Kemialliset reaktiot tapahtuvat, kun kahden tai useamman aineen atomit vaihtavat tai jakavat elektroneja. Reaktio tuottaa atomeja ja molekyylejä elektronien järjestyessä eri tavalla. Atomien muuttuneeseen kokoonpanoon liittyy muutos energiassa, mikä tarkoittaa, että kemiallinen reaktio joko antaa tai absorboi valoa, lämpöä tai sähköä. Puolestaan atomien erottamiseksi alkuperäiseen tilaansa energia on poistettava tai toimitettava.
Kemialliset reaktiot hallitsevat monia jokapäiväisen elämän prosesseja ja voivat olla äärimmäisen monimutkaisia sekä atomien että niiden kanssa molekyylit, jotka tulevat reaktioon ja tuottavat täysin erilaisia atomien ja molekyylien yhdistelmiä reaktion tuotteina reaktio. Erilaiset reaktiotyypit ja tapa, jolla elektroneja vaihdetaan tai jaetaan, voivat tuottaa erilaisia tuotteita kuten muoveja, lääkkeitä ja pesuaineita.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Kemiallisen reaktion aikana alkuperäisten aineiden atomit saavat, menettävät tai jakavat elektroninsa niiden aineiden kanssa, joiden kanssa ne reagoivat. Reaktio luo uusia aineita, jotka koostuvat uudesta atomien yhdistelmästä ja erilaisesta elektronikonfiguraatiosta.
Atomit kemiallisessa reaktiossa
Atomit koostuvat ytimestä ja ympäröivistä elektroneista. Elektronit järjestyvät kuoriksi ytimen ympärille, ja jokaisessa kuoressa on tilaa kiinteälle elektronimäärälle. Esimerkiksi atomin sisimmässä kuoressa on tilaa kahdelle elektronille. Seuraavassa kuoressa on tilaa kahdeksalle. Kolmannessa kuoressa on kolme alikuorta, joissa on tilaa kahdelle, kuudelle ja 10 elektronille. Ainoastaan uloimman kuoren elektronit tai valenssikuori osallistuvat kemiallisiin reaktioihin.
Atomi alkaa aina kiinteällä elektronimäärällä, jonka antaa atomiluku. Atomiluvun elektronit täyttävät elektronikuoret sisältä ulospäin, jättäen jäljellä olevat elektronit ulkokuoreen. Ulkoisen valenssikuoren elektronit määrittävät atomin käyttäytymisen riippumatta siitä, ottavatko ne, antavatko ne vai eivät elektronien jakaminen osallistumaan kemiallisiin reaktioihin ja muodostamaan kahden tyyppisiä kemiallisia sidoksia: ioniset ja kovalenttinen.
Ioniset joukkovelkakirjat
Atomit ovat vakaimpia, kun niiden valenssielektronikuoret ovat täynnä. Atomin atomiluvusta riippuen se voi tarkoittaa sitä, että ulkokuoressa on kaksi, kahdeksan tai enemmän elektronia. Yksi tapa täydentää kuoret on, että atomit, joiden valenssikuoressa on yksi tai kaksi elektronia, lahjoittavat ne atomille, joista ulommasta kuoresta puuttuu yksi tai kaksi. Tällaisiin kemiallisiin reaktioihin kuuluu elektronien vaihto kahden tai useamman atomin välillä saadun aineen kanssa, joka koostuu kahdesta tai useammasta ionista.
Esimerkiksi natriumin atomiluku on 11, mikä tarkoittaa, että sisimmässä kuoressa on kaksi elektronia; seuraavassa kuoressa on kahdeksan, ja uloimmassa valenssikuoressa on yksi. Natriumilla voi olla täydellinen uloin kuori, jos se lahjoittaa ylimääräisen elektronin. Toisaalta kloorin atomiluku on 17. Tämä tarkoittaa, että sen sisäkuoressa on kaksi elektronia, kahdeksan seuraavassa kuoressa, kaksi seuraavassa alakuoressa ja viisi uloimmassa alakuoressa, jossa on tilaa kuudelle. Kloori voi täydentää uloimman kuorensa hyväksymällä ylimääräisen elektronin.
Itse asiassa natrium ja kloori reagoivat kirkkaan keltaisen liekin kanssa muodostaen uuden yhdisteen, natriumkloridin tai pöytäsuolan. Siinä kemiallisessa reaktiossa kukin natriumatomi antaa yksittäisen ulkopuolisen elektronin klooriatomille. Natriumatomista tulee positiivisesti varautunut ioni ja klooriatomista negatiivinen varaus. Kaksi eri varausta sisältävää ionia houkuttelevat muodostamaan stabiilin natriumkloridimolekyylin ionisidoksella.
Kovalenttiset sidokset
Monien atomien valenssikuoressa on enemmän kuin yksi tai kaksi elektronia, mutta kolmen tai neljän elektronin luovuttaminen voisi tehdä jäljellä olevan atomin epävakaaksi. Sen sijaan tällaiset atomit pääsevät jakamisjärjestelyyn muiden atomien kanssa muodostamaan kovalenttisen sidoksen.
Esimerkiksi hiilellä on atominumero kuusi, mikä tarkoittaa, että sen sisäkuoressa on kaksi elektronia ja toisessa kuoressa neljä elektronia. Teoriassa hiiliatomi voisi luopua neljästä ulommasta elektronista tai vastaanottaa neljä elektronia uloimman kuorensa täydentämiseksi ja ionisidoksen muodostamiseksi. Käytännössä hiiliatomi muodostaa kovalenttisen sidoksen muiden atomien kanssa, jotka voivat jakaa elektroneja, kuten vetyatomin.
Metaanissa yksi hiiliatomi jakaa neljä elektroniaan neljällä vetyatomilla, joista jokaisella on yksi jaettu elektroni. Jakaminen tarkoittaa, että kahdeksan elektronia jakautuu hiili- ja vetyatomien yli siten, että eri kuoret ovat täynnä eri aikoina. Metaani on esimerkki stabiilista kovalenttisesta sidoksesta.
Riippuen mukana olevista atomista, kemialliset reaktiot voivat johtaa moniin sidosten yhdistelmiin, kun elektroneja siirretään ja jaetaan erilaisissa vakavissa järjestelyissä. Kaksi kemiallisen reaktion tärkeintä ominaisuutta ovat muuttuneet elektronikonfiguraatiot ja reaktion tuotteiden stabiilisuus.