Οι χημικές αντιδράσεις σπάζουν τους υπάρχοντες μοριακούς χημικούς δεσμούς και ως εκ τούτου σχηματίζονται νέοι δεσμοί. Τυπικές χημικές αντιδράσεις περιλαμβάνουν καύση, μείωση και καθίζηση. Κατά τη διάρκεια αυτών των χημικών αντιδράσεων, τα αρχικά μόρια διαλύονται και σχηματίζουν νέους δεσμούς για την παραγωγή διαφορετικών υλικών. Μερικές φορές, αρκεί να ενώσουμε δύο ουσίες για να ξεκινήσει μια χημική αντίδραση, αλλά συχνά απαιτείται ένα εξωτερικό ερέθισμα όπως η θέρμανση των ουσιών. Κάθε χημική αντίδραση είναι μια πολύπλοκη αλληλεπίδραση μοριακής έλξης, ενεργειακών επιπέδων και εξωτερικών επιδράσεων.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Οι χημικές αντιδράσεις δημιουργούν και διαλύουν τους χημικούς δεσμούς μεταξύ των μορίων, με αποτέλεσμα νέα υλικά ως προϊόντα της χημικής αντίδρασης. Οι χημικές αντιδράσεις μπορεί να εμφανιστούν αυθόρμητα ή να απαιτήσουν έναν εξωτερικό σκανδάλη, όπως μια εισαγωγή ενέργειας. Η διάσπαση των χημικών δεσμών απορροφά την ενέργεια, ενώ η δημιουργία νέων δεσμών απελευθερώνει ενέργεια, με τη συνολική χημική αντίδραση να είναι ενδοθερμική ή εξώθερμη.
Χημικά ομόλογα και επίπεδα ενέργειας
Η βάση όλων των χημικών αντιδράσεων είναι η διάσπαση των δεσμών ή η αποσύνθεση και η δημιουργία δεσμών ή η σύνθεση. Η αποσύνθεση απαιτεί ενέργεια επειδή οι χημικοί δεσμοί είναι αρχικά σταθεροί και απαιτείται ενέργεια για να τους διασπάσει. Τα μόρια στον δεσμό έχουν χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας από τα ελεύθερα μόρια. Η προσθήκη ενέργειας τους επιτρέπει να απελευθερωθούν.
Η σύνθεση απελευθερώνει ενέργεια επειδή τα μόρια συνδέονται για να σχηματίσουν μια σταθερή διαμόρφωση και επομένως εγκαταλείπουν την ενέργεια. Τα συνδεδεμένα μόρια έχουν χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας από τα ελεύθερα μόρια και διατηρούνται στο νέο δεσμό.
Μια συνολική χημική αντίδραση που σπάει τους δεσμούς και σχηματίζει νέους μπορεί να είναι ενδοθερμική (απορροφώντας θερμότητα) ή εξώθερμη (απελευθερώνοντας θερμότητα), ανάλογα με το πόση ενέργεια απορροφάται και παράγεται από την αποσύνθεση και τη σύνθεση αντιδράσεις. Ορισμένες αντιδράσεις παράγουν θερμότητα συνολικά, ενώ άλλες είτε απορροφούν θερμότητα από το περιβάλλον τους είτε απαιτούν την προσθήκη εξωτερικής θερμότητας για την ολοκλήρωση της αντίδρασης. Υπό κανονικές συνθήκες σε σταθερό περιβάλλον, μια χημική αντίδραση χρειάζεται ένα εξωτερικό ερέθισμα για να ξεκινήσει.
Ενδοθερμικές αντιδράσεις
Επειδή χρειάζεται ενέργεια για τη διάσπαση των χημικών δεσμών και την έναρξη χημικών αντιδράσεων, λίγες ενδοθερμικές αντιδράσεις συμβαίνουν από μόνες τους. Η διαδικασία παίρνει συνήθως μια εισροή ενέργειας για να ξεκινήσει η αντίδραση και να τη διατηρηθεί. Ακόμη και οι αντιδράσεις που είναι συνολικά εξωθερμικές μπορεί να χρειάζονται είσοδο ενέργειας στην αρχή για να σπάσουν μερικούς από τους δεσμούς.
Οι αντιδράσεις αποσύνθεσης είναι απλές ενδοθερμικές αντιδράσεις και απαιτούν είσοδο ενέργειας. Για παράδειγμα, η θέρμανση του οξειδίου του υδραργύρου παράγει υδράργυρο και οξυγόνο. Ενδοθερμικές αντιδράσεις που είναι πιο περίπλοκες μπορούν να λάβουν χώρα εάν μπορούν να χρησιμοποιήσουν θερμότητα από το περιβάλλον τους. Για παράδειγμα, τα στερεά υδροξείδιο του βαρίου και χλωριούχο αμμώνιο αντιδρούν σε ενδοθερμική αντίδραση σε θερμοκρασία δωματίου για να παράγουν χλωριούχο βάριο και αμμωνία σε πολύ ψυχρότερη θερμοκρασία. Η αντίδραση παίρνει θερμότητα από τα ίδια τα υλικά, το δοχείο τους και τον αέρα του περιβάλλοντος.
Εξωθερμικές αντιδράσεις
Οι αντιδράσεις που παράγουν μια υπερβολική θερμότητα συνολικά είναι πιο συχνές επειδή τείνουν να είναι αυτοσυντηρούμενες. Οι αντιδράσεις σύνθεσης παράγουν θερμότητα, επομένως δεν χρειάζονται εξωτερική πηγή θερμότητας για να προχωρήσουν. Για παράδειγμα, η προσθήκη μικρής ποσότητας νατρίου σε νερό παράγει υδροξείδιο του νατρίου και υδρογόνο σε μια εκρηκτική εξώθερμη αντίδραση. Η αντίδραση αρχίζει αυθόρμητα και συνεχίζεται έως ότου εξαντληθεί ένα από τα αντιδραστήρια. Συνήθως παράγει τόση θερμότητα που το υδρογόνο καίει με το οξυγόνο του αέρα για να σχηματίσει νερό.
Οι πολύπλοκες αντιδράσεις που βασίζονται τόσο στη διάσπαση όσο και στη διαμόρφωση χημικών δεσμών χρειάζονται συχνά μια εξωτερική ενέργεια εισόδου για να ξεκινήσουν, αλλά στη συνέχεια αυτοσυντηρούνται. Για παράδειγμα, η καύση υδρογονανθράκων απαιτεί πηγή θερμότητας για να σπάσει τους πρώτους δεσμούς. Συνήθως, υλικά που περιέχουν υδρογονάνθρακες, όπως ξύλο ή μαζούτ, χρειάζονται ένα ταίριασμα ή έναν σπινθήρα για την αποσύνθεση ορισμένων από τους δεσμούς. Μόλις ξεκινήσει ο σχηματισμός νέων δεσμών με την παραγωγή θερμότητας, η αντίδραση συνεχίζεται, παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς.
Πολλές κοινές βιομηχανικές και εμπορικές διεργασίες βασίζονται σε χημικές αντιδράσεις, ειδικά εξωθερμικές αυτοσυντηρούμενες. Το πόσο χρήσιμο είναι και το πόσο δουλεύουν εξαρτώνται από τα είδη των υλικών που αντιδρούν και τους χημικούς δεσμούς που σπάζουν και αναμορφώνονται.