Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

1 / 16

III. REAKCJE CHEMICZNE

1. Proces chemiczny a reakcja chemiczna

Przykłady:

topnienie lodu - proces fizyczny,

spalanie węgla - proces chemiczny.

Proces chemiczny

→

→

→

→

reakcja chemiczna

Przykład:

1C + 1O

2

= 1CO

2

Ten zapis reakcji można uprościć:

C + O

2

= CO

2

Musimy również dodatkowo podać efekt cieplny tej
reakcji:

C + O

2

= CO

2

∆∆∆∆Η

Η

Η

Η

θθθθ

= - 394 kJ/mol

∆∆∆∆

H

θθθθ

= standardowa entalpia reakcji = efekt cieplny

reakcji przy p = const. w temp. 298 K

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

2 / 16

2. Co wiemy z zapisu reakcji chemicznej?

O czym mówi reakcja:

- informacja na temat substratów i produktów,
- informacja na temat współczynników
stechiometrycznych,

- informacja na temat efektu energetycznego
(cieplnego).

O czym nie mówi reakcja:

- szybkości reakcji,
- mechanizmie reakcji,
- wydajności reakcji (stopniu przereagowania).

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

3 / 16

3. Definicja reakcji chemicznej

Jest to proces, w którym z atomów, jonów lub

cząsteczek

substancji

wyjściowych

(substratów)

powstają atomy, jony lub cząsteczki produktów.

W reakcji chemicznej ma miejsce niszczenie jednych

wiązań, a tworzenie innych.

Często reakcji towarzyszą zmiany w zewnętrznych

(walencyjnych) powłokach elektronowych.

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

4 / 16

4. Elementarne prawa rządzące reakcjami
chemicznymi

a) Prawo zachowania masy

Suma

mas

substratów

jest

równa

sumie

mas

produktów. Dla reakcji:

H

2

+ Cl

2

= 2HCl

Można to zapisać jako : -H

2

-Cl

2

+ 2HCl = 0

Współczynniki stechiometryczne tutaj wynoszą:

H

2

= -1,

Cl

2

= -1,

HCl = +2,

Prawo zachowania masy dla tej reakcji ma postać:

0

2

2

2

=

−

−

⋅

Cl

H

HCl

M

M

M

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

5 / 16

b) Prawo stosunków stałych

Pierwiastki chemiczne reagują ze sobą w stałych,

ściśle określonych stosunkach ilościowych

(stechiometrycznych)

1C + 1 O

2

= 1 CO

2

12,011 g

31,998 g

1,00 j.w

x j.w

x = 31,998 / 12,011 = 2,6640 j.w.

Inna postać tego prawa:

Każdy związek chemiczny ma stały i niezmienny

skład ilościowy

Odstępstwa - związki chemiczne niestechiometryczne
(np. niektóre stałe tlenki)

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

6/16

5. Podział reakcji chemicznych

a) Ze względu na ilość reagentów

Syntezy

S + O

2

= SO

2

Rozkładu

CaCO

3

= CaO + CO

2

Wymiany

SiO

2

+ 2Mg = Si + 2MgO

b) Ze względu na ilość faz

Homogeniczne: NaOH + HCl = NaCl + H

2

O

czyli

H

+

+ OH

-

= H

2

O

Heterogeniczne: C + O

2

= CO

2

C

(s)

+ O

2(g)

= CO

2(g)

↑

c) Ze względu na rodzaj reagentów

Jonowe H

2

SO

4

+ BaCl

2

= BaSO

4

+ 2HCl

2H

+

+ SO

4

2-

+ Ba

2+

+ 2Cl

-

= BaSO

4

+ 2H

+

+ 2Cl

-

czyli Ba

2+

(w)

+ SO

4

2-

(w)

= BaSO

4

↓↓↓↓

(s)

Cząsteczkowe

2SO

2

+ O

2

= 2SO

3

2SO

2(g)

+ O

2(g)

= 2SO

3(g)

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

7/16

Reakcje rodnikowe

Rodniki są to bardzo aktywne atomy (lub grupy

atomów) mające niesparowane elektrony. Są bardzo
nietrwałe.

Rodniki

najczęściej

powstają

pod

wpływem

promieniowania elektromagnetycznego.

Reakcje rodnikowe przebiegają z udziałem rodników.

Przykładem

reakcji

rodnikowej

jest

fotosynteza

chlorowodoru:

H

2(g)

+ Cl

2(g)

= 2HCl

(g)

Ta reakcja zachodzi z udziałem rodników powstających
pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego:

Cl

2

+ h

υυυυ

= 2Cl

—

H

2

+ h

υυυυ

= 2H

—

Cl

2

+ H

—

= HCl + Cl

—

H

2

+ Cl

—

= HCl + H

—

Cl

—

+ H

—

= HCl

H

—

i Cl

—

oznaczają rodniki

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

8/16

d) Reakcje egzo- (

∆∆∆∆Η

Η

Η

Η

θθθθ

< 0) i endotermiczne (

∆∆∆∆Η

Η

Η

Η

θθθθ

> 0)

Przykłady:

C + O

2

= CO

2

∆∆∆∆Η

Η

Η

Η

θθθθ

= -394 kJ/mol

Ag

2

O = 2Ag + 1/2O

2

∆∆∆∆Η

Η

Η

Η

θθθθ

= +30 kJ/mol

Uwaga:

Efekt cieplny reakcji chemicznej << efekt reakcji
jądrowej:
* Energia chemiczna (np. synteza CO

2

) na 1 mol 4

⋅⋅⋅⋅

10

2

kJ

* Energia wiązania 1 mola nukleonów w jądrze wynosi
7

⋅⋅⋅⋅

10

8

kJ

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

9/16

e) Reakcje odwracalne i nieodwracalne

Przykłady:

H

2

+ I

2

= 2HI

ściślej:

H

2(g)

+ I

2(g)

= 2HI

(g)

W układzie zamkniętym ta reakcja jest odwracalna.

Fe

3+

+ 3OH

-

→ Fe(OH)

3

↓

Ta reakcja jest praktycznie nieodwracalna.

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

10/16

f) Zmiana stopnia utlenienia - reakcje utleniająco-
redukcyjne

Czy te reakcje są utleniająco – redukcyjne?

a)

S

+ O

2

= SO

2

TAK

b)

Cu

2+

+ S

2-

= CuS

NIE

c)

CaO + H

2

O

= Ca(OH)

2

NIE

d)

Zn + 2H

+

= Zn

2+

+ H

2

TAK

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

11/16

6. Stopnie utlenienia

Rzeczywisty stopień utlenienia

Stopień utlenienia jest to liczba elektronów, jaką by

dany pierwiastek przyjął (lub oddał) gdyby utworzone

wiązanie miało charakter jonowy.

Jest to wielkość umowna.

Stopnie utlenienia:
1.

tlenu -2 (z wyjątkiem nadtlenków H

2

O

2

, Na

2

O

2

),

ponadtlenków (KO

2

) i fluorku tlenu (OF

2

)

2.

wodoru +1

(z wyjątkiem wodorków metali

→

→

→

→

-1 st.

utl.)

3.

w stanie wolnym pierwiastka 0 (zero)

4.

suma stopni utlenienia wszystkich atomów

tworzących cząsteczkę wynosi 0

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

12/16

cząsteczka: H

2

SO

3

siarka:

2(+1) + x + 3(-2) = 0 x = +4

anion: Cr

2

O

7

2-

chrom:

2x + 7(-2) = -2

x = +6

kation: VO

2

+

wanad:

x + 2(-2) = +1

x = +5

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

13/16

Formalny stopień utlenienia

np. ołów w Pb

3

O

4

tlen 4(-2) = - 8

3 atomy Pb +8

1 atom Pb +8/3

Jest to tzw. formalny stopień utlenienia. Jak to

wyjaśnić?

O

O

Pb

(+2)

Pb

(+4)

Pb

(+2)

O

O

Formalny stopień utlenienia nie musi być liczbą

całkowitą. Tutaj wynosi on +8/3.

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

14/16

3e x 2


2e x 3

7.

Reakcje utleniająco - redukcyjne dobieranie

współczynników-

metoda uproszczona

1

o

Cu + H

+

+ NO

3

-

= Cu

2+

+ NO + H

2

O

redukcja

N

(+5)

+ 3e N

(+2)

utleniacz

utlenienie

Cu

(0)

Cu

(+2)

+ 2e

reduktor

Uzgadniamy współczynniki dla miedzi i azotu:

3Cu + H

+

+ 2NO

3

-

= 3Cu

2+

+ 2NO + H

2

O

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

15/16

Następnie uzgadniamy współczynniki dla H

+

:

3Cu + 8H

+

+ 2NO

3

-

= 3Cu

2+

+ 2NO + ?H

2

O

Na końcu uzgadniamy współczynniki dla wody:

3Cu + 8H

+

+ 2NO

3

-

= 3Cu

2+

+ 2NO + 4H

2

O

2

o

Fe

2+

+ MnO

4

-

+ H

+

= Fe

3+

+ Mn

2+

+ H

2

O

Fe

(+2)

→ Fe

(+3)

+ 1e

1e x 5

Mn

(+7)

+ 5e → Mn

(+2)

5e x 1

5Fe

2+

+ MnO

4

-

+ 8H

+

= 5Fe

3+

+ Mn

2+

+ 4H

2

O

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Rozdział III. Reakcje chemiczne

16/16

3

o

Uzgodnić współczynniki dla reakcji zachodzącej

w środowisku wodnym:

Ag

2

S + NO

3

-

+ ...... = Ag

+

+ SO

4

2-

+ NO + ……

oraz wstawić brakujące reagent.

Zagadnienia pominięte w tym wykładzie: związki
chemiczne niestechiometryczne, prawo stosunków
wielokrotnych

.

Reakcje

dysproporcjonowania.

Druga metoda

uzgadniania

współczynników

stechiometrycznych.

Koniec rozdz. III-tego