რა ხდება ქიმიური ობლიგაციების გაწყვეტისას და ახალი ობლიგაციების ფორმირება?

ქიმიური რეაქციები არღვევს არსებულ მოლეკულურ ქიმიურ კავშირებს და შედეგად წარმოიქმნება ახალი ბმები. ტიპიური ქიმიური რეაქციები მოიცავს წვას, შემცირებას და ნალექებს. ამ ქიმიური რეაქციების დროს თავდაპირველი მოლეკულები იშლება და ქმნიან ახალ კავშირებს და წარმოქმნიან სხვადასხვა მასალებს. ზოგჯერ, საკმარისია ორი ნივთიერების შეკრება ქიმიური რეაქციის დასაწყებად, მაგრამ ხშირად საჭიროა გარე სტიმული, როგორიცაა ნივთიერებების გათბობა. თითოეული ქიმიური რეაქცია არის მოლეკულური მიზიდულობის, ენერგეტიკული დონის და გარე გავლენის რთული ურთიერთქმედება.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

ქიმიური რეაქციები ქმნიან და ანადგურებენ ქიმიურ კავშირებს მოლეკულებს შორის, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ახალი მასალები, როგორც ქიმიური რეაქციის პროდუქტები. ქიმიური რეაქციები შეიძლება მოხდეს სპონტანურად ან მოითხოვონ გარეგანი მოქმედება, მაგალითად ენერგიის შეყვანა. ქიმიური ბმების გაწყვეტა ენერგიას შთანთქავს, ხოლო ახალი ობლიგაციების წარმოქმნით ხდება ენერგიის გამოყოფა, საერთო ქიმიური რეაქცია ენდოთერმული ან ეგზოთერმიულია.

ყველა ქიმიური რეაქციის საფუძველია ობლიგაციების მოშლა, ან დაშლა, ობლიგაციების შექმნა ან სინთეზი. დაშლა ენერგიას მოითხოვს, რადგან ქიმიური ბმები თავდაპირველად სტაბილურია და მათი დაშლისთვის საჭიროა ენერგია. ბმულში მოლეკულების ენერგიის დონე დაბალია, ვიდრე თავისუფალი მოლეკულების; ენერგიის დამატება მათ საშუალებას აძლევს გათავისუფლდნენ.

სინთეზი გამოყოფს ენერგიას, რადგან მოლეკულები კავშირშია და ქმნიან სტაბილურ კონფიგურაციას და, შესაბამისად, ენერგიას თმობენ. შეკრული მოლეკულების ენერგიის დონე უფრო დაბალია, ვიდრე თავისუფალი მოლეკულები და ახალ ბმულში ინახება.

საერთო ქიმიური რეაქცია, რომელიც ანადგურებს კავშირებს და ქმნის ახალს, შეიძლება იყოს ენდოთერმული (სითბოს შთანთქმის) ან ეგზოთერმული (სითბოს გამოყოფა), დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენ ენერგიას შთანთქავს და წარმოქმნის დაშლა და სინთეზი რეაქციები ზოგიერთი რეაქცია სითბოს წარმოქმნის საერთო ჯამში, ზოგი კი ან ახდენს სითბოს შემოგარენს ან საჭიროებს გარე სითბოს დამატებას რეაქციის შესასრულებლად. ნორმალურ პირობებში სტაბილურ გარემოში ქიმიურ რეაქციას გარე სტიმული სჭირდება.

იმის გამო, რომ ენერგია სჭირდება ქიმიური ბმების გაწყვეტასა და ქიმიური რეაქციების დასაწყებად, მხოლოდ ენდოთერმული რეაქციები ხდება. პროცესი ჩვეულებრივ იღებს ენერგიის შეყვანას რეაქციის დასაწყებად და მის შესანარჩუნებლად. ზოგადად ეგზოთერმული რეაქციებიც კი შეიძლება დაგჭირდეთ ენერგიის შეყვანა დასაწყისისთვის, ზოგიერთი კავშირების გასაქრობად.

დაშლის რეაქციები მარტივი ენდოთერმული რეაქციებია და საჭიროებს ენერგიის შეტანას. მაგალითად, ვერცხლისწყლის ოქსიდის გაცხელება წარმოქმნის მერკური და ჟანგბადი. ენდოთერმული რეაქციები, რომლებიც უფრო რთულია, შეიძლება მოხდეს, თუ მათ შეუძლიათ გამოიყენონ სითბო თავიანთი გარემოდან. მაგალითად, მყარი ბარიუმის ჰიდროქსიდი და ამონიუმის ქლორიდი რეაგირებენ ენდოთერმული რეაქციით ოთახის ტემპერატურაზე და წარმოქმნიან ბარიუმის ქლორიდს და ამიაკს ბევრად უფრო ცივ ტემპერატურაზე. რეაქცია სითბოს იღებს თავად მასალებისგან, მათი კონტეინერისგან და გარემო ჰაერისგან.

რეაქციები, რომლებიც მთლიანობაში სითბოს ჭარბად წარმოქმნიან, უფრო ხშირია, რადგან ისინი თვითგამორკვევის ტენდენციაა. სინთეზის რეაქციები წარმოქმნის სითბოს, ამიტომ მათ არ სჭირდებათ გარე სითბოს წყარო. მაგალითად, მცირე რაოდენობით ნატრიუმის წყალში დამატება ნატრიუმის ჰიდროქსიდსა და წყალბადს წარმოქმნის ფეთქებადი ეგზოთერმული რეაქციის დროს. რეაქცია იწყება სპონტანურად და გრძელდება ერთ-ერთი რეაქტორის ამოწურვამდე. როგორც წესი, ის იმდენ სითბოს გამოიმუშავებს, რომ წყალბადის წვა ხდება ჰაერის ჟანგბადთან და ქმნის წყალს.

რთულ რეაქციებს, რომლებიც ეყრდნობიან ქიმიური ობლიგაციების გაწყვეტას და ფორმირებას, ხშირად საჭიროა გარე ენერგიის შეყვანა დასაწყებად, მაგრამ შემდეგ თვითგამორკვევა ხდება. მაგალითად, ნახშირწყალბადების წვისას საჭიროა სითბოს წყაროს პირველი რამდენიმე კავშირის გაწყვეტის მიზნით. როგორც წესი, ნახშირწყალბადების შემცველ მასალებს, როგორიცაა ხის ან მაზუთის, სჭირდებათ ასანთი ან ნაპერწკალი ზოგიერთი ბმის დაშლისთვის. მას შემდეგ, რაც სითბოს წარმოებასთან ერთად ახალი ობლიგაციების წარმოქმნა დაიწყება, რეაქცია გრძელდება, ნახშირორჟანგისა და წყლის ორთქლის წარმოქმნით.

მრავალი საერთო ინდუსტრიული და კომერციული პროცესი ეყრდნობა ქიმიურ რეაქციებს, განსაკუთრებით ეგზოთერმული თვითგამორკვევის პროცესებს. რამდენად სასარგებლოა ისინი და რამდენს მუშაობენ, დამოკიდებულია მასალების ტიპზე, რომლებიც რეაგირებენ და ქიმიურ კავშირებზე, რომლებიც იშლება და რეფორმირდება.