Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

2.8: Chemische reacties
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
Chemical Reactions
 
Deze voice-over is door de computer gegenereerd
TRANSCRIPT

2.8: Chemical Reactions

2.8: Chemische reacties

Overview

A chemical reaction is a process by which the bonds in the atoms of substances are rearranged to generate new substances. Matter cannot be created or destroyed in a chemical reaction—the same type and number of atoms that make up the reactants are still present in the products. Merely the rearrangement of chemical bonds produces new compounds.

Chemical Reactions Rearrange Atoms into New Substances

A chemical reaction takes starting materials—the reactants—and changes them into different substances—the products. The identities of the elements are the same on both sides of the equation, but they are arranged in different substances after the reaction takes place. In chemical reactions, the bonds between the atoms are broken and reformed which means that the shared electrons among the atoms are rearranged. Reactions can be spontaneous, or they might only occur in the presence of an energy source—such as heat or light. Additionally, macromolecules can act as enzymes—catalysts that greatly speed up chemical reactions. Most biological reactions would take far too long to complete without enzymes.

Chemical Reactions Can be Permanent or Reversible

Some types of reactions will proceed irreversibly until all of the reactants are used up, while others are reversible, with the products able to be converted back into the reactants if conditions change. Certain types of chemical reactions, such as combustion reactions or precipitation reactions that form a solid product from two dissolved substances, typically only proceed in one direction. An example of an irreversible reaction is the combustion of hydrocarbon fuel in the presence of atmospheric oxygen, which produces heat and light energy, carbon dioxide gas, and water. Other reactions occur in either direction until the reactants and products are at equilibrium—the point at which there is no net change in reactants or products.

The Law of Conservation of Matter and Balanced Chemical Equations

In a chemical reaction, matter cannot be created or destroyed, a principle known as the Law of Conservation of Matter. However, the products that are formed often contain different ratios of atoms than the reactants. A balanced chemical equation accounts for all of the atoms on both sides of the equation by adding coefficients to the products and reactants until the total number of each type of atom is equal on both sides of the equation. A coefficient applies to all the atoms in a compound, much like a mathematical coefficient applies to all of the variables contained in a parenthetical statement. For example, the reaction that generates water from hydrogen and oxygen gases is:

H2 + O2 → H2O

In this unbalanced equation, there are two hydrogen atoms on each side, but there are unequal numbers of oxygen atoms. To balance the equation, coefficients are added so that there are equal numbers of hydrogen and oxygen atoms on both sides:

2H2 + O2 → 2H2O

In the balanced equation, there are a total of four hydrogen atoms and two oxygen atoms on each side of the equation.

Chemical Reactions Power Cells

Two important processes that power much of all life on Earth are photosynthesis, which converts sunlight into the six-carbon sugar glucose, and cellular respiration, which converts glucose into usable energy. Both these essential reactions are, at their core, a pair of complementary chemical reactions. Photosynthetic organisms use the energy from sunlight to convert carbon dioxide and water into sugar and molecular oxygen. Cellular respiration is then used by all aerobic organisms to break down that sugar—whether they made it or consumed it—in the presence of oxygen to produce energy for all of their basic needs.

Overzicht

Een chemische reactie is een proces waarbij de bindingen in de atomen van stoffen worden herschikt om nieuwe stoffen te genereren. Materie kan niet worden gecreëerd of vernietigd in een chemische reactie - hetzelfde type en aantal atomen waaruit de reactanten bestaan, zijn nog steeds aanwezig in de producten. Alleen al de herschikking van chemische bindingen levert nieuwe verbindingen op.

Chemische reacties herschikken atomen in nieuwe stoffen

Een chemische reactie neemt uitgangsmaterialen - de reactanten - en verandert ze in verschillende stoffen - de producten. De identiteiten van de elementen zijn aan beide kanten van de vergelijking hetzelfde, maar ze zijn in verschillende substanties gerangschikt nadat de reactie heeft plaatsgevonden. Bij chemische reacties worden de bindingen tussen de atomen verbroken en opnieuw gevormd, wat betekent dat de gedeelde elektronen tussen de atomen opnieuw worden gerangschikt. Reacties kunnen spontaan zijn, of ze kunnen alleen optreden in de aanwezigheid van een energiebron, zoals warmte of licht. EENBovendien kunnen macromoleculen fungeren als enzymen - katalysatoren die chemische reacties enorm versnellen. De meeste biologische reacties zouden veel te lang duren om te voltooien zonder enzymen.

Chemische reacties kunnen permanent of omkeerbaar zijn

Sommige soorten reacties zullen onomkeerbaar verlopen totdat alle reactanten zijn opgebruikt, terwijl andere omkeerbaar zijn, waarbij de producten weer in de reactanten kunnen worden omgezet als de omstandigheden veranderen. Bepaalde soorten chemische reacties, zoals verbrandingsreacties of neerslagreacties die een vast product vormen uit twee opgeloste stoffen, verlopen doorgaans slechts in één richting. Een voorbeeld van een onomkeerbare reactie is de verbranding van koolwaterstofbrandstof in aanwezigheid van zuurstof uit de lucht, die warmte en lichtenergie, kooldioxidegas en water produceert. Andere reacties vinden plaats in beide richtingen totdat de reactanten en producten in evenwicht zijn - het punt waarop er geen netto verandering in reactanten of producten is./ p>

De wet van behoud van materie en evenwichtige chemische vergelijkingen

Bij een chemische reactie kan materie niet worden gecreëerd of vernietigd, een principe dat bekend staat als de wet van behoud van materie. De gevormde producten bevatten echter vaak andere verhoudingen van atomen dan de reactanten. Een gebalanceerde chemische vergelijking houdt rekening met alle atomen aan beide kanten van de vergelijking door coëfficiënten toe te voegen aan de producten en reactanten totdat het totale aantal van elk type atoom aan beide kanten van de vergelijking gelijk is. Een coëfficiënt is van toepassing op alle atomen in een verbinding, net zoals een wiskundige coëfficiënt van toepassing is op alle variabelen in een instructie tussen haakjes. De reactie die water genereert uit waterstof en zuurstofgassen is bijvoorbeeld:

H 2 + O 2 → H 2 O

In deze ongebalanceerde vergelijking zijn er aan elke kant twee waterstofatomen, maar er zijn ongelijke aantallen zuurstofatomen. Om de vergelijking in evenwicht te brengen, zijn coëfficiëntentoegevoegd zodat er aan beide zijden een gelijk aantal waterstof- en zuurstofatomen zijn:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

In de gebalanceerde vergelijking zijn er in totaal vier waterstofatomen en twee zuurstofatomen aan elke kant van de vergelijking.

Chemische reacties Power Cells

Twee belangrijke processen die een groot deel van al het leven op aarde aandrijven, zijn fotosynthese , waarbij zonlicht wordt omgezet in suikerglucose met zes koolstofatomen, en cellulaire ademhaling, dat glucose omzet in bruikbare energie. Beide essentiële reacties zijn in wezen een paar complementaire chemische reacties. Fotosynthetische organismen gebruiken de energie uit zonlicht om kooldioxide en water om te zetten in suiker en moleculaire zuurstof. Cellulaire ademhaling wordt vervolgens door alle aerobe organismen gebruikt om die suiker af te breken - of ze die nu zelf hebben gemaakt of geconsumeerd - in aanwezigheid van zuurstof om energie te produceren voor al hun basisbehoeften.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter