Avsnitt 6 av 8
Pågående

Kemiska reaktioner

Man brukar säga att kemi handlar om materiens uppbyggnad och dess förvandlingar. I den här artikeln, och dess underartiklar, kommer vi att fokusera på just dessa förvandlingar – eller kemiska reaktioner, som det kallas med lite mindre dramatiskt språkbruk.

Vad är en kemisk reaktion?

En kemisk reaktion är när ett eller flera ämnen omvandlas till ett eller flera andra ämnen. Detta sker genom att de intramolekylära bindningarna inom ämnena förändras, så att nya bindningar bildas och gamla bryts.

Kemiska reaktioner kan se ut på massvis med sätt. Stora delar av kemisektionen här på Naturvetenskap.se är full av exempel, men egentligen räcker det med att vara observant i vardagen för att stöta på spännande kemiska reaktioner. Tillagning av mat, förbränning av bränslen i bilar, träd som växer, ögon som uppfattar ljus är alla exempel som involverar stora mängder kemiska reaktioner.

Två speciella typer av kemiska reaktioner, som man traditionellt fokuserar mycket på i gymnasiekemin, är redoxreaktioner (där elektroner flyttar sig från ett ämne till ett annat) och syra/bas-reaktioner (där protoner flyttar sig från ett ämne till ett annat).

Vad är inte en kemisk reaktion?

Man kan luras att tro att allt som sker med atomer och molekyler är kemiska reaktioner, men det stämmer inte. Exempel på händelser som inte är kemiska reaktioner:

Fasövergångar – När någonting smälter, stelnar, kokar, kondenserar eller sublimerar är det inte en kemisk reaktion. Detta beror på att det är samma ämne före och efter reaktionen. Dessutom är det oftast intermolekylära, snarare än intramolekylära bindningar som är inblandande (detta gäller dock inte riktigt för metaller och salter.)

Blandningar – Att blanda ämnen med varandra är inte heller en kemisk reaktion. Återigen är detta för det mesta uppenbart, antingen för att inga bindningar alls bildas/nybildas (som när sand och salt blandas), eller för att de bindningar som är inblandade är intermolekylära.

Det kan vara värt att påpeka att det finns flera fall där vår förenklade definition, som säger att intramolekylära bindningar alltid bryts/nybildas vid kemiska reaktioner, blir svår att tolka. Detta gäller särskilt när jonbindningar och metallbindningar är inblandade, eftersom dessa kan ses både som intramolekylära och intermolekylära bindningstyper.

Reaktionsformel?

En reaktionsformel är som namnet antyder en formel för en reaktion. En reaktionsformel kan se ut på detta sätt:

CH4(g)+2O2(g)⟶2H2O+CO2(g)C�4(�)+2�2(�)⟶2�2�+��2(�)

Detta är reaktionen då metan brinner med hjälp av syre.

Allt som står till vänster om ”⟶⟶” kallas för för reaktanter.

Allt som står till höger om ”⟶⟶” kallas för för produkter.

Efter varje ämne står det vilken aggregationsform ämnet är i:

(g) står för gasfas

(l) står för flytande

(s) står för fast fas

(aq) står för att ämnet i fråga är löst i vatten.

Utbyte

Så fort man genomför kemiska reaktioner i kemin har man nytta av ett begrepp som kallas för utbyte.

Utbytet speglar hur mycket produkt man får ut ur sin reaktion, antingen ett absolut värde i mol eller gram, eller ett relativt värde.

Faktiskt utbyte, eller absolut utbyte (båda betyder samma sak) beskriver den massa eller substansmängd man har fått ur sin reaktion.

Teoretiskt utbyte är den massa eller substansmängd man hade fått ur sin reaktion om all reaktant hade blivit till produkt och inga experimentella fel uppstår. Det teoretiska utbytet räknar man fram via reaktionsformel och molförhållande.

Relativt utbyte (kallas ibland bara utbyte) är ett mått på hur pass bra faktiskt utbyte man fick jämfört med det teoretiska utbytet. Formeln för relativt utbyte är

Relativtutbyte=FaktisktutbyteTeoretisktutbyteRelativtutbyte=FaktisktutbyteTeoretisktutbyte

  • Om det relativa utbytet är runt 1, har vi fått ut lika mycket produkt som man optimalt kan få ur reaktionen.
  • Om det relativa utbytet är över 1, innehåller produkten säkerligen föroreningar av olika slag (eller så har du räknat fel).
  • Det vanligaste är att det relativa utbytet är under 1. En oerfaren laborant kan mycket väl få utybyten under 0,1 på labbar organkemi, eftersom produkt lätt kan gå förlorad vid filtreringar, tvättar och överföringar om man är lite slarvig.

Procentuellt utbyte (kallas också bara för utbyte ibland) är en variant av relativt utbyte. Skillnaden är att man har gjort om från decimalform till procentform. Detta kan uttryckas matematiskt som att

Procentuelltutbyte=FaktisktutbyteTeoretisktutbyte⋅100%Procentuelltutbyte=FaktisktutbyteTeoretisktutbyte⋅100%

Man tar med andra ord det relativa utbytet gånger 100 för att få fram det procentuella utbytet.

För att öka utbytet i en reaktion kan man antingen påverka den kemiska jämvikten eller minimera de experimentella fel som kan uppstå i laborationen.

Molförhållande

En balanserad reaktionsformel är en beskrivning av en kemisk reaktion. Den talar om två saker: vilka ämnen som reagerar och bildas vid reaktionen, samt i vilka proportioner ämnena reagerar och bildas. Dessa proportioner kallas för molförhållanden (ibland substansmängdförhållande), och det är precis det som den här artikeln kommer handla om.

Låt oss titta på denna enkla reaktionsformel:

aA+bB⟶cC+dD

Ämnena A och B reagerar och bildar C och D. De små bokstäverna kallas koefficienter och anger proportionerna. Exempelvis kan vi i reaktionsformeln avläsa följande saker:

  • Om vi har stycken molekyler av A kan vi bilda d stycken molekyler av D.
  • Om vi har 2a molekyler av A kan vi bilda 2d molekyler av D.
  • Om vi har a dussin molekyler av A kan vi bilda d dussin molekyler av D.
  • Om vi har a mol av A kan vi bilda d mol av D.

Vad som är gemensamt för alla exemplen ovan är att förhållandet mellan substansmängden A och substansmängden D är detsamma, nämligen a:d. 

Reaktionshastighet

Om en reaktion sker beror helt på hur pass mycket energi man vinner på att genomföra reaktionen. Läs mer i artikeln ”Energi” för att se varför en reaktion sker. Det vi ska fokusera på i denna artikeln är hur snabbt en reaktion sker. Detta kallas för reaktionshastighet eller kemisk kinetik.

Vad som påverkar reaktionshastigheten

Det finns många faktorer som påverkar reaktionshastigheten. Nedan kommer vi att förklara de vanligaste orsakerna till variation i reaktionshastighet.

Koncentration

Koncentrationen av ämnena som reagerar kommer att påverka reaktionshastigheten. Detta gäller då de ämnen som reagerar båda är vätskor eller gaser.

Reaktionen kan bero olika mycket på de olika reaktanterna.

I en reaktion kan hastigheten bero bara på reaktant A (förutsatt att det finns någon mängd av reaktant B i blandningen) om det måste ske en slags självreaktion inom ämne A innan den slutgiltiga reaktionen kan ske.

Reaktionshastigheten beror oftast på koncentrationen hos båda reaktanter om ingen självreaktion hos ett ämne måste ske innan reaktionen mellan ämnena äger rum.

Exponering

Om det är ett fast ämne som ska reagera med en gas eller flytande ämne så spelar exponeringsytan på det fasta ämnet stor roll. Ju mer yta som exponeras för gasen eller vätskan, ju snabbare kan reaktionen gå.

Katalysatorer

När en reaktion sker så genomgås en fas som kallas aktiverat komplex eller övergångskomplex. Detta är den mest instabila fasen i reaktionen, och kräver en del energi för att nå upp till. Tänk dig att du behöver knuffa en stor rund boll som väger 50 kg över ett back-krön som ligger ca 1 meter upp för att få den att rulla ned för backen som är 2 meter hög. Du måste tillföra energi, så kallad aktiveringsenergi till bollen för att få den till det mest instabila läget (på krönet av backen) för att denna sedan ska kunna rulla ned till en lägre energinivå än den hade från början, vilket här är en meter nedanför startpositionen.

En katalysator stabiliserar det aktiverande komplexet så att man inte behöver samla ihop så mycket energi för att reaktionen ska ske. Detta kan jämföras med att din kompis Kata Lysator gräver bort en bit av krönet så att du bara behöver knuffa bollen upp 0,5 meter så att den kan falla 1,5 meter. Totalt så har bollen fallit precis lika långt relativt till startpositionen som förut, men det går snabbare att samla upp energi för att knuffa upp bollen en liten bit än att knuffa den hela vägen, vilket betyder att reaktionen går snabbare.

Snabbt sammanfattat kan man säga att en katalysator minskar aktiveringsenergin för en reaktion, och det går då snabbare att spontant samla upp tillräckligt med energi på en plats för att genomföra reaktionen.

StuderaSmart drivs ideellt - hjälp oss att driva hemsidan vidare! Swisha valfritt belopp till 0735 020 188. Tusen tack!!
+