Wat gebeurt er met chemische bindingen tijdens chemische reacties?

Tijdens chemische reacties breken de bindingen die moleculen bij elkaar houden uit elkaar en vormen nieuwe bindingen, waarbij atomen worden herschikt in verschillende stoffen. Elke binding vereist een bepaalde hoeveelheid energie om te breken of te vormen; zonder deze energie kan de reactie niet plaatsvinden en blijven de reactanten zoals ze waren. Wanneer een reactie is afgelopen, heeft deze mogelijk energie uit de omgeving gehaald of er meer energie in gestopt.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Chemische reacties verbreken en hervormen de bindingen die moleculen bij elkaar houden.

Chemische bindingen zijn bundels van elektrische krachten die atomen en moleculen bij elkaar houden. Chemie omvat verschillende soorten bindingen. De waterstofbinding is bijvoorbeeld een relatief zwakke aantrekkingskracht waarbij een waterstofhoudend molecuul, zoals water, betrokken is. De waterstofbrug is verantwoordelijk voor de vorm van sneeuwvlokken en andere eigenschappen van watermoleculen. Covalente bindingen vormen zich wanneer atomen elektronen delen, en de resulterende combinatie is chemisch stabieler dan de atomen op zichzelf. Metaalbindingen komen voor tussen atomen van metaal, zoals het koper in een cent. De elektronen in metaal bewegen gemakkelijk tussen atomen; hierdoor zijn metalen goede geleiders van elektriciteit en warmte.

Bij alle chemische reacties wordt energie behouden; het wordt niet gecreëerd of vernietigd, maar komt voort uit de banden die al bestaan ​​of de omgeving. Behoud van energie is een gevestigde wet van natuurkunde en scheikunde. Voor elke chemische reactie moet u rekening houden met de energie die aanwezig is in de omgeving, de bindingen van de reactanten, de bindingen van de producten en de temperatuur van de producten en de omgeving. De totale energie die voor en na de reactie aanwezig is, moet gelijk zijn. Wanneer een automotor bijvoorbeeld benzine verbrandt, combineert de reactie de benzine met zuurstof om koolstofdioxide en andere producten te vormen. Het creëert geen energie uit het niets; het geeft de energie vrij die is opgeslagen in de bindingen van moleculen in de benzine.

Als je de energie in een chemische reactie bijhoudt, kom je erachter of de reactie warmte afgeeft of verbruikt. In het vorige voorbeeld van het verbranden van benzine, komt bij de reactie warmte vrij en stijgt de temperatuur van de omgeving. Andere reacties, zoals het oplossen van keukenzout in water, verbruiken warmte, dus de temperatuur van het water is iets lager nadat het zout is opgelost. Chemici noemen warmteproducerende reacties exotherm en warmteverslindende reacties endotherm. Omdat endotherme reacties warmte vereisen, kunnen ze niet plaatsvinden tenzij er voldoende warmte aanwezig is wanneer de reactie begint.

Sommige reacties, zelfs exotherme, hebben energie nodig om op gang te komen. Chemici noemen dit de activeringsenergie. Het is als een energieheuvel die de moleculen moeten beklimmen voordat de reactie in gang wordt gezet; nadat het begint, is het gemakkelijk om bergafwaarts te gaan. Terugkomend op het voorbeeld van het verbranden van benzine, moet de automotor eerst een vonk maken; zonder dat gebeurt er niet veel met de benzine. De vonk zorgt voor de activeringsenergie voor de benzine om te combineren met zuurstof.

Katalysatoren zijn chemische stoffen die de activeringsenergie van een reactie verminderen. Platina en soortgelijke metalen zijn bijvoorbeeld uitstekende katalysatoren. De katalysator in het uitlaatsysteem van een auto heeft een katalysator zoals platina binnenin. Terwijl uitlaatgassen er doorheen gaan, verhoogt de katalysator de chemische reacties in schadelijke koolmonoxide- en stikstofverbindingen, waardoor ze worden omgezet in veiligere emissies. Omdat reacties geen katalysator verbruiken, kan een katalysator jarenlang zijn werk doen. In de biologie zijn enzymen moleculen die chemische reacties in levende organismen katalyseren. Ze passen in andere moleculen, zodat reacties gemakkelijker kunnen plaatsvinden.