Hvad sker der, når kemiske bindinger bryder og der dannes nye bindinger?

Kemiske reaktioner bryder eksisterende molekylære kemiske bindinger, og der dannes nye bindinger som et resultat. Typiske kemiske reaktioner inkluderer forbrænding, reduktion og nedbør. Under disse kemiske reaktioner brydes de originale molekyler fra hinanden og danner nye bindinger til at producere forskellige materialer. Nogle gange er det nok at bringe to stoffer sammen, for at en kemisk reaktion kan begynde, men ofte kræves der en ekstern stimulans som opvarmning af stofferne. Hver kemiske reaktion er en kompleks interaktion mellem molekylær tiltrækning, energiniveau og eksterne påvirkninger.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Kemiske reaktioner skaber og bryder de kemiske bindinger mellem molekyler, hvilket resulterer i nye materialer som produkter fra den kemiske reaktion. Kemiske reaktioner kan forekomme spontant eller kræve en udvendig trigger, såsom et input af energi. Ved at bryde kemiske bindinger absorberes energi, mens der frembringes nye bindinger, frigøres energi, hvor den samlede kemiske reaktion er endotermisk eller eksoterm.
Kemiske obligationer og energiniveauer

Grundlaget for alle kemiske reaktioner er brud på bindinger, nedbrydning og oprettelse af bindinger eller syntese. Nedbrydning kræver energi, fordi de kemiske bindinger oprindeligt er stabile, og der kræves energi for at nedbryde dem. Molekylerne i bindingen har et lavere energiniveau end frie molekyler; tilføjelse af energi giver dem mulighed for at bryde fri.

Syntese frigiver energi, fordi molekylerne binder sig til en stabil konfiguration og derfor opgiver energi. De bundne molekyler har et lavere energiniveau end frie molekyler og holdes i den nye binding.

En samlet kemisk reaktion, der bryder bindinger og danner nye, kan være endotermisk (absorberende varme) eller eksoterm (frigiver varme), afhængigt af hvor meget energi der absorberes og produceres ved nedbrydning og syntesereaktioner. Nogle reaktioner producerer samlet set varme, mens andre enten absorberer varme fra deres omgivelser eller kræver tilsætning af udendørs varme for at afslutte reaktionen. Under normale forhold i stabile omgivelser har en kemisk reaktion brug for en ekstern stimulans for at starte.
Endotermiske reaktioner

Fordi det kræver energi at bryde kemiske bindinger og starte kemiske reaktioner, sker der få endoterme reaktioner af sig selv. Processen tager normalt et input af energi for at starte reaktionen og for at opretholde den. Selv reaktioner, der generelt er eksoterme, kan have brug for et input af energi i starten for at bryde nogle af bindingerne.

Nedbrydningsreaktioner er enkle endotermiske reaktioner og kræver et input af energi. For eksempel producerer opvarmning af kviksølvoxid kviksølv og ilt. Endotermiske reaktioner, der er mere komplicerede, kan finde sted, hvis de kan bruge varme fra deres omgivelser. For eksempel reagerer det faste stof bariumhydroxid og ammoniumchlorid i en endoterm reaktion ved stuetemperatur til frembringelse af bariumchlorid og ammoniak ved en meget koldere temperatur. Reaktionen tager varme fra selve materialerne, deres beholder og den omgivende luft.
Eksoterme reaktioner

Reaktioner, der genererer et overskud af varme generelt er mere almindelige, fordi de har tendens til at være selvbærende. Syntesereaktioner producerer varme, så de ikke har brug for en ekstern varmekilde for at fortsætte. For eksempel tilføjer en lille mængde natrium til vand natriumhydroxid og brint i en eksplosiv eksoterm reaktion. Reaktionen starter spontant og fortsætter, indtil en af reaktanterne er opbrugt. Det producerer normalt så meget varme, at brintet brænder med luftens ilt for at danne vand.

Komplekse reaktioner, der er afhængige af både brud og dannelse af kemiske bindinger, har ofte brug for en ekstern energiindgang for at starte, men er derefter selv- opretholdende. For eksempel kræver forbrænding af carbonhydrider en varmekilde for at bryde de første par bindinger. Materialer, der indeholder kulbrinter, såsom træ eller fyringsolie, har typisk brug for en tændstik eller en gnist for at nedbryde nogle af bindingerne. Når dannelsen af nye bindinger med produktion af varme starter, fortsætter reaktionen og producerer kuldioxid og vanddamp.

Mange almindelige industrielle og kommercielle processer er afhængige af kemiske reaktioner, især eksoterme, selvbærende. Hvor nyttige de er, og hvor meget arbejde de udfører, afhænger af den slags materialer, der reagerer, og de kemiske bindinger, der bryder og reformeres.