Chemische reacties

Overzicht

Een chemische reactie is een proces waarbij de bindingen in de atomen van stoffen worden herschikt om nieuwe stoffen te maken. Materie kan niet worden gecreëerd of vernietigd in een chemische reactie, omdat dezelfde soort en aantal atomen waaruit de reactanten bestaan nog steeds aanwezig zijn in de producten. Het herschikken 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 stoffen 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. Macromoleculen kunnen bovendien ook fungeren als enzymen – katalysatoren die chemische reacties enorm versnellen. De meeste biologische reacties zouden veel te lang duren zonder enzymen.

Chemische reacties kunnen permanent of omkeerbaar zijn

Sommige soorten reacties zullen onomkeerbaar verlopen totdat alle reactanten opgebruikt zijn, terwijl andere omkeerbaar zijn, waarbij de producten weer in de reactanten kunnen worden omgezet zodra 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 de aanwezigheid van zuurstof uit de lucht, waarbij warmte en lichtenergie, koolstofdioxidegas en water worden geproduceerd. 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 evenwichtsreacties

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 evenwichtsvergelijking 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 coëfficiënten toegevoegd 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 voor energie

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 celademhaling waarbij glucose wordt omgezet in bruikbare energie. Beide essentiële reacties zijn in wezen een paar complementaire chemische reacties. Fotosynthetische organismen gebruiken de energie uit zonlicht om koolstofdioxide en water om te zetten in suiker en moleculaire zuurstof. Celademhaling wordt vervolgens door alle aerobe organismen gebruikt om die suiker – of ze die nu zelf hebben gemaakt of geconsumeerd – af te breken in de aanwezigheid van zuurstof om energie te produceren voor al hun basisbehoeften.