• Τι είναι μια χημική αντίδραση;
• Φυσικές και χημικές αλλαγές στην ύλη
• Χαρακτηριστικά μιας χημικής αντίδρασης
• Πώς αναπαρίσταται μια χημική αντίδραση;
• Είδη και παραδείγματα χημικών αντιδράσεων
• Σημασία των χημικών αντιδράσεων
• Ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης

Εξηγούμε τι είναι μια χημική αντίδραση, τα είδη που υπάρχουν, την ταχύτητά τους και άλλα χαρακτηριστικά. Επίσης, φυσικές και χημικές αλλαγές.

Οι χημικές αντιδράσεις μεταβάλλουν τη μοριακή σύνθεση των ουσιών.

Τι είναι μια χημική αντίδραση;

Χημικές αντιδράσεις (ονομάζονται επίσης χημικές αλλαγές ή χημικά φαινόμενα) είναι θερμοδυναμικές διεργασίες μετασχηματισμού του ύλη. Δύο ή περισσότεροι εμπλέκονται σε αυτές τις αντιδράσεις ουσίες (αντιδραστήρια ή αντιδραστήρια), τα οποία αλλάζουν σημαντικά στη διαδικασία και μπορούν να καταναλωθούν ή να απελευθερωθούν Ενέργεια για τη δημιουργία δύο ή περισσότερων ουσιών που ονομάζονται προϊόντα.

Κάθε χημική αντίδραση υποβάλλει την ύλη σε χημικό μετασχηματισμό, αλλάζοντας τη δομή και τη μοριακή της σύνθεση (σε αντίθεση με Φυσικές αλλαγές που επηρεάζουν μόνο το σχήμα του ή Κατάσταση συγκέντρωσης). Οι χημικές αλλαγές γενικά παράγουν νέες ουσίες, διαφορετικές από αυτές που είχαμε στην αρχή.

Οι χημικές αντιδράσεις μπορεί να συμβούν αυθόρμητα στη φύση (χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση) ή μπορούν επίσης να δημιουργηθούν από ανθρώπους σε εργαστήριο υπό ελεγχόμενες συνθήκες.

Πολλά από τα υλικά που χρησιμοποιούμε σε καθημερινή βάση λαμβάνονται βιομηχανικά από απλούστερες ουσίες που συνδυάζονται μέσω μιας ή περισσότερων χημικών αντιδράσεων.

Φυσικές και χημικές αλλαγές στην ύλη

Φυσικές αλλαγές στην ύλη είναι αυτές που αλλοιώνουν το σχήμα της χωρίς να αλλάζουν τη σύστασή της, χωρίς δηλαδή να τροποποιούν τον τύπο της εν λόγω ουσίας.

Αυτές οι αλλαγές έχουν να κάνουν με αλλαγές στην κατάσταση συσσωμάτωσης της ύλης (στερεός, υγρό, αεριώδης) και άλλες φυσικές ιδιότητες (χρώμα, πυκνότητα, μαγνητισμός, και τα λοιπά).

Οι φυσικές αλλαγές είναι συνήθως αναστρέψιμες αφού αλλάζουν το σχήμα ή την κατάσταση της ύλης, αλλά όχι τη σύνθεσή της. Για παράδειγμα, όταν βράζει Νερό Μπορούμε να μετατρέψουμε ένα υγρό σε αέριο, αλλά ο ατμός που προκύπτει εξακολουθεί να αποτελείται από μόρια νερού. Αν παγώσουμε το νερό, πηγαίνει σε στερεή κατάσταση αλλά εξακολουθεί να είναι χημικά η ίδια ουσία.

Οι χημικές αλλαγές μεταβάλλουν την κατανομή και τη σύνδεση του άτομα της ύλης, επιτυγχάνοντας να συνδυάζονται με διαφορετικό τρόπο, λαμβάνοντας έτσι ουσίες διαφορετικές από τις αρχικές, αν και πάντα στο ίδιο ποσοστόΑφού η ύλη δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, μόνο μετασχηματίζεται.

Για παράδειγμα, αν αντιδράσουμε νερό (Η2Ο) και κάλιο (Κ), θα λάβουμε δύο νέες ουσίες: το υδροξείδιο του καλίου (ΚΟΗ) και το υδρογόνο (Η2). Αυτή είναι μια αντίδραση που συνήθως απελευθερώνει πολλή ενέργεια και ως εκ τούτου είναι πολύ επικίνδυνη.

Χαρακτηριστικά μιας χημικής αντίδρασης

Οι χημικές αντιδράσεις είναι γενικά μη αναστρέψιμες διεργασίες, δηλαδή περιλαμβάνουν το σχηματισμό ή την καταστροφή χημικούς δεσμούς ανάμεσα σε μόρια των αντιδραστηρίων, δημιουργώντας απώλεια ή κέρδος ενέργειας.

Σε μια χημική αντίδραση, η ύλη μετασχηματίζεται βαθιά, αν και μερικές φορές αυτή η ανασύνθεση δεν μπορεί να δει με γυμνό μάτι. Ακόμα, οι αναλογίες των αντιδρώντων μπορούν να μετρηθούν, κάτι που αντιμετωπίζεται με στοιχειομετρία.

Από την άλλη πλευρά, οι χημικές αντιδράσεις παράγουν ορισμένα προϊόντα ανάλογα με τη φύση των αντιδρώντων, αλλά και με τις συνθήκες στις οποίες συμβαίνει η αντίδραση.

Ένα άλλο σημαντικό ζήτημα στις χημικές αντιδράσεις είναι η ταχύτητα με την οποία συμβαίνουν, καθώς ο έλεγχος της ταχύτητάς τους είναι απαραίτητος για τη χρήση τους σε βιομηχανία, φάρμακα κλπ. Υπό αυτή την έννοια, υπάρχουν μέθοδοι για την αύξηση ή τη μείωση της ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης.

Ένα παράδειγμα είναι η χρήση καταλυτών, ουσιών που αυξάνουν την ταχύτητα των χημικών αντιδράσεων. Αυτές οι ουσίες δεν συμμετέχουν στις αντιδράσεις, ελέγχουν μόνο τον ρυθμό με τον οποίο εμφανίζονται. Υπάρχουν και ουσίες που ονομάζονται αναστολείς, οι οποίες χρησιμοποιούνται με τον ίδιο τρόπο αλλά προκαλούν το αντίθετο αποτέλεσμα, δηλαδή επιβραδύνουν τις αντιδράσεις.

Πώς αναπαρίσταται μια χημική αντίδραση;

Οι χημικές αντιδράσεις αντιπροσωπεύονται με χημικές εξισώσεις, δηλαδή ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ τυποι στην οποία περιγράφονται τα συμμετέχοντα αντιδραστήρια και τα προϊόντα που λαμβάνονται, υποδεικνύοντας συχνά ορισμένες εγγενείς συνθήκες της αντίδρασης, όπως η παρουσία θερμότητας, καταλυτών, φωτός κ.λπ.

Η πρώτη χημική εξίσωση στην ιστορία συντάχθηκε το 1615 από τον Jean Begin, σε μια από τις πρώτες πραγματείες για χημεία, ο Tyrocinium Chymicum. Σήμερα είναι κοινής διδασκαλίας και χάρη σε αυτά μπορούμε πιο εύκολα να οραματιστούμε τι συμβαίνει σε μια συγκεκριμένη αντίδραση.

Ο γενικός τρόπος αναπαράστασης μιας χημικής εξίσωσης είναι:

Που:

• Τα Α και Β είναι τα αντιδρώντα.
• C και D είναι τα προϊόντα.
• προς το, σι, ντο Υ ρε είναι οι στοιχειομετρικοί συντελεστές (είναι αριθμοί που υποδεικνύουν την ποσότητα των αντιδρώντων και των προϊόντων) που πρέπει να ρυθμιστούν ώστε να υπάρχει η ίδια ποσότητα κάθε στοιχείου στα αντιδρώντα και στα προϊόντα. Με αυτόν τον τρόπο, εκπληρώνεται ο Νόμος της Διατήρησης της Μάζας (που ορίζει ότι η μάζα ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται, μόνο μεταμορφώνεται).

Σε μια χημική αντίδραση, τα άτομα αναδιατάσσονται για να σχηματίσουν νέες ουσίες.

Είδη και παραδείγματα χημικών αντιδράσεων

Οι χημικές αντιδράσεις μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με τον τύπο των αντιδρώντων που αντιδρούν. Με βάση αυτό, διακρίνονται οι ανόργανες χημικές αντιδράσεις και οι οργανικές χημικές αντιδράσεις. Αλλά πρώτα, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε μερικά από τα σύμβολα που χρησιμοποιούνται για την αναπαράσταση αυτών των αντιδράσεων μέσω χημικών εξισώσεων:

Ανόργανες αντιδράσεις. Εμπλέκω ανόργανες ενώσειςκαι μπορεί να ταξινομηθεί ως εξής:

• Ανάλογα με το είδος του μετασχηματισμού.
  • Αντιδράσεις σύνθεσης ή προσθήκης. Δύο ουσίες συνδυάζονται για να καταλήξουν σε μια διαφορετική ουσία. Για παράδειγμα:
    
  • Αντιδράσεις αποσύνθεσης. Μια ουσία διασπάται στα απλά συστατικά της ή μια ουσία αντιδρά με μια άλλη και διασπάται σε άλλες ουσίες που περιέχουν τα συστατικά της. Για παράδειγμα:
    
  • Αντιδράσεις μετατόπισης ή υποκατάστασης. Μια ένωση ή στοιχείο παίρνει τη θέση ενός άλλου σε μια ένωση, αντικαθιστώντας το και αφήνοντάς το ελεύθερο. Για παράδειγμα:
    
  • Αντιδράσεις διπλής υποκατάστασης. Δύο αντιδρώντα ανταλλάσσουν ενώσεις ή χημικά στοιχεία ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΑ. Για παράδειγμα:
    
• Ανάλογα με το είδος και τη μορφή της ενέργειας που ανταλλάσσεται.
  • Ενδόθερμες αντιδράσεις. Η θερμότητα απορροφάται έτσι ώστε να μπορεί να συμβεί η αντίδραση. Για παράδειγμα:
    
  • Εξώθερμες αντιδράσεις. Η θερμότητα εκπέμπεται όταν συμβεί η αντίδραση. Για παράδειγμα:
    
  • Ενδόφωτες αντιδράσεις. Απαιτείται φως για να συμβεί η αντίδραση. Για παράδειγμα: φωτοσύνθεση.
    
  • Εξωφαντικές αντιδράσεις. Το φως εκπέμπεται όταν συμβεί η αντίδραση. Για παράδειγμα:
    
  • Ενδοηλεκτρικές αντιδράσεις. Απαιτείται ηλεκτρική ενέργεια για να συμβεί η αντίδραση. Για παράδειγμα:
    
  • Εξωηλεκτρικές αντιδράσεις. Η ηλεκτρική ενέργεια απελευθερώνεται ή παράγεται όταν συμβεί η αντίδραση. Για παράδειγμα:
    

    

• Ανάλογα με την ταχύτητα αντίδρασης.
  • Αργή αντιδράσεις Η ποσότητα των αντιδραστηρίων που καταναλώνονται και η ποσότητα των προϊόντων που σχηματίζονται σε μια δεδομένη χρονική στιγμή είναι πολύ μικρή. Για παράδειγμα: η οξείδωση του σιδήρου. Είναι μια αργή αντίδραση, την οποία βλέπουμε σε καθημερινή βάση σε σιδερένια αντικείμενα που είναι σκουριασμένα. Αν αυτή η αντίδραση δεν ήταν αργή, δεν θα είχαμε πολύ παλιές σιδερένιες κατασκευές στον σημερινό κόσμο.
    
  • Γρήγορες αντιδράσεις. Η ποσότητα των αντιδραστηρίων που καταναλώνονται και η ποσότητα των προϊόντων που σχηματίζονται σε μια δεδομένη χρονική στιγμή είναι μεγάλη. Για παράδειγμα: η αντίδραση του νατρίου με το νερό είναι μια αντίδραση που εκτός του ότι συμβαίνει γρήγορα, είναι και πολύ επικίνδυνη.
    
• Ανάλογα με τον τύπο του σωματιδίου.
  • Αντιδράσεις όξινη βάση. Μεταφέρονται πρωτόνια (Η +). Για παράδειγμα:
    
  • Αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής. Μεταφέρονται ηλεκτρόνια. Σε αυτό το είδος αντίδρασης πρέπει να δούμε τον αριθμό οξείδωσης των εμπλεκόμενων στοιχείων. Εάν ο αριθμός οξείδωσης ενός στοιχείου αυξάνεται, οξειδώνεται, αν μειωθεί, μειώνεται. Για παράδειγμα: σε αυτή την αντίδραση ο σίδηρος οξειδώνεται και το κοβάλτιο ανάγεται.
    
• Σύμφωνα με την κατεύθυνση της αντίδρασης.
  • Αναστρέψιμες αντιδράσεις. Πηγαίνουν αμφίδρομα, δηλαδή τα προϊόντα μπορούν να γίνουν και πάλι τα αντιδρώντα. Για παράδειγμα:
    
  • Μη αναστρέψιμες αντιδράσεις. Εμφανίζονται με μία μόνο έννοια, δηλαδή τα αντιδρώντα μετατρέπονται σε προϊόντα και δεν μπορεί να συμβεί η αντίθετη διαδικασία. Για παράδειγμα:
    

Οργανικές αντιδράσεις. Περιλαμβάνουν οργανικές ενώσεις, οι οποίες είναι αυτές που σχετίζονται με τη βάση της ζωής. Εξαρτώνται από τον τύπο της οργανικής ένωσης για την ταξινόμησή τους, αφού κάθε λειτουργική ομάδα έχει ένα εύρος ειδικών αντιδράσεων. Για παράδειγμα, αλκάνια, αλκένια, αλκίνια, αλκοόλες, κετόνες, αλδεΰδες, αιθέρες, εστέρες, νιτρίλια κ.λπ.

Μερικά παραδείγματα αντιδράσεων οργανικών ενώσεων είναι:

• Αλογόνωση αλκανίων. Ένα υδρογόνο του αλκανίου αντικαθίσταται από το αντίστοιχο αλογόνο.
  
• Καύση αλκανίων. Τα αλκάνια αντιδρούν με οξυγόνο για να δώσουν διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Αυτός ο τύπος αντίδρασης απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας.
  
• Αλογόνωση αλκενίων. Δύο από τα υδρογόνα που υπάρχουν στους άνθρακες που σχηματίζουν τον διπλό δεσμό αντικαθίστανται.
  
• Υδρογόνωση αλκενίων. Στον διπλό δεσμό προστίθενται δύο υδρογόνα, παράγοντας έτσι το αντίστοιχο αλκάνιο. Αυτή η αντίδραση λαμβάνει χώρα παρουσία καταλυτών όπως η πλατίνα, το παλλάδιο ή το νικέλιο.
  

Σημασία των χημικών αντιδράσεων

Τόσο η φωτοσύνθεση όσο και η αναπνοή είναι παραδείγματα χημικών αντιδράσεων.

Οι χημικές αντιδράσεις είναι θεμελιώδεις για την ύπαρξη και την κατανόηση του κόσμου όπως τον ξέρουμε. Οι αλλαγές που υφίσταται η ύλη υπό φυσικές ή ανθρωπογενείς συνθήκες (και που συχνά δημιουργούν πολύτιμα υλικά) είναι μόνο ένα παράδειγμα. Η μεγαλύτερη απόδειξη της σημασίας των χημικών αντιδράσεων είναι η ίδια η ζωή, σε όλες τις εκφράσεις της.

Η ύπαρξη του ζωντανά όντα όλων των ειδών είναι δυνατή μόνο χάρη στην ικανότητα αντίδρασης της ύλης, η οποία επέτρεψε στις πρώτες κυτταρικές μορφές ζωής να ανταλλάξουν ενέργεια με το περιβάλλον τους μέσω μεταβολικών οδών, δηλαδή μέσω αλληλουχιών χημικών αντιδράσεων που απέδιδαν περισσότερη χρήσιμη ενέργεια από ό,τι καταναλώθηκε.

Για παράδειγμα, στην καθημερινότητά μας το αναπνοή Αποτελείται από πολλαπλές χημικές αντιδράσεις, οι οποίες υπάρχουν επίσης στο φωτοσύνθεση απο φυτά.

Ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης

Οι χημικές αντιδράσεις απαιτούν έναν καθορισμένο χρόνο για να πραγματοποιηθούν, ο οποίος ποικίλλει ανάλογα με τη φύση των αντιδρώντων και το περιβάλλον στο οποίο λαμβάνει χώρα η αντίδραση.

Οι παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό των χημικών αντιδράσεων είναι γενικά:

• Αύξηση θερμοκρασίας Οι υψηλές θερμοκρασίες τείνουν να αυξάνουν την ταχύτητα των χημικών αντιδράσεων.
• Αυξημένη πίεση. Η αύξηση της πίεσης συνήθως αυξάνει την ταχύτητα των χημικών αντιδράσεων. Αυτό συμβαίνει γενικά όταν αντιδρούν ουσίες που είναι ευαίσθητες στις αλλαγές πίεσης, όπως τα αέρια. Στην περίπτωση των υγρών και των στερεών, οι μεταβολές της πίεσης δεν προκαλούν σημαντικές αλλαγές στον ρυθμό των αντιδράσεών τους.
• Κατάσταση συσσωμάτωσης στην οποία βρίσκονται τα αντιδραστήρια. Τα στερεά τείνουν να αντιδρούν πιο αργά από τα υγρά ή τα αέρια, αν και η ταχύτητα θα εξαρτηθεί επίσης από την αντιδραστικότητα κάθε ουσίας.
• Χρήση καταλυτών (ουσίες που χρησιμοποιούνται για την αύξηση της ταχύτητας των χημικών αντιδράσεων). Αυτές οι ουσίες δεν συμμετέχουν στις αντιδράσεις, ελέγχουν μόνο τον ρυθμό με τον οποίο εμφανίζονται. Υπάρχουν και ουσίες που ονομάζονται αναστολείς, οι οποίες χρησιμοποιούνται με τον ίδιο τρόπο αλλά προκαλούν το αντίθετο αποτέλεσμα, δηλαδή επιβραδύνουν τις αντιδράσεις.
• Φωτεινή ενέργεια (Φως). Ορισμένες χημικές αντιδράσεις επιταχύνονται όταν το φως πέφτει πάνω τους.
• Συγκέντρωση αντιδραστηρίου. Οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν ταχύτερα εάν έχουν υψηλή συγκέντρωση των αντιδραστηρίων τους.