Cum se identifică cele 6 tipuri de reacții chimice

Reacțiile chimice sunt o parte esențială a tehnologiei, contribuind la diferite activități umane care fac parte din viața noastră de zi cu zi. Exemple de reacții chimice pe care le întâlnim în fiecare zi includ arderea combustibililor și fabricarea vinului și a berii. Reacțiile chimice sunt, de asemenea, prezente pe scară largă în natură, de la degradarea chimică a rocilor, fotosinteza plantelor și procesul de respirație la animale.

În aspectul mai larg, există trei tipuri de reacții: fizic, chimic și nuclear. Reacțiile chimice pot fi împărțite în mai multe categorii. Șase comune tipuri de reacții chimice sunt: ​​sinteza, descompunerea, o singură deplasare, o dublă deplasare, combustie și reacții acid-bazice. Oamenii de știință le clasifică pe baza a ceea ce se întâmplă atunci când se trece de la reactanți la produse. Acest lucru este util în prezicerea reactivității reactivilor și a produselor formate din reacții.

A reactie chimica este un proces în care una sau mai multe substanțe, reactanții, suferă transformări chimice pentru a forma una sau mai multe substanțe diferite, produsele. Este un proces care implică rearanjarea atomilor constituanți ai reactanților pentru a forma produse, fără a schimba nucleele atomilor.

De exemplu, într-un proces utilizat pentru fabricarea sifonului și seltzerului, dioxidul de carbon este barbotat în apă în condiții de presiune și formează un nou compus cunoscut sub numele de acid carbonic (H₂CO₃). Prin această ecuație, știți că a avut loc o reacție chimică.

CO₂(g) + H₂O (l) -> H₂CO₃(aq)

A reacție fizică este diferit de o reacție chimică. Schimbările fizice implică doar schimbarea stării, de exemplu, înghețarea apei în gheață și sublimarea gheții uscate în dioxid de carbon. În ambele scenarii, identitatea chimică a reactanților, H₂O și CO₂, nu s-a schimbat. Produsele sunt încă alcătuite din aceiași compuși ca și reactanții.

H₂O (l) -> H₂O (e)

CO₂(s) -> CO₂(g)

A reacție nucleară se deosebește și de o reacție chimică. Implică coliziunea a doi nuclei pentru a forma unul sau mai mulți nucleizi diferiți de nucleii părinți. De exemplu, Ernest Rutherford a efectuat prima transmutație artificială prin expunerea azotului la particule alfa, formând izotopul ¹⁷O și scoaterea unui proton în acest proces. Elementul din reactant s-a schimbat, astfel a avut loc o reacție.

¹⁴N + α -> ¹⁷O + p

Cele mai frecvente tipuri de reacții chimice sunt sinteza, descompunerea, deplasarea simplă, deplasarea dublă, combustia și acidul-baza. Cu toate acestea, o astfel de clasificare nu este exclusivă. De exemplu, o reacție acid-bazică poate fi clasificată și ca o reacție cu dublă deplasare.

O reacție de sinteză este una în care sunt două sau mai multe substanțe combinate pentru a forma una mai complexă. Ecuația chimică pentru o formă generală de reacție de sinteză este după cum urmează:

A + B -> AB

Un exemplu de reacție de sinteză este combinația de fier (Fe) și sulf (S) pentru a forma sulfură de fier.

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

Un alt exemplu este atunci când sodiul și clorul gazos sunt combinate pentru a produce o moleculă mai complexă, clorura de sodiu.

2Na (s) + Cl₂(g) -> 2NaCl (s)

O reacție de descompunere funcționează opus unei reacții de sinteză. Este o reacție în cazul în care o substanță mai complexă se desparte în altele mai simple. O formă generală a unei reacții de descompunere poate fi scrisă ca:

AB -> A + B

Un exemplu de reacție de descompunere este electroliza apei pentru a forma hidrogen și oxigen gazos.

H₂O (l) -> H₂(g) + O₂(g)

Descompunerea poate fi, de asemenea, termică, cum ar fi conversia acidului carbonic în apă și dioxid de carbon în condiții de încălzire. Este frecvent observat în băuturile carbogazoase.

H₂CO₃(aq) -> H₂O (l) + CO₂(g)

De asemenea, cunoscută sub numele de reacție de înlocuire unică, reacția de deplasare unică este atunci când un element pur schimbă locurile cu un alt element dintr-un compus. Este sub forma generală:

A + BC -> AC + B

Multe metale pot reacționa cu un acid puternic. De exemplu, magneziul reacționează cu acidul clorhidric pentru a forma hidrogen gazos și clorură de magneziu. În această reacție, magneziul schimbă locurile cu hidrogenul din acidul clorhidric.

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

Magneziul poate reacționa și cu apa pentru a genera hidroxid de magneziu și hidrogen gazos.

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

Un alt tip de reacții chimice este deplasarea dublă, în care cationii celor doi reactanți schimbă locul pentru a forma două produse complet diferite. O formă generală a acestei reacții este:

AB + CD -> AD + CB

Un exemplu de reacție cu dublă deplasare este atunci când clorura de bariu reacționează cu sulfatul de magneziu pentru a forma sulfat de bariu și clorură de magneziu. În această reacție, cationii de bariu și magneziu din reactanți schimbă locurile către compuși noi de bariu și magneziu.

BaCl₂ + MgSO₄ -> BaSO₄ + MgCl₂

Un alt exemplu este reacția azotatului de plumb cu iodura de potasiu pentru a forma iodură de plumb și azotat de potasiu.

Pb (NR₃)₂ + 2KI -> PbI₂ + 2KNO₃

În ambele cazuri, reacția generează un precipitat (BaSO₄ și PbI₂) din doi reactanți solubili, deci sunt grupați și sub reacții de precipitare.

O reacție de ardere este o redox exoterm reacție chimică în care un combustibil reacționează cu oxigenul pentru a produce produse gazoase. Deși este inițiat de obicei de o formă de energie, cum ar fi utilizarea unui chibrit aprins pentru a aprinde un foc, căldura eliberată furnizează energie pentru susținerea reacției.

O reacție completă de ardere apare atunci când există oxigen în exces și produce în principal oxizi obișnuiți, cum ar fi dioxidul de carbon și dioxidul de sulf. Pentru a asigura o combustie completă, oxigenul prezent trebuie să fie de două sau trei ori cantitatea teoretică calculată prin stoichiometrie. O combustie completă a unei hidrocarburi poate fi exprimată sub forma:

4C_XH_y + (4x + y) O₂ -> 4xCO₂ + 2yH₂O + căldură

Arderea metanului, care este o hidrocarbură saturată, eliberează căldură substanțială (891 kJ / mol) și poate fi rezumată prin ecuație după cum urmează:

CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂O + căldură

Naftalina este un alt exemplu de hidrocarbură, iar arderea sa completă generează, de asemenea, dioxid de carbon, apă și căldură.

C₁₀H₈ + 12O₂ -> 10CO₂ + 4H₂O + căldură

Alcoolii pot servi și ca sursă de combustibil pentru combustie, cum ar fi metanolul.

CH₃OH + O₂ -> CO₂ + 2H₂O + căldură

O combustie incompletă are loc atunci când nu există suficient oxigen pentru a reacționa complet cu combustibilul pentru a produce dioxid de carbon și apă. Un astfel de exemplu este atunci când metanul este ars într-o cantitate limitată de oxigen pentru a produce o combinație de monoxid de carbon, dioxid de carbon, cenușă de carbon și apă. Poate fi exprimat prin ecuațiile de mai jos, aranjate după cantitatea de oxigen prezentă.

Putin oxigen:

CH₄ + O₂ -> C + 2H₂O

Un pic de oxigen:

2CH₄ + 3O₂ -> 2CO + 4H₂O

Mai mult, dar nu suficient oxigen:

4CH₄ + 7O₂ -> 2CO + 2CO₂ + 8H₂O

Prea mult monoxid de carbon poate duce la otrăvirea aerului, deoarece se combină cu hemoglobina pentru a forma carboxihemoglobina și îi reduce capacitatea de a furniza oxigen. Prin urmare, este important să se asigure arderea completă a combustibilului pentru uz casnic și industrial.

Reacția acid-bazică este o reacție între un acid și o bază, iar apa este unul dintre produse. Este un tip special de reacție cu dublă deplasare (locurile de comutare A și B) și aceste exemple de reacții chimice sunt scrise ca:

HA + BOH -> BA + H₂O

Un exemplu simplu de reacție acid-bazică este atunci când un antiacid (hidroxid de calciu) neutralizează acidul din stomac (acidul clorhidric).

Ca (OH)₂ + 2HCl -> CaCl₂ + 2H₂O

Un alt exemplu este reacția oțetului (acid acetic) cu bicarbonat de sodiu (bicarbonat de sodiu). În acest proces, se formează apă și dioxid de carbon, dar nu se eliberează căldură, deci nu este o reacție de ardere.

CH₃COOH + NaHCO₃ -> CH₃COONa + H₂O + CO₂