Arten von chemischen Reaktionen

Reaktionen der Synthese

Reaktionen, bei denen aus mehreren Substraten (mindestens zwei) ein einzelnes Produkt entsteht, nennt man Synthesereaktionen.  Sie werden auch als Kombinationsreaktionen bezeichnet.  Bei dieser Art von Reaktion werden in der Regel einfache Substanzen synthetisiert und zu einem komplexeren Produkt kombiniert.  Sie werden verwendet, um bestimmte chemische Verbindungen zu erhalten, z.B. wenn man Chlorwasserstoff erhalten möchte, muss man Wasserstoffgas und Chlor verwenden, um die Synthesereaktion dieser Verbindung durchzuführen.

Beispiele für Synthesereaktionen sind das Auflösen von sauren oder basischen Oxiden in Wasser oder die Synthese von Oxiden aus Sauerstoff und einem entsprechenden Element.  Spezifische Beispiele für Synthesereaktionen sind Kondensations- und Polymerisationsprozesse.

Reaktionen der Analyse

Bei Analysereaktionen geht es darum, aus einer chemischen Verbindung durch deren Zersetzung andere chemische Stoffe oder Elemente zu gewinnen.  Daher auch die andere Bezeichnung für Analysereaktionen – Zersetzungsreaktionen.  Bei dieser Art der Umwandlung werden zwei oder mehr Produkte aus einem Substrat gewonnen.  Einige von ihnen können sich in einem anderen Aggregatzustand befinden, z.B. gasförmig, und die Reaktionsumgebung sehr schnell verlassen, so dass manchmal der Eindruck entsteht, dass bei einer bestimmten Analysereaktion nur ein Produkt gebildet wird.

Beispiele für Analysereaktionen sind die Zersetzung von Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat oder Quecksilberoxid.

Austauschreaktionen

Bei Austauschreaktionen kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen Substraten in der Weise, dass Produkte gleicher qualitativer Zusammensetzung, aber mit unterschiedlichen Konfigurationen der Elementarbindungen entstehen.  Man unterscheidet zwischen einfachen Austauschreaktionen, bei denen eine komplexe und eine einfache Substanz wechselwirken.  In diesem Fall werden zwei Produkte – eine neue komplexe und eine einfache Substanz – ausgetauscht und gebildet.  Es gibt auch doppelte Austauschreaktionen, an denen zwei Substrate beteiligt sind, die komplexe Substanzen sind.  Bei einer solchen Reaktion entstehen zwei Produkte, d.h. neue komplexe Substanzen.

Beispiele für Austauschreaktionen sind Prozesse, die zwischen Salzen (z.B. die Reaktion von Eisen(III)-chlorid mit Natrium(V)-phosphat), Säuren und Hydroxiden, d.h. klassische Neutralisationsreaktionen (z.B. die Reaktion von Salzsäure und Natriumhydroxid) oder zwischen Metallen und Säuren (z.B. die Reaktion von Zink mit Schwefel(VI)-säure) stattfinden.

Redoxreaktionen

Redoxreaktionen werden auch als Oxidations-Reduktions-Reaktionen bezeichnet.  Oxidation ist ein Prozess, bei dem Elektronen von Ionen oder Atomen abgegeben werden.  Dadurch erhöht sich der Oxidationsgrad des chemischen Elements.  Umgekehrt nehmen die Ionen oder Atome bei der Reduktion Elektronen auf und ihr Oxidationsgrad nimmt ab.  Wenn diese beiden Reaktionen gleichzeitig ablaufen, spricht man von Redoxreaktionen.  Es handelt sich also um die Übertragung von Elektronen zwischen interagierenden Molekülen.  Die Ermittlung der stöchiometrischen Koeffizienten solcher Reaktionen beruht auf der Bestimmung der Oxidationsstufen der einzelnen an der Redoxreaktion beteiligten Ionen und Atome.  Die chemischen Elemente, die durch eine solche Reaktion oxidiert oder reduziert werden, bilden Paare von oxidierten und reduzierten Formen.

Mit Redoxreaktionen lassen sich z.B. Korrosionsprozesse an der Oberfläche von Metallen, die Auflösung von Metallen in Säuren oder die Synthese von Verbindungen aus reinen Elementen beschreiben.

Andere Kriterien für die Unterteilung von chemischen Reaktionen

Wie oben erwähnt, werden chemische Reaktionen in Synthese-, Analyse-, Austausch- und Redoxreaktionen unterteilt.  Es gibt aber auch andere Kriterien, die einen chemischen Prozess detaillierter charakterisieren.

Heterogene und homogene Reaktionen

Bei dieser Unterteilung wird die Anzahl der Phasen im Reaktionssystem berücksichtigt.  Von homogenen Reaktionen spricht man, wenn sich die Substrate und Produkte in denselben Phasen befinden, z.B. gasförmig oder flüssig.  Heterogene Reaktionen finden an der Grenzfläche zwischen verschiedenen Phasen (zwei oder mehr) statt.

Exotherme und endotherme Reaktionen

Ein wichtiger Aspekt einer gegebenen chemischen Reaktion ist ihre energetische Wirkung.  Unter Berücksichtigung dieses Kriteriums wird zwischen exothermen und endothermen Reaktionen unterschieden.  Bei ersteren wird infolge des ablaufenden Prozesses auch Energie in Form von Wärme freigesetzt.  Bei endothermen Reaktionen ist das Gegenteil der Fall – es muss dem System Energie zugeführt werden, damit die chemische Reaktion abläuft.

Reversible und irreversible Reaktionen

Die Tatsache, ob eine chemische Reaktion „bis zur Vollendung“ abläuft, entscheidet darüber, ob sie reversibel oder irreversibel ist.  Irreversible Reaktionen sind solche, bei denen die Substrate vollständig in Produkte umgewandelt werden.  In der Regel sind dies Ausfällungsprozesse oder solche, bei denen ein flüchtiges Produkt gebildet wird, das die Reaktionsumgebung verlässt.  Bei reversiblen Reaktionen hingegen reagieren die Substrate zu Produkten und gleichzeitig findet der umgekehrte Prozess statt, d.h. die Rekonstitution der Substrate aus den Produkten.  Nach einer gewissen Zeit wird in einem solchen System ein chemischer Gleichgewichtszustand erreicht.