Химические реакции разрывают существующие молекулярные химические связи, и в результате образуются новые связи. Типичные химические реакции включают горение, восстановление и осаждение. Во время этих химических реакций исходные молекулы распадаются и образуют новые связи, чтобы произвести различные материалы. Иногда достаточно соединить два вещества, чтобы началась химическая реакция, но часто требуется внешний стимул, например нагревание веществ. Каждая химическая реакция представляет собой сложное взаимодействие молекулярного притяжения, уровней энергии и внешних воздействий.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Химические реакции создают и разрывают химические связи между молекулами, в результате чего в качестве продуктов химической реакции образуются новые материалы. Химические реакции могут происходить спонтанно или требовать внешнего триггера, такого как подвод энергии. Разрыв химических связей поглощает энергию, а создание новых связей высвобождает энергию, при этом общая химическая реакция является эндотермической или экзотермической.
Химические связи и уровни энергии
В основе всех химических реакций лежит разрыв связей, или распад, и создание связей, или синтез. Разложение требует энергии, потому что химические связи изначально стабильны, а для их разрыва требуется энергия. Молекулы в связи имеют более низкий уровень энергии, чем свободные молекулы; добавление энергии позволяет им вырваться на свободу.
Синтез высвобождает энергию, потому что молекулы связываются, образуя стабильную конфигурацию, и, следовательно, отдают энергию. Связанные молекулы имеют более низкий уровень энергии, чем свободные молекулы, и удерживаются новой связью.
Общая химическая реакция, которая разрывает связи и образует новые, может быть эндотермической (поглощение тепла) или экзотермической. (выделяя тепло), в зависимости от того, сколько энергии поглощается и производится при разложении и синтезе реакции. Некоторые реакции производят тепло в целом, в то время как другие либо поглощают тепло из окружающей среды, либо требуют добавления внешнего тепла для завершения реакции. В нормальных условиях в стабильной окружающей среде для начала химической реакции требуется внешний стимул.
Эндотермические реакции
Поскольку для разрыва химических связей и начала химических реакций требуется энергия, немногие эндотермические реакции происходят сами по себе. Процесс обычно требует затрат энергии, чтобы начать реакцию и поддерживать ее. Даже реакции, которые в целом являются экзотермическими, могут потребовать ввода энергии в начале для разрыва некоторых связей.
Реакции разложения представляют собой простые эндотермические реакции и требуют затрат энергии. Например, при нагревании оксида ртути образуется ртуть и кислород. Могут происходить более сложные эндотермические реакции, если они могут использовать тепло из окружающей среды. Например, твердые гидроксид бария и хлорид аммония вступают в эндотермическую реакцию при комнатной температуре с образованием хлорида бария и аммиака при гораздо более низкой температуре. Реакция забирает тепло от самих материалов, их контейнера и окружающего воздуха.
Экзотермические реакции
Реакции, которые вызывают общий избыток тепла, более распространены, потому что они имеют тенденцию быть самоподдерживающимися. В реакциях синтеза выделяется тепло, поэтому для их протекания не требуется внешний источник тепла. Например, добавление небольшого количества натрия к воде дает гидроксид натрия и водород во взрывоопасной экзотермической реакции. Реакция начинается самопроизвольно и продолжается до тех пор, пока не израсходуется один из реагентов. Обычно при этом выделяется столько тепла, что водород сгорает вместе с кислородом воздуха, образуя воду.
Сложные реакции, которые основаны как на разрыве, так и на образовании химических связей, часто требуют для запуска внешнего источника энергии, но в этом случае являются самоподдерживающимися. Например, для сжигания углеводородов требуется источник тепла, чтобы разорвать первые несколько связей. Обычно материалы, содержащие углеводороды, такие как древесина или мазут, нуждаются в спичке или искре для разложения некоторых связей. Как только начинается образование новых связей с выделением тепла, реакция продолжается с образованием диоксида углерода и водяного пара.
Многие общепромышленные и коммерческие процессы основаны на химических реакциях, особенно экзотермических самоподдерживающихся. Насколько они полезны и сколько работы они выполняют, зависит от типов материалов, которые вступают в реакцию, а также от химических связей, которые разрушаются и реформируются.