Chemische Reaktionen

Die Bildung neuer chemischer Bindungen und die Veränderung von Wechselwirkungs-Partnern von Atomen durch Bindungsbruch und -bildung erfolgt durch chemische Reaktionen. Diese Veränderungen der atomaren Zusammensetzung von Stoffen finden ständig in Lebewesen statt, um Energie zu speichern und zu extrahieren, um organische Strukturen aufzubauen und allgemein um alle Prozesse zu ermöglichen, die zur Erhaltung des Lebens erforderlich sind.

Hier lernen wir einige Grundlagen über chemische Reaktionen.

Reaktionstypen

Es können vier allgemeine Typen chemischer Reaktionen unterschieden werden. Bei einer Synthesereaktion verbinden sich Stoffe zu komplexeren Molekülen, während bei Zersetzungen Moleküle in einzelne Teile zerfallen. Bei einzelnen Ersetzungen ersetzt ein nicht kombiniertes Element ein anderes in einer bestimmten Verbindung. Schließlich tauschen in einer doppelten Ersetzung zwei Elemente von jeweils zwei Verbundteilen die Plätze. Das Bild zeigt eine stark vereinfachte Zusammenfassung mit symbolischen Darstellungen von Verbindungen.

Chemische Gleichungen

Chemische Reaktionen werden durch Gleichungen wie die hier gezeigte dargestellt. Die Edukte sind auf der linken Seite des Pfeils und die Produkte auf der rechten Seite angegeben. Der Pfeil zeigt die Reaktionsrichtung. Jede Verbindung wird durch ihre Formel und die Anzahl der Moleküle dargestellt, die für die Reaktion benötigt werden.

Wichtig ist, dass die Gesamtzahl jedes Atoms auf beiden Seiten der Gleichung übereinstimmen muss. In diesem Beispiel haben wir auf jeder Seite des Pfeils vier Wasserstoffatome und zwei Sauerstoffatome.

Chemisches Gleichgewicht

Die meisten chemischen Reaktionen sind reversibel, können also in beide Richtungen ablaufen. Um dies verdeutlichen, werden zwei Pfeile dargestellt, die beide Richtungen anzeigen. Reversible Reaktionen erreichen einen Gleichgewichtspunkt, bei dem die Geschwindigkeiten beider Richtungen gleich sind, aber stark nach einer Seite verschoben sein können. In diesem Beispiel ändert sich die Gesamtmenge an N₂, H₂ und NH₃ nach Erreichen des Gleichgewichtszustands nicht, während NH₃ jedoch das am häufigsten vorkommende Molekül ist.

Katalysatoren

Einige Reaktionen werden durch Katalysatoren beeinflusst, welche auf die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen wirken, ohne dabei verbraucht zu werden. Sie fördern Reaktionen durch Verringerung der jeweiligen Aktivierungsenergie (Eₐ) und der folglichen Abflachung des Energieprofils einer chemischen Reaktion. Spezifische Proteine, Enzyme genannt, sind wichtige biologische Katalysatoren, die auf verschiedenen biochemischen Wegen wirken.

Es ist wichtig zu verstehen, dass Enzyme und Katalysatoren im Allgemeinen das Gleichgewicht einer chemischen Reaktion nicht verändern. Grob gesagt, verringern sie nur die "Reibung" und tragen dazu bei, das Gleichgewicht schneller zu erreichen. Das bedeutet, dass die Richtung der Reaktion immer noch durch das Verhältnis der Moleküle auf beiden Seiten der Gleichung bestimmt wird.

Im nächsten Abschnitt werden Molekülteile behandelt, die für chemische Reaktionen besonders wichtig sind.