Reakcje chemiczne

Reakcje chemiczne polegają na tworzeniu nowych wiązań chemicznych oraz zmianie partnerów oddziaływań między atomami przez zrywanie i powstawanie wiązań. Takie zmiany w składzie atomowym substancji nieustannie zachodzą w organizmach: pozwalają magazynować i pozyskiwać energię, budować struktury organiczne i podtrzymywać procesy niezbędne do życia.

Tutaj poznamy kilka podstawowych faktów o reakcjach chemicznych.

Typy reakcji

Można wyróżnić cztery główne typy reakcji chemicznych. W reakcji syntezy substancje łączą się, tworząc bardziej złożone cząsteczki, natomiast w reakcji rozkładu cząsteczki rozpadają się na prostsze części. W reakcji pojedynczej wymiany wolny pierwiastek zastępuje inny pierwiastek w związku. W reakcji podwójnej wymiany składniki dwóch związków zamieniają się miejscami. Ilustracja pokazuje bardzo uproszczone podsumowanie z symbolicznym oznaczeniem części związków.

Równania chemiczne

Reakcje chemiczne zapisuje się równaniami, takimi jak pokazane tutaj. Substraty znajdują się po lewej stronie strzałki, a produkty po prawej. Strzałka wskazuje kierunek reakcji. Każdy związek jest przedstawiony wzorem chemicznym oraz liczbą cząsteczek potrzebnych w reakcji.

Co ważne, całkowita liczba atomów każdego pierwiastka musi być taka sama po obu stronach równania. W tym przykładzie po każdej stronie strzałki znajdują się cztery atomy wodoru i dwa atomy tlenu.

Równowaga chemiczna

Większość reakcji chemicznych jest odwracalna, więc może przebiegać w obu kierunkach. Oznacza się to dwiema strzałkami. Reakcje odwracalne osiągają stan równowagi, w którym szybkości reakcji w obu kierunkach są równe, choć sama równowaga może być silnie przesunięta w jedną stronę. W tym przykładzie po osiągnięciu równowagi całkowita ilość N₂, H₂ i NH₃ już się nie zmienia, a najwięcej jest cząsteczek NH₃.

Katalizatory

Na niektóre reakcje wpływają katalizatory. Są to substancje, które zmieniają szybkość reakcji chemicznej, ale same nie zużywają się w jej trakcie i nie zmieniają położenia równowagi. Katalizatory ułatwiają reakcje, obniżając energię aktywacji (Eₐ), a tym samym spłaszczając profil energetyczny reakcji, jak pokazano na ilustracji. Szczególne białka zwane enzymami są ważnymi katalizatorami biologicznymi działającymi w określonych szlakach biochemicznych.

Warto pamiętać, że enzymy, podobnie jak katalizatory ogólnie, nie zmieniają równowagi reakcji chemicznej. W pewnym uproszczeniu tylko "zmniejszają tarcie" i pozwalają znacznie szybciej osiągnąć stan równowagi. Oznacza to, że kierunek reakcji nadal zależy od stosunku liczby cząsteczek po obu stronach równania.

W następnej sekcji omówimy części cząsteczek szczególnie ważne dla reakcji chemicznych.