Le reazioni chimiche rompono i legami chimici molecolari esistenti e come risultato si formano nuovi legami. Le reazioni chimiche tipiche includono combustione, riduzione e precipitazione. Durante queste reazioni chimiche, le molecole originali si rompono e formano nuovi legami per produrre materiali diversi. A volte è sufficiente avvicinare due sostanze perché abbia inizio una reazione chimica, ma spesso è necessario uno stimolo esterno come il riscaldamento delle sostanze. Ogni reazione chimica è una complessa interazione di attrazione molecolare, livelli di energia e influenze esterne.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Le reazioni chimiche creano e rompono i legami chimici tra le molecole, dando luogo a nuovi materiali come prodotti della reazione chimica. Le reazioni chimiche possono verificarsi spontaneamente o richiedere un innesco esterno come un input di energia. La rottura dei legami chimici assorbe energia, mentre la creazione di nuovi legami rilascia energia, con la reazione chimica complessiva che è endotermica o esotermica.
Legami chimici e livelli energetici
La base di tutte le reazioni chimiche è la rottura dei legami, o decomposizione, e la creazione di legami, o sintesi. La decomposizione richiede energia perché i legami chimici sono inizialmente stabili e l'energia è necessaria per romperli. Le molecole nel legame hanno un livello energetico inferiore rispetto alle molecole libere; l'aggiunta di energia consente loro di liberarsi.
La sintesi rilascia energia perché le molecole si legano per formare una configurazione stabile e quindi cedono energia. Le molecole legate hanno un livello energetico inferiore rispetto alle molecole libere e sono trattenute nel nuovo legame.
Una reazione chimica complessiva che rompe i legami e ne forma di nuovi può essere endotermica (assorbimento di calore) o esotermica (rilasciando calore), a seconda di quanta energia viene assorbita e prodotta dalla decomposizione e sintesi reazioni. Alcune reazioni producono calore in generale, mentre altre assorbono calore dall'ambiente circostante o richiedono l'aggiunta di calore esterno per completare la reazione. In condizioni normali in un ambiente stabile, una reazione chimica ha bisogno di uno stimolo esterno per iniziare.
Reazioni endotermiche
Poiché ci vuole energia per rompere i legami chimici e avviare reazioni chimiche, poche reazioni endotermiche si verificano da sole. Il processo di solito richiede un input di energia per avviare la reazione e mantenerla. Anche le reazioni che sono complessivamente esotermiche possono richiedere un input di energia all'inizio per rompere alcuni dei legami.
Le reazioni di decomposizione sono semplici reazioni endotermiche e richiedono un apporto di energia. Ad esempio, il riscaldamento dell'ossido di mercurio produce mercurio e ossigeno. Reazioni endotermiche più complicate possono aver luogo se possono utilizzare il calore dell'ambiente circostante. Ad esempio, i solidi idrossido di bario e cloruro di ammonio reagiscono in una reazione endotermica a temperatura ambiente per produrre cloruro di bario e ammoniaca a una temperatura molto più fredda. La reazione sottrae calore ai materiali stessi, al loro contenitore e all'aria ambiente.
Reazioni esotermiche
Le reazioni che producono un eccesso di calore nel complesso sono più comuni perché tendono ad essere autosufficienti. Le reazioni di sintesi producono calore, quindi non hanno bisogno di una fonte di calore esterna per procedere. Ad esempio, l'aggiunta di una piccola quantità di sodio all'acqua produce idrossido di sodio e idrogeno in una reazione esotermica esplosiva. La reazione inizia spontaneamente e continua fino all'esaurimento di uno dei reagenti. Di solito produce così tanto calore che l'idrogeno brucia con l'ossigeno dell'aria per formare acqua.
Le reazioni complesse che si basano sia sulla rottura che sulla formazione di legami chimici spesso richiedono un input di energia esterna per avviarsi, ma sono quindi autosufficienti. Ad esempio, la combustione di idrocarburi richiede una fonte di calore per rompere i primi legami. In genere, i materiali contenenti idrocarburi, come il legno o l'olio combustibile, necessitano di un fiammifero o di una scintilla per scomporre alcuni dei legami. Una volta iniziata la formazione di nuovi legami con la produzione di calore, la reazione continua, producendo anidride carbonica e vapore acqueo.
Molti processi industriali e commerciali comuni si basano su reazioni chimiche, in particolare quelle esotermiche autosufficienti. Quanto sono utili e quanto lavoro fanno dipende dai tipi di materiali che reagiscono e dai legami chimici che si rompono e si riformano.