Хемијске реакције су суштински део технологије и доприносе разним људским активностима које су део нашег свакодневног живота. Примери хемијских реакција са којима се свакодневно сусрећемо укључују сагоревање горива и прављење вина и пива. Хемијске реакције су такође широко присутне у природи, од хемијског временског утицаја стена, фотосинтезе у биљкама и процеса дисања код животиња.
У ширем аспекту постоје три врсте реакција: физички, хемијски и нуклеарни. Хемијске реакције могу се даље поделити у многе категорије. Шест уобичајених врсте хемијских реакција су: синтеза, разградња, једноструко померање, двоструко померање, сагоревање и киселинско-базне реакције. Научници их класификују на основу онога што се дешава када се од реактаната пређе у производе. Ово је корисно у предвиђању реактивности реагенса и продуката насталих из реакција.
Врсте реакција
А. хемијска реакција је поступак у којем се једна или више супстанци, реактаната, подвргава хемијској трансформацији да би се створила једна или више различитих супстанци, производа. То је процес који укључује преуређивање саставних атома реактаната да би се створили производи, без промене језгара атома.
На пример, у процесу који се користи за производњу соде и селцера, угљен-диоксид се под притиском мехури у воду и формира ново једињење познато као угљена киселина (Х2ЦО3). Овом једначином знате да се догодила хемијска реакција.
ЦО2(г) + Х2О (л) -> Х.2ЦО3(ак)
А. физичка реакција разликује се од хемијске реакције. Физичке промене укључују само промену стања, на пример, замрзавање воде у лед и сублимацију сувог леда у угљен-диоксид. У оба сценарија, хемијски идентитет реактаната, Х.2О и ЦО2, није се променио. Производи су и даље састављени од истих једињења као и реактанти.
Х.2О (л) -> Х.2О
ЦО2(с) -> ЦО2(г)
А. нуклеарна реакција такође се разликује од хемијске реакције. Укључује судар два језгра да би се створио један или више нуклида који се разликују од матичних језгара. На пример, Ернест Рутхерфорд је извео прву вештачку трансмутацију излажући гас азота алфа честицама, формирајући изотоп 17О и избацивање протона у овом процесу. Елемент у реактанту се променио, па је дошло до реакције.
14Н + α -> 17О + п
Врсте хемијских реакција
Најчешћи типови хемијских реакција су синтеза, разградња, једноструко померање, двоструко померање, сагоревање и киселинско-базна киселина. Међутим, таква категоризација није искључива. На пример, киселинско-базна реакција се такође може класификовати као реакција двоструког премештања.
Реакција синтезе
Реакција синтезе је она у којој су две или више супстанци комбиновани да се формира сложенији. Хемијска једначина за општи облик реакције синтезе је следећа:
А + Б -> АБ
Један пример реакције синтезе је комбинација гвожђа (Фе) и сумпора (С) да би се добио жељезни сулфид.
Фе (с) + С (с) -> ФеС (с)
Други пример је када се натријум и гас хлора комбинују да би се добио сложенији молекул, натријум хлорид.
2На (с) + Цл2(г) -> 2НаЦл (с)
Реакција разлагања
Реакција разградње делује потпуно супротно реакцији синтезе. То је реакција када сложенија супстанца распада се у једноставније. Општи облик реакције разградње може се записати као:
АБ -> А + Б.
Пример реакције разградње је електролиза воде да би се добио водоник и кисеоник.
Х.2О (л) -> Х.2(г) + О.2(г)
Разградња такође може бити термичка, попут конверзије угљене киселине у воду и угљен-диоксида под условима загревања. Често се среће у газираним пићима.
Х.2ЦО3(ак) -> Х.2О (л) + ЦО2(г)
Реакција појединачног померања
Такође позната као реакција једноструке замене, реакција појединачног померања је када чисти елемент замењује места са другим елементом у једињењу. То је у општем облику:
А + БЦ -> АЦ + Б.
Многи метали могу реаговати са јаком киселином. На пример, магнезијум реагује са хлороводоничном киселином да би створио гас водоник и магнезијум хлорид. У овој реакцији магнезијум замењује места са водоником у хлороводоничној киселини.
Мг (с) + 2ХЦл (вод.) -> Х2(г) + МгЦл2(ак)
Магнезијум такође може да реагује са водом да би створио магнезијум хидроксид и гас водоника.
Мг (с) + 2Х2О (л) -> Х.2(г) + Мг (ОХ)2(ак)
Двоструко померање
Друга врста хемијских реакција је двоструко померање, у коме се катиони два реактанта замењују и формирају два потпуно различита производа. Општи облик ове реакције је:
АБ + ЦД -> АД + ЦБ
Један пример реакције двоструког истискивања је када баријум хлорид реагује са магнезијум сулфатом да би се добио баријум сулфат и магнезијум хлорид. У овој реакцији, катиони баријума и магнезијума у реактантима замењују места новим једињењима баријума и магнезијума.
БаЦл2 + МгСО4 -> БаСО4 + МгЦл2
Други пример је реакција оловног нитрата са калијум јодидом да би се добио оловни јодид и калијум нитрат.
Пб (НО3)2 + 2КИ -> ПбИ2 + 2КНО3
У оба случаја реакција ствара талог (БаСО4 и ПбИ2) из два растворљива реактанта, па су такође груписани под реакцијама падавина.
Реакција сагоревања
Реакција сагоревања је ан егзотермни редокс хемијска реакција где гориво реагује са кисеоником дајући гасовите производе. Иако га обично покреће облик енергије, на пример коришћење запаљене шибице за паљење ватре, ослобођена топлота даје енергију за одржавање реакције.
Комплетна реакција сагоревања се дешава када је присутан вишак кисеоника и даје првенствено уобичајене оксиде попут угљен-диоксида и сумпор-диоксида. Да би се обезбедило потпуно сагоревање, присутни кисеоник мора бити два пута или три пута већи од теоријске количине израчунате стехиометријом. Потпуно сагоревање угљоводоника може се изразити у облику:
4ЦИксХ.г. + (4к + и) О.2 -> 4кЦО2 + 2иХ2О + топлота
Сагоревањем метана, који је засићени угљоводоник, ослобађа се значајна топлота (891 кЈ / мол) и може се резимирати једначином на следећи начин:
ЦХ4 + 2О2 -> ЦО2 + 2Х2О + топлота
Нафтален је још један пример угљоводоника и његово потпуно сагоревање такође ствара угљен-диоксид, воду и топлоту.
Ц.10Х.8 + 12О2 -> 10ЦО2 + 4Х2О + топлота
Алкохоли такође могу послужити као извор горива за сагоревање, попут метанола.
ЦХ3ОХ + О2 -> ЦО2 + 2Х2О + топлота
До непотпуног сагоревања долази када нема довољно кисеоника да у потпуности реагује са горивом за производњу угљен-диоксида и воде. Такав пример је када се метан сагорева у ограниченом дотоку кисеоника да би се добила комбинација угљен-моноксида, угљен-диоксида, угљеничног пепела и воде. Може се изразити једначинама доле, распоређеним према количини присутног кисеоника.
Мало кисеоника:
ЦХ4 + О.2 -> Ц + 2Х2О.
Нешто кисеоника:
2ЦХ4 + 3О2 -> 2ЦО + 4Х2О.
Више, али недовољно кисеоника:
4ЦХ4 + 7О2 -> 2ЦО + 2ЦО2 + 8Х2О.
Превише угљен-моноксида може резултирати тровањем ваздухом, јер се он комбинује са хемоглобином и формира карбоксихемоглобин и смањује његову способност испоруке кисеоника. Због тога је важно осигурати потпуно сагоревање горива за кућну и индустријску употребу.
Киселинско-базна реакција
Кисело-базна реакција је реакција између киселине и базе, а вода је један од производа. То је посебна врста реакције двоструког померања (места замене А и Б) и ови примери хемијске реакције написани су као:
ХА + БОХ -> БА + Х.2О.
Једноставан пример киселинско-базне реакције је када антацид (калцијум хидроксид) неутралише желудачну киселину (хлороводонична киселина).
Ца (ОХ)2 + 2ХЦл -> ЦаЦл2 + 2Х2О.
Други пример је реакција сирћета (сирћетне киселине) са содом бикарбоном (натријум бикарбонат). У овом процесу настају вода и угљен-диоксид, али се не ослобађа топлота, па то није реакција сагоревања.
ЦХ3ЦООХ + НаХЦО3 -> ЦХ3ЦООНа + Х.2О + ЦО2