علوم پایه

واکنش شیمیایی چیست ؟ درباره آن چه می دانید ؟

علوم پایه

در علم شیمی، واکنش شیمیایی (Chemical reaction) به فرآیندی گفته می شود که در طی آن، ساختار مواد اولیه شرکت کننده در واکنش، تغییر می کنند و به یک یا چند ماده شیمیایی دیگر تبدیل می‌ شوند. در واقع یک واکنش شیمیایی می تواند منجر به تعامل میان مواد شیمیایی گردد. توجه داشته باشید که به مواد شیمیایی که در ابتدا در یک واکنش شرکت کرده اند، واکنش ‌دهنده (reactants) و به موادی که طی آن واکنش تولید می‌ شوند، فرآورده یا محصولات (products) گفته می ‌شود. به طور کلی، محصولات تولید شده معمولا با واکنش ‌دهنده‌ ها متفاوت می باشند. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک و با توجه به جایگاه مهم واکنش های شیمیایی در شیمی، به بررسی انواع مختلف آن پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.

 

فهرست مطالب این مقاله

۱- مقدمه

۲- واکنش شیمیایی پایه هشتم

۳- معادلات شیمیایی

۴- واکنش های شیمیایی کامل و تعادلی

۱-۴- واکنش شیمیایی یک طرفه

۲-۴- واکنش شیمیایی دو طرفه

۵- چگونگی انجام واکنش شیمیایی

۶- سرعت واکنش شیمیایی

۷- انواع واکنش های شیمیایی

 

مقدمه

یکی از مهم ترین مباحث در علم شیمی، واکنش های شیمیایی می باشد. مفهوم آن به ۲۵۰ سال قبل بر می گردد. در آن زمان و در نتیجه انجام آزمایش های اولیه، مواد شیمیایی به عناصر و ترکیبات دسته بندی شد. این دسته بندی از لحاظ تئوری نیز توضیح داده شده است. توجه داشته باشید که این واکنش ها فقط در آزمایشگاه انجام نمی شوند. بلکه این واکنش ها یه طور دائم در محیط اطراف ما و حتی در بدن موجودات زنده در حال وقوع می باشند. این واکنش ها در حقیقت به موجودات زمین، اجازه‌ زنده ماندن، رشد و یا تکثیر می‌ دهند.

به عبارت دیگر، به دلیل وجود این واکنش ها، انسان ها می توانند در کنار شعله آتش خود را گرم کنند. همچنین برای ساخت تجهیزات مورد نیاز خود، آهن را ذوب نموده و ابزار ضروری را بسازند. علاوه بر آن، با کمک این واکنش ها می توانند مواد غذایی مختلف مورد نیاز انسان نظیر انواع نوشیدنی ها، انواع مختلف پنیر و یا سایر محصولات غذایی را تولید کنند. علاوه بر آن، شیمیدانان و محققین از واکنشهای شیمیایی جهت تولید وسیعی از مواد شیمیایی نظیر مواد شیمیایی مخصوص کشاورزی، فرآورده‌ های پتروشیمی، پلیمر ها، سرامیک ‌ها، پلاستیک ها و لاستیک ‌ها، روغن ‌های پایه طبیعی، مواد منفجره، عطر ها و غیره استفاده می ‌کنند. به بیان دیگر، جامعه‌ مدرن امروزی به شدت به این محصولات و واکنشهای شیمیایی وابسته است.

زندگی مدرن و واکنشهای شیمیایی
زندگی مدرن و واکنشهای شیمیایی

 

واکنش شیمیایی پایه هشتم

واکنش های شیمیایی در حقیقت مجموعه ‌ای از تغییرات می باشند. به ‌طور کلی، دو نوع تغییرات (فیزیکی و شیمیایی) بر روی مواد اولیه صورت می‌ گیرد. در تغییرات فیزیکی، تنها حالت فیزیکی واکنش دهنده ها تغییر می کند. در واقع ساختار ذرات تشکیل دهنده ماده، بدون تغییر باقی می ماند. از این جهت، همه تغییرات حالات ماده از جمله تبخیر، میعان، ذوب، انجماد، تصعید، چگالش و یا انحلال نمک ‌ها و باز ها در آب، در دسته تغییرات فیزیکی قرار می گیرند.

در حالیکه در تغییرات شیمیایی، پیوند اتم ‌ها با یکدیگر و یا آرایش الکترونی آنها، در واکنش‌ دهنده‌ ها تغییر می کند. البته توجه داشته باشید که در طی یک واکنش شیمیایی، اتم‌ ها نه به ‌وجود می ‌آیند و نه از بین می‌ روند. بلکه تنها ترکیب، سنتز، تجزیه یا بازآرایی می ‌شوند. لازم به ذکر است که در مواردی، هر دو تغییر فیزیکی و شیمیایی می تواند به‌ صورت متوالی بر روی یک پدیده، اتفاق ‌افتد.

با توجه به توضیحات مشخص می شود که یک واکنش می تواند به صورت فیزیکی و یا شیمیایی انجام شود. برای تشخیص میان آنها، باید به این نکته توجه داشته باشید که در واکنش های فیزیکی، فقط خصوصیات فیزیکی واکنشگر ها تغییر می کند، اما ماهیت شیمیایی آن بدون تغییر باقی می ماند. از طرفی دیگر، در یک واکنش شیمیایی، اتم های واکنشگر ها در حقیقت با آرایشی جدید در کنار یکدیگر قرار می گیرند. بدین شکل محصولی با خصوصیات متفاوت نسبت به واکنش دهنده ها تولید می شود. به عبارت دیگر جهت انجام واکنشهای شیمیایی، بایستی پیوند های بین اتم های واکنشگر ها شکسته شده و به خاطر ایجاد پیوند های جدید بین اتمی، فرآورده های جدید تولید شوند.

نکته

توجه داشته باشید که واکنشِ شیمیایی بیانگر یک تغییر شیمیایی است. این تغییر می تواند با آزاد کردن انرژی به شکل گرما، نور و یا صوت همراه باشد، ممکن است با تولید گاز، تشکیل رسوب و یا حتی تغییر رنگ مشخص شود. جالب است بدانید که هر واکنشی با سرعت و غلظت معینی انجام می شود.

واکنش شیمیایی
واکنش شیمیایی

 

معادلات شیمیایی

واکنش های شیمیایی به شکل نمادین به وسیله معادلات شیمیایی نشان داده می ‌شوند. در واقع به کمک یه معادله می توان واکنش مورد نظر را توصیف نمود. در یک معادله، مجموعه ‌ای از واکنش ‌دهنده‌ ها، به مجموعه ا‌ی از محصولات، تبدیل می‌ گردند. توجه داشته باشید که واکنش‌ دهنده ‌ها و فرآورده ها را با استفاده از فرمول شیمیایی آنها در معادله شیمیایی نمایش می دهند. در واقع، واکنش دهنده ها در سمت چپ و محصولات در سمت راست معادله قرار می ‌گیرند. برای نمایش جهت واکنش از یک فلش بهره می برند. اگر واکنش غیر برگشت‌ پذیر باشد، از یک فلش تنها (→) و اگر برگشت ‌پذیر باشد از دو فلش (⇌) استفاده می‌ شود. به بیان دیگر، نوع فلش تعیین کننده کامل (→) و یا تعادلی (⇌) بودن واکنش می باشد.

 

لازم به ذکر است که تعداد اتم ها در سمت چپ معادله بایستی حتما با تعداد اتم ها در سمت راست معادله مساوی باشد. به همین دلیل تعداد اتم ها را در یک معادله شیمیایی با ضرایب استوکیومتری نشان می دهند. به عنوان مثال معادله زیر را در نظر بگیرید؛ حروف A و B واکنش گر ها، حروف C و D محصولات واکنش و حروف a، b ، c و d ضرایب استوکیومتری اتم ها می باشند.

 

a A + b B → c C + d D

 

واکنش های شیمیایی کامل و تعادلی

همانطور که بیان شد، به فرآیندی که در طی آن، یک یا چند ماده شیمیایی اولیه به عنوان واکنشگر به یک یا چند ماده شیمیایی جدید (فرآورده) تبدیل می گردد، واکنشی شیمیایی گفته می شود. در این واکنش، واکنشگر ها در واقع عناصر یا ترکیبات شیمیایی محسوب می شوند که به دلیل تغییر در آرایش آنها، به ترکیبات جدید تبدیل می شوند. همانطور که بیان شد، برای واکنشهای شیمیایی می توان دو حالت مختلف در نظر گرفت.

واکنش شیمیایی یک طرفه

همانطور که از نامش مشخص است این واکنش فقط در یک طرف انجام می شود. در این قبیل واکنش‌ ها، فرآورده های واکنش بر یکدیگر اثر شیمیایی ندارند، پس واکنش فقط در جهت رفت انجام می‌ شود. به عبارت دیگر، واکنش دهنده ها به طور کامل مصرف شده و در نتیجه به محصول تبدیل می شوند. این واکنش ها به نام واکنش های برگشت ناپذیر یا واکنش های کامل نیز مشهورند. به عنوان مثال واکنش های سوختن، پختن تخم مرغ، محکم شدن تدریجی سیمان نمونه هایی از واکنش ‌های برگشت‌ ناپذیر می باشند.

واکنش شیمیایی کامل
واکنش شیمیایی کامل

 

واکنش شیمیایی دو طرفه

در اینجا، واکنش شیمیایی می تواند در هر دو سمت پیش برود. به عبارت دیگر، با تبدیل واکنشگر ها به فرآورده ها، در شرایط مناسب فرآورده ها نیز می توانند به واکنش دهنده ها تبدیل شوند. این رفت و برگشت در واکنش مورد نظر تا زمانیکه تعادل میان محصولات و واکنش دهنده ها برقرار شود، ادامه می یابد. هنگامیکه در واکنش های برگشت پذیر، تعادل برقرار شود، تبدیل واکنشگر به فرآورده و بر عکسش همچنان صورت می گیرد، اما فعالیت شیمیایی و غلظت نسبی واکنشگر ها و فرآورده ها تغییر نمی کند. این نقطه تعادل، برای هر واکنش شیمیایی منحصر بفرد خواهد بود و در واقع آن را با عددی به نام ثابت تعادل نشان می دهند. این نوع از واکنش ها به نام واکنش های تعادلی نیز مشهورند. به عنوان مثال شارژ دوباره باتری اتومبیل نمونه ای از واکنش ‌های برگشت‌ پذیر می باشد.

واکنشِ شیمیایی دو طرفه
واکنش شیمیایی دو طرفه

 

چگونگی انجام واکنش شیمیایی

برای آنکه یک واکنشِ شیمیایی انجام شود، ابتدا باید پیوند های شیمیایی میان اتم ها یا مولکول ها شکسته شوند و این پیوند ها به شکل دیگری تشکیل گردند. همانطور که می دانید این پیوند ها اغلب قوی می باشند. از این رو، برای شکستن پیوند های شیمیایی به جذب انرژی نیاز است، در حالیکه جهت تشکیل پیوند های جدید در محصولات این انرژی آزاد می گردد. پس برای شروع یک واکنش به انرژی (معمولا به شکل گرما) نیاز است. بر طبق قانون پایستگی انرژی، در هر واکنشی باید انرژی کل ثابت باقی بماند؛ پس در آنها، اختلاف انرژی میان مواد اولیه و محصولات به شکل گرما ظاهر می ‌شود.

در تعدادی از واکنش ها، انرژی لازم جهت شکستن پیوند های واکنش دهنده ها بسیار بیشتر از انرژی آزاد شده جهت تشکیل پیوند های جدید در محصولات می باشد، در این صورت، این نوع از واکنش ها در حقیقت دریافت کننده انرژی هستند. در این حالت، سطح انرژی شیمیایی محصولات بالاتر از واکنش ‌دهنده‌ ها است، پس واکنش‌ مورد بررسی گرماگیر نامیده می‌ شود. برای انجام این چنین واکنش هایی بایستی مقداری گرما به مواد اولیه داده شود. در مقابل به واکنش ‌هایی که سطح انرژی محصولات از مواد اولیه پایین ‌تر باشد، به علت تولید انرژی گرمایی، گرمازا گفته می شود. توجه داشته باشید که در واکنش های گرمازا، انرژی لازم جهت تشکیل پیوند های جدید بیشتر از انرژی گرفته شده جهت شکستن پیوند های واکنش دهنده ها می باشد.

نکته

به طور کلی می توان گفت که یک واکنش، شامل تغییراتی است که در طی آن، تنها موقعیت الکترون ها در هنگام تشکیل و یا شکستن پیوند های شیمیایی میان اتم ها تغییر می کند، اما تغییری در موقعیت هسته ها ایجاد نمی شود.

 

سرعت واکنش شیمیایی

برای انجام یک واکنش، واکنشگر ها باید با یکدیگر تماس داشته باشند تا بتوانند محصولات جدیدی را تولید کنند. هر چیزی که بتواند تماس بین ذرات مواد اولیه را افزایش دهد، سرعت واکنش را نیز زیاد می‌ کند. از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد :

سرعت واکنش شیمیایی
سرعت واکنش شیمیایی

  • افزایش دما : با افزایش دما سرعت واکنش ها نیز افزایش پیدا می کند. زیرا با افزایش دما، در حقیقت میزان جنبش مولکول ها افزایش می یابد. در نتیجه احتمال برخورد مولکول ها به هم و در نهایت احتمال انجام واکنش مورد نظر بیشتر می شود. در واقع با زیاد شدن دما به ذرات انرژی بیشتری داده می شود، پس ذرات سریع تر حرکت می ‌کنند و در نتیجه به دفعات بیشتری با یکدیگر برخورد خواهند کرد.
  • افزایش غلظت : افزایش غلظت مواد اولیه باعث می شود که ذرات بیشتری در محیط واکنش وجود داشته باشند. بنابراین ذرات به دفعات بیشتری با یکدیگر برخورد دارند و در نتیجه سرعت واکنش بیشتر خواهد شد.
  • افزایش فشار : افزایش فشار درون ظرف واکنش یا کاهش حجم باعث می شود که ذرات به یکدیگر نزدیک تر و فشرده شوند. در نتیجه این ذرات بیشتر به هم برخورد کرده و سرعت واکنش زیاد می شود.
  • انرژی فعال ‌سازی : انرژی فعال ‌سازی به عنوان مقدار انرژی لازم جهت شروع واکنش و همچنین ادامه‌ آن به شکل خود به خودی تعریف شده است. انرژی فعال ‌سازی بالاتر نشان می دهد که واکنش‌دهنده‌ ها به انرژی بیشتری برای شروع واکنش نیاز دارند. بنابراین هرچه انرژی فعال سازی کمتر باشد، سرعت واکنش بیشتر خواهد بود.
  • وجود یا عدم وجود کاتالیزور : کاتالیست به ماده ای گفته می شود که مسیر (مکانیسم) یک واکنش را تغییر ‌دهند. در واقع با کاهش انرژی فعال ‌سازی مورد نیاز، سرعت واکنش را افزایش می‌دهد. کاتالیزور ها در انتها بدون آنکه مصرف شوند، باقی می مانند.
  • افزایش مساحت در دسترس: با افزایش مساحت در دسترس میان مواد اولیه منجر به افزایش سرعت‌ واکنش می شود.

 

انواع واکنش های شیمیایی

طبقه بندی ها مختلفی برای واکنش ها وجود دارد. در این قسمت با انواع مختلف آنها آشنا می شوید.

  • واکنش های ترکیبی یا سنتز
  • واکنش های تجزیه ای یا آنالیز
  • واکنش جابه‌جایی یا جانشینی یگانه
  • واکنش جابه‌جایی یا جانشینی دوگانه
  • واکنش های سوختن یا احتراق
  • واکنش‌ های اسید و باز
  • واکنش های اکسایش-کاهش
  • واکنش های ایزومریزاسیون
  • واکنش های پلیمریزاسیون
  • واکنش‌ های آلی
انواع واکنش ها
انواع واکنش ها

 

در طبقه بندی بالا، ۵ دسته اول که بیان شده است در واقع دسته ‏های اصلی واکنش‏ های شیمیایی می باشند. بقیه‏ واکنش‏ های ذکر شده به گونه ‏ای زیر مجموعه‏ این پنج دسته اصلی قرار می‏ گیرند. لازم به ذکر است که واکنش ‌های آلی خود به دسته های واکنش های بازآرایی، واکنش ‌های تراکمی، واکنش های افزایشی، واکنش ‌های حذفی، واکنش های جانشینی و واکنش ‌های اکسایش کاهش آلی تقسیم می شوند.

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا