Хімічні сполуки і хімічні реакції

Хімічні сполуки - складні речовини, що складаються з хімічно пов'язаних атомів двох або кількох хімічних елементів. Термін «з'єднання» означає: різні частини так пов'язані один з одним, що виникло нове речовина, з іншими властивостями, ніж у вихідних речовин. У хімічній сполуці зв'язку такі, що вже не можна розрізнити властивості окремих компонентів.
Так, наприклад, не можна виявити властивості сірки або міді в CuSO4.

Хімічні реакції - динамічні процеси, викликані електричним тяжінням між ділянками молекул реагуючих речовин мають різний знак заряду, пов'язані або зі зміною будови електронних оболонок, або з їх трансформацією в нову електронну оболонку продукту реакції.

Всі хімічні і більшість фізичних властивостей речовин залежать від будови електронних оболонок. складових їх атомів, а хімічна сполука тим і відрізняється від фізичної суміші, що в ньому частина електронів обобществляя; вони утворюють хімічні зв'язки між атомами. Тому важливою властивістю хімічних сполук, що відрізняє їх від механічних сумішей, є однорідність. Склад хімічної сполуки записують у вигляді хімічних формул, а взаємне розташування атомів зображують за допомогою структурних формул.

Деякі прості речовини теж можна розглядати як хімічні сполуки, якщо їх атоми пов'язані ковалентними зв'язками в молекули, як, наприклад, кисень О2. озон О3. графіт і алмаз. і тому подібне. У цих з'єднаннях істотний вплив на властивості речовини надає не тільки склад, але і взаємне розташування атомів, а також тип з'єднують їх зв'язків.

Хімічні сполуки утворюються або при взаємодії простих речовин, або в результаті хімічних реакцій інших з'єднань. Освіта хімічних сполук завжди супроводжується виділенням або поглинанням енергії. Не обов'язково теплоти - так, в акумуляторах і гальванічних елементах (старих батарейках) утворення хімічних сполук супроводжується виникненням електрорушійної сили, а в ракетному двигуні велика частина енергії, що виділяється при утворенні хімічних сполук палива з окислювачем, перетворюється в механічну енергію руху ракети.

Чому ж, при утворенні хімічних сполук відбувається поглинання або виділення енергії? Загальна теорія взаємодій описує процес утворення хімічних сполук, як результат електричного взаємодії атомів або молекул. Атоми і молекули являють собою сукупність змінюються просторово спрямованих електричних сил. Для прикладу на малюнку показані атом водню і молекула води.

Синім на малюнках позначений негативний заряд електрона, червоним позитивний заряд ядра.

При утворенні хімічної сполуки, що відбувається в результаті процесу електричного тяжіння різно заряджених зон атома або молекули, відбуваються зміни в розташуванні електронів щодо ядер атомів. Чим більше ступінь зміни електронної оболонки, що відбулася в результаті реакції тим більше величина енергії, необхідної для того, щоб реакція відбулася, або виділяється в результаті такої реакції.

Якщо розташування електронів в продуктах реакції є менш енергетичним, в порівнянні з вихідними продуктами, тобто електрони розташовуються ближче до ядра або правильніше (симетрично), то енергія виділяється (найчастіше у вигляді теплоти). В іншому випадку енергія електронів повинна зрости, тобто для проведення реакції освіти хімічної сполуки необхідно затратити енергію.

Так як практично ніколи сумарна енергія електронів в результаті реакції не залишається колишньою, то і процеси утворення хімічних сполук супроводжуються виділенням або поглинанням енергії.

хімічні реакції

Хімічні реакції - процеси утворення речовин і хімічних сполук протікають зі зміною електронних оболонок.

У перекладі з латині «реакція» означає «протидія, відсіч, відповідна дія». Отже термін хімічна реакція можна розуміти як відповідна дія речовини на вплив ззовні інших речовин і фізичних факторів - тепла, тиску, випромінювання ... Але під таке визначення підпадають і фізичні процеси: плавлення, кипіння, замерзання та інші. Тому слід уточнити, що хімічна реакція - це така зміна речовини, при якому розриваються старі і утворюються нові зв'язки між атомами. Подробиці про хімічний зв'язок.

Що значить вивчати хімічну реакцію?

Вивчати хімічну реакцію - значить шукати відповіді на питання: чому вона відбувається, який її механізм, від чого і як залежать її швидкість і ступінь перетворення вихідних речовин у продукти, які каталізатори здатні її прискорити і які інгібітори - уповільнити?

«Рушійна сила» реакції залежить не тільки від природи реагентів і утворюються речовин (їх складу, будови), а й від концентрації речовин, температури, тиску, впливу розчинників, з'єднань, здатних утворювати комплекси з реагентами і продуктами.

Для запису хімічних реакцій використовують рівняння, молекули реагуючих речовин і продуктів зображують за допомогою хімічних формул. Щоб написати рівняння хімічної реакції, потрібно знати точні хімічні формули всіх реагуючих речовин і продуктів реакції. Числові коефіцієнти для кожної формули підбираються так, щоб число атомів всіх елементів в лівій частині рівняння було дорівнює кількості атомів цих же елементів у правій частині. За рівнянням хімічних реакцій можна розрахувати маси реагуючих речовин і продуктів реакції.

Спробуємо розглянути наведені вище питання, що стосуються вивчення хімічної реакції з точки зору загальної теорії взаємодій.

1. Чому відбувається хімічна реакція?

Реакція може статися тільки в тому випадку, коли величина сили електричного тяжіння різних зон реагують атомів перевершує силу електричного відштовхування. Ми вже знаємо, що будь-який атом або молекулу можна представити у вигляді певної сукупності векторів електричної напруженості. Простіше кажучи, якась частина поверхні реагує атома або молекули має позитивний заряд, а інша частина поверхні негативний. Приклади в попередньому розділі і нижче. Так ось, якщо сила тяжіння між різно зарядженими областями поверхні атома або молекули перевершує силу відштовхування. то реакція відбувається. Ми можемо впливати на величину взаємодії, змінюючи температуру, тиск або інші параметри.

2. Який механізм хімічної реакції?

В принципі ми вже відповіли на це питання. Варто лише уточнити, що знаючи просторове розташування областей позитивного і негативного заряду на поверхні реагентів, ми можемо вибирати найменш енерговитратний механізм здійснення хімічної реакції.

3. Від чого і як залежать швидкість хімічної реакції і ступінь перетворення вихідних речовин у продукти?

Відповідь на це питання можна дати, використовуючи інформацію наведену вище. Якщо велика частина поверхні реагентів має різні електричні заряди, то для початку реакції не потрібно енергетичних витрат, необхідно лише змусити речовини стикатися і реакція почнеться. Перебіг реакції і її швидкість будуть залежати від одержуваних продуктів і виділяється в результаті енергії.

Тобто, в кінцевому підсумку, швидкість хімічної реакції залежить від сили електричного тяжіння різно заряджених областей взаємодіючих атомів.

У тому випадку, коли продукти не заважають протіканню подальшої реакції, процес триває до повного використання вихідних реагентів.
Якщо ж в результаті реакції відбувається виділення енергії, і ця енергія сприяє прискоренню перебігу реакції, то процес проходить бурхливо, часто з вибухом.
Коли продукти реакції залишаються в зоні відбуваються хімічних процесів, вони можуть гальмувати (втручаючись своїми електричними полями) подальший хід реакції, а при певних умовах відбувається зворотна реакція розпаду продуктів на вихідні реагенти.

4. Вплив каталізаторів та інгібіторів

також розраховується виходячи з розподілу на поверхні їх атомів або молекул електричного заряду. Тут обов'язково слід зазначити, що у випадку з каталізаторами і інгібіторами особливу роль набуває форма розподілу електричного заряду на їх поверхні. Так як в іншому випадку такі речовини можуть стати реагентами і порушити необхідне протягом хімічних процесів.

Класифікація хімічних реакцій

1. Хімічні реакції розрізняються за кількістю та складом реагуючих речовин:
а) реакції, що йдуть без зміни складу взаємодіючих речовин: в неорганічної хімії прикладами таких хімічних реакцій є процеси зміни аллотропних модифікацій одного і того ж хімічного елемента (графіт переходить в алмаз, кисень в озон);
в органічній хімії прикладами будуть реакції ізомеризації алканів, алкенів, алкінів і інші, що йдуть без зміни не тільки якісного, але й кількісного складу реагентів.

б) хімічні реакції протікають зі зміною складу речовин. реакції з'єднання, заміщення, обміну і розкладання.

2. Реакції можна класифікувати по зміні ступенів окислення хімічних елементів взаємодіючих в хімічній реакції:
а) окислювально-відновні хімічні реакції йдуть зі зміною ступеня окислення;
б) реакції без зміни ступеня окислення реагентів.

3. Хімічні реакції діляться і за тепловим ефектом. виникає в результаті взаємодій атомів або молекул:
а) екзотермічні - з виділенням тепла (або енергії);
б) ендотермічні - з поглинанням енергії.

4. За участі в процесі взаємодії каталізатора. хімічні реакції поділяються на каталітичні і не каталітичні (більше 70% всіх реакцій відносяться до каталітичних).
Чому каталізатори прискорюють хімічну реакцію? Тому, що вони на деякий час "дають в користування" реагує речовин необхідні електрони, або, що буває значно частіше, вони на час забирають зайві електрони у реагентів, тим самим збільшуючи зону позитивного заряду на одному з атомів. А це, як ми описали вище, призводить до збільшення швидкості хімічної реакції.

5. За присутності в реакції речовин. знаходяться в різних агрегатних станах хімічні реакції підрозділяють на гетерогенні (реагенти та продукти знаходяться в різних агрегатних станах) і гомогенні (всі реагенти і продукти присутні в одній фазі).

6. По напрямку течії, хімічні реакції можуть бути оборотними (що йдуть в обох напрямках) або незворотними.

7. Є також класифікація хімічних реакцій за видом енергії ініціює реакцію. фотохімічні, радіаційні, термохимические і електрохімічні.

Загальна теорія взаємодій

General theory of interactions