Хімічні реакції. Рівняння хімічних реакцій

Хімічна реакція – це перетворення одних речовин в інші. Втім, таке визначення потребує одне істотне доповнення. У ядерному реакторі або в прискорювачі теж одні речовини перетворюються на інші, але такі перетворення хімічними не називають.

У чому ж тут справа? У ядерному реакторі відбуваються ядерні реакції. Вони полягають в тому, що ядра елементів при зіткненні з частинками високої енергії (ними можуть бути нейтрони, протони і ядра інших елементів) – розбиваються на осколки, які становлять ядра інших елементів. Можливо і злиття ядер між собою.

Ці нові ядра потім отримують електрони з навколишнього середовища і, таким чином, завершується утворення двох або кількох нових речовин. Всі ці речовини є якими-небудь елементами Періодичної системи.

На відміну від ядерних реакцій, в хімічних реакціях не будуть зачіпатися ядра атомів. Всі зміни відбуваються тільки в зовнішніх електронних оболонках. Розриваються одні хімічні зв’язки і утворюються інші.

Хімічними реакціями називаються явища, при яких одні речовини, що володіють певним складом і властивостями, перетворюються в інші речовини – з іншим складом та іншими властивостями. При цьому у складі атомних ядер змін не відбувається.

Розглянемо типову хімічну реакцію: згоряння природного газу (метану) в кисні повітря. Ті з вас, у кого вдома є газова плита, можуть щодня спостерігати цю реакцію у себе на кухні. Метан СН4 і кисень О2 реагують між собою з утворенням діоксиду вуглецю СО2 і води Н2О. При цьому в молекулі метану розриваються зв’язку між С і Н і на їх місці виникають зв’язки вуглецю з киснем. Атоми водню, що раніше належали метану, утворюють зв’язки з киснем. Для успішного здійснення реакції на одну молекулу метану треба взяти дві молекули кисню.

Записувати хімічну реакцію з допомогою малюнків молекул не надто зручно. Тому для запису хімічних реакцій використовують скорочені формули речовин. Такий запис називається рівнянням хімічної реакції.

Кількість атомів різних елементів в лівій і правій частинах рівняння однаково. У лівій частині один атом вуглецю в складі молекули метану (СН4), і в правій – той же атом вуглецю ми знаходимо в складі молекули СО2. Всі чотири водневих атома з лівої частини рівняння ми обов’язково знайдемо і в правій – у складі молекул води.

У рівнянні хімічної реакції для вирівнювання кількості однакових атомів в різних частинах рівняння використовуються коефіцієнти, які записуються перед формулами речовин. Коефіцієнти не треба плутати з індексами в хімічних формулах.

На відміну від математичних рівнянь, в рівняннях хімічних реакцій не можна переставляти ліву і праву частини. Речовини у частині рівняння хімічної реакції називаються реагентами, а в правій – продуктами реакції. Якщо зробити перестановку лівої і правої частини, то ми одержимо рівняння зовсім іншої хімічної реакції.

Якщо реакція між СаО і Н2О починається мимовільно і йде з виділенням великої кількості теплоти, то для проведення останньої реакції, де реагентом служить Са(ОН)2, потрібне сильне нагрівання.

Зверніть увагу: замість знака рівності в рівнянні хімічної реакції можна використовувати стрілку. Стрілка зручна тим, що показує напрямок течії реакції.

Додамо також, що реагентами та продуктами можуть бути не обов’язково молекули, але і атоми – якщо в реакції бере участь який-небудь елемент або елементи в чистому вигляді. Наприклад:

  • H2 + CuO = Cu + H2O

Існує кілька способів класифікації хімічних реакцій, з яких ми розглянемо два.

По першому з них всі хімічні реакції розрізняють за ознакою зміни числа вихідних і кінцевих речовин. Тут можна знайти 4 типи хімічних реакцій:

  • Реакції з’єднання;
  • Реакції розкладання;
  • Реакції обміну;
  • Реакції заміщення.

Наведемо конкретні приклади таких реакцій. Для цього повернемося до рівнянь отримання гашеного вапна і рівнянню отримання негашеного вапна:

  • СаО + Н2О = Са(ОН)2
  • Са(ОН)2 = СаО + Н2О

Ці реакції відносяться до різних типів хімічних реакцій. Перша реакція є типовою реакцією з’єднання, оскільки при її протіканні дві речовини Сао і Н2О з’єднуються в одне: Са(ОН)2.

Друга реакція Са(ОН)2 = СаО + Н2О є типовою реакцією розкладання: тут одна речовина Ca(OH)2 розкладається з утворенням двох інших.

У реакціях обміну кількість реагентів і продуктів зазвичай однаково. У таких реакціях вихідні речовини обмінюються між собою атомами і навіть цілими складовими частинами своїх молекул. Наприклад, при зливанні розчину CaBr2 з розчином HF випадає осад. У розчині іони кальцію і водню обмінюються між собою іонами брому і фтору. Реакція відбувається тільки в одному напрямку тому, що іони кальцію і фтору зв’язуються в нерозчинний з’єднання CaF2 і після цього “зворотний обмін” іонами вже неможливий:

  • CaBr2 + 2HF = CaF2 ↓ + 2HBr

При зливанні розчинів CaCl2 і Na2CO3 теж випадає осад, тому що іони кальцію і натрію обмінюються між собою частками CO32– і Cl утворенням нерозчинного з’єднання – карбонату кальцію CaCO3.

  • CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 ↓ + 2NaCl

Стрілка поруч з продуктом реакції показує, що це з’єднання нерозчинне і випадає в осад. Таким чином, стрілку можна використовувати і для позначення видалення якого-небудь продукту з хімічної реакції у вигляді осаду або газу. Наприклад:

  • Zn + 2HCl = H2 ↑+ ZnCl2

Остання реакція відноситься до ще одного типу хімічних реакцій – реакцій заміщення. Цинк замістив водень в його з’єднанні з хлором (HCl). Водень при цьому виділяється у вигляді газу.

Реакції заміщення зовні можуть бути схожі на реакції обміну. Відмінність полягає в тому, що в реакціях заміщення обов’язково беруть участь атоми якої-небудь простої речовини, які заміщають атоми одного з елементів у складній речовині. Наприклад:

  • 2NaBr + Cl2 = 2NaCl + Br2 – реакція заміщення;
  • у частині рівняння є проста речовина – молекула хлору Cl2, і в правій частині є проста речовина – молекула брому Br2.

У реакціях обміну і реагенти та продукти є складними речовинами. Наприклад:

  • CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 ↓+ 2NaCl – реакція обміну;
  • в цьому рівнянні реагенти та продукти – складні речовини.

Розподіл всіх хімічних реакцій на реакції сполучення, розкладу, заміщення і обміну – не єдине. Є інший спосіб класифікації: за ознакою зміни (або відсутності зміни) ступенів окислення у реагентів і продуктів. За цією ознакою всі реакції діляться на окислювально-відновні реакції і всі інші (НЕ окислювально-відновні).

Реакція між Zn і HCl є не тільки реакцією заміщення, а й окислювально-відновною реакцією, тому що в ній змінюються ступені окислення реагуючих речовин:

Zn0 + 2H +1Cl = H2О+ Zn+ 2Cl2 – реакція заміщення і одночасно окисно-відновна реакція.

Окислювально-відновними є також реакції метану з киснем, реакція оксиду міді з воднем, реакція броміду натрію з хлором.

Посилання на основну публікацію