Co to jest równanie chemiczne?

Równanie chemiczne to sposób, w jaki reakcja chemiczna jest reprezentowana w formie pisemnej. Innymi słowy, składa się z reprezentacji, za pomocą pisemnych symboli, substancji chemicznych, które istnieją przed i po wystąpieniu procesu zmiany chemicznej.

W równaniu chemicznym atomy są reprezentowane przez ich symbole chemiczne, podczas gdy inne związki chemiczne, takie jak substancje homojądrowe (O ₂ , O ₃ , P ₄ itd.), jonowe związki chemiczne (chlorek sodu, bromek potasu itp.) lub kowalencyjne (woda, metan, benzen itp.), jak również poszczególne jony, są reprezentowane przez odpowiednie wzory cząsteczkowe lub empiryczne, zależnie od przypadku.

W równaniu chemicznym można zaobserwować w działaniu różne prawa rządzące stechiometrią, takie jak prawo określonych proporcji i prawo zachowania materii. Prawo określonych proporcji jest obecne w postaci wzorów cząsteczkowych i empirycznych różnych substancji chemicznych.

Z drugiej strony, współczynniki stechiometryczne, które są używane do dostosowania lub zrównoważenia równań chemicznych, dążą do tego, aby wszystkie atomy, które były przed reakcją chemiczną, nadal były obecne na końcu tej reakcji. Oznacza to, że proces dostosowywania współczynników stechiometrycznych gwarantuje, że przedstawienie reakcji nie narusza prawa zachowania materii, zapobiegając znikaniu lub pojawianiu się atomów podczas reakcji chemicznej.

Części równania chemicznego

Równania chemiczne są zapisywane w sposób analogiczny do równań matematycznych. W tym sensie, że składają się one z dwóch członów, jednego zapisanego po lewej stronie, a drugiego po prawej stronie, które są oddzielone symbolem łączącym je ze sobą. Poniższy rysunek przedstawia różne części równania chemicznego reprezentującego ogólną reakcję chemiczną, z których każda jest opisana poniżej.

reagenty

W równaniu chemicznym wszystkie substancje zapisane po lewej stronie strzałki reakcji (a dokładniej po przeciwnej stronie niż wskazuje strzałka) odpowiadają substancjom obecnym przed zajściem reakcji. Substancje te nazywane są reagentami lub reagentami, ponieważ w rzeczywistości są to substancje, które będą reagować ze sobą, aby stać się produktami.

Produkty

W przeciwieństwie do reagentów, wszystkie substancje zapisane po prawej stronie strzałki reakcji (lub bardziej formalnie po stronie, na którą wskazuje strzałka) nazywane są produktami. Dzieje się tak, ponieważ są to substancje, które pojawiają się już po wystąpieniu reakcji chemicznej.

Strzałka reakcji

Strzałka reakcji to symbol reprezentujący związek między reagentami a produktami. W rzeczywistości kierunek, w którym wskazuje, określa, które substancje odpowiadają reagentom, a które odpowiadają produktom. W większości przypadków strzałka reakcji składa się z pojedynczej strzałki skierowanej od lewej do prawej, jak ta pokazana na powyższym rysunku. Jednak te strzałki można narysować w dowolnym kierunku, więc równania chemiczne niekoniecznie muszą być reprezentowane w linii.

Oprócz powyższego istnieją również różne rodzaje strzałek, które reprezentują różne rodzaje przemian chemicznych.

• W niektórych przypadkach zamiast jednej strzałki są dwie skierowane w przeciwnych kierunkach (⇌, ⇋, ⇄ lub ⇆). Ten symbol wskazuje, że reakcja jest odwracalna lub że może zachodzić w obu kierunkach. Czasami jedna z dwóch strzałek (ta skierowana w prawo lub w lewo) jest dłuższa niż druga, co wskazuje, że równowaga jest bardziej przesunięta w jedną stronę niż w drugą.

Następujące równanie chemiczne przedstawia odwracalną reakcję kwas/zasada:

• W innych przypadkach rysowana jest pojedyncza strzała z dwoma grotami (⟷). Ten typ strzałki reakcji wskazuje klasę procesów zwaną rezonansem i jest często używany w chemii organicznej.

W wielu przypadkach szczególne warunki, w których zachodzi reakcja chemiczna, są przedstawione w równaniu chemicznym powyżej lub poniżej strzałki reakcji. Dane takie jak temperatura, ciśnienie, obecność katalizatora lub rozpuszczalnika są często przedstawiane na strzałce reakcji, jak pokazano w następującym równaniu:

współczynniki stechiometryczne

Współczynniki stechiometryczne wskazują liczbę atomów lub cząsteczek reagentów biorących udział w reakcji chemicznej, a także odpowiednią liczbę atomów lub cząsteczek, które powstają z produktów. Gdy nie ma współczynnika stechiometrycznego, przyjmuje się, że jest on wart 1, tak jak w matematyce każda zmienna w równaniu, która nie ma współczynnika, jest rozumiana jako pomnożona przez 1.

Zależności między współczynnikami stechiometrycznymi w równaniu chemicznym reprezentują związki molowe między wszystkimi związkami chemicznymi biorącymi udział w reakcji. Tę samą reakcję chemiczną można przedstawić za pomocą różnych równań chemicznych, które różnią się określonym zestawem współczynników stechiometrycznych. Jednak we wszystkich przypadkach związek między wszystkimi współczynnikami będzie zawsze taki sam dla wszystkich równań chemicznych reprezentujących tę samą reakcję.

Ponieważ mówienie o połowie atomu lub jednej trzeciej cząsteczki nie ma sensu, często przyjmuje się, że współczynniki stechiometryczne są liczbami całkowitymi. Jednak z różnych powodów czasami preferowane jest stosowanie współczynników ułamkowych.

stany skupienia

Równania chemiczne często zawierają również informacje o stanie agregacji, stężeniu lub inne interesujące dane dotyczące każdego związku chemicznego w nawiasach i jako indeks dolny obok odpowiedniego wzoru cząsteczkowego lub empirycznego.

Najczęstsze przykłady to:

• (s) wskazuje, że substancja jest w stanie stałym.
• (l) wskazuje, że substancja jest w stanie ciekłym.
• (g) wskazuje, że substancja jest w stanie gazowym.
• (ac.) to skrót od water i wskazuje, że substancja jest rozpuszczona w wodzie.
• (alk.) wskazuje, że substancja jest rozpuszczona w alkoholu.

Interpretacja równań chemicznych

Ogólne równanie chemiczne, takie jak to przedstawione na początku tego artykułu, jest interpretowane jako „a atomy/cząsteczki/jony/mole A reagują z b atomami/cząsteczkami/jonami/molami B, tworząc c atomy/cząsteczki/jony/mole atomów/cząsteczek/jonów/moli C i d”.

W następnym rozdziale przedstawiono konkretne przykłady równań chemicznych wraz z ich interpretacją.

Przykłady równań chemicznych

Równanie reakcji spalania

To równanie brzmi: „2 cząsteczki gazowego butanu (C ₄ H ₁₀ ) reagują z 13 cząsteczkami gazowego tlenu, tworząc 8 cząsteczek gazowego dwutlenku węgla i 10 cząsteczek wody ” .

Równanie reakcji wytrącania

To równanie przedstawia reakcję wytrącania, którą można przeczytać: „2 mole wodnych jonów srebra reagują z 1 molem wodnych jonów siarczkowych, tworząc 1 mol stałego siarczku srebra”.

Równanie reakcji kombinowanej

Jest to reakcja utleniania metalicznego tytanu w celu wytworzenia tlenku tytanu. To równanie brzmi: „1 atom stałego tytanu łączy się z jedną cząsteczką gazowego tlenu, tworząc jedną cząsteczkę tlenku tytanu lub dwutlenku tytanu”.

Bibliografia

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS i Herranz, ZR (2020). Chemia ( ^wyd . 10). Nowy Jork, NY: MCGRAW-HILL.

Zapisywanie i bilansowanie równań chemicznych. (2020, 30 października). Pobrane z https://espanol.libretexts.org/@go/page/1818

MASTER CHEMII ORGANICZNEJ (12.02.2020). Wyjaśnienie 8 rodzajów strzałek w chemii organicznej . Pobrane z  https://www.masterorganicchemistry.com/2011/02/09/the-8-types-of-arrows-in-organic-chemistry-explained/

Raviolo, Andres i Lerzo, Gabriela. (2016). Nauczanie stechiometrii: używanie analogii i rozumienie pojęciowe . Edukacja chemiczna, 27(3), 195-204. Pobrane z  https://doi.org/10.1016/j.eq.2016.04.003