VISSZAFORDÍTHATATLAN REAKCIÓ: JELLEMZŐK ÉS PÉLDÁK - KÉMIA - 2025

Egy irreverzibilis reakció az, amely gyakorlatilag nem éri el az egyensúlyt, és ezért az összes reagens terméké alakul. Azt állítják, hogy csak egy irányban fordul elő: balról jobbra, mivel a termékek nem képesek rekombinálni a reagensek újbóli kiindulására.

Manapság számos elmélet és szempontból meg lehet magyarázni a kémiai reakció visszafordíthatatlanságát. A legegyszerűbb megközelítés figyelembe veszi a reagensek instabilitását, a termékek stabilitását, vagy ha gázok vagy szilárd anyagok képződnek, amelyek elmenekülnek a reakcióközegtől vagy elkülönülnek attól.

A visszafordíthatatlan reakciók napi szinten nagyon gyakoriak. Ha olyan változásokat tapasztalunk környezetünkben, amelyekben a hatásaik visszafordítása érdekében vissza kell térni az idővel, akkor minden bizonnyal ilyen típusú kémiai reakciók lesznek. Például egy sütemény önmagában nem tér vissza eredeti állapotába: az összetevők.

A visszafordíthatatlan reakció termékei azonban olyan reakciókon menhetnek keresztül, amelyek reaktívvá teszik őket. Ez a rozsda esete, amely erőteljes redukáló szerekkel kezelve visszanyerheti az abban található fémvasat.

A visszafordíthatatlan reakciók jellemzői

Torta vagy torta elkészítése számos visszafordíthatatlan reakciót tartalmaz, amelyek egyszerre zajlanak. Forrás: Pxhere.

Általános kémiai egyenlet

Bármely visszafordíthatatlan reakciót egyszerű kémiai egyenlettel reprezentálhatjuk, feltételezve, hogy két reaktív faj, az A és a B vesz részt:

A + B => C + D

Az A és B visszafordíthatatlanul reagál, hogy C és D. váljanak. Nincs hely az egyensúly kialakulásához. Ami nem reagál, és mi nem regenerálódik, önmagában a reakció végrehajtása miatt, vagy azért, mert az egyik reagens elfogyott.

Vegye figyelembe, hogy az egyes reagensekben vagy termékekben (szilárd, gáz vagy folyadék) az aggregáció állapota nincs meghatározva.

Vannak olyan reakciók, amelyekben elhanyagolható mennyiségű C és D rekombinálódik kémiai természetük miatt az A és B regenerálására. Ha ez egyensúlyi helyzetben történik, azt mondják, hogy nagyon messze van jobbról; vagyis a termékek kialakulása felé.

Csak ezekben az esetekben nincs bizonyosság azt állítani, hogy a feltételezett reakció kétségtelenül visszafordíthatatlan. Ilyen helyzet azonban általában nem fordul elő rendszeresen olyan reakciók során, amelyek túlságosan markáns változásokat mutatnak.

Kémiai változások

Ez nem általános, sem végleges szabály, de a visszafordíthatatlan reakciók közül néhány figyelemre méltó kémiai változásokat idéz elő. Például az erősen exoterm reakciókat alapvetően visszafordíthatatlannak tekintik, tekintettel a felszabaduló hő és fény formájában lévő energiamennyiségre.

Ugyanez az érvelés érvényes, amikor egy gáz megjelenését figyeljük meg, vagy buborékolódik a folyadékban, vagy szivárog a szilárd anyag pórusaiból. Ha ez a gáz kilép a reakcióközegből, lehetetlen részt venni az egyensúly kialakításában; vagyis nem reagál a reagensek egyikének regenerálására.

Hasonlóképpen, a szilárd anyag vagy csapadék képződése azonnal azt jelenti, hogy a reakció visszafordíthatatlan, mivel csak a felülete továbbra is érintkezésbe kerül a reakcióközeggel. És ha ez a szilárd anyag nagyon stabil szerkezetű, akkor sokkal kevésbé vesz részt az egyensúlyban (az oldhatóság kivételével), mivel a részecskék korlátozottak lesznek.

Másrészt nem mindig számíthat a színváltozásokra. Számos reakció, ahol ezeket látják, valójában visszafordítható, és előbb vagy utóbb a változás megfordul.

Stabil termékek és instabil reagensek

A visszafordíthatatlan reakciók általánosabb jellemzője, hogy a képződött termékek sokkal stabilabbak, mint a reakcióban résztvevő reagensek. Ez magyarázza, hogy a C és D miért nem akarja "újra" rekombinálni az A és B regenerálására, mivel az utóbbiak instabil fajok.

Az említett stabilitás megjósolható a termékek szerkezetének ismeretével, az új kötések erősségének és stabilitásának ismeretében, vagy akár egy molekuláris mechanizmus segítségével, amely a reakció egymást követő lépéseit mutatja be.

Látható visszafordíthatóság

Van olyan visszafordíthatatlan reakció, amely gyakorlatilag időt igényel a visszaforduláshoz, hogy a reagensek újra kialakuljanak. Vagy inkább, mint reakciók, változások vagy folyamatok, amelyek egy sorozatot érintnek. Ennek oka az, hogy nem egy reakció megfordításáról szól, hanem sokról és azonnal. Például: a gyümölcsök bomlása.

Más visszafordíthatatlan reakciók viszont megfordíthatók, ha termékeiket más fajokkal való reakcióra készítik. Hasonlóképpen vannak olyan reakciók, amelyek "fordított változatban" különböző folyamatok vagy mechanizmusok útján fordulnak elő. A legismertebb példa a sejtek légzése és a fotoszintézis, azzal a különbséggel, hogy ez utóbbi kihasználja a napenergia előnyeit.

Példák

Az irreverzibilis reakciók néhány reprezentatív példáját az alábbiakban említjük.

Az oxidációt

Az oxidáció szempontjából az anyag visszafordíthatatlanul történik, hacsak nem érintkezik redukáló szerekkel. Amikor a fémek oxidálódnak, egy felületükön oxidréteg lép fel, amely nedvesség és szén-dioxid lerakódásakor a sók mellett korróziós folyamatot indít.

A fém-oxid nem szétszóródik a semmiből, hogy a fém újra keletkezzen, és hagyja, hogy az oxigén gáz kilépjen.

Az égés

Valamennyi szerves anyag, amely erőteljesen reagál az oxigénnel, égésre kerül, és gáznemű oxidok és hamu szabadul fel belőle. Ezek az oxidok, lényegében CO ₂, H ₂ O, NO ₂ és SO ₂ soha nem rekombinálódnak a kiindulási molekulák kialakításához. Ez a helyzet a műanyagok, szénhidrogének, fa, növényi és állati anyagok esetében.

Erős sav-bázis semlegesítés

Amikor egy erős sav és bázis reagál vagy semlegesül, a képződött fajok nem rekombinálódnak újra, hogy előállítsák őket. Például, NaOH és HCI reakciói a NaCl és a H ₂ O, mindkettő nagyon stabil faj:

NaOH + HCl => NaCI + H ₂ O

Ez a reakció visszafordíthatatlan, nincs helye annak ellenőrzésére, hogy a NaOH vagy a HCl egy része regenerálódott-e. Ugyanez vonatkozik más erős sav- és bázispárra.

Fémek oldódása

Amikor a fémek erős savakban oldódnak, sót, vizet és gázt képeznek. Például a rézet salétromsav támadja meg, hogy réz-nitrátot, vizet és nitrogén-dioxidot kapjon:

Cu + 4HNO ₃ => Cu (NO ₃) ₂ + 2H ₂ O + 2NO ₂

A kapott oldat kékes színű, és a réz részecskék soha nem jelennek meg varázslatosan, jelezve a fémréz képződését.

Szappanosítás

Végül elszappanosodási reakciónk van, amely visszafordíthatatlan; bár számos belső lépése megfordítható. Az eredetű szappanok nem kerülnek átalakításra zsírokba, amelyekből származnak; Még a kálium-hidroxid sem, a KOH, mint ilyen erős bázis, bármilyen egyensúlyi reakcióval regenerálható.

Irodalom

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
2. BBC. (2020). Mik a visszafordíthatatlan változások? Helyreállítva: bbc.co.uk
3. Khan Akadémia. (2020). Kémiai reakciók. Helyreállítva: khanacademy.org
4. Tény szörny. (2020). DK Tudomány: Kémiai reakciók. Helyreállítva: factmonster.com
5. Ginesa Blanco. (2019. október 16.). Igaz, hogy egyetlen kémiai reakció sem visszafordíthatatlan? Az ország. Helyreállítva: elpais.com