1. Jakie zasady obowiązują przy zapisywaniu równań reakcji?

Przebieg przemiany chemicznej, z uwaględnieniem substratów i produktów, można opisać słownie, na przykład: węgiel reaguje z tlenem i w wyniku tej reakcji powstaje tlenek węgla(IV). Zamiast długiego opisu można posłużyć się równaniem reakcji zawierającym nazwy pierwiastków i związków chemicznych:

Mimo że powyższe sposoby przedstawiania przebiegu reakcji chemicznych są poprawne, to jednak okazuje się mało przydatne dla chemików. W swojej pracy stosują oni równania reakcji, w których wykorzystują symbole pierwiastków i wzory związków chemicznych. Omawianą wcześniej przemianę chemiczną zapisują za pomocą następującego równania reakcji:

Aby równanie reakcji było poprawnie zapisane, liczby atomów poszczególnych pierwiastków zapisanych po obu stronach tego równania muszą być identyczne. W zaprezentowanym powyżej równaniu reakcji ($\text{C +}{\text{O}}_{\text{2}}\text{ → C}{\text{O}}_{\text{2}}$) otrzymywania tlenku węgla(IV) z węgla i tlenu ten warunek jest spełniony.

RqWEYMIHFIbCa1

Ilustracja prezentuje sposób zapisu reakcji chemicznych z podziałem na strony lewą i prawą na przykładzie spalania węgla w tlenie w wyniku czego powstaje dwutlenek węgla. Strona lewa równania opisuje stan przed reakcją i ma postać C + O2. Potem następuje strzałka skierowana w prawą stronę wskazująca kierunek zachodzenia reakcji. Prawa strona równania opisuje stan po reakcji i ma postać CO2.

Liczba atomów każdego z pierwiastków po obu stronach równania jest taka sama. Równanie reakcji jest zapisane prawidłowo. Mówi się, że jest ono uzgodnione lub zbilansowane. Czynności, które wykonywaliśmy od momentu napisania równania reakcji przy użyciu symboli i wzorów do uzyskania jego prawidłowego zapisu, nazywa się uzgadnianiem (lub bilansowaniem) równania reakcji.

R158wW0572J021

Nagranie rozpoczyna się od planszy z napisem wodór + tlen daje wodę. W planszy tej przed słowem woda obecna jest skierowana w prawo strzałka, jak w zapisach reakcji chemicznych. Nazwy związków stopniowo zastępowane są swoimi symbolami, czyli H2, O2 i H2O. Strony lewa i prawa równania zostają wyróżnione kolorami zielonym i turkusowym. Następuje podliczanie atomów, czemu towarzyszy chwilowa zamiana danych fragmentów wzoru z postaci sumarycznej na strukturalną, z kreskami. Pod wzorem pojawia się postać opisowa. W przypadku wodoru wszystko się zgadza. Komunikat po obu stronach równania głosi Liczba atomów wodoru jest równa 2. W przypadku tlenu po lewej stronie równania są dwa atomy, a po prawej tylko jeden. Nad równaniem pojawia się brakujący atom tlenu, do którego stopniowo dopisywane jest drugi wzór cząsteczki wody. Wzory łączą się ze sobą, dając napis 2H2O. Na krótką chwilę plansza ulega wygaszeniu, a na ekranie pojawia się wzór H2O2, który zostaje przekreślony. Nie można go wykorzystać w tej reakcji, ponieważ jest to zupełnie inny związek, powstający w inny sposób. Następuje powrót do wcześniejszej planszy. Teraz podsumowanie tekstowe pod zapisem reakcji zwraca uwagę na to, że po prawej stronie są cztery atomy wodoru. Dlatego z lewej strony równania przed symbolem cząsteczki wodoru również pojawia się liczba 2 i w ten sposób całe równanie zostaje uzgodnione. U dołu ekranu pojawia się podsumowanie: Równanie zbilansowane prawidłowo.

Nagranie rozpoczyna się od planszy z napisem wodór + tlen daje wodę. W planszy tej przed słowem woda obecna jest skierowana w prawo strzałka, jak w zapisach reakcji chemicznych. Nazwy związków stopniowo zastępowane są swoimi symbolami, czyli H2, O2 i H2O. Strony lewa i prawa równania zostają wyróżnione kolorami zielonym i turkusowym. Następuje podliczanie atomów, czemu towarzyszy chwilowa zamiana danych fragmentów wzoru z postaci sumarycznej na strukturalną, z kreskami. Pod wzorem pojawia się postać opisowa. W przypadku wodoru wszystko się zgadza. Komunikat po obu stronach równania głosi Liczba atomów wodoru jest równa 2. W przypadku tlenu po lewej stronie równania są dwa atomy, a po prawej tylko jeden. Nad równaniem pojawia się brakujący atom tlenu, do którego stopniowo dopisywane jest drugi wzór cząsteczki wody. Wzory łączą się ze sobą, dając napis 2H2O. Na krótką chwilę plansza ulega wygaszeniu, a na ekranie pojawia się wzór H2O2, który zostaje przekreślony. Nie można go wykorzystać w tej reakcji, ponieważ jest to zupełnie inny związek, powstający w inny sposób. Następuje powrót do wcześniejszej planszy. Teraz podsumowanie tekstowe pod zapisem reakcji zwraca uwagę na to, że po prawej stronie są cztery atomy wodoru. Dlatego z lewej strony równania przed symbolem cząsteczki wodoru również pojawia się liczba 2 i w ten sposób całe równanie zostaje uzgodnione. U dołu ekranu pojawia się podsumowanie: Równanie zbilansowane prawidłowo.

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl

Nagranie rozpoczyna się od planszy z napisem wodór + tlen daje wodę. W planszy tej przed słowem woda obecna jest skierowana w prawo strzałka, jak w zapisach reakcji chemicznych. Nazwy związków stopniowo zastępowane są swoimi symbolami, czyli H2, O2 i H2O. Strony lewa i prawa równania zostają wyróżnione kolorami zielonym i turkusowym. Następuje podliczanie atomów, czemu towarzyszy chwilowa zamiana danych fragmentów wzoru z postaci sumarycznej na strukturalną, z kreskami. Pod wzorem pojawia się postać opisowa. W przypadku wodoru wszystko się zgadza. Komunikat po obu stronach równania głosi Liczba atomów wodoru jest równa 2. W przypadku tlenu po lewej stronie równania są dwa atomy, a po prawej tylko jeden. Nad równaniem pojawia się brakujący atom tlenu, do którego stopniowo dopisywane jest drugi wzór cząsteczki wody. Wzory łączą się ze sobą, dając napis 2H2O. Na krótką chwilę plansza ulega wygaszeniu, a na ekranie pojawia się wzór H2O2, który zostaje przekreślony. Nie można go wykorzystać w tej reakcji, ponieważ jest to zupełnie inny związek, powstający w inny sposób. Następuje powrót do wcześniejszej planszy. Teraz podsumowanie tekstowe pod zapisem reakcji zwraca uwagę na to, że po prawej stronie są cztery atomy wodoru. Dlatego z lewej strony równania przed symbolem cząsteczki wodoru również pojawia się liczba 2 i w ten sposób całe równanie zostaje uzgodnione. U dołu ekranu pojawia się podsumowanie: Równanie zbilansowane prawidłowo.

Ciekawostka

Już w XVIII wieku chemicy zapisywali równania reakcji chemicznych. Ta notacja znacznie różniła się od współczesnej. Na przykład reakcję metalu (żelaza) z kwasem azotowym (współczesna nazwa: kwas azotowy(V)) opisywano następująco:

R1MzwCn8fRXXh1

Ilustracja przedstawia osiemnastowieczny zapis reakcji chemicznej na przykładzie reakcji żelaza z kwasem azotowym. Wykorzystuje on symbole zamknięte w nawiasach ułożonych obok siebie. Z lewej strony w nawiasie znajduje się symbol planety Mars. Tuż obok, w drugim nawiasie zapis symboliczny składa się, licząc od lewej, z odwróconego trójkąta, symbolu przypominającego krzyż celtycki oraz zwykłego trójkąta po którym następuje kolejny krzyż celtycki, ale z ramieniem przecinającym trójkąt poziomo w połowie jego wysokości.

2. Jak nazywamy reakcję, w wyniku której substancje łączą się ze sobą, tworząc jeden związek chemiczny?

Przyjrzyj się poniższym równaniom reakcji:

Zauważ, że w wyniku tych przemian z dwóch substratów otrzymuje się jeden produkt. Można je opisać poniższym równaniem:

O takich przemianach mówi się, że są to reakcje syntezyreakcja syntezy (reakcja łączenia)reakcje syntezy lub inaczej reakcje łączeniareakcja syntezy (reakcja łączenia)reakcje łączenia.

RufHLVt3xx2tl1

Zdjęcie przedstawia palnik gazowy, nad którym ręka eksperymentatora trzyma długie szczypce, których koniec znajduje się w zasięgu płomienia. Trzymana w szczypcach wstążka magnezowa spala się białym oślepiającym płomieniem.

R8FDvAP2cYEL51

Zdjęcie przedstawia końcówkę palnika w zbliżeniu. Nad nim, w zasięgu słabo widocznego płomienia wisi laboratoryjna łyżeczka do spaleń, na której znajduje się paląca się siarka. Z łyżeczki unosi się biały dym, co jest jednym z elementów charakterystycznych reakcji spalania siarki.

RI9TKV8aNTBTi1

Zdjęcie przedstawia gazowy palnik laboratoryjny, nad którym znajduje się końcówka poziomo ustawionych szczypiec trzymających mały tygielek ogrzewany w płomieniu i obrócony wlotem w kierunku aparatu. W tygielku znajduje się rozżarzona mieszanina siarki z żelazem.

Reakcja magnezu z jodem1

Doświadczenie 1

Doświadczenie należy wykonać pod wyciągiem.

Problem badawczy

Co dzieje się podczas reakcji jodu z magnezem? Czy jest to reakcja łączenia?

Hipoteza

Jod łączy się z magnezem, jest to reakcja łączenia.

Co będzie potrzebne

• magnez w postaci wiórów,

• jod krystaliczny,

• woda,

• parowniczka porcelanowa,

• łyżeczki,

• zakraplacz lub pipeta Pasteura.

Instrukcja

1. W parowniczce umieść niewielką ilość wiórków magnezowych oraz kilka kryształków rozdrobnionego jodu.

2. Do mieszaniny jodu z magnezem dodaj kilka kropli wody.

Podsumowanie

Po dodaniu wody reakcja przebiega gwałtownie. Wydzielają się pary o fioletowej barwie.
W wyniku reakcji magnezu z jodem powstaje jodek magnezu:

$\text{magnez + jod → jodek magnezu}$

$\text{Mg + }{\text{I}}_{\text{2}}\text{ → Mg}{\text{I}}_{\text{2}}$

Reakcja ta przebiega z wydzieleniem ciepła. Jest ono wystarczające do tego, aby jod znajdujący się w mieszaninie reakcyjnej częściowo uległ sublimacji (fioletowy gaz).
Reakcja otrzymywania jodku magnezu z magnezu i jodu jest reakcją syntezy.

R5KwScn02wZkE1

Film rozpoczyna się ujęciem fragmentu stołu laboratoryjnego, na którym stoją porcelanowa parowniczka z wiórkami magnezowymi, zlewka z wodą, pipeta, łyżeczka laboratoryjna i szkiełko z kryształami jodu. Widoczna jest też dłoń demonstratora w rękawiczce ochronnej, która łyżeczką odmierza porcję jodu i wsypuje ją do parowniczki. Mieszanina ta zakraplana jest wodą z pipety, co inicjuje reakcję. Kolejne ujęcie przedstawia wnętrze parowniczki z bliska. Zawartość kipi i wydziela fioletowy dym. Zmiana ujęcia na prezentujące parowniczkę z boku, pojawia się podpis MgI2, Jodek magnezu. Następnie na parowniczce pojawia się napis Ciepło i strzałki z dna parowniczki na zewnątrz symbolizujące emisję ciepła podczas reakcji. Z kolei obszar w którym pojawia się fioletowy dym zostaje oznaczony tekstem Gazowy jod. Obraz z kamery ulega rozmyciu, a na ekranie pojawia się równanie reakcji: magnez plus jod daje w efekcie jodek magnezu. Pojawia się podpis Reakcja syntezy, czyli łączenia.

Film rozpoczyna się ujęciem fragmentu stołu laboratoryjnego, na którym stoją porcelanowa parowniczka z wiórkami magnezowymi, zlewka z wodą, pipeta, łyżeczka laboratoryjna i szkiełko z kryształami jodu. Widoczna jest też dłoń demonstratora w rękawiczce ochronnej, która łyżeczką odmierza porcję jodu i wsypuje ją do parowniczki. Mieszanina ta zakraplana jest wodą z pipety, co inicjuje reakcję. Kolejne ujęcie przedstawia wnętrze parowniczki z bliska. Zawartość kipi i wydziela fioletowy dym. Zmiana ujęcia na prezentujące parowniczkę z boku, pojawia się podpis MgI2, Jodek magnezu. Następnie na parowniczce pojawia się napis Ciepło i strzałki z dna parowniczki na zewnątrz symbolizujące emisję ciepła podczas reakcji. Z kolei obszar w którym pojawia się fioletowy dym zostaje oznaczony tekstem Gazowy jod. Obraz z kamery ulega rozmyciu, a na ekranie pojawia się równanie reakcji: magnez plus jod daje w efekcie jodek magnezu. Pojawia się podpis Reakcja syntezy, czyli łączenia.

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl

Film rozpoczyna się ujęciem fragmentu stołu laboratoryjnego, na którym stoją porcelanowa parowniczka z wiórkami magnezowymi, zlewka z wodą, pipeta, łyżeczka laboratoryjna i szkiełko z kryształami jodu. Widoczna jest też dłoń demonstratora w rękawiczce ochronnej, która łyżeczką odmierza porcję jodu i wsypuje ją do parowniczki. Mieszanina ta zakraplana jest wodą z pipety, co inicjuje reakcję. Kolejne ujęcie przedstawia wnętrze parowniczki z bliska. Zawartość kipi i wydziela fioletowy dym. Zmiana ujęcia na prezentujące parowniczkę z boku, pojawia się podpis MgI2, Jodek magnezu. Następnie na parowniczce pojawia się napis Ciepło i strzałki z dna parowniczki na zewnątrz symbolizujące emisję ciepła podczas reakcji. Z kolei obszar w którym pojawia się fioletowy dym zostaje oznaczony tekstem Gazowy jod. Obraz z kamery ulega rozmyciu, a na ekranie pojawia się równanie reakcji: magnez plus jod daje w efekcie jodek magnezu. Pojawia się podpis Reakcja syntezy, czyli łączenia.

Ciekawostka

Synteza jądrowa
Podczas omawianej reakcji syntezy z dwóch lub większej liczby substratów powstaje jeden produkt. Jądra atomów pierwiastków, które tworzą substraty, a następnie – produkt, nie ulegają zmianie.
Istnieje jednak typ reakcji nazywany są syntezą jądrową. Przemiana ta polega na łączeniu się jąder lekkich pierwiastków w jądra cięższych pierwiastków. Taka przemiana zachodzi na przykład na Słońcu. Podczas niej z dwóch jąder atomów wodoru powstaje jądro atomu helu i wydziela się ogromna ilość energii. Reakcję syntezy helu opisuje równanie uwzględniające budowę jąder poszczególnych reagentów:

${}_{\text{1}}{}^{\text{2}}\text{H}\text{ + }{}_{\text{1}}{}^{\text{2}}\text{H }\text{→ }{}_{\text{2}}{}^{\text{4}}\text{He }\text{+ energia}$

R1MQGcIs28AfJ1

Zdjęcie z radioteleskopu przedstawiające słońce w postaci ogromnej pomarańczowej kuli z jaśniejszymi plamami i widocznymi wyrzutami materii na krawędziach.

3. Jak nazywamy reakcję chemiczną, w wyniku której z jednej substancji powstaje kilka produktów?

W odpowiednich warunkach woda ulega reakcji, w wyniku której powstają pierwiastki, z jakich się składa. Przebieg tej reakcji opisuje równanie:

Zauważmy, że w omawianej reakcji z jednej substancji (wody) powstają dwie inne (tlen i wodór).
Przemiana chemiczna, podczas której z jednego substratu powstają co najmniej dwa produkty, nazywana jest reakcją rozkładureakcja analizy (reakcja rozkładu)reakcją rozkładu lub reakcją analizyreakcja analizy (reakcja rozkładu)reakcją analizy. Można ją opisać za pomocą schematu:

Omówiona przemiana wody w wodór i tlen należy do tego typu reakcji.

R9H0HPGxz6ZRS1

Film prezentujący rozkład tlenku rtęci (II). Na ekranie widoczny jest zestaw aparatury. Następuje zbliżenie na probówkę z tlenkiem rtęci(II). Wyraźnie widać jego czerwonopomarańczową barwę. Widok na zestaw w czasie pracy – płomień palnika ogrzewa probówkę z tlenkiem, w probówce wypełnionej wodą zbiera się gaz (tlen). Na ekranie pojawia się słowo: OBSERWACJE. Zbliżenie na probówkę z tlenkiem rtęci(II) – widać na ściankach probówki szaroczarny osad w postaci pierścienia. Sam osad tlenku też zrobił się czarny. Znika słowo: OBSERWACJE. Widok na pracujący zestaw, pod spodem pojawia się nazwa: reakcja chemiczna. Ponownie pojawia się słowo: OBSERWACJE. Widok na probówkę z gazem, zamkniętą korkiem, stojącą w statywie – ręka zbliża do niej żarzące się łuczywko, wyjmuje korek z probówki, wkłada je powoli do środka. Łuczywko rozpala się i pali się jasnym płomieniem nawet wewnątrz probówki. Na ekranie pojawia się słowo: WNIOSKI i przy probówce, w której prowadzono badanie palności pojawia się słowo: tlen. Widok na mieszaninę poreakcyjną z szarym pierścieniem osadu. Przy nim pojawia się słowo: rtęć. Na ekranie widać równanie reakcji.

Film prezentujący rozkład tlenku rtęci (II). Na ekranie widoczny jest zestaw aparatury. Następuje zbliżenie na probówkę z tlenkiem rtęci(II). Wyraźnie widać jego czerwonopomarańczową barwę. Widok na zestaw w czasie pracy – płomień palnika ogrzewa probówkę z tlenkiem, w probówce wypełnionej wodą zbiera się gaz (tlen). Na ekranie pojawia się słowo: OBSERWACJE. Zbliżenie na probówkę z tlenkiem rtęci(II) – widać na ściankach probówki szaroczarny osad w postaci pierścienia. Sam osad tlenku też zrobił się czarny. Znika słowo: OBSERWACJE. Widok na pracujący zestaw, pod spodem pojawia się nazwa: reakcja chemiczna. Ponownie pojawia się słowo: OBSERWACJE. Widok na probówkę z gazem, zamkniętą korkiem, stojącą w statywie – ręka zbliża do niej żarzące się łuczywko, wyjmuje korek z probówki, wkłada je powoli do środka. Łuczywko rozpala się i pali się jasnym płomieniem nawet wewnątrz probówki. Na ekranie pojawia się słowo: WNIOSKI i przy probówce, w której prowadzono badanie palności pojawia się słowo: tlen. Widok na mieszaninę poreakcyjną z szarym pierścieniem osadu. Przy nim pojawia się słowo: rtęć. Na ekranie widać równanie reakcji.

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl

Film prezentujący rozkład tlenku rtęci (II). Na ekranie widoczny jest zestaw aparatury. Następuje zbliżenie na probówkę z tlenkiem rtęci(II). Wyraźnie widać jego czerwonopomarańczową barwę. Widok na zestaw w czasie pracy – płomień palnika ogrzewa probówkę z tlenkiem, w probówce wypełnionej wodą zbiera się gaz (tlen). Na ekranie pojawia się słowo: OBSERWACJE. Zbliżenie na probówkę z tlenkiem rtęci(II) – widać na ściankach probówki szaroczarny osad w postaci pierścienia. Sam osad tlenku też zrobił się czarny. Znika słowo: OBSERWACJE. Widok na pracujący zestaw, pod spodem pojawia się nazwa: reakcja chemiczna. Ponownie pojawia się słowo: OBSERWACJE. Widok na probówkę z gazem, zamkniętą korkiem, stojącą w statywie – ręka zbliża do niej żarzące się łuczywko, wyjmuje korek z probówki, wkłada je powoli do środka. Łuczywko rozpala się i pali się jasnym płomieniem nawet wewnątrz probówki. Na ekranie pojawia się słowo: WNIOSKI i przy probówce, w której prowadzono badanie palności pojawia się słowo: tlen. Widok na mieszaninę poreakcyjną z szarym pierścieniem osadu. Przy nim pojawia się słowo: rtęć. Na ekranie widać równanie reakcji.

Reakcje analizy zachodzą w naszym otoczeniu. Są one również wykorzystywane w przemyśle do otrzymywania użytecznych pierwiastków i związków chemicznych.

R1611hRJGNJhq1

Zdjęcie plastikowej białej butelki z wodą utlenioną z apteki.

RRrsQsEFG5gDa1

Zdjęcie zakładu wapienniczego, w którym wypala się wapień - Trzuskawica S.A. Na pierwszym planie widoczne tory, którymi przewożone są surowce i produkt. Za nimi stoi duży budynek fabryki z widocznymi kominami i instalacjami do produkcji i składowania wapna.

Proces otrzymywania tlenku wapnia w wyniku rozkładu węglanu wapnia przebiega w wysokiej temperaturze. Można go opisać następującymi równaniami reakcji:

R9AK3BoCtrn0I1

Zdjęcie huty aluminium oglądanej z lotu ptaku. Zakłady składają się z szeregu długich budynków. Jednemu z nich towarzyszy mniejszy kompleks z wysokim kominem. Widok innych budynków przemysłowych, mieszkalnych i magazynów, a także drogi prowadzącej do huty i samochodów na niej wskazują, że kompleks jest naprawdę wielki.

Przebieg reakcji rozkładu tlenku glinu (przeprowadzanej w hutach aluminium w celu otrzymywania glinu) jest następujący:

Podsumowanie

• Równania reakcji chemicznych zapisuje się przy użyciu symboli i wzorów chemicznych. Liczby atomów poszczególnych pierwiastków chemicznych po obu stronach równania muszą być identyczne.

• Uzupełnianie równania reakcji o współczynniki stechiometryczne nazywa się uzgadnianiem (bilansowaniem) równania reakcji chemicznej.

• Reakcja syntezy (łączenia) to rodzaj reakcji chemicznej, w wyniku której z dwóch lub większej liczby substratów powstaje tylko jeden produkt.

• Reakcja analizy (rozkładu) to rodzaj reakcji chemicznej, w wyniku której z jednego substratu powstają co najmniej dwa produkty.

Słowniczek

Zadania