Die 13 Arten von chemischen Reaktionen (mit Beispielen)
Die Art der chemischen Reaktionen hängt davon ab, was auf molekularer Ebene geschieht. Welche Verbindungen sind unterbrochen und wie verbinden sie sich mit den Atomen? Es wird auch berücksichtigt, ob die Spezies Elektronen gewinnt oder verliert; Selbst wenn dies bei den meisten chemischen Reaktionen der Fall ist.
Materie kann unzählige Arten von chemischen Reaktionen oder Umwandlungen erleiden, die aufgrund ihrer hohen Anzahl bestimmte Kriterien benötigen, um voneinander zu unterscheiden. So kann es nach thermodynamischen, kinetischen, molekularen oder elektronischen Merkmalen gehen.
Die Bildung bestimmter Verbindungen beinhaltet eine Reihe von Reaktionen. Zum Beispiel ist die Patina (unteres Bild), die die Gegenstände aus Bronze oder Kupfer bedeckt, ein Produkt der Oxidation von Kupfer in Gegenwart von Feuchtigkeit und Kohlensäure; und daher besteht es aus Kupfercarbonat, CuCO 3 und anderen Salzen dieses Metalls.
Das Kohlendioxid löst sich in dem Wasser, das die Oberfläche des Kupfers benetzt und zu Kohlensäure hydrolysiert. Infolgedessen wird der pH-Wert sauer und fördert die Oxidation von Kupfer und die Bildung eines komplexen Wassers; die schließlich wechselwirkt und mit den Carbonationen des Mediums ausfällt.
Nachfolgend erläutern wir die verschiedenen Arten chemischer Reaktionen.
Oxidationsreduktion (Redox)
Oxidation von Kupfer
Im Beispiel der Patina findet eine Oxidationsreaktion statt: Das metallische Kupfer verliert in Gegenwart von Sauerstoff Elektronen und wandelt sich in das entsprechende Oxid um.
4 Cu (s) + O 2 (g) => Cu 2 O (s)
Das Kupfer (I) oxid oxidiert weiter zu Kupfer (II) oxid:
2Cu 2 O (s) + O 2 => 4CuO (s)
Diese Art der chemischen Reaktion, bei der Spezies die Anzahl (oder den Zustand) der Oxidation erhöhen oder verringern, wird als Oxidation und Reduktion (Redox) bezeichnet.
Das metallische Kupfer mit der Oxidationsstufe 0 verliert zuerst ein Elektron und dann das zweite (es wird oxidiert), während der Sauerstoff übrig bleibt (reduziert):
Cu => Cu + + e-
Cu + => Cu2 + + e-
O 2 + 2e- => 2O2-
Der Gewinn oder Verlust von Elektronen kann bestimmt werden, indem die Oxidationszahlen für die Atome in den chemischen Formeln ihrer resultierenden Verbindungen berechnet werden.
Für Cu 2 O ist bekannt, dass wir das Anion O2- haben, da es sich um ein Oxid handelt. Damit die Ladungen neutralisiert bleiben, muss jedes der beiden Kupferatome eine Ladung von +1 haben. Sehr ähnlich mit CuO.
Kupfer erhält beim Oxidieren positive Oxidationszahlen; und zu reduzierender Sauerstoff negative Oxidationszahlen.
Eisen und Kobalt
Weitere Beispiele für die Redoxreaktionen sind nachfolgend aufgeführt. Außerdem wird ein kurzer Kommentar abgegeben und die Änderungen der Oxidationszahlen werden angegeben.
FeCl 2 + CoCl 3 => FeCl 3 + CoCl 2
Wenn die Oxidationszahlen berechnet werden, wird bemerkt, dass diejenigen des Cl bei einem konstanten Wert von -1 bleiben; Nicht so bei denen des Glaubens und der Gemeinschaft.
Auf den ersten Blick wurde Eisen oxidiert, während Kobalt reduziert wurde. Woher wissen? Weil Eisen jetzt nicht mit zwei, sondern mit drei Cl-Ionen wechselwirkt, ist das Chloratom (neutral) elektronegativer als Eisen und Kobalt. Auf der anderen Seite passiert das Gegenteil mit Kobalt: Es passiert, dass es mit drei Cl- zu zwei von ihnen interagiert.
Wenn die obigen Überlegungen nicht klar sind, schreiben wir die chemischen Gleichungen des Nettotransfers von Elektronen:
Fe2 + => Fe3 + + e-
Co3 + + e- => Co2 +
Daher wird Fe2 + oxidiert, während Co3 + reduziert wird.
Jod und Mangan
6KMnO 4 + 5KI + 18HCl => 6MnCl 2 + 5KIO 3 + 6KCl + 9H 2 O
Die obige chemische Gleichung mag kompliziert erscheinen, ist es aber nicht. Chlor (Cl-) und Sauerstoff (O2-) erfahren einen Gewinn oder Verlust ihrer Elektronen. Jod und Mangan, ja.
Betrachtet man nur Verbindungen mit Jod und Mangan, so hat man:
KI => KIO 3 (Oxidationszahl: -1 bis +5, verliert sechs Elektronen)
KMnO 4 => MnCl 2 (Oxidationszahl: +7 bis +2, fünf Elektronen gewinnen)
Jod wird oxidiert, Mangan reduziert. Woher wissen, ohne zu rechnen? Weil Jod von Kalium zu Wechselwirkung mit drei Sauerstoffatomen (elektronegativer) übergeht; und Mangan verliert andererseits Wechselwirkungen mit Sauerstoff, um mit Chlor (weniger elektronegativ) zu sein.
Der KI kann nicht sechs Elektronen verlieren, wenn der KMnO 4 fünf gewinnt; Deshalb muss die Anzahl der Elektronen in der Gleichung ausgeglichen werden:
5 (KI => KIO 3 + 6e-)
6 (KMnO 4 + 5e- => MnCl 2 )
Das ergibt einen Nettotransfer von 30 Elektronen.
Verbrennung
Die Verbrennung ist eine heftige und energetische Oxidation, bei der Licht und Wärme freigesetzt werden. Im Allgemeinen nimmt bei dieser Art der chemischen Reaktion Sauerstoff als Oxidationsmittel oder Oxidationsmittel teil; während das Reduktionsmittel der Kraftstoff ist, der am Ende des Kontos verbrennt.
Wo Asche ist, gab es Verbrennung. Diese bestehen im wesentlichen aus Kohle und Metalloxiden; obwohl seine Zusammensetzung logischerweise davon abhängt, was der Kraftstoff war. Nachfolgend einige Beispiele:
C (s) + O 2 (g) => CO 2 (g)
2CO (g) + O 2 (g) => 2CO 2 (g)
C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) => 3CO 2 (g) + 4H 2 O (g)
Jede dieser Gleichungen entspricht vollständigen Verbrennungen; Das heißt, der gesamte Kraftstoff reagiert mit einem Überschuss an Sauerstoff, um seine vollständige Umwandlung zu gewährleisten.
Ebenso ist zu beachten, dass CO 2 und H 2 O die gasförmigen Hauptprodukte sind, wenn Kohlenstoffkörper verbrennen (wie Holz, Kohlenwasserstoffe und tierische Gewebe). Es ist unvermeidlich, dass ein gewisses Allotrop von Kohlenstoff aufgrund von Sauerstoffmangel sowie weniger sauerstoffhaltigen Gasen wie CO und NO gebildet wird.
Synthesis
Im oberen Bild wird eine einfache Darstellung gezeigt. Jedes Dreieck ist eine Verbindung oder ein Atom, die sich zu einer einzigen Verbindung verbinden. zwei Dreiecke bilden ein Parallelogramm. Die Massen nehmen zu und die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Produkts unterscheiden sich oft stark von denen seiner Reaktanten.
Beispielsweise erzeugt die Verbrennung von Wasserstoff (der auch eine Redoxreaktion ist) Wasserstoffoxid oder Sauerstoffhydrid; besser bekannt als wasser:
H 2 (g) + O 2 (g) => 2H 2 O (g)
Durch Mischen beider Gase bei einer hohen Temperatur verbrennen sie und erzeugen gasförmiges Wasser. Beim Abkühlen kondensieren die Dämpfe zu flüssigem Wasser. Mehrere Autoren betrachten diese Synthesereaktion als eine der möglichen Alternativen, um fossile Brennstoffe bei der Energiegewinnung zu ersetzen.
Die Verknüpfungen von HH und O = O werden unterbrochen, um zwei neue einfache Verknüpfungen zu bilden: HOH. Bekanntlich ist Wasser eine unvergleichliche Substanz (jenseits des romantischen Sinns), und seine Eigenschaften unterscheiden sich erheblich von denen von gasförmigem Wasserstoff und Sauerstoff.
Ionische Verbindungen
Die Bildung ionischer Verbindungen aus ihren Elementen ist ebenfalls ein Beispiel für eine Synthesereaktion. Eine der einfachsten ist die Bildung von Metallhalogeniden der Gruppen 1 und 2. Beispielsweise die Synthese von Calciumbromid:
Ca (s) + Br 2 (l) => CaBr 2 (s)
Eine allgemeine Gleichung für diese Art der Synthese lautet:
M (s) + X 2 => MX 2 (s)
Koordination
Wenn es sich bei der gebildeten Verbindung um ein Metallatom in einer elektronischen Geometrie handelt, spricht man von einem Komplex. In Komplexen bleiben Metalle durch schwache kovalente Bindungen an die Liganden gebunden und werden durch Koordinationsreaktionen gebildet.
Zum Beispiel haben wir den Komplex [Cr (NH 3 ) 6 ] 3+. Diese entsteht, wenn das Cr3 + -Kation in Gegenwart der Ammoniakmoleküle NH 3 als Chromliganden vorliegt:
Cr 3+ + 6 NH 3 => [Cr (NH 3 ) 6 ] 3+
Unten sehen Sie das resultierende Koordinationsoktaeder um das Chrommetallzentrum:
Beachten Sie, dass die 3+ -Ladung des Chroms im Komplex nicht neutralisiert ist. Seine Farbe ist lila, und deshalb wird das Oktaeder mit dieser Farbe dargestellt.
Einige Komplexe sind interessanter als bei bestimmten Enzymen, die Eisen-, Zink- und Calciumatome koordinieren.
Zersetzung
Zersetzung ist das Gegenteil von Synthese: Eine Verbindung wird in ein, zwei oder drei Elemente oder Verbindungen zerlegt.
Zum Beispiel haben wir die folgenden drei Zerlegungen:
2 HgO (s) => 2 Hg (l) + O 2 (g)
2H 2 O 2 (l) => 2H 2 O (l) + O 2 (g)
H 2 CO 3 (ac) => CO 2 (g) + H 2 O (l)
Das HgO ist ein rötlicher Feststoff, der sich durch Hitzeeinwirkung in metallischem Quecksilber, schwarzer Flüssigkeit und Sauerstoff zersetzt.
Das Wasserstoffperoxid oder Wasserstoffperoxid zersetzt sich unter Bildung von flüssigem Wasser und Sauerstoff.
Andererseits zersetzt sich Kohlensäure in Kohlendioxid und flüssiges Wasser.
Eine "trockenere" Zersetzung ist diejenige, unter der Metallcarbonate leiden:
CaCO 3 (s) => CaO (s) + CO 2 (g)
Vulkan der Klasse
Eine Zersetzungsreaktion, die im Chemieunterricht eingesetzt wurde, ist die thermische Zersetzung von Ammoniumdichromat (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 . Dieses orangefarbene krebserzeugende Salz (daher muss es mit äußerster Vorsicht behandelt werden) verbrennt, um viel Wärme freizusetzen und einen grünen Feststoff, Chromoxid, Cr 2 O 3, zu erzeugen:
(NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 (s) => Cr 2 O 3 (s) + 4H 2 O (g) + N 2 (g)
Verdrängung
Verdrängungsreaktionen sind eine Art Redoxreaktion, bei der ein Element ein anderes Element in einer Verbindung verdrängt. Das verschobene Element reduziert oder gewinnt Elektronen.
Um dies zu vereinfachen, wird das obere Bild angezeigt. Die Kreise repräsentieren ein Element. Es wird beobachtet, dass der hellgrüne Kreis den blau gefärbten Kreis verdrängt und draußen bleibt; aber nicht nur das, sondern der blaue kreis wird dabei verkleinert und der von lindgrün oxidiert.
Aus Wasserstoff
Beispielsweise werden die folgenden chemischen Gleichungen verwendet, um die oben erläuterten zu erläutern:
2Al (s) + 6HCl (ac) => AlCl 3 (ac) + 3H 2 (g)
Zr (s) + 2H 2 O (g) => ZrO 2 (s) + 2H 2 (g)
Zn (s) + H 2 SO 4 (ac) => ZnSO 4 (ac) + H 2 (g)
Was ist das verdrängte Element für diese drei chemischen Reaktionen? Wasserstoff, der zu molekularem Wasserstoff reduziert wird, H 2 ; Es reicht von einer Oxidationszahl von +1 bis 0. Beachten Sie, dass die Metalle Aluminium, Zirkonium und Zink die Wasserstoffatome der Säuren und des Wassers verdrängen können. während Kupfer, weder Silber noch Gold, nicht kann.
Metalle und Halogene
Wir haben auch diese zwei zusätzlichen Verdrängungsreaktionen:
Zn (s) + CuSO 4 (ac) => Cu (s) + ZnSO 4 (ac)
Cl 2 (g) + 2NaI (ac) => 2NaCl (ac) + I 2 (s)
In der ersten Reaktion verdrängt das Zink das weniger aktive Kupfermetall; Das Zink wird oxidiert, während das Kupfer reduziert wird.
Bei der zweiten Reaktion verdrängt Chlor, ein reaktiveres Element als Jod, das letztere im Natriumsalz. Hier geschieht es umgekehrt: Das reaktivste Element wird durch Oxidation des verdrängten Elements reduziert; Daher wird Chlor durch Oxidation zu Jod reduziert.
Gasbildung
Bei den Reaktionen konnte festgestellt werden, dass mehrere von ihnen Gase erzeugten und daher auch in diese Art der chemischen Reaktion eintraten. Ebenso werden die Reaktionen des vorhergehenden Abschnitts, die der Verdrängung von Wasserstoff durch ein aktives Metall, als Gasbildungsreaktionen angesehen.
Zusätzlich zu den bereits genannten setzen beispielsweise Metallsulfide bei Zugabe von Salzsäure Schwefelwasserstoff frei (der nach faulen Eiern riecht):
Na 2 S (s) + 2 HCl (ac) => 2 NaCl (ac) + H 2 S (g)
Metathese oder doppelte Verschiebung
Bei der Reaktion von Metathese oder Doppelverschiebung kommt es zu einer Änderung von Paaren ohne Elektronentransfer. Das heißt, es wird nicht als Redoxreaktion angesehen. Wie in der obigen Abbildung gezeigt, unterbricht der grüne Kreis die dunkelblaue Verknüpfung, um eine Verknüpfung mit dem hellblauen Kreis herzustellen.
Niederschlag
Wenn die Wechselwirkungen eines der Paare stark genug sind, um den Solvatisierungseffekt der Flüssigkeit zu überwinden, wird ein Niederschlag erhalten. Die folgenden chemischen Gleichungen stellen Fällungsreaktionen dar:
AgNO 3 (ac) + NaCl (ac) => AgCl (s) + NaNO 3 (ac)
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (ac) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (ac)
Bei der ersten Reaktion verdrängt Cl & supmin; NO & sub3; & supmin; unter Bildung von Silberchlorid, AgCl, das ein weißer Niederschlag ist. Und in der zweiten Reaktion verdrängt CO 3 2- Cl-, um Calciumcarbonat auszufällen.
Säure Base
Die vielleicht bedeutendste Metathesereaktion ist die Säure-Base-Neutralisation. Schließlich werden zwei Säure-Base-Reaktionen als Beispiele gezeigt:
HCl (ac) + NaOH (ac) => NaCl (ac) + H 2 O (l)
2HCl (aq) + Ba (OH) 2 (ac) => BaCl 2 (ac) + 2H 2 O (l)
Das OH- verdrängt Cl- unter Bildung von Wasser und Chloridsalzen.
