Понимание химических реакций, характеристик, факторов, стадий, видов и примеров
Понимание химических реакций, характеристик, факторов, стадий, видов и примеров. Химическая реакция - это химическое изменение, при котором реагирующие вещества становятся продуктами реакции.
Определение химической реакции
Химическая реакция - это химическое превращение реагентов (реагентов) в продукты (продукты). В химических реакциях всегда образуются новые вещества с новыми свойствами. Химические реакции обозначаются символами элементов. Давайте посмотрим, как выразить реакцию с помощью символов.
Рассмотрим следующую реакцию оксида ртути с образованием ртути и кислорода.
HgO —— Hg + O2
Химики переведут приведенные выше символы следующим образом. «Молекула HgO, состоящая из одного атома ртути (Hg) и одного атома кислорода (O), дает (——) один молекула, состоящая из одного атома ртути (Hg) плюс одна молекула из двух атомов кислорода (O2) ".
Комбинация символов, представляющих химическую реакцию, называется химическим уравнением. Вещество, которое реагирует слева от стрелки, называется реагентом, а вещество справа от стрелки - продуктом реакции. Итак, HgO в приведенном выше химическом уравнении является реагентом. Hg и O2 являются продуктами реакции.
Закон сохранения материи гласит, что в обычной химической реакции все вещество теряется, даже если оно может измениться. Количество атомов в реагенте должно оставаться таким же, как количество образовавшихся, независимо от того, как атомы изменяются, чтобы сформировать новый молекулярный паттерн. Если уравнение удовлетворяет этим условиям, можно сказать, что уравнение сбалансировано.
Как насчет уравнения
HgO —— Hg + O2?
Чтобы сбалансировать уравнение, мы добавляем 2 перед HgO и еще 2 перед Hg. 2HgO означает две молекулы, каждая из которых состоит из одного атома ртути и одного атома кислорода. Уравнение теперь выглядит следующим образом:
2 HgO - 2 Hg + O2
Другими словами, две молекулы оксида ртути (HgO), каждая из которых состоит из одного атома ртути и одного атома кислорода. дает две молекулы ртути, каждая из которых состоит из одного атома ртути плюс одна молекула кислорода, состоящая из двух атомы кислорода.
Это уравнение теперь сбалансировано, слева есть два атома ртути и два атома кислорода, а также справа. Обратите внимание, что продукт реакции записывается как 2 Hg, а не Hg2. Это потому, что молекула ртути состоит только из одного атома ртути.
Если мы запишем цифру 2 ниже, это означает, что мы говорим, что молекула содержит два атома, и это неверно. Помните, что при балансировании уравнения мы не должны заменять молекулы. Мы можем изменить только количество молекул.
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Термохимия: определение, системы, реакции, формулы и полные примеры
Характеристики химической реакции
Когда происходит химическая реакция, мы можем наблюдать изменения. Рассмотрим характеристики следующих химических реакций.
Химические реакции могут вызвать изменение цвета
Например, мы можем наблюдать, что пурпурный цвет раствора перманганата калия (KMnO4) изменится при взаимодействии с раствором щавелевой кислоты (H2C2O4). Это химическое изменение происходит потому, что соединение перманганата калия превращается в бесцветное соединение сульфата марганца (MnSO4).
Точно так же зеленый карбонат меди (CuCO3) превратится в черноватый оксид меди (Cu2O) и диоксид углерода (CO2) после нагревания.
Химические реакции могут образовывать осадки
Когда хлорид бария (BaCh) реагирует с сульфатом натрия (Na2SO4), образуется белый осадок сульфата бария (BaSO4). Образовавшийся белый осадок трудно растворить в воде. Химическую реакцию можно записать следующим образом.
BaCl2 + Na2SO4 —— BaSO4 + 2NaCl
(раствор) (раствор) (твердое вещество) (раствор)
В результате реакции множества химических веществ образовался осадок. Другой пример - раствор нитрата серебра (AgNO3) реагирует с раствором хлорида натрия (NaCl) с образованием белого осадка хлорида серебра (AgCl) и раствора нитрата натрия (NaNO3).
AgNO3 + NaCl - AgCl + NaNO3
(раствор) (раствор) (твердое вещество) (раствор)
Что такое осадок на самом деле? Осадок - это вещество, которое в виде твердой фазы отделяется от раствора. Осадок может быть кристаллическим (кристаллическим) или коллоидным и может быть удален из раствора фильтрацией или центрифугированием. Осадок образуется, когда раствор становится слишком насыщенным растворенным веществом. Растворимость осадка равна молярной концентрации насыщенного раствора.
Растворимость осадка увеличивается с повышением температуры, хотя в некоторых особых случаях (например, при сульфате калия) происходит обратное. Скорость увеличения растворимости при разных температурах. В некоторых случаях причиной разделения может быть изменение растворимости при изменении температуры.
Например, отделение ионов свинца от серебра и ртути (I) может быть достигнуто путем осаждения трех ионов сначала в виде хлорида с последующим добавлением горячей воды в смесь. Горячая вода растворяет хлорид свинца (PbCh), но хлорид серебра и ртути (I) (HgCl) в ней не растворяется. После фильтрации горячего раствора в фильтрате обнаруживаются ионы свинца.
-
Химические реакции могут вызвать изменение температуры
Вы можете доказать, что химические реакции могут вызвать изменение температуры. В эксперименте по реакции серной кислоты (H2SO4) и гидроксида натрия (NaOH) наблюдалось повышение температуры. Ну, химическая реакция, которая приводит к повышению температуры, называется экзотермической реакцией.
Вы можете обнаружить экзотермические реакции при горении бумаги и горении бензина в автомобилях.
Во втором эксперименте, когда вы взаимодействовали со смесью гидроксида бария (Ba (OH) 2) и хлорида аммония (NH4Cl), раствор поглощал тепло вокруг себя, что приводило к снижению температуры. Химические реакции, которые поглощают тепло в окружающей среде, называются эндотермическими реакциями. Примеры эндотермических реакций в повседневной жизни - фотосинтез и приготовление пищи.
-
Химические реакции могут образовывать газы
Вы когда-нибудь растворяли таблетку витамина с высоким содержанием кальция (шипучую таблетку) в стакане воды? Когда вы растворяете таблетку витамина с высоким содержанием кальция в стакане воды, вы увидите, как внутри раствора появляются пузырьки газа. Это доказывает, что в случае химической реакции может образоваться газ. Помимо приведенных выше примеров, вы также можете наблюдать химические реакции, в результате которых образуется газ, когда вы открываете банку с газированными напитками.
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Смеси: определение, характеристики, типы и примеры в химии
Стадии и факторы, влияющие на химические реакции
Вы знаете, сколько времени может длиться химическая реакция? В зависимости от скорости реакции некоторые химические реакции протекают быстро, а некоторые - медленно.
Примером быстро протекающей химической реакции является химическая реакция шипучей таблетки при растворении в воде, вызывающей фейерверк. Примерами медленных химических реакций являются процесс коррозии или ржавления железа, реакция изготовления темпе и ленты.
Как измерить скорость химической реакции? Скорость химической реакции может быть определена путем измерения уменьшения количества реагентов, которые вступают в реакцию, или увеличения количества продуктов, образующихся в единицу времени. На скорость химических реакций влияет несколько факторов, в том числе:
следующий:
-
Влияние размера вещества на скорость реакции
Как вы думаете, что растворится быстрее, кусок соли или ложка мелкой соли? Когда вы растворяете один кусок соли и одну столовую ложку мелкой соли в стакане воды, мелкая соль растворяется быстрее, чем комок соли. Это связано с тем, что размер зерна мелкой соли меньше размера комка соли.
-
Влияние температуры на скорость реакции
Применение тепла или нагревания к химической реакции влияет на скорость реакции. В экзотермической реакции, когда температура высока, реакция замедляется, в то время как в эндотермической реакции, когда температура высокая, реакция ускоряется.
В эндотермической реакции при высоких температурах частицы вещества будут двигаться быстрее, чем при низких температурах. Это то, что заставляет химические реакции протекать быстрее. При столкновении молекул и атомов происходят химические реакции.
Повышение температуры означает увеличение кинетической энергии частиц, поэтому они движутся быстрее и чаще сталкиваются. Вот почему скорость эндотермических реакций выше при высоких температурах.
Катализатор
Некоторые реакции протекают медленно, несмотря на высокие температуры и интенсивный контакт между реагирующими веществами. В таких случаях другие вещества, не участвующие в реакции, могут ускорить химическое изменение. Это другое вещество называется катализатором. Катализаторы обычно представляют собой твердые вещества, но также могут быть жидкостями или газами. Катализатор изменяет скорость реакции, но не влияет на продукт реакции.
Это можно записать:
А + В + Z ^ AB + Z +
Если вещество A взаимодействует с веществом B с катализатором Z, то в конце реакции получают продукт реакции AB и катализатор Z.
Различные катализаторы используются для изменения скорости различных реакций. В живых клетках есть катализаторы реакций, называемые ферментами, которые позволяют химическим реакциям происходить внутри клетки.
Ферменты могут хорошо работать только при определенных условиях, таких как определенная температура и кислотность. Пример фермента амилазы, который присутствует в слюне в качестве катализатора крахмальных реагентов, производящих продукты реакции мальтозы.
Химики часто используют катализаторы. Иногда к реагирующим веществам добавляют небольшое количество катализатора. Например, сочетание мелкодисперсного никелевого порошка с хлопковым маслом так, чтобы масло вступало в реакцию с водород для производства твердого жира, который используется как усадочный агент или для мыловарение.
Смесь воздуха и диоксида серы через катализатор из платинового порошка будет быстро реагировать с образованием триоксида серы (SO3).
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Бумага для химического склеивания: определение, типы и полные изображения
Виды химической реакции
Зная некоторые свойства или типы реакций, мы можем легче понять химические реакции. Обычно химические реакции классифицируются по типу следующим образом:
1. Реакция слияния
2. Реакция разложения
3. Альтернативная реакция (реакция однократного обмена)
4. Реакция метатезиса (реакция двойного обмена)
ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ К РЕАКЦИИ
Комбинированная реакция - это реакция, в которой два вещества объединяются, чтобы сформировать третье вещество. Самый простой случай - когда два элемента реагируют, образуя соединение. Например, металлический натрий реагирует с газообразным хлором с образованием хлорида натрия.
Уравнение реакции:
2Na (т) + Cl2 (г) - 2NaCl (т)
Другой пример - реакция между белым фосфором и газообразным хлором. В ограниченных количествах хлора фосфор реагирует с образованием треххлористого фосфора PCl3, бесцветной жидкости.
P4 (т) + 6Cl2 (г) - 4PCl3 (л)
Если имеется избыток доступного хлора, образующееся соединение фосфора представляет собой пентахлорид фосфора, PCl5, белое твердое вещество.
P4 (т) + 10Cl2 (г) - 4PCl5 (т)
Другие реакции включения включают соединения в качестве реагентов. Например: трихлорид фосфора реагирует с газообразным хлором с образованием пентахлорида фосфора.
Уравнение реакции:
PCl3 (l) + Cl2 (g) - PCI (s)
ОТДЕЛЕНИЕ РЕАКЦИИ
Реакция разложения - это реакция, когда одно соединение реагирует с образованием двух или более веществ. Обычно эта реакция требует повышения температуры для соединений, которые могут разлагаться при повышении температуры, например KClO3. Это соединение при нагревании разлагается на KCl и газообразный кислород.
Уравнение реакции:
KClO3 (тв) - 2KCl (тв) + 3O2 (г)
Разложение хлората калия обычно используется для получения газообразного кислорода в лаборатории.
Реакция разложения обычно применяется при переработке известняка в районе Чипатат на Западной Яве. Известняк CaCO3, добытый для использования в качестве строительного материала, необходимо переработать в породу CaO. Обработка известняка осуществляется путем обжига известняка в печи.
Возникающее химическое уравнение:
CaCO3 (s) - CaO (s) + CO2 (г)
В этой реакции одно соединение распадается на два разных вещества.
ОБМЕННАЯ РЕАКЦИЯ
Реакция замещения или также называемая реакцией единственного обмена - это реакция, в которой элемент взаимодействует с соединением, чтобы заменить элемент, присутствующий в соединении. Например, если опустить металлическую пластину из меди в раствор нитрата серебра, образуются кристаллы металлического серебра.
Уравнение реакции:
Cu (s) + 2AgNO3 (водн.) ^ 2Ag (s) + Cu (NO3) 2 (водн.)
Медь заменяет серебро, присутствующее в нитрате серебра, образуя раствор нитрата меди и металлического серебра.
Если цинковую металлическую пластину погрузить в синий раствор медного купороса, то поверхность металлический цинк образует красный медный осадок, а раствор медленно окрашивается в синий цвет. тускнеть. Это показывает, что цинк реагирует с сульфатом меди с образованием металлической меди и бесцветного раствора сульфата цинка.
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Окись углерода: определение, структура, реакция и роль в физиологии и пище
МЕТАГЕЗИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ
Реакции метатезиса или реакции двойного обмена - это реакции, которые включают обмен частями реагентов. Если реагенты представляют собой ионные соединения в растворе, обменивающиеся части представляют собой катионы и анионы соединения. Например, бесцветный раствор иодида калия смешивают с бесцветным раствором нитрата свинца (II). Ионы в растворе реагируют с образованием желтого осадка соединения иодида свинца (II).
Уравнение реакции:
2KI (водн.) + Pb (NO3) 2 (водн.) ^ 2KNO3 (водн.) + PbI2 (s)
Иодид-ионы в растворе иодида калия обмениваются на нитрат-ионы из раствора нитрата свинца (II), образует бесцветный раствор нитрата калия и желтого твердого йодида свинца (II), как PbI2.
Реакция кислоты и основания с образованием соли также считается реакцией метатезиса. Например, реакция между соляной кислотой, HCl (водн.) И гидроксидом натрия (водн.), Уравнение реакции выглядит следующим образом:
HCl (водн.) + NaOH (водн.) ^ NaCl (водн.) + H2O (l)
Кислотно-основная реакция также называется реакцией нейтрализации, потому что в этой реакции происходит заряд H + посредством OH- с образованием воды (H2O), которая является электрически нейтральной. Образовавшаяся соль NaCl остается в растворе в виде своих ионов.
РЕАКЦИЯ ГОРЕНИЯ
Рассмотренные нами до сих пор реакции можно охарактеризовать как реакции перегруппировки атомов. Однако необходимо добавить еще один тип реакции, а именно реакции горения, которые характеризуются тем, что одним из реагентов является кислород. Реакция горения - это реакция вещества с кислородом, обычно быстро реагирует с выделением тепла с образованием пламени.
Если соединения углерода сжигаются в кислороде или воздухе, при полном сгорании образуется углекислый газ и водяной пар. Однако при неполном сгорании (недостаток кислорода) образуется газообразный оксид углерода или может образовываться черный углерод (сажа).
Некоторые примеры сжигания углеродных соединений:
CH4 (г) + 202 (г) ^ CO2 (г) + 2H2O (г)
2CH3OHO) + 302 (г) - 2C02 (г) + 4H20 (г)
C4H10® + 1302 (г) - 8C02 (г) + 10H2O (г)
Ржавление железа, хотя обычно не считается горением, по сути является реакцией горения, потому что реакция между железом и кислородом сопровождается выделением энергии. На самом деле ржавление железа - это очень сложный процесс с участием молекул воды, но мы можем записать ржавление в его чистой форме реакции, которая выглядит следующим образом:
4Fe (т) + 3O2 (г) + nH2O (л) ^ 2Fe2O3. NH2O (т)
Это статья о различных химических реакциях.
Примеры химических реакций
Химические реакции могут происходить где угодно вокруг нас, а не только в лаборатории. Материя взаимодействует с образованием новых продуктов посредством процесса, называемого химической реакцией или химическим изменением. Когда мы готовим или убираем, это тоже химическое вещество. Наши тела живут и растут благодаря химическим реакциям. Есть реакции, когда мы принимаем лекарство, зажигаем спичку и делаем вдох.
Фотосинтез
Фотосинтез - это процесс, используемый растениями и другими организмами для преобразования световой энергии, обычно от Солнца, в химическую энергию, которая затем может быть высвобождена для поддержания активности организм. Эта химическая энергия хранится в молекулах углеводов, таких как сахар, которые синтезируются из углекислого газа и воды. В большинстве случаев кислород также образуется в виде отходов.
Большинство растений, большинство водорослей и цианобактерий осуществляют фотосинтез, и такие организмы называются фотоавтотрофами. Фотосинтез поддерживает уровень кислорода в атмосфере и поставляет все органические соединения и большую часть энергии, необходимой для жизни на Земле.
Вкратце, растения используют химическую реакцию, называемую фотосинтезом, для преобразования углекислого газа и воды в пищу (глюкозу) и кислород. Это одна из самых распространенных повседневных химических реакций, а также одна из самых важных из-за этого. как растения производят пищу для себя и животных и превращают углекислый газ в кислород.
6 CO2 + 6 H2O + свет → C6H12O6 + 6 O2
Аэробное клеточное дыхание
Аэробное клеточное дыхание - это процесс, обратный фотосинтезу, в котором молекулярная энергия сочетается с кислород, которым мы дышим, чтобы высвободить энергию, необходимую нашим клеткам, плюс углекислый газ и вода. Энергия, используемая клетками, - это химическая энергия в форме АТФ (аденозинтрифосфата).
Аэробное дыхание требует кислорода для производства АТФ. Хотя углеводы, жиры и белки потребляются в качестве реагентов, они являются предпочтительным методом разложения. пируват в гликолизе и требует, чтобы пируват проник в митохондрии для полного окисления в цикле Кребс.
Продуктами этого процесса являются углекислый газ и вода, но передаваемая энергия используется для разрыва связей. сильно в АДФ, поскольку третья фосфатная группа добавляется для образования АТФ путем фосфорилирования на уровне субстрата, НАДН и FADH2
Вот общее уравнение аэробного клеточного дыхания:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + энергия (36 АТФ)
Анаэробное дыхание
В отличие от аэробного дыхания, анаэробное дыхание описывает набор химических реакций, которые позволяют клеткам получать энергию от сложных молекул без кислорода. Мышечные клетки выполняют анаэробное дыхание всякий раз, когда мы тратим кислород, который затем попадает к ним, например, во время интенсивных или продолжительных упражнений.
Анаэробное дыхание дрожжей и бактерий используется для ферментации, для производства этанола, углекислый газ и другие химические вещества, из которых делают сыр, вино, пиво, йогурт, хлеб и многие другие продукты. Другие.
Общее химическое уравнение для одной формы анаэробного дыхания:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + энергия
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Понимание функций и типов витаминов по мнению химиков
Горящий
Каждый раз, когда мы зажигаем спичку, зажигаем свечу, разводим огонь или зажигаем гриль, мы видим реакцию горения. Горение объединяет энергичные молекулы с кислородом, чтобы произвести углекислый газ и воду.
Например, реакция сгорания пропана в газовых грилях и некоторых каминах:
C3H8 + 5O2 → 4H2O + 3CO2 + энергия
Ржавчина
Ржавчина - это оксид железа, обычно красный оксид, образующийся в результате окислительно-восстановительной реакции железа и кислорода в присутствии воды или влажности. Несколько форм ржавчины различают как визуально, так и с помощью спектроскопии, и образуются при различных обстоятельствах. Ржавчина состоит из гидратированного оксида железа (III) Fe2O3 nH2O и оксида-гидроксида железа (III) (FeO (OH), Fe (OH) 3).
При достаточном количестве времени, кислорода и воды любая масса железа в конечном итоге полностью превратится в ржавчину и распадется. Поверхность ржавчины является шелушащейся и хрупкой и не обеспечивает защиты основного железа, например от образования патины на поверхности меди. Ржавчина - это общий термин для обозначения коррозии железа и его сплавов, таких как сталь. Многие другие металлы подвергаются аналогичной коррозии, но образующийся оксид обычно не называют ржавчиной.
Вот химическое уравнение железной ржавчины:
Fe + O2 + H2O → Fe2O3. XH2O
Смешивание химикатов
Если мы, например, объединим уксус и пищевую соду, чтобы сделать химический вулкан или молоко с разрыхлитель в рецепте, мы проходим через перенос или двойную реакцию метатезиса (плюс несколько вещей Другие). Материалы рекомбинируют с образованием углекислого газа и воды. Углекислый газ образует пузырьки в вулканах и может способствовать ускорению обжарки.
На практике эти реакции кажутся простыми, но часто состоят из нескольких этапов. Вот общее химическое уравнение реакции пищевой соды и уксуса:
HC2H3O2 (вод.) + NaHCO3 (вод.) → NaC2H3O2 (вод.) + H2O () + CO2 (г)
Аккумулятор
Аккумулятор представляет собой электрохимическое устройство, которое накапливает энергию и выделяет ее в виде электричества. Аккумулятор обычно состоит из трех важных компонентов, а именно:
- угольный стержень в качестве анода (положительный полюс батареи)
- цинк (Zn) в качестве катода (отрицательный полюс батареи)
- паста как электролит (проводник)
В батареях используются электрохимические или окислительно-восстановительные реакции для преобразования химической энергии в электрическую. Спонтанные окислительно-восстановительные реакции происходят в гальванических ячейках, тогда как несамопроизвольные химические реакции происходят в электролитических ячейках.
Пищеварение
В процессе пищеварения происходят тысячи химических реакций. Как только вы кладете еду в рот, фермент в вашей слюне, называемый амилазой, начинает расщеплять сахар и углеводы до более простых форм, которые организм может усвоить.
Соляная кислота в нашем желудке также реагирует с пищей, расщепляя ее, а ферменты расщепляют белки и жиры, чтобы они могли всасываться в кровоток через стенки кишечника.
Кислотно-основная реакция
Всякий раз, когда мы смешиваем кислоту (например, уксус, лимонный сок, серную кислоту) с основанием (например, пищевой содой, мылом, аммиаком, ацетоном), мы проводим кислотно-щелочную реакцию. Эта реакция нейтрализует кислоту и основание с образованием соли и воды.
Хлорид натрия - не единственная соль, которая может образоваться. Например, вот химическое уравнение кислотно-основной реакции, в результате которой образуется хлорид калия, заменитель обычной поваренной соли:
HCl + КОН → KCl + H2O
Мыло и моющее средство
Мыло и моющие средства можно очищать с помощью химических реакций. Мыло эмульгирует грязь, что означает, что оно связывается с масляными пятнами, и их можно смыть водой. Моющее средство действует как поверхностно-активное вещество, снижая поверхностное натяжение воды, поэтому оно может взаимодействовать с маслами, изолировать их и очищать.