القسم ١ · مقدمة علم الكيمياء: الفروع والبيئة والطريقة العلمية والمادة وخواصها وتغيراتها وتفاعلاتها — الموضوع ٩ من ٩
التفاعلات الكيميائية وأنواعها
التفاعل الكيميائي عمليةٌ يُعاد فيها ترتيب ذرّات مادةٍ أو أكثر لإنتاج موادٍّ جديدة. ومؤشّرات حدوثه خمسة: تصاعُد غاز، تغيّر الرائحة، تكوّن راسب، تغيّر اللون، تغيّر درجة الحرارة. وتُكتب بمعادلةٍ موزونة تحقّق حفظ الكتلة، ويُرمز لحالات المواد بـ (s) صلبة، (l) سائلة، (g) غازية، (aq) محلولٌ مائي. وأهمُّ أنواعها:
| النوع | الصيغة العامة | مثال |
|---|---|---|
| تكوين (اتحاد) | A + B → AB | 2Na(s) + Cl₂(g) → 2NaCl(s) |
| تفكّك | AB → A + B | CaCO₃ → CaO + CO₂ |
| إحلال بسيط | A + BX → AX + B | F₂ + 2NaBr → 2NaF + Br₂ |
| إحلال مزدوج | AX + BY → AY + BX | 2HI + (NH₄)₂S → H₂S + 2NH₄I |
| احتراق | وقود + O₂ → CO₂ + H₂O | CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O |
- التكوين ينتج عنه مادةٌ واحدة، والتفكّك يبدأ بـمادةٍ متفاعلةٍ واحدة.
- تفاعل الإحلال المزدوج يكثر في المحاليل المائية، ومنه تفاعل حمض + قاعدة ⟶ ملح + ماء.
- الاحتراق يتميّز باتحاد المادة مع الأكسجين وانبعاث حرارةٍ وضوء (مثل CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O).
⚠ التمييز بين الإحلال البسيط والمزدوج: في البسيط يحلّ عنصرٌ واحد محلّ عنصرٍ في مركّب (A + BX)، أمّا في المزدوج فيتبادل مركّبان أيوناتهما (AX + BY).
دور سلسلة النشاط (لماذا يتوقّف تفاعلٌ ما؟)
يحدث الإحلال البسيط فقط إذا كان العنصر الحرّ أنشط من العنصر الذي سيحلّ محلّه، وفق سلسلة النشاط (من الأنشط إلى الأقلّ):
- الفلزات: Rb > K > Na > Li > Ca > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Pb > H > Cu > Ag > Au.
- الهالوجينات: F > Cl > Br > I.
ولذلك:
💡 في تفاعل الإحلال البسيط Zn(s) + NiCl₂(aq): الزنك أنشط من النيكل، فيزيحه ⟸ Zn(s) + NiCl₂(aq) → ZnCl₂(aq) + Ni(s).
المعادلات الأيونية
في التفاعلات داخل المحاليل المائية (وأكثرها إحلالٌ مزدوج) تُكتب الأيونات صراحةً:
- المعادلة الأيونية الكاملة: K⁺ + Cl⁻ + Ag⁺ + NO₃⁻ → K⁺ + NO₃⁻ + AgCl(s).
- الأيونات المتفرّجة: التي لم تشارك ويُحذف (هنا K⁺ و NO₃⁻).
- المعادلة الأيونية النهائية: Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s).
- الراسب هو المادة الصلبة الناتجة في المحلول؛ ومن التفاعلات المائية ما يصاعد غازًا (كتفاعل صودا الخبز فينتفخ العجين بـ CO₂).
تفاعلاتٌ في جسم الإنسان
- هضم الطعام في الجسم يُصنَّف من تفاعلات الإحلال (الاستبدال)؛ إذ تَحلّ مجموعاتٌ محلّ أخرى لتفكيك جزيئات الغذاء الكبيرة.
- في خلايا الدم الحمراء يتّحد أيون الهيدروجينكربونات (البيكربونات) HCO₃⁻ مع أيون الهيدروجين H⁺ مكوّنًا ثاني أكسيد الكربون CO₂ والماء H₂O (HCO₃⁻ + H⁺ ⟶ CO₂ + H₂O)، ويُطرَح CO₂ عبر الرئتين.