Wróć do informacji o e-podręczniku Udostępnij materiał Wydrukuj

Wokół nas, w przyrodzie, stale zachodzi niewyobrażalna liczba przemian chemicznych. Dodatkowo człowiek sam inicjuje i przeprowadza wiele z nich, aby otrzymać potrzebne mu materiały. Mimo że reakcje chemiczne różnią się między sobą rodzajem substratów i powstających produktów, to jednak wszystkie można podzielić na grupy, które charakteryzują się pewnymi wspólnymi cechami.

Już wiesz
  • że równanie reakcji chemicznej jest zapisem przebiegu tej reakcji;

  • substancje, które ulegają przemianom w reakcji chemicznej, to substraty, a te, które w ich wyniku powstają, to produkty;

  • po lewej stronie równania reakcji zapisuje się substraty, po prawej – produkty.

Nauczysz się
  • opisywać, na czym polegają reakcje syntezy i analizy;

  • wskazywać przykłady reakcji syntezy i analizy;

  • zapisywać równania reakcji syntezy i analizy;

  • dobierać współczynniki w równaniach reakcji chemicznych;

  • stosować się do zasad bezpieczeństwa podczas wykonywania eksperymentów chemicznych;

  • opisywać eksperyment chemiczny, uwzględniając: szkło i sprzęt laboratoryjny, odczynniki chemiczne, schemat aparatury, obserwacje i wnioski.

iZrYkwtA6R_d5e210

1. Jakie zasady obowiązują przy zapisywaniu równań reakcji?

Przebieg przemiany chemicznej, z uwaględnieniem substratów i produktów, można opisać słownie, na przykład: węgiel reaguje z tlenem i w wyniku tej reakcji powstaje tlenek węgla(IV). Zamiast długiego opisu można posłużyć się równaniem reakcji zawierającym nazwy pierwiastków i związków chemicznych:

węgiel + tlen → tlenek węgla(IV)

Mimo że powyższe sposoby przedstawiania przebiegu reakcji chemicznych są poprawne, to jednak okazuje się mało przydatne dla chemików. W swojej pracy stosują oni równania reakcji, w których wykorzystują symbole pierwiastków i wzory związków chemicznych. Omawianą wcześniej przemianę chemiczną zapisują za pomocą następującego równania reakcji:

C + O2 → CO2
Ważne!

Niektóre pierwiastki, takie jak: wodór, azot, tlen, chlor, jod, fluor, brom w stanie wolnym, występują w postaci cząsteczek dwuatomowych. Z tego względu w równaniach reakcji z ich udziałem posługujemy się ich wzorami: H2N2O2Cl2I2F2Br2.

Aby równanie reakcji było poprawnie zapisane, liczby atomów poszczególnych pierwiastków zapisanych po obu stronach tego równania muszą być identyczne. W zaprezentowanym powyżej równaniu reakcji (C + O2 → CO2) otrzymywania tlenku węgla(IV) z węgla i tlenu ten warunek jest spełniony.

RqWEYMIHFIbCa1
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.
Liczba atomów pierwiastków po obu stronach równania reakcji

Pierwiastek

Liczba atomów po lewej stronie równania

Liczba atomów po prawej stronie równania

węgiel

1

1

tlen

2

2

iZrYkwtA6R_d5e267
Polecenie 1

Przy użyciu symboli i wzorów chemicznych zapisz równanie reakcji magnezu z tlenem, w wyniku której powstaje tlenek magnezu:

magnez + tlen → tlenek magnezu
Zapis równania reakcji magnezu z tlenem
Instrukcja: Zapis równania reakcji magnezu z tlenem
Krok

Zapisujemy wzory lub symbole substancji reagujących (substratów), po lewej stronie równania reakcji, a wzór produktu – po prawej stronie:

Mg + O→ MgO
Krok

Sprawdzamy liczby poszczególnych atomów po obu stronach równania reakcji:

Liczba atomów pierwiastków po obu stronach równania reakcji

Pierwiastek

Liczba atomów po lewej stronie równania

Liczba atomów po prawej stronie równania

magnez

1

1

tlen

2

1

Zauważamy niezgodność liczby atomów tlenu po lewej i prawej stronie równania.

Krok

W celu wyrównania liczby atomów każdego z pierwiastków po obu stronach równania musimy dwukrotnie zwiększyć liczbę atomów tlenu po jego prawej stronie:

Mg + O2 → 2MgO

WAŻNE: Przy zwiększaniu liczby substratów w równaniu reakcji chemicznej zawsze używamy współczynników stechiometrycznych, nigdy indeksów (wzór MgO przedstawia zupełnie inny związek niż wzór nieistniejącego MgO2).

Krok

Ponownie oceniamy liczby atomów magnezu i tlenu:

Porównanie liczby atomów magnezu i tlenu

Pierwiastek

Liczba atomów po lewej stronie równania

Liczba atomów po prawej stronie równania

magnez

1

2

tlen

2

2

Tym razem niezgodna jest liczba atomów magnezu po stronie substratów i produktów. Należy więc zwiększyć ją dwukrotnie po lewej stronie równania reakcji.

Krok

Mnożymy przez 2 liczbę atomów magnezu po lewej stronie równania (wstawiamy liczbę 2 w miejsce współczynnika stechiometrycznego znajdującego się przed symbolem magnezu):

2Mg + O2 → 2MgO
Krok

Dokonujemy właściwych obliczeń:

Dobór właściwych współczynników stechiometrycznych

Pierwiastek

Liczba atomów po lewej stronie równania

Liczba atomów po prawej stronie równania

magnez

2

2

tlen

2

2

Liczba atomów każdego z pierwiastków po obu stronach równania jest taka sama. Równanie reakcji jest zapisane prawidłowo. Mówi się, że jest ono uzgodnione lub zbilansowane. Czynności, które wykonywaliśmy od momentu napisania równania reakcji przy użyciu symboli i wzorów do uzyskania jego prawidłowego zapisu, nazywa się uzgadnianiem (lub bilansowaniem) równania reakcji.

R158wW0572J021
Nagranie rozpoczyna się od planszy z napisem wodór + tlen daje wodę. W planszy tej przed słowem woda obecna jest skierowana w prawo strzałka, jak w zapisach reakcji chemicznych. Nazwy związków stopniowo zastępowane są swoimi symbolami, czyli H2, O2 i H2O. Strony lewa i prawa równania zostają wyróżnione kolorami zielonym i turkusowym. Następuje podliczanie atomów, czemu towarzyszy chwilowa zamiana danych fragmentów wzoru z postaci sumarycznej na strukturalną, z kreskami. Pod wzorem pojawia się postać opisowa. W przypadku wodoru wszystko się zgadza. Komunikat po obu stronach równania głosi Liczba atomów wodoru jest równa 2. W przypadku tlenu po lewej stronie równania są dwa atomy, a po prawej tylko jeden. Nad równaniem pojawia się brakujący atom tlenu, do którego stopniowo dopisywane jest drugi wzór cząsteczki wody. Wzory łączą się ze sobą, dając napis 2H2O. Na krótką chwilę plansza ulega wygaszeniu, a na ekranie pojawia się wzór H2O2, który zostaje przekreślony. Nie można go wykorzystać w tej reakcji, ponieważ jest to zupełnie inny związek, powstający w inny sposób. Następuje powrót do wcześniejszej planszy. Teraz podsumowanie tekstowe pod zapisem reakcji zwraca uwagę na to, że po prawej stronie są cztery atomy wodoru. Dlatego z lewej strony równania przed symbolem cząsteczki wodoru również pojawia się liczba 2 i w ten sposób całe równanie zostaje uzgodnione. U dołu ekranu pojawia się podsumowanie: Równanie zbilansowane prawidłowo.
Ciekawostka

Już w XVIII wieku chemicy zapisywali równania reakcji chemicznych. Ta notacja znacznie różniła się od współczesnej. Na przykład reakcję metalu (żelaza) z kwasem azotowym (współczesna nazwa: kwas azotowy(V)) opisywano następująco:

R1MzwCn8fRXXh1
Źródło: Dariusz Adryan, licencja: CC BY 3.0.
iZrYkwtA6R_d5e376

2. Jak nazywamy reakcję, w wyniku której substancje łączą się ze sobą, tworząc jeden związek chemiczny?

Przyjrzyj się poniższym równaniom reakcji:

wodór + tlen → woda
2H2 + O2 → 2H2O
węgiel + tlen → tlenek węgla(IV)
C + O2 → CO2
wodór + chlor → chlorowodór
H2 + Cl2 → 2HCl

Zauważ, że w wyniku tych przemian z dwóch substratów otrzymuje się jeden produkt. Można je opisać poniższym równaniem:

substrat1 + substrat2 → produkt

O takich przemianach mówi się, że są to reakcje syntezyreakcja syntezy (reakcja łączenia)reakcje syntezy lub inaczej reakcje łączeniareakcja syntezy (reakcja łączenia)reakcje łączenia.

Reakcja magnezu z jodem1
Doświadczenie 1

Doświadczenie należy wykonać pod wyciągiem.

Problem badawczy

Co dzieje się podczas reakcji jodu z magnezem? Czy jest to reakcja łączenia?

Hipoteza

Jod łączy się z magnezem, jest to reakcja łączenia.

Co będzie potrzebne
  • magnez w postaci wiórów,

  • jod krystaliczny,

  • woda,

  • parowniczka porcelanowa,

  • łyżeczki,

  • zakraplacz lub pipeta Pasteura.

Instrukcja
  1. W parowniczce umieść niewielką ilość wiórków magnezowych oraz kilka kryształków rozdrobnionego jodu.

  2. Do mieszaniny jodu z magnezem dodaj kilka kropli wody.

Podsumowanie

Po dodaniu wody reakcja przebiega gwałtownie. Wydzielają się pary o fioletowej barwie.
W wyniku reakcji magnezu z jodem powstaje jodek magnezu:

magnez + jod → jodek magnezu
Mg + I2 → MgI2

Reakcja ta przebiega z wydzieleniem ciepła. Jest ono wystarczające do tego, aby jod znajdujący się w mieszaninie reakcyjnej częściowo uległ sublimacji (fioletowy gaz).
Reakcja otrzymywania jodku magnezu z magnezu i jodu jest reakcją syntezy.

R5KwScn02wZkE1
Film rozpoczyna się ujęciem fragmentu stołu laboratoryjnego, na którym stoją porcelanowa parowniczka z wiórkami magnezowymi, zlewka z wodą, pipeta, łyżeczka laboratoryjna i szkiełko z kryształami jodu. Widoczna jest też dłoń demonstratora w rękawiczce ochronnej, która łyżeczką odmierza porcję jodu i wsypuje ją do parowniczki. Mieszanina ta zakraplana jest wodą z pipety, co inicjuje reakcję. Kolejne ujęcie przedstawia wnętrze parowniczki z bliska. Zawartość kipi i wydziela fioletowy dym. Zmiana ujęcia na prezentujące parowniczkę z boku, pojawia się podpis MgI2, Jodek magnezu. Następnie na parowniczce pojawia się napis Ciepło i strzałki z dna parowniczki na zewnątrz symbolizujące emisję ciepła podczas reakcji. Z kolei obszar w którym pojawia się fioletowy dym zostaje oznaczony tekstem Gazowy jod. Obraz z kamery ulega rozmyciu, a na ekranie pojawia się równanie reakcji: magnez plus jod daje w efekcie jodek magnezu. Pojawia się podpis Reakcja syntezy, czyli łączenia.
Przykłady reakcji syntezy

Lp.

Równania reakcji syntezy

zapis słowny

zapis z użyciem symboli i wzorów

1.

siarka + żelazo → siarczek żelaza(II)
Fe + S → FeS

2.

sód + chlor → chlorek sodu
2Na + Cl2 → 2NaCl

3.

magnez + tlen → tlenek magnezu
2Mg + O2 → 2MgO

4.

glin + tlen → tlenek glinu
4Al + 3O2 → 2Al2O3

5.

siarka + tlen → tlenek siarki(IV)
S + O2 → SO2

6.

tlenek siarki(IV) + woda → kwas siarkowy(IV)
SO2 + H2O → H2SO3
Ciekawostka

Synteza jądrowa
Podczas omawianej reakcji syntezy z dwóch lub większej liczby substratów powstaje jeden produkt. Jądra atomów pierwiastków, które tworzą substraty, a następnie – produkt, nie ulegają zmianie.
Istnieje jednak typ reakcji nazywany są syntezą jądrową. Przemiana ta polega na łączeniu się jąder lekkich pierwiastków w jądra cięższych pierwiastków. Taka przemiana zachodzi na przykład na Słońcu. Podczas niej z dwóch jąder atomów wodoru powstaje jądro atomu helu i wydziela się ogromna ilość energii. Reakcję syntezy helu opisuje równanie uwzględniające budowę jąder poszczególnych reagentów:

H12 + 12→ He 24+ energia
R1MQGcIs28AfJ1
Na Słońcu zachodzi synteza jądrowa
iZrYkwtA6R_d5e584

3. Jak nazywamy reakcję chemiczną, w wyniku której z jednej substancji powstaje kilka produktów?

W odpowiednich warunkach woda ulega reakcji, w wyniku której powstają pierwiastki, z jakich się składa. Przebieg tej reakcji opisuje równanie:

woda → tlen + wodór

Zauważmy, że w omawianej reakcji z jednej substancji (wody) powstają dwie inne (tlen i wodór).
Przemiana chemiczna, podczas której z jednego substratu powstają co najmniej dwa produkty, nazywana jest reakcją rozkładureakcja analizy (reakcja rozkładu)reakcją rozkładu lub reakcją analizyreakcja analizy (reakcja rozkładu)reakcją analizy. Można ją opisać za pomocą schematu:

substrat → produkt1 + produkt2 + …

Omówiona przemiana wody w wodór i tlen należy do tego typu reakcji.

R9H0HPGxz6ZRS1
Film prezentujący rozkład tlenku rtęci (II). Na ekranie widoczny jest zestaw aparatury. Następuje zbliżenie na probówkę z tlenkiem rtęci(II). Wyraźnie widać jego czerwonopomarańczową barwę. Widok na zestaw w czasie pracy – płomień palnika ogrzewa probówkę z tlenkiem, w probówce wypełnionej wodą zbiera się gaz (tlen). Na ekranie pojawia się słowo: OBSERWACJE. Zbliżenie na probówkę z tlenkiem rtęci(II) – widać na ściankach probówki szaroczarny osad w postaci pierścienia. Sam osad tlenku też zrobił się czarny. Znika słowo: OBSERWACJE. Widok na pracujący zestaw, pod spodem pojawia się nazwa: reakcja chemiczna. Ponownie pojawia się słowo: OBSERWACJE. Widok na probówkę z gazem, zamkniętą korkiem, stojącą w statywie – ręka zbliża do niej żarzące się łuczywko, wyjmuje korek z probówki, wkłada je powoli do środka. Łuczywko rozpala się i pali się jasnym płomieniem nawet wewnątrz probówki. Na ekranie pojawia się słowo: WNIOSKI i przy probówce, w której prowadzono badanie palności pojawia się słowo: tlen. Widok na mieszaninę poreakcyjną z szarym pierścieniem osadu. Przy nim pojawia się słowo: rtęć. Na ekranie widać równanie reakcji.

Reakcje analizy zachodzą w naszym otoczeniu. Są one również wykorzystywane w przemyśle do otrzymywania użytecznych pierwiastków i związków chemicznych.

R1611hRJGNJhq1
Woda utleniona, używana do odkażania ran, z biegiem czasu powoli rozpada się na wodę i tlen (woda utleniona → woda + tlen), dlatego jako środek apteczny ma określony termin użycia
RRrsQsEFG5gDa1
W zakładach wapienniczych z minerału o nazwie węglan wapnia otrzymuje się tlenek wapnia (tzw. wapno palone) – materiał do produkcji zapraw murarskich

Proces otrzymywania tlenku wapnia w wyniku rozkładu węglanu wapnia przebiega w wysokiej temperaturze. Można go opisać następującymi równaniami reakcji:

węglan wapnia  temperatura  tlenek wapnia + tlenek węgla(IV)
CaCO3  temperatura   CaO + CO2
Ważne!

W równaniach reakcji chemicznych czasami zaznacza się warunki, w jakich teakcje te przebiegają. Jeśli reakcja wymaga ogrzewania, to nad strzałką zapisujemy słowo „temperatura” albo podajemy jej konkretną wartość.

R9AK3BoCtrn0I1
W hutach aluminium glin otrzymuje się w reakcji rozkładu tlenku glinu pod wpływem prądu elektrycznego

Przebieg reakcji rozkładu tlenku glinu (przeprowadzanej w hutach aluminium w celu otrzymywania glinu) jest następujący:

tlenek glinu*→ glin + tlen
2Al2O3 → 4Al + 3O2
Zapamiętaj!

*Z uwagi na to, że wartościowość glinu we wszystkich związkach jest równa trzy, w nazwach tych związków nie podaje się jego wartościowości.

Przykłady reakcji analizy (rozkładu)

Lp.

Równania reakcji analizy

zapis słowny

zapis z użyciem symboli i wzorów

1.

tlenek azotu(IV) → tlenek azotu(II) + tlen
2NO2 → 2NO + O2

2.

tlenek rtęci(II) → rtęć + tlen
2HgO  2Hg + O2

3.

tlenek chromu(VI) → tlenek chromu(III) + tlen
4CrO3 → 2Cr2O3 3O2

4.

woda → tlen + wodór
2H2O → 2H2 + O2
Polecenie 2

Zastanów się i odpowiedz, czy równanie:

glukoza + tlen → tlenek węgla(IV) + woda

przedstawia reakcję rozkładu.

Czy każda reakcja, w wyniku której powstają dwa produkty, jest reakcją rozkładu?

iZrYkwtA6R_d5e755

Podsumowanie

  • Równania reakcji chemicznych zapisuje się przy użyciu symboli i wzorów chemicznych. Liczby atomów poszczególnych pierwiastków chemicznych po obu stronach równania muszą być identyczne.

  • Uzupełnianie równania reakcji o współczynniki stechiometryczne nazywa się uzgadnianiem (bilansowaniem) równania reakcji chemicznej.

  • Reakcja syntezy (łączenia) to rodzaj reakcji chemicznej, w wyniku której z dwóch lub większej liczby substratów powstaje tylko jeden produkt.

  • Reakcja analizy (rozkładu) to rodzaj reakcji chemicznej, w wyniku której z jednego substratu powstają co najmniej dwa produkty.

Praca domowa
Polecenie 3.1

Korzystając z dostępnych materiałów, przedstaw za pomocą modeli równanie dowolnej reakcji syntezy i analizy.

iZrYkwtA6R_d5e810

Słowniczek

reakcja syntezy (reakcja łączenia)
reakcja syntezy (reakcja łączenia)

przemiana chemiczna polegająca na łączeniu się dwóch lub większej liczby substratów w jeden produkt

reakcja analizy (reakcja rozkładu)
reakcja analizy (reakcja rozkładu)

przemiana chemiczna polegająca na rozkładzie jednego substratu (związku chemicznego) na co najmniej dwa produkty (pierwiastki bądź związki chemiczne)

iZrYkwtA6R_d5e868

Zadania

Ćwiczenie 1
Rf1M9L2o1PZdq1
zadanie interaktywne
Źródło: Agnieszka Kamińska-Ostęp, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
R1c96EcV5p37l1
zadanie interaktywne
Źródło: Agnieszka Kamińska-Ostęp, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
RuVqZ3dIjFTHN1
zadanie interaktywne
Źródło: Agnieszka Kamińska-Ostęp, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 4
R1DHlGbz1TbQM1
zadanie interaktywne
Źródło: Agnieszka Kamińska-Ostęp, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 5
R10C3TEwZim461
zadanie interaktywne
Źródło: Agnieszka Kamińska-Ostęp, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 6
R1cSKgFYVuLX01
zadanie interaktywne
Źródło: Agnieszka Kamińska-Ostęp, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.