Bashkëveprimet kimike

Bashkëveprimi më i thjeshtë kimik ndodh kur dy ose më shumë lëndë të thjeshta përzihen me njëra tjetrën për të krijuar lëndë më të ndërlikuara. Ky bashkëveprim në gjuhën shkencore quhet reaksion i sintezës. Ky bashkëveprim mund të ndodhë mes elementëve ose bashkimeve kimike.

Gjatë këtij bashkëveprimi lëndët (reaktantët) bashkohen me njëra-tjetrën duke krijuar një lëndë të re. Për shembull bashkimi i dy atomeve të hidrogjenit (H) me një atom të oksigjenit (O) jep molekulën e ujit (H₂O). Në gjuhën teknike bashkëveprimi shënohet kështu:

2H₂ + O₂ → 2H₂O

Bashkëveprimet me bashkim të thjeshtë janë shumë të përhapura në natyrë. Për shembull, ndryshkja e hekurit është rrjedhojë e një bashkimi të thjeshtë. Hekuri bashkohet me oksigjenin duke krijuar oksid hekuri. Bashkimi i thjeshtë i lëndëve ndodh edhe tek bimët, gjatë veprimtarisë së fotosintezës, kur krijojnë glukozë nga bashkimi i dyksidit të karbonit dhe ujit.

Gjatë bashkëveprimit me bashkim të thjeshët mund të çlirohet fuqi. Në gjuhën shkencore themi që ky bashkëveprim është ekyotermik. Por mund edhe të përthithet fuqi. Në gjuhën shkencore themi që ky bashkëveprim është endotermik. Për shembull, kur digjet magnezi (Mg) në ajër duke krijuar oksid magnezi (MgO), çlirohet fuqi në trajtën dritës dhe nxehtësisë. Ky është një bashkëveprim ekzotermik.

Uji është shembulli më i zakonshëm i bashkëveprimit me bashkim të thjeshtë.

Bashkëveprimi i shpërbërjes ndodh kur një lëndë e përbërë zbërthehet në dy ose më shumë lëndë të themeltare. Ky bashkëveprim në gjuhën shkencore quhet reaksioni i dekompozimit. Ai është e kundërta e bashkëveprimit të bashkimit të thjeshtë. Gjatë shpërbërjes, prej lëndës së përbërë përftohen lëndët e saj përbërëse, të cilat mund të jenë lëndë themltare ose bashkime më të vogla.

Për shembull, kur e ushqejmë ujin (H₂O) me elektricitet, molekulat e tij zbërthehen në dy atome hidrogjeni (H₂) dhe një atom oksigjeni (O₂). Ky është një bashkëveprim i shpërbërjes dhe në gjuhën teknike shënohet kështu:

 2H₂O → 2H₂ + O₂

Bashkëveprimet e shpërbërjes i gjejmë në shumëllojshmëri veprimtarish të përditshme. Për shembull, shpërbërja e ushqimit në trupin e njeriut është rrjedhojë e bashkëveprimit me shpërbërje, ku molekulat e mëdha zbërthehen në molekula më të vogla ose lëndë themeltare, të cilat mund të vihen në përdorim nga organizmi.

Që të ndodhin këto bashkëveprime kërkohet fuqi. Për shembull nëse ngrohim karbontain e kalçiumit (CaCO₃) në tmperaturë të lartë, ai zbërthehet në oksid kalçiumi (CaO) dhe dyoksid karboni (CO₂).

Me kalimin e kohës, të gjitha gjallesat e ngordhura shpërbëhen si pasojë e bashkëveprimeve kimike që ndodhin mes indeve të tyre dhe lëndëve shpërbërëse që lëshojnë miktrogjallesat (të imta), të cilat ushqehen me lëndën organike.

Bashkëveprimi i zëvendësimit ndodh kur një lëndë zëvendëson një tjetër në një bashkim kimik. Në këto lloj bashkëveprimi, lënda që ka më shumë aftësi bashkëvepruese (më shumë reaktive) zë vendin e një lënde që ka ftësi më ulët bashkëveprimi (më pak reaktive). Në gjuhën teknike ky bashkëveprim shënohet kështu:

A + BC → AC + B

Këtu lënda “A” ka aftësi më të madhe bashkëvepruese dhe zëvendëson tek bashkimi kimik “BC” lëndën “B” që ka aftësi më të ulët bashkëvepruese duke krijuar kështu bashkimin “AC”. Si pasojë e këtij bashkëveprimi lënda “B” shkëputet nga bashkimi kimik.

Për shembull nëse vendosim një copë zinku (Zn) në një tretësirë sulfat bakri (CuSO₄), ndodh një bashkëveprim me zëvendësim. Zinku (Zn), duke qenë një lëndë me aftësi bashkëvepruese të lartë zë vendin e bakrit (Cu) në bashkim që ka aftësi më të ulët bashkëvepruese, duke krijuar kështu një bashkim të ri sulfat zinku (ZnSO₄) dhe metali bakër. Bashkëveprimi shënohet kështu:

Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

Bashkëveprimet me zëvendësim i gjejmë shpesh në jetën e përditshme dhe në vperimtarinë e industrisë. Për shembull këto bashkëveprime ndodhin tek bateritë, ku një metal zëvendëon një metal tjetër me qëllim për të çliruar energji elektrike. Këto bashkëveprime ndodhin edhe kur disa metale bashkëveprojnë me acidet, për të krijuar bashkime të reja, e për pasojë çlirojnë gas hidrogjeni (H).

Brenda baterive të automjeteve ndodh bashkëveprimi me zëvendësim dhe si pasojë çlirohet fuqi.

Ky lloj bashkëveprimi është i ngjashëm me bashkëveprimin e thjeshtë me zëvendësim, vetëm se në vend të një lënde, zëvendësohen dy lëndë njëhershi. Në gjuhën teknike ky bashkëveprim shënohet kështu:

AB + CD → AD + CB

Këtu lënda “A” dhe “C” ndërrojnë vendin duke kirjuar dy lëndë të reja “AD” dhe “CB”.

Për shembull, nëse përziejmë nitratin e argjendit (AgNO₃) dhe klorurin e natriumit (NaCl), atëherë ndodh një zëvendësim i dyfishtë. Argjendi (Ag) bashkohet me klorin (Cl) duke dhënë klorurin e argjendit (AgCl), ndërsa natriumi (Na) bashkohet me nitratin (NO₃) duke dhënë nitrati natriumi (NaNO₃). Në gjuhën teknike ky bashkëveprim shënohet kështu:

AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃

Gjatë këtij bashkëveprimi kloruri i argjendit merr trajtë të ngurtë, gjë që në gjuhën shkencore quhet precipitat.

Bashkëveprimet me zëvendësim të dyfishtë janë të rëndësishme sepse ndodhin në tretësira dhe mund të krijojnë precipitate, gazra ose ujë. Për shembull në laborator ose në natyrë, kur dy lëndë përziehen, ato mund të bashkëveprojnë me zvendësim të dyfishtë dhe si pasojë të krijojnë lëndë të ngurta. Kjo veprimtari mund të përdoret për të pastruar ujin nga papastërtitë.

Shembull i krijimit të precipitateve gjatë bashkëveprimit me zëvendësim të dyfishtë për pastrimin e ujit.

Djegia ndodh si pasojë e bashkëveprimit të një lënde me oksigjenin (O) e për rrjedhojë çlirohet fuqi në trajtën e nxehtësisë dhe dritës. Ky lloj bashkëveprimi ndodh përgjithësisht kur digjen lëndë djegëse, si druri, benzina, gazi, etj. Në gjuhën teknike ky bashkëveprim shënohet kështu:

Lëndë djegëse + O₂ → CO₂ + H₂O + fuqi

Gjatë këtij bashkëveprimi, lënda djegëse bashkohet me oksigjenin (O₂) që gjendet në ajër duke dhënë dioksid karboni, avuj uji dhe fuqi. 

Për shembull, kur digjen drutë në zjarr, çlirohet dioksid karboni, avuj uji dhe nxehtësi. Kjo është arsyeja pse ndjejmë nxehtësi kur diçka digjet. Në gjuhën teknike ky bashkëveprim shënohet kështu:

C₆H₁₂O₆ + O₂ → CO₂ + H₂O + nxehtësi

Në këtë rast, druri (me përbërje glukoze) bashkëvepron me oksigjenin duke çliruar dioksid karboni, ujë dhe nxehtësi. 

Bashkëveprimet me djegie janë të rëndësishme sepse na japin fuqi që shfrytëzohet për shumë veprimtari të përditshme njerëzore. Për shembull, automjetet lëvizin në sajë të djegies së benzinës ose naftës. Djegia e gazit përdoret për gatim dhe për të ngrohur shtëpinë. Por djegia mund të çlirojë edhe gazra të dëmshme, si për shembull dioksidi i karbonit, i cili ndot mjedisin dhe ndikon në ngrohjen globale. Prandaj dhe shkencëtarët po përpiqen të zbulojnë mënyra të reja të çlirimit të energjisë, të cilat nuk ndotin mjedisin.

Djegia e drurit nodh si pasojë e bashkëveprimit të drurit me oksigjenin.

Disa lloj bashkëveprimesh kimike thithin fuqi nga mjedisi përreth në trajtën e nxehtësisë. Në gjuhën shkencore ato quhen reaksione endotermike. Kjo ndodh për arsye se shkëputja e lidhjeve kimike tek lëndët fillestare (reaktantët) kërkon më shumë fuqi nga çfarë çlirohet gjatë lidhjeve të reja (nënproduktet). Për pasojë thithet fuqi nga mjedisi përreth dhe temperatura e tij bie, gjë që ne e dallojmë si freski ose ftohje. Disa shembuj të përhapur të një bashkëveprimi që thith nxehtësi janë fotosinteza që ndodh tek bimët, ku drita e diellit thithet me qëllim për të shndërruar dioksidin e karbonit në ujë, sheqerna dhe oksigjen, apo në tek mbështjellat mjekësore me ftohje të menjëhershme.

Disa lloje bashkëveprimesh kimike çlirojnë fuqi në mjedis, gjithashtu në trajtën e nxehtësisë. Në gjuhën shkencore ato quhen reaksione ekzotermike. Kjo ndodh për arsye se fuqia që çlirohet nga bashkimet e reja kimike është më e madhe se fuqia që kërkohet për të shkëputur lidhjet e vjetra mes lëndëve fillestare. Për pasojë çlirohet fuqi në mjedisin përreth dhe temperatura rritet, gjë që ne e dallojmë si ngrohtësi ose nxehtësi. Bashkëveprimet që çlirojnë nxehtësi i gjejmë përgjithësisht tek veprimtaria e djegies, si për shembull djegia e drurit apo benzinës, ku si rrjedhojë e bashkëveprimit çlirohet edhe nxehtësi edhe dritë. Shembull tjetër është për shembull frymëmarrja e bimëve, gjatë të cilës sheqernat shpërbëhen dhe çlirojnë fuqi, apo bashkëveprimet mes acideve dhe bazave.

Në vitin 1789, kimisti francez Ontuan Lavuazie (Antoine Lavoiser) përkufizoi ligjin e ruajtjes së masës. Sipas këtij ligji, në një mjedis ku nuk ka nxitës e veprues të jashtëm, sasia e lëndës qëndron e pandryshuar, pavarësisht bashkëveprimeve që mund të ndodhin në atë mjedis. Sipas këtij mendimi, lënda as nuk mund të krijohet nga asgjëja dhe as mund të shkatërrohet, por vetëm mund të shndërrohet nga një trajtë në tjetrën. Për shembull, tek bashkëveprimet kimike, sasia e përgjithshme e të gjithë lëndëve bashkëvepruese (reaktantëve) është gjithnjë e barabartë me sasinë e përgjithshme të lëndëve që përftohen. Kjo do të thotë se numri i përgjithshëm i atomeve nuk ndryshon por vetëm sa krijon lëndë e bashkime të reja.

Stoikiometria është dega e lëndës së kimisë që merret me matjen e sasisë së lëndëve (reaktantëve dhe nënprodukteve) që do të hyjnë në bashkëveprim kimik me njëra-tjetrën. Kimistët e përdorin stoikiometrinë për të përllogaritur sasisnë e çdo lënde që do të hyjë në bashkëveprim kimik dhe sasinë e çdo lënde që të dalë nga ky bashkëveprim kimik, në mënyrë që bashkëveprimi t’i bindet ligjit të ruajtjes së sasisë.

Përllogaritja e lëndëve bëhet nëpërmjet drejtpeshimit të mosbarazimeve të bashkëveprimeve kimike me anë të numrave që vendosen përpara formulës kimike. Në gjuhën shkencore këta numra quhen koeficientë. Për shembull:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Numri 2 përpara oksigjenit (O) dhe ujit (H₂O) është koeficienti. Ky barazim i drejtpeshuar na tregon që një njësi gazi metan (CH₄) bashkëvepron me 2 njësi gazi oksigjen (O₂) për të dhënë 1 njësi gazi dioksid karboni (CO₂) dhe 2 njësi uji (H₂O).

Drejtpeshimi i mosbarazimeve kimike mbështetet tek ligji i ruajtjes së masës (sasisë). Nëpërmjet tyre kimistët përllogarisin sasinë e saktë të lëndëve bashkëvepruese për lëndën ose lëndët që do të përftohen si pasojë e bashkëveprimit kimik. Këto njohuri janë të domosdoshme për t’u vënë në zbatim nga kimistët në fusha si industria, prodhimi, farmaceutika (prodhimi i barnave) dhe mirëmbajtja e mjedisit ku sasia e lëndëve kimike duhet të dihet me përpikmëri.

Drejtpeshimi i mosbarazimeve kimike bëhet me qëllim që në secilën anë të mosbarazimit numri i atomeve të jetë gjithnjë i njëjtë. Sipas ligjit të ruajtjes së masës në një bashkëveprim kimik atomet as nuk mund të krijohen nga asgjëja, as mund të shkatërrohen. Kështu që numri i atomeve duhet të mbetet i pandryshuar. 

Drejtpeshimi i mosbarazimeve kimike bëhet në këtë mënyrë: fillimisht shënojmë lëndët që marrin pjesë në bashkëveprim dhe lëndët që krijohen si pasojë e këtij bashkëveprimi. Po marrim për shembull mosbarazimin e mëposhtëm të bashkëveprimit kimik të metanit (CH₄) me oksigjenin (O₂), të cilët japin dioksid karboni (CO₂) dhe ujë (H₂O):

CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

Pastaj numërojmë atomet e secilës lëndë. Për shembull në anën e majtë të mosbarazimit kemi 1 atom karboni (C), 4 atome hidrogjeni (H) dhe 2 atome oksigjeni (O). Ndërsa në të djathtë të bashkëveprimit kemi 1 atom karboni (C), 2 atome hidrogjeni (H) dhe 3 atome oksigjeni (O).

Në hapin tjetër kryejmë drejtpeshimin e lëndëve sipas radhës: 

• Fillojmë me lëndën e parë, karbonin (C). Shohim që në të dyja anët e mosbarazimit, numri i atomeve të karbonit është i njëjtë. Kështu që me karbonin nuk kemi ç’të drejtpeshojmë.

• Vazhdojmë me lëndën e dytë që është hidrogjeni (H). Në anën e majtë kemi 4 atome hidrogjeni, ndërsa në anën e djathtë kemi vetëm dy atome hidrogjeni. Në këtë rast vërejmë që në mosbarazim mungojnë dy atome hidrogjeni. Prandaj, për të drejtpeshuar mosbarazimin duhet të shtojmë dy atomet e munguara duke shënuar shifrën 2 para formulës së ujit (H₂O) në këtë mënyrë: 2H₂O. Tani numri i atomeve të hidrogjenit është i drejtpeshuar.

• Vazhdojmë me lëndën e tretë që është oksigjeni. Në anën e majtë të mosbarazimit kemi 2 atome oksigjeni (O), ndërsa në anën e djathtë kemi 4 atome oksigjeni. 2 nga CO₂ dhe 2 nga 2H₂O (2 e shtuam për të drejtpeshuar hidrogjenin) Prandaj, për të drejtpeshuar mosbarazimin duhet që në anën e majtë të shtojmë dy atomet e munguara të oksigjenit duke shtuar shifrën 2 para formulës së oksigjenit (O₂) në këtë mënyrë: 2O₂. Tani numri i atomeve të oksigjenit është i drejtpeshuar:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Në gjuhën shkencore njësia matëse e sasisë së grimcave (atome, molekula ose ione) të pranishme në një bashkëveprim kimik quhet masë molare. Masa molare llogaritet në gram për mol (g/mol). Masa molare shërben si mjet për matjen e grimcave të padukshme (mikroskopike) me njësi matëse që përdoren për sendet e dukshme, siç është grami, në mënyrë që kimistët të jenë në gjendje të kryejnë llogari pa patur nevojën që të numërojnë çdo grimcë një-për-një.

Për lëndët themeltare, të radhitura në sistemin periodik të lëndëve, masa molare është e barabartë me masën atomike të lëndës, të shënuar në tabelë. Për shembull, masa atomike e karbonit është përafërsisht 12 njësi masë atomike. Rrjedhimisht edhe masa molare e karbonit është 12g/mol. Kjo do të thotë që një mol atomesh karboni peshon rreth 12 gram.

Për bashkimet kimike, masa molare është shuma e masave molare të atomeve përbërëse në formulën kimike. Për shembull, masa molare e ujit (H₂O) llogaritet duke mbledhur masat molare të dy atomeve të hidrogjenit (H) (përafërsisht nga 1g/mol) dhe atomit të oksigjenit (O) (përafërsisht 16g/mol). Rrjedhimisht masa molare e ujit është përafërsisht:

1+1+16=18g/mol

Numri i Avogadros është një numër i pandryshueshëm që tregon numrin e grimcave (atomeve, molekulave dhe ioneve), në një mol lëndë. Vlera e këtij numri është 6.022 × 10²³ grimca për mol.

Numri i Avogadros e ka marrë emrin nga shkencëtari Amadeo Avogadro, i i cili në fillim të shekullit 19 parashtroi mendimin se vëllime të njëjta të gazeve në të njëjtën temperaturë dhe trysni përmbajnë të njëjtin numër molekulash, pavarësisht llojit të gazit. Megjithatë, numri i saktë i Avogadros u zbulua shumë më vonë nëpërmjet shqyrtimeve në laborator. Pa numrin e Avogadros kimistët do e kishin të pamundur që të llogarisnin sasinë e grimcave të pranishme në një bashkëveprim kimik.