Reakcja chemiczna to przemiana, w trakcie której z jednych składników układu (substratów) powstają inne składniki (produkty) o odmiennych właściwościach fizycznych i chemicznych.
Reagent (substancja reagująca) to substancja podlegająca reakcjom chemicznym. Reagentem można nazwać zarówno substrat, jak i produkt.
Podstawowy podział reakcji chemicznych
1. Reakcje syntezy, czyli łączenia się, zachodzą, gdy z kilku substratów powstaje jeden produkt. Schematycznie można to zapisać: X + Y → XY
Przykład: SO2 + H2O → H2SO4
2. Reakcje analizy, czyli rozkładu, zachodzą, gdy z jednego substratu powstaje kilka produktów. Schematycznie można to zapisać: XY → X + Y
Przykład: CaCO3 → CO2 + CaO
3. Reakcje wymiany zachodzą, gdy substraty wymieniają się pierwiastkami lub grupami pierwiastków. Wyróżniamy:
- Reakcje wymiany pojedynczej, czyli wypieranie przez bardziej aktywny pierwiastek pierwiastka mniej aktywnego ze związku chemicznego. Schematycznie można to zapisać: X + AB → XB + A
Przykład: 2 Na + MgCl2 → 2 NaCl + Mg
- Reakcje wymiany podwójnej, czyli reakcja dwóch związków chemicznych, w wyniku której powstają dwa nowe związki chemiczne. Schematycznie można to zapisać: XY + AB → XB + AY
Przykład: 2 NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H2O
Reakcja odwracalna to reakcje mające możliwość przebiegania w obie strony, tj. zarówno ze substratów w produkty, jak i z produktów w substraty. Przy zapisie takiej reakcji używa się symbolu dwóch strzałek: jednej skierowanej w prawo, drugiej w lewo. Uważa się, że wszystkie reakcje chemiczne są odwracalne, a ich przebieg zależy od warunków przeprowadzania reakcji. W mieszaninie poreakcyjnej zawsze znajdują się substraty oraz produkty o różnych stężeniach, a ich proporcje określa stała równowagi reakcji (K). Reakcje, które potocznie określa się jako nieodwracalne, to takie, które w określonych warunkach zachodzą z prawie 100% wydajnością (np. strącanie trudno rozpuszczalnych osadów). Należy unikać określenia „reakcja nieodwracalna”, zastępując je wyrażeniem „reakcja praktycznie nieodwracalna”.
Reakcje równoległe występują, gdy z jednych substratów, w wyniku reakcji chemicznej, równocześnie powstają różne produkty, które są w stosunku do siebie konkurencyjne. Czasem ilościowo jest więcej jednych produktów od drugich, wtedy mówi się o produktach głównych (i reakcji głównej) oraz o produktach ubocznych (i reakcji ubocznej).
Typy reakcji chemicznych
1. Reakcja substytucji (inaczej: reakcja podstawienia): Reakcja, w czasie której następuje wymiana atomu lub grupy atomów w jednej cząsteczce na inny atom lub grupę atomów pochodzących z innej cząsteczki. Ten typ reakcji jest często spotykany w chemii organicznej. Przykładem może być substytucja węglowodorów nasyconych fluorowcami:
CH3 – CH2 – CH3 + Br2 → CH3 – CH2 – CH2Br + HBr
W chemii organicznej rozróżnia się różne typy reakcji podstawienia ze względu na charakter odczynnika atakującego.
- Substytucja rodnikowa, gdy odczynnikiem atakującym jest rodnik. Przykładem jest substytucja węglowodorów nasyconych fluorowcami pod wpływem światła, które powoduje rozkład fluorowców na rodniki:
Cl2 Cl∙ + ∙Cl
CH3 – CH2 – CH3 + ∙Cl → CH3 – CH2 – CH2∙ + HCl
CH3 – CH2 – CH2∙ + ∙Cl → CH3 – CH2 – CH2Cl
- Substytucja nukleofilowa, gdy odczynnikiem atakującym jest nukleofil, czyli ujemny jon lub cząsteczka posiadająca wolną parę elektronową.
- Substytucja elektrofilowa, gdy odczynnikiem atakującym jest elektrofil, czyli dodatni jon lub cząsteczka posiadająca lukę elektronową. Przykładem substytucji elektrofilowej jest podstawienie atomów wodoru w pierścieniu aromatycznym innymi podstawnikami. Wyróżnia się podstawniki I rodzaju, które kierują następny podstawnik w pozycję orto (1,2-) oraz para (1,4-), np. grupy alkilowe, grupy aminowe, fluorowce, grupy hydroksylowe, oraz podstawniki II rodzaju, które kierują następny podstawnik w pozycję meta (1,3-), np. grupy karboksylowe, grupy nitrowe, grupy sulfonowe.
2. Reakcja addycji (inaczej: reakcja przyłączenia): Reakcja, w czasie której następuje przyłączenie jednej cząsteczki do drugiej kosztem zerwania wiązania wielokrotnego (zazwyczaj obniża się krotność tego wiązania). Przykładem może być reakcja addycji fluorowców do alkenów:
CH2=CH–CH3 + Cl2 → CH2Cl-CHCl-CH3
3. Reakcja eliminacji: Reakcja, w czasie której następuje podwyższenie krotności wiązania. Stanowi reakcję odwrotną w stosunku do reakcji przyłączania. Przykładem może być reakcja eliminacji alkoholu:
CH3-CH2OH → CH2=CH2 + H2O
