كل ما يحيط بنا من ماءٍ وهواءٍ ونباتٍ وجمادٍ، حتى الحيوانات والبشر كلُّها مؤلفةٌ من كمٍّ هائلٍ من وحداتٍ بنيويةٍ بالغة الصغر ندعوها بالجزيئات (Molecules)، وهذه الأخيرة مؤلّفةٌ من أجزاءٍ أصغر ندعوها بالذّرات (Atoms)، والتي تتفاعل مع بعضها البعض بأنواعٍ متعددةٍ من التفاعلات الكيميائية وفق نظامٍ خلقيٍّ معقّد لتشكّل لنا كوننا وعالمنا الواسع هذا بأدقِّ تفاصيله.

فما هي أنواع التفاعلات الكيميائية التي تحدث بين الذرّات؟ وكيف تحدث وبناءً على أي أساسٍ كيميائيٍّ؟ هذا في الواقع ما سنستعرضه في مقالنا هذا، مستفيضين في ذكر أنواع تلك التفاعلات الكيميائية التي تنشأ بين مختلف الجزئيات وفي مختلف الأوساط الفيزيائية.

التفاعلات الكيميائية

ما هي التفاعلات الكيميائية

التفاعل الكيميائي في تعريفه البسيط هو عمليةُ تغيير كيميائية جذرية أو شبه جذرية لمركّبٍ ما بحيث ينتج على إثر عملية التفاعل هذه مركّبٌ آخر مختلفٌ عن المركّب الأوليّ الذي بدأنا به. ولبُّ التفاعلات الكيميائية وأساسها هو حصول تفككٍ في الروابط الكيميائية المؤلِّفة للمركب (أو المركبات) المتفاعلة، ونشوء روابطٍ كيميائيةٍ جديدة بين الذرّات المؤلفة لتلك المركّبات.

فعلى سبيل المثال والتوضيح لدينا تفاعلُ الاحتراق (والذي يحدث عندما تشعل نارًا في بعض أنواع غازات الأفران) كالتالي:

C3H8 + 5O2 → 4H2O + 3CO2 + energy

    ما نلاحظه أن المركب الأول C3H8  كان مؤلّفًا من ذرتين هما الكربون C والهيدروجين H، أما الثاني فهو جزيء الأوكسجين المؤلف من ذرتين من الأوكسجين  O2. ونتيجة التفاعل الكيميائي بينهما حصلنا على مركبين جديدين تمامًا، هما الماء وغاز ثاني أوكسيد الكربون.

وما حدث هنا ببساطةٍ هو تفاعلٌ بين مركبين حصلنا على إثره على مركبين جديدين، هذا التفاعل ندعوه بالتفاعل الكيميائي.1

سننتقل الآن إلى أنواع التفاعلات الكيميائية المتنوّعة بين المركبّات المختلفة من حولنا.

أنواع التفاعلات الكيميائية

تفاعلات الأكسدة –إرجاع

تتضمن عملية الأكسدة والإرجاع تفاعلًا بين مكوّنين أحدهما نطلق عليه اسم المُرجِع (reducing agent) أما الآخر فهو العنصر المُؤكسِد ( oxidizing agent). ويشتمل التفاعل على انتقال إلكترون (وهو أحد المكونات الرئيسية للذرة والتي تُبنى على أساسه كل التفاعلات الكيميائية) واحد أو أكثر من المُرجع إلى المُؤكسد.

عند حدوث هذا التفاعل بين مركبين تزداد شحنة (الشحنة الموجبة الحقيقية) للعنصر المُرجع بسبب فقدانه للإلكترون السالب، في حين يكتسب العنصر المُؤكسد شحنةً سلبيةً عند التقاطه لذلك الإلكترون، مشكِّلين بذلك عنصرًا سالبًا وآخر موجبًا سرعان ما يتجاذبان مع بعضهما ليكونا مركّبًا واحدًا.

وكمثالٍ على ذلك تأكسد المغنيزيوم (Mg) واحتراقه بالأوكسجين (O2) ليشكل أوكسيد المغنيزيوم (MgO)، وهذا المركّب فيما لو حلّلناه فهو يتركّب من Mg­+2  و O-2. وأحد الأمثلة الأخرى الشائعة عن تفاعلات الأكسدة- إرجاع هو تشكل الصدأ الذي نعرفه على الحديد في الهواء الرطب، وصيغة التفاعل الكيميائي كالتالي:

2Fe + 2H2O + O2 → 2Fe(OH)2

في هذا التفاعل يحصل تأكسدٌ للحديد لينتج عنه هيدروكسيد الحديد (الصدأ). والجدير بالذكر أن تفاعلات الأكسدة-إرجاع هي أساس عمل البطاريات الكيميائية التي نعتمد عليها في مختلف نواحي حياتنا، ولسنا بصدد شرح كيفية توليد الكهرباء من التفاعل الكيميائي الحاصل فيها.2

تفاعلات الاتحاد أو الضمّ (Combination reaction)

في تفاعلات الضم يجتمع عنصران مختلفان أو أكثر متفاعلين مع بعضهما ليعطيا مركّبًا جديدًا واحدًا فقط. وتُعرف هذا النوع من التفاعلات الكيميائية أيضًا باسم التفاعلات التركيبية (synthesis reaction)، وتأخذ الصيغة التالية :

X + Y → XY

وكأحد الأمثلة البسيطة عن التفاعلات التركيبية لدينا تفاعل الصوديوم Na مع الكلور Cl لتشكيل ملح الطعام الذي نعرفه، وفق الآتي:

2Na + Cl2 → 2NaCl

تفاعلات التفكك (Decomposition reaction)

وهي بالمجمل عكس التفاعلات التركيبية التي ذكرناها سابقًا، إذ تتضمن تفكك مركبٍ مفردٍ إلى عناصر ومركبات أبسط. ويأخذ هذا الشكل من التفاعلات الكيميائية الصيغة التالية:

XY → X + Y

ويعتبر مركب حمض الكربونيك (H2CO3) مثالًا حيًّا على تفاعلات التفكك أو التحلل، وحمض الكربونيك هو أحد مكونات المشروبات الغازية، فعندما تقوم بفتح علبة المشروب تسمع خروج الهواء السريع، وهذا ناتجٌ عن خروج غاز ثنائي أوكسيد الكربون الناتج عن تفكك مركب حمض الكربونيك وفق المعادلة التالية:

H2CO3 → H2O + CO2

وعندما يتفكك مركبٌ ما على إثر تعريضه للحرارة عندها نطلق على ذلك التفاعل الكيميائي مصطلح تفاعل التفكك الحراري (thermal decomposition reaction).

تفاعلات الإزاحة أو الاستبدال الأحادية (Single displacement chemical reactions)

تشتمل هذه التفاعلات على أحد العناصر النشطة والتي تقوم بإزاحة (طرد) عنصرٍ آخر أقل نشاط كيميائي من مركبٍ آخر. ويأخذ هذا التفاعل الشكل التالي:3

A + B-C → A-C + B

والأمر المثير للاهتمام في هذا النوع من التفاعلات الكيميائية هي أن الأسبقية للتفاعل تكون للعناصر ذات النشاط الأكبر، فعلى سبيل المثال عند وضع قطعةٍ من معدن الزنك Zn في محلول كبريتات النحاس CuSO4 ، فما نلاحظه هو إزاحة الزنك ذو النشاط الكيميائي الأكبر لعنصر النحاس من مركّبه واحتلاله مكانه وفق المعادلة التالية:

Zn + CuSO → ZnSO4 + Cu

وعلى خلاف ذلك فيما لو وضعنا قطعةً من النحاس في محلول كبريتات الزنك فإن شيئًا لن يحدث على الإطلاق لأن الزنك ذو نشاطٍ كيميائيٍّ أكبر من نظيره النحاس، فلا يمكن لعنصر النحاس أن يقوم بإزاحته من أيٍّ من مركباته.

تفاعلات الإزاحة أو الاستبدال الثنائية (Double displacement chemical reactions)

أو ما يُعرف بتفاعل التبادل المزدوج (metathesis reactions)، هو على غرار سابقه، يشتمل تفاعل الإزاحة الثنائية استبدال عناصر بعناصرٍ أخرى، إلّا أن الفارق هنا أن الاستبدال الكيميائي يحدث لأكثر من عنصرٍ واحدٍ، ليأخذ هذا التفاعل الكيميائي الصيغة التالية:

A-B + C-D → A-C + B-D

ومن أمثلة تفاعل الإزاحة الثنائي هو تفاعل محلول كلوريد الصوديوم NaCl مع محلول نترات الفضة AgNO3 لتشكيل نترات الصوديوم ووكلوريد الفضة وفق المعادلة:

NaCl(aq) + AgNO3(aq) → NaNO3(aq) + AgCl(s)

بالرغم من أن عالم الكيمياء يضم مئات إن لم نقل آلاف الأنواع من التفاعلات الكيميائية المختلفة، ولكنّنا عمدنا في ما سبق وذكرناه إلى ذكر الأنواع الرئيسية من التفاعلات والتي تُشتقّ منها سائر أنواع التفاعلات الكيميائية الأخرى.4

المراجع