Hur man identifierar de 6 typerna av kemiska reaktioner

Kemiska reaktioner är en viktig del av tekniken och bidrar till olika mänskliga aktiviteter som ingår i våra dagliga liv. Exempel på kemiska reaktioner som vi möter varje dag är bränning av bränslen och tillverkning av vin och öl. Kemiska reaktioner är också allmänt närvarande i naturen, från kemisk vittring av stenar, fotosyntes i växter och andningsprocessen hos djur.

I den bredare aspekten finns det tre typer av reaktioner: fysikaliska, kemiska och kärnkraftiga. Kemiska reaktioner kan ytterligare delas in i många kategorier. Sex vanliga typer av kemiska reaktioner är: syntes, sönderdelning, enkelförskjutning, dubbelförskjutning, förbränning och syrabasreaktioner. Forskare klassificerar dem utifrån vad som händer när man går från reaktanter till produkter. Detta är till hjälp för att förutsäga reaktiviteten hos reagens och de produkter som bildas från reaktionerna.

A kemisk reaktion är en process där en eller flera substanser, reaktanterna, genomgår kemisk transformation för att bilda en eller flera olika substanser, produkterna. Det är en process som involverar omläggning av de ingående atomerna i reaktanterna för att bilda produkter utan att förändra atomernas kärnor.

I en process som används för att tillverka soda och seltzer bubblas till exempel koldioxid i vatten under tryckförhållanden och bildar en ny förening som kallas kolsyra (H₂CO₃). Genom denna ekvation vet du att en kemisk reaktion har inträffat.

CO₂(g) + H₂O (l) -> H₂CO₃(aq)

A fysisk reaktion skiljer sig från en kemisk reaktion. Fysiska förändringar innefattar endast tillståndsförändring, till exempel frysning av vatten till is och sublimering av torris till koldioxid. I båda scenarierna är den kemiska identiteten hos reaktanter, H₂O och CO₂, ändrades inte. Produkterna består fortfarande av samma föreningar som reaktanterna.

H₂O (l) -> H₂O (s)

CO₂(s) -> CO₂(g)

A kärnreaktion skiljer sig också från en kemisk reaktion. Det innebär kollision mellan två kärnor för att bilda en eller flera nuklider som skiljer sig från moderkärnor. Till exempel utförde Ernest Rutherford den första artificiella transmutationen genom att exponera kvävgas för alfapartiklar och bilda isotopen ¹⁷O och mata ut en proton i denna process. Elementet i reaktanten förändrades och därmed hade en reaktion ägt rum.

¹⁴N + a -> ¹⁷O + p

De vanligaste typerna av kemiska reaktioner är syntes, sönderdelning, enkelförskjutning, dubbelförskjutning, förbränning och syrabas. En sådan kategorisering är dock inte exklusiv. Till exempel kan en syrabasreaktion också klassificeras som en dubbelförskjutningsreaktion.

En syntesreaktion är en där två eller flera ämnen finns kombinerad för att bilda en mer komplex. Den kemiska ekvationen för en allmän form av syntesreaktion är som följer:

A + B -> AB

Ett exempel på en syntesreaktion är kombinationen av järn (Fe) och svavel (S) för att bilda järnsulfid.

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

Ett annat exempel är när natrium och klorgas kombineras för att producera en mer komplex molekyl, natriumkloriden.

2Na (s) + Cl₂(g) -> 2NaCl (s)

En nedbrytningsreaktion fungerar tvärtom mot en syntesreaktion. Det är en reaktion där en mer komplex substans går sönder till enklare. En allmän form av en sönderdelningsreaktion kan skrivas som:

AB -> A + B.

Ett exempel på en sönderdelningsreaktion är elektrolys av vatten för att bilda väte och syrgas.

H₂O (l) -> H₂(g) + O₂(g)

Sönderdelning kan också vara termisk, såsom omvandling av kolsyra till vatten och koldioxid under upphettningsförhållanden. Det ses vanligtvis i kolsyrade drycker.

H₂CO₃(aq) -> H₂O (l) + CO₂(g)

Även känd som den enda ersättningsreaktionen, är den enda förskjutningsreaktionen när ett rent element byter plats med ett annat element i en förening. Det är i allmän form:

A + BC -> AC + B.

Många metaller kan reagera med en stark syra. Till exempel reagerar magnesium med saltsyra för att bilda vätgas och magnesiumklorid. I denna reaktion byter magnesium plats med väte i saltsyra.

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

Magnesium kan också reagera med vatten för att generera magnesiumhydroxid och vätgas.

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

En annan typ av kemiska reaktioner är dubbelförskjutning, där katjonerna hos de två reaktanterna byter plats för att bilda två helt olika produkter. En allmän form av denna reaktion är:

AB + CD -> AD + CB

Ett exempel på en dubbelförskjutningsreaktion är när bariumklorid reagerar med magnesiumsulfat för att bilda bariumsulfat och magnesiumklorid. I denna reaktion växlar barium- och magnesiumkatjoner i reaktanterna till nya barium- och magnesiumföreningar.

BaCl₂ + MgSO₄ -> BaSO₄ + MgCl₂

Ett annat exempel är reaktionen av blynitrat med kaliumjodid för att bilda blyjodid och kaliumnitrat.

Pb (NO₃)₂ + 2KI -> PbI₂ + 2KNO₃

I båda fallen genererar reaktionen en fällning (BaSO₄ och PbI₂från två lösliga reaktanter, så de grupperas också under utfällningsreaktioner.

En förbränningsreaktion är en exoterm redox kemisk reaktion där ett bränsle reagerar med syre för att producera gasformiga produkter. Även om det vanligtvis initieras av en form av energi, som att använda en tänd tändsticka för att tända en eld, ger den frisatta värmen energi för att upprätthålla reaktionen.

En fullständig förbränningsreaktion inträffar när överskott av syre är närvarande och ger främst vanliga oxider såsom koldioxid och svaveldioxid. För att säkerställa fullständig förbränning måste syre som är närvarande vara två eller tre gånger den teoretiska mängden beräknad genom stökiometri. En fullständig förbränning av ett kolväte kan uttryckas i formen:

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

Förbränning av metan, som är ett mättat kolväte, frigör väsentlig värme (891 kJ / mol) och kan sammanfattas av ekvationen enligt följande:

CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂O + värme

Naftalen är ett annat exempel på kolväte och dess fullständiga förbränning genererar också koldioxid, vatten och värme.

C₁₀H₈ + 12O₂ -> 10CO₂ + 4H₂O + värme

Alkoholer kan också tjäna som en källa för bränsle för förbränning, såsom metanol.

CH₃OH + O₂ -> CO₂ + 2H₂O + värme

En ofullständig förbränning inträffar när det inte finns tillräckligt med syre för att reagera helt med bränslet för att producera koldioxid och vatten. Ett sådant exempel är när metan bränns i en begränsad syretillförsel för att producera en kombination av kolmonoxid, koldioxid, kolaska och vatten. Det kan uttryckas med ekvationerna nedan, ordnade efter mängden syre närvarande.

Lite syre:

CH₄ + O₂ -> C + 2H₂O

Lite syre:

2CH₄ + 3O₂ -> 2CO + 4H₂O

Mer men inte tillräckligt med syre:

4CH₄ + 7O₂ -> 2CO + 2CO₂ + 8H₂O

För mycket kolmonoxid kan leda till luftförgiftning eftersom det kombineras med hemoglobin för att bilda karboxihemoglobin och minskar dess förmåga att leverera syre. Därför är det viktigt att säkerställa fullständig förbränning av bränsle för hushållsbruk och industriellt bruk.

Syrabasreaktionen är en reaktion mellan en syra och en bas, och vatten är en av produkterna. Det är en speciell typ av dubbelförskjutningsreaktion (A och B växlar) och dessa kemiska reaktionsexempel är skrivna som:

HA + BOH -> BA + H₂O

Ett enkelt exempel på en syrabasreaktion är när ett antacida (kalciumhydroxid) neutraliserar magsyra (saltsyra).

Ca (OH)₂ + 2HCl -> CaCl₂ + 2H₂O

Ett annat exempel är reaktionen av ättika (ättiksyra) med natron (natriumbikarbonat). I denna process bildas vatten och koldioxid men ingen värme frigörs, så det är ingen förbränningsreaktion.

CH₃COOH + NaHCO₃ -> CH₃COONa + H₂O + CO₂