Химические реакции

Создание новых химических связей и изменение партнеров по взаимодействию атомов путем разрушения и образования связей происходит в ходе химических реакций. Эти изменения в атомном составе веществ постоянно происходят в живых существах для накопления и извлечения энергии, построения органических структур и вообще для осуществления всех процессов, необходимых для поддержания жизни.

Здесь мы узнаем несколько основных фактов о химических реакциях.

Типы реакций

Можно выделить четыре основных типа химических реакций. В реакции синтеза вещества соединяются, образуя более сложные молекулы, тогда как в реакции разложения молекулы распадаются на отдельные части. При одиночном замещении один некомбинированный элемент заменяет другой в данном соединении. Наконец, при двойном замещении два элемента двух соответствующих соединений меняются местами. На рисунке показана очень упрощенная схема с символическими представлениями частей соединения.

Химические уравнения

Химические реакции представлены уравнениями, подобными тому, что изображено здесь. Реактивы показаны слева от стрелки, а продукты - справа. Стрелка показывает направление реакции. Каждое соединение представлено его формулой и числом молекул, необходимых для реакции.

Важно отметить, что общее количество каждого атома должно быть одинаковым по обе стороны уравнения. В данном примере мы имеем четыре атома водорода и два атома кислорода с каждой стороны стрелки.

Химическое равновесие

Большинство химических реакций обратимы, поэтому они могут протекать в обоих направлениях. Для обозначения этого показаны две стрелки, которые указывают оба направления. Обратимые реакции достигают точки равновесия, в которой скорости обоих направлений равны, но она может быть сильно смещена в одну из сторон. В данном примере общее количество N₂, H₂ и NH₃ не меняется после достижения равновесного состояния, а NH₃ является самой многочисленной молекулой.

Катализаторы

На некоторые реакции влияют катализаторы. Эти вещества влияют на скорость химических реакций, не расходуясь в процессе, но они не влияют на конкретное равновесие реакции. Катализаторы облегчают реакции за счет снижения удельной энергии активации (Eₐ) и тем самым выравнивают энергетический профиль химической реакции, как показано на рисунке. Специфические белки, называемые ферментами, являются важными биологическими катализаторами, которые действуют в различных биохимических путях.

Важно понимать, что ферменты и катализаторы в целом не изменяют равновесие химической реакции. Грубо говоря, они просто "уменьшают трение" и помогают достичь равновесия гораздо быстрее. Это означает, что направление реакции по-прежнему определяется соотношением молекул на каждой стороне уравнения.

В следующем разделе будут рассмотрены части молекул, имеющие особое значение для химических реакций.