Kemiske reaktioner er en vigtig del af teknologien, der bidrager til forskellige menneskelige aktiviteter, der er en del af vores daglige liv. Eksempler på kemiske reaktioner, som vi støder på hver dag, er forbrænding af brændstoffer og fremstilling af vin og øl. Kemiske reaktioner er også bredt til stede i naturen, fra kemisk forvitring af klipper, fotosyntese i planter og respirationsprocessen hos dyr.
I det bredere aspekt er der tre typer reaktioner: fysisk, kemisk og nuklear. Kemiske reaktioner kan yderligere opdeles i mange kategorier. Seks almindelige typer kemiske reaktioner er: syntese, nedbrydning, enkelt forskydning, dobbelt forskydning, forbrænding og syre-base reaktioner. Forskere klassificerer dem ud fra hvad der sker, når man går fra reaktanter til produkter. Dette er nyttigt ved forudsigelse af reaktivitet af reagenser og produkter dannet ud fra reaktionerne.
Typer af reaktioner
EN kemisk reaktion er en proces, hvor et eller flere stoffer, reaktanterne, gennemgår kemisk transformation til dannelse af et eller flere forskellige stoffer, produkterne. Det er en proces, der involverer omlejring af reaktanternes bestanddele ved at danne produkter uden at ændre atomernes kerner.
For eksempel i en proces, der anvendes til fremstilling af sodavand og seltzer, bobles kuldioxid i vand under trykbetingelser og danner en ny forbindelse kendt som kulsyre (H2CO3). Ved denne ligning ved du, at der er sket en kemisk reaktion.
CO2(g) + H2O (l) -> H2CO3(aq)
EN fysisk reaktion er forskellig fra en kemisk reaktion. Fysiske ændringer involverer kun tilstandsændring, for eksempel frysning af vand til is og sublimering af tøris til kuldioxid. I begge scenarier er den kemiske identitet af reaktanter, H2O og CO2, ændrede sig ikke. Produkterne består stadig af de samme forbindelser som reaktanterne.
H2O (l) -> H2O (s)
CO2(s) -> CO2(g)
EN nuklear reaktion adskiller sig også fra en kemisk reaktion. Det involverer kollision mellem to kerner for at danne en eller flere nuklider, der adskiller sig fra moderkerner. For eksempel udførte Ernest Rutherford den første kunstige transmutation ved at udsætte nitrogengas for alfapartikler og danne isotopen 17O og skubber en proton ud i denne proces. Elementet i reaktanten ændrede sig, således at en reaktion havde fundet sted.
14N + a -> 17O + s
Typer af kemiske reaktioner
De mest almindelige typer kemiske reaktioner er syntese, nedbrydning, enkelt fortrængning, dobbelt forskydning, forbrænding og syre-base. En sådan kategorisering er dog ikke eksklusiv. For eksempel kan en syre-base reaktion også klassificeres som en dobbelt fortrængningsreaktion.
Syntese-reaktion
En syntesereaktion er en, hvor to eller flere stoffer er kombineret at danne en mere kompleks. Den kemiske ligning for en generel form for syntesereaktion er som følger:
A + B -> AB
Et eksempel på en syntesereaktion er kombinationen af jern (Fe) og svovl (S) til dannelse af jernsulfid.
Fe (s) + S (s) -> FeS (s)
Et andet eksempel er, når natrium- og klorgas kombineres for at producere et mere komplekst molekyle, natriumchloridet.
2Na (s) + Cl2(g) -> 2NaCl (s)
Nedbrydningsreaktion
En nedbrydningsreaktion fungerer tværtimod mod en syntesereaktion. Det er en reaktion, hvor et mere komplekst stof bryder fra hinanden til enklere. En generel form for en nedbrydningsreaktion kan skrives som:
AB -> A + B
Et eksempel på en nedbrydningsreaktion er elektrolyse af vand til dannelse af brint og iltgas.
H2O (l) -> H2(g) + O2(g)
Nedbrydning kan også være termisk, såsom omdannelse af kulsyre til vand og kuldioxid under opvarmningsforhold. Det ses almindeligvis i kulsyreholdige drikkevarer.
H2CO3(aq) -> H2O (l) + CO2(g)
Enkelt forskydningsreaktion
Også kendt som den enkelte udskiftningsreaktion, er den ene forskydningsreaktion, når et rent element skifter plads med et andet element i en forbindelse. Det er i den generelle form:
A + BC -> AC + B
Mange metaller kan reagere med en stærk syre. For eksempel reagerer magnesium med saltsyre til dannelse af hydrogengas og magnesiumchlorid. I denne reaktion skifter magnesium sted med brint i saltsyre.
Mg (s) + 2 HCI (aq) -> H2(g) + MgCl2(aq)
Magnesium kan også reagere med vand til dannelse af magnesiumhydroxid og hydrogengas.
Mg (s) + 2H2O (l) -> H2(g) + Mg (OH)2(aq)
Dobbelt forskydning
En anden type kemiske reaktioner er dobbelt fortrængning, hvor kationerne af de to reaktanter skifter plads til to helt forskellige produkter. En generel form for denne reaktion er:
AB + CD -> AD + CB
Et eksempel på en dobbelt fortrængningsreaktion er, når bariumchlorid reagerer med magnesiumsulfat til dannelse af bariumsulfat og magnesiumchlorid. I denne reaktion skifter barium- og magnesiumkationer i reaktanterne steder til nye barium- og magnesiumforbindelser.
BaCl2 + MgSO4 -> BaSO4 + MgCl2
Et andet eksempel er reaktionen mellem blynitrat og kaliumiodid til dannelse af blyiodid og kaliumnitrat.
Pb (NO3)2 + 2KI -> PbI2 + 2KNO3
I begge tilfælde genererer reaktionen et bundfald (BaSO4 og PbI2fra to opløselige reaktanter, så de er også grupperet under udfældningsreaktioner.
Forbrændingsreaktion
En forbrændingsreaktion er en eksoterm redox kemisk reaktion, hvor et brændstof reagerer med ilt for at producere gasformige produkter. Selvom det sædvanligvis initieres af en form for energi, såsom at bruge en tændt tændstik til at tænde ild, giver den frigivne varme energi til at opretholde reaktionen.
En komplet forbrændingsreaktion opstår, når der er overskydende ilt til stede og giver primært almindelige oxider såsom kuldioxid og svovldioxid. For at sikre fuld forbrænding skal det tilstedeværende ilt være to eller tre gange den teoretiske mængde beregnet ved støkiometri. En komplet forbrænding af et carbonhydrid kan udtrykkes i form:
4CxHy + (4x + y) O2 -> 4xCO2 + 2yH2O + varme
Forbrænding af methan, som er et mættet carbonhydrid, frigiver væsentlig varme (891 kJ / mol) og kan sammenfattes med ligningen som følger:
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + varme
Naphthalen er et andet eksempel på kulbrinte, og dets komplette forbrænding genererer også kuldioxid, vand og varme.
C10H8 + 12O2 -> 10CO2 + 4H2O + varme
Alkoholer kan også tjene som kilde til brændstof til forbrænding, såsom methanol.
CH3OH + O2 -> CO2 + 2H2O + varme
En ufuldstændig forbrænding opstår, når der ikke er nok ilt til at reagere fuldt ud med brændstoffet for at producere kuldioxid og vand. Et sådant eksempel er, når methan forbrændes i en begrænset tilførsel af ilt til dannelse af en kombination af kulilte, kuldioxid, kulstof og vand. Det kan udtrykkes ved hjælp af ligningerne nedenfor, arrangeret af mængden af ilt til stede.
Lidt ilt:
CH4 + O2 -> C + 2H2O
Noget ilt:
2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O
Mere men ikke nok ilt:
4CH4 + 7O2 -> 2CO + 2CO2 + 8H2O
For meget kulilte kan resultere i luftforgiftning, fordi det kombineres med hæmoglobin til dannelse af carboxyhemoglobin og reducerer dets kapacitet til at levere ilt. Derfor er det vigtigt at sikre fuldstændig forbrænding af brændstof til husholdnings- og industriel brug.
Syre-base reaktion
Syre-basereaktionen er en reaktion mellem en syre og en base, og vand er et af produkterne. Det er en særlig type dobbelt fortrængningsreaktion (A og B skifter steder), og disse kemiske reaktionseksempler er skrevet som:
HA + BOH -> BA + H2O
Et simpelt eksempel på en syre-base-reaktion er, når en syrenøjre (calciumhydroxid) neutraliserer mavesyre (saltsyre).
Ca (OH)2 + 2HCl -> CaCl2 + 2H2O
Et andet eksempel er reaktionen af eddike (eddikesyre) med bagepulver (natriumbicarbonat). I denne proces dannes vand og kuldioxid, men der frigøres ingen varme, så det er ikke en forbrændingsreaktion.
CH3COOH + NaHCO3 -> CH3COONa + H2O + CO2
