Klasifikace chemických reakcí

Klasifikace chemických reakcí

Chemická reakce
-  děj, při němž zanikají některé (popř. všechny) vazby mezi atomy v molekulách výchozích látek a vytvářejí se vazby nové, tzn. vznikají molekuly produktů reakce.
-  Mění-li se výchozí látky přímo na produkty, jak udává chemická rovnice  - reakce jednoduchá (př. H2 + Cl2 → 2 HCl).
-  Vzniká-li při reakci řada meziproduktů – reakce složená (např. radikálová substituce alkánů). Soustava jednoduchých rovnic, které vystihují přeměnu výchozích látek na produkty složené reakce – reakční mechanismus.
 
Kritéria pro třídění chemických reakcí
I. Podle počtu fází v reakční směsi:
a)  Reakce homogenní – všechny reakční složky jsou v jedné fázi
Př. N2 (g)  +  3 H2 (g)  →  2 NH3 (g)
b) Reakce heterogenní – reakce probíhají na fázovém rozhraní reaktantů, které jsou v různém skupenství
Př. Zn (s)  +  2 HCl (aq)  →  ZnCl2 (aq)  +  H2 (g)
-  zvláštní typ heterogenních reakcí – reakce srážecí. Srážení je vylučování nerozpustných látek vznikajících v roztoku chemickou reakcí ve formě sraženiny.
Př. NaCl (aq)  +  AgNO3 (aq)  →  AgCl ↓  +  NaNO3 (aq)
 
II.  Podle vnějších změn při reakci:
a)  Reakce skladné (syntetické – syntézy) – z jednodušších výchozích látek vznikají látky složitější
Př. NH3  +  HCl  →  NH4Cl
-  adiční reakce (adice) – hybridizace reakčního centra se zvyšuje (snižuje se násobnost chemické vazby)
Př. CH2 ═ CH2  +  H2  →  CH3 ─ CH3
  sp2 sp2 sp3 sp3
b) Reakce rozkladné – složitější látky se štěpí na látky jednodušší, opak syntéz
Př. CaCO3 (s)  CaO (s)  +  CO2 (g)
-  eliminační reakce (eliminace) – opak adice, hybridizace reakčního centra se snižuje (často se vytváří násobná vazba)
Př. H2C ═ CH2  →  H2  +  HC ≡ CH
  sp2 sp2 sp sp
c)  Reakce substituční (substituce) – atom (popř. funkční skupina) v molekule výchozí látky je nahrazena za jiný atom (popř. jinou funkční skupinu). Celkový počet částic se v průběhu reakce nemění.
Př. CuSO4 (aq)  +  Fe (s)  →  FeSO4 (aq)  +  Cu (s)
-  hybridizace reakčního centra se nemění (atom, popř., skupina atomů v molekule, se nahradí jiným atomem, popř. skupinou atomů)
Př. CH4  +  Cl2  →  CH3Cl  +  HCl
  sp3 sp3
d) Podvojná přeměna (konverze) – vzniká spřažením dvou substitučních reakcí
Př. NaOH (aq)  +  HCl (aq)  →  NaCl (aq)  +  H2O (l)
 
e)  přesmyk – dochází k přeskupení atomů uvnitř molekuly
Př.  ↔
 
ÏII. Podle vazebných změn dělíme organické reakce na:
a) štěpení vazeb:
-  Homolytické reakce (homolýzy) – symetrické štěpení: při nichž se kovalentní vazba  tvořená atomy se stejnou (nebo téměř stejnou) elektronegativitou štěpí symetricky tak, že každá ze vzniklých částic si nechá jeden elektron a vytvoří se radikály.
  Př. Cl─Cl  →  Cl●  +  ●Cl
-  Heterolytické reakce (heterolýza) – nesymetrické štěpení: jsou opakem hemolýzy, vazba se štěpí nesymetricky, vázané částice mají velký rozdíl elektronegativit, elektronegativnější částice si ponechá celý elektronový pár z vazby a vznik elektrofilů a nukleofilů.
Př.  →  CH3COO -  +  H +
 
b) vznik nových vazeb:
-  koligace
Př. H●  +  ●H  →  H ─ H
spřažené pojmy: 
 
-  koordinace 
Př. H +  +  Cl -  →  H ─ Cl
spřažené pojmy:
 
c)  současné štěpení některých vazeb a vznik vazeb nových:
Př.
Pozn. Do této skupiny patří eliminace, substituce, adice a přesmyky.
 
IV.  Podle reagujících částic:
a)  Reakce molekulové – všechny reakční složky v průběhu reakce jsou elektroneutrální molekuly.
Př. 2 SO2  +  O2  →  2 SO3
b) Reakce radikálové – reagující částice jsou radikály.
Př. začátek je iniciace: Cl ─ Cl  →  2 Cl●  (vzniká radikál)
  následuje propagace: Cl●  +  CH4  →  CH3●  +  HCl
CH3●  +  Cl2  →  CH3Cl  +  Cl●  (šíření reakce)
  poslední krok je terminace:  CH3●  +  Cl●  →  CH3Cl
Cl●  +  ●Cl  →  Cl─Cl  (zánik radikálu)
  Druhý a třetí krok (propagace a terminace) se nazývá radikálová substituce.
c)  Reakce iontové – probíhají ve vodném prostředí nebo v prostředí jiných polárních rozpouštědel. Iontový charakter má většina anorganických reakcí. Ve zkrácených zápisech se neuvádí ty ionty, které se neúčastní reakce.
Př. Cu2+ (aq)  +  Fe (s)  →  Fe2+ (aq)  +  Cu (s)
 
V.  Podle přenášených částic:
a)  Reakce oxidačně – redukční (redoxní) – dochází k přenosu elektronů, mění se oxidační čísla.
Př. 2 HICl  +  Zn0  →  ZnIICl2  +  H 
b) Reakce protolytické (acidobazické) – dochází k přenosu H+ (protonů).
Př. NH3  +  H2O  →  NH  +  OH-
c)  Reakce koordinační (komplexotvorné) – přenos nebo rozdělení celých skupin atomů, vznik komplexních sloučenin.
Př. CuSO4 (s)  +  4 H2O (l)  → [Cu(H2O)4]SO4 (aq)
  [Cu(H2O)4]SO4 (aq)  +  4 NH3 (aq) →  [Cu(NH3)4]SO4 (aq)  +  4 H2O (l)
 
VI. Z hlediska reakční kinetiky:
a)  Reakce izolované – probíhají v soustavě samy.
b) Reakce simultánní – v soustavě probíhá současně několik různých reakcí.
Dělí se na:
1.  Reakce zvratné – musíme je předpokládat u všech reakcí, které po čase dospějí do rovnovážného stavu.
Př. H2  +  I2  ↔  2 HI
2.  Reakce bočné – výchozí látky reagují za vzniku různých produktů.
Př. v organické chemii

3.  Reakce následné – produkt reakce je výchozí látkou reakce následující.
Př. reakce 2 NO  +  Cl2  →  2 NOCl, zdánlivě trimolekulární, probíhá ve skutečnosti ve dvou stupních za tvorby meziproduktu N2O2:
1.  stupeň: 2 NO  ↔  N2O2
2.  stupeň: N2O2  +  Cl2  →  2 NOCl
4.  Reakce řetězové – začne komplex reakcí iniciací, chemický děj se šíří mnoha následnými, případně bočnými reakcemi (propagace) a je ukončen terminací.
  
VII.  Podle tepelné bilance:
-  při ději izobarickém (p = konst.)
a)  exotermní Δ H < 0
b) endotermní Δ H > 0
c)  atermní Δ H = 0
-  při ději izotermicko – izobarickém
a)  exergonické Δ G < 0
b) endergonické Δ G > 0