Różnobarwny świat chemii

Różnobarwny świat chemii

REAKCJE CHEMICZNE

Równanie reakcji chemicznej i jego interpretacja na poziomie cząsteczkowym i makroskopowym. Klasyfikacja reakcji chemicznych według: schematu reakcji, rodzaju reagentów, efektu energetycznego, składu fazowego reagentów, odwracalności reakcji, wymiany elektronów. Efekt energetyczny reakcji. Zasady obliczeń stechiometrycznych – prawo zachowania masy, prawo stosunków stałych.

RÓWNANIE REAKCJI CHEMICZNEJ

REAKCJA CHEMICZNA to proces podczas którego następuje zmiana składu i właściwości materii.

Podczas reakcji chemicznej następuje zrywanie lub/i tworzenie wiązań chemicznych.

O2HCO2OCH 2224

SUBSTRATY PRODUKTY

REAGENTY

PRZED reakcją PO reakcji

INTERPRETACJA (odczytanie) równania reakcji

O2HCO2OCH 2224

● na poziomie cząsteczkowym:"Jedna cząsteczka metanu reaguje z dwiema cząsteczkami tlenu dając cząsteczkę tlenku węgla (IV) i dwie cząsteczki wody"

● na poziomie makroskopowym:"Jeżeli jeden mol metanu przereaguje z dwoma molami tlenu to powstanie jeden mol tlenku węgla (IV) i dwa mole wody"

Jeżeli do reakcji (nierównowagowej) weźmie się substraty w innych proporcjach licznościowych niż wynika z równania chemicznego wtedy reakcja przebiega do wyczerpania się jednego z substratów.

Przykład: Zmieszano 1 mol CH4 i 1 mol O2.Reakcja przebiegnie do wyczerpania się O2 – pozostanie 1/2 mola CH4 – powstanie 1/2 mola CO2 i 1 mol H2O

Stopień przereagowania substratu wskazuje jaka jego część została przemieniona w produkt

● Schemat reakcji

KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH

Kryterium klasyfikacji:

H2 + Cl2 → 2HCl (synteza z pierwiastków)

4H2O → H2O2 + 3H2 + O2 (radioliza)

Q

γ

AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3 (podwójna)

2BiI3 → 2Bi + 3I2 (dysocjacja termiczna)

– analiza, rozkład

2AgBr → 2Ag + Br2 (fotoliza)

– synteza

2NO2 → N2O4 (polimeryzacja)

CaO + H2O →Ca(OH)2 (synteza ze związków)

– wymianaFe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe (pojedyncza)

hν

● Rodzaj reagentów



– reakcja CZĄSTECZKOWA (reagują obojętne cząsteczki, atomy))

C + O2 → CO2

– reakcja JONOWA (wszystkie lub niektóre reagenty są jonami)

Zn + 2H+ → Zn2+ + H2

● Stan fazowy reagentów



– reakcja HOMOGENICZNA – wszystkie substraty i produkty znajdują się w tej samej fazie

FAZA – jednorodna część układu oddzielona powierzchnią graniczną(s) – faza stała(c) – faza ciekła(g) – faza gazowa

N2(g) + 3H2(g) ⇆ 2NH3(g) reakcja homogeniczna w fazie gazowej

NH3·H2O(c) ⇆ NH4+(c) + OH–(c) reakcja homogeniczna w fazie ciekłej

– reakcja HETEROGENICZNA – co najmniej dwa reagenty znajdują się w różnych fazach

Zn(s) + 2H+(c) → Zn2+(c) + H2(g)

Zn(s) + S(s) → ZnS(s) – reakcja heterogeniczna ! – każda faza stała jest inna !

● Odwracalność reakcji



– reakcja ODWRACALNA

Reakcję nazywamy odwracalną lub równowagową, jeżeli w jej wyniku ustala się stan równowagi w którym współistnieją produkty i substraty w określonych proporcjach.

N2 + 3H2 ⇆ 2NH3 w temp. 500 oC i pod ciśnieniem 100 MPa

w mieszaninie reakcyjnej jest 57,5 % obj. amoniaku

– reakcja NIEODWRACALNA przebiega do wyczerpania się co najmniej jednego z substratów

-tlenek węgla (IV) ulatnia się ze środowiska reakcjiCaCO3 → CaO + CO2

W naczyniu zamkniętym możliwa jest reakcja odwrotna:

CaO + CO2 → CaCO3

W dostatecznie wysokiej temperaturze ustali się stan równowagi – reakcja będzie odwracalna CaO + CO2 ⇆ CaCO3

● Wymiana elektronów

KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCHKryterium klasyfikacji:

– reakcja Z WYMIANĄ ELEKTRONÓW – reakcja oksydacyjno - redukcyjna

2Na + Cl2 → 2NaCl →

obojętneatomy

jony

Na+

Cl–

– reakcja BEZ WYMIANY ELEKTRONÓW – atomy, jony nie zmieniają ładunków

AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3

→ 2Na+ + 2Cl–

Ag+ + NO3– + Na+ + Cl– →AgCl↓ + Na+ + NO3

–

← reagenty mają budowę jonową

● Efekt energetyczny



– reakcja EGZOTERMICZNA (wydzielanie ciepła)C + O2 → CO2 ΔH°= –394 kJ/mol

– reakcja ENDOTERMICZNA (pochłanianie ciepła) CaCO3 → CaO + CO2 ΔH° = 176 kJ/mol

ΔH° - standardowa entalpia reakcji – energia reakcji zmierzona w warunkach standardowych, tzn. reagenty jako czyste substancje, pod ciścieniem Po = 105 Pa i w temperaturze 298 K (lub podanej)

(–) reakcja egzotermiczna – reagujący układ traci energię (ciepło)

Wapiennik

Znak entalpii (+/–) ustala się dla reakcji:

(+) reakcja endotermiczna – reagujący układ zyskuje energię (ciepło)

(–)

(+)

OBLICZENIA STECHIOMETRYCZNE

Stechiometria – (gr. stoicheíon element) - ilościowy skład związków chemicznych i stosunków ilościowych reagujących substancji.

Podstawowe prawa stechiometrii:

● Prawo zachowania masy:Suma mas substratów jest równa sumie mas produktów

w układzie zamkniętym.

Przykład: Ile gramów wody powstanie w wyniku reakcji 2,016 g wodoru z 32,00 g tlenu?

Odp. 2,016 + 32,00 = 34,02 g H2O

● Prawo stosunków stałych:

Pierwiastki reagują ze sobą w stałych, ściśle określonych stosunkach ilościowych (stechiometrycznych), charakterystycznych dla danej reakcji.

45,0 g NO – y g H2O

● Obliczanie liczności lub mas reagentów na podstawie równania reakcji

Zadanie: Podczas reakcji 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O powstało 45,0 g NO. Ile moli tlenu przereagowało i ile powstało gramów wody? MNO= 30,0 g/mol

Rozwiązanie:

Proporcja wagowa:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

Obliczamy liczność NO:

Z reakcji wynika proporcja: 5 moli O2 – 4 mole NO

45,0 gnNO = = 1,50 mol

30,0 g/mol

x moli O2 – 1,50 mola NO

x = 1,88 mola O2

Z reakcji wynika inna proporcja:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

4 mole NO – 6 moli H2OJakie są masy tych substancji?

4·30,0 = 120,0 g NO – 6·18,0 = 108,0 g H2O

y = 40,5 g H2O

OBLICZENIA STECHIOMETRYCZNE

● Skład wagowy substancji

Zadanie: Obliczyć ułamki wagowe pierwiastków (skład procentowy) NH4NO3.

Rozwiązanie: NH4NO3

1 mol związku zawiera 2 mole N (nie N2 !)

1 mol związku zawiera 4 mole H (nie H2 !)

1 mol związku zawiera 3 mole O (nie O2 !)

Masa 1 mola NH4NO3: 2·14,0 + 4·1,0 + 3·16,0 = 80,0 g/mol

Ułamki wagowe pierwiastków:

2·14,0

80,0wN = = 0,35 → 35%

28,0

80,0=

4·1,0

80,0wH = = 0,05 → 5%

4,0

80,0=

3·16,0

80,0wO = = 0,60 → 60%

48,0=

80,0

MN MH MO

● Wyznaczanie wzoru chemicznego na podstawie składu wagowego substancji

Zadanie: Ustalić wzór boranu BxHy zawierającego wagowo 21,7% wodoru. MBxHy= 27,6 g/molRozwiązanie: BxHy

W dowolnej ilości związku stosunek x : y jest zawsze taki sam!

Pierwszy wzór związku:

W 100,0 g związku jest 21,7 g H, a reszta to 78,3 g B.

Jakie to liczności? 1,0 g/mol

nH = = 21,7 mol21,7 g

10,8 g/molnB = = 7,25 mol

78,3 g

B7,25H21,7- liczby atomów powinny być

całkowite!Dzielimy obie liczby przez mniejszą z nich (czyli 7,25), co daje:

B1H2,96 - Błąd analizy! – zaokrąglamy do 3 B1H3

W cząsteczce może być wielokrotnie więcej atomów ( jak NO2 i N2O4)- sprawdzamy masę molową:

Jaki jest x : y w np. 100,0 g związku?

Dla BH3: 10,8 + 3·1,0 = 13,8 g/mol

Rzeczywista masa molowa MBxHy= 27,6 g/moljest około 2 razy większa, co odpowiada wzorowi cząsteczki:

B2H6

MH MB

pH ROZTWORÓW

pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Odczyn kwaśny Odczyn zasadowy

Odczyn obojętny

SOK

CYTRYNOWY

OCET

MLEKO

SODA

OCZY

SZCZONA

MLEKO

WAPIENNEKRET

SUBSTANCJE pHSok z cytryny 2 – 3jabłka 3 – 4kapusta kiszona 3 – 3,5biały chleb 5 – 6 ziemniaki 5,5 – 6,0gruszki 5,5 – 6,5 mleko krowie 6,5 – 7 woda destylowana 7,0Mydło „Dave” 7,0Roztwór proszku do prania 8,5 – 9,5 Płyn do udrażniania rur„Kret” 13,5 – 14,0

1

2

3

4

5

6

1 2 13 14 15 16 17Grupa

Okres

1 H3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F

11 Na 12 Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl19 K 20 Ca 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br

37 Rb 38 Sr 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 J55 Cs 56 Ba 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At

Wzrost charakteru niemetalicznego

Wzr

ost c

har

akte

ru n

iem

etal

iczn

ego

Wzr

ost z

doln

ości

prz

yjm

owan

ia

elek

t ron

ów

Wzr

ost l

iczb

y po

wło

k el

ektr

onow

ych

Wzr

ost c

har

a kte

ru m

e tal

i czn

ego

Wzr

ost z

doln

ości

odd

awan

ia e

lekt

ron

ów

Wzrost liczby elektronów walencyjnych

Charakter chemiczny pierwiastków grup głównych

Dziękujemy za zainteresowanie

Documents

Różnobarwny świat chemii