Типы химических реакций

Все многообразие неорганических веществ возникает в результате протекания химических реакций.

В неорганическом синтезе используются практически все типы химических реакций, протекающие без изменения и с изменением степени окисления реагирующих веществ.

Вспомним основные типы реакций.

Ø Реакция соединения А + В + С = Д

СаО + WO₃ CaWO₄

Особое значение для синтеза имеют так называемые реакции образования:

2Al + 3S = Al₂S₃

2Ti + N₂ = 2TiN

Термодинамические характеристики реакций образования табулированы - значения DG, DH, DS приводятся во многих справочниках.

Ø Реакция разложения А = В + С + Д

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂

К этому типу относятся все реакции термической диссоциации, по которым можно получать соединения низших валентностей.

Например, исходя из полиселенидов церия Ce, прозеодима Pr, неодима Nd и самария Sm можно получить сесквиселениды (полуторные) редкоземельных элементов по реакциям в общем виде:

2M₂Se₄ ® 2M₂Se₃ + Se₂

или

M₂Se₄ M₂Se₃ M₃Se₄

Аналогично, можно синтезировать некоторые селениды переходных металлов исходя из диселенидов:

2MSe₂ ® M₂Se₃ + Se

Иногда эту реакцию объединяют с реакцией соединения. Например, при получении Mo₃Se₄:

6MoSe₂ + 3Mo ® 3Mo₃Se₄

Особый случай - реакции диспропорционирования или дисмутации. Они сопровождаются одновременным увеличением и уменьшением степени окисления атомов одного и того же элемента:

Cl₂ + H₂O = HClO + HCl

4KClO₃ = 3KClO₄ + KCl

3Al₂S_(г) (субсульфид) = Al₂S₃ + 4Al

Ø Реакция замещения А + ВС = АВ + С

Простое вещество реагирует со сложным, образуя новые простое и сложное вещества.

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

Многочисленные восстановительные процессы, например алюмотермия, карботермия относятся к этому типу

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃

Эти реакции в сочетании с реакциями разложения используются для синтеза простых и сложных веществ d- элементов:

CuSeO₄ + 4H₂ = CuSe + 4H₂O

Ø Реакции обмена АВ + СД = АС + ВД

CuSO₄ + H₂S = CuS + H₂SO₄

Помимо классификации реакций по числу частиц и характеру их взаимодействия, химические процессы можно классифицировать по другим признакам:

· по механизму (ионные, радикальные, цепные и т.п.)

· по агрегатному состоянию (гомогенные, гетерогенные)

· по кинетическим характеристикам:

- по молекулярности (моно-, би- и тримолекулярные)

- по порядку реакции (первый, второй, третий, дробный)

· по тепловому эффекту (экзо- и эндотермические)

Для нас особый интерес представляют гомогенные реакции, протекающие в газовой фазе. К ним относятся так называемые транспортные реакции, по которым получают монокристаллы и особо чистые вещества.

Большинство тугоплавких неорганических веществ получают по гетерогенным твердофазным реакциям при высоких температурах. Преимущества высокотемпературного синтеза в случае твердофазных реакций:

1. скорость реакции возрастает экспоненциально с ростом температуры;

2. диффузия атомов в кристаллической решетке также растет экспоненциально с ростом температуры;

3. при взаимодействии металлов с неметаллами выделяется тепло, которое можно использовать для поддержания реакции;

4. образующаяся пленка продукта меньше тормозит реакцию при высоких температурах.

Дата добавления: 2014-01-07