يعود مفهوم التفاعل الكيميائي إلى حوالي 250 عامًا ، فقد ظهر عند إجراء التجارب التي كانت تستخدم لتصنف المواد والعناصر و المركبات والنظريات التي تشرح فيها هذه العمليات ، وكان لتطور مفهوم التفاعل الكيميائي دورا أساسيا في نشأة علم الكيمياء ليصبح كما هو معروف اليوم .

ماهو التفاعل الكيميائي

هناك العديد من التفاعلات الكيميائية التي تحدث من حولنا ، حيث أن التفاعل الكيميائي ما هو إلا عملية تؤدي لحدوث تحول أو تغير في مادة ما أو عدة مواد معا مما ينتج عنه تكون مادة جديدة مختلفة ، وعندها نطلق اسم المواد المتفاعلة على المواد التي يحدث لها التحول أو التغير ، أما المادة الجديدة التي تنتج عن التفاعل تسمى بالمركب أو العنصر الكيميائي ، ويتم التفاعل الكيميائي عن طريق إعادة ترتيب مكونات المواد المتفاعلة من الذرات للحصول على المركب الجديد .

اساسيات التفاعلات الكيميائية

التفاعلات الكيميائية جزء لا يتجزأ من حياتنا من حرق الوقود وصهر الحديد وصناعة الزجاج و الفخار وتخمير البيرة و الجبن كلها أمثلة كثيرة لأنشطة تتضمن تفاعلات كيميائية كانت معروفة وتستخدم لآلاف السنين ، والتفاعلات الكيميائية موجودة بدءا من العمليات المعقدة في باطن الأرض حتى مايحدث في الغلاف الجوي و المحيطات ، كلها مجموعة واسعة من العمليات التفاعلية التي تحدث في جميع المنظومات الحية .

يجب التمييز بين التفاعلات الكيميائية والتغيرات الفيزيائية ، وتشمل التغيرات الفيزيائية تغيرات الحالة ، مثل ذوبان الجليد إلى ماء والمياه التي تتبخر إلى البخار ، ففي حالة حدوث تغيير مادي سوف تتغير الخصائص الفيزيائية للمادة ، ولكن تبقى هويتها الكيميائية كما هي بغض النظر عن حالتها الفيزيائية .

فإن الماء (H 2 O) هو نفس المركب ، حيث يتكون كل جزيء من ذرتين من الهيدروجين وذرة واحدة من الأكسجين ، وهي نفسها سواء كانت ثلج أو سائل أو بخار ، لكن مثلا الصوديوم ( Na ) عند تفاعله وقتها سيتم إعادة توزيع الذرات لإعطاء المواد الجديدة الهيدروجين الجزيئي (H 2 ) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) ، من خلال هذا نحن نعلم أن التغيير الكيميائي أو التفاعل قد حدث ، ووقتها لم يعد الصوديوم في صورته ، بل كون جيء آخر غريب عن حالته الأصلية .

يمكن أن يشتمل التفاعل على ذرات أو أيونات أو مركبات أو جزيئات ، يجب أن نتذكر أن التفاعل الكيميائي يمكن أن يحدث مع أي شيء طالما يحدث تغير كيميائي ، فإذا وضعت غاز الهيدروجين النقي (H 2 ) وغاز الأكسجين النقي في الغرفة ، فقد يستخدما في تفاعل لتكوين الماء (H 2)O) ، ومع ذلك ، يمكن لتلك الغازات خلال تفاعل كيميائي عنيف أن تنتج انفجار ضخم (طارد للحرارة) .

ردود الفعل الفردية غالبا ما تحدث كجزء من سلسلة أكبر من ردود الفعل ، عندما ينتج المصنع سكريات ، قد يكون هناك ما يصل إلى اثني عشر تفاعلًا كيميائيًا وفي النهاية إنشاء (توليفة) الجلوكوز (C 6 H 12 O6 ) من هذه الجزيئات .

انواع التفاعلات الكيميائية

هي التي يحدث فيها اتحاد مباشر بين عنصرين لإنتاج مركب آخر ، ومن أمثلتها اتحاد عنصر الكربون مع عنصر الأكسجين لتكوين مركب غاز ثاني أكسيد الكربون ، أو اتحاد الكلور والكالسيوم لتكوين كلوريد الكالسيوم ، وكذلك اتحاد الأكسجين والهيدروجين لتكوين الماء .

هذه التفاعلات هي عكس التفاعلات السابقة ففيها تتحلل المركبات إلى عناصر أبسط منها ، ومثال عليها أكسيد الزئبق يتحلل إلى عنصري الأكسجين والزئبق ، وكذلك كلورات البوتاسيوم تتحلل إلى عنصري كلوريد البوتاسيوم والأكسجين .

فكما يظهر من اسمها يحدث استبدال للعناصر ، أي أن أحد عناصر المركب تستبدل بعنصر آخر مما يؤدي لتكون مركب جديد وعنصر ، ومن أمثلة تفاعلات الإحلال البسيط تفاعل الزنك مع كبريتات النحاسوز فينتج عن ذلك مركب كبريتات الزنك وعنصر النحاس ، وأيضا تفاعل الزنك مع حمض الكبريتيك ينتج عنه كبريتات الزنك وغاز الهيدروجين .

يحدث تفاعل الاحتراق عندما يتم دمج مركب مع الأكسجين لتكوين الماء وثاني أكسيد الكربون ، تفاعلات الاحتراق لها معدل تفاعل سريع وتنتج أطنان من الطاقة في شكل حرارة .

تحدث تفاعلات الإزاحة عندما يأخذ مركب واحد أو أكثر مادة من مركب آخر ، يمكن أن تحدث هذه كإزاحة واحدة ، حيث يتم إخراج مادة واحدة فقط ، أو إزاحة مزدوجة حيث يتم تبديل مادتين .

هذا النوع من التفاعل هو الذي يتضمن الضوء وفوتوناته ، ربما يكون التمثيل الضوئي أفضل تفاعل كيميائي ضوئي معروف.

تفاعلات الاكسدة والاختزال

سيكون حديثنا اليوم أكثر تركيزا عن تفاعلات الأكسدة والاختزال وكيف تتم ، حيث تسمى تفاعلات أكسدة – اختزال (Redox reaction ) أو ( oxidation-reduction reaction ) ، وهي عبارة عن تفاعلات كيميائية يقوم فيها أحد الإلكترونات في جزيء أو مركب ما ( أو أكثر من إلكترون ) بالانتقال إلى جزيء أو مركب آخر ، فالأكسدة هي أن تفقد الذرة أو يفقد الجزيء بعض الإلكترونات مما يؤدي لزيادة الشحنة الموجبة أو نقص الشحنة السالبة ، والاختزال هو اكتساب هذه الإلكترونات التي فقدها الجزيء مما يؤدي لنقص لشحنة الموجبة أو زيادة الشحنة السالبة ، وبالتالي يمكننا أن نصف الأكسدة لعنصر ما بزيادة عدد أكسدته ، فيكون الاختزال هو النقص في عدد أكسدته ، ويمكن تعريف الأكسدة بشكل آخر بأنها أحد العمليات الكيميائي التي تؤدي لزيادة معدلات الأكسجين في المادة أو إنقاص معدلات الهيدروجين ، بينما الاختزال هو أحد العمليات الكيميائية التي تؤدي لتناقص معدلات الأكسجين وتزايد معدلات الهيدروجين .

العامل المختزل هو عبارة عن مادة تقوم إما بنزع الأكسجين أو منح الهيدروجين أثناء حدوث التفاعل الكيميائي ، أما العامل المؤكسد فهو عكس ذلك ، حيث أنه عبارة عن مادة تقوم إما بمنح الأكسجين أو نزع الهيدروجين أثناء حدوث التفاعل الكيميائي .

تحدث العديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال الواقعية في البيئة من حولنا ، ومن أمثلتها ما يلي :

التمثيل الضوئي في النباتات :حيث يتحد ثاني أكسيد الكربون والماء في وجود الضوء لتكوين الأكسجين والجلوكوز ، ويستخدم الجلوكوز في عملية التمثيل الضوئي لتغذية التفاعلات الأيضية للنباتات .

التنفس : في أثناء عملية التنفس تحدث العديد من عمليات الأكسدة والاختزال ، ففي أثناء هذا التفاعل يتأكسد الماء لتكوين الأكسجين ويتم اختزال ثاني أكسيد الكربون .

الاحتراق : يعتبر الاحتراق هو من أهم الأمثلة لتفاعلات الأكسدة والاختزال في الواقع ، حيث يعتبر حرق المواد العضوية واحتراق الهيدروكربونات في الوقود الأحفوري مثالا هاما على تفاعلات الأكسدة والاختزال ، يرتبط الأكسجين في الغلاف الجوي بالكربون والهيدروجين الموجود في المركب الذي يتم حرقه ، ويتم اختزال الأكسجين في الغلاف الجوي بينما تحدث الأكسدة للمركب الذي يتم حرقه .

التآكل : تعتبر عملية التآكل التي تحدث للمعادن مثالا آخرا لتفاعلات الأكسدة والاختزال في الحياة اليومية ، فعندما يلامس الماء الحديد على سبيل المثال يقوم الأكسجين الموجود في الماء بأكسدة الحديد ، مما يؤدي لإنتاج أيونات الهيدروجين الحرة ، والتي تتحد بدورها مع الأكسجين لإنتاج الماء ، وتتكرر الدورة مرة أخرى.