Hajoamisreaktio on eräänlainen kemiallinen reaktio, jossa yhdiste hajotetaan yksinkertaisempiin komponentteihin. Se on päinvastoin kuin kemiallinen synteesi, jossa alkuaineet tai suhteellisen yksinkertaiset yhdisteet yhdistävät monimutkaisemman. Koska hajoamisreaktio sisältää kemiallisten sidosten katkeamisen, se vaatii energian lisäämistä; tämä voi johtua lämmöstä, sähkövirrasta tai muista lähteistä. Joskus katalyytti nopeuttaa reaktiota tai antaa sen tapahtua alemmassa lämpötilassa. Näitä reaktioita käytetään teollisesti joidenkin alkuaineiden – erityisesti reaktiivisten metallien – valmistuksessa ja laboratoriossa näytteiden analysoimiseksi.
Hajoaminen lämmön vaikutuksesta
Lämpöä käytetään yleisesti hajoamisreaktion aikaansaamiseen. Kun yhdiste kuumenee, sen atomit liikkuvat voimakkaammin ja tämä liike voi katkaista kemialliset siteet. Jos esimerkiksi kalsiumkarbonaattia (CaCO3) kuumennetaan voimakkaasti, se hajoaa kalsiumoksidiksi (CaO) ja hiilidioksidiksi (CO2). Yhdisteen hajoamiseen vaadittava lämpötila riippuu sitä sitovien sidosten lujuudesta. Tässä esimerkissä kalsiumkarbonaatti menettää hiiliatomin ja kaksi happiatomia hiilidioksidina, mutta kalsium tarttuu yhteen happiatomiin, koska kalsium-happiside on erittäin vahva eikä sitä voida katkaista kuumentamalla mihin tahansa helposti saavutettavissa olevaan lämpötilaan.
Reaktiivisemmilla elementeillä on taipumus muodostaa vahvempia sidoksia, ja siksi niitä on vaikeampi erottaa yhdisteistään. Toisin kuin yllä oleva esimerkki, vähemmän reaktiivisten metallien, kuten hopean ja elohopean, oksidit voidaan hajottaa suhteellisen maltillisella lämmityksellä, vapauttaen happea ja jättämällä puhdasta metallia. Erittäin reaktiivisia metalleja, kuten natriumia ja kaliumia, ei voida erottaa yhdisteistään pelkällä lämmityksellä.
elektrolyysin
Nestemäisessä tilassa elementit voidaan erottaa yhdisteestä käyttämällä suoraa sähkövirtaa prosessissa, jota kutsutaan elektrolyysiksi. Virta virtaa nesteeseen sijoitettujen elektrodien läpi. Negatiivisesti varautuneet elektronit virtaavat yhteen elektrodiin, joka tunnetaan nimellä katodi, ja ulos toisesta, joka tunnetaan anodina. Katodilla on siten negatiivinen varaus ja anodilla positiivinen varaus. Nesteen ionit liikkuvat kohti vastakkain varautunutta elektrodia, jolloin virta kulkee.
Esimerkki on veden hajoaminen vedyksi ja hapeksi elektrolyysin avulla. Puhdas vesi on erittäin huono johdin, mutta jo hyvin pienen määrän ionisen yhdisteen, kuten natriumsulfaatin, lisääminen parantaa huomattavasti sen johtavuutta ja mahdollistaa elektrolyysin. Katodissa vesi (H2O) jaetaan vetykaasu- (H2) ja hydroksidi (OH-) -ioneiksi, jotka kiinnittävät positiivisesti varautuneen anodin. Anodissa vesi jaetaan happikaasu- ja vety (H+) -ioneiksi, jotka vetävät puoleensa katodia.
Muut tekijät
Joissakin yhdisteissä hajoamiseen tarvittava energia on pieni ja se voidaan saada pienen iskun, kuten fyysisen iskun, avulla. Yksi tällainen yhdiste on lyijyatsidi (Pb (N3) 2), joka hajoaa räjähdysmäisesti lyijy- ja typpikaasuksi, jos se altistuu melko pienelle vaikutukselle. Natriumatsidi on samanlainen, mutta hieman vähemmän herkkä yhdiste, jota käytetään täyttämään auton turvatyynyt törmäyksessä.
Valo voi aiheuttaa joidenkin yhdisteiden hajoamista. Esimerkiksi hopeakloridi muuttuu hopeaksi ja kloorikaasuksi altistettaessa valolle. Tämä ilmiö oli ratkaiseva valokuvauksen kehitykselle.
katalyytit
Monissa tapauksissa hajoamisreaktio voidaan käynnistää tai nopeuttaa käyttämällä katalyyttiä. Nämä aineet eivät osallistu reaktioon, ja siksi ne eivät muutu, mutta ne rohkaisevat reaktion tapahtumista. Hyvä esimerkki on laimeiden vetyperoksidin (H2O2) liuosten hajoaminen veteen ja happiin. Tätä reaktiota voidaan edistää lisäämällä jauhemaista mangaanidioksidia, joka toimii katalyyttinä happikaasun tuottamiseksi.
käytät
Lämpöhajoamista käytetään poltetun kalkin teollisessa tuotannossa sementin valmistukseen ja moniin muihin tarkoituksiin. Elektrolyysiä käytetään reaktiivisten metallien valmistuksessa. Esimerkiksi natrium tuotetaan sulan (natriumkloridin) elektrolyysillä. Tämä tuottaa myös kloorikaasua, jolla on monia teollisia käyttötarkoituksia, vaikka suurin osa kloorista tuotetaan elektrolyysillä suolaliuoksiin vedessä. Hajoamisreaktioita, joihin kuuluu elektrolyysi, käytetään myös erittäin reaktiivisen elementin tekemiseen fluoriksi ja “puhtaana” tapana tuottaa vetyä polttoaineeksi.
Jotkut tieteelliset sovellukset riippuvat hajoamisreaktioista materiaalien analysoimiseksi. Esimerkiksi massaspektrometriassa pieni näyte kiinnostavasta materiaalista jaetaan ioneiksi, jotka erotetaan varaustensa ja massansa mukaan. Materiaalin koostumus voidaan sitten määrittää.