Elektronerne, der kredser om kernen i et atom, er ansvarlige for atoms evne til at deltage i kemiske reaktioner. Alle slags kemiske stoffer kan reagere med hinanden, fra enkelte atomer eller ioner til komplekse forbindelser. Kemiske reaktioner kan finde sted ved en række forskellige mekanismer, og enkeltudskiftningsreaktioner er en gruppe reaktionstyper.
Kemiske reaktioner
Kemiske reaktioner er grundlaget for alle livsprocesser og også for ændringer i de ikke-levende aspekter af forskellige miljøer over hele planeten. I en kemisk reaktion interagerer kemiske arter, hvad enten det er atomer, molekyler eller komplicerede forbindelser, med hinanden og gennemgår en ændring i forskellige kemiske arter. Nogle reaktioner kan forekomme spontant uden input af energi, mens andre reaktioner kræver, at en energibarriere overvindes, før reaktionen kan fortsætte.
Reaktionstyper
Der er adskillige måder, hvorpå kemiske arter faktisk kan interagere med hinanden under en kemisk reaktion. I syntesereaktioner reagerer to eller flere kemiske stoffer for at danne en ny kemisk forbindelse. Ved nedbrydning nedbrydes derimod en mere kompleks forbindelse faktisk til to eller flere enklere stoffer. Enkelt- og dobbeltudskiftningsreaktioner involverer en udveksling af kemiske arter mellem de reagerende stoffer, så de oprindelige reagerende forbindelser bliver nye produktforbindelser.
Enkelt udskiftning
Enkeltudskiftningsreaktioner er enkle reaktioner i form A + BC giver AC + B. Forbindelsen BC reagerer med element A, og der opstår en omskifter, hvor element A træder i stedet for element B i forbindelsen. Disse reaktioner resulterer i dannelsen af en ny forbindelse, AC og frigivelsen af element B. En enkelt udskiftningsreaktion finder kun sted, når elementet, der fortrænges fra forbindelsen, er mindre reaktivt end elementet, der foretager fortrængning.
Anioner og kationer
Anioner er atomer eller molekyler, der har en netto negativ ladning, hvilket betyder, at atomet eller molekylet har erhvervet en eller flere ladede elektroner fra et andet atom eller molekyle og bærer nu et overskud af negativt oplade. På den anden side har kationer en positiv ladning, fordi de har mistet en eller flere elektroner, og den positive ladning af protonerne i kernen er ikke modvægtet. Kationiske og anioniske arter kan tiltrækkes af hinanden og danne et nyt molekyle gennem ionbinding.
Anionisk og kationisk enkelt udskiftning
Ved anionisk erstatning reagerer en anion med et andet ionisk molekyle. Det ioniske molekyle består af en anion og kation og mister sin anion og erstatter den med den nye reagerende anion, når reaktionen fortsætter. Ved kationisk erstatning reagerer en kation med et ionisk molekyle sammensat af en anion og kation, og igen finder en switch sted, hvor den nye kation erstatter den gamle kation. I begge tilfælde er resultatet et nyt ionisk molekyle og frigivelsen af arten, der blev erstattet.