Chemische reacties

Tijdens een chemische reactie gaan atomen of moleculen chemische bindingen aan en/of worden er chemische verbindingen verbroken. De beginproducten van een reactie worden reagentia genoemd, en de eindproducten worden reactieproducten genoemd. Er zijn verschillende soorten chemische reacties. Zo zijn er reacties waarbij energie vrijkomt (exotherm), en reacties waar energie voor nodig is (endotherm). Hieronder worden de basisprincipes van een chemische reactie uitgelegd.

Reactiesnelheid

De reactiesnelheid van een bepaalde stof geeft aan hoeveel van een stof verdwijnt of ontstaat in een bepaalde tijd. De reactiesnelheid wordt gegeven in mol per L/s. Dit betekent: de hoeveelheid stof (in mol), die per Liter in 1 seconde ontstaat of verdwijnt. De reactiesnelheid hangt af van een aantal factoren, zoals: de soort stof, de temperatuur, de concentratie van de stoffen, de verdelingsgraad van de stof, de katalysator. Deze factoren zullen hieronder uitgelegd worden.

Factoren die van invloed zijn op de reactiesnelheid

• De temperatuur: over het algemeen geldt, dat bij een verhoging van het mengsel met 10 C, de reactie 2-3 keer zo snel verloopt.
• De concentratie van de stoffen: hoe groter de concentratie van (een van) de stoffen is, des te sneller zal de reactie verlopen. Dit principe wordt bij 'het botsende-deeltjes model' verder uitgelegd.
• De verdelingsgraad: Hoe groter het oppervlak van de stof is, des te meer ruimte is er om te reacties aan te gaan, en de stof zal dus een hogere reactiesnelheid krijgen. Ook dit principe zal hieronder verder worden uitgelegd.
• De katalysator: een katalysator is een stof die ervoor kan zorgen dat een stof sneller reageert, zonder dat de stof zelf verbruikt wordt. De katalysator verlaagt de activeringsenergie (de energie die nodig is om de reactie te laten verlopen).

Het botsende-deeltjes model

Als twee stoffen bij elkaar worden gevoegd, zullen de (voortdurend bewegende) deeltjes automatisch tegen elkaar aan gaan botsen. Als twee of meer moleculen tegen elkaar aan botsen, kan er een hergroepering van atomen optreden. Echter niet alle botsingen hebben dit resultaat tot gevolg, bij slechts een deel van de botsingen kan worden gesproken over een effectieve botsing. Hoe groter het aantal botsingen per seconde, des te groter is het aantal effectieve botsingen, en de reactie zal dus sneller verlopen.

Concentratie van de reagerende deeltjes

Als de concentratie van de reagerende deeltjes wordt verhoogd zal het aantal botsingen per seconde, en daarmee dus ook het aantal effectieve botsingen per seconde, toenemen. Als er zich meer deeltjes in een bepaald volume bevinden, zal de kans immers groter worden dat ze een keer tegen elkaar aan botsen. Dit geldt overigens alleen voor homogene systemen. Homogene systemen zijn systemen waarin de deeltjes gelijkmatig zijn verdeeld, zoals in een gas of in een oplossing.

Als de twee gassen of oplossingen bij elkaar worden gevoegd, is de concentratie van de reagerende deeltjes maximaal: er zijn immers nog geen andere stoffen ontstaan. Naarmate de reactie verder verloopt, zal de concentratie van de reagerende deeltjes steeds meer afnemen, tot de concentratie van een of meer van de stoffen bijna nul is. De reactiesnelheid is dus aanvankelijk erg groot, maar neemt daarna snel weer af, tot het bijna nul is.

De verdelingsgraad

In tegenstelling tot de concentratie van de stoffen, die alleen van toepassing is op oplossingen en gasmengsels, is de verdelingsgraad vooral van toepassing op vaste stoffen of andere stoffen met een grensvlak. De stoffen kunnen uitsluitend op het grensvlak reageren, en de reactiesnelheid zal dus toenemen naarmate het oppervlak van de stof toeneemt.
Een reactie met een vaste stof kan worden versneld door de stof te verpoederen, omdat het oppervlak van de stof dan veel groter is.

De temperatuur

Bij een temperatuurverhoging gaan de deeltjes sneller bewegen. Dit verhoogd de kans dat de deeltjes tegen elkaar aan botsen. Bovendien zullen de deeltjes met een veel grotere kracht tegen elkaar aan botsen (ze bewegen immers sneller), waardoor het aantal effectieve botsingen ook nog toeneemt.