tushunchasiga muvofiq hayotiylik, organik moddalar “hayotiy kuch” bilan ta’minlangan va noorganik materiallardan ajralib turardi. Ushbu ajralish, ammo sintezi bilan tugadi karbamid tomonidan noorganik prekursorlardan Fridrix Vohler 1828 yilda. Organik kimyoga katta hissa qo’shgan boshqa kimyogarlar kiradi Aleksandr Uilyam Uilyamson u bilan sintez ning efirlar va Kristofer Kelk Ingold, ko’plab kashfiyotlar qatorida mexanizmlarini o’rnatgan almashtirish reaktsiyalari.

Tenglamalar

Tenglamadan ko’rinib turibdiki CH
₄ + 2 O
₂ → CO
₂ + 2 H
₂ O , dan oldin 2 koeffitsient qo’yilishi kerak kislorod oldin reaktivlar tomonidagi gaz suv massaning saqlanish qonuniga binoan reaktsiya paytida har bir elementning miqdori o’zgarmaydi uchun mahsulot tomonida

Asosiy maqola: Kimyoviy tenglama

Kimyoviy tenglamalar kimyoviy reaktsiyalarni grafik tasvirlash uchun ishlatiladi. Ular quyidagilardan iborat kimyoviy yoki tarkibiy formulalar chapdagi reaktivlarning va o’ngdagi mahsulotlarning. Ular reaksiya yo’nalishini va turini ko’rsatadigan o’q (→) bilan ajralib turadi; o’q “hosil beradi” so’zi sifatida o’qiladi. [7] Okning uchi reaksiya davom etadigan tomonga ishora qiladi. Qarama-qarshi yo’nalishlarga ishora qiluvchi ikkita o’q (⇌) ishlatiladi muvozanat reaktsiyalari. Tenglamalar quyidagicha muvozanatli bo’lishi kerak stexiometriya, har bir turdagi atomlarning soni tenglamaning har ikki tomonida bir xil bo’lishi kerak. Bunga jalb qilingan molekulalar sonini kattalashtirish orqali erishiladi ( A , B , C >> va D. >> tegishli sxemalar misolida) a, b, c va d. [8]

Batafsil ishlab chiqilgan reaksiyalar reaksiya sxemalari bilan ifodalanadi, ular boshlang’ich materiallar va mahsulotlarga qo’shimcha ravishda muhim oraliq mahsulotlarni yoki o’tish davlatlari. Shuningdek, reaktsiyaga nisbatan biroz kichik qo’shimchalar reaktsiya strelkasi ustida ko’rsatilishi mumkin; bunday qo’shimchalarning namunalari suv, issiqlik, yorug’lik, a katalizator Xuddi shunday, ba’zi bir kichik mahsulotlarni o’qning ostiga, ko’pincha minus belgisi bilan qo’yish mumkin.

Organik reaktsiyaga misol: oksidlanish ning ketonlar ga Esterlar bilan peroksikarboksilik kislota

Retrosintetik tahlil murakkab sintez reaktsiyasini loyihalash uchun qo’llanishi mumkin. Bu erda tahlil mahsulotlardan boshlanadi, masalan, tanlangan kimyoviy bog’lanishlarni bo’linish orqali, mantiqiy boshlang’ich reagentlarga etib borish. Retro reaktsiyalarda maxsus o’q (⇒) ishlatiladi. [9]

Elementar reaktsiyalar

The elementar reaktsiya kimyoviy reaksiya parchalanishi mumkin bo’lgan eng kichik bo’linma bo’lib, uning oraliq mahsuloti yo’q. [10] Ko’pgina eksperimental kuzatilgan reaktsiyalar parallel yoki ketma-ket sodir bo’ladigan ko’plab elementar reaktsiyalar asosida tuzilgan. Alohida elementar reaktsiyalarning haqiqiy ketma-ketligi ma’lum reaktsiya mexanizmi. Elementar reaksiya ma’lum bir vaqtda bir nechta molekulalarning uchrashish ehtimoli pastligi sababli bir necha molekulalarni o’z ichiga oladi, odatda bitta yoki ikkita. [11]

Izomerizatsiyasi azobenzol, yorug’lik (hν) yoki issiqlik (Δ) ta’sirida

Eng muhim elementar reaktsiyalar – bu bir molekulyar va bimolekulyar reaktsiyalar. Faqatgina molekula bir molekula reaktsiyasida qatnashadi; u izomerizatsiya yoki a bilan o’zgaradi ajralish bir yoki bir nechta boshqa molekulalarga. Bunday reaktsiyalar issiqlik yoki yorug’lik shaklida energiya qo’shilishini talab qiladi. Bir molekulyar reaktsiyaning odatiy misoli bu cis-trans izomerizatsiya, unda birikmaning sis-shakli trans-shaklga aylanadi yoki aksincha. [12]

Odatda ajralish reaksiya, molekuladagi bog’lanish bo’linadi (yoriqlar) natijada ikkita molekulyar bo’lak paydo bo’ldi. Bo’linish bo’lishi mumkin homolitik yoki geterolitik. Birinchi holda, bog’lanish bo’linadi, shunda har bir mahsulot elektronni saqlab qoladi va neytral bo’ladi radikal. Ikkinchi holda, kimyoviy bog’lanishning ikkala elektroni mahsulotlardan birida qoladi, natijada zaryadlanadi ionlari. Ajralish tetiklashda muhim rol o’ynaydi zanjirli reaktsiyalar, kabi vodorod-kislorod yoki polimerizatsiya reaktsiyalar.

AB ⟶ A + B A + B>>> AB molekulasining A va B fragmentlariga ajralishi

Uchun ikki molekulyar reaktsiyalar, ikkita molekula to’qnashadi va o’zaro ta’sir qiladi. Ularning birlashishi deyiladi kimyoviy sintez yoki an qo’shilish reaktsiyasi.

Yana bir imkoniyat – bitta molekulaning faqat bir qismi boshqa molekulaga o’tkazilishi. Bunday reaktsiya, masalan, ichida sodir bo’ladi oksidlanish-qaytarilish va kislota-asos reaktsiyalari. Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarida uzatilgan zarracha elektron, kislota-asos reaktsiyalarida esa proton hisoblanadi. Ushbu turdagi reaktsiya ham deyiladi metatez.

NaCl + AgNO 3 ⟶ NaNO 3 + AgCl ↓ NaNO3 + AgCl (v)>>>

Kimyoviy muvozanat

Asosiy maqola: Kimyoviy muvozanat

Ko’pgina kimyoviy reaktsiyalar qayta tiklanadi, ya’ni ular har ikki yo’nalishda ham bo’lishi mumkin va davom etishi mumkin. Oldinga va teskari reaktsiyalar bir-biri bilan raqobatlashadi va farq qiladi reaktsiya tezligi. Ushbu stavkalar kontsentratsiyaga bog’liq va shuning uchun reaktsiya vaqtiga qarab o’zgaradi: teskari tezlik asta-sekin o’sib boradi va kimyoviy muvozanat deb atalgan holda oldinga reaktsiya tezligiga teng bo’ladi. Muvozanatga erishish vaqti harorat, bosim va shu kabi materiallar kabi parametrlarga bog’liq va minimal bepul energiya. Muvozanat holatida Gibbs bepul energiya nol bo’lishi kerak. Bosimga bog’liqlikni. Bilan izohlash mumkin Le Shatelier printsipi. Masalan, hajmning pasayishi tufayli bosimning oshishi reaktsiyaning ozroq mol bilan yon tomonga o’tishiga olib keladi. [13]

Reaksiya rentabelligi muvozanatda barqarorlashadi, lekin mahsulotni reaksiya aralashmasidan chiqarib olish yoki haroratni yoki bosimni oshirish orqali o’zgartirish mumkin. Reaktivlar kontsentratsiyasining o’zgarishi muvozanat konstantasiga ta’sir qilmaydi, balki muvozanat holatiga ta’sir qiladi.

Termodinamika

Kimyoviy reaktsiyalar qonunlari bilan belgilanadi termodinamika. Agar ular bo’lsa, reaktsiyalar o’z-o’zidan davom etishi mumkin eksergonik, agar ular energiya chiqaradigan bo’lsa. Reaksiya bilan bog’liq bo’lgan erkin energiya ikki xil termodinamik kattaliklardan iborat, entalpiya va entropiya: [14]

Δ G = Δ H − T ⋅ Δ S . G : bepul energiya, H : entalpiya, T : harorat, S : entropiya, Δ : farq (asl va mahsulot o’rtasidagi o’zgarish)

Reaksiyalar bo’lishi mumkin ekzotermik, bu erda DH salbiy va energiya ajralib chiqadi. Ekzotermik reaktsiyalarning odatiy misollari yog’ingarchilik va kristallanish, unda tartibsiz gaz yoki suyuq fazalardan tartiblangan qattiq moddalar hosil bo’ladi. Aksincha, ichida endotermik reaktsiyalar, issiqlik atrof muhitdan iste’mol qilinadi. Bu tizim entropiyasini ko’paytirish orqali, ko’pincha yuqori entropiyaga ega bo’lgan gazsimon reaktsiya mahsulotlarini hosil qilish orqali sodir bo’lishi mumkin. Entropiya harorat oshgani sayin, ko’pgina endotermik reaktsiyalar yuqori haroratlarda amalga oshiriladi. Aksincha, kristallanish kabi ko’plab ekzotermik reaktsiyalar past haroratlarda sodir bo’ladi. Haroratning o’zgarishi ba’zida reaktsiyaning entalpiyasi belgisini o’zgartirishi mumkin uglerod oksidi kamaytirish molibden dioksidi:

2 CO ( g ) + MoO 2 ( s ) ⟶ 2 CO 2 ( g ) + Mo ( s ) 2CO2 (g) + Mo (s)>>> ; Δ H o = + 21.86 kJ 298 K da = + 21.86 >>

Shakllanish uchun bu reaktsiya karbonat angidrid va molibden past haroratlarda endotermik bo’lib, harorat oshishi bilan kamroq bo’ladi. [15] °H ° nolga teng 1855 K , va reaksiya shu haroratdan yuqori ekzotermik bo’ladi.

Haroratning o’zgarishi reaktsiyaning yo’nalish tendentsiyasini ham o’zgartirishi mumkin. Masalan, suv gazining siljish reaktsiyasi

CO ( g ) + H 2 O ( v ) ↽ − − ⇀ CO 2 ( g ) + H 2 ( g ) ) CO2 (g) + H2 (g)>>>

past haroratlarda, aksincha, yuqori haroratda afzallik beriladi. Reaksiya yo’nalishi tendentsiyasining o’zgarishi sodir bo’ladi 1100 K . [15]

Reaktsiyalarni quyidagicha ham ifodalash mumkin ichki energiya bu entropiyaning, hajmning va o’zgarishini hisobga oladi kimyoviy potentsial. Ikkinchisi, boshqa narsalar qatori, bog’liq tadbirlar jalb qilingan moddalar. [16]

d U = T ⋅ d S − p ⋅ d V + m ⋅ d n U = Tcdot S-pcdot V + mu cdot n> U : ichki energiya, S : entropiya, p : bosim, m kimyoviy potentsial, n : molekulalar soni, d : kichik o’zgarish belgisi

Kinetika

Reaksiyalarning tezligi o’rganiladi reaktsiya kinetikasi. Narx turli xil parametrlarga bog’liq, masalan:

Reaktant kontsentratsiyalar, bu odatda reaktsiya tezligini tezlikni tezligini bir birlik vaqtiga ko’paygan to’qnashuvlar natijasida ko’tarilsa. Biroq, ba’zi reaktsiyalarda stavkalar mavjud mustaqil reaktiv konsentrasiyalari. Ular deyiladi nol tartibli reaktsiyalar.
Yuzaki maydon reaktivlar, xususan, heterojen tizimlardagi qattiq moddalar bilan aloqa qilish uchun mavjud. Katta sirt maydonlari yuqori reaktsiya tezligiga olib keladi.
Bosim – bosimni oshirish molekulalar orasidagi hajmni pasaytiradi va shuning uchun molekulalar orasidagi to’qnashuv chastotasini oshiradi.
Aktivizatsiya energiyasi, bu reaktsiyani o’z-o’zidan boshlash va davom ettirish uchun zarur bo’lgan energiya miqdori sifatida aniqlanadi. Yuqori faollashuv energiyasi shuni anglatadiki, reaktiv moddalar boshlash uchun kam energiya bilan reaktsiyaga qaraganda ko’proq energiya talab qiladi.
Harorat, agar ko’tarilsa reaktsiyalarni tezlashtiradi, chunki yuqori harorat molekulalarning energiyasini oshiradi va vaqt birligida ko’proq to’qnashuvlarni keltirib chiqaradi,
Mavjudligi yoki yo’qligi a katalizator. Katalizatorlar – bu reaktsiya yo’lini (mexanizmini) o’zgartiradigan moddalar, bu esa o’z navbatida reaktsiyani pasaytirib reaktsiya tezligini oshiradi. faollashtirish energiyasi reaktsiya sodir bo’lishi uchun zarur. Katalizator reaktsiya paytida yo’q qilinmaydi yoki o’zgartirilmaydi, shuning uchun uni qayta ishlatish mumkin.
Ba’zi reaktsiyalar uchun, mavjudligi elektromagnit nurlanish, eng muhimi ultrabinafsha nur, reaktsiyani boshlash uchun aloqalarning uzilishini rag’batlantirish uchun kerak. Bu, ayniqsa, reaktsiyalar bilan bog’liq radikallar.

Bir nechta nazariyalar reaksiya tezligini molekulyar darajada hisoblash imkonini beradi. Ushbu maydon reaktsiya dinamikasi deb nomlanadi. Narx v a birinchi darajali reaktsiya, bu A moddasining parchalanishi bo’lishi mumkin:

v = − d [ A ] d t = k ⋅ [ A ] . ]> > = kcdot [].>

Uning integratsiyasi quyidagilarni beradi:

Bu erda k – 1-marta o’lchovga ega bo’lgan birinchi darajali stavka konstantasi, [A] (t) – bir vaqtning o’zida konsentratsiya t va [A]₀ boshlang’ich konsentratsiyasi. Birinchi darajali reaktsiyaning tezligi faqat kontsentratsiyaga va aralashgan moddaning xususiyatlariga bog’liq bo’lib, reaktsiyaning o’zi xarakteristikasi bilan tavsiflanishi mumkin yarim hayot. Yuqori darajadagi reaktsiyalarni tavsiflashda bir martadan ko’proq doimiylik zarur. Tezlik konstantasining haroratga bog’liqligi odatda quyidagilarga amal qiladi Arreniy tenglamasi:

qaerda E_a aktivizatsiya energiyasi va k_B bo’ladi Boltsman doimiy. Reaksiya tezligining eng oddiy modellaridan biri bu to’qnashuv nazariyasi. Keyinchalik aniq modellar muayyan muammoga moslashtirilgan va quyidagilarni o’z ichiga oladi o’tish davri nazariyasi, hisoblash potentsial energiya yuzasi, Markus nazariyasi va Rays-Ramsperger-Kassel-Markus (RRKM) nazariyasi. [17]

Reaksiya turlari

To’rt asosiy tur

To’rt asosiy kimyoviy reaktsiyalar turlarini namoyish etish: sintez, parchalanish, bitta almashtirish va ikki marta almashtirish.

Sintez

Asosiy maqola: Sintez reaktsiyasi

Sintez reaktsiyasida ikki yoki undan ortiq oddiy moddalar birlashib, ancha murakkab moddani hosil qiladi. Ushbu reaktsiyalar umumiy shaklda:

Bir mahsulotni beradigan ikki yoki undan ortiq reaktivlar sintez reaktsiyasini aniqlashning yana bir usuli hisoblanadi. Sintez reaktsiyasining bir misoli – ning birikmasi temir va oltingugurt shakllantirmoq temir (II) sulfid:

Yana bir misol – oddiy vodorod gazi, oddiy kislorod gazi bilan birlashganda, suv kabi yanada murakkab moddalarni ishlab chiqarish. [18]

Parchalanish

Asosiy maqola: Parchalanish reaktsiyasi

Parchalanish reaktsiyasi – bu murakkabroq moddaning oddiyroq qismlarga bo’linishi. Shunday qilib, bu sintez reaktsiyasiga qarama-qarshi bo’lib, quyidagicha yozilishi mumkin [18] [19]

Parchalanish reaktsiyasining misollaridan biri elektroliz qilish uchun suv kislorod va vodorod benzin:

2 H 2 O ⟶ 2 H 2 + O 2 2H2 + O2>>>

Yagona almashtirish

A bitta almashtirish reaktsiyasi, bitta birikmagan element birikmadagi ikkinchisini almashtiradi; boshqacha qilib aytganda, bitta element joy tarkibidagi boshqa element bilan savdo qiladi [18] Ushbu reaktsiyalar umumiy shaklda bo’ladi:

A + Miloddan avvalgi ⟶ AC + B AC + B>>>

Bir marta siljish reaktsiyasining bir misoli qachon magniy qilish uchun suvdagi vodorod o’rnini bosadi magniy gidroksidi va vodorod gazi:

Mg + 2 H 2 O ⟶ Mg ( OH ) 2 + H 2 ↑ Mg (OH) 2 + H2 (^)>>>

Ikki marta almashtirish

A ikki marta almashtirish reaktsiyasi, ikkita birikmaning anionlari va kationlari joylarini almashtirib, ikkita butunlay boshqacha birikmalar hosil qiladi. [18] Ushbu reaktsiyalar umumiy shaklda: [19]

Masalan, qachon bariy xlorid (BaCl₂) va magniy sulfat (MgSO₄) reaktsiyaga kirishadi, SO₄ 2− anion joylarini 2Cl bilan almashtiradi − anion, BaSO birikmalarini beradi₄ va MgCl₂.

Ikki marta siljish reaktsiyasining yana bir misoli – ning reaktsiyasi qo’rg’oshin (II) nitrat bilan kaliy yodidi shakllantirmoq qo’rg’oshin (II) yodidi va kaliy nitrat:

Pb ( YOQ 3 ) 2 + 2 KI ⟶ PbI 2 ↓ + 2 KNO 3 PbI2 (v) + 2KNO3>>>

Yonish

A yonish reaktsiya, element yoki birikma reaksiyaga kirishadi kislorod, ko’pincha energiya ishlab chiqaradi issiqlik yoki yorug’lik. Yonish reaktsiyalari doimo kislorodni o’z ichiga oladi, lekin ko’pincha a uglevodorod.

2 C 8 H 18 ( l ) + 25 O 2 ( g ) ⟶ 16 CO 2 + 18 H 2 O ( g ) 16CO2 + 18H2O (g)>>>

Yonish reaktsiyasi ham kelib chiqishi mumkin uglerod, magniy yoki oltingugurt kislorod bilan reaksiyaga kirishish.

2 Mg ( s ) + O 2 ⟶ 2 MgO ( s ) 2MgO (s)>>> S ( s ) + O 2 ( g ) ⟶ SO 2 ( g ) SO2 (g)>>> [20]

Oksidlanish va qaytarilish

Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasining tasviri

Natriy xlorid natriy metall va xlor gazining oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi orqali hosil bo’ladi

Redoks reaktsiyalarni bitta ishtirok etgan turdan elektronlarni o’tkazish nuqtai nazaridan tushunish mumkin (kamaytiruvchi vosita ) boshqasiga (oksidlovchi vosita ). Ushbu jarayonda avvalgi tur oksidlangan ikkinchisi esa kamaytirilgan. Ko’pgina maqsadlar uchun etarli bo’lsa-da, bu tavsiflar aniq emas. Oksidlanish o’sish sifatida yaxshiroq aniqlanadi oksidlanish darajasi, va oksidlanish darajasining pasayishi sifatida kamayish. Amalda, elektronlarning uzatilishi har doim oksidlanish darajasini o’zgartiradi, ammo elektronlar almashinuvi sodir bo’lmasa ham (masalan, kovalent majburiyatlar). [21] [22]

Quyidagi oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasida xavfli natriy metall toksik bilan reaksiyaga kirishadi xlor ion birikmasini hosil qilish uchun gaz natriy xlorid, yoki oddiy osh tuzi:

2 Na ( s ) + Cl 2 ( g ) ⟶ 2 NaCl ( s ) 2NaCl (s)>>>

Reaktsiyada natriy metal 0 (oksidning toza elementi bo’lgani kabi) oksidlanish darajasidan +1 ga o’tadi: boshqacha aytganda, natriy bitta elektronni yo’qotgan va oksidlangan deb aytiladi. Boshqa tomondan, xlor gazi 0 oksidlanishidan (u ham toza element) -1 ga o’tadi: xlor bitta elektronga ega bo’ladi va kamaytirilgan deyiladi. Xlor kamaytirilgani sababli, u elektron aktseptori hisoblanadi yoki boshqacha qilib aytganda natriyda oksidlanishni keltirib chiqaradi – shuning uchun xlor gazi oksidlovchi vosita hisoblanadi. Aksincha, natriy oksidlanadi yoki elektron donor hisoblanadi va shu bilan boshqa turlarning qisqarishini keltirib chiqaradi va kamaytiruvchi vosita.

Ta’sir etuvchi reaktivlardan qaysi biri kamaytiruvchi yoki oksidlovchi moddalar bo’lishini taxmin qilish mumkin elektr manfiyligi ularning elementlari. Aksariyat metallarga o’xshab past elektr manfiyligi bo’lgan elementlar osongina elektronlarni beradi va oksidlanadi – ular kamaytiruvchi moddalardir. Aksincha, oksidlanish darajasi yuqori bo’lgan ko’plab ionlar, masalan H
₂ O
₂ , MnO −
₄ , CrO
₃ , Kr
₂ O 2−
₇ , OsO
₄ bir yoki ikkita qo’shimcha elektronga ega bo’lishi mumkin va kuchli oksidlovchi moddalardir.

Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasida berilgan yoki qabul qilingan elektronlar sonini taxmin qilish mumkin elektron konfiguratsiyasi reaktiv elementning Elementlar kam energiyaga erishishga harakat qilishadi zo’r gaz konfiguratsiyasi, shuning uchun gidroksidi metallar va halogenlar mos ravishda bitta elektronni beradi va qabul qiladi. Noble gazlarning o’zi kimyoviy jihatdan faol emas. [23]

Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarining muhim klassi quyidagilardir elektrokimyoviy reaktsiyalar, bu erda quvvat manbaidan elektronlar kamaytiruvchi vosita sifatida ishlatiladi. Ushbu reaktsiyalar, masalan, kimyoviy elementlarni ishlab chiqarish uchun juda muhimdir xlor [24] yoki alyuminiy. Elektronlar oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarida ajralib chiqadigan va elektr energiyasidan foydalanish mumkin bo’lgan va batareyalarda ishlatiladigan teskari jarayon.

Kompleks

Ferrosen – ikki S o’rtasida joylashgan temir atomi₅H₅ ligandlar

Kompleksatsiya reaktsiyalarida bir nechta ligandlar a hosil qilish uchun metall atomi bilan reaksiyaga kirishadi muvofiqlashtirish kompleksi. Bunga ta’minlash orqali erishiladi yolg’iz juftliklar ligandni bo’sh holga keltiradi orbitallar metall atomining va hosil bo’lishining dipolyar aloqalar. Ligandlar Lyuis asoslari, ular ikkala ion va neytral molekulalar, masalan, uglerod oksidi, ammiak yoki suv bo’lishi mumkin. Yordamida markaziy metall atomi bilan reaksiyaga kirishadigan ligandlar sonini topish mumkin 18 elektron qoidasi, deb aytib valentlik qobiqlari a o’tish metall birgalikda 18 ga to’g’ri keladi elektronlar, hosil bo’lgan kompleksning simmetriyasini esa bilan taxmin qilish mumkin kristall maydon nazariyasi va ligand maydon nazariyasi. Kompleksatsiya reaktsiyalariga ham kiradi ligand almashinuvi, unda bir yoki bir nechta ligand boshqasi bilan almashtiriladi va markaziy metall atomining oksidlanish darajasini o’zgartiradigan oksidlanish-qaytarilish jarayonlari. [25]

Kislota-asosli reaktsiyalar

In Brönsted-Louri kislotasi-asos nazariyasi, an kislota-asos reaktsiyasi transferini o’z ichiga oladi protonlar (H + ) bir turdan ( kislota ) boshqasiga (the tayanch ). Proton kislotadan chiqarilsa, hosil bo’lgan tur shu kislota deb nomlanadi konjuge asos. Proton asos tomonidan qabul qilinganda, hosil bo’lgan turlar shu asos deb nomlanadi konjugat kislota. [26] Boshqacha qilib aytganda, kislotalar proton donorlari va asoslar proton akseptorlari vazifasini quyidagi tenglamaga muvofiq bajaradi:

Teskari reaksiya mumkin va shu bilan kislota / asos va konjuge asos / kislota doimo muvozanatda bo’ladi. Muvozanat kislota va asos dissotsilanish konstantalari (K_a va K_b) aralashgan moddalarning Kislota-gidroksidi reaktsiyasining maxsus hodisasi zararsizlantirish bu erda aynan bir xil miqdorda olingan kislota va asos neytral hosil qiladi tuz.

Kislota-asos reaktsiyalari ishlatilgan kislota-asos tushunchasiga qarab har xil ta’riflarga ega bo’lishi mumkin. Eng keng tarqalganlaridan ba’zilari:

Arrhenius Ta’rif: kislotalar suvni ajratib, H ni ajratib chiqaradi₃O + ionlar; OH chiqaradigan suvda bazalar ajralib chiqadi − ionlari.
Brnsted-Lori Ta’rifi: Kislotalar proton (H + ) donorlar, bazalar proton akseptorlari; Bunga Arrenyus ta’rifi kiradi.
Lyuis ta’rifi: Kislotalar – elektron-juft akseptorlar, asoslar – elektron-juftlik donorlari; bu Brønsted-Lowry ta’rifini o’z ichiga oladi.

Yog’ingarchilik

Yog’ingarchilik kimyoviy reaksiya paytida eritmada yoki boshqa qattiq moddada qattiq jismning hosil bo’lishi. Odatda u erigan ionlarning kontsentratsiyasi oshgandan keyin sodir bo’ladi eruvchanlik chegara [27] va erimaydigan tuz hosil qiladi. Ushbu jarayonga cho’ktiruvchi vositani qo’shish yoki erituvchini olib tashlash orqali yordam berish mumkin. Tez yog’ingarchilik natijasida an amorf yoki mikrokristallik qoldig’i va sekin jarayon bitta hosil berishi mumkin kristallar. Ikkinchisini shuningdek tomonidan olish mumkin qayta kristallanish mikrokristalli tuzlardan. [28]

Qattiq jismlarning reaktsiyalari

Reaksiyalar ikki qattiq jism orasida bo’lishi mumkin. Biroq, nisbatan kichikligi sababli diffuziya qattiq va qattiq fazadagi reaksiyalar, tegishli kimyoviy reaktsiyalar suyuqlik va gaz fazalari reaktsiyalariga nisbatan juda sekin. Ular reaksiya haroratini oshirish va reaktivni ingichka qilib ajratish orqali aloqa qiladigan sirt maydonini oshirish orqali tezlashadi. [29]

Qattiq | gaz interfeysidagi reaktsiyalar

Reaksiya qattiq | gaz interfeysida, yuzalar kabi juda past bosimda bo’lishi mumkin ultra yuqori vakuum. Via orqali tunnel mikroskopini skanerlash, reaksiyaning vaqt shkalasi to’g’ri diapazonda bo’lsa, haqiqiy fazoda qattiq | gaz interfeysida reaktsiyalarni kuzatish mumkin. [30] [31] Qattiq | gaz interfeysidagi reaktsiyalar ba’zi hollarda kataliz bilan bog’liq.

Fotokimyoviy reaktsiyalar

Bunda Paterno-Büchi reaktsiyasi, hayajonlanmaganlarga fototaytilgan karbonil guruhi qo’shiladi olefin, hosil berish oksetan.

Yilda fotokimyoviy reaktsiyalar, atomlar va molekulalar energiyani yutadi (fotonlar ) yoritish nuri va an ga aylanadi hayajonlangan holat. Keyin ular ushbu energiyani kimyoviy bog’lanishlarni uzish va shu bilan radikallar hosil qilish orqali chiqarishi mumkin. Fotokimyoviy reaktsiyalarga vodorod-kislorod reaktsiyalari, radikal polimerizatsiya, zanjirli reaktsiyalar va qayta tashkil etish reaktsiyalari. [32]

Ko’plab muhim jarayonlar fotokimyo bilan bog’liq. Eng yaxshi misol fotosintez, unda aksariyat o’simliklar konvertatsiya qilish uchun quyosh energiyasidan foydalanadi karbonat angidrid va ichiga suv glyukoza, yo’q qilish kislorod yon mahsulot sifatida. Odamlar D vitamini hosil bo’lishida fotokimyoga tayanadi va ko’rish ning fotokimyoviy reaktsiyasi bilan boshlanadi rodopsin. [12] Yilda o’t pashshalari, an ferment qorin qismida paydo bo’ladigan reaktsiyani katalizlaydi biolyuminesans. [33] Ozon shakllanishi kabi ko’plab muhim fotokimyoviy reaktsiyalar Yer atmosferasida sodir bo’ladi va ularni tashkil qiladi atmosfera kimyosi.

Kataliz

Asosiy maqola: Kataliz
Qo’shimcha ma’lumotlar: Reaktsiya jarayonining kinetik tahlili

Katalizatorning endotermik kimyoviy reaktsiyadagi ta’sirini ko’rsatadigan sxematik potentsial energiya diagrammasi. Katalizatorning mavjudligi kamroq faollashuv energiyasiga ega bo’lgan boshqa reaktsiya yo’lini (qizil rangda) ochadi. Yakuniy natija va umumiy termodinamika bir xil.

Qattiq heterojen katalizatorlar keramika meshlarida qoplanadi katalitik konvertorlar ularning sirtini maksimal darajada oshirish uchun. Ushbu egzoz konvertori a Peugeot 106 S2 1100

Yilda kataliz, reaksiya to’g’ridan-to’g’ri emas, balki ma’lum bo’lgan uchinchi moddalar bilan reaktsiya orqali amalga oshiriladi katalizator. Katalizator reaktsiyada ishtirok etsa-da, reaktsiya tugashi bilan u asl holiga qaytadi va shu sababli iste’mol qilinmaydi. Biroq, uni ikkinchi darajali jarayonlar inhibe qilishi, o’chirishi yoki yo’q qilishi mumkin. Katalizatorlar boshqa bosqichda ishlatilishi mumkin (heterojen ) yoki xuddi shu bosqichda (bir hil ) reaktiv moddalar sifatida Geterogen katalizda odatdagi ikkilamchi jarayonlar kiradi kokslash bu erda katalizator qoplanadi polimer yon mahsulotlar. Bundan tashqari, heterojen katalizatorlar qattiq suyuqlik tizimidagi eritmada eriydi yoki qattiq gaz tizimida bug’lanib ketishi mumkin. Katalizatorlar faqat reaktsiyani tezlashtirishi mumkin – reaktsiyani sekinlashtiradigan kimyoviy moddalar inhibitorlar deb ataladi. [34] [35] Katalizatorlar faolligini oshiruvchi moddalar promotorlar, katalizatorlarni zararsizlantiradigan moddalar katalitik zaharlar deyiladi. Katalizator yordamida yuqori faollashuv energiyasi bilan kinetik ravishda inhibe qilingan reaksiya ushbu faollashuv energiyasini chetlab o’tishda sodir bo’lishi mumkin.

Geterogen katalizatorlar odatda qattiq moddalar bo’lib, ularning sirtini maksimal darajada oshirish uchun changlanadi. Geterogen katalizda alohida ahamiyatga ega platina guruhi ishlatiladigan metallar va boshqa o’tish metallari gidrogenatsiyalash, katalitik isloh qilish kabi tovar kimyoviy moddalarini sintez qilishda azot kislotasi va ammiak. Kislotalar bir hil katalizatorga misol bo’lib, ular nukleofilligini oshiradi karbonil, aks holda elektrofillar bilan davom etmaydigan reaktsiyaga imkon beradi. Bir hil katalizatorlarning afzalligi ularni reaktiv moddalar bilan aralashtirishda qulaylikdir, ammo ularni mahsulotlardan ajratish ham qiyin bo’lishi mumkin. Shuning uchun ko’plab sanoat jarayonlarida heterojen katalizatorlarga ustunlik beriladi. [36]

Organik kimyo bo’yicha reaktsiyalar

Asosiy maqola: Organik reaktsiya

Organik kimyoda oksidlanish, qaytarilish yoki kislota-asos reaktsiyalaridan tashqari yana bir qator boshqa reaksiyalar ham sodir bo’lishi mumkin. kovalent bog’lanishlar uglerod atomlari yoki uglerod va heteroatomlar (masalan, kislorod, azot, galogenlar, va boshqalar.). Organik kimyoda ko’plab o’ziga xos reaktsiyalar mavjud nom reaktsiyalari ularning kashfiyotchilaridan keyin tayinlangan.

O’zgartirish

A almashtirish reaktsiyasi, a funktsional guruh xususan kimyoviy birikma o’rnini boshqa guruh egallaydi. [37] Ushbu reaktsiyalar turlarini a ga almashtirish turlari bilan ajralib turishi mumkin nukleofil, elektrofil yoki tubdan almashtirish.

Qiziqarli malumotlar
Kimyoviy reaktsiya – Chemical reaction