Typy reakcji chemicznych
1. Reakcje syntezy
Synteza jest reakcją, w której z dwu lub więcej substancji prostszych powstaje jedna substancja złożona o odmiennych właściwościach chemicznych i fizycznych.
A + B ---> AB
2. Reakcje analizy
Analiza (rozkład) jest reakcją, w której z jednej substancji złożonej powstają dwie lub kilka substancji prostszych , różniących się od substratu właściwościami fizycznymi i chemicznymi.
AB ---> A + B
3. Reakcje wymiany
- wymiana pojedyncza (reakcja wypierania) jest reakcją, w której z jednego związku chemicznego i jednego pierwiastka powstaje inny związek chemiczny i inny, mniej aktywny pierwiastek
A + BC ---> AC + B
- wymiana podwójna jest reakcją, w której biorą udział dwa związki chemiczne i jako produkty powstają nowe dwa związki
AB + CD ---> AD + BC
Podział reakcji chemicznych
1. Reakcje przebiegające bez wymiany elektronów, polegają głównie na wymianie protonów między cząsteczkami:
a) reakcje zobojętnienia,
b) reakcje kwasów i zasad z amfoterami,
c) reakcje kwasów i zasad z solami,
d) reakcje soli z solami,
e) reakcje jonów z wodą.
2. Reakcje oksydacyjno-redukcyjne (redoks), związane z przeniesieniem elektronów od jednego reagenta do drugiego, powodujące zmianę stopni utlenienia reagujących atomów lub jonów.
Utlenianie (dezelektronacja) jest procesem polegającym na utracie elektronów przez obojętne atomy, cząsteczki lub jony, w którym następuje podwyższenie stopnia utlenienia reduktora.
Redukcja (elektronacja) jest procesem polegającym na pobieraniu elektronów przez atomy lub jony, w którym następuje obniżenie stopnia utlenienia utleniacza.
Utleniacz (dezelektronator) jest substancją ulegającą redukcji, pobierającą elektrony od substancji utlenionej i obniżającą swój stopień utlenienia.
Reduktor (elektronator) jest substancją ulegającą utlenieniu, oddającą elektrony substancji redukowanej i podwyższającą swój stopień utlenienia. W dowolnej reakcji redoks liczba elektronów przyłączonych przez utleniacz równa jest liczbie elektronów oddanych przez reduktor.
Stopnie utlenienia
Stopnie utlenienia pierwiastka wchodzącego w skład określonego związku to liczba dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych, jakie zyskałby atom, gdyby wszystkie wiązania w cząsteczce były jonowe.
Zasady oznaczenia stopnia utlenienia:
1. Stopień utlenienia pierwiastka w stanie wolnym równy jest zero.
2. Stopień utlenienia pierwiastka w postaci jonu prostego równa się jego elektrowartościowości (wartościowości jonu).
3. Suma stopnia utlenienia wszystkich atomów wchodzących w skład jonu złożonego równa jest ładunkowi jonu.
4. Suma stopnia utleniania wszystkich atomów wchodzących w skład cząsteczki obojetnej wynosi zero.
5. Fluor we wszystkich swych połączeniach występuje na -1 stopniu utlenienia.
6. Tlen w połączeniach ma stopień utlenienia -2. Wyjątki stanowią: fluorek tlenu OF2, w którym tlen ma stopień utlenienia +2, ponadtlenki np. KO2, w których stopień utlenienia tlenu wynosi -1/2 i nadtlenki np. H2O2, Na2O2, BaO2, w których wynosi -1.
Nadtlenek wodoru (H2O2) w reakcjach chemicznych może pełnić rolę utleniacza lub reduktora.
Jako utleniacz pobiera 2 e i tworzy H2O.
H2O2 - 2e + 2H+ ---> 2 H2O
Jako reduktor traci 2e i powstaje O2.
H2O2 + 2e ---> 2 H+ + O2
7. Wodór przyjmuje w swych związkach stopień utlenianie równy +1, z wyjątkiem wodorków litowców i berylowców, gdzie stopień utlenienia wynosi -1.
8. Stopień utlenienia litowców równy jest +1, a berylowców +2, (metale przyjmują dodatnie stopnie utlenienia).
Utleniacze i reduktory
Do substancji ulegających redukcji czyli utleniaczy należą:
1. Pierwiastki najbardziej elektroujemne (np. F2, Cl2, Br2, J2, O2).
2. Jony metali na wyższym stopniu utlenienia, jony metali szlachetnych i jon wodorowy (np. Fe3+, Cu2+, Ag+, H+)
3. Związki chemiczne, w których pewne pierwiastki występują na najwyższych stopniach utlenienia
Nadmanganian potasu (KMnO4) w zależności od środowiska może ulegać redukcji do różnych stopni utlenienia. Wiąże się to także ze zmianą zabarwienia roztworu.
Do substancji ulegających utlenieniu, czyli reduktorów należą:
1. Pierwiastki najbardziej elektrododatnie (np. Na, K, Mg, Ca, Al);
2. Niemetale (np. C, N, S, H);
3. Jony metali i niemetali na niższym stopniu utlenienia (np. Fe2+, Sn2+, S2-);
4. Związki chemiczne, które posiadają atomy metali i niemetali na niższym stopniu utlenienia (np. SbCl2, FeCl2, CO, NaNO2, aldehydy);
5. Jony ujemne fluorowców, dla których rosną zdolności redukcyjne wraz ze wzrostem mas atomowych (np. Cl-, Br-, J-).