• Mis on keemiline reaktsioon?
• Aine füüsikalised ja keemilised muutused
• Keemilise reaktsiooni tunnused
• Kuidas kujutatakse keemilist reaktsiooni?
• Keemiliste reaktsioonide liigid ja näited
• Keemiliste reaktsioonide tähtsus
• Keemilise reaktsiooni kiirus

Selgitame, mis on keemiline reaktsioon, olemasolevad tüübid, nende kiirus ja muud omadused. Samuti füüsikalised ja keemilised muutused.

Keemilised reaktsioonid muudavad ainete molekulaarset koostist.

Mis on keemiline reaktsioon?

Keemilised reaktsioonid (nimetatakse ka keemilised muutused või keemilised nähtused) on termodünaamilised transformatsiooniprotsessid asja. Nendes reaktsioonides osaleb kaks või enam inimest ained (reaktiivid või reagendid), mis protsessi käigus oluliselt muutuvad ja võivad kuluda või vabaneda Energia kahe või enama aine genereerimiseks, mida nimetatakse tooted.

Iga keemiline reaktsioon allub aine keemilisele transformatsioonile, muutes selle struktuuri ja molekulaarset koostist (erinevalt Füüsilised muutused mis mõjutavad ainult selle kuju või Koondamisseisund). Keemilised muutused toodavad üldiselt uusi aineid, mis erinevad sellest, mis meil alguses oli.

Keemilised reaktsioonid võivad looduses toimuda spontaanselt (ilma inimese sekkumiseta) või võivad need tekkida ka inimeste poolt kontrollitud tingimustes laboris.

Paljud materjalid, mida me igapäevaselt kasutame, saadakse tööstuslikult lihtsamatest ainetest, mis on kombineeritud ühe või mitme keemilise reaktsiooni käigus.

Aine füüsikalised ja keemilised muutused

Aine füüsikalised muutused on need, mis muudavad selle kuju ilma selle koostist muutmata, st ilma kõnealuse aine tüüpi muutmata.

Need muutused on seotud aine agregatsiooni oleku muutustega (tahke, vedel, gaasiline) ja muud füüsikalised omadused (värvi, tihedus, magnetism, jne).

Füüsilised muutused on tavaliselt pöörduvad, kuna need muudavad aine kuju või olekut, kuid mitte selle koostist. Näiteks keetes Vesi Me võime muuta vedeliku gaasiks, kuid tekkiv aur koosneb ikkagi veemolekulidest. Kui me külmutame vee, läheb see tahkeks, kuid keemiliselt on see ikkagi sama aine.

Keemilised muutused muudavad selle jaotumist ja sidumist aatomid ainest, saavutades nende kombineerimise erineval viisil, saades seega algsetest erinevad ained, kuigi alati samas proportsioonKuna mateeriat ei saa luua ega hävitada, vaid ainult teisendada.

Näiteks kui me reageerime vee (H2O) ja kaaliumiga (K), saame kaks uut ainet: kaaliumhüdroksiid (KOH) ja vesinik (H2). See on reaktsioon, mis tavaliselt vabastab palju energiat ja on seetõttu väga ohtlik.

Keemilise reaktsiooni tunnused

Keemilised reaktsioonid on üldiselt pöördumatud protsessid, see tähendab, et need hõlmavad moodustumist või hävitamist keemilised sidemed vahel molekulid reaktiive, tekitades energiakadu või -kasu.

Keemilise reaktsiooni käigus muutub aine sügavalt, kuigi mõnikord pole seda ümberkompositsiooni palja silmaga näha. Siiski saab mõõta reagentide proportsioone, mida käsitletakse stöhhiomeetria abil.

Teisest küljest tekivad keemilised reaktsioonid teatud produktid sõltuvalt reagentide olemusest, aga ka reaktsiooni toimumise tingimustest.

Teine oluline keemiliste reaktsioonide probleem on nende toimumise kiirus, kuna nende kiiruse reguleerimine on nende kasutamiseks tööstusele, meditsiin jne. Selles mõttes on keemilise reaktsiooni kiiruse suurendamiseks või vähendamiseks meetodeid.

Näitena võib tuua katalüsaatorite, keemiliste reaktsioonide kiirust suurendavate ainete kasutamise. Need ained ei osale reaktsioonides, vaid kontrollivad ainult nende toimumise kiirust. On ka aineid, mida nimetatakse inhibiitoriteks ja mida kasutatakse samamoodi, kuid mis tekitavad vastupidise efekti ehk aeglustavad reaktsioone.

Kuidas kujutatakse keemilist reaktsiooni?

Keemilised reaktsioonid on esindatud keemiliste võrranditega, st valemid milles kirjeldatakse osalevaid reagente ja saadud tooteid, viidates sageli teatud reaktsioonile omastele tingimustele, nagu soojuse, katalüsaatorite, valguse jne olemasolu.

Ajaloo esimese keemilise võrrandi koostas 1615. aastal Jean Begin ühes esimesi traktaatides keemia, Türokiinium Chymicum. Tänapäeval on need üldlevinud õpetuseks ja tänu neile saame kergemini ette kujutada, mis mingis reaktsioonis toimub.

Üldine viis keemilise võrrandi esitamiseks on:

Kus:

• A ja B on reagendid.
• C ja D on tooted.
• juurde, b, c Y d on stöhhiomeetrilised koefitsiendid (need on numbrid, mis näitavad reagentide ja saaduste hulka), mida tuleb reguleerida nii, et iga elemendi kogus oleks reagentides ja toodetes sama. Sel viisil täidetakse massi jäävuse seadust (mis sätestab, et mass seda ei looda ega hävitata, see ainult muundub).

Keemilise reaktsiooni käigus asetsevad aatomid ümber, moodustades uusi aineid.

Keemiliste reaktsioonide liigid ja näited

Keemilisi reaktsioone saab klassifitseerida reageerivate reagentide tüübi järgi. Selle põhjal saab eristada anorgaanilisi keemilisi reaktsioone ja orgaanilisi keemilisi reaktsioone. Kuid kõigepealt on oluline teada mõningaid sümboleid, mida kasutatakse nende reaktsioonide esitamiseks keemiliste võrrandite kaudu:

Anorgaanilised reaktsioonid. Kaasama anorgaanilised ühendidja võib klassifitseerida järgmiselt:

• Vastavalt transformatsiooni tüübile.
  • Süntees või liitumisreaktsioonid. Kaks ainet ühendavad, et saada erinev aine. Näiteks:
    
  • Lagunemisreaktsioonid. Aine laguneb oma lihtsateks komponentideks või üks aine reageerib teisega ja laguneb teisteks aineteks, mis sisaldavad selle komponente. Näiteks:
    
  • Nihutamis- või asendusreaktsioonid. Ühend või element võtab ühendis teise koha, asendades selle ja jättes selle vabaks. Näiteks:
    
  • Topeltasendusreaktsioonid. Kaks reagenti vahetavad ühendeid või keemilised elemendid samaaegselt. Näiteks:
    
• Vastavalt vahetatava energia tüübile ja vormile.
  • Endotermilised reaktsioonid. Soojus neeldub nii, et reaktsioon võib toimuda. Näiteks:
    
  • Eksotermilised reaktsioonid. Reaktsiooni toimumisel eraldatakse soojust. Näiteks:
    
  • Endolumiinsed reaktsioonid. Vajalik valgus et reaktsioon toimuks. Näiteks: fotosüntees.
    
  • Eksoluminaalsed reaktsioonid. Reaktsiooni toimumisel eraldub valgust. Näiteks:
    
  • Endoelektrilised reaktsioonid. Vajalik elektrienergia et reaktsioon toimuks. Näiteks:
    
  • Eksoelektrilised reaktsioonid. Reaktsiooni toimumisel vabaneb või tekib elektrienergia. Näiteks:
    

    

• Vastavalt reaktsioonikiirusele.
  • Aeglased reaktsioonid Antud aja jooksul tarbitavate reaktiivide ja moodustunud toodete kogus on väga väike. Näiteks: raua oksüdatsioon. See on aeglane reaktsioon, mida näeme igapäevaselt roostes olevates raudesemetes. Kui see reaktsioon poleks aeglane, poleks meil tänapäeva maailmas väga vanu raudkonstruktsioone.
    
  • Kiired reaktsioonid. Tarbitud reaktiivide hulk ja antud aja jooksul moodustunud toodete hulk on suur. Näiteks: naatriumi reaktsioon veega on reaktsioon, mis lisaks kiirele toimumisele on väga ohtlik.
    
• Vastavalt kaasatud osakese tüübile.
  • Reaktsioonid happe-aluse. Kantakse üle prootonid (H+). Näiteks:
    
  • Oksüdatsiooni-redutseerimise reaktsioonid. Kantakse üle elektronid. Seda tüüpi reaktsioonis peame vaatama kaasatud elementide oksüdatsiooniarvu. Kui elemendi oksüdatsiooniarv suureneb, siis see oksüdeerub, kui väheneb, siis väheneb. Näiteks: selles reaktsioonis raud oksüdeerub ja koobalt redutseerub.
    
• Vastavalt reaktsiooni suunale.
  • Pöörduvad reaktsioonid. Need lähevad mõlemale poole, see tähendab, et tooted võivad uuesti muutuda reaktiivideks. Näiteks:
    
  • Pöördumatud reaktsioonid. Need esinevad ainult ühes tähenduses, see tähendab, et reagendid muundatakse toodeteks ja vastupidist protsessi ei saa toimuda. Näiteks:
    

Orgaanilised reaktsioonid. Need hõlmavad orgaanilisi ühendeid, mis on seotud elu alusega. Nende klassifitseerimine sõltub orgaanilise ühendi tüübist, kuna igal funktsionaalrühmal on rida spetsiifilisi reaktsioone. Näiteks alkaanid, alkeenid, alküünid, alkoholid, ketoonid, aldehüüdid, eetrid, estrid, nitriilid jne.

Mõned näited orgaaniliste ühendite reaktsioonidest on järgmised:

• Alkaanide halogeenimine. Alkaani vesinik asendatakse vastava halogeeniga.
  
• Alkaanide põletamine. Alkaanid reageerivad hapnikuga ja annavad süsinikdioksiid ja vesi. Seda tüüpi reaktsioon vabastab suurel hulgal energiat.
  
• Alkeenide halogeenimine. Kaks kaksiksidet moodustavatel süsinikul olevatest vesinikust asendatakse.
  
• Alkeenide hüdrogeenimine. Kaksiksidemele lisatakse kaks vesinikku, mille tulemusena tekib vastav alkaan. See reaktsioon toimub katalüsaatorite nagu plaatina, pallaadium või nikkel juuresolekul.
  

Keemiliste reaktsioonide tähtsus

Nii fotosüntees kui ka hingamine on keemiliste reaktsioonide näited.

Keemilised reaktsioonid on meie teadaoleva maailma olemasolu ja mõistmise jaoks olulised. Muutused, mis aines toimuvad looduslikes või tehistingimustes (ja mis sageli tekitavad väärtuslikke materjale), on vaid üks näide. Suurim tõend keemiliste reaktsioonide tähtsusest on elu ise kõigis selle väljendustes.

Olemasolu elusolendid kõikvõimalik on võimalik ainult tänu aine reaktsioonivõimele, mis võimaldas esimestel rakulistel eluvormidel vahetada energiat oma keskkonnaga metaboolsete radade kaudu, st keemiliste reaktsioonide jadade kaudu, mis andsid rohkem kasulikku energiat kui tarbiti.

Näiteks meie igapäevaelus hingamine See koosneb mitmest keemilisest reaktsioonist, mis on samuti olemas fotosüntees selle taimed.

Keemilise reaktsiooni kiirus

Keemilised reaktsioonid nõuavad teatud aega, mis varieerub sõltuvalt reaktiivide olemusest ja keskkonnast, kus reaktsioon toimub.

Keemiliste reaktsioonide kiirust mõjutavad tegurid on üldiselt järgmised:

• Temperatuuri tõus Kõrged temperatuurid suurendavad keemiliste reaktsioonide kiirust.
• Suurenenud rõhk. Rõhu tõstmine suurendab tavaliselt keemiliste reaktsioonide kiirust. Tavaliselt juhtub see siis, kui reageerivad rõhumuutustele tundlikud ained, näiteks gaasid. Vedelike ja tahkete ainete puhul ei põhjusta rõhumuutused nende reaktsioonide kiiruses olulisi muutusi.
• Agregatsiooni olek, milles reaktiivid on. Tahked ained kipuvad reageerima aeglasemalt kui vedelikud või gaasid, kuigi kiirus sõltub ka iga aine reaktsioonivõimest.
• Katalüsaatorite kasutamine (ained, mida kasutatakse keemiliste reaktsioonide kiiruse suurendamiseks). Need ained ei osale reaktsioonides, vaid kontrollivad ainult nende toimumise kiirust. On ka aineid, mida nimetatakse inhibiitoriteks ja mida kasutatakse samamoodi, kuid mis tekitavad vastupidise efekti ehk aeglustavad reaktsioone.
• Valgusenergia (valgus). Mõned keemilised reaktsioonid kiirenevad, kui neile paistab valgus.
• Reaktiivi kontsentratsioon. Enamik keemilisi reaktsioone toimub kiiremini, kui nende reaktiivide kontsentratsioon on kõrge.