2.8: التفاعلات الكيميائية
نظره عامه
التفاعل الكيميائي هو عملية يتم من خلالها إعادة ترتيب الروابط في ذرات المواد لتوليد مواد جديدة. لا يمكن إنشاء المادة أو تدميرها في تفاعل كيميائي _ نفس النوع و العدد من الذرات التي تشكل المواد المتفاعلة لا تزال موجودة في النواتج. مجرد إعادة ترتيب الروابط الكيميائية تنتج مركبات جديدة.
التفاعلات الكيميائية تعيد ترتيب الذرات إلى مواد جديدة
التفاعل الكيميائي يأخذ المواد الأولية _ المواد المتفاعلة _ و يغيرها إلى مواد مختلفة _ النواتج. هويات العناصر هي نفسها على جانبي المعادلة ، و لكنها مرتبة في مواد مختلفة بعد حدوث التفاعل. في التفاعلات الكيميائية ، يتم كسر الروابط بين الذرات و إعادة تكوينها ، مما يعني أن يتم إعادة ترتيب الإلكترونات المشتركة بين الذرات. يمكن أن تكون التفاعلات عفوية ، أو قد تحدث فقط في و جود مصدر للطاقة _ مثل الحرارة أو الضوء. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تعمل الجزيئات الكبيرة بمثابة إنزيمات _ محفزات تعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية بشكل كبير. معظم التفاعلات البيولوجية تستغرق وقتا طويلا جدا للإكتمال بدون الإنزيمات.
التفاعلات الكيميائية يمكن أن تكون دائمة أو قابلة للعكس
بعض أنواع التفاعلات ، سوف يستمر بشكل لا رجعة فيه حتى يتم استهلاك جميع المتفاعلات ، في حين أن البعض الآخر يمكن عكسه ، حيث النواتج قادرة على التحول مرة أخرى إلى المواد المتفاعلة إذا تغيرت الظروف. أنواع معينة من التفاعلات الكيميائية ، مثل تفاعلات الاحتراق ، أو تفاعلات الترسيب ، التي تشكل منتجاً صلباً من مادتين مذابتين ، لا تسير عادة إلا في اتجاه واحد. و من الأمثلة على التفاعل الذي لا يمكن عكسه ، احتراق الوقود الهيدروكربوني في و جود أكسجين الغلاف الجوي ، الذي ينتج الحرارة و الطاقة الخفيفة ، و غاز ثاني أكسيد الكربون ، و الماء. تحدث التفاعلات الأخرى في أي من الاتجاهين ، إلى أن تصبح المواد المتفاعلة و النواتج في حالة توازن _ و هي النقطة التي لا يوجد فيها تغيير صاف في المواد المتفاعلة أو النواتج.
قانون حفظ المادة و المعادلات الكيميائية المتوازنة
في التفاعل الكيميائي ، لا يمكن إنشاء المادة أو تدميرها ، و هو مبدأ يعرف باسم قانون حفظ المادة. و مع ذلك ، فإن النواتج التي تتكون ، غالبا ما تحتوي على نسب مختلفة من الذرات عن المواد المتفاعلة. المعادلة الكيميائية المتوازنة تمثل جميع الذرات على جانبي المعادلة عن طريق إضافة معاملات إلى النواتج و المتفاعلات ، حتى يتساوى العدد الإجمالي لكل نوع من الذرات على كلا جانبي المعادلة. المعامل ينطبق على جميع الذرات في المركب ، مثلما ينطبق المعامل الرياضي على جميع المتغيرات الواردة بين الأقواس. على سبيل المثال ، التفاعل الذي يولد الماء من غازات الهيدروجين و الأكسجين هو:
H2 + O2 → H2O
في هذه المعادلة غير المتوازنة ، هناك ذرتين من الهيدروجين على كل جانب ، و لكن هناك أعداد غير متساوية من ذرات الأكسجين. لتحقيق التوازن في المعادلة ، تضاف معاملات بحيث يكون هناك أعداد متساوية من ذرات الهيدروجين و الأكسجين على كلا الجانبين:
2H 2 + O2 → 2H2O
في المعادلة المتوازنة ، هناك ما مجموعه أربع ذرات هيدروجين و ذرتين أكسجين على كل جانب من المعادلة.
تفاعلات كيميائية خلايا الطاقة
اثنان من العمليات الهامة التي تدعم الكثير من كل الحياة على الأرض هي التمثيل الضوئي ،الذي يحول أشعة الشمس إلى سكر الجلوكوز ذو ستة كربون ، و التنفس الخلوي ، الذي يحول الجلوكوز إلى طاقة صالحة للاستعمال. كل من هذه التفاعلات الأساسية هي ، في جوهرها ، زوج من التفاعلات الكيميائية التكميلية. تستخدم كائنات البناءالضوئي الطاقة من أشعة الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون و الماء إلى السكر و الأكسجين الجزيئي. ثم يتم استخدام التنفس الخلوي من قبل جميع الكائنات الهوائية لتكسير هذا السكر _ سواء صنعوه أو استهلكوه _ في و جود الأكسجين لإنتاج الطاقة لجميع احتياجاتهم الأساسية.
