En nedbrytningsreaktion är en typ av kemisk reaktion där en förening bryts ner till enklare komponenter. Det är motsatsen till kemisk syntes, där grundämnen eller relativt enkla föreningar kombineras för att producera en som är mer komplex. Eftersom en nedbrytningsreaktion innebär att kemiska bindningar bryts, kräver den tillsats av energi; detta kan komma från värme, en elektrisk ström eller andra källor. Ibland kommer en katalysator att påskynda reaktionen eller låta den ske vid en lägre temperatur. Dessa reaktioner används industriellt i produktionen av vissa grundämnen – särskilt reaktiva metaller – och i laboratoriet för analys av prover.
Nedbrytning genom värme
Värme används vanligtvis för att åstadkomma en nedbrytningsreaktion. När en förening värms upp rör sig dess atomer kraftigare, och denna rörelse kan bryta kemiska bindningar. Till exempel, om kalciumkarbonat (CaCO3) värms upp kraftigt kommer det att sönderdelas till kalciumoxid (CaO) och koldioxid (CO2). Temperaturen som krävs för att sönderdela en förening beror på styrkan hos de bindningar som håller ihop den. I det här exemplet förlorar kalciumkarbonat en kolatom och två syreatomer som CO2, men kalciumet håller fast vid en syreatom eftersom kalcium-syrebindningen är mycket stark och inte kan brytas genom uppvärmning till någon lätt uppnåelig temperatur.
De mer reaktiva elementen tenderar att bilda starkare bindningar och är därför svårare att separera från sina föreningar. I motsats till ovanstående exempel kan oxiderna av mindre reaktiva metaller, såsom silver och kvicksilver, brytas ned genom relativt måttlig uppvärmning, frigörande av syre och lämnar den rena metallen. Högreaktiva metaller, såsom natrium och kalium, kan inte separeras från sina föreningar genom enbart uppvärmning.
Elektrolys
I flytande tillstånd kan element separeras från en förening genom applicering av en elektrisk likström i en process som kallas elektrolys. Strömmen går genom elektroder, som placeras i vätskan. Negativt laddade elektroner strömmar in i en elektrod, känd som katoden, och ut ur den andra, som är känd som anoden. Katoden har därför en negativ laddning och anoden en positiv laddning. Joner i vätskan rör sig mot den motsatt laddade elektroden, vilket låter strömmen flyta.
Ett exempel är nedbrytning av vatten till väte och syre genom elektrolys. Rent vatten är en mycket dålig ledare, men införandet av även en mycket liten mängd av en jonisk förening, såsom natriumsulfat, förbättrar avsevärt dess ledningsförmåga och tillåter elektrolys att äga rum. Vid katoden delas vatten (H2O) till vätgas (H2) och hydroxidjoner (OH-) som attraheras till den positivt laddade anoden. Vid anoden delas vatten till syrgas och väte (H+) joner, som attraheras till katoden.
andra faktorer
I vissa föreningar är energin som behövs för nedbrytning liten och kan tillföras genom en mindre stöt, såsom en fysisk påverkan. En sådan förening är blyazid (Pb(N3)2), som sönderdelas explosivt till bly och kvävgas om det utsätts för en ganska liten påverkan. Natriumazid är en liknande, men något mindre känslig, förening som används för att blåsa upp bilkrockkuddar vid en kollision.
Ljus kan orsaka nedbrytning av vissa föreningar. Till exempel omvandlas silverklorid till silver och klorgas vid exponering för ljus. Detta fenomen var avgörande för utvecklingen av fotografi.
katalysatorer
I många fall kan en nedbrytningsreaktion föranledas eller påskyndas genom användning av en katalysator. Dessa ämnen deltar inte i reaktionen, och är därför oförändrade av den, men de uppmuntrar reaktionen att äga rum. Ett bra exempel är nedbrytningen av utspädda lösningar av väteperoxid (H2O2) till vatten och syre. Denna reaktion kan främjas genom tillsats av pulveriserad mangandioxid, som fungerar som en katalysator för att producera syrgas.
du använder
Termisk nedbrytning används vid industriell produktion av bränd kalk för cementtillverkning och olika andra ändamål. Elektrolys används vid framställning av reaktiva metaller. Till exempel produceras natrium genom elektrolys av smält salt (natriumklorid). Detta producerar också klorgas, som har många industriella användningsområden, även om det mesta klor produceras genom elektrolys av saltlösningar i vatten. Nedbrytningsreaktioner som involverar elektrolys används också för att göra det extremt reaktiva grundämnet fluor, och som ett ”rent” sätt att generera väte för bränsle.
Det finns några vetenskapliga tillämpningar som är beroende av nedbrytningsreaktioner för att analysera material. Inom masspektrometri, till exempel, delas ett litet prov av materialet av intresse upp i joner, som separeras efter sina laddningar och massor. Materialets sammansättning kan sedan bestämmas.