La creazione di nuovi legami chimici e il cambiamento dei partner di interazione degli atomi attraverso la rottura e la formazione di legami avviene attraverso le reazioni chimiche. Questi cambiamenti nella composizione atomica delle sostanze avvengono costantemente negli esseri viventi per immagazzinare ed estrarre energia, per costruire strutture organiche e in generale per permettere tutti i processi che sono necessari per sostenere la vita.
Qui impareremo alcuni fatti di base sulle reazioni chimiche.
Tipi di reazione
Si possono distinguere quattro grandi tipi di reazioni chimiche. In una reazione di sintesi, le sostanze si combinano per formare molecole più complesse, mentre nelle decomposizioni, le molecole si scompongono in parti separate. Nelle sostituzioni singole, un elemento non combinato ne sostituisce un altro in un dato composto. Infine, in una doppia sostituzione, due elementi di due rispettivi composti si scambiano di posto. L'immagine mostra un riassunto molto semplificato con rappresentazioni simboliche delle parti del composto.
Equazioni chimiche
Le reazioni chimiche sono rappresentate da equazioni come quella raffigurata qui. I reagenti sono mostrati sul lato sinistro della freccia e i prodotti sono dati sul lato destro. La freccia mostra la direzione della reazione. Ogni composto è rappresentato dalla sua formula e dal numero di molecole che sono necessarie per la reazione.
È importante che il numero totale di ogni atomo sia uguale su entrambi i lati dell'equazione. In questo esempio abbiamo quattro atomi di idrogeno e due di ossigeno su ogni lato della freccia.
Equilibrio chimico
La maggior parte delle reazioni chimiche sono reversibili, quindi possono andare in entrambe le direzioni. Per indicarlo, vengono mostrate due frecce che indicano entrambe le direzioni. Le reazioni reversibili raggiungono un punto di equilibrio, in cui i tassi di entrambe le direzioni sono uguali, ma può essere fortemente spostato verso un lato. In questo esempio, la quantità totale di N₂, H₂ e NH₃ non cambia dopo aver raggiunto lo stato di equilibrio, mentre NH₃ è la molecola più abbondante.
Catalizzatori
Alcune reazioni sono influenzate da catalizzatori. Queste sostanze influenzano la velocità delle reazioni chimiche senza essere consumate nel processo, ma non influenzano l'equilibrio specifico di una reazione. I catalizzatori facilitano le reazioni attraverso la diminuzione dell'energia di attivazione specifica (Eₐ) e quindi appiattendo il profilo energetico di una reazione chimica come illustrato. Proteine specifiche chiamate enzimi, sono importanti catalizzatori biologici che agiscono in vie biochimiche distinti.
È importante capire che gli enzimi, e i catalizzatori in generale, non cambiano l'equilibrio di una reazione chimica. In parole povere, semplicemente "diminuiscono l'attrito" e aiutano a raggiungere l'equilibrio molto più velocemente. Questo significa che la direzione della reazione è ancora determinata dal rapporto tra le molecole su ogni lato dell'equazione.
La prossima sezione discuterà le parti di molecole con particolare importanza per le reazioni chimiche.
