Ķīmiskās reakcijas pārtrauc esošās molekulārās ķīmiskās saites, un rezultātā rodas jaunas saites. Tipiskās ķīmiskās reakcijas ietver sadedzināšanu, reducēšanu un nokrišņus. Šo ķīmisko reakciju laikā sākotnējās molekulas sadalās un veido jaunas saites, lai iegūtu dažādus materiālus. Dažreiz, lai sāktu ķīmisko reakciju, pietiek ar divu vielu apvienošanu, bet bieži vien ir nepieciešams ārējs stimuls, piemēram, vielu sildīšana. Katra ķīmiskā reakcija ir sarežģīta molekulārās pievilcības, enerģijas līmeņa un ārējās ietekmes mijiedarbība.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Ķīmiskās reakcijas rada un pārtrauc ķīmiskās saites starp molekulām, kā rezultātā rodas jauni materiāli kā ķīmiskās reakcijas produkti. Ķīmiskās reakcijas var notikt spontāni, vai tām ir nepieciešama ārēja iedarbība, piemēram, enerģijas ievadīšana. Ķīmisko saišu pārrāvums absorbē enerģiju, savukārt jaunu saišu radīšana atbrīvo enerģiju, un kopējā ķīmiskā reakcija ir endotermiska vai eksotermiska.
Ķīmiskās saites un enerģijas līmeņi
Visu ķīmisko reakciju pamatā ir saišu pārtraukšana jeb sadalīšanās un saišu radīšana jeb sintēze. Sadalīšanai nepieciešama enerģija, jo sākotnēji ķīmiskās saites ir stabilas, un to sadalīšanai nepieciešama enerģija. Saites saistajām molekulām ir zemāks enerģijas līmenis nekā brīvajām molekulām; enerģijas pievienošana ļauj viņiem atbrīvoties.
Sintēze atbrīvo enerģiju, jo molekulas savienojas, veidojot stabilu konfigurāciju, un tāpēc atsakās no enerģijas. Saistītajām molekulām ir zemāks enerģijas līmenis nekā brīvajām molekulām, un tās tiek turētas jaunajā saitē.
Vispārēja ķīmiskā reakcija, kas pārtrauc saites un veido jaunas, var būt endotermiska (absorbējot siltumu) vai eksotermiska (atbrīvojot siltumu), atkarībā no tā, cik daudz enerģijas absorbē un ražo sadalīšanās un sintēzes laikā reakcijas. Dažas reakcijas kopumā rada siltumu, bet citas vai nu absorbē siltumu no apkārtējās vides, vai arī reakcijas pabeigšanai nepieciešams pievienot ārēju siltumu. Normālos apstākļos stabilā vidē ķīmiskās reakcijas sākšanai nepieciešams ārējs stimuls.
Endotermiskās reakcijas
Tā kā ķīmisko saišu pārraušanai un ķīmisko reakciju sākšanai ir vajadzīga enerģija, dažas endotermiskas reakcijas notiek pašas no sevis. Parasti process prasa enerģijas ievadi, lai sāktu reakciju un to uzturētu. Pat reakcijām, kas kopumā ir eksotermiskas, sākumā var būt nepieciešams enerģijas ieguldījums, lai pārrautu dažas saites.
Sadalīšanās reakcijas ir vienkāršas endotermiskas reakcijas un prasa enerģijas ievadi. Piemēram, sildot dzīvsudraba oksīdu, rodas dzīvsudrabs un skābeklis. Sarežģītākas endotermiskas reakcijas var notikt, ja tās var izmantot apkārtējās vides siltumu. Piemēram, cietās vielas bārija hidroksīds un amonija hlorīds istabas temperatūrā reaģē endotermiskā reakcijā, iegūstot bārija hlorīdu un amonjaku daudz vēsākā temperatūrā. Reakcija ņem siltumu no pašiem materiāliem, to tvertnes un apkārtējā gaisa.
Eksotermiskās reakcijas
Reakcijas, kas kopumā rada siltuma pārpalikumu, ir biežākas, jo tās mēdz būt pašpietiekamas. Sintēzes reakcijas rada siltumu, tāpēc tām nav nepieciešams ārējs siltuma avots. Piemēram, pievienojot ūdenim nelielu daudzumu nātrija, sprādzienbīstamā eksotermiskā reakcijā rodas nātrija hidroksīds un ūdeņradis. Reakcija sākas spontāni un turpinās, līdz tiek izlietots viens no reaģentiem. Parasti tas rada tik daudz siltuma, ka ūdeņradis sadedzina ar gaisa skābekli, veidojot ūdeni.
Sarežģītām reakcijām, kas balstās gan uz ķīmisko saišu pārrāvumu, gan uz to veidošanos, bieži vien ir nepieciešams ārējs enerģijas ievads, lai tās sāktu, bet pēc tam tās ir pašpietiekamas. Piemēram, ogļūdeņražu sadedzināšanai ir nepieciešams siltuma avots, lai pārrautu pirmās pāris saites. Parasti materiāliem, kas satur ogļūdeņražus, piemēram, koksni vai mazutu, ir nepieciešams sērkociņš vai dzirkstele, lai sadalītu dažas saites. Kad sākas jaunu saišu veidošanās ar siltuma ražošanu, reakcija turpinās, radot oglekļa dioksīdu un ūdens tvaikus.
Daudzi parastie rūpnieciskie un komerciālie procesi balstās uz ķīmiskām reakcijām, īpaši eksotermiskām pašpietiekamām. Tas, cik noderīgi tie ir un cik daudz darba, ir atkarīgs no materiālu veidiem, kas reaģē, un no ķīmiskajām saitēm, kas saraujas un reformējas.