- 化学反応の概念
- 化学反応の特徴
- キネティクス
- 生地の保存
- 身体的変化および/または状態の変化
- カラーバリエーション
- ガスの放出
- 温度変化
- 化学反応の一部
- 試薬と製品
- 反応媒体
- 容器またはリアクター
- 化学反応の種類
- -酸化還元（レドックス）
- 銅の酸化
- 鉄とコバルト
- ヨウ素とマンガン
- 燃焼
- -合成
- イオン性化合物
- コーディネート
- -分解
- クラス火山
- -変位
- 水素の
- 金属およびハロゲンの
- -ガス生成
- -複分解または二重変位
- 降水量
- 塩基酸
- 化学反応の例
- 変位
- 中和
- 二重スクロール
- レドックス
- 解決された化学反応の演習
- -演習1
- -演習2
- -演習3
- 参考文献
化学反応は、それらの原子の配置における被写体被る変更され、2つの物質が異なる化合物又は接触している場合。プロセスに変化が生じ、すぐに確認できます。温度の上昇、冷却、ガス生成、フラッシング、固体の沈殿など。
最も一般的な化学反応は、日常生活の中で気付かれないことがよくあります。それらの何千も私たちの体で行われます。ただし、正しい道具や材料を選択することでキッチンで調理できるため、他のものはより見やすくなります。たとえば、重曹を酢と混ぜたり、水に砂糖を溶かしたり、赤キャベツジュースを酸性化したりします。
重曹と酢の反応は、料理で繰り返される化学反応の一例です。出典：Kate Ter Haar（https://www.flickr.com/photos/katerha/5703151566）
実験室では、化学反応がより一般的かつ一般的になります。それらはすべてビーカー、または三角フラスコ内で発生します。それらが共通のものを共有する場合、それらは衝突、リンクの切断、メカニズム、リンクの形成、エネルギーおよび運動の側面を隠すため、それらのどれも単純ではありません。
試薬の毒物学といくつかの安全対策を知っている愛好家や科学者が魅力的なデモンストレーションイベントで大規模にそれらを再現するほど非常に印象的な化学反応があります。
化学反応の概念
化学反応は、結合（イオン結合または共有結合）が切断されると起こり、その場所で別の結合が形成されます。2つの原子またはそれらのセットが強く相互作用を停止して、新しい分子を生成します。これにより、化合物の化学的性質、その反応性、安定性、およびそれが反応するものを決定できます。
原子が影響を受けることなく、物質が絶えず変化する化学反応の原因であることに加えて、彼らは私たちが知っているように化合物の出現を説明します。
結合が壊れるにはエネルギーが必要であり、結合が形成されると解放されます。吸収されたエネルギーが放出されたエネルギーよりも大きい場合、反応は吸熱性であると言われます。私たちは周囲を冷却しています。一方、放出された熱が吸収された熱よりも高い場合、それは発熱反応になります。周囲は暖房されています。
化学反応の特徴
キネティクス
理論的には、分子は互いに衝突し、結合の破壊を促進するのに十分な運動エネルギーをそれらとともに運ばなければなりません。それらの衝突が遅いか非効率的である場合、化学反応は速度論的に影響を受けます。これは、物質の物理的状態、またはその形状や構造によって発生します。
したがって、反応では、物質は熱を吸収または放出することによって変換され、同時に、生成物の形成に有利な衝突を起こす。化学反応の最も重要なコンポーネント。
生地の保存
質量保存の法則により、化学反応後のアセンブリの総質量は一定のままです。したがって、各物質の個々の質量の合計は、得られた結果の質量と等しくなります。
身体的変化および/または状態の変化
化学反応の発生には、構成要素の状態の変化が伴います。つまり、材料の固体、液体、または気体状態の変化です。
ただし、すべての状態変化が化学反応を伴うわけではありません。例：熱の影響により水が蒸発した場合、この状態変化後に生成される水蒸気はまだ水です。
カラーバリエーション
化学反応から生じる物理的属性の中で、試薬の色と最終生成物の色の変化が際立っています。
この現象は、金属と酸素の化学反応を観察すると顕著になります。金属が酸化すると、金属の特徴的な色（場合によっては金または銀）が変化し、錆として知られる赤みがかったオレンジ色になります。
ガスの放出
この特性は、泡立ちとして、または特定の臭いの放出として現れます。
一般的に、気泡は液体を高温にさらした結果として現れ、反応の一部である分子の運動エネルギーの増加を引き起こします。
温度変化
熱が化学反応の触媒である場合、最終製品で温度の変化が引き起こされます。したがって、プロセスの熱の入力と出力は、化学反応の特性でもあります。
化学反応の一部
試薬と製品
化学反応は、次のタイプの方程式で表されます。
A + B→C + D
ここで、AとBは反応物で、CとDは生成物です。方程式は、原子または分子AがBと反応して生成物CおよびDを生成することを示しています。これは、反応物が生成物から再び生成できないため、不可逆的な反応です。一方、以下の反応は可逆的です。
A + B <=> C + D
反応物の質量（A + B）は生成物の質量（C + D）と等しくなければならないことを強調することが重要です。そうでなければ、生地は保存されません。同様に、特定の要素の原子数は、矢印の前後で同じでなければなりません。
矢印の上に、反応の特定の仕様がいくつか示されています。温度（Δ）、紫外線の発生率（hv）、または使用した触媒。
反応媒体
生命と私たちの体で発生する反応に関する限り、反応媒体は水性（ac）です。ただし、試薬が十分に溶解している限り、化学反応は任意の液体媒体（エタノール、氷酢酸、トルエン、テトラヒドロフランなど）で発生します。
容器またはリアクター
制御された化学反応は、単純なガラス器具であれ、ステンレス製の反応器であれ、容器内で起こります。
化学反応の種類
化学反応のタイプは、分子レベルで何が起こるかに基づいています。どの結合が壊れているか、どのように原子が結合するか。同様に、種が電子を獲得するか失うかが考慮されます。ほとんどの化学反応でこれは発生しますが。
ここでは、存在するさまざまな種類の化学反応について説明します。
-酸化還元（レドックス）
銅の酸化
緑青の例では、酸化反応が起こります。金属銅は、酸素の存在下で電子を失い、対応する酸化物に変わります。
4Cu（s）+ O 2（g）=> Cu 2 O（s）
酸化銅（I）は酸化され続けて酸化銅（II）になります。
2Cu 2 O（s）+ O 2 => 4CuO（s）
種がその酸化数（または状態）を増加または減少させるこのタイプの化学反応は、酸化および還元（レドックス）反応として知られています。
酸化状態0の金属銅は、最初に1つの電子を失い、次に2番目（酸化）になり、一方で酸素は残ります（還元）。
銅=>銅+ + E -
銅+ =>銅2+ + E -
O 2 + 2e - => 2O 2-
電子の利得または損失は、得られた化合物の化学式の原子の酸化数を計算することによって決定できます。
Cu 2 Oの場合、それは酸化物であるため、O 2-アニオンを持っていることが知られています。電荷を中和しておくためには、2つの銅原子のそれぞれに+1の電荷が必要です。CuOでも非常によく似ています。
銅は、酸化すると正の酸化数を獲得します。還元される酸素、負の酸化数。
鉄とコバルト
レドックス反応の追加の例を以下に示します。さらに、簡単なコメントが作成され、酸化数の変更が指定されます。
FeCl 2 + CoCl 3 => FeCl 3 + CoCl 2
酸化数を計算すると、Clの酸化数は-1の一定値のままであることがわかります。そうではなく、信仰と共同体のものと一緒に。
一見すると、鉄は酸化されていますが、コバルトは還元されています。どうして知っていますか？鉄は現在2つのClアニオンと相互作用していないので-しかし3で、塩素原子（ニュートラル）は、鉄とコバルトよりも電気陰性であること。一方、反対はコバルトに起こる：それは3のClとの相互作用から行く-それらのうちの2つに。
上記の理由が明確でない場合は、電子の正味の移動の化学方程式を記述します。
鉄2+ =>鉄3+ + E -
Co 3+ + e - => Co 2+
したがって、Fe 2+は酸化され、Co 3+は還元されます。
ヨウ素とマンガン
6KMnO 4 + 5KI + 18HCl => 6MnCl 2 + 5KIO 3 + 6KCl + 9H 2 O
上記の化学式は複雑に見えるかもしれませんが、そうではありません。塩素（Clで- ）及び酸素（O 2-）経験利得又はそれらの電子の損失。はい、ヨウ素とマンガンです。
ヨウ素とマンガンの化合物のみを考慮すると、次のようになります。
KI => KIO 3（酸化数：-1から+5、6つの電子を失う）
KMnO 4 => MnCl 2（酸化数：+7から+2、5つの電子を得る）
ヨウ素は酸化され、マンガンは還元されます。計算をせずに知る方法は？ヨウ素はカリウムと共に存在することから3つの酸素と相互作用するため（電気陰性度が高いため）。マンガンは、その一部として、酸素との相互作用を失って塩素との相互作用を失う（電気陰性度が低くなる）。
KMnO 4が5つ増えると、KIは6つの電子を失うことができません。これが、電子の数を方程式でバランスさせる必要がある理由です。
5（KI => KIO 3 + 6E -）
6（KMnO 4 + 5e - => MnCl 2）
その結果、30電子の正味移動が生じます。
燃焼
燃焼は、光と熱が放出される強力でエネルギーのある酸化です。一般に、このタイプの化学反応では、酸素が酸化剤または酸化剤として参加します。一方、還元剤は燃料であり、1日の終わりに燃焼します。
灰がある所で、燃焼がありました。これらは本質的に炭素と金属酸化物で構成されています。その構成は論理的には燃料が何であったかに依存しますが。以下にいくつかの例を示します。
C（s）+ O 2（g）=> CO 2（g）
2CO（g）+ O 2（g）=> 2CO 2（g）
C 3 H 8（g）+ 5O 2（g）=> 3CO 2（g）+ 4H 2 O（g）
これらの各方程式は完全燃焼に対応しています。つまり、すべての燃料は過剰な酸素と反応して、完全な変換を保証します。
同様に、炭素質の物体（木材、炭化水素、動物組織など）が燃焼する場合、CO 2とH 2 Oが主なガス状生成物であることに注意してください。酸素が不十分であること、およびCOやNOなどの酸素化ガスが少ないために、炭素同素体が形成されることは避けられません。
-合成
合成反応のグラフィック表現。出典：ガブリエルボリバル
上の画像は非常に単純な表現を示しています。各三角形は化合物または原子であり、結合して単一の化合物を形成します。2つの三角形が平行四辺形を形成します。質量は増加し、製品の物理的および化学的特性は、多くの場合、その試薬の特性と非常に異なります。
たとえば、水素の燃焼（これもレドックス反応です）は、酸化水素または水素化酸素を生成します。水としてよく知られています：
H 2（g）+ O 2（g）=> 2H 2 O（g）
両方のガスが混合されると、高温で燃焼してガス状の水を生成します。温度が下がると、蒸気が凝縮して液体の水になります。何人かの著者は、この合成反応を、エネルギーを得るために化石燃料に置き換えるための可能な代替手段の1つと見なしています。
HHおよびO = O結合が切断され、2つの新しい単結合HOHが形成されます。よく知られているように、水は（ロマンチックな感覚を超えて）ユニークな物質であり、その特性は気体の水素や酸素とはかなり異なります。
イオン性化合物
それらの元素からのイオン性化合物の形成も合成反応の例である。最も単純なものの1つは、グループ1および2の金属ハロゲン化物の形成です。たとえば、臭化カルシウムの合成：
Ca（s）+ Br 2（l）=> CaBr 2（s）
このタイプの合成の一般的な方程式は次のとおりです。
M（秒）+ X 2 => MX 2（秒）
コーディネート
形成された化合物が電子幾何学内の金属原子を含む場合、それは複合体であると言われます。錯体では、金属は弱い共有結合によって配位子に付着したままで、配位反応によって形成されます。
たとえば、3 +コンプレックスがあります。これは、Cr 3+カチオンがクロム配位子として機能するアンモニア分子NH 3の存在下で形成されます。
Cr 3+ + 6NH 3 => 3+
クロム金属の中心の周りに結果として得られる配位八面体を以下に示します。
複合体の調整八面体。出典：ガブリエルボリバル
クロムの3+電荷は錯体では中和されないことに注意してください。その色は紫で、八面体がその色で表されているのはそのためです。
いくつかの複合体は、鉄、亜鉛、カルシウム原子を調整する特定の酵素の場合のように、より興味深いものです。
-分解
分解は合成の逆です。化合物は1つ、2つ、または3つの要素または化合物に分解されます。
たとえば、次の3つの分解があります。
2HgO（s）=> 2Hg（l）+ O 2（g）
2H 2 O 2（l）=> 2H 2 O（l）+ O 2（g）
H 2 CO 3（水性）=> CO 2（g）+ H 2 O（l）
HgOは赤みがかった固体で、熱の作用により、金属水銀、黒い液体、酸素に分解されます。
過酸化水素または過酸化水素は分解し、液体の水と酸素を与えます。
そして、炭酸は、その一部として、二酸化炭素と液体の水に分解します。
「乾燥」分解は、金属炭酸塩の影響を受けます。
CaCO 3（s）=> CaO（s）+ CO 2（g）
クラス火山
重クロム酸アンモニウム火山燃焼。出典：Наталия
化学のクラスで使用されている分解反応は、重クロム酸アンモニウム（NH 4）2 Cr 2 O 7の熱分解です。このオレンジ色の発癌性塩（そのため、取り扱いには十分注意する必要があります）は、燃焼して大量の熱を放出し、緑色の固体、酸化クロム、Cr 2 O 3を生成します。
（NH 4）2 Cr 2 O 7（s）=> Cr 2 O 3（s）+ 4H 2 O（g）+ N 2（g）
-変位
変位反応のグラフィック表現。出典：ガブリエルボリバル
置換反応は、化合物の1つの元素が別の元素を置換する一種のレドックス反応です。変位した要素は、最終的に電子を減少または獲得します。
上記を簡略化するために、上の画像を示します。円は要素を表します。ライムグリーンの円がブルーの円に置き換わり、外側に残っていることがわかります。それだけでなく、その過程で青い円が縮小し、ライムグリーンの円が酸化します。
水素の
たとえば、上記の説明を明らかにするために、次の化学方程式があります。
2Al（s）+ 6HCl（aq）=> AlCl 3（aq）+ 3H 2（g）
Zr（s）+ 2H 2 O（g）=> ZrO 2（s）+ 2H 2（g）
Zn（s）+ H 2 SO 4（aq）=> ZnSO 4（aq）+ H 2（g）
これら3つの化学反応の置換要素は何ですか？水素、分子状水素、H 2に還元されます。酸化数は+1から0になります。アルミニウム、ジルコニウム、亜鉛の金属は、酸と水の水素を置き換えることができます。銅は、銀も金もできません。
金属およびハロゲンの
同様に、これら2つの追加の変位反応があります。
Zn（s）+ CuSO 4（aq）=> Cu（s）+ ZnSO 4（aq）
Cl 2（g）+ 2NaI（aq）=> 2NaCl（aq）+ I 2（s）
最初の反応では、亜鉛が活性の低い金属の銅に取って代わります。銅が還元される間、亜鉛は酸化します。
一方、2番目の反応では、ヨウ素よりも反応性の高い元素である塩素が、ナトリウム塩中のヨウ素に取って代わります。ここでそれは逆です：最も反応性の高い元素は、置換された元素を酸化することによって還元されます。したがって、塩素はヨウ素を酸化することにより還元されます。
-ガス生成
反応では、それらのいくつかがガスを生成し、したがってこのタイプの化学反応にも入ることがわかりました。同様に、前のセクションの反応、つまり活性金属による水素置換の反応は、ガス生成反応と見なされます。
既に述べたものに加えて、例えば金属硫化物は、塩酸が加えられると硫化水素（腐った卵のようなにおい）を放出します：
Na 2 S（s）+ 2HCl（aq）=> 2NaCl（aq）+ H 2 S（g）
-複分解または二重変位
二重置換反応のグラフィック表現。出典：ガブリエルボリバル
メタセシスまたは二重置換反応では、起こるのは電子移動のないパートナーの変化です。つまり、レドックス反応とは見なされません。上の画像からわかるように、緑色の円は濃い青色のリンクでリンクを解除し、明るい青色の円にリンクしています。
降水量
パートナーの1つの相互作用が液体の溶媒和効果を克服するのに十分強い場合、沈殿物が得られます。次の化学式は、沈殿反応を表しています。
AgNO 3（水溶液）+ NaCl（水溶液）=> AgCl（秒）+ NaNO 3（水溶液）
CaCl 2（aq）+ Na 2 CO 3（aq）=> CaCO 3（s）+ 2NaCl（aq）
最初の反応ではCl -変位NO 3は-白色の沈殿物である塩化銀、塩化銀を形成します。そして第二の反応において、CO 3 2-変位のCl -沈殿炭酸カルシウム。
塩基酸
おそらく、メタセシス反応の最も象徴的なものは、酸塩基中和の反応でしょう。最後に、2つの酸塩基反応を例として示します。
HCl（aq）+ NaOH（aq）=> NaCl（aq）+ H 2 O（l）
2HCl（aq）+ Ba（OH）2（aq）=> BaCl 2（aq）+ 2H 2 O（l）
OH -変位のCl -水と塩化物塩を形成します。
化学反応の例
以下では、いくつかの化学反応について、それぞれの方程式とコメントを付けて説明します。
変位
Zn（s）+ AgNO 3（aq）→2Ag（s）+ Zn（NO 3）2（aq）
亜鉛は硝酸塩中の銀に置き換わり、銀をAg +からAgに還元します。その結果、金属銀が培地に沈殿し始め、顕微鏡下で葉のない銀色の木のように観察されます。一方、硝酸塩は、結果として生じるZn 2+イオンと結合して、硝酸亜鉛を形成します。
中和
CaCO 3（s）+ 2HCl（aq）→CaCl 2（aq）+ H 2 O（l）+ CO 2（g）
塩酸は炭酸カルシウム塩を中和して、塩、塩化カルシウム、水、および二酸化炭素を生成します。CO 2が泡立ち、水中で検出されます。このバブリングは、チョークや卵の殻にHClを加えることによっても得られ、CaCO 3が豊富です。
NH 3（g）+ HCl（g）→NH 4 Cl（s）
この2番目の反応では、HCl蒸気がガス状アンモニアを中和します。塩化アンモニウム塩NH 4 Clは、空気中に浮遊する非常に細かい粒子を含んでいるため、白っぽい煙（下の画像）として形成されます。
塩化アンモニウム形成反応。出典：AdamRędzikowski
二重スクロール
AgNO 3（aq）+ NaCl（aq）→AgCl（s）+ NaNO 3（aq）
二重置換反応では、「パートナー」の交換があります。銀はパートナーとナトリウムを交換します。その結果、新しい塩、塩化銀、AgClが乳白色の固体として沈殿します。
レドックス
吠える犬の化学反応では、熱、音、青色光が放出されます。出典：Wikipedia経由のMaxim Bilovitskiy。
無数のレドックス反応があります。最も印象的なものの1つは、Barkin Dogのものです。
8 N 2 O（g）+ 4 CS 2（l）→S 8（s）+ 4 CO 2（g）+ 8 N 2（g）
3つの安定した生成物が形成されるときに放出されるエネルギーは非常に大きいため、青みがかった閃光が生成され（上の画像）、生成されたガス（CO 2とN 2）によって引き起こされる圧力が大幅に増加します。
また、犬の鳴き声のような非常に大きな音が鳴ります。生成された硫黄S 8は、チューブの内壁を黄色でコーティングします。
どの種が還元され、どの種が酸化されますか？原則として、元素の酸化数は0です。したがって、製品の硫黄と窒素は、電子を獲得または喪失した種である必要があります。
CS 2で酸化数-2 （C 4+ S 2 2-）があったため、硫黄が酸化（電子が失われる）：
S 2- →S 0 + 2E -
N 2 O（N 2 + O 2-）の酸化数が+1だったため、窒素は還元（電子を獲得）しましたが、
2N + + 2e→N 0
解決された化学反応の演習
-演習1
水性媒体中での次の反応でどのような塩が沈殿しますか？
Na 2 S（aq）+ FeSO 4（aq）→¿？
原則として、アルカリ金属とアンモニウムで形成されたものを除くすべての硫化物は、水性媒体中で沈殿します。二重置換があります：鉄は硫黄に結合し、ナトリウムは硫酸塩に結合します：
Na 2 S（水溶液）+ FeSO 4（水溶液）→FeS（秒）+ Na 2 SO 4（水溶液）
-演習2
次の反応からどのような製品が得られますか？
Cu（NO 3）2 + Ca（OH）2 →¿？
水酸化カルシウムは水にあまり溶けません。しかし、硝酸銅の添加は、対応する水酸化物を形成するように反応するため、それを可溶化するのに役立ちます。
Cu（NO 3）2（水溶液）+ Ca（OH）2（水溶液）→Cu（OH）2（秒）+ Ca（NO 3）2（水溶液）
Cu（OH）2はすぐに青い沈殿物として認識されます。
-演習3
次の中和反応でどんな塩が生成されますか？
Al（OH）3（s）+ 3HCl（aq）→？
水酸化アルミニウムは、塩酸と反応して塩基のように機能します。酸-塩基（ブロンステッド-ローリー）中和反応では、水が常に形成されるため、他の生成物は塩化アルミニウム、AlCl 3である必要があります。
Al（OH）3（s）+ 3HCl（aq）→AlCl 3（aq）+ 3H 2 O
今回は、AlCl 3は（ある程度）水溶性の塩であるため、沈殿しません。
参考文献
- ウィッテン、デイビス、ペック、スタンリー。（2008）。化学 （第8版）。CENGAGEラーニング。
- 震えとアトキンス。（2008）。無機化学。（第4版）。Mc Graw Hill。
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- Kashyap Vyas。（2018年1月23日）。19科学が魅力的であることを証明するクールな化学反応。回収元：InterestingEngineering.com
- BeautifulChemistry.net（nd）。反応。回収元：beautifulchemistry.net
- ウィキペディア。（2019）。化学反応。から回復：en.wikipedia.org