- Kemisk reaktionskoncept
- Egenskaper hos kemiska reaktioner
- Kinetik
- Bevarande av deg
- Fysiska förändringar och / eller tillståndsändringar
- Färgvariation
- Frigöring av gaser
- Temperaturförändringar
- Delar av en kemisk reaktion
- Reagenser och produkter
- Reaktionsmedia
- Fartyg eller reaktorer
- Typer av kemiska reaktioner
- - Oxidationsreduktion (redox)
- Kopparoxidation
- Järn och kobolt
- Jod och mangan
- Förbränning
- - Syntes
- Joniska föreningar
- Samordning
- - Nedbrytning
- Klass vulkan
- - Förskjutning
- Av väte
- Av metaller och halogener
- - Gasbildning
- - Metatesen eller dubbel förskjutning
- Nederbörd
- Bassyra
- Exempel på kemiska reaktioner
- Förflyttning
- Neutralisering
- Dubbel rullning
- redox
- Löst kemiska reaktionsövningar
- - Övning 1
- - Övning 2
- - Övning 3
- referenser
De kemiska reaktionerna är föremål för förändringar i arrangemanget av deras atomer, och när två ämnen är olika föreningar eller kontakt. Förändringar uppstår i processen som kan ses omedelbart; såsom en ökning i temperatur, kylning, gasbildning, blinkning eller utfällning av ett fast ämne.
De vanligaste kemiska reaktionerna går ofta obemärkt i vardagen; tusentals av dem utförs i våra kroppar. Andra är dock mer synliga eftersom vi kan göra dem i köket genom att välja rätt redskap och ingredienser; till exempel blanda bakpulver med vinäger, smälta socker i vatten eller surgöra rödkålssaft.
Reaktionen av bakpulver och vinäger är ett exempel på en återkommande kemisk reaktion i matlagning. Källa: Kate Ter Haar (https://www.flickr.com/photos/katerha/5703151566)
I laboratorier blir kemiska reaktioner vanligare och vanligare; de förekommer alla i bägare eller Erlenmeyer-kolvar. Om de delar något gemensamt är det att ingen av dem är enkla eftersom de döljer kollisioner, länkbrott, mekanismer, länkbildning, energi och kinetiska aspekter.
Det finns kemiska reaktioner så slående att hobby- och forskare, som vet reagensens toxikologi och vissa säkerhetsåtgärder, reproducerar dem på stora skalor i fascinerande demonstrationshändelser.
Kemisk reaktionskoncept
Kemiska reaktioner äger rum när en bindning (jonisk eller kovalent) bryts, så att en annan bildas på sin plats; två atomer eller en uppsättning av dem slutar interagera starkt för att komma från nya molekyler. Tack vare detta kan de kemiska egenskaperna hos en förening, dess reaktivitet, stabilitet och vad den reagerar bestämmas.
Förutom att de är ansvariga för de kemiska reaktionerna som materien konstant förvandlar, utan att påverka dess atomer, förklarar de uppkomsten av föreningar som vi känner dem.
Energi krävs för att obligationer ska bryta, och när bindningar bildas frigörs det. Om den absorberade energin är större än den som frisätts sägs reaktionen vara endotermisk; vi kyler omgivningarna. Om värmen som frigörs är högre än den absorberade, kommer det att vara en exoterm reaktion. omgivningen värms upp.
Egenskaper hos kemiska reaktioner
Kinetik
Molekyler i teorin måste kollidera med varandra och bära med sig tillräckligt med kinetisk energi för att främja brytningen av en bindning. Om deras kollisioner är långsam eller ineffektiva påverkas den kemiska reaktionen kinetiskt. Detta kan ske antingen genom de fysiska tillstånden för ämnena, eller genom dess geometri eller struktur.
I en reaktion transformeras sålunda material genom att absorbera eller släppa värme, samtidigt som det genomgår kollisioner som gynnar produktbildningen; de viktigaste komponenterna i någon kemisk reaktion.
Bevarande av deg
På grund av lagen om bevarande av massa förblir enhetens totala massa konstant efter en kemisk reaktion. Således är summan av de individuella massorna för varje substans lika med massan för det erhållna resultatet.
Fysiska förändringar och / eller tillståndsändringar
Förekomsten av en kemisk reaktion kan åtföljas av en förändring i komponenternas tillstånd; det vill säga en variation i materialets fasta, flytande eller gasformiga tillstånd.
Men inte alla tillståndsförändringar innebär en kemisk reaktion. Till exempel: om vatten avdunstar på grund av värmeeffekten är vattenångan som produceras efter denna tillståndsförändring fortfarande vatten.
Färgvariation
Bland de fysiska attributen som är resultatet av en kemisk reaktion skiljer sig förändringen i färgen på reagensen mot färgen på den slutliga produkten.
Detta fenomen märks när man observerar den kemiska reaktionen hos metaller med syre: när en metall oxiderar, förändrar den sin karakteristiska färg (guld eller silver, i förekommande fall), för att göra en rödorange nyans, känd som rost.
Frigöring av gaser
Denna egenskap manifesteras som en bubblande eller med utsläpp av speciell lukt.
Generellt sett uppträder bubblor som en konsekvens av att utsätta en vätska för höga temperaturer, vilket medför en ökning av den kinetiska energin hos molekylerna som är en del av reaktionen.
Temperaturförändringar
Om värme är en katalysator för den kemiska reaktionen, kommer en temperaturförändring att induceras i slutprodukten. Följaktligen kan inmatning och utmatning av värme i processen också vara ett kännetecken för kemiska reaktioner.
Delar av en kemisk reaktion
Reagenser och produkter
Varje kemisk reaktion representeras av en ekvation av typen:
A + B → C + D
Där A och B är reaktanterna, medan C och D är produkterna. Ekvationen säger att atomen eller molekylen A reagerar med B för att få ursprungsprodukter C och D. Detta är en irreversibel reaktion, eftersom reaktanterna inte kan komma från produkterna igen. Å andra sidan är reaktionen nedan reversibel:
A + B <=> C + D
Det är viktigt att betona att reaktanternas massa (A + B) måste vara lika med produktens massa (C + D). Annars skulle degen inte bevaras. På samma sätt måste antalet atomer för ett givet element vara detsamma före och efter pilen.
Ovanför pilen indikeras några specifika specifikationer för reaktionen: temperaturen (Δ), förekomsten av ultraviolett strålning (hv) eller den använda katalysatorn.
Reaktionsmedia
När det gäller livet och de reaktioner som uppstår i våra kroppar är reaktionsmediet vattenhaltigt (ac). Kemiska reaktioner kan emellertid äga rum i vilket flytande medium som helst (etanol, isättika, toluen, tetrahydrofuran, etc.) så länge reagensen är väl upplösta.
Fartyg eller reaktorer
Kontrollerade kemiska reaktioner äger rum i ett kärl, vare sig det är en enkel glasvara eller i en rostfritt stålreaktor.
Typer av kemiska reaktioner
Typerna av kemiska reaktioner är baserade på vad som händer på molekylnivå; vilka bindningar som bryts och hur atomerna slutar gå med. På samma sätt beaktas om arten vinner eller förlorar elektroner; även om det i de flesta kemiska reaktioner inträffar.
Här förklarar vi de olika typerna av kemiska reaktioner som finns.
- Oxidationsreduktion (redox)
Kopparoxidation
I exemplet med patina sker en oxidationsreaktion: metallisk koppar förlorar elektroner i närvaro av syre för att förvandlas till dess motsvarande oxid.
4Cu (s) + O 2 (g) => Cu 2 O (s)
Koppar (I) oxid fortsätter att oxidera till koppar (II) oxid:
2Cu 2 O (s) + O 2 => 4CuO (s)
Denna typ av kemisk reaktion där arten ökar eller minskar deras oxidationsantal (eller tillstånd) är känd som en oxidations- och reduktionsreaktion.
Metallisk koppar med oxidationstillstånd 0, förlorar först en elektron och sedan den andra (oxiderar), medan syre kvarstår (minskar):
Cu => Cu + + e -
Cu + => Cu 2+ + e -
O 2 + 2e - => 2O 2-
Förstärkningen eller förlusten av elektroner kan bestämmas genom att beräkna oxidationsnummer för atomerna i de kemiska formlerna för deras resulterande föreningar.
För Cu 2 O, är det känt att för att det är en oxid, har den O 2- anjonen , så för att hålla laddningarna neutraliseras, var och en av de två kopparatomer måste ha en en laddning. Mycket liknande händer med CuO.
Koppar får när det oxideras positiva oxidationsnummer; och syre, för att reduceras, negativa oxidationsantal.
Järn och kobolt
Ytterligare exempel på redoxreaktioner visas nedan. Dessutom kommer en kort kommentar att göras och ändringarna i oxidationsnummer kommer att specificeras.
FeCl 2 + CoCl 3 => FeCl 3 + CoCl 2
Om oxidationsnumren beräknas noteras att de för Cl kvarstår med ett konstant värde på -1; inte så, med de från tron och co.
Vid första anblicken har järn oxiderats medan kobolt har minskat. Hur vet du? Eftersom järn interagerar nu inte med två Cl-anjoner - utan med tre, är kloratomen (neutral) mer elektronegativ än järn och kobolt. Å andra sidan händer det motsatta med kobolt: det går från att interagera med tre Cl - till två av dem.
Om ovanstående resonemang inte är klart, fortsätter vi att skriva de kemiska ekvationerna för elektronöverföring av elektroner:
Fe 2+ => Fe 3+ + e -
Co 3+ + e - => Co 2+
Därför oxideras Fe 2+ medan Co 3+ reduceras.
Jod och mangan
6KMnO 4 + 5KI + 18HCl => 6MnCl 2 + 5KIO 3 + 6KCl + 9H 2 O
Den kemiska ekvationen ovan kan verka komplicerad, men det är den inte. Klor (Cl - ) och syre (O 2- ) upplever förstärkning eller förlust av sina elektroner. Jod och mangan, ja.
Med tanke på bara föreningarna med jod och mangan har vi:
KI => KIO 3 (oxidationsnummer: -1 till +5, förlorar sex elektroner)
KMnO 4 => MnCla 2 (oxidationstal: 7-2, vinner fem elektroner)
Joden oxideras medan mangan reduceras. Hur vet jag utan att göra beräkningar? Eftersom jod går från att vara med kalium till att interagera med tre oxygener (mer elektronegativt); och mangan för sin del förlorar interaktioner med syre för att vara med klor (mindre elektronegativ).
KI kan inte förlora sex elektroner om KMnO 4 får fem; det är därför antalet elektroner måste balanseras i ekvationen:
5 (KI => KIO 3 + 6e - )
6 (KMnO 4 + 5e - => MnCb 2 )
Vilket resulterar i en nettoöverföring av 30 elektroner.
Förbränning
Förbränning är en kraftig och energisk oxidation där ljus och värme frigörs. I denna typ av kemisk reaktion deltar generellt syre som ett oxidations- eller oxidationsmedel; medan reduktionsmedlet är bränslet, som brinner i slutet av dagen.
Där det finns aska, var det förbränning. Dessa består i huvudsak av kol- och metalloxider; även om dess sammansättning logiskt beror på vad bränslet var. Nedan följer några exempel:
C (s) + O 2 (g) => CO 2 (g)
2CO (g) + O 2 (g) => 2CO 2 (g)
C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) => 3CO 2 (g) + 4H 2 O (g)
Var och en av dessa ekvationer motsvarar fullständiga förbränningar; det vill säga allt bränsle reagerar med ett överskott av syre för att garantera dess fullständiga omvandling.
Likaså bör det noteras att CO 2 och H 2 O är de huvudsakliga gasformiga produkter när kolhaltiga kroppar bränna (såsom trä, kolväten och djurvävnader). Det är oundvikligt att en del kolatototrop bildas på grund av otillräckligt syre, såväl som mindre syrgaserade gaser såsom CO och NO.
- Syntes
Grafisk representation av en syntesreaktion. Källa: Gabriel Bolívar.
Bilden ovan visar en extremt enkel representation. Varje triangel är en förening eller atom, som går samman och bildar en enda förening; två trianglar bildar ett parallellogram. Massorna ökar och de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos produkten är många gånger mycket olika från dess reagens.
Till exempel producerar förbränning av väte (som också är en redoxreaktion) väteoxid eller syrehydrid; bättre känd som vatten:
H 2 (g) + O 2 (g) => 2H 2 O (g)
När båda gaserna blandas, vid hög temperatur, brinner de producerande gasformigt vatten. När temperaturen svalnar kondenseras ångorna för att ge flytande vatten. Flera författare anser denna syntesreaktion som ett av de möjliga alternativen för att ersätta fossila bränslen för att få energi.
HH- och O = O-bindningarna bryts för att bilda två nya enkelbindningar: HOH. Vatten är, som välkänt, ett unikt ämne (utöver romantisk mening), och dess egenskaper skiljer sig helt från gasformigt väte och syre.
Joniska föreningar
Bildningen av joniska föreningar från deras element är också ett exempel på en syntesreaktion. En av de enklaste är bildandet av metallhalogenider i grupperna 1 och 2. Exempelvis är syntesen av kalciumbromid:
Ca (s) + Br 2 (l) => CaBr 2 (s)
En allmän ekvation för denna typ av syntes är:
M (s) + X 2 => MX 2 (s)
Samordning
När den bildade föreningen involverar en metallatom inom en elektronisk geometri sägs det då att det är ett komplex. I komplex förblir metaller bundna till ligander av svaga kovalenta bindningar och bildas genom koordinationsreaktioner.
Till exempel har du 3 + -komplexet . Detta bildas när Cr 3+ katjonen är i närvaro av de ammoniakmolekyler, NH 3 , vilka fungerar som kromligander:
Cr 3+ + 6NH 3 => 3+
Den resulterande koordinationen oktaeder runt krommetallcentret visas nedan:
Koordination oktaeder för komplexet. Källa: Gabriel Bolívar.
Observera att 3+ laddningen på krom inte neutraliseras i komplexet. Färgen är lila, och det är därför oktaedronen representeras med den färgen.
Vissa komplex är mer intressanta, som för vissa enzymer som koordinerar järn-, zink- och kalciumatomer.
- Nedbrytning
Nedbrytning är motsatsen till syntesen: en förening bryts ned i ett, två eller tre element eller föreningar.
Till exempel har vi följande tre sönderdelningar:
2HgO (s) => 2HG (l) + O 2 (g)
2H 2 O 2 (l) => 2H 2 O (l) + O 2 (g)
H 2 CO 3 (aq) => CO 2 (g) + H 2 O (l)
HgO är ett rödaktigt fast ämne som under verkan av värme sönderdelas till metalliskt kvicksilver, en svart vätska och syre.
Väteperoxid eller väteperoxid genomgår sönderdelning, vilket ger flytande vatten och syre.
Och kolsyra, för sin del, sönderdelas till koldioxid och flytande vatten.
En "torrare" sönderdelning är den som lidit av metalliska karbonater:
CaCO 3 (s) => CaO (s) + CO 2 (g)
Klass vulkan
Förbränning av ammoniumdikromat. Källa: Наталия
En sönderdelningsreaktion som har använts i kemiklasser är den termiska sönderdelningen av ammoniumdikromat, (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 . Detta orangefärgade cancerframkallande salt (så det måste hanteras med stor försiktighet), brinner för att frigöra mycket värme och producera en grönfärgad fast, kromoxid, Cr 2 O 3 :
(NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 (s) => Cr 2 O 3 (s) + 4H 2 O (g) + N 2 (g)
- Förskjutning
Grafisk representation av en förskjutningsreaktion. Källa: Gabriel Bolívar.
Förskjutningsreaktioner är en typ av redoxreaktion där ett element förskjuter ett annat i en förening. Det förskjutna elementet slutar med att minska eller få elektroner.
För att förenkla ovanstående visas bilden ovan. Cirklarna representerar ett element. Det observeras att den limegröna cirkeln förskjuter den blå, kvar på utsidan; men inte bara det, utan den blå cirkeln krymper under processen, och den limegröna oxiderar.
Av väte
Till exempel har vi följande kemiska ekvationer för att exponera ovanstående förklarade:
2AI (s) + 6HCl (aq) => AlCl 3 (aq) + 3H 2 (g)
Zr (s) + 2H 2 O (g) => ZrO 2 (s) + 2H 2 (g)
Zn (s) + H 2 SO 4 (aq) => ZnSO 4 (aq) + H 2 (g)
Vad är det förskjutna elementet för dessa tre kemiska reaktioner? Väte, som reduceras till molekylärt väte, H 2 ; det går från ett oxidationsantal på +1 till 0. Observera att metallerna aluminium, zirkonium och zink kan förskjuta väten av syror och vatten; medan koppar, varken silver eller guld, inte kan.
Av metaller och halogener
På samma sätt finns det dessa två ytterligare förskjutningsreaktioner:
Zn (s) + CuSO 4 (aq) => Cu (s) + ZnSO 4 (aq)
Cl 2 (g) + 2NaI (aq) => 2NaCl (aq) + I 2 (s)
I den första reaktionen förskjuter zink den mindre aktiva metallkopparen; zink oxiderar medan koppar reduceras.
I den andra reaktionen förskjuter å andra sidan klor, ett element som är mer reaktivt än jod, den senare i natriumsaltet. Här är det tvärtom: det mest reaktiva elementet reduceras genom att oxidera det förskjutna elementet; därför reduceras klor genom oxidation av jod.
- Gasbildning
I reaktionerna kunde man se att flera av dem genererade gaser och därför också ingår i denna typ av kemisk reaktion. På liknande sätt betraktas reaktionerna från den föregående sektionen, de av väteförskjutning med en aktiv metall, gasbildningsreaktioner.
Förutom de som redan nämnts släpper till exempel metallsulfider vätesulfid (som luktar ruttna ägg) när saltsyra tillsätts:
Na 2 S (s) + 2HCl (aq) => 2NaCl (aq) + H 2 S (g)
- Metatesen eller dubbel förskjutning
Grafisk representation av en dubbel förskjutningsreaktion. Källa: Gabriel Bolívar.
I metatesen eller dubbelförskjutningsreaktion är det som sker en byte av partner utan elektronöverföringar; det är, det anses inte vara en redoxreaktion. Som kan ses på bilden ovan bryter den gröna cirkeln länken med den mörkblå en för att länka till den ljusblå cirkeln.
Nederbörd
När interaktionen hos en av partnerna är tillräckligt stark för att övervinna solvationseffekten av vätskan erhålls en fällning. Följande kemiska ekvationer representerar utfällningsreaktioner:
AgNOs 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCOs 3 (s) + 2NaCl (aq)
Vid den första reaktionen förskjuter Cl - NO 3 - för att bilda silverklorid, AgCl, som är en vit fällning. Och i den andra reaktionen förtränger CO 3 2- Cl - för att fälla ut kalciumkarbonat.
Bassyra
Kanske är den mest symboliska för metatesreaktionerna den av syra-basneutralisering. Slutligen visas två syrabasreaktioner som exempel:
HCl (aq) + NaOH (aq) => NaCl (aq) + H 2 O (l)
2HCl (aq) + Ba (OH) 2 (aq) => BaCl 2 (aq) + 2H 2 O (l)
OH - förskjut Cl - för att bilda vatten och kloridsalter.
Exempel på kemiska reaktioner
Nedan och nedan nämns några kemiska reaktioner med deras respektive ekvationer och kommentarer.
Förflyttning
Zn (s) + AgNOs 3 (aq) → 2Ag (s) + Zn (NO 3 ) 2 (aq)
Zink förskjuter silver i sitt nitratsalt: det reducerar det från Ag + till Ag. Som ett resultat börjar metalliskt silver att fälla ut i mediet, observerat under mikroskopet som silviga träd utan löv. Å andra sidan kombinerar nitrat med de resulterande Zn 2+ -jonerna för att bilda zinknitrat.
Neutralisering
CaCOs 3 (s) + 2HCl (aq) → CaCl 2 (aq) + H 2 O (l) + CO 2 (g)
Saltsyra neutraliserar kalciumkarbonatsaltet för att producera ett salt, kalciumklorid, vatten och koldioxid. CO 2 bubblar upp och upptäcks i vattnet. Denna bubblande erhålles även genom att tillsätta HCl till krita eller äggskal, rik på CaCO 3 .
NH 3 (g) + HCl (g) → NH 4 Cl (s)
Vid denna andra reaktion neutraliserar HCl-ångorna den gasformiga ammoniaken. Ammoniumkloridsaltet, NH 4 Cl, bildas som en vitaktig rök (lägre bild), eftersom den innehåller mycket fina partiklar som är suspenderade i luften.
Ammoniumkloridbildningsreaktion. Källa: Adam Rędzikowski
Dubbel rullning
AgNOs 3 (aq) + NaCl (aq) → AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
I en dubbel förskjutningsreaktion finns det ett utbyte mellan "partners". Silver byter partner med natrium. Resultatet är att det nya saltet, silverklorid, AgCl, faller ut som ett mjölkigt fast ämne.
redox
Värme, ljud och blått ljus släpps i den Barking Dog kemiska reaktionen. Källa: Maxim Bilovitskiy via Wikipedia.
Det finns otaliga redoxreaktioner. En av de mest imponerande är Barkin Dog:
8 N 2 O (g) + 4 CS 2 (l) → S 8 (s) + 4 CO 2 (g) + 8 N 2 (g)
Så mycket energi frigörs när de tre stabila produkter bildas, att en blåaktig flash produceras (övre bild) och en rungande ökning av tryck som orsakas av de gaser som produceras (CO 2 och N 2 ).
Och allt detta åtföljs av ett väldigt högt ljud som liknar barkning av en hund. Det producerade svavlet, S 8 , täcker rörets innerväggar i gult.
Vilken art reduceras och vilken oxideras? Som en allmän regel har elementen oxidationsnummer 0. Därför måste svavel och kväve i produkterna vara de arter som fick eller förlorade elektroner.
Svavel oxideras (förlorade elektroner), som den hade oxidationstal -2 i CS 2 (C 4+ S 2 2- ):
S 2- → S 0 + 2e -
Medan kväve reduceras (vunnits elektroner), eftersom det hade oxidationstal en i N 2 O (N 2 + O 2- ):
2N + + 2e → N 0
Löst kemiska reaktionsövningar
- Övning 1
Vilket salt fälls ut i följande reaktion i vattenhaltigt medium?
Na 2 S (aq) + FeSO 4 (aq) → ¿?
I allmänhet fälls alla sulfider, med undantag av de som bildas med alkalimetaller och ammonium, i vattenhaltigt medium. Det finns en dubbel förflyttning: järn binder till svavel och natrium till sulfat:
Na 2 S (aq) + FeSO 4 (aq) → FeS (s) + Na 2 SO 4 (aq)
- Övning 2
Vilka produkter får vi från följande reaktion?
Cu (NO 3 ) 2 + Ca (OH) 2 → ¿?
Kalciumhydroxid är inte särskilt löslig i vatten; men tillsatsen av kopparnitrat hjälper till att solubilisera det eftersom det reagerar och bildar motsvarande hydroxid:
Cu (NO 3 ) 2 (aq) + Ca (OH) 2 (aq) → Cu (OH) 2 (s) + Ca (NO 3 ) 2 (aq)
Cu (OH) 2 känns omedelbart som en blå fällning.
- Övning 3
Vilket salt kommer att produceras i nästa neutraliseringsreaktion?
Al (OH) 3 (s) + 3HCl (aq) →?
Aluminiumhydroxid uppför sig som en bas genom att reagera med saltsyra. Vid en neutraliseringsreaktion (Bronsted-Lowry) bildas alltid vatten, så den andra produkten måste vara aluminiumklorid, AlCl 3 :
Al (OH) 3 (s) + 3HCl (aq) → AlCl 3 (aq) + 3H 2 O
Denna tid AlCl 3 inte faller ut, eftersom det är ett salt (i viss mån) löslig i vatten.
referenser
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
- Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi . (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
- Ana Zita. (18 november 2019). Kemiska reaktioner. Återställd från: todamateria.com
- Kashyap Vyas. (23 januari 2018). 19 Coola kemiska reaktioner som bevisar vetenskap är fascinerande. Återställd från: interestingengineering.com
- BeautifulChemistry.net (nd). Reaktion. Återställd från: beautifulchemistry.net
- Wikipedia. (2019). Kemisk reaktion. Återställd från: en.wikipedia.org