Γιατί οι χημικές ουσίες αντιδρούν με τον τρόπο που κάνουν;
1. Θερμοδυναμική: Αυτό ασχολείται με τις ενεργειακές αλλαγές που εμπλέκονται σε μια αντίδραση. Οι αντιδράσεις τείνουν να ευνοούν τα προϊόντα που είναι πιο σταθερά (χαμηλότερη ενέργεια) από τα αντιδραστήρια. Αυτή η σταθερότητα μπορεί να προέλθει από:
* μείωση της ενέργειας του συστήματος: Για παράδειγμα, συχνά ευνοούνται οι αντιδράσεις που απελευθερώνουν θερμότητα (εξωθερμικές αντιδράσεις).
* Αύξηση της εντροπίας (διαταραχή) του συστήματος: Οι αντιδράσεις που αυξάνουν τη διαταραχή του συστήματος (π.χ., από ένα στερεό σε αέριο) ευνοούνται επίσης.
2. Κινητική: Αυτό ασχολείται με την ταχύτητα μιας αντίδρασης. Μια αντίδραση μπορεί να είναι θερμοδυναμικά ευνοϊκή, αλλά εξακολουθεί να προχωράει πολύ αργά για να παρατηρηθεί. Ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται από:
* Ενέργεια ενεργοποίησης: Αυτή είναι η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την εμφάνιση της αντίδρασης. Οι αντιδράσεις με χαμηλότερες ενέργειες ενεργοποίησης προχωρούν ταχύτερα.
* Συχνότητα και προσανατολισμός σύγκρουσης: Τα πιο συχνά αντιδραστικά μόρια συγκρούονται μεταξύ τους με τον σωστό προσανατολισμό, τόσο πιο γρήγορα θα είναι η αντίδραση.
Στην ουσία, οι χημικές αντιδράσεις εμφανίζονται επειδή επιτρέπουν στο σύστημα να φτάσει σε μια πιο σταθερή και ενεργειακά ευνοϊκή κατάσταση. Αυτό επιτυγχάνεται συχνά με τη δημιουργία νέων ομολόγων που είναι ισχυρότεροι από τους αρχικούς δεσμούς ή αυξάνοντας τη διαταραχή του συστήματος.
Εδώ είναι μια αναλογία: Φανταστείτε μια μπάλα που κυλούσε κάτω από ένα λόφο. Η μπάλα φυσικά θα κυλήσει στο κάτω μέρος του λόφου επειδή είναι χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Η μπάλα δεν χρειάζεται καμία επιπλέον ενέργεια για να κυλήσει, αλλά χρειάζεται κάποια αρχική ενέργεια για να ξεκινήσει να κυλήσει. Παρομοίως, οι χημικές αντιδράσεις απαιτούν μια αρχική είσοδο ενέργειας (ενέργεια ενεργοποίησης) για να ξεκινήσει, αλλά στη συνέχεια προχωρούν σε χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση.
Παράγοντες που επηρεάζουν τις χημικές αντιδράσεις:
* Συγκέντρωση: Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις αντιδραστηρίων οδηγούν σε συχνότερες συγκρούσεις και ως εκ τούτου ταχύτερες αντιδράσεις.
* Θερμοκρασία: Οι υψηλότερες θερμοκρασίες αυξάνουν την κινητική ενέργεια των μορίων, οδηγώντας σε συχνότερες συγκρούσεις με υψηλότερη ενέργεια και ως εκ τούτου ταχύτερες αντιδράσεις.
* Catalyst: Ένας καταλύτης επιταχύνει μια αντίδραση χωρίς να καταναλώνεται μειώνοντας την απαιτούμενη ενέργεια ενεργοποίησης.
* επιφάνεια: Όσο περισσότερη επιφάνεια ενός στερεού αντιδραστηρίου εκτεθειμένο, τόσο ταχύτερη είναι η αντίδραση.
Η κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ της θερμοδυναμικής και της κινητικής μας επιτρέπει να προβλέψουμε και να χειρίζουμε χημικές αντιδράσεις. Αυτό είναι ζωτικής σημασίας για τα πάντα, από το σχεδιασμό νέων φαρμάκων έως τη σύνθεση υλικών.
