logo idiomorf  
Bekijk de tekeningen op deze website en zie de kracht van de eenvoud
vorige afbeelding terug naar overzicht volgende afbeelding    

Infografiek chemische reactie

 
 

 

 

 
 
   

De Nobelprijs voor chemie 2010
is toegekend aan de Amerikaan Richard F. Heck (University of Delaware) en de Japanners Ei-ichi Negishi en Akira Suzuki. De drie onderzoekers hebben elk een methode ontwikkeld voor organische cross-coupling met een palladium-katalysator. De infografiek laat schematisch zien hoe met deze techniek complexe koolstofmoleculen en de katalisator Palladium een chemische reactie kan worden gemaakt. De reacties die hun namen dragen worden veel gebruikt, onder andere bij de productie van medicijnen en kunststoffen.

Uitleg chemische reactie met infografiek
De palladium gecataliseerde cross-coupling reactie is uniek omdat het onder milde condities is uit te voeren en met hoge precisie. Dat is mogelijk door koolstofatomen dicht bij elkaar te brengen op een palladiumoppervlak. Om dit voor elkaar te krijgen, worden organohalide en organometaal verbindingen ingezet. De chemische reactie werkt als volgt: Een koolstof-atoom verbonden aan bijvoorbeeld een jodiumatoom, dat elekrtomen van het koolstofatoom wegtrekt, is elektrondeficiënt en wordt aangetrokken tot het elektronrijke palladium. In de infografiek aangeduid met het cijfer 1. Het hierdoor meer electrofiel geworden palladiumatoom kan nu reageren met een elektronrijk koolstofatoom, bijvoorbeeld gebonden aan zink. In de infografiek aangeduid met cijfer 2. Het palladiumatoom is een ideale ontmoetingsplaats voor de twee koolstofatomen. In de infografiek aangeduid met het cijfer 3. Nadat de koolwaterstofatomen aan elkaar verbonden zijn, cijfer 5, is het palladiumatoom weer vrij om een volgende chemische reactie te katalyseren, in de schematische tekening afgebeeld met cijfer 4.

Toepassingen scheikundige reacties
De drie scheikundige reacties zijn tot in de verre toekomst belangrijk voor de chemie. Cross-coupling gecatalyseerd door palladium wordt welerdwijd veel gebruikt in materiaal onderzoek en in de productie van medicijnen. Daarnaast worden moleculen die via deze chemische reactie worden verkregen, gebruikt in de elektronica industrie en in de landbouw industrie in de vorm van gewasbescherming. Richard Heck experimenteerde met zijn reactie in begin jaren zeventig, waarmee hij ondermeer een koolstofring kon binden aan een korte koolstofketen om zo de chemische stof styreen te verkrijgen. Nog steeds wordt deze reactie ingezet voor het creëren van enkele bindingen tussen koolstofatomen. De electronica industrie gebruikt deze techniek voor het vinden van betere materialen voor productie van LED-lampen. Negishi ontwierp in 1977 een variant van de tevens met een Nobelprijs beloonde Grignard-reactie. Hij maakt koolstof reactief door zink te gebruiken in plaats van magnesium. Twee jaar later gebruikte Suziki borium. Susiki's reactie wordt gebruikt voor commerciële synthese van een stof die landbouwgewassen beschermt tegen schimmels.

Zoekt u infografieken als deze?
Deze infografiek hebben wij getekend voor een chemisch vakblad. Met deze infografieken en animaties is het mogelijk om (complexe) informatie beter te begrijpen. Deze tekeningen kunnen gebruikt worden voor zowel gedrukte als digitale media. Bent u geïnteresseerd in onze infographics of zijn er vragen? Neem gerust vrijblijvend contact met ons op voor een afspraak. Wij staan u graag te woord.

Chemische reacties
Bij een chemische reactie gaan atomen, maar ook moleculen chemische bindingen aan en/of worden er chemische verbindingen verbroken. Er zijn verschillende soorten chemische reacties. Zo zijn er twee hoofdgroepen: Reacties waarbij energie vrijkomt die exotherm reacties heten. Er zijn ook reacties waarbij energie nodig is, ook wel endotherm genoemt.

Basisprincipes van een chemische reactie uitgelegd.
Factoren die van invloed zijn op de reactiesnelheid zijn temperatuur. Over het algemeen geldt, dat bij een verhoging van het mengsel met 10 C, de reactie 2-3 keer zo snel verloopt.
Bij de concentratie van de stoffen geldt meestal hoe groter de concentratie van (een van) de stoffen is, des te sneller zal de reactie verlopen. Dit principe wordt bij 'het botsende-deeltjes model' verder uitgelegd.Bij de verdelingsgraad geldt in principe het zelfde: Hoe groter het oppervlak van de stof is, hoe meer ruimte is er om de reacties aan te gaan. Hierdoor zal de stof zal dus een hogere reactiesnelheid krijgen.

De katalysator
Een katalysator is een scheikundige term voor een stof die ervoor zorgen kan dat een stof sneller reageert, zonder dat de stof aan de reactie deelneemt. De katalysator verlaagt de activeringsenergie dat is de energie die nodig is om de palladiumreactie te laten verlopen

Botsende-deeltjes
Als twee stoffen bij elkaar worden gevoegd, zullen de door temperatuur voortdurend bewegende deeltjes automatisch tegen elkaar aan gaan botsen. Wanneer twee of meer moleculen tegen elkaar aan botsen, kan er een hergroepering van atomen optreden. Belangrijk is dat niet alle botsingen dit resultaat tot gevolg hebben. Bij een deel van de botsingen kan worden gesproken over een effectieve botsing. Hoe groter het aantal botsingen per seconde, des te groter is het aantal effectieve botsingen, en dus zal de reactie sneller verlopen.

Chemisch reagerende deeltjes
Wanneer de concentratie van de reagerende deeltjes wordt verhoogd neemt het aantal botsingen per seconde, en daarmee dus ook het aantal effectieve botsingen per seconde toe. Indien er zich meer deeltjes in een bepaald volume bevinden, zal de kans groter worden dat ze een keer tegen elkaar aan botsen.

Homogene scheikundige systemen
Homogene systemen zijn systemen waarin de deeltjes gelijkmatig zijn verdeeld, zoals in een gas of in een oplossing. Als de twee gassen of oplossingen bij elkaar worden gevoegd, is de concentratie van de reagerende deeltjes maximaal: er zijn namenlijk nog geen andere stoffen ontstaan. Naarmate de reactie verder verloopt, zal de concentratie van de reagerende deeltjes steeds meer afnemen, tot de concentratie van een of meer van de stoffen bijna nul is. De reactiesnelheid is in dit geval bij aanvang erg groot, maar neemt naar mate de tijd verstrijkt snel weer af, tot het bijna het nulpunt bereikt is. 

Verdelingsgraad
In tegenstelling tot de concentratie van de stoffen, die alleen van toepassing is bij oplossingen en gasmengsels, is de graag van verdeling vooral van toepassing op stoffen in vaste vorm of stoffen met een grensvlak. Die stoffen kunnen uitsluitend op het grensvlak reageren, en de reactiesnelheid zal dus toenemen naarmate het oppervlak van de desbetreffende stof toeneemt. Een reactie met een vaste stof kan worden versneld door van de stof poeder te maken omdat het oppervlak van de desbetreffende stof veel groter is.

Invloed van temperatuur bij scheikundige reacties
Bij de verhoging van de temperatuur gaan de deeltjes sneller bewegen. Hierdoor ontstaat een verhoogde kans dat de deeltjes tegen elkaar aan botsen. Behalve dat zullen de deeltjes met een aanzienlijk grotere kracht tegen elkaar aan botsen want ze bewegen namenlijk veel sneller, waardoor het aantal effectieve botsingen ook toeneemt.

Chemische elementen en verbindingen
Zoals bekend is een element een materiaal is dat uit één soort molecuul bestaat. Deze stoffen zijn onder te verdelen in elementen en verbindingen. Een element is in de scheikunde de naam voor een stof die niet meer door een chemische bewerkingen in andere stoffen te ontleden is. Elementen zijn stoffen die uit één soort atomen bestaan. Diamant is een voorbeeld van een element. Een zuivere diamant bestaat enkel uit koolstofatomen. Er zitten geen andere soorten atomen in.

Chemische verbinding
Een chemische verbinding is een combinatie van twee of meer soorten atomen. Zo'n scheikundige verbinding kan door een chemische reactie ontleed worden in verschillende elementen. Zo'n verbinding heeft andere scheikundige eigenschappen dan de elementen die in die verbinding zitten. Water bijvoorbeeld is een verbinding. In een watermolecuul zitten twee waterstofatomen en een zuurstofatoom. Deze atomen zijn met elkaar verbonden en vormen samen de chemische stof water. De scheikundige stof waterstof is een ander chemisch element dan zuurstof. Waterstof en zuurstof hebben ook beide andere scheikundige eigenschappen dan water. Daarom is water een chemische verbinding. Een verbinding van de elementen zuurstof en waterstof.