تفاعلات التأكسد والاختزال
تُعد تفاعلات الأكسدة والاختزال أو تفاعلات الأكسدة والإرجاع (بالإنجليزية: Oxidation-Reduction Reactions) من أكثر أنواع التفاعلات الكيميائية شيوعاً في حياتنا اليومية، وتحدث هذه التفاعلات في الكثير من الوظائف الحيوية الأساسية؛ مثل التنفس، والبناء الضوئي، وغيرها من العمليات، إذ تُعتبر تفعالات كيميائية يُنقل فيها إلكترونات بين نوعين من المواد، وعليه يتغير عدد إلكترونات الجزيء؛ أو الذرة؛ أو الأيون سواء بفقد أو بكسب إلكترونات، وتتضمن معظم هذه التفاعلات عمليات نقل للاكجسين، أو الهيدروجين، أو الإلكترون.
تعتمد عملية الأكسدة على فقدان الإلكترونات ما يعني الزيادة في الشحنة الموجبة، بينما العكس يحدث في عملية الاختزال إذ يكتسب العنصر إالكترونات، مما يعني الزيادة في الشحنة السالبة، وفيما يأتي مثال على هذا التفاعل:
في التفاعل الكيميائي الآتي يتأكسد عنصر الزنك بفقده إلكترونين، ويحدث اختزال للنحاس بكسبه إلكترونين.
Zn Cu( 2) → Zn( 2) Cu
تُصنف التفاعلات الكيميائية بناءًا على عدّة عوامل أهمها طبيعة المواد الناتجة، والتغيرات التي تحدث للمواد المتفاعلة، ففي تفاعلات الأكسدة والاختزال يتغير عدد أكسدة الجزيء خلال التفاعل، إذ يفقد الجزيء أو يكسب إلكترونات إمّا بنقل الأكسجين، أو الهيدروجين، أو الإلكترون.
تفاعلات الاتحاد أو الضمّ
تفاعلات الاتحاد (بالإنجليزية: Combination Reactions) هي عبارة عن تفاعل يتحد فيه عنصرين مُختلفين أو أكثر لإنتاج عنصر جديد، وتُسمّى أيضاً بتفاعلات التصنيع أو التخليق لأن الناتج منها مادة جديدة، ومن الممكن أن يحدث التفاعل بين عنصرين أو أكثر؛ أو بين عنصر ومركب؛ أو بين مركّبين، وفيما يأتي مثال على هذا التفاعل:
اتحاد عنصر الصوديوم والكلور لإنتاج عنصر جديد وهو كلوريد الصوديوم (ملح الطعام)، والمعادلة الكيميائية كالآتي:
2Na Cl2 → 2NaCl
تفاعلات التفكك أو التحلل
تُعد تفاعلات التفكك (بالإنجليزية: Decomposition reaction) من التفاعلات البسيطة، إذ يتفكك فيه عنصر واحد إلى عنصرين أو أكثر، ويحدث هذا النوع من التفاعلات في حياتنا اليومية دون ملاحظة ذلك، مثل تحلل حمض الكربونيك في المشروبات الغازية، وفيما يأتي مثال على هذا النوع من التفاعلات:
يُوضّح التفاعل الكيميائي الآتي تفكك مركب بيروكسيد الهيدروجين إلى عنصرين ماء وأكسجين.
H2O2 → H2O O2
تفاعلات الإزاحة الأحادية
يُعبّر تفاعل الإزاحة الأحادية (بالإنجليزية: Single Replacement Reaction) عن تفاعل يحل فيه عنصر مكان عنصر آخر في مركب معين، لذلك يُسمّى أيضا بتفاعل الاستبدال، ويحدث هذا التفاعل دائمًا بين عنصر نقيّ وسائل مركّب، لإنتاج مركّب مائي وعنصر نقي آخر جديدان كما في المثال الآتي:
(s) AgNO3 (aq) Cu (s) → CuNO3 (aq) Ag
إذ يدل الرمز (s) على أن المادة صلبة (عنصر نقي)، ويدل الرمز (aq) على أن المركّب سائل، ونتيجةً لهذا التفاعل استُبدِل عنصر الفضة في السائل بالنحاس لينتج سائل مركب جديد وعنصر نقي جديد.
تفاعلات الإزاحة الثنائية
تحدث تفاعلات الإزاحة الثنائية (بالإنجليزية: Double Displacement Reaction) بين مركبين من المواد المتفاعلة، إذ يتم تبادل الأيونات بين المركبين لإنتاج مركبين جديدين، لذلك غالبًا ما يحدث هذا التفاعل بين المركبات الأيونية، وتتكون فيه روابط أيونية أو تساهمية بين المواد المتفاعلة بحيث تكون نفس الروابط أيضًا في المواد الناتجة، وعادة ما ينتج راسب من تفاعلات الإزاحة الثنائية، ويسمّى هذا النوع من التفاعلات أيضا بتفاعلات الاستبدال الثنائي أو تفاعلات التحلل الثنائي.
وينقسم هذا النوع من التفاعل إلى ثلاثة أنواع؛ تفاعلات الترسيب، وتفاعلات التعادل، والتفاعلات التي تؤدي إلى إطلاق الغازات، وفيما يأتي مثال على تفاعلات الترسيب:
(aq) AgNo3 NaCl → AgCl (s) NaNo3
في هذا التفاعل نتج راسب كلوريد الفضة عندما تفاعل كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) مع نترات الفضة.
تفاعلات التحلُّل المائي
يُعد تفاعل التحلل المائي (بالإنجليزية: Hydrolysis) من التفاعلات التي تعتمد على وجود الماء ضمن المواد المتفاعلة بصيغته الكيميائية (H2O)، وهو نوع من أنواع التفاعلات العكسيّة التي تتحد فيها المواد الناتجة لتعطي المواد المتفاعلة من جديد، إذ يصل التفاعل إلى التوازن الكيميائي، لذلك تكون المواد الناتجة في التفاعل مركبات متعادلة، ويحدث في هذا التفاعل تكسير الرابطة الكيميائية الموجودة في جزيء الماء لينقسم إلى أيون الهيدروجين وأيون الهيدروكسل (OH) بينما يكسر الماء رابطة المركب الكيميائي الآخر الموجود في المواد المتفاعلة.
تنقسم تفاعلات التحلل المائي إلى ثلاث أنواع: التحلل المائي للأملاح، والتحلل المائي للأحماض، والتحلل المائي للقواعد، ويشمل تفاعل التحلل المائي على مركبات عضوية خلال تفاعل الماء مع إستر حمض الكربوكسل، وتنشأ رابطة تساهمية بين ذرة الأكسجين الموجودة في جزيء الماء وذرة الكربون في الإستر، وفيما يأتي مثال على هذا التفاعل مع الإستر:
CH3COOCH3 H2O → CH3COOH CH3OH
إذ تفكك الماء إلى أيون هيدروجين ومجموعة الكربوكسل (OH) وتفكك الإستر أيضًا.
تفاعلات التعادل
يطلق مصطلح تفاعلات التعادل على تفاعلات الحمض والقاعدة (بالإنجليزية: Acid-Base Reactions)، ويوجد هذا التفاعل بكثرة في حياتنا اليومية وخاصةً في مواد التنظيف والطهي وغيرها، و تُصنّف الأحماض والقواعد إلى أحماض قوية أو ضعيفة وقواعد قوية أو ضعيفة،وعليه فإنّ تفاعل التعادل عبارة عن تفاعل حمض قويّ أو متوسط القوّة، مع قاعدة قويّة أو متوسطة القوّة لإنتاج ماء وملح كما في المثال الآتي:
HCL NaOH → NaCl H2O
حيث يُعتبر HCL حمض قويّ وNaOH قاعدة قويّة.
أما بالنسبة لماهية الحمض والقاعدة فإنه يوجد العديد من التعريفات التي تصفهم ولكن أهمها تعريفين هما تعريف العالم أرهينيوس (Arrhenius) وتعريف العالمين بروستيد ولوري (Brønsted and Lowry)، إذ ينص تعريف أرهينيوس على أنّ الحمض عبارة عن مادة تذوب في الماء لإنتاج أيونات (H )، بينما تُعتبر القاعدة مادة تذوب في الماء أيضًا لإنتاج أيونات الهيدروكسيد (OH-).
يُعتبر تعريف أرهينيوس للحمض والقاعدة محدود لأنّه ينطبق فقط على المواد التي توجد في المحلول المائي، لذلك يُعتبر تعريف بروستيد ولوري أشمل، إذ ينص على أنّ الحمض هو أي مادة تحتوي على ذرة هيدروجين واحدة على الأقل وعند التفاعل تنفصل لتعطي أنيون وبروتون (H ) في محلول مائي، وبالتالي فإنّ الحمض هي أي مادة تستطيع أن تمنح البروتون (H )، بينما القاعدة هي أي مادة تستقبل البروتون.
تتنوّع التفاعلات الكيميائية بين العناصر المُختلفة، فمنها تفاعلات التأكسد والإختزال التي تُعبّرعن فقدان أو اكتساب العناصر للإلكترونات، وتفاعلات الإتحاد التي تؤدي إلى إنتاج عناصر جديدة، وتفاعلات التفكك التي ت}دي إلى تحلل العناصر، وتفاعلات الإزاحة الأحدادية التي يُستبدل فيها عنصر بعنصر آخر، وتفاعلات الإزاحة الثنائية حيث تتبادل الأيونات بين المركبات لإنتاج مركّبات جديدة، وتفاعلات التحلل المائي التي تعتمد على وجود الماء في التفاعل، وتفاعلات التعادل حيث يتم إرسال بروتون من الحمض واستقباله في القاعدة، ويكونا ذائبين في محاليل مائية ليتمكنا من التفاعل وإنتاج ماء وملح.
