Plik reakcje chemiczne Są to zmiany, którym materia przechodzi w układzie jej atomów i zachodzą, gdy stykają się dwie różne substancje lub związki. Zmiany powstają w procesie, który można zobaczyć natychmiast; takie jak wzrost temperatury, chłodzenie, tworzenie się gazu, flashowanie lub wytrącanie ciała stałego.
Najczęstsze reakcje chemiczne często pozostają niezauważone w życiu codziennym; tysiące z nich są przeprowadzane w naszych ciałach. Inne są jednak bardziej widoczne, ponieważ możemy je wykonać w kuchni, dobierając odpowiednie naczynia i składniki; na przykład mieszanie sody oczyszczonej z octem, rozpuszczanie cukru w wodzie lub zakwaszanie soku z fioletowej kapusty.
W laboratoriach reakcje chemiczne stają się bardziej powszechne i powszechne; wszystkie występują w zlewkach lub kolbach Erlenmeyera. Jeśli mają coś wspólnego, to żadna z nich nie jest prosta, ponieważ ukrywają kolizje, zerwania połączeń, mechanizmy, tworzenie się połączeń, aspekty energetyczne i kinetyczne..
Są reakcje chemiczne tak uderzające, że amatorzy i naukowcy, znając toksykologię odczynników i niektóre środki bezpieczeństwa, odtwarzają je na dużą skalę w fascynujących pokazach..
Indeks artykułów
Reakcje chemiczne zachodzą, gdy następuje zerwanie wiązania (jonowego lub kowalencyjnego), tak że w jego miejsce powstaje inne; dwa atomy lub ich zestaw przestają silnie oddziaływać, tworząc nowe cząsteczki. Dzięki temu można określić właściwości chemiczne związku, jego reaktywność, stabilność, z czym reaguje.
Oprócz tego, że są odpowiedzialni za reakcje chemiczne, które materia nieustannie przekształca, bez wpływu na jej atomy, wyjaśniają powstawanie znanych nam związków..
Do zerwania wiązań potrzebna jest energia, a kiedy wiązania się tworzą, jest ona uwalniana. Jeśli pochłonięta energia jest większa niż uwolniona, mówi się, że reakcja jest endotermiczna; mamy chłodzenie otoczenia. Zważywszy, że jeśli uwolnione ciepło jest wyższe niż pochłonięte, to będzie to reakcja egzotermiczna; otoczenie robi się gorące.
Teoretycznie cząsteczki muszą zderzać się ze sobą, niosąc ze sobą energię kinetyczną wystarczającą do zerwania wiązania. Jeśli ich zderzenia są powolne lub nieefektywne, wpływa to kinetycznie na reakcję chemiczną. Może to nastąpić ze względu na stany fizyczne substancji lub ich geometrię lub strukturę..
Tak więc w reakcji materia jest przekształcana przez pochłanianie lub uwalnianie ciepła, jednocześnie ulega zderzeniom sprzyjającym tworzeniu się produktów; najważniejsze składniki każdej reakcji chemicznej.
Ze względu na prawo zachowania masy całkowita masa zestawu pozostaje stała po reakcji chemicznej. Zatem suma poszczególnych mas każdej substancji jest równa masie uzyskanego wyniku.
Wystąpieniu reakcji chemicznej może towarzyszyć zmiana stanu składników; to znaczy zmiany w stanie stałym, ciekłym lub gazowym materiału.
Jednak nie wszystkie zmiany stanu obejmują reakcję chemiczną. Na przykład: jeśli woda wyparuje pod wpływem ciepła, para wodna powstająca po tej zmianie stanu jest nadal wodą.
Wśród atrybutów fizycznych, które wynikają z reakcji chemicznej, wyróżnia się zmiana koloru odczynników w stosunku do koloru produktu końcowego..
Zjawisko to jest zauważalne, obserwując reakcję chemiczną metali z tlenem: gdy metal utlenia się, zmienia swój charakterystyczny kolor (w zależności od przypadku złoto lub srebro), zmieniając kolor na czerwono-pomarańczowy, znany jako rdza..
Cecha ta objawia się bulgotaniem lub wydzielaniem określonych zapachów.
Generalnie pęcherzyki powstają w wyniku poddania cieczy działaniu wysokiej temperatury, co powoduje wzrost energii kinetycznej cząsteczek biorących udział w reakcji..
W przypadku, gdy katalizatorem reakcji chemicznej jest ciepło, w produkcie końcowym zostanie wywołana zmiana temperatury. Dlatego też wchodzenie i wychodzenie ciepła w procesie może być również cechą reakcji chemicznych..
Każda reakcja chemiczna jest reprezentowana przez równanie typu:
A + B → C + D
Gdzie A i B to reagenty, a C i D to produkty. Równanie mówi nam, że atom lub cząsteczka A reaguje z B, tworząc produkty C i D. Jest to reakcja nieodwracalna, ponieważ reagenty nie mogą ponownie powstać z produktów. Z drugiej strony poniższa reakcja jest odwracalna:
A + B <=> C + D
Należy podkreślić, że masa reagentów (A + B) musi być równa masie produktów (C + D). W przeciwnym razie ciasto nie zostałoby zakonserwowane. Podobnie liczba atomów w danym elemencie musi być taka sama przed i za strzałką.
Nad strzałką wskazano pewne specyfikacje reakcji: temperatura (Δ), częstość występowania promieniowania ultrafioletowego (hv) lub zużyty katalizator.
Jeśli chodzi o życie i reakcje, które zachodzą w naszych ciałach, medium reakcyjne jest wodne (ac). Jednak reakcje chemiczne mogą zachodzić w dowolnym płynnym środowisku (etanol, lodowaty kwas octowy, toluen, tetrahydrofuran itp.), O ile odczynniki są dobrze rozpuszczone..
Kontrolowane reakcje chemiczne zachodzą w naczyniu, prostym naczyniu szklanym lub w reaktorze ze stali nierdzewnej.
Rodzaje reakcji chemicznych są oparte na tym, co dzieje się na poziomie molekularnym; jakie wiązania są zrywane i jak ostatecznie łączą się atomy. Podobnie bierze się pod uwagę, czy gatunek zyskuje, czy traci elektrony; chociaż ma to miejsce w większości reakcji chemicznych.
Tutaj wyjaśniamy różne rodzaje zachodzących reakcji chemicznych.
Na przykładzie patyny zachodzi reakcja utleniania: metaliczna miedź traci elektrony w obecności tlenu, aby przekształcić się w odpowiadający jej tlenek.
4Cu (s) + Odwa(g) => CudwaTy)
Tlenek miedzi (I) nadal utlenia się do tlenku miedzi (II):
2CudwaO (s) + Odwa => 4CuO (s)
Ten typ reakcji chemicznej, w której gatunki zwiększają lub zmniejszają liczbę (lub stan) utlenienia, jest znany jako reakcja utleniania i redukcji (redoks)..
Metaliczna miedź o stopniu utlenienia 0 najpierw traci jeden elektron, a następnie drugi (utlenia się), podczas gdy tlen pozostaje (redukuje):
Cu => Cu+ + i-
Cu+ => Cudwa+ + i-
LUBdwa + 2e- => 2Odwa-
Przyrost lub utratę elektronów można określić, obliczając stopnie utlenienia atomów we wzorach chemicznych otrzymanych w nich związków..
Dla CudwaAlbo wiadomo, że ponieważ jest to tlenek, mamy anion Odwa-, Dlatego, aby utrzymać zneutralizowanie ładunków, każdy z dwóch atomów miedzi musi mieć ładunek +1. Bardzo podobnie dzieje się z CuO.
Gdy miedź utlenia się, uzyskuje dodatnie wartości utlenienia; i tlenu, które mają zostać zredukowane, ujemne wartości utlenienia.
Dodatkowe przykłady reakcji redoks przedstawiono poniżej. Zostanie również wprowadzony krótki komentarz i zostaną określone zmiany w stopniach utlenienia..
FeCldwa + CoCl3 => FeCl3 + CoCldwa
Jeśli oblicza się stopnie utlenienia, należy zauważyć, że te dla Cl pozostają ze stałą wartością -1; nie tak, z tymi z Fe y Co.
Na pierwszy rzut oka żelazo zostało utlenione, a kobalt został zredukowany. Skąd wiesz? Ponieważ żelazo oddziałuje teraz nie z dwoma anionami Cl- ale przy trzech atom chloru (obojętny) jest bardziej elektroujemny niż żelazo i kobalt. Z drugiej strony, z kobaltem dzieje się odwrotnie: powstaje w wyniku interakcji z trzema Cl- dwoje z nich.
Jeśli powyższe rozumowanie nie jest jasne, przystępujemy do zapisywania równań chemicznych transferu netto elektronów:
Wiaradwa+ => Wiara3+ + i-
Współ3+ + i- => Codwa+
Dlatego Fedwa+ rdzewieje, podczas gdy Co.3+ jest zmniejszona.
6KMnO4 + 5KI + 18HCl => 6MnCldwa + 5KIO3 + 6KCl + 9HdwaLUB
Powyższe równanie chemiczne może wydawać się skomplikowane, ale tak nie jest. Chlor (Cl-) lub tlen (Odwa-) zdobywają lub tracą swoje elektrony. Tak, jod i mangan.
Biorąc pod uwagę tylko związki z jodem i manganem, mamy:
KI => KIO3 (stopień utlenienia: od -1 do +5, utrata sześciu elektronów)
KMnO4 => MnCldwa (stopień utlenienia: +7 do +2, zysk pięć elektronów)
Jod jest utleniany, a mangan jest redukowany. Skąd wiedzieć bez wykonywania obliczeń? Ponieważ jod przechodzi od bycia z potasem do interakcji z trzema atomami tlenu (bardziej elektroujemny); a mangan traci interakcje z tlenem, aby być z chlorem (mniej elektroujemny).
KI nie może stracić sześciu elektronów, jeśli KMnO4 wygrać pięć; dlatego liczba elektronów musi być zbilansowana w równaniu:
5 (KI => KIO3 + 6e-)
6 (KMnO4 + 5e- => MnCldwa)
Co skutkuje transferem netto 30 elektronów.
Spalanie jest energicznym i energicznym utlenianiem, podczas którego uwalnia się światło i ciepło. Generalnie w tego typu reakcjach chemicznych tlen uczestniczy jako środek utleniający lub utleniający; podczas gdy środkiem redukującym jest paliwo, które spala się pod koniec dnia.
Tam, gdzie jest popiół, było spalanie. Składają się one zasadniczo z węgla i tlenków metali; chociaż jego skład logicznie zależy od tego, jakie było paliwo. Poniżej kilka przykładów:
C (s) + Odwa(g) => COdwa(sol)
2CO (g) + Odwa(g) => 2COdwa(sol)
do3H.8(g) + 5Odwa(g) => 3COdwa(g) + 4HdwaO (g)
Każde z tych równań odpowiada całkowitym spaleniom; to znaczy całe paliwo reaguje z nadmiarem tlenu, aby zapewnić jego całkowitą przemianę.
Należy również zauważyć, że COdwa i HdwaLub są głównymi produktami gazowymi podczas spalania ciał węglowych (takich jak drewno, węglowodory i tkanki zwierzęce). Nieuniknione jest tworzenie się alotropów węgla z powodu niewystarczającej ilości tlenu, a także mniej utlenionych gazów, takich jak CO i NO.
Powyższy obrazek przedstawia niezwykle prostą reprezentację. Każdy trójkąt jest związkiem lub atomem, które łączą się tworząc pojedynczy związek; dwa trójkąty tworzą równoległobok. Masy rosną, a właściwości fizyczne i chemiczne produktu są wielokrotnie bardzo różne od właściwości jego odczynników.
Na przykład spalanie wodoru (które jest również reakcją redoks) wytwarza tlenek wodoru lub wodorek tlenu; lepiej znany jako woda:
H.dwa(g) + Odwa(g) => 2HdwaO (g)
Kiedy oba gazy są mieszane w wysokiej temperaturze, spalają się, wytwarzając wodę w postaci gazu. Gdy temperatura się obniża, opary skraplają się, tworząc ciekłą wodę. Wielu autorów uważa tę reakcję syntezy za jedną z możliwych alternatyw dla zastąpienia paliw kopalnych w pozyskiwaniu energii.
Wiązania H-H i O = O pękają, tworząc dwa nowe pojedyncze wiązania: H-O-H. Woda, jak dobrze wiadomo, jest substancją wyjątkową (poza romantycznym sensem), a jej właściwości są zupełnie inne od gazowego wodoru i tlenu..
Przykładem reakcji syntezy jest również tworzenie się związków jonowych z ich pierwiastków. Jednym z najprostszych jest tworzenie halogenków metali z grup 1 i 2. Na przykład synteza bromku wapnia:
Ca (s) + Brdwa(l) => CaBrdwa(s)
Ogólne równanie dla tego typu syntezy jest następujące:
M (s) + Xdwa => MXdwa(s)
Gdy utworzony związek obejmuje atom metalu w geometrii elektronowej, wówczas mówi się, że jest kompleksem. W kompleksach metale pozostają przyłączone do ligandów przez słabe wiązania kowalencyjne i powstają w wyniku reakcji koordynacji.
Na przykład mamy zespół [Cr (NH3)6]3+. Powstaje, gdy kation Cr3+ występuje w obecności cząsteczek amoniaku, NH3, które działają jako ligandy chromu:
Cr3+ + 6NH3 => [Cr (NH3)6]3+
Powstały ośmiościan koordynacyjny wokół środka metalicznego chromu pokazano poniżej:
Zauważ, że ładunek 3+ na chromie nie jest neutralizowany w kompleksie. Jego kolor jest fioletowy i dlatego ośmiościan jest reprezentowany tym kolorem.
Niektóre kompleksy są bardziej interesujące, jak w przypadku niektórych enzymów koordynujących atomy żelaza, cynku i wapnia.
Rozkład jest przeciwieństwem syntezy: związek rozkłada się na jeden, dwa lub trzy pierwiastki lub związki.
Na przykład mamy następujące trzy dekompozycje:
2HgO (s) => 2Hg (l) + Odwa(sol)
2HdwaLUBdwa(l) => 2HdwaO (l) + Odwa(sol)
H.dwaWSPÓŁ3(ac) => COdwa(g) + HdwaO (l)
HgO to czerwonawe ciało stałe, które pod wpływem ciepła rozkłada się na metaliczną rtęć, czarną ciecz i tlen..
Nadtlenek wodoru lub nadtlenek wodoru ulega rozkładowi, dając ciekłą wodę i tlen.
Natomiast kwas węglowy rozkłada się na dwutlenek węgla i wodę w stanie ciekłym.
„Bardziej suchy” rozkład to taki, który jest powodowany przez węglany metali:
Złodziej3(s) => CaO (s) + COdwa(sol)
Reakcją rozkładu stosowaną na lekcjach chemii jest termiczny rozkład dwuchromianu amonu (NH4)dwaCrdwaLUB7. Ta rakotwórcza sól pomarańczowa (dlatego należy się z nią obchodzić bardzo ostrożnie) spala się, wydzielając dużo ciepła i wytwarzając zieloną substancję stałą, tlenek chromu, CrdwaLUB3:
(NH4)dwaCrdwaLUB7(s) => CrdwaLUB3(s) + 4HdwaO (g) + Ndwa(sol)
Reakcje wypierania to rodzaj reakcji redoks, w której jeden pierwiastek wypiera inny w związku. Przesunięty element ostatecznie redukuje lub zyskuje elektrony.
Aby uprościć powyższe, pokazano powyższy obrazek. Okręgi reprezentują element. Obserwuje się, że limonkowy okrąg wypiera niebieski, pozostając na zewnątrz; ale nie tylko to, niebieski okrąg kurczy się w trakcie tego procesu, a limonkowo zielony rdzewieje.
Na przykład mamy następujące równania chemiczne, aby ujawnić powyższe wyjaśnione:
2Al (s) + 6HCl (aq) => AlCl3(aq) + 3Hdwa(sol)
Zr (s) + 2HdwaO (g) => ZrOdwa(s) + 2Hdwa(sol)
Zn (s) + Hdwapołudniowy zachód4(ac) => ZnSO4(ac) + Hdwa(sol)
Jaki jest pierwiastek przemieszczony w tych trzech reakcjach chemicznych? Wodór, który jest redukowany do wodoru cząsteczkowego, H.dwa; przechodzi od stopnia utlenienia +1 do 0. Należy zwrócić uwagę, że metale glin, cyrkon i cynk mogą wypierać atomy wodoru z kwasów i wody; podczas gdy miedź, ani srebro, ani złoto, nie mogą.
Podobnie istnieją dwie dodatkowe reakcje przemieszczenia:
Zn (s) + CuSO4(ac) => Cu (s) + ZnSO4(ac)
Cldwa(g) + 2NaI (aq) => 2NaCl (aq) + Idwa(s)
W pierwszej reakcji cynk wypiera mniej aktywny metal - miedź; cynk jest utleniany, podczas gdy miedź ulega redukcji.
Natomiast w drugiej reakcji chlor, pierwiastek bardziej reaktywny niż jod, wypiera ten ostatni w soli sodowej. Tutaj jest na odwrót: najbardziej reaktywny pierwiastek jest redukowany przez utlenianie przemieszczonego pierwiastka; dlatego chlor jest redukowany przez utlenianie jodu.
W reakcjach można było zauważyć, że kilka z nich generowało gazy, a zatem one również wchodzą w tego typu reakcje chemiczne. Podobnie, reakcje z poprzedniej sekcji, czyli wypieranie wodoru przez metal aktywny, są uważane za reakcje tworzenia się gazu..
Oprócz tych już wymienionych, siarczki metali, na przykład, uwalniają siarkowodór (który pachnie jak zgniłe jaja) po dodaniu kwasu solnego:
NadwaS (s) + 2HCl (aq) => 2NaCl (aq) + HdwaS (g)
W reakcji metatezy lub podwójnego wypierania następuje zmiana partnerów bez przenoszenia elektronów; to znaczy, nie jest uważana za reakcję redoks. Jak widać na powyższym obrazku, zielone kółko przerywa łącze z ciemnoniebieskim okręgiem, aby połączyć się z jasnoniebieskim okręgiem.
Kiedy interakcje jednego z partnerów są wystarczająco silne, aby przezwyciężyć efekt solwatacji cieczy, uzyskuje się osad. Następujące równania chemiczne przedstawiają reakcje wytrącania:
AgNO3(aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO3(ac)
CaCldwa(ac) + NadwaWSPÓŁ3(ac) => CaCO3(s) + 2NaCl (aq)
W pierwszej reakcji Cl- zmienia się na NIE3- tworząc chlorek srebra AgCl, który jest białym osadem. A w drugiej reakcji CO3dwa- przenosi się do Cl- do strącania węglanu wapnia.
Być może najbardziej charakterystyczną reakcją metatezy jest neutralizacja kwasowo-zasadowa. Wreszcie, jako przykłady przedstawiono dwie reakcje kwasowo-zasadowe:
HCl (aq) + NaOH (aq) => NaCl (aq) + HdwaO (l)
2HCl (aq) + Ba (OH)dwa(ac) => BaCldwa(aq) + 2HdwaO (l)
OH- wyprzeć Cl- tworząc wodę i sole chlorkowe.
Poniżej i poniżej zostaną wspomniane niektóre reakcje chemiczne wraz z odpowiadającymi im równaniami i komentarzami..
Zn (s) + AgNO3(ac) → 2Ag (s) + Zn (NO3)dwa(ac)
Cynk wypiera srebro w jego soli azotanowej: redukuje je z Ag+ W rezultacie w ośrodku zaczyna wytrącać się metaliczne srebro, obserwowane pod mikroskopem jako srebrzyste drzewa bez liści. Z drugiej strony azotan łączy się z jonami Zndwa+ w wyniku czego powstaje azotan cynku.
Złodziej3(s) + 2HCl (aq) → CaCldwa(ac) + HdwaO (l) + COdwa(sol)
Kwas solny neutralizuje sól węglanu wapnia, tworząc sól, chlorek wapnia, wodę i dwutlenek węgla. COdwa bąbelki i jest wykrywany w wodzie. Bąbelkowanie uzyskuje się również przez dodanie HCl do kredy lub skorupek jaj, bogatych w CaCO3.
NH3(g) + HCl (g) → NH4Cl (s)
W tej drugiej reakcji opary HCl neutralizują gazowy amoniak. Sól chlorku amonu, NH4Cl powstaje jako białawy dym (dolny obraz), ponieważ zawiera bardzo drobne cząsteczki zawieszone w powietrzu.
AgNO3(aq) + NaCl (aq) → AgCl (s) + NaNO3(ac)
W reakcji podwójnego przemieszczenia następuje wymiana „partnerów”. Srebro zamienia partnerów na sód. W rezultacie nowa sól, chlorek srebra, AgCl, wytrąca się w postaci mlecznej substancji stałej..
Istnieje niezliczona ilość reakcji redoks. Jednym z najbardziej imponujących jest Barkin Dog:
8 NdwaO (g) + 4 CSdwa(l) → S8(s) + 4 COdwa(g) + 8 N.dwa(sol)
Energia uwalniana podczas tworzenia trzech stabilnych produktów jest tak duża, że pojawia się niebieskawy błysk (górny obraz) i wyraźny wzrost ciśnienia spowodowany przez powstające gazy (COdwa oraz ndwa).
A do tego wszystkiego towarzyszy bardzo głośny dźwięk podobny do szczekania psa. Wytworzona siarka, S.8, powleka wewnętrzne ściany rury na żółto.
Które gatunki są redukowane, a które utleniane? Z reguły pierwiastki mają stopień utlenienia 0. Dlatego siarka i azot w produktach muszą być związkami, które zyskały lub straciły elektrony..
Siarka utleniona (utracone elektrony), ponieważ miała stopień utlenienia -2 w CSdwa (DO4+Sdwadwa-):
Sdwa- → S.0 + 2e-
Podczas gdy azot był redukowany (zyskiwał elektrony), ponieważ miał stopień utlenienia +1 w NdwaO (Ndwa+LUBdwa-):
2N+ + 2e → N0
Jaka sól wytrąca się w następnej reakcji w środowisku wodnym?
NadwaS (ac) + FeSO4(ac) → ¿?
Z reguły wszystkie siarczki, z wyjątkiem tych utworzonych z metalami alkalicznymi i amonem, wytrącają się w środowisku wodnym. Następuje podwójne wypieranie: żelazo wiąże się z siarką, a sód z siarczanem:
NadwaS (ac) + FeSO4(ac) → FeS (s) + Nadwapołudniowy zachód4(ac)
Jakie produkty otrzymamy z następującej reakcji?
Znaczek3)dwa + Ca (OH)dwa →?
Wodorotlenek wapnia jest słabo rozpuszczalny w wodzie; ale dodatek azotanu miedzi pomaga go rozpuszczać, ponieważ reaguje tworząc odpowiedni wodorotlenek:
Znaczek3)dwa(ac) + Ca (OH)dwa(ac) → Cu (OH)dwa(s) + Ca (NO3)dwa(ac)
Cu (OH)dwa natychmiast rozpoznawalny jako niebieski osad.
Jaka sól powstanie w następnej reakcji neutralizacji?
Al (OH)3(s) + 3HCl (aq) → ¿?
Wodorotlenek glinu zachowuje się jak zasada reagująca z kwasem solnym. W reakcji neutralizacji kwasowo-zasadowej (Bronsted-Lowry) zawsze tworzy się woda, więc innym produktem musi być chlorek glinu, AlCl3:
Al (OH)3(s) + 3HCl (aq) → AlCl3(aq) + 3HdwaLUB
Tym razem AlCl3 nie wytrąca się, ponieważ jest solą (do pewnego stopnia) rozpuszczalną w wodzie.
Jeszcze bez komentarzy