- Co to jest reakcja syntezy i jakie są jej podstawy?
- Jakie są czynniki, które wpływają na reakcję syntezy?
- W jakich dziedzinach nauki i przemyśle stosuje się reakcje syntezy?
Jeśli chcielibyśmy ten typ reakcji chemicznej nazwać bardziej poetycko – lecz oczywiście wciąż zgodnie z oficjalnym nazewnictwem – to powiedzielibyśmy „reakcja tworzenia”. I właśnie te dwa słowa najlepiej opisują zagadnienie, które dzisiaj będziemy chcieli przybliżyć.
O jakiej zależności będzie cały ten artykuł?
A + B → AB
I chociaż nie ma żadnego oficjalnego wzoru przypisanego do syntezy, to powyższe równanie możemy potraktować jako najbardziej obrazowy punkt wyjścia dla całej sprawy.
Co to jest reakcja syntezy i jakie są jej podstawy?
Gdybyśmy chcieli spojrzeć na najbardziej podstawową reakcję syntezy, to musielibyśmy obserwować sytuację, w której dwa atomy oddziałują na siebie, łącząc się, aby stworzyć nową cząsteczkę. Podobnie może wyglądać przykład, w którym dwie cząsteczki ulegają scaleniu i w tym przypadku budują związek.
Opracujmy zatem na podstawie tych informacji lekką definicję:
Reakcja syntezy zachodzi wtedy, gdy atomy, cząsteczki albo jony łączą się, tworząc nową, większą cząsteczkę (związek).
Jednak sytuacji, w których realnie pojawia się nasz podstawowy przykład, czyli A + B → AB, jest stosunkowo mało. Reakcja syntezy może bowiem zachodzić dla więcej niż dwóch składników początkowych. Co więcej, część z nich może nie wchodzić w reakcję, a jeszcze inne mogą tworzyć produkty uboczne. Tak czy inaczej, zawsze będziemy mieli do czynienia z sytuacją, w której „coś się tworzy”.
Ciekawostka: W świecie chemii pojawia się też zupełnie odwrotna sytuacja, w której związek AB rozkłada się na cząsteczki A oraz B. Wtedy jest mowa o reakcji rozkładu.
Jakie są czynniki, które wpływają na reakcję syntezy?
Gdy wiemy już, że cała sprawa jest zazwyczaj nieco bardziej skomplikowana niż działania na poziomie łączenia jedynie dwóch atomów, to warto, abyśmy poznali zmienne związane z modelowaniem wyniku reakcji tworzenia. Można wśród nich wymienić:
- Kinetykę reakcji, czyli szybkość, z jaką zachodzi synteza. W tym przypadku naukowcy często podejmują próbę ograniczania tempa (lub zupełnie odwrotnie), głównie po to, aby ograniczyć negatywne zjawisko tworzenia się produktów ubocznych.
- Jakość składników reakcji, czyli substratów. W bardziej zaawansowanych przykładach można też rozważać jakość odczynników oraz katalizatorów. W tym przypadku warto zdać sobie sprawę z tego, że w chemii (mowa o ujęciu przemysłowym) też pojawia się problem „pewnego źródła”, czyli dostawców oferujących produkty lepszej lub gorszej jakości (np. zanieczyszczonych niepożądanymi składnikami).
- Bezpieczeństwo. Tej kwestii nie sposób pominąć, chociaż najczęściej nie ma bezpośredniego wpływu na sam proces chemiczny, ale… nie każdą reakcję syntezy da się bezpiecznie przeprowadzić w każdych warunkach. W niektórych przypadkach osoby nadzorujące muszą zastosować szczególne kroki związane z bezpieczeństwem, w innych lepiej nawet nie rozpoczynać całego procesu bez specjalistycznego sprzętu.
- Z poprzednim punktem pośrednio wiążą się warunki reakcji, czyli parametry otoczenia. Mowa np. o temperaturze i ciśnieniu, lecz nie tylko. Niezwykle często na prawidłowy przebieg reakcji mają takie zmienne jak prędkość mieszania, a nawet tempo, w jakim dozowane są poszczególne dawki składników.
- Kolejnym czynnikiem powiązanym z bezpieczeństwem i jakością jest sprzęt reakcyjny. Są to przykładowo urządzenia nazywane reaktorami, używane głównie w farmacji. Mogą one być przygotowane zarówno na przyjęcie ciał stałych, jak i gazów oraz cieczy (jednocześnie).
Jak widać, od prostego równania do skomplikowanego procesu z wieloma zmiennymi, jest całkiem niedaleka droga. Tym samym dochodzimy do bardzo praktycznej strony naszego tytułowego zagadnienia.
W jakich dziedzinach nauki i przemyśle stosuje się reakcje syntezy?
Rzecz w tym, że na chemię nie sposób (a nawet nie warto) patrzeć tylko i wyłącznie z punktu widzenia jej jako przedmiotu szkolnego. Owszem, jeśli zależy nam na dobrych wynikach na klasówce – trzeba się nauczyć materiału. Nie idzie nam? W takim przypadku warto zapisać się na lekcje, np. w ramach BUKI School, gdzie świetni nauczyciele poprowadzą każdego przez poszczególne zagadnienia. Wszystko to jednak nie będzie miało wpływu na fakt, że chemia nie jest jedynie kolejną oceną na świadectwie! Pamiętajmy, że to, czego się uczymy, ma zastosowanie w całkiem praktycznych, poważnych i „życiowych” sprawach.
Podobnie sytuacja wygląda z reakcją syntezy, której śladów możemy szukać w wielu miejscach związanych z przemysłem. Wspomniano już wcześniej o farmacji, która bardzo często bazuje na tym właśnie typie reakcji. Jednak to nie wszystko, bo można wymienić również polimeryzację, wykorzystywaną chociażby przy produkcji klejów. To oczywiście nie wszystko, można szukać jeszcze dalej:
- w przemyśle spożywczym reakcja syntezy jest wykorzystywana podczas wytwarzania konserwantów,
- w dziedzinach związanych z elektroniką (oraz nanotechnologią) jest ona przydatna podczas produkowania półprzewodników,
- korzysta z niej także petrochemia, szczególnie podczas rafinacji ropy naftowej,
- również branża beauty ma wiele wspólnego z reakcją syntezy, bo właśnie w ten sposób produkowane są… perfumy!
- ma tak samo spory wpływ na rozwój biotechnologii, np. podczas produkcji białek.
I to dalej nie koniec listy, bo można by wymieniać jeszcze wiele różnych dziedzin nauki oraz przemysłu, gdzie reakcja addycji (tak, to kolejny synonim!) ma swój znaczny udział.
Możemy zatem na reakcję syntezy spojrzeć na wiele sposobów. Dla niektórych będzie to jeden z najbardziej zrozumiałych procesów tworzenia, gdzie np. z dwóch atomów tworzona jest jedna cząsteczka. Inni ujrzą w niej siłę napędową dla wielu gałęzi przemysłu – synteza jest i będzie podstawą różnych wynalazków i ulepszeń już istniejących materiałów. Wiemy też, że ogromne znaczenie ma dla niej precyzja, dobór składników, a nawet środowisko, w jakim zachodzi. Można zatem śmiało rzec, że reakcja ta – jako fundament dla powstawania nowych związków chemicznych – będzie jeszcze wielokrotnie budowała przełomy w naszym życiu. I to nawet wtedy, gdy nie zdajemy sobie z tego sprawy!