Jak identifikovat 6 typů chemických reakcí

Chemické reakce jsou nezbytnou součástí technologie a přispívají k různým lidským činnostem, které jsou součástí našeho každodenního života. Mezi příklady chemických reakcí, s nimiž se každodenně setkáváme, patří spalování paliv a výroba vína a piva. Chemické reakce jsou také široce přítomné v přírodě, od chemického zvětrávání hornin, fotosyntézy v rostlinách a procesu dýchání u zvířat.

V širším aspektu existují tři typy reakcí: fyzikální, chemické a jaderné. Chemické reakce lze dále rozdělit do mnoha kategorií. Šest společných typy chemických reakcí jsou: syntéza, rozklad, jednoprostorové, dvojité vytěsnění, spalování a acidobazické reakce. Vědci je klasifikují podle toho, co se stane při přechodu od reaktantů k produktům. To je užitečné při předpovídání reaktivity reagencií a produktů vzniklých při reakcích.

A chemická reakce je proces, při kterém jedna nebo více látek, reaktantů, prochází chemickou transformací za vzniku jedné nebo více různých látek, produktů. Jedná se o proces, který zahrnuje přeskupení základních atomů reaktantů za vzniku produktů, aniž by došlo ke změně jader atomů.

Například v procesu používaném k výrobě sody a seltzeru probublává oxid uhličitý do vody za tlakových podmínek a vytvoří novou sloučeninu známou jako kyselina uhličitá (H₂CO₃). Podle této rovnice víte, že došlo k chemické reakci.

CO₂(g) + H₂O (l) -> H₂CO₃(aq)

A fyzická reakce se liší od chemické reakce. Fyzické změny zahrnují pouze změnu stavu, například zmrazení vody na led a sublimaci suchého ledu na oxid uhličitý. V obou scénářích byla chemická identita reaktantů, H₂O a CO₂, se nezměnilo. Produkty jsou stále tvořeny stejnými sloučeninami jako reaktanty.

H₂O (l) -> H₂O (s)

CO₂(s) -> CO₂(G)

A jaderná reakce se také odlišuje od chemické reakce. Zahrnuje kolizi dvou jader za vzniku jednoho nebo více nuklidů, které se liší od původních jader. Například Ernest Rutherford provedl první umělou transmutaci vystavením plynného dusíku částicím alfa, čímž vytvořil izotop ¹⁷O a vysunutí protonu v tomto procesu. Prvek v reaktantu se změnil, takže došlo k reakci.

¹⁴N + α -> ¹⁷O + str

Nejběžnějšími typy chemických reakcí jsou syntéza, rozklad, jednoduché vytěsnění, dvojité vytěsnění, spalování a acidobazická reakce. Taková kategorizace však není výlučná. Například acidobazickou reakci lze také klasifikovat jako reakci s dvojitým vytěsněním.

Syntetická reakce je reakce, ve které jsou dvě nebo více látek kombinovaný vytvořit složitější. Chemická rovnice pro obecnou formu syntézy je následující:

A + B -> AB

Jedním příkladem syntézní reakce je kombinace železa (Fe) a síry (S) za vzniku sulfidu železa.

Fe (y) + S (y) -> FeS (y)

Dalším příkladem je kombinace sodíku a plynného chloru za vzniku složitější molekuly, chloridu sodného.

2Na (s) + Cl₂(g) -> 2NaCl (s)

Rozkladná reakce funguje úplně opačně než syntéza. Jedná se o reakci, kdy jde o složitější látku rozpadne se na jednodušší. Obecnou formu reakce rozkladu lze zapsat jako:

AB -> A + B

Příkladem rozkladné reakce je elektrolýza vody za vzniku vodíku a kyslíku.

H₂O (l) -> H₂(g) + O.₂(G)

Rozklad může být také tepelný, jako je přeměna kyseliny uhličité na vodu a oxid uhličitý za zahřívání. To je běžně vidět v sycených nápojích.

H₂CO₃(aq) -> H₂O (l) + CO₂(G)

Reakce jednoduchého nahrazení, také známá jako reakce s jednoduchým nahrazením, je, když čistý prvek přepíná místa s jiným prvkem ve sloučenině. Je v obecné podobě:

A + BC -> AC + B

Mnoho kovů může reagovat se silnou kyselinou. Například hořčík reaguje s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku plynného vodíku a chloridu hořečnatého. V této reakci hořčík mění místa s vodíkem v kyselině chlorovodíkové.

Mg (s) + 2HCl (aq) -> H₂(g) + MgCl₂(aq)

Hořčík může také reagovat s vodou za vzniku hydroxidu hořečnatého a plynného vodíku.

Mg (s) + 2H₂O (l) -> H₂(g) + Mg (OH)₂(aq)

Dalším typem chemických reakcí je dvojité vytěsnění, při kterém kationty dvou reaktantů mění místa za vzniku dvou zcela odlišných produktů. Obecná forma této reakce je:

AB + CD -> AD + CB

Jedním příkladem reakce s dvojitým vytěsněním je, když chlorid barnatý reaguje se síranem hořečnatým za vzniku síranu barnatého a chloridu hořečnatého. V této reakci mění kationty barya a hořčíku v reaktantech místa na nové sloučeniny barya a hořčíku.

BaCl₂ + MgSO₄ -> BaSO₄ + MgCl₂

Dalším příkladem je reakce dusičnanu olovnatého s jodidem draselným za vzniku jodidu olovnatého a dusičnanu draselného.

Pb (č₃)₂ + 2 kB -> PbI₂ + 2 KNO₃

V obou případech reakce generuje sraženinu (BaSO₄ a PbI₂) ze dvou rozpustných reaktantů, takže jsou také seskupeny za srážení.

Spalovací reakce je exotermický redox chemická reakce, kdy palivo reaguje s kyslíkem za vzniku plynných produktů. I když je obvykle iniciováno formou energie, jako je například použití zapálené zápalky k zapálení ohně, uvolněné teplo poskytuje energii pro udržení reakce.

Úplná spalovací reakce nastává, když je přítomen přebytek kyslíku a poskytuje primárně běžné oxidy, jako je oxid uhličitý a oxid siřičitý. Aby bylo zajištěno úplné spalování, musí být přítomný kyslík dvojnásobný nebo trojnásobek teoretického množství vypočteného stechiometrií. Úplné spalování uhlovodíku lze vyjádřit ve formě:

4C_XH_y + (4x + y) O.₂ -> 4xCO₂ + 2 roky₂O + teplo

Spalování metanu, což je nasycený uhlovodík, uvolňuje značné teplo (891 kJ / mol) a lze jej shrnout následujícím způsobem:

CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2 hodiny₂O + teplo

Naftalen je dalším příkladem uhlovodíků a jeho úplným spalováním také vzniká oxid uhličitý, voda a teplo.

C₁₀H₈ + 12O₂ -> 10 CO₂ + 4H₂O + teplo

Alkoholy mohou také sloužit jako zdroj paliva pro spalování, jako je například methanol.

CH₃OH + O₂ -> CO₂ + 2 hodiny₂O + teplo

K nedokonalému spalování dochází, když není dostatek kyslíku k plné reakci s palivem za vzniku oxidu uhličitého a vody. Takovým příkladem je situace, kdy je metan spalován v omezeném množství kyslíku za vzniku kombinace oxidu uhelnatého, oxidu uhličitého, uhlíkového popela a vody. To lze vyjádřit pomocí níže uvedených rovnic, uspořádaných podle množství přítomného kyslíku.

Málo kyslíku:

CH₄ + O.₂ -> C + 2H₂Ó

Nějaký kyslík:

2CH₄ + 3O₂ -> 2CO + 4H₂Ó

Více, ale málo kyslíku:

4CH₄ + 7O₂ -> 2CO + 2CO₂ + 8 hodin₂Ó

Příliš mnoho oxidu uhelnatého může mít za následek otravu vzduchem, protože v kombinaci s hemoglobinem vytváří karboxyhemoglobin a snižuje jeho schopnost dodávat kyslík. Proto je důležité zajistit úplné spalování paliva pro domácí a průmyslové použití.

Acidobazická reakce je reakcí mezi kyselinou a bází a jedním z produktů je voda. Jedná se o speciální typ reakce s dvojitým posunem (přepínací místa A a B) a tyto příklady chemických reakcí jsou psány jako:

HA + BOH -> BA + H₂Ó

Jednoduchým příkladem acidobazické reakce je, když antacida (hydroxid vápenatý) neutralizuje žaludeční kyselinu (kyselinu chlorovodíkovou).

Ca (OH)₂ + 2HCl -> CaCl₂ + 2 hodiny₂Ó

Dalším příkladem je reakce octa (kyseliny octové) s jedlou sodou (hydrogenuhličitan sodný). V tomto procesu se tvoří voda a oxid uhličitý, ale neuvolňuje se žádné teplo, nejedná se tedy o spalovací reakci.

CH₃COOH + NaHCO₃ -> CH₃COONa + H₂O + CO₂