Доказано е, че химията е най-широко използваната наука Понастоящем повечето от индустриите се нуждаят от такива процеси, за да произвеждат всички продукти, които обществото изисква, за да може да води съвременния начин на живот, и това е, че нещата, толкова прости, колкото дори добавянето на захар към кафето, попадат в известните видове химична реакция.
За да се извърши производството на много продукти, ако не и на всички, трябва да се извърши химическа реакция, било то за ключ, почистващ продукт, гума и много други. Различните вещества, присъстващи в природата, взаимодействат помежду си непрекъснато.Паленето на кибрит, разтварянето на лекарства във вода, готвенето или дори дишането са ежедневни примери за тези процеси.
Това съдържание обяснява подробно какво представляват химичните реакции, какви фактори влияят върху скоростта им, най-известните видове реакции, как се представят с уравнения и защо са толкова важни както в индустрията, така и в ежедневието.
Какво представлява химичната реакция?
Химични реакции (наричани още химически промени или химични явления) са термодинамични процеси на преобразуване на материятаКогато възникне реакция, две или повече вещества, наречени реактиви или реагенти, се трансформират дълбоко и дават началото на едно или повече нови вещества, наречени Productos.
По време на химическа реакция, a реорганизация на атоми и молекулиНякои химични връзки се разкъсват и се образуват нови. Тази реорганизация може да означава, че системата абсорбират или освобождават енергия (под формата на топлина, светлина, електричество и др.). За разлика от физическите промени, които само променят агрегатното състояние на материята или формата ѝ, химичните промени Те променят молекулярната структура и състав. на веществата.
Тези процеси могат да се случат в спонтанен по природа (без човешка намеса), както се случва при корозията на металите или при фотосинтезата на растенията, или могат да бъдат генерирани в лаборатории и индустриални среди при контролирани условия на температура, налягане или концентрация. Тези процеси също са субект и зависи от климатичните променитъй като промените в температурата или налягането могат да променят както молекулярната структура, така и връзките и следователно резултата от реакцията.
Характеристики на химичната реакция
Въпреки че има хиляди различни реакции, повечето споделят поредица от фундаментални характеристики които ни позволяват да разберем по-добре как се държи материята, когато реагира.
- Дълбока трансформация на материятаПри химическа реакция, вътрешна структура на веществататака че накрая се получават различни съединения от първоначалните, с нови свойства (мирис, цвят, разтворимост, реактивност и др.).
- Запазване на масатаСпоред закона за запазване на материята, Общата маса на реагентите е равна на общата маса на продуктитеАтомите не изчезват, нито се създават, те само сменят мястото си и образуват различни молекули.
- Реорганизация на връзкитеАтомите, които изграждат молекулите на реагентите, все още присъстват в продуктите, но обединени по друг начинС други думи, това, което се променя, са химичните връзки, а не самите атоми.
- Обмен на енергияВсяка химична реакция включва енергийна промянаНякои освобождават енергия (например горене), а други я абсорбират (като например много реакции на разлагане). Тази енергия може да се прояви като топлина, светлина, електричество или механична работа.
- Количествено измерванеРеакциите следват фиксирани пропорции между количествата реагенти и продукти. Количественото изучаване на тези пропорции е известно като стехиометрия, и ви позволява да изчислите колко продукт ще се получи от определено количество реагенти.
- Контролируема скорост. В скорост на реакция Тя може да варира значително от една реакция до друга и може да бъде ускорена или забавена чрез промени в температурата, концентрацията, налягането или чрез добавяне на катализатори или инхибитори.
- Обратимост или необратимостНякои реакции са обратими (продуктите могат да бъдат превърнати обратно в реагенти) и други са практически необратим (След като продуктите се образуват, те не се връщат в първоначалното си състояние при нормални условия).
Как се представя една химична реакция?
Химичните реакции са представени от химични уравненияТова са символични изрази, където формулите на реагентите и продуктите са написани, разделени със стрелка. Отляво се показват реактиви, вдясно от Productos и между тях стрелка, сочеща значението на реакцията.
Най-общо казано, може да се представи по следния начин:
aA + bB → cC + dD
- а и б Те са реактивите.
- C y D Това са продуктите.
- a, b, c, d са стехиометрични коефициенти, числа, които показват колко молекули или молове от всяко вещество участват в реакцията.
При балансиране на химическо уравнение целта е да се установи, че има еднакъв брой атоми на всеки елемент от двете страни на стрелката, като по този начин се изпълнява законът за запазване на масата. Единична стрелка показва по същество еднаква реакция необратим, докато две стрелки в противоположни посоки (⇌) представляват реакция обратим.
Символи, използвани в химичните уравнения
За да се опише по-добре какво се случва в една реакция, в химичните уравнения се използват различни елементи. помощни символи които показват физичното състояние на веществата, наличието на топлина или светлина и други важни подробности.
- (А): вещество в твърдо състояние.
- (Л): вещество в течно състояние.
- (Ж): вещество в газообразно състояние.
- (Воден): вещество, разтворено във вода (воден разтвор).
- Δ около стрелката: показва, че реакцията изисква топлинен вход.
- hv относно стрелката: реакцията се нуждае светлина да се случи.
- котка относно стрелката: наличието на катализатор което ускорява реакцията, без да се консумира.
- ↑: показва, че газ кой напуска системата.
- ↓: показва образуването на твърда утайка което се отделя от разтвора.
Разлика между физични и химични промени
Не всяка промяна, която наблюдаваме в материята, е свързана с химическа реакция. Важно е да се прави разлика между Физически промени y химически промени да се разбере кога се образуват нови вещества и кога се променят само външни условия.
Физически промени Това са тези, които променят свойства като форма, размер, агрегатно състояние, цвят или плътностно без да се променя химичният състав на веществото. Водата, която преминава от лед в течност или пара, е все още вода (H2О) във всички случаи.
Химични промениВъпреки това, те променят естеството на веществатаВръзките между атомите се разкъсват и образуват, така че в края на процеса се появяват нови съединения. Например, ако водата (H₂) реагира2O) с калий (K), се получават калиев хидроксид (KOH) и водород (H)2), вещества, различни от първоначалните.
И в двата случая общата маса на системата се запазва, но само при химични промени е правилно да се каже, че химична реакция, тъй като те включват вътрешна трансформация и пренареждане на атомите.
Фактори, влияещи върху химичните реакции
Преди да научим за видовете реакции, които съществуват, е необходимо да разберем какво представляват... фактори, които влияят на процеса Тези стъпки са необходими за протичането на реакцията, тъй като липсата на разбиране на тези процеси може да доведе до грешки или неуспех. Основните фактори, влияещи върху реакционния процес, могат да бъдат:
Температура
Това е много влиятелен фактор за протичането на химичната реакция, а именно, че колкото повече топлина или по-висока е температурата, толкова повече молекули ще имат... повече кинетична енергия и те ще се движат по-бързо. Това води до сблъсъци между тях по-често и ефективноувеличаване на скоростта на реакцията. Ако обаче температурата е ниска, времето, необходимо за протичане на реакцията, намалява значително.
концентрация
Когато веществата се открият в По-голяма концентрация Скоростта на реакцията е напълно ускорена, защото има повече реактивни частици на единица обем и вероятността те да се сблъскат помежду си е по-голяма. Тази връзка между концентрацията и скоростта е ключова в промишлените процеси и във формулирането на лекарства.
налягане
Налягането може да се опише като плътност на газ В рамките на химическа реакция, повишаването на това ниво в такива смеси значително ще ускори кохезията на молекулите. При реакции, включващи газообразни вещества, повишаването на налягането се равнява на по-висока ефективна концентрация на газ, като по този начин ускорява процеса. В течности и твърди вещества обаче промените в налягането обикновено имат много по-малък ефект.
Естество на реакцията
Всички вещества са различни както по форма, така и по състав, така че в зависимост от вида на смесваните елементи, процесът ще се промени. естеството на реакциятаи следователно неговата скорост, защото твърдото вещество не е толкова бързо, колкото газът, а причината за това е, че твърдите вещества имат по-компактни молекули, докато газовете имат по-диспергирани. Освен това, някои вещества са по своята същност по- реактивен отколкото други (например, натрият реагира много по-бързо от желязото).
Поръчайте в микса
El реда, в който веществата Начинът, по който реагентите се подават към реакциите, влияе върху тяхната локална концентрация и скоростта, с която се смесват. В някои промишлени и фармацевтични процеси е изключително важно реагентите да се добавят в точна последователност, за да се избегнат нежелани странични реакции или да се оптимизира добивът.
Смесен
Важно е да се има предвид, че видът на смесени Видът на използваната реакция ще повлияе осезаемо на скоростта на реакцията, в зависимост от това дали е хомогенен (всички реагенти в една и съща фаза) или разнородни (Реагенти в различни фази, като например твърдо вещество в течност). Доброто смесване увеличава контактна повърхност между веществата и улеснява обмяната на материя и енергия.
Катализатор и инхибитори
Катализаторите са вид алтернативен маршрут които са вещества, които изискват по-малко количество енергия за осъществяване на реакцията, така че наличието на едно от тях в този процес би ускорило реакциятаКатализаторите не се изразходват в процеса и могат да се използват многократно. Обратно, има инхибитори които намаляват скоростта на реакцията, като пречат на един от етапите на химичния процес.
Видове химически реакции
Както е добре известно химията е много важна за развитието на индустриалния сектори следователно на обществото, тъй като едното върви ръка за ръка с другото, това е така, защото компаниите се стремят да задоволят нуждите на хората, като създават продукти, способни да ги разрешат. За да се изпълни тази трудна задача, е необходимо да се използват няколко химични реакции, които ще бъдат показани по-долу.
Химичните реакции могат да бъдат класифицирани по много начини. Една от най-често срещаните класификации е базирана на това как протичат. реорганизират атомите между реагентите и продуктите или във вида на обмен на енергия или частици което се случва по време на процеса.
Ендотермична реакция
При този тип химична реакция системата абсорбира енергия от околната среда (топлина, светлина или електричество), за да се осъществи реакцията. За да се осъществят тези процеси, системата трябва получава енергия отвън. Типичен пример е термичното разлагане на някои съединения, като например калциев карбонат, при нагряване.
Екзотермична реакция
В този случай, реакциите освобождаване на енергия в околната среда, обикновено под формата на топлина и понякога светлина. Тази енергия се освобождава, защото продуктите са в по-ниско енергийно състояние от реагентите. Често срещани примери са горенето на горива или реакцията между силна киселина и реактивен метал.
Реакция на добавяне или синтез
Името му може лесно да го определи: реакциите на присъединяване (или синтез) са тези, при които две или повече вещества се комбинират да образуват едно, по-сложно съединение. Например, азотът реагира с водород, за да образува амоняк.
Реакция на разлагане
При разлагане, съединението е разлага се на две или повече по-прости вещества, процес, противоположен на синтеза. Пример за това е електролизата на вода, при която се произвеждат водород и кислород.
Реакция на изместване или заместване
При реакции на единично изместване, елемент измества друг в рамките на съединение, образувайки ново просто вещество и ново съединение. Това се случва, когато по-реактивен елемент замества по-малко реактивен в съединението.
Реакция на двойно заместване
При този тип реакция, две съединения обменят йони или групи между тях, образувайки две нови съединения. Много реакции на неутрализация на киселини и основи принадлежат към тази категория.
Йонна реакция
Излагането на йонни съединения на разтворител, особено вода, причинява йонна дисоциацияПолучените йони могат да се прегрупират, за да образуват утайки, да генерират газове или да останат в разтвор, в зависимост от присъстващите вещества.
Реакция на горене
Този тип реакция е много енергична и произвежда топлина и светлина; може дори да генерира огън поради високото ниво на освободена енергия. Това е вид бързо окислениекъдето горимо вещество реагира с кислород, като обикновено се отделят въглероден диоксид и вода като основни продукти.
Неутрализация или киселинно-алкална реакция
Реакциите на неутрализация включват комбинацията от киселини и основикоето обикновено води до образуването на сол и вода. Класически пример е реакцията на солна киселина с натриев хидроксид, при която се получават натриев хлорид и вода.
Редокс реакция (окислително-редукционна)
Известни също като окислително-редукционни реакции, при които даден вид губи електрони (окислява се) и друг получава електрони (се редуцира)Винаги има пренос на електрони между реагентите и промени в окислителните числа на участващите вещества.
Ядрена реакция
Ядрените реакции влияят на ядрото на атомане само електронната обвивка, но и освобождават много по-големи количества енергия от обикновените химични реакции. Те могат да включват синтез (комбинация от леки ядра) или делене (фрагментация на тежки ядра) и носят много специфични рискове и приложения в енергетиката и медицината.
Това са само няколко от най-често срещаните видове химически реакции, и за ежедневна употреба не само в бизнес сферата, но и в търговската и социалната сфера, въпреки че все още има много повече. Значението им може да се разбере, ако си представите какъв би бил животът, без да можете да придобиете някой от продуктите, които химията предоставя на обществото.
Скорост на химична реакция
Химичните реакции изискват определено време, което да се случикоето варира в зависимост от естеството на реагентите и среда, в която протича реакциятаНякои реакции са практически мигновени, докато други могат да отнемат години, за да завършат.
Скоростта на реакцията се определя като количеството продукт, което се появява за единица време или количеството реагент, което изчезва за единица време. Този параметър е фундаментален както за разбирането на природните явления, така и за проектирането на безопасни и ефикасни промишлени процеси.
Факторите, които влияят на скоростта на химичните реакции, обикновено са:
- покачване на температуратаВисоките температури са склонни да увеличат скоростта на химичните реакции, тъй като увеличават енергията на молекулите и честотата на ефективните сблъсъци.
- повишено наляганеПовишаването на налягането обикновено увеличава скоростта на реакциите, особено когато те включват газове, чувствителни към промени в наляганетоВ случай на течности и твърди вещества, промените в налягането обикновено не причиняват значителни вариации.
- Състояние на агрегацияТвърдите вещества обикновено реагират по-бавно от течностите или газовете, защото молекулите им са по-опаковани и те имат по-малка мобилност. Скоростта обаче ще зависи и от присъщата реактивност на всяко вещество.
- Използване на катализаториТези вещества се използват за увеличаване на скоростта на химичните реакции без да се консумират в процеса. Съществуват и вещества, наречени инхибиторикоито имат обратен ефект и намаляват скоростта.
- Светлинна енергия (светлина)Някои химични реакции се ускоряват, когато светлината е насочена към тях, тъй като фотоните осигуряват енергията, необходима за разкъсване на определени връзки.
- Концентрация на реагентиПовечето химични реакции протичат по-бързо, ако имат висока концентрация на неговите реагентизащото увеличава броя на сблъсъците между реактивните частици.
Значение на химичните реакции
Химичните реакции са фундаментални за съществуването и разбирането на света както го познаваме. Промените, които материята претърпява при естествени или създадени от човека условия (и които често генерират ценни материали), са само един пример за това.
Най-голямото доказателство за важността на химичните реакции е фактът, че самите химични реакции са важни. животвъв всичките му проявления. Съществуването на живи същества от всякакъв вид е възможно само благодарение на способността на материята да реагират и обменят енергия с околната среда чрез метаболитни пътища, т.е. последователности от химични реакции, които осигуряват повече полезна енергия, отколкото изразходват.
В нашето ежедневие дишане Състои се от множество химични реакции, точно както фотосинтеза в растенията, храносмилането на храни, производството на лекарства, производството на горива, пречистването на вода и производството на почти всеки промишлен продукт.
Разбирането какво представляват химичните реакции и как протичат те ни позволява да обясним ежедневни и технологични явленияОт това защо един метал ръждясва до това как се генерират съвременни материали, без да се забравя и огромното им въздействие върху околната среда и човешкото здраве.
В целия текст видяхте, че въпреки че материята е съставена от много малки единици като атоми и молекули, начинът, по който тя се комбинира чрез различни видове химични реакции, е ключът към разнообразието от вещества, биологични процеси и индустриални приложения, които ни заобикалят, показвайки как химията свързва микроскопичния мащаб с великите явления на реалния свят.