Химични реакции

Молекулите – като тези, които изграждат тялото ти – са просто съвкупности от атоми, задържани в едно от химични връзки. По много начини те са доста като строителните проекти на Tinkertoy®. Всъщност, ако учиш органична химия, вероятно ще си купиш комплект модели, които изглеждат доста подобни на Tinkertoys®:

Точно както можеш да свържеш елементите на един конструктор за игра по различни начини, като използваш различни свързващи елементи, можеш да свържеш по различни начини и атомите, като образуваш различни комбинации от химични връзки. Процесът на преподреждане на атомите чрез разделяне на един набор от химични връзки и образуването на нов, се нарича химична реакция.

Химични реакции протичат, когато се образуват нови или се разкъсват съществуващи химични връзки между атомите в молекулите. Веществата, които навлизат в една химична реакция, се наричат реагенти, а получените вещества в края на реакцията се наричат продукти. Между реагентите и продуктите се поставя стрелка, която показва посоката на химичната реакция, въпреки че една химична реакция не винаги е "еднопосочна улица", както ще научим по-нататък в този раздел.

Например реакцията на разграждане на водородния пероксид (${\text{H}}_2$‍${\text{O}}_2$‍) до вода и кислород може да бъде записана като:

$2{\text{H}}_2$‍${\text{O}}_2\text{(водороден пероксид)}$‍ $\to$‍ $2{\text{H}}_2\text{O}\text{(вода)}$‍ + ${\text{O}}_2\text{(кислород)}$‍

В този пример водородният пероксид е нашият реагент и бива разграден до вода и кислород, нашите продукти. Атомите, които имахме в молекулите на водородния пероксид, се преподреждат, за да образуват молекули вода (${\text{H}}_2\text{O}$‍) и молекули кислород (${\text{O}}_2$‍).

Може би забеляза допълнителни числа в химичното уравнение по-горе: $2$‍-те пред водородния пероксид и водата. Тези числа се наричат коефициенти и ни казват колко броя от всяка молекула участват в реакцията. Те трябва да бъдат включени, за да направят уравнението ни балансирано, което означава, че броят атоми от всеки елемент е един и същ от двете страни на уравнението.

Уравненията трябва да бъдат балансирани, за да отразят закона за запазване на материята, който твърди, че атоми не се създават и не се унищожават при една нормална химична реакция. Можеш да научиш повече за изравняването на химични реакции в урока за балансиране на химични реакции.

Някои химични реакции просто протичат в една посока, докато реагентите не бъдат изчерпани. Тези реакции се наричат необратими. Но други реакции се определят като обратими. Обратимите реакции могат да протекат и напред, и назад.

В една обратима реакция реагентите се превръщат в продукти, но продуктите също се превръщат обратно в реагенти. Всъщност и реакцията в посока напред, и противоположната ѝ, протичат по едно и също време. Това напред-назад продължава, докато не се достигне някакво балансирано състояние между реагенти и продукти – състояние, наречено равновесие. При достигане на равновесие реакциите напред и назад все още се случват, но сравнителните концентрации на продукти и реактанти вече не се променят.

Всяка реакция има своя собствена характерна точка на равновесие, която можем да опишем с число, наречено константа на равновесие. За да научиш откъде идва константата на равновесие и как да я изчислиш за една определена реакция, виж темата равновесие.

Когато една реакция бъде класифицирана като обратима, тя обикновено се записва с двупосочна стрелка, за да се покаже, че може да протече и в двете посоки. Например в човешката кръв излишните водородни йони (${\text{H}}^{+}$‍) се прикрепят към бикарбонатните йони (${\text{HCO}}_3$‍${}^{-}$‍), образувайки въглеродна киселина (${\text{H}}_2$‍${\text{CO}}_3$‍):

${\text{HCO}}_3$‍${}^{-}$‍ + ${\text{H}}^{+}$‍ $\rightleftharpoons$‍ ${\text{H}}_2$‍${\text{CO}}_3$‍

Тъй като това е обратима реакция, ако към системата се добави въглеродна киселина, част от нея ще се превърне в бикарбонатни и водородни йони, за да се възстанови равновесието. Всъщност тази буферна система играе ключова роля в поддържането на стабилно и здравословно рН на кръвта.