Πώς να προσδιορίσετε τους 6 τύπους χημικών αντιδράσεων

Οι χημικές αντιδράσεις αποτελούν ουσιαστικό μέρος της τεχνολογίας, συμβάλλοντας σε διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες που αποτελούν μέρος της καθημερινής μας ζωής. Παραδείγματα χημικών αντιδράσεων που αντιμετωπίζουμε καθημερινά περιλαμβάνουν την καύση καυσίμων και την παραγωγή κρασιού και μπύρας. Οι χημικές αντιδράσεις υπάρχουν επίσης ευρέως στη φύση, από τη χημική διάβρωση των βράχων, τη φωτοσύνθεση στα φυτά και τη διαδικασία αναπνοής στα ζώα.

Στην ευρύτερη πλευρά, υπάρχουν τρία τύποι αντιδράσεων: φυσικά, χημικά και πυρηνικά. Οι χημικές αντιδράσεις μπορούν να χωριστούν περαιτέρω σε πολλές κατηγορίες. Έξι κοινά τύποι χημικών αντιδράσεων είναι: σύνθεση, αποσύνθεση, απλή μετατόπιση, διπλή μετατόπιση, καύση και αντιδράσεις οξέος-βάσης. Οι επιστήμονες τα ταξινομούν με βάση το τι συμβαίνει όταν πηγαίνουν από αντιδραστήρια σε προϊόντα. Αυτό είναι χρήσιμο στην πρόβλεψη της αντιδραστικότητας των αντιδραστηρίων και των προϊόντων που σχηματίζονται από τις αντιδράσεις.

ΕΝΑ χημική αντίδραση

Για παράδειγμα, σε μια διεργασία που χρησιμοποιείται για την παρασκευή σόδας και seltzer, διοξείδιο του άνθρακα διοχετεύεται σε νερό υπό συνθήκες υπό πίεση και σχηματίζει μια νέα ένωση γνωστή ως ανθρακικό οξύ₂CO₃). Με αυτήν την εξίσωση, γνωρίζετε ότι έχει συμβεί χημική αντίδραση.

CO₂(ζ) + Η₂O (l) -> Η₂CO₃(υδ)

ΕΝΑ φυσική αντίδραση διαφέρει από μια χημική αντίδραση. Οι φυσικές αλλαγές περιλαμβάνουν μόνο την αλλαγή κατάστασης, για παράδειγμα, την κατάψυξη νερού σε πάγο και την εξάχνωση του ξηρού πάγου σε διοξείδιο του άνθρακα. Και στα δύο σενάρια, η χημική ταυτότητα των αντιδραστηρίων, Η₂O και CO₂, δεν άλλαξε. Τα προϊόντα εξακολουθούν να αποτελούνται από τις ίδιες ενώσεις με τα αντιδραστήρια.

Η₂O (l) -> Η₂Ο (οι)

CO₂(α) -> CO₂(σολ)

ΕΝΑ πυρηνική αντίδραση διακρίνεται επίσης από μια χημική αντίδραση. Περιλαμβάνει τη σύγκρουση δύο πυρήνων για το σχηματισμό ενός ή περισσότερων νουκλεϊδίων που διαφέρουν από τους γονικούς πυρήνες. Για παράδειγμα, ο Ernest Rutherford πραγματοποίησε τον πρώτο τεχνητό μετασχηματισμό εκθέτοντας αέριο άζωτο σε σωματίδια άλφα, σχηματίζοντας το ισότοπο ¹⁷O και εξαγωγή πρωτονίου σε αυτήν τη διαδικασία. Το στοιχείο στο αντιδραστήριο άλλαξε, έτσι είχε λάβει χώρα μια αντίδραση.

¹⁴Ν + α -> ¹⁷Ο + σελ

Οι πιο συνηθισμένοι τύποι χημικών αντιδράσεων είναι η σύνθεση, η αποσύνθεση, η μονή μετατόπιση, η διπλή μετατόπιση, η καύση και η βάση οξέος. Ωστόσο, μια τέτοια κατηγοριοποίηση δεν είναι αποκλειστική. Για παράδειγμα, μια αντίδραση οξέος-βάσης μπορεί επίσης να ταξινομηθεί ως αντίδραση διπλής μετατόπισης.

Μια αντίδραση σύνθεσης είναι εκείνη στην οποία δύο ή περισσότερες ουσίες είναι σε συνδυασμό για να σχηματίσετε ένα πιο περίπλοκο. Η χημική εξίσωση για μια γενική μορφή αντίδρασης σύνθεσης έχει ως εξής:

A + B -> AB

Ένα παράδειγμα αντίδρασης σύνθεσης είναι ο συνδυασμός σιδήρου (Fe) και θείου (S) προς σχηματισμό σουλφιδίου σιδήρου.

Fe (s) + S (s) -> Fe (s)

Ένα άλλο παράδειγμα είναι όταν το αέριο νάτριο και χλώριο συνδυάζονται για να παράγουν ένα πιο πολύπλοκο μόριο, το χλωριούχο νάτριο.

2Να + Cl₂(g) -> 2NaCl (s)

Μια αντίδραση αποσύνθεσης λειτουργεί ακριβώς το αντίθετο από μια αντίδραση σύνθεσης. Είναι μια αντίδραση όπου μια πιο περίπλοκη ουσία διαλύεται σε απλούστερα. Μια γενική μορφή αντίδρασης αποσύνθεσης μπορεί να γραφτεί ως:

AB -> A + B

Ένα παράδειγμα αντίδρασης αποσύνθεσης είναι η ηλεκτρόλυση νερού για σχηματισμό αερίου υδρογόνου και οξυγόνου.

Η₂O (l) -> Η₂(ζ) + Ο₂(σολ)

Η αποσύνθεση μπορεί επίσης να είναι θερμική, όπως η μετατροπή του ανθρακικού οξέος σε νερό και διοξείδιο του άνθρακα υπό συνθήκες θέρμανσης. Συνήθως παρατηρείται σε ανθρακούχα ποτά.

Η₂CO₃(υδ) -> Η₂O (l) + CO₂(σολ)

Επίσης γνωστή ως αντίδραση απλής αντικατάστασης, η αντίδραση μονής μετατόπισης είναι όταν ένα καθαρό στοιχείο αλλάζει θέση με ένα άλλο στοιχείο σε μια ένωση. Είναι στη γενική μορφή:

A + BC -> AC + B

Πολλά μέταλλα μπορούν να αντιδράσουν με ένα ισχυρό οξύ. Για παράδειγμα, το μαγνήσιο αντιδρά με υδροχλωρικό οξύ σχηματίζοντας αέριο υδρογόνο και χλωριούχο μαγνήσιο. Σε αυτήν την αντίδραση, το μαγνήσιο αλλάζει θέσεις με το υδρογόνο σε υδροχλωρικό οξύ.

Mg (s) + 2HCl (υδ) -> Η₂(g) + MgCl₂(υδ)

Το μαγνήσιο μπορεί επίσης να αντιδράσει με νερό για να παράγει υδροξείδιο μαγνησίου και αέριο υδρογόνο.

Mg (ες) + 2Η₂O (l) -> Η₂(g) + mg (ΟΗ)₂(υδ)

Ένας άλλος τύπος χημικών αντιδράσεων είναι η διπλή μετατόπιση, στην οποία τα κατιόντα των δύο αντιδραστηρίων αλλάζουν θέσεις για να σχηματίσουν δύο εντελώς διαφορετικά προϊόντα. Μια γενική μορφή αυτής της αντίδρασης είναι:

AB + CD -> AD + CB

Ένα παράδειγμα αντίδρασης διπλής μετατόπισης είναι όταν το χλωριούχο βάριο αντιδρά με θειικό μαγνήσιο για να σχηματίσει θειικό βάριο και χλωριούχο μαγνήσιο. Σε αυτήν την αντίδραση, τα κατιόντα βαρίου και μαγνησίου στα αντιδραστήρια αλλάζουν θέσεις σε νέες ενώσεις βαρίου και μαγνησίου.

BaCl₂ + MgSO₄ -> BaSO₄ + MgCl₂

Ένα άλλο παράδειγμα είναι η αντίδραση νιτρικού μολύβδου με ιωδιούχο κάλιο προς σχηματισμό ιωδιούχου μολύβδου και νιτρικού καλίου.

Pb (ΟΧΙ₃)₂ + 2KI -> PbI₂ + 2ΚΝΟ₃

Και στις δύο περιπτώσεις, η αντίδραση δημιουργεί ένα ίζημα (BaSO₄ και PbI₂) από δύο διαλυτά αντιδραστήρια, έτσι ομαδοποιούνται επίσης υπό αντιδράσεις καθίζησης.

Η αντίδραση καύσης είναι εξωθερμική οξειδοαναγωγή χημική αντίδραση όπου ένα καύσιμο αντιδρά με οξυγόνο για να παράγει αέρια προϊόντα. Αν και συνήθως ξεκινά με μια μορφή ενέργειας, όπως η χρήση ενός φωτισμένου αγώνα για να ανάψει μια φωτιά, η απελευθερούμενη θερμότητα παρέχει ενέργεια για τη διατήρηση της αντίδρασης.

Μια πλήρης αντίδραση καύσης εμφανίζεται όταν υπάρχει περίσσεια οξυγόνου και αποδίδει κυρίως κοινά οξείδια όπως διοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του θείου. Προκειμένου να διασφαλιστεί η πλήρης καύση, το παρόν οξυγόνο πρέπει να είναι δύο ή τρεις φορές το θεωρητικό ποσό που υπολογίζεται με στοιχειομετρία. Μια πλήρης καύση ενός υδρογονάνθρακα μπορεί να εκφραστεί με τη μορφή:

4C_ΧΗ_ε + (4x + y) O₂ -> 4xCO₂ + 2yH₂Ο + θερμότητα

Η καύση μεθανίου, που είναι ένας κορεσμένος υδρογονάνθρακας, απελευθερώνει σημαντική θερμότητα (891 kJ / mol) και μπορεί να συνοψιστεί με την εξίσωση ως εξής:

Χ.Χ.₄ + 2Ο₂ -> CO₂ + 2Η₂Ο + θερμότητα

Το ναφθαλίνιο είναι ένα άλλο παράδειγμα υδρογονάνθρακα και η πλήρης καύση του παράγει επίσης διοξείδιο του άνθρακα, νερό και θερμότητα.

ντο₁₀Η₈ + 12O₂ -> 10CO₂ + 4Η₂Ο + θερμότητα

Οι αλκοόλες μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως πηγή καυσίμου για καύση, όπως η μεθανόλη.

Χ.Χ.₃ΟΗ + Ο₂ -> CO₂ + 2Η₂Ο + θερμότητα

Μια ατελής καύση συμβαίνει όταν δεν υπάρχει αρκετό οξυγόνο για να αντιδράσει πλήρως με το καύσιμο για την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και νερού. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι όταν το μεθάνιο καίγεται σε περιορισμένη παροχή οξυγόνου για την παραγωγή ενός συνδυασμού μονοξειδίου του άνθρακα, διοξειδίου του άνθρακα, τέφρας άνθρακα και νερού. Μπορεί να εκφραστεί με τις παρακάτω εξισώσεις, ταξινομημένες από την ποσότητα οξυγόνου που υπάρχει.

Λίγο οξυγόνο:

Χ.Χ.₄ + Ο₂ -> C + 2Η₂Ο

Λίγο οξυγόνο:

2CH₄ + 3O₂ -> 2CO + 4Η₂Ο

Περισσότερο αλλά όχι αρκετό οξυγόνο:

4CH₄ + 7O₂ -> 2CO + 2CO₂ + 8Η₂Ο

Η υπερβολική ποσότητα μονοξειδίου του άνθρακα μπορεί να οδηγήσει σε δηλητηρίαση από τον αέρα, επειδή συνδυάζεται με την αιμοσφαιρίνη για να σχηματίσει καρβοξυαιμοσφαιρίνη και μειώνει την ικανότητά της για παροχή οξυγόνου. Επομένως, είναι σημαντικό να διασφαλιστεί η πλήρης καύση καυσίμων για οικιακές και βιομηχανικές χρήσεις.

Η αντίδραση οξέος-βάσης είναι αντίδραση μεταξύ οξέος και βάσης και το νερό είναι ένα από τα προϊόντα. Είναι ένας ειδικός τύπος αντίδρασης διπλής μετατόπισης (θέσεις διακόπτη Α και Β) και αυτά τα παραδείγματα χημικής αντίδρασης γράφονται ως:

HA + BOH -> BA + H₂Ο

Ένα απλό παράδειγμα αντίδρασης οξέος-βάσης είναι όταν ένα αντιόξινο (υδροξείδιο ασβεστίου) εξουδετερώνει το στομαχικό οξύ (υδροχλωρικό οξύ).

Ca (ΟΗ)₂ + 2HCl -> CaCl₂ + 2Η₂Ο

Ένα άλλο παράδειγμα είναι η αντίδραση ξιδιού (οξικό οξύ) με μαγειρική σόδα (όξινο ανθρακικό νάτριο). Σε αυτήν τη διαδικασία, το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σχηματίζονται αλλά δεν απελευθερώνεται θερμότητα, επομένως δεν είναι αντίδραση καύσης.

Χ.Χ.₃COOH + NaHCO₃ -> CH₃COONa + Η₂Ο + CO₂