Реакции химические

Реакции химические, превращения одних веществ в другие, отличные от исходных по химическому составу или строению. Общее число атомов каждого данного элемента, а также сами химические элементы, составляющие вещества, остаются в Р. х. неизмененными; этим Р. х. отличаются от ядерных реакций. Р. х. осуществляются при взаимодействии веществ между собой или при внешних воздействиях на них температуры, давления, электрического и магнитного полей и т.п. В ходе Р. х. одни вещества (реагенты) превращаются в другие (продукты реакции), что записывается в виде уравнений химических. Реагенты и продукты реакции часто носят общее название реактанты. Каждая Р. х. характеризуется стехиометрическим соотношением реактантов и скоростью химической реакции. Совокупность отдельных стадий Р. х., установленная экспериментально или предложенная на основе теоретических представлений, называется механизмом реакции.

  Любая Р. х. обратима, хотя скорости прямой и обратной реакций могут при этом существенно отличаться. Когда скорости прямой и обратной реакций равны, система находится в равновесии химическом. В положении равновесия или вблизи него поведение системы описывается законами и соотношениями термодинамики химической. В целом изучение механизмов и скоростей как обратимых, так и практически необратимых Р. х. составляет предмет химической кинетики, а при учёте также и физических процессов в системе (диффузия, теплопередача и др.) — предмет макрокинетики. При изучении Р. х. на молекулярном уровне используют представления о взаимодействии атомов и молекул при их столкновениях друг с другом, с электронами и др. частицами, о превращениях молекул при поглощении и испускании фотонов и т.п. Этот подход базируется, как правило, на квантовой теории и связан в основном с изучением элементарного акта Р. х., т. е. отдельного процесса столкновения молекул реактантов. Квантовомеханическое описание элементарного акта базируется на одном из двух подходов. При временном подходе элементарный акт рассматривается как процесс рассеяния подсистем (атомов, молекул, ионов) при их столкновении. Согласно стационарному подходу, исследуется движение конфигурационной точки (изображающей ядерную конфигурацию всей системы реактантов) по потенциальной поверхности, определяемой взаимодействием подсистем реактантов, в частности ядер молекул в усреднённом поле электронов. Начало стационарному подходу было положено введением представления об активированном комплексе. При сравнительном рассмотрении реакций, особенно в органической химии, пользуются обычно представлениями о наиболее вероятных механизмах реакций и об активности реагентов в определённых классах реакций, такими как реакционная способность, ориентации правила, нуклеофильные и электрофильные реагенты, принцип сохранения орбитальной симметрии (см. Симметрия в химии) и т.п.

  Р. х. существенно зависят как от природы реактантов, так и от внешних условий реакции. Многие Р. х. возможны только под воздействием внешних источников энергии: тепловой, электромагнитной (фотохимические реакции), электрической (электрохимические реакции). При этом сама Р. х. может служить источником энергии. Количественное экспериментальное изучение Р. х. привело к установлению ряда основных законов химии, отражающих как стехиометрию, так и энергетику реакций. К таким законам относятся постоянства состава закон, Гесса закон и др. Классификация Р. х. проводится по различным признакам и различается в зависимости от того, в какой области химии они исследуются. Термодинамическая классификация использует в качестве таких признаков: энергетику реакций (экзотермические, т. е. идущие с выделением тепла, и эндотермические, т. е. идущие с поглощением тепла); количество фаз реактантов (гомогенные и гетерогенные реакции). Различают Р. х., идущие в объёме, на поверхности раздела фаз и т.д. Кинетическая классификация выделяет следующие признаки: скорость прямой и обратной реакций (обратимые и необратимые реакции); число взаимосвязанных реакций в системе (простая реакция, т. е. только одна, практически необратимая реакция, и сложная реакция, которую можно подразделить на несколько простых); молекулярность реакции (число молекул, одновременным взаимодействием между которыми осуществляется элементарный акт химического превращения); порядок реакции по каждому реагенту и в целом (см. Кинетика химическая). Сложные Р. х. по форме связи простых реакций подразделяются на параллельные, последовательные, сопряжённые, обратимые и т.д. В отдельную группу выделяется обширный класс каталитических реакций (см. Катализ). В зависимости от того, какие частицы участвуют в элементарном акте, реакции подразделяются на молекулярные, ионные, фотохимические и т.д., а также радикальные или цепные реакции. Детальное подразделение реакций проводится и по их механизму.

  В неорганической химии широко используется классификация Р. х. по типам участвующих в них соединений и по характеру их взаимодействия: реакции образования и разложения, гидролиза, нейтрализации реакции, реакции окисления-восстановления. Большую группу Р. х. составляют различные реакции комплексообразования.

  Органические реакции подразделяют на две большие группы: гетеролитические, при которых разрыв связи в молекуле происходит несимметрично и электроны остаются спаренными, и гомолитичные, в которых происходит симметричный разрыв связи, в результате чего образуются радикалы. В зависимости от типа атакующего реагента гетеролитические реакции могут быть нуклеофильными (обозначаются символом N) и электрофильными (символ Е). Основные три класса органических реакций включают замещения (обозначаются символом S с индексами N или Е), присоединения (символ А) и отщепления (элиминирования, символ Е). Каждая из этих реакций в зависимости от механизма может осуществляться как нуклеофильный, электрофильный или радикальный процесс. Особый класс реакций составляют реакции циклоприсосдинения. С учётом молекулярности лимитирующей стадии различают мономолекулярные (например, S_E 1) и бимолекулярные (например, S_E 2) реакции. Помимо указанных механизмов, присоединения и замещения реакции могут происходить в результате окислительно-восстановительного взаимодействия реагентов. Многие органические реакции включают ряд последовательных стадий, в том числе обратимых. Общая обратимость характерна для таких, например, реакций, как реакции металлирования и ароматического сульфирования. Возможны реакции, в которых промежуточные соединения вступают в параллельные реакции, что приводит к образованию смеси продуктов. Многочисленные превращения органических молекул включают процессы, происходящие без изменения состава, но приводящие к изменению химического строения (структуры) соединения, например различного типа изомеризации, молекулярные перегруппировки и таутомерные превращения (см. Органическая химия).

  Понятие Р. х. является в известной степени условным. Так, к числу Р. х. обычно не относят образование ассоциатов в растворах, электронные возбуждения молекул (даже при существенном изменении равновесной геометрической конфигурации) и ряд др. процессов.

  Лит.: Эмануэль Н. М., Кнорре Д. Г., Курс химической кинетики, 2 изд., М., 1969; Курс физической химии, под общ. ред. Я. И. Герасимова, 2 изд., т. 2, М., 1973; Матье Ж., Панико Р., Курс теоретических основ органической химии, пер.(перевод) с франц.(французский), М., 1975.

  Н. Ф. Степанов.