Chemické reakcie sú nevyhnutnou súčasťou technológie a prispievajú k rôznym ľudským činnostiam, ktoré sú súčasťou nášho každodenného života. Medzi príklady chemických reakcií, s ktorými sa každodenne stretávame, patrí spaľovanie palív a výroba vína a piva. V prírode sú tiež široko prítomné chemické reakcie, napríklad chemické zvetrávanie hornín, fotosyntéza rastlín a proces dýchania zvierat.
V širšom aspekte sú tri typy reakcií: fyzikálne, chemické a jadrové. Chemické reakcie možno ďalej rozdeliť do mnohých kategórií. Šesť bežných typy chemických reakcií sú: syntéza, rozklad, jedno-, dvoj-, dvoj-, spaľovacie a acidobázické reakcie. Vedci ich klasifikujú na základe toho, čo sa stane pri prechode od reaktantov k produktom. To je užitočné pri predpovedaní reaktivity reagencií a produktov vznikajúcich z reakcií.
Typy reakcií
A chemická reakcia je proces, pri ktorom jedna alebo viac látok, reaktantov, prechádza chemickou transformáciou za vzniku jednej alebo viacerých rôznych látok, produktov. Je to proces, ktorý zahŕňa preusporiadanie základných atómov reaktantov za vzniku produktov bez zmeny jadier atómov.
Napríklad v procese používanom na výrobu sódy a seltzeru prebubláva oxid uhličitý do vody za tlaku a vytvára novú zlúčeninu známu ako kyselina uhličitá (H2CO3). Podľa tejto rovnice viete, že došlo k chemickej reakcii.
CO2(g) + H2O (l) -> H2CO3(aq)
A fyzická reakcia sa líši od chemickej reakcie. Fyzické zmeny zahŕňajú iba zmenu skupenstva, napríklad zmrazenie vody na ľad a sublimáciu suchého ľadu na oxid uhličitý. V obidvoch scenároch bola chemická identita reaktantov, H2O a CO2, nezmenilo sa. Produkty sú stále tvorené rovnakými zlúčeninami ako reaktanty.
H2O (l) -> H2O (s)
CO2(s) -> CO2g)
A jadrová reakcia sa tiež líši od chemickej reakcie. Zahŕňa kolíziu dvoch jadier za vzniku jedného alebo viacerých nuklidov, ktoré sa líšia od pôvodných jadier. Napríklad Ernest Rutherford uskutočnil prvú umelú transmutáciu vystavením plynného dusíka časticiam alfa, pričom vytvoril izotop 17O a vysunutie protónu v tomto procese. Element v reaktante sa zmenil, takže došlo k reakcii.
14N + α -> 17O + str
Druhy chemických reakcií
Najbežnejšími typmi chemických reakcií sú syntéza, rozklad, jedno vytesnenie, dvojité vytesnenie, spaľovanie a acidobáza. Takáto kategorizácia však nie je výlučná. Napríklad acidobázickú reakciu možno klasifikovať ako reakciu s dvojitým vytesnením.
Syntetická reakcia
Syntetická reakcia je taká, v ktorej sú dve alebo viac látok kombinovane vytvoriť zložitejšiu. Chemická rovnica pre všeobecnú formu syntéznej reakcie je nasledovná:
A + B -> AB
Jedným príkladom syntéznej reakcie je kombinácia železa (Fe) a síry (S) za vzniku sulfidu železa.
Fe (y) + S (y) -> FeS (y)
Ďalším príkladom je, keď sa kombinuje plynný sodík a chlór, aby sa vytvorila zložitejšia molekula, chlorid sodný.
2Na (s) + Cl2(g) -> 2NaCl (s)
Reakcia rozkladu
Reakcia rozkladu funguje úplne opačne ako reakcia syntéza. Jedná sa o reakciu, kde je zložitejšia látka rozpadne sa na jednoduchšie. Všeobecnú formu rozkladnej reakcie možno napísať ako:
AB -> A + B
Príkladom rozkladnej reakcie je elektrolýza vody na vodík a plynný kyslík.
H2O (l) -> H2(g) + O.2g)
Rozklad môže byť tiež tepelný, ako je napríklad premena kyseliny uhličitej na vodu a oxid uhličitý za zahrievania. To je bežne vidieť v sýtených nápojoch.
H2CO3(aq) -> H2O (l) + CO2g)
Reakcia s jedným posunom
Reakcia s jednoduchým posuvom, známa tiež ako jednoduchá náhradná reakcia, je, keď čistý prvok prepína miesta s iným prvkom v zlúčenine. Má všeobecnú formu:
A + BC -> AC + B
Mnoho kovov môže reagovať so silnou kyselinou. Napríklad horčík reaguje s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku plynného vodíka a chloridu horečnatého. V tejto reakcii horčík prepína miesta s vodíkom v kyseline chlorovodíkovej.
Mg (s) + 2HCI (vodný) -> H2(g) + MgCl2(aq)
Horčík môže tiež reagovať s vodou a vytvárať hydroxid horečnatý a plynný vodík.
Mg (s) + 2H2O (l) -> H2(g) + Mg (OH)2(aq)
Zdvojené premiestnenie
Ďalším typom chemických reakcií je dvojité vytesnenie, pri ktorom katióny týchto dvoch reaktantov prepínajú miesta a vytvárajú dva úplne odlišné produkty. Všeobecná forma tejto reakcie je:
AB + CD -> AD + CB
Jedným príkladom reakcie s dvojitým vytesnením je, keď chlorid bárnatý reaguje so síranom horečnatým za vzniku síranu bárnatého a chloridu horečnatého. V tejto reakcii katióny bária a horčíka v reaktantoch menia miesta na nové zlúčeniny bária a horčíka.
BaCl2 + MgSO4 -> BaSO4 + MgCl2
Ďalším príkladom je reakcia dusičnanu olovnatého s jodidom draselným za vzniku jodidu olovnatého a dusičnanu draselného.
Pb (č3)2 + 2 kB -> PbI2 + 2KNO3
V obidvoch prípadoch sa pri reakcii vytvorí zrazenina (BaSO4 a PbI2) z dvoch rozpustných reaktantov, takže sú tiež zoskupené pri zrážacích reakciách.
Spaľovacia reakcia
Spaľovacia reakcia je exotermický redox chemická reakcia, pri ktorej palivo reaguje s kyslíkom za vzniku plynných produktov. Aj keď je to zvyčajne iniciované formou energie, ako je napríklad použitie zapálenej zápalky na zapálenie ohňa, uvoľnené teplo poskytuje energiu na udržanie reakcie.
Úplná spaľovacia reakcia nastáva, keď je prítomný prebytok kyslíka, a poskytuje predovšetkým bežné oxidy, ako je oxid uhličitý a oxid siričitý. Aby sa zabezpečilo úplné spaľovanie, musí byť prítomný kyslík dvojnásobný alebo trojnásobok teoretického množstva vypočítaného stechiometriou. Úplné spálenie uhľovodíka možno vyjadriť vo forme:
4CXHr + (4x + y) O2 -> 4xCO2 + 2r2O + teplo
Spaľovanie metánu, ktorý je nasýteným uhľovodíkom, uvoľňuje značné teplo (891 kJ / mol) a možno ho zhrnúť takto:
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + teplo
Naftalén je ďalším príkladom uhľovodíkov a jeho úplným spaľovaním sa vytvára aj oxid uhličitý, voda a teplo.
C.10H8 + 12O2 -> 10CO2 + 4H2O + teplo
Alkoholy môžu slúžiť aj ako zdroj paliva na spaľovanie, napríklad metanol.
CH3OH + O2 -> CO2 + 2H2O + teplo
K nedokonalému spaľovaniu dochádza, keď nie je dostatok kyslíka na úplnú reakciu s palivom na produkciu oxidu uhličitého a vody. Ide napríklad o prípad, keď je metán spaľovaný pri obmedzenom prísune kyslíka za vzniku kombinácie oxidu uhoľnatého, oxidu uhličitého, popolčeka a vody. Môže to byť vyjadrené nižšie uvedenými rovnicami usporiadanými podľa množstva prítomného kyslíka.
Málo kyslíka:
CH4 + O.2 -> C + 2H2O
Niektoré kyslíka:
2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O
Viac, ale málo kyslíka:
4CH4 + 7O2 -> 2CO + 2CO2 + 8 H2O
Príliš veľa oxidu uhoľnatého môže mať za následok otravu vzduchom, pretože v kombinácii s hemoglobínom vytvára karboxyhemoglobín a znižuje jeho schopnosť dodávať kyslík. Preto je dôležité zabezpečiť úplné spaľovanie paliva pre domáce a priemyselné použitie.
Acidobázická reakcia
Acidobázická reakcia je reakcia medzi kyselinou a zásadou a jedným z produktov je voda. Je to špeciálny typ reakcie s dvojitým posunom (prepínacie miesta A a B) a tieto príklady chemických reakcií sú napísané ako:
HA + BOH -> BA + H2O
Jednoduchým príkladom acidobázickej reakcie je, keď antacidum (hydroxid vápenatý) neutralizuje žalúdočnú kyselinu (kyselinu chlorovodíkovú).
Ca (OH)2 + 2HCl -> CaCl2 + 2H2O
Ďalším príkladom je reakcia octu (kyseliny octovej) so sódou bikarbónou (hydrogenuhličitan sodný). Pri tomto procese vzniká voda a oxid uhličitý, ale neuvoľňuje sa žiadne teplo, nejde teda o spaľovaciu reakciu.
CH3COOH + NaHCO3 -> CH3COONa + H2O + CO2
