از دوران دبیرستان تا به حالا بار ها و بار ها به این مساله برخوردید که یک واکنش شیمیایی را حفظ کرده و یا مجبور بوده اید استوکیومتری مربوط به آن ها را به خاطر بسارید. اما آیا لازم است تا هیچ واکنشی را حفظ کنیم؟ اگر این کار ضروری است چگونه و اگر نه، پس چگونه واکنش ها را بنویسیم؟
هیچ واکنشی را حفظ نکنید
اجازه دید تا همین ابتدای مقال آب پاکی را روی دستتان بریزم و عرض کنم که لطفا هیچ واکنشی را حفظ نکنید. بله درست متوجه شدید؛ لطفا هیچ واکنشی را حفظ نکنید. اما چرا و چگونه؟ توجه کنید که همه واکنش های شیمیایی از یک سری اصول اولیه و مشخصی پیروی می کنند. بنابراین هیچ نیازی نیست تا آن ها را حفظ کنید؛ تنها کافی است آن اصول را یاد بگیرید.
در صورتی که این اصول ساد را بیاموزید؛ دیگر نیازی به حفظ کردن حتی یک فرمول را هم ندارید. از آن به بعد به راحتی می توانید همه واکنش ها را بنویسید. پس بیایید به سراغ یادگیری این اصول رفته و وقت مان را تلف نکنیم. بیایید با انواع واکنش های شیمیایی شروع کنیم.
به طور کلی، در تمام علم شیمی، پنج دسته واکنش کلی داریم: سوختن، جا به جایی یگانه، جا به جایی دوگانه، اکسایش و کاهش و رادیکالی. اصول کلی بر این پنج دسته حاکم است که در ادامه به طور مفصل به آن ها می پردازیم.
واکنش سوختن
واکنش سوختن چنان که از نامش نیز پیداست؛ مربوط به واکنش هایی است که در آن ها یک ماد شیمیایی سوخته و به اکسید های مواد اولیه اش تبدیل می شود. مثلا هنگامی که متان می سوزد؛ اکسید های کربن در قالب دی اکسید کربن و مونوکسید کربن و نیز آب که اکسید شده هیدروژن است تشکیل می شود.
همچنین ما واکنش های سوختن را برای مواد معدنی نیز دارم. البته آن ها را بیشتر در قالب واکنش های اکسایش و کاهش مطالعه می کنیم و سوختن عبارت دقیق و شاید درستی نیست. اما ما می دانیم که فرآنید سوختن و اکسایش شباهت بسیار زیادی دارند و تنها تفاوت آن ها در سرعت شان است.
هر دو نوع واکنش، ترکیب شدن ماده مورد نظر با اکسیژن و ایجاد ترکیبات حاوی اکسیژن است. اما فرآیند سوختن به شدت سریع و فرآیند اکسایش به شدت آهسته تر است. البته این یک کلی گویی است و الا واکنش های اکسایشی وجود دارد که به شدت سریع تر از سوختن رخ می دهند. اما به طور معمول، واکنش های اکسایش و کاهش از واکنش های سوتن آهسته تر هستند.
در مواجهه با یک واکنش از نوع سوختن مواد آلی، تنها کافی است تا به تعداد کربن های سمت چپ کربن دی اکسید و به تعداد نصف هیدروژن های آن، در سمت راست واکنش آب بنویسید. این تمام چیزی است که در سوختن یک ماده آلی از جنس هیدروکربن رخ می دهد. به مثل زیر توجه کنید:
در واکنش بالا، سمت راست واکنش بدون هیچ دردسری کامل شد؛ حالا به آسانی می توانید با کمک سمت راست واکنش، سمت چ آن را نیز موازنه کنید.
واکنش جا به جایی یگانه
در این نوع واکنش، دو ماده واکنش دهنده داریم که یک از آن ها به صورت عنصری و یا مولکول دو اتمی جور هسته (مولکولی ساخته شده از دو اتم یکسان) واکنش داده و یک مولکول چند اتمی و یک تک اتم و یا مولکول دواتمی ور و یا ناجور هسته (مولکول دو اتمی با دو اتم مشابه یا نامشابه) تولید می کند.
در این نوع واکنش ها تنها کافی است تا آن تک اتم را با یکی از اتم های داخل مولکول دیگر عوض کنبد. آنچه باقی می ماند را به عنوان فرآورده اصلی و محصول جانبی معرفی کنید. به عنوان به مثال های زیر توجه کنید.
به همین راحتی توانستیم که این واکنش را بنویسیم؛ حالا کافی است تا آن را به آسانی موازنه کرده و به فرم درست آن دست پیدا کنیم.
واکنش جا به جایی دوگانه
در این نوع واکنش های شیمیای، دو اتم از دو مولکول جداگانه، جایشان را با هم عوض می کنند. در این حالت، مولکول های اولیه از بین رفته و دو مولکول جدید ایجاد می شود. به مثال زیر توجه کنید:
در واکنش بالا، یون های کلر و آمونیوم با هم جا به جا شده و دو مولکول جدید ساختند. به آسانی می توان این واکنش را موازنه کرد.
واکنش اکسایش و کاهش
در این نوع واکنش ها، یک گونه اکسید و گونه دیگر احیا می شود. معمولا در این واکنش ها اکسیژن، هیدروژن و در اکثر موارد الکترون مبادله می شود. به مثال های زیر توجه کنید:
همانطور که مشاهده می کنید؛ در صورتی که واکنش از نوع اکسایش باشد در سمت چپ اکسیژن و در سمت راست اکسید آن ماده دیده می شود. ضمن این تغییر، ماده بدون اکسیژن حاوی اکسیژن شده و ترکیب جدیدی می سازد. در صورتی که واکنش از نوع احیا باشد؛ در سمت چپ واکنش هیدروژن و در سمت دیگر آن آب به وجود می آید. ضمن انجام این واکنش، ماده حاوی اکسیژن بدون اکسیژن می شود.
همچنین اکسیاش و کاهش هایی داریم که در دسته واکنش های جا به جایی یگانه و دوگانه نیز قرار می گیرند. مثال چنین واکنشی را در واکنش های جا به جایی یگانه زدیم. در این واکنش کلرید آهن (3) در واکنش با آهن فلزی به کلرید آهن (2) تبدیل شده است. در این حالت عدد اکسایش آهن در کلرید آهن از 3 به 2 و در آهن فلزی از 0 به 2 تغییر کرده است.
واکنش رادیکالی
واکنش های رادیکالی گونه خاصی از واکنش های شیمیایی هستد که در آن ها ابتدا رادیکال ها ایحاد می شود؛ در مرحله بعد رادیکال ها با مواد غیر رادیکالی واکنش داده و رادیکال های جدیدی می سازند. در نهایت رادیکال های ساخته شده در مرحله اول و دوم با هم واکنش داده و در واکنشی موسوم به مرگ رادیکال ها از بین می روند.
برای درک بهتر این نوع واکنش ها توصیه می کنیم مقاله ای با عنوان واکنش آلکیل دار کردن آلکان ها را که اخیرا توسط تیم شیمی دون نگارش شده را مطالعه کنید. در این مقاله به طور مفصل به بحث واکنش های رادیکالی پرداخته شده است. برای مطالعه این مقاله می توانید اینجا کلیک کنید.
