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化學反應(英語: chemical reaction)란, 原子間의 結合의 生成, 或은 切斷에 따라서 다른 物質을 生成하는 變化이다. 化學變化(chemical change)와 同義이다. 一般的으로 化學의 英譯, 分野에서 다루어진다. 化學反應은, 한 個의 分子內에서 일어나는 境遇도 있으면, 同種 或은 異種의 分子間에 일어나는 境遇도 있다. 反應하는 物質을 反應物 或은 基質(substrate), 反應에 依해서 發生하는 物質을 生成物이라고 부른다. 化學反應에 隨伴하는 反應熱은, 核反應에 隨伴하는 反應熱보다 一般的으로는 낮다. 하지만 3態間狀態變化와 같은 物理變化에 隨伴하는 보다는 높다. 外部로부터의 刺戟에 依해(熱이나 電氣等), 化學變化는 일어난다.

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古代以前에 人類가 認識하고 있던 여러가지 變化 中에서, 化學變化인 것 다음의 例가 있다. 이것들은 日常世界에서 사람이 認識할 수 있는 化學變化의 實例이기도 하다. 古代以前부터, 이러한 變化에서는 物件의 材質이 變化한다고 認識되고 있었다고 생각할 수 있다.

燃燒

金屬酸化

金屬의 精練鑛石(酸化物, 黃化物等)으로부터 金屬에의 變化

陶瓷器의 가마 구이

비누의 製造

加熱에 依한 調理蛋白質의 變成等은 化學變化. 溶解等은 物理變化. 腐敗

醱酵

呼吸

消化

덧붙여 呼吸, 消化, 그 外의 生命現象의 大部分은 化學變化와 다름없지만, 프리드리히・베라에 依해 처음으로 無機化合物으로부터 有機化合物이 合成될 때까지는, 生命에 關한 化學變化에는 生命力이 關與하고 있다고 하여, 無機的인 化學變化와는 區別할 생각도 있었다. 또 腐敗나 醱酵에 生物이 關與하고 있는 것은, 파스퇴르의 硏究에 依해 처음으로 明確하게 認識되었다.

表記Edit

種類Edit

化學反應은 電子의 移動에 따라 結合의 切斷과 生成을 한다. 化學結合과 電子의 移動 方法으로 注目해 化學反應을 分類하면, 이온反應(ionic reaction), 래디칼 反應(free-radical reaction), 페리環狀反應(pericyclic reaction)으로 大別된다. 어느 化學種이 또 하나의 化學種과 結合을 만드는 反應에 對해 생각하면, 이온反應은, 한편의 化學種으로부터 한쌍의 電子가 供與되어 새로운 結合性軌道가 生成하는 化學反應으로, 電子供與性等原子間의 電荷의 偏向에 依해 反應의 方向이 支配된다. 래디칼反應은, 雙方의 化學種으로부터 1 電子씩 電子가 供與되어 새로운 結合性軌道가 生成하는 化學反應이다. 페리環狀反應은, 化學種의π軌道에서σ軌道에, 環狀의 遷移狀態를 거쳐 바뀌는 것으로 2個所以上으로 새로운 結合이 生成하는 化學反應이다. 切斷은 結合의 逆反應에 該當한다. 反應機構나, 反應物과 生成物의 構成의 差異로 化學反應을 생각하는 境遇, 置換反應, 附加反應, 離脫反應, 轉位反應等에 分類된다. 加水分解, 脫水反應, 附加重合, 重縮合反應(重縮合反應), 酸化反應, 還元反應, 中和反應은 化學反應의 用途를 意識한 만큼 種類로, 上記 4 反應機構의 하나 或은 複數로부터 構成된다. 그 밖에도 光反應이나 重合反應等, 反應의 特性에 應한 만큼 種類도 存在한다.

化學反應論Edit

化學反應을 說明 붙이는 理論은, 化學反應 事例가 集積으로부터 導出되는 經驗則과 그것을 物理學的으로 說明 짓는 物理化學理論이 構築되는 것으로 進展해 간다. 그러므로, 物理學의 展開와 步調를 맞추어 化學反應論도 段階를 거쳐 發展해 갔다. 18 世紀부터 19 世紀에 元素라보아지에나 달러 톤등에 發見되는 것과 同時에, 化學反應하는 反應物과 生成物과의 重量比에 關해서 法則性이 찾아내지고 있다. 이것들 化學反應에 關與하는 成分의 量的關係에 關한 理論은, 化學量論으로서 體系 붙일 수 있고 있다. 化學量論은 一般的으로는 經驗則인 正比例의 法則, 倍數比例의 法則으로서 알려져 있다. 19 世紀後半에 定量分析法이 確立해 20 世紀에 걸쳐 發展하는 것으로 化學物質의 變化量을 測定할 수 있게 되면, 化學平衡이나 反應의 進行하는 速度에 對해서, 反應速度式으로서 定式化되어 物質量이나 몰 濃度 그리고 溫度가 化學反應의 成分量이나 그 變化量에 强하게 影響을 미치는 것이 分明해졌다. 熱力學에 依해 分子(或은) 原子에 共通된 行動이 物理學的으로 說明 붙일 수 있는 것처럼 되어, 化學平衡이나 反應速度에 對해 物理化學的인 理論이 確立되기에 이르렀다. 化學反應에 있어서의 成分量의 決定因子와 그 變化의 速度는, 化學포텐셜로 代表되는 廣義의 熱力學反應速度論에 依해 體系 붙일 수 있다. 化學포텐셜은 熱力學 第2 法則을 物理化學的으로 解析한 指標이며, 反應(或은 平衡)의 進行方向을 決定짓는다. 反應速度論에 依해, 反應速度가 物質量이나 溫度에 依해 받는 影響을 分子等이 微視的인 行動으로서 說明 지을 수 있게 되었다. 反應速度論, 特히 遷移狀態理論에 依해 化學反應을 熱力學이나 統計力學과 같은 集團에 對한 理論이 아니고, 反應物의 分子끼리의 作用으로서 理論 붙이는 것이 可能하게 되었다. 오늘로는 反應의 種類 마다 分子構造와 化學反應을 關聯짓는 反應機構 모델을 構築하는 것으로 化學反應이 硏究된다. 反應機構 모델을 構築하는 基礎原理로서 電子가 歸屬하는 原子가 電子 또는 共有結合의 移動으로서 化學結合을 取扱해, 反經驗的原理로서 有機電子論이 體系 붙일 수 있었다. 有機電子論이나 HSAB則에 對해 經驗的으로 假定된 한쌍의 電子의 行動은 量子化學分子軌道法으로 定式化하는 것이 可能하다. 또, 페리 環狀反應等 몇 個의 立體特異的인 反應機構는 古典的인 電子의 行動에서는 說明 짓지 못하고, 分子軌道의 結合規則에 關한 原理를 取扱하는 프런티어軌道理論에 依해 反應機構가 說明 붙일 수 있다. 以上과 같이 해 構築된 反應機構는 化學反應 動力學・分子 動力學의 手法에 依해 모델의 妥當性이나 反應의 行動에 對해 檢證되지만, 컴퓨터演算性能의 急速한 擴大와 計算化學的手法의 發展에 依해, 오늘로는 簡單한 系이면 컴퓨터・시뮬레이션으로 化學反應을 豫測하는 것도 可能하다.

有機反應에 影響을 주는 因子Edit

實際로 反應을 實施한다, 或은 反應系를 開發하는 境遇, 그 反應을 둘러싸는 多樣한 因子・條件의 影響에 依해, 速度나 成功與否가 左右되는 것은 많이 있다. 이 마디에서는, 特히 有機反應에 對해 影響을 考慮해야 할 因子・條件을, 定性的, 經驗的인 觀點으로부터 槪說한다. 反應機構는 反應에 依해 多樣하기 때문에, 以下의 論議에 들어맞지 않는 例도 勿論 있다. 詳細를 알고 있는 反應에 對해서는, 反應速度式等도 考慮에 입레보다 定量的인 考察을 實施해야 하는 것이다. 溫度 – 많은 反應은, 보다 높은 溫度로 實施하면, 系에 依해 많은 에너지가 주어지기 爲해서 速度가 增加한다. 一般的으로, 反應溫度가 10℃오르면 反應速度는 約 2倍가 된다고 하는 것이 基準으로 여겨진다. 다만, 副反應을 誘發하는 中間體化學分解하는, 反應의 暴走를 부르는等, 溫度를 올린 結果的으로 反應이 失敗하기도 한다. 濃度 – 多次反應의 境遇, 反應混合物의 濃度가 높아지면, 反應物끼리의 衝突의 頻度가 더하는 것에 依해서 反應이 일어나는 確率이 높아져, 速度가 增加한다. 連鎖反應의 境遇는 顯著가 된다. 大員環合成等의 境遇에서는, 分子內反應을 分子間反應에 對해서 優先시키기 爲해서, 자주 高稀釋下條件으로 行해진다. 또, 0次, 1次 反應에서는 濃度의 效果는 系의 溫度變化에 影響을 주는 만큼 머문다. 濃度를 調整하는 境遇에 對해서도, 副反應이나 暴走等, 溫度의 調整때와 같은 問題를 考慮할 必要가 있다. 壓力 – 通常, 氣體가 關與하는 反應은, 壓力을 올리면 빨라진다. 氣體의 境遇에서는 壓力의 上昇은 事實上 濃度의 增加에 同一하기 때문에, 濃度와 같은 論議도 成立된다. 始原系와 生成系로 沒收가 다른 境遇는, 平衡狀態에 이르렀을 때의 各化合物의 比率에 壓力이 影響을 준다. – 빛은 에너지의 한 形態이다. 또, 反應의 經路에 影響을 미치기도 한다. 反應에 따라서는, 副反應을 막기 爲해서 遮光해야 하는 것도 있다. 빛을 積極的으로 利用하는 光反應에서는, 利用하는 빛의 波長이나 힘을 考慮해야 한다. 觸媒 – 反應에 觸媒를 더하면, 보다 活性化 에너지의 낮은 反應經路를 잡을 수 있게 되어, 正反應逆反應의 速度가 함께 增加한다. 觸媒反應當量反應과는 달라, 觸媒 사이클을 圓滑히 回轉시키기 爲해, 觸媒의 活性化와 安定化에 對해 생각할 必要가 있다. 表面積不均一系觸媒等을 利用한 表面反應에 對해서는, 表面積이 커지면 反應速度도 增加한다. 體積에 對한 表面積의 比率이 늘어나면 反應이 일어나는 位置가 增加해 反應은 보다 빠르게 일어난다. 固-液, 氣-液等의 複相系, 水層-油層等의 複層系에서도 같이 다른 相/層이 接觸하는 地點, 或은 그 近方에서 反應은 일어나기 爲해, 表面積이나 攪拌이 重要하게 된다.

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