Chemická reakce

Z Multimediaexpo.cz

Chemická reakce je proces vedoucí za vhodných podmínek ke změně chemické struktury chemických látek. Látky, které do reakce vstupují nazýváme reaktanty, látky z reakce vystupující jsou produkty. Při tomto procesu dochází ke změnám v rozmístění elektronové hustoty v molekule, zjednodušeně řečeno, dochází k zániku a vzniku chemických vazeb. Chemické reakce popisujeme pomocí chemických rovnic.

Klasifikace reakcí

Je mnoho kritérií, podle kterých můžeme chemické reakce dělit.

Podle vnější změny

Syntéza neboli chemické slučování – ze dvou nebo více prvků nebo sloučenin vznikne produkt, který je většinou složitější než výchozí látky.

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

Analýza neboli chemický rozklad, dekompozice - molekula se rozpadne na několik jednodušších látek

(NH₄)₂Cr₂O₇ + Δ → Cr₂O₃ + 4 H₂O + N₂

Substituce neboli nahrazování, vytěsňování – část molekuly je nahrazena jiným atomem nebo skupinou

CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu

2 Na + 2HCl → 2 NaCl + H₂

Konverze neboli podvojná záměna – dvě látky si při reakci vymění atomy nebo funkční skupiny. Patří sem např. neutralizace a srážení.

NaCl + AgNO₃ → NaNO₃ + AgCl↓

Hoření je označení pro prudkou oxidaci (nejčastěji) kyslíkem. Jedná se o velmi silnou exotermní reakci.

C₁₀H₈ + 12 O₂ → 10 CO₂ + 4 H₂O

CH₂S + 6 F₂ → CF₄ + 2 HF + SF₆

Podle reakčního mechanismu

Toto hledisko má uplatnění zejména v organické chemii.

Adice (A, A_D) - dochází k navázání činidla na násobné vazby substrátu. Řídí se Markovníkovým pravidlem. Řadíme sem např. hydrataci, halogenaci, hydrogenaci atd. Podle typu činidla rozlišujeme adice
- elektrofilní (A_E) - činidlem je elektrofil - částice vyhledávající zvýšenou elektronovou hustotu (zpravidla má kladný náboj).
- nukleofilní (A_N) - činidlem je nukleofil - částice vyhledávající sníženou elektronovou hustotu (zpravidla má záporný náboj).
- rádikálové (A_R) - činidlem je radikál - částice s minimálné jedním nepárovým elektronem

Eliminace (E) - dochází k odštěpení zpravidla jednoduché anorganické sloučeniny za vzniku násobné vazby., Řídí se Zajcevovým pravidlem. Mezi eliminaci řadíme např. dehydrogenaci, dehydrataci apod.

Substituce (S) - dochází nahrazení atomu nebo funkční skupiny substrátu za jiný atom nebo funkční skupinu. Podle typu činidla rozlišujeme substituci
- radikálovou (S_R) - činidlem je látka, která se za vhodných podmínek štěpí na radikály. Skládá se ze tří fází: iniciace (štěpení činidla na radikály), propagace (napadání substrátu a tvorba dalších radikálů) a terminace (spojování radikálů, ukončení reakce).
- elektrofilní (S_E) - substrát je napaden elektofilem za vzniku tzv. π-komplexu, který se následně přesmykne na tzv. σ-komplex. Poslední fází je odštěpení vodíkového kationtu. Mezi typické elektrofilní substituce patří nitrace (činidlo tzv. nitrační směs HNO₃ + H₂SO₄), halogenace (X₂ + AlX₃) a sulfonace (H₂SO₄ nebo oleum). Významná je elektrofilní aromatická substituce.
- nukleofilní (S_N) - substrát je napaden nukleofilem. Tyto reakce mají 2 reakční mechanismy - S_N1 a S_N2.

Přesmyk neboli izomerace – při této reakci dochází pouze ke změně struktury látky, nemění se ani počet ani druh atomů tvořících molekulu. Zpravidla takto dochází k přeměně méně stabilní sloučeniny na její stálejší izomer. Např enol-formy R=C(-OH)-R se přesmykují na keto-formy R-C(=O)-R. Konjugované dieny (H₂C=C=CH₂) se přeměňují na alkyny (CH₃-C≡CH).

Podle skupenství

Skupenství reaktantů a produktů značíme v chemické rovnici písmenem v závorce: s (solid, pevná látka), l (liquid, kapalina), g (gas, plyn) a aq (aqua, vodný roztok).

Homogenní reakce má všechny reaktanty a produkty ve stejné fázi (skupenství). Přitom H₂O (l) se nepovažuje za rozdílnou fázi, pokud jsou ostatní sloučeniny ve vodném roztoku (aq).

H₂ (g) + ½ O₂ (g) → H₂O (g)

NaOH (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H₂O (l)

Heterogenní reakce obsahuje rozdílné fáze, probíhá na styčné ploše, tzv. fázovém rozhraní. Typické heterogenní reakce jsou srážecí reakce.

NaCl (aq) + AgNO₃ (aq) → NaNO₃ (aq) + AgCl↓ (s)

Podle typu přenášených částic

Oxidačně-redukční reakce - přenášenou částicí je elektron e^-. Probíhají současně děje:
- oxidace - částice odevzdává elektrony, zvyšuje se její kladné oxidační číslo
- redukce - částice přijímá elektrony, snižuje se její kladné oxidační číslo

Látky, které jiné látky oxidují, ale samy se redukují, nazýváme oxidační činidla (např. O₂, KMnO₄). Látky, které jiné látky redukují, ale samy se oxidují, nazýváme redukční činidla (např. kovy, uhlík, HPO₂).

Protolytické neboli acidobazické reakce - přenášenou částicí je vodíkový kationt H⁺. Typickým představitelem je reakce kyseliny s hydroxidem neboli neutralizace.

Komplexotvorné reakce - atomy či funkční skupiny (tzv. ligandy) se váží na tzv. centrální atom za vzniku koordinačních sloučenin neboli komplexů. Studiem této prolblematiky se zabývá koordinační chemie.

CuSO₄ + 4 H₂O → [Cu(H₂O)₄]SO₄

Podle tepelného zabarvení

exotermické reakce (exotermní) – během reakce se teplo uvolňuje, tzn. energie reaktantů je vyšší než energie produktů (např. hoření, neutralizace, buněčné dýchání).

endotermické reakce (endotermní) – během reakce se teplo spotřebovává (musí se do soustavy dodávat), tzn. energie reaktantů je nižší než energie produktů (např. tepelný rozklad uhličitanu vápenatého, fotosyntéza)

atermické - během reakce se teplo ani nespotřebovává, ani neuvolňuje. Tato reakce se v přírodě často nevyskytuje.

Reakční teplo je rozdíl energie produktů a reaktantů. Podle Hessova zákona nezávisí na průběhu reakce, ale jen na stavech před reakcí a po reakci. Nejčastěji se uvádí jako stavová veličina entalpie ∆H v jednotkách kJ/mol. Pokud hledisko zobecníme na příjem/uvolnění energie (i v jiné formě než teplo), klasifikujeme reakce jako endergonické/exergonické. Tepelným efektem reakcí se zabývá chemická termodynamika neboli termochemie. Změna Gibbsovy energie soustavy (∆G) je u exotermické reakce záporná (-∆G) a u endotermnní reakce je kladná (+∆G).

Podle směru reakce

přímé – základní typ reakce, viz výše
zpětné – reakce probíhá stejným mechanismem, ale opačným směrem (dle principu mikroskopické reverzibility)
bočné – několik současně běžících reakcí spotřebovává stejnou výchozí látku, ale jejich produktem jsou různé sloučeniny
násobné – produkt reakce dál reaguje stejným mechanismem, například polymerace, radikálové reakce

Podle rovnováhy reakce

rovnovážné – reakce běží až do chemické rovnováhy, která je definována rovnovážnou konstantou. Rovnovážná konstanta je poměrem rychlostních konstant dvou navzájem zpětných reakcí.
jednosměrné – zpětná reakce je zanedbatelná

Podle počtu reagujících molekul

monomolekulární – reaguje jedna molekula – dekompozice (rozpad). Příkladem je reakce typu: A → P, kde A značí reaktanty, P pak produkty. Monomolekulární reakce se označujují také jako reakce prvního řádu.
bimolekulární – aby reakce mohla proběhnout, musí se srazit dvě molekuly – nejčastější typ reakcí. Takovýmto příkladem je A + A → P nebo A + B → P, kde A, B jsou reaktanty a P produkty reakce. Bimolekulární reakce odpovídají reakcím druhého řádu.
trimolekulární – aby reakce mohla proběhnout, musí se srazit tři molekuly v jednom okamžiku. Vzácný typ reakcí, který je neobvyklý.

Reakce tetramolekulární a reakce vyšších řádů neznáme. Důvodem je to, že srážka tří molekul je už tak z pohledu statistické termodynamiky vzácným jevem, proto současná srážka čtyř a více molekul prakticky nemůže nastat. Stále lepšími přístroji se u mnoha těchto reakcí dokazuje, že jsou to vlastně dvě reakce nižších řádů následující velmi rychle za sebou.

Související články

Náklady na energie a provoz naší encyklopedie prudce vzrostly. Potřebujeme vaši podporu... Kolik ?? To je na Vás. Náš FIO účet — 2500575897 / 2010
Informace o článku. Článek je převzat z Wikipedie, otevřené encyklopedie, do které přispívají dobrovolníci z celého světa. Tento text je dostupný za podmínek Creative Commons 3.0 Unported – creativecommons.org. Originální článek na české Wikipedii