Kjemisk reaksjon

En kjemisk reaksjon er en transformasjon av materie der de kjemiske artene som utgjør materie blir modifisert. Artene som forbrukes kalles reaktanter ; artene som ble dannet under reaksjonen kalles produkter . Siden arbeidet til Lavoisier (1777) har forskere visst at den kjemiske reaksjonen finner sted uten målbar variasjon i masse : "Ingenting går tapt, ingenting skapes, alt blir transformert" , noe som gjenspeiler bevaring av masse .

Kjemiske reaksjoner forårsaker en endring i stoffets kjemiske natur. Rent fysiske transformasjoner som tilstandsendringer ( smelting , størkning , fordampning , koking , etc. ), slitasje, erosjon og brudd er derfor ekskludert . En reaksjon kan frigjøre energi (vanligvis i form av varme , men også lys ), det er da en eksoterm reaksjon . Det kan kreve energiinngang, i form av varme (derfor ”produsere kulde”) eller av lys, det er da en endoterm reaksjon . Generelt kan en reaksjon bare finne sted hvis visse betingelser er oppfylt (tilstedeværelse av alle reagensene, temperatur, trykk, lysforhold). Noen reaksjoner krever eller lettes av tilstedeværelsen av et kjemikalie , kalt en katalysator , som ikke forbrukes av reaksjonen. Klassisk involverer kjemiske reaksjoner endringer som gjelder bevegelse av elektroner , dannelse og brudd av kjemiske bindinger. Imidlertid er det generelle konseptet med en kjemisk reaksjon, spesielt begrepet kjemisk ligning, også anvendelig for elementære transformasjoner av partikler og kjernefysiske reaksjoner. I organisk kjemi kombineres forskjellige kjemiske reaksjoner i kjemisk syntese for å oppnå ønsket produkt. I biokjemi danner en rekke kjemiske reaksjoner katalysert av enzymer metabolske veier, gjennom hvilke vanligvis umulige synteser og sammenbrudd utføres i en celle.

Mikroskopisk syn (på atomnivå)

Materiale består av atomer gruppert i kjemiske forbindelser , under en kjemisk reaksjon, bytter forbindelser atomene sine; ved å gjøre dette, endres arten av forbindelsene. De kjemiske reaksjonene gjelder bare endringsbindinger mellom atomer ( kovalente bindinger , ioniske bindinger , metallbindinger ).

For å representere fenomenene som finner sted under en kjemisk reaksjon, skriver vi en kjemisk ligning .

Kjemisk reaksjon og energi

Transformasjonene som skjer under den kjemiske reaksjonen resulterer vanligvis i en reduksjon i den totale energien. I et molekyl eller en krystall krever "koblingen" av atomene mellom dem energi, kalt bindingsenergi . Når du bryter en binding, "bryter" du molekylet eller krystallet ved å "spre" dets atomer. Det er da nødvendig å gi energi. Når atomer rekombinerer, frigjør de energi ved å danne nye bindinger. På slutten av reaksjonen er energien som er lagret i reaksjonsproduktenes bindinger lavere enn den som er lagret i reaktantenes bindinger.

Under reaksjonen er det et stadium der de gamle båndene brytes og de nye ennå ikke er opprettet. Det er en tilstand der systemets energi er høy, en forbigående tilstand som utgjør en reell barriere for reaksjon. Initiasjonen til reaksjonen er ganske enkelt å krysse denne energibarrieren, kalt aktiveringsenergi .

Hvis vi ser på en reaksjon utført ved temperaturen T og ved konstant trykk, som er mengden reaksjoner utført i det fri under atmosfærisk trykk, måles energien i reaksjonssystemet ved hjelp av entalpifunksjonen H Forskjellen i entalpi assosiert med reaksjonsligningen, kalt reaksjonsentalpi , gjør det mulig å bestemme variasjonen i systemets energi etter reaksjon. Det uttrykkes oftest ved termisk overføring med det ytre miljøet. $\ Delta_ \ mathrm {r} \ mathrm {H}$

Studiet av det energiske aspektet ved kjemiske reaksjoner er termokjemi .

Tilstanden til et kjemisk system er preget av:

de fysiske mengdene temperatur og trykk;
de kjemiske artene som utgjør den, samt deres fysiske tilstand (faststoff (er), væske (l), gass (g), oppløst (aq)) og deres mengde materie.

Reaksjonshastighet

Studiet av systemets energi ( termokjemi ) gjør det mulig å vite om en reaksjon kan oppstå eller ikke, hvilken innledende energi det er nødvendig å gi for å krysse barrieren. Men det er en annen viktig parameter: reaksjonshastigheten .

Reaksjonshastigheten er målingen på modifikasjonen over tid av konsentrasjonene og / og trykket til stoffene som er involvert i denne reaksjonen. Analysen av reaksjonshastigheter er viktig for mange bruksområder som kjemisk konstruksjon eller studier av kjemisk likevekt .

Reaksjonshastigheten avhenger av:

at konsentrasjonen av reaktanter : en større konsentrasjon øker muligheten for kollisjoner mellom molekylene og derved øker reaksjonshastigheten;
overflaten som er tilgjengelig for kontakt mellom molekyler, spesielt av det faste stoffet i heterogene systemer. Et større overflateareal gir større reaksjonshastighet;
det trykk , som ved å øke, avtar volumet og dermed avstanden mellom molekylene. Dette øker frekvensen av kollisjoner av molekyler;
den aktiveringsenergi som er definert som den mengde energi som er nødvendig for reaksjonen til å starte og å opprettholdes spontant;
den temperatur som ved stigende aktiverer reaksjonen øker energien av molekylene og skape flere kollisjoner per tidsenhet;
fraværet eller tilstedeværelsen av en katalysator som modifiserer reaksjonsmekanismen som igjen øker hastigheten på reaksjonen og senker den nødvendige aktiveringsenergien. En katalysator blir ikke ødelagt under reaksjonen;
for noen reaksjoner er tilstedeværelsen av elektromagnetisk stråling , spesielt ultrafiolett stråling , nødvendig for å bryte bindinger for å starte reaksjonen.

Merk at noen reaksjoner ikke avhenger av konsentrasjonen av reagensene.

Kjemisk reaksjon i laboratoriet

I et laboratorium involverer gjennomføring av en kjemisk reaksjon:

Forbered reaksjonen og beregne mengdene;
Gjennomfør reaksjonen ved ønsket temperatur;
Nøytraliser reaksjonsmediet om nødvendig;
Behandle reaksjonen rå ;
Rens blandingen for å oppnå ønsket forbindelse om mulig.

Eksempler

Noen av de vanligste kjemiske reaksjonene inkluderer:

den pusting , den gjæring melkesyre og alkoholgjæringen som muliggjør å produsere energi ;
utskillelsen av produkter fra organene (tårer, svette, spytt, magesaft, hormoner , etc. ), virkningen av disse sekresjonene;
den forbrennings (inter alia i forbrenningsmotorer og kjeler), den ild ;
matlaging, forbrenning;
den korrosjon av materialet (f.eks rust);
den foto klorofyll som tillater plantene å regenerere oksygen i luften ved å gjenvinne karbondioksid ;
oppløsningen av metaller med en syre;
avsløringen av sølvfotografier ;
produksjon av elektrisitet med batterier, lagring og frigjøring av elektrisitet med batterier og akkumulatorer;
produksjon av metaller fra malm ( metallurgi );
produksjon av bensin, oljer og plast fra petroleum ;
produksjon av rengjøringsprodukter: såpe (forsæbningsreaksjon), blekemiddel , saltsyre , kaustisk brus , ammoniakk ;
produksjon av gjødsel , plantevernmidler , fytosanitære produkter ;
produksjon av medisiner ;
vinfremstilling, alkoholbehandling → etansyre (eddik);
åndedrettsvern “gå grønt”;
ozonforurensning fra luftforurensninger;
ødeleggelse av ozon av klorfluorkarboner (CFC) (kjølemidler, etc.).

Klassifisering

Det er et veldig bredt utvalg av kjemiske reaksjoner, men vi kan identifisere "familier" av reaksjoner. Noen av hovedfamiliene er presentert nedenfor, men denne listen er ikke uttømmende , og en kjemisk reaksjon kan samtidig tilhøre flere av disse familiene.

syre-base reaksjon , som innebærer en overføring av proton H + fra en syre (som gir opp H + ) til en base (som fanger H + )

NH 4 + (aq) + HO - (aq) → NH 3 (g) + H 2 O (l)

oksidasjonsreduksjonsreaksjon , hvor overføring av en eller flere elektroner fra et reduksjonsmiddel til en oksidant observeres:

Fe (s) + Cu 2+ (aq) → Fe 2+ (aq) + Cu (s)

forbrenning , spesielt tilfelle av en oksidasjonsreduksjonsreaksjon der et drivstoff reagerer med en oksidasjonsmiddel (generelt dioksygen ) med en betydelig frigjøring av varme (sterkt eksoterm reaksjon ).

CH 4 + 2 O 2→ CO 2+ 2 H 2 O ( fullstendig forbrenning av metan )
H 2 + F 2 → 2HF (eksplosiv forbrenning av dihydrogen i difluorid )

organisk reaksjon som involverer organiske forbindelser ( molekyl som har minst ett atom av karbon (C) bundet til et hydrogenatom (H)); organiske reaksjoner kan klassifiseres etter mekanisme (reaksjon av tilsetning , substitusjon , eliminering , redoks , omorganisering, etc.) eller etter funksjonell gruppe (reaksjoner av alkoholer , karboksylsyrer , ketoner, etc.)
total syntese av en kjemisk forbindelse fra enkle legemer :

N 2 + 3 H 2 → 2NH 3

kjemisk nedbrytning der en forbindelse er delt i enklere arter; nedbrytninger kan klassifiseres i henhold til naturens fenomen som forårsaker dem: elektrolyse , termolyse , pyrolyse , radiolysis ...

2 H 2 O → 2 H 2 + O 2

isomerisering , der en kjemisk forbindelse gjennomgår en strukturendring uten å endre molekylformelen

	$\ rightleftharpoons$
Glc-6-P		Fru-6-P
Isomerisering av glukose-6-fosfat til fruktose-6-fosfat

radikal reaksjon, hvor minst ett av reaksjonsmellemproduktene er en radikal .

Se også

Relaterte artikler