化学反応、特性、要因、段階、種類、例を理解する
化学反応、特性、要因、段階、種類、例を理解する。 化学反応は、反応する物質が反応の生成物になる化学変化です。
化学反応の定義
化学反応は、反応物（反応物）から生成物（生成物）への化学変化です。 化学反応では、常に新しい性質を持つ新しい物質が生成されます。 化学反応は、元素の記号を使用して記述されています。 記号を使って反応を表現する方法を見てみましょう。
水銀と酸素を生成するための酸化水銀の次の反応を考えてみましょう。
HgO-Hg + O2
化学者は上記の記号を次のように翻訳します。 「1つの水銀原子（Hg）と1つの酸素原子（O）からなるHgO分子は、（-）1つを生成します。 1つの水銀原子（Hg）と2つの酸素原子からなる1つの分子からなる分子 （O2）」。
化学反応を表す記号の組み合わせは、化学反応式と呼ばれます。 矢印の左側に反応する物質は反応物と呼ばれ、矢印の右側にある物質は反応の生成物と呼ばれます。 したがって、上記の化学式のHgOは反応物です。 HgとO2は反応の生成物です。
物質の保存の法則は、通常の化学反応では、変化しても物質が失われることはないと述べています。 反応物中の原子の数は、原子がどのように変化して新しい分子パターンを形成しても、生成されたものと同じままでなければなりません。 方程式がこれらの条件を満たす場合、方程式はバランスが取れていると言えます。
方程式はどうですか
HgO-Hg + O2？
方程式のバランスをとるために、HgOの前に2を追加し、Hgの前にさらに2を追加します。 2HgOは、それぞれ1つの水銀原子と1つの酸素原子からなる2つの分子を意味します。 方程式は次のようになります。
2 HgO — 2 Hg + O2
言い換えれば、それぞれが1つの水銀原子と1つの酸素原子からなる2分子の酸化水銀（HgO） それぞれが1つの水銀原子と1つの酸素分子からなる2つの水銀分子を生成します。 酸素原子。
この方程式は現在バランスが取れており、左側には2つの水銀原子と2つの酸素原子があり、右側には2つの酸素原子があります。 反応生成物はHg2ではなく2Hgと書かれていることに注意してください。 これは、水銀分子が1つの水銀原子のみで構成されているためです。
以下の数字2を書き留めると、分子に2つの原子が含まれていると言えますが、これは間違っています。 方程式のバランスをとる際に、分子を置き換えてはならないことを忘れないでください。 変更できるのは分子の数だけです。
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化学反応特性
化学反応が起こると、私たちが観察できる変化があります。 以下の化学反応の特徴を考慮してください。
化学反応は色の変化を引き起こす可能性があります
たとえば、過マンガン酸カリウム（KMnO4）の溶液の紫色は、シュウ酸（H2C2O4）の溶液と反応すると変化することがわかります。 この化学変化は、過マンガン酸カリウム化合物が無色の硫酸マンガン（MnSO4）化合物に変わるために発生します。
同様に、緑色の炭酸銅（CuCO3）は、加熱後に黒っぽい酸化銅（Cu2O）と二酸化炭素（CO2）に変わります。
化学反応は沈殿物を形成する可能性があります
塩化バリウム（BaCh）を硫酸ナトリウム（Na2SO4）と反応させると、硫酸バリウム（BaSO4）の白い沈殿物が生成されます。 形成された白い沈殿物は水に溶解しにくい。 化学反応は次のように書くことができます。
BaCl2 + Na2SO4-BaSO4 + 2NaCl
（溶液）（溶液）（固溶体）（溶液）
多くの化学物質が反応して沈殿物を引き起こしました。 別の例は、硝酸銀（AgNO3）の溶液を塩化ナトリウム（NaCl）の溶液と反応させて、塩化銀（AgCl）の白色沈殿物と硝酸ナトリウム（NaNO3）の溶液を生成することです。
AgNO3 + NaCl — AgCl + NaNO3
（溶液）（溶液）（固溶体）（溶液）
実際に堆積物とは何ですか？ 沈殿物は、溶液から固相としてそれ自体を分離する物質です。 沈殿物は結晶性（結晶性）またはコロイド状であり得、濾過または遠心分離によって溶液から除去することができる。 溶液が溶質で飽和しすぎると、沈殿物が形成されます。 沈殿物の溶解度は、飽和溶液のモル濃度に等しくなります。
沈殿物の溶解度は温度の上昇とともに増加しますが、一部の特殊なケース（硫酸カリウムなど）では逆のことが起こります。 異なる温度での溶解度の増加率。 場合によっては、温度の変化に伴う溶解度の変化が分離の理由である可能性があります。
たとえば、銀と水銀（I）からの鉛イオンの分離は、最初に3つのイオンを塩化物として沈殿させ、次に混合物に熱湯を加えることによって達成できます。 お湯は塩化鉛（PbCh）を溶解しますが、銀と塩化水銀（I）（HgCl）は溶解しません。 高温の溶液をろ過した後、鉛イオンがろ液に含まれています。
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化学反応は温度変化を引き起こす可能性があります
化学反応が温度変化を引き起こす可能性があることを証明できます。 硫酸（H2SO4）と水酸化ナトリウム（NaOH）を反応させる実験では、温度が上昇しました。 さて、温度上昇をもたらす化学反応は発熱反応と呼ばれます。
自動車で紙を燃やしたりガソリンを燃やしたりすると、発熱反応が見られます。
2番目の実験では、水酸化バリウム（Ba（OH）2）と塩化アンモニウム（NH4Cl）の混合物を反応させると、溶液が周囲の熱を吸収し、温度が低下します。 周囲の熱を吸収する化学反応は、吸熱反応と呼ばれます。 日常生活における吸熱反応の例は、光合成や料理です。
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化学反応はガスを発生させる可能性があります
高カルシウムビタミン錠（発泡錠）をコップ一杯の水に溶かしたことがありますか？ 高カルシウムビタミン錠をコップ一杯の水に溶かすと、溶液の中から気泡が現れます。 これは、化学反応が発生した場合にガスを発生させる可能性があることを証明しています。 上記の例に加えて、炭酸飲料の缶を開けたときにガスを生成する化学反応を観察することもできます。
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化学反応に影響を与える段階と要因
化学反応にどれくらいの時間がかかるか知っていますか？ 反応速度に基づいて、いくつかの化学反応は速く、いくつかは遅いです。
急速に起こる化学反応の例は、水に溶解したときの発泡錠の化学反応であり、花火を打ち上げます。 ゆっくりと起こる化学反応の例は、鉄の腐食または錆びのプロセス、テンペとテープを作る反応です。
化学反応の速度をどのように測定しますか？ 化学反応の速度は、反応する反応物の数の減少、または単位時間あたりに形成される生成物の数の増加を測定することによって決定できます。 化学反応の速度は、次のようないくつかの要因の影響を受けます。
以下：
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反応速度に対する物質サイズの影響
塩の塊とスプーン一杯の細かい塩のどちらが早く溶けると思いますか？ コップ一杯の水に塩の塊1つと大さじ1の細かい塩をそれぞれ溶かすと、細かい塩は塊の塩よりも速く溶けます。 これは、細かい塩の粒子サイズが塩の塊のサイズよりも小さいためです。
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反応速度に及ぼす温度の影響
化学反応への熱または加熱の適用は、反応速度に影響を与えます。 発熱反応では、温度が高いと反応が遅くなり、吸熱反応では、温度が高いと反応が速くなります。
吸熱反応では、高温では、物質の粒子は低温よりも速く移動します。 これが化学反応をより速く実行させる原因です。 化学反応は、分子と原子が衝突したときに発生します。
温度を上げると、粒子の運動エネルギーが上がるため、粒子はより速く移動し、より頻繁に衝突します。 これが、吸熱反応の反応速度が高温で速い理由です。
触媒
一部の反応は、高温と反応物質間の激しい接触にもかかわらず、ゆっくりと進行します。 このような場合、反応に関与しない他の物質が化学変化を加速する可能性があります。 この他の物質は触媒と呼ばれます。 触媒は一般に固体ですが、液体または気体の場合もあります。 触媒は反応速度を変化させますが、反応の生成物には影響しません。
これは書くことができます：
A + B + Z ^ AB + Z +
物質Aが触媒Zで物質Bと反応する場合、反応の終わりに反応ABと触媒Zの生成物が得られます。
さまざまな触媒を使用して、さまざまな反応の速度を変更します。 生きている細胞には酵素と呼ばれる反応触媒があり、細胞内で化学反応を起こすことができます。
酵素は、特定の温度や酸性度などの特定の条件下でのみうまく機能します。 マルトース反応生成物を生成するデンプン試薬の触媒として唾液中にある酵素アミラーゼの例。
化学者はしばしば触媒を使用します。 時々、少量の触媒が反応物質に加えられます。 たとえば、ニッケル微粉末と綿実油を組み合わせて、油がと反応するようにします。 収縮剤として使用される、または 石鹸作り。
白金粉末触媒を介した空気と二酸化硫黄の混合物は迅速に反応し、三酸化硫黄（SO3）を生成します。
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化学反応の種類
いくつかの性質や反応の種類を知ることで、化学反応をより簡単に理解することができます。 一般に、化学反応はそのタイプに応じて次のように分類されます。
1. マージ反応
2. 分解反応
3. 交互反応（単一交換反応）
4. メタセシス反応（二重交換反応）
反応に参加する
結合反応は、2つの物質が結合して3番目の物質を形成する反応です。 最も単純なケースは、2つの元素が反応して化合物を形成する場合です。 たとえば、金属ナトリウムは塩素ガスと反応して塩化ナトリウムを形成します。
反応式：
2Na（s）+ Cl2（g）— 2NaCl（s）
別の例は、白リンと塩素ガスの反応です。 限られた量の塩素では、リンが反応して、無色の液体である三塩化リンPCl3を形成します。
P4（s）+ 6Cl2（g）– 4PCl3（l）
利用可能な塩素が過剰にある場合、結果として生じるリン化合物は五塩化リン、PCl5、白色固体です。
P4（s）+ 10Cl2（g）– 4PCl5（s）
他の取り込み反応には、反応物としての化合物が含まれます。 例：三塩化リンは塩素ガスと反応して五塩化リンを形成します。
反応式：
PCl3（l）+ Cl2（g）– PCI
分離反応
分解反応とは、1つの化合物が反応して2つ以上の物質を形成する反応です。 通常、この反応では、KClO3など、温度を上げることで分解する可能性のある化合物の温度を上げる必要があります。 この化合物は、加熱するとKClと酸素ガスに分解します。
反応式：
KClO3（s）— 2KCl（s）+ 3O2（g）
塩素酸カリウムの分解は、実験室で酸素ガスを生成するために一般的に使用されます。
分解反応は、西ジャワのチパタット地域の石灰石処理で一般的に適用されます。 建築材料として使用できるように掘削された石灰石CaCO3は、さらに岩石CaOに加工する必要があります。 石灰石の処理は、石灰石を炉で焙煎することによって行われます。
発生する化学反応式は次のとおりです。
CaCO3（s）— CaO（s）+ CO2（g）
この反応では、1つの化合物が2つの異なる物質に分解されます。
交換反応
置換反応または単一交換反応とも呼ばれる反応は、元素が化合物と反応して、化合物に存在する元素を置き換える反応です。 たとえば、銅の金属板を硝酸銀溶液に浸すと、銀の金属結晶が生成されます。
反応式は次のとおりです。
Cu（s）+ 2AgNO3（aq）^ 2Ag（s）+ Cu（NO3）2（aq）
銅は硝酸銀に存在する銀に取って代わり、硝酸銅と金属銀の溶液を生成します。
亜鉛金属板を硫酸銅の青い溶液に浸すと、表面が 金属亜鉛は赤い銅の沈殿物を形成し、溶液からゆっくりと青い色になります フェード。 これは、亜鉛が硫酸銅と反応して、金属銅と硫酸亜鉛の無色の溶液を生成することを示しています。
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メタヘシス反応
メタセシス反応または二重交換反応は、反応物の一部の交換を伴う反応です。 反応物が溶液中のイオン性化合物である場合、交換部分は化合物の陽イオンと陰イオンです。 たとえば、ヨウ化カリウムの無色の溶液は、硝酸鉛（II）の無色の溶液と混合されます。 溶液中のイオンが反応して、ヨウ化鉛（II）化合物の黄色の沈殿物を形成します。
反応式：
2KI（aq）+ Pb（NO3）2（aq）^ 2KNO3（aq）+ PbI2（s）
ヨウ化カリウム溶液中のヨウ化物イオンは、硝酸鉛（II）溶液からの硝酸イオンと交換します。 硝酸カリウムと黄色の固体ヨウ化鉛（II）の無色の溶液を生成します。 PbI2として。
塩を生成する酸と塩基の反応も複分解反応と見なされます。 たとえば、塩酸、HCl（aq）、水酸化ナトリウム（aq）の反応の場合、反応式は次のようになります。
HCl（aq）+ NaOH（aq）^ NaCl（aq）+ H2O（l）
酸塩基反応は中和反応とも呼ばれます。これは、その反応でOH-によるH +の電荷が発生して、電気的に中性の水（H2O）が形成されるためです。 形成されたNaCl塩は、そのイオンとして溶液中に残ります。
燃焼反応
これまで考えてきた反応は、原子の転位反応として特徴付けることができます。 ただし、別のタイプの反応、つまり燃焼反応を追加する必要があります。これは、反応物の1つが酸素であるという事実を特徴としています。 燃焼反応は、物質と酸素との反応であり、通常、熱の放出と迅速に反応して炎を形成します。
炭素化合物を酸素や空気中で燃焼させると、燃焼が完了すると二酸化炭素と水蒸気が発生します。 ただし、燃焼が不完全（酸素不足）の場合、一酸化炭素ガスが発生したり、ブラックカーボン（すす）が発生したりする場合があります。
炭素化合物の燃焼のいくつかの例：
CH4（g）+ 202（g）^ CO2（g）+ 2H2O（g）
2CH3OHO）+ 302（g）– 2C02（g）+ 4H20（g）
C4H10®+ 1302（g）– 8C02（g）+ 10H2O（g）
鉄の錆びは、一般に燃焼とは考えられていませんが、鉄と酸素の反応にはエネルギーの放出が伴うため、本質的に燃焼反応です。 鉄のさびは、実際には水分子を含む非常に複雑ですが、次のように、さびをその正味の反応形式で書くことができます。
4Fe（s）+ 3O2（g）+ nH2O（l）^ 2Fe2O3.nH2O（s）
さまざまな化学反応に関する記事です
化学反応の例
化学反応は、実験室だけでなく、私たちの周りのどこでも発生する可能性があります。 物質は、化学反応または化学変化と呼ばれるプロセスを通じて相互作用して新しい製品を形成します。 私たちが料理をしたり掃除をしているときはいつでも、それは作用する化学物質でもあります。 私たちの体は化学反応のおかげで生き、成長します。 薬を飲んだり、マッチに火をつけたり、息を吸ったりすると反応があります。
光合成
光合成は、植物や他の生物が光エネルギーを変換するために使用するプロセスです。 通常は太陽から化学エネルギーに変換され、化学エネルギーが放出されて燃料活動になります 生命体。 この化学エネルギーは、二酸化炭素と水から合成される砂糖などの炭水化物分子に蓄えられます。 ほとんどの場合、酸素は廃棄物としても生成されます。
ほとんどの植物、ほとんどの藻類、およびシアノバクテリアは光合成を行い、そのような生物は光合成独立栄養生物と呼ばれます。 光合成は大気中の酸素レベルを維持し、地球上の生命に必要なすべての有機化合物とほとんどのエネルギーを供給します。
簡単に言うと、植物は光合成と呼ばれる化学反応を利用して、二酸化炭素と水を食物（ブドウ糖）と酸素に変換します。 これは、最も一般的な日常の化学反応の1つであり、このため最も重要なものの1つでもあります。 植物が自分自身や動物のために食物を生産し、二酸化炭素をに変換する方法です 酸素。
6 CO2 + 6 H2O +ライト→C6H12O6 + 6 O2
好気性細胞呼吸
好気性細胞呼吸は、分子エネルギーが 細胞が必要とするエネルギーと二酸化炭素を放出するために呼吸する酸素と 水。 細胞が使用するエネルギーは、ATP（アデノシン三リン酸）の形の化学エネルギーです。
好気性呼吸はATPを生成するために酸素を必要とします。 炭水化物、脂肪、およびタンパク質は反応物として消費されますが、それらは分解の好ましい方法です 解糖系のピルビン酸は、ピルビン酸がミトコンドリアに入り、サイクルによって完全に酸化される必要があります クレブス。
このプロセスの生成物は二酸化炭素と水ですが、伝達されたエネルギーは結合を切断するために使用されます 基質レベルのリン酸化、NADHおよび FADH2
好気性細胞呼吸の全体的な方程式は次のとおりです。
C6H12O6 + 6O2→6CO2 + 6H2O +エネルギー（36 ATP）
嫌気性呼吸
嫌気性呼吸とは対照的に、嫌気性呼吸は、細胞が酸素なしで複雑な分子からエネルギーを得ることができるようにする一連の化学反応を表します。 筋細胞は、激しい運動や長時間の運動中など、酸素を浪費して酸素を排出するたびに嫌気呼吸を行います。
酵母やバクテリアによる嫌気呼吸は発酵に利用され、エタノールを生成します。 二酸化炭素、およびチーズ、ワイン、ビール、ヨーグルト、パン、および多くの一般的な製品を製造するその他の化学物質 その他。
嫌気性呼吸の一形態の全体的な化学式は次のとおりです。
C6H12O6→2C2H5OH + 2CO2 +エネルギー
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燃焼
マッチに火をつけたり、ろうそくを燃やしたり、火をつけたり、グリルに火をつけたりするたびに、燃える反応が見られます。 燃焼は、エネルギー分子と酸素を組み合わせて二酸化炭素と水を生成します。
たとえば、ガスグリルや一部の暖炉で見られるプロパンの燃焼反応は次のとおりです。
C3H8 + 5O2→4H2O + 3CO2 +エネルギー
さび
さびは酸化鉄であり、通常、水または湿度の存在下で鉄と酸素の酸化還元反応によって形成される酸化鉄です。 さびのいくつかの形態は、視覚的にも分光法によっても区別され、さまざまな状況下で形成されます。 さびは、水和酸化鉄（III）Fe2O3 nH2Oと酸化鉄（III）-水酸化鉄（FeO（OH）、Fe（OH）3）で構成されています。
十分な時間、酸素、および水で、鉄の塊は最終的に完全に錆に変わり、崩壊します。 錆びた表面は薄片状で脆く、銅表面に緑青が形成されるなど、ベース鉄を保護しません。 錆は、鉄とその合金（鋼など）の腐食の総称です。 他の多くの金属は同等の腐食を受けますが、結果として生じる酸化物は一般に錆とは呼ばれません。
鉄錆の化学反応式は次のとおりです。
Fe + O2 + H2O→Fe2O3。 XH2O
化学薬品の混合
たとえば、酢と重曹を組み合わせて化学火山やミルクを作る場合 レシピでベーキングパウダーを使用する場合、転送または二重反応のメタセシスを実行します（さらにいくつかのこと その他）。 材料が再結合して二酸化炭素ガスと水を生成します。 二酸化炭素は火山で泡を形成し、焙煎を増やすのに役立ちます。
これらの反応は実際には単純に見えますが、多くの場合、いくつかのステップで構成されています。 重曹と酢の反応の全体的な化学式は次のとおりです。
HC2H3O2（aq）+ NaHCO3（aq）→NaC2H3O2（aq）+ H2O（）+ CO2（g）
電池
電池 は、エネルギーを蓄え、そのエネルギーを電気の形で放出する電気化学装置です。 バッテリーは通常、次の3つの重要なコンポーネントで構成されています。
- アノードとしてのカーボンロッド（バッテリーの正極）
- カソードとしての亜鉛（Zn）（バッテリーの負極）
- 電解質（導体）としてのり
バッテリーは、電気化学反応または酸化還元反応を使用して、化学エネルギーを電気エネルギーに変換します。 自発的な酸化還元反応はガルバニ電池で発生しますが、非自発的な化学反応は電解槽で発生します。
消化
消化過程で何千もの化学反応が起こります。 食べ物を口に入れるとすぐに、アミラーゼと呼ばれる唾液中の酵素が糖質と炭水化物をより単純な形に分解し始め、体が吸収します。
胃の中の塩酸も食物と反応して分解しますが、酵素はタンパク質や脂肪を分解して、腸壁から血流に吸収されるようにします。
酸塩基反応
酸（酢、レモン汁、硫酸など）と塩基（重曹、石鹸、アンモニア、アセトンなど）を混ぜるたびに、酸塩基反応を起こします。 この反応は酸と塩基を中和して塩と水を生成します。
形成できる塩は塩化ナトリウムだけではありません。 たとえば、一般的な食卓塩の代替品である塩化カリウムを生成する酸塩基反応の化学式は次のとおりです。
HCl + KOH→KCl + H2O
石鹸と洗剤
石鹸と洗剤は化学反応を使ってきれいにすることができます。 石鹸は汚れを乳化します。つまり、油汚れに結合して水で洗い流すことができます。 洗剤は界面活性剤として機能し、水の表面張力を低下させて、油と相互作用し、油を分離し、洗浄できるようにします。