نانوشیمی

 بخش اول: انواع واکنش‏هاي شيميايي

ترکيب يک يا چند ماده‏ی مختلف و به وجود آمدن ماده يا مواد جديد، واکنش شيميايي نام دارد. بر اساس این تعريف، يک ماده نيز ممکن است با خودش واکنش داده، و محصول جديدي را توليد نماید. به اين واکنش‏ها پليمری شدن (Polymerization) گويند که در ادامه توضيح داده مي‏شود. واکنش‏ها انواع مختلف دارند و به صورت‏هاي مختلف طبقه‏بندي مي‏شوند.

در يک دسته‏بندي واکنش‏هاي شيميايي به صورت زير تقسيم مي‏شوند:
1- تركيبي
2- سوختن
3- تجزيه
4- جابه‌جايي يگانه
5- جابه‌جايي دوگانه
اين 5 دسته واکنش، دسته‏هاي اصلي واکنش‏هاي شيميايي هستند، و بقيه‏ی واکنش‏ها به گونه‏اي زيرمجموعه‏ی اين پنج دسته قرار مي‏گيرند.

1- واکنش ترکيبي:
واکنش ترکيبي، واكنشي است كه در آن چند ماده باهم تركيب مي‏شوند و فرآورده يا فرآورده‏هاي تازه‏اي با ساختاري پيچيده‏تر توليد مي‏كنند. واکنش ترکيبي به صورت زير تعريف مي‏شود:

aA + bB + cC + ... → rR + sS + qQ

در اين گروه، واکنش‏هاي زيادي قرار مي‏گيرند؛ مانند:
الف) واکنش بين يک نافلز با اکسيژن
در اثر واکنش، اکسيد نافلزي توليد مي‏شود که اگر اين اکسيد با آب واکنش دهد، توليد اسيد مي‏نماید. در اثر حذف يک مولکول آب از اسيد توليد شده، ماده‏ی توليدي اصطلاحاً «انيدريد» ناميده مي‏شود.

اکسيد نافلزي     →     نافلز + اکسيژن
اسيد     →      اکسيد نافلزي + آب

S + O2 → SO2
SO2 + 2H2O → H2SO4

ب) واکنش بين يک فلز با اکسيژن
در اثر این واکنش اکسيد فلزي توليد مي‏شود که چنانچه با آب واکنش دهد، توليد باز(قليا) مي‏نماید.

اکسيد فلزي     →   فلز+ اکسيژن
باز     →      اکسيد فلزي+آب

Na + O2 → Na2O
Na2O + H2O → 2NaOH

ج) واکنش‏هاي خنثي شدن
اين واکنش به چند دسته تقسيم مي‏شود:
1- واکنش بين يک اکسيد فلزي و يک اکسيد نافلزي: در اثر اين واکنش آب توليد نمي‏شود. بلکه تنها نمک، محصول توليدي خواهد بود:

Na2O2 + SO2 → Na2SO3

2- واکنش بين آمونياک و يک هاليد هيدروژن:

NH3 + HCl → NH4Cl

3- واکنش بين اسيد و آمونياک:

NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4

د) واکنش‏هاي پليمري
در واکنش‏هاي پليمري، همان‌طور که در بالا توضيح داده شد، در اثر ترکيب شدن يک مولکول ساده با خودش، مولكول‏هايي به نام پليمر (بسپار) که بسيار بزرگ هستند، تشکيل مي‏شوند.

 در واکنش نشان داده شده در شکل بالا، تعداد بسيار زيادي اتيلن با يکديگر ترکيب شده و پلي‌اتيلن توليد مي‏شود.

نکته: البته این واکنش در دماهای بسیار بالا، و در حضور کاتالیزور انجام می‌شود؛ که در مقاله بعدی توضیح داده خواهد شد. 

ه) واکنش‌هاي فوتوسنتز
در اين واکنش‏ها، از ترکيب گاز دي‌اکسيدکربن و آب، با کمک نور خورشيد، قند و اکسيژن توليد مي‏شود:

6CO2 (g) + 6H2O (g) → C6H12O6 (aq) + 6O2 (g) 

2- واكنش سوختن:
واكنشي است كه طي آن يك ماده به سرعت با اكسيژن تركيب، و طي آن مقدار زيادي انرژي توليد مي‏شود که اين انرژي به صورت نور و گرما آزاد خواهد شد. امروزه، هنوز هم از واكنش سوختن براي تأمين انرژي استفاده مي‏شود؛ زيرا سوخت‏هاي فسيلي اصلي‏ترين و ارزان‏ترين منبع توليد انرژي هستند.
به جز سوختن هيدروكربن‏ها، واكنش فلزهاي قليايي و قليايي خاكي ( به جزء Be) و نيز بعضي تركيب‏هاي ديگر از نوع سوختن بوده و با آزاد كردن گرما و نور شديد همراه هستند.
واکنش‏هاي سوختن به قرار زيرند:

نکته: اگر یک ماده به آهستگی با اکسیژن ترکیب شود، و گرما یا نور قابل‌ملاحظه‌ای تولید نکند؛ این وانش اکسایش نام دارد نه سوختن. مانند ترکیب شدن آهسته‌ی آهن با اکسیژن هوا وتولید زنگ آهن (Fe2O3) که نمونه‌ای از واکنش اکسایش می‌باشد.

3- واكنش تجزيه
واكنش تجزيه، واكنشي است كه طي آن يك ماده‏ی پيچيده به مواد ساده‏تري تبديل مي‏شود.
واکنش تجزيه به سه صورت انجام مي‏شود:

1- آب‌کافت (هيدروليز)
به کمک آب يک ماده به چند ماده‏ی ساده‏تر تبديل مي‏شود:

Na2SO4 → 2Na+ + SO4-2

2- برق‌‌کافت (الکتروليز)
برق‌كافت يك فرآيند تجزيه‏اي است كه طي آن، يك تركيب به کمک انرژي الکتريکي، به عناصر تشكيل دهنده‏اش تبديل (تجزيه) مي‏شود.

فلز + نافلز → نمک مذاب
2NaCl → 2Na + Cl2

3- با کمک گرما
در اثر حرارت دادن، ترکيبي به ترکيبات ساده‏تر تبديل مي‏شود:

2KNO3 → 2KNO2 + O2

4- واكنش جابه‌جايي يگانه :
دراين واكنش يك عنصر يا يون جايگزين عنصر يا يون ديگري در يك تركيب مي‏شود. اين واكنش به صورت زير مي‏باشد:

A + BC → AC + B

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Zn + 2AgNO3 → 2Ag + Zn (NO3)2

نکته:  هر هالوژن که در جدول تناوبی، بالاتر از هالوژن دیگر قرار داشته باشد (به غیر از فلوئور)، می‌تواند جانشین هالوژن پایین‌تر شده و آن را خارج نماید. اما عکس این قضیه صادق نمی‌باشد. یعنی، هالوژن پایین‌تر، در مقابل هالوژن بالاتر بی‌اثر خواهد بود:

انجام ناپذیر → I2 + 2NaCl

علت شرکت نکردن فلوئور در این واکنش‌ها این است که،‌واکنش فلوئور با آب بسیار شدید است، و از آن‌جا که این واکنش‌های در محیط آبی انجام می‌شود، فلوئور پیش از خارج کردن هالوژن‌ پایین‌تر از خود، با آب وارد واکنش می‌شود.

F2 + H2O → HF + 1/2 O2

5- واكنش جابه‌جايي دوگانه:
واكنشي است كه در آن، جاي دو اتم يا يون در دو ماده باهم عوض مي‏شود. اين واكنش به صورت زير نشان داده مي‏شود:

AB + CD → AD + CB

HCl + NaOH → NaCl + H2O

واکنش يک اسيد و يک باز. در اثر اين واکنش، نمک و آب توليد خواهد شد. که بر حسب قدرت اسيد و باز نمک توليدي يا اسيدي خواهد بود و يا بازي.

این مقاله را در سایت باشگاه نانو هم می توانید مطالعه کنید