ХИМИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ |
Мультимедийная энциклопедия |
краткий способ описания химической реакции. Символы, обозначающие
вступающие в реакцию вещества, находятся в левой части уравнения, а
обозначения продуктов реакции - в правой:
где в скобках указано агрегатное состояние, Q - тепловой эффект реакции.
Это уравнение описывает химическую реакцию между натрием и хлором с
образованием хлорида натрия (поваренная соль). Натрий - металл, бурно
реагирующий с водой, хлор - ядовитый газ, но, соединяясь друг с другом,
эти элементы образуют вполне безвредное вещество, необходимое для жизни.
Это пример реакций присоединения. Известны также химические реакции
замещения, обмена, разложения и пр.; реакции могут быть обратимые, ионные,
окислительно-восстановительные, ядерные и др. в зависимости от принципа
классификации реакций: по формальному признаку, по механизму реакций, по
термодинамическим или кинетическим параметрам и т.д.
См. также <<ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ>>.
Реакции присоединения X + Y -> XY
Примеры:
Число атомов данного элемента в левой части уравнения равно числу этих
атомов в правой части, другими словами, вещество в ходе химической реакции
не возникает из ничего и не уничтожается. Химическая реакция, в которой
выделяется тепло, например реакция (1), называется экзотермической, а
реакция, которая протекает только при подводе тепла извне, например
реакция (2), - эндотермической. Почти все химические реакции
сопровождаются выделением или поглощением тепла, но в уравнениях это часто
не указывают, если только не рассматриваются термодинамические аспекты
процесса.
Реакции замещения
или
Примеры:
В реакции (4) металлический цинк замещает водород в соляной кислоте. В
реакции (5) медь замещает серебро в нитрате серебра. В реакции (6) хлор
замещает бром в бромиде кальция.
Реакции обмена (двойного замещения) XY + UV (r) XV + UY
Примеры:
Реакция (7) - типичный пример кислотно-основной реакции (реакции
нейтрализации), продуктами которой являются соль и вода. В реакции (8) в
результате взаимодействия иона бария Ba2+, принадлежащего нитрату бария
Ba(NO3)2, c сульфат-ионом
серной кислоты образуется осадок сульфата бария BaSO4. В реакциях (7) и
(8) реагирующие вещества обмениваются катионами.
Реакции разложения (расщепления)
Примеры
В реакции (9) синие кристаллы гидратированного сульфата меди разлагаются
при нагревании, при этом гидратная вода превращается в пар. Реакция (10)
протекает при относительно невысокой температуре в присутствии
катализатора - диоксида марганца. Катализатор ускоряет химическую реакцию,
оставаясь при этом неизменным (см. также <<КАТАЛИЗ>>). Реакция (11)
применяется в промышленности: известняк (карбонат кальция CaCO3) при
интенсивном нагревании разлагается, образуя негашеную известь (оксид
кальция CaO) - важную составную часть цемента.
Стрелки в прямом и обратном направлениях указывают, что продукты реакции
взаимодействуют с образованием исходных реагентов, другими словами,
реакция идет в обоих направлениях. Систему, в которой протекает обратимая
реакция, можно уподобить двум водоемам, соединенным узкой протокой, в
которых обитают два или несколько видов рыб. Рыбы беспрепятственно
переплывают из одного водоема в другой, так что в конце концов каждый
водоем оказывается заселенным смешанной популяцией постоянного состава.
Это и есть состояние равновесия.
Примеры:
Количества исходных веществ и продуктов реакции сильно зависят от
давления, температуры и концентрации реагирующих веществ.
Ионные реакции. Химические уравнения можно записывать с указанием
заряда исходных веществ и продуктов реакции (+, -, 0 означают
положительный, отрицательный и нулевой электрические заряды
соответственно; их помещают вверху справа от символа химического
элемента). Члены уравнения в правой и левой его частях, отвечающие группам
атомов одинакового состава, несущих одинаковый заряд, можно сокращать, как
это принято в алгебраических уравнениях:
Ион серебра Ag+ несет один положительный заряд; следовательно, на каждый
атом меди, образующий двухзарядный положительный ион, должно приходиться
два иона серебра, поскольку суммы зарядов в левой и правой частях
уравнений должны быть одинаковы. После сокращения одинаковых членов в
обеих частях уравнения получаем уравнение (16), которое выражает
химические превращения, произошедшие в реакции. Приведенные выше уравнения
- это три разных способа представления одной и той же химической реакции:
ее молекулярная форма, полная и сокращенная ионные формы.
Ядерные реакции. Ядерные реакции можно отнести к химическим лишь
весьма условно, поскольку в них элемент превращается в изотоп того же
элемента или другой элемент. Иногда какая-то часть вещества в ядерной
реакции исчезает, и этот процесс сопровождается высвобождением огромного
количества энергии; такие процессы происходят при взрыве атомной бомбы или
в ядерном реакторе. Обычно в уравнениях ядерных реакций фигурируют
индекс обозначает массу частицы, а нижний левый - ее заряд. Приведем
уравнения типичных ядерных реакций:
Суммы верхних индексов в левой и правой частях уравнения должны быть
одинаковыми; то же самое относится к нижним индексам. Может показаться,
что масса вещества в ходе ядерных реакций (17)-(19) не изменяется. В
действительности же вследствие взаимодействия элементарных частиц в ядре и
изменения их массы покоя у продуктов масса может оказаться чуть меньше,
чем у исходных веществ. Именно с исчезновением этого незначительного
количества вещества, которое превращается в энергию согласно уравнению
Эйнштейна Е = mc2, и связана разрушительная сила ядерного взрыва.
Протекающая при этом реакция описывается уравнением (19). В уравнении (17)
с тем же атомным номером (36), но массой, меньшей на единицу.
Окислительно-восстановительные реакции. В ходе окислительно-
восстановительной реакции меняется заряд элементов (их степень окисления),
что и учитывается при написании уравнения. Потеря электрона называется
окислением, а приобретение - восстановлением. Число отданных и
приобретенных в ходе реакции электронов должно быть одинаковым, и исходя
из этого устанавливаются соотношения между всеми участниками реакции.
Рассмотрим реакцию
Приведем более сложный пример - окислительно-восстановительную реакцию
между медью и концентрированной азотной кислотой:
В ходе этой реакции Сu0 теряет 2 электрона, превращаясь в ион Сu2+, а N5+
принимает 1 электрон, превращаясь в N4+. Чтобы уравнять число отданных
электронов с числом приобретенных, вводим коэффициент 2 перед NO2 в правой
части, а чтобы число атомов азота при этом осталось прежним, умножаем HNO3
в левой части на 2. Cu(NO3)2 в правой части содержит два иона степень
окисления N в которых равна +5. Чтобы сохранить число ионов в левой части
с той же степенью окисления, добавляем в левой части 2 молекулы HNO3.
Далее, чтобы уравнять 4H+, содержащихся в молекулах HNO3, записываем в
правой части 2H2O. В левой части имеем 3*4 = 12 ионов кислорода,
содержащихся в кислоте. Эти 12 ионов кислорода присутствуют и в правой
части: 2 в воде, 4 в NO2 и 6 в нитрате меди Cu(NO3)2. Аналогичным образом
можно записывать любые, более сложные уравнения.
Применение. Химические уравнения используются химиками-технологами
при расчете характеристик производственных процессов. Так, с их помощью
определяется количество реагентов (сырья), необходимое для получения
данного количества продукта.
См. также <<ХИМИЯ>>.
ЛИТЕРАТУРА
Некрасов Б.В. Основы общей химии. М., 1973 |
Научнотехнический Энциклопедический Словарь |
ХИМИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ, набор символов, используемых для записи ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. Эти уравнения показывают, как перераспределяются атомы в результате реакции, причем слева записывают вещества, вступающие в реакцию, а справа - продукт реакции. Например, образование оксида магния при сгорании магния в кислороде выражается как 2Mg+О2"2MgO. Число атомов элемента с левой стороны уравнения должно быть равно числу атомов на правой стороне. |
|
|