Kako prepoznati 6 vrsta kemijskih reakcija

Kemijske reakcije važan su dio tehnologije, pridonoseći raznim ljudskim aktivnostima koje su dio našeg svakodnevnog života. Primjeri kemijskih reakcija s kojima se svakodnevno susrećemo uključuju izgaranje goriva i proizvodnju vina i piva. Kemijske reakcije također su široko prisutne u prirodi, od kemijskog vremenskog utjecaja stijena, fotosinteze u biljkama i procesa disanja kod životinja.

U širem aspektu, postoje tri vrste reakcija: fizikalni, kemijski i nuklearni. Kemijske reakcije mogu se dalje podijeliti u mnoge kategorije. Šest uobičajenih vrste kemijskih reakcija su: sinteza, razgradnja, jednostruko premještanje, dvostruko premještanje, izgaranje i kiselinsko-bazne reakcije. Znanstvenici ih klasificiraju na temelju onoga što se događa kada se od reaktanata pređe na proizvode. To je korisno u predviđanju reaktivnosti reagensa i produkata nastalih iz reakcija.

A kemijska reakcija je postupak u kojem se jedna ili više tvari, reaktanata, podvrgavaju kemijskoj transformaciji da bi se stvorila jedna ili više različitih tvari, proizvoda. To je postupak koji uključuje preslagivanje sastavnih atoma reaktanata u proizvode, bez mijenjanja jezgri atoma.

Na primjer, u procesu koji se koristi za proizvodnju sode i soli, ugljični dioksid se pod pritiskom puši u vodu i stvara novi spoj poznat kao ugljična kiselina (H₂CO₃). Ovom jednadžbom znate da se dogodila kemijska reakcija.

CO₂(g) + H₂O (l) -> H₂CO₃(vod.)

A fizička reakcija razlikuje se od kemijske reakcije. Fizičke promjene uključuju samo promjenu stanja, na primjer, smrzavanje vode u led i sublimaciju suhog leda u ugljični dioksid. U oba scenarija, kemijski identitet reaktanata, H₂O i CO₂, nije se promijenio. Proizvodi su još uvijek sastavljeni od istih spojeva kao i reaktanti.

H₂O (l) -> H₂O

CO₂(s) -> CO₂(g)

A nuklearna reakcija također se razlikuje od kemijske reakcije. Uključuje sudar dviju jezgri da bi se stvorio jedan ili više nuklida koji se razlikuju od matičnih jezgri. Na primjer, Ernest Rutherford izveo je prvu umjetnu transmutaciju izlažući plin dušika alfa česticama, stvarajući izotop ¹⁷O i izbacivanje protona u ovom procesu. Element u reaktantu se promijenio pa je došlo do reakcije.

¹⁴N + α -> ¹⁷O + str

Najčešće vrste kemijskih reakcija su sinteza, razgradnja, jednostruko istiskivanje, dvostruko istiskivanje, izgaranje i kiselinsko-bazna kiselina. Međutim, takva kategorizacija nije isključiva. Na primjer, kiselinsko-bazna reakcija također se može klasificirati kao reakcija dvostrukog istiskivanja.

Reakcija sinteze je ona u kojoj su dvije ili više tvari kombinirano da se formira složeniji. Kemijska jednadžba za opći oblik reakcije sinteze je kako slijedi:

A + B -> AB

Primjer reakcije sinteze je kombinacija željeza (Fe) i sumpora (S) da bi se dobio željezni sulfid.

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

Sljedeći je primjer kada se natrij i plin klora kombiniraju da bi se dobila složenija molekula, natrijev klorid.

2Na (s) + Cl₂(g) -> 2NaCl (s)

Reakcija razgradnje djeluje sasvim suprotno reakciji sinteze. To je reakcija kod koje je složenija tvar raspada se u jednostavnije. Opći oblik reakcije razgradnje može se zapisati kao:

AB -> A + B

Primjer reakcije razgradnje je elektroliza vode koja stvara plinoviti vodik i kisik.

H₂O (l) -> H₂(g) + O₂(g)

Razgradnja također može biti termička, kao što je pretvaranje ugljične kiseline u vodu i ugljični dioksid u uvjetima zagrijavanja. Često se može vidjeti u gaziranim pićima.

H₂CO₃(vodeno) -> H₂O (l) + CO₂(g)

Također poznata kao reakcija pojedinačne zamjene, reakcija jednostrukog istiskivanja je kada čisti element zamijeni mjesto s drugim elementom u spoju. U općem je obliku:

A + BC -> AC + B

Mnogi metali mogu reagirati s jakom kiselinom. Na primjer, magnezij reagira s klorovodičnom kiselinom stvarajući plinoviti vodik i magnezijev klorid. U ovoj reakciji magnezij zamjenjuje mjesto s vodikom u klorovodičnoj kiselini.

Mg (s) + 2HCl (vod.) -> H₂(g) + MgCl₂(vod.)

Magnezij također može reagirati s vodom dajući magnezijev hidroksid i plinoviti vodik.

Mg (s) + 2H₂O (l) -> H₂(g) + Mg (OH)₂(vod.)

Druga vrsta kemijskih reakcija je dvostruko istiskivanje, u kojem se kationi dva reaktanta mijenjaju i tvore dva potpuno različita proizvoda. Općeniti oblik ove reakcije je:

AB + CD -> AD + CB

Jedan od primjera reakcije dvostrukog istiskivanja je kada barij klorid reagira s magnezijevim sulfatom dajući barij sulfat i magnezijev klorid. U ovoj reakciji barij i magnezij kationi u reaktantima mijenjaju mjesta na nove spojeve barija i magnezija.

BaCl₂ + MgSO₄ -> BaSO₄ + MgCl₂

Sljedeći je primjer reakcija olovnog nitrata s kalijevim jodidom, pri čemu nastaje olovni jodid i kalijev nitrat.

Pb (BR₃)₂ + 2KI -> PbI₂ + 2KNO₃

U oba slučaja reakcija stvara talog (BaSO₄ i PbI₂) iz dva topljiva reaktanta, pa su i oni grupirani pod reakcijama taloženja.

Reakcija izgaranja je egzotermni redoks kemijska reakcija gdje gorivo reagira s kisikom dajući plinovite proizvode. Iako ga obično pokreće oblik energije, poput korištenja upaljene šibice za paljenje vatre, oslobođena toplina daje energiju za održavanje reakcije.

Potpuna reakcija izgaranja događa se kada je prisutan višak kisika i daje primarno uobičajene okside poput ugljičnog dioksida i sumpornog dioksida. Da bi se osiguralo potpuno izgaranje, prisutni kisik mora biti dva puta ili tri puta veći od teoretske količine izračunate stehiometrijom. Potpuno izgaranje ugljikovodika može se izraziti u obliku:

4C_xH_g + (4x + y) O₂ -> 4xCO₂ + 2yH₂O + toplina

Izgaranjem metana, koji je zasićeni ugljikovodik, oslobađa se značajna toplina (891 kJ / mol) i može se sažeti u jednadžbu kako slijedi:

CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂O + toplina

Naftalen je još jedan primjer ugljikovodika i njegovo potpuno izgaranje također stvara ugljični dioksid, vodu i toplinu.

C₁₀H₈ + 12O₂ -> 10CO₂ + 4H₂O + toplina

Alkoholi također mogu poslužiti kao izvor goriva za izgaranje, poput metanola.

CH₃OH + O₂ -> CO₂ + 2H₂O + toplina

Do nepotpunog izgaranja dolazi kada nema dovoljno kisika da u potpunosti reagira s gorivom za stvaranje ugljičnog dioksida i vode. Takav je primjer kada se metan sagorijeva u ograničenoj opskrbi kisikom kako bi se dobila kombinacija ugljičnog monoksida, ugljičnog dioksida, ugljičnog pepela i vode. To se može izraziti donjim jednadžbama, raspoređenim po količini prisutnog kisika.

Malo kisika:

CH₄ + O₂ -> C + 2H₂O

Nešto kisika:

2CH₄ + 3O₂ -> 2CO + 4H₂O

Više, ali nedovoljno kisika:

4CH₄ + 7O₂ -> 2CO + 2CO₂ + 8H₂O

Previše ugljičnog monoksida može rezultirati trovanjem zrakom, jer se kombinira s hemoglobinom stvarajući karboksihemoglobin i smanjujući njegovu sposobnost isporuke kisika. Stoga je važno osigurati potpuno izgaranje goriva za kućanstvo i industrijsku uporabu.

Kiselinsko-bazna reakcija je reakcija između kiseline i baze, a voda je jedan od produkata. To je posebna vrsta reakcije dvostrukog istiskivanja (mjesta izmjene A i B), a ovi primjeri kemijskih reakcija napisani su kao:

HA + BOH -> BA + H₂O

Jednostavan primjer kiselinsko-bazne reakcije je kada antacid (kalcijev hidroksid) neutralizira želučanu kiselinu (klorovodična kiselina).

Ca (OH)₂ + 2HCl -> CaCl₂ + 2H₂O

Sljedeći je primjer reakcija octa (octene kiseline) sa sodom bikarbonom (natrijev bikarbonat). U tom procesu nastaju voda i ugljični dioksid, ali se ne oslobađa toplina, pa to nije reakcija izgaranja.

CH₃COOH + NaHCO₃ -> CH₃COONa + H₂O + CO₂