ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ
Полезное
Смотреть что такое «ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ» в других словарях:
Обмен веществ — или метаболизм, лежащий в основе жизни закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме. Ф. Энгельс,… … Большая советская энциклопедия
Обмен веществ и энергии — (у микробов) одно из кардинальных св в у всех организмов, выражающееся в совокупности процессов превращения веществ и энергии, направленных на сохранение и воспроизведение жизни. О. в. э. у микробов принципиально сходен с таковым у высших… … Словарь микробиологии
Обмен веществ — см. Метаболизм. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989. Обмен веществ превращения веществ (и энергии) в организмах, обеспечивающие их жизнеспособнос … Экологический словарь
обмен веществ и энергии — (син. метаболизм) совокупность процессов превращения веществ и энергии в живом организме и обмена организма веществами и энергией с окружающей средой … Большой медицинский словарь
Обмен веществ — и энергии – совокупность процессов превращения веществ и энергии в животном организме и их обмена с окружающей средой; рассматривается по составляющим компонентам: белковый, липидный, углеводный, энергетический, водно солевой, витаминный … Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных
Круговорот веществ — на Земле, повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее выраженный циклический характер. Эти процессы имеют определённое поступательное движение, т. к. при так называемых циклических… … Большая советская энциклопедия
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ — метаболизм, совокупность протекающих в живых организмах химич. превращений, обеспечивающих их рост, жизнедеятельность, воспроизведение, постоянный контакт и обмен с окружающей средой. Благодаря О. в. происходит расщепление и синтез молекул,… … Биологический энциклопедический словарь
Обмен веществ в растении — Этим выражением (представляющим перевод немецкого термина Stoffwechsel английские физиологи заменяют его термином метаболизм) обозначают совокупность превращений вещества, обуславливающих жизненную деятельность организма. Следует, прежде всего,… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
круговорот веществ — на Земле, повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее циклический характер. Общий круговорот веществ складывается из отдельных процессов (круговорот воды, газов, химических элементов), которые не… … Энциклопедический словарь
КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ — в природе, относительно повторяющиеся взаимосвязанные физические, химические и биологические процессы превращения и перемещения вещества в природе. До создания В. И. Вернадским биогеохимии и учения о биосфере в науке бытовало представление о… … Биологический энциклопедический словарь
Что такое химическое превращение
Химическая реакция — это превращение одних веществ (реагентов) в другие, отличающиеся по химическому составу или строению (продукты реакции).
ПРИЗНАКИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Химическое превращение от физического всегда можно отличить по наличию одного или нескольких признаков:
· образование слабодиссоциированных веществ (например, воды);
· выделение энергии (тепловой или световой).
ТИПЫ КЛАССИФИКАЦИЙ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Существует несколько подходов к классификации химических реакций, основные из них представлены на схеме ниже.
Рассмотрим их подробнее.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ЧИСЛУ И СОСТАВУ РЕАГИРУЮЩИХ И ОБРАЗУЮЩИХСЯ ВЕЩЕСТВ
Первая реакция является реакцией соединения (иногда говорят присоединения), поскольку из двух веществ получается одно. Во второй реакции, наоборот, из одного вещества получается два и это реакция разложения.
В реакциях замещения простое вещество замещает один из элементов в сложном веществе, в результате чего получается новое просто вещество и новое сложное вещество. Например:
В реакциях обмена два сложных вещества обмениваются своими составными частями и образуется два новых сложных вещества:
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ИЗМЕНЕНИЮ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — реакции, протекающие с изменением степеней окисления элемента(ов).
В любой окислительно-восстановительной реакции (ОВР) всегда должен быть как минимум один элемент, повышающий степень окисления ( восстановитель ), и другой — понижающий степень окисления ( окислитель ).
Если же эти элементы входят в состав одной молекулы, такие реакции называются внутримолекулярными ОВР.
6 KOH (конц.) + 3 Cl 2 = KClO 3 + 5 KCl + 3 H 2 O
Cl 0 2 + 1 ⋅ 2 e ¯→ 2 Cl − | 5 окислитель, процесс восстановление
Cl 0 2 − 5 ⋅ 2 e ¯→ 2 Cl +5 | 1 восстановитель, процесс окисление
В этой реакции хлор простое вещество одновременно и окислился (до KClO 3 ) и восстановился (до KCl ). Такие реакции называются реакциями диспропорционирования.
S +4 + 4 e ¯→ S 0 | 1 окислитель, процесс восстановление
S −2 − 2 e ¯→ S 0 | 2 восстановитель, процесс окисление
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ТЕПЛОВОМУ ЭФФЕКТУ
Тепловой эффект реакции — ΔH — теплота, поглощаемая или выделяемая системой в ходе химической реакции.
2. Е реагентов В этом случае для протекания реакции необходима дополнительная энергия, которая может быть получена извне в виде дополнительного нагревания, УФ-облучения или в других формах. При этом температура реагирующей системы должна понижаться за счет поглощения энергии.
Экзотермические реакции — реакции, протекающие с выделением тепла (+Q)
Самые типичные экзотермические реакции — это реакции горения. Иногда энергетический «выигрыш» настолько велик, что происходит выделение и тепловой и световой энергии, что чаще всего принято называть взрывом. Например, горение метана в атмосфере воздуха.
В случае, если на образование новых химических связей требуется энергия большая, чем выделилась при разрыве старых связей, то системе требуется дополнительная подача тепла.
Эндотермические реакции — реакции, протекающие с поглощением тепла (-Q)
Термохимические уравнения — уравнения химических реакций с указанием теплового эффекта реакции.
Подробнее термохимические уравнения будут рассмотрены в соответствующем разделе.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО АГРЕГАТНОМУ СОСТОЯНИЮ РЕАГЕНТОВ
Напомним, что существует четыре агрегатных состояния вещества: газ, жидкость, твердое и плазма (последнее встречается крайне редко).
Граница раздела фаз присутствует в системе, образованной, например, жидкостью и твердым телом (металл и кислота), твердым телом и газом (гетерогенный катализ), двумя несмешивающимися жидкостями (масло и вода). Чаще всего химические реакции являются гетерогенными.
Агрегатное состояние вещества обычно обозначается буквами русского алфавита нижним индексом в скобках : (г) — газ, (ж) — жидкость, (т) — твердое.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО НАЛИЧИЮ КАТАЛИЗАТОРА
Катализатор — вещество, которое ускоряет скорость химической реакции, но само при этом не расходуется.
Ингибитор — вещество, замедляющее или предотвращающее протекание химической реакции.
Следует понимать, что катализатор участвует в реакции и претерпевает ряд изменений (каталитический цикл), превращается в промежуточные соединения, которые разрушаются к концу каталитического цикла, превращаясь в исходный катализатор. Поэтому иногда в учебниках встречается формулировка: «катализатор в реакции не расходуется».
Ингибиторы используются в быту и в промышленности для подавления протекания нежелательных процессов: старения полимеров, окисления топлива и смазочных масел, пищевых жиров и др. Например, ортофосфорная кислота замедляет процессы окисления железа (коррозию), поэтому ее используют для предотвращения ржавления. Часто ингибиторы используются в медицине, в лекарственных препаратах, например ингибиторы образования ферментов и др.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИИ
Реакции, которые при заданных условиях протекают как в прямом, так и в обратном направлении, называют обратимыми.
Обратимые реакции очень распространены в химии. К ним относятся диссоциация воды и слабых кислот, гидролиз некоторых солей, реакции водорода с бромом, иодом и азотом, многие промышленно важные реакции, такие как:
ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ
ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ. Вещества могут претерпевать два типа превращений: физические и химические.
Физические превращения.
Когда с веществом происходит физическое изменение, состав его молекул остается прежним, т.е. вещество сохраняет свою химическую индивидуальность. Существует три типа основных физических превращений – плавление, испарение и замерзание. Лед – твердое вещество – при плавлении превращается в воду – жидкость, которая при замерзании снова становится льдом. Молекулы льда и воды состоят из одних и тех же элементов (H и O), находящихся в одинаковых пропорциях. Когда лед тает, никаких химических реакций не происходит. Другой тип физических превращений – изменение формы вещества, например при его резании, шлифовании, измельчении, растворении, эмульгировании и т.д. Еще один тип физического превращения – сублимация (возгонка), переход твердого вещества непосредственно в газообразное. Именно это превращение имеет место, когда мокрое белье сохнет на морозе.
Химические превращения
происходят постоянно и повсюду; при этом изменяется химическая индивидуальность веществ, одни вещества превращаются в другие с иными свойствами. Так, при ржавлении железа образуется новое вещество – ржавчина (оксид железа). Химические превращения могут сопровождаться физическими изменениями. При горении древесины (твердое вещество) образуются диоксид углерода (газ), вода (жидкость) и углерод (твердое вещество). Химические превращения чрезвычайно многообразны, их изучением и классификацией занимается наука химия. Вот некоторые типы превращений, принятые в химии.
Реакции присоединения.
Объединение молекул двух или нескольких веществ с образованием молекулы одного нового вещества. Примером служит горение магния на воздухе: 2Mg + O2 ® 2MgO.
В органической химии этим термином часто пользуются для обозначения таких реакций, как взаимодействие этилена С2H4 с бромом с образованием дибромэтана:
Реакции разложения.
Распад исходного вещества на два или более простых. Так, при разложении оксида ртути образуются элементная ртуть и кислород: 2HgO ® 2Hg + O2.
Реакции замещения.
Замена атомов в молекулах сложного вещества атомами простого вещества. Например, железо замещает медь в растворе сульфата меди:
Реакции обмена.
Образование двух новых веществ при взаимодействии двух исходных. Например, иодид натрия NaI и нитрат свинца Pb(NO3)2 обмениваются своими составными частями с образованием иодида свинца и нитрата натрия:
Атом хлора обменивается с одним или более атомами водорода в молекуле углеводорода, например метана СН4, следующим образом:
Реакция гидролиза.
Гидролиз (расщепление с участием воды) – это реакция двойного разложения, когда одним из исходных компонентов является вода. При гидролизе хлорида аммония NH4Cl образуется гидроксид аммония NH4OH и соляная кислота HCl:
Реакция нейтрализации.
Особый случай реакции обмена – взаимодействие кислоты с эквивалентным количеством основания с образованием соли и воды. Соляная кислота HCl и гидроксид натрия NaOH нейтрализуют друг друга с образованием хлорида натрия NaCl и воды:
HCl + NaOH ® NaCl + H2O
Ма Ш. Современная теория критических явлений. М., 1980
Дикерсон Р. и др. Основные законы химии. М., 1982
Классификация реакций
Существует несколько классификаций реакций, протекающих в неорганической и органической химии.
По характеру процесса
Так называют химические реакции, где из нескольких простых или сложных веществ получается одно сложное вещество. Примеры:
В результате реакции разложения сложное вещество распадается на несколько сложных или простых веществ. Примеры:
В ходе реакций замещения атом или группа атомов в молекуле замещаются на другой атом или группу атомов. Примеры:
К реакциям обмена относятся те, которые протекают без изменения степеней окисления и выражаются в обмене компонентов между веществами. Часто обмен происходит анионами/катионами:
AgF + NaCl = AgCl↓ + NaF
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)
Замечу, что окислителем и восстановителем могут являться только исходные вещества (а не продукты!) Окислитель всегда понижает свою СО, принимая электроны в процессе восстановления. Восстановитель всегда повышает свою СО, отдавая электроны в процессе окисления.
ОВР уравнивают методом электронного баланса, с которым мы подробно познакомимся в разделе «Решения задач».
Обратимые и необратимые реакции
Классическим примером обратимой реакции является синтез аммиака и реакция этерификации (из органической химии):
Необратимые реакции протекают только в одном направлении, до полного расходования одного из исходных веществ. Главное отличие их от обратимых реакций в том, что образовавшиеся продукты реакции не взаимодействуют между собой с образованием исходных веществ.
Примеры необратимых реакций:
NaOH + HCl = NaCl + H2O (образуется вода)
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 (сопровождается выделением большого количества тепла)
Реакции и агрегатное состояние фаз
Фазой в химии называют часть объема равновесной системы, однородную во всех своих точках по химическому составу и физическим свойствам и отделенную от других частей того же объема поверхностью раздела. Фаза бывает жидкой, твердой и газообразной.
К гетерогенным реакциям относятся следующие реакции (примеры): жидкость + газ, газ + твердое вещество, твердое вещество + жидкость. Примером такой реакции может послужить взаимодействие твердого цинка и раствора соляной кислоты:
К гомогенным реакциям относятся (примеры): жидкость + жидкость, газ + газ. Примером такой реакции может служить взаимодействие между растворами уксусной кислоты и едкого натра.
Реакции и их тепловой эффект
NaOH + HCl = NaCl + H2O + 56 кДж
К экзотермическим реакциям часто относятся реакции горения, соединения.
Исключением является взаимодействие азота и кислорода, при котором тепло поглощается:
Как уже было отмечено выше, если тепло выделяется во внешнюю среду, значит, система реагирующих веществ потеряло это тепло. Поэтому не должно казаться противоречием, что внутренняя энергия веществ в результате экзотермической реакции уменьшается.
Энтальпией называют (обозначение Н), количество термодинамической (тепловой) энергии, содержащееся в веществе. Иногда с целью «запутывания» в реакции вместо явного +Q при экзотермической реакции могут написать ΔH 0, так как внутренняя энергия веществ увеличивается. Например:
CaCO3 = CaO + CO2↑ ; ΔH > 0 (значит реакция эндотермическая, так как внутренняя энергия увеличивается)
Замечу, что не все реакции разложения являются эндотермическими. Широко известная реакция разложения дихромата аммония («вулканчик») является примером экзотермического разложения, при котором тепло выделяется.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Классификация химических реакций
Темы кодификатора ЕГЭ: Классификация химических реакций в органической и неорганической химии.
В ходе химической реакции разрушаются химические связи, и образуются новые.
Химические реакции классифицируют по разным признакам. Рассмотрим основные виды классификации химических реакций.
Классификация по числу и составу реагирующих веществ
По составу и числу реагирующих веществ разделяют реакции, протекающие без изменения состава веществ, и реакции, протекающие с изменением состава веществ:
1. Реакции, протекающие без изменения состава веществ (A → B)
К таким реакциям в неорганической химии можно отнести аллотропные переходы простых веществ из одной модификации в другую:
Sромбическая → Sмоноклинная.
2. Реакции, протекающие с изменением состава
Как правило, в названии таких реакций есть приставка «де». Реакции разложения в органической химии происходят, как правило, с разрывом углеродной цепи.
2KI + Cl2 → 2KCl + I2.
Замещаться могут как отдельные атомы, так и молекулы.
В органической химии реакции замещения — это такие реакции, в ходе которых часть органической молекулы замещается на другие частицы. При этом замещенная частица, как правило, соединяется с частью молекулы-заместителя.
По числу частиц и составу продуктов взаимодействия эта реакция больше похожа на реакцию обмена. Тем не менее, по механизму такая реакция является реакцией замещения.
AB + CD = AC + BD
К реакциям обмена относятся реакции ионного обмена, протекающие в растворах; реакции, иллюстрирующие кислотно-основные свойства веществ и другие.
Пример реакции обмена в неорганической химии — нейтрализация соляной кислоты щелочью:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Пример реакции обмена в органической химии — щелочной гидролиз хлорэтана:
Классификация химических реакций по изменению степени окисления элементов, образующих вещества
По изменению степени окисления элементов химические реакции делят на окислительно-восстановительные реакции, и реакции, идущие без изменения степеней окисления химических элементов.
В неорганической химии к таким реакциям относятся, как правило, реакции разложения, замещения, соединения, и все реакции, идущие с участием простых веществ. Для уравнивания ОВР используют метод электронного баланса (количество отданных электронов должно быть равно количеству полученных) или метод электронно-ионного баланса.
В органической химии разделяют реакции окисления и восстановления, в зависимости от того, что происходит с органической молекулой.
Реакции окисления в органической химии — это реакции, в ходе которых уменьшается число атомов водорода или увеличивается число атомов кислорода в исходной органической молекуле.
Реакции восстановления в органической химии — это реакции, в ходе которых увеличивается число атомов водорода или уменьшается число атомов кислорода в органической молекуле.
Классификация реакций по тепловому эффекту
По тепловому эффекту реакции разделяют на экзотермические и эндотермические.
Экзотермические реакции — это реакции, сопровождающиеся выделением энергии в форме теплоты (+Q). К таким реакциям относятся почти все реакции соединения.
Исключения — реакция азота с кислородом с образованием оксида азота (II) — эндотермическая:
Реакция газообразного водорода с твердым йодом также эндотермическая:
Экзотермические реакции, в ходе которых выделяется свет, называют реакциями горения.
Также экзотермическими являются:
Эндотермические реакции — это реакции, сопровождающиеся поглощением энергии в форме теплоты (— Q). Как правило, с поглощением теплоты идет большинство реакций разложения (реакции, требующие длительного нагревания).
Также эндотермическими являются:
Классификация химических реакций по агрегатному состоянию реагирующих веществ (по фазовому составу)
Для классификации реакций по фазовому состоянию полезно уметь определять фазовые состояния веществ. Это достаточно легко сделать, используя знания о строении вещества, в частности, о типах кристаллической решетки.
Вещества с ионной, атомной или металлической кристаллической решеткой, как правило твердые при обычных условиях; вещества с молекулярной решеткой, как правило, жидкости или газы при обычных условиях.
Обратите внимание, что при нагревании или охлаждении вещества могут переходить из одного фазового состояния в другое. В таком случае необходимо ориентироваться на условия проведения конкретной реакции и физические свойства вещества.
Таким образом, паровая конверсия метана — гомогенная реакция.
Классификация химических реакций по участию катализатора
Катализатор — это такое вещество, которое ускоряет реакцию, но не входит в состав продуктов реакции. Катализатор участвует в реакции, но практичсеки не расходуется в ходе реакции. Условно схему действия катализатора К при взаимодействии веществ A + B можно изобразить так: A + K = AK; AK + B = AB + K.
В зависимости от наличия катализатора различают каталитические и некаталитические реакции.
Все реакции, протекающие с участием в клетках живых организмов, протекают с участием особых белковых катализаторов — ферментов. Такие реакции называют ферментативными.
Более подробно механизм действия и функции катализаторов рассматриваются в отдельной статье.
Классификация реакций по способности протекать в обратном направлении
Обратимые реакции — это реакции, которые могут протекать и в прямом, и в и обратном направлении, т.е. когда при данных условиях продукты реакции могут взаимодействовать друг с другом. К обратимым реакциям относятся большинство гомогенных реакций, этерификация; реакции гидролиза; гидрирование-дегидрирование, гидратация-дегидратация; получение аммиака из простых веществ, окисление сернистого газа, получение галогеноводородов (кроме фтороводорода) и сероводорода; синтез метанола; получение и разложение карбонатов и гидрокарбонатов, и т.д.
Необратимые реакции — это реакции, которые протекают преимущественно в одном направлении, т.е. продукты реакции не могут взаимодействовать друг с другом при данных условиях. Примеры необратимых реакций: горение; реакции, идущие со взрывом; реакции, идущие с образованием газа, осадка или воды в растворах; растворение щелочных металлов в воде; и др.