Pijlerartikel · Chemische reacties

Reactietypen: elke reactie herkennen

Chemische reacties worden ingedeeld in reactietypen op basis van wat er met de deeltjes gebeurt: bij een synthese vormen stoffen samen één product, bij een ontleding valt één stof uiteen, bij verbranding reageert een stof met zuurstof, en bij neutralisatie, redox en neerslag worden respectievelijk H⁺-ionen, elektronen of ionen tot een vaste stof uitgewisseld. Eén reactie kan tot meerdere typen tegelijk horen.

Bij elke chemische reactie verdwijnen stoffen en ontstaan nieuwe stoffen met andere eigenschappen, terwijl de atomen zelf behouden blijven. Dat laatste ontdekte Antoine Lavoisier al in de achttiende eeuw: de massa vóór en na een reactie is gelijk. Wie het reactietype herkent, kan vaak voorspellen welke producten ontstaan en hoe je de reactievergelijking kloppend maakt. Je herkent een reactie in het lab aan kleurverandering, gasontwikkeling, een neerslag, of het vrijkomen of opnemen van warmte.

Overzicht van de reactietypen

De belangrijkste reactietypen met een voorbeeldvergelijking
ReactietypeSchema / kenmerkVoorbeeld
Synthese (vorming)A + B → AB2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
OntledingAB → A + BCaCO₃ → CaO + CO₂
Verbrandingstof + O₂ → oxidenCH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
Neutralisatie (zuur-base)overdracht van H⁺H₃O⁺ + OH⁻ → 2 H₂O
Redoxoverdracht van elektronenZn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Neerslagionen vormen een slecht oplosbaar zoutAg⁺ + Cl⁻ → AgCl(s)
Substitutieeen atoom wordt vervangen door een anderCH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl
Additieatomen worden toegevoegd aan een dubbele bindingC₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂
Condensatie / hydrolysekoppelen onder afsplitsing van water / splitsen met wateraminozuur + aminozuur → dipeptide + H₂O

Synthese of vormingsreactie

Bij een synthese ontstaat uit twee of meer beginstoffen één reactieproduct. Vaak zijn de beginstoffen elementen:

  • 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O (de knalgasreactie, ook de reactie in een brandstofcel);
  • Fe + S → FeS (ijzer en zwavel bij verhitting, een klassieke schoolproef);
  • N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ (de ammoniaksynthese volgens Haber-Bosch, een evenwichtsreactie).

Synthesereacties zijn meestal exotherm: er komt energie vrij omdat er sterke nieuwe bindingen ontstaan.

Ontledingsreactie

Bij een ontleding valt één stof uiteen in twee of meer stoffen. Daarvoor moet je bijna altijd energie toevoeren; de ontleding is dan endotherm. De naam hangt af van de energievorm:

Drie soorten ontleding
SoortEnergiebronVoorbeeld
ThermolysewarmteCaCO₃ → CaO + CO₂ (kalk branden)
Elektrolyseelektrische stroom2 H₂O → 2 H₂ + O₂
Fotolyselicht2 AgBr → 2 Ag + Br₂ (analoge fotografie)

Rekenvoorbeeld — kalk branden. Hoeveel ongebluste kalk (CaO) krijg je uit 1,00 kg kalksteen (CaCO₃)? De molaire massa’s zijn 100 g/mol voor CaCO₃, 56 g/mol voor CaO en 44 g/mol voor CO₂. Uit 1 000 / 100 = 10,0 mol CaCO₃ ontstaat 10,0 mol CaO = 560 g, plus 10,0 mol CO₂ = 440 g. Controle: 560 + 440 = 1 000 g, de massa blijft behouden. Zie ook rekenen met de mol. Deze reactie is een van de redenen dat cementproductie zoveel CO₂ uitstoot.

Ontleding is ook de toets of een stof een element of een verbinding is: een verbinding kun je ontleden, een element niet.

Verbrandingsreactie

Bij een verbranding reageert een stof met zuurstof, waarbij warmte en meestal licht vrijkomen. De producten zijn oxiden van de elementen in de brandstof. Voor een verbranding zijn drie dingen nodig: brandstof, zuurstof en een temperatuur boven de ontbrandingstemperatuur (de branddriehoek); haal je er één weg, dan dooft het vuur.

  • Volledige verbranding van koolwaterstoffen: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.
  • Verbranding van een metaal: 2 Mg + O₂ → 2 MgO (fel wit licht).
  • Verbranding van zwavel: S + O₂ → SO₂, een oorzaak van zure regen.
  • Bij te weinig zuurstof: onvolledige verbranding met koolstofmonoxide (CO) en roet.

Ook de celademhaling is chemisch gezien een verbranding: glucose reageert met zuurstof tot CO₂ en water, alleen gecontroleerd en in kleine stapjes.

Neutralisatie: zuur-basereactie

Bij een zuur-basereactie geeft een zuur een H⁺-ion (proton) af aan een base. Reageren een sterk zuur en een sterke base in de juiste verhouding, dan heffen ze elkaars werking op: dat heet neutralisatie. De eigenlijke reactie is steeds dezelfde:

H₃O⁺ + OH⁻ → 2 H₂O    (ΔH ≈ −57 kJ per mol water)
voorbeeld
zoutzuur + natronloog: H₃O⁺ + Cl⁻ + Na⁺ + OH⁻ → 2 H₂O + Na⁺ + Cl⁻
tribune-ionen
Na⁺ en Cl⁻ doen niet mee en laat je in de reactievergelijking weg

Rekenvoorbeeld. 25,0 mL zoutzuur van 0,100 mol/L bevat 0,0250 L × 0,100 mol/L = 2,50 · 10⁻³ mol H₃O⁺. Om dat te neutraliseren is evenveel OH⁻ nodig: 25,0 mL natronloog van 0,100 mol/L. Op dit principe berust een titratie. Toepassingen in het dagelijks leven: een maagtablet met carbonaat neutraliseert maagzuur, en boeren bekalken zure grond. Meer over pH en sterke en zwakke zuren in zuren en basen.

Redoxreactie

Bij een redoxreactie worden elektronen overgedragen. De reductor staat elektronen af (en wordt geoxideerd), de oxidator neemt ze op (en wordt gereduceerd). Je schrijft eerst twee halfreacties en telt ze daarna op:

Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻    Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu    samen: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Zn
reductor: geeft 2 elektronen af
Cu²⁺
oxidator: neemt 2 elektronen op; er slaat rood koper neer op het zink en de blauwe kleur van de oplossing verdwijnt

Redoxreacties zijn overal: roesten (4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃), elke verbranding, batterijen, elektrolyse en de fotosynthese. Ook de synthese van keukenzout uit natrium en chloor (2 Na + Cl₂ → 2 NaCl) is een redoxreactie. Het uitgebreide verhaal, met halfreacties en de redoxtabel, staat in redoxreacties.

Neerslagreactie

Voeg je twee heldere oplossingen van zouten bij elkaar, dan kunnen een positief en een negatief ion samen een slecht oplosbaar zout vormen. Dat zout verschijnt als een troebeling of vaste stof: het neerslag. In de vergelijking noteer je alleen de ionen die het neerslag vormen, met (s) erachter:

Bekende neerslagreacties
OplossingenNeerslagreactieKleur neerslag
zilvernitraat + natriumchlorideAg⁺ + Cl⁻ → AgCl(s)wit
bariumchloride + natriumsulfaatBa²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄(s)wit
kopersulfaat + natronloogCu²⁺ + 2 OH⁻ → Cu(OH)₂(s)lichtblauw
kalkwater + koolstofdioxideCa²⁺ + 2 OH⁻ + CO₂ → CaCO₃(s) + H₂Owit (troebel)

Welke combinaties neerslaan, zoek je op in een oplosbaarheidstabel (in BINAS of ScienceData). De laatste reactie is de bekende test op CO₂: blaas je door een rietje in helder kalkwater, dan wordt het melkachtig troebel. Neerslagreacties worden ook gebruikt om ionen uit water te verwijderen, bijvoorbeeld fosfaat in een waterzuivering.

Substitutie en additie: organische reacties

In de organische chemie gebruik je vooral twee extra typen:

  • Substitutie: een atoom of groep wordt vervangen door een ander. Een alkaan reageert onder invloed van (UV-)licht met chloor of broom: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl. Er ontstaan steeds twee producten.
  • Additie: atomen worden toegevoegd aan een dubbele of drievoudige binding, die daarbij openklapt. Etheen met broom: C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂ (1,2-dibroomethaan). Er ontstaat één product. Daarom ontkleuren alkenen broomwater direct en alkanen niet (zie alkanen versus alkenen). Ook harden van olie (additie van H₂) en het maken van polyetheen (additiepolymerisatie) horen hierbij.
  • Condensatie en hydrolyse: twee moleculen koppelen onder afsplitsing van water, of een molecuul wordt met water gesplitst. Zo ontstaan esters, eiwitten uit aminozuren (zie eiwitten) en polysachariden; de vertering is hydrolyse.

Exotherm en endotherm

Naast de indeling naar wat er met deeltjes gebeurt, kun je reacties indelen naar energie. Bij een exotherme reactie komt energie vrij (verbranding, neutralisatie, de meeste synthesen); bij een endotherme reactie wordt energie opgenomen (thermolyse, elektrolyse, fotosynthese). Ook exotherme reacties hebben vaak een duwtje nodig om te starten: de activeringsenergie. Een lucifer moet je afstrijken, en een gasfornuis ontsteken; een katalysator verlaagt die drempel.

Hoe herken je het reactietype?

  1. Reageert er iets met O₂ en ontstaan oxiden? Dan is het een verbranding.
  2. Gaat er een H⁺ over van zuur naar base? Zuur-base.
  3. Veranderen ladingen van atomen (een metaal wordt een ion of andersom)? Redox.
  4. Ontstaat er uit twee oplossingen een vaste stof? Neerslag.
  5. Eén beginstof, meerdere producten? Ontleding. Meerdere beginstoffen, één product? Synthese (bij organische stoffen met een dubbele binding: additie).

Let op: de typen sluiten elkaar niet uit. 2 Mg + O₂ → 2 MgO is tegelijk een synthese, een verbranding en een redoxreactie.

Veelgestelde vragen

Welke reactietypen zijn er?

De belangrijkste reactietypen zijn synthese (vorming), ontleding, verbranding, neutralisatie (zuur-base), redox, neerslag, en in de organische chemie substitutie, additie, condensatie en hydrolyse.

Wat is het verschil tussen een synthese en een ontleding?

Bij een synthese vormen twee of meer stoffen samen één product (A + B → AB). Bij een ontleding valt één stof uiteen in meerdere stoffen (AB → A + B), meestal door toevoer van warmte, stroom of licht.

Wat is een neerslagreactie?

Een reactie waarbij positieve en negatieve ionen uit twee oplossingen samen een slecht oplosbaar zout vormen dat als vaste stof neerslaat, bijvoorbeeld Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl(s).

Is verbranding een redoxreactie?

Ja. Bij verbranding neemt zuurstof elektronen op (oxidator) en staat de brandstof elektronen af (reductor). Elke verbranding is dus ook een redoxreactie.

Wat is het verschil tussen substitutie en additie?

Bij substitutie wordt een atoom vervangen door een ander atoom en ontstaan twee producten, zoals CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl. Bij additie worden atomen aan een dubbele binding toegevoegd en ontstaat één product, zoals C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂.

Wat is het verschil tussen exotherm en endotherm?

Bij een exotherme reactie komt energie vrij, zoals bij verbranding en neutralisatie. Bij een endotherme reactie moet energie worden toegevoerd, zoals bij thermolyse, elektrolyse en fotosynthese.

Verder lezen