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原子の核の周りを周回する電子は、原子が化学反応に関与する能力を担います。単一の原子やイオンから複雑な化合物まで、あらゆる種類の化学物質が互いに反応します。化学反応はさまざまなメカニズムで発生する可能性があり、単一置換反応は反応タイプの1つのグループです。
化学反応
化学反応は、すべての生命プロセスの基盤であり、地球上のさまざまな環境の非生物的側面の変化の基盤でもあります。化学反応では、原子、分子、複雑な化合物などの化学種が相互作用し、異なる化学種に変化します。エネルギーの入力なしで自然に発生する反応もあれば、反応を進める前にエネルギー障壁を克服する必要がある反応もあります。
反応の種類
化学種が化学反応中に実際に相互作用する方法は数多くあります。合成反応では、2つ以上の化学物質が反応して新しい化合物を形成します。一方、分解では、より複雑な化合物は実際には2つ以上の単純な物質に分解されます。単一および二重置換反応では、反応する物質間で化学種が交換されるため、元の反応化合物が新しい生成物化合物になります。
単一交換
単一置換反応は、A + BCという形式の単純な反応で、AC + Bを生成します。化合物BCは要素Aと反応し、切り替えが発生し、要素Aが化合物の要素Bの代わりになります。これらの反応により、新しい化合物ACが形成され、元素Bが放出されます。単一の置換反応は、化合物から置換される元素が、置換を行う元素よりも反応性が低い場合にのみ発生します。
陰イオンと陽イオン
陰イオンは、正味の負電荷を持つ原子または分子です。これは、原子または分子が別の原子または分子から1つ以上の荷電電子を獲得し、過剰な負電荷を帯びることを意味します。一方、陽イオンは、1つ以上の電子を失い、核内の陽子の正電荷が相殺されないため、正電荷を持ちます。カチオン種とアニオン種は互いに引き付けられ、イオン結合により新しい分子を形成します。
陰イオンおよび陽イオンの単一置換
アニオン交換では、アニオンは別のイオン分子と反応します。イオン分子は陰イオンと陽イオンで構成され、陰イオンを失い、反応が進むにつれて新しい反応陰イオンに置き換わります。陽イオン置換では、陽イオンは陰イオンと陽イオンで構成されるイオン分子と反応し、再び切り替えが行われ、新しい陽イオンが古い陽イオンに置き換わります。どちらの場合も、結果は新しいイオン分子と置換された種の放出です。