chemische reaktion

Chemie

2022

Wir erklären, was eine chemische Reaktion ist, welche Arten es gibt, ihre Geschwindigkeit und andere Eigenschaften. Auch physikalische und chemische Veränderungen.

Chemische Reaktionen verändern die molekulare Zusammensetzung von Stoffen.

Was ist eine chemische Reaktion?

Chemische Reaktionen (auch genannt Chemische Veränderungen oder chemische Phänomene) sind thermodynamische Umwandlungsprozesse der Angelegenheit. An diesen Reaktionen sind zwei oder mehr beteiligt Substanzen (Reagenzien oder Reaktanten), die sich im Prozess stark verändern und verbrauchen oder freisetzen können Energie um zwei oder mehr Stoffe namens . zu erzeugen Produkte.

Jede chemische Reaktion unterliegt einer chemischen Umwandlung, die ihre Struktur und molekulare Zusammensetzung verändert (im Gegensatz zu Physische Veränderungen die nur seine Form betreffen oder Aggregatzustand). Chemische Veränderungen produzieren im Allgemeinen neue Substanzen, die sich von denen unterscheiden, die wir am Anfang hatten.

Chemische Reaktionen können spontan in der Natur (ohne menschliches Eingreifen) ablaufen oder auch von Menschen in einem Labor unter kontrollierten Bedingungen erzeugt werden.

Viele der Materialien, die wir täglich verwenden, werden industriell aus einfacheren Stoffen gewonnen, die durch eine oder mehrere chemische Reaktionen kombiniert werden.

Physikalische und chemische Veränderungen in der Materie

Physikalische Veränderungen in der Materie sind solche, die ihre Form ändern, ohne ihre Zusammensetzung zu ändern, dh ohne die Art der fraglichen Substanz zu ändern.

Diese Änderungen haben mit Änderungen des Aggregatzustands der Materie zu tun (fest, flüssig, gasförmig) und andere physikalische Eigenschaften (Farbe, Dichte, Magnetismus, etc).

Physikalische Veränderungen sind normalerweise reversibel, da sie die Form oder den Zustand der Materie verändern, nicht aber ihre Zusammensetzung. Zum Beispiel beim Kochen Wasser Wir können eine Flüssigkeit in ein Gas verwandeln, aber der entstehende Dampf besteht immer noch aus Wassermolekülen. Wenn wir das Wasser einfrieren, geht es in den festen Zustand über, ist aber chemisch immer noch die gleiche Substanz.

Chemische Veränderungen verändern die Verteilung und Bindung der Atome der Materie, wodurch erreicht wird, dass sie auf andere Weise kombiniert werden, wodurch Substanzen erhalten werden, die sich von den ursprünglichen unterscheiden, wenn auch immer in den gleichen AnteilDa Materie nicht erschaffen oder zerstört werden kann, nur transformiert.

Reagieren wir beispielsweise mit Wasser (H2O) und Kalium (K), erhalten wir zwei neue Stoffe: Kaliumhydroxid (KOH) und Wasserstoff (H2). Dies ist eine Reaktion, die normalerweise viel Energie freisetzt und daher sehr gefährlich ist.

Merkmale einer chemischen Reaktion

Chemische Reaktionen sind im Allgemeinen irreversible Prozesse, d. h. sie beinhalten die Bildung oder Zerstörung von chemische Verbindungen zwischen den Moleküle der Reagenzien, was zu einem Energieverlust oder -gewinn führt.

Bei einer chemischen Reaktion wird Materie tief transformiert, obwohl diese Neuzusammensetzung manchmal mit bloßem Auge nicht zu sehen ist. Dennoch können die Anteile der Reaktanten gemessen werden, was durch die Stöchiometrie behandelt wird.

Andererseits erzeugen chemische Reaktionen in Abhängigkeit von der Art der Reaktionspartner, aber auch von den Bedingungen, unter denen die Reaktion abläuft, bestimmte Produkte.

Ein weiteres wichtiges Thema bei chemischen Reaktionen ist die Geschwindigkeit, mit der sie ablaufen, da die Kontrolle ihrer Geschwindigkeit für ihre Verwendung in der Industrie, Medizin usw. In diesem Sinne gibt es Methoden, um die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu erhöhen oder zu verringern.

Ein Beispiel ist der Einsatz von Katalysatoren, Stoffen, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen erhöhen. Diese Stoffe nehmen nicht an den Reaktionen teil, sie steuern nur die Geschwindigkeit, mit der sie ablaufen. Es gibt auch so genannte Inhibitoren, die auf die gleiche Weise angewendet werden, jedoch den gegenteiligen Effekt haben, dh die Reaktionen verlangsamen.

Wie wird eine chemische Reaktion dargestellt?

Chemische Reaktionen werden durch chemische Gleichungen dargestellt, d.h. Formeln in dem die beteiligten Reagenzien und die erhaltenen Produkte beschrieben werden, wobei oft auf bestimmte reaktionsbedingte Bedingungen wie das Vorhandensein von Wärme, Katalysatoren, Licht usw. hingewiesen wird.

Die erste chemische Gleichung der Geschichte wurde 1615 von Jean Begin in einer der ersten Abhandlungen über aufgestellt Chemie, das Tyrocinium chymicum. Heute werden sie allgemein gelehrt und dank ihnen können wir leichter visualisieren, was in einer bestimmten Reaktion passiert.

Die allgemeine Art, eine chemische Gleichung darzustellen, ist:

Wo:

  • A und B sind die Reaktanten.
  • C und D sind die Produkte.
  • zu, B, C Ja D sind die stöchiometrischen Koeffizienten (es sind Zahlen, die die Menge der Reaktanten und Produkte angeben), die so angepasst werden müssen, dass die gleiche Menge jedes Elements in den Reaktanten und in den Produkten vorhanden ist. Auf diese Weise wird das Gesetz der Erhaltung der Masse erfüllt (das festlegt, dass die Masse es wird weder erschaffen noch zerstört, es verwandelt sich nur).

Bei einer chemischen Reaktion ordnen sich die Atome zu neuen Stoffen um.

Arten und Beispiele chemischer Reaktionen

Chemische Reaktionen können nach der Art der reagierenden Reaktanten klassifiziert werden. Darauf aufbauend lassen sich anorganisch-chemische Reaktionen und organisch-chemische Reaktionen unterscheiden. Aber zuerst ist es wichtig, einige der Symbole zu kennen, die verwendet werden, um diese Reaktionen durch chemische Gleichungen darzustellen:

Anorganische Reaktionen. Beteiligen Anorganische Verbindungen, und lässt sich wie folgt klassifizieren:

  • Je nach Art der Transformation.
    • Synthese- oder Additionsreaktionen. Zwei Stoffe verbinden sich zu einem anderen Stoff. Beispielsweise:
    • Zersetzungsreaktionen. Ein Stoff zerfällt in seine einfachen Bestandteile, oder ein Stoff reagiert mit einem anderen und zerfällt in andere Stoffe, die seine Bestandteile enthalten. Beispielsweise:
    • Verdrängungs- oder Substitutionsreaktionen. Eine Verbindung oder ein Element tritt an die Stelle einer anderen in einer Verbindung, ersetzt sie und lässt sie frei. Beispielsweise:
    • Doppelsubstitutionsreaktionen. Zwei Reaktanten tauschen Verbindungen aus oder chemische Elemente gleichzeitig. Beispielsweise:
  • Je nach Art und Form der ausgetauschten Energie.
    • Endotherme Reaktionen. Es wird Wärme aufgenommen, damit die Reaktion ablaufen kann. Beispielsweise:
    • Exotherme Reaktionen. Bei der Reaktion wird Wärme abgegeben. Beispielsweise:
    • Endoluminöse Reaktionen. Erforderlich hell damit die Reaktion eintritt. Beispielsweise: Photosynthese.
    • Exoluminöse Reaktionen. Bei der Reaktion wird Licht abgegeben. Beispielsweise:
    • Endoelektrische Reaktionen. Erforderlich elektrische Energie damit die Reaktion eintritt. Beispielsweise:
    • Exoelektrische Reaktionen. Bei der Reaktion wird elektrische Energie freigesetzt oder erzeugt. Beispielsweise:

  • Entsprechend der Reaktionsgeschwindigkeit.
    • Langsame Reaktionen Die Menge der verbrauchten Reagenzien und die Menge der gebildeten Produkte in einer bestimmten Zeit ist sehr gering. Beispiel: die Oxidation von Eisen. Es ist eine langsame Reaktion, die wir täglich bei rostigen Eisengegenständen beobachten. Wenn diese Reaktion nicht langsam wäre, hätten wir in der heutigen Welt keine sehr alten Eisenstrukturen.
    • Schnelle Reaktionen. Die Menge der verbrauchten Reagenzien und die Menge der gebildeten Produkte in einer bestimmten Zeit ist groß. Zum Beispiel: Die Reaktion von Natrium mit Wasser ist eine Reaktion, die nicht nur schnell abläuft, sondern auch sehr gefährlich ist.
  • Je nach Art des beteiligten Teilchens.
    • Reaktionen Säure Base. Werden übertragen Protonen (H+). Beispielsweise:
    • Oxidations-Reduktions-Reaktionen. Werden übertragen Elektronen. Bei dieser Art von Reaktion müssen wir die Oxidationszahl der beteiligten Elemente betrachten. Steigt die Oxidationszahl eines Elements, wird es oxidiert, sinkt sie, wird es reduziert. Beispiel: Bei dieser Reaktion wird Eisen oxidiert und Kobalt reduziert.
  • Je nach Reaktionsrichtung.
    • Reversible Reaktionen. Sie gehen in beide Richtungen, dh die Produkte können wieder zu den Reaktionspartnern werden. Beispielsweise:
    • Irreversible Reaktionen. Sie treten nur in einem Sinne auf, dh die Reaktionspartner werden in Produkte umgewandelt und der umgekehrte Prozess kann nicht stattfinden. Beispielsweise:

Organische Reaktionen. Es handelt sich um organische Verbindungen, die mit der Lebensgrundlage zusammenhängen. Ihre Klassifizierung hängt von der Art der organischen Verbindung ab, da jede funktionelle Gruppe eine Reihe spezifischer Reaktionen aufweist. Zum Beispiel Alkane, Alkene, Alkine, Alkohole, Ketone, Aldehyde, Ether, Ester, Nitrile usw.

Einige Beispiele für Reaktionen organischer Verbindungen sind:

  • Halogenierung von Alkanen. Ein Wasserstoff des Alkans wird durch das entsprechende Halogen ersetzt.
  • Verbrennung von Alkanen. Alkane reagieren mit Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser. Bei dieser Art von Reaktion wird viel Energie freigesetzt.
  • Halogenierung von Alkenen. Zwei der Wasserstoffe, die an den Kohlenstoffen vorhanden sind, die die Doppelbindung bilden, werden ersetzt.
  • Hydrierung von Alkenen. An die Doppelbindung werden zwei Wasserstoffe addiert, wodurch das entsprechende Alkan entsteht. Diese Reaktion findet in Gegenwart von Katalysatoren wie Platin, Palladium oder Nickel statt.

Bedeutung chemischer Reaktionen

Sowohl Photosynthese als auch Atmung sind Beispiele für chemische Reaktionen.

Chemische Reaktionen sind grundlegend für die Existenz und das Verständnis der Welt, wie wir sie kennen. Die Veränderungen, die Materie unter natürlichen oder vom Menschen verursachten Bedingungen erfährt (und die oft wertvolle Materialien erzeugen), sind nur ein Beispiel. Der größte Beweis für die Bedeutung chemischer Reaktionen ist das Leben selbst in all seinen Ausdrucksformen.

Die Existenz von Lebewesen aller Art ist nur möglich dank der Reaktionsfähigkeit der Materie, die es den ersten zellulären Lebensformen ermöglichte, über Stoffwechselwege, also durch Abfolgen chemischer Reaktionen, die mehr Nutzenergie lieferten, als verbraucht wurde, mit ihrer Umgebung Energie auszutauschen.

Zum Beispiel in unserem täglichen Leben die Atmung Es besteht aus mehreren chemischen Reaktionen, die auch in der Photosynthese des Pflanzen.

Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Chemische Reaktionen benötigen eine festgelegte Zeit, die je nach Art der Reaktanten und der Umgebung, in der die Reaktion stattfindet, variiert.

Faktoren, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen beeinflussen, sind im Allgemeinen:

  • Temperaturanstieg Hohe Temperaturen neigen dazu, die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen zu erhöhen.
  • Erhöhter Druck. Eine Druckerhöhung erhöht normalerweise die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen. Dies tritt im Allgemeinen auf, wenn druckänderungsempfindliche Stoffe wie Gase reagieren. Bei Flüssigkeiten und Feststoffen bewirken Druckänderungen keine wesentlichen Änderungen der Reaktionsgeschwindigkeit.
  • Aggregationszustand, in dem sich die Reagenzien befinden. Feststoffe reagieren tendenziell langsamer als Flüssigkeiten oder Gase, obwohl die Geschwindigkeit auch von der Reaktivität der einzelnen Stoffe abhängt.
  • Verwendung von Katalysatoren (Substanzen, die verwendet werden, um die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen zu erhöhen). Diese Stoffe nehmen nicht an den Reaktionen teil, sie steuern nur die Geschwindigkeit, mit der sie ablaufen. Es gibt auch so genannte Inhibitoren, die auf die gleiche Weise angewendet werden, jedoch den gegenteiligen Effekt haben, dh die Reaktionen verlangsamen.
  • Lichtenergie (Licht). Einige chemische Reaktionen werden beschleunigt, wenn sie mit Licht bestrahlt werden.
  • Reagenzkonzentration. Die meisten chemischen Reaktionen laufen schneller ab, wenn sie eine hohe Konzentration ihrer Reagenzien haben.
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