1. Przemiany materii i reguły rządzące zapisywaniem równań reakcji chemicznych.
Przemiana fizyczna a przemiana chemiczna
Przemiana fizyczna, to przemiana polegająca na zmianie cech fizycznych ciała; proces w którym
można wyróżnić co najmniej dwa istotnie różniące się stany materii, tzw. początkowy i końcowy.
Przemiana fizyczna zmienia właściwości fizyczne obiektu (ciała, substancji lub systemu
fizycznego) lub jego stan, np. położenie, prędkość.
W klasycznej fizyce przemiana fizyczna to taka zmiana układu fizycznego, która nie powoduje
zmiany właściwości chemicznych substancji. Pojęcie to jest używane głównie w chemii, gdzie
przemianami fizycznymi nazywa się wszystkie zjawiska fizyczne, którym nie towarzyszy reakcja
chemiczna, np. topnienie parafiny.
W istocie jednak każda reakcja chemiczna może też być traktowana jako przemiana fizyczna
zachodzÄ…ca w skali atomowej.
Wyróżnia się:
- przemiany fazowe, np. parowanie, skraplanie, krystalizacja, topnienie.
- przemiany alotropowe - zjawisko występowania, w tym samym stanie skupienia, różnych
odmian tego samego pierwiastka chemicznego różniących się właściwościami fizycznymi i
chemicznymi, np. tlen występujący naturalnie w formie tlenu atmosferycznego, ozonu,
tetrameru O4 (tylko w stanie ciekłym - tzw. czerwony tlen); węgiel występujący w formie
diamentu, grafitu, fulerenu, grafenu, nanorurek i form poliynowych; fosfor występujący w
formie fosforu czerwonego, białego, fioletowego i czarnego.
- przemiany polimorficzne - zmiany struktury krystalicznej zwiÄ…zku chemicznego, np. przemiana
anatazu w turyl.
Przemiana chemiczna, reakcja chemiczna, proces, w wyniku którego z pewnych substancji
( substratów) powstają inne (produkty) o zmienionych właściwościach fizycznych i chemicznych
w stosunku do substancji wyjściowych (substratów).
Przemianami chemicznymi są np. spalanie węgla, spalanie benzyny, procesy gnilne, procesy
przemiany materii. Przebieg reakcji chemicznej zapisuje się za pomocą równania reakcji
chemicznej.
Rodzaje reakcji chemicznych
Reakcja chemiczna to przemiana substancji chemicznych ( substratów) w inne substancje
chemiczne, czyli produkty.
Reakcje chemiczne można podzielić na dwa rodzaje:
-przebiegające bez wymiany elektronów między reagującymi substancjami
-reakcje, w których zachodzi wymiana elektronów między reagentami, nazywane reakcjami
utleniania i rekukcji (redoks).
Te pierwsze można podzielić na reakcje: syntezy, analizy oraz wymiany.
Reakcja syntezy, reakcja chemiczna, podczas której z co najmniej dwóch substancji prostszych
powstaje tylko jedna, bardziej złożona.
X + Y = Z
np. 2H2 + O2 = 2H2O
Reakcja analizy, reakcja chemiczna, podczas której z jednej substancji złożonej powstają co
najmniej dwie inne substancje.
X = Y + Z
np. Mg(OH)2 = MgO + H2O
Reakcja wymiany, reakcja chemiczna, podczas której pewien składnik związku chemicznego
zostaje zastapiony przez inny. Wyróżnia się dwa typy reakcji wymiany:
- reakcjÄ™ wymiany pojedynczej:
XY + Z = XZ + Y
np. 2HCl + Zn = ZnCl2 + H2
- reakcja wymiany podwójnej:
XY + WZ = WX + XZ
np. NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3
Reakcja utleniania i redukcji - reakcje redox
CuO + H2 --> Cu + H2O
UTLENIANIE - przyłączanie tlenu do pierwiastka lub związku chemicznego (w reakcji wodór
przyłączył tlen, dając wodę - utlenił się).
Można również powiedzieć: wodór oddał elektrony czyli zwiększył stopień utlenienia:
H20 --> 2 H+ + 2e
REDUKCJA - proces odłączania tlenu od pierwiastka lub związku chemicznego (w reakcji, tlen
odłączył się od miedzi, czyli miedz
uległa redukcji)
inaczej: miedz
przyłączyła eletrony, zmniejszyła swój stopień utlenienia:
Cu2++ 2e --> Cu0
UTLENIACZ - pierwiastek (zwiazek chemiczny), który oddaje tlen, inaczej: przyłącza elektrony,
zmniejsza swój stopień utlenienia.
REDUKTOR - pierwiastek (zwiazek chemiczny), który przyłącza tlen, inaczej: oddaje elektrony,
zwiększa swój stopień utlenienia.
W naszej reakcji utleniaczem jest miedz
, reduktorem wodór.
Do substancji ulegających redukcji czyli utleniaczy należą:
pierwiastki najbardziej elektroujemne (np. F2, Cl2, Br2, J2)
jony metali na wyższym stopniu utlenienia, jony metali szlachetnych i jon wodorowy (np. Fe3+,
Cu2+, Ag+, H+)
związki chemiczne, w których pewne pierwiastki występują na najwyższych stopniach utlenienia
(np.: manganian (VII) potasu KMnO4, w zależności od środowiska, może ulegać redukcji do
różnych stopni utlenienia - reakcje przebiegają ze zmainą zabarwienia.
Do substancji ulegających utlenieniu, czyli reduktorów należą:
pierwiastki najbardziej elektrododatnie (np. Na, K, Mg, Ca, Al)
niemetale (np. C, N, S, H)
jony metali i niemetali na niższym stopniu utlenienia (np. Fe2+, Cu +, S2-)
jony ujemne fluorowców, dla których rosną zdolności redukcyjne wraz ze wzrostem mas
atomowych (np. Cl -, Br -, J-)
Wyróżnia się także inne podziały reakcji chemicznych, np.:
- odwracalne i nieodwracalne
- homogeniczne i heterogeniczne
- egzotermiczne i endotermiczne
Reakcje odwracalne: równocześnie z reakcją syntezy np.:
A + B AB
zachodzi reakcja rozkładu AB A + B
sumarycznie: A + B Ô! AB
np.:CH3COOH + C2H5OH Ô! CH3COOC2H5 + H2O
Reakcje nieodwracalne: reakcje jednokierunkowe, reakcje w których proces chemiczny trwa do
wyczerpania się jednego z reagentów, np.:
S + O2 = SO2
Fe + H2SO3 = FeSO3 + Ä™!H2
Reakcje homogeniczne: jednorodne reakcje, w których substraty i produkty mają ten sam stan
skupienia  reakcje zachodzÄ…ce w jednej fazie, np.:
H2 + F2 = 2HF
N2 + O2 = 2NO
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Reakcje heterogeniczne: niejednorodne reakcje, w których substraty i produkty nie są w tym
samym stanie skupienia  reakcje wielofazowe, np.:
H2 + S = H2S
Na2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4 + 2NaOH
CO2 + H2O = H2CO3
Reakcje egzotermiczne: reakcje chemiczne, którym towarzyszy wydzielanie się ciepła, np.: C2H4 +
H2 = C2H6 + 136.3 kJ/mol
Reakcje endotermiczne: reakcje chemiczne w których ciepło jest pobierane, np.:
CO2 + H2 = CO + H2O - 39.1 kJ/mol
Reakcja zobojętniamia i strąceniowa
Reakcja zobojętniania - reakcja między kwasem i zasadą, w wyniku której kationy wodorowe H+
Å‚Ä…czÄ… siÄ™ z anionami wodorotlenkowymi OH -, np.:
H2SO4 + 2 Na OH --> Na2SO4 + 2 H2O
2 H+ + 2 OH - --> 2 H2O
Reakcja strąceniowa - reakcja, w której następuje wytrącanie osadu substancji
trudnorozpuszczalnej, np.:
rekacja kwasu i soli:
HCl + Ag NO3 --> Ag Cl(osad) + HNO3
reakcja zasady i soli:
2NaOH + CuSO4 --> Na2SO4 + Cu(OH)2(osad)
reakcja dwóch soli:
CaCl2 + Na2CO3 --> CaCO3 (osad) + 2 NaCl
Reguły rządzące zapisywaniem równań reakcji chemicznych
W celu uzgodnienia równania reakcji chemicznej, stosuje się tzw. równania stechiometryczne.
Jest to zapis przebiegu reakcji chemicznej, za pomocą symboli pierwiastków i wzorów związków
chemicznych, oznaczeń stosowanych z matematyce z uzwględnieniem indeksów i
współczynników stechiometrycznych. Równanie reakcji chemicznej przedstawia stosunki
ilościowe reagentów.
Po lewej stronie równania reakcji chemicznej zapisuje się symbole luz wzory substratów, a po
prawej symbole lub wzory produktów. Liczba atomów poszczególnych atomów pierwiastka po
lewej stronie, musi zgadzać się z ilością atomów pierwiastka po prawej stronie równania reakcji,
co wynika z prawa zachowania masy.
Bibliografia:
- Chemia, słownik dla maturzysty i studenta, Wydawnictwo Zielona Sowa, Kraków 2003
- Encyklopedia techniki; Chemia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo Techniczne, 1993
- Lech Pajdowski, Chemia ogólna, PWN, 1981