Phản ứng hoá học là gì? Định nghĩa, phân loại và tính chất

Trong hóa học, độ phản ứng là thước đo mức độ dễ dàng của một chất trải qua phản ứng hóa học . Phản ứng có thể liên quan đến chính chất đó hoặc với các nguyên tử hoặc hợp chất khác, thường đi kèm với sự giải phóng năng lượng. Các yếu tố và hợp chất phản ứng mạnh nhất có thể tự bốc cháy hoặc nổ . Chúng thường đốt trong nước cũng như oxy trong không khí. Khả năng phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ . Nhiệt độ tăng làm tăng năng lượng cho phản ứng hóa học, thường làm cho nó có nhiều khả năng hơn.

Một định nghĩa khác về phản ứng là nó là nghiên cứu khoa học về các phản ứng hóa học và động học của chúng .

Xu hướng phản ứng trong bảng tuần hoàn

Việc tổ chức các yếu tố trên bảng tuần hoàn cho phép dự đoán liên quan đến phản ứng. Cả hai yếu tố có độ điện ly cao và độ âm điện cao đều có xu hướng phản ứng mạnh mẽ. Các phần tử này nằm ở góc trên bên phải và góc dưới bên trái của bảng tuần hoàn và trong các nhóm phần tử nhất định. Các halogen , kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ có tính phản ứng cao.

Nguyên tố phản ứng mạnh nhất là flo , nguyên tố đầu tiên trong nhóm halogen. Kim loại phản ứng mạnh nhất là francium , kim loại kiềm cuối cùng. Tuy nhiên, francium là một nguyên tố phóng xạ không ổn định, chỉ được tìm thấy ở lượng vi lượng. Kim loại phản ứng mạnh nhất có đồng vị ổn định là xêtan, nằm ngay trên francium trên bảng tuần hoàn.

Các yếu tố ít phản ứng nhất là các khí hiếm . Trong nhóm này, helium là nguyên tố ít phản ứng nhất, không tạo thành các hợp chất ổn định. Kim loại có thể có nhiều trạng thái oxy hóa và có xu hướng có phản ứng trung gian. Kim loại có độ phản ứng thấp được gọi là kim loại quý . Kim loại ít phản ứng nhất là bạch kim, tiếp theo là vàng. Do khả năng phản ứng thấp, những kim loại này không dễ dàng hòa tan trong axit mạnh. Aqua regia , hỗn hợp axit nitric và axit clohydric, được sử dụng để hòa tan bạch kim và vàng.

Cách thức hoạt động

Một chất phản ứng khi các sản phẩm hình thành từ phản ứng hóa học có năng lượng thấp hơn (độ ổn định cao hơn) so với các chất phản ứng. Sự khác biệt năng lượng có thể được dự đoán bằng cách sử dụng lý thuyết liên kết hóa trị, lý thuyết quỹ đạo nguyên tử và lý thuyết quỹ đạo phân tử. Về cơ bản, nó sôi lên với sự ổn định của các electron trong quỹ đạo của chúng . Các electron chưa ghép cặp không có electron trong các quỹ đạo so sánh có khả năng tương tác cao nhất với các quỹ đạo từ các nguyên tử khác, tạo thành liên kết hóa học. Các electron chưa ghép cặp với các quỹ đạo suy biến được lấp đầy một nửa sẽ ổn định hơn nhưng vẫn phản ứng. Các nguyên tử ít phản ứng nhất là những nguyên tử có tập hợp quỹ đạo ( octet ) đầy.

Độ ổn định của các electron trong nguyên tử quyết định không chỉ khả năng phản ứng của nguyên tử mà cả hóa trị của nó và loại liên kết hóa học mà nó có thể hình thành. Ví dụ, carbon thường có hóa trị 4 và tạo thành 4 liên kết vì cấu hình electron hóa trị trạng thái cơ bản của nó được lấp đầy một nửa ở 2s 2  2p 2 . Một lời giải thích đơn giản về khả năng phản ứng là nó tăng lên với sự dễ dàng chấp nhận hoặc tặng một điện tử. Trong trường hợp carbon, một nguyên tử có thể chấp nhận 4 electron để điền vào quỹ đạo của nó hoặc (ít thường xuyên hơn) tặng bốn electron bên ngoài. Trong khi mô hình dựa trên hành vi nguyên tử, nguyên tắc tương tự áp dụng cho các ion và hợp chất.

Khả năng phản ứng bị ảnh hưởng bởi các tính chất vật lý của mẫu, độ tinh khiết hóa học và sự hiện diện của các chất khác. Nói cách khác, độ phản ứng phụ thuộc vào bối cảnh mà một chất được xem. Ví dụ, baking soda và nước không phản ứng đặc biệt, trong khi baking soda và giấm dễ dàng phản ứng để tạo thành khí carbon dioxide và natri acetate.

Kích thước hạt ảnh hưởng đến khả năng phản ứng. Ví dụ, một đống tinh bột ngô tương đối trơ. Nếu người ta áp dụng ngọn lửa trực tiếp vào tinh bột, thật khó để bắt đầu phản ứng đốt cháy. Tuy nhiên, nếu tinh bột ngô bị bay hơi để tạo ra một đám mây các hạt, nó dễ dàng bốc cháy .

Đôi khi thuật ngữ phản ứng cũng được sử dụng để mô tả một vật liệu sẽ phản ứng nhanh như thế nào hoặc tốc độ của phản ứng hóa học. Theo định nghĩa này, cơ hội phản ứng và tốc độ của phản ứng có liên quan với nhau theo luật tỷ lệ: Tỷ lệ = k [A]

Trong đó tốc độ là sự thay đổi nồng độ mol mỗi giây trong bước xác định tốc độ của phản ứng, k là hằng số phản ứng (không phụ thuộc vào nồng độ) và [A] là sản phẩm của nồng độ mol của các chất phản ứng được nâng lên theo thứ tự phản ứng (đó là một, trong phương trình cơ bản). Theo phương trình, độ phản ứng của hợp chất càng cao thì giá trị của nó đối với k và tốc độ càng cao.

Tính ổn định của tính phản ứng

Đôi khi một loài có độ phản ứng thấp được gọi là “ổn định”, nhưng cần chú ý để làm cho bối cảnh rõ ràng. Sự ổn định cũng có thể đề cập đến sự phân rã phóng xạ chậm hoặc sự chuyển đổi của các điện tử từ trạng thái kích thích sang mức năng lượng kém hơn (như trong phát quang). Một loài không phản ứng có thể được gọi là “trơ”. Tuy nhiên, hầu hết các loài trơ thực sự phản ứng trong các điều kiện thích hợp để tạo thành các phức chất và hợp chất (ví dụ, các loại khí cao quý có số nguyên tử cao hơn).

Định nghĩa tốc độ phản ứng (Hóa học)

Tốc độ phản ứng được định nghĩa là tốc độ mà các chất phản ứng của phản ứng hóa học tạo thành các sản phẩm . Tốc độ phản ứng được biểu thị bằng nồng độ trên mỗi đơn vị thời gian.

Phương trình tốc độ phản ứng

Tỷ lệ của một phương trình hóa học có thể được tính bằng phương trình tỷ lệ. Đối với phản ứng hóa học: a  A +  b B →  p P + q  Q

Tốc độ của phản ứng là: r = k (T) [A] n [B] n

  • k (T) là hằng số tốc độ hoặc hệ số tốc độ phản ứng. Tuy nhiên, giá trị này về mặt kỹ thuật không phải là hằng số vì nó bao gồm các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (đáng chú ý nhất là nhiệt độ ).
  • n và m là các lệnh phản ứng. Chúng bằng hệ số cân bằng hóa học cho các phản ứng đơn bước, nhưng được xác định bằng một phương pháp phức tạp hơn cho các phản ứng nhiều bước.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

Có một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học:

  • Nhiệt độ: Thông thường đây là một yếu tố quan trọng. Trong nhiều trường hợp, tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng vì động năng cao hơn dẫn đến va chạm nhiều hơn giữa các hạt phản ứng. Điều này, đến lượt nó, làm tăng khả năng một số hạt va chạm sẽ có đủ năng lượng kích hoạt để phản ứng với nhau. Phương trình Arrhenius được sử dụng để định lượng ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng. Điều quan trọng cần lưu ý là một số tốc độ phản ứng bị tác động tiêu cực bởi nhiệt độ, trong khi một số ít độc lập với nhiệt độ.
  • Bản chất phản ứng: Bản chất của phản ứng hóa học đóng một vai trò lớn trong việc xác định tốc độ phản ứng. Trong đó, sự phức tạp của phản ứng và trạng thái vật chất của các chất phản ứng là rất quan trọng. Ví dụ, phản ứng bột trong dung dịch thường tiến hành nhanh hơn phản ứng với một khối lớn chất rắn.
  • Nồng độ: Tăng nồng độ các chất phản ứng làm tăng tốc độ phản ứng hóa học.
  • Áp suất: Tăng áp suất làm tăng tốc độ phản ứng.
  • Thứ tự: Thứ tự phản ứng xác định bản chất của ảnh hưởng của áp suất hoặc nồng độ đến tốc độ.
  • Dung môi: Trong một số trường hợp, dung môi không tham gia phản ứng, nhưng ảnh hưởng đến tốc độ của nó.
  • Ánh sáng: Ánh sáng hoặc bức xạ điện từ khác thường làm tăng tốc độ phản ứng. Trong một số trường hợp, năng lượng gây ra va chạm hạt nhiều hơn. Ở những người khác, ánh sáng hoạt động để tạo thành các sản phẩm trung gian ảnh hưởng đến phản ứng.
  • Chất xúc tác: Chất xúc tác làm giảm năng lượng kích hoạt và tăng tốc độ phản ứng theo cả hai chiều thuận và ngược.

Cân bằng hóa học trong phản ứng hóa học

Cân bằng hóa học là điều kiện xảy ra khi nồng độ chất phản ứng và sản phẩm tham gia phản ứng hóa học biểu hiện không có thay đổi ròng theo thời gian. Cân bằng hóa học cũng có thể được gọi là “phản ứng trạng thái ổn định.” Điều này không có nghĩa là phản ứng hóa học đã nhất thiết phải ngừng xảy ra, nhưng việc tiêu thụ và hình thành các chất đã đạt đến một điều kiện cân bằng. Số lượng chất phản ứng và sản phẩm đã đạt được tỷ lệ không đổi, nhưng chúng hầu như không bao giờ bằng nhau. Có thể có nhiều sản phẩm hơn hoặc nhiều chất phản ứng hơn.

Đọc thêm: Hằng số Kc là gì? Cách tính toán hằng số cân bằng

Cân bằng động

Trạng thái cân bằng động xảy ra khi phản ứng hóa học tiếp tục tiến hành, nhưng một số sản phẩm và chất phản ứng không đổi. Đây là một loại cân bằng hóa học.

Viết biểu thức cân bằng

Các biểu hiện trạng thái cân bằng cho một phản ứng hóa học có thể được biểu diễn theo nồng độ của sản phẩm và chất phản ứng. Chỉ các loài hóa học trong các pha nước và khí được đưa vào biểu thức cân bằng vì nồng độ của chất lỏng và chất rắn không thay đổi. Đối với phản ứng hóa học: jA + kB → lC + mD

Biểu thức cân bằng là: K = ([C] l [D] m ) / ([A] j [B] k )

  • K là hằng số cân bằng
  • [A], [B], [C], [D] v.v … là nồng độ mol của A, B, C, D, v.v.
  • j, k, l, m, v.v. là các hệ số trong a phương trình hóa học cân bằng

Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

Đầu tiên, hãy xem xét một yếu tố không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng: các chất tinh khiết. Nếu một chất lỏng hoặc chất rắn nguyên chất có liên quan đến trạng thái cân bằng, nó được coi là có hằng số cân bằng là 1 và được loại trừ khỏi hằng số cân bằng. Ví dụ, ngoại trừ trong các dung dịch đậm đặc, nước tinh khiết được coi là có hoạt tính 1. Một ví dụ khác là carbon rắn, có thể được hình thành do phản ứng của hai phân tử carbom monoxide để tạo thành carbon dioxide và carbon.

Các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng bao gồm:

  • Thêm chất phản ứng hoặc sản phẩm hoặc thay đổi nồng độ ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng. Thêm chất phản ứng có thể điều khiển cân bằng sang phải trong một phương trình hóa học, nơi có nhiều sản phẩm hơn. Thêm sản phẩm có thể thúc đẩy trạng thái cân bằng ở bên trái, dưới dạng nhiều chất phản ứng hơn.
  • Thay đổi nhiệt độ làm thay đổi trạng thái cân bằng. Nhiệt độ tăng luôn làm thay đổi trạng thái cân bằng hóa học theo hướng phản ứng nhiệt. Nhiệt độ giảm luôn làm dịch chuyển trạng thái cân bằng theo hướng phản ứng tỏa nhiệt.
  • Thay đổi áp lực ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng. Ví dụ, giảm thể tích của một hệ thống khí làm tăng áp suất của nó, làm tăng nồng độ của cả chất phản ứng và sản phẩm. Phản ứng mạng sẽ thấy làm giảm nồng độ của các phân tử khí.

Nguyên tắc của Le Chatelier có thể được sử dụng để dự đoán sự thay đổi trạng thái cân bằng do áp dụng ứng suất cho hệ thống. Nguyên tắc của Le Chatelier nói rằng sự thay đổi hệ thống ở trạng thái cân bằng sẽ gây ra sự thay đổi có thể dự đoán về trạng thái cân bằng để chống lại sự thay đổi. Ví dụ, việc thêm nhiệt vào một hệ thống ủng hộ hướng của phản ứng nhiệt nội vì điều này sẽ có tác dụng làm giảm lượng nhiệt.

Đọc thêm:

Domin Võ

Dành ra 12 tiếng/ngày cho công việc tẻ nhạt ở ngân hàng, chỉ khi viết bài cho Mingeek, anh ấy mới thật sự là chính mình. Anh muốn cho mọi người thấy rằng, khoa học không nhàm chán như trong SGK đâu! Nếu các bạn phát hiện sai sót gì trong bài, có thể liên hệ với anh ấy qua Facebook bên dưới. Hoặc nếu bạn muốn trò chuyện về Khoa học, hãy kết bạn luôn nào <3

Related Articles

Back to top button

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker