12.ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ.
УРАВНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.
Из курса природоведения и физики вы знаете, что с телами и веществами происходят изменения, которые делятся на физические и химические
Любая химическая реакция сопровождается внешними признаками, по которым мы и судим о её протекании. Это:
1.Появление осадка.
2.Изменение цвета.
3.Выделение газа.
4.Поглощение или выделение теплоты.
Для протекания химической реакции небходимо несколько условий. Первое - приведение в соприкосновение реагирующих веществ; второе-измельчение веществ (наибольшее измельчение достигается растворением веществ); третье-для протекания многих реакций неоходимо нагревание реагирующих веществ до определённой температуры.
Химические реакции можно выразить письменно, с помощью уравнений химических реакций, которые часто называют химическими уравнениями. Что же это такое?
Химическое уравнение-это условная запись химической реакции с помощью химических формул и коэффициентов.
При составлении уравнений реакций небходимо использовать закон сохранения масы веществ, открытый М.В. Ломоносовым и А.Лавуазье.Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, получившихся в результате её. А вы знаете, что вещества состоят из атомов, поэтому при составлении химических уравнений, мы будем пользоваться правилом:число атомов каждого химического элемента исходных веществ должно равняться числу атомов в продуктах реакции.Алгоритм составления уравнений реакций.
Рассмотрим алгоритм составления химических уравнений на примере взаимодействия простых веществ: металлов и неметаллов друг с другом. Пусть взаимодействуют фосфор и кислород (реакция горения).
1.Записывают рядом данные вещества, между ними ставим знак "+"(здесь мы будем учитывать то, что кислород двухатомная молекула), а после них стрелку-как знак равенства.
Р+О 2
2.Записываем после стрелки формулу продукта реакции:
Р+О 2 Р 2 О 5
3.Из схемы видно, что слева кислорода-2 атома, справа-5, а в соответствии с законом сохранения массы веществ, число атомов данного химического элемента должно быть одинаковым. Чтобы уравнять их число, находим наименьшее общее кратное. Для 2 и 5 это будет число 10. Делим наимеьшее общее кратное на число атомов в формулах. 10:2=5, 10:5=2, это и будут коэффициенты, лоторые ставятся соответственно перед кислородом О 2 и оксидом фосфора (V) Р 2 О 5 .
Р+5О 2 2Р 2 О 5
кислорода слева и справа стало по 10(5·2=10, 2·5=10)4.Коэффициент относится ко всей формуле и ставится перед ней. После его постановки справа фосфора стало 2·2=4 атома. А слева 1 (коэффициент 1 не ставится).Значит перед фосфором ставим коэффициент 4.
4Р+5О 2 2Р 2 О 5
Это и есть окончательная запись химического уравнения.
Читается: четыре пе плюс пять о-два равняется два пе-два о-пять.
В этой статье Вы узнаете о 10-ти наиболее повседневных химических реакций в жизни!
Реакция № 1 - Фотосинтез
Растения применяют химическую реакцию фотосинтез , чтобы преобразовать углекислый газ в воду, пищу и кислород. Фотосинтез - одна из самых распространенных и важных химических реакций в жизни. Только благодаря фотосинтезу растения производят для себя и животных еду, он превращает углекислый газ в кислород. 6 СО2 + 6 Н2О + свет → C6H12O6 + 6 O2
Реакция № 2 - Аэробное клеточное дыхание
Аэробное клеточное дыхание - это противоположный процесс фотосинтеза в том, что энергия молекул в сочетании с кислородом, которым мы дышим, с целью высвобождения энергии, необходимым нашим клеткам, плюс углекислый газ и вода. Энергия, используемая клетками, является химической реакцией в формате АТФ.
Общее уравнение аэробного клеточного дыхания: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + energy (36 ATPs)
Реакция № 3 - Анаэробное дыхание
В отличие от аэробного клеточного дыхания, анаэробное дыхание описывает набор химических реакций, которые позволяют клеткам получать энергию от сложных молекул без кислорода. Ваши клетки в мышцах выполняют анаэробное дыхание, когда Вы исчерпаете кислород, поставляемый им, например, во время интенсивных или продолжительных физических упражнений. Анаэробное дыхание дрожжей и бактерий используется для брожения, производства этанола, диоксида углерода и других химических веществ, которые производят сыр, вино, пиво, хлеб и многие другие продукты питания.
Общее химическое уравнение для анаэробного дыхания: C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + энергия
Реакция № 4 - Горение
Каждый раз, когда Вы зажигаете спичку, жжете свечу, разводите огонь или зажигаете гриль, Вы видите реакцию горения. Реакция горения сочетает в себе энергетические молекулы с кислородом, с образованием диоксида углерода и воды.
Например, реакция горения пропана, найденная в газовых грилях и некоторых каминов, является: C 3 H 8 + 5O 2 → 4H 2 O + 3CO 2 + энергия
Реакция № 5 - Ржавчина
Со временем железо становится красным, слоеное прикрытие под название ржавчина . Это пример реакции окисления. Другие бытовые предметы включают формирование ярь-медянки.
Химическое уравнение для ржавчины железа: Fe + O 2 + H 2 O → Fe 2 O 3 . XH 2 O
Реакция № 6 - Смешивание химических веществ
Если смешать уксус с пищевой содой или молоко с разрыхлителем в рецепте, Вы увидите, как произойдёт обмен реакциями. Ингредиенты рекомбинируют с образованием диоксида углерода и воды. Углекислый газ образует пузырьки и помогает выпечке подняться.
На практике эта реакция довольно проста, но часто состоит из нескольких этапов. Вот общее химическое уравнение для реакции соды с уксусом: HC 2 H 3 O 2 (aq) + NaHCO 3 (aq) → NaC 2 H 3 O 2 (aq) + H 2 O() + CO 2 (g)
Реакция № 7 - Батарейка
Электрохимические или окислительно-восстановительные реакции батарейки используют для преобразования химической энергии в электрическую энергию. Спонтанные оксилительно-восстановительные реакции протекают в гальванических элементах, в то время как неспонтанные происходят в электролизерах.
Реакция № 8 - Пищеварение
Тысячи химических реакций происходят в процессе пищеварения . Как только Вы положили еду в рот, фермент в слюне, амилаз , начинает разрушать сахар и другие углеводороды в более простые формы, чтобы Вы могли поглотить пищу. Соляная кислота в желудке вступает в реакцию с пищей, чтобы разбить ее, в то время как ферменты расщепляют белки и жиры, чтобы те могли пройти по крови через стенки кишечника.
Реакция № 9 - Кислотно-щелочная
Всякий раз, когда Вы объединяете кислоты с основанием, Вы выполняете кислотно-щелочную реакцию . Это реакция нейтрализация кислоты и основания с образованием соли и воды.
Химическое уравнение для кислотно-щелочной реакции , которая производит хлорид калия: HCl + KOH → KCl + H 2 O
Реакция № 10 - Мыло и моющие средства
Мыло и моющие средства получены чистым путем химических реакций. Мыло превращает грязь в эмульсию, а это значит, масляные пятна связаны с мылом, чтобы они могли быть удалены водой. Моющие средства действуют как поверхностно-активные вещества, понижая поверхностное натяжение воды, чтобы они могли взаимодействовать с маслами, изолировать и промыть их.
Физическими называют такие явления, при которых не происходит превращений одних веществ в другие, а меняются их агрегатные состояния, форма и размеры тел.
Примеры : плавление льда, вытягивание проволоки, измельчение гранита, испарение воды.
Химическими называют такие явления, при которых происходит превращения одних веществ в другие.
Примеры : горение дров, почернение меди,ржавление железа.
В дальнейшем химические явления мы будем называть химическими реакциями.
Признаки химических реакций . По ним можно судить, прошла ли химическая реакция между реагентами или нет. К таким признакам принято относить следующие:
· Изменение цвета: CuSO4 (голубой) = Cu 2+ + SO4 2-
· Выпадение осадка: CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O
· Выделение газа: СаСО 3 + HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
· Образование слабодиссоциированных веществ: 2NaOH+H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 +2H 2 O
· Выделение энергии (тепловой или световой): 2 H 2 (г) + O 2 (г) = 2 H 2 О(ж) + 572 кДж
1. Тесное соприкосновение реагирующих веществ (необходимо): H 2 SO 4 + Zn = ZnSO 4 + H 2 2. Нагревание (возможно) а) для начала реакции
б) постоянно
Классификация химических реакций по различным признакам
1.По наличию границы раздела фаз все химические реакции подразделяются на гомогенные
и гетерогенные
Химическая реакция, протекающая в пределах одной фазы, называется гомогенной химической реакцией
. Химическая реакция, протекающая на границе раздела фаз, называется гетерогенной химической реакцией
. В многостадийной химической реакции некоторые стадии могут быть гомогенными, а другие - гетерогенными. Такие реакции называются гомогенно-гетерогенными
.
В зависимости числа фаз, которые образуют исходные вещества и продукты реакции, химические процессы могут быть гомофазными (исходные вещества и продукты находятся в пределах одной фазы) и гетерофазными (исходные вещества и продукты образуют несколько фаз). Гомо- и гетерофазность реакции не связана с тем, является ли реакция гомо- или гетерогенной . Поэтому можно выделить четыре типа процессов:
Гомогенные реакции (гомофазные)
. В реакциях такого типа реакционная смесь является гомогенной, а реагенты и продукты принадлежат одной и той же фазе. Примером таких реакций могут служить реакции ионного обмена, например, нейтрализация раствора кислоты раствором щёлочи:
Гетерогенные гомофазные реакции
. Компоненты находятся в пределах одной фазы, однако реакция протекает на границе раздела фаз, например, на поверхности катализатора. Примером может быть гидрирование этилена на никелевом катализаторе:
Гомогенные гетерофазные реакции
. Реагенты и продукты в такой реакции существуют в пределах нескольких фаз, однако реакция протекает в одной фазе. Так может проходить окисление углеводородов в жидкой фазе газообразным кислородом.
Гетерогенные гетерофазные реакции
. В этом случае реагенты находятся в разном фазовом состоянии, продукты реакции также могут находиться в любом фазовом состоянии. Реакционный процесс протекает на границе раздела фаз. Примером может служить реакция солей угольной кислоты (карбонатов) с кислотами Бренстеда:
2.По изменению степеней окисления реагентов[править | править вики-текст]
В данном случае различают
Окислительно-восстановительные реакции, в которых атомы одного элемента (окислителя) восстанавливаются
, то есть понижают свою степень окисления, а атомы другого элемента (восстановителя) окисляются
, то есть повышают свою степень окисления. Частным случаем окислительно-восстановительных реакций являются реакции конпропорционирования, в которых окислителем и восстановителем являются атомы одного и того же элемента, находящиеся в разных степенях окисления.
Пример окислительно-восстановительной реакции - горение водорода (восстановитель) в кислороде (окислитель) с образованием воды:
Пример реакции конпропорционирования - реакция разложения нитрата аммония при нагревании. Окислителем в данном случае выступает азот (+5) нитрогруппы, а восстановителем - азот (-3) катиона аммония:
Не относятся к окислительно-восстановительным реакции, в которых не происходит изменения степеней окисления атомов, например:
3.По тепловому эффекту реакции
Все химические реакции сопровождаются выделением или поглощением энергии. При разрыве химических связей в реагентах выделяется энергия, которая в основном идёт на образование новых химических связей. В некоторых реакциях энергии этих процессов близки, и в таком случае общий тепловой эффект реакции приближается к нулю. В остальных случаях можно выделить:
экзотермические реакции, которые идут с выделением тепла, (положительный тепловой эффект)
СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О + энергия (свет, тепло);
СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2 + энергия (тепло).
эндотермические реакции в ходе которых тепло поглощается (отрицательный тепловой эффект) из окружающей среды.
Са(ОН) 2 + энергия (тепло) = СаО + Н 2 О
Тепловой эффект реакции (энтальпию реакции, Δ r H), часто имеющий очень важное значение, можно вычислить по закону Гесса, если известны энтальпии образования реагентов и продуктов. Когда сумма энтальпий продуктов меньше суммы энтальпий реагентов (Δ r H < 0) наблюдается выделение тепла, в противном случае (Δ r H > 0) - поглощение.
4.По типу превращений реагирующих частиц[править | править вики-текст]
соединения:
разложения:
замещения:
обмена (в т.ч. тип реакции-нейтрализация):
Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами: поглощением или выделением энергии, изменением окраски реакционной смеси и др. Именно по этим физическим эффектам часто судят о протекании химических реакций.
Реакция соединения
-химическая реакция, в результате которой из двух или большего числа исходных веществ образуется только одно новое.В такие реакции могут вступать как простые, так и сложные вещества.
Реакция разложения
-химическая реакция, в результате которой из одного вещества образуется несколько новых веществ. В реакции данного типа вступают только сложные соединения, а их продуктами могут быть как сложные, так и простые вещества
Реакция замещения
-химическая реакция,в результате которой атомы одного элемента, входящие в состав простого вещества, замещают атомы другого элемента в его сложном соединении. Как следует из определения, в таких реакциях одно из исходных веществ должно быть простым, а другое сложным.
Реакции обмена
- реакция, в результате которой два сложных вещества обмениваются своими составными частями
5.По признаку направления протекания химические реакции делятся на необратимые и обратимые
Необратимыми 
называют химические реакции, протекающие лишь в одном направлении("слева направо
"), в результате чего исходные вещества превращаются в продукты реакции. О таких химических процессах говорят, что они протекают "до конца".К ним относят реакции горения
, а также реакции, сопровождающиеся образованием малорастворимых или газообразных веществ
Обратимыми называются химические реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях("слева направо" и "справа налево").В уравнениях таких реакций знак равенства заменяется двумя противоположно направленными стрелками.Среди двух одновременно протекающих реакций различают прямую(протекает "слева направо") и обратную
(протекает "справа налево").Поскольку в ходе обратимой реакции исходные вещества одновременно и расходуются и образуются, они не полностью превращаются в продукты реакции.Поэтому об обратимых реакциях говорят, что они протекают "не до конца". В результате всегда образуется смесь исходных веществ и продуктов взаимодействия.
6. По признаку участия катализаторов химические реакции делятся на каталитические
и некаталитические
Каталитическими2SO 2 + O 2 → 2SO 3 (катализатор V 2 O 5) называют реакции, протекающие в присутствии катализаторов.В уравнениях таких реакций химическую формулу катализатора указывают над знаком равенства или обратимости, иногда вместе с обозначением условий протекания. К реакциям данного типа относятся многие реакции разложения и соединения.
Некаталитическими2NO+O2=2NO 2 называются многие реакции, протекающие в отсутствие катализаторов.Это, например, реакции обмена и замещения.
3 Вопрос 3
Развитие представлений о строении вещества:
Вокруг нас постоянно протекают различные химические реакции. Химия присутствует каждый раз, когда мы готовим, дышим или жуем. На сковородах и в кастрюлях происходят сложнейшие химические и биохимические процессы. В этой статье вы узнаете, как их использовать в повседневной жизни.
1. Анализ веществ с помощью жидкости-индикатора
Материалы и инструменты :
пищевая сода;
кастрюля;
стеклянная банка;
чайная ложка;
три стакана.
красная капуста;
Ход опыта
- Нарежьте капусту тонкими ломтиками и залейте кипятком.
- Когда вода окрасится в фиолетовый цвет, слейте ее через ситечко в банку. Получилась жидкость-индикатор.
- В один стакан налейте воды и выжмите сок лимона, в другой - воды с пищевой содой, в третий - только воды.
- В каждый стакан добавьте ложку жидкости-индикатора.
Результат опыта
Вода с лимоном окрашивается в розовый цвет, вода с содой - в сине-зеленый, чистая вода приобретает цвет жидкости-индикатора.
Red cabbage indicatorНаучное объяснение
Отвар красной капусты является индикатором - веществом, способным менять цвет в зависимости от того, взаимодействует ли оно с кислотой (в нашем случае становится розовым) или с основанием (становится синим или зеленым, как во втором стакане). В ходе опыта жидкость-индикатор дала понять, что в первом стакане находится кислое вещество, во втором - основание, а вода в третьем стакане является нейтральным веществом.
2. Как удалить накипь в чайнике?
Материалы и инструменты :
лимонная кислота;
Ход опыта
- Нужно развести в 1 литре воды 1-2 чайные ложки кислоты.
- Залить раствор в чайник и прокипятить.
- Ополоснуть чайник и прокипятить воду «вхолостую».
Результат опыта
Накипь исчезнет без следа, легко отслоившись под действием кислоты.
Научное объяснение
Накипь состоит в основном из карбоната кальция, который образуется при разложении гидрокарбоната кальция, содержащегося в природных водах. В результате реакции под действием лимонной кислоты образуются растворимый в воде цитрат кальция, углекислый газ и вода.
2C₆H₈O₇ + 3CaCO₃ = Ca₃(C₆H₅O₇)₂ + 3CO₂ + 3H₂O
3. Свежая ли рыба?
Материалы и инструменты :
жидкость-индикатор (см. п. 1);
чайная ложка.
Ход опыта
- На туловище рыбы делаем глубокий надрез.
- Залейте в надрез ложку жидкости-индикатора.
Результат опыта
Если надрез приобрел розовый или сиреневый оттенок, рыба свежая. Синий или зеленый цвет свидетельствует об обратном.
Научное объяснение
Будучи хорошим индикатором, отвар красной капусты позволил нам определить кислотность среды. Слабо-сиреневая или розовая окраска указывает на нейтральную или слабокислую реакцию - значит, рыба хорошего качества.
Синий или зеленый цвет свидетельствует о щелочной среде, то есть рыба испортилась. Нажмите , чтобы узнать из чего еще можно приготовить природный рН-индикатор в домашних условиях.
4. Есть ли в молоке крахмал?
Самый верный способ определить, есть ли в молоке крахмал, - капнуть туда немного йода. В обезжиренное молоко нередко добавляют крахмал, чтобы придать ему густоты.
Материалы и инструменты :
раствор йода;
Ход опыта
- Наливаем в стакан немного молока.
- Капаем йод.
- Наблюдаем за реакцией.
Результат опыта
Если жидкость приобрела синеватый оттенок, значит, в молоке есть крахмал. Если по ней пошли желтоватые круги, то вам повезло: добавок в таком молоке нет.
Научное объяснение
Раствор йода сработал как индикатор: при контакте с крахмалом он изменил цвет.
5. Свежее ли молоко?
Материалы и инструменты :
пищевая сода;
Ход опыта
- Наливаем полстакана молока.
- Всыпаем ½ ч. л. соды.
- Наблюдаем за реакцией.
Результат опыта
Если появилась пена, молоко прокисло.
Научное объяснение
При добавлении бикарбоната натрия (соды) в кислую среду происходит реакция нейтрализации. Кислота и щелочь (сода) нейтрализуют друг друга, выделяя углекислый газ, который вспенивает смесь.
6. Готовим лимонад
Материалы и инструменты :
лимонная кислота;
пищевая сода;
Ход опыта
- Насыпаем в пробирку по одной чайной ложке лимонной кислоты и соды, затем добавляем две чайные ложки сахарного песка.
- Пересыпаем всю смесь в сухую чистую чашку, основательно перемешиваем.
- Разделяем смесь на несколько равных частей. Каждую часть можно упаковать в пакетик.
- Одну такую часть высыпать в стакан и залить водой.
Результат опыта
Получится шипучий и газированный напиток, освежающий, как лимонад.
Научное объяснение
При взаимодействии лимонной кислоты и гидрокарбоната натрия происходит реакция нейтрализации. Получаем натриевую соль лимонной кислоты, углекислый газ и воду.
Н₃С₆Н₅О₇ + 3NaHCO₃ –> Na₃C₆H₅O₇ + 3CO₂ + 3H₂O
7. Как сварить треснутое яйцо?
Материалы и инструменты :
Ход опыта
В кипящую подсоленную воду кладем яйцо и варим 5 минут.
Результат опыта
Яйцо сварится и не вытечет из скорлупы.
Научное объяснение
Соль действует на белок, как коагулянт на коллоидный раствор. В результате белок свертывается в щели скорлупы.