تعتبر التفاعلات الكيميائية جزءًا أساسيًا من التكنولوجيا ، حيث تساهم في مختلف الأنشطة البشرية التي تشكل جزءًا من حياتنا اليومية. تتضمن أمثلة التفاعلات الكيميائية التي نواجهها كل يوم حرق الوقود وصنع النبيذ والبيرة. التفاعلات الكيميائية موجودة أيضًا على نطاق واسع في الطبيعة ، من التجوية الكيميائية للصخور ، والتمثيل الضوئي في النباتات وعملية التنفس في الحيوانات.
في الجانب الأوسع ، هناك ثلاثة أنواع ردود الفعل: الفيزيائية والكيميائية والنووية. يمكن تقسيم التفاعلات الكيميائية إلى عدة فئات. ستة مشترك أنواع التفاعلات الكيميائية هي: التوليف ، التحلل ، الإزاحة الأحادية ، الإزاحة المزدوجة ، الاحتراق والتفاعلات الحمضية القاعدية. يصنفها العلماء بناءً على ما يحدث عند الانتقال من المواد المتفاعلة إلى المنتجات. هذا مفيد في التنبؤ بفاعلية الكواشف والمنتجات المتكونة من التفاعلات.
أنواع التفاعلات
أ تفاعل كيميائي هي عملية تخضع فيها مادة أو أكثر ، المتفاعلات ، لتحول كيميائي لتشكيل مادة مختلفة أو أكثر ، المنتجات. إنها عملية تتضمن إعادة ترتيب الذرات المكونة للمواد المتفاعلة لتشكيل منتجات ، دون تغيير نوى الذرات.
على سبيل المثال ، في عملية مستخدمة لتصنيع الصودا والكربونات ، يتم ضخ ثاني أكسيد الكربون في الماء تحت ظروف مضغوطة ويشكل مركبًا جديدًا يعرف باسم حمض الكربونيك (
كو2(ز) + ح2يا (ل) -> ح2كو3(عبد القدير)
أ رد فعل جسدي يختلف عن تفاعل كيميائي. تتضمن التغييرات الفيزيائية فقط تغيير الحالة ، على سبيل المثال ، تجميد الماء إلى جليد وتسامي الجليد الجاف إلى ثاني أكسيد الكربون. في كلا السيناريوهين ، الهوية الكيميائية للمواد المتفاعلة H2O و CO2، لم يتغير. لا تزال المنتجات تتكون من نفس المركبات مثل المواد المتفاعلة.
ح2يا (ل) -> ح2س (ق)
كو2(ق) -> CO2(ز)
أ التفاعل النووي يتميز أيضًا عن تفاعل كيميائي. يتضمن تصادم نواتين لتكوين نواة واحدة أو أكثر مختلفة عن النوى الأم. على سبيل المثال ، أجرى إرنست رذرفورد أول تحول اصطناعي عن طريق تعريض غاز النيتروجين لجزيئات ألفا ، وتشكيل النظير 17O وإخراج البروتون في هذه العملية. تغير العنصر الموجود في المادة المتفاعلة ، وبالتالي حدث رد فعل.
14N + α -> 17س + ص
أنواع التفاعلات الكيميائية
أكثر أنواع التفاعلات الكيميائية شيوعًا هي التركيب والتحلل والإزاحة الفردية والإزاحة المزدوجة والاحتراق والقاعدة الحمضية. ومع ذلك ، فإن هذا التصنيف ليس حصريا. على سبيل المثال ، يمكن أيضًا تصنيف تفاعل القاعدة الحمضية على أنه تفاعل إزاحة مزدوجة.
تفاعل التوليف
تفاعل تخليقي هو تفاعل يكون فيه مادتان أو أكثر مشترك لتشكيل أكثر تعقيدًا. المعادلة الكيميائية للشكل العام للتفاعل التوليفي هي كما يلي:
أ + ب -> أب
أحد الأمثلة على تفاعل التوليف هو الجمع بين الحديد (Fe) والكبريت (S) لتكوين كبريتيد الحديد.
Fe (s) + S (s) -> FeS (s)
مثال آخر هو عندما يتم الجمع بين غاز الصوديوم والكلور لإنتاج جزيء أكثر تعقيدًا ، كلوريد الصوديوم.
2Na (ق) + Cl2(ز) -> 2NaCl (ق)
رد فعل التحلل
يعمل تفاعل التحلل عكس تفاعل التوليف. إنه رد فعل حيث مادة أكثر تعقيدًا يتفكك إلى أبسط. يمكن كتابة الشكل العام لتفاعل التحلل على النحو التالي:
AB -> A + B
مثال على تفاعل التحلل هو التحليل الكهربائي للماء لتكوين غاز الهيدروجين والأكسجين.
ح2يا (ل) -> ح2(ز) + O2(ز)
يمكن أن يكون التحلل أيضًا حراريًا ، مثل تحويل حمض الكربونيك إلى ماء وثاني أكسيد الكربون تحت ظروف التدفئة. يشيع استخدامه في المشروبات الغازية.
ح2كو3(عبد القدير) -> ح2O (ل) + كو2(ز)
رد فعل نزوح واحد
يُعرف أيضًا باسم تفاعل الاستبدال الفردي ، يحدث تفاعل الإزاحة الفردي عندما يبدل عنصر نقي مكانه بعنصر آخر في مركب. هو في الشكل العام:
أ + ق -> أج + ب
يمكن للعديد من المعادن أن تتفاعل مع حمض قوي. على سبيل المثال ، يتفاعل المغنيسيوم مع حمض الهيدروكلوريك لتكوين غاز الهيدروجين وكلوريد المغنيسيوم. في هذا التفاعل ، يتبدل المغنيسيوم مع الهيدروجين في حمض الهيدروكلوريك.
ملغ (ق) + 2 هيدروكلورايد (عبد القدير) -> ح2(ز) + مغكل2(عبد القدير)
يمكن أن يتفاعل المغنيسيوم أيضًا مع الماء لتوليد هيدروكسيد المغنيسيوم وغاز الهيدروجين.
ملغ (ق) + 2 ح2يا (ل) -> ح2(ز) + مغ (أوه)2(عبد القدير)
نزوح مزدوج
نوع آخر من التفاعلات الكيميائية هو الإزاحة المزدوجة ، حيث تقوم كاتيونات المفاعلين بتبديل أماكنها لتشكيل منتجين مختلفين تمامًا. الشكل العام لهذا التفاعل هو:
AB + CD -> AD + CB
أحد الأمثلة على تفاعل الإزاحة المزدوجة هو عندما يتفاعل كلوريد الباريوم مع كبريتات المغنيسيوم لتكوين كبريتات الباريوم وكلوريد المغنيسيوم. في هذا التفاعل ، تقوم كاتيونات الباريوم والمغنيسيوم في المواد المتفاعلة بتبديل أماكنها إلى مركبات الباريوم والمغنيسيوم الجديدة.
باكل2 + MgSO4 -> BaSO4 + مغكل2
مثال آخر هو تفاعل نترات الرصاص مع يوديد البوتاسيوم لتكوين يوديد الرصاص ونترات البوتاسيوم.
الرصاص (NO3)2 + 2KI -> PbI2 + 2KNO3
في كلتا الحالتين ، يولد التفاعل راسبًا (BaSO4 و PbI2) من اثنين من المواد المتفاعلة القابلة للذوبان ، لذلك يتم تجميعها أيضًا تحت تفاعلات الترسيب.
تفاعل الاحتراق
تفاعل الاحتراق هو الأكسدة والاختزال الطارد للحرارة تفاعل كيميائي حيث يتفاعل الوقود مع الأكسجين لإنتاج منتجات غازية. على الرغم من أنه عادة ما يبدأ من خلال شكل من أشكال الطاقة ، مثل استخدام عود ثقاب مضاء لإشعال النار ، فإن الحرارة المنبعثة توفر الطاقة للحفاظ على التفاعل.
يحدث تفاعل الاحتراق الكامل عند وجود الأكسجين الزائد وينتج بشكل أساسي أكاسيد شائعة مثل ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت. من أجل ضمان الاحتراق الكامل ، يجب أن يكون الأكسجين الموجود ضعف أو ثلاثة أضعاف الكمية النظرية المحسوبة بواسطة قياس العناصر المتكافئة. يمكن التعبير عن الاحتراق الكامل للهيدروكربون بالصيغة:
4 جxحذ + (4x + ص) يا2 -> 4xCO2 + 2yH2س + الحرارة
يطلق احتراق الميثان ، وهو هيدروكربون مشبع ، حرارة كبيرة (891 كيلوجول / مول) ويمكن تلخيصها بالمعادلة على النحو التالي:
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2 ح2س + الحرارة
النفثالين هو مثال آخر للهيدروكربون ، كما أن احتراقه الكامل يولد ثاني أكسيد الكربون والماء والحرارة.
ج10ح8 + 12 درجة2 -> 10CO2 + 4 ح2س + الحرارة
يمكن أن تعمل الكحوليات أيضًا كمصدر وقود للاحتراق ، مثل الميثانول.
CH3أوه + يا2 -> CO2 + 2 ح2س + الحرارة
يحدث الاحتراق غير الكامل عندما لا يكون هناك ما يكفي من الأكسجين للتفاعل بشكل كامل مع الوقود لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء. مثل هذا المثال هو عندما يتم حرق الميثان بكمية محدودة من الأكسجين لإنتاج مزيج من أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ورماد الكربون والماء. يمكن التعبير عنها بالمعادلات أدناه ، مرتبة حسب كمية الأكسجين الموجودة.
القليل من الأكسجين:
CH4 + س2 -> C + 2H2ا
بعض الأكسجين:
2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2ا
أكسجين أكثر ولكن ليس كافيًا:
4CH4 + 7O2 -> 2CO + 2CO2 + 8 ح2ا
يمكن أن يؤدي الكثير من أول أكسيد الكربون إلى تسمم الهواء لأنه يتحد مع الهيموجلوبين لتكوين الكربوكسي هيموغلوبين ويقلل من قدرته على توصيل الأكسجين. لذلك من المهم ضمان الاحتراق الكامل للوقود للاستخدامات المنزلية والصناعية.
تفاعل القاعدة الحمضية
التفاعل الحمضي القاعدي هو تفاعل بين حمض وقاعدة ، والماء هو أحد المنتجات. إنه نوع خاص من تفاعل الإزاحة المزدوجة (أماكن التبديل A و B) وتتم كتابة أمثلة التفاعل الكيميائي هذه على النحو التالي:
HA + BOH -> بكالوريوس + H.2ا
مثال بسيط على تفاعل الحمض القاعدي هو عندما يعمل مضاد للحموضة (هيدروكسيد الكالسيوم) على تحييد حمض المعدة (حمض الهيدروكلوريك).
كاليفورنيا (يا)2 + 2HCl -> CaCl2 + 2 ح2ا
مثال آخر هو تفاعل الخل (حمض الأسيتيك) مع صودا الخبز (بيكربونات الصوديوم). في هذه العملية ، يتشكل الماء وثاني أكسيد الكربون ولكن لا يتم إطلاق حرارة ، لذلك فهو ليس تفاعل احتراق.
CH3COOH + NaHCO3 -> CH3كونا + ح2O + CO2