Kimyanı bil: Kimyavi reaksiyalar

Maddənin tərkib və xassələrinin dəyişməsi ilə baş verən hadisəyə kimyəvi hadisə və ya kimyəvi reaksiya deyilir.

Kimyəvi reaksiyalar həmişə fiziki hadisələrlə müşayət olunur. Fiziki hadisə zamanı maddənin tərkibi dəyişmir, yalnız forması, həcmi və aqreqat halı dəyişir.

Kimyəvi reaksiyaları aşağıdakı xarici əlamətlərə görə müəyyən etmək olur:

1) istiliyin ayrılması və ya udulması; 2) işığın ayrılması; 3) rəngin dəyişməsi;

4) çöküntünün əmələ gəlməsi və ya itməsi; 5) qaz halında maddənin ayrılması;

6) iyin çıxması.

Kimyəvi reaksiyaların baş verməsi üçün reaksiyaya daxil olan maddələr bir-biri ilə təmasda olmalı və əksər hallarda qızdırılmalıdır. Bərk maddələrin xırdalanması və qarışdırılması reaksiyanın başlanmasına kömək edir və reaksiyanı sürətləndirir.

Kimyəvi reaksiyaları müxtəlif əlamətlərinə görə aşağıdakı kimi təsnif edirlər:

Reaksiya zamanı keçirilən (daşınan) hissəciyin təbiətinə görə:

Protolitik reaksiyalar

Oksidləşmə-reduksiya reaksiyaları

Liqanddəyişmə reaksiyaları

Atom-molekulyar dəyişmə reaksiyaları

Başlanğıc maddələrin və reaksiya məhsullarının sayı və tərkibinə görə:

Birləşmə

Parçalanma

Əvəzetmə

Dəyişmə

Keçirilmə (daşınma)

İstilik effektinə görə:

Endotermik

Ekzotermik

Prosesin dönərliyinə görə:

Dönər reaksiyalar

Dönməyən reaksiyalar

Reaksiyada iştirak edən fazaların sayına görə:

Homogen və heterogen reaksiyalar

Reagentlərin və reaksiya məhsullarının aqreqat halına görə:

Qazlar arasında gedən reaksiyalar

Məhlullar arsında gedən reaksiyalar

Bərk maddələr arasında gedən reaksiyalar

Protolitik reaksiyalar

Bu tip reaksiyalarda proton H⁺ reaksiyaya daxil olan maddələrin birindən digərinə keçir.

Protolitik nəzəriyyəyə görə özündən proton verən istənilən maddə turşu, özünə proton birləşdirən maddə isə əsas adlanır. Odur ki, belə reaksiyalara turşu-əsas (acid-base) reaksiyaları deyilir. Məsələn,

CH₃COOH + H₂O → CH₃COO¯ + H₃O⁺

turşu əsas əsas turşu

NH₃+ H₂O → NH₄ + OH¯

əsas turşu turşu əsas

Protolitik reaksiyalara neytrallaşma və hidroliz reaksiyaları aiddir.

Oksidləşmə-reduksiya reaksiyaları

Qarşılıqlı kimyəvi təsirdə olan maddələri təşkil edən elementlərin oksidləşmə dərəcələrinin dəyişməsinə və dəyişməməsinə əsasən bütün kimyəvi reaksiyalar iki qrupa ayrılır: elementlərin oksidləşmə dərəcələrinin dəyişməməsi və elementlərin oksidləşmə dərəcələrinin dəyişməsi ilə gedən kimyəvi reaksiyalar.

Birinci qrup reaksiyalarda qarşılıqlı kimyəvi təsirdə olan maddələrin tərkib elementlərinin heç biri reaksiya nəticəsində öz oksidləşmə dərəcəsini dəyişmir.

İkinci qrup reaksiyalarda isə iştirakçı elementlərin hamısının və ya bir hissəsinin oksidləşmə dərəcəsi reaksiya nəticəsində dəyişir.

Hazırda oksidləşmə-reduksiya proseslərinin mahiyyəti elektron nəzəriyyəsi ilə izah edilir. Bu nəzəriyyəyə əsasən kimyəvi reaksiyalarda atom, ion və molekulun özündən elektron verməsi ilə əlaqədar olan proses oksidləşmə, əksinə onların özünə elektron birləşdirməsi ilə gedən proses isə reduksiya adlanır.

Oksidləşmə və reduksiya prosesləri vahid bir prosesin iki hissəsidir. Yəni reduksiya olmadan oksidləşmə və ya əksinə, oksidləşmə olmadan reduksiya gedə bilməz. Qarşılıqlı kimyəvi təsir zamanı elektron qəbul edən maddələr oksidləşdiricilər, əksinə, elektron verən maddələr isə reduksiyaedicilər adlanır. Beləliklə, oksidləşmə-reduksiya prosesində reduksiyaedicinin müəyyən sayda elektronu oksidləşdiriciyə keçir. Nəticədə reduksiyaedici oksidləşir, oksidləşdirici isə reduksiya olunur.

Oksidləşdiricilər və reduksiyaedicilər kimyəvi elementlər, sadə və mürəkkəb ionlar ola bilər.

Tipik metallar kimyəvi reaksiyalarda özlərini reduksiyaedici kimi aparır.

Hidrogen müxtəlif elementlərlə (qələvi və qələvi-torpaq metallardan başqa) qarşılıqlı kimyəvi təsir zamanı özünü həmçinin tipik metal kimi göstərir.

Qeyri-metallardan flüor və oksigen kimyəvi reaksiyalarda elektron qəbul edərək, özlərini yalnız oksidləşdirici kimi aparır.

Mənfi yüklü sadə ionlar qarşılıqlı təsir zamanı yalnız elektron itirir və beləliklə də reduksiyaedici xassəyə malik olur.

Müsbət yüklü sadə ionlar valent elektronlarını itirən metal atomlarından əmələ gəlir. Belə ionlar elektron qəbul etməklə oksidləşdirici xassə göstərir.

Qeyd etmək lazımdır ki, metal atomu valent elektronlarının yalnız bir hissəsini itirməklə də ion əmələ gətirə bilir. Bu vaxt əmələ gəlmiş ion özünü şəraitdən asılı olaraq, həm oksidləşdirici və həm də reduksiyaedici kimi apara bilir.

Mürəkkəb ionların oksidləşmə-reduksiya prosesinə olan münasibəti mərkəzi atomun oksidləşmə dərəcəsinin xarakteri ilə müəyyən edilir. Mərkəzi atomun ən yüksək müsbət oksidləşmə dərəcəsində mürəkkəb ionlar (NO₃^¯, AsO₄^3¯, Cr₂O₇^2¯, MnO₄^¯)oksidləşdirici xassəyə malik olur.

Liqanddəyişmə reaksiyaları

Bu tip reaksiyalar nəticəsində elektron cütünün keirilməsi yolu ilə donor-akseptor rabitə əmələ gəlir. Məsələn,

Cu(NO₃)₂ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄] (NO₃)₂

Fe + 5CO → Fe(CO)₅

Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

Atom-molekulyar dəyişmə reaksiyaları

Bu tip reaksiyalara radikal, elektrofil və nukleofil mexanizmlə gedən əvəzetmə reaksiyaları daxildir.

Birləşmə

İki və ya daha çox maddədən bir mürəkkəb maddənin əmələ gəlməsi ilə gedən reaksiyalara birləşmə reaksiyaları deyilir:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

Mürəkkəb maddələr arasında gedən birləşmə reaksiyalarından fərqli olaraq bəsit maddələrin bir-biri ilə və ya bəsit maddələrin mürəkkəb maddələrlə daxil olduğu birləşmə reaksiyaları oksidləşmə-reduksiya tipli olur.

Kristalhidratların mələ gəlməsi də birləşmə reaksiyalarına aid edilə bilər:

CuSO₄ + 5 H₂O → CuSO₄ 5 H₂O

Parçalanma

Bir mürəkkəb maddədən iki və ya daha çox yeni maddələrin alınması ilə gedən reaksiyalara parçalanma reaksiyaları deyilir.

A → B + C + D

Parçalanma reaksiyalarının məhsulları həm bəsit, həm də mürəkkəb maddələr ola bilər.

Kristalhidratların, əsasların, bəzi turşuların və bəzi duzların parçalanması reaksiyaları elementlərin oksidləşmə dərəcələrinin dəyişməməsi ilə gedir:

CuSO₄ 5H₂O → CuSO₄ + 5H₂O

2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O

H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O

CaCO₃ → CaO + CO₂

Bir sıra parçalanma reaksiyaları elementlərin oksidləşmə dərəcələrinin dəyişməsi ilə gedir. Əgər parçalanma məhsullarından heç olmasa biri bəsit maddədirsə, həmin reaksiya oksidləşmə-reduksiya mexanizmi ilə gedir.

4CuO → 2Cu₂O + O₂

NH₄NO₃ → NO₂+ 2H₂O

Krekinq, dehidrogenləşmə və dehidratlaşma reaksiyaları da parçalanma reaksiyalarıdır.

Əvəzetmə

Mürəkkəb maddəni təşkil edən atomlardan birini və ya bir neçəsini digər maddə atomlarının əvəz etməsi ilə gedən reaksiyalara əvəzetmə reaksiyaları deyilir.

A + BC → AB + C

Bəsit və mürəkkəb maddələr arasında gedən bütün əvəzetmə reaksiyaları oksidləşmə-reduksiya tiplidir.

2Al + Fe₂O₃→ 2Fe + Al₂O₃

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

2KBr + Cl₂ → 2KCl + Br₂

Bu cür reaksiyalarda daha aktiv metal elektronlarını daha az aktiv metal və ya hidrogen atomuna verir.

Bəzi əvəzetmə reaksiyaları oksidləşmə dərəcələrinin dəyişməməsi ilə gedir:

Bu cür reaksiyalar, adətən iki mürəkkəb maddə arasında gedir. Belə reaksiyalara misal olaraq silisium-dioksidlə oksigenli turşuların duzlarının reaksiyalarını göstərmək olar:

CaCO₃ + SiO₂→ CaSiO₃ + CO₂

Ca₂(PO₄)₂ + SiO₂ → CaSiO₃ + P₂O₅

Dəyişmə

İki mürəkkəb maddənin tərkib hissələrini dəyişərək yeni maddələr əmələ gətirməsi ilə gedən reaksiyalara dəyişmə (mübadilə) reaksiyaları deyilir.

AB + CD → AD + CB

Dəyişmə reaksiyalarının əksəriyyəti atomların oksidləşmə dərəcəsinin dəyişməməsi ilə gedir.

ZnO + H₂SO₄→ Zn₂SO₄+ H₂O

AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃

3NaOH + CrCl₃ → 3NaCl + Cr(OH)₃

Dəyişmə reaksiyalarının xüsusi halı neytrallaşma reaksiyalarıdır.

Keçirilmə (daşınma)

Keçirilmə reaksiyalarında atom və ya atom qrupları bir quruluş vahidindən digərinə keçir.

AB + BC → A + B₂C

A₂B + 2CB₂ → ACB₂ + ACB₃

Məsələn,

2AgCl + SnCl₂ → 2Ag + SnCl₄

Bu tipreaksiyalar həmişə oksidləşmə-reduksiya xarakterli olur.

H₂O + 2NO₂→ HNO₃+ HNO₂

Keçirilmə reaksiyaları əvəzetmə reaksiyalarının müəyyən forması olub mexanizmi ilə ondan fərqlənmir.

Endotermik

Hər bir kimyəvi reaksiya müəyyən istilik effektinə malik olur. Bu, reaksiya məhsullarının energetik cəhətdən bir qayda olaraq, reaksiyaya daxil olan maddələrdən fərqlənməsi ilə əlaqədardır.

Kimyəvi reaksiyaların energetik effektinin müxtəli təzahür formaları mövcuddur. Məsələn, neftin yanması istilik ayrılması ilə, qızdırıldıqda əhəng daşının parçalanması isə istilik udulması ilə gedir.

Reaksiyanın istilik effekti sabit temperatur və təzyiqdə gedən kimyəvi proses zamanı sistemin ayırdığı və ya udduğu istilik miqdarı ilə xarakterizə olunur. Kimyəvi reaksiyalarda ayrılan və udulan istilik miqdarı kalorimetr adlanan xüsusi cihazlarla ölçülür. Lakin onu Hess qanununa əsasən hesablama yolu ilə də təyin etmək olur.

İstilik ayrılması ilə gedən kimyəvi reaksiyalar ekzotermik, istilik udulması ilə gedən kimyəvi reaksiyalar isə endotermik reaksiyalar adlanır. Yüksəkdavamlı kimyəvi birləşmələr bir qayda olaraq, ekzotermik reaksiyalar üzrə əmələ gəlir. Həm də bu vaxt nə qədər çox istilik ayrılırsa, birləşmənin davamlılığı da bir o qədər yüksək olar. Əksinə, endotermik reaksiyalar nəticəsində əmələ gələn birləşmələr, adətən özünün davamsızlığı ilə fərqlənir.

Qeyd edilənlərə əsasən kimyəvi reaksiyalar istilik ayrılması ilə əlaqədar olan istiqamətdə getməlidir. Doğrudan da nisbətən çox istilik ayrılması ilə əlaqədar olan kimyəvi reaksiyalar öz-özünə və həm də bəzən çox şiddətli surətdə gedir. Lakin yuxarıda göstərilənlərlə yanaşı bir çox endotermik reaksiyalar da məlumdur.

Endotermik reaksiyalara oksidlərin reduksiyası yolu ilə metalların alınması reaksiyalarının əksəriyyəti, bütün dönər reaksiyalar xarakterik misal ola bilər.

Termokimyada ayrı-ayrı kimyəvi prosesləri və onların istilik effektlərini birlikdə əyani surətdə təsvir etmək məqsədilə termokimyəvi tənliklərdən istifadə olunur. Termokimyəvi tənliklərdə reaksiyada iştirak edən maddələrin formulları ilə yanaşı reaksiyanın istilik effekti də göstərilir. Həm də bu zaman istilik effekti tənliyin sağ tərəfində reaksiya nəticəsində alınan maddələrin formullarından sonra əlavə edilir və ya nöqtəli vergüldən sonra müvafiq termodinamik funksiyanın (ΔH) iştirakı ilə ayrıca yazılır. Termokimyəvi tənlikdə hər bir maddənin formulunun yanında aşağıdakı indekslərlə onun halı göstərilir: (q) -qaz, (m) - maye, (b) - bərk və s.

CaCO_3(b) = CaO_(b) + CO_2(q) - 37,8 kkal

CaCO_3(b) = CaO_(b) + CO_2(q); ΔH=+37,8 kkal

Termokimyada istilik effektinin ölçü vahidi kimi kaloridən (kal) və ya kilikaloridən (kkal) istifadə edilir. Beynəlxalq vahidlər sistemində (BS) isə enerjinin vahidi Coul (C) təsdiq edilmişdir. 1 kal = 4,1840 C.

Dönər reaksiyalar

Bir sıra hallarda kimyəvi reaksiya yalnız bir istiqamətdə gedir, yəni reaksiya nəticəsində əmələ gələn maddələr öz aralarında kimyəvi qarşılıqlı təsirdə olub, yenidən başlanğıc maddələri əmələ gətirə bilmir.

Müəyyən şəraitdə öz aralarında kimyəvi qarşılıqlı təsirdə olaraq, yenidən başlanğıc maddələri əmələ gətirə bilməyən məhsulların alınması ilə gedən reaksiyalar dönməyən reaksiyalar adlanır.

Bəzi hallarda raksiya məhsulları yenidən bir-birilə reaksiyaya daxil olaraq, ilkin maddələri əmələ gətirir. Bu halda eyni şəraitdə bir-birinin əksinə olmaqla, iki reaksiya gedir: məhsulların alınması istiqamətində gedən reaksiya və ya düzünə gedən reaksiya və başlanğıc maddələrin alınması istiqamətində gedən reaksiya və ya tərsinə gedən reaksiya.

Müəyyən şəraitdə, eyni zamanda həm düzünə, həm də tərsinə gedən reaksiyalar dönən reaksiyalar adlanır.

Dönən reaksiyalar məhlulda gedir.

Dönən xarakterli reaksiyalarda düzünə və əksinə gedən reaksiyalar müxtəlif sürətlərə malik olur: reaksiyanın əvvəlində düzünə gedən reaksiyanın sürəti maksimal, tərsinə gedən reaksiyanın sürəti sıfra bərabər olur. Zaman keçdikcə düzünə gedən reaksiyanın sürəti azalır, əksinə gedən reaksiyanın sürəti artır. Nəhayət, elə bir an çatır ki, düzünə və əksinə gedən reaksiyaların sürəti bərabərləşir. Bu hala kimyəvi tarazlıq halı deyilir.

Homogen və heterogen reaksiyalar

Homogen sistemlərdə gedən kimyəvi reaksiyala homogen reaksiya, heterogen sistemlərdə gedən kimyəvi reaksiyalar isə heterogen reaksiya adlanır.

Homogen reaksiyalar bircinsli mühitdə, yəni qazlar qarışığında və birfazalı maye məhlullarda gedir:

H_2(q) + F_2(q) → 2 HF_(q)

NaOH_(məh) + HCl_(məh) → NaCl_(məh) + H₂O_(m)

Heterogen reaksiya iki və ya daha artıq fazanın bölgü səthində gedir. Çünki reaksiyaya daxil olan maddələrin molekullarının toqquşması yalnız səthdə mümkündür. Buna görə heterogen reaksiyanın sürətinin artmasına səht böyüklüyü, başqa sözlə, bərk maddənin xırdalanma (dirsperslik) dərəcəsi böyük təsir göstərir.

Məsələn,

CO_2(q) + NaOH_(məh) → NaHCO_3(məh)

C_(b)+ O_2(q) → CO_2(q)

Fe(OH)_3(b)+ 3HCl_(məh) → FeCl_3(məh)+ 3H₂O_(m)

Na₂CO_3(b) + H₂O_(m) + CO_2(q) → 2NaHCO_3(b)