Cheminių reakcijų įvairovė

Cheminėse lygtyse gali būti nurodoma medžiagos agregãtinė būsena. Tam greta cheminės formulės skliaustuose nurodomi tokie trumpiniai:

• s – skystoji;
• d – dujinė;
• k – kietoji, arba kristalinė; gali būti nurodoma apibrėžta kristalinė būsena, pavyzdžiui, C(grafitas), C(deimantas);
• aq – medžiaga, ištirpinta vandenyje, pavyzdžiui, KOH(aq); jei tirpiklis kitas, nurodomas tikslus tirpiklis, pavyzdžiui, KOH(etanolyje).

Cheminių reakcijų įvairovė labai didelė. Todėl nėra vieningos, visa apimančios reakcijų klasifikavimo sistemos. Kokį cheminių reakcijų klasifikavimo požymį pasirinksime, priklauso nuo nagrinėjamų reiškinių konteksto.

Jeigu iš kelių medžiagų susidaro viena, vyksta jungimosi reãkcija. Dažnai jungiasi priešingų savybių medžiagos.

• Baziniai oksidai jungiasi su rūgštiniais, pavyzdžiui:

BaO(k) + CO₂(d) → BaCO₃(k).

(4.6.1)

• Metalai jungiasi su nemetalais, pavyzdžiui:

2Fe(k) + 3Cl₂(d) → 2FeCl₃(k).

(4.6.2)

Jei iš vienos medžiagos susidaro kelios, vyksta skilimo reãkcija.

• Virinant kietą vandenį, skyla jame ištirpęs kalcio vandenilio karbonatas:

Ca(HCO₃)₂(aq) $$ \stackrel{∆}{\to }$$ CaCO₃(k) + H₂O(s) + CO₂(d).

(4.6.3)

• Kaitinamas gyvsidabrio(II) oksidas skyla:

2HgO(k) $$ \stackrel{∆}{\to }$$ 2Hg(s) + O₂(d).

(4.6.4)

Ženklas $$ \stackrel{∆}{\to }$$ rodo, kad reakcija vyksta kaitinant.

Reakcijos, kurioms vykstant kinta elementų oksidacijos laipsnis, vadinamos oksidãcijos-redùkcijos reãkcijomis.

Jungimosi (4.6.2) ir skilimo (4.6.4) reakcijos kartu yra ir oksidacijos-redukcijos reakcijos. Pirmuoju atveju keičiasi geležies ir chloro oksidacijos laipsnis, antruoju – gyvsidabrio ir deguonies.

Jungimosi (4.6.1) ir skilimo (4.6.3) reakcijos nepriskiriamos prie oksidacijos-redukcijos reakcijų, nes nepakinta nė vieno elemento oksidacijos laipsnis.

Vadinasi, vienos jungimosi ir skilimo reakcijos yra oksidacijos-redukcijos reakcijos, kitos nėra tokios.

Bendras mainų reãkcijų požymis – formulinių vienetų apsikeitimas sudėtinėmis dalimis nekintant oksidacijos laipsniams. Šios reakcijos niekada nebūna oksidacijos-redukcijos reakcijomis. Mainų reakcijos pavyzdys – hidroksido ir rūgšties sąveika; susidaro druska ir vanduo.

NaOH(aq) + HClO₃(aq) → NaClO₃(aq) + H₂O(s).

(4.6.5)

Išsamiau apie mainų reakcijas kalbėsime nagrinėdami artimiausią temą.

Tai reakcijos, kurioms vykstant sudėtinė medžiaga reaguoja su vienine, ir susidaro nauja sudėtinė bei nauja vieninė medžiaga. Šios reakcijos kartu yra ir oksidacijos-redukcijos reakcijos. Pavadãvimo reãkcijas dar galėtume pavadinti išstūmimo reãkcijomis.

Iš 17 grupės elementų – halogenų – chemiškai aktyviausias fluoras. Einant grupe žemyn, halogenų vieninių medžiagų cheminis aktyvumas mažėja. Aktyvesnis halogenas gali išstumti (pavaduoti) mažiau aktyvų. Fluoras gali išstumti visus halogenus, chloras – tik bromą ir jodą, o bromas – tik jodą. Pavyzdžiui:

Cl₂(d) + 2NaBr(aq) → Br₂(s) + 2NaCl(aq).

(4.6.6)

Šarminiai ir šarminių žemių metalai išstumia vandenilį iš rūgščių ir iš vandens:

Ca(k) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂(d);

(4.6.7)

Ca(k) + 2H₂O(aq) → Ca(OH)₂(aq) + 2H₂(d).

(4.6.8)

Kiti metalai mažiau aktyvūs už ką tik minėtus. Pagal cheminį aktyvumą metalai surikiuoti į metãlų aktyvùmo (įtampų) eilę. Ją rasite vadovėlio prieduose. Aktyvesnis metalas gali išstumti mažiau aktyvų iš jo junginių, pavyzdžiui:

Fe(k) + CuCl₂(aq) → Cu(k) + FeCl₂(aq).

(4.6.9)

Metalų aktyvumo eilėje įrašytas ir vandenilis. Į kairę nuo vandenilio parašyti metalai gali reaguoti su rūgštimis ir išstumti vandenilį. Metalai į dešinę nuo vandenilio šio išstumi iš rūgščių negali.

Tirpalai ir dujų mišiniai yra homogeniniai, kitaip – vienalyčiai. Juose nėra vietų, kuriose būtų susikaupusi tik viena kuri medžiaga. Visos medžiagos tolygiai pasiskirsčiusios. Jei visos reaguojančiosios medžiagos ir reakcijos produktai sudaro homogeninį mišinį, reakcija vadinama homogènine. Iš pirmiau pateiktų pavyzdžių homogeninė yra (4.6.5) reakcija. Visos kitos yra heterogèninės reãkcijos.

Vykstant reakcijoms dažnai kinta reaguojančiojo mišinio temperatūra. Jei mišinys dėl reakcijos įkaista, į aplinką skleidžiama energija – reakcija vadinama egzotèrmine. Tokia yra, pavyzdžiui, žvakės degimo reakcija. Jei reaguojantysis mišinys atšąla, jis ima sugerti šilumą iš aplinkos. Tokia reakcija vadinama endotèrmine. Plačiau apie endotermines ir egzotermines reakcijas kalbėsime 5 skyriuje.