Kemisk reaktion

En kemisk reaktion er en transformation af stof, hvorunder de kemiske arter, der udgør stof, modificeres. De arter, der forbruges, kaldes reaktanter ; de arter, der dannes under reaktionen, kaldes produkter . Siden Lavoisiers arbejde (1777) har forskere vidst, at den kemiske reaktion finder sted uden målbar variation i masse : "Intet går tabt, intet oprettes, alt transformeres" , hvilket afspejler bevarelsen af massen .

Kemiske reaktioner forårsager en ændring i stoffets kemiske natur. Rent fysiske transformationer såsom tilstandsændringer ( smeltning , størkning , fordampning , kogning , etc. ), slid, erosion og brud er således udelukket . En reaktion kan frigive energi (generelt i form af varme , men også lys ), det er derefter en eksoterm reaktion . Det kan kræve et input af energi i form af varme (derfor ”producere koldt”) eller lys, det er så en endoterm reaktion . Generelt kan en reaktion kun finde sted, hvis visse betingelser er opfyldt (tilstedeværelse af alle reagenser, temperatur, tryk, lysforhold). Nogle reaktioner kræver eller letter ved tilstedeværelsen af et kemikalie , kaldet en katalysator , som ikke forbruges af reaktionen. Klassisk involverer kemiske reaktioner ændringer, der vedrører bevægelse af elektroner , dannelse og brud af kemiske bindinger. Imidlertid gælder det generelle koncept for en kemisk reaktion, især begrebet kemisk ligning, også for elementære transformationer af partikler og nukleare reaktioner. I organisk kemi kombineres forskellige kemiske reaktioner i kemisk syntese for at opnå det ønskede produkt. I biokemi danner en række kemiske reaktioner katalyseret af enzymer metaboliske veje, gennem hvilke der normalt udføres umulige synteser og nedbrydninger i en celle.

Mikroskopisk syn (på atomniveau)

Materiale består af atomer grupperet i kemiske forbindelser , under en kemisk reaktion udveksler forbindelser deres atomer; ved at ændre dette ændres forbindelsernes beskaffenhed. De kemiske reaktioner vedrører kun ændrede bindinger mellem atomer ( kovalente bindinger , ionbindinger , metalliske bindinger ).

For at repræsentere de fænomener, der finder sted under en kemisk reaktion, skriver vi en kemisk ligning .

Kemisk reaktion og energi

Transformationerne, der finder sted under den kemiske reaktion, resulterer generelt i et fald i den samlede energi. I et molekyle eller en krystal kræver "tilslutningen" af atomerne faktisk energi, kaldet bindingsenergi . Når du bryder en binding, "bryder du" molekylet eller krystallen ved at "sprede" dets atomer. Det er derefter nødvendigt at levere energi. Når atomer rekombineres frigiver de energi ved at danne nye bindinger. Ved afslutningen af reaktionen er den energi, der er lagret i reaktionsprodukternes bindinger, lavere end den, der er lagret i reaktionskomponenterne.

Under reaktionen er der et stadium, hvor de gamle bånd brydes, og de nye endnu ikke er skabt. Det er en tilstand, hvor systemets energi er høj, en forbigående tilstand, der udgør en reel reaktionsbarriere. Indledningen af reaktionen er ganske enkelt at krydse denne energibarriere, kaldet aktiveringsenergi .

Hvis vi betragter en reaktion udført ved temperaturen T og ved konstant tryk, som er den række reaktioner, der udføres i det fri under atmosfærisk tryk, måles reaktionssystemets energi ved hjælp af entalpifunktionen H Forskellen i tilknyttet entalpi med reaktionsligningen, kaldet reaktionsentalpi , gør det muligt at bestemme ændringen i systemets energi efter reaktion. Det udtrykkes oftest ved termisk overførsel med det eksterne miljø. $\ Delta_ \ mathrm {r} \ mathrm {H}$

Undersøgelsen af det energiske aspekt af kemiske reaktioner er termokemi .

Et kemisk systems tilstand er karakteriseret ved:

de fysiske størrelser temperatur og tryk
de kemiske arter, der udgør den, såvel som deres fysiske tilstand (faststof (r), væske (l), gas (g), opløst (aq)) og deres mængde stof.

Reaktionshastighed

Undersøgelsen af systemets energi ( termokemi ) gør det muligt at vide, om en reaktion kan forekomme eller ej, hvilken indledende energi det er nødvendigt at give for at krydse barrieren. Men der er en anden vigtig parameter: reaktionshastigheden .

Reaktionshastigheden er et mål for modifikationen over tid af koncentrationerne og / og trykket af de stoffer, der er involveret i denne reaktion. Analysen af reaktionshastigheder er vigtig for mange anvendelser såsom kemiteknik eller undersøgelse af kemisk ligevægt .

Reaktionshastigheden afhænger af:

den koncentration af reaktanterne : en større koncentration øger muligheden for kollision mellem molekyler og forøger således reaktionshastighed;
overfladen tilgængelig til kontakt mellem molekyler, især af det faste stof i heterogene systemer. Et større overfladeareal producerer en større reaktionshastighed;
det tryk , som ved at forøge, formindsker lydstyrken og derfor afstanden mellem molekylerne. Dette øger hyppigheden af molekylers kollisioner;
den aktiveringsenergien der er defineret som den mængde energi nødvendig for reaktionen at starte og skal opretholdes spontant;
den temperatur, der af stigende aktiverer reaktionen øge energien af molekylerne og skabe flere kollisioner per tidsenhed;
fraværet eller tilstedeværelsen af en katalysator, som modificerer reaktionsmekanismen, hvilket igen øger reaktionshastigheden, hvilket sænker den krævede aktiveringsenergi. En katalysator ødelægges ikke under reaktionen;
for nogle reaktioner er tilstedeværelsen af elektromagnetisk stråling , især ultraviolet stråling , nødvendig for at bryde bindinger for at starte reaktionen.

Bemærk, at nogle reaktioner ikke afhænger af koncentrationen af reagenserne.

Kemisk reaktion i laboratoriet

I et laboratorium involverer udførelse af en kemisk reaktion:

Forbered reaktionen og beregne mængderne;
Udfør reaktionen ved den ønskede temperatur;
Neutraliser reaktionsmediet, hvis det er nødvendigt;
Behandl reaktionen rå ;
Rens blandingen for om muligt at opnå den ønskede forbindelse.

Eksempler

Nogle af de mest almindelige kemiske reaktioner inkluderer:

den vejrtrækning , den gæring mælkesyre og alkoholisk fermentering at give organisationer til at producere den energi ;
sekretionen af produkter af de organer (tårer, sved, spyt, mavesaft, hormoner , etc. ), virkningen af disse sekreter;
den forbrænding (bl.a. i forbrændingsmotorer og kedler), den ild ;
madlavning, forbrændinger;
den korrosion af materialet (fx rust);
den fotosyntese klorofyl, der giver planter til at regenerere oxygen i luften ved at genvinde carbondioxid ;
opløsning af metaller med en syre;
afsløringen af sølvfotografier ;
fremstilling af elektricitet med batterier, opbevaring og frigivelse af elektricitet med batterier og akkumulatorer
produktion af metaller fra malm ( metallurgi )
fremstilling af benzin, olier og plast af olie ;
fremstilling af rengøringsprodukter: sæbe (forsæbningsreaktion), blegemiddel , saltsyre , kaustisk soda , ammoniak ;
fremstilling af gødning , pesticider , plantesundhedsmæssige produkter ;
fremstilling af stoffer ;
vinfremstilling, alkoholforarbejdning → ethansyre (eddike);
åndedrætsværn “bliver grøn”;
ozon forurening fra luftforurenende stoffer;
destruktion af ozon ved hjælp af klorfluorcarboner (CFC'er) (kølemidler osv.).

Klassifikation

Der er en meget bred vifte af kemiske reaktioner, men vi kan identificere "familier" af reaktioner. Nogle af de vigtigste familier er præsenteret nedenfor, men denne liste er ikke udtømmende , og en kemisk reaktion kan samtidig tilhøre flere af disse familier.

syre-base reaktion , som involverer en overførsel af proton H + fra en syre (som giver H + ) til en base (som fanger H + )

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

oxidationsreduktionsreaktion , hvorunder overførslen af en eller flere elektroner fra et reduktionsmiddel til en oxidant observeres:

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

forbrænding , specielt tilfælde af en oxidationsreduktionsreaktion, hvor et brændstof reagerer med en oxidator (generelt dioxygen ) med en signifikant frigivelse af varme (stærkt eksoterm reaktion ).

CH 4 + 2 O 2→ CO 2+ 2H 2 O ( fuldstændig forbrænding af methan )
H 2 + K 2 → 2HF (eksplosive forbrænding af dihydrogen i difluorid )

organisk reaktion, der involverer organiske forbindelser ( molekyle med mindst et atom af carbon (C) bundet til et hydrogenatom (H)); organiske reaktioner kan klassificeres ved mekanisme (reaktion ved tilsætning , substitution , eliminering , redox , omlejring osv.) eller efter funktionel gruppe (reaktioner af alkoholer , carboxylsyrer , ketoner osv.)
total syntese af en kemisk forbindelse fra enkle legemer :

N 2 + 3 H 2 → 2 NH 3

kemisk nedbrydning , hvor en forbindelse er opdelt i enklere arter; nedbrydninger kan klassificeres i henhold til karakteren af fænomenet, der forårsager dem: elektrolyse , termolyse , pyrolyse , radiolysis ...

2H 2 O → 2H 2 + O 2

isomerisering , hvor en kemisk forbindelse gennemgår en strukturændring uden at ændre dens molekylære formel

	$\ rightleftharpoons$
Glc-6-P		Fru-6-P
Isomerisering af glucose-6-phosphat til fruktose-6-phosphat

radikal reaktion, hvor mindst et af reaktionsmellemprodukterne er en radikal .

Se også

Relaterede artikler