8.3 – Typer af reaktioner

Typer af reaktioner

Et stort antal reaktioner sker i naturen, i biologiske systemer, og i laboratoriet. Der er dog nogle generelle mønstre blandt alle reaktionerne, som kan hjælpe os med at klassificere reaktioner. Nogle reaktioner kan passe ind i mere end en reaktionstype.

Additionsreaktioner

I en additionsreaktion, bindes to eller flere grundstoffer eller forbindelser sammen, for at danne et produkt. For eksempel kombineres svovl og oxygen, for at danne produktet svovldioxid.

I figur 8.2, kombineres grundstofferne magnesium og oxygen, for at danne et enkelt produkt, der er ionforbindelsen magnesiumoxid, dannet fra Mg²⁺ og O^2- ioner.

$2{\mathrm{Mg}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{O}}_2 \to 2{\mathrm{MgO}}_{\left(\mathrm{s}\right)}$

I andre eksempler på additionsreaktioner, kombineres grundstoffer eller forbindelser, og danner et enkelt produkt:

${\mathrm{N}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+3{\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)} \to 2{\mathrm{NH}}_{3\left(\mathrm{g}\right)}$

${\mathrm{Cu}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{S}}_{\left(\mathrm{s}\right)} \to {\mathrm{CuS}}_{\left(\mathrm{s}\right)}$

${\mathrm{MgO}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)} \to {\mathrm{MgCO}}_{3\left(\mathrm{s}\right)}$

Dekomponeringsreaktioner

I en dekomponeringsreaktion, splittes en enkelt reaktant, til to eller flere produkter. For eksempel når kviksølv(II)oxid opvarmes, dannes grundstofferne kviksølv og oxygen (se figur 8.4).

I et andet eksempel på en dekomponeringsreaktion, nedbrydes calciumcarbonat til de simplere stoffer calciumoxid og kuldioxid:

${\mathrm{CaCO}}_{3\left(\mathrm{s}\right)}\stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to }{\mathrm{CaO}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}$

Enkelt substitutionsreaktioner

I enkelt substitutionsreaktioner, overtager et ikke bundet grundstof, pladsen fra et andet grundstof i en forbindelse.

En anden enkelt substitutionsreaktion er vist i figur 8.5, hvor zink erstatter hydrogen i saltsyre, HCl (aq):

${\mathrm{Zn}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+2{\mathrm{HCl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)} \to {\mathrm{ZnCl}}_{2\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}$

I en anden enkelt substitutionsreaktion udskifter chlor, brom i forbindelsen kaliumbromid:

${\mathrm{Cl}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+2{\mathrm{KBr}}_{\left(\mathrm{s}\right)} \to 2{\mathrm{KCl}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{Br}}_{2\left(\mathrm{l}\right)}$

Dobbelt substitutionsreaktioner

I en dobbelt substitutionsreaktion, skifter de positive ioner i de reagerende forbindelser plads. I reaktionen vist i figur 8.6, skifter bariumioner plads med natriumioner i reaktanterne, til dannelse af natriumchlorid og et hvidt, fast bundfald af bariumsulfat:

${\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_{4\left(\mathrm{aq}\right)}+{\mathrm{BaCl}}_{2\left(\mathrm{aq}\right)} \to {\mathrm{BaSO}}_{4\left(\mathrm{s}\right)}+2{\mathrm{NaCl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}$

Når natriumhydroxid og saltsyre reagere, bytter natrium- og hydrogenionerne plads, og danner natriumchlorid og vand:

${\mathrm{NaOH}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}+{\mathrm{HCl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)} \to {\mathrm{NaCl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}$

Forbrændingsreaktioner

Et lys der brænder, og forbrænding af benzin i motoren på en bil, er eksempler på forbrændingsreaktioner. I en forbrændingsreaktion, forbrændes en carbon-forbindelse som fungerer som brændstof, i oxygen og danner kuldioxid, CO₂ og vand, H₂O, og energi i form af varme eller en flamme. For eksempel forbrændes metangas, CH₄, når det bruges til at tilberede vores mad på et gaskomfur, og til at opvarme vores hjem hvis vi har et gasfyr. I ligningen for forbrændingen af metan, danner hvert grundstof i brændstoffet, CH₄, en forbindelse med oxygen:

${\mathrm{CH}}_{4\left(\mathrm{g}\right)}+2{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)} \stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to } {\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{g}\right)}+\mathrm{energi}$

Opgaveeksempel 8.4

Opstilling af ligning for forbrændingsreaktion En transportabel gasbrænder, drives af butan, C4H10. Opstil reaktanterne og produkterne, for den fuldstændige forbrænding af butan, og afbalancer ligningen. Løsning Butan er en alken med 4 C atomer og 10 H atomer. I en forbrændingsreaktion, reagerer butan med oxygen, og danner carbondioxid, vand og energi. Vi kan skrive den ikke-afbalancerede ligning som: ${\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)} \stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to } {\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{g}\right)}+\mathrm{energi}$ Vi kan begynde med at bruge de nedsænkede tal i C4H10 for at afbalancere C atomerne i CO2 og H atomerne i H2O. Vi vil dog bemærke, at dette giver et samlet antal O atomer på 13 på produktsiden, hvilket er et ulige tal: ${\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)} \stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to } \underset{16 \mathrm{O} \mathrm{atomer}}{\underbrace{4{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+5{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{g}\right)}}}+\mathrm{energi}$ For at få et lige antal O atomer i produkterne, fordobler vi antallet af C4H10, CO2 og H2O molekylerne. $2{\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)} \stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to } 8{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+10{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{g}\right)}+\mathrm{energi}$ Nu er det samlede antal O atomer på produktsiden, 26, hvilket kan afbalanceres med en koefficient på 13 foran O2. Ligningen for den fuldstændige forbrænding af metan, kan skrives som: $2{\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10\left(\mathrm{g}\right)}+13{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)} \stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to } 8{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+10{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{g}\right)}+\mathrm{energi}$

Konceptforståelse 8.3

Forudsigelse af produkter Forudsig produktet/produkterne i hver af nedenstående reaktioner og afstem reaktionsligningerne: a. Enkelt substitutionsreaktion: ${\mathrm{Al}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{CuCl}}_{2\left(\mathrm{aq}\right)}\to$________ + ________ b. Addistionsreaktion: ${\mathrm{K}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{Cl}}_2\to$________ Svar a. $2{\mathrm{Al}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+3{\mathrm{CuCl}}_{2\left(\mathrm{aq}\right)}\to 2{\mathrm{AlCl}}_3+3{\mathrm{Cu}}_{\left(\mathrm{s}\right)}$b. $2{\mathrm{K}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{Cl}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\to 2{\mathrm{KCl}}_{\left(\mathrm{s}\right)}$

Opgaveeksempel 8.5

Klassifikation af reaktionstyper Klassificér hver af følende reaktioner, som en additions-, dekomponerings-, enkelt substitutions-, dobbelt substitutions-, eller forbrændingsreaktion: a. $2{\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_{3\left(\mathrm{s}\right)}+3{\mathrm{C}}_{\left(\mathrm{s}\right)}\to 3{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+4{\mathrm{Fe}}_{\left(\mathrm{s}\right)}$b. $2{\mathrm{KClO}}_{3\left(\mathrm{s}\right)}\to +2{\mathrm{KCl}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+3{\mathrm{O}}_2$c. ${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_{4\left(\mathrm{g}\right)}+3{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\to 2{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{g}\right)}+\mathrm{energi}$ Løsning a. I denne enkelt substitutionsreaktion, udskifter C atomet Fe atomet i Fe2O3, og danner produkterne CO2 og Fe atomer. b. Når en reaktant nedbrydes så den danner to eller flere produkter, er reaktionen en dekomponeringsreaktion. c. Reaktionen hvor en carbonbaseret forbindelse reagerer med oxygen, og danner kuldioxid, vand og energi, gør reaktionen til en forbrændingsreaktion.

8.4 – Funktionelle grupper og organiske stoffers reaktioner →