הגדרת תגובות כימיות, סוגים, שלבים, גורמים ודוגמאות (FULL)

תגובה כימית היא תהליך טבעי שתמיד מייצר שינויים תרכובות כימיות. התרכובות הראשוניות או התרכובות המעורבות בתגובה נקראות מגיבים.

תגובות כימיות מאופיינות בדרך כלל בשינוי כימי, ויגרמו לתוצר אחד או יותר אשר לרוב יש מאפיינים שונים מהמגיבים. הנה דוגמה לתגובה כימית:

התגובה הכימית שלעיל היא מולקולה (CO2) המורכבת מאטום פחמן אחד (C) ושני אטומי חמצן (O) בתוספת פחמן אחד (C), לייצור 2 אטומי פחמן חד חמצני (CO).

השילוב של סמלים אלה נקרא משוואות כימיות. החומרים בצד שמאל של החץ נקראים פר-תגובות (CO2) ו- C, ואחרי החץ נקראים מוצרי התגובה, כלומר CO.

מאפייני תגובה כימית

קל מאוד למצוא תגובות כימיות בעולם האמיתי, למשל בעת שריפת נייר. הנייר הראשוני הוא עדיין דף לבן, לאחר שריפתו באש, הנייר הצבעוני נשרף.

חוץ מזה, כשאנחנו מרתיחים מים. המים הנוזלים הבאים הופכים לגז ולאדי מים לאחר שהורתחו בסיר שמונח על הכיריים.

אירועים אלה הם סימני ההיכר של תגובה כימית אמיתית. עם זאת, ליצירת המוצר קשה מאוד לראות את התוצאה. להלן המאפיינים של תגובה כימית:

1. דִהוּי

למולקולות / תרכובות כימיות יכולת לספוג צבע ולפלוט צבע בהתאם לחומר. יכולת זו יכולה להיות מושפעת גם מאירוע.

לדוגמא: מגיבי ברזל שנשארים במרחב הפתוח זמן רב מדי ובמצב רטוב יחלידו (צהוב חום).

2. שינויי טמפרטורה

למולקולות כימיות יש אנרגיה פנימית בצורה של קשרים כימיים. קשרים אלה דורשים אנרגיה או יכולים לשחרר אנרגיה.

כאשר נוצרים קשרים רבים, אנרגיה משתחררת עם עליית הטמפרטורה. לדוגמא: שריפת גז גפ"מ על הכיריים

3. הופעת בועות גז

גזים בתגובות כימיות יכולים להופיע בגלל חימום.

לדוגמא: מולקולות / תרכובות סודה לשתייה בבצק בעת חימום ישחררו גז כך שהעוגה מתרחבת.

4.שינוי נפח

כאשר נוצרים התוצרים הנובעים מתגובה כימית, המשמעות היא שכמות נפח המגיב פוחתת. לדוגמא: נפח מי האגם פוחת במהלך הקיץ.

5. נוצר משקע

משקע הוא תגובה כימית שיורית בין שתי תמיסות שהופכות למוצקות. חומר זה יכול להתרחש מכיוון שהתמיסה רוויה מדי.

לדוגמא: תמיסת חנקת כסף (AgNO3) מתווספת לתמיסה המכילה אשלגן כלורי (KCl), תיווצר משקע לבן של כלוריד כסף (AgCl).

6. פולטות אור

תגובות כימיות לפעמים משחררות אנרגיה בצורה של אור

לדוגמא: תגובה לשמש

7. שינויים במוליכות

תגובות כימיות משפיעות על שינויים במוליכות (יכולת להוביל חום).

8. שינוי בטעם

התגובה הכימית בעת לעיסת אורז יוצרת טעם מתוק כאשר הוא נוגע בלשון.

גורם המשפיע

קצב התגובה או המהירות בתגובה כימית מציין את מספר התגובות הכימיות המתרחשות ליחידת זמן.

קצב זה מושפע מכמה גורמים שיכולים להאיץ או להאט את תהליך התגובה. להלן הגורמים.

1. מדידת מגיבים

מלח גס או מלח שעדיין בצורת נתחים. מלח גס זה מתמוסס לאט במים בגלל גודלו הרב. כך שהתגובה הכימית תלויה מאוד בגודל החומר.

2. טמפרטורה

טמפרטורה יכולה להשפיע על תגובות כימיות, כלומר על ידי חימום. לדוגמא, בקיץ יערות עצים נשרפים מהר יותר מאשר בעונת הגשמים.

3. זרז

זרז הוא חומר שמאיץ את קצב התגובות הכימיות בטמפרטורה מסוימת, מבלי לחוות שינויים או להיות מנוצל על ידי התגובה עצמה. אנזימים הם סוג אחד של זרז. ללא אנזימים, תגובה זו תהיה איטית מכדי שחילוף החומרים יתרחש.

לדוגמה, האנזים מלטאז ממיר מלטוז (סוג של רב סוכר או סוכר מורכב) לגלוקוז. להלן תוכנית כללית של תגובות קטליטיות, כאשר C מייצג את הזרז:

A + C → AC (1)

B + AC → AB + C (2)

שלבי תגובה כימית

ניתן לחלק את שלבי התגובה בקלות ל:

• סיום קשרים,
• היווצרות תרכובות מעבר
• הקמת אג"ח

עבור תרכובות ביו-מולקולריות, השלבים מורכבים יותר בגלל התגובה האלמנטרית.

• שלב התחלת התגובה
• סיום קשרים
• היווצרות תרכובות מעבר
• היווצרות מוצרים
• ייצוב אנרגיה (על ידי ספיגה או שחרור אנרגיה / בדרך כלל חום)

שונות

תגובות כימיות מגוונות מאוד, אך ניתן לסווג אותן לכמה סוגים של תגובות, כלומר:

1. תגובת מיזוג

התגובה של שני חומרים המשתלבים ליצירת חומר חדש. דוגמה קלה היא היווצרות מלח NaCl: 2Na + Cl2 → 2NaCl

2.תגובת פירוק

תרכובת המתרחשת בתגובה כימית מתפרקת ליותר משני חומרים. דוגמה לכך היא פירוק מים H2O: 2H2O → 2H2 + O2

3. תגובהלְהַחלִיףיחיד

תגובת חילופי היא תגובה בה אלמנט מגיב עם תרכובת להחלפת היסודות הכלולים באותה תרכובת. לדוגמא, אם נחושת טבולה בתמיסת חנקת כסף, נוצרים גבישים מטאליים מכסף. המשוואה לתגובה היא:

Cu (s) + 2AgNO₃(aq) → 2Ag (s) + Cu (NO₃)₂(אני)

4.תגובות חילופיות מרובות

בדרך כלל נקרא תגובת מטאזה, זוהי תגובת חילופי חלקים של המגיבים. אם המגיב הוא תרכובת יונית של לורטן, החלקים המוחלפים הם הקטיונים והאניונים של התרכובת. לדוגמא, תגובת חומצות עם בסיסים כגון:

HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H₂O (l)

5.תגובת בעירה

ניתן לקרוא לתגובה זו תגובה לסידור מחדש של האטומים. אחד מהריאגנטים מסומן הוא חמצן.

כלומר, תגובת הבעירה היא תגובה כימית של חומר עם חמצן, בדרך כלל מגיבה מהר יותר עם שחרור החום עד להופעת להבה. למשל שריפת מתאן

CH₄(ז) + 2O₂(ז) → CO₂(ז) + 2H₂O (g)

דוגמאות לתגובות כימיות

יש כל כך הרבה תגובות בחיים האמיתיים. חלקן מכוונות בצורה של פרקטיקום במעבדה כך שהיא מתרחשת באופן טבעי.

חלק מהתגובות הכימיות הללו יכולות לכלול תגובות של התאגדות למוצרים חדשים, בעירה, פירוק ואחרות. להלן מספר תגובות נפוצות:

1. יצירת סבון

תגובת השתיל היא תגובת הידרוליזת שומן / שמן באמצעות בסיס חזק כגון NaOH או KOH לייצור גליצרול וחומצות שומן או סבון. NaOH משמש לייצור סבון קשיח, ואילו KOH משמש לייצור סבון רך או סבון נוזלי.

ההבדל בין סבון קשיח ורך במבט על מסיסותם במים הוא שסבון קשה פחות מסיס במים בהשוואה לסבון רך. תגובת הספונה נקראת גם תגובת סילוף.

2. תגובה חומצה-בסיסית למלח

בכימיה מלח הוא תרכובת יונית המורכבת מיונים חיוביים (קטיונים) ויונים שליליים (אניונים), ויוצרים תרכובת ניטרלית (מבלי להיטען). מלח נוצר מתגובת חומצות ובסיסים. מלח יכול להיווצר גם משני מלחים שונים כגון:

Pb (NO₃)₂(aq) + Na₂כך₄(aq) → PbSO₄(ים) + 2 NaNO₃(אני)

3. תגובת קורוזיה

קורוזיה היא נזק למתכות עקב תגובות חיזור בין מתכת לחומרים שונים בסביבתה המייצרים תרכובות לא רצויות.

בתהליך הקורוזיה הברזל (Fe) משמש כחומר הפחתה וחמצן (O2) המומס במים משמש כמחמצן. משוואת התגובה ליצירת חלודה היא כדלקמן:

Fe (ס) → Fe2 + (אני) + 2e–

או₂(ז) + 4H + (אני) + 4e– → 2H₂O (l)

4. תגובות פוטוסינתטיות

לדברי KBBI, תהליך הפוטוסינתזה הוא צמח ירוק המשתמש באור השמש כדי להמיר מים ופחמן דו חמצני לפחמימות. הפחמן הדו חמצני שנמצא סביב הצמח נספג ישירות דרך רקמת הסטומטה בעלים. מים שנמצאים סביב הצמח, נספגים ישירות דרך השורשים ומועברים לעלים דרך גבעולי הצמח.

ממש בצהריים, עוצמת האור הנופלת נלכדת ישירות על ידי כלורופיל לצורך פוטוסינתזה. האנרגיה מאור השמש שנלכדה קודם לכן תמיר מים ישירות לחמצן ולמימן.

לבסוף, המימן שהופק ישולב ישירות עם פחמן דו חמצני כדי לייצר מזון לצרכי צמחים אלה. השאר, חמצן ישוחרר ישירות לאוויר דרך הסטומטה. הנה המשוואה הכימית:

6CO2 + 6H2O + אור = C6H12O6 + 6O2

5.תגובות כימיות של חומץ וסודה לאפייה

האם אי פעם לימדו אותך על התגובה הכימית אם חומץ וסודה לשתיה יכולים לגרום להתפרצות הר געש צעצוע בבית הספר שלך?

תרכובות חומציות מעורבבות בתרכובות אלקליין ייצרו תרכובות ניטרליות. בניסוי מערבבים תרכובת חומצה חלשה בתמיסה של חומצה אצטית (CH3COOH) עם תרכובת בסיסית חזקה בתמיסה של סודה לשתיה (NaHCO3).

בתגובה כימית ניתן להמיר חומר או יותר לחומרים חדשים, על פי הניסוי, חומץ חומצי (CH3COOH) מגיב עם סודה לשתייה (NaHCO3) כדי לייצר גז CO2.

אם מגיבים לחומץ החומצי (CH3COOH) וסודה לשתיה (NaHCO3) הוא ייצר בועות הגורמות להיווצרות גז פחמן דו חמצני (CO2). גזים ונוזלים אלה יגרמו לנוזלים כגון לבה לצאת.

6. תגובות כימיות אנזימטיות

אֶנזִים הינה ביומולקולה בצורת חלבון המתפקד כזרז (תרכובת המזרז את תהליך התגובה מבלי להגיב) בתגובה כימית אורגנית.

למרות שתרכובת הזרז יכולה להשתנות בתגובה הראשונית, בתגובה הסופית מולקולות הזרז יחזרו לצורתן המקורית. אנזימים פועלים על ידי תגובה עם מולקולות מצע כדי לייצר תרכובות ביניים באמצעות תגובה אורגנית הדורשת אנרגיית הפעלה נמוכה יותר, כך שתגובות כימיות מואצות מכיוון שתגובות כימיות עם אנרגיות הפעלה גבוהות יותר נמשכות זמן רב יותר.

לדוגמא: האנזים קטלאז הוא אנזים שמזרז תגובה שבה מי חמצן מתפרק למים וחמצן.