В зависимости от механизма реакции могут быть отнесены к простым и сложным

Простые реакции – это реакции, включающие один химический этап. Это крайне редкий случай. В природе, как правило, химический процесс – это сложная реакция, включающая множество промежуточных стадий.

Сложные реакции – это реакции, включающие более одного химического этапа. Сложные реакции подразделяют на параллельные, последовательные, сопряженные.

Если исходное вещество одновременно участвует в нескольких реакциях, приводящих к образованию различных продуктов, то такие реакции называются параллельными.

Параллельные реакции протекают согласно схемам:

А → В → С

А + В + ….. → С + Д + ….

Так, реакция разложения бертолетовой соли (хлорат калия) при умеренно высоких температурах идет одновременно в двух направлениях, хотя условия преимущественного прохождения реакции в том или в другом направлении могут быть разные:

Общая скорость системы параллельных реакций (т.е. скорость превращения исходного вещества) равна сумме скоростей отдельных реакций. В случае же, когда скорости параллельных реакций сильно различаются между собой, суммарная скорость определяется в первую очередь скоростью наиболее быстрой из них.

Последовательными реакциями называются реакции, при которых продукт начальной реакции является исходным веществом для следующей реакции.

Последовательные реакции протекают согласно схемам:

А → В → С

или

А + В + … → С + Д + … → E + F + …

Таковы, например, реакции омыления эфиров двухосновных кислот щелочью. В последовательных реакциях скорость процесса в целом определяется скоростью самой медленной стадии.

Сопряженные реакции – это реакции, одна из которых идет самопроизвольно, а другая имеет место только в присутствии первой. В таком случае говорят, что одна реакция индуцирует протекание другой, т.е. имеет место химическая индукция. Идущая самопроизвольно первая реакция называется первичной, индуцируемая реакция – вторичной.

Сопряженные реакциипротекают по схеме:

А + В → Д

А + С → Е

Чаще всего это цепные реакции, протекающие по свободно-радикальному механизму. При цепном процессе имеет место цепочка реакций, в каждой из которых образуется молекула продукта и одновременно – свободный радикал, т.е. свободный атом, имеющий неспаренный электрон. Свободные радикалы химически активны, и время их жизни в химической системе невелико – они быстро реагируют либо с молекулами, либо с другими свободными радикалами. Когда свободный радикал реагирует с другой молекулой исходного вещества, образуется еще одна молекула продукта и новый радикал и т. д. Длина такой цепи может быть очень большой (десятки тысяч элементарных актов взаимодействия). Одновременный обрыв двух цепей происходит тогда, когда два свободных радикала сталкиваются друг с другом и реагируют с образованием молекулы (реакция рекомбинации).

Так, примером сопряженных реакций является реакция между хлором и водородом. При температуре 150–250 °С в темноте реакция практически не идет. Однако она протекает с высокой скоростью в тех же условиях в присутствии паров натрия:

Для рассмотренной выше цепной реакции между водородом и хлором имеют место следующие элементарные акты обрыва кинетической цепи:

Для того чтобы свободные атомы соединились в молекулу, необходимо присутствие третьей частицы или твердой поверхности, в противном случае образовавшаяся молекула обладала бы запасом энергии, равным тому, который необходим для ее распада; не отдав эту энергию третьей частице или твердой поверхности, она снова распалась бы. Поэтому для цепных реакций характерно влияние на скорость реакции размеров, материала и формы сосуда, в котором протекает реакция.