Често от прилично изглеждащи хора можете да чуете за опасностите за здравето на даден продукт или лекарство. Освен това основният аргумент в полза на такова твърдение ще бъде фразата: „Това е химия!“. Това обаче могат да кажат само тези, които явно са пропуснали уроци по този предмет в училище. Факт е, че човекът, а и всеки биологичен организъм, сам по себе си се състои от много органични и неорганични вещества. В същото време различни процеси, протичащи непрекъснато в него, помагат за поддържането на неговата жизнеспособност. Една от основните сред тях е химическата реакция на разлагане. Нека научим повече за него и особеностите на неговото протичане с органични и неорганични вещества.
Какъв вид процес се нарича химическа реакция
На първо място, струва си да се знае значението на понятието "химическа реакция". Тази фраза означава превръщането на едно или повече изходни вещества (наречени реагенти) в други. В процеса на такава метаморфоза ядрата на взаимодействащите атомисъединенията не се променят, но има преразпределение на електроните. Така след трансформацията на изхода се образуват нови атомни съединения.
Химичните реакции са качествено различни от физическите и ядрените.
- В резултат на първото първоначалните реагенти никога не променят състава си, въпреки че са способни да образуват смеси или да преминават от едно агрегатно състояние в друго. За разлика от тях, химичните процеси са придружени от образуването на нови съединения с напълно различни свойства.
- Вторият резултат е промяна в изотопния състав и броя на атомите. Така при изхода на едни елементи се образуват други. За химичните процеси обаче такива дълбоки метаморфози не са типични. Защото промените, които са настъпили поради тях, не засягат вътрешната структура на атомите.
Условия за химични реакции
В много случаи, за успешно протичане на процеси от този вид, е необходимо просто физически контакт на реагентите един с друг или смесването им. Но често, за да започне химическа реакция, тя се нуждае от катализатори. Тази роля може да се играе както от различни вещества, така и от определени външни условия.
- Ефектът на температурата. За да се стартират отделни химични процеси, е необходимо реагентите да се нагреят. Например, за да започне реакцията на разлагане на калциев карбонат, тази температура на това съединение трябва да се повиши до 900-1200 °C.
- Електромагнитни вълни. Най-ефективното стимулиране на хода на всякакви процеси е въздействието върху реагентите на светлинните вълни. Такива реакции се наричат "фотохимични". Класически пример за такава реакция е фотосинтезата.
- Йонизиращо лъчение.
- Излагане на електрически ток.
- Различни видове механично въздействие върху реагентите.
Какви видове химични реакции съществуват
Класификацията на такива процеси се основава основно на шест характеристики.
- При наличие на граница на разделяне на фазите: хомо-/хетерогенни реакции.
- Чрез освобождаване/поглъщане на топлина: екзотермични и ендотермични процеси.
- При наличие/отсъствие на катализатори: каталитични и некаталитични реакции.
- По посока на потока: обратими и необратими процеси. В зависимост от тази категория има вид знак между лявата и дясната част на химичното уравнение. За необратими - това са две стрелки, насочени в противоположни посоки, за обратими - само една, насочена отляво надясно.
- Чрез промяна на степента на окисление. Съгласно този принцип се изолира редокс реакция.
- Разлагане (разделяне), комбиниране, заместване и обмен са видове химични процеси, подобни на метаморфозата на реагентите.
Реакция на разлагане (разделяне): какво е това
Този термин се отнася до процеса, чрез който едно сложно вещество се разделя на две или повече прости. В повечето случаи това се катализира от високтемпература. Поради тази причина този процес се нарича още реакция на термично разлагане.
Като пример може да се посочи един от класическите методи за получаване на чист кислород (O2) в индустрията. Това се случва в резултат на нагряване KMnO4 (по-известно на всички под наименованието "калиев перманганат").
В резултат на разделянето се образува не само кислород, но и калиев манганат (K2MnO4) като манганов диоксид (MnO 2).
Уравнение на реакцията на разлагане
Всяко химическо уравнение се състои от две части: ляво и дясно. В първия от тях се записват реагиращите съединения, а във втория - продуктите на реакцията. Между тях обикновено се поставя стрелка, сочеща надясно. Понякога е двустранно, ако говорим за обратим процес. В някои случаи е допустимо да го замените със знак за равенство (=).
Разглежданият процес, подобно на други видове химични процеси, има своя собствена формула. Схематично уравнението на реакцията на разлагане изглежда така: AB (t) → A+B.
Заслужава си да припомним, че по-голямата част от тези процеси се случват под въздействието на топлина. За да се посочи това, или буквата t, или триъгълник често се поставя над или до стрелката. Въпреки това, понякога вместо топлина, различни вещества, радиация, действат като катализатори.
В горната формула AB е оригиналното комплексно съединение, A, B са нови вещества,образува се в резултат на реакцията на разлагане.
Практическите примери за такъв процес са много чести. Тази формула може да бъде илюстрирана с помощта на уравнението на процеса, описано в предишния параграф: 2KMnO4 (t) → K2MnO4 + MnO2 + O2↑.
Видове реакции на разлагане
В зависимост от вида на катализатора (който допринася за разделянето на сложно вещество на по-прости), се разграничават няколко вида разлагане.
- Биодеградацията е разпадането на веществата, дължащо се на дейността на живи организми (микроорганизми, гъби, водорасли). По-просто казано този процес може да се нарече разпад. Именно заради него продуктите се развалят. От една страна, това предотвратява тяхното дългосрочно съхранение, от друга страна помага на природата да използва всичко ненужно, като по този начин възстановява екосистемите.
- Радиолиза - разграждането на съединения чрез излагане на техните молекули на йонизиращо лъчение.
-
Термолизата е повишаване на температурата, за да започне реакция на разлагане (примери за такива процеси могат да бъдат намерени в параграфи 8-9).
Този тип разцепване има подвид - пиролиза. Тя се различава от конвенционалната термолиза по това, че освен въздействието на високата температура върху молекулите на дадено вещество, те са лишени и от възможността да взаимодействат с кислород (О2).
- Солволизата е обменно разлагане между разтвореното вещество и самия разтворител. В зависимост от вида на последния се разграничават следните видове този процес: хидролиза (вода), алколиза (алкохоли), амонолиза (амоняк).
- Електролиза - разлагането на молекули чрез излагането им на електрически ток (пример в следващия параграф).
H2O разделяне
След като се занимаваме с теорията относно реакцията на разлагане, примерите за нейното практическо прилагане си струва да бъдат разгледани. Тъй като H2O е едно от най-достъпните вещества за химически експерименти днес, си струва да започнете с него.
Тази реакция на разлагане на вода се нарича още електролиза и изглежда така: 2H2O (електрически ток) → 2H2↑ + O 2↑.
Това уравнение се дешифрира по следния начин: под въздействието на електрически ток върху водните молекули те се разделят и образуват два газа - кислород и водород.
Заслужава да се отбележи, че този метод се използва активно на подводници за производство на кислород. В съвременния свят той замени по-скъпия начин за получаване на това жизненоважно вещество от натриев пероксид (Na2O2), чрез неговото взаимодействие с въглероден диоксид: Na2O2 + CO2↑ → Na2CO3 + O2↑.
В дългосрочен план реакцията на разлагането на водата може да бъде от голямо значение за бъдещето на планетата. Тъй като по този начин е възможно да се произвежда не само кислород, но и водород, който се използва като ракетно гориво. Развитието в тази област е в ход от много години, но основният проблем е необходимостта от намаляване на консумацията на енергия за разделяневодни молекули.
H2O2 разделяне
Наред с другите примери за реакции на разлагане си струва да се обърне внимание на образуването на вода и кислород от водороден прекис (пероксид).
Изглежда така: N2O2 (t) → 2N2 O + O2↑.
Този процес също е термичен, тъй като за да започне, е необходимо изходните вещества да се нагреят до температура от 150 °C.
Именно поради тази причина водородният прекис (който повечето хора използват за лечение на рани) не се превръща във вода в домашните комплекти за първа помощ.
Въпреки това си струва да се помни, че реакцията на разлагане на водороден пероксид може да се случи и при обикновена стайна температура, ако веществото влезе в контакт със съединения като сода каустик (NaOH) или манганов диоксид (MnO 2). Платината (Pt) и меда (Cu) също могат да действат като катализатори.
Реакция на термично разлагане на CaCO3
Друг интересен пример е разграждането на калциевия карбонат. Този процес може да бъде написан с помощта на следното уравнение: CaCO3 (t) → CaO + CO2 ↑.
Продуктът от тази реакция ще бъде негасена вар (калциев оксид) и въглероден диоксид.
Горният процес се използва активно в индустрията за производство на въглероден диоксид. Подобни реакции се извършват в специализирани мини, тъй като разграждането на калциевия карбонат става само при температури над 900 °C.
