Reakcje chemiczne — typy, bilansowanie i przykłady

Reakcja chemiczna zachodzi wtedy, gdy substraty przekształcają się w nowe substancje zwane produktami, ponieważ atomy zostają przegrupowane w nowe układy. Jeśli potrafisz wskazać substraty, produkty i liczbę atomów, zwykle możesz sklasyfikować reakcję i zbilansować jej równanie.

W zwykłym równaniu chemicznym atomy są przegrupowywane, a nie tworzone ani niszczone. Dlatego bilansowanie jest ważne: liczba atomów każdego pierwiastka musi być taka sama po obu stronach, mimo że same substancje się zmieniają.

Co zmienia się w reakcji chemicznej

Reakcje chemiczne zwykle obejmują jedną lub więcej z tych zmian:

• zrywanie wiązań i tworzenie nowych wiązań
• wymianę partnerów przez jony
• przenoszenie elektronów
• pochłanianie lub wydzielanie energii

Nie musisz od razu rozstrzygać wszystkich szczegółów. Przydatne pierwsze pytanie jest prostsze: co zmieniło się między substratami a produktami?

Typowe rodzaje reakcji chemicznych

Podręczniki nie klasyfikują reakcji dokładnie w ten sam sposób, a jedna reakcja może pasować do więcej niż jednej kategorii. To są główne kategorie dla początkujących.

Synteza

Reakcja syntezy łączy prostsze substancje w jeden produkt.

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

Rozkład

Reakcja rozkładu rozbija jeden związek na prostsze substancje.

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

Reakcja pojedynczej wymiany

W reakcji pojedynczej wymiany jeden pierwiastek zastępuje inny w związku. To, czy reakcja rzeczywiście zajdzie, zależy od użytych substancji i warunków reakcji.

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

Reakcja podwójnej wymiany

W reakcji podwójnej wymiany jony w dwóch związkach wymieniają się partnerami. W ten sposób często wprowadza się wiele reakcji strąceniowych i niektóre reakcje kwas-zasada.

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

Spalanie

Reakcja spalania polega na reakcji substancji z tlenem. W przypadku węglowodoru podczas spalania całkowitego typowymi produktami są $\mathrm{CO_2}$ i $\mathrm{H_2O}$.

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

Redoks

Redoks oznacza, że utlenianie i redukcja zachodzą jednocześnie poprzez przenoszenie elektronów. Wiele reakcji wypierania metalu i wiele reakcji spalania to również reakcje redoks.

To nakładanie się kategorii ma znaczenie. Rodzaje reakcji są użytecznymi etykietami, a nie szczelnymi szufladkami.

Przykład krok po kroku: bilansowanie reakcji spalania

Zacznij od niezbilansowanego równania:

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

To jest reakcja spalania, ponieważ metan reaguje z tlenem.

Teraz bilansuj atomy po jednym pierwiastku naraz. Tlen zostaw na później, ponieważ występuje w więcej niż jednym produkcie.

Węgiel jest już zbilansowany: po $1$ atomie węgla po każdej stronie.

Wodór nie jest zbilansowany. Po lewej stronie są $4$ atomy wodoru, ale po prawej tylko $2$. Wstaw współczynnik $2$ przed wodą:

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

Teraz ponownie policz tlen. Po prawej stronie są $2$ atomy tlenu w $\mathrm{CO_2}$ i kolejne $2$ w $\mathrm{2H_2O}$, razem $4$. Dlatego wstaw współczynnik $2$ przed $\mathrm{O_2}$:

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

Sprawdź końcowe liczby atomów:

• węgiel: $1$ po obu stronach
• wodór: $4$ po obu stronach
• tlen: $4$ po obu stronach

Teraz równanie jest zbilansowane.

Jak niezawodnie bilansować równania chemiczne

W przypadku większości równań dla początkujących ten schemat działa dobrze:

1. Najpierw zapisz poprawne wzory.
2. Policz atomy każdego pierwiastka po obu stronach.
3. Zmieniaj współczynniki, a nie indeksy dolne.
4. Po każdej zmianie licz atomy ponownie.
5. Zakończ, używając najmniejszych całkowitych współczynników.

Krok, który ludzie zbyt wcześnie pomijają, to ponowne liczenie. Równanie może wyglądać prawie poprawnie, a nadal nie być zbilansowane.

Częste błędy przy bilansowaniu reakcji

Zmienianie indeksów dolnych zamiast współczynników

Zmiana $\mathrm{H_2O}$ na $\mathrm{H_2O_2}$ nie bilansuje równania. Zmienia wodę w nadtlenek wodoru, czyli w inną substancję.

Traktowanie rodzajów reakcji jako absolutnych kategorii

Niektóre reakcje pasują do więcej niż jednej etykiety. Reakcja spalania może być też reakcją redoks.

Zapominanie, że warunki mają znaczenie

Produkty mogą zależeć od warunków, takich jak dostęp tlenu, temperatura, rozpuszczalnik czy katalizator. Na przykład spalanie całkowite i spalanie niecałkowite nie dają tych samych produktów.

Myślenie, że zbilansowane równanie mówi o szybkości reakcji

Bilansowanie podaje stosunek atomów. Nie mówi, jak szybko zachodzi reakcja. Szybkość zależy od kinetyki i warunków reakcji.

Gdzie pojawiają się reakcje chemiczne

Reakcje chemiczne wyjaśniają rdzewienie, działanie baterii, trawienie, syntezę przemysłową, korozję, spalanie i wiele testów laboratoryjnych. Stanowią też podstawę późniejszych tematów, takich jak stechiometria, równowaga chemiczna, termochemia i elektrochemia.

Spróbuj podobnego zadania

Spróbuj sklasyfikować i zbilansować te dwa równania:

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

Dla każdego z nich najpierw zadaj dwa pytania: jaki rodzaj zmiany zachodzi i czy równanie jest zbilansowane? Ten nawyk sprawia, że reakcje chemiczne są dużo łatwiejsze do odczytania.