Χημικές αντιδράσεις — Τύποι, στάθμιση και παραδείγματα

Μια χημική αντίδραση συμβαίνει όταν τα αντιδρώντα μετατρέπονται σε νέες ουσίες που λέγονται προϊόντα, επειδή τα άτομα αναδιατάσσονται σε νέους συνδυασμούς. Αν μπορείς να αναγνωρίσεις τα αντιδρώντα, τα προϊόντα και το πλήθος των ατόμων, συνήθως μπορείς να ταξινομήσεις την αντίδραση και να σταθμίσεις την εξίσωσή της.

Σε μια συνηθισμένη χημική εξίσωση, τα άτομα αναδιατάσσονται αντί να δημιουργούνται ή να καταστρέφονται. Γι’ αυτό η στάθμιση είναι σημαντική: ο αριθμός των ατόμων κάθε στοιχείου πρέπει να είναι ίδιος και στις δύο πλευρές, παρόλο που οι ίδιες οι ουσίες αλλάζουν.

Τι αλλάζει σε μια χημική αντίδραση

Οι χημικές αντιδράσεις συνήθως περιλαμβάνουν μία ή περισσότερες από αυτές τις μεταβολές:

• διάσπαση δεσμών και σχηματισμό νέων δεσμών
• ανταλλαγή ιόντων
• μεταφορά ηλεκτρονίων
• απορρόφηση ή έκλυση ενέργειας

Δεν χρειάζεται να ξεκαθαρίσεις κάθε λεπτομέρεια από την αρχή. Η χρήσιμη πρώτη ερώτηση είναι πιο απλή: τι άλλαξε ανάμεσα στα αντιδρώντα και στα προϊόντα;

Συνηθισμένοι τύποι χημικών αντιδράσεων

Τα σχολικά βιβλία δεν ταξινομούν τις αντιδράσεις ακριβώς με τον ίδιο τρόπο, και μία αντίδραση μπορεί να ανήκει σε περισσότερες από μία κατηγορίες. Αυτές είναι οι βασικές κατηγορίες για αρχάριους.

Σύνθεση

Μια αντίδραση σύνθεσης ενώνει απλούστερες ουσίες σε ένα προϊόν.

$$\mathrm{2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO}$$

Αποσύνθεση

Μια αντίδραση αποσύνθεσης διασπά μία ένωση σε απλούστερες ουσίες.

$$\mathrm{2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2}$$

Απλή αντικατάσταση

Σε μια αντίδραση απλής αντικατάστασης, ένα στοιχείο αντικαθιστά ένα άλλο μέσα σε μια ένωση. Το αν θα συμβεί πραγματικά εξαρτάται από τις ουσίες που συμμετέχουν και από τις συνθήκες της αντίδρασης.

$$\mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2}$$

Διπλή αντικατάσταση

Σε μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης, τα ιόντα σε δύο ενώσεις ανταλλάσσουν εταίρους. Πολλές αντιδράσεις καταβύθισης και ορισμένες αντιδράσεις οξέος-βάσης παρουσιάζονται με αυτόν τον τρόπο.

$$\mathrm{AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl + NaNO_3}$$

Καύση

Μια αντίδραση καύσης περιλαμβάνει μια ουσία που αντιδρά με οξυγόνο. Για έναν υδρογονάνθρακα σε πλήρη καύση, τα συνήθη προϊόντα είναι $\mathrm{CO_2}$ και $\mathrm{H_2O}$.

$$\mathrm{CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O}$$

Οξειδοαναγωγή

Οξειδοαναγωγή σημαίνει ότι η οξείδωση και η αναγωγή συμβαίνουν ταυτόχρονα μέσω μεταφοράς ηλεκτρονίων. Πολλές αντιδράσεις εκτόπισης μετάλλων και πολλές αντιδράσεις καύσης είναι επίσης αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.

Αυτή η επικάλυψη έχει σημασία. Οι τύποι αντιδράσεων είναι χρήσιμες ετικέτες, όχι απόλυτα ξεχωριστά κουτιά.

Λυμένο παράδειγμα: Στάθμιση αντίδρασης καύσης

Ξεκίνα με τη μη σταθμισμένη εξίσωση:

$$\mathrm{CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O}$$

Αυτή είναι αντίδραση καύσης, επειδή το μεθάνιο αντιδρά με οξυγόνο.

Τώρα στάθμισε τα άτομα ένα στοιχείο τη φορά. Άφησε το οξυγόνο για αργότερα, επειδή εμφανίζεται σε περισσότερα από ένα προϊόντα.

Ο άνθρακας είναι ήδη σταθμισμένος: $1$ άτομο άνθρακα σε κάθε πλευρά.

Το υδρογόνο δεν είναι σταθμισμένο. Η αριστερή πλευρά έχει $4$ άτομα υδρογόνου, αλλά η δεξιά έχει μόνο $2$. Βάλε συντελεστή $2$ μπροστά από το νερό:

$$\mathrm{CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$$

Τώρα ξαναμέτρησε το οξυγόνο. Η δεξιά πλευρά έχει $2$ άτομα οξυγόνου στο $\mathrm{CO_2}$ και άλλα $2$ στο $\mathrm{2H_2O}$, συνολικά $4$. Άρα βάλε συντελεστή $2$ μπροστά από το $\mathrm{O_2}$:

$$\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$$

Έλεγξε τις τελικές ποσότητες:

• άνθρακας: $1$ και στις δύο πλευρές
• υδρογόνο: $4$ και στις δύο πλευρές
• οξυγόνο: $4$ και στις δύο πλευρές

Τώρα η εξίσωση είναι σταθμισμένη.

Πώς να σταθμίζεις χημικές εξισώσεις με αξιοπιστία

Για τις περισσότερες εξισώσεις αρχαρίων, αυτό το μοτίβο λειτουργεί καλά:

1. Γράψε πρώτα τους σωστούς χημικούς τύπους.
2. Μέτρησε τα άτομα κάθε στοιχείου και στις δύο πλευρές.
3. Άλλαζε τους συντελεστές, όχι τους δείκτες.
4. Ξαναμέτρα μετά από κάθε αλλαγή.
5. Ολοκλήρωσε με τους μικρότερους δυνατούς ακέραιους συντελεστές.

Το βήμα που πολλοί παραλείπουν πολύ νωρίς είναι το ξαναμέτρημα. Μια εξίσωση μπορεί να φαίνεται σχεδόν σωστή και παρ’ όλα αυτά να μην είναι σταθμισμένη.

Συνηθισμένα λάθη στη στάθμιση αντιδράσεων

Αλλαγή δεικτών αντί για συντελεστές

Το να αλλάξεις το $\mathrm{H_2O}$ σε $\mathrm{H_2O_2}$ δεν σταθμίζει την εξίσωση. Μετατρέπει το νερό σε υπεροξείδιο του υδρογόνου, που είναι διαφορετική ουσία.

Αντιμετώπιση των τύπων αντιδράσεων ως απόλυτων κατηγοριών

Ορισμένες αντιδράσεις ταιριάζουν σε περισσότερες από μία κατηγορίες. Μια αντίδραση καύσης μπορεί επίσης να είναι αντίδραση οξειδοαναγωγής.

Ξεχνώντας ότι οι συνθήκες έχουν σημασία

Τα προϊόντα μπορεί να εξαρτώνται από συνθήκες όπως η παροχή οξυγόνου, η θερμοκρασία, ο διαλύτης ή ο καταλύτης. Για παράδειγμα, η πλήρης καύση και η ατελής καύση δεν δίνουν τα ίδια προϊόντα.

Νομίζοντας ότι μια σταθμισμένη εξίσωση δείχνει την ταχύτητα

Η στάθμιση δείχνει την αναλογία των ατόμων. Δεν δείχνει πόσο γρήγορα συμβαίνει η αντίδραση. Η ταχύτητα εξαρτάται από την κινητική και από τις συνθήκες της αντίδρασης.

Πού εμφανίζονται οι χημικές αντιδράσεις

Οι χημικές αντιδράσεις εξηγούν τη σκουριά, τις μπαταρίες, την πέψη, τη βιομηχανική σύνθεση, τη διάβρωση, την καύση και πολλές εργαστηριακές δοκιμές. Αποτελούν επίσης τη βάση για επόμενα θέματα όπως η στοιχειομετρία, η χημική ισορροπία, η θερμοχημεία και η ηλεκτροχημεία.

Δοκίμασε ένα παρόμοιο πρόβλημα

Δοκίμασε να ταξινομήσεις και να σταθμίσεις αυτές τις δύο εξισώσεις:

$$\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}$$ $$\mathrm{CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2}$$

Για καθεμία, κάνε πρώτα δύο ερωτήσεις: τι είδους μεταβολή συμβαίνει και είναι η εξίσωση σταθμισμένη; Αυτή η συνήθεια κάνει τις χημικές αντιδράσεις πολύ πιο εύκολες στην κατανόηση.