أنواع مختلفة من التفاعلات الكيميائية

تفاعلات الأكسدة والاختزال

تُعتبر تفاعلات الأكسدة والإرجاع (بالإنجليزية: Oxidation-Reduction Reactions) من أكثر التفاعلات الكيميائية شيوعاً في حياتنا اليومية. تنتشر هذه التفاعلات في العديد من العمليات الحيوية الأساسية مثل التنفس والبناء الضوئي. تعتمد هذه التفاعلات على نقل الإلكترونات بين مادتين مختلفتين، مما يؤدي إلى تغيير عدد الإلكترونات في الجزيء أو الذرة أو الأيون، سواء عن طريق فقد أو اكتساب الإلكترونات. وتتضمن غالبية هذه التفاعلات عمليات لنقل الأكسجين، أو الهيدروجين، أو الإلكترونات.

في عملية الأكسدة، يحدث فقد للإلكترونات مما يؤدي إلى زيادة الشحنة الموجبة، بينما في عملية الاختزال، يكتسب العنصر إلكترونات مما يؤدي إلى زيادة الشحنة السالبة. فيما يلي مثال يوضح هذا التفاعل:

في هذا التفاعل الكيميائي، يتأكسد عنصر الزنك من خلال فقده إلكترونين، بينما يتم اختزال النحاس باستقباله إلكترونين.

Zn + Cu(+2) → Zn(+2) + Cu

تصنف التفاعلات الكيميائية بناءً على عدة عوامل، من أهمها طبيعة المواد الناتجة، والتغيرات التي تطرأ على المواد المتفاعلة. في تفاعلات الأكسدة والاختزال، يتغير عدد الأكسدة للجزيء أثناء التفاعل، إذ يفقد الجزيء أو يكتسب إلكترونات إما من خلال نقل الأكسجين أو الهيدروجين أو الإلكترونات.

تفاعلات الاتحاد

تُعرف تفاعلات الاتحاد (بالإنجليزية: Combination Reactions) بأنها تفاعلات يحدث فيها اتحاد عنصرين أو أكثر لإنتاج مادة جديدة. تُسمى أيضًا بتفاعلات التصنيع أو التخليق، لأنها تؤدي إلى إنتاج مواد جديدة. يمكن أن يحدث هذا التفاعل بين عنصرين، أو عنصر ومركب، أو بين مركبين. إليكم مثال يوضح هذا النوع من التفاعل:

اتحاد عنصر الصوديوم مع الكلور ينتج مركب جديد هو كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) كما هو موضح في المعادلة الكيميائية التالية:

2Na + Cl2 → 2NaCl

تفاعلات التفكك

تُعتبر تفاعلات التفكك (بالإنجليزية: Decomposition Reactions) من التفاعلات البسيطة، حيث يتفكك عنصر واحد إلى عنصرين أو أكثر. يحدث هذا النوع من التفاعلات في حياتنا اليومية دون أن نلاحظ ذلك، مثل التحلل الذي يحدث لحمض الكربونيك في المشروبات الغازية. لاحظوا المثال التالي:

يظهر التفاعل الكيميائي أدناه تفكك مركب بيروكسيد الهيدروجين إلى كل من الماء والأكسجين.

H2O2 → H2O + O2

تفاعلات الإزاحة الأحادية

تصف تفاعلات الإزاحة الأحادية (بالإنجليزية: Single Replacement Reactions) استبدال عنصر بعنصر آخر في مركب معين. يُطلق على هذه التفاعلات أيضًا اسم تفاعلات الاستبدال. غالبًا ما يحدث هذا التفاعل بين عنصر نقي ومركب سائل، مما يؤدي إلى إنتاج مركب سائل جديد وعنصر نقي. إليكم المثال التالي:

(s) AgNO3 (aq) + Cu (s) → CuNO3 (aq) + Ag

حيث يشير الرمز (s) إلى أن المادة صلبة (عنصر نقي)، والرمز (aq) يعني أن المركب سائل. من خلال هذا التفاعل، تم استبدال عنصر الفضة في السائل بالنحاس مما أدى إلى إنتاج مركب سائل جديد وعنصر نقي جديد.

تفاعلات الإزاحة الثنائية

تحدث تفاعلات الإزاحة الثنائية (بالإنجليزية: Double Displacement Reactions) بين مركبين من المواد المتفاعلة، حيث يتم تبادل الأيونات بين المركبين لإنتاج مركبين جديدين. يحدث هذا التفاعل عادةً بين المركبات الأيونية، حيث تُكون روابط أيونية أو تساهمية بنفس الشكل في المواد الناتجة. في الغالب، ينتج عن هذا النوع من التفاعلات راسب. تُعرف هذه التفاعلات أيضًا بتفاعلات الاستبدال الثنائي أو تفاعلات التحلل الثنائي.

يمكن تقسيم هذا النوع من التفاعل إلى ثلاثة أنواع: تفاعلات الترسيب، وتفاعلات التعادل، والتفاعلات التي تؤدي إلى إطلاق الغازات. وإليكم مثال على تفاعلات الترسيب:

(aq) AgNO3 + NaCl → AgCl (s) + NaNO3

في هذا التفاعل، تم إنتاج راسب كلوريد الفضة عندما تفاعل كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) مع نترات الفضة.

تفاعلات التحلل المائي

تُعد تفاعلات التحلل المائي (بالإنجليزية: Hydrolysis) تلك التفاعلات التي تعتمد على وجود الماء في المواد المتفاعلة بصيغته الكيميائية (H2O). تُعتبر هذه التفاعلات نوعًا من التفاعلات العكسية، حيث تتحد المواد الناتجة لإعادة تكوين المواد المتفاعلة. تصل هذه التفاعلات إلى حالة التوازن الكيميائي، مما يجعل المواد الناتجة مركبات متعادلة. في هذه التفاعلات، يحدث كسر للرابطة الكيميائية الموجودة في جزيء الماء، مما ينتج أيون الهيدروجين وأيون الهيدروكسيد (OH)، بينما يقوم الماء بتكسير الرابطة في المركب الكيميائي الآخر الموجود في المواد المتفاعلة.

تُقسم تفاعلات التحلل المائي إلى ثلاثة أنواع: التحلل المائي للأملاح، والتحلل المائي للأحماض، والتحلل المائي للقواعد. تشمل هذه التفاعلات مركبات عضوية خلال تفاعل الماء مع إستر حمض الكربوكسل، حيث تتكون رابطة تساهمية بين ذرة الأكسجين في جزيء الماء وذرة الكربون في الإستر. إليكم مثال على تفاعل مع الإستر:

CH3COOCH3 + H2O → CH3COOH + CH3OH

حيث ينفصل الماء إلى أيون هيدروجين ومجموعة الكربوكسل (OH)، في حين يتفكك الإستر كذلك.

تفاعلات التعادل

تُعرف تفاعلات التعادل على أنها تفاعلات بين الأحماض والقواعد (بالإنجليزية: Acid-Base Reactions)، وتظهر هذه التفاعلات بشكل ملحوظ في الحياة اليومية، خاصةً في مستحضرات التنظيف والطهي. تُصنف الأحماض والقواعد إلى أحماض قوية أو ضعيفة وقواعد قوية أو ضعيفة. وبالتالي، يحدث تفاعل التعادل بين حمض قوي أو متوسط القوة وقاعدة قوية أو متوسطة القوة لإنتاج الماء وملح، كما هو موضح في المثال التالي:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

حيث يُعتبر HCl حمضًا قويًّا وNaOH قاعدة قوية.

أما بالنسبة لتعريف الحمض والقاعدة، فتوجد العديد من التعريفات، ولكن أكثرها شيوعًا هما تعريف العالم أرهينيوس (Arrhenius) وتعريف العالمين بروستيد ولوري (Brønsted and Lowry). يُشير تعريف أرهينيوس إلى أن الحمض هو مادة تتفاعل في الماء لإنتاج أيونات (H+)، بينما تُعتبر القاعدة مادة تنتج أيونات الهيدروكسيد (OH-).

ومع ذلك، يُعتبر تعريف أرهينيوس محدودًا، لأنه ينطبق فقط على المواد في المحاليل المائية، لذا يُعتبر تعريف بروستيد ولوري أشمل، حيث يُعرف الحمض بأنه أي مادة تحتوي على ذرة هيدروجين واحدة على الأقل، وعند التفاعل، تنفصل لتعطي أنيون وبروتون (H+) في محلول مائي. وبالتالي، فإن الحمض هو أي مادة يمكن أن تمنح بروتونًا (H+)، بينما القاعدة هي أي مادة تستقبل البروتون.

تتنوع التفاعلات الكيميائية بين العناصر المختلفة، بما في ذلك تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تعبر عن فقدان أو اكتساب العناصر للإلكترونات، وتفاعلات الاتحاد التي تؤدي إلى إنتاج مواد جديدة، وتفاعلات التفكك التي تؤدي إلى تحلل المواد، وتفاعلات الإزاحة الأحادية حيث يُستبدل عنصر بآخر، وتفاعلات الإزاحة الثنائية التي تتبادل فيها الأيونات بين المركبات لتكوين مواد جديدة، وتفاعلات التحلل المائي التي تعتمد على وجود الماء، وأخيرًا تفاعلات التعادل حيث يُنتقل البروتون من الحمض إلى القاعدة، مع توفرها في محلول مائي لتفاعلها وإنتاج الماء والملح.