Download - 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
KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH
Kryterium klasyfikacji:
– reakcja CZĄSTECZKOWA (reagują obojętne cząsteczki, atomy))
C + O2 → CO2
– reakcja JONOWA (wszystkie lub niektóre reagenty są jonami)
Zn + 2H+ → Zn2+ + H2
● Stan fazowy reagentów
KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH
Kryterium klasyfikacji:
– 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
KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH
Kryterium klasyfikacji:
– 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
KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH
Kryterium klasyfikacji:
– 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