A kémiai reakciók a technológia nélkülözhetetlen részei, hozzájárulnak a különféle emberi tevékenységekhez, amelyek a mindennapi életünk részét képezik. A mindennapok során előforduló kémiai reakciók közé tartozik az üzemanyagok elégetése, valamint a bor és a sör készítése. A kémiai reakciók a természetben is széles körben jelen vannak, a kőzetek kémiai mállásától, a növények fotoszintézisétől és az állatok légzési folyamatától kezdve.
Tágabb értelemben három típusú reakciók: fizikai, kémiai és nukleáris. A kémiai reakciók további kategóriákra oszthatók. Hat közös kémiai reakciók típusai szintézis, bomlás, egyszeri helyettesítés, kettős helyettesítés, égés és sav-bázis reakció. A tudósok az alapján osztályozzák őket, hogy mi történik, ha a reagensekből a termékekbe kerülnek. Ez hasznos lehet a reagensek és a reakciókból képződött termékek reakcióképességének előrejelzésében.
A reakciók típusai
A kémiai reakció olyan folyamat, amelyben egy vagy több anyag, a reagensek kémiai átalakuláson mennek keresztül, hogy egy vagy több különböző anyagot, terméket képezzenek. Ez egy olyan folyamat, amely magában foglalja a reaktánsok alkotó atomjainak átrendeződését termékekké, anélkül, hogy megváltoztatnák az atomok magját.
Például a szóda és a szeltzer előállításához használt eljárásban a szén-dioxidot nyomás alatt vízbe buborékoltatják, és új vegyületet képez, amely szénsav (H2CO3). Ezzel az egyenlettel tudod, hogy kémiai reakció történt.
CO2(g) + H2O (l) -> H2CO3(aq)
A fizikai reakció eltér a kémiai reakciótól. A fizikai változások csak az állapotváltozást jelentik, például a víz jéggé fagyasztását és a szárazjég szén-dioxiddá szublimálását. Mindkét forgatókönyv szerint a reagensek kémiai azonosságát, H2O és CO2, nem változott. A termékek továbbra is ugyanazokból a vegyületekből állnak, mint a reagensek.
H2O (l) -> H2O (s)
CO2(s) -> CO2g)
A nukleáris reakció a kémiai reakciótól is megkülönbözteti. Két mag ütközésével jár egy vagy több, a szülőmagtól eltérő nuklid kialakítása. Például Ernest Rutherford az első mesterséges transzmutációt úgy hajtotta végre, hogy nitrogéngázt tett ki az alfa részecskéknek, így az izotóp 17O és proton kilökése ebben a folyamatban. A reaktáns eleme megváltozott, így reakció zajlott le.
14N + a -> 17O + o
A kémiai reakciók típusai
A kémiai reakciók leggyakoribb típusai a szintézis, bomlás, egyszeri elmozdulás, kettős elmozdulás, égés és sav-bázis. Az ilyen kategorizálás azonban nem kizárólagos. Például egy sav-bázis reakció kettős helyettesítési reakciónak is minősíthető.
Szintézis reakció
A szintézisreakció olyan, amelyben két vagy több anyag van kombinált hogy összetettebbet alkosson. A szintézisreakció általános formájának kémiai egyenlete a következő:
A + B -> AB
A szintézisreakciók egyik példája a vas (Fe) és a kén (S) kombinációja vasszulfid képződéséhez.
Fe (s) + S (s) -> FeS (ek)
Egy másik példa, amikor a nátriumot és a klórgázt kombinálva összetettebb molekula, a nátrium-klorid keletkezik.
2Na (s) + Cl2(g) -> 2NaCl (s)
Bomlási reakció
A bomlási reakció éppen ellenkezőleg működik a szintézis reakcióval. Ez egy reakció, ahol egy összetettebb anyag szétválik egyszerűbbé. A bomlási reakció általános formája a következőképpen írható fel:
AB -> A + B
A bomlási reakcióra példa a víz elektrolízise hidrogén- és oxigéngáz képződésére.
H2O (l) -> H2(g) + O2g)
A bomlás lehet termikus is, például a szénsav vízgé és szén-dioxiddá történő átalakítása melegítési körülmények között. A szénsavas italokban általában megfigyelhető.
H2CO3(aq) -> H2O (l) + CO2g)
Egyetlen elmozdulási reakció
Az egyszeres helyettesítési reakció néven is ismert, az egyszeres helyettesítési reakció az, amikor egy tiszta elem helyettesít egy másik elemet egy vegyületben. Általános formában:
A + BC -> AC + B
Sok fém képes reagálni egy erős savval. Például a magnézium sósavval reagálva hidrogéngázt és magnézium-kloridot képez. Ebben a reakcióban a magnézium helyet cserél a hidrogénnel a sósavban.
Mg (s) + 2HCl (aq) -> H2(g) + MgCl2(aq)
A magnézium vízzel is reakcióba léphet magnézium-hidroxid és hidrogéngáz előállítására.
Mg (s) + 2H2O (l) -> H2(g) + Mg (OH)2(aq)
Dupla elmozdulás
A kémiai reakciók másik típusa a kettős helyettesítés, amelyben a két reagens kationjai helyet cserélve két teljesen különböző terméket alkotnak. A reakció általános formája:
AB + CD -> AD + CB
A kettős helyettesítési reakció egyik példája, amikor a bárium-klorid magnézium-szulfáttal reagálva bárium-szulfátot és magnézium-kloridot képez. Ebben a reakcióban a reagensekben lévő bárium- és magnéziumkationok új bárium- és magnéziumvegyületekre váltanak.
BaCl2 + MgSO4 -> BaSO4 + MgCl2
Egy másik példa az ólom-nitrát és kálium-jodid reakciója ólom-jodid és kálium-nitrát képződésére.
Pb (NO3)2 + 2KI -> PbI2 + 2KNO3
Mindkét esetben a reakció csapadékot eredményez (BaSO4 és PbI2) két oldható reagensből származik, így csapadékreakciók alatt is csoportosulnak.
Égési reakció
Az égési reakció egy exoterm redox kémiai reakció, amikor egy üzemanyag oxigénnel reagálva gáznemű termékeket képez. Habár általában egyfajta energia indítja el, például egy meggyújtott gyufával tüzet gyújtanak, a felszabadult hő energiát szolgáltat a reakció fenntartásához.
A teljes égési reakció akkor fordul elő, ha oxigénfelesleg van jelen, és elsősorban olyan általános oxidokat eredményez, mint szén-dioxid és kén-dioxid. A teljes égés biztosítása érdekében a jelenlévő oxigénnek a sztöchiometriával számított elméleti mennyiség kétszeresének vagy háromszorosának kell lennie. A szénhidrogén teljes égése a következő formában fejezhető ki:
4CxHy + (4x + y) O2 -> 4xCO2 + 2yH2O + hő
A telített szénhidrogén metán elégetése jelentős hőt bocsát ki (891 kJ / mol), és az alábbi egyenlettel foglalható össze:
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + hő
A naftalin egy másik példa a szénhidrogénre, és teljes égése szén-dioxidot, vizet és hőt is generál.
C10H8 + 12O2 -> 10CO2 + 4H2O + hő
Az alkoholok tüzelőanyagként is szolgálhatnak, például metanolként.
CH3OH + O2 -> CO2 + 2H2O + hő
Hiányos égés akkor következik be, ha nincs elég oxigén ahhoz, hogy teljes mértékben reagáljon az üzemanyaggal szén-dioxid és víz előállításához. Ilyen példa, amikor a metánt elégetett oxigénellátásban elégetik szénmonoxid, szén-dioxid, szénhamu és víz kombinációjának előállítására. Az alábbi egyenletekkel fejezhető ki, a jelenlévő oxigén mennyiségével rendezve.
Kevés oxigén:
CH4 + O2 -> C + 2H2O
Némi oxigén:
2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O
Több, de kevés oxigén:
4CH4 + 7O2 -> 2CO + 2CO2 + 8H2O
A túl sok szén-monoxid légmérgezést okozhat, mert a hemoglobinnal kombinálva karboxihemoglobin képződik, és csökkenti oxigénszállítási képességét. Ezért fontos biztosítani a háztartási és ipari felhasználásra szánt üzemanyagok teljes elégetését.
Sav-bázis reakció
A sav-bázis reakció egy sav és egy bázis közötti reakció, és a víz az egyik termék. Ez egy speciális típusú kettős helyettesítési reakció (A és B kapcsolási helyek), és ezeket a kémiai reakció példákat a következőképpen írják:
HA + BOH -> BA + H2O
A sav-bázis reakció egyszerű példája, amikor egy savkötő (kalcium-hidroxid) semlegesíti a gyomorsavat (sósavat).
Ca (OH)2 + 2HCl -> CaCl2 + 2H2O
Egy másik példa az ecet (ecetsav) reakciója szódabikarbónával (nátrium-hidrogén-karbonát). Ebben a folyamatban víz és szén-dioxid képződik, de hő nem szabadul fel, tehát nem égési reakció.
CH3COOH + NaHCO3 -> CH3COONa + H2O + CO2