Miten tärkeitä kemialliset reaktiot ovat?

Kauan sitten ihmiset havaitsivat, että:

• aineet voivat reagoida muodostaakseen uusia aineita
• reaktioita voidaan kontrolloida

Kemian tieteenala sai alkunsa, kun ihmiset alkoivat systemaattisesti tehdä kokeita kemiallisten reaktioiden parissa ja järjestellä tuloksiaan loogisesti.

Kemian kehittyessä tiedemiehet oppivat, että elävät olennot ovat olemassa vain kemiallisten reaktioiden tuloksena – ja tämä koskee myös sinua ja minua.

Jokainen elävä olento on hämmästyttävän hyvin organisoitu, itseohjautuva kemian sarja.

Hienostuneita kemian sarjoja?

Meidän huipputekninen yhteiskuntamme ei voisi olla olemassa ilman, että kemistit kykenisivät kontrolloimaan kemiallisia reaktioita täsmällisesti – näyttö, jota katselet juuri nyt, on yksi esimerkki laitteesta, jonka valmistaminen olisi mahdotonta.

Tieteellisen merkityksen asteikolla yhdestä kymmeneen kemiallisten reaktioiden arvo on siis kymmenen.

Ihmiset alkoivat reagoida kemikaaleilla jo kauan sitten

Muinaiset esi-isämme oppivat:

• miten valjastaa ja hallita hapen ja puun välistä reaktiota tulen tuottamiseksi.
• Kuten vapauttaa metallit malmeistaan tehokkaiden aurojen, kirveiden, vasaroiden ja talttien valmistamiseksi.
• Kuten desinfioida/höyrystää huoneita ja rakennuksia rikkidioksidilla, rikkiä poltettaessa vapautuvalla kaasulla.
• Kuten muuttaa kalkkikivi kalsiumoksidiksi, sementin ja betonin perustaksi. Suuret rakennushankkeet, kuten antiikin Rooman Colosseum, tulivat mahdollisiksi.

Kolosseum rakennettiin kalsiumoksidisementin avulla. Tämä rakennus on lähes 2000 vuotta vanha. Kuva: Paul Zangaro

Eivät kaikki käyttötarkoitukset olleet rauhanomaisia

Esi-isämme käyttivät uusia materiaaleja, kuten rautaa ja terästä, sodankäyntiin. He löysivät räjähtäviä kemiallisia reaktioita ja valmistivat ruutia sekoittamalla kaliumnitraattia, hiiltä ja rikkiä.

Tehdään yhä uusia löytöjä

Mobiiliteknologia on riippuvainen kemistien tekemistä keksinnöistä – muoveista litiumioniakkuihin.

Vaikka tiedämme kemiasta paljon enemmän kuin esi-isämme, jatkamme kemiallisten reaktioiden tutkimista; tämä tuo parannuksia tekniikkaan ja terveyteemme.

Pelkästään uusien löytöjen tekemisen jännitys saa myös kemistit jatkamaan reaktioiden tutkimista. Esimerkkejä ovat:

• Lithiumin kemialliset reaktiot antavat virtaa puhelimillemme, taulutietokoneillemme ja kameroillemme.
• Biokemialliset ja sähkökemialliset reaktiot mahdollistavat sen, että aivomme pystyvät tallentamaan muistoja ja ajattelemaan.
• Uudet kemialliset ja biokemialliset reaktiot uusien antibioottien tuottamiseksi, koska bakteerit ovat yhä vastustuskykyisempiä nykyisin käyttämillemme antibiooteille.

Reaktantit ja tuotteet

Kemialliset reaktiot alkavat reaktanteista ja päättyvät tuotteisiin. Kemiallisissa reaktioissa:

Yllä olevan oikealle osoittavan nuolen käyttäminen viittaa siihen, että kaikki reaktantit muuttuvat tuotteiksi. Voimme esimerkiksi valmistaa vettä reagoimalla vetyä hapen kanssa. Reaktantit ovat vety ja happi. Tuote on kaasufaasissa oleva vesi, koska reaktio tuottaa paljon lämpöä.

Usein kemialliset reaktiot johtavat tasapainoon, jossa reaktio etenee molempiin suuntiin, jolloin syntyy reaktanttien ja tuotteiden seos.

Tämä esitetään eri nuolella:

Esimerkiksi kaasufaasireaktio, jota käytetään ammoniakin valmistamiseen vedystä ja typestä, johtaa tasapainoon:

Tasapainotilanteessa reaktionopeus meno- ja vastakkaisessa liikesuunnassa on sama.

Miten tiedämme, että on tapahtunut kemiallinen reaktio?

Tiesitkö sinä?

Kärpäset hehkuvat, kun kemiallinen reaktio niiden kehossa vapauttaa valoa.

Kärpässiipi by Yikrazuul

Kemiallista reaktiota on tapahtunut vain silloin, kun siitä on syntynyt yksi tai useampi uusi aine. Joskus tämä on ilmeistä, joskus vähemmän ilmeistä.

Havaitset usein myös energiamuutoksen, koska reaktio lämpenee tai jäähtyy.

Esimerkki

Ruoka voi reagoida kemiallisesti hapen kanssa. Kaksi tapaa, joilla ruoka reagoi hapen kanssa, ovat palaminen ja hengittäminen.

Jos ruoka on hiilihydraattia, sekä palamisen että hengittämisen sanayhtälö on:

Paloaminen
Tuhka ja liekki tekevät selväksi, että uusia aineita syntyy ja että energiaa on vapautunut. Tuhkaa muodostuu, koska ruoka ei yleensä pala puhtaasti. Vaikka reaktiossa muodostuva hiilidioksidi ja vesi eivät ole yhtä ilmeisiä, tuhkan ja liekin perusteella on helppo sanoa, että kemiallinen reaktio on tapahtunut.

Hengitys
Hengityksen aikana tapahtuvan kemiallisen reaktion todisteet ovat hienovaraisempia kuin ruokaa poltettaessa. Ei ole selvää, että reaktiossa syntyy vettä ja hiilidioksidia, vaikka voimme havaita ne. Voimme esimerkiksi kalkkiveden avulla osoittaa, että uloshengittämässämme ilmassa on enemmän hiilidioksidia kuin sisäänhengittämässämme ilmassa. Kylmään ikkunaan hengittäminen tuottaa kondenssia, mikä osoittaa, että hengityksessämme on vettä. Hengityksestä vapautuva energia pitää kaikki planeettamme eläimet liikkeessä ja lämminveriset eläimet lämpimänä.

Kemiallisen reaktion merkkejä

Etsikää yhtä tai useampaa näistä:

Esiintymismuutoksia

Gasua vapautuu

Kiinteä aine ilmaantuu tai katoaa

Väri muuttuu

Energia muuttuu

Lämpötila muuttuu

Valoa/liekkejä nähdään

Ääni kuuluu

Ylläolevat merkit ovat kaikki vihjeitä, mutta (liekkejä lukuun ottamatta) eivät todista, että reaktio on tapahtunut.

Muista:
Kemiallinen reaktio on tapahtunut vain, jos syntyy yksi tai useampi uusi aine.

Tässä on esimerkki kemiallisesta reaktiosta. Tunnista reaktantti(t) ja tuote(t).

Näytä vastaus

Paahdat leipää ja päädyt polttamaan sen. Onko tapahtunut kemiallinen reaktio? Miksi?

Näytä vastaus