- Концепция химической реакции
- Характеристики химических реакций
- кинетика
- Консервация теста
- Физические изменения и / или изменения состояния
- Вариация цвета
- Выпуск газов
- Изменения температуры
- Части химической реакции
- Реагенты и продукты
- СМИ реакции
- Сосуды или реакторы
- Типы химических реакций
- - окислительно-восстановительный (редокс)
- Окисление меди
- Железо и кобальт
- Йод и марганец
- горение
- - Синтез
- Ионные соединения
- координация
- - Разложение
- Класс вулкан
- - Смещение
- Водорода
- Металлов и галогенов
- - газообразование
- - Метатезис или двойное смещение
- Атмосферные осадки
- Основная кислота
- Примеры химических реакций
- водоизмещение
- нейтрализация
- Двойная прокрутка
- окислительно-восстановительный потенциал
- Решенные упражнения на химические реакции
- - Упражнение 1
- - Упражнение 2.
- - Упражнение 3
- Ссылки
При химических реакциях субъект претерпевает изменения в расположении своих атомов, и когда два вещества являются разными соединениями или контактируют. В процессе возникают изменения, которые видны сразу; такие как повышение температуры, охлаждение, газообразование, мгновенное испарение или осаждение твердого вещества.
Самые распространенные химические реакции часто остаются незамеченными в повседневной жизни; тысячи из них выполняются в нашем организме. Другие, однако, более заметны, поскольку мы можем приготовить их на кухне, выбрав правильную посуду и ингредиенты; например, смешивая пищевую соду с уксусом, растворяя сахар в воде или подкисляя сок красной капусты.
Реакция пищевой соды и уксуса - пример повторяющейся химической реакции при приготовлении пищи. Источник: Кейт Тер Хаар (https://www.flickr.com/photos/katerha/5703151566)
В лабораториях химические реакции становятся более обычными и обычными; все они происходят в мензурках или колбах Эрленмейера. Если у них есть что-то общее, то ни то, ни другое не является простым, поскольку они скрывают столкновения, разрывы связей, механизмы, образование связей, энергетические и кинетические аспекты.
Есть настолько поразительные химические реакции, что любители и ученые, зная токсикологию реагентов и некоторые меры безопасности, воспроизводят их в больших масштабах в увлекательных демонстрационных мероприятиях.
Концепция химической реакции
Химические реакции происходят, когда связь (ионная или ковалентная) разрывается, так что на ее месте образуется другая; два атома или их набор перестают сильно взаимодействовать с образованием новых молекул. Благодаря этому можно определить химические свойства соединения, его реакционную способность, стабильность и то, с чем оно реагирует.
Помимо того, что они несут ответственность за химические реакции, которые постоянно трансформируют материю без воздействия на ее атомы, они объясняют появление соединений, какими мы их знаем.
Для разрыва связей требуется энергия, а при их образовании она высвобождается. Если поглощенная энергия больше высвобождаемой, реакция считается эндотермической; у нас происходит охлаждение окружающей среды. Тогда как если выделяемое тепло превышает поглощенное, то это будет экзотермическая реакция; окружающая среда отапливается.
Характеристики химических реакций
кинетика
Теоретически молекулы должны сталкиваться друг с другом, неся с собой достаточно кинетической энергии, чтобы способствовать разрыву связи. Если их столкновения медленные или неэффективные, химическая реакция изменяется кинетически. Это может происходить либо из-за физического состояния веществ, либо из-за их геометрии или структуры.
Таким образом, в ходе реакции вещество преобразуется путем поглощения или выделения тепла, в то же время, когда оно подвергается столкновениям, которые способствуют образованию продуктов; важнейшие составляющие любой химической реакции.
Консервация теста
Согласно закону сохранения массы, общая масса сборки остается постоянной после химической реакции. Таким образом, сумма индивидуальных масс каждого вещества равна массе полученного результата.
Физические изменения и / или изменения состояния
Возникновение химической реакции может сопровождаться изменением состояния компонентов; то есть изменение твердого, жидкого или газообразного состояния материала.
Однако не все изменения состояния связаны с химической реакцией. Например: если вода испаряется из-за воздействия тепла, водяной пар, образующийся после этого изменения состояния, остается водой.
Вариация цвета
Среди физических свойств, возникающих в результате химической реакции, выделяется изменение цвета реагентов по сравнению с цветом конечного продукта.
Это явление заметно при наблюдении химической реакции металлов с кислородом: когда металл окисляется, он меняет свой характерный цвет (золотой или серебряный, в зависимости от случая), приобретая красновато-оранжевый оттенок, известный как ржавчина.
Выпуск газов
Эта характеристика проявляется в виде пузырей или выделения определенных запахов.
Как правило, пузырьки появляются в результате воздействия на жидкость высоких температур, что приводит к увеличению кинетической энергии молекул, участвующих в реакции.
Изменения температуры
Если тепло является катализатором химической реакции, в конечном продукте будет индуцироваться изменение температуры. Следовательно, ввод и вывод тепла в процессе также могут быть характеристикой химических реакций.
Части химической реакции
Реагенты и продукты
Любая химическая реакция представлена уравнением типа:
А + В → С + D
Где A и B - реагенты, а C и D - продукты. Уравнение говорит нам, что атом или молекула A реагирует с B с образованием продуктов C и D. Это необратимая реакция, поскольку реагенты не могут снова возникать из продуктов. С другой стороны, реакция ниже обратима:
А + В <=> С + D
Важно подчеркнуть, что масса реагентов (A + B) должна быть равна массе продуктов (C + D). Иначе тесто не сохранилось бы. Точно так же количество атомов для данного элемента должно быть одинаковым до и после стрелки.
Над стрелкой указаны некоторые специфические характеристики реакции: температура (Δ), падение ультрафиолетового излучения (hv) или используемый катализатор.
СМИ реакции
Что касается жизни и реакций, происходящих в нашем организме, реакционная среда - водная (ас). Однако химические реакции могут происходить в любой жидкой среде (этанол, ледяная уксусная кислота, толуол, тетрагидрофуран и т. Д.) До тех пор, пока реагенты хорошо растворяются.
Сосуды или реакторы
Контролируемые химические реакции происходят в сосуде, будь то простая стеклянная посуда, или в реакторе из нержавеющей стали.
Типы химических реакций
Типы химических реакций основаны на том, что происходит на молекулярном уровне; какие связи разорваны и как атомы в итоге соединяются. Точно так же учитывается, приобретают или теряют электроны виды; хотя это происходит в большинстве химических реакций.
Здесь мы объясняем различные типы существующих химических реакций.
- окислительно-восстановительный (редокс)
Окисление меди
В примере с патиной имеет место реакция окисления: металлическая медь теряет электроны в присутствии кислорода, превращаясь в соответствующий ей оксид.
4Cu (тв) + O 2 (г) => Cu 2 O (тв)
Оксид меди (I) продолжает окисляться до оксида меди (II):
2Cu 2 O (т) + O 2 => 4CuO (т)
Этот тип химической реакции, в которой частицы увеличивают или уменьшают степень окисления (или состояние), известен как реакция окисления и восстановления (окислительно-восстановительная).
Металлическая медь со степенью окисления 0 сначала теряет один электрон, а затем второй (окисляется), а кислород остается (восстанавливается):
Cu => Cu + + e -
Cu + => Cu 2+ + e -
O 2 + 2e - => 2O 2-
Прирост или потерю электронов можно определить путем расчета степеней окисления атомов в химических формулах их полученных соединений.
Для Cu 2 O известно, что, поскольку это оксид, он имеет анион O 2- , поэтому для нейтрализации зарядов каждый из двух атомов меди должен иметь заряд +1. Очень похоже на CuO.
Медь при окислении приобретает положительную степень окисления; и кислород, чтобы снизить отрицательные степени окисления.
Железо и кобальт
Дополнительные примеры окислительно-восстановительных реакций показаны ниже. Также будет сделан краткий комментарий и будут указаны изменения степеней окисления.
FeCl 2 + CoCl 3 => FeCl 3 + CoCl 2
Если рассчитаны степени окисления, следует отметить, что степени окисления Cl остаются с постоянным значением -1; но не так, с представителями Веры и Ко.
На первый взгляд, железо окислилось, а кобальт восстановился. Откуда вы знаете? Поскольку железо в настоящее время не взаимодействует с двумя анионами Cl - , но с тремя, атом хлора (нейтральный) является более электроотрицательным , чем железо и кобальт. С другой стороны, с кобальтом происходит обратное: он переходит от взаимодействия с тремя Cl - к двум из них.
Если приведенные выше рассуждения неясны, то переходим к написанию химических уравнений чистого переноса электронов:
Fe 2+ => Fe 3+ + e -
Co 3+ + e - => Co 2+
Таким образом, Fe 2+ окисляется, а Co 3+ восстанавливается.
Йод и марганец
6KMnO 4 + 5KI + 18HCl => 6MnCl 2 + 5KIO 3 + 6KCl + 9H 2 O
Приведенное выше химическое уравнение может показаться сложным, но это не так. Хлор (Cl - ) и кислород (O 2- ) приобретают или теряют свои электроны. Йод и марганец, да.
Если рассматривать только соединения с йодом и марганцем, то имеем:
KI => KIO 3 (степень окисления: от -1 до +5, теряется шесть электронов)
KMnO 4 => MnCl 2 (степень окисления: от +7 до +2, получает пять электронов)
Йод окисляется, а марганец восстанавливается. Как узнать, не делая расчетов? Потому что йод переходит от калия к взаимодействию с тремя атомами кислорода (более электроотрицательным); и марганец, со своей стороны, теряет взаимодействие с кислородом, чтобы быть с хлором (менее электроотрицательным).
KI не может потерять шесть электронов, если KMnO 4 получит пять; поэтому количество электронов должно быть сбалансировано в уравнении:
5 (КИ => КИО 3 + 6e - )
6 (KMnO 4 + 5e - => MnCl 2 )
В результате получается чистый перенос 30 электронов.
горение
Горение - это энергичное и энергичное окисление, при котором выделяются свет и тепло. Обычно в этом типе химической реакции кислород участвует как окислитель или окислитель; в то время как восстановитель - это топливо, которое горит в конце рабочего дня.
Где пепел, там и возгорание. В основном они состоят из оксидов углерода и металлов; хотя его состав логически зависит от того, какое было топливо. Вот несколько примеров:
C (т) + O 2 (г) => CO 2 (г)
2CO (г) + O 2 (г) => 2CO 2 (г)
C 3 H 8 (г) + 5O 2 (г) => 3CO 2 (г) + 4H 2 O (г)
Каждое из этих уравнений соответствует полному сгоранию; иными словами, все топливо реагирует с избытком кислорода, чтобы гарантировать его полное преобразование.
Аналогичным образом, следует отметить, что CO 2 и H 2 O являются основными газообразными продуктами при горении углеродистых тел (таких как древесина, углеводороды и ткани животных). Из-за недостатка кислорода, а также менее насыщенных кислородом газов, таких как CO и NO, неизбежно образуется некоторый аллотроп углерода.
- Синтез
Графическое изображение реакции синтеза. Источник: Габриэль Боливар.
На изображении выше показано чрезвычайно простое представление. Каждый треугольник представляет собой соединение или атом, которые соединяются в одно соединение; два треугольника образуют параллелограмм. Масса увеличивается, а физические и химические свойства продукта во много раз сильно отличаются от свойств его реагентов.
Например, при сгорании водорода (который также является окислительно-восстановительной реакцией) образуется оксид водорода или гидрид кислорода; более известная как вода:
H 2 (г) + O 2 (г) => 2H 2 O (г)
Когда оба газа смешиваются при высокой температуре, они горят с образованием газообразной воды. При понижении температуры пары конденсируются с образованием жидкой воды. Некоторые авторы рассматривают эту реакцию синтеза как одну из возможных альтернатив замене ископаемого топлива при получении энергии.
Связи HH и O = O разрываются с образованием двух новых одинарных связей: HOH. Вода, как известно, является уникальным веществом (за пределами романтического смысла), и по своим свойствам она сильно отличается от газообразного водорода и кислорода.
Ионные соединения
Образование ионных соединений из их элементов также является примером реакции синтеза. Одним из самых простых является образование галогенидов металлов 1 и 2 групп. Например, синтез бромида кальция:
Ca (s) + Br 2 (l) => CaBr 2 (s)
Общее уравнение для этого типа синтеза:
M (s) + X 2 => MX 2 (s)
координация
Когда образованное соединение включает атом металла в электронной геометрии, тогда говорят, что это комплекс. В комплексах металлы остаются прикрепленными к лигандам слабыми ковалентными связями и образуются в результате координационных реакций.
Например, у вас комплекс 3+ . Он образуется, когда катион Cr 3+ находится в присутствии молекул аммиака NH 3 , которые действуют как лиганды хрома:
Cr 3+ + 6NH 3 => 3+
Результирующий координационный октаэдр вокруг центра металлического хрома показан ниже:
Координационный октаэдр для комплекса. Источник: Габриэль Боливар.
Обратите внимание, что заряд 3+ на хроме не нейтрализуется в комплексе. Его цвет фиолетовый, и поэтому октаэдр представлен этим цветом.
Некоторые комплексы более интересны, например, некоторые ферменты, координирующие атомы железа, цинка и кальция.
- Разложение
Разложение противоположно синтезу: соединение распадается на один, два или три элемента или соединения.
Например, у нас есть следующие три разложения:
2HgO (т) => 2Hg (л) + O 2 (г)
2H 2 O 2 (l) => 2H 2 O (l) + O 2 (г)
H 2 CO 3 (водн.) => CO 2 (г) + H 2 O (л)
HgO - красноватое твердое вещество, которое под действием тепла разлагается на металлическую ртуть, черную жидкость и кислород.
Перекись водорода или перекись водорода разлагаются с образованием жидкой воды и кислорода.
А угольная кислота, в свою очередь, разлагается на углекислый газ и жидкую воду.
Более "сухим" разложением являются карбонаты металлов:
CaCO 3 (s) => CaO (s) + CO 2 (г)
Класс вулкан
Горение вулкана дихромата аммония. Источник: Наталия
Реакция разложения, которая использовалась на уроках химии, представляет собой термическое разложение дихромата аммония, (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 . Эта канцерогенная соль оранжевого цвета (поэтому с ней необходимо обращаться с особой осторожностью) горит, выделяя много тепла и выделяя твердое вещество зеленого цвета, оксид хрома Cr 2 O 3 :
(NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 (т) => Cr 2 O 3 (т) + 4H 2 O (г) + N 2 (г)
- Смещение
Графическое изображение реакции смещения. Источник: Габриэль Боливар.
Реакции замещения - это тип окислительно-восстановительной реакции, в которой один элемент замещает другой в соединении. Смещенный элемент приводит к уменьшению или получению электронов.
Чтобы упростить вышеизложенное, показано изображение выше. Круги представляют собой элемент. Замечено, что салатовый круг вытесняет синий, оставаясь снаружи; но не только это, синий круг при этом сжимается, а зеленый лайм окисляется.
Водорода
Например, у нас есть следующие химические уравнения, чтобы раскрыть объяснение выше:
2Al (s) + 6HCl (водн.) => AlCl 3 (водн.) + 3H 2 (газ.)
Zr (т) + 2H 2 O (г) => ZrO 2 (т) + 2H 2 (г)
Zn (т) + H 2 SO 4 (водн.) => ZnSO 4 (водн.) + H 2 (г)
Что является смещенным элементом для этих трех химических реакций? Водород, который восстанавливается до молекулярного водорода, H 2 ; степень окисления изменяется от +1 до 0. Обратите внимание, что металлы алюминий, цирконий и цинк могут замещать водороды кислот и воды; в то время как медь, ни серебро, ни золото, не могут.
Металлов и галогенов
Точно так же существуют две дополнительные реакции смещения:
Zn (тв) + CuSO 4 (водно) => Cu (тв) + ZnSO 4 (водно)
Cl 2 (г) + 2NaI (водн.) => 2NaCl (водн.) + I 2 (т. Е. )
В первой реакции цинк вытесняет менее активный металл - медь; цинк окисляется, а медь восстанавливается.
Во второй реакции, с другой стороны, хлор, элемент более реактивный, чем йод, вытесняет последний в натриевой соли. Здесь все наоборот: наиболее реактивный элемент восстанавливается за счет окисления вытесненного элемента; следовательно, хлор восстанавливается за счет окисления йода.
- газообразование
В реакциях было видно, что некоторые из них выделяли газы и, следовательно, также вступали в химические реакции этого типа. Аналогичным образом, реакции предыдущего раздела - реакции вытеснения водорода активным металлом - считаются реакциями газообразования.
В дополнение к уже упомянутым, сульфиды металлов, например, выделяют сероводород (который пахнет тухлыми яйцами) при добавлении соляной кислоты:
Na 2 S (т. Е.) + 2HCl (водн.) => 2NaCl (водн.) + H 2 S (г)
- Метатезис или двойное смещение
Графическое изображение реакции двойного смещения. Источник: Габриэль Боливар.
В реакции метатезиса или двойного смещения происходит смена партнеров без переноса электронов; то есть это не считается окислительно-восстановительной реакцией. Как видно на изображении выше, зеленый кружок разрывает связь с темно-синим кружком, чтобы перейти к голубому кружку.
Атмосферные осадки
Когда взаимодействия одного из партнеров достаточно сильны, чтобы преодолеть сольватационный эффект жидкости, образуется осадок. Следующие химические уравнения представляют собой реакции осаждения:
AgNO 3 (водн.) + NaCl (водн.) => AgCl (s) + NaNO 3 (водн.)
CaCl 2 (водн.) + Na 2 CO 3 (водн.) => CaCO 3 (т.) + 2NaCl (водн.)
В первой реакции Cl - замещает NO 3 - с образованием хлорида серебра AgCl, который представляет собой белый осадок. А во второй реакции CO 3 2- замещает Cl - с осаждением карбоната кальция.
Основная кислота
Возможно, наиболее характерной из реакций метатезиса является кислотно-щелочная нейтрализация. Наконец, в качестве примеров показаны две кислотно-основные реакции:
HCl (водн.) + NaOH (вод.) => NaCl (водн.) + H 2 O (l)
2HCl (водн.) + Ba (OH) 2 (водн.) => BaCl 2 (водн.) + 2H 2 O (l)
OH - замещает Cl - с образованием воды и хлоридных солей.
Примеры химических реакций
Ниже и ниже будут упомянуты некоторые химические реакции с соответствующими уравнениями и комментариями.
водоизмещение
Zn (s) + AgNO 3 (водн.) → 2Ag (s) + Zn (NO 3 ) 2 (водн.)
Цинк вытесняет серебро в его нитратной соли: он восстанавливает его с Ag + до Ag. В результате металлическое серебро начинает выпадать в осадок в среде, что наблюдается под микроскопом, как серебряные деревья без листьев. С другой стороны, нитрат соединяется с образующимися ионами Zn 2+ с образованием нитрата цинка.
нейтрализация
CaCO 3 (т.) + 2HCl (водн.) → CaCl 2 (вод.) + H 2 O (л) + CO 2 (г)
Соляная кислота нейтрализует соль карбоната кальция с образованием соли, хлорида кальция, воды и диоксида углерода. CO 2 пузырится и обнаруживается в воде. Это образование пузырьков также достигается добавлением HCl к меловой или яичной скорлупе, богатой CaCO 3 .
NH 3 (г) + HCl (г) → NH 4 Cl (т)
В этой второй реакции пары HCl нейтрализуют газообразный аммиак. Соль хлорида аммония, NH 4 Cl, образует беловатый дым (нижнее изображение), поскольку он содержит очень мелкие частицы, взвешенные в воздухе.
Реакция образования хлорида аммония. Источник: Адам Рендзиковски
Двойная прокрутка
AgNO 3 (водн.) + NaCl (водн.) → AgCl (s) + NaNO 3 (водн.)
В реакции двойного вытеснения происходит обмен «партнерами». Серебро меняет партнеров на натрий. В результате новая соль, хлорид серебра, AgCl, выпадает в осадок в виде молочного твердого вещества.
окислительно-восстановительный потенциал
При химической реакции Лая собаки выделяются тепло, звук и синий свет. Источник: Максим Биловицкий через Википедию.
Существует бесчисленное множество окислительно-восстановительных реакций. Один из самых впечатляющих - это Баркин Дог:
8 N 2 O (г) + 4 CS 2 (л) → S 8 (т) + 4 CO 2 (г) + 8 N 2 (г)
Энергия, выделяемая при образовании трех стабильных продуктов, настолько велика, что возникает голубоватая вспышка (верхнее изображение) и резкое повышение давления, вызванное производимыми газами (CO 2 и N 2 ).
А еще все это сопровождается очень громким звуком, похожим на лай собаки. Образовавшаяся сера S 8 окрашивает внутренние стенки трубки в желтый цвет.
Какие виды восстанавливаются, а какие окисляются? Как правило, элементы имеют степень окисления 0. Следовательно, сера и азот в продуктах должны быть теми видами, которые получили или потеряли электроны.
Сера окислена (потеря электронов), так как она имела степень окисления -2 в CS 2 (C 4+ S 2 2- ):
S 2- → S 0 + 2e -
В то время как азот был восстановлен (приобрел электроны), потому что он имел степень окисления +1 в N 2 O (N 2 + O 2- ):
2N + + 2e → N 0
Решенные упражнения на химические реакции
- Упражнение 1
Какая соль выпадает в осадок в водной среде в следующей реакции?
Na 2 S (водн.) + FeSO 4 (водн.) → ¿?
Как правило, все сульфиды, за исключением образованных щелочными металлами и аммонием, выпадают в осадок в водной среде. Происходит двойное вытеснение: железо связывается с серой, а натрий - с сульфатом:
Na 2 S (водн.) + FeSO 4 (водн.) → FeS (т.) + Na 2 SO 4 (водн.)
- Упражнение 2.
Какие продукты мы получим в результате следующей реакции?
Cu (NO 3 ) 2 + Ca (OH) 2 → ¿?
Гидроксид кальция плохо растворяется в воде; но добавление нитрата меди помогает солюбилизировать его, потому что он реагирует с образованием соответствующего гидроксида:
Cu (NO 3 ) 2 (водн.) + Ca (OH) 2 (водн.) → Cu (OH) 2 (s) + Ca (NO 3 ) 2 (водн.)
Cu (OH) 2 сразу распознается как синий осадок.
- Упражнение 3
Какая соль будет образована в следующей реакции нейтрализации?
Al (OH) 3 (т) + 3HCl (водн.) →?
Гидроксид алюминия ведет себя как основание, реагируя с соляной кислотой. В кислотно-основной реакции нейтрализации (Бренстеда-Лоури) всегда образуется вода, поэтому другим продуктом должен быть хлорид алюминия, AlCl 3 :
Al (OH) 3 (т.) + 3HCl (водн.) → AlCl 3 (водн.) + 3H 2 O
На этот раз AlCl 3 не выпадает в осадок, потому что это соль (до некоторой степени) растворимая в воде.
Ссылки
- Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
- Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
- Ана Зита. (18 ноября 2019 г.). Химические реакции. Получено с: todamateria.com
- Кашьяп Вьяс. (23 января 2018 г.). 19 классных химических реакций, доказывающих, что наука увлекательна. Получено с: Интересный инжиниринг.com
- BeautifulChemistry.net (nd). Реакция. Получено с: beautifulchemistry.net
- Wikipedia. (2019). Химическая реакция. Получено с: en.wikipedia.org