Что показывает химическая реакция

Химическая реакция

Из Википедии — свободной энциклопедии

Хими́ческая реа́кция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в другие вещества, при котором ядра атомов не меняются, при этом происходит перераспределение электронов и ядер, и образуются новые химические вещества. В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях не изменяется общее число ядер атомов и изотопный состав химических элементов.

Химические реакции происходят при смешении или физическом контакте реагентов самопроизвольно, при нагревании, участии катализаторов (катализ), действии света (фотохимические реакции), электрического тока (электродные процессы), ионизирующих излучений (радиационно-химические реакции), механического воздействия (механохимические реакции), в низкотемпературной плазме (плазмохимические реакции) и т. п. Взаимодействие молекул между собой происходит по цепному маршруту: ассоциация — электронная изомеризация — диссоциация, в котором активными частицами являются радикалы, ионы, координационно-ненасыщенные соединения. Скорость химической реакции определяется концентрацией активных частиц и разницей между энергиями связи разрываемой и образуемой.

Химические процессы, протекающие в веществе, отличаются и от физических процессов, и от ядерных превращений. В физических процессах каждое из участвующих веществ сохраняет неизменным свой состав (хотя вещества могут образовывать смеси), но могут изменять внешнюю форму или агрегатное состояние.

В химических процессах (химических реакциях) получаются новые вещества с отличными от реагентов свойствами, но никогда не образуются атомы новых элементов, так как ядра остаются прежними, а все изменения происходят в электронной оболочке.

В ядерных реакциях происходят изменения в атомных ядрах всех участвующих элементов, что приводит к образованию атомов новых элементов.

Источник

Химическая реакция

Хими́ческая реа́кция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции). В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях ядра атомов не меняются, в частности не изменяется их общее число, изотопный состав химических элементов, при этом происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические вещества.

Химические реакции происходят при смешении или физическом контакте реагентов самопроизвольно, при нагревании, участии катализаторов (катализ), действии света (фотохимические реакции), электрического тока (электродные процессы), ионизирующих излучений (радиационно-химические реакции), механического воздействия (механохимические реакции), в низкотемпературной плазме (плазмохимические реакции) и т. п. Взаимодействие молекул между собой происходит по цепному маршруту: ассоциация — электронная изомеризация — диссоциация, в котором активными частицами являются радикалы, ионы, координационно-ненасыщенные соединения. Скорость химической реакции определяется концентрацией активных частиц и разницей между энергиями связи разрываемой и образуемой.

Содержание

Классификация

Существует большое количество признаков, по которым можно классифицировать химические реакции.

По фазовому составу реагирующей системы

По изменению степеней окисления реагентов

В данном случае различают

Пример окислительно-восстановительной реакции — горение водорода (восстановитель) в кислороде (окислитель) с образованием воды:

Пример реакции диспропорционирования — реакция разложения нитрата аммония при нагревании. Окислителем в данном случае выступает азот (+5) нитрогруппы, а восстановителем — азот (-3) катиона аммония:

По тепловому эффекту реакции

Все реакции сопровождаются тепловыми эффектами. При разрыве химических связей в реагентах выделяется энергия, которая, в основном, идет на образование новых химических связей. В некоторых реакциях энергии этих процессов близки, и в таком случае общий тепловой эффект реакции приближается к нулю. В остальных случаях можно выделить:

Тепловой эффект реакции (энтальпию реакции, Δ_rH), часто имеющий очень важное значение, можно вычислить по закону Гесса, если известны энтальпии образования реагентов и продуктов. Когда сумма энтальпий продуктов меньше суммы энтальпий реагентов (Δ_rH 0) — поглощение.

По типу превращений реагирующих частиц

Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами: поглощением и выделением энергии, например в виде теплопередачи, изменением агрегатного состояния реагентов, изменением окраски реакционной смеси и др. Именно по этим физическим эффектам часто судят о протекании химических реакций.

Химические процессы, протекающие в веществе, отличаются и от физических процессов, и от ядерных превращений. В физических процессах каждое из участвующих веществ сохраняет неизменным свой состав (хотя вещества могут образовывать смеси), но могут изменять внешнюю форму или агрегатное состояние.

В химических процессах (химических реакциях) получаются новые вещества с отличными от реагентов свойствами, но никогда не образуются атомы новых элементов. В атомах же участвующих в реакции элементов обязательно происходят видоизменения электронной оболочки.

В ядерных реакциях происходят изменения в атомных ядрах всех участвующих элементов, что приводит к образованию атомов новых элементов.

С помощью химических реакций можно получать практически важные вещества, которые в природе находятся в ограниченных количествах, например азотные удобрения, либо вообще не встречаются по каким-либо причинам, например сульфаниламиды и другие синтетические лекарственные препараты, полиэтилен и другие пластмассы. Химия позволяет синтезировать новые, неизвестные природе вещества, необходимые для жизнедеятельности человека. Вместе с тем, неумелое или безответственное химическое воздействие на окружающую среду и на протекающие природные процессы может привести к нарушению установившихся естественных химических циклов, что делает актуальной экологическую проблему (загрязнение окружающей среды) и усложняет задачу рационального использования природных ресурсов и сохранения естественной среды обитания на Земле.

Источник

Что показывает химическая реакция

§ 5.1 Химические реакции. Уравнения химических реакций

В отличие от ядерных реакций, в химических реакциях не затрагиваются ядра атомов. Все изменения происходят только во внешних электронных оболочках. Разрываются одни химические связи и образуются другие.

Рассмотрим типичную химическую реакцию: сгорание природного газа (метана) в кислороде воздуха. Те из вас, у кого дома есть газовая плита, могут ежедневно наблюдать эту реакцию у себя на кухне. Запишем реакцию так, как показано на рис. 5-1.

Обратите внимание: вместо знака равенства в уравнении химической реакции можно использовать стрелку. Стрелка удобна тем, что показывает направление течения реакции.

H 2 + CuO = Cu + H 2 O

Существует несколько способов классификации химических реакций, из которых мы рассмотрим два.

Приведем конкретные примеры таких реакций. Для этого вернемся к уравнениям получения гашеной извести и уравнению получения негашеной извести:

СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2

Са(ОН) 2 = СаО + Н 2 О

Вторая реакция Са(ОН) 2 = СаО + Н 2 О является типичной реакцией разложения : здесь одно вещество Ca(OH) 2 разлагается с образованием двух других.

В реакциях обмена количество реагентов и продуктов обычно одинаково. В таких реакциях исходные вещества обмениваются между собой атомами и даже целыми составными частями своих молекул. Например, при сливании раствора CaBr 2 с раствором HF выпадает осадок. В растворе ионы кальция и водорода обмениваются между собой ионами брома и фтора. Реакция происходит только в одном направлении потому, что ионы кальция и фтора связываются в нерастворимое соединение CaF 2 и после этого «обратный обмен» ионами уже невозможен:

CaBr 2 + 2HF = CaF 2 ¯ + 2HBr

CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ¯ + 2NaCl

Стрелка рядом с продуктом реакции показывает, что это соединение нерастворимо и выпадает в осадок. Таким образом, стрелку можно использовать и для обозначения удаления какого-нибудь продукта из химической реакции в виде осадка ( ¯ ) или газа (↑). Например:

Zn + 2HCl = H 2 ↑ + ZnCl 2

Реакции замещения внешне могут быть похожи на реакции обмена. Отличие заключается в том, что в реакциях замещения обязательно участвуют атомы какого-нибудь простого вещества, которые замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. Например:

В реакциях обмена и реагенты и продукты являются сложными веществами. Например:

Окислительно-восстановительными являются также реакции метана с кислородом (рис. 5-1), реакция оксида меди с водородом, реакция бромида натрия с хлором.

меняют степень окисления углерод и кислород,

меняют степень окисления водород и медь,

меняют степень окисления бром и хлор.

А вот все остальные реакции, рассмотренные в этом параграфе, окислительно-восстановительными не являются, потому что в них не изменяются степени окисления атомов ни в реагентах, ни в продуктах.

5.1. На месте знаков “?” правильно заполните пропуски в уравнениях химических реакций:

2H 2 ”?” + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2 ­

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3”?”O

CaCl 2 + 2NaOH = Ca(OH) 2 + 2Na”?”

5.2. Приведены 8 разных химических реакций. а) Найдите среди них реакции соединения, разложения, замещения и обмена. Запишите их уравнения в 4 столбика (по две реакции каждого типа в столбике); б) Уравняйте реакции; в) Подчеркните те реакции, которые являются окислительно-восстановительными. Укажите в них степени окисления атомов в реагентах и продуктах:

H 2 + O 2 = H 2 O (реакция идет со взрывом)

Zn + CuCl 2 = Cu + ZnCl 2 (реакция происходит в растворе)

NH 3 = N 2 + H 2 (реакция идет при нагревании в газовой фазе)

Cu + S = CuS (реакция идет при нагревании порошков Cu и S)

AgF + NaCl = AgCl ¯ + NaF (реакция происходит в растворе)

CaCO 3 = CaO + CO 2 ↑ (реакция происходит при нагревании)

CuBr 2 + NaOH = Cu(OH) 2 ¯ + NaBr (реакция происходит в растворе)

Fe + H 2 O = H 2 ↑ + Fe 2 O 3 (реакция происходит при нагревании)

Источник

Что показывает химическая реакция

Когда химические вещества вступают во взаимодействие, химические связи между их атомами разрушаются и образуются новые, уже в других сочетаниях. В результате одни вещества превращаются в другие.

Рассмотрим реакцию горения метана, происходящую в конфорке газовой плиты:

Молекула метана (CH₄) и две молекулы кислорода (2O₂) вступают в реакцию, образуя молекулу углекислого газа (CO₂) и две молекулы воды (2H₂O). Связи между атомами углерода (С) и водорода (H) в метане, а также между атомами кислорода (O) разрываются, и образуются новые связи между атомами углерода и кислорода в молекуле углекислого газа (CO₂) и между атомами водорода и кислорода в молекуле воды (H₂O).

Картинка даёт наглядное представление о том, что произошло в ходе реакции. Но зарисовывать сложные химические процессы такими схемами неудобно. Вместо этого учёные используют уравнения химических реакций.

Химическое уравнение — это условная запись химической реакции с помощью формул и символов.

Их записывают в виде схемы, в которой отражён процесс превращения. В левой части располагаются формулы реагентов — веществ, вступающих в реакцию. Завершается уравнение продуктами реакции — веществом или веществами, которые получились в результате.

Новые вещества образуются потому, что изменяются связи между атомами, но сами атомы не возникают из ниоткуда и не исчезают в никуда. На рисунке видно, что атом углерода из состава метана перешёл в состав углекислого газа, атом водорода — в состав воды, а атомы кислорода распределились между молекулами углекислого газа и воды. Число атомов не изменилось.

Согласно закону сохранения массы, общая масса реагентов всегда равна общей массе продуктов реакции. Именно поэтому запись химической реакции называют уравнением.

Виды химических реакций

Вещества вступают в реакции по-разному, можно выделить четыре наиболее частых варианта:

Сложное вещество негашёная известь соединяется с водой, и образуется новое сложное вещество — гашёная известь:

Стрелка вверх означает, что образовался газ. Он улетучивается и больше не участвует в реакции.

В примере атомы цинка замещают атомы водорода в составе хлороводорода, и образуется хлорид цинка:

Стрелка вниз означает, что вещество выпало в осадок, поскольку оно нерастворимо.

Коэффициенты в уравнениях химических реакций

Чтобы составить уравнение химической реакции, важно правильно подобрать коэффициенты перед формулами веществ.

Коэффициент в химических уравнениях означает число молекул (формульных единиц) вещества, необходимое для реакции. Он обозначается числом перед формулой (например, 2NaCl в последнем примере).

Коэффициент не следует путать с индексом (числом под символом химического элемента, например, О₂). Индекс обозначает количество атомов этого элемента в молекуле (формульной единице).

Чтобы узнать общее число атомов элемента в формуле, нужно умножить его индекс на коэффициент вещества. В примере на картинке (2H₂O) — четыре атома водорода и два кислорода.

Подобрать коэффициент — значит определить, сколько молекул данного вещества должно участвовать в реакции, чтобы она произошла. Далее мы расскажем, как это сделать.

Алгоритм составления уравнений химических реакций

Для начала составим схему химической реакции. Например, образование оксида магния (MgO) в процессе горения магния (Mg) в кислороде (O₂). Обозначим реагенты и продукт реакции:

Чтобы схема стала уравнением, нужно расставить коэффициенты. В левой части схемы два атома кислорода, а в правой — один. Уравняем их, увеличив число молекул продукта:

Теперь число атомов кислорода до и после реакции одинаковое, а число атомов магния — нет. Чтобы уравнять их, добавим ещё одну молекулу магния. Когда количество атомов каждого из химических элементов в составе веществ уравнено, вместо стрелки можно ставить равно:

Уравнение химической реакции составлено.

Рассмотрим реакцию разложения. Нитрат калия (KNO₃) разлагается на нитрит калия (KNO₂) и кислород (О₂):

В обеих частях схемы по одному атому калия и азота, а атомов кислорода до реакции 3, а после — 4. Необходимо их уравнять.

Для начала удвоим коэффициент перед реагентом:

Теперь в левой части схемы шесть атомов кислорода, два атома калия и два атома азота. В левой по-прежнему по одному атому калия и азота и четыре атома кислорода. Чтобы уравнять их, в правой части схемы нужно удвоить коэффициент перед нитритом калия.

Снова посчитаем число атомов каждого химического элемента в составе веществ до и после реакции: два атома калия, два атома азота и шесть атомов кислорода. Равенство достигнуто.

Химические уравнения не только позволяют предсказать, что произойдёт при взаимодействии тех или иных веществ, но и помогают рассчитать их количественное соотношение, необходимое для реакции.

Учите химию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду CHEMISTRY892021 вы получите бесплатный недельный доступ к курсам химии за 8 класс и 9 класс.

У нас вы сможете учиться в удобном темпе, делать упор на любимые предметы и общаться со сверстниками по всему миру.

Попробовать бесплатно

Интересное по рубрике

Найдите необходимую статью по тегам

Подпишитесь на нашу рассылку

Мы в инстаграм

Домашняя онлайн-школа
Помогаем ученикам 5–11 классов получать качественные знания в любой точке мира, совмещать учёбу со спортом и творчеством

Посмотреть

Рекомендуем прочитать

Реальный опыт семейного обучения

Звонок по России бесплатный

Посмотреть на карте

Если вы не нашли ответ на свой вопрос на нашем сайте, включая раздел «Вопросы и ответы», закажите обратный звонок. Мы скоро свяжемся с вами.

Источник

Что такое химическая реакция

Химическая реакция — это преобразование, происходящее, когда несколько химических веществ вступают в контакт, или когда один химический вид получает внешний источник энергии, что приводит к появлению новых химических видов или элементов.

Химия

Фундаментальная операция, посредством которой создаются новые вещества, химическая реакция состоит в трансформации материи. При этом атомы молекул реагентов разделяются, а затем перестраиваются, чтобы создать новые молекулы, которые составляют продукты реакции. Перед началом реакции необходимо задуматься, будут ли вещества, вступающие в контакт, реагировать с образованием ожидаемых продуктов. Большинство химических реакций протекают в благоприятном направлении. В некоторых случаях происходит противоположное желаемой реакции! Решение этой проблемы требует использования знаний по химической термодинамики.

Когда реакция «возможна» — тогда она имеет тенденцию происходить спонтанно в заданном направлении — важно знать ее скорость. Это обуславливает переход из лаборатории в промышленное производство, которое должно функционировать бесперебойно и без преждевременных реакций.

Механизмы реакции

Химическая реакция сопровождается перестройками в положении атомов, а также изменениями в межатомных связях. То, как эти изменения происходят во времени, является механизмом реакции.
Очень часто химическая реакция может быть разбита на более простые реакции, называемые элементарными реакциями. Например, окисление HI (йодистого водорода) H2O2 (перекисью водорода) происходит в две стадии:

В этой схеме частицы HOI, которые создаются в реакции (1), но потребляются в реакции (2), являются промежуточным продуктом реакции. Срок его службы может быть очень коротким, но в принципе он измерим. Этот промежуточный продукт можно наблюдать с помощью спектроскопических методов.

Написание химических реакций

Количественные реакции

Со времени введения в 1815 году бароном Йенсом Якобом Берцелиусом представления химических элементов символами, с которыми связаны атомные массы, химические реакции описывались химическими уравнениями, в которых появляются формулы исходных химических частиц и окончательный результат реакции.

Эти уравнения, однако, предоставляют гораздо больше информации, чем простое качественное указание элементов, которые вступают в реакцию, и тех элементов, которые образуются в конце реакции: знание атомных масс (которые были установлены с большой точностью при исключении радиоактивных элементов) позволяет количественно определить массы реагентов, которые должны быть приведены в контакт для получения продуктов реакции без остатка в виде осадка или не вступивших во взаимодействия элементов.

Таким образом, путем взаимодействия алюминия (Al) и серы (S), сульфид алюминия (Al₂S₃) получается в соответствии с реакцией: 2Al + 3S → Al₂S₃. Коэффициенты, помещенные перед химическими символами (называемые стехиометрическими коэффициентами), представляют собой число молей каждого реагента, которые должны присутствовать для завершения реакции. Два моля алюминия (с молярной массой М = 27 г), то есть 54 г, смешанных с тремя молями серы (М = 32 г), то есть 96 г, дают, таким образом, один моль Al₂S₃.(М=2 × 27 + 3 × 32 = 150 г). Реакция завершается до тех пор, пока соблюдается соотношение 54/96. Выразим, в этом примере, закон сохранения массы Лавуазье, согласно которому масса вещества, образующегося в результате химической реакции равна массе исходных веществ.

Это означает, в частности, что химическое уравнение должно всегда показывать символ элемента в правой части химического уравнения столько раз, сколько в его левой части (исходные реагенты).

В случае, когда в реакции участвует газ, как в реакции полного окисления железа диоксидом: 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄, более полезно использовать молярный объем (одинаковый для всех газов), который составляет 22,4 л при 0°С. Таким образом, 3 моля железа (М = 56 г) или 168 г реагируют с 2 молями кислорода, т.е. 44,8 л, с получением одного моля оксида железа (М = 3 × 56 + 4 × 16), то есть 232 г Fe₃O₄.

Полная или ограниченная реакция

Химические уравнения также используются, чтобы указать, являются ли реакции, которые они представляют, полными или ограниченными. Когда реакция завершена, она выражается в уравнении стрелкой, направленной слева направо (→), расположенной между формулами исходных реагентов и формул образовавшихся веществ.

Когда реакция ограничена, она приводит к химическому равновесию, это выражается двумя стрелками противоположных направлений (⇄) при написании уравнения: таким образом, указывается, что в условиях эксперимента (давление, температура), в котором происходит реакция, химические частицы, упомянутые слева, частично реагируют друг с другом с образованием веществ, упомянутых справа, но что при тех же условиях химические частицы справа могут частично реагировать друг с другом, образуя элементы слева,

Так обстоит дело с уксусной кислотой и этанолом, которые при объединении в эквимолярной пропорции, при комнатной температуре, лишь частично реагируют, образуя этилацетат и воду:

При тех же условиях, если мы помещаем этилацетат и воду в эквимолярной пропорции, они частично превращаются в уксусную кислоту и этанол, и полученное состояние равновесия идентично в оба направления.

Катализ и скорость реакции

Некоторые химические реакции имеют место только в присутствии очень специфических веществ, называемых катализаторами, которые помогают продуктам образовываться, но не входят в состав продуктов в реакции. Например, внутри клетки биохимические реакции обычно катализируются специфическими белками, называемыми ферментами, и ферментов почти столько же, сколько и химических реакций.

Выделив в 1833 году амилазу, фермент, способный расщеплять крахмал, Ансельме Пайен и Жан-Франсуа Персоз продемонстрировали важность этих катализаторов (которые они называли в то время диастазами). Эти ферменты позволяют извлекать энергию, содержащуюся в длинных углеродных цепях, например, в пище человека. Таким образом, липаза помогает переваривать жиры, расщепляя их на более простые элементы, называемые жирными кислотами, лактаза расщепляет лактозу или молочный сахар на усваиваемые сахара (глюкозу и галактозу).

Химическая реакция и умение ее правильно записывать является необходимым условием проверки на знание химии, поэтому задания на составление химической реакции, а также проверки правильности ее написания есть в ЕГЭ по химии.

Источник