Keemiline reaktsioon

Keemiline reaktsioon on protsess, mille käigus ühest või mitmest keemilisest ainest (lähteaine(te)st) tekib keemiliste sidemete katkemise ja/või moodustumise tulemusena üks või mitu uute omadustega keemilist ainet (saadust, produkti).

Erinevalt tuumareaktsioonidest, ei toimu keemilises reaktsioonis aatomituumade muutusi. Keemiaseadused, füüsikalise keemia ja füüsikaseadused võimaldavad teha stöhhiomeetria arvutusi, reaktsioonide tasakaalu, kineetika, soojusefektide ja termodünaamika arvutusi.

Reaktsioonivõrrand

 Pikemalt artiklis Reaktsioonivõrrand

 Pikemalt artiklis Stöhhiomeetria

Keemilist reaktsiooni kirjeldatakse reaktsiooni võrrandiga, mis näitab protsessis osalevaid lähteaineid ja lõpp-produkte. Vastavalt massi jäävuse seadusele saab võrrandi pooled võrdsustada, nii et mõlemal poolel on iga elemendi aatomeid võrdne arv. Täpsem reaktsiooni võrrand kajastab ka reaktsiooni mehhanismi: vaheastmeid ehk elementaarreaktsioone. Tasakaalulise reaktsiooni korral kasutatakse poolte vahel topeltnooli, millest üks näitab paremale, teine vasakule.

Orgaaniliste reaktsioonide korral, kui tekib kõrvalprodukte, võrrandi pooli ei võrdsustata ja poolte vahel kasutatakse üht noolt. Retrosünteesi (see on sünteesi planeerimine "tagurpidi" lähtudes soovitud lõppühendi struktuurist) võrrandites kasutatakse laia noolt.

Reaktsiooni mehhanism

 Pikemalt artiklis Reaktsiooni mehhanism

Keemilise reaktsiooni mehhanismi all mõistetakse reaktsiooni kulgemise viisi lähteainetelt produktidele. Mehhanism kirjeldab millised sidemed katkevad, millised tekivad, millises järjekorras sidemete katkemine/tekkimine toimub, millised vaheühendid tekivad ja kaovad, millised on üksikud elementaarreaktsioonid, nende kiirused, tasakaalud jne.

Reaktsiooni kiirus

 Pikemalt artiklis Keemiline kineetika

Keemilise reaktsiooni kiirus näitab kuidas reaktsiooni komponentide kontsentratsioon või rõhk ajas muutub. Reaktsiooni kiirus sõltub paljudest faktoritest. Sellega tegeleb keemiline kineetika.

Keemiline süntees

 Pikemalt artiklis Keemiline süntees

Keemiline süntees on vajaliku produkti saamiseks kasutatav keemiline reaktsioon või mitmete reaktsioonide jada koos vajalike keemiliste ja füüsikaliste protseduuride rakendamisega. Enamasti on tegu keerukamate keemiliste ühendite saamisega lihtsamatest ühenditest. Sünteesi tootlikkust näitab saagis, mis arvutatakse reaktsioonivõrrandi(te) ja stöhhiomeetria põhjal.

Reaktsioonide klassifikatsioon

Keemilisi reaktsioone võib klassifitseerida mitmete erinevate tunnuste põhjal.

1) Reaktsioonis osalevate ainete olemuse alusel

• anorgaaniline reaktsioon, milles osalevad anorgaanilised ained
• orgaaniline reaktsioon, milles osalevad orgaanilised ühendid või vähemalt põhikomponent on orgaaniline aine
• biokeemiline reaktsioon, need on eluslooduses toimuvad või neid imiteerivad reaktsioonid

2) Faasilise oleku alusel

• homogeenne reaktsioon, kui ained reageerivad samas faasis
• heterogeenne reaktsioon, kui ained reageerivad faaside piirpinnal
• reaktsioonid vedelfaasis (lahustes), tahkefaasis, gaasifaasis, plasmas
• sadestamisreaktsioon
• kemosorptsioon on gaasi, vedeliku neeldumine vedelikus või kogunemine tahke aine pinnale keemilise reaktsiooni tulemusena

3) Reaktsiooniga kaasneva energeetilise efekti põhjal

• eksotermilistes reaktsioonides vabaneb energiat, seega eraldub soojust (ΔH on negatiivne)
• endotermilistes reaktsioonides toimub soojuse neeldumine (ΔH on positiivne)

4) Reaktsiooni initsieerimisviisi alusel

• initsieerimisreaktsioon, protoneerimine
• termokeemiline reaktsioon, termolüüs
• katalüütiline reaktsioon, katalüüs, biokatalüüs, autokatalüüs
• fotokeemiline reaktsioon, fotosüntees, fotolüüs
• elektrokeemiline reaktsioon

5) Intermediaadi olemuse järgi

• radikaalreaktsioon, mida alustab keemilise sideme homolüütiline katkemine nii et mõlemale fragmendile jääb üks elektron
• polaarne ehk ioonreaktsioon, mida alustab keemilise sideme heterolüütiline katkemine nii et sideme elektronpaar läheb ühele fragmendile: elektrofiilne, nukleofiilne, karbokatioonne, karbanioonne reaktsioon

6) Reaktsiooni mehhanismi/tee järgi

• pöörduv reaktsioon, tasakaaluline reaktsioon
• pöördumatu reaktsioon
• ahelreaktsioon, liitumispolümerisatsioon, initsieerimine, ahela kasv, ahela ülekanne
• astmeline reaktsioonon üle aktiivse intermediaadi kulgev protsess
• intramolekulaarne reaktsioon ehk sisemolekulaarne reaktsioon
• monomolekulaarne reaktsioon, bimolekulaarne reaktsioon, trimolekulaarne reaktsioon
• kooskõlareaktsioon, peritsükliline reaktsioon - esineb sidemete kooskõlastatud ümberkujunemine ilma aktiivse intermediaadi moodustamiseta, nagu tsükkelliitumine, een-reaktsioon jt

7) Konkureerivate reaktsioonide alusel

• kõrvalreaktsioon on keemilises sünteesis esinev mittesoovitud protsess
• paralleelsed reaktsioonid
• konsekutiivsed reaktsioonid, see on esmase produkti edasireageerimine

8) Olulisemad reaktsioonitüübid keemilise muutuse iseloomu või produkti iseloomu põhjal

• asendusreaktsioon (sealhulgas S_N1, S_N2, S_E) , derivatiseerimine, hüdrolüüs, väljatõrjumisreaktsioon
• happe-aluse reaktsioon, neutralisatsioon
• ioonreaktsioon, ionisatsioonireaktsioon, ioonse kompleksi moodustumine
• intramolekulaarsed reaktsioonid: isomerisatsioon, ümbergrupeering ehk ümberasetusreaktsioon, tautomerisatsioon, tsüklisatsioon
• lagunemisreaktsioon, elimineerimisreaktsioon (sealhulgas E1, E2), fragmentatsioon, termolüüs, pürolüüs, elektrolüüs, biodegradatsioon, kääritamine
• liitumisreaktsioon (sealhulgas Ad_E), ühinemisreaktsioon, kondensatsioonireaktsioon, tsükloliitumine, sünteesireaktsioon
• polümerisatsioon, polükondensatsioon, oligomerisatsioon, telomerisatsioon, dimerisatsioon
• redoksreaktsioon, oksüdatsioon, reduktsioon, põlemine, keemiline plahvatus, korrosioon
• mitmekomponentne reaktsioon (multi-komponentne reaktsioon)
• kelaatumine

9) Seoses funktsionaalrühmade muutustega - vaata artiklit Orgaaniline reaktsioon

10) Produktide selektiivse moodustumise järgi

• selektiivne reaktsioon ehk valiv reaktsioon on selline, milles reagent annab produkti valikuliselt ühe ainega lähtesegus olevatest komponentidest. Siin on tegu kemoselektiivsusega. Selektiivseid reaktsioone kasutatakse keemilises analüüsis mingi ühendi määramiseks, aga ka sünteesis teatud komponendi eraldamiseks segust (näiteks Sommelet' reaktsioon)
• põhiliselt orgaaniliste reaktsioonidega on seotud regioselektiivsus, stereospetsiifilisus, stereoselektiivsus, enantioselektiivsus, diastereoselektiivsus

Vaata ka

• Nimelised reaktsioonid
• Keemiline kineetika
• Reaktsiooni mehhanism
• Keemiaseadused
• Reaktsioonikoordinaat
• Orgaaniline süntees
• Orgaaniline reaktsioon
• Siirdeseisund
• Biokeemia
• Keemiline tehnoloogia
• Konversioon (keemia)
• Termodünaamiline versus kineetiline kontroll
• Statsionaarne olek (keemia)
• Intermediaat
• Saagis (keemia)