Chemické reakcie a chemické rovnice

Vypracovala: Mgr. Zuzana Szocsová

Pri vzájomnej reakcii reaktantov dochádza k vzniku nových produktov.

Chemická reakcia – je to dej, pri ktorom pri vhodných vonkajších podmienkach dochádza k premene reaktantov na produkty. Reaktanty sú východiskové látky, ktoré vstupujú do chemickej reakcie. Produkty sú chemické látky, ktoré vystupujú z chemickej reakcie.

Chemická reakcia je teda proces, pri ktorom dochádza k pôsobeniu dvoch alebo viacerých chemických látok a nastávajú pri ňom látkové zmeny. Prebieha zmena reaktantov na jeden alebo viac produktov.

A + B → C + D

reaktanty → produkty

Vratná chemická reakcia je reakcia, pri ktorej súčasne s priamou reakciou prebieha aj spätná reakcia. Napríklad:

H₂ + I₂ ↔ 2HI

 

Priama reakcia smeruje k vzniku HI: H₂ + I₂ → 2HI

Spätná reakcia – z produktov vznikajú východiskové látky: 2HI → H₂ + I₂

Chemická reakcia je charakteristická tým, že:

• zanikajú pôvodné chemické väzby a vznikajú nové chemické väzby

• atómy pri chemickej reakcii nevznikajú ani nezanikajú. Ide len o ich oddeľovanie, zlučovanie a preskupovanie.

Chemické rovnice

Popisujú priebeh chemickej reakcie. Vyjadrujú počiatočný a konečný stav chemického deja. Pri zapisovaní chemických rovníc platí:

• prvky zapisujeme ich značkami, molekuly zapisujeme ich vzorcami

  
  

• na ľavej strane rovnice sú reaktanty danej chemickej reakcie a na pravej strane rovnice sú produkty chemickej reakcie.

  
  

• Medzi stranou reaktantov a stranou, na ktorej sú zapísané produkty je šípka poukazujúca na smer chemického deja

  
  

• vratná reakcia je označená dvoma šípkami opačného smeru

  
  

• počet atómov rovnakého druhu je na oboch stranách chemickej rovnice rovnaký, rovnice je potrebné vyrovnávať, aby počet rovnakých atómov sedel na strane reaktantov i na strane produktov. Preto pred značky a vzorce zapisujeme príslušné číslice – stechiometrické koeficienty.

  
  

• Pomery koeficientov vyjadruje látkové množstvá reaktantov a produktov a pomery počtov molekúl reaktantov a produktov.

  
  

• V chemických rovniciach sa ozačuje aj skupenstvo reagujúcich látok a produktov. Zapisujeme ho pomocou symbolov v zátvorke:

  
  

- (g) gas – plynné skupenstvo

- (l) liquidus – kvapalné skupenstvo

- (s) solidus – pevné skupenstvo

- (aq) aquaeus – vodný roztok

Základné chemické zákony

1. Zákon zachovania hmotnosti – hmotnosť reaktantov danej chemickej reakcie je rovná hmotnosti produktov

   
   

2. Zákon zachovania energie – energia izolovanej sústavy je v počas priebehu chemickej reakcie rovnaká

   
   

3. Zákon stálych zlučovacích pomerov – pomer prvkov danej zlúčeniny je vždy rovnaký a nezávisí od spôsobu prípravy chemickej zlúčeniny.

Chemické reakcie delíme podľa rôznych kritérií nasledovne:

 

1. podľa druhu prenesených častíc

a.) oxidačno – redukčné (redoxné ) reakcie

Zn + CuSO₄→ ZnSO₄ + Cu

Zn⁰ + Cu²⁺→ Zn²⁺ + Cu⁰

Zn⁰ – redukovadlo, odovzdáva elektróny

Cu²⁺ - oxidovadlo, prijíma elektróny

 

Fe⁰ + Cu^+IISO₄ → Cu⁰ + Fe^+IISO4

Fe⁰ + Cu^+II → Cu⁰ + Fe^+II

Fe⁰ - redukovadlo, odovzdáva elektróny

Cu^+II - oxidovadlo, prijíma elektróny

- pri redoxných reakciách dochádza k odovzdávaniu a prijímaniu elektrónov medzi oxidovadlom a redukovadlom. Pri oxidačno-redukčných reakciách prebiehajú dve čiastkové reakcie: oxidácia a redukcia

 

- oxidácia – strata elektrónov, oxidačné číslo sa zvyšuje

- redukcia – priberanie elektrónov, oxidačné číslo sa znižuje

 

Zn⁰ – 2e^-→ Zn²⁺ - oxidácia

Cu²⁺ + 2e^-→ Cu⁰ - redukcia

- látka ktorá sa oxiduje má redukčné vlastnosti,

- látka, ktorá sa redukuje má oxidačné vlastnosti.

 

 

Oxidovadlo (oxidačné činidlo) - je látka, ktorá sa redukuje (jej atómy získavajú elektróny), teda zmenšuje svoje oxidačné číslo, a tým oxiduje druhú látku (odoberá jej elektróny) a zároveň jej zväčšuje oxidačné číslo. Opačné chemické vlastnosti majú redukčné činidlá.

Medzi silné oxidačné činidlá patrí napríklad: fluór a ostatné halogény

kyslík, kyselina sírová, kyselina dusičná

 

Redukovadlo (redukčné činidlo) - je látka, ktorá sa v chemickej reakcii oxiduje (jej atómy odovzdávajú elektróny), čiže zväčšuje svoje oxidačné číslo, a tým redukuje druhú látku (poskytuje jej elektróny) a zároveň jej zmenšuje oxidačné číslo.

Medzi redukovadlá patrí napríklad: Sodík (a ostatné alkalické kovy), uhlík, hliník

 

b.) acidobázické (protolytické reakcie) – reakcie, pri ktorých dochádza k prenosu protónov, teda katiónov H⁺ medzi kyselinou a zásadou.

 

Kyselina – látka, ktorá odštepuje katión H⁺

 

Zásada - látka, ktorá prijíma katión H⁺ .

 

2KOH + H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2H₂O

KOH - zásada

H₂SO₄ - kyselina

c.) zrážacie reakcie – vznikajú málo rozpustné alebo nerozpustné látky – zrazeniny.

 

AgNO₃ + NaCl →AgCl + NaNO₃

Ag⁺ + NO₃^- + Na⁺ +Cl^-→ AgCl + Na⁺ + NO₃^-

Ag⁺ + Cl^-→ AgCl

AgCl – zrazenina

d.) koordinačné – (komplexnotvorné reakcie) – dochádza k prenosu celých skupín atómov a k vzniku komplexných (koordinačných) zlúčenín.

 

CuSO₄ + 4H₂O → [Cu(H₂O)₄]SO₄

 

 

2. podľa tepla potrebného pri priebehu reakcie

 

a.) endotermické reakcie – energiu treba počas reakcie dodávať, teplo sa spotrebúva. E reaktantov < E produktov ( napr. výroba železa )

Napríklad: CaCO₃→ CaO + CO₂

Spotrebuje sa 178 kJ tepla.

C(s) + 2 S(s) → CS₂(l) Δ H = 128 kJ.mol^-1 Spotrebuje sa 128 kJ tepla.

b.) exotermické reakcie – teplo sa pri reakcii uvoľňuje. E reaktantov > E produktov (horenie).

Napríklad: N₂ + 3H₂→ 2NH₃

Uvoľní sa 92,4 kJ tepla.

C(s) + O2(g) → CO2 (g) Δ H = -395 kJ.mol^-1 uvoľní sa 395 kJ tepla

Sn(s) + 2 Cl2(g) → SnCl4(l) Δ H = -349 kJ.mol^-1 uvoľní sa 349 kJ tepla

3. podľa reakčného mechanizmu:

a.) substitučné (substitúcie) – atóm alebo skupina atómov sa nahradí iným atómom alebo skupinou atómov, násobnosť väzby sa nemení.

 

CH₄ + Cl₂→ CH₃Cl + HCl

 

Rozoznávame:

 

1. Radikálová substitúcia – S_R charakteristická pre zlúčeniny s nepolárnymi kovalentnými väzbami, napríklad pre alkány. Väzba sa homolyticky štiepy a vznikajú radikály. Radikál je častica s nespáreným elektrónom. Tieto radikály reagujú s radikálom substituovaného atómu. Napríklad chlorácia.

Radikálová bromácia:

 

H₃C-CH₃ + Br₂ → CH₂ –CH₂ -Br + HBr

 

2. Elektrofilná substitúcia - S_E je typická pre aromatické uhľovodíky, ktoré reagujú s elektrofilným činidlom, ktoré vzniká v priebehu reakcie. Napríklad nitrácia arénov.

 

 

b.) adičné – na atómy, medzi ktorými je násobná väzba, sa viažu atómy alebo skupiny atómov, pričom sa znižuje rádovosť väzby – nevznikajú vedľajšie produkty. Dvojitá väzba sa mení na jednoduchú, trojitá väzba sa mení na dvojitú.

 

CH₂=CH₂ + Br₂→ CH₂Br-CH₂Br

 

Rozlišujeme:

 

1. Elektrofilná adícia A_E – elektrofilné činidlo (látka, ktorá má elektrónový deficit) reaguje s násobnými väzbami, konkrétne s ich pi elektrónmi. Napríklad adícia halogénov na alkény.

CH₂ =CH₂ + H₂O → CH₃ – CH₂ OH elektrofilná adícia (A_E)

 

2. Nukleofilná adícia A_N – nukleofilné činidlo, ktoré obsahuje neväzbový elektrónový pár, sa viaže na uhlík (aduje sa) vo väzbe, v ktorej sa nachádza kladný čiastkový náboj.

 

c.) eliminačné – zo skupiny atómov sa odštiepi atóm alebo skupina atómov a vzniknú produkty s násobnou väzbou a vedľajšie produkty. K eliminácii patrí napríklad:

 

Dehydrogenácia – odštiepia sa molekuly vodíka

 

Dehydratácia – odštiepi sa molekula vody

 

Dehydrohalogenácia – odštiepi sa molekula halogénvodíka.

 

 

4. podľa vonkajších zmien pri reakcii:

 

a.) syntéza – pri syntéze sa jednoduchšie látky zlučujú a menia sa na zložitejšie látky.

Napríklad reakcia: N₂ + 3H₂→ 2NH₃

2Na + Cl₂ →2 NaCl

b.) analýza – pri analýze sa naopak ako pri syntéze, štiepia zložitejšie látky na jednoduchšie látky. Napríklad: 2H₂O → 2H₂ + O₂

CaCO₃ → CaO + CO₂

c.) nahradzovanie – substitučná reakcia, jeden reaktant vytláča z druhého atóm alebo skupinu atómov.

Napríklad: Zn + CuSO₄→ ZnSO₄ + Cu

2KI + Cl₂ → 2KCl + I₂

d.) podvojná zámena – ide o spojenie dvoch substitúcií.

Napríklad: AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃

 

 

5. podľa počtu fáz v reakčnej sústave

 

a.) homogénne rekacie – fázy reaktantov sú rovnaké.

Napríklad: N₂(g) + 3 H₂(g) →2 NH₃(g)

H₂ (g) + I₂ (g)→ 2HI (g)

b.) heterogénne reakcie – fázy reaktantov sú rôzne.

Napríklad: Zn(s) + 2 HCl(aq) →ZnCl₂(aq) + H2(g)

CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)

6. podľa spôsobu štiepenia väzieb:

 

a.) homolytické reakcie – väzba sa štiepi symetricky (medzi atómami s rovnakou elektronegativitou), dochádza k vzniku radikálov. Napríklad: Cl-Cl →Cl• + Cl•

 

b.) heterolytické reakcie – väzba sa štiepi nesymetricky (medzi časticami, ktoré majú veľký rozdiel elektronegativít), dochádza k vzniku iónov. Elektronegatívnejšia častica si ponechá celý elektrónový pár. Napríklad HF →H⁺ + F^-

V tomto prípade je F elektronegatívnejší ako H.

Použitá literatúra: Zmaturuj z chémie