Kemiska reaktioner är en väsentlig del av tekniken, och bidrar till olika mänskliga aktiviteter som är en del av vårt dagliga liv. Exempel på kemiska reaktioner som vi möter varje dag är förbränning 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 nukleära. Kemiska reaktioner kan vidare delas in i många kategorier. Sex vanliga typer av kemiska reaktioner är: syntes, sönderdelning, enkelförskjutning, dubbelförskjutning, förbränning och syra-basreaktioner. Forskare klassificerar dem baserat på vad som händer när man går från reaktanter till produkter. Detta är användbart för att förutsäga reaktiviteten hos reagenser och produkterna som bildas från reaktionerna.
Typer av reaktioner
En kemisk reaktion är en process där en eller fler ämnen, reaktanterna, genomgår kemisk omvandling för att bilda ett eller flera olika ämnen, produkterna. Det är en process som involverar omarrangering av de ingående atomerna i reaktanterna för att bilda produkter, utan att ändra atomernas kärnor.
Till exempel , i en process som används för att tillverka soda och seltzer, bubblas koldioxid i vatten under trycksatta förhållanden och bildar en ny förening som kallas kolsyra (H2CO3). Med den här ekvationen vet du att en kemisk reaktion har inträffat.
CO2(g) + H
2O(l) —> H2CO3
(aq)
A
fysisk reaktion
skiljer sig från en kemisk reaktion. Fysiska förändringar involverar endast tillståndsändring, till exempel frysning av vatten till is och sublimering av torris till koldioxid. I båda scenarierna, reaktanternas kemiska identitet, H2O och CO 2, 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 involverar 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 bildade isotopen 17O och mata ut en proton i denna process. Grundämnet i reaktanten förändrades, så en reaktion hade ägt rum.
14N + α —> 17
O + p
Typer av kemiska reaktioner
The vanligaste typerna av kemiska reaktioner är syntes, sönderdelning, enkelförskjutning, dubbelförskjutning, förbränning och syra-bas. En sådan kategorisering är dock inte exklusiv. Till exempel kan en syra-basreaktion också klassificeras som en dubbelförskjutningsreaktion.
En syntesreaktion är en där två eller flera ämnen kombineras för att bilda en mer komplex. Den kemiska ekvationen för en allmän form av syntesreaktion är följande:
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)
Annan 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 ett mer komplext ämne går isär till enklare. En allmän form av en nedbrytningsreaktion kan skrivas som:
AB —> A + B
Ett exempel på en nedbrytningsreaktion är elektrolys av vatten för att bilda väte och syrgas.
H2O(l) —> H2(g) + O 2
(g)
Sönderdelning kan också vara termisk, såsom omvandling av kolsyra till vatten och koldioxid under uppvärmningsförhållanden. Det ses ofta 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 den allmänna formen:
A + BC —> AC + B
Många metaller kan reagera med en stark syra. Till exempel reagerar magnesium med saltsyra och bildar vätgas och magnesiumklorid. I denna reaktion byter magnesium plats med vätet i saltsyra.
Mg(s) + 2HCl(aq) —> H
2(g) + MgCl2(aq)
Magnesium kan också reagera med vatten för att generera magnesiumhydroxid och vätgas.
Mg(s) + 2H2
O(l) —> H2(g) + Mg( OH)2(aq)
En annan typ av kemiska reaktioner är dubbelförskjutning, där katjonerna i 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 och bildar bariumsulfat och magnesiumklorid. I denna reaktion byter barium- och magnesiumkatjoner i reaktanterna plats till nya barium- och magnesiumföreningar.
BaCl2 + MgSO4 —> BaSO4 + MgCl2
Ett annat exempel är reaktionen mellan blynitrat och kaliumjodid för att bilda blyjodid och kaliumnitrat.
Pb(NEJ3)2 + 2KI —> PbI2 + 2KNO3
I båda fallen genererar reaktionen en fällning (BaSO4 och PbI2
) från två lösliga reaktanter, så de är också grupperade under utfällningsreaktioner.
Förbränningsreaktion
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 frigjorda värmen energi för att upprätthålla reaktionen.
En fullständig förbränningsreaktion inträffar när överskott av syre är närvarande och ger i första hand vanliga oxider som koldioxid och svaveldioxid. För att säkerställa full förbränning måste syrgasen vara två eller tre gånger den teoretiska mängden beräknad med stökiometri. En fullständig förbränning av ett kolväte kan uttryckas i formen:
4CxHy
+ (4x+y)O2
—> 4xCO2 + 2yH2O + värme
Förbränning av metan, som är ett mättat kolväte, frigör betydande värme (891 kJ/mol) och kan sammanfattas med ekvationen enligt följande:
CH4 + 2O2 —> CO2 + 2H2O + värme
Naftalen är ett annat exempel på kolväte och dess fullständiga förbränning genererar även koldioxid, vatten och värme.
C10H8 + 12O2 —> 10CO2 + 4H2O + värme
Alkoholer kan också tjäna som bränslekälla för förbränning, såsom metanol.
CH3
OH+ O2 — > CO2 + 2H2O + värme
En ofullständig förbränning uppstår när det inte finns tillräckligt med syre för att helt reagera med bränslet för att producera koldioxid och vatten. Ett sådant exempel är när metan förbränns i en begränsad tillgång av syre för att producera en kombination av kolmonoxid, koldioxid, kolaska och vatten. Det kan uttryckas med ekvationerna nedan, ordnade efter mängden syre som finns.
Lite syre:
CH4 + O2 —> C + 2H2
O
Lite syre:
2CH 4 + 3O2 —> 2CO + 4H2O
Mer men inte tillräckligt med syre:
4CH 4 + 7O2 —> 2CO + 2CO2 + 8H
2O
För mycket kolmonoxid kan resultera i 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 hushålls- och industribruk.
Syra-bas-reaktionen 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 byter plats) och dessa kemiska reaktionsexempel skrivs som:
HA + BOH —> BA + H2O
Ett enkelt exempel på en syra-basreaktion är när en antacida (kalciumhydroxid) neutraliserar magsyra (saltsyra).
Ca(OH)2 + 2HCl —> CaCl2
+ 2H2O
Ett annat exempel är ättikas reaktion (ättiksyra) med bakpulver (natriumbikarbonat). I denna process bildas vatten och koldioxid men ingen värme frigörs, så det är ingen förbränningsreaktion.
CH3
COOH + NaHCO3 —> CH 3COONa + H2O + CO2
