VYROVNÁVÁNÍ CHEMICKÝCH ROVNIC Zachování hmoty říká, že „hmota nemůže být vytvořena ani zničena, pouze mění formu“. Pokud je tomu tak, pak musíme počítat se všemi atomy v chemické reakci. Nemůžeme změnit způsob, jakým se sloučeniny skládají dohromady, ale můžeme upravit počet sloučenin, které vznikají. Například: Hořčík reaguje s kyslíkem za vzniku oxidu hořečnatého. Protože kyslík je dvouatomová molekula, můžeme je získat pouze ve skupinách po dvou atomech. Víme, že vzorec pro oxid hořečnatý je MgO(s). Reakce, jak ji zatím známe, je následující: Mg(s) + O2 (g) —> MgO (s) Co se stane s druhým kyslíkem? Musí být započítán! Když se molekuly kyslíku rozpadnou a reagují s atomem hořčíku, osamělý kyslík je volný a může se vázat s jiným hořčíkem. Jinými slovy, nyní jsme spotřebovali dva atomy hořčíku a vytvořili dvě jednotky oxidu hořečnatého. Ukážeme to tak, že před molekulu umístíme čísla. 2 Mg(s) + O2 (g) —> 2 MgO (s) Toto je vyvážená rovnice. Lze ji přečíst takto: Cílem je zajistit, aby se na každé straně rovnice objevil stejný počet atomů! Podívejte se na pracovní list na straně 1. Spočítejte atomy a zjistěte, zda jsou tyto rovnice vyvážené. Při vyvažování rovnice můžete začít s libovolným atomem, ale může být užitečné začít s tím, který je přítomen ve větším počtu. Příklad: Síra reaguje s lithiem za vzniku sulfidu lithného. S8 (s) + Li (s) —> Li2S (s) Začněte s atomy síry. 8 na straně reaktantu znamená, že potřebujeme 8 na straně produktu. Před Li2S(s) musíme umístit osmičku. Tím se změní počet atomů lithia, takže nyní máme na straně produktu 16. Na straně reaktantu pak musíme mít 16. Rovnice se mění na: S 8 (s) + 16 Li (s) —> 8 Li2S (s) Zkuste to. 1. Sodík reaguje s plynným chlorem za vzniku chloridu sodného. ___Na(s) + ___ Cl2 (g) —> ___ NaCl(s) Rovnováha: 2 Na (s) + Cl2 (g) —> 2 NaCl (s)
2. Baryum reaguje s fosforem za vzniku fosfidu barnatého. ___Ba (s) + ___ P4 (s) —> ___ Ba3P2 (s) Vyvážená rovnice: 6 Ba (s) + P4 (s) —> 2 Ba3P2 (s)
Tvorné reakce nebo reakce jednoduchého složení Tvorné reakce jsou reakce, při nichž se dva prvky spojují za vzniku sloučeniny. prvek + prvek = sloučenina Slovní rovnice:
sodík + chlor ———> chlorid sodný
Složená rovnice: Na(s) + Cl(g) ———> NaCl(s)
Rekce rozkladuRekce rozkladu jsou opačné reakce než reakce vzniku. sloučenina AB —> prvek A + prvek B př. __C6H12O 6 (s) —> _ C (s) + _ H2 (g) + _ O2 (g)
Reakce jednoduchého nahrazení Dosud jsme se zabývali reakcemi vzniku a rozkladu. Prvky reagují za vzniku sloučenin nebo sloučeniny reagují za vzniku prvků. Jen velmi málo reakcí je tohoto typu. Reakce, které zahrnují prvek a sloučeninu, mohou být mnohem zajímavější. Tyto reakce se nazývají reakce jednoduché výměny, protože jeden z prvků ve sloučenině je nahrazen jiným prvkem. Příklad: Měď reaguje s roztokem dusičnanu stříbrného na roztok dusičnanu stříbrného a měďnatého (II). Cu(s) + AgNO3 (aq) —> Ag (s) + Cu(NO3)2 (aq) Tyto rovnice můžete vyvážit stejným způsobem, jakým jste prováděli reakce vzniku, tj. spočítejte počet atomů každého typu na každé straně rovnice. Je však jednodušší považovat dusičnanový ion za jediný atom. To znamená, že počítáte Ag, Cu a NO3ʼ. Vyvážená rovnice je tedy následující: Cu (s)+2 AgNO3 (aq) —> 2 Ag (s) +Cu(NO3)2 (aq) Příklady: 1. Kovový vápník reaguje s roztokem uhličitanu sodného kov.
za vzniku pevného uhličitanu vápenatého a
2. Plynný dusík reaguje s roztokem fofidu amonného za vzniku roztoku nitridu amonného a pevného fosforu.
Reakce dvojí výměny Tyto reakce jsou podobné reakcím jednoduché výměny. Jediným rozdílem je, že v této reakci mezi dvěma sloučeninami dojde k výměně kovu i nekovu. Příklad: K neutralizaci žaludeční kyseliny (HCl) se používají tablety hydroxidu hořečnatého. Vzniká voda a roztok chloridu hořečnatého. _Mg(OH)2 (s) +_HCl (aq)—>_HOH (l) + _MgCl2 (aq) Mg(OH)2 má 2 ionty OH, zatímco HOH má pouze 1 ion OH. Na každé straně musíme mít 2 OH, takže před HOH dáme 2, abychom vyrovnali OHʼs. Tím se změní počet iontů H v HOH na 2. Na levé straně potřebujeme také 2 Hʼs. Dejte dvojku před HCl. Tím získáme 2 Cl a MgCl2 má 2, takže se vyrovná. Mgʼs jsou také vyvážené, takže máme hotovo.
Příklad: Roztok arsenidu sodného smícháme s roztokem chloridu vápenatého a získáme roztok chloridu sodného a pevnou látku arsenid vápenatý. _Na3As (aq)+_CaCl2 (aq)–>_NaCl (aq) +_Ca3As2 (s) Můžete začít s libovolným prvkem nebo komplexním iontem, nicméně může být jednodušší začít s největším počtem. V tomto příkladu můžeme začít vápníkem nebo sodíkem, protože oba mají na jedné straně rovnice číslo 3. Začněme sodíkem, protože je na prvním místě. Na3As (aq) má 3 Na. Musíme tedy mít 3 i na druhé straně rovnice, takže před NaCl vložíme 3 (nezapomeňte, že nemůžeme měnit chemický vzorec, pouze počet jednotek vzorce) Tím se změní i počet chloridových iontů na 3. To znamená, že na druhé straně rovnice budeme muset mít 3 chloridové ionty. Protože chloridové ionty jsou v CaCl2 přítomny pouze ve skupinách po 2, musíme najít způsob, jak dosáhnout toho, aby chloridové ionty byly na každé straně stejné. Potřebujeme něco, do čeho se 2 i 3 vejdou. Nejmenší číslo, které to splňuje, je 6. Před CaCl2 dosadíme 3, abychom dostali 6 iontů Cl. To znamená, že před NaCl musíme dát 6. Tím se počet Naʼs změní na 6. Abychom vyrovnali levou stranu, musíme před Na3As položit 2. Nyní máme na každé straně 6 Na a 6 Cl. Zkontrolujte zbývající ionty. „Jiný“ typ reakce Když se vám rozpadne víceatomový iont nebo když máte v reakci více produktů než reaktantů, klasifikuje se jako „jiný“. U „jiných“ typů reakcí dělají atomy vodíku předposlední a pak poslední kyslík. Proč? Atomy vodíku a kyslíku mají tendenci se vyrovnávat, když jsou ostatní atomy vyvážené. Např. __Al (s) + __ NH4ClO4 (s) –> __Al2O 3 (s) + __AlCl3 (s) + __NO (g) + __HOH(l)
Precipitát – pevná látka vzniklá z roztoku při reakci. Pokud má sloučenina na straně reaktantu vodnou fázi a poté se na straně produktu stane pevnou látkou, jedná se o precipitát. _NH4Br (aq) + __Hg3N (aq) –>__ (NH4)3N (aq) + __HgBr (s) Určete sraženinu ve výše uvedené reakci? Spalovací reakce uhlovodíků Při spalování (hoření) uhlovodíků, jako je benzín, metan, propan a sacharóza, vždy vzniká energie a plynný oxid uhličitý a vodní pára. Akt hoření je vlastně jen rychlou reakcí s kyslíkem. Rovnice tvoří pouze spalovaná sloučenina plus kyslík za vzniku plynného oxidu uhličitého a vodní páry. Při bilancování reakcí tohoto typu je nejjednodušší začít s atomy uhlíku, pak přejít na atomy vodíku a skončit s atomy kyslíku. Příklad: Spaluje se metan. _ CH4 (g) + _O2 (g) —>_CO2 (g) + _H2O (g) Vyvážení začněte od atomů uhlíku. Na každé straně jeden, takže není nutná žádná změna. Na levé straně jsou 4 atomy vodíku a na pravé straně pouze 2 atomy. Potřebujeme 2 molekuly vody, abychom získali 4 atomy vodíku. Dále spočítejte atomy kyslíku na pravé straně. Máme 2 v CO2 a 2 v 2H2O. To jsou dohromady 4. Abychom získali 4 na druhé straně, potřebujeme 2 molekuly O2. CH4 (g) + 2 O2 (g) —> CO2 (g) + 2 H2O (g) Někdy je nutné upravit počet naší výchozí sloučeniny. Příklad: Příklad: Spaluje se oktan. _ C8H18 (l) +_O2 (g) —>_CO2 (g) + _H2O (g) Začněte jako dříve s uhlíkem a přejděte k vodíku. Máme následující: _ C8H18 (l) +_O2 (g) –> 8 CO2 (g) + 9 H2O (g) Dále počítáme kyslík. 16 v 8 CO2 a 9 v 9 H2O. To dělá 25. Protože kyslík se dodává pouze v balení po 2 (O2), nemůžeme získat 25! Potřebujeme více kyslíku na levé straně. Pokud vše zdvojnásobíme, budeme mít na pravé straně 50 kyslíku. To je dělitelné 2. Nakonec dostaneme: 2 C8H18 (l) + 25 O2 (g)–> 16 CO2 (g) +18 H2O (g)
Endotermické &Exotermické reakce Všechny reakce mají v sobě energii, ale většinou ji do rovnice nepíšeme. Viděli jste některé reakce, u kterých je energie v rovnici zapsána. Např. Reakce fotosyntézy. Sluneční energie+6CO2(g)+6H2O(l)–>6O2(g)+C6H12O6(s) Většina reakcí vyžaduje energii, aby reagující látky reagovaly. Vstup energie. Pokud je přijato více energie (na zahájení reakce), než kolik se z reakce uvolní, nazývá se endotermická (tj. reakce fotosyntézy). Při endotermické reakci je energie zapsána na straně reaktantů. Když se při reakci odevzdá více energie, než kolik se do reakce vloží, nazývá se exotermická Energie se při exotermických reakcích zapisuje na stranu produktu. *Poznámka – většinou je energie v reakcích ve formě tepla, ale ne vždy.
Důkazy pro chemické reakce Existují čtyři věci, které dokazují, že došlo k chemické reakci: 1. Změna teploty 2. Změna barvy 3. Uvolněný plyn 4. Vytvoření sraženiny Chemická reakce může mít více než jeden průběh.
Mol je jednotka představující určitý počet věcí. Je to téměř totéž jako tucet nebo brutto, ale místo 12 nebo 144 věcí je mol 6,02 x 1023 věcí. Někdy se označuje jako Avogadrovo číslo a je definováno jako počet atomů v přesně 12 gramech uhlíku-12. Použití molekuly Všechny atomové hmotnosti se porovnávají s hmotností uhlíku-12. Atomové hmotnostní číslo uvedené v periodické tabulce se udává s přesností na setiny gramu. Příklad: Jeden mol atomů chloru má hmotnost 35,45 g/mol. Poznámka: symbol pro mol je mol. Nejedná se o zkratku. Najděte:
Molární hmotnost molekul Nejčastěji nás zajímá mol molekul. To je 6,02 x 1023 molekul, například vody, HOH. Jedna molekula vody obsahuje 2 atomy vodíku a jeden atom kyslíku. To znamená, že jeden mol molekul vody obsahuje 2 moly atomů vodíku a jeden mol atomů kyslíku. Hmotnost jednoho molu vody je tedy součtem 2 molů atomů vodíku a jednoho molu atomů kyslíku. 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
Příklad: Vypočítejte molární hmotnost plynného sírovodíku. Vzorec je H2S O4 (g) 2 H = 2 mol x 1,01g/mol = 2,02 g/mol 1 S = 1 mol x 32,06g/mol = 32,06 g/mol 4 O = 4 mol x 16,00 g/mol = 64,00 g/mol 1 mol H2S O4 (g) = 98. Vzorec je H2S O4 (g).08 g/mol Zkuste: chlorid vápenatý : hydroxid železitý (III) : pentachlorid fosforitý
Převod hmotnosti na moly Počet molů (n) přítomných v dané hmotnosti (m) se rovná podílu dané hmotnosti a molární hmotnosti (M).
m n= M Příklad 1: Kolik molů chloridu sodného je přítomno ve 100 g? Krok 1: Vypočítejte molární hmotnost chloridu sodného. M NaCl = 58,44 g/mol Krok 2:
Vypočítejte počet molů.
m n= M = 100 g 58,44 g/mol = 1,71 mol Zapamatujte si významné číslice!!!!!
Příklad 2: Kolik molů je přítomno v 25 g dusičnanu hlinitého? Odpověď = 0,12 mol Výpočty z molů na hmotnost Pro výpočet hmotnosti přítomné v daném počtu molů musíme náš vzorec přeskládat takto: m= nM Příklad: Jaká hmotnost je obsažena v 3,50 mol uhličitanu vápenatého? Krok 1: Vypočítejte molární hmotnost uhličitanu vápenatého. M CaCO3 = 100,09 g/mol Krok 2: Vypočítejte hmotnost. m = nM = 3,50 mol x 100,09 g/mol = 350 g Příklad 2: Vypočítejte hmotnost 0,056 mol sulfidu amonného. Odpověď = 3,8 g
