9.1. kimyasal reaksiyonlar nelerdir
Kimyasal reaksiyonlara doğanın herhangi bir kimyasal fenomeni dediğimizi hatırlayın. Bir kimyasal reaksiyon sırasında bazı kimyasal bağlar kırılır ve diğer kimyasal bağlar oluşur. Reaksiyon sonucunda bazı kimyasallardan başka maddeler elde edilir (bkz. Bölüm 1).
§ 2.5'e kadar ödevinizi yaparak, tüm kimyasal dönüşüm setinden dört ana reaksiyon türünün geleneksel seçimiyle tanıştınız, aynı zamanda isimlerini önerdiniz: kombinasyon, ayrışma, ikame ve değişim reaksiyonları.
Bileşik reaksiyon örnekleri:
C + O2 \u003d CO2; (bir)
Na2O + CO2 \u003d Na2C03; (2)
NH3 + CO2 + H20 \u003d NH4 HCO3. (3)
Ayrışma reaksiyonlarına örnekler:
2Ag204Ag + 02; (dört)
CaC03 CaO + CO2 ; (5)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O. (6)
Yer değiştirme reaksiyonlarına örnekler:
CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu; (7)
2NaI + Cl2 \u003d 2NaCl + I 2; (sekiz)
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO2. (9)
| değişim reaksiyonları- ilk maddelerin olduğu gibi bileşen parçalarını değiştirdiği kimyasal reaksiyonlar. |
Değişim reaksiyonlarına örnekler:
Ba(OH) 2 + H2S04 = BaS04 + 2H20; (on)
HCl + KNO2 \u003d KCl + HNO2; (on bir)
AgNO 3 + NaCl \u003d AgCl + NaNO3. (12)
Kimyasal reaksiyonların geleneksel sınıflandırması, tüm çeşitliliğini kapsamaz - dört ana tipin reaksiyonlarına ek olarak, daha birçok karmaşık reaksiyon da vardır.
Diğer iki kimyasal reaksiyon türünün seçimi, kimyasal olmayan en önemli iki parçacığın bunlara katılımına dayanır: elektron ve proton.
Bazı reaksiyonlar sırasında, bir atomdan diğerine tam veya kısmi elektron transferi vardır. Bu durumda ilk maddeleri oluşturan elementlerin atomlarının oksidasyon durumları değişir; verilen örneklerden bunlar 1, 4, 6, 7 ve 8 numaralı reaksiyonlardır. Bu reaksiyonlara denir. redoks.
Başka bir reaksiyon grubunda, bir hidrojen iyonu (H +), yani bir proton, reaksiyona giren bir parçacıktan diğerine geçer. Bu tür reaksiyonlar denir asit-baz reaksiyonları veya proton transfer reaksiyonları.
Verilen örnekler arasında bu tür reaksiyonlar 3, 10 ve 11. reaksiyonlardır. Bu reaksiyonlara benzetilerek bazen redoks reaksiyonları olarak adlandırılır. elektron transfer reaksiyonları. RIA ile § 2'de ve KOR ile - sonraki bölümlerde tanışacaksınız.
BİLEŞİK REAKSİYONLARI, AYRIŞMA REAKSİYONLARI, İKAME REAKSİYONLARI, DEĞİŞİM REAKSİYONLARI, REDOKS REAKSİYONLARI, ASİT-BAZ REAKSİYONLARI.
Aşağıdaki şemalara karşılık gelen reaksiyon denklemlerini yazın:
a) HgO Hg + O 2 ( t); b) Li20 + SO2Li2S03; c) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O ( t);
d) Al + I2AlI3; e) CuCl2 + Fe FeCl2 + Cu; e) Mg + H3P04Mg3 (P04)2 + H2;
g) Al + O 2 Al 2 O 3 ( t); i) KClO 3 + P P 2 O 5 + KCl ( t); j) CuSO 4 + Al Al 2 (SO 4) 3 + Cu;
l) Fe + Cl2 FeCl3 ( t); m) NH3 + O 2 N 2 + H 2 O ( t); m) H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O.
Geleneksel reaksiyon türünü belirtin. Redoks ve asit-baz reaksiyonlarına dikkat edin. Redoks reaksiyonlarında, hangi elementlerin oksidasyon durumlarını değiştirdiğini atomlarını belirtin.
9.2. redoks reaksiyonları
Demir cevherinden endüstriyel demir (daha doğrusu dökme demir) üretimi sırasında yüksek fırınlarda meydana gelen redoks reaksiyonunu düşünün:
Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2.
Hem başlangıç materyallerini hem de reaksiyon ürünlerini oluşturan atomların oksidasyon durumlarını belirleyelim.
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
Gördüğünüz gibi, reaksiyon sonucunda karbon atomlarının oksidasyon durumu arttı, demir atomlarının oksidasyon durumu azaldı ve oksijen atomlarının oksidasyon durumu değişmeden kaldı. Sonuç olarak, bu reaksiyondaki karbon atomları oksidasyona uğradı, yani elektron kaybettiler ( oksitlenmiş) ve demir atomlarını indirgemeye, yani elektronları bağladılar ( kurtarıldı) (bkz. § 7.16). OVR'yi karakterize etmek için kavramlar kullanılır oksitleyici ve indirgen madde.
Bu nedenle, reaksiyonumuzda oksitleyici atomlar demir atomlarıdır ve indirgeyici atomlar karbon atomlarıdır.
Reaksiyonumuzda oksitleyici ajan demir(III) oksittir ve indirgeyici ajan karbon(II) oksittir.
Oksitleyici ve indirgeyici atomların aynı maddenin parçası olduğu durumlarda (örnek: bir önceki paragraftan reaksiyon 6), "oksitleyici madde" ve "indirgeyici madde" kavramları kullanılmaz.
Bu nedenle, tipik oksitleyici ajanlar, oksidasyon durumlarını düşürerek elektronları (tamamen veya kısmen) ekleme eğiliminde olan atomları içeren maddelerdir. Basit maddelerden bunlar öncelikle halojenler ve oksijen, daha az ölçüde kükürt ve azottur. Karmaşık maddelerden - daha yüksek oksidasyon durumlarında atomlar içeren, bu oksidasyon durumlarında basit iyonlar oluşturmaya meyilli olmayan maddeler: HNO 3 (N + V), KMnO 4 (Mn + VII), CrO 3 (Cr + VI), KClO 3 (Cl + V), KClO 4 (Cl + VII), vb.
Tipik indirgeyici ajanlar, elektronları tamamen veya kısmen bağışlama eğiliminde olan ve oksidasyon durumlarını artıran atomlar içeren maddelerdir. Basit maddelerden bunlar hidrojen, alkali ve toprak alkali metallerin yanı sıra alüminyumdur. Karmaşık maddelerden - H 2 S ve sülfürler (S -II), SO 2 ve sülfitler (S + IV), iyodürler (I -I), CO (C + II), NH3 (N -III), vb.
Genel olarak, hemen hemen tüm karmaşık ve birçok basit madde hem oksitleyici hem de indirgeyici özellikler sergileyebilir. Örneğin:
SO 2 + Cl 2 \u003d S + Cl 2 O 2 (SO 2 güçlü bir indirgeyici ajandır);
SO 2 + C \u003d S + CO 2 (t) (SO 2 zayıf bir oksitleyici ajandır);
C + O 2 \u003d CO2 (t) (C, indirgeyici ajandır);
C + 2Ca \u003d Ca 2 C (t) (C bir oksitleyici ajandır).
Bu bölümün başında tartıştığımız tepkiye dönelim.
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
Reaksiyonun bir sonucu olarak, oksitleyici atomların (Fe + III) indirgeyici atomlara (Fe 0) ve indirgeyici atomların (C + II) oksitleyici atomlara (C + IV) dönüştüğünü unutmayın. Ancak CO2, her koşulda çok zayıf bir oksitleyici ajandır ve demir, indirgeyici bir ajan olmasına rağmen, bu koşullar altında CO'dan çok daha zayıftır. Bu nedenle reaksiyon ürünleri birbirleriyle reaksiyona girmez ve ters reaksiyon meydana gelmez. Yukarıdaki örnek, OVR akışının yönünü belirleyen genel ilkenin bir gösterimidir:
Redoks reaksiyonları, daha zayıf bir oksitleyici ajanın ve daha zayıf bir indirgeyici ajanın oluşumu yönünde ilerler.
Maddelerin redoks özellikleri ancak aynı koşullar altında karşılaştırılabilir. Bazı durumlarda, bu karşılaştırma nicel olarak yapılabilir.
Bu bölümün ilk paragrafı için ödevinizi yaparken bazı reaksiyon denklemlerinde (özellikle OVR) katsayı bulmanın oldukça zor olduğunu gördünüz. Redoks reaksiyonları durumunda bu görevi basitleştirmek için aşağıdaki iki yöntem kullanılır:
a) elektronik denge yöntemi ve
b) elektron-iyon dengesi yöntemi.
Şimdi elektron dengesi yöntemini öğreneceksiniz ve elektron-iyon dengesi yöntemi genellikle yüksek öğretim kurumlarında inceleniyor.
Bu yöntemlerin her ikisi de kimyasal reaksiyonlarda elektronların hiçbir yerde kaybolmaması ve hiçbir yerde görünmemesi, yani atomların kabul ettiği elektronların sayısının diğer atomların verdiği elektronların sayısına eşit olduğu gerçeğine dayanmaktadır.
Elektron dengesi yönteminde bağışlanan ve alınan elektronların sayısı, atomların oksidasyon durumundaki değişiklik ile belirlenir. Bu yöntemi kullanırken, hem başlangıç materyallerinin hem de reaksiyon ürünlerinin bileşimini bilmek gerekir.
Örnekler kullanarak elektronik terazi yönteminin uygulamasını düşünün.
örnek 1 Demirin klor ile reaksiyonu için bir denklem yapalım. Böyle bir reaksiyonun ürününün demir(III) klorür olduğu bilinmektedir. Reaksiyon şemasını yazalım:
Fe + Cl 2 FeCl 3 .
Reaksiyona katılan maddeleri oluşturan tüm elementlerin atomlarının oksidasyon durumlarını belirleyelim:
Demir atomları elektron verir ve klor molekülleri onları kabul eder. Bu süreçleri ifade ediyoruz elektronik denklemler:
Fe-3 e- \u003d Fe + III,
Cl2 + 2 e-\u003d 2Cl -I.
Verilen elektronların sayısının alınanların sayısına eşit olması için, ilk elektronik denklem iki ile, ikincisi üç ile çarpılmalıdır:
| Fe-3 e- \u003d Fe + III, Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
2Fe - 6 e- \u003d 2Fe + III, 3Cl 2 + 6 e– = 6Cl –I. |
2 ve 3 katsayılarını reaksiyon şemasına girerek reaksiyon denklemini elde ederiz:
2Fe + 3Cl2 \u003d 2FeCl3.
Örnek 2 Beyaz fosforun fazla klorda yanması reaksiyonu için bir denklem oluşturalım. Fosfor(V) klorürün şu koşullar altında oluştuğu bilinmektedir:
| +V–I | ||||
| P4 | + | Cl2 | PCl5. |
Beyaz fosfor molekülleri elektron verir (oksitlenir) ve klor molekülleri onları kabul eder (indirgenmiş):
| P4-20 e– = 4P + D Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
1 10 |
2 20 |
P4-20 e– = 4P + D Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
P4-20 e– = 4P + D 10Cl 2 + 20 e– = 20Cl –I |
Başlangıçta elde edilen faktörlerin (2 ve 20), bölündükleri (reaksiyon denkleminde gelecekteki katsayılar olarak) ortak bir böleni vardı. Reaksiyon denklemi:
P 4 + 10Cl2 \u003d 4PCl 5.
Örnek 3 Demir(II) sülfürün oksijende kavrulması sırasında meydana gelen reaksiyon için bir denklem oluşturalım.
Reaksiyon şeması:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
Bu durumda hem demir(II) hem de kükürt(–II) atomları oksitlenir. Demir(II) sülfürün bileşimi, bu elementlerin atomlarını 1:1 oranında içerir (en basit formüldeki indekslere bakın).
Elektronik Denge:
| 4 | Fe + II - e– = Fe +III S-II-6 e– = S + IV |
Toplam vermek 7 e – |
| 7 | O 2 + 4e - \u003d 2O - II |
Reaksiyon denklemi: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2.
Örnek 4. Demir (II) disülfidin (pirit) oksijende yanması sırasında meydana gelen reaksiyon için bir denklem oluşturalım.
Reaksiyon şeması:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
Önceki örnekte olduğu gibi, burada hem demir(II) atomları hem de kükürt atomları da oksitlenir, ancak oksidasyon durumu I'dir. Bu elementlerin atomları 1:2 oranında pirit bileşimine dahil edilir (bkz. indeksler en basit formülle). Elektronik teraziyi derlerken dikkate alınan demir ve kükürt atomları bu bağlamda reaksiyona girer:
| Fe+III – e– = Fe +III 2S-I-10 e– = 2S +IV |
Toplam 11 e – | |
| O 2 + 4 e– = 2O –II |
Reaksiyon denklemi: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.
Daha karmaşık OVR vakaları da vardır, bazılarını ödevinizi yaparak tanıyacaksınız.
OKSİDATÖR ATOM, REDÜKTÖR ATOM, OKSİDATÖR MADDE, REDÜKTÖR MADDE, ELEKTRON DENGESİ YÖNTEMİ, ELEKTRONİK DENKLEMLER.
1. Bu bölümün § 1 metninde verilen her OVR denklemi için bir elektronik terazi yapın.
2. Bu bölümün § 1 görevini tamamlarken keşfettiğiniz GEN denklemlerini oluşturun. Bu sefer, oranları yerleştirmek için elektronik denge yöntemini kullanın. 3. Elektronik denge yöntemini kullanarak aşağıdaki şemalara karşılık gelen reaksiyon denklemlerini oluşturun: a) Na + I 2 NaI;
b) Na + O2Na2O2;
c) Na2O2 + NaNa20;
d) Al + Br2AlBr3;
e) Fe + O 2 Fe 3 O 4 ( t);
e) Fe 3 O 4 + H 2 FeO + H 2 O ( t);
g) FeO + O 2 Fe 2 O 3 ( t);
i) Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2 ( t);
j) Cr + O 2 Cr 2 O 3 ( t);
l) CrO 3 + NH3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2 ( t);
m) Mn207 + NH3MnO2 + N2 + H20;
m) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O ( t);
n) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 ( t)
p) PbO 2 + CO Pb + CO 2 ( t);
c) Cu 2 O + Cu 2 S Cu + SO 2 ( t);
t) CuS + O 2 Cu 2 O + SO 2 ( t);
y) Pb 3 O 4 + H 2 Pb + H 2 O ( t).
9.3. ekzotermik reaksiyonlar. entalpi
Kimyasal reaksiyonlar neden oluşur?
Bu soruyu cevaplamak için, tek tek atomların neden moleküller halinde birleştiğini, neden izole iyonlardan iyonik bir kristal oluştuğunu, bir atomun elektron kabuğunun oluşumu sırasında neden en az enerji ilkesinin işlediğini hatırlayalım. Bütün bu soruların cevabı aynı: çünkü enerjik olarak faydalı. Bu, bu tür işlemler sırasında enerjinin serbest bırakıldığı anlamına gelir. Görünen o ki, kimyasal tepkimeler de aynı nedenle devam etmelidir. Gerçekten de, enerjinin serbest bırakıldığı birçok reaksiyon gerçekleştirilebilir. Enerji, genellikle ısı şeklinde salınır.
Ekzotermik bir reaksiyon sırasında ısının uzaklaştırılması için zaman yoksa, reaksiyon sistemi ısınır.
Örneğin, metanın yanma reaksiyonunda
CH 4 (g) + 2O2 (g) \u003d CO2 (g) + 2H20 (g)
o kadar çok ısı açığa çıkar ki yakıt olarak metan kullanılır.
Bu reaksiyonda açığa çıkan ısı, reaksiyon denklemine yansıtılabilir:
CH 4 (g) + 2O2 (g) \u003d CO2 (g) + 2H20 (g) + Q.
Bu sözde termokimyasal denklem. Burada sembolü "+ Q"Metan yandığında ısı açığa çıkar demektir. Bu ısıya denir. reaksiyonun termal etkisi.
Serbest kalan ısı nereden geliyor?
Biliyorsunuz ki kimyasal reaksiyonlarda kimyasal bağlar kırılır ve oluşur. Bu durumda, CH4 moleküllerindeki karbon ve hidrojen atomları ile O2 moleküllerindeki oksijen atomları arasındaki bağlar kopar. Bu durumda, yeni bağlar oluşur: CO2 moleküllerinde karbon ve oksijen atomları arasında ve H2O moleküllerinde oksijen ve hidrojen atomları arasında.Bağları kırmak için enerji harcamanız gerekir (bakınız "bağ enerjisi", "atomizasyon enerjisi" ) ve bağlar oluştururken enerji açığa çıkar. Açıkçası, eğer "yeni" bağlar "eski" olanlardan daha güçlüyse, o zaman emilenden daha fazla enerji salınacaktır. Serbest bırakılan ve emilen enerji arasındaki fark, reaksiyonun termal etkisidir.
Termal etki (ısı miktarı) kilojul cinsinden ölçülür, örneğin:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H20 (g) + 484 kJ.
Böyle bir kayıt, iki mol hidrojenin bir mol oksijen ile reaksiyona girmesi ve iki mol gaz halinde su (buhar) oluşması durumunda 484 kilojul ısı açığa çıkacağı anlamına gelir.
Böylece, termokimyasal denklemlerde, katsayılar, reaktanların ve reaksiyon ürünlerinin madde miktarlarına sayısal olarak eşittir..
Her bir spesifik reaksiyonun termal etkisini ne belirler?
Reaksiyonun termal etkisi,
a) Başlangıç maddelerinin ve reaksiyon ürünlerinin kümelenme durumlarından,
b) sıcaklık ve
c) kimyasal dönüşümün sabit hacimde mi yoksa sabit basınçta mı meydana geldiği üzerine.
Bir reaksiyonun termal etkisinin maddelerin kümelenme durumuna bağımlılığı, bir kümelenme durumundan diğerine geçiş süreçlerine (diğer bazı fiziksel işlemler gibi) ısının salınması veya emiliminin eşlik etmesinden kaynaklanmaktadır. Bu aynı zamanda bir termokimyasal denklemle de ifade edilebilir. Bir örnek, su buharı yoğuşmasının termokimyasal denklemidir:
H20 (g) \u003d H20 (g) + Q.
Termokimyasal denklemlerde ve gerekirse sıradan kimyasal denklemlerde, maddelerin toplam durumları harf endeksleri kullanılarak gösterilir:
(d) - gaz,
(g) - sıvı,
(t) veya (cr) katı veya kristal bir maddedir.
Termal etkinin sıcaklığa bağımlılığı, ısı kapasitelerindeki farklılıklarla ilişkilidir.
başlangıç malzemeleri ve reaksiyon ürünleri.
Sabit basınçta ekzotermik bir reaksiyonun bir sonucu olarak, sistemin hacmi her zaman arttığından, enerjinin bir kısmı hacmi artırmak için iş yapmak için harcanır ve açığa çıkan ısı aynı reaksiyon durumunda olduğundan daha az olacaktır. sabit hacimde.
Reaksiyonların termal etkileri genellikle 25 °C'de sabit hacimde ilerleyen reaksiyonlar için hesaplanır ve sembolü ile gösterilir. QÖ.
Enerji yalnızca ısı şeklinde salınıyorsa ve kimyasal reaksiyon sabit bir hacimde ilerliyorsa, o zaman reaksiyonun termal etkisi ( Q V) değişime eşittir içsel enerji(D sen) reaksiyona katılan, ancak zıt işaretli maddeler:
QV = - sen.
Bir cismin iç enerjisi, moleküller arası etkileşimlerin, kimyasal bağların, tüm elektronların iyonlaşma enerjisinin, çekirdeklerdeki nükleonların bağ enerjisinin ve bu vücut tarafından “depolanan” bilinen ve bilinmeyen tüm diğer enerji türlerinin toplam enerjisi olarak anlaşılır. "–" işareti, ısı açığa çıktığında iç enerjinin azalmasından kaynaklanmaktadır. Yani
sen= – Q V .
Reaksiyon sabit basınçta devam ederse, sistemin hacmi değişebilir. İç enerjinin bir kısmı da hacmi artırmak için işe harcanır. Bu durumda
U = -(QP + A) = –(QP + PV),
nerede Qp sabit basınçta devam eden bir reaksiyonun termal etkisidir. Buradan
QP = - YUKARIV .
Şuna eşit bir değer U+PV adlandırıldı entalpi değişimi ve D ile gösterilir H.
H=U+PV.
Sonuç olarak
QP = - H.
Böylece ısı açığa çıktığında sistemin entalpisi azalır. Bu nedenle bu miktarın eski adı: "ısı içeriği".
Termal etkinin aksine, entalpideki değişim, reaksiyonun sabit hacimde mi yoksa sabit basınçta mı ilerlediğine bakılmaksızın reaksiyonu karakterize eder. Entalpi değişimi kullanılarak yazılan termokimyasal denklemlere denir. termodinamik formda termokimyasal denklemler. Bu durumda standart koşullar altında (25 °C, 101,3 kPa) entalpi değişiminin değeri verilir, gösterilir. H hakkında. Örneğin:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) H hakkında= – 484 kJ;
CaO (cr) + H20 (l) \u003d Ca (OH) 2 (cr) H hakkında= - 65 kJ.
Reaksiyonda salınan ısı miktarının bağımlılığı ( Q) reaksiyonun termal etkisinden ( Q o) ve madde miktarı ( n B) reaksiyona katılanlardan biri (B maddesi - başlangıç maddesi veya reaksiyon ürünü) aşağıdaki denklemle ifade edilir:
Burada B, termokimyasal denklemde B maddesinin formülünün önündeki katsayı ile verilen B maddesinin miktarıdır.
Bir görev
1694 kJ ısı açığa çıkarsa oksijende yakılan hidrojen maddesi miktarını belirleyin.
Çözüm
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H20 (g) + 484 kJ. |
|
|
Q = 1694 kJ, 6. Kristal alüminyumun gaz halindeki klor ile etkileşiminin reaksiyonunun termal etkisi 1408 kJ'dir. Bu reaksiyon için termokimyasal denklemi yazın ve bu reaksiyonu kullanarak 2816 kJ ısı üretmek için gereken alüminyum kütlesini belirleyin. 9.4. endotermik reaksiyonlar. Entropi Ekzotermik reaksiyonlara ek olarak, ısının emildiği ve sağlanmadığı takdirde reaksiyon sisteminin soğutulduğu reaksiyonlar mümkündür. Bu tür reaksiyonlar denir endotermik. Bu tür reaksiyonların termal etkisi negatiftir. Örneğin: Dolayısıyla bu ve benzeri tepkimelerin ürünlerinde bağ oluşumu sırasında açığa çıkan enerji, başlangıç maddelerindeki bağları kırmak için gereken enerjiden daha azdır.
İki şişe alıp birine nitrojen (renksiz gaz) diğerini nitrojen dioksit (kahverengi gaz) ile dolduralım ki kaplardaki hem basınç hem de sıcaklık aynı olsun. Bu maddelerin birbirleriyle kimyasal reaksiyona girmediği bilinmektedir. Şişeleri boyunlarına sıkıca bağlarız ve daha ağır nitrojen dioksit içeren şişe altta olacak şekilde dikey olarak yerleştiririz (Şekil 9.1). Bir süre sonra kahverengi nitrojen dioksitin yavaş yavaş üst şişeye yayıldığını ve alt şişeye renksiz nitrojen nüfuz ettiğini göreceğiz. Sonuç olarak, gazlar karıştırılır ve şişelerin içeriğinin rengi aynı olur. Böylece,
Entropi arasındaki ilişki denklemleri ( S) ve diğer nicelikler fizik ve fiziksel kimya derslerinde incelenir. Entropi birimi [ S] = 1 J/K. G= H-T S Reaksiyonun kendiliğinden meydana gelmesi için koşul: G< 0. Düşük sıcaklıklarda, daha büyük ölçüde bir reaksiyon olasılığını belirleyen faktör, enerji faktörü ve yüksek sıcaklıklarda entropidir. Özellikle yukarıdaki denklemden, oda sıcaklığında meydana gelmeyen (entropi artar) ayrışma reaksiyonlarının neden yüksek bir sıcaklıkta ilerlemeye başladığı açıktır. ENDOTERMİK REAKSİYON, ENTROPİ, ENERJİ FAKTÖRÜ, ENTROPİ FAKTÖRÜ, GIBBS ENERJİ. 2CuO (cr) + C (grafit) \u003d 2Cu (cr) + CO2 (g) -46 kJ'dir. Termokimyasal denklemi yazın ve böyle bir reaksiyonda 1 kg bakır elde etmek için ne kadar enerji harcamanız gerektiğini hesaplayın. CaC03 (cr) \u003d CaO (cr) + CO2 (g) - 179 kJ 24.6 litre karbondioksit oluştu. Ne kadar ısının gereksiz yere boşa harcandığını belirleyin. Bu durumda kaç gram kalsiyum oksit oluştu? |
"Başlangıç malzemelerinin ve reaksiyon ürünlerinin sayısı ve bileşimi" temelinde son reaksiyon türlerini tanıyalım.
Gösteri tüpüne bir alkali - sodyum hidroksit çözeltisi dökün ve ardından buna bir tuz - bakır sülfat (II) çözeltisi ekleyin. Suda çözünmeyen bakır (II) hidroksitin kalın mavi bir çökeltisi dökülecektir (Şekil 108). Çökeltinin oluştuğu test tüpündeki içeriğin küçük bir kısmı süzülürse ve elde edilen çözeltinin birkaç damlası bir saat camında buharlaştırılırsa, oluşan tuzun beyaz kristallerinin görünümünü fark etmek zor olmayacaktır. reaksiyon sırasında:
Pirinç. 108. Sodyum hidroksitin bakır sülfat ile etkileşimi (II)
Reaksiyon sonucunda suda çözünmeyen bakır (II) hidroksit çökeltisinin oluştuğunu vurgulamak için reaksiyon denklemindeki formülünün yanına aşağıyı gösteren bir ok yazılır.
Kuşkusuz, ortaya çıkan tuz sadece sodyum sülfat Na2S04 olabilir:
Reaksiyonun bir sonucu olarak, iyonik bir yapıya sahip iki karmaşık madde - sodyum hidroksit ve bakır (II) sülfat - iyonlarını değiştirdi, yani denklemi şu şekilde olan bir değişim reaksiyonu meydana geldi:
Benzer şekilde, çözeltideki sodyum iyodür ve kurşun (II) nitratın değişim reaksiyonu sonucu iyon değiştirirler. Sonuç olarak, sarı bir kurşun (II) iyodür çökeltisi çöker (Şekil 109):
Pirinç. 109. Sodyum iyodür ile kurşun (II) nitrat etkileşimi
Gösteri test tüpüne bir alkali çözeltisi dökün ve buna birkaç damla fenolftalein ekleyin. Test tüpünün içeriği, çözeltinin alkali olduğunu gösterecek şekilde kıpkırmızı olacaktır. Şimdi test tüpünün içeriğine biraz asit çözeltisi eklenirse, renk kaybolacak, çözeltinin rengi değişecek, bu da kimyasal bir reaksiyonun işaretidir (Şekil 110).
Pirinç. 110.
Alkali ve asit çözeltilerinin etkileşimi
Reaksiyon sonucu elde edilen sıvının birkaç damlası saat camında buharlaştırılırsa üzerinde tuz kristalleri oluşur. Reaksiyonun bir başka ürünü sudur:
alkali + asit → tuz + su.
Lütfen iki karmaşık maddenin etkileşime girdiğine dikkat edin: metal iyonları ve hidroksit iyonlarından oluşan bir alkali ve çözeltide hidrojen iyonları ve asit kalıntısı oluşturan moleküler bir bileşik olan asit. Sonuç olarak, iki yeni karmaşık madde oluşur: iyonik bir bileşik - tuz ve moleküler bir - su.
Etkileşen iki çözeltinin her biri, sırasıyla alkali ve asidik olan kendi ortamına sahipti. Reaksiyon sonucunda ortam nötr hale geldi. Bu nedenle asitler ve alkaliler arasındaki değişim reaksiyonuna nötralizasyon reaksiyonu denir.
Bir gösteri tüpüne berrak, renksiz bir sodyum karbonat çözeltisi dökün ve buna biraz nitrik asit çözeltisi ekleyin. Kimyasal reaksiyonun bir işareti, bunun sonucunda salınan karbondioksit nedeniyle çözeltinin “kaynaması” olacaktır (Şekil 111):
Pirinç. 111.
Sodyum karbonatın nitrik asit ile reaksiyonu
Karbondioksit nereden geldi? Karbonik asidin karbondioksit ve suya ayrışan kırılgan bir bileşik olduğunu muhtemelen hatırlayacaksınız:
yani reaksiyon denklemi aşağıdaki gibi yazılmalıdır:
Maddelerin çözeltileri arasında hangi değişim reaksiyonlarının meydana geldiğine göre bir kural formüle edelim.
Bir sodyum klorür çözeltisine bir potasyum hidroksit çözeltisi eklenirse, hiçbir reaksiyon belirtisi fark edilemez - reaksiyon gerçekleşmez, çünkü bunun sonucunda çökelti, gaz veya su oluşmaz:
Anahtar kelimeler ve ifadeler
- Değişim reaksiyonları.
- Nötralizasyon reaksiyonları.
- Çözeltilerdeki değişim reaksiyonlarının sonuna kadar akışı için koşullar.
Bilgisayarla çalışmak
- Elektronik uygulamaya bakın. Dersin materyalini inceleyin ve önerilen görevleri tamamlayın.
- Paragrafın anahtar kelimelerinin ve kelime öbeklerinin içeriğini ortaya çıkaran ek kaynaklar olarak hizmet edebilecek e-posta adreslerini İnternet'te arayın. Öğretmene yeni bir ders hazırlama konusunda yardımınızı sunun - bir sonraki paragrafın anahtar kelimeleri ve ifadeleri hakkında bir rapor hazırlayın.
Sorular ve görevler
TANIM
Kimyasal reaksiyon bileşimlerinde ve (veya) yapılarında bir değişiklik olan maddelerin dönüşümü olarak adlandırılır.
Çoğu zaman, kimyasal reaksiyonlar, ilk maddelerin (reaktiflerin) nihai maddelere (ürünlere) dönüşüm süreci olarak anlaşılır.
Kimyasal reaksiyonlar, başlangıç malzemelerinin ve reaksiyon ürünlerinin formüllerini içeren kimyasal denklemler kullanılarak yazılır. Kütlenin korunumu yasasına göre, kimyasal denklemin sol ve sağ taraflarındaki her bir elementin atom sayısı aynıdır. Genellikle denklemin sol tarafına başlangıç maddelerinin formülleri, sağ tarafına ise ürünlerin formülleri yazılır. Denklemin sol ve sağ kısımlarındaki her bir elementin atom sayısının eşitliği, maddelerin formüllerinin önüne tamsayı stokiyometrik katsayılar yerleştirilerek elde edilir.
Kimyasal denklemler, reaksiyonun özellikleri hakkında ek bilgiler içerebilir: eşittir işaretinin üstünde (veya "altında") karşılık gelen sembolle gösterilen sıcaklık, basınç, radyasyon vb.
Tüm kimyasal reaksiyonlar, belirli özelliklere sahip birkaç sınıfa ayrılabilir.
İlk ve ortaya çıkan maddelerin sayısına ve bileşimine göre kimyasal reaksiyonların sınıflandırılması
Bu sınıflandırmaya göre, kimyasal reaksiyonlar kombinasyon, ayrışma, ikame, değişim reaksiyonlarına ayrılır.
Sonuç olarak bileşik reaksiyonlar iki veya daha fazla (karmaşık veya basit) maddeden yeni bir madde oluşur. Genel olarak, böyle bir kimyasal reaksiyonun denklemi şöyle görünecektir:
Örneğin:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2
SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4
2Mg + O2 \u003d 2MgO.
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3
Kombinasyon reaksiyonları çoğu durumda ekzotermiktir, yani. ısı salınımı ile akış. Reaksiyona basit maddeler dahilse, bu tür reaksiyonlar çoğunlukla redokstur (ORD), yani. elementlerin oksidasyon durumlarında bir değişiklik ile meydana gelir. Bir bileşiğin karmaşık maddeler arasındaki reaksiyonunun OVR'ye atfedilip atfedilmeyeceğini kesin olarak söylemek imkansızdır.
Tek bir karmaşık maddeden birkaç başka yeni maddenin (karmaşık veya basit) oluştuğu reaksiyonlar olarak sınıflandırılır. ayrışma reaksiyonları. Genel olarak, bir kimyasal ayrışma reaksiyonunun denklemi şöyle görünecektir:
Örneğin:
CaCO 3 CaO + CO 2 (1)
2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (2)
CuSO 4 × 5H 2 O \u003d CuSO 4 + 5H 2 O (3)
Cu (OH) 2 \u003d CuO + H20 (4)
H 2 SiO 3 \u003d SiO 2 + H 2 O (5)
2SO 3 \u003d 2SO 2 + O 2 (6)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (7)
Çoğu bozunma reaksiyonu ısıtma ile devam eder (1,4,5). Elektrik akımı ile ayrışma mümkündür (2). Oksijen içeren asitlerin (1, 3, 4, 5, 7) kristal hidratlarının, asitlerinin, bazlarının ve tuzlarının ayrışması, elementlerin oksidasyon durumlarını değiştirmeden, yani. bu reaksiyonlar OVR için geçerli değildir. OVR ayrışma reaksiyonları, daha yüksek oksidasyon durumlarındaki elementler tarafından oluşturulan oksitlerin, asitlerin ve tuzların ayrışmasını içerir (6).
Ayrışma reaksiyonları organik kimyada da bulunur, ancak diğer isimler altında - çatlama (8), dehidrojenasyon (9):
C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)
C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2H 2 (9)
saat yer değiştirme reaksiyonları basit bir madde karmaşık bir maddeyle etkileşime girerek yeni bir basit ve yeni bir karmaşık madde oluşturur. Genel olarak, bir kimyasal ikame reaksiyonunun denklemi şöyle görünecektir:
Örneğin:
2Al + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3 (1)
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 (2)
2KBr + Cl2 \u003d 2KCl + Br2 (3)
2KSIO3 + l2 = 2KIO3 + Cl2 (4)
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2 (5)
Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 = ZCaSiO 3 + P 2 O 5 (6)
CH4 + Cl2 = CH3Cl + Hcl (7)
Yer değiştirme reaksiyonları çoğunlukla redoks reaksiyonlarıdır (1 - 4, 7). Oksidasyon durumlarında herhangi bir değişiklik olmayan bozunma reaksiyonlarının örnekleri azdır (5, 6).
değişim reaksiyonları Karmaşık maddeler arasında meydana gelen ve bileşen parçalarını değiştirdikleri reaksiyonlara denir. Genellikle bu terim, sulu çözeltideki iyonları içeren reaksiyonlar için kullanılır. Genel olarak, bir kimyasal değişim reaksiyonunun denklemi şöyle görünecektir:
AB + CD = AD + CB
Örneğin:
CuO + 2HCl \u003d CuCl 2 + H20 (1)
NaOH + HCl \u003d NaCl + H20 (2)
NaHC03 + HCl \u003d NaCl + H20 + CO2 (3)
AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)
CrCl3 + ZNaOH = Cr(OH) 3 ↓+ ZNaCl (5)
Değişim reaksiyonları redoks değildir. Bu değişim reaksiyonlarının özel bir durumu, nötralizasyon reaksiyonlarıdır (asitlerin alkalilerle etkileşim reaksiyonları) (2). Değişim reaksiyonları, maddelerden en az birinin reaksiyon küresinden gaz halinde bir madde (3), bir çökelti (4, 5) veya düşük oranda ayrışan bir bileşik, çoğunlukla su (1, 2).
Oksidasyon durumlarındaki değişikliklere göre kimyasal reaksiyonların sınıflandırılması
Reaktanları ve reaksiyon ürünlerini oluşturan elementlerin oksidasyon durumlarındaki değişime bağlı olarak, tüm kimyasal reaksiyonlar redoks (1, 2) ve oksidasyon durumunu değiştirmeden meydana gelenler (3, 4) olarak ikiye ayrılır.
2Mg + CO2 \u003d 2MgO + C (1)
Mg 0 - 2e \u003d Mg 2+ (indirgeyici)
C 4+ + 4e \u003d C 0 (oksitleyici ajan)
FeS 2 + 8HNO 3 (kons) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)
Fe 2+ -e \u003d Fe 3+ (indirgeyici)
N 5+ + 3e \u003d N 2+ (oksitleyici ajan)
AgNO 3 + HCl \u003d AgCl ↓ + HNO 3 (3)
Ca(OH) 2 + H2SO4 = CaS04 ↓ + H2O (4)
Termal etki ile kimyasal reaksiyonların sınıflandırılması
Reaksiyon sırasında ısının (enerjinin) serbest bırakılmasına veya emilmesine bağlı olarak, tüm kimyasal reaksiyonlar şartlı olarak sırasıyla ekzo - (1, 2) ve endotermik (3) olarak ayrılır. Reaksiyon sırasında açığa çıkan veya emilen ısı (enerji) miktarına reaksiyonun ısısı denir. Denklem, salınan veya emilen ısı miktarını gösteriyorsa, bu tür denklemlere termokimyasal denir.
N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46,2 kJ (1)
2Mg + O2 \u003d 2MgO + 602,5 kJ (2)
N 2 + O 2 \u003d 2NO - 90,4 kJ (3)
Reaksiyon yönüne göre kimyasal reaksiyonların sınıflandırılması
Reaksiyonun yönüne göre, tersinir (ürünleri, elde edildikleri aynı koşullar altında, başlangıç maddelerinin oluşumu ile birbirleriyle reaksiyona girebilen kimyasal işlemler) ve geri döndürülemez (ürünleri olan kimyasal işlemler) vardır. başlangıç maddelerinin oluşumu ile birbirleriyle reaksiyona giremezler).
Tersinir reaksiyonlar için, denklem genel olarak aşağıdaki gibi yazılır:
A + B ↔ AB
Örneğin:
CH 3 COOH + C 2 H 5OH ↔ H 3 COOS 2 H 5 + H 2 O
Tersinmez tepkimelere örnek olarak aşağıdaki tepkimeler verilebilir:
2KSIO 3 → 2KSl + ZO 2
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O
Reaksiyonun tersinmezliğinin kanıtı, gaz halindeki bir maddenin, bir çökeltinin veya düşük oranda ayrışan bir bileşiğin, çoğunlukla suyun reaksiyon ürünleri olarak hizmet edebilir.
Katalizör varlığında kimyasal reaksiyonların sınıflandırılması
Bu açıdan katalitik ve katalitik olmayan reaksiyonlar ayırt edilir.
Katalizör, kimyasal reaksiyonu hızlandıran bir maddedir. Katalizör içeren reaksiyonlara katalitik denir. Katalizör olmadan bazı reaksiyonlar genellikle imkansızdır:
2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2 (MnO 2 katalizörü)
Çoğu zaman, reaksiyon ürünlerinden biri bu reaksiyonu hızlandıran bir katalizör görevi görür (otokatalitik reaksiyonlar):
MeO + 2HF \u003d MeF 2 + H 2 O, burada Me bir metaldir.
Problem çözme örnekleri
ÖRNEK 1
