Was passiert mit chemischen Bindungen bei chemischen Reaktionen?

Bei chemischen Reaktionen brechen die Bindungen, die Moleküle zusammenhalten, auf und bilden neue Bindungen, wodurch Atome in verschiedene Substanzen neu angeordnet werden. Jede Bindung erfordert eine bestimmte Menge an Energie, um entweder zu brechen oder sich zu bilden; ohne diese Energie kann die Reaktion nicht stattfinden und die Reaktanten bleiben wie sie waren. Wenn eine Reaktion abgeschlossen ist, hat sie möglicherweise Energie aus der Umgebung entnommen oder mehr Energie hineingesteckt.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Chemische Reaktionen brechen und bilden die Bindungen, die Moleküle zusammenhalten.

Chemische Bindungen sind Bündel elektrischer Kräfte, die Atome und Moleküle zusammenhalten. Die Chemie umfasst verschiedene Arten von Bindungen. Beispielsweise ist die Wasserstoffbrücke eine relativ schwache Anziehungskraft, an der ein wasserstoffhaltiges Molekül wie Wasser beteiligt ist. Die Wasserstoffbrücke erklärt die Form von Schneeflocken und andere Eigenschaften von Wassermolekülen. Kovalente Bindungen bilden sich, wenn Atome Elektronen teilen, und die resultierende Kombination ist chemisch stabiler als die Atome selbst. Metallische Bindungen treten zwischen Metallatomen auf, wie etwa dem Kupfer in einem Penny. Die Elektronen im Metall bewegen sich leicht zwischen Atomen; das macht Metalle zu guten Strom- und Wärmeleitern.

Bei allen chemischen Reaktionen wird Energie gespart; es wird weder geschaffen noch zerstört, sondern kommt aus den bereits bestehenden Bindungen oder der Umwelt. Der Energieerhaltungssatz ist ein bekanntes Gesetz der Physik und Chemie. Bei jeder chemischen Reaktion müssen Sie die in der Umgebung vorhandene Energie, die Bindungen der Reaktanten, die Bindungen der Produkte und die Temperatur der Produkte und der Umgebung berücksichtigen. Die vor und nach der Reaktion vorhandene Gesamtenergie muss gleich sein. Wenn beispielsweise ein Automotor Benzin verbrennt, kombiniert die Reaktion das Benzin mit Sauerstoff, um Kohlendioxid und andere Produkte zu bilden. Es erzeugt keine Energie aus der Luft; es setzt die in den Bindungen der Moleküle im Benzin gespeicherte Energie frei.

Wenn Sie die Energie einer chemischen Reaktion im Auge behalten, finden Sie heraus, ob die Reaktion Wärme freisetzt oder verbraucht. Im vorherigen Beispiel der Verbrennung von Benzin setzt die Reaktion Wärme frei und erhöht die Temperatur seiner Umgebung. Andere Reaktionen, wie das Auflösen von Kochsalz in Wasser, verbrauchen Wärme, sodass die Temperatur des Wassers nach dem Auflösen des Salzes etwas niedriger ist. Chemiker nennen wärmeerzeugende Reaktionen exotherm und wärmeverbrauchende Reaktionen endotherm. Da endotherme Reaktionen Wärme erfordern, können sie nicht stattfinden, wenn nicht genügend Wärme vorhanden ist, wenn die Reaktion beginnt.

Manche Reaktionen, sogar exotherme, benötigen Energie, um in Gang zu kommen. Chemiker nennen dies die Aktivierungsenergie. Es ist wie ein Energieberg, den die Moleküle erklimmen müssen, bevor die Reaktion in Gang gesetzt wird; Nach dem Start ist es einfach, bergab zu gehen. Um auf das Beispiel des Verbrennens von Benzin zurückzukommen, muss der Automotor zuerst einen Funken machen; ohne sie passiert nicht viel mit dem benzin. Der Funke liefert die Aktivierungsenergie für das Benzin, um sich mit Sauerstoff zu verbinden.

Katalysatoren sind chemische Substanzen, die die Aktivierungsenergie einer Reaktion reduzieren. Platin und ähnliche Metalle beispielsweise sind ausgezeichnete Katalysatoren. Der Katalysator in der Abgasanlage eines Autos hat im Inneren einen Katalysator wie Platin. Beim Durchströmen der Abgase verstärkt der Katalysator die chemischen Reaktionen in schädlichen Kohlenmonoxid- und Stickstoffverbindungen und verwandelt sie in sicherere Emissionen. Da bei Reaktionen kein Katalysator verbraucht wird, kann ein Katalysator viele Jahre lang seinen Dienst verrichten. In der Biologie sind Enzyme Moleküle, die chemische Reaktionen in lebenden Organismen katalysieren. Sie passen in andere Moleküle, damit Reaktionen leichter ablaufen können.