Soorten chemische reacties

Leg een koperdraad in zilvernitraatoplossing: er groeien zilverkristallen op en de vloeistof wordt blauw. Koper heeft met zilver van plaats gewisseld.

Er zijn miljoenen reacties bekend, maar de meeste volgen enkele vaste patronen. Als je die leert, kun je producten voorspellen voordat je ze ziet. Sommige leerboeken delen reacties in naar wat er met formules gebeurt: samenvoegen, splitsen of uitwisselen. Andere kijken naar de deeltjes: vaste stoffen vormen, protonen overdragen of elektronen overdragen. De indelingen overlappen, en het helpt om beide te kennen.

Samenvoegen en splitsen

Bij een synthese of samenvoegingsreactie vormen twee of meer stoffen één product: A + B → AB. Stikstof en waterstof vormen ammoniak, N₂ + 3H₂ → 2NH₃, de industriële bereidingswijze. IJzer en zuurstof vormen ijzer(III)oxide. Bij een ontledingsreactie gebeurt het omgekeerde: één stof splitst in twee of meer stoffen, AB → A + B. Waterstofperoxide ontleedt langzaam in water en zuurstof, 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂. Kalksteen ontleedt bij verhitting in een oven in ongebluste kalk en koolstofdioxide.

Partners uitwisselen

Bij een enkelvoudige verplaatsing neemt een element in een verbinding de plaats van een ander in: A + BC → AC + B. Kopermetaal in zilvernitraatoplossing is het klassieke voorbeeld: Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag. Koperatomen worden blauwe koperionen in de oplossing, terwijl zilverionen als metaal neerslaan. Magnesium in zoutzuur vervangt waterstof en bruist: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂.

Bij een dubbele verplaatsing wisselen twee verbindingen partners uit: AB + CD → AD + CB. Meng heldere oplossingen van zilvernitraat en natriumchloride en er ontstaat onmiddellijk een witte vaste stof, doordat zilverchloride niet in water oplost: AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃. Zo’n reactie die uit oplossingen een vaste stof vormt, heet een neerslagreactie. Chemici voorspellen ze met oplosbaarheidsregels: korte lijsten van ionverbindingen die wel of niet oplossen.

Verbranden, neutraliseren en elektronen overdragen

Bij een verbranding reageert een brandstof snel met zuurstof, waarbij warmte en meestal licht vrijkomen. Bevat de brandstof alleen koolstof en waterstof, of koolstof, waterstof en zuurstof, dan levert volledige verbranding koolstofdioxide en water op, zoals bij methaan, propaan en ethanol. Bij een neutralisatie reageert een zuur met een base tot zout en water: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Maagzuurtabletten werken zo op maagzuur; de cursus over zuren en basen behandelt dit uitvoerig.

Veel patronen hebben iets fundamentelers gemeen: elektronen gaan van de ene stof naar de andere. Reageert natrium met chloor, dan staat elk natriumatoom een elektron af en neemt elk chlooratoom er een op. Elektronen afstaan heet oxidatie, opnemen heet reductie. Omdat het ene niet zonder het andere kan, spreken we van oxidatie-reductiereacties of redoxreacties. Verbranding, roesten en enkelvoudige verplaatsing zijn redoxreacties. Neerslagvorming en neutralisatie niet, omdat geen element van oxidatiegetal verandert.