Chemische reacties

Inleiding

Wij gaan een verslag tentoonstellen aan u en een PowerPoint presentatie aan de klas presenteren over de chemische reacties. Het is een interessant en uitgebreid onderwerp, waar veel over te vertellen valt. We hopen hier veel van te leren, want voor ons is het een redelijk onbekend onderwerp waar we nog niet heel veel over weten. We hebben bij het uitgebreide onderwerp een hoofdvraag gekregen en die volgt zo: “Wat is een chemische reactie?” We hebben het onderwerp verdeeld in 3 deelonderwerpen met daarbij 3 deelvragen, deze luiden als volgt:

• Wat zijn chemische verbindingen?
• Wat zijn voorbeelden van chemische verbindingen?
• Welke rol speelt energie in een chemische reactie?

Chemische verbindingen

Een chemische verbinding is het resultaat van een chemische reactie, waarbij meerdere atomen zich samenvoegen tot één molecuul. Deze moleculen hebben een vaste samenstelling, bijvoorbeeld: een watermolecuul (H2O) bestaat uit twee H's (waterstofatomen) en één O (zuurstofatoom). Een molecuul kan ook een veelvoud van één soort atoom zijn, zoals O3, S8, H2, etc.

Regels voor chemische verbindingen:
1) Elementen in een molecuul zijn in een vastgestelde hoeveelheid aanwezig. Bijvoorbeeld: een watermolecuul bestaat altijd uit twee waterstof- en één zuurstofatoom.
2) De elementen in de verbinding behouden niet hun oorspronkelijke eigenschappen.
3) Elementen in een verbinding kunnen niet op fysieke manier gescheiden worden.

Het verschil tussen chemische verbindingen en mengsels
De eigenschappen van chemische verbindingen zijn anders dan die van de elementen waaruit ze bestaan. De eigenschappen van mengsels lijken in tegenstelling hiertoe min of meer op de eigenschappen van de stoffen die ze bevatten.

Nog een verschil tussen chemische verbindingen en mengsels is dat je de verschillende stoffen bij een mengsel gemakkelijk van elkaar kunt scheiden door middel van bijvoorbeeld filteren of destilleren; daarentegen kan een chemische verbinding alleen door middel van een chemische reactie gescheiden worden. Ditzelfde geldt ook voor het vormen van chemische verbindingen en mengsels. Een mengsel kan gewoon op een fysieke manier worden gevormd en een chemische verbinding alleen door middel van een chemische reactie.

Voorbeelden

Hier zijn enkele voorbeelden van chemische reacties met de bijbehorende vergelijking:
2 Ag + S → Ag2S

Aanslag op een zilveren lepel. Het zilver reageert met de zwavel uit de lucht en maakt zilversulfide. Het materiaal dat overblijft noemt men aanslag.
4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3

Een ijzeren staaf roest, het ijzer reageert met de zuurstof in de lucht om roest te maken.
CH4+ 2 O2 → CO2+ 2 H2O

Methaan brand. Methaan gaat samen met zuurstof uit de lucht en maakt dat tot koolstofdioxide en waterdamp.
Ca(OH)2 + 2 Hcl → CaCl2 + 2 H2O

Een antacidum (calciumhydroxide) neutraliseert maagzuur (zoutzuur).
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2

Glucose (enkelvoudige suiker) gist tot alcohol en koolzuurgas. De suikers in druiven gaan gisten en worden dus alcohol en koolzuurgas. De koolstofdioxide wordt het gas dat je in je champagne ziet.
C2H5OH + O2 → HC2H3O2 + H2O

Alcohol plus zuurstof wordt azijn en een molecuul water. Deze reactie is veel moeilijker dan hij lijkt, omdat hij een biochemische reactie is. Volgens een algemene regel is dit niet echt een goed voorbeeld van een chemische reactie, omdat de reactie zelf wordt uitgevoerd op een levende mens en onder de controle van een enzym is.

Energie
Je kan chemische reacties op basis van energie in 2 subgroepen onderverdelen:
- Reacties waar energie bij vrijkomt. (exotherme reacties)
- Reacties waar energie voor nodig is (endotherme reacties)

Hoewel exotherme reacties in principe energie opleveren, is er vaak wel een zekere activeringsenergie bij nodig. Voorbeeld: een kaars levert licht en warmte op (vrijgekomen energie), maar moet eerst met een vlammetje (activeringsenergie) worden aangestoken. Veel exotherme reacties verlopen niet spontaan.

Reacties die wel vaak spontaan verlopen (dus geen energie nodig hebben om zich te voltrekken) zijn oplossingen. Voorbeeld: bij zout dat in water wordt opgelost hoeft geen extra energie worden toegevoegd en levert wel een kleine mate aan energie op. Het oplossen van suiker in water is daarentegen een endogeen reactie: als je suiker aan koud water toevoegt zal het zich niet mengen, tot je het begint te roeren of verwarmt. Als je suiker aan warm water toevoegt zal het sneller oplossen. Dit komt doordat er energie (warmte, of de wrijving van het roeren) nodig is voor het oplossen van de suiker.

“Water bij zuur, bekomt je duur, zuur in water, sla je geen flater.” Als je een kleine hoeveelheid water aan een grote massa zuur toevoegt, zal het water meteen verdampen en samen met een kleine hoeveelheid zuur terug in je oog springen. Dat kost je dus een oog. Als je een kleine massa zuur aan een grote massa water toevoegt, stijgt de temperatuur en verdwijnt er een hoeveelheid water, maar de temperatuur stijgt niet tot boven het kook punt en je krijgt dus geen zuur in je oog.

Er zijn ook reacties die een hoge mate van energie opwekken maar toch geen chemische reacties zijn, dit worden kern reacties genoemd. Dit zijn geen chemische reacties, omdat het zich namelijk niet afspeelt in de buitenste schil van stoffen maar in de kern.

Conclusie

Voordat ik begin met trekken van conclusies, herhaal ik eerst wat de hoofdvraag is: “Wat is een chemische reactie?”

De definitie van een chemische reactie is materiaal verandering van een massa als gevolg een nieuwe stof. Het kenmerk van een chemische reactie is dat nieuw materiaal of nieuwe materialen worden gemaakt, samen met het verdwijnen van de massa die verandert om een nieuwe stof te maken te maken. Die nieuwe stoffen worden ook wel chemische verbindingen genoemd; een chemische verbinding is het resultaat van een chemische reactie, waarbij meerdere moleculen zich samenvoegen tot één. Het aantal elementen in een molecuul van het resultaat heeft een vaste hoeveelheid, maar ze hebben niet hun oorspronkelijke eigenschappen en ze kunnen ook niet fysiek gescheiden worden. Voorbeelden van deze chemische reacties met de chemische verbindingen zijn:

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2, CH4+ 2 O2 → CO2+ 2 H2O en 2 Ag + S → Ag2S.

De chemische reacties kun je scheiden onder 2 groepen door te kijken naar de speling van energie; je hebt de reacties waarbij energie vrijkomt (exotherme reacties) en je hebt de reacties waarbij energie nodig is (endotherme reacties). Exotherme reacties reagereen meestal spontaan, zoals bij de meeste oplossingen, endotherme reageren niet spontaan. Sommige exotherme reacties hebben wel een beetje energie nodig, zoals bij een kaars die aangestoken moet worden door middel van vuur en daarna warmte afgeeft. Bij endotherme reacties moet je altijd energie geven voordat er een reactie ontstaat, vandaar dat het nooit spontaan kan reageren.