Chemická reakce

Z Multimediaexpo.cz

Chemická reakce je proces vedoucí za vhodných podmínek ke změně chemické struktury chemických látek. Látky, které do reakce vstupují nazýváme reaktanty, látky z reakce vystupující jsou 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.

Obsah

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
  • Analýza neboli chemický rozklad, dekompozice - molekula se rozpadne na několik jednodušších látek
(NH4)2Cr2O7 + Δ → 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. neutralizace a srážení.
NaCl + AgNO3 → NaNO3 + AgCl↓
  • Hoření je označení pro prudkou oxidaci (nejčastěji) kyslíkem. Jedná se o velmi silnou exotermní reakci.
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. 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).
    • rádikálové (AR) - činidlem je radikál - částice s minimálné jedním nepárovým elektronem
  • Přesmyk neboli izomerace – při této 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. 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 písmenem v závorce: s (solid, pevná látka), l (liquid, kapalina), g (gas, plyn) a aq (aqua, vodný roztok).

  • 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).
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. Typické heterogenní reakce jsou srážecí reakce.
NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → NaNO3 (aq) + AgCl↓ (s)

Podle typu přenášených částic

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).
CuSO4 + 4 H2O → [Cu(H2O)4]SO4

Podle tepelného zabarvení

  • exotermické reakce (exotermní) – během reakce se teplo uvolňuje, tzn. energie reaktantů je vyšší než energie produktů (např. 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 - 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. 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 endotermnní reakce je 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.
  • 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. Monomolekulární reakce se označujují také jako reakce prvního řádu.
  • bimolekulární – aby reakce mohla proběhnout, musí se srazit dvě molekuly – nejčastější typ reakcí. Takovýmto 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. Vzácný typ reakcí, který je neobvyklý.

Reakce tetramolekulární a reakce vyšších řádů neznáme. Důvodem je to, že srážka tří molekul je už tak z pohledu statistické termodynamiky vzácným jevem, proto současná srážka čtyř a více molekul prakticky nemůže nastat. Stále lepšími přístroji se u mnoha těchto reakcí dokazuje, že jsou to vlastně dvě reakce nižších řádů následující velmi rychle za sebou.

Související články


Citováno z „http://ww.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Chemick%C3%A1_reakce“