Hoe de 6 soorten chemische reacties te identificeren?

Chemische reacties zijn een essentieel onderdeel van technologie en dragen bij aan verschillende menselijke activiteiten die deel uitmaken van ons dagelijks leven. Voorbeelden van chemische reacties die we dagelijks tegenkomen zijn het verbranden van brandstoffen en het maken van wijn en bier. Chemische reacties komen ook veel voor in de natuur, van de chemische verwering van gesteenten, fotosynthese in planten en het ademhalingsproces bij dieren.

In het bredere aspect zijn er drie: soorten reacties: fysisch, chemisch en nucleair. Chemische reacties kunnen verder worden onderverdeeld in vele categorieën. zes gemeenschappelijke soorten chemische reacties zijn: synthese, ontleding, enkele verplaatsing, dubbele verplaatsing, verbranding en zuur-base reacties. Wetenschappers classificeren ze op basis van wat er gebeurt als je van reactanten naar producten gaat. Dit is nuttig bij het voorspellen van de reactiviteit van reagentia en de producten die uit de reacties worden gevormd.

EEN chemische reactie is een proces waarbij een of meer stoffen, de reactanten, een chemische transformatie ondergaan om een ​​of meer verschillende stoffen, de producten, te vormen. Het is een proces waarbij de samenstellende atomen van de reactanten worden herschikt om producten te vormen, zonder de kernen van de atomen te veranderen.

In een proces dat wordt gebruikt om soda en seltzer te maken, wordt kooldioxide bijvoorbeeld onder druk in water geborreld en vormt het een nieuwe verbinding die bekend staat als koolzuur (H₂CO₃). Door deze vergelijking weet je dat er een chemische reactie is opgetreden.

CO₂(g) + H₂O(l) —> H₂CO₃(aq)

EEN fysieke reactie verschilt van een chemische reactie. Fysieke veranderingen hebben alleen betrekking op de verandering van toestand, bijvoorbeeld het bevriezen van water tot ijs en de sublimatie van droogijs tot koolstofdioxide. In beide scenario's is de chemische identiteit van reactanten, H₂O en CO₂, veranderde niet. De producten zijn nog steeds opgebouwd uit dezelfde verbindingen als de reactanten.

H₂O(l) —> H₂O('s)

CO₂(s) -> CO₂(g)

EEN Nucleaire reactie wordt ook onderscheiden van een chemische reactie. Het omvat de botsing van twee kernen om een ​​of meer nucliden te vormen die verschillen van de moederkernen. Ernest Rutherford voerde bijvoorbeeld de eerste kunstmatige transmutatie uit door stikstofgas bloot te stellen aan alfadeeltjes, waardoor de isotoop werd gevormd ¹⁷O en het uitwerpen van een proton in dit proces. Het element in de reactant veranderde, er had dus een reactie plaatsgevonden.

¹⁴N + α —> ¹⁷O + p

De meest voorkomende soorten chemische reacties zijn synthese, ontleding, enkele verplaatsing, dubbele verplaatsing, verbranding en zuur-base. Een dergelijke indeling is echter niet exclusief. Een zuur-basereactie kan bijvoorbeeld ook worden geclassificeerd als een dubbele verdringingsreactie.

Een synthesereactie is een reactie waarbij twee of meer stoffen gecombineerd om een ​​complexere te vormen. De chemische vergelijking voor een algemene vorm van synthesereactie is als volgt:

A + B -> AB

Een voorbeeld van een synthesereactie is de combinatie van ijzer (Fe) en zwavel (S) om ijzersulfide te vormen.

Fe(s) + S(s) —> FeS(s)

Een ander voorbeeld is wanneer natrium- en chloorgas worden gecombineerd om een ​​complexer molecuul te produceren, het natriumchloride.

2Na (s) + Cl₂(g) —> 2NaCl (s)

Een ontledingsreactie werkt precies het tegenovergestelde van een synthesereactie. Het is een reactie waarbij een complexere stof breekt uit elkaar in eenvoudigere. Een algemene vorm van een ontledingsreactie kan worden geschreven als:

AB -> A + B

Een voorbeeld van een ontledingsreactie is de elektrolyse van water om waterstof- en zuurstofgas te vormen.

H₂O(l) —> H₂(g) + O₂(g)

Ontleding kan ook thermisch zijn, zoals de omzetting van koolzuur in water en kooldioxide onder verhittingsomstandigheden. Het wordt vaak gezien in koolzuurhoudende dranken.

H₂CO₃(aq) -> H₂O(l) + CO₂(g)

Ook bekend als de enkele vervangingsreactie, is de enkele verplaatsingsreactie wanneer een puur element van plaats wisselt met een ander element in een verbinding. Het is in de algemene vorm:

A + BC -> AC + B

Veel metalen kunnen reageren met een sterk zuur. Magnesium reageert bijvoorbeeld met zoutzuur om waterstofgas en magnesiumchloride te vormen. Bij deze reactie wisselt magnesium van plaats met de waterstof in zoutzuur.

Mg (s) + 2HCl (aq) -> H₂(g) + MgCl₂(aq)

Magnesium kan ook reageren met water om magnesiumhydroxide en waterstofgas te genereren.

Mg (s) + 2H₂O(l) —> H₂(g) + Mg (OH)₂(aq)

Een ander type chemische reacties is dubbele verplaatsing, waarbij de kationen van de twee reactanten van plaats wisselen om twee totaal verschillende producten te vormen. Een algemene vorm van deze reactie is:

AB + CD -> AD + CB

Een voorbeeld van een dubbele verdringingsreactie is wanneer bariumchloride reageert met magnesiumsulfaat om bariumsulfaat en magnesiumchloride te vormen. Bij deze reactie wisselen barium- en magnesiumkationen in de reactanten van plaats naar nieuwe barium- en magnesiumverbindingen.

BaCl₂ + MgSO₄ -> BaSO₄ + MgCl₂

Een ander voorbeeld is de reactie van loodnitraat met kaliumjodide om loodjodide en kaliumnitraat te vormen.

Pb (NEE₃)₂ + 2KI —> PbI₂ + 2KNO₃

In beide gevallen genereert de reactie een neerslag (BaSO₄ en PbI₂) van twee oplosbare reactanten, dus ze zijn ook gegroepeerd onder precipitatiereacties.

Een verbrandingsreactie is een exotherme redox chemische reactie waarbij een brandstof reageert met zuurstof om gasvormige producten te produceren. Hoewel het meestal wordt geïnitieerd door een vorm van energie, zoals het gebruik van een brandende lucifer om een ​​vuur aan te steken, levert de vrijgekomen warmte energie om de reactie in stand te houden.

Een volledige verbrandingsreactie treedt op wanneer overtollige zuurstof aanwezig is en levert voornamelijk gewone oxiden op, zoals kooldioxide en zwaveldioxide. Om een ​​volledige verbranding te garanderen, moet de aanwezige zuurstof tweemaal of driemaal zo groot zijn als de theoretische hoeveelheid berekend met stoichiometrie. Een volledige verbranding van een koolwaterstof kan worden uitgedrukt in de vorm:

4C_XH_ja + (4x+y) Uit₂ -> 4xCO₂ + 2jH₂O + warmte

Bij verbranding van methaan, dat een verzadigde koolwaterstof is, komt aanzienlijke warmte vrij (891 kJ/mol) en kan als volgt worden samengevat door de vergelijking:

CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂O + warmte

Naftaleen is een ander voorbeeld van koolwaterstof en de volledige verbranding ervan genereert ook kooldioxide, water en warmte.

C₁₀H₈ + 12O₂ -> 10CO₂ + 4H₂O + warmte

Alcoholen kunnen ook dienen als brandstof voor verbranding, zoals methanol.

CH₃OH+ O₂ -> CO₂ + 2H₂O + warmte

Een onvolledige verbranding vindt plaats wanneer er niet genoeg zuurstof is om volledig te reageren met de brandstof om koolstofdioxide en water te produceren. Zo'n voorbeeld is wanneer methaan wordt verbrand in een beperkte hoeveelheid zuurstof om een ​​combinatie van koolmonoxide, kooldioxide, koolstofas ​​en water te produceren. Het kan worden uitgedrukt door de onderstaande vergelijkingen, gerangschikt op de hoeveelheid aanwezige zuurstof.

Weinig zuurstof:

CH₄ + O₂ -> C + 2H₂O

Wat zuurstof:

2CH₄ + 3O₂ -> 2CO + 4H₂O

Meer maar niet genoeg zuurstof:

4CH₄ + 7O₂ -> 2CO + 2CO₂ + 8H₂O

Te veel koolmonoxide kan leiden tot luchtvergiftiging omdat het met hemoglobine wordt gecombineerd om carboxyhemoglobine te vormen en het vermogen om zuurstof af te geven vermindert. Daarom is het belangrijk om te zorgen voor een volledige verbranding van brandstof voor huishoudelijk en industrieel gebruik.

De zuur-base-reactie is een reactie tussen een zuur en een base, en water is een van de producten. Het is een speciaal type dubbele verplaatsingsreactie (A- en B-wisselplaatsen) en deze voorbeelden van chemische reacties worden geschreven als:

HA + BOH -> BA + H₂O

Een eenvoudig voorbeeld van een zuur-basereactie is wanneer een antacidum (calciumhydroxide) maagzuur (zoutzuur) neutraliseert.

Ca (OH)₂ + 2HCl -> CaCl₂ + 2H₂O

Een ander voorbeeld is de reactie van azijn (azijnzuur) met zuiveringszout (natriumbicarbonaat). Bij dit proces worden water en koolstofdioxide gevormd maar komt er geen warmte vrij, dus het is geen verbrandingsreactie.

CH₃COOH + NaHCO₃ -> CH₃COONa + H₂O + CO₂