2.2 Kjemiske reaksjoner

Når stoffer forandrer seg

Du har sikkert sett det mange ganger: En jernspiker som har ligget ute i regnværet dekkes sakte av et brunt, flassende belegg. Et fyrverkeri eksploderer i en fargesprakende lysshow over nattehimmelen. Bakepulver blandes med eddik i et skoleforsøk, og det bobler vilt. Hva har alle disse hendelsene til felles?

De er alle eksempler på kjemiske reaksjoner. En kjemisk reaksjon er en prosess der ett eller flere stoffer omdannes til helt nye stoffer med helt nye egenskaper. Jern pluss oksygen fra luften blir til jernoksid (rust). Det er ikke lenger skinnende jern, og det er ikke lenger usynlig oksygen. Det er et helt nytt stoff.

Men dette er noe helt annet enn en fysisk forandring. Når du smelter en isbit, forandrer vannet seg fra fast til flytende form, men det er fortsatt vann. Ingen nye stoffer er dannet. Når du klipper et ark i to, har du to mindre ark, men stoffet er det samme. Ved en kjemisk reaksjon derimot, brytes bindinger mellom atomer og nye bindinger dannes. Resultatet er stoffer som ikke fantes før.

I dette kapittelet skal du lære hva kjemiske reaksjoner egentlig er, hvordan vi beskriver dem med reaksjonslikninger, og det viktige prinsippet om at atomer aldri forsvinner eller oppstår i en reaksjon.

Reaktanter og produkter

I kjemien bruker vi bestemte ord for å beskrive hva som skjer i en reaksjon. Stoffene som er med i starten, altså de som reagerer, kalles reaktanter (noen bruker også ordet utgangsstoffer). Stoffene som dannes i reaksjonen kalles produkter.

La oss se på et konkret eksempel. Når jern (Fe) reagerer med oksygen (O₂) fra luften, dannes jernoksid (Fe₂O₃), som vi kjenner som rust. Her er jern og oksygen reaktantene, og jernoksid er produktet.

Et annet eksempel er når karbon (C) brenner i oksygen (O₂). Da dannes karbondioksid (CO₂). Karbon og oksygen er reaktantene, karbondioksid er produktet.

Men hvordan vet vi at en kjemisk reaksjon faktisk har skjedd? Det finnes flere tegn på kjemisk reaksjon: Det kan dannes en gass (du ser bobler), det kan skje en fargeforandring, det kan bli varmt eller kaldt (temperaturendring), det kan dannes et bunnfall (et fast stoff som faller ut av en løsning), eller det kan komme lys eller lyd. Når du ser et fyrverkeri med lys, lyd og varme, er det kjemiske reaksjoner på sitt mest spektakulære!

Viktig: Ikke alle endringer du ser betyr at det har skjedd en kjemisk reaksjon. Når du løser salt i vann, ser det ut som saltet forsvinner, men det har bare blitt oppløst. Saltpartiklene er fortsatt der, bare fordelt mellom vannmolekylene. For å vite sikkert om en kjemisk reaksjon har skjedd, må du sjekke om det faktisk er dannet nye stoffer.

Reaksjonslikninger: Kjemiens språk

I stedet for å skrive lange setninger om kjemiske reaksjoner, bruker kjemikere et elegant system: reaksjonslikninger. En reaksjonslikning bruker kjemiske formler og symboler til å beskrive hva som skjer.

Den enkleste formen er en ordlikning:

jern + oksygen → jernoksid

Pilen (→) betyr «gir» eller «blir til». Reaktantene står til venstre, produktene til høyre.

Men kjemikere foretrekker å bruke kjemiske formler:

Fe + O₂ → Fe₂O₃

Her bruker vi det kjemiske symbolet for hvert grunnstoff (Fe for jern, O for oksygen) og små tall (subskript) som forteller hvor mange atomer av hvert slag som er i et molekyl. O₂ betyr at oksygenmolekylet består av 2 oksygenatomer bundet sammen. Fe₂O₃ betyr at jernoksid inneholder 2 jernatomer og 3 oksygenatomer.

Noen ganger angir vi også tilstanden til stoffene med bokstaver i parentes: (s) for fast stoff (solid), (l) for væske (liquid), (g) for gass, og (aq) for stoff løst i vann (aqueous).

For eksempel:

2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(l)

Dette forteller oss at hydrogengass reagerer med oksygengass og danner flytende vann. Tallene foran formlene (koeffisientene) forteller oss forholdet mellom stoffene, men det skal vi snakke mer om i neste avsnitt.

Balansering: Atomregnskapet må gå opp

Her kommer et av de viktigste prinsippene i all kjemi: loven om massebevarelse. Den sier at atomer verken kan oppstå eller forsvinne i en kjemisk reaksjon. Alle atomene du starter med må finnes igjen i produktene. Det betyr at en reaksjonslikning må være balansert, altså ha like mange atomer av hvert grunnstoff på begge sider av pilen.

La oss se på et eksempel. Hydrogen reagerer med oksygen og danner vann:

H₂ + O₂ → H₂O (ubalansert!)

La oss telle atomene. På venstre side har vi 2 H-atomer og 2 O-atomer. På høyre side har vi 2 H-atomer og bare 1 O-atom. Det mangler et oksygenatom! Det kan ikke være riktig, fordi atomer ikke bare forsvinner.

For å balansere likningen setter vi koeffisienter (tall foran formlene). Vi endrer ALDRI de små tallene i selve formelen, for det ville endre hvilke stoffer vi snakker om. Vi justerer bare koeffisientene.

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O (balansert!)

Nå har vi: venstre side: 4 H-atomer (2 × 2) og 2 O-atomer. Høyre side: 4 H-atomer (2 × 2) og 2 O-atomer (2 × 1). Perfekt! Like mange av hvert atom på begge sider.

Tips for balansering: Start med det grunnstoffet som forekommer i færrest formler. Balanser gjerne hydrogen og oksygen til slutt. Og sjekk alltid at du har like mange av hvert atom på begge sider når du er ferdig.

Typer kjemiske reaksjoner

Kjemiske reaksjoner kan deles inn i noen hovedtyper som det er nyttig å kjenne til.

Forbrenning er en av de vanligste. Når et stoff reagerer med oksygen og frigjør varme og lys, har vi en forbrenningsreaksjon. Når trevirke brenner, reagerer karbon og hydrogen i treet med oksygen og danner karbondioksid og vann. Stearinlyset på bordet er også en forbrenningsreaksjon! Forbrenning krever alltid tre ting: et brennbart stoff, oksygen og nok varme til å starte reaksjonen. Vi kaller dette branntrekanten.

Syntese (sammensetning) er når to eller flere stoffer slår seg sammen til ett nytt stoff. For eksempel: jern + svovel → jernsulfid. To enkle stoffer gir ett mer sammensatt stoff.

Dekomponering (nedbryting) er det motsatte: ett stoff brytes ned til to eller flere enklere stoffer. Når du varmer opp kalkstein (kalsiumkarbonat), brytes det ned til kalsiumoksid og karbondioksid.

Fortrengningsreaksjoner skjer når et mer reaktivt stoff bytter plass med et mindre reaktivt i en forbindelse. Hvis du legger en jernspiker i en kobbersulfatløsning (blå), vil jernet fortrengt kobberet fordi jern er mer reaktivt enn kobber. Løsningen blir grønn, og det legger seg et brunrødt lag av kobber på spikeren.

Alle disse reaksjonstypene følger loven om massebevarelse. Uansett type reaksjon: atomene omorganiseres, men forsvinner aldri.

Oppsummering

I dette kapittelet har vi lært om kjemiske reaksjoner, der stoffer omdannes til helt nye stoffer med nye egenskaper.

Vi skiller mellom kjemiske reaksjoner (nye stoffer dannes) og fysiske forandringer (samme stoff, bare annen form). Tegn på kjemisk reaksjon inkluderer gassdannelse, fargeforandring, temperaturendring, bunnfall og lys/lyd.

Reaktanter er utgangsstoffene, og produkter er de nye stoffene som dannes.

Reaksjonslikninger bruker kjemiske formler til å beskrive reaksjoner. Pilen (→) betyr «gir». Små tall i formelen (subskript) angir antall atomer i molekylet, mens koeffisienter foran angir antall molekyler.

Loven om massebevarelse sier at atomer verken oppstår eller forsvinner. Reaksjonslikninger må være balanserte med like mange atomer av hvert grunnstoff på begge sider. Vi balanserer ved å justere koeffisienter, aldri ved å endre formlene.

Viktige reaksjonstyper er forbrenning (stoff + oksygen → varme og lys), syntese (stoffer slår seg sammen), dekomponering (stoff brytes ned), og fortrengningsreaksjoner (et mer reaktivt stoff bytter plass med et mindre reaktivt).