Die Elektronen, die den Kern eines Atoms umkreisen, sind dafür verantwortlich, dass dieses Atom an chemischen Reaktionen teilnehmen kann. Alle Arten von chemischen Stoffen können miteinander reagieren, von einzelnen Atomen oder Ionen bis hin zu komplexen Verbindungen. Chemische Reaktionen können nach verschiedenen Mechanismen ablaufen, und einzelne Austauschreaktionen sind eine Gruppe von Reaktionstypen.
Chemische Reaktionen
Chemische Reaktionen sind die Grundlage aller Lebensprozesse und auch der Veränderungen der unbelebten Aspekte verschiedener Umgebungen auf dem ganzen Planeten. Bei einer chemischen Reaktion interagieren chemische Spezies, seien es Atome, Moleküle oder komplizierte Verbindungen, miteinander und gehen in verschiedene chemische Spezies über. Einige Reaktionen können spontan ohne Energiezufuhr ablaufen, während andere Reaktionen erfordern, dass eine Energiebarriere überwunden wird, bevor die Reaktion ablaufen kann.
Reaktionstypen
Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, wie chemische Spezies während einer chemischen Reaktion tatsächlich miteinander interagieren können. Bei Synthesereaktionen reagieren zwei oder mehr chemische Stoffe zu einer neuen chemischen Verbindung. Bei der Zersetzung hingegen zerfällt eine komplexere Verbindung tatsächlich in zwei oder mehr einfachere Substanzen. Einfach- und Doppelaustauschreaktionen beinhalten einen Austausch chemischer Spezies zwischen den reagierenden Substanzen, so dass die ursprünglich reagierenden Verbindungen zu neuen Produktverbindungen werden.
Einzelersatz
Einzelaustauschreaktionen sind einfache Reaktionen der Form A + BC ergibt AC + B. Die Verbindung BC reagiert mit Element A und es erfolgt ein Wechsel, wobei Element A die Stelle von Element B in der Verbindung einnimmt. Diese Reaktionen führen zur Bildung einer neuen Verbindung, AC, und zur Freisetzung von Element B. Eine einzelne Austauschreaktion findet nur dann statt, wenn das aus der Verbindung verdrängte Element weniger reaktiv ist als das verdrängende Element.
Anionen und Kationen
Anionen sind Atome oder Moleküle, die eine negative Nettoladung haben, was bedeutet, dass das Atom oder Molekül ein oder mehrere geladene Elektronen von einem anderen Atom oder Molekül erworben hat und daher jetzt einen Überschuss an negativem aufladen. Kationen hingegen tragen eine positive Ladung, weil sie ein oder mehrere Elektronen verloren haben und die positive Ladung der Protonen im Kern nicht ausgeglichen wird. Kationische und anionische Spezies können voneinander angezogen werden und durch Ionenbindung ein neues Molekül bilden.
Anionischer und kationischer Einzelersatz
Beim anionischen Ersatz reagiert ein Anion mit einem anderen ionischen Molekül. Das ionische Molekül besteht aus einem Anion und einem Kation und verliert sein Anion und ersetzt es im Verlauf der Reaktion durch das neue reagierende Anion. Beim kationischen Austausch reagiert ein Kation mit einem ionischen Molekül, das aus einem Anion und einem Kation besteht, und wiederum findet ein Wechsel statt, wobei das neue Kation das alte Kation ersetzt. In beiden Fällen ist das Ergebnis ein neues ionisches Molekül und die Freisetzung der ersetzten Spezies.