Chemia - laboratorium

Chemia - laboratorium Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Studia stacjonarne, Rok I, Semestr zimowy 013/14 Dr hab. inż. Tomasz Brylewski e-mail: brylew@agh.edu.pl tel. 1-617-59 Katedra Fizykochemii i Modelowania Procesów Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki A3, I p., pokój 105 Konsultacje: wtorek 10:00-11:00

Laboratorium III Istota reakcji chemicznych podstawowe prawa reakcji chemicznych, kryteria zapisu równań chemicznych, typy i grupy reakcji chemicznych, określanie typów reakcji chemicznej (ćwiczenie).

Istota reakcji chemicznych Reakcja chemiczna - proces, w którym z jednego rodzaju cząsteczek zwanych substratami reakcji powstają innego rodzaju cząsteczki produkty reakcji, przy czym z reguły zostaje pochłonięte lub wydzielona pewna ilość energii. wydzielona energia reakcje egzotermiczne pochłonięta energia reakcje endotermiczne Reakcja egzotermiczna (tracimy energię) Reakcja endotermiczna (uzyskujemy energię)

Istota reakcji chemicznych, cd. Podstawową formą opisywania reakcji między atomami, jonami i cząsteczkami są równania reakcji chemicznej: substraty produkty reagenty Równania reakcji chemicznej dostarczają informacji: natury jakościowej: rodzaj substancji wchodzącej w reakcje, rodzaj produktu reakcji. natury ilościowej: stosunki molowe, stosunki wagowe, stosunki objętościowe. substratów i produktów Równanie chemiczne krótki zapis (obejmujący zespół symboli i wzorów chemicznych) informujący o przebiegu reakcji chemicznej.

Prawa reakcji chemicznych Równanie chemiczne musi podlegać następującym prawom: Prawo zachowania masy: (masa produktów reakcji równa się masie substratów, jeżeli jeden atom znika z jednej substancji, musi on wystąpić w innej). Prawo zachowania pierwiastka: (w reakcjach chemicznych nie ulega zmianie liczba atomów poszczególnych pierwiastków, jak również ilość pierwiastków). Prawo zachowania ładunku: (sumaryczny ładunek substratów jest równy sumarycznemu ładunkowi produktów).

Kryteria zapisu równań chemicznych Przy zapisywaniu równań reakcji chemicznych należy zwrócić uwagę na: Prawidłowe zapisywanie wzorów chemicznych: (wymagana jest znajomość wartościowości poszczególnych pierwiastków, a w przypadku soli znajomość pochodnych kwasów i zasad). Prawidłowe przewidywanie produktów reakcji: (wymagana jest wiedza o warunkach zachodzenia procesu, np. reakcja utleniania Cu, jako produkt tworzyć się może CuO lub Cu O w zależności od temperatury i zawartości tlenu w atmosferze reakcja zgodna z doświadczeniem). Uzupełnienie współczynników reakcji chemicznej: (w oparciu o prawa zachowania pierwiastka i ładunku zbilansowanie równania chemicznego).

Kryteria zapisu równań chemicznych, cd. Równania reakcji chemicznej zapisuje się w postaci równań: cząsteczkowych, jonowo-cząsteczkowych, jonowych. Reakcje cząsteczkowe reakcje przebiegające między drobinami elektroobojętnymi (atomami, cząsteczkami): H O H O Reakcje jonowe reakcje przebiegające między dwoma jonami lub między jonem i inną drobiną elektroobojętną (atomem lub cząsteczką): H OH H O

Typy reakcji chemicznych Generalnie reakcje chemiczne dzieli się na dwa zasadnicze rodzaje: Reakcje przebiegające bez wymiany elektronów między reagującymi substancjami (reakcje pomiędzy substancjami, które wymieniają ze sobą jedynie atomy, jony lub ich grupy). Reakcje utleniania redukcji przebiegające z przenoszeniem elektronów (reakcje redox). Ze względu na różnorodność reakcji chemicznych usystematyzowano je w sposób umowny na cztery zasadnicze typy: syntezy, analizy, wymiany pojedynczej, wymiany podwójnej.

Typy reakcji chemicznych - synteza SYNTEZA - reakcja, w której dowolna liczba substratów (S 1, S, ) przekształca się w jeden produkt P: S S... P 1 Przykłady: CaO CO CaCO ( s) (g) 3(s) węglan wapnia C O CO ( s) (g) (g) 3H N NH (g) (g) 3(g) amoniak

Typy reakcji chemicznych - analiza ROZKŁAD (analiza substancji złożonej) - reakcja, w której jeden substrat przemienia się w dwa lub większą liczbę produktów: Przykłady: CaCO SP P 1... CaO CO 3(s) (s) (g) tlenek wapnia ditlenek węgla CaO i CO można ostatecznie rozłożyć na Ca, C i O po ogrzaniu do bardzo wysokiej temperatury

Typy reakcji chemicznych - analiza, cd. Przykłady: HgO Hg O ( s) (s) (g) 1 tlenek rtęci rtęć tlen Rozkład proszku do pieczenia ciast: NH HCO o 60 C 4 3(s) NH3(g) CO(g) HO(c) wodorowęglan amonu Produkty reakcji: NH 3, CO i H O można rozłożyć na pierwiastki przy prażeniu w bardzo wysokiej temperaturze Wniosek: dowolne reakcje analizy w ostateczności prowadzą do powstania pierwiastków.

Typy reakcji chemicznych - wymiana podwójna WYMIANA - reakcja, w której co najmniej dwa substraty przemieniają się co najmniej w dwa produkty: S S... P P 1 1 Z mikroskopowego punktu widzenia reakcje wymiany dzieli się na: 1. WYMIANĘ PODWÓJNĄ - dwie dwuskładnikowe substancje AB i CD wymieniają między sobą składniki wg schematu:... AB AB CD AC BD lub CD AD BC

Typy reakcji chemicznych - wymiana podwójna, cd. Przykłady: BaO H SO BaSO H O 4 4 nadtlenek baru kwas siarkowy(vi) nadtlenek wodoru siarczan(vi) baru trudnorozpuszczalna substancja o białej barwie

Typy reakcji chemicznych - wymiana podwójna, cd. Przykłady: CuSO H SCuS H SO 4 4 siarczan(vi) miedzi(ii) w postaci jonowo-cząsteczkowej: kwas siarkowodorowy kwas siarkowy(vi) siarczek miedzi(ii) trudnorozpuszczalna substancja o czarnej barwie Cu SO SO H S CuS H 4 4 Cu S CuS

Typy reakcji chemicznych - wymiana podwójna, cd. Przykłady: BaS ZnCl ZnS BaCl siarczek baru chlorek cynku w postaci jonowo-cząsteczkowej: chlorek baru siarczek cynku trudnorozpuszczalna substancja o czarnej barwie Ba S Zn Cl ZnS Ba Cl Zn S ZnS

Typy reakcji chemicznych - wymiana podwójna, cd. Przykłady: reakcja zobojętnienia zasad kwasem NaOHHCl NaClH O w postaci jonowo-cząsteczkowej: Na OH H Cl Na Cl H O H OH H O Uwagi: reakcje wymiany podwójnej przebiegają do końca lub są przesunięte w prawo, jeżeli w ich wyniku powstaje przynajmniej jeden związek: nierozpuszczalny lub niezdysocjowany, lotny.

Przykłady: Typy reakcji chemicznych - wymiana pojedyncza. WYMIANĘ POJEDYNCZĄ - drobiny substancji A, najczęściej atomy, wypierają z dwuskładnikowej substancji BC fragment B lub fragment C wg schematu: A A BC BC AC B lub AB C reakcja wyparcia miedzi z roztworu soli miedzi przez metal nieszlachetny (np. żelazo) CuSO FeFeSO 4 4 Cu żelazo miedź siarczan(vi) miedzi siarczan(vi) żelaza o Cu SO FeFe SO 4 4 o o Cu Cu FeFe Cu o

Typy reakcji chemicznych - wymiana pojedyncza, cd. Przykłady: reakcja rozkładu wody gorącym węglem H OCCO H reakcja wypierania wodoru z wody przez sód NaH ONaOH H NaH ONa OH H Uwagi: reakcje wymiany pojedynczej należą do procesów utleniania i redukcji (jeden z reagentów podwyższa swoją wartościowość kosztem drugiego).

Grupy reakcji chemicznych Wyróżnia się kilkaset grup reakcji chemicznych, np.: utlenianie - łączenie się substancji z tlenem, np.: Cu O CuO spalanie - gwałtowne utlenianie (płomień lub wybuch), np.: CO CO redukcja (odtlenianie) - odbieranie tlenu jednej substancji przez inną substancję (zwaną reduktorem lub odtleniaczem), np.: CuOH CuH O

Grupy reakcji chemicznych, cd. elektroliza - reakcja przebiegająca na elektrodach podczas przepływu prądu elektrycznego przez elektrolit, np. elektroliza wodnego roztworu siarczanu sodu prowadzi do rozkładu wody: H OH O roztwarzanie - przechodzenie substancji stałej A do roztworu w trakcie reakcji chemicznej z cieczą B: ABC... ciała stałe ciecz (w ilości większej od wymaganej do reakcji) substancje rozpuszczalne w cieczy B ZnHClZnCl H FeO HCl FeCl H O dowolne substancje lub ich brak

Grupy reakcji chemicznych, cd. strącanie (wytrącanie) osadów - reakcja prowadząca do powstania substancji trudno rozpuszczalnej, np.: Cu OH Cu OH rozkład termiczny - reakcja rozkładu wskutek ogrzewania substancji do temperatury rozkładu, np.: 800 o C CaCO CaOCO 3

Określanie typów reakcji chemicznych - ćwiczenia 1. Reakcje jonowe przebiegające z utworzeniem soli trudno rozpuszczalnej w wodzie: Ag AgNO K CrO Ag CrO KNO 3 4 4 3 NO K CrO Ag CrO K NO 3 4 4 3 Ag CrO Ag CrO 4 4 Wniosek: jony CrO 4 - wytrącają z roztworów zawierających jony Ag + czerwonobrunatny osad chromianu(vi) srebra Ag CrO 4, rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3 i NH 3 H O.

Określanie typów reakcji chemicznych - ćwiczenia, cd.. Reakcje jonowe przebiegające z utworzeniem soli trudno rozpuszczalnej w wodzie: BaCl Na CO BaCO 3 3 NaCl Ba Cl Na CO BaCO 3 3 Na Cl Ba CO BaCO 3 3 Wniosek: jony CO 3 - wytrącają z obojętnego roztworu zawierającego jony Ba + biały osad węglanu baru BaCO 3.

Określanie typów reakcji chemicznych - ćwiczenia, cd. 3. Reakcje jonowe przebiegające z wydzieleniem produktu gazowego: BaCO NO H 3 3 HNO Ba CO 3 3 H O CO BaCO H NO Ba NO H OCO 3 3 3 BaCO H Ba CO H O 3 Wniosek: związek BaCO 3 rozpuszcza się w HNO 3 i CH 3 COOH.

Określanie typów reakcji chemicznych - ćwiczenia, cd. 4. Reakcje jonowe przebiegające z wydzieleniem produktu gazowego: o ZnH Wodór à la Cavendish ZnHClZnCl H Cl o ZnH Zn Zn Cl H H Wytwarzanie wodoru na skalę laboratoryjną

Określanie typów reakcji chemicznych - ćwiczenia, cd. 5. Reakcje jonowe przebiegające z wydzieleniem produktu gazowego: Na SHClH S NaCl Na S H Cl H SNa Cl H S H S Wniosek: istotą tej reakcji, w której mocniejszy kwas wypiera słabszy kwas z jego soli, jest łączenie się jonów siarczkowych S - z jonami H + w niezdysocjowane cząsteczki H S, który możemy poznać po zapachu lub czernieniu bibuły zwilżonej Pb(CH 3 COO) (powstaje czarny osad związku PbS).