Chemické reakcie
Chemické reakcie sú deje, pri ktorých z látok vznikajú iné látky. Látky, ktoré do reakcie vstupujú sa nazývajú reaktanty. Výsledné látky reakcie sa nazývajú produkty. Chemické reakcie zapisujeme chemickými rovnicami. Chemickú rovnicu zapisujeme takto: reaktanty→produkty.
V chemických reakciách platí takzvaný zákon zachovania hmotnosti a ten hovorí, že celková hmotnosť všetkých reaktantov sa musí rovnať celkovej hmotnosti všetkých produktov.
Pri chemických reakciách rozlišujeme tri základné typy: chemické zlučovanie, chemický rozklad a substičné reakcie. Chemické zlučovanie(syntéza) je chemická reakcia, pri ktorej z dvoch alebo viacerých jednoduchších reaktantov vzniká jeden zložitejší produkt. Chemický rozklad je chemická reakcia, pri ktorej z jedného zložitejšieho reaktantu vznikne dva alebo viac zložitejších produktov. Substičná reakcia je chemická reakcia, pri ktorej sa nahradí jeden alebo viacero atómov molekuly iným typom atómov za vzniku nových zlúčenín.
Chemické reakcie podľa energetických zmien rozdeľujeme na exotermické a endortermické. Pri exotermických reakciách(horenie, reakcia manganistanu draselného a kyseliny sírovej...) sa teplo uvoľňuje. Pri endotermických reakciách sa teplo spotrebúva. Sú však aj také exotermické reakcie(horenie), ktorým treba na začiatku dať impulz(napr. zohriať), no potom už prebiehajú samé a uvoľňuje sa teplo.
Horenie
Horenie je chemická reakcia, väčšinou kyslíka s inou látkou, pri ktorej sa uvoľňuje svetlo a teplo. Niektoré látky nemusia horieť len v kyslíku, môžu aj v iných plynoch(napríklad sodík horí v chlóre), ale tu sa budeme venovať horeniu v kyslíku.
Aby horenie prebiehalo, musia byť splnené podmienky horenia: 1.Prítomnosť horľavej látky. 2.Prítomnosť vzdušného kyslíka. 3.Látka musí byť zohriata na určitú teplotu tzv. zápalnú teplotu. Každá látka ju má inú. Možno ju dosiahnuť plameňom, iskrou atď.
Požiar a jeho hasenie
Požiar je nežiaduce horenie. Je nebezpečný. Jeho hasenie je založené na odstránení podmienok horenia.
Len málokedy sa využíva odstránenie horľavej látky. Využíva sa to iba pri lesných požiaroch. Hasiči vtedy vyčistia pás lesa(zotnú stromy atď.), na ktorom už neostane nič, čo by mohlo ďalej horieť. Požiar sa potom už nešíri ďalej.
Najbežnejším hasiacim prostriedkom je voda. Hasenie vodou využíva schladenie látky pod zápalnú teplotu. Voda však vedie elektrický prúd, a preto sa nesmie používať na hasenie elektrických zariadení pod napätím. Takisto sa nesmie používať na hasenie benzínu a olejov, pretože sú ľahšia ako voda a začali by prskať. Takisto sa nesmie používať na hasenie látok s vysokou teplotou plameňa(plasty), pretože by sa ihneď zmenila na horúcu paru.
Na hasenie požiarov, kde nemožno použiť vodu sa využíva piesok, prášové, penové a snehové hasiace prístroje. Tieto spôsoby hasenia využívajú zabránenie prístupu vzdušného kyslíka.
Hasiaca látka | Princíp hasenia | Čo hasiť? | Čo nehasiť? |
---|---|---|---|
Voda | Schladenie horľavej látky pod zápalnú teplotu | Najmä tuhé látky, ktoré s vodou nereagujú | Elektrické zariadenia pod napätím, benzín, oleje, plasty. |
Piesok | Zabránenie prístupu vzdušného kyslíka | Menšie požiare, kde nemožno použiť vodu | Jemnú mechaniku, elektroniku. |
Penový hasiaci prístroj(oxid uhličitý+voda) | Schladenie horľavej látky pod zápalnú teplotu, zabránenie prístupu vzdušného kyslíka | Tuhé a kvapalné látky | Elektrické zariadenia pod napätím. |
Snehový hasiaci prístroj(oxid uhličitý) | Schladenie horľavej látky pod zápalnú teplotu, zabránenie prístupu vzdušného kyslíka | Tuhé, kvapalné, plynné látky, elektrické zariadenia pod napätím | Práškové látky. |
Práškový hasiaci prístroj(napr. oxid hlinitý) | Zabránenie prístupu vzdušného kyslíka | Tuhé, kvapalné, plynné látky, elektrické zariadenia pod napätím | Jemnú mechaniku, elektroniku. |
Rýchlosť chemických reakcií
Niektoré chemické reakcie sú rýchle(horenie) a niektoré pomalé(korózia kovov). Veda, ktorá skúma rýchlosť chemických reakcií sa nazýva chemická kinetika.
Predstavu o rýchlosti chemických reakcií získavame pozorovaním: 1.Ako rýchlo vzniká plynný produkt(pozorujeme vznik bubliniek). 2.Ako rýchlo ubúda tuhý reaktant. 3.Ako rýchlo vzniká tuhý produkt(pozorujeme vznik zrazeniny). 4.Ako rýchlo sa mení sfarbenie reagujúcich látok.
Pomocou poznatkov o rýchlosti chemických reakcií ju vieme ovplyvniť vo viacerých reakciách. Zrýchľovanie chemických reakcií sa využíva pri výrobe liekov, plastov a iných chemikálií. Spomaľovanie chemických reakcií sa využíva pri balení potravín(aby sa nekazili), pozinkovaní plechov(aby nehrdzaveli) atď.
Faktory ovplyvňujúce rýchlosť chemických reakcií
1.Množstvo reagujúcich látok. Keď je viac častíc, tak dochádza k väčšiemu počtu ich zrážok. Takže reakcia je tým väčšia, čím je väčšie množstvo reaktantov.
2.Teplota reaktantov. Keď je vyššia teplota, častice majú väčšiu energiu, a tak dochádza k väčšiemu počtu zrážok. Takže reakcia prebieha tým rýchlejšie, čím je vyššia teplota reaktantov.
3.Povrch tuhých reaktantov. Zrážok sa zúčastňujú najskôr častice na povrchu látky. Čím je väčší povrch, tým rýchlejšie prebieha reakcia. Takže keď je látka podrvená, reakcia prebieha rýchlo.
4.Katalyzátory. Katalyzátory sú látky, ktoré urýchľujú chemické reakcie. Využívajú sa pri výrobe piva, vína, etanolu, kyseliny citrónovej atď. Katalyzátory v živých organizmoch sa nazývajú biokatalyzátory alebo enzýmy.
Chemické zlučovanie, chemický rozklad, neutralizácia, redoxné reakcie. Dopĺňanie chemických rovníc.
V rovniciach píšeme ako dvojatómové molekuly H2, O2, N2, F2, Cl2, Br2, I2. Pozri aj: Názvoslovie anorganických zlúčenín.
Chemické zlučovanie(syntéza)
Chemické zlučovanie(syntéza) je chemická reakcia, pri ktorej z dvoch alebo viacerých jednoduchších reaktantov vzniká jeden zložitejší produkt.
Zapíš rovnicu horenia(reakcie s kyslíkom) horčíka: 1.Pred šípku zapíšeme reaktanty: Mg+O2→___. 2.Čo bude produkt? Keďže je to zlučovanie s kyslíkom, produktom musí byť oxid. Horčík je v druhej skupine periodickej tabuľky, takže jeho oxidačné číslo bude II. Produktom je teda oxid horečnatý. Utvoríme si jeho vzorec a zapíšeme ho za šípku: Mg+O2→MgO. 3.V chemických reakciách platí zákon zachovania hmotnosti. No tu to nesedí. V reaktantoch je O2, v produktoch MgO. Preto si pred MgO doplníme takzvaný stechiometrický koeficient a to bude číslo 2(lebo O2): Mg+O2→2MgO. 4.Lenže tu zas nesedí horčík! v 2MgO sú dva horčíky a preto si pred horčík doplníme stechiometrický koeficient 2: 2Mg+O2→2MgO. Teraz to už sedí!
Reakcie oxidov s vodou: Z oxidov nekovov vznikajú kyseliny. Z oxidov kovov I.A a II.A skupiny periodickej tabuľky vznikajú hydroxidy. Rovnice dorovnávam podľa predchádzajúceho postupu. Oxidy ostatných prvkov s vodou nereagujú. Príklad na vznik kyseliny: N2O3+H2O→2HNO2 Príklad na vznik hydroxidu: K2O+H2O→2KOH. Všimnite si, pri reakciách oxidov s vodou sa vždy zachovávajú oxidačné čísla. Čiže keď reaguje oxid dusitý, tak musí vzniknúť kyselina dusitá. Keď oxid draselný, tak musí vzniknúť hydroxid draselný.
Reakcie alkalických kovov s vodou: vznikajú hydroxidy a vodík. Oxidačné číslo alkalických kovov je vždy I. Príklad(sodík reaguje s vodou): 1.Pred šípku si zapíšeme reaktanty Na+H2O→__. 2.Produkt musí byť hydroxid a keďže alkalické kovy majú oxidačné číslo I, tak hydroxid sodný. Zapíšme jeho vzorec za šípku Na+H2O→NaOH. 3.Produkt musí byť aj vodík, ktorý zapisujeme ako dvojatómovú molekulu Na+H2O→NaOH+H2. 4.Pred šípkou sú však dva vodíky a zašípkou až 3, a preto si pred H2O doplníme dvojku. To však budú 4 vodíky, a preto si pred NaOH doplníme tiež dvojku, aby boli 4 vodíky aj za šípkou. No potom sú v produktoch dva sodíky, a preto si pred sodík(v reaktantoch) doplníme dvojku, aby boli dva sodíky aj v reaktantoch. Rovnica teda vyzerá takto: 2Na+2H2O→2NaOH+H2.
Chemický rozklad
Chemický rozklad je chemická reakcia, pri ktorej z jedného zložitejšieho reaktantu vznikne dva alebo viac zložitejších produktov.
Napíš rovnicu rozkladu amoniaku: 1.Napíšeme si ľavú stranu rovnice(reaktant-amoniak) NH3→__. 2.Amoniak sa skladá z vodíka a dusíka, a tak sa musí rozložiť na nich. Vodík a dusík sú dvojatómové molekuly NH3→N2+H2. 3.Rovnicu treba vyrovnať. V produktoch sú dva dusíky a v amoniaku len jeden. Preto si pred amoniak doplním dvojku 2NH3→N2+H2. 4.V reaktantoch je teraz šesť vodíkov a v produktoch len dva. 6:2=3, a preto si pred vodík doplním trojku 2NH3→N2+3H2.
Neutralizácia
Neutralizácia je chemická reakcia kyseliny a hydroxidu(zásady, lúhu), pri ktorej vzniká soľ a voda. Pri písaní rovníc neutralizácie si treba zapamätať, že vyrovnávam od kovu a nekovu, vodík vyrovnávam až potom, kyslík len pre kontrolu. Oxidačné čísla sa pri neutralizácii vždy zachovávajú.
Kyselina chlorovodíková reaguje s hydroxidom sodným. Napíš rovnicu: 1.Napíšeme si vzorce reaktantov HCl+NaOH→. 2.Prvý produkt musí byť soľ. Keďže reaaguje kyselina chlorovodíková, tak to bude chlorid, a keďže reaguje hydroxid sodný, tak chlorid sodný(NaCl). Druhý produkt bude voda(H2O). HCl+NaOH→NaCl+H2O. Rovnica je vyrovnaná(jeden sodík v hydroxide-jeden sodík v chloride sodnom, jeden chlór v kyseline-jeden chlór v chloride sodnom, jeden vodík v kyseline+jeden vodík v hydroxide-dva vodíky vo vode, jeden kyslík v hydroxide-jeden kyslík vo vode).
Kyselina sírová reaguje s hydroxidom železitým. Napíš rovnicu: 1.Napíšeme si vzorce reaktantov H2SO4+Fe(OH)2→. Prvý predukt musí byť soľ. Keďže kyselina sírová tak síran, keďže hydroxid železitý, tak síran železitý. Vzorec síranu železitého je Fe2(SO4)3. Druhý produkt musí byť voda(H2O). Produkty doplníme do rovnice H2SO4+Fe(OH)2→Fe2(SO4)3+H2O. 3.Rovnicu vyrovnám. Začínam od kovu. V hydroxide je len jedno železo, v sírane dve, a preto si pred hydroxid železitý doplním dvojku. Pokračujem nekovom. V sírane sú až tri síranové anióny(lebo za zátvorkou je trojka), a preto si pred kyselinu sírovú doplním trojku. Nakoniec vyrovnám vodík. V kyseline je šesť vodíkov(lebo 3 kyseliny, v každej 2 vodíky-3H2SO4), v hydroxide tiež šesť(dva hydroxidy, v každom 3 vodíky2Fe(OH)3). Spolu je to dvanásť vodíkov. Vo vode sú dva vodíky. 12:2=6. Pred vodu si doplním šestku. 4.Rovnica teda vyzerá takto: 3H2SO4+2Fe(OH)2→Fe2(SO4)3+6H2O.
Redoxné reakcie
Redoxné reakcie sú chemické reakcie, pri ktorých sa menia oxidačné čísla atómov. Príklad takejto reakcie(pre lepšie pochopenie píšem do rovnice aj oxidačné čísla): 2Mg0+O20→2MgIIO-II. Ako vidíte, oxidačné čísla sa zmenili. Polreakcia, pri ktorej atóm príjma elektrón sa nazýva redukcia. Polreakcia, pri ktorej atóm odovzdáva elektrón sa nazýva oxidácia. Chemickú látku, ktorá sa redukuje, nazývame oxidovadlo, lebo spôsobí oxidáciu druhej látky. Významným oxidovadlom je kyslík. Chemickú látku, ktorá sa oxiduje, nazývame redukovadlo, lebo spôsobí redukciu druhej látky.
Niečo navyše(zrážacie reakcie)
Zrážacie reakcie sú chemické reakcie, pri ktorých vzniká nerozpustný(alebo málo rozpustný) produkt(zrazenina). Prebiehajú vo vodnom prostredí, čiže oba reaktanty sú rozpustené. Zrážacia reakcia je reakcia soli so soľou. Zrazenina musí vzniknúť. Ak by sme zmiešali roztoky solí, z ktorých by nemohol vzniknúť produkt, ktorý by bol nerozpustný, tak by reakcia vôbec neprebehla(pozri tabuľku nižšie: rozpustnosť niektorých solí vo vode). V rovniciach sa zrazenina vyjadruje šípkou smerujúcou nadol.
Zmiešame roztok dusičnanu strieborného a uhličitanu sodného. Napíš rovnicu: 1.Napíšeme si vzorce oboch solí AgNO3+Na2CO3. 2.Pozrieme si, aká nerozpustná soľ by mohla z týchto katiónov a aniónov vzniknúť. Vidíme, že je to uhličitan strieborný. Zapíšeme jeho vzorec a pridáme šípku nadol. Zo zvyšných dvoch iónov vznikne dusičnan sodný AgNO3+Na2CO3→Ag2CO3↓+NaNO3. 3.Rovnicu vyrovnáme. Začíname kovom so zrazeniny. V dusičnane striebornom je len jedno striebro, uhličitane striebornom dve, a preto si pred dusičnan strieborný doplním dvojku. Pokračujeme druhým kovom. V uhličitane sodnom sú dve striebra v dusičnane sodnom len jedno, a preto si pred dusičnan sodný doplníme dvojku. Rovnica vyzerá takto: 2AgNO3+Na2CO3→Ag2CO3↓+2NaNO3. Sedí to(Dve striebra v reaktantoch, dve striebra v uhličitane striebornom. Dva sodíky v uhličitane sodnom, dva sodíky v dusičnane sodnom. Dva dusičnany v reaktantoch, dva dusičnany v produktoch. Jeden uhličian v reaktantoch, jeden uhličitan v produktoch.).
Zrážaciu reakciu môžeme zapísať aj pomocou iónových zápisov. Úplný iónový zápis sa robí tak, že pred šípku zapíšeme reaktanty rozpísané na ióny a za šípku zapíšeme zrazeninu a druhý produkt rozpísaný na ióny. Úplný iónový zápis predchádzajúcej zrážacej reakcie bude vyzerať takto: 2Ag++2NO31-+2Na++CO32-→Ag2CO3+2Na++NO31-. Skrátený iónový zápis sa robí tak, že pred šípku zapíšeme zrazeninu rozpísanú na ióny a za šípku ju zapíšeme normálne. Skrátený iónový zápis predchádzajúcej zrážacej reakcie bude vyzerať takto: 2Ag++CO32-→Ag2CO3.
Anióny↓\Katióny→ | NH4+ | K+ | Na+ | Ag+ | Mg2+ | Ca2+ | Cu2+ | Pb2+ | Fe2+ | Fe3+ |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Cl1- | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► |
S2- | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► |
NO31- | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► |
CO32- | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► |
SO42- | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► | ► |
Legenda: ►Veľmi dobre rozpustný ►Dobre rozpustný ►Málo rozpustný ►Nerozpustný/veľmi málo rozpustný |