Hvordan identifisere de 6 typene kjemiske reaksjoner

Kjemiske reaksjoner er en viktig del av teknologien, og bidrar til ulike menneskelige aktiviteter som er en del av vårt daglige liv. Eksempler på kjemiske reaksjoner som vi møter hver dag inkluderer forbrenning av drivstoff og fremstilling av vin og øl. Kjemiske reaksjoner er også mye til stede i naturen, fra kjemisk forvitring av bergarter, fotosyntese i planter og respirasjonsprosessen hos dyr.

I det bredere aspektet er det tre typer reaksjoner: fysisk, kjemisk og kjernefysisk. Kjemiske reaksjoner kan videre deles inn i mange kategorier. Seks vanlige typer kjemiske reaksjoner er: syntese, nedbrytning, enkeltdisplacement, dobbeltdisplacement, forbrenning og syre-base reaksjoner. Forskere klassifiserer dem basert på hva som skjer når man går fra reaktanter til produkter. Dette er nyttig for å forutsi reaktiviteten til reagenser og produktene som dannes fra reaksjonene.

EN kjemisk reaksjon er en prosess der ett eller flere stoffer, reaktantene, gjennomgår kjemisk transformasjon for å danne ett eller flere forskjellige stoffer, produktene. Det er en prosess som innebærer omlegging av reaktantens bestanddeler til å danne produkter uten å endre atomkjernene.

For eksempel, i en prosess som brukes til å produsere brus og seltzer, blir karbondioksid boblet inn i vann under betingelser under trykk og danner en ny forbindelse kjent som karbonsyre (H₂CO₃). Ved denne ligningen vet du at en kjemisk reaksjon har skjedd.

CO₂(g) + H₂O (l) -> H₂CO₃(En q)

EN fysisk reaksjon er forskjellig fra en kjemisk reaksjon. Fysiske endringer involverer bare tilstandsendring, for eksempel frysing av vann til is og sublimering av tørris til karbondioksid. I begge scenarier, kjemisk identitet av reaktanter, H₂O og CO₂, endret seg ikke. Produktene består fortsatt av de samme forbindelsene som reaktantene.

H₂O (l) -> H₂O (s)

CO₂(s) -> CO₂(g)

EN atomreaksjon skilles også fra en kjemisk reaksjon. Det innebærer kollisjon av to kjerner for å danne en eller flere nuklider som er forskjellige fra foreldrekjerner. For eksempel utførte Ernest Rutherford den første kunstige transmutasjonen ved å eksponere nitrogengass for alfapartikler og danne isotopen ¹⁷O og å kaste ut en proton i denne prosessen. Elementet i reaktanten endret seg, slik at en reaksjon hadde funnet sted.

¹⁴N + α -> ¹⁷O + s

De vanligste typene av kjemiske reaksjoner er syntese, nedbrytning, enkel fortrengning, dobbel forskyvning, forbrenning og syre-base. En slik kategorisering er imidlertid ikke eksklusiv. For eksempel kan en syre-base reaksjon også klassifiseres som en dobbelt fortrengningsreaksjon.

En syntesereaksjon er en der to eller flere stoffer er kombinert å danne en mer kompleks. Den kjemiske ligningen for en generell form for syntesereaksjon er som følger:

A + B -> AB

Et eksempel på en syntesereaksjon er kombinasjonen av jern (Fe) og svovel (S) for å danne jernsulfid.

Fe (s) + S (s) -> FeS (s)

Et annet eksempel er når natrium og klorgass kombineres for å produsere et mer komplekst molekyl, natriumkloridet.

2Na (s) + Cl₂(g) -> 2NaCl (s)

En nedbrytningsreaksjon fungerer ganske motsatt av en syntesereaksjon. Det er en reaksjon der en mer kompleks substans bryter fra hverandre til enklere. En generell form for en nedbrytningsreaksjon kan skrives som:

AB -> A + B

Et eksempel på en nedbrytningsreaksjon er elektrolyse av vann for å danne hydrogen og oksygengass.

H₂O (l) -> H₂(g) + O₂(g)

Nedbrytning kan også være termisk, slik som omdannelse av karbonsyre til vann og karbondioksid under oppvarmingsforhold. Det er ofte sett i kullsyreholdige drikker.

H₂CO₃(aq) -> H₂O (l) + CO₂(g)

Også kjent som den ene erstatningsreaksjonen, er den eneste forskyvningsreaksjonen når et rent element bytter plass med et annet element i en forbindelse. Det er i generell form:

A + BC -> AC + B

Mange metaller kan reagere med en sterk syre. For eksempel reagerer magnesium med saltsyre og danner hydrogengass og magnesiumklorid. I denne reaksjonen bytter magnesium sted med hydrogen i saltsyre.

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

Magnesium kan også reagere med vann for å generere magnesiumhydroksid og hydrogengass.

Mg (s) + 2H₂O (l) -> H₂(g) + Mg (OH)₂(En q)

En annen type kjemiske reaksjoner er dobbel forskyvning, der kationene til de to reaktantene bytter plass for å danne to helt forskjellige produkter. En generell form for denne reaksjonen er:

AB + CD -> AD + CB

Et eksempel på en dobbel fortrengningsreaksjon er når bariumklorid reagerer med magnesiumsulfat for å danne bariumsulfat og magnesiumklorid. I denne reaksjonen bytter barium- og magnesiumkationer i reaktantene til nye barium- og magnesiumforbindelser.

BaCl₂ + MgSO₄ -> BaSO₄ + MgCl₂

Et annet eksempel er reaksjonen av blynitrat med kaliumjodid for å danne blyjodid og kaliumnitrat.

Pb (NO₃)₂ + 2KI -> PbI₂ + 2KNO₃

I begge tilfeller genererer reaksjonen et bunnfall (BaSO₄ og PbI₂) fra to oppløselige reaktanter, slik at de også er gruppert under utfellingsreaksjoner.

En forbrenningsreaksjon er en eksoterm redoks kjemisk reaksjon der et drivstoff reagerer med oksygen for å produsere gassprodukter. Selv om det vanligvis initieres av en form for energi, for eksempel å bruke en tenn fyrstikk for å tenne bål, gir den frigitte varmen energi for å opprettholde reaksjonen.

En fullstendig forbrenningsreaksjon oppstår når overflødig oksygen er tilstede og gir primært vanlige oksyder som karbondioksid og svoveldioksid. For å sikre full forbrenning må oksygenet være to eller tre ganger den teoretiske mengden beregnet ved støkiometri. En fullstendig forbrenning av et hydrokarbon kan uttrykkes i form:

4C_xH_y + (4x + y) O₂ -> 4xCO₂ + 2yH₂O + varme

Forbrenning av metan, som er et mettet hydrokarbon, frigjør betydelig varme (891 kJ / mol) og kan oppsummeres ved ligningen som følger:

CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂O + varme

Naftalen er et annet eksempel på hydrokarbon, og dens fullstendige forbrenning genererer også karbondioksid, vann og varme.

C₁₀H₈ + 12O₂ -> 10CO₂ + 4H₂O + varme

Alkoholer kan også tjene som kilde til drivstoff for forbrenning, for eksempel metanol.

CH₃OH + O₂ -> CO₂ + 2H₂O + varme

En ufullstendig forbrenning oppstår når det ikke er nok oksygen til å reagere fullt ut med drivstoffet for å produsere karbondioksid og vann. Et slikt eksempel er når metan blir brent i en begrenset tilførsel av oksygen for å produsere en kombinasjon av karbonmonoksid, karbondioksid, karbonaske og vann. Det kan uttrykkes ved ligningene nedenfor, arrangert av mengden oksygen som er tilstede.

Lite oksygen:

CH₄ + O₂ -> C + 2H₂O

Noe oksygen:

2CH₄ + 3O₂ -> 2CO + 4H₂O

Mer, men ikke nok oksygen:

4CH₄ + 7O₂ -> 2CO + 2CO₂ + 8H₂O

For mye karbonmonoksid kan føre til luftforgiftning fordi det kombineres med hemoglobin for å danne karboksyhemoglobin og reduserer evnen til å levere oksygen. Derfor er det viktig å sikre full forbrenning av drivstoff til husholdnings- og industriell bruk.

Syre-base reaksjonen er en reaksjon mellom en syre og en base, og vann er et av produktene. Det er en spesiell type dobbeltforskyvningsreaksjon (A og B-bryterplassene), og disse kjemiske reaksjonseksemplene er skrevet som:

HA + BOH -> BA + H₂O

Et enkelt eksempel på en syre-base reaksjon er når et syrenøytraliserende middel (kalsiumhydroksyd) nøytraliserer magesyre (saltsyre).

Ca (OH)₂ + 2HCl -> CaCl₂ + 2H₂O

Et annet eksempel er reaksjonen av eddik (eddiksyre) med natron (natriumbikarbonat). I denne prosessen dannes vann og karbondioksid, men ingen varme frigjøres, så det er ikke en forbrenningsreaksjon.

CH₃COOH + NaHCO₃ -> CH₃COONa + H₂O + CO₂