Chemical Reactions

January 27, 2025

Chemical Reactions

Chemical reactions are processes in which one or more substances (reactants) are transformed into different substances (products) through the breaking and forming of chemical bonds. These reactions are essential to chemistry and are categorized based on their nature, energy changes, and the types of reactants involved.

Key Concepts of Chemical Reactions

Reactants and Products
- Reactants: Substances that start the reaction.
- Products: Substances formed as a result of the reaction.
- Example: In the reaction $H_{2} + O_{2} \to H_{2} O, hydrogen ($ $\text{H}_2$ ) and oxygen ( $\text{O}_2$ ) are reactants, and water ( $\text{H}_2\text{O}$ ) is the product.
Chemical Equation
A symbolic representation of a chemical reaction, where reactants and products are shown with their chemical formulas. It may include:
- States of matter: (s) for solid, (l) for liquid, (g) for gas, (aq) for aqueous.
- Coefficients to balance the equation and adhere to the law of conservation of mass.
Types of Chemical Reactions
- Synthesis (Combination): Two or more substances combine to form one.
  $A + B \rightarrow AB$
  Example: $2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$
- Decomposition: A single compound breaks into two or more simpler substances.
  $AB \rightarrow A + B$
  Example: $2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_2 + \text{O}_2$
- Single Displacement: One element replaces another in a compound.
  $A + BC \rightarrow AC + B$
  Example: $\text{Zn} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{Cu}$
- Double Displacement: Exchange of ions between two compounds.
  $AB + CD \rightarrow AD + CB$
  Example: $NaCl + {AgNO}_{3} \to {NaNO}_{3} + Ag$
- Combustion: A hydrocarbon reacts with oxygen to produce carbon dioxide, water, and heat.
  $C_xH_y + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$
  Example: $\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$
- Redox Reactions: Involves the transfer of electrons between species.
  - Oxidation: Loss of electrons.
  - Reduction: Gain of electrons.
Energy in Reactions
- Exothermic: Releases heat ( $\Delta H < 0$ ). Example: Combustion.
- Endothermic: Absorbs heat ( $\Delta H > 0$ ). Example: Photosynthesis.
Rate of Reaction

The speed at which reactants convert to products depends on:
- Temperature.
- Concentration of reactants.
- Surface area.
- Catalysts (increase rate without being consumed).
Equilibrium
Some reactions are reversible ( $\leftrightarrow$ ) and reach a state of equilibrium where the forward and reverse reactions occur at the same rate.
Balancing Reactions
- Necessary to follow the law of conservation of mass.
- Ensure the number of atoms of each element is the same on both sides of the equation.

Example: Combustion of Methane

Equation: $\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

Reactants: Methane ( $\text{CH}_4$ ) and oxygen ( $\text{O}_2$ ).
Products: Carbon dioxide ( $\text{CO}_2$ ) and water ( $\text{H}_2\text{O}$ ).
Type: Exothermic reaction releasing energy.

Applications of Chemical Reactions

Biological: Cellular respiration and photosynthesis.
Industrial: Synthesis of fertilizers, plastics, and pharmaceuticals.
Environmental: Understanding pollution, ozone formation, and acid rain.
Everyday Life: Cooking, cleaning, and metabolism.

Types of Chemical Reactions :-

1. Synthesis (Combination) Reaction

Definition: Two or more reactants combine to form a single product.
General Formula:
$A + B \rightarrow AB$
Example:
Formation of water:
$2\text{H}_2 (g) + \text{O}_2 (g) \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} (l)$
- Hydrogen and oxygen gases combine to form liquid water.

2. Decomposition Reaction

Definition: A single compound breaks down into two or more simpler substances.
General Formula:
$AB \rightarrow A + B$
Example:
Decomposition of calcium carbonate:
${CaCO}_{3} (s) \to CaO (s) + {CO}_{2} (g)$
Calcium carbonate decomposes into calcium oxide and carbon dioxide when heated.

3. Single Displacement (Replacement) Reaction

Definition: One element displaces another element from a compound.
General Formula:
$A + BC \rightarrow AC + B$
Example:
Reaction of zinc with hydrochloric acid:
$\text{Zn} (s) + 2\text{HCl} (aq) \rightarrow \text{ZnCl}_2 (aq) + \text{H}_2 (g)$

Zinc displaces hydrogen from hydrochloric acid, producing hydrogen gas and zinc chloride.

4. Double Displacement (Replacement) Reaction

Definition: Exchange of ions between two compounds, leading to the formation of new compounds.
General Formula:
$AB + CD \rightarrow AD + CB$
Example:
Reaction of sodium chloride with silver nitrate:
$\text{NaCl} (aq) + \text{AgNO}_3 (aq) \rightarrow \text{NaNO}_3 (aq) + \text{AgCl} (s)$

Sodium nitrate remains in solution, and silver chloride precipitates.

5. Combustion Reaction

Definition: A substance reacts with oxygen to release energy in the form of heat and light. Typically involves hydrocarbons.
General Formula:
$C_xH_y + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$
Example:
Combustion of methane:
$\text{CH}_4 (g) + 2\text{O}_2 (g) \rightarrow \text{CO}_2 (g) + 2\text{H}_2O (g)$

Methane burns in oxygen to produce carbon dioxide and water.

6. Redox Reaction (Reduction-Oxidation)

Definition: Involves the transfer of electrons between two substances. One is oxidized (loses electrons), and the other is reduced (gains electrons).
General Formula:
- Oxidation: $A \rightarrow A^+ + e^-$
- Reduction: $B + e^{-} \to B^{-}$
Example:
Reaction between copper oxide and hydrogen:
$CuO (s) + H_{2} (g) \to Cu (s) + H_{2} O (g)$

Copper(II) oxide is reduced to copper, and hydrogen is oxidized to water.

7. Acid-Base Reaction (Neutralization)

Definition: An acid reacts with a base to produce a salt and water.
General Formula:
$Acid + Base \to Salt + Water$
Example:
Reaction of hydrochloric acid with sodium hydroxide:
$\text{HCl} (aq) + \text{NaOH} (aq) \rightarrow \text{NaCl} (aq) + \text{H}_2O (l)$

The acid and base neutralize each other, forming water and sodium chloride.

8. Precipitation Reaction

Definition: Two aqueous solutions react to form an insoluble solid (precipitate).
General Formula:
$A B (a q) + C D (a q) \to A D (s) + C B (a q)$
Example:
Reaction of barium chloride with sulfuric acid:
$\text{BaCl}_2 (aq) + \text{H}_2\text{SO}_4 (aq) \rightarrow \text{BaSO}_4 (s) + 2\text{HCl} (aq)$

Barium sulfate forms as a precipitate.

9. Exothermic Reaction

Definition: A reaction that releases energy in the form of heat.
Example:
Combustion of hydrogen gas:
$2\text{H}_2 (g) + \text{O}_2 (g) \rightarrow 2\text{H}_2O (l) + \text{Heat}$

10. Endothermic Reaction

Definition: A reaction that absorbs energy from its surroundings.
Example:
Decomposition of calcium carbonate:
${CaCO}_{3} (s) + Heat \to CaO (s) + {CO}_{2} (g)$

Summary Table of Types of Reactions:

Type	Example
Synthesis	$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2O$
Decomposition	$\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$
Single Displacement	$\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2$
Double Displacement	$NaCl + {AgNO}_{3} \to {NaNO}_{3} + AgCl$
Combustion	${CH}_{4} + 2 O_{2} \to {CO}_{2} + 2 H_{2} O$
Redox	$CuO + H_{2} \to Cu + H_{2} O$
Acid-Base	$HCl + NaOH \to NaCl + H_{2} O$
Precipitation	${BaCl}_{2} + H_{2} {SO}_{4} \to {BaSO}_{4} + 2 HCl$

IN HINDI:-

रासायनिक अभिक्रियाएँ

रासायनिक अभिक्रियाएँ वे प्रक्रियाएँ हैं जिनमें एक या अधिक पदार्थ (प्रतिक्रिया करने वाले) टूटकर या मिलकर नए पदार्थ (उत्पाद) बनाते हैं। इन अभिक्रियाओं में रासायनिक बंधनों का टूटना और बनना शामिल होता है। ये रसायन विज्ञान का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं और इन्हें उनकी प्रकृति, ऊर्जा परिवर्तनों, और प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों के प्रकार के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है।

रासायनिक अभिक्रियाओं की मुख्य अवधारणाएँ

प्रतिक्रियाएँ और उत्पाद

प्रतिक्रियाएँ (Reactants): वे पदार्थ जो अभिक्रिया की शुरुआत करते हैं।
उत्पाद (Products): वे पदार्थ जो अभिक्रिया के परिणामस्वरूप बनते हैं।
उदाहरण:
प्रतिक्रिया $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$ में हाइड्रोजन ( $\text{H}_2$ ) और ऑक्सीजन ( $\text{O}_2$ ) प्रतिक्रियाएँ हैं, और पानी ( $\text{H}_2\text{O}$ ) उत्पाद है।

रासायनिक समीकरण

रासायनिक अभिक्रिया का प्रतीकात्मक प्रतिनिधित्व, जिसमें प्रतिक्रिया करने वाले और उत्पाद उनके रासायनिक सूत्रों के साथ दिखाए जाते हैं। इसमें निम्नलिखित शामिल हो सकते हैं:

पदार्थ की अवस्था: (s) ठोस, (l) तरल, (g) गैस, (aq) जलीय।
सहगुणक (Coefficients): समीकरण को संतुलित करने के लिए ताकि द्रव्यमान संरक्षण के नियम का पालन हो सके।

रासायनिक अभिक्रियाओं के प्रकार

संश्लेषण (Synthesis/Combination) अभिक्रिया
- परिभाषा: दो या अधिक पदार्थ मिलकर एक उत्पाद बनाते हैं।
- सामान्य सूत्र:
  $A + B \rightarrow AB$
- उदाहरण:
  $2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$
  हाइड्रोजन और ऑक्सीजन मिलकर पानी बनाते हैं।
अपघटन (Decomposition) अभिक्रिया
- परिभाषा: एक यौगिक टूटकर दो या अधिक सरल पदार्थों में बदल जाता है।
- सामान्य सूत्र:
  $AB \rightarrow A + B$
- उदाहरण:
  $2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_2 + \text{O}_2$
  पानी टूटकर हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में बदल जाता है।
एकल विस्थापन (Single Displacement) अभिक्रिया
- परिभाषा: एक तत्व दूसरे तत्व को यौगिक से विस्थापित करता है।
- सामान्य सूत्र:
  $A + BC \rightarrow AC + B$
- उदाहरण:
  $\text{Zn} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{Cu}$
  जिंक, कॉपर को विस्थापित करता है और जिंक सल्फेट बनाता है।
द्विगुण विस्थापन (Double Displacement) अभिक्रिया
- परिभाषा: दो यौगिकों के बीच आयनों का आदान-प्रदान होता है।
- सामान्य सूत्र:
  $AB + CD \rightarrow AD + CB$
- उदाहरण:
  $\text{NaCl} + \text{AgNO}_3 \rightarrow \text{NaNO}_3 + \text{AgCl}$
  सोडियम क्लोराइड और सिल्वर नाइट्रेट की अभिक्रिया से सोडियम नाइट्रेट और सिल्वर क्लोराइड बनते हैं।
दहन (Combustion) अभिक्रिया
- परिभाषा: एक हाइड्रोकार्बन, ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है और कार्बन डाइऑक्साइड, पानी, और ऊष्मा उत्पन्न करता है।
- सामान्य सूत्र:
  $C_xH_y + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$
- उदाहरण:
  $\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2O$
  मीथेन का दहन कार्बन डाइऑक्साइड और पानी बनाता है।
रेडॉक्स (Redox) अभिक्रिया
- परिभाषा: यह इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण पर आधारित होती है।
  - ऑक्सीकरण: इलेक्ट्रॉन खोना।
  - अपचयन: इलेक्ट्रॉन प्राप्त करना।
- उदाहरण:
  $\text{CuO} + \text{H}_2 \rightarrow \text{Cu} + \text{H}_2O$
  - कॉपर ऑक्साइड का अपचयन होता है और हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण।

ऊर्जा में परिवर्तन

उष्माक्षेपी (Exothermic): ऊष्मा छोड़ने वाली अभिक्रिया।
- उदाहरण: $\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2O + \text{Heat}$
उष्माग्राही (Endothermic): ऊष्मा अवशोषित करने वाली अभिक्रिया।
- उदाहरण: प्रकाश-संश्लेषण (Photosynthesis)।

अभिक्रिया की गति (Rate of Reaction)

अभिक्रिया की गति निम्न पर निर्भर करती है:

तापमान।
अभिकारकों की सांद्रता।
सतह क्षेत्र।
उत्प्रेरक (Catalyst)।

संतुलन (Equilibrium)

कुछ अभिक्रियाएँ प्रतिवर्ती होती हैं ( $\leftrightarrow$ ) और संतुलन की स्थिति में पहुँच जाती हैं, जहाँ अग्रगामी और प्रतिगामी अभिक्रिया समान दर पर होती है।

उदाहरण: मीथेन का दहन

समीकरण:
$\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2O$

प्रतिक्रियाएँ: मीथेन ( $\text{CH}_4$ ) और ऑक्सीजन ( $\text{O}_2$ )।
उत्पाद: कार्बन डाइऑक्साइड ( $\text{CO}_2$ ) और पानी ( $\text{H}_2O$ )।
प्रकार: ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया।

रासायनिक अभिक्रियाओं का उपयोग

जीव विज्ञान: कोशिकीय श्वसन और प्रकाश-संश्लेषण।
औद्योगिक: उर्वरक, प्लास्टिक और औषधियों का संश्लेषण।
पर्यावरण: प्रदूषण, ओजोन निर्माण, और अम्लीय वर्षा को समझना।
प्रतिदिन का जीवन: खाना बनाना, सफाई करना, और शरीर में चयापचय।

1. संश्लेषण (संयोजन) अभिक्रिया

परिभाषा: जब दो या अधिक अभिकारक मिलकर एक ही उत्पाद बनाते हैं।
सामान्य सूत्र:
$A + B \rightarrow AB$
उदाहरण:
पानी का निर्माण:
$2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l)$
हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैसें मिलकर तरल पानी बनाती हैं।

2. अपघटन अभिक्रिया

परिभाषा: एक यौगिक टूटकर दो या अधिक सरल पदार्थों में बदल जाता है।
सामान्य सूत्र:
$AB \rightarrow A + B$
उदाहरण:
कैल्शियम कार्बोनेट का अपघटन:
$CaCO_3(s) \rightarrow CaO(s) + CO_2(g)$
कैल्शियम कार्बोनेट को गर्म करने पर यह कैल्शियम ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड में टूट जाता है।

3. एकल विस्थापन (प्रतिस्थापन) अभिक्रिया

परिभाषा: एक तत्व दूसरे तत्व को यौगिक से विस्थापित करता है।
सामान्य सूत्र:
$A + BC \rightarrow AC + B$
उदाहरण:
जिंक और हाइड्रोक्लोरिक अम्ल की अभिक्रिया:
$Zn(s) + 2HCl(aq) \rightarrow ZnCl_2(aq) + H_2(g)$
जिंक, हाइड्रोक्लोरिक अम्ल से हाइड्रोजन को विस्थापित कर जिंक क्लोराइड और हाइड्रोजन गैस बनाता है।

4. द्विगुण विस्थापन (प्रतिस्थापन) अभिक्रिया

परिभाषा: दो यौगिकों के बीच आयनों का आदान-प्रदान होता है, जिससे नए यौगिक बनते हैं।
सामान्य सूत्र:
$AB + CD \rightarrow AD + CB$
उदाहरण:
सोडियम क्लोराइड और सिल्वर नाइट्रेट की अभिक्रिया:
$NaCl(aq) + AgNO_3(aq) \rightarrow NaNO_3(aq) + AgCl(s)$
सोडियम नाइट्रेट विलयन में बना रहता है, और सिल्वर क्लोराइड ठोस के रूप में अवक्षेपित होता है।

5. दहन अभिक्रिया

परिभाषा: एक पदार्थ ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके ऊष्मा और प्रकाश के रूप में ऊर्जा उत्पन्न करता है। यह सामान्यतः हाइड्रोकार्बन में होता है।
सामान्य सूत्र:
$C_xH_y + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$
उदाहरण:
मीथेन का दहन:
$CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(g)$
मीथेन ऑक्सीजन में जलता है और कार्बन डाइऑक्साइड व पानी बनाता है।

6. रेडॉक्स (ऑक्सीकरण-अपचयन) अभिक्रिया

परिभाषा: यह इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण पर आधारित होती है। एक पदार्थ ऑक्सीकरण (इलेक्ट्रॉन खोता है), और दूसरा अपचयन (इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है)।
सामान्य सूत्र:

ऑक्सीकरण: $A \rightarrow A^+ + e^-$
अपचयन: $B + e^- \rightarrow B^-$
उदाहरण:
कॉपर ऑक्साइड और हाइड्रोजन के बीच अभिक्रिया:
$CuO(s) + H_2(g) \rightarrow Cu(s) + H_2O(g)$
कॉपर (II) ऑक्साइड का अपचयन होता है, और हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण।

7. अम्ल-क्षार अभिक्रिया (उपक्षारीकरण)

परिभाषा: एक अम्ल और एक क्षार प्रतिक्रिया करके लवण और पानी बनाते हैं।
सामान्य सूत्र:
$Acid + Base \rightarrow Salt + Water$
उदाहरण:
हाइड्रोक्लोरिक अम्ल और सोडियम हाइड्रॉक्साइड की अभिक्रिया:
$HCl(aq) + NaOH(aq) \rightarrow NaCl(aq) + H_2O(l)$
अम्ल और क्षार एक-दूसरे को निष्क्रिय कर लवण और पानी बनाते हैं।

8. अवक्षेपण अभिक्रिया

परिभाषा: जब दो जलीय विलयन मिलते हैं और एक ठोस पदार्थ (अवक्षेप) बनाते हैं।
सामान्य सूत्र:
$AB(aq) + CD(aq) \rightarrow AD(s) + CB(aq)$
उदाहरण:
बेरियम क्लोराइड और सल्फ्यूरिक अम्ल की अभिक्रिया:
$BaCl_2(aq) + H_2SO_4(aq) \rightarrow BaSO_4(s) + 2HCl(aq)$
बेरियम सल्फेट ठोस के रूप में अवक्षेपित होता है।

9. उष्माक्षेपी अभिक्रिया

परिभाषा: ऐसी अभिक्रिया जो ऊष्मा उत्पन्न करती है।
उदाहरण:
हाइड्रोजन गैस का दहन:
$2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l) + Heat$

10. उष्माग्राही अभिक्रिया

परिभाषा: ऐसी अभिक्रिया जो अपने परिवेश से ऊर्जा अवशोषित करती है।
उदाहरण:
कैल्शियम कार्बोनेट का अपघटन:
$C a C O_{3} (s) + H e a t \to C a O (s) + C O_{2} (g)$

सारणी: विभिन्न प्रकार की अभिक्रियाएँ और उनके उदाहरण

प्रकार	उदाहरण
संश्लेषण	$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$
अपघटन	$C a C O_{3} \to C a O + C O_{2}$
एकल विस्थापन	$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$
द्विगुण विस्थापन	$N a C l + A g N O_{3} \to N a N O_{3} + A g C l$
दहन	$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$
रेडॉक्स	$CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O$
अम्ल-क्षार	$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$
अवक्षेपण	$B a C l_{2} + H_{2} S O_{4} \to B a S O_{4} + 2 H C l$