Kemiska reaktioner bryter upp befintliga molekylära kemiska bindningar och nya bindningar bildas som ett resultat. Typiska kemiska reaktioner inkluderar förbränning, reduktion och utfällning. Under dessa kemiska reaktioner bryts de ursprungliga molekylerna från varandra och bildar nya bindningar för att producera olika material. Ibland räcker det att föra samman två ämnen för att en kemisk reaktion ska börja, men ofta krävs en extern stimulans som att värma upp ämnena. Varje kemisk reaktion är en komplex interaktion mellan molekylär attraktion, energinivåer och yttre påverkan.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Kemiska reaktioner skapar och bryter de kemiska bindningarna mellan molekyler, vilket resulterar i nya material som produkter för den kemiska reaktionen. Kemiska reaktioner kan inträffa spontant eller kräva en utlösare som tillför energi. Att bryta kemiska bindningar absorberar energi, medan nya bindningar frigör energi, med den totala kemiska reaktionen som är endoterm eller exoterm.
Kemiska obligationer och energinivåer
Grunden för alla kemiska reaktioner är brytningen av bindningar, eller nedbrytning, och skapandet av bindningar, eller syntes. Nedbrytning kräver energi eftersom de kemiska bindningarna initialt är stabila och energi krävs för att bryta isär dem. Molekylerna i bindningen har en lägre energinivå än fria molekyler; genom att lägga till energi kan de bryta sig loss.
Syntes frigör energi eftersom molekylerna binder för att bilda en stabil konfiguration och därför ger upp energi. De bundna molekylerna har en lägre energinivå än fria molekyler och hålls i den nya bindningen.
En övergripande kemisk reaktion som bryter bindningar och bildar nya kan vara endoterm (absorberande värme) eller exoterm (släpper ut värme), beroende på hur mycket energi som absorberas och produceras genom nedbrytning och syntes reaktioner. Vissa reaktioner producerar värme totalt sett, medan andra antingen absorberar värme från sin omgivning eller kräver tillsats av yttre värme för att slutföra reaktionen. Under normala förhållanden i stabila omgivningar behöver en kemisk reaktion en extern stimulans för att starta.
Endotermiska reaktioner
Eftersom det tar energi att bryta kemiska bindningar och starta kemiska reaktioner, inträffar få endotermiska reaktioner av sig själva. Processen tar vanligtvis en energiinmatning för att starta reaktionen och för att upprätthålla den. Även reaktioner som övergripande är exoterma kan behöva tillföras energi i början för att bryta några av bindningarna.
Sönderdelningsreaktioner är enkla endotermiska reaktioner och kräver energiintag. Till exempel producerar kvicksilveroxid kvicksilver och syre. Endotermiska reaktioner som är mer komplicerade kan äga rum om de kan använda värme från sin omgivning. Till exempel reagerar de fasta ämnena bariumhydroxid och ammoniumklorid i en endoterm reaktion vid rumstemperatur för att producera bariumklorid och ammoniak vid en mycket kallare temperatur. Reaktionen tar värme från själva materialen, deras behållare och den omgivande luften.
Exoterma reaktioner
Reaktioner som genererar ett överskott av värme totalt sett är vanligare eftersom de tenderar att vara självbärande. Syntesreaktioner producerar värme, så de behöver inte en extern värmekälla för att fortsätta. Till exempel ger tillsats av en liten mängd natrium till vatten natriumhydroxid och väte i en explosiv exoterm reaktion. Reaktionen startar spontant och fortsätter tills en av reaktanterna är förbrukade. Det producerar vanligtvis så mycket värme att väte brinner med luftens syre för att bilda vatten.
Komplexa reaktioner som förlitar sig på både att bryta och bilda kemiska bindningar behöver ofta en extern energiinmatning för att starta men är då självförsörjande. Till exempel kräver förbränningen av kolväten en värmekälla för att bryta de första bindningarna. Normalt behöver material som innehåller kolväten, såsom trä eller eldningsolja, en tändsticka eller en gnista för att sönderdela några av bindningarna. När bildandet av nya bindningar med värmeproduktionen börjar fortsätter reaktionen och producerar koldioxid och vattenånga.
Många vanliga industriella och kommersiella processer är beroende av kemiska reaktioner, särskilt exoterma självbärande. Hur användbara de är och hur mycket arbete de gör beror på vilken typ av material som reagerar och de kemiska bindningarna som går sönder och reformeras.