Химические реакции классифицируются:
- по типу механизма химического превращения;
- условиям проведения реакции;
- фазовому состоянию реагентов;
- наличию или отсутствию катализатора.
По типу механизма превращения химические реакции делятся на обратимые и необратимые.
Примером простой необратимой реакции служит реакция гашения извести СаО водой в производстве кальцинированной соды:
CaO + H2O —> Ca(OH)2
В этой реакции одно из исходных веществ полностью превращается в продукт реакции. Процесс проводится таким образом, чтобы самое дорогое из исходных веществ перерабатывалось в продукт реакции полностью. С этой целью создается более высокая концентрация второго из взаимодействующих компонентов, стоимость которого ниже.
По схеме необратимой параллельной реакции происходит окисление аммиака NH3 кислородом воздуха в производстве слабой азотной кислоты HNO3. Целевым продуктом является только окись азота NO, поступающая на дальнейшую переработку. Однако наряду с образованием окиси азота идут еще две реакции, в результате которых получаются закись азота N2O и молекулярный азот N2.
Примером реакции с последовательным механизмом превращения может служить реакция нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком с целью получения аммофоса в производстве комплексных азотных удобрений:
H3PO4 + NH3 —> NH4H2PO4 + NH3 —> (NH4)2HPO4
Сначала из фосфорной кислоты Н3РO4 и аммиака NH3 образуется промежуточное вещество моноаммонийфосфат NH4H2PO4, который затем после взаимодействия с аммиаком образует целевой продукт – аммофос.
В подобных реакциях вторая ступень реакции – превращение – может происходить с участием одного из исходных веществ.
В химической технологии очень часто встречаются обратимые реакции. Механизм обратимой реакции имеет следующий вид:
aA + bB <—> cC + dD
Примером обратимой реакции может служить реакция получения водорода в промышленности при взаимодействии окиси углерода СО с водяным паром:
CO + H2O <—> H2 + CO2
Окись углерода вступает в химическое взаимодействие с парами воды, образуя молекулярный водород и углекислый газ. Продукты реакции также способны взаимодействовать, причем продуктами взаимодействия являются СО и Н2O.
Обратимые реакции отличаются от необратимых реакций тем, что полученные в результате реакции продукты С и D способны вступать во взаимодействие, образуя исходные вещества А и В. Обратимая реакция протекает как в прямом, так и в обратном направлении.
В начале процесса концентрация исходных веществ А и В велика. При расходовании веществ А и В и накоплении продуктов С и D скорость прямой реакции снижается, а скорость обратной реакции возрастает. При равенстве скоростей прямой и обратной реакций наступает состояние химического равновесия.
Выход продуктов, достигаемый при равновесии, называется равновесным. При изменении условий проведения процесса (температуры, давления, концентрации веществ, участвующих в процессе) можно смещать равновесие процесса вправо или влево.