Chemische reacties

september 22, 2021
| Geen reacties
Door Dr. Doug Stewart

Hoe belangrijk zijn chemische reacties?

Lang geleden ontdekte men dat:

  • stoffen kunnen reageren om nieuwe stoffen te maken
  • deze reacties kunnen worden beheerst

De wetenschap van de scheikunde begon toen mensen begonnen systematisch met chemische reacties te experimenteren en hun resultaten logisch te ordenen.

Naarmate de scheikunde zich ontwikkelde, leerden wetenschappers dat levende wezens alleen bestaan als resultaat van chemische reacties – en dit omvat u en mij.

Elk levend wezen is een opmerkelijk goed georganiseerde, zelfsturende scheikundeset.

Scheikundesets?

Onze hightechmaatschappij zou niet kunnen bestaan zonder het vermogen van scheikundigen om chemische reacties nauwkeurig te beheersen – het scherm waarnaar u nu kijkt is een voorbeeld van een apparaat dat onmogelijk zou zijn om te maken.

Dus, op een schaal van een tot tien van wetenschappelijk belang, scoren chemische reacties tien.

Mensen zijn lang geleden begonnen met chemische reacties

Onze oude voorouders leerden:

  • Hoe de zuurstof-houtreactie te beheersen en te beheersen om vuur te maken.
  • Hoe metalen vrij te maken uit hun ertsen om efficiënte ploegen, bijlen, hamers en beitels te maken.
  • Hoe kamers en gebouwen te desinfecteren/ontsmetten met zwaveldioxide, het gas dat vrijkomt bij de verbranding van zwavel.
  • Hoe kalksteen om te zetten in calciumoxide, de basis van cement en beton. Grootschalige bouwprojecten zoals het Colosseum in het oude Rome werden mogelijk.

Het Colosseum werd gebouwd met behulp van calciumoxide cement. Dit gebouw is bijna 2000 jaar oud. Image by Paul Zangaro

Niet alle toepassingen waren vreedzaam

Onze voorouders gebruikten nieuwe materialen, zoals ijzer en staal, om oorlog te voeren. Ze ontdekten explosieve chemische reacties en maakten buskruit door kaliumnitraat, koolstof en zwavel te mengen.

We doen nog steeds nieuwe ontdekkingen

Mobiele technologie is afhankelijk van ontdekkingen die door chemici zijn gedaan – van kunststoffen tot lithium-ionbatterijen.

Hoewel we veel meer over scheikunde weten dan onze voorouders, blijven we chemische reacties bestuderen; dit zorgt voor verbeteringen in technologie en onze gezondheid.

De pure opwinding van het doen van nieuwe ontdekkingen drijft chemici ook om reacties te blijven onderzoeken. Voorbeelden zijn:

  • Lithium chemische reacties drijven onze telefoons, tablet computers en camera’s.
  • Biochemische en elektrochemische reacties stellen onze hersenen in staat om herinneringen op te slaan en te denken.
  • Nieuwe chemische en biochemische reacties om nieuwe antibiotica te produceren, omdat bacteriën steeds resistenter worden tegen de antibiotica die we nu gebruiken.

Reactanten en producten

Chemische reacties beginnen met reactanten en eindigen met producten. Bij chemische reacties:

reactanten → producten

Het gebruik van de naar rechts wijzende pijl hierboven impliceert dat alle reactanten in producten veranderen. We kunnen bijvoorbeeld water maken door waterstof met zuurstof te laten reageren. De reactanten zijn waterstof en zuurstof. Het product is water in de gasfase omdat de reactie veel warmte produceert.

H2 (gas) + O2 (gas) → H2O (gas)

Vaak resulteren chemische reacties in een evenwicht waarbij de reactie in beide richtingen verloopt, wat leidt tot een mengsel van reactanten en producten.

Dit wordt weergegeven met een andere pijl:

reactanten ⇌ producten

Bij voorbeeld, de gasfase-reactie die wordt gebruikt om ammoniak te maken uit waterstof en stikstof resulteert in een evenwicht:

N2 (gas) + 3H2 (gas) ⇌ 2NH3 (gas)

Bij een evenwicht zijn de reactiesnelheden in de voorwaartse en in de tegenwaartse richting gelijk.

Hoe weten we dat er een chemische reactie heeft plaatsgevonden?

Wist je dat?
Fireflies gloeien op als er door een chemische reactie in hun lichaam licht vrijkomt.
Firefly van Yikrazuul

Er heeft alleen een chemische reactie plaatsgevonden als er een of meer nieuwe stoffen zijn gemaakt. Soms is dat duidelijk, soms minder.

Je zult ook vaak een energieverandering waarnemen, omdat de reactie opwarmt of afkoelt.

Voorbeeld

Voedsel kan chemisch reageren met zuurstof. Twee manieren om voedsel met zuurstof te laten reageren zijn verbranding en ademhaling.

Als het voedsel een koolhydraat is, is de woordvergelijking voor zowel verbranding als ademhaling:

koolhydraat + zuurstof → kooldioxide + water

Verbranding
De as en het vlammetje maken duidelijk dat er nieuwe stoffen worden gemaakt en dat er energie is vrijgekomen. As ontstaat omdat voedsel meestal niet schoon verbrandt. Hoewel de kooldioxide en het water die bij de reactie ontstaan minder duidelijk zijn, is aan de as en de vlam goed te zien dat er een chemische reactie heeft plaatsgevonden.

Respiratie
Het bewijs voor een chemische reactie tijdens de ademhaling is subtieler dan wanneer we voedsel verbranden. Het is niet duidelijk dat water en kooldioxide door de reactie worden gemaakt, hoewel we ze wel kunnen waarnemen. We kunnen bijvoorbeeld met kalkwater aantonen dat er meer kooldioxide zit in de lucht die we uitademen dan in de lucht die we inademen. Ademen op een koud raam veroorzaakt condensatie, wat erop wijst dat er water in onze adem aanwezig is. De energie die vrijkomt bij de ademhaling houdt alle dieren op onze planeet in beweging en houdt warmbloedige dieren warm.

Tekenen van een chemische reactie

Kijk naar een of meer van deze:

Verschijningsveranderingen

Gas komt vrij

Een vaste stof verschijnt of verdwijnt

Er is een kleurverandering

Energieveranderingen

De temperatuur verandert

Licht/vlammen gezien

Geluid wordt gehoord

De bovenstaande tekenen zijn allemaal aanwijzingen, maar (behalve de vlammen) bewijzen niet dat er een reactie is geweest.

Bedenk:
Een chemische reactie heeft alleen plaatsgevonden als er een of meer nieuwe stoffen zijn gemaakt.

Test je kennis:
Vraag 1

Hier volgt een voorbeeld van een chemische reactie. Noem de reactant(en) en het product of de producten.

natrium + chloor → natriumchloride

Toon antwoord

De reactanten zijn natrium en chloor. Het product is natriumchloride.
Vraag 2

Je roostert wat brood en uiteindelijk verbrandt het. Is er een chemische reactie geweest? Waarom?

Toon antwoord

Ja, er heeft een chemische reactie plaatsgevonden, want als je toast verbrandt, verandert de kleur en ontstaat er een nieuwe stof. (Het koolhydraat waarmee je begon, reageert met zuurstof en vormt koolstof.)
Noot: Als iets brandt, vindt er altijd een chemische reactie plaats.

Vraag 3

Een boom groeit een beetje hoger. Is er een chemische reactie geweest? Waarom?

Toon antwoord

Ja, er is een chemische reactie geweest, want bomen en andere groene planten groeien door fotosynthese. Tijdens de fotosynthese gebruiken groene planten energie van de zon om water en koolstofdioxide chemisch te combineren tot koolhydraten zoals cellulose en zetmeel, waarbij zuurstofgas vrijkomt.
Vraag 4

Noem drie visuele aanwijzingen dat er een chemische reactie zou kunnen hebben plaatsgevonden.

Toon antwoord

Gas komt vrij
Er verschijnt of verdwijnt een vaste stof
Er is een kleurverandering

Vraag 5

Wanneer water bevriest, is er dan een chemische reactie geweest? Waarom?

Toon antwoord

Nee, er heeft geen chemische reactie plaatsgevonden, omdat er geen nieuwe stoffen zijn gevormd – de enige stof die op enig moment betrokken is, is H20.

Articles