دانستنی های جذاب واکنش های شیمیایی

واکنش های شیمیایی زمانی اتفاق می افتند که پیوندهای شیمیایی بین اتم ها شکل گرفته یا شکسته شوند.

موادی که وارد واکنش شیمیایی می شوند واکنش دهنده نامیده می شوند و مواد تولید شده در پایان واکنش به عنوان محصولات شناخته می شوند. در این فرآیند یک فلش بین واکنش دهنده ها و محصولات کشیده شده است تا جهت واکنش شیمیایی را نشان دهد، اگرچه یک واکنش شیمیایی همیشه "یک طرفه" نیست.

واکنش های شیمیایی بخشی جدایی ناپذیر از فناوری، فرهنگ و در واقع خود زندگی هستند. سوزاندن سوخت، ذوب آهن، ساخت شیشه و سفال، تولید آبجو و تهیه شراب و پنیر نمونه هایی از واکنش های شیمیایی است که برای هزاران سال شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. واکنش های شیمیایی در زمین شناسی، در جو، اقیانوس ها و در یک سری گسترده از فرآیندهای پیچیده که در همه سیستم های زنده رخ می دهد وجود دارد.

ویژگی های واکنش های شیمیایی:
واکنشهای شیمیایی را باید از تغییرات فیزیکی تشخیص داد. تغییرات فیزیکی شامل تغییر حالت، مانند ذوب شدن یخ به آب و تبخیر آب به بخار است. اگر یک تغییر فیزیکی رخ دهد، خصوصیات فیزیکی یک ماده تغییر می کند، اما هویت شیمیایی آن ثابت می ماند.

از نظر فیزیکی هیچ تغییری در ماهیت ماده رخ نمی دهد مثلا آب (H2O) همان ترکیب است و هر مولکول از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است. با این حال، اگر آب، به عنوان یخ، مایع یا بخار، با فلز سدیم (Na) مواجه شود، توزیع مجدد اتم ها به مواد جدید هیدروژن مولکولی (H2) و هیدروکسید سدیم (NaOH) رخ می دهد. با این کار، ما می دانیم که یک تغییر یا واکنش شیمیایی رخ داده است.

انواع واکنش های شیمیایی:

• واکنش احتراق.
• واکنش تجزیه.
• واکنش خنثی سازی.
• واکنش ردوکس.
• واکنش جابه جایی مضاعف.
• واکنش سنتز.

مفاهیم اساسی واکنشهای شیمیایی:
سنتز:
هنگام ساختن ماده جدید از مواد دیگر، شیمی دانان می گویند که آنها یک سنتز را انجام می دهند یا اینکه ماده جدید را سنتز می کنند. واکنش دهنده ها به محصولات تبدیل می شوند و فرآیند با یک معادله شیمیایی نمادین می شود. به عنوان مثال، آهن (Fe) و گوگرد (S) با هم ترکیب می شوند و سولفید آهن (FeS) را تشکیل می دهند.

تعادل:
در این واکنش ها در شرایط عادی آزمایشگاهی، ماده نه ایجاد می شود و نه از بین می رود و عناصر به عناصر دیگر تبدیل نمی شوند. بنابراین، معادلات نشان دهنده واکنش تعادلی هستند. یعنی تعداد اتمهای یکسان از هر نوع باید در دو طرف معادله ظاهر شوند. معادله تعادلی واکنش گوگرد آهن نشان می دهد که یک اتم آهن می تواند با یک اتم گوگرد واکنش داده و یک واحد فرمول سولفید آهن بدهد.

تجزیه:
نوع دیگری از واکنش های شیمیایی است که در آن یک ترکیب به چند ترکیب دیگر تبدیل می شود. واکنش های تجزیه زیادی به طور مداوم در همه سطوح حیات در حال انجام است. در ساده ترین سطح مولکول آب به هیدروژن و اکسیژن تبدیل می شود.

ملاحظات انرژی واکنش های شیمیایی:
انرژی نقش اساسی در فرآیندهای شیمیایی دارد. با توجه به دیدگاه جدید واکنش های شیمیایی، پیوند بین اتم ها در واکنش دهنده ها باید شکسته شود و اتم ها یا قطعات مولکول ها با تشکیل پیوندهای جدید دوباره به محصولات جدید مونتاژ شوند.

انرژی برای شکستن پیوندها جذب می شود و با ایجاد پیوندها انرژی آزاد می شود. در برخی از واکنش ها، انرژی مورد نیاز برای شکستن پیوندها بیشتر از انرژی حاصل از ساخت پیوندهای جدید است و نتیجه خالص جذب انرژی است، چنین واکنشی گرماگیر است. نقطه مقابل واکنش گرمازا است یعنی در حین واکنش شیمیایی انرژی آزاد می شود.

بسیاری از واکنشهای رایج گرمازا هستند. تشکیل ترکیبات از عناصر تشکیل دهنده تقریباً همیشه گرمازا است. تشکیل آب از هیدروژن مولکولی و اکسیژن و تشکیل اکسید فلزی مانند اکسید کلسیم (CaO) از فلز کلسیم و گاز اکسیژن از این موارد است. از جمله واکنشهای گرمازای کاملاً قابل تشخیص، احتراق سوختها است.

ملاحظات کنتیکی واکنش های شیمیایی:
واکنشهای شیمیایی معمولاً برای شروع فرآیند به ورودی اولیه انرژی نیاز دارند. اگرچه احتراق چوب، کاغذ یا متان یک فرآیند گرمازا است، اما برای شروع این واکنش به یک کبریت یا جرقه نیاز است. انرژی تأمین شده توسط یک کبریت از یک واکنش شیمیایی گرمازا ناشی می شود که خود توسط گرمای اصطکاکی حاصل از مالش کبریت روی یک سطح مناسب ایجاد می شود.

در برخی از واکنش ها، انرژی برای شروع واکنش می تواند توسط نور تأمین شود. واکنش های متعددی در جو زمین فتوشیمیایی یا نور محور هستند که توسط تابش خورشید آغاز می شوند. یک مثال تبدیل اوزن (O3) به اکسیژن (O2) در تروپوسفر است. جذب نور ماورا بنفش (hν) از خورشید برای شروع این واکنش از رسیدن تابش پرانرژی بالقوه مضر به سطح زمین جلوگیری می کند.

برای ایجاد یک واکنش فقط تامین انرژی کافی نیست بلکه واکنش باید با سرعت قابل قبولی رخ دهد. عوامل مختلفی بر سرعت واکنش تأثیر می گذارد از جمله غلظت واکنش دهنده ها، دما و حضور کاتالیزورها. این غلظت بر میزان برخورد مولکولهای واکنش دهنده تأثیر می گذارد که پیش شرط هرگونه واکنشی است.

دما در این بین بسیار تأثیرگذار است زیرا واکنش ها فقط در صورت برخورد کافی انرژی بین مولکولهای واکنش دهنده رخ می دهد. نسبت مولکولهایی که انرژی کافی برای واکنش دارند به دما مربوط می شود. کاتالیزورها با ارائه مسیرهایی با انرژی کمتر روی واکنش ها تأثیر می گذارند.

از جمله کاتالیزورهای رایج، ترکیبات فلزی مورد استفاده در سیستم های اگزوز خودرو است که تجزیه آلاینده هایی مانند دی اکسید نیتروژن به نیتروژن و اکسیژن بی ضرر را تسریع می کند.

مجموعه گسترده ای از کاتالیزورهای بیوشیمیایی نیز شناخته شده است، از جمله کلروفیل در گیاهان (که واکنش تبدیل دی اکسید کربن اتمسفر به مولکول های آلی پیچیده مانند گلوکز را تسهیل می کند) و بسیاری از کاتالیزورهای بیوشیمیایی به نام آنزیم ها. به عنوان مثال، آنزیم پپسین در تجزیه مولکول های پروتئین بزرگ در هنگام هضم کمک می کند.