Ismerkedés a kémiai reakciókkal

Beszéljünk egy kicsit a kémiai reakciókról. A kémiai reakciók nagyon fontosak. Kémiai reakciók nélkül te vagy én nem léteznénk. A testedben most is minden másodpercben számtalan kémiai reakció megy végbe. Kémiai reakciók nélkül nem lenne élet. A Világegyetem sem olyan lenne, ahogy ma ismerjük. Tehát mik azok a kémiai reakciók? Mindig vannak olyan kötések, amik létrejönnek vagy felbomlanak az atomok vagy molekulák között. Tehát miről is beszélünk? Ez valószínűleg az egyik legalapvetőbb kémiai reakció. Még egyszer tehát, ha ez nem játszódna le, bajban lennénk. Nem lenne vizünk. De gondolkodjunk most arról, hogy mit is jelent ez. Tehát itt, a bal oldalon vannak a reagáló anyagok. Le is írom. Tehát itt vannak a reagáló anyagok. Ezek azok a molekulák, amik reakcióba lépnek. Aztán van egy nyíl, ami a termékek irányába mutat. Másik színnel írom. Szóval van egy nyíl, ami a termék vagy a termékek irányába mutat. Szóval mik a reagáló anyagok? Van hidrogénmolekula és oxigénmolekula. Miért mondtam hidrogénmolekulát? Mert a hidrogénmolekula az a forma, amiben a hidrogén általában megtalálható, amikor önmagában fordul elő. Két hidrogénatomból épül fel. Itt láthatod: egy és kettő hidrogénatom. És rendezni is kell ezt a reakciót, mivel nem csak egy hidrogénmolekula szükséges, vagy egy hidrogénmolekula és egy oxigénmolekula. Ahhoz, hogy végbemenjen ez a reakció, két hidrogénmolekula kell. Ami összesen négy hidrogénatomból áll. Hadd tisztázzam! Tehát ez itt, két hidrogénmolekula. Emiatt szerepel elöl a kettes, és alsó indexben is a kettes. Ez az apró alsó kettes mutatja, hogy két hidrogénatom van ebben a molekulában. És ez a nagy fehér kettes, ami elöl szerepel, jelenti azt, hogy ebből a molekulából kettő van. Ahhoz, hogy ez a reakció végbemenjen, kettő szükséges ezekből a molekulákból minden egyes oxigénmolekulához. Az oxigénmolekula tehát két oxigénatomból áll. Egy, kettő. Megfelelő körülmények között tehát egy kis energia szükséges ahhoz, hogy ez végbemenjen. Hogy a megfelelő körülmények között ez a két anyag reagáljon egymással. És ez nagyon-nagyon heves reakció a hidrogén- és oxigénmolekulák között. Annyira, hogy űrhajó üzemanyagként is fel lehet használni. Két vízmolekula keletkezik. Ezt itt láthatjuk. És nézd, nem hoztam létre vagy tüntettem el egyetlen atomot sem. Volt egy, volt egy oxigénatom itt. Az oxigénmolekula része volt itt, és volt még egy, ami most itt van. Most ezek két különálló molekula részei. Volt egy, kettő, három, négy hidrogén. Most van egy, kettő, három, négy hidrogén, ugyanúgy. Ezáltal termelődik valamennyi energia. Nem pontosan mondom meg, hogy mennyi. Az a valamennyi energia valójában sok energia. Sok energia. Tehát ennek a reakciónak csak egy kicsi löketet kell adni, és máris végbemegy. Sok, sok energia. Egy dologra még kíváncsi lehetsz, arra, amire elsőre én is kíváncsi voltam még, amikor a reakciókról tanultam: hogyan történik mindez? Vajon ez egy jól szervezett dolog? Ezek a molekulák vajon tudják valahonnan, hogy hogyan reagáljanak egymással? A válasz: nem! A kémia egy hihetetlenül zavaros dolog. Itt vannak ezek a mozgolódó dolgok, amiknek energiájuk van. Össze-vissza cikáznak, és ha energiát adsz át nekik, még inkább ide-oda cikáznak, annyira, hogy úgy ütköznek egymással, hogy felszakadnak a régi kötéseik, és ezeket az újakat alakítják ki. Ha bármikor ezt a reakciót látod a biológia vagy kémia órán, emlékezz erre. Minden szép rendezettnek tűnik, de egy igazi rendszerben ezek mind össze-vissza cikáznak, mintha megbolondultak volna. Emiatt fontos itt az energia. Minél több energiát kap a rendszer, annál többet cikáznak, annál többször fognak reakcióba lépni egymással. Minél több reagáló anyagot teszünk a rendszerbe, annál nagyobb esélyük van arra, hogy a cikázás során egymással reagálni tudjanak. Most bevezetek egy új fogalmat, amivel sokat fogtok találkozni a kémiában. Ez a két víz... ugye látjuk, hogy két vízmolekulánk van. Hívhatnánk molekulának őket, de mivel kettő vagy több különböző elemből állnak, hívhatjuk őket vegyületeknek is. Tehát a vizet nevezhetjük molekulának vagy hívhatjuk vegyületnek. Tehát ez molekula vagy vegyület, míg ez hidrogénmolekula, ezt nem hívhatod vegyületnek. Ez az oxigén szintén molekula, de ezt sem hívhatod vegyületnek. Ahhoz, hogy érzékeltessem, hogy mennyi energiát tud ez termelni, hadd mutassam meg ezt a képet itt. Ez az űrsikló, és ez a nagy tartály... ez a nagy tartály tartalmazza a folyékony oxigént és hidrogént. Ahhoz, hogy ekkora hihetetlen mennyiségű energiához jussunk, csupán össze kell keverni a kettőt, egy kis energia hozzáadásával. Így rengeteg energiát kapunk. Így működik a rakéta és az űrsikló. Űrsiklót már nem gyártanak, de régen, mikor még gyártottak, ez kellett ahhoz, hogy elérje a szükséges sebességet. Beszéljünk most ennek az elméletéről. Tudod, hogy ez a reakció határozottan ebbe, a víz keletkezésének irányába megy. De végbemehet az ellenkező irányba is, azonban nagyon-nagyon nehezen megy az ellenkező irányba. Általánosságban tehát nem megfordítható reakciónak tekintjük, annak ellenére, hogy ez azért lehetséges. A nem megfordítható úgy hangzik, mintha nem mehetne az ellenkező irányba. Valójában csupán annyit jelent, hogy a másik irány nem valószínű. Sok energiát kell befektetni ahhoz, hogy az ellenkező irányba menjen. Ahhoz, hogy az ellenkező irányba menjen a reakció, úgynevezett elektrolízist kell végezni. Energiát közölni stb. stb. Általában így jelöljük, hogy a nyíl csak az egyik irányba mutat. Ez mutatja, hogy nem megfordítható. Nem megfordítható. Irreverzibilis. Ami lehet, hogy elgondolkodtat, hogy mi a helyzet a megfordítható reakciókkal? Itt van egy példa a megfordítható reakciókra vonatkozóan. Itt van egy hidrogén-karbonátion. Ahol az ion szó csak azt jelzi, hogy a molekulának vagy az atomnak nem ugyanannyi elektronja van, mint protonja, és ez nettó töltést hoz létre. Ettől lesz ion az ion. Ez a hidrogénion. Mindkettőnek van töltése. Egyik pozitív töltésű, a másik negatív. De mind a kettő ion. Ebben a reakcióban van egy hidrogén-karbonátion, ami így néz ki. Ez itt csak az én kézzel rajzolt ábrám. Ha egy hidrogénionnal reagál, ez valójában egy olyan hidrogénatom, ami elvesztette az elektronját, így akár azt is mondhatjuk, hogy ez itt egy proton. Ez egyensúlyra vezető reakció, amiben szénsav keletkezik. Figyeld meg, hogy mindössze annyi történik, hogy a hidrogén hozzákapcsolódik az egyik itteni oxigénhez. És ez attól lesz egyensúlyi reakció, hogy oldatban oda-vissza megy végbe. Ha több a kiindulási anyag, akkor nagyobb mértékben megy végbe ebbe az irányba. Ha több termék van, akkor inkább abba az irányban fog menni. Egy valós környezetben, valós rendszerben folyamatosan oda-vissza megy végbe e között a két anyag között. Más megfordítható reakciók hajlamosak lehetnek az egyik vagy a másik irányba lejátszódni. Ha több anyag van az egyik oldalon, lehet, hogy az másik irányba tolódik el, mivel nagyobb eséllyel lépnek egymással kölcsönhatásba. Ha ebből van több, akkor lehet, hogy a másik irányba tolódik el, mivel ezek nagyobb eséllyel reagálhatnak a környezetükben lévőkkel, vagyis felbomlanak. Csak hogy legyen elképzelésed, nézzük meg, hogy ezek a betűk véletlenszerűek-e. A szénsav nagyon fontos molekula, vagy hívhatjuk vegyületnek is, mivel kettő vagy annál több elemből áll. Előfordul az élő rendszerekben és a környezetünkben is. Akkor is, ha gyorsétteremben eszel, és szénsavas üdítőt iszol, szénsav van benne, ami elbomlik szén-dioxidra, és ezt a szén-dioxidot látod buborékolni. A szénsav nagyon fontos szerepet tölt be a szervezetben, ebben a formában távozik a felesleges szén-dioxid a véráramból. A szénsav előfordul az óceánokban, szén-dioxidot vesz fel a levegőből. Tehát amikor kémiát tanulsz, főként a biológiával kapcsolatban, ezek nem csupán tudományosnak tűnő érdekességek, hanem a valós életet, a testedet és a környezetet befolyásoló tényezők.