Cheminės reakcijos yra esminė technologijos dalis, prisidedanti prie įvairios žmogaus veiklos, kuri yra mūsų kasdienio gyvenimo dalis. Cheminių reakcijų, su kuriomis susiduriame kasdien, pavyzdžiai yra kuro deginimas ir vyno bei alaus gamyba. Cheminės reakcijos taip pat yra gamtoje, pradedant cheminiu uolienų dūlėjimu, augalų fotosinteze ir gyvūnų kvėpavimo procesu.
Platesniu aspektu yra trys reakcijų tipai: fiziniai, cheminiai ir branduoliniai. Chemines reakcijas galima dar suskirstyti į daugelį kategorijų. Šeši bendri cheminių reakcijų tipai yra: sintezė, skaidymas, vieno poslinkio, dvigubo poslinkio, degimo ir rūgščių-šarmų reakcijos. Mokslininkai juos klasifikuoja pagal tai, kas nutinka pereinant nuo reagentų prie produktų. Tai naudinga numatant reagentų reakciją ir iš reakcijų susidariusius produktus.
Reakcijų tipai
A cheminė reakcija yra procesas, kurio metu viena ar kelios medžiagos, reagentai, chemiškai transformuojasi, kad susidarytų viena ar daugiau skirtingų medžiagų - produktų. Tai procesas, kurio metu reaguojančių medžiagų atomai pertvarkomi, kad susidarytų produktai, nekeičiant atomų branduolių.
Pvz., Procese, naudojamame soda ir seltzerio gamybai, anglies dioksidas suslėgtose sąlygose burbuliuoja į vandenį ir sudaro naują junginį, vadinamą anglies rūgštimi (H2CO3). Pagal šią lygtį žinote, kad įvyko cheminė reakcija.
CO2(g) + H2O (l) -> H2CO3(aq)
A fizinė reakcija skiriasi nuo cheminės reakcijos. Fiziniai pokyčiai apima tik būsenos pasikeitimą, pavyzdžiui, vandens užšalimą iki ledo ir sauso ledo sublimavimą į anglies dioksidą. Abiem atvejais reagentų cheminė tapatybė, H2O ir CO2, nepasikeitė. Produktus vis dar sudaro tie patys junginiai kaip ir reagentai.
H2O (l) -> H2O (s)
CO2(-ai) -> CO2g)
A branduolinė reakcija taip pat skiriasi nuo cheminės reakcijos. Tai apima dviejų branduolių susidūrimą, kad susidarytų vienas ar keli nuklidai, kurie skiriasi nuo pirminių branduolių. Pvz., Ernestas Rutherfordas atliko pirmąją dirbtinę transmutaciją, veikdamas azoto dujas alfa dalelėms, sudarydamas izotopą 17O ir išmeta protoną šiame procese. Reagento elementas pasikeitė, taigi įvyko reakcija.
14N + α -> 17O + p
Cheminių reakcijų tipai
Labiausiai paplitusios cheminių reakcijų rūšys yra sintezė, skaidymas, vieno poslinkio, dvigubo poslinkio, degimo ir rūgšties-bazės. Tačiau toks skirstymas nėra išskirtinis. Pavyzdžiui, rūgšties ir bazės reakcija taip pat gali būti klasifikuojama kaip dvigubo poslinkio reakcija.
Sintezės reakcija
Sintezės reakcija yra tokia, kurioje yra dvi ar daugiau medžiagų kartu suformuoti sudėtingesnį. Cheminė bendros sintezės reakcijos formos lygtis yra tokia:
A + B -> AB
Vienas iš sintezės reakcijos pavyzdžių yra geležies (Fe) ir sieros (S) derinys, kad susidarytų geležies sulfidas.
Fe (s) + S (-ai) -> FeS (-ai)
Kitas pavyzdys yra tai, kai natrio ir chloro dujos sujungiamos ir gaunama sudėtingesnė molekulė - natrio chloridas.
2Na (s) + Cl2(g) -> 2NaCl (s)
Skilimo reakcija
Skilimo reakcija veikia visiškai priešingai nei sintezės reakcija. Tai reakcija, kai sudėtingesnė medžiaga išsiskiria į paprastesnes. Bendroji skaidymo reakcijos forma gali būti parašyta taip:
AB -> A + B
Skilimo reakcijos pavyzdys yra vandens elektrolizė, sudarant vandenilio ir deguonies dujas.
H2O (l) -> H2(g) + O2g)
Skilimas taip pat gali būti terminis, pavyzdžiui, anglies rūgštis virsta vandeniu ir anglies dioksidu kaitinimo sąlygomis. Paprastai jis pastebimas gazuotuose gėrimuose.
H2CO3(aq) -> H2O (l) + CO2g)
Vienkartinė reakcija
Taip pat žinoma kaip vienintelė pakaitinė reakcija, vienintelė poslinkio reakcija yra tada, kai grynas elementas jungia vietas su kitu elementu. Tai yra bendra forma:
A + BC -> AC + B
Daugelis metalų gali reaguoti su stipria rūgštimi. Pavyzdžiui, magnis reaguoja su druskos rūgštimi, kad susidarytų vandenilio dujos ir magnio chloridas. Šioje reakcijoje magnis keičia vandenilio vandenilio chlorido rūgštyje vietas.
Mg (s) + 2HCl (aq) -> H2(g) + MgCl2(aq)
Magnis taip pat gali reaguoti su vandeniu, kad gautų magnio hidroksidą ir vandenilio dujas.
Mg (s) + 2H2O (l) -> H2(g) + Mg (OH)2(aq)
Dvigubas poslinkis
Kita cheminių reakcijų rūšis yra dvigubas poslinkis, kai dviejų reagentų katijonai keičiasi vietomis ir susidaro du visiškai skirtingi produktai. Bendra šios reakcijos forma yra:
AB + CD -> AD + CB
Vienas iš dvigubo poslinkio reakcijos pavyzdžių yra tai, kai bario chloridas reaguoja su magnio sulfatu ir susidaro bario sulfatas ir magnio chloridas. Šioje reakcijoje bario ir magnio katijonai reagentuose pakeičia naujus bario ir magnio junginius.
BaCl2 + MgSO4 -> BaSO4 + MgCl2
Kitas pavyzdys yra švino nitrato reakcija su kalio jodidu, susidarant švino jodidui ir kalio nitratui.
Pb (NE3)2 + 2KI -> PbI2 + 2KNO3
Abiem atvejais dėl reakcijos susidaro nuosėdos (BaSO4 ir PbI2) iš dviejų tirpių reagentų, todėl jie taip pat yra grupuojami kritulių reakcijose.
Degimo reakcija
Degimo reakcija yra egzoterminis redoksas cheminė reakcija, kai kuras reaguoja su deguonimi ir gamina dujinius produktus. Nors paprastai tai inicijuojama energijos forma, pavyzdžiui, naudojant uždegtą degtuką ugniai uždegti, išsiskyrusi šiluma suteikia energijos reakcijai palaikyti.
Visiška degimo reakcija įvyksta, kai yra deguonies perteklius, ir pirmiausia susidaro įprasti oksidai, tokie kaip anglies dioksidas ir sieros dioksidas. Norint užtikrinti visišką degimą, deguonies kiekis turi būti dvigubai ar trigubai didesnis už teorinį kiekį, apskaičiuotą pagal stechiometriją. Visiškas angliavandenilio degimas gali būti išreikštas taip:
4CxHy + (4x + y) O2 -> 4xCO2 + 2yH2O + šiluma
Deginant metaną, kuris yra prisotintas angliavandenilis, išskiriama didelė šiluma (891 kJ / mol) ir jį galima apibendrinti taip:
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + šiluma
Naftalenas yra dar vienas angliavandenilių pavyzdys, o visiškai jį deginant taip pat susidaro anglies dioksidas, vanduo ir šiluma.
C10H8 + 12O2 -> 10CO2 + 4H2O + šiluma
Alkoholiai taip pat gali būti degimo kuro, pavyzdžiui, metanolio, šaltinis.
CH3OH + O2 -> CO2 + 2H2O + šiluma
Nepilnas degimas įvyksta, kai nepakanka deguonies, kad būtų galima visiškai reaguoti su kuru, kad susidarytų anglies dioksidas ir vanduo. Toks pavyzdys yra, kai metanas deginamas ribotame deguonies kiekyje, kad gautų anglies monoksido, anglies dioksido, anglies pelenų ir vandens derinį. Tai galima išreikšti žemiau pateiktomis lygtimis, išdėstytomis pagal deguonies kiekį.
Mažai deguonies:
CH4 + O2 -> C + 2H2O
Šiek tiek deguonies:
2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O
Daugiau, bet nepakankamai deguonies:
4CH4 + 7O2 -> 2CO + 2CO2 + 8H2O
Per didelis anglies monoksido kiekis gali apsinuodyti oru, nes jis kartu su hemoglobinu sudaro karboksihemoglobiną ir sumažina jo gebėjimą tiekti deguonį. Todėl svarbu užtikrinti visišką namų ūkio ir pramonės kuro degimą.
Rūgščių ir šarmų reakcija
Rūgščių ir šarmų reakcija yra rūgšties ir bazės reakcija, o vanduo yra vienas iš produktų. Tai yra specialus dvigubo poslinkio reakcijos tipas (A ir B perjungimo vietos), o šie cheminės reakcijos pavyzdžiai parašyti taip:
HA + BOH -> BA + H2O
Paprastas rūgščių ir šarmų reakcijos pavyzdys yra tas, kai antacidiniai vaistai (kalcio hidroksidas) neutralizuoja skrandžio rūgštį (druskos rūgštį).
Ca (OH)2 + 2HCl -> CaCl2 + 2H2O
Kitas pavyzdys yra acto (acto rūgšties) reakcija su soda (natrio bikarbonatu). Šiame procese susidaro vanduo ir anglies dioksidas, tačiau šiluma neišskiriama, todėl tai nėra degimo reakcija.
CH3COOH + NaHCO3 -> CH3COONa + H2O + CO2