ปฏิกิริยาเคมีเป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยี ซึ่งเอื้อต่อกิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์ที่เป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวันของเรา ตัวอย่างของปฏิกิริยาเคมีที่เราพบทุกวัน ได้แก่ การเผาไหม้เชื้อเพลิง การผลิตไวน์และเบียร์ ปฏิกิริยาเคมียังพบเห็นได้ทั่วไปในธรรมชาติ ตั้งแต่การผุกร่อนทางเคมีของหิน การสังเคราะห์แสงในพืช และกระบวนการหายใจในสัตว์
ในมุมกว้างมีสาม ประเภทของปฏิกิริยา: กายภาพ เคมี และนิวเคลียร์ ปฏิกิริยาเคมีสามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภทเพิ่มเติม หกธรรมดา ประเภทของปฏิกิริยาเคมี ได้แก่ การสังเคราะห์ การสลายตัว การกระจัดเดี่ยว การแทนที่สองครั้ง การเผาไหม้ และปฏิกิริยากรด-เบส นักวิทยาศาสตร์จำแนกพวกมันตามสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเปลี่ยนจากสารตั้งต้นเป็นผลิตภัณฑ์ สิ่งนี้มีประโยชน์ในการทำนายปฏิกิริยาของรีเอเจนต์และผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา
ประเภทของปฏิกิริยา
อา ปฏิกิริยาเคมี เป็นกระบวนการที่สารหนึ่งตัวหรือมากกว่า สารตั้งต้น ผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเพื่อสร้างสารที่ต่างกันตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไป ผลิตภัณฑ์ เป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการจัดเรียงใหม่ของอะตอมที่เป็นส่วนประกอบของสารตั้งต้นเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์โดยไม่ต้องเปลี่ยนนิวเคลียสของอะตอม
ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการที่ใช้ในการผลิตโซดาและโซดาไฟ คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกทำให้เป็นฟองลงไปในน้ำภายใต้สภาวะที่มีแรงดันและสร้างสารประกอบใหม่ที่เรียกว่ากรดคาร์บอนิก (H2CO3). จากสมการนี้ คุณจะรู้ว่ามีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น
CO2(g) + H2O(l) —> H2CO3(aq)
อา ปฏิกิริยาทางกายภาพ แตกต่างจากปฏิกิริยาเคมี การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสถานะเท่านั้น ตัวอย่างเช่น การแช่แข็งของน้ำเป็นน้ำแข็ง และการระเหิดของน้ำแข็งแห้งเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ในทั้งสองกรณี เอกลักษณ์ทางเคมีของสารตั้งต้น H2O และ CO2,ไม่เปลี่ยน. ผลิตภัณฑ์ยังคงประกอบด้วยสารประกอบเดียวกันกับสารตั้งต้น
โฮ2O(l) —> H2O(s)
CO2(ส) —> CO2(ช)
อา ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ยังแตกต่างจากปฏิกิริยาเคมี มันเกี่ยวข้องกับการชนกันของนิวเคลียสสองอันเพื่อสร้างนิวไคลด์ตั้งแต่หนึ่งนิวเคลียสที่แตกต่างจากนิวเคลียสต้นกำเนิด ตัวอย่างเช่น เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ดได้ทำการแปลงร่างเทียมครั้งแรกโดยให้ก๊าซไนโตรเจนสัมผัสกับอนุภาคแอลฟา ทำให้เกิดไอโซโทป 17O และปล่อยโปรตอนในกระบวนการนี้ ธาตุในสารตั้งต้นเปลี่ยนไป ดังนั้นจึงเกิดปฏิกิริยาขึ้น
14N + α —> 17โอ + พี
ประเภทของปฏิกิริยาเคมี
ปฏิกิริยาเคมีที่พบได้บ่อยที่สุดคือ การสังเคราะห์ การสลายตัว การกระจัดเดี่ยว การกระจัดสองครั้ง การเผาไหม้ และกรด-เบส อย่างไรก็ตาม การจัดประเภทดังกล่าวไม่ใช่เฉพาะ ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยากรด-เบสยังสามารถจัดเป็นปฏิกิริยาการกระจัดสองครั้ง
ปฏิกิริยาการสังเคราะห์
ปฏิกิริยาสังเคราะห์คือปฏิกิริยาที่มีสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป รวมกัน เพื่อสร้างรูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น สมการเคมีสำหรับปฏิกิริยาการสังเคราะห์รูปแบบทั่วไปมีดังนี้
A + B —> AB
ตัวอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาสังเคราะห์คือการรวมกันของธาตุเหล็ก (Fe) และกำมะถัน (S) เพื่อสร้างธาตุเหล็กซัลไฟด์
Fe (s) + S (s) -> FeS (s)
อีกตัวอย่างหนึ่งคือเมื่อโซเดียมและก๊าซคลอรีนรวมกันเพื่อผลิตโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้น นั่นคือโซเดียมคลอไรด์
2Na (s) + Cl2(g) —> 2NaCl (s)
ปฏิกิริยาการสลายตัว
ปฏิกิริยาการสลายตัวทำงานค่อนข้างตรงกันข้ามกับปฏิกิริยาการสังเคราะห์ เป็นปฏิกิริยาที่สารที่ซับซ้อนกว่า แตกสลาย เป็นสิ่งที่ง่ายกว่า รูปแบบทั่วไปของปฏิกิริยาการสลายตัวสามารถเขียนได้ดังนี้:
AB -> A + B
ตัวอย่างของปฏิกิริยาการสลายตัวคืออิเล็กโทรไลซิสของน้ำเพื่อสร้างก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจน
โฮ2O(l) —> H2(ช) + O2(ช)
การสลายตัวอาจเป็นความร้อนได้ เช่น การเปลี่ยนกรดคาร์บอนิกเป็นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ภายใต้สภาวะความร้อน มักพบในเครื่องดื่มอัดลม
โฮ2CO3(aq) —> H2O(ล.) + CO2(ช)
ปฏิกิริยาการกระจัดเดี่ยว
หรือที่เรียกว่าปฏิกิริยาการแทนที่ครั้งเดียว ปฏิกิริยาการกระจัดเดี่ยวคือเมื่อองค์ประกอบบริสุทธิ์สลับตำแหน่งกับองค์ประกอบอื่นในสารประกอบ อยู่ในรูปแบบทั่วไป:
A + BC —> AC + B
โลหะหลายชนิดสามารถทำปฏิกิริยากับกรดแก่ได้ ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกเพื่อสร้างก๊าซไฮโดรเจนและแมกนีเซียมคลอไรด์ ในปฏิกิริยานี้ แมกนีเซียมจะเปลี่ยนตำแหน่งด้วยไฮโดรเจนในกรดไฮโดรคลอริก
มก. (s) + 2HCl (aq) —> H2(g) + MgCl2(aq)
แมกนีเซียมยังสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์และก๊าซไฮโดรเจน
มก. (s) + 2H2O(l) —> H2(g) + มก. (OH)2(aq)
รางคู่
ปฏิกิริยาเคมีอีกประเภทหนึ่งคือการกระจัดสองครั้ง ซึ่งไอออนบวกของสารตั้งต้นทั้งสองจะสลับที่เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์สองชนิดที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง รูปแบบทั่วไปของปฏิกิริยานี้คือ:
AB + ซีดี —> AD + CB
ตัวอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาการกระจัดสองครั้งคือเมื่อแบเรียมคลอไรด์ทำปฏิกิริยากับแมกนีเซียมซัลเฟตเพื่อสร้างแบเรียมซัลเฟตและแมกนีเซียมคลอไรด์ ในปฏิกิริยานี้ ไอออนบวกของแบเรียมและแมกนีเซียมในสารตั้งต้นจะเปลี่ยนตำแหน่งเป็นสารประกอบแบเรียมและแมกนีเซียมใหม่
BaCl2 + MgSO4 -> BaSO4 + MgCl2
อีกตัวอย่างหนึ่งคือปฏิกิริยาของตะกั่วไนเตรตกับโพแทสเซียมไอโอไดด์เพื่อสร้างตะกั่วไอโอไดด์และโพแทสเซียมไนเตรต
Pb (NO3)2 + 2KI —> PbI2 + 2KNO3
ในทั้งสองกรณี ปฏิกิริยาจะสร้างตะกอน (BaSO4 และ PbI2) จากสารตั้งต้นที่ละลายได้สองตัว ดังนั้นพวกมันจึงถูกจัดกลุ่มภายใต้ปฏิกิริยาการตกตะกอนด้วย
ปฏิกิริยาการเผาไหม้
ปฏิกิริยาการเผาไหม้คือ รีดอกซ์คายความร้อน ปฏิกิริยาเคมีที่เชื้อเพลิงทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซ แม้ว่าโดยปกติแล้วจะเกิดขึ้นจากรูปแบบของพลังงาน เช่น การใช้ไม้ขีดไฟในการจุดไฟ ความร้อนที่ปล่อยออกมาจะให้พลังงานเพื่อรักษาปฏิกิริยาไว้
ปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่สมบูรณ์จะเกิดขึ้นเมื่อมีออกซิเจนมากเกินไปและให้ผลผลิตออกไซด์ทั่วไปเป็นหลัก เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เพื่อให้แน่ใจว่ามีการเผาไหม้เต็มที่ ออกซิเจนที่มีอยู่จะต้องเป็นสองเท่าหรือสามเท่าของปริมาณตามทฤษฎีที่คำนวณโดยปริมาณสัมพันธ์ การเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของไฮโดรคาร์บอนสามารถแสดงออกได้ในรูปแบบ:
4Cxโฮy + (4x+y) โอ2 -> 4xCO2 + 2yH2O + ความร้อน
การเผาไหม้มีเทน ซึ่งเป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว จะปล่อยความร้อนจำนวนมาก (891 กิโลจูล/โมล) และสามารถสรุปได้โดยสมการดังนี้
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + ความร้อน
แนฟทาลีนเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของไฮโดรคาร์บอนและการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ยังก่อให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และความร้อนอีกด้วย
ค10โฮ8 + 12O2 -> 10CO2 + 4H2O + ความร้อน
แอลกอฮอล์ยังสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการเผาไหม้ได้ เช่น เมทานอล
CH3OH+ โอ2 -> CO2 + 2H2O + ความร้อน
การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์เกิดขึ้นเมื่อออกซิเจนไม่เพียงพอที่จะทำปฏิกิริยากับเชื้อเพลิงอย่างเต็มที่เพื่อผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ตัวอย่างดังกล่าวคือเมื่อมีการเผาก๊าซมีเทนในปริมาณออกซิเจนที่จำกัดเพื่อผลิตคาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ เถ้าคาร์บอน และน้ำรวมกัน สามารถแสดงได้โดยสมการด้านล่าง จัดเรียงตามปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่
ออกซิเจนน้อย:
CH4 + โอ2 -> C + 2H2อู๋
ออกซิเจนบางส่วน:
2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2อู๋
ออกซิเจนมากขึ้นแต่ไม่เพียงพอ:
4CH4 + 7O2 -> 2CO + 2CO2 + 8H2อู๋
คาร์บอนมอนอกไซด์ที่มากเกินไปอาจส่งผลให้เกิดภาวะอากาศเป็นพิษได้ เนื่องจากมันรวมตัวกับเฮโมโกลบินเพื่อสร้างคาร์บอกซีเฮโมโกลบิน และลดความสามารถในการส่งออกซิเจน ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแน่ใจว่ามีการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่สมบูรณ์สำหรับใช้ในบ้านและในโรงงานอุตสาหกรรม
ปฏิกิริยากรด-เบส
ปฏิกิริยากรด-เบสเป็นปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส และน้ำเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ เป็นปฏิกิริยาการกระจัดคู่แบบพิเศษ (ตำแหน่งสวิตช์ A และ B) และตัวอย่างปฏิกิริยาเคมีเหล่านี้เขียนเป็น:
HA + BOH —> BA + H2อู๋
ตัวอย่างง่ายๆ ของปฏิกิริยากรด-เบสคือเมื่อยาลดกรด (แคลเซียมไฮดรอกไซด์) ทำให้กรดในกระเพาะเป็นกลาง (กรดไฮโดรคลอริก)
แคลิฟอร์เนีย (OH)2 + 2HCl —> CaCl2 + 2H2อู๋
อีกตัวอย่างหนึ่งคือปฏิกิริยาของน้ำส้มสายชู (กรดอะซิติก) กับเบกกิ้งโซดา (โซเดียมไบคาร์บอเนต) ในกระบวนการนี้ น้ำและคาร์บอนไดออกไซด์จะก่อตัวขึ้น แต่ไม่มีความร้อนถูกปล่อยออกมา จึงไม่เกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้
CH3COOH + NaHCO3 -> CH3COONa + H2O + CO2
