Chemické reakcie a rovnice

Chemické reakcie a rovnice

Chemické reakcie

Chemická reakcia – je to dej, pri ktorom pri vhodných vonkajších podmienkach dochádza k premene reaktantov na produkty. Reaktanty sú východiskové látky, ktoré vstupujú do chemickej reakcie. Produkty sú chemické látky, ktoré vystupujú z chemickej reakcie.

Reakčná schéma – rovnica, ktorá nerešpektuje zákon zachovania hmotnosti

Stechiometrické koeficienty – racionálne čísla, ktoré vystupujú v rovnici chemickej reakcie pri chemických symboloch (sú to stále čísla, nesmú sa zamieňať s látkovými množstvami, ktoré sa môžu v priebehu reakcie meniť)

Teoretický výťažok reakcie – taký výťažok, kedy by limitujúci reaktant zreagoval na 100%

Experimentálna chyba – chyba, ktorá nastane pri pokuse (experimente)

Limitujúci reaktant – každý reaktant má svoju charakteristickú hodnotu, pri ktorej by sa úplne spotreboval. Reaktant s najmenšou charakteristickou hodnotou je limitujúci

Reaktant v nadbytku – reaktant, ktorého určité množstvo by pri úplnom zreagovaní limitujúceho reaktantu ostalo nezreagované
Chemická reakcia je teda proces, pri ktorom dochádza k pôsobeniu dvoch alebo viacerých chemických látok a nastávajú pri ňom látkové zmeny. Prebieha zmena reaktantov na jeden alebo viac produktov.

A + B → C + D
reaktanty → produkty

Vratná chemická reakcia je reakcia, pri ktorej súčasne s priamou reakciou prebieha aj spätná reakcia. Napríklad:
H2 + I2 ↔ 2HI

Priama reakcia – z reaktantov vznikajú produkty, smeruje k vzniku HI: H2 + I2 → 2HI
Spätná reakcia – z produktov vznikajú východiskové látky: 2HI → H2 + I2
Chemická reakcia je charakteristická tým, že:

– zanikajú pôvodné chemické väzby a vznikajú nové chemické väzby

– atómy pri chemickej reakcii nevznikajú ani nezanikajú. Ide len o ich oddeľovanie, zlučovanie a preskupovanie.

Chemické rovnice

Význam:

– špecifikuje reaktanty a produkty reakcie

– vyjadruje počet reagujúcich molekúl a vznikajúcich molekúl

– vyjadruje látkové množstvá a hmotností reaktantov a produktov
Popisujú priebeh chemickej reakcie. Vyjadrujú počiatočný a konečný stav chemického deja. Pri zapisovaní chemických rovníc platí:

– prvky zapisujeme ich značkami, molekuly zapisujeme ich vzorcami

– na ľavej strane rovnice sú reaktanty danej chemickej reakcie a na pravej strane rovnice sú produkty chemickej reakcie.

– medzi stranou reaktantov a stranou, na ktorej sú zapísané produkty je šípka poukazujúca na smer chemického deja

– vratná reakcia je označená dvoma šípkami opačného smeru

– počet atómov rovnakého druhu je na oboch stranách chemickej rovnice rovnaký, rovnice je potrebné vyrovnávať, aby počet rovnakých atómov sedel na strane reaktantov i na strane produktov. Preto pred značky a vzorce zapisujeme príslušné číslice – stechiometrické koeficienty.

– pomery koeficientov vyjadruje látkové množstvá reaktantov a produktov a pomery počtov molekúl reaktantov a produktov.

– v termochemických rovniciach sa označuje aj skupenstvo reagujúcich látok a produktov. Zapisujeme ho pomocou symbolov v zátvorke:

– (g) gas – plynné skupenstvo

– (l) liquidus – kvapalné skupenstvo

– (s) solidus – pevné skupenstvo

– (aq) aquaeus – vodný roztok

Základné chemické zákony

– Zákon zachovania hmotnosti – hmotnosť reaktantov danej chemickej reakcie je rovná hmotnosti produktov.

– Zákon zachovania energie – energia izolovanej sústavy je v počas priebehu chemickej reakcie rovnaká.

– Zákon stálych zlučovacích pomerov – pomer prvkov danej zlúčeniny je vždy rovnaký a nezávisí od spôsobu prípravy chemickej zlúčeniny.

DELENIE REAKCIÍ:

A) podľa energetickej bilancie:

1. exotermické reakcie (exergonické) – tepelne neizolovaná sústava odovzdáva energiu svojmu okoliu tepelnou výmenou., teplo sa pri reakcii uvoľňuje. E reaktantov > E produktov (horenie). Qm = ∆H<0 – záporná hodnota.
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) Qm = – 92,4 kJ
C(s) + O2(g) → CO2 (g) Δ H = -395 kJ.mol-1
Sn(s) + 2 Cl2(g) → SnCl4(l) Δ H = -349 kJ.mol-1

2. endotermické reakcie (endergonické) – tepelne neizolovaná sústava spotrebúva energiu svojmu okoliu, energiu treba počas reakcie dodávať, teplo sa spotrebúva. E reaktantov < E produktov ( napr. výroba železa ) Qm = ∆H>0 – kladná hodnota.
CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g) Qm = + 178 kJ
C(s) + 2 S(s) → CS2(l) Δ H = 128 kJ.mol-1

B) podľa javového opisu anorganické látky delíme na:

1. skladné (syntetické) – reakcie, pri ktorých z niekoľkých reaktantov vzniká jeden produkt. 2Na +Cl2  → 2NaCl

2. rozkladné (analytické) – reakcie, pri ktorých z jedného reaktantu vzniká niekoľko produktov. 2H2O → 2H2 + O2

3. vytesňovacie (substitučné) – reakcie, pri ktorých jeden prvok v zlúčenine nahrádza iný.
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
4 podvojné zámeny (konverzie) – reakcie medzi roztokmi iónových zlúčenín, pri ktorých sa vymieňajú ióny a vzniká nerozpustná soľ.

AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3
Ag+ + NO3- + Na+ +Cl- → AgCl + Na++NO3-
Ag+ + Cl- → AgCl

C) podľa javového opisu organické látky delíme:

1. adičné – zlučovanie 2 alebo viacerých častíc na jednu zložitejšiu, zánik násobnej väzby

CH2=CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br
a) elektrofilná adícia AE – elektrofilné činidlo (látka, ktorá má elektrónový deficit) reaguje s násobnými väzbami, konkrétne s ich pi elektrónmi. Napríklad adícia halogénov na alkény.
CH2 =CH2 + H2O → CH3 – CH2 OH elektrofilná adícia (AE)
b) nukleofilná adícia AN – nukleofilné činidlo, ktoré obsahuje neväzbový elektrónový pár, sa viaže na uhlík (aduje sa) vo väzbe, v ktorej sa nachádza kladný čiastkový náboj.

2. eliminačné – jedna častica sa štiepi na viac jednoduchších, vznik násobnej väzby

CH3 – CH3 – H2 → CH2=CH2
Dehydrogenácia – odštiepia sa molekuly vodíka
Dehydratácia – odštiepi sa molekula vody
Dehydrohalogenácia – odštiepi sa molekula halogénvodíka.

3. substitučné – zánik jednej a vznik druhej väzby na tom istom atóm
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
a) radikálová substitúcia – SR charakteristická pre zlúčeniny s nepolárnymi kovalentnými väzbami, napríklad pre alkány. Väzba sa homolyticky štiepy a vznikajú radikály. Radikál je častica s nespáreným elektrónom. Tieto radikály reagujú s radikálom substituovaného atómu. Napríklad chlorácia.
Radikálová bromácia:
H3C-CH3 + Br2 → CH2 –CH2 -Br + HBr
b) elektrofilná substitúcia – SE je typická pre aromatické uhľovodíky, ktoré reagujú s elektrofilným činidlom, ktoré vzniká v priebehu reakcie. Napríklad nitrácia arénov.

4. prešmyky – premiestnenie atómov, skupín alebo častí uhlíkového reťazca

CH3 – CH2 – CH2 – CH3 → CH3 – CH – CH3

|
CH3

D) podľa prebiehajúceho chemického deja:

1. oxidačno – redukčné (redoxné) – prenos elektrónov, ktorý sa prejaví zmenou oxidačného čísla niektorých prvkov

Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
Fe0 + Cu+IISO4 → Cu0 + Fe+IISO4
Zn0 – redukovadlo (redukčné činidlo), látka, ktorá vyvoláva redukciu, ale sama sa pritom oxiduje, t.j. odovzdáva elektróny
Medzi redukovadlá patrí napríklad: sodík (a ostatné alkalické kovy), uhlík, hliník
Cu+II – oxidovadlo (oxidačné činidlo), látka, ktorá vyvoláva oxidáciu, ale sama sa pritom redukuje, t.j. prijíma elektróny
Medzi silné oxidačné činidlá patrí napríklad: fluór a ostatné halogény, kyslík, kyselina sírová, kyselina dusičná

– oxidácia – reakcia, pri ktorej atóm, alebo skupina atómov odovzdáva elektróny a oxidačné číslo sa zvyšuje

– redukcia – reakcia, pri ktorej atóm, alebo skupina atómov prijíma elektróny a oxidačné číslo sa znižuje
Zn0 – 2e-→ Zn2+ - oxidácia
Cu2+ + 2e-→ Cu0 - redukcia

2. acidobázické (protolytické, neutralizácia) – reakcie, pri ktorých dochádza k prenosu katiónov H+ medzi kyselinou a zásadou.
Kyselina – látka, ktorá odštepuje katión H+
Zásada – látka, ktorá prijíma katión H+ .
2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2H2O
KOH – zásada
H2SO4 – kyselina
HCl + NaOH → NaCl + H2O
HCl – kyselina
NaOH – zásada

3. koordinačné (komplexotvorné) – ide o prenos atómov alebo skupín atómov, pričom vznikajú komplexné (koordinačné) zlúčeniny
CuCl2 + 4H2O → (Cu(H2O)4)Cl2
4. Zrážacie reakcie – vznikajú málo rozpustné alebo nerozpustné látky – zrazeniny.
AgNO3 + NaCl →AgCl + NaNO3
Ag+ + NO3- + Na+ +Cl-→ AgCl + Na+ + NO3-
Ag+ + Cl-→ AgCl
AgCl – zrazenina

E) podľa fázy v reakčnej sústave:

1. homogénne reakcie – reaktanty aj produkty sú v rovnakej fáze, napr. látky v roztoku

2. heterogénne reakcie – reaktanty a produkty sa nachádzajú aspoň v dvoch fázach – patria tu zrážacie reakcie (z roztokov východiskových látok vzniká aspoň jeden produkt vo forme zrazeniny)

F) podľa spôsobu štiepenia väzieb:
1. homolytické reakcie – väzba sa štiepi symetricky (medzi atómami s rovnakou elektronegativitou), dochádza k vzniku radikálov. Napríklad: Cl – Cl → Cl• + Cl•
2. heterolytické reakcie – väzba sa štiepi nesymetricky (medzi časticami, ktoré majú veľký rozdiel elektronegativít), dochádza k vzniku iónov. Elektronegatívnejšia častica si ponechá celý elektrónový pár. Dochádza k vzniku nukleofilov (F-) a elektrofilov (H+) Napríklad:
HF → H+ + F-