תגובה כימית

תגובה כימית (או ריאקציה כימית) היא תהליך שבו משתנה מבנה המולקולות המרכיבות את החומר. תרכובות המוצָא נקראות מגיבים, ואלה הנוצרות בסופה של התגובה קרויות תוצרים. מספר האטומים, מספר סוגי היסודות ומספר האלקטרונים אינו משתנה במהלך התגובה, וזאת בהתאם לחוק שימור המסה. בדרך כלל משתתף בתגובה יותר ממגיב אחד ולעיתים קיימים גם חומרי ביניים.

שינוי במבנה המרחבי בלבד, כמו בהרתחת מים לאדים, איננו תגובה כימית מאחר שלא חל שינוי בקשרים הכימיים בתוך המולקולות אלא בקשרים שבין המולקולות בלבד. בתגובה כימית מולקולות עשויות להתרכב וליצור תרכובת של מולקולות גדולות יותר, להתפרק וליצור מולקולות קטנות יותר או ליצור סידור מחדש של האטומים בתוך המולקולה. תגובה כימית כרוכה, בדרך כלל, ביצירה או בשבירה (או בשניהם יחד) של קשרים כימיים, ובצריכה או בפליטה של אנרגיה.

את מערך החומרים והמרחב בתגובות כימיות מחלקים לשני דברים עיקריים:

מערכת – החומרים אותם אנו בוחנים: המגיבים, חומרי הביניים (אם יש) והתוצרים.
סביבה – כל הדברים שאינם המערכת, אליה יכולה להיפלט אנרגיה וממנה יכולה גם להיקלט.

לרישום הפעילות המתרחשת בעת תגובה כימית משמש הכתיב הכימי.

תרמודינמיקה

האטומים בתגובות הכימיות אינם משנים את מקומם ואת קשריהם באופן שרירותי, אלא לפי חוקים פיזיקליים נוקשים. ה"שאיפה" היא תמיד ליצירת קשרים כימיים יציבים, בעלי אנרגיה נמוכה (האוצרים בתוכם פחות אנרגיה).

תגובה כימית יכולה להיות תגובה פולטת אנרגיה (Exergonic reaction) (בדרך-כלל בצורת חום, אז היא מכונה תגובה אקסותרמית, ולעיתים גם בצורת אור, אז מתרחשת זהירה), כלומר: אנרגיית התוצרים קטנה מזו של המגיבים; או תגובה צורכת אנרגיה (Endergonic reaction) – בה נצרכת אנרגיה מהסביבה בדומה לתגובה אנדותרמית, אז אנרגיית התוצרים גדולה מזו של המגיבים.

לעיתים, לשם הפעלתה של תגובה כימית נדרשת השקעה של אנרגיה ראשונית, המכונה אנרגיית שפעול, או אנרגיית הפעלה. ישנם חומרים, המכונים זרזים, המסוגלים להאיץ באופן ניכר את מהירותן של תגובות כימיות, על ידי הפחתת אנרגיית השפעול של התגובה.

סוגי תגובות

ישנם שלושה סוגי תגובות כימיות עיקריים:

תגובות חומצה-בסיס בהן מועברים ⁺H בין תרכובות שונות.
תגובות חמצון-חיזור בהן יש מעבר אלקטרונים או משתנות דרגות החמצון של היסודות.
תגובות שיקוע בהן נוצר חומר יוני קשה-תמס בעת מפגש יונים מתאימים המומסים באותה תמיסה.

בנוסף לשלושה סוגים אלו, קיימים גם:

תגובת דחיסה או קונדנסציה: תגובה בין שני חומרים, כשבמהלכה נפלטת מולקולה קטנה, בדרך-כלל של מים או אמוניה.
תגובת התמרה: תגובה בה אטום או קבוצת אטומים מחליפים אטום או קבוצת אטומים במולקולה מסוימת.
תגובת החסרה או אלימינציה: תגובה בה אטום או קבוצת אטומים נפלטים ממולקולה.
תגובת הוספה: תגובה בה אטום או קבוצת אטומים מתווספים למולקולה, מבלי שהמולקולה תאבד אף אטום.
תגובת סתירה: תגובה בין בסיס וחומצה ליצירת מלח. רוב תגובות הסתירה הן תגובות דחיסה, שכן מולקולת מים נפלטת מהבסיס והחומצה. בדרך כלל אקסותרמיות.

תגובות רבות מתארות תהליך ספציפי יותר ונושאות שם תואם. לדוגמה:

איסטור או אסטריפיקציה: תגובת דחיסה בין כוהל וחומצה קרבוקסילית ליצירת אסטר ומים.
אלקילציה: תגובה בה שייר פחמימני (קבוצת אלקיל) מתווספת לתרכובת אורגנית כלשהי.
הלוגנציה: תגובה בה אטום הלוגן מתווסף לתרכובת אורגנית.
הידרוליזה: תגובה בה מולקולת מים מגיבה עם מולקולה גדולה, וגורמת תוך כדי כך לפירוק המולקולה הגדולה. גם מולקולת המים מתפרקת: אטום מימן אחד מתווסף לאחת המולקולות הקטנות שנוצרו, וקבוצת הידרוקסיל (אטום חמצן הקשור לאטום מימן) מתווספת למולקולה השנייה.

תגובות רבות המתארות תהליך ספציפי נקראות על שמם של אנשים שונים, בדרך-כלל הכימאים שגילו או פיתחו את התגובה. לדוגמה:

תגובת קוֹלבּה-שמיט (אנ'): תגובה בין פנול ופחמן דו-חמצני ליצירת חומצה סליצילית, החומר ממנו מופק האספירין; נקראת על-שם שני כימאים גרמנים.
חיזור וולף-קישנר: תגובה בין הידרזון ובסיס כלשהו ליצירת פחמימן ומולקולת חנקן; נקראת על-שם כימאים גרמני ורוסי, בהתאמה.

בתגובות מסוימות הסטריאוכימיה של המגיבים משפיעה על התוצרים. כך ניתן להגדיר:

תגובה סטריאוסלקטיבית: תגובה שבמהלכה נוצר עודף משמעותי של אחד הסטריאואיזומרים.
- תגובה אננטיוסלקטיבית: תגובה שבמהלכה נוצר אחד האננטיומרים של חומר כיראלי בעודף משמעותי.
- תגובה דיאסטריאוסלקטיבית: תגובה שבמהלכה נוצר עודף משמעותי של אחד הדיאסטריאומרים.