De chemische reacties Het zijn veranderingen die materie ondergaat in de ordening van zijn atomen, en ze vinden plaats wanneer twee verschillende stoffen of verbindingen met elkaar in contact komen. Veranderingen ontstaan in het proces en zijn direct zichtbaar; zoals temperatuurverhoging, afkoeling, gasvorming, opvlammen of neerslaan van een vaste stof.
De meest voorkomende chemische reacties blijven in het dagelijks leven vaak onopgemerkt; duizenden van hen worden in ons lichaam uitgevoerd. Andere zijn echter beter zichtbaar, omdat we ze in de keuken kunnen maken door het juiste keukengerei en de juiste ingrediënten te selecteren; bijvoorbeeld het mengen van zuiveringszout met azijn, het smelten van suiker in water of het aanzuren van paars koolsap.
In laboratoria komen chemische reacties steeds vaker voor; ze komen allemaal voor in bekers of erlenmeyers. Als ze iets gemeen hebben, is het dat geen van hen eenvoudig is, omdat ze botsingen, schakelbreuken, mechanismen, schakelvorming, energie en kinetische aspecten verbergen..
Er zijn chemische reacties die zo opvallend zijn dat amateurs en wetenschappers, die de toxicologie van reagentia kennen en enkele veiligheidsmaatregelen kennen, ze op grote schaal reproduceren tijdens fascinerende demonstratie-evenementen..
Artikel index
Chemische reacties vinden plaats als er een binding wordt verbroken (ionisch of covalent), zodat in plaats daarvan een andere wordt gevormd; twee atomen of een reeks ervan stoppen sterk met elkaar in wisselwerking te staan om nieuwe moleculen te creëren. Dankzij dit kunnen de chemische eigenschappen van een verbinding, de reactiviteit, stabiliteit en waarmee het reageert, worden bepaald.
Behalve dat ze verantwoordelijk zijn voor de chemische reacties die materie voortdurend transformeert, zonder de atomen ervan te beïnvloeden, verklaren ze het ontstaan van verbindingen zoals we die kennen..
Er is energie nodig om bindingen te verbreken, en wanneer bindingen worden gevormd, wordt het vrijgegeven. Als de geabsorbeerde energie groter is dan de energie die vrijkomt, wordt gezegd dat de reactie endotherm is; we hebben een verkoeling van de omgeving. Overwegende dat als de vrijkomende warmte hoger is dan de geabsorbeerde, het een exotherme reactie zal zijn; de omgeving wordt heet.
De moleculen moeten in theorie met elkaar botsen en voldoende kinetische energie met zich meedragen om het verbreken van een binding te bevorderen. Als hun botsingen langzaam of inefficiënt zijn, wordt de chemische reactie kinetisch beïnvloed. Dit kan gebeuren door de fysische toestand van de stoffen, of door hun geometrie of structuur..
Dus in een reactie wordt materie getransformeerd door warmte te absorberen of af te geven, terwijl het tegelijkertijd botsingen ondergaat die de vorming van producten bevorderen; de belangrijkste componenten van elke chemische reactie.
Vanwege de wet van behoud van massa, blijft de totale massa van het samenstel constant na een chemische reactie. De som van de individuele massa's van elke stof is dus gelijk aan de massa van het verkregen resultaat.
Het optreden van een chemische reactie kan gepaard gaan met een verandering in de toestand van de componenten; dat wil zeggen een variatie in de vaste, vloeibare of gasvormige toestand van het materiaal.
Niet alle toestandsveranderingen hebben echter betrekking op een chemische reactie. Bijvoorbeeld: als water verdampt onder invloed van warmte, is de waterdamp die ontstaat na deze verandering van toestand nog steeds water.
Onder de fysische eigenschappen die het resultaat zijn van een chemische reactie, valt de verandering in de kleur van de reagentia ten opzichte van de kleur van het eindproduct op..
Dit fenomeen is merkbaar bij het observeren van de chemische reactie van metalen met zuurstof: wanneer een metaal oxideert, verandert het zijn karakteristieke kleur (naargelang het geval goud of zilver) om een rood-oranje tint te krijgen, ook wel roest genoemd..
Deze eigenschap manifesteert zich als een borrel of met de afgifte van bepaalde geuren.
Over het algemeen verschijnen bellen als gevolg van de onderwerping van een vloeistof aan hoge temperaturen, wat een toename van de kinetische energie van de moleculen die deel uitmaken van de reactie teweegbrengt..
In het geval dat warmte een katalysator is voor de chemische reactie, zal een verandering in temperatuur in het eindproduct worden geïnduceerd. Daarom kan het binnenkomen en verlaten van warmte in het proces ook een kenmerk zijn van chemische reacties..
Elke chemische reactie wordt weergegeven door een vergelijking van het type:
A + B → C + D
Waar A en B de reactanten zijn, terwijl C en D de producten zijn. De vergelijking vertelt ons dat het atoom of molecuul A reageert met B om de producten C en D te laten ontstaan. Dit is een onomkeerbare reactie, aangezien de reactanten niet opnieuw kunnen ontstaan uit de producten. Aan de andere kant is de onderstaande reactie omkeerbaar:
A + B <=> C + D
Het is belangrijk om te benadrukken dat de massa van de reactanten (A + B) gelijk moet zijn aan de massa van de producten (C + D). Anders zou het deeg niet worden bewaard. Evenzo moet het aantal atomen voor een bepaald element hetzelfde zijn voor en na de pijl.
Boven de pijl zijn enkele specifieke specificaties van de reactie aangegeven: temperatuur (Δ), inval van ultraviolette straling (hv), of gebruikte katalysator.
Wat betreft leven en de reacties die plaatsvinden in ons lichaam, het reactiemedium is waterig (ac). Chemische reacties kunnen echter plaatsvinden in elk vloeibaar medium (ethanol, ijsazijn, tolueen, tetrahydrofuraan, enz.), Zolang de reagentia maar goed zijn opgelost..
Gecontroleerde chemische reacties vinden plaats in een vat, hetzij een eenvoudig glaswerk, hetzij in een roestvrijstalen reactor.
De soorten chemische reacties zijn gebaseerd op wat er op moleculair niveau gebeurt; welke bindingen worden verbroken en hoe de atomen zich verbinden. Evenzo wordt in overweging genomen of de soort elektronen wint of verliest; ook al gebeurt dit bij de meeste chemische reacties.
Hier leggen we de verschillende soorten chemische reacties uit die er zijn.
In het voorbeeld van patina vindt een oxidatiereactie plaats: metallisch koper verliest elektronen in aanwezigheid van zuurstof om te transformeren in het overeenkomstige oxide.
4Cu ('s) + Otwee(g) => CutweeU)
Koper (I) oxide blijft oxideren tot koper (II) oxide:
2CutweeO (s) + Otwee => 4CuO (s)
Dit type chemische reactie waarbij de soort hun aantal (of toestand) oxidatie verhoogt of verlaagt, staat bekend als oxidatie- en reductie (redox) reactie..
Metallisch koper met oxidatietoestand 0, verliest eerst één elektron, en dan het tweede (oxideert), terwijl zuurstof blijft (vermindert):
Cu => Cu+ + en-
Cu+ => Cutwee+ + en-
OFtwee + 2e- => 2Otwee-
De winst of het verlies van elektronen kan worden bepaald door de oxidatiegetallen voor de atomen in de chemische formules van hun resulterende verbindingen te berekenen..
Voor CutweeOf het is bekend dat omdat het een oxide is, we het anion O hebbentwee-, Om de ladingen geneutraliseerd te houden, moet daarom elk van de twee koperatomen een lading van +1 hebben. Zeer vergelijkbaar gebeurt met CuO.
Wanneer koper oxideert, verkrijgt het positieve oxidatiegetallen; en zuurstof, te verminderen, negatieve oxidatiegetallen.
Aanvullende voorbeelden voor redoxreacties worden hieronder weergegeven. Er zal ook een korte opmerking worden gemaakt en de wijzigingen in oxidatiegetallen worden gespecificeerd..
FeCltwee + CoCl3 => FeCl3 + CoCltwee
Als de oxidatiegetallen worden berekend, zal worden opgemerkt dat die van Cl een constante waarde van -1 blijven; niet zo, met die van Fe y Co.
Op het eerste gezicht is ijzer geoxideerd terwijl kobalt is gereduceerd. Hoe weet je dat? Omdat ijzer nu geen interactie heeft met twee Cl-anionen- maar met drie, waarbij het chlooratoom (neutraal) meer elektronegatief is dan ijzer en kobalt. Aan de andere kant gebeurt het tegenovergestelde met kobalt: het gaat van interactie met drie Cl- twee van hen.
Als de bovenstaande redenering niet duidelijk is, gaan we verder met het schrijven van de chemische vergelijkingen van de netto overdracht van elektronen:
Gelooftwee+ => Geloof3+ + en-
Co3+ + en- => Cotwee+
Daarom is de Fetwee+ roest, terwijl Co3+ is verminderd.
6KMnO4 + 5KI + 18HCl => 6MnCltwee + 5KIO3 + 6KCl + 9HtweeOF
De bovenstaande chemische vergelijking lijkt misschien ingewikkeld, maar dat is het niet. Chloor (Cl-) of zuurstof (Otwee-) ervaren toename of verlies van hun elektronen. Jodium en mangaan, ja.
Als we alleen de verbindingen met jodium en mangaan beschouwen, hebben we:
KI => KIO3 (oxidatiegetal: -1 tot +5, verlies zes elektronen)
KMnO4 => MnCltwee (oxidatiegetal: +7 tot +2, vijf elektronen winnen)
Jodium wordt geoxideerd, terwijl mangaan wordt gereduceerd. Hoe te weten zonder berekeningen te maken? Omdat jodium van kalium verandert in interactie met drie zuurstofatomen (meer elektronegatief); en mangaan, van zijn kant, verliest interacties met zuurstof om met chloor te zijn (minder elektronegatief).
KI kan geen zes elektronen verliezen als KMnO4 vijf winnen; daarom moet het aantal elektronen in de vergelijking worden gebalanceerd:
5 (KI => KIO3 + 6e-
6 (KMnO4 + 5e- => MnCltwee
Wat resulteert in een netto overdracht van 30 elektronen.
Verbranding is een krachtige en energetische oxidatie waarbij licht en warmte vrijkomt. In het algemeen neemt bij dit type chemische reactie zuurstof deel als een oxidatiemiddel of oxidatiemiddel; terwijl het reductiemiddel de brandstof is, die aan het eind van de dag verbrandt.
Waar as is, was er verbranding. Deze zijn hoofdzakelijk samengesteld uit koolstof- en metaaloxiden; hoewel de samenstelling logischerwijs afhangt van wat de brandstof was. Hieronder staan enkele voorbeelden:
C (s) + Otwee(g) => COtwee(g)
2CO (g) + Otwee(g) => 2COtwee(g)
C3H.8(g) + 50twee(g) => 3COtwee(g) + 4HtweeO (g)
Elk van deze vergelijkingen komt overeen met volledige verbrandingen; dat wil zeggen, alle brandstof reageert met een overmaat aan zuurstof om zijn volledige transformatie te garanderen.
Evenzo moet worden opgemerkt dat COtwee en HtweeOf zijn de belangrijkste producten gasvormig bij verbranding van koolstofhoudende lichamen (zoals hout, koolwaterstoffen en dierlijk weefsel). Het is onvermijdelijk dat er een koolstofallotroop wordt gevormd als gevolg van onvoldoende zuurstof, evenals minder zuurstofhoudende gassen zoals CO en NO.
De afbeelding hierboven toont een uiterst eenvoudige weergave. Elke driehoek is een verbinding of atoom, die samenkomen om een enkele verbinding te vormen; twee driehoeken vormen een parallellogram. De massa neemt toe en de fysische en chemische eigenschappen van het product zijn vaak heel anders dan die van de reagentia.
De verbranding van waterstof (wat ook een redoxreactie is) levert bijvoorbeeld waterstofoxide of zuurstofhydride op; beter bekend als water:
H.twee(g) + Otwee(g) => 2HtweeO (g)
Wanneer de twee gassen bij hoge temperatuur worden gemengd, verbranden ze met gasvormig water. Als de temperatuur afkoelt, condenseren de dampen om vloeibaar water te geven. Verschillende auteurs beschouwen deze synthesereactie als een van de mogelijke alternatieven om fossiele brandstoffen te vervangen bij het verkrijgen van energie.
De H-H- en O = O-bindingen breken om twee nieuwe enkele bindingen te vormen: H-O-H. Water is, zoals bekend, een unieke substantie (buiten de romantische betekenis), en de eigenschappen ervan verschillen behoorlijk van gasvormige waterstof en zuurstof..
De vorming van ionische verbindingen uit hun elementen is ook een voorbeeld van een synthesereactie. Een van de eenvoudigste is de vorming van metaalhalogeniden van groep 1 en 2. Bijvoorbeeld de synthese van calciumbromide:
Ca (s) + Brtwee(l) => CaBrtwee(s)
Een algemene vergelijking voor dit type synthese is:
M (s) + Xtwee => MXtwee(s)
Wanneer de gevormde verbinding een metaalatoom binnen een elektronische geometrie omvat, wordt er gezegd dat het een complex is. In complexen blijven metalen gehecht aan liganden door zwakke covalente bindingen en worden ze gevormd door coördinatiereacties.
We hebben bijvoorbeeld het complex [Cr (NH363+. Dit wordt gevormd wanneer het kation Cr3+ is in aanwezigheid van de ammoniakmoleculen, NH3, die fungeren als chroomliganden:
Cr3+ + 6NH3 => [Cr (NH363+
De resulterende coördinatie-octaëder rond het chroommetaalcentrum wordt hieronder weergegeven:
Merk op dat de 3+ lading op chroom niet geneutraliseerd wordt in het complex. De kleur is paars en daarom wordt de octaëder met die kleur weergegeven.
Sommige complexen zijn interessanter, zoals in het geval van bepaalde enzymen die ijzer-, zink- en calciumatomen coördineren.
Ontleding is het tegenovergestelde van synthese: een verbinding valt uiteen in één, twee of drie elementen of verbindingen.
We hebben bijvoorbeeld de volgende drie decomposities:
2HgO (s) => 2Hg (l) + Otwee(g)
2HtweeOFtwee(l) => 2HtweeO (l) + Otwee(g)
H.tweeCO3(ac) => COtwee(g) + HtweeO (l)
HgO is een roodachtige vaste stof die onder invloed van hitte uiteenvalt in metallisch kwik, een zwarte vloeistof en zuurstof..
Waterstofperoxide of waterstofperoxide wordt afgebroken en geeft vloeibaar water en zuurstof.
En koolzuur, van zijn kant, valt uiteen in kooldioxide en vloeibaar water.
Een "drogere" afbraak is die van metallische carbonaten:
Dief3(s) => CaO (s) + COtwee(g)
Een ontledingsreactie die is gebruikt in scheikundeklassen is de thermische ontleding van ammoniumdichromaat, (NH4tweeCrtweeOF7. Dit kankerverwekkende sinaasappelzout (dus het moet met de grootste zorg worden gehanteerd), verbrandt om veel warmte vrij te geven en een groene vaste stof te produceren, chroomoxide, CrtweeOF3
(NH4tweeCrtweeOF7(s) => CrtweeOF3(s) + 4HtweeO (g) + Ntwee(g)
Verplaatsingsreacties zijn een soort redoxreactie waarbij het ene element het andere in een verbinding vervangt. Het verplaatste element leidt ertoe dat elektronen worden verminderd of gewonnen.
Om het bovenstaande te vereenvoudigen, wordt de bovenstaande afbeelding weergegeven. De cirkels vertegenwoordigen een element. Opgemerkt wordt dat de limoengroene cirkel de blauwe verdringt en aan de buitenkant blijft; maar niet alleen dat, maar de blauwe cirkel krimpt in het proces en de limoengroene roest.
We hebben bijvoorbeeld de volgende chemische vergelijkingen om het bovenstaande bloot te leggen:
2Al (s) + 6HCl (aq) => AlCl3(aq) + 3Htwee(g)
Zr (s) + 2HtweeO (g) => ZrOtwee(s) + 2Htwee(g)
Zn (s) + HtweeSW4(ac) => ZnSO4(ac) + Htwee(g)
Wat is het verplaatste element voor deze drie chemische reacties? Waterstof, dat wordt gereduceerd tot moleculaire waterstof, H.tweehet gaat van een oxidatiegetal van +1 naar 0. Merk op dat de metalen aluminium, zirkonium en zink de waterstofatomen van zuren en water kunnen verdringen; terwijl koper, noch zilver, noch goud, dat niet kan.
Evenzo zijn er deze twee extra verplaatsingsreacties:
Zn (s) + CuSO4(ac) => Cu (s) + ZnSO4(ac)
Cltwee(g) + 2NaI (aq) => 2NaCl (aq) + Itwee(s)
In de eerste reactie verdringt zink het minder actieve metaal koper; zink wordt geoxideerd terwijl koper wordt gereduceerd.
In de tweede reactie daarentegen verdringt chloor, een element dat reactiever is dan jodium, het laatste in het natriumzout. Hier is het andersom: het meest reactieve element wordt gereduceerd door het verplaatste element te oxideren; daarom wordt chloor verminderd door jodium te oxideren.
In de reacties was te zien dat verschillende van hen gassen produceerden en daarom ook dit soort chemische reacties aangaan. Evenzo worden de reacties van de vorige sectie, die van waterstofverplaatsing door een actief metaal, beschouwd als gasvormingsreacties..
Naast de reeds genoemde, geven metaalsulfiden bijvoorbeeld waterstofsulfide af (dat naar rotte eieren ruikt) wanneer zoutzuur wordt toegevoegd:
NatweeS (s) + 2HCl (aq) => 2NaCl (aq) + HtweeS (g)
In de metathese of dubbele verplaatsingsreactie gebeurt er een verandering van partners zonder elektronenoverdrachten; dat wil zeggen, het wordt niet als een redoxreactie beschouwd. Zoals te zien is in de afbeelding hierboven, verbreekt de groene cirkel de link met de donkerblauwe cirkel om te linken naar de lichtblauwe cirkel.
Wanneer de interacties van een van de partners sterk genoeg zijn om het solvatatie-effect van de vloeistof te overwinnen, wordt een neerslag verkregen. De volgende chemische vergelijkingen vertegenwoordigen neerslagreacties:
AgNO3(aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO3(ac)
CaCltwee(ac) + NatweeCO3(ac) => CaCO3(s) + 2NaCl (aq)
In de eerste reactie was de Cl- verschuift naar NO3- om zilverchloride, AgCl, te vormen, wat een wit neerslag is. En in de tweede reactie, de CO3twee- verschuift naar Cl- om calciumcarbonaat neer te slaan.
Misschien wel de meest symbolische van de metathesereacties is die van zuur-base-neutralisatie. Ten slotte worden twee zuur-base-reacties getoond als voorbeelden:
HCl (aq) + NaOH (aq) => NaCl (aq) + HtweeO (l)
2HCl (aq) + Ba (OH)twee(ac) => BaCltwee(aq) + 2HtweeO (l)
De OH- verplaats de Cl- om water en chloridezouten te vormen.
Hieronder en hieronder zullen enkele chemische reacties worden genoemd met hun respectievelijke vergelijkingen en commentaren..
Zn (s) + AgNO3(ac) → 2Ag (s) + Zn (NO3twee(ac)
Zink verdringt zilver in zijn nitraatzout: reduceert het van Ag+ Als resultaat begint metallisch zilver neer te slaan in het medium, dat onder de microscoop wordt waargenomen als zilverachtige bomen zonder bladeren. Aan de andere kant combineert nitraat met Zn-ionentwee+ resulterend om zinknitraat te vormen.
Dief3(s) + 2HCl (aq) → CaCltwee(ac) + HtweeO (l) + COtwee(g)
Zoutzuur neutraliseert het calciumcarbonaatzout om een zout, calciumchloride, water en kooldioxide te produceren. De COtwee het borrelt en wordt gedetecteerd in het water. Dit borrelen wordt ook verkregen door HCl toe te voegen aan krijt of eierschalen, rijk aan CaCO3.
NH3(g) + HCl (g) → NH4Cl (s)
In deze tweede reactie neutraliseren de HCl-dampen de gasvormige ammoniak. Het ammoniumchloridezout, NH4Cl, wordt gevormd als een witachtige rook (onderste afbeelding), omdat het zeer fijne deeltjes bevat die in de lucht zweven.
AgNO3(aq) + NaCl (aq) → AgCl (s) + NaNO3(ac)
Bij een dubbele verplaatsingsreactie is er een uitwisseling van "partners". Zilver verandert partners met natrium. Het resultaat is dat het nieuwe zout, zilverchloride, AgCl, neerslaat als een melkachtige vaste stof..
Er zijn talloze redoxreacties. Een van de meest indrukwekkende is die van Barkin Dog:
8 NtweeO (g) + 4 CStwee(l) → S.8(s) + 4 COtwee(g) + 8 Ntwee(g)
De energie die vrijkomt bij de vorming van de drie stabiele producten is zo groot dat er een blauwachtige flits is (bovenste afbeelding) en een daverende drukstijging veroorzaakt door de ontstane gassen (COtwee en Ntwee.
En bovendien gaat dit allemaal gepaard met een zeer hard geluid dat lijkt op het blaffen van een hond. De geproduceerde zwavel, S.8, bekleedt de binnenwanden van de buis in geel.
Welke soort is gereduceerd en welke is geoxideerd? Over het algemeen hebben de elementen oxidatiegetal 0. Daarom moeten de zwavel en stikstof in de producten de soort zijn die elektronen heeft gewonnen of verloren..
Zwavel geoxideerd (verloren elektronen), omdat het oxidatiegetal -2 had in CStwee (C.4+Stweetwee-
Stwee- → S.0 + 2e-
Terwijl stikstof werd verminderd (won elektronen), omdat het oxidatiegetal +1 in de N hadtweeAANtwee+OFtwee-
2N+ + 2e → N0
Welk zout slaat neer bij de volgende reactie in waterig medium?
NatweeS (ac) + FeSO4(ac) → ¿?
In het algemeen slaan alle sulfiden, met uitzondering van die gevormd met alkalimetalen en ammonium, neer in waterig milieu. Er treedt een dubbele verplaatsing op: ijzer bindt zich aan zwavel en natrium aan sulfaat:
NatweeS (ac) + FeSO4(ac) → FeS (s) + NatweeSW4(ac)
Welke producten krijgen we van de volgende reactie?
Stempel3twee + Ca (OH)twee ?
Calciumhydroxide is niet erg oplosbaar in water; maar de toevoeging van kopernitraat helpt om het op te lossen omdat het reageert om het overeenkomstige hydroxide te vormen:
Stempel3twee(ac) + Ca (OH)twee(ac) → Cu (OH)twee(s) + Ca (NO3twee(ac)
Cu (OH)twee direct herkenbaar als een blauwe neerslag.
Welk zout zal worden geproduceerd in de volgende neutralisatiereactie?
Al (OH)3(s) + 3HCl (aq) → ¿?
Aluminiumhydroxide gedraagt zich als een base die reageert met zoutzuur. Bij een zuur-base-neutralisatiereactie (Bronsted-Lowry) wordt altijd water gevormd, dus het andere product moet aluminiumchloride zijn, AlCl3
Al (OH)3(s) + 3HCl (aq) → AlCl3(aq) + 3HtweeOF
Dit keer is de AlCl3 slaat niet neer omdat het een zout is dat (tot op zekere hoogte) oplosbaar is in water.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.