Въведение в химичните реакции

Нека поговорим малко за химичните реакции. Те са нещо много важно. Без химични реакции нито ти, нито аз ще съществуваме. В този момент в тялото ти протичат безброй химични реакции. Без химични реакции животът нямаше да съществува и дори вселената, каквато я познаваме, нямаше да съществува. Какво са химичните реакции? Те възникват всеки път, когато се появи и ли се разпадне връзка между атоми или молекули. За какво по-точно говорим? Ето това е една от най-основните химични реакции. Ще повторя – ако тя не протичаше, щяхме да сме в много неудобно положение, защото нямаше да имаме вода. Но нека помислим върху това, което описва тази формула. Ето тук, от лявата страна, виждаме реагентите. Нека го запиша. Тук са реагентите. Това са молекулите, които ще участват в реакцията. После стрелката сочи към продукта. Ще използвам различен цвят. Стрелката ни сочи продукта или продуктите. Кои са реагентите тук? Имаме молекулярен водород и молекулярен кислород. Защо казвам "молекулярен водород"? Защото това е състоянието, в което обикновено се намира водородът, ако не е свързан с други вещества. Молекулата на водорода се състои от два водородни атома. Ето ги тук – един, два водородни атома. А за да протече тази реакция, няма да е достатъчна една молекула водород, нито пък една молекула водород и една молекула кислород. За да протече тази реакция, ни трябват две молекули водород. Тоест тук ще има четири водородни атома. Нека поясня. Ето това тук са две молекули водород. Затова изписваме тази двойка пред знака H. А ето тази малка двойка долу показва броя на водородните атоми в молекулата. Тази голяма бяла двойка ни показва, че имаме две такива молекули. За да протече реакцията, ни трябват две от тези молекули за всяка една молекула кислород. А молекулата на кислорода също е съставена от два кислородни атома. Един, два. При правилните условия – тоест ще е необходима енергия, за да осъществим процеса – между двете ще протече взаимодействие. Всъщност те са много, много реактивни, молекулярният водород и молекулярният кислород. Толкова, че се използват за ракетно гориво. Така получаваме две молекули вода. Вижда се ето тук. Забележи, че не съм унищожил или създал атоми. Имах един кислороден атом, който беше част от кислородната молекула тук, и имах и втори, който сега е тук. Сега те са част от отделни молекули. Имах един, два, три, четири водородни атома. Сега имам един, два, три, четири водородни атома. И тук се използва малко енергия, макар това да е леко неточно обяснение, а после ще получим много енергия. Това е реакция, която първо се нуждае от леко побутване, и след това се осъществява с голямо желание. Отделя се много енергия. Може да се зачудиш – това е нещо, на което аз първоначално се зачудих, когато изучавах реакциите – как се случват тези неща? В смисъл – дали е много организирано? Знаят ли тези молекули как да реагират една с друга? Отговорът е "не". Химията е нещо изключително хаотично. Разни неща се блъскат насам-натам, те имат енергия. Подскачат из цялото пространство и когато им осигуриш енергия, започват да подскачат още по-лудо, докато накрая не се сблъскат по правилния начин, така че да скъсат старите си връзки, и да създадат нови връзки. Затова когато видиш такава реакция в час по биология или в час по химия, не забравяй, че макар да изглежда стегнато и организирано, в действителност тези неща просто подскачат по различни странни начини. И ето защо е важна енергията. Защото колкото повече енергия добавиш към системата, толкова по-силно ще подскачат атомите, и толкова повече ще си взаимодействат един с друг. Колкото повече реагенти сложиш, толкова по-голям ще е шансът докато подскачат насам-натам, да успеят да си взаимодействат. А сега ще ти представя още един термин, който често се използва в химията. Виж тази двойка пред молекулата на водата. Тук имаме две водни молекули. Наричаме ги вещества, но тъй като те са изградени от атомите на два или повече различни елементи, можем да ги наречем и с думата "съединение". Затова можеш да наречеш водата вещество, а можеш да я наречеш и съединение. Това е вещество, или съединение, докато тази молекула водород не може да се нарече съединение. И тази молекула кислород си е молекула, но и тя не може да се нарече съединение. И само за да ти дам представа за това колко енергия се произвежда тук, нека ти покажа ето тази снимка. Това е космическа совалка, а това тук е голям резервоар. Този голям резервоар съдържа течен кислород и водород. За да се създаде невероятното количество енергия за изстрелването ѝ, просто е нужно двете да се смесят и да се добави мъничко енергия, и така ще се създаде огромно количество енергия, което ще даде на тази ракета, на тази космическа совалка, необходимата скорост. Нека поговорим за това. Тази реакция определено протича в тази посока към получаването на вода. Но би могла да протече и в обратната посока, макар че е много, много трудно да протече в обратната посока. Затова като цяло бихме казали, че тази реакция е необратима, макар всъщност да не е. Като чуем думата "необратима", си казваме: "Хей, не можеш да го направиш в обратната посока!" Но в случая означава, че е много малко вероятно реакцията протече по друг начин. Трябва да осигурим много енергия, за да протече в другата посока. За да протече реакцията в другата посока, се използва процес, наречен електролиза, нужна е енергия и т.н. и т.н. Но в общия случай, както виждаме от формулата, на която стрелката сочи само в едната посока, това означава, че тази реакция е необратима. Което сигурно те навежда на въпроса: "А какви са обратимите реакции?" Ще дам пример за една обратима реакция ето тук. Имам един бикарбонатен йон. А терминът йон просто описва всяка молекула или атом, при които протоните и електроните не са равен брой, което води до наличието на заряд. Ето защо това е йон, а пък ето тук имаме водород – водороден йон. И двете имат заряд. Едното има положителен заряд, а другото отрицателен заряд. Но и двете са йони. И реакцията им е показана ето тук. Имаме йон бикарбонат, който изглежда ето така. Това е просто рисунка на ръка. Реакцията с водородния йон, който всъщност е водороден атом, който е загубил електрон, затова често го наричат просто протон. Това е равновесна реакция, при която се получава въглеродна киселина. Случва се единствено това, че този водород се прикрепя за един от кислородните атоми ето тук. И това е равновесна реакция, защото в действителност този атом се движи напред-назад. Ако осигуриш повече реагенти, ще получиш по-скоро този резултат. Ако осигуриш повече от продуктите тук, ще получиш този резултат. Затова в нормална среда, в нормална система, процесът непрекъснато протича в двете посоки. Други обратими реакции може да клонят повече към едната или другата страна. Ако осигуриш повече от нещата от едната страна, е по-вероятно да получиш нещата от другата страна, защото ще има по-голяма вероятност веществата да взаимодействат. А ако осигуриш повече от продуктите, може да получиш нещата от лявата страна, защото ще има по-голяма вероятност те да реагират или да се разпаднат. Хубаво е да поясним: Случайни ли са тези букви, които съм написал тук? Въглеродната киселина всъщност е изключително важна молекула, можем да я наречем и съединение, защото е съставена от два или повече елемента. Тя е изключително важна в живите системи и всъщност е важна изобщо в природата. И дори когато излезеш и си купиш закуска, можеш да си вземеш газирана напитка, която да съдържа въглеродна киселина, която отделя въглероден диоксид. Въглеродният диоксид са мехурчетата, които виждаш. Въглеродната киселина е изключително важна за това как тялото обработва излишния въглероден диоксид в кръвта. Въглеродната киселина е важна за океаните, които абсорбират въглероден диоксид от атмосферата. Затова когато изучаваш химия, особено в контекста на биологията, това не са просто интересни неща, които звучат много научно. Те влияят на реалния живот, на тялото ти и на околната среда.