Kémiai reakciók

A molekulák, hasonlóan azokhoz, amik a testünket is felépítik, olyan atomokból állnak, melyek kémiai kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Ezek sok szempontból nagyon hasonlóak a Babylon építőjátékhoz. Sőt, ha szerves kémiát tanulsz, valószínűleg olyan modellkészletből fogsz építkezni, ami gyanúsan hasonlít a Babylon építőjátékhoz.

Ahogyan a Babylon esetében a kerekeket számtalan módon összeszerelheted a különféle pálcák és összekötők felhasználásával, az atomokat ugyanúgy össze tudod kapcsolni különböző típusú kémiai kötésekkel. Azt a folyamatot, ahol az atomok újraszervezése a régi kötések felbontásával és új kötések létrehozásával megy végbe, kémiai reakciónak nevezzük.

A kémiai reakciók során az atomok között kémiai kötések keletkeznek vagy hasadnak fel. A kémiai reakcióban résztvevő anyagokat reaktánsoknak, a reakció eredményeként keletkező anyagokat termékeknek nevezzük. A reaktánsok és a termékek közötti nyíl jelzi a kémiai reakció irányát, habár a kémiai reakciók nem mindig egyirányúak, ahogyan azzal a következő részben még foglalkozni fogunk.

Például a hidrogén-peroxid ($\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{O}_{2}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript) bomlási reakciója vízre és oxigénre az alábbiak szerint írható fel:

$2 \text{H}_{2}$2, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{O}_{2} \text{(hidrogén-peroxid)}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, left parenthesis, h, i, d, r, o, g, e, with, \', on top, n, negative, p, e, r, o, x, i, d, right parenthesis, end text $\rightarrow$right arrow $2\text{H}_{2}\text O \text{(víz)}$2, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start text, left parenthesis, v, ı, with, \', on top, z, right parenthesis, end text + $\text{O}_{2}\text{(oxigén)}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, left parenthesis, o, x, i, g, e, with, \', on top, n, right parenthesis, end text

Ebben a példában a hidrogén-peroxid a reaktáns, ami a két termékre, vízre és oxigénre bomlik. A hidrogén-peroxidot kezdetben felépítő atomok újrarendeződnek, és víz ($\text{H}_{2}\text O$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text), illetve oxigén ($\text O_2$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript) molekulákká állnak össze.

A fenti egyenletben a hidrogén-peroxid és a víz előtt egy-egy további szám: $2$2 látható. Ezeket a számokat együtthatóknak nevezzük, amik azt mutatják meg, hogy egyes molekulákból mennyi vesz részt a reakcióban. Ezeket mindenképpen fel kell tüntetni ahhoz, hogy az egyenlet rendezett legyen, vagyis az összes elem atomjainak száma megegyezzen az egyenlet két oldalán.

Az egyenleteket mindig rendezni kell, hogy megfeleljenek az anyagmegmaradás törvényének, ami kimondja, hogy a szokványos kémiai reakciók során atomok nem keletkezhetnek vagy semmisülhetnek meg. Többet is megtudhatsz a kémiai egyenletek rendezéséről a Kémiai egyenletek rendezése című tananyagból.

Vannak olyan kémiai reakciók, melyek egyszerűen egy irányba haladnak egészen addig, amíg a reaktánsok el nem fogynak. Ezeket a reakciókat nem megfordítható (irreverzibilis) reakcióknak nevezzük. A reakciók másik csoportja a megfordítható (reverzibilis) reakciók, melyek mindkét irányban lejátszódhatnak.

A reverzibilis reakciókban a reaktánsok termékekké alakulnak, de a termékek szintén visszaalakulnak reaktánsokká. Valójában az előrehaladó és az ellentétes irányú reakció egy időben következik be. Ez az oda-visszaalakulás addig folytatódik, amíg egy viszonylagos egyensúly ki nem alakul a reaktánsok és a termékek között – ezt az állapotot dinamikus egyensúlynak nevezzük. Egyensúlyi állapotban mindkét irányban megy a reakció, de a reaktánsok és termékek koncentrációi nem változnak.

Minden reakciónak van egy jellemző egyensúly pontja, amit az egyensúlyi állandónak nevezett számmal adhatunk meg. Ha szeretnéd megtudni, miből származik és hogyan számítható ki egy adott reakció egyensúlyi állandója, nézd meg az Egyensúlyi reakció témakört.

Megfordítható reakciók esetében általában oda-vissza nyíllal jelöljük, hogy a reakció mindkét irányban lejátszódhat. Például a vérben a hidrogénionok ($\text H^+$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript) feleslege a hidrogénkarbonát-ionokhoz ($\text{HCO}_{3}$start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript$^{-}$start superscript, minus, end superscript) kapcsolódva szénsavat ($\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{CO}_{3}$start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript) képez:

$\text{HCO}_{3}$start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript$^{-}$start superscript, minus, end superscript + $\text{H}^{+}$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript $\rightleftharpoons$\rightleftharpoons $\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{CO}_{3}$start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript

Mivel ez megfordítható reakció, ha szénsavat adnánk a rendszerhez, annak egy része visszaalakulna hidrogénkarbonát- és hidrogénionná, hogy visszaálljon az egyensúly. Ez a pufferrendszer kulcsfontosságú a vér pH értékének állandó és egészséges szinten tartásában.