• Mikä on kemiallinen reaktio?
• Fysikaaliset ja kemialliset muutokset aineessa
• Kemiallisen reaktion ominaisuudet
• Miten kemiallinen reaktio esitetään?
• Kemiallisten reaktioiden tyypit ja esimerkit
• Kemiallisten reaktioiden merkitys
• Kemiallisen reaktion nopeus

Selitämme, mitä kemiallinen reaktio on, olemassa olevat tyypit, niiden nopeus ja muut ominaisuudet. Myös fysikaaliset ja kemialliset muutokset.

Kemialliset reaktiot muuttavat aineiden molekyylikoostumusta.

Mikä on kemiallinen reaktio?

Kemialliset reaktiot (kutsutaan myös kemiallisia muutoksia tai kemiallisia ilmiöitä) ovat termodynaamisia muunnosprosesseja asia. Näissä reaktioissa on mukana kaksi tai useampi aineet (reagenssit tai reagenssit), jotka muuttuvat merkittävästi prosessissa ja voivat kuluttaa tai vapautua Energiaa kahden tai useamman aineen tuottamiseksi Tuotteet.

Jokainen kemiallinen reaktio joutuu kemialliseen muutokseen, mikä muuttaa sen rakennetta ja molekyylikoostumusta (toisin kuin Fyysiset muutokset jotka vaikuttavat vain sen muotoon tai Kokoamistila). Kemialliset muutokset tuottavat yleensä uusia aineita, jotka poikkeavat siitä, mitä meillä oli alussa.

Kemialliset reaktiot voivat tapahtua luonnossa spontaanisti (ilman ihmisen väliintuloa), tai ne voivat syntyä myös ihmisen toimesta laboratoriossa kontrolloiduissa olosuhteissa.

Monet päivittäin käyttämistämme materiaaleista saadaan teollisesti yksinkertaisemmista aineista, jotka yhdistetään yhden tai useamman kemiallisen reaktion kautta.

Fysikaaliset ja kemialliset muutokset aineessa

Aineen fysikaaliset muutokset ovat sellaisia, jotka muuttavat sen muotoa muuttamatta sen koostumusta, eli muuttamatta kyseessä olevan aineen tyyppiä.

Nämä muutokset liittyvät aineen aggregaatiotilan muutoksiin (kiinteä, nestettä, kaasumaista) ja muut fysikaaliset ominaisuudet (väri-, tiheys, magnetismi, jne).

Fyysiset muutokset ovat yleensä palautuvia, koska ne muuttavat aineen muotoa tai tilaa, mutta eivät sen koostumusta. Esimerkiksi keitettäessä Vesi Voimme muuttaa nesteen kaasuksi, mutta tuloksena oleva höyry koostuu silti vesimolekyyleistä. Jos jäädytämme veden, se menee kiinteään tilaan, mutta se on silti kemiallisesti sama aine.

Kemialliset muutokset muuttavat aineen jakautumista ja sitoutumista atomeja aineesta, jolloin ne yhdistetään eri tavalla, jolloin saadaan aineita, jotka eroavat alkuperäisistä, vaikkakin aina samassa suhteessaKoska ainetta ei voida luoda tai tuhota, se vain muunnetaan.

Esimerkiksi jos saatamme reagoimaan veden (H2O) ja kaliumin (K) kanssa, saadaan kaksi uutta ainetta: kaliumhydroksidia (KOH) ja vetyä (H2). Tämä on reaktio, joka tavallisesti vapauttaa paljon energiaa ja on siksi erittäin vaarallinen.

Kemiallisen reaktion ominaisuudet

Kemialliset reaktiot ovat yleensä peruuttamattomia prosesseja, eli niihin liittyy muodostumista tai tuhoutumista kemiallisia linkkejä välissä molekyylejä reagensseista, mikä aiheuttaa energian menetystä tai lisäystä.

Kemiallisessa reaktiossa aine muuttuu syvästi, vaikka joskus tätä uudelleenkoostumusta ei voida nähdä paljaalla silmällä. Silti reaktanttien suhteet voidaan mitata, mikä käsitellään stoikiometrialla.

Toisaalta kemialliset reaktiot synnyttävät tiettyjä tuotteita riippuen reagoivien aineiden luonteesta, mutta myös olosuhteista, joissa reaktio tapahtuu.

Toinen tärkeä kysymys kemiallisissa reaktioissa on nopeus, jolla ne tapahtuvat, koska niiden nopeuden hallinta on välttämätöntä niiden käytön kannalta ala, lääketiede jne. Tässä mielessä on olemassa menetelmiä lisätä tai vähentää kemiallisen reaktion nopeutta.

Esimerkkinä on katalyyttien käyttö, aineet, jotka lisäävät kemiallisten reaktioiden nopeutta. Nämä aineet eivät osallistu reaktioihin, ne vain säätelevät niiden tapahtumisnopeutta. On myös inhibiittoreiksi kutsuttuja aineita, joita käytetään samalla tavalla, mutta ne aiheuttavat päinvastaisen vaikutuksen, eli ne hidastavat reaktioita.

Miten kemiallinen reaktio esitetään?

Kemialliset reaktiot esitetään kemiallisilla yhtälöillä, ts. kaavat jossa kuvataan osallistuvat reagenssit ja saadut tuotteet, joissa usein ilmoitetaan tietyt reaktiolle ominaiset olosuhteet, kuten lämmön, katalyyttien, valon jne.

Historian ensimmäisen kemiallisen yhtälön laati vuonna 1615 Jean Begin, yhdessä ensimmäisistä teoksista kemia, Tyrocinium Chymicum. Nykyään ne ovat yleistä opetusta ja niiden ansiosta voimme helpommin visualisoida, mitä tietyssä reaktiossa tapahtuu.

Yleinen tapa esittää kemiallinen yhtälö on:

Missä:

• A ja B ovat lähtöaineita.
• C ja D ovat tuotteet.
• kohtaan, b, c Y d ovat stoikiometrisiä kertoimia (ne ovat numeroita, jotka osoittavat lähtöaineiden ja tuotteiden määrän), jotka on säädettävä niin, että lähtöaineissa ja tuotteissa on sama määrä kutakin alkuainetta. Tällä tavalla massan säilymislaki täyttyy (joka määrää, että massa- sitä ei luoda eikä tuhota, se vain muuttuu).

Kemiallisessa reaktiossa atomit järjestäytyvät uudelleen muodostaen uusia aineita.

Kemiallisten reaktioiden tyypit ja esimerkit

Kemialliset reaktiot voidaan luokitella reagoivien aineiden tyypin mukaan. Tämän perusteella voidaan erottaa epäorgaaniset kemialliset reaktiot ja orgaaniset kemialliset reaktiot. Mutta ensin on tärkeää tietää joitakin symboleja, joita käytetään edustamaan näitä reaktioita kemiallisten yhtälöiden kautta:

Epäorgaaniset reaktiot. Mukaan epäorgaaniset yhdisteet, ja ne voidaan luokitella seuraavasti:

• Muutoksen tyypin mukaan.
  • Synteesi- tai additioreaktiot. Kaksi ainetta yhdistetään, jolloin syntyy erilainen aine. Esimerkiksi:
    
  • Hajoamisreaktiot. Aine hajoaa yksinkertaisiin komponentteihinsa tai yksi aine reagoi toisen kanssa ja hajoaa muiksi aineiksi, jotka sisältävät sen komponentteja. Esimerkiksi:
    
  • Syrjäytys- tai korvausreaktiot. Yhdiste tai alkuaine ottaa toisen paikan yhdisteessä, korvaa sen ja jättää sen vapaaksi. Esimerkiksi:
    
  • Kaksoissubstituutioreaktiot. Kaksi reagoivaa ainetta vaihtavat yhdisteitä tai kemiallisia alkuaineita samanaikaisesti. Esimerkiksi:
    
• Vaihdetun energian tyypin ja muodon mukaan.
  • Endotermiset reaktiot. Lämpö imeytyy, jotta reaktio voi tapahtua. Esimerkiksi:
    
  • Eksotermiset reaktiot. Reaktion tapahtuessa vapautuu lämpöä. Esimerkiksi:
    
  • Endoluminiset reaktiot. Tarvittu valoa jotta reaktio tapahtuisi. Esimerkiksi: fotosynteesi.
    
  • Eksoluminisia reaktioita. Valoa vapautuu, kun reaktio tapahtuu. Esimerkiksi:
    
  • Endoelektriset reaktiot. Tarvittu Sähkövoima jotta reaktio tapahtuisi. Esimerkiksi:
    
  • Eksoelektriset reaktiot. Sähköenergiaa vapautuu tai syntyy, kun reaktio tapahtuu. Esimerkiksi:
    

    

• Reaktionopeuden mukaan.
  • Hitaat reaktiot Kulutettujen reagenssien ja muodostuneiden tuotteiden määrä tietyssä ajassa on hyvin pieni. Esimerkiksi: raudan hapettuminen. Se on hidas reaktio, jota näemme päivittäin ruosteisissa rautaesineissä. Jos tämä reaktio ei olisi hidas, meillä ei olisi kovin vanhoja rautarakenteita nykymaailmassa.
    
  • Nopeita reaktioita. Kulutettujen reagenssien ja muodostuneiden tuotteiden määrä tietyssä ajassa on suuri. Esimerkiksi: natriumin reaktio veden kanssa on reaktio, joka sen lisäksi, että se tapahtuu nopeasti, on erittäin vaarallinen.
    
• Mukana olevan hiukkasen tyypin mukaan.
  • Reaktiot happo-emäs. Siirretään protonit (H+). Esimerkiksi:
    
  • Hapetus-pelkistysreaktiot. Siirretään elektroneja. Tämän tyyppisessä reaktiossa meidän on tarkasteltava mukana olevien alkuaineiden hapetuslukua. Jos alkuaineen hapetusluku kasvaa, se hapettuu, jos se pienenee, se vähenee. Esimerkiksi: tässä reaktiossa rauta hapettuu ja koboltti pelkistyy.
    
• Reaktion suunnan mukaan.
  • Palautuvat reaktiot. Ne menevät molempiin suuntiin, eli tuotteista voi tulla uudelleen lähtöaineita. Esimerkiksi:
    
  • Peruuttamattomia reaktioita. Niitä esiintyy vain yhdessä mielessä, eli lähtöaineet muuttuvat tuotteiksi ja päinvastaista prosessia ei voi tapahtua. Esimerkiksi:
    

Orgaaniset reaktiot. Ne sisältävät orgaanisia yhdisteitä, jotka liittyvät elämän perustaan. Niiden luokittelu riippuu orgaanisen yhdisteen tyypistä, koska jokaisella funktionaalisella ryhmällä on joukko erityisiä reaktioita. Esimerkiksi alkaanit, alkeenit, alkyynit, alkoholit, ketonit, aldehydit, eetterit, esterit, nitriilit jne.

Joitakin esimerkkejä orgaanisten yhdisteiden reaktioista ovat:

• Alkaanien halogenointi. Alkaanin vety korvataan vastaavalla halogeenilla.
  
• Alkaanien poltto. Alkaanit reagoivat hapen kanssa antaen hiilidioksidi ja vettä. Tämäntyyppinen reaktio vapauttaa suuren määrän energiaa.
  
• Alkeenien halogenointi. Kaksi kaksoissidoksen muodostavissa hiileissä olevista vedyistä korvataan.
  
• Alkeenien hydraus. Kaksi vetyä lisätään kaksoissidokseen, jolloin muodostuu vastaava alkaani. Tämä reaktio tapahtuu katalyyttien, kuten platinan, palladiumin tai nikkelin, läsnä ollessa.
  

Kemiallisten reaktioiden merkitys

Sekä fotosynteesi että hengitys ovat esimerkkejä kemiallisista reaktioista.

Kemialliset reaktiot ovat perustavanlaatuisia olemassaololle ja maailman ymmärtämiselle sellaisena kuin me sen tunnemme. Muutokset, jotka aineessa tapahtuu luonnollisissa tai ihmisen aiheuttamissa olosuhteissa (ja jotka usein tuottavat arvokkaita materiaaleja), ovat vain yksi esimerkki. Suurin todiste kemiallisten reaktioiden tärkeydestä on itse elämä kaikissa ilmenemismuodoissaan.

olemassaolo elävät olennot kaikenlainen on mahdollista vain aineen reaktiokapasiteetin ansiosta, jonka ansiosta ensimmäiset soluelämän muodot pystyivät vaihtamaan energiaa ympäristönsä kanssa aineenvaihduntareittejä pitkin eli kemiallisten reaktiosarjojen kautta, jotka tuottivat enemmän hyödyllistä energiaa kuin kulutettiin.

Esimerkiksi jokapäiväisessä elämässämme hengitys Se koostuu useista kemiallisista reaktioista, jotka ovat myös läsnä fotosynteesi -lta kasvit.

Kemiallisen reaktion nopeus

Kemialliset reaktiot vaativat tietyn ajan tapahtuakseen, joka vaihtelee riippuen reagoivien aineiden luonteesta ja ympäristöstä, jossa reaktio tapahtuu.

Kemiallisten reaktioiden nopeuteen vaikuttavat tekijät ovat yleensä:

• Lämpötilan nousu Korkeat lämpötilat lisäävät kemiallisten reaktioiden nopeutta.
• Lisääntynyt paine. Paineen lisääminen yleensä lisää kemiallisten reaktioiden nopeutta. Tämä tapahtuu yleensä, kun paineen muutoksille herkät aineet, kuten kaasut, reagoivat. Nesteiden ja kiinteiden aineiden tapauksessa paineenmuutokset eivät aiheuta merkittäviä muutoksia niiden reaktionopeudessa.
• Aggregaatiotila, jossa reagenssit ovat. Kiinteät aineet reagoivat yleensä hitaammin kuin nesteet tai kaasut, vaikka nopeus riippuu myös kunkin aineen reaktiivisuudesta.
• Katalyyttien käyttö (aineet, joita käytetään lisäämään kemiallisten reaktioiden nopeutta). Nämä aineet eivät osallistu reaktioihin, ne vain säätelevät niiden tapahtumisnopeutta. On myös inhibiittoreiksi kutsuttuja aineita, joita käytetään samalla tavalla, mutta ne aiheuttavat päinvastaisen vaikutuksen, eli ne hidastavat reaktioita.
• Valoenergia (valo). Jotkut kemialliset reaktiot kiihtyvät, kun niihin kohdistetaan valoa.
• Reagenssipitoisuus. Useimmat kemialliset reaktiot tapahtuvat nopeammin, jos niissä on korkea reagenssipitoisuus.