Kemiallinen reaktio
Kemiallinen reaktio on muunnos asia , jonka aikana kemiallisten aineiden , jotka muodostavat asia on modifioitu. Kulutettuja lajeja kutsutaan reagoiviksi aineiksi ; reaktion aikana muodostuneita lajeja kutsutaan tuotteiksi . Lavoisier'n (1777) työstä lähtien tiedemiehet ovat tienneet, että kemiallinen reaktio tapahtuu ilman mitattavia massan vaihteluja : "Mitään ei menetetä, mitään ei luoda, kaikki muuttuu" , mikä heijastaa massan säilymistä .
Kemialliset reaktiot aiheuttavat muutoksen aineen kemiallisessa luonteessa. Puhtaasti fyysinen muutoksia, kuten muutokset valtion ( sulaminen , kiinteytys , haihduttamalla , kiehuva , jne. ), Kuluminen, eroosio ja repeämä ei siis kuulu . Reaktio voi vapauttaa energiaa (yleensä lämmön , mutta myös valon muodossa ), se on sitten eksoterminen reaktio . Se voi edellyttää energian syöttöä lämmön muodossa ("kylmän tuottamiseksi") tai valona, jolloin se on endoterminen reaktio . Yleensä reaktio voi tapahtua vain, jos tietyt ehdot täyttyvät (kaikkien reagenssien läsnäolo, lämpötila, paine, valo-olosuhteet). Jotkut reaktiot edellyttävät tai helpottavat kemikaalin , katalysaattorin , läsnäoloa , jota reaktio ei kuluta. Klassisesti kemiallisiin reaktioihin liittyy muutoksia, jotka koskevat elektronien liikkumista , kemiallisten sidosten muodostumista ja rikkoutumista . Kemiallisen reaktion yleinen käsite, erityisesti kemiallisen yhtälön käsite, soveltuu kuitenkin myös hiukkasten alkuainemuutoksiin ja ydinreaktioihin. Orgaanisessa kemiassa eri kemialliset reaktiot yhdistetään kemiallisessa synteesissä halutun tuotteen saamiseksi. Biokemiassa entsyymien katalysoimat kemiallisten reaktioiden sarjat muodostavat metaboliareittejä, joiden kautta solussa suoritetaan yleensä mahdottomia synteesejä ja hajoamisia.
Mikroskooppinen visio (atomitasolla)
Aine koostuu atomeista, jotka on ryhmitelty yhteen kemiallisiin yhdisteisiin , kemiallisen reaktion aikana yhdisteet vaihtavat atomejaan; näin tehdessä yhdisteiden luonne muuttuu. Kemialliset reaktiot liittyvät vain atomien välisten sidosten muutoksiin ( kovalenttiset sidokset , ionisidokset , metallisidokset ).
Kemiallisen reaktion aikana esiintyvien ilmiöiden edustamiseksi kirjoitamme kemiallisen yhtälön .
Kemiallinen reaktio ja energia
Kemiallisen reaktion aikana tapahtuvat muunnokset johtavat yleensä kokonaisenergian vähenemiseen. Itse asiassa molekyylissä tai kiteessä niiden välisten atomien "koukku" vaatii energiaa, jota kutsutaan sidosenergiaksi . Kun katkaiset sidoksen, "hajotat" molekyylin tai kiteen "sirottamalla" sen atomeja. Sitten on tarpeen antaa energiaa. Kun atomit yhdistyvät, ne vapauttavat energiaa muodostamalla uusia sidoksia. Reaktion lopussa reaktiotuotteiden sidoksiin varastoitu energia on pienempi kuin reagenssien sidoksiin varastoitu energia.
Reaktion aikana on vaihe, jossa vanhat siteet katkeavat ja uusia ei vielä ole luotu. Se on tila, jossa järjestelmän energia on korkea, ohimenevä tila, joka muodostaa todellisen esteen reaktiolle. Reaktion aloittaminen on yksinkertaisesti ylittää tämä energiaeste, jota kutsutaan aktivaatioenergiaksi .
Jos tarkastellaan lämpötilassa T ja vakiopaineessa tapahtuvaa reaktiota, joka on ulkoilmassa ilmakehän paineessa suoritettavien reaktioiden erä, reaktiojärjestelmän energia mitataan entalpiafunktiolla H reaktioyhtälö, jota kutsutaan reaktion entalpiaksi , mahdollistaa järjestelmän energian vaihtelun määrittämisen reaktion jälkeen. Se ilmaistaan useimmiten lämpösiirrolla ulkoisen ympäristön kanssa.
Kemiallisten reaktioiden energianäkökohtien tutkimus on lämpökemia .
Kemiallisen järjestelmän tilalle on tunnusomaista:
- fyysiset määrät lämpötila ja paine;
- sen muodostavat kemialliset lajit sekä niiden fysikaalinen olomuoto (kiinteät aineet, nesteet (l), kaasut (g), liuenneet (vesipitoiset)) ja niiden ainemäärä.
Reaktionopeus
Järjestelmän energian tutkiminen ( lämpökemia ) antaa tietää, voidaanko reaktio tapahtua vai ei, mikä alkuenergia on tarpeen tarjota esteen ylittämiseksi. Mutta on toinen tärkeä parametri: reaktionopeus .
Reaktionopeus on tähän reaktioon osallistuvien aineiden pitoisuuksien ja / ja paineiden muutoksen mitta ajan mittaan . Reaktionopeuksien analysointi on tärkeää monissa sovelluksissa, kuten kemian tekniikassa tai kemiallisten tasapainojen tutkimuksessa .
Reaktionopeus riippuu:
- pitoisuus on reaktanttien : suurempi pitoisuus kasvattaa mahdollisuutta välinen törmäys molekyylien ja siten se lisää reaktion nopeutta;
- molekyylien, erityisesti heterogeenisissä järjestelmissä olevan kiinteän aineen, kosketukseen käytettävissä oleva pinta. Suurempi pinta-ala tuottaa suuremman reaktionopeuden;
- paine , joka lisäämällä, vähentää määrää ja näin ollen etäisyys molekyylejä. Tämä lisää molekyylien törmäystiheyttä;
- aktivointi energia , joka on määritelty määrä tarvittava energia reaktio alkaa ja jatkua spontaanisti;
- lämpötila joka nousemalla aktivoi reaktion lisäämällä energiaa molekyylien ja luoda lisää törmäyksiä aikayksikköä kohti;
- katalyytin puuttuminen tai läsnäolo, joka muuttaa reaktion mekanismia, mikä puolestaan lisää reaktion nopeutta ja alentaa tarvittavaa aktivointienergiaa. Katalyytti ei tuhoutu reaktion aikana;
- joissakin reaktioissa sähkömagneettisen säteilyn , erityisesti ultraviolettisäteilyn , läsnäolo on välttämätöntä sidosten rikkomiseksi reaktion aloittamiseksi.
Huomaa, että jotkut reaktiot eivät riipu reagenssien konsentraatiosta.
Kemiallinen reaktio laboratoriossa
Laboratoriossa kemiallisen reaktion suorittamiseen kuuluu:
- Valmista reaktio ja laske määrät;
- Suorita reaktio halutussa lämpötilassa;
- Neutraloi reaktioväliaine tarvittaessa;
- Käsittele reaktio raakana ;
- Puhdista seos halutun yhdisteen saamiseksi, mikäli mahdollista.
Esimerkkejä
Joitakin yleisimpiä kemiallisia reaktioita ovat:
- hengitys , käyminen maito- ja alkoholiksi, joilla organisaatiot tuottavat energiaa ;
- eritystä tuotteiden elinten (kyyneleet, hiki, sylki, mahalaukun mehut, hormonit , jne ), toiminta näiden eritteiden;
- palaminen (muun muassa polttomoottorien ja kattiloiden), The palo ;
- ruoanlaitto, palovammat;
- korroosio materiaalin (esim ruoste);
- fotosynteesi klorofylli, joka mahdollistaa kasvien regeneroimiseksi hapen ilman ottamalla talteen hiilidioksidi ;
- metallien liukeneminen hapolla;
- ilmestys hopean valokuvia ;
- valmistuksessa sähkön paristoista, varastoinnin ja vapautumisen sähkön paristojen ja akkujen
- tuotannon metallien peräisin malmien ( metallurgia );
- bensiinin, öljyjen ja muovien valmistus öljystä ;
- puhdistusaineiden valmistus: saippua (saippuoitumisreaktio), valkaisuaine , suolahappo , kaustinen sooda , ammoniakki ;
- valmistuksessa lannoitteiden , kasvinsuojeluaineiden , kasvinsuojeluaineita ;
- huumeiden valmistus ;
- viininvalmistus, alkoholinkäsittely → etaanihappo (etikka);
- alkometri “menee vihreäksi”;
- ilman epäpuhtauksien aiheuttama otsonisaaste ;
- kloorifluorihiilivetyjen (kylmäaineiden jne.) tuhoaminen otsoni .
Luokitus
Kemiallisia reaktioita on hyvin monenlaisia, mutta voimme tunnistaa reaktioiden "perheet". Jotkut pääperheistä on esitetty alla, mutta tämä luettelo ei ole tyhjentävä , ja kemiallinen reaktio voi samanaikaisesti kuulua useaan näistä perheistä.
- happo-emäs-reaktio , johon liittyy protonin H + siirtyminen haposta (joka antaa H +: n ) emäkseksi (joka sieppaa H +: n )
- hapetus-pelkistysreaktio , jossa havaitaan yhden tai useamman elektronin siirtyminen pelkistimestä hapettimeen:
- palaminen , erityinen tapaus hapettumis-pelkistysreaktiossa, jonka aikana polttoaine reagoi hapettimen (yleensä dioksidihapon ) kanssa, jolloin vapautuu merkittävästi lämpöä (voimakkaasti eksoterminen reaktio ).
H 2 + F 2 → 2HF (räjähtävä palaminen divetyfosfaatti in difluoridi )
- Orgaaninen reaktio , johon orgaaniset yhdisteet ( molekyyli , jossa on ainakin yksi atomi on hiili (C), joka on sitoutunut vetyatomi (H)); orgaaniset reaktiot voidaan luokitella mekanismin ( lisäys- , substituutio- , eliminointi- , redox- , uudelleenjärjestely jne.) tai funktionaalisten ryhmien ( alkoholien , karboksyylihappojen , ketonien jne. reaktiot ) mukaan
- kemiallisen yhdisteen täydellinen synteesi yksinkertaisista kappaleista :
- kemiallinen hajoaminen , jossa yhdiste jaetaan yksinkertaisempiin lajeihin; hajoamiset voidaan luokitella niitä aiheuttavan ilmiön luonteen mukaan: elektrolyysi , termolyysi , pyrolyysi , radiolyysi ...
- isomerointi , jossa kemiallinen yhdiste käy läpi rakennemuutoksen muuttamatta sen molekyylikaavaa
|
|
|
| Glc-6-P | Fru-6-P | |
| Glukoosi-6-fosfaatin isomerointi fruktoosi-6-fosfaatiksi | ||
- radikaali reaktio, jossa ainakin yksi reaktion välituotteista on radikaali .