BALANSERING AV KEMISKA EJÄMNINGAR Materiens bevarandeprincip säger att ”materia varken kan skapas eller förstöras, den ändrar bara form”. Om detta är fallet måste vi redogöra för alla atomer i en kemisk reaktion. Vi kan inte ändra hur föreningar sätts samman, men vi kan justera antalet föreningar som bildas. Till exempel: Magnesium reagerar med syre och bildar magnesiumoxid. Eftersom syre är en tvåatomig molekyl kan vi bara få fram dem i grupper om två atomer. Vi vet att formeln för magnesiumoxid är MgO(s). Reaktionen som vi känner till hittills är: Mg(s) + O2 (g) —> MgO (s) Vad händer med det andra syret? Det måste redovisas! När syremolekylerna bryts isär för att reagera med magnesiumatomen är det ensamma syret fritt att binda till ett annat magnesium. Med andra ord har vi nu använt två magnesiumatomer och skapat två enheter magnesiumoxid. Vi visar detta genom att placera siffror framför molekylen. 2 Mg(s) + O2 (g) —> 2 MgO (s) Detta är en balanserad ekvation. Den kan läsas på följande sätt: Två magnesiumatomer reagerar med en syremolekyl för att bilda två enheter magnesiumoxid.
Målet är att se till att samma antal atomer förekommer på varje sida av ekvationen! Titta på arbetsbladet på sidan 1. Räkna atomerna för att se om ekvationerna är balanserade. För att balansera en ekvation kan du börja med vilken atom som helst, men det kan vara bra att börja med den atom som förekommer i högre antal. Exempel: Svavel reagerar med litium och bildar litiumsulfid. S8 (s) + Li (s) —> Li2S (s) Börja med svavelatomerna. 8 på reaktantsidan innebär att vi behöver 8 på produktsidan. Vi måste placera en 8 framför Li2S(s). Detta ändrar antalet litiumatomer så att vi nu har 16 på produktsidan. Vi måste då ha 16 på reaktorsidan. Ekvationen blir: S 8 (s) + 16 Li (s) —> 8 Li2S (s) Prova dessa. 1. Natrium reagerar med klorgas för att bilda natriumklorid. ___Na(s) + ___ Cl2 (g) —> ___ NaCl(s) Balanserad ekvation: 2 Na (s) + Cl2 (g) —> 2 NaCl (s)
2. Barium reagerar med fosfor för att producera bariumfosfid. ___Ba (s) + ___ P4 (s) —> ___ Ba3P2 (s) Balanserad ekvation: 6 Ba (s) + P4 (s) —> 2 Ba3P2 (s)
Bildningsreaktioner eller enkla sammansättningsreaktioner Bildningsreaktioner är reaktioner där två grundämnen kombineras för att bilda en förening. grundämne + grundämne = förening Ordekvation:
natrium + klor ———> natriumklorid
Skelettekvation: Na(s) + Cl(g) ———> NaCl(s)
Sönderdelningsreaktioner Sönderdelningsreaktioner är motsatsen till bildningsreaktioner. förening AB —> grundämne A + grundämne B ex. __C6H12O 6 (s) —> _ C (s) + _ H2 (g) + _ O2 (g)
Enstaka ersättningsreaktioner Hittills har vi behandlat bildnings- och nedbrytningsreaktioner. Element reagerar för att bilda föreningar eller föreningar reagerar för att bilda element. Mycket få reaktioner är av denna typ. Reaktioner som involverar ett grundämne och en förening kan vara mycket mer intressanta. Dessa reaktioner kallas singelersättningsreaktioner eftersom ett av grundämnena i föreningen ersätts av ett annat grundämne. Exempel: Koppar reagerar med silvernitratlösning för att bilda en lösning av silver- och kopparnitrat (II). Cu(s) + AgNO3 (aq) —> Ag (s) + Cu(NO3)2 (aq) Du kan balansera dessa ekvationer på samma sätt som du gjorde med bildningsreaktionerna, dvs. räkna antalet atomer av varje typ på varje sida av ekvationen. Det är dock lättare att behandla nitratjonen som en enda atom. Detta innebär att du räknar Ag, Cu och NO3ʼs. Den balanserade ekvationen är således: Cu (s)+2 AgNO3 (aq) —> 2 Ag (s) +Cu(NO3)2 (aq) Exempel: 1. Kalciummetall reagerar med natriumkarbonatlösning natriummetall.
för att producera fast kalciumkarbonat och
2. Kvävegas reagerar med ammoniumfosfidlösning för att producera en lösning av ammoniumnitrid och fast fosfor.
Dubbla ersättningsreaktioner Dessa reaktioner liknar enkla ersättningsreaktioner. Den enda skillnaden är att både metallen och icke-metallen ersätts i denna reaktion mellan två föreningar. Exempel: Magnesiumhydroxidtabletter används för att neutralisera magsyra (HCl). Detta ger upphov till vatten och magnesiumkloridlösning. _Mg(OH)2 (s) +_HCl (aq)—>_HOH (l) + _MgCl2 (aq) Mg(OH)2 har 2 OH-joner medan HOH endast har 1 OH-jon. Vi måste ha 2 OH på varje sida så vi sätter en 2 framför HOH för att balansera OHʼs. Detta ändrar H-jonerna i HOH till 2. Vi behöver 2 Hʼs på vänster sida också. Sätt en tvåa framför HCl. Detta ger oss 2 Cl och MgCl2 har 2 så det balanserar. Mgʼs är också balanserade så vi är klara.
Exempel: Natriumarsenidlösning blandas med kalciumkloridlösning för att producera en lösning av natriumklorid och ett fast kalciumarsenid. _Na3As (aq)+_CaCl2 (aq)–>_NaCl (aq) +_Ca3As2 (s) Du kan börja med vilket grundämne eller komplexjon som helst, men det kan vara lättare att börja med det största antalet. I det här exemplet kan vi börja med kalcium eller natrium eftersom båda har 3 på ena sidan av ekvationen. Vi börjar med natrium eftersom det är först. Na3As (aq) har 3 Na. Vi måste därför ha 3 på andra sidan av ekvationen, så vi sätter en 3 framför NaCl (kom ihåg att vi inte kan ändra den kemiska formeln, bara antalet formelenheter). Det betyder att vi måste ha 3 kloridjoner på andra sidan av ekvationen. Eftersom kloridjoner endast finns i grupper om 2 i CaCl2 måste vi hitta ett sätt att få lika många kloridjoner på vardera sidan. Vi behöver något som 2 och 3 båda kan passa in i. Det minsta tal som uppfyller detta är 6. Sätt en 3 framför CaCl2 för att få 6 Cl-joner. Det betyder att vi måste sätta en 6 framför NaCl. Detta ändrar antalet Naʼs till 6. För att balansera den vänstra sidan måste vi sätta en 2 framför Na3As. Vi har nu 6 Na på varje sida och 6 Cl. Kontrollera de återstående jonerna. ”Annan” reaktionstyp När du har en polyatomär jon som bryts sönder, eller när du har fler produkter än reaktanter i en reaktion klassificeras den som ”annan”. Med ”andra” reaktionstyper gör väteatomer näst sist och sedan syre sist. Varför? Väte- och syreatomerna tenderar att balansera sig själva när de andra atomerna är i balans. Exempel. __Al (s) + __ NH4ClO4 (s) –> __Al2O 3 (s) + __AlCl3 (s) + __NO (g) + __HOH(l)
Precipit – ett fast ämne som bildas från en lösning i en reaktion. Om en förening har en vattenfas på reaktantsidan och sedan blir fast på produktsidan är det en fällning Ex. _NH4Br (aq) + __Hg3N (aq) –>__ (NH4)3N (aq) + __HgBr (s) Identifiera utfällningen i ovanstående reaktion? Kolväteförbränningsreaktioner När kolväten som bensin, metan, propan och sackaros förbränns (förbränns) producerar de alltid energi plus koldioxidgas och vattenånga. Förbränningen är egentligen bara en snabb reaktion med syre. Ekvationerna är bara den förening som ska förbrännas plus syre för att producera koldioxid och vattenånga. När man balanserar reaktioner av den här typen är det enklast att börja med kolatomerna, sedan gå vidare till väteatomerna och avsluta med syreatomerna. Exempel: Metangas förbränns. _ CH4 (g) + _O2 (g) —>_CO2 (g) + _H2O (g) Balansera genom att börja med kolatomerna. En på varje sida så ingen förändring krävs. Det finns 4 väteatomer på vänster sida och endast 2 en på höger sida. Det behövs 2 vattenmolekyler för att få 4 väteatomer. Räkna sedan syreatomerna på höger sida. Vi har 2 i CO2 och 2 i 2H2O. Det ger 4 tillsammans. För att få 4 på andra sidan behöver vi 2 O2. CH4 (g) + 2 O2 (g) —> CO2 (g) + 2 H2O (g) Ibland är det nödvändigt att justera antalet i vår startförening. Exempel: Oktan förbränns. _ C8H18 (l) +_O2 (g) —>_CO2 (g) + _H2O (g) Börja som tidigare med kolet och gå vidare till väte. Vi har följande: _ C8H18 (l) +_O2 (g) –> 8 CO2 (g) + 9 H2O (g) Räkna syret härnäst. 16 i 8 CO2 och 9 i 9 H2O. Detta ger 25. Eftersom syre endast finns i förpackningar om 2 (O2) kan vi inte få 25! Vi behöver mer syre på vänster sida. Om vi fördubblar allting får vi 50 syrgas på den högra sidan. Det är delbart med 2. Vi får alltså: Vi får ett slutresultat: 2 C8H18 (l) + 25 O2 (g)–> 16 CO2 (g) +18 H2O (g)
Endoterma & Exoterma reaktioner Alla reaktioner innehåller energi, men för det mesta skriver vi inte in den i ekvationen. Du har sett några reaktioner där energin skrivs in i ekvationen. Ex. Fotosyntesreaktion. Solenergi+6CO2(g)+6H2O(l)–>6O2(g)+C6H12O6(s) De flesta reaktioner kräver energi för att få reaktanterna att reagera. En tillförsel av energi. När det tas in mer energi (för att starta reaktionen) än vad som avges från reaktionen kallas den endotermisk (t.ex. fotosyntesreaktion). Energi skrivs på reaktantsidan i en endoterm reaktion. När mer energi avges vid reaktionen än vad som tillförs vid reaktionen kallas det exotermisk Energi skrivs på produktsidan vid en exotermisk reaktion. *Note- för det mesta är energin i reaktionerna i form av värme, men inte alltid.
Bevis för kemiska reaktioner Det finns fyra saker som bevisar att en kemisk reaktion har ägt rum: 1. Temperaturförändring 2. Färgförändring 3. Gas avges 4. Utfällning bildas En kemisk reaktion kan ha mer än en.
Mole Mole Mole är en enhet som representerar ett visst antal saker. Ungefär samma sak som ett dussin eller ett brutto, men i stället för att vara 12 eller 144 saker är en mol 6,02 x 1023 saker. Det kallas ibland Avogadros tal och definieras som antalet atomer i exakt 12 gram kol-12. Användning av mol Alla atommassor jämförs med kol-12. Atommassetalet som anges i ditt periodiska system är angivet till närmaste hundradel av ett gram. Exempel: En mol kloratomer har en massa på 35,45 g/mol. Observera: symbolen för mol är mol. Detta är inte en förkortning. Hitta: Oftast är vi intresserade av en mol av molekyler. Det är 6,02 x 1023 molekyler som till exempel vatten, HOH. En vattenmolekyl innehåller 2 väteatomer och en syreatom. Det betyder att en mol vattenmolekyler innehåller 2 mol väteatomer och en mol syreatomer. Massan av en mol vatten är därför summan av 2 mol väteatomer och en mol syreatomer. 2 H = 2 mol x 1,01g/mol = 2,02 g/mol 1 O= 1 mol x 16,00 g/mol = 16,00 g/mol 1 HOH
= 18,02 g/mol
Exempel: Beräkna molarmassan för vätesulfatgas. Formeln är H2S O4 (g) 2 H = 2 mol x 1,01 g/mol = 2,02 g/mol 1 S = 1 mol x 32,06 g/mol = 32,06 g/mol 4 O = 4 mol x 16,00 g/mol = 64,00 g/mol 1 mol H2S O4 (g) = 98.08 g/mol Prova: kalciumklorid : järn(III)hydroxid : fosforpentaklorid
Omvandling av massa till mol Antalet mol (n) som finns i en given massa (m) är lika med den givna massan dividerad med den molära massan (M).
m n= M Exempel 1: Hur många mol natriumklorid finns i 100 g? Steg 1: Beräkna den molära massan av natriumklorid. M NaCl = 58,44 g/mol Steg 2:
Beräkna antalet mol.
m n= M = 100 g 58,44 g/mol = 1,71 mol Kom ihåg de signifikanta siffrorna!!!!!
Exempel 2: Hur många mol finns i 25 g aluminiumnitrat? Svar = 0,12 mol Beräkningar av mol till massa För att beräkna massan i ett givet antal mol måste vi ordna om vår formel enligt följande: m= nM Exempel: Vilken massa finns i 3,50 mol kalciumkarbonat? Steg 1: Beräkna den molära massan av kalciumkarbonat. M CaCO3 = 100,09 g/mol Steg 2: Beräkna massan. m = nM = 3,50 mol x 100,09 g/mol = 350 g Exempel 2: Beräkna massan av 0,056 mol ammoniumsulfid. Svar = 3,8 g
.