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2.8: 化学反应
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2.8: 化学反应

化学反应是物质原子间的键重新排列以产生新物质的过程。物质不能在化学反应中被创造或被破坏——同样类型和数量的原子组成的反应物仍然存在于产物中。仅仅是化学键的重新排列就产生了新的化合物。

化学反应以反应物为起始原料,将其转化为不同的物质,即产物。在方程的两边,元素的恒等式是相同的,但它们在反应发生后被安排在不同的物质中。在化学反应中,原子间的键被破坏和改造,这意味着原子间的共享电子被重新排列。反应可能是自发的,也可能只在存在能量源(如热或光)的情况下发生。此外,大分子还可以充当酶催化剂,大大加快化学反应。如果没有酶,大多数生物反应需要很长时间才能完成。

化学反应可以是永久的或可逆的

有些反应会不可逆地进行,直到所有的反应物都用完,而另一些反应是可逆的,如果条件改变,产物可以转换成反应物。某些类型的化学反应,如燃烧反应或沉淀反应,由两种溶解物质形成固体产物,通常只朝一个方向进行。不可逆反应的一个例子是碳氢燃料在大气氧存在下燃烧,产生热能和光能、二氧化碳气体和水。在反应物和产物达到平衡(反应物或产物不发生净变化的点)之前,其他反应在任一方向发生。

物质守恒定律与平衡化学方程

在化学反应中,物质不能被创造或破坏,这一原理被称为物质守恒定律。然而,生成的产物通常含有不同于反应物的原子比。一个平衡的化学方程通过在产物和反应物中加入系数,来解释方程两边的所有原子,直到方程两边的每种原子的总数相等为止。系数适用于化合物中的所有原子,就像数学系数适用于附加语句中包含的所有变量一样。例如,从氢气和氧气中产生水的反应是:

H2 + O2= H2O

在这个不平衡方程中,每边有两个氢原子,但氧原子的数目不同。为了平衡方程式,增加系数,使两边的氢原子和氧原子数量相等:

2H2 + O2=2H2O

在平衡方程中,方程的每一边共有四个氢原子和两个氧原子。

化学反应动力电池

地球上大部分生命的两个重要过程是光合作用,光合作用将阳光转化为六碳糖葡萄糖,细胞呼吸将葡萄糖转化为可用能量。这两种基本反应的核心都是一对互补的化学反应。光合生物体利用太阳光的能量将二氧化碳和水转化为糖和分子氧。然后,所有有氧生物都利用细胞呼吸来分解糖,无论它们是在有氧的情况下制造糖还是消耗糖,以产生满足所有基本需求的能量。

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