Hur viktiga är kemiska reaktioner?

För länge sedan upptäckte man att:

• ämnen kan reagera för att bilda nya ämnen
• Dessa reaktioner kan styras

Kemivetenskapen började när man började experimentera med kemiska reaktioner på ett systematiskt sätt och organisera sina resultat logiskt.

I takt med att kemin utvecklades lärde sig vetenskapsmännen att levande varelser endast existerar som ett resultat av kemiska reaktioner – och detta inkluderar dig och mig.

Varje levande varelse är en anmärkningsvärt välorganiserad, självstyrande kemiuppsättning.

Sofistikerade kemiuppsättningar?

Vårt högteknologiska samhälle skulle inte kunna existera utan kemisternas förmåga att exakt styra kemiska reaktioner – skärmen som du tittar på just nu är ett exempel på en anordning som skulle vara omöjlig att göra.

Så på en skala från ett till tio av vetenskaplig betydelse får kemiska reaktioner tio poäng.

Människor började reagera med kemikalier för länge sedan

Våra forntida förfäder lärde sig:

• Hur man utnyttjar och kontrollerar syre-träreaktionen för att göra eld.
• Hur man frigör metaller från sina malmer för att göra effektiva plogar, yxor, hammare och mejslar.
• Hur man desinficerar/fumigerar rum och byggnader med svaveldioxid, den gas som frigörs vid förbränning av svavel.
• Hur man omvandlar kalksten till kalciumoxid, som är grunden för cement och betong. Storskaliga byggprojekt som det antika Roms Colosseum blev möjliga.

Colosseum byggdes med hjälp av cement av kalciumoxid. Denna byggnad är nästan 2000 år gammal. Bild av Paul Zangaro

Inte all användning var fredlig

Våra förfäder använde nya material, som järn och stål, för att föra krig. De upptäckte explosiva kemiska reaktioner och tillverkade krut genom att blanda kaliumnitrat, kol och svavel.

Vi gör fortfarande nya upptäckter

Mobiltekniken är beroende av upptäckter gjorda av kemister – från plast till litiumjonbatterier.

Och även om vi vet mycket mer om kemi än vad våra förfäder gjorde, fortsätter vi att studera kemiska reaktioner; detta ger förbättringar av tekniken och vår hälsa.

Den rena spänningen i att göra nya upptäckter driver också kemister att fortsätta att undersöka reaktioner. Exempel på detta är:

• Kemiska reaktioner med litium driver våra telefoner, surfplattor och kameror.
• Biokemiska och elektrokemiska reaktioner gör det möjligt för våra hjärnor att lagra minnen och tänka.
• Nya kemiska och biokemiska reaktioner för att framställa nya antibiotika, eftersom bakterier blir alltmer resistenta mot de antibiotika vi använder idag.

Reaktanter och produkter

Kemiska reaktioner börjar med reaktanter och slutar med produkter. I kemiska reaktioner:

Användningen av den högerriktade pilen ovan innebär att alla reaktanter blir till produkter. Vi kan till exempel göra vatten genom att låta väte reagera med syre. Reaktanterna är väte och syre. Produkten är vatten i gasfasen eftersom reaktionen producerar mycket värme.

Ofta resulterar kemiska reaktioner i en jämvikt där reaktionen går i båda riktningarna, vilket leder till en blandning av reaktanter och produkter.

Detta visas med en annan pil:

Till exempel resulterar gasfasreaktionen som används för att göra ammoniak av väte och kväve i en jämvikt:

I jämvikt är reaktionshastigheterna i den främre och den bakre riktningen lika.

Hur vet vi att det har skett en kemisk reaktion?

Vet du det?

Fjärilar lyser när en kemisk reaktion i deras kroppar släpper ut ljus.

Fjäril av Yikrazuul

Det har skett en kemisk reaktion endast när ett eller flera nya ämnen bildas. Ibland är detta uppenbart, ibland mindre uppenbart.

Du kommer också ofta att upptäcka en energiförändring, eftersom reaktionen värms upp eller kyls av.

Exempel

Mat kan reagera kemiskt med syre. Två sätt att låta maten reagera med syre är förbränning och andning.

Om maten är en kolhydrat är ordekvationen för både förbränning och andning:

Förbränning
Askan och lågan gör det uppenbart att det bildas nya ämnen och att energi har frigjorts. Aska bildas eftersom mat vanligtvis inte brinner rent. Även om koldioxiden och vattnet som bildas av reaktionen är mindre uppenbara, gör askan och lågan det lätt att se att en kemisk reaktion har ägt rum.

Respiration
Ett bevis för en kemisk reaktion under andning är mer subtilt än när vi bränner mat. Det är inte uppenbart att vatten och koldioxid bildas av reaktionen, även om vi kan upptäcka dem. Vi kan till exempel använda kalkvatten för att visa att det finns mer koldioxid i luften vi andas ut än i luften vi andas in. När vi andas på ett kallt fönster uppstår kondens, vilket tyder på att det finns vatten i vår andedräkt. Den energi som frigörs genom andningen håller alla djur på vår planet i rörelse och håller varmblodiga djur varma.

Till tecken på en kemisk reaktion

Leta efter en eller flera av dessa:

Utseende förändras

Gas frigörs

En fast substans dyker upp eller försvinner

Det sker en färgförändring

Energiförändringar

Temperaturen ändras

Ljus/lågor ses

Ljud hörs

Tecknen ovan är alla ledtrådar, men (med undantag för flammor) bevisar inte att det har skett en reaktion.

Håll dig i minnet:
En kemisk reaktion har bara ägt rum om ett eller flera nya ämnen bildas.

Här är ett exempel på en kemisk reaktion. Identifiera reaktant(er) och produkt(er).

Visa svar

Du rostar lite bröd och det slutar med att du bränner det. Har det skett en kemisk reaktion? Varför?

Visa svar

Ett träd växer lite högre. Har det skett en kemisk reaktion? Varför?

Visa svar

Nämn tre visuella ledtrådar som tyder på att en kemisk reaktion kan ha skett.

Visa svar

När vatten fryser, har det då skett en kemisk reaktion? Varför?

Visa svar