Ķīmiskās reakcijas ir būtiska tehnoloģiju sastāvdaļa, kas veicina dažādas cilvēka darbības, kas ir mūsu ikdienas sastāvdaļa. Ķīmisko reakciju piemēri, ar kuriem mēs sastopamies ikdienā, ir degvielas dedzināšana un vīna un alus gatavošana. Ķīmiskās reakcijas ir plaši sastopamas arī dabā, sākot ar ķīmisko iežu atmosfēras iedarbību, fotosintēzi augos un elpošanas procesu dzīvniekiem.
Plašākā aspektā ir trīs reakciju veidi: fizikālā, ķīmiskā un kodolenerģija. Ķīmiskās reakcijas var sīkāk iedalīt daudzās kategorijās. Seši bieži ķīmisko reakciju veidi ir: sintēze, sadalīšanās, vienas pārvietošanas, dubultās pārvietošanas, sadegšanas un skābes-bāzes reakcijas. Zinātnieki tos klasificē pēc tā, kas notiek, pārejot no reaģentiem uz produktiem. Tas ir noderīgi, lai prognozētu reaģentu un reakciju rezultātā radušos produktu reaktivitāti.
Reakciju veidi
A ķīmiskā reakcija ir process, kurā viena vai vairākas vielas, reaģenti, tiek ķīmiski pārveidotas, veidojot vienu vai vairākas dažādas vielas, produktus. Tas ir process, kas ietver reaģentu sastāvdaļu atomu pārkārtošanu, veidojot produktus, nemainot atomu kodolus.
Piemēram, procesā, ko izmanto sodas un seltera ražošanai, oglekļa dioksīds zem spiediena tiek burbuļots ūdenī un veido jaunu savienojumu, kas pazīstams kā ogļskābe (H2CO3). Izmantojot šo vienādojumu, jūs zināt, ka ir notikusi ķīmiska reakcija.
CO2(g) + H2O (l) -> H2CO3(aq)
A fiziska reakcija atšķiras no ķīmiskās reakcijas. Fiziskās izmaiņas ietver tikai stāvokļa maiņu, piemēram, ūdens sasaldēšanu līdz ledus un sausā ledus sublimēšanu līdz oglekļa dioksīdam. Abos scenārijos reaģentu ķīmiskā identitāte H2O un CO2, nemainījās. Produktus joprojām veido tie paši savienojumi kā reaģenti.
H2O (l) -> H2O (s)
CO2(s) -> CO2g)
A kodolreakcija atšķiras arī no ķīmiskās reakcijas. Tas ietver divu kodolu sadursmi, veidojot vienu vai vairākus nuklīdus, kas atšķiras no vecāku kodoliem. Piemēram, Ernests Rezerfords veica pirmo mākslīgo transmutāciju, pakļaujot slāpekļa gāzi alfa daļiņām, veidojot izotopu 17O un protona izgrūšana šajā procesā. Reaģenta elements mainījās, līdz ar to notika reakcija.
14N + α -> 17O + lpp
Ķīmisko reakciju veidi
Visizplatītākie ķīmisko reakciju veidi ir sintēze, sadalīšanās, viena pārvietošana, dubultā pārvietošana, sadegšana un skābes-bāzes. Tomēr šāda kategorizēšana nav ekskluzīva. Piemēram, skābes-bāzes reakciju var klasificēt arī kā dubultās aizvietošanas reakciju.
Sintēzes reakcija
Sintēzes reakcija ir tāda, kurā ir divas vai vairākas vielas kopā veidot sarežģītāku. Sintēzes reakcijas vispārējās formas ķīmiskais vienādojums ir šāds:
A + B -> AB
Viens no sintēzes reakcijas piemēriem ir dzelzs (Fe) un sēra (S) kombinācija, veidojot dzelzs sulfīdu.
Fe (s) + S (s) -> FeS (s)
Cits piemērs ir tad, kad nātrija un hlora gāzes tiek apvienotas, iegūstot sarežģītāku molekulu - nātrija hlorīdu.
2Na (s) + Cl2(g) -> 2NaCl (s)
Sadalīšanās reakcija
Sadalīšanās reakcija darbojas gluži pretēji sintēzes reakcijai. Tā ir reakcija, kur sarežģītāka viela saplīst vienkāršākos. Sadalīšanās reakcijas vispārīgu formu var uzrakstīt šādi:
AB -> A + B
Sadalīšanās reakcijas piemērs ir ūdens elektrolīze, veidojot ūdeņradi un skābekli.
H2O (l) -> H2g) + O2g)
Sadalīšanās var būt arī termiska, piemēram, ogļskābes pārveidošana par ūdeni un oglekļa dioksīdu sildīšanas apstākļos. To parasti novēro gāzētos dzērienos.
H2CO3(aq) -> H2O (l) + CO2g)
Viena pārvietošanās reakcija
Pazīstama arī kā vienreizēja aizvietošanas reakcija, viena pārvietošanās reakcija ir tad, kad tīrs elements savienojumā maina vietas ar citu elementu. Tas ir vispārīgā formā:
A + BC -> AC + B
Daudzi metāli var reaģēt ar spēcīgu skābi. Piemēram, magnijs reaģē ar sālsskābi, veidojot ūdeņraža gāzi un magnija hlorīdu. Šajā reakcijā magnijs maina ūdeņradi sālsskābē.
Mg (s) + 2HCl (aq) -> H2(g) + MgCl2(aq)
Magnijs var arī reaģēt ar ūdeni, lai iegūtu magnija hidroksīdu un ūdeņraža gāzi.
Mg (s) + 2H2O (l) -> H2(g) + Mg (OH)2(aq)
Dubultā pārvietošana
Cits ķīmisko reakciju veids ir dubultā pārvietošana, kurā divu reaģentu katjoni maina vietas, veidojot divus pilnīgi atšķirīgus produktus. Šīs reakcijas vispārējā forma ir:
AB + CD -> AD + CB
Viens dubultās pārvietošanas reakcijas piemērs ir tad, kad bārija hlorīds reaģē ar magnija sulfātu, veidojot bārija sulfātu un magnija hlorīdu. Šajā reakcijā bārija un magnija katjoni reaģentos pāriet uz jauniem bārija un magnija savienojumiem.
BaCl2 + MgSO4 -> BaSO4 + MgCl2
Vēl viens piemērs ir svina nitrāta reakcija ar kālija jodīdu, veidojot svina jodīdu un kālija nitrātu.
Pb (NĒ3)2 + 2KI -> PbI2 + 2KNO3
Abos gadījumos reakcija rada nogulsnes (BaSO4 un PbI2) no diviem šķīstošiem reaģentiem, tāpēc tie ir grupēti arī nokrišņu reakcijās.
Degšanas reakcija
Degšanas reakcija ir eksotermisks redokss ķīmiskā reakcija, kur degviela reaģē ar skābekli, lai iegūtu gāzveida produktus. Lai gan to parasti ierosina enerģijas veids, piemēram, izmantojot aizdedzinātu sērkociņu, lai iededzinātu uguni, izdalītais siltums nodrošina enerģiju reakcijas uzturēšanai.
Pilnīga sadegšanas reakcija notiek, ja ir pārmērīgs skābekļa daudzums, un tas galvenokārt rada tādus oksīdus kā oglekļa dioksīds un sēra dioksīds. Lai nodrošinātu pilnīgu sadegšanu, esošajam skābeklim jābūt divreiz vai trīs reizes lielākam par teorētisko daudzumu, kas aprēķināts ar stehiometriju. Pilnīgu ogļūdeņraža sadegšanu var izteikt šādā formā:
4CxHy + (4x + y) O2 -> 4xCO2 + 2 g2O + siltums
Metāna, kas ir piesātināts ogļūdeņradis, sadedzināšana izdala ievērojamu siltumu (891 kJ / mol), un to var apkopot šādi:
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + siltums
Naftalīns ir vēl viens ogļūdeņraža piemērs, un tā pilnīga sadegšana rada arī oglekļa dioksīdu, ūdeni un siltumu.
C10H8 + 12O2 -> 10CO2 + 4H2O + siltums
Spirti var kalpot arī kā degšanas avots, piemēram, metanols.
CH3OH + O2 -> CO2 + 2H2O + siltums
Nepilnīga sadegšana notiek, ja nav pietiekami daudz skābekļa, lai pilnībā reaģētu ar degvielu, lai iegūtu oglekļa dioksīdu un ūdeni. Šāds piemērs ir, kad metāns tiek sadedzināts ierobežotā skābekļa daudzumā, lai iegūtu oglekļa monoksīda, oglekļa dioksīda, oglekļa pelnu un ūdens kombināciju. To var izteikt ar zemāk esošajiem vienādojumiem, kas sakārtoti pēc esošā skābekļa daudzuma.
Maz skābekļa:
CH4 + O2 -> C + 2H2O
Nedaudz skābekļa:
2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O
Vairāk, bet nepietiekams skābekļa daudzums:
4CH4 + 7O2 -> 2CO + 2CO2 + 8H2O
Pārāk daudz oglekļa monoksīda var izraisīt saindēšanos ar gaisu, jo tas kopā ar hemoglobīnu veido karboksihemoglobīnu un samazina tā spēju piegādāt skābekli. Tāpēc ir svarīgi nodrošināt pilnīgu degvielas sadedzināšanu mājsaimniecībām un rūpnieciskām vajadzībām.
Skābes-bāzes reakcija
Skābes-bāzes reakcija ir reakcija starp skābi un bāzi, un ūdens ir viens no produktiem. Tas ir īpašs dubultās pārvietošanas reakcijas veids (A un B slēdža vietas), un šie ķīmisko reakciju piemēri ir rakstīti šādi:
HA + BOH -> BA + H2O
Vienkāršs skābes-bāzes reakcijas piemērs ir tad, kad antacīds līdzeklis (kalcija hidroksīds) neitralizē kuņģa skābi (sālsskābi).
Ca (OH)2 + 2HCl -> CaCl2 + 2H2O
Vēl viens piemērs ir etiķa (etiķskābes) reakcija ar soda (nātrija bikarbonātu). Šajā procesā veidojas ūdens un oglekļa dioksīds, bet siltums netiek izdalīts, tāpēc tā nav sadegšanas reakcija.
CH3COOH + NaHCO3 -> CH3COONa + H2O + CO2