Chemická reakce

Technology

12 hours ago

Author

Albert Flores

Chemická reakce je proces vedoucí ke změně chemické struktury chemické látky. Látky, které do reakce vstupují, nazýváme reaktanty. Látky, které z reakce vystupují, nazýváme produkty. Při tomto procesu dochází ke změnám v rozmístění elektronové hustoty v molekule, zjednodušeně řečeno, dochází k zániku a vzniku chemických vazeb. Chemické reakce popisujeme pomocí chemických rovnic.

Klasifikace reakcí

Je mnoho kritérií, podle kterých můžeme chemické reakce dělit:

Podle vnější změny

Syntéza neboli chemické slučování - ze dvou nebo více prvků nebo sloučenin vznikne produkt, který je většinou složitější než výchozí látky. : N2 + 3 H2 → 2 NH3

* Chemický rozklad, dekompozice - molekula se rozpadne na několik jednodušších látek, např. termický rozklad dichromanu amonného : (NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + 4 H2O + N2

* Substituce neboli nahrazování, vytěsňování - část molekuly je nahrazena jiným atomem nebo skupinou : CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu : 2 Na + 2HCl → 2 NaCl + H2

* Konverze neboli podvojná záměna - dvě látky si při reakci vymění atomy nebo funkční skupiny. Patří sem např. +more neutralizace a srážení. : NaCl + AgNO3 → NaNO3 + AgCl↓.

* Hoření je označení pro prudkou oxidaci (nejčastěji) kyslíkem. Hoření je velmi silná exotermní reakce. +more : C10H8 + 12 O2 → 10 CO2 + 4 H2O : CH2S + 6 F2 → CF4 + 2 HF + SF6.

Podle reakčního mechanismu

Toto hledisko má uplatnění zejména v organické chemii.

* Adice (A, AD) - dochází k navázání činidla na násobné vazby substrátu. Řídí se Markovníkovým pravidlem. +more Řadíme sem např. hydrataci, halogenaci, hydrogenaci atd. Podle typu činidla rozlišujeme adice: ** elektrofilní (AE) - činidlem je elektrofil - částice vyhledávající zvýšenou elektronovou hustotu (zpravidla má kladný náboj); ** nukleofilní (AN) - činidlem je nukleofil - částice vyhledávající sníženou elektronovou hustotu (zpravidla má záporný náboj); ** radikálové (AR) - činidlem je radikál - částice s minimálně jedním nepárovým elektronem. * Eliminace (E) - dochází k odštěpení zpravidla jednoduché anorganické sloučeniny za vzniku násobné vazby. Řídí se Zajcevovým pravidlem. Mezi eliminační reakce řadíme např. dehydrogenaci, dehydrataci apod. * Substituce (S) - dochází k nahrazení atomu nebo funkční skupiny substrátu za jiný atom nebo funkční skupinu. Podle typu činidla rozlišujeme substituci: ** radikálovou (SR) - činidlem je látka, která se za vhodných podmínek štěpí na radikály. Skládá se ze tří fází: iniciace (štěpení činidla na radikály), propagace (napadání substrátu a tvorba dalších radikálů) a terminace (spojování radikálů, ukončení reakce). ** elektrofilní (SE) - substrátu je napaden elektrofilem za vzniku tzv. π-komplexu, který se následně přesmykne na tzv. σ-komplex. Poslední fází je odštěpení vodíkového kationtu. Mezi typické elektrofilní substituce patří nitrace (činidlo tzv. nitrační směs HNO3 + H2SO4), halogenace (X2 + AlX3) a sulfonace (H2SO4 nebo oleum). Významná je elektrofilní aromatická substituce. ** nukleofilní (SN) - substrátu je napaden nukleofilem. Tyto reakce mají dva reakční mechanismy - SN1 a SN2.

* Přesmyk neboli izomerizace - při reakci dochází pouze ke změně struktury látky, nemění se ani počet, ani druh atomů tvořících molekulu. Zpravidla takto dochází k přeměně méně stabilní sloučeniny na její stálejší izomer. +more Např. enol-formy R=C(-OH)-R se přesmykují na keto-formy R-C(=O)-R. Konjugované dieny (H2C=C=CH2) se přeměňují na alkyny (CH3-C≡CH).

Podle skupenství

Skupenství reaktantů a produktů značíme v chemické rovnici písmeny v závorce: * (aq) - aqua, vodný roztok * (g) - gas, plyn * (l) - liquid, kapalina * (s) - solid, pevná látka.

* Homogenní reakce má všechny reaktanty a produkty ve stejné fázi (skupenství). Přitom H2O (l) se nepovažuje za rozdílnou fázi, pokud jsou ostatní sloučeniny ve vodném roztoku (aq). +more : H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (g) : NaOH (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H2O (l).

* Heterogenní reakce obsahuje rozdílné fáze, probíhá na styčné ploše, tzv. fázovém rozhraní. +more Typické heterogenní reakce jsou srážecí reakce. : NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → NaNO3 (aq) + AgCl↓ (s).

Podle typu přenášených částic

Oxidačně-redukční reakce - přenášenou částicí je elektron e−. Probíhají současně děje: ** oxidace - částice odevzdává elektrony, zvyšuje se její kladné oxidační číslo; ** redukce - částice přijímá elektrony, snižuje se její kladné oxidační číslo. +more : Látky, které jiné látky oxidují, ale samy se redukují, nazýváme oxidační činidla (např. O2, KMnO4). Látky, které jiné látky redukují, ale samy se oxidují, nazýváme redukční činidla (např. kovy, uhlík, HPO2).

* Protolytické neboli acidobazické reakce - přenášenou částicí je vodíkový kationt H+. Typickým představitelem je reakce kyseliny s hydroxidem neboli neutralizace.

* Komplexotvorné reakce - atomy či funkční skupiny (tzv. ligandy) se vážou na tzv. +more centrální atom za vzniku koordinačních sloučenin neboli komplexů. : CuSO4 + 4 H2O → [Cu(H2O)4]SO4 : Studiem této problematiky se zabývá koordinační chemie.

Podle tepelného zabarvení

exotermické reakce (exotermní) - během reakce se teplo uvolňuje, tzn. energie reaktantů je vyšší než energie produktů (např. +more hoření, neutralizace, buněčné dýchání); * endotermické reakce (endotermní) - během reakce se teplo spotřebovává (musí se do soustavy dodávat), tzn. energie reaktantů je nižší než energie produktů (např. tepelný rozklad uhličitanu vápenatého, fotosyntéza); * atermické reakce - během reakce se teplo ani nespotřebovává, ani neuvolňuje. Tato reakce se v přírodě často nevyskytuje.

Reakční teplo je rozdíl energie produktů a reaktantů. Podle Hessova zákona nezávisí na průběhu reakce, ale jen na stavech před reakcí a po reakci. +more Nejčastěji se uvádí jako stavová veličina entalpie ∆H v jednotkách kJ/mol. Pokud hledisko zobecníme na příjem/uvolnění energie (i v jiné formě než teplo), klasifikujeme reakce jako endergonické/exergonické. Tepelným efektem reakcí se zabývá chemická termodynamika neboli termochemie. Změna Gibbsovy energie soustavy (∆G) je u exotermické reakce záporná (-∆G) a u endotermní reakce kladná (+∆G).

Podle směru reakce

přímé - základní typ reakce, viz výše; * zpětné - reakce probíhá stejným mechanismem, ale opačným směrem (dle principu mikroskopické reverzibility); * bočné - několik současně běžících reakcí spotřebovává stejnou výchozí látku, ale jejich produktem jsou různé sloučeniny; * násobné - produkt reakce dál reaguje stejným mechanismem, například polymerace, radikálové reakce.

Podle rovnováhy reakce

rovnovážné - reakce běží až do chemické rovnováhy, která je definována rovnovážnou konstantou. Rovnovážná konstanta je poměrem rychlostních konstant dvou navzájem zpětných reakcí. +more * jednosměrné - zpětná reakce je zanedbatelná.

Podle počtu reagujících molekul

monomolekulární - reaguje jedna molekula - dekompozice (rozpad). Příkladem je reakce typu: A → P, kde A značí reaktanty, P pak produkty. +more Monomolekulární reakce se označují také jako reakce prvního řádu. * bimolekulární - aby reakce mohla proběhnout, musí se srazit dvě molekuly - nejčastější typ reakcí. Příkladem je A + A → P nebo A + B → P, kde A, B jsou reaktanty a P produkty reakce. Bimolekulární reakce odpovídají reakcím druhého řádu. * trimolekulární - aby reakce mohla proběhnout, musí se srazit tři molekuly v jednom okamžiku. Tyto reakce jsou vzácné. Reakce tetramolekulární a reakce vyšších řádů neznáme. Důvodem je, že srážka tří molekul je z pohledu již tak statistické termodynamiky vzácným jevem. Proto současná srážka čtyř a více molekul prakticky nemůže nastat. Díky dokonalejším přístrojům se při mnoha těchto reakcích dokázalo, že jsou dvěma reakcemi nižších řádů následujícími rychle za sebou.