Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
III. REAKCJE CHEMICZNE
1. Proces chemiczny a reakcja chemiczna
Przykłady:
topnienie lodu - proces fizyczny,
spalanie węgla - proces chemiczny.
Proces chemiczny
reakcja chemiczna


Przykład:
1C + 1O2 = 1CO2
Ten zapis reakcji mo\
na uprościć:
C + O2 = CO2
Musimy równie\
dodatkowo podać efekt cieplny tej
reakcji:
C + O2 = CO2 "¸ = - 394 kJ/mol
"¸
"¸
"¸
¸
¸
¸
"
"H¸ = standardowa entalpia reakcji = efekt cieplny
"
"
reakcji przy p = const. w temp. 298 K
Rozdział III. Reakcje chemiczne
1 / 16
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
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).
Rozdział III. Reakcje chemiczne
2 / 16
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
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.
Rozdział III. Reakcje chemiczne
3 / 16
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
4. Elementarne prawa rzÄ…dzÄ…ce reakcjami
chemicznymi
a) Prawo zachowania masy
Suma mas substratów jest równa sumie mas
produktów. Dla reakcji:
H2 + Cl2 = 2HCl
Mo\
na to zapisać jako : -H2 -Cl2 + 2HCl = 0
Współczynniki stechiometryczne tutaj wynoszą:
H2 = -1,
Cl2 = -1,
HCl = +2,
Prawo zachowania masy dla tej reakcji ma postać:
2 Å" M - M - MCl = 0
HCl H
2 2
Rozdział III. Reakcje chemiczne
4 / 16
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
b) Prawo stosunków stałych
Pierwiastki chemiczne reagują ze sobą w stałych,
ściśle określonych stosunkach ilościowych
(stechiometrycznych)
1C + 1 O2 = 1 CO2
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:
Ka\
dy związek chemiczny ma stały i niezmienny
skład ilościowy
Odstępstwa - związki chemiczne niestechiometryczne
(np. niektóre stałe tlenki)
Rozdział III. Reakcje chemiczne
5 / 16
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
5. Podział reakcji chemicznych
a) Ze względu na ilość reagentów
Syntezy S + O2 = SO2
Rozkładu CaCO3 = CaO + CO2
Wymiany SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO
b) Ze względu na ilość faz
Homogeniczne: NaOH + HCl = NaCl + H2O
czyli H+ + OH- = H2O
Heterogeniczne: C + O2 = CO2
C(s) + O2(g) = CO2(g)Ä™!
c) Ze względu na rodzaj reagentów
Jonowe H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2HCl
2H+ + SO42- + Ba2+ + 2Cl- = BaSO4 + 2H+ + 2Cl-
czyli Ba2+(w) + SO42-(w)
= BaSO4 (s)
CzÄ…steczkowe 2SO2 + O2 = 2SO3
2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g)
6/16
Rozdział III. Reakcje chemiczne
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
Reakcje rodnikowe
Rodniki sÄ… 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:
H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g)
Ta reakcja zachodzi z udziałem rodników powstających
pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego:
Cl2 + hÅ
Å = 2Cl
Å
Å
H2 + hÅ
Å = 2H
Å
Å
Cl2 + H = HCl + Cl
H2 + Cl = HCl + H
Cl + H = HCl
H i Cl oznaczajÄ… rodniki
7/16
Rozdział III. Reakcje chemiczne
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
d) Reakcje egzo- ("¸ < 0) i endotermiczne ("¸ > 0)
"¸ "¸
"¸ "¸
"¸ "¸
Przykłady:
C + O2 = CO2 "¸ = -394 kJ/mol
"¸
"¸
"¸
Ag2O = 2Ag + 1/2O2 "¸ = +30 kJ/mol
"¸
"¸
"¸
Uwaga:
Efekt cieplny reakcji chemicznej << efekt reakcji
jÄ…drowej:
* Energia chemiczna (np. synteza CO2) na 1 mol 4Å"
Å"102 kJ
Å"
Å"
* Energia wiązania 1 mola nukleonów w jądrze wynosi
7Å"
Å"108 kJ
Å"
Å"
8/16
Rozdział III. Reakcje chemiczne
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
e) Reakcje odwracalne i nieodwracalne
Przykłady:
H2 + I2 = 2HI
ściślej: H2(g) + I2(g) = 2HI(g)
W układzie zamkniętym ta reakcja jest odwracalna.
Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3“!
Ta reakcja jest praktycznie nieodwracalna.
9/16
Rozdział III. Reakcje chemiczne
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
f) Zmiana stopnia utlenienia - reakcje utleniajÄ…co-
redukcyjne
Czy te reakcje sÄ… utleniajÄ…co  redukcyjne?
a) S + O2 = SO2 TAK
b) Cu2+ + S2- = CuS NIE
c) CaO + H2O = Ca(OH)2 NIE
d) Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 TAK
10/16
Rozdział III. Reakcje chemiczne
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
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 H2O2, Na2O2),
ponadtlenków (KO2) i fluorku tlenu (OF2)
2. wodoru +1 (z wyjątkiem wodorków metali
-1 st.


utl.)
3. w stanie wolnym pierwiastka 0 (zero)
4. suma stopni utlenienia wszystkich atomów
tworzÄ…cych czÄ…steczkÄ™ wynosi 0
11/16
Rozdział III. Reakcje chemiczne
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
czÄ…steczka: H2SO3
siarka: 2(+1) + x + 3(-2) = 0 x = +4
anion: Cr2O72-
chrom: 2x + 7(-2) = -2 x = +6
+
kation: VO2
wanad: x + 2(-2) = +1 x = +5
12/16
Rozdział III. Reakcje chemiczne
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
Formalny stopień utlenienia
np. ołów w Pb3O4
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.
13/16
Rozdział III. Reakcje chemiczne
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
7. Reakcje utleniajÄ…co - redukcyjne dobieranie
współczynników- metoda uproszczona
1o
Cu + H+ + NO3- = Cu2+ + NO + H2O
redukcja
3e x 2
N(+5) + 3e N(+2)
utleniacz
utlenienie
2e x 3
Cu(0) Cu(+2) + 2e
reduktor
Uzgadniamy współczynniki dla miedzi i azotu:
3Cu + H+ + 2NO3- = 3Cu2+ + 2NO + H2O
14/16
Rozdział III. Reakcje chemiczne
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
Następnie uzgadniamy współczynniki dla H+:
3Cu + 8H+ + 2NO3- = 3Cu2+ + 2NO + ?H2O
Na końcu uzgadniamy współczynniki dla wody:
3Cu + 8H+ + 2NO3- = 3Cu2+ + 2NO + 4H2O
2o
-
Fe2+ + MnO4 + H+ = Fe3+ + Mn2+ + H2O
Fe(+2) Fe(+3) + 1e 1e x 5
Mn(+7) + 5e Mn(+2) 5e x 1
5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
15/16
Rozdział III. Reakcje chemiczne
 Władysław Walkowiak  PCHN_SKP
3o
Uzgodnić współczynniki dla reakcji zachodzącej
w środowisku wodnym:
Ag2S + NO3 - + ...... = Ag+ + SO4 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
16/16
Rozdział III. Reakcje chemiczne