KÉMIAI EGYENSÚLYOK EGYENLÍTÉSE Az anyagmegmaradás elve szerint “az anyagot nem lehet sem létrehozni, sem megsemmisíteni, csak megváltoztatja a formáját”. Ha ez így van, akkor egy kémiai reakcióban az összes atomot el kell számolnunk. A vegyületek összeállításának módját nem tudjuk megváltoztatni, de a keletkező vegyületek számát igen. Például: A magnézium oxigénnel reagálva magnézium-oxidot képez. Mivel az oxigén kétatomos molekula, csak két atomból álló csoportokban kaphatjuk őket. Tudjuk, hogy a magnézium-oxid képlete MgO(s). Az eddig ismert reakció a következő: Mg(s) + O2 (g) —> MgO (s) Mi történik a másik oxigénnel? El kell számolni vele! Amikor az oxigénmolekula széttöredezik, hogy reagáljon a magnéziumatommal, a magányos oxigén szabaddá válik, hogy egy másik magnéziummal kötődjön. Más szóval most elhasználtunk két magnéziumatomot, és két egység magnézium-oxidot hoztunk létre. Ezt úgy mutatjuk be, hogy számokat teszünk a molekula elé. 2 Mg(s) + O2 (g) —> 2 MgO (s) Ez egy egyensúlyi egyenlet. A következőképpen olvasható: Két magnéziumatom 1 molekula oxigénnel reagálva két egység magnézium-oxidot képez.
A cél az, hogy az egyenlet mindkét oldalán ugyanannyi atom jelenjen meg! Nézd meg a feladatlapot az 1. oldalon. Számold meg az atomokat, hogy lásd, egyensúlyban vannak-e ezek az egyenletek. Az egyenlet kiegyensúlyozásához bármelyik atomból kiindulhatsz, de hasznosnak találhatod, ha a nagyobb számban jelenlévő atomból indulsz ki. Példa: A kén lítiummal reagálva lítium-szulfidot képez. S8 (s) + Li (s) —> Li2S (s) Kezdjük a kénatomokkal. A 8 a reagens oldalon azt jelenti, hogy 8-ra van szükségünk a termék oldalán. A Li2S(s) elé egy 8-ast kell tennünk. Ez megváltoztatja a lítiumatomok számát, így most már 16 van a termékoldalon. Ezután a reaktáns oldalon is 16-nak kell lennie. Az egyenlet a következő lesz: S 8 (s) + 16 Li (s) —> 8 Li2S (s) Próbáld ki ezeket. 1. A nátrium klórgázzal reagálva nátrium-kloridot képez. ___Na(s) + ___ Cl2 (g) —> ___ NaCl(s) Egyensúlyi egyenlet: 2 Na (s) + Cl2 (g) —> 2 NaCl (s)
2. A bárium foszforral reagálva bárium-foszfidot képez. ___Ba (s) + ___ P4 (s) —> ___ Ba3P2 (s) Kiegyensúlyozott egyenlet: 6 Ba (s) + P4 (s) —> 2 Ba3P2 (s)
Képződési vagy egyszerű összetételi reakciók A képződési reakciók olyan reakciók, amelyekben két elem egyesülve vegyületet képez. elem + elem = vegyület Szóegyenlet:
nátrium + klór ———> nátrium-klorid
Szerkezeti egyenlet: Na(s) + Cl(g) ———> NaCl(s)
Bomlási reakciók A bomlási reakciók a képződési reakciók fordítottjai. vegyület AB —> A elem + B elem pld. __C6H12O 6 (s) —> _ C (s) + _ H2 (g) + _ O2 (g)
Egyszeri helyettesítési reakciók Eddig a képződési és bomlási reakciókkal foglalkoztunk. Elemek reagálnak, hogy vegyületeket képezzenek, vagy vegyületek reagálnak, hogy elemeket képezzenek. Nagyon kevés ilyen típusú reakció van. Sokkal érdekesebbek lehetnek azok a reakciók, amelyekben egy elem és egy vegyület vesz részt. Ezeket a reakciókat egyszeri helyettesítési reakcióknak nevezzük, mivel a vegyületben az egyik elemet egy másik elemmel helyettesítjük. Példa: A réz ezüst-nitrátoldattal reagálva ezüst- és réz(II)-nitrát-oldatot képez. Cu(s) + AgNO3 (aq) —> Ag (s) + Cu(NO3)2 (aq) Ezeket az egyenleteket ugyanúgy egyensúlyozhatod, mint a képződési reakciókat. azaz számold meg az egyes típusú atomok számát az egyenlet mindkét oldalán. Egyszerűbb azonban a nitrátiont egyetlen atomként kezelni. Ez azt jelenti, hogy megszámolod az Ag, Cu és NO3ʼs atomokat. A kiegyensúlyozott egyenlet tehát a következő: Cu (s)+2 AgNO3 (aq) —> 2 Ag (s) +Cu(NO3)2 (aq) Példák: 1. Kalciumfém reagál nátrium-karbonát oldattal nátriumfém.
szilárd kalcium-karbonátot és
2. Nitrogéngáz reagál ammónium-foszfid oldattal ammónium-nitrid oldatot és szilárd foszfort eredményez.
Kettős helyettesítési reakciók Ezek a reakciók hasonlóak az egyszeres helyettesítési reakciókhoz. Az egyetlen különbség az, hogy ebben a reakcióban két vegyület között mind a fém, mind a nem fém kicserélődik. Példa: Magnézium-hidroxid tablettákat használnak a gyomorsav (HCl) semlegesítésére. Ennek során víz és magnézium-klorid oldat keletkezik. _Mg(OH)2 (s) +_HCl (aq)—>_HOH (l) + _MgCl2 (aq) A Mg(OH)2 2 OH-iont tartalmaz, míg a HOH csak 1 OH-iont. Mindkét oldalon 2 OH-ionnak kell lennie, ezért a HOH elé egy 2-est teszünk, hogy az OHʼ-ok egyensúlyban legyenek. Ezáltal a HOH-ban lévő H-ionok száma 2-re változik. 2 Hʼ-ra van szükségünk a bal oldalon is. Tegyünk egy kettest a HCl elé. Így 2 Cl-t kapunk, és az MgCl2-ben 2 van, így egyensúlyban van. A Mgʼs is egyensúlyban van, így kész vagyunk.
Példa: A Mgʼs is egyensúlyban van, így kész vagyunk: Nátrium-arzenid oldatot keverünk kalcium-klorid oldattal, hogy nátrium-klorid oldatot és kalcium-arzenid szilárd anyagot kapjunk. _Na3As (aq)+_CaCl2 (aq)–>_NaCl (aq) +_Ca3As2 (s) Bármelyik elemmel vagy komplex ionnal kezdhetjük, azonban egyszerűbb lehet a legnagyobb számmal kezdeni. Ebben a példában kezdhetjük a kalciummal vagy a nátriummal, mivel mindkettőnek 3 van az egyenlet egyik oldalán. Kezdjük a nátriummal, mivel ez az első. A Na3As (aq) 3 Na-t tartalmaz. Ezért az egyenlet másik oldalán is 3-nak kell lennie, ezért a NaCl elé egy 3-at teszünk (ne feledjük, hogy a kémiai képletet nem tudjuk megváltoztatni, csak a képletegységek számát), így a kloridionok száma is 3-ra változik. Ez azt jelenti, hogy az egyenlet másik oldalán 3 kloridionnak kell lennie. Mivel a CaCl2-ben a kloridionok csak 2-es csoportokban vannak jelen, meg kell találnunk a módját, hogy a kloridionok száma mindkét oldalon egyenlő legyen. Szükségünk van valamire, amibe a 2 és a 3 is belefér. A legkisebb szám, amely ezt kielégíti, a 6. Tegyünk egy 3-at a CaCl2 elé, hogy 6 Cl-iont kapjunk. Ez azt jelenti, hogy a NaCl elé egy 6-ost kell tennünk. Ezzel a Naʼ-ok száma 6-ra változik. A bal oldal egyensúlyához a Na3As elé 2-t kell tennünk. Most már mindkét oldalon 6 Na és 6 Cl van. Ellenőrizzük a fennmaradó ionokat. “Egyéb” reakciótípus Ha egy többatomos ion szétesik, vagy ha egy reakcióban több termék keletkezik, mint reaktáns, akkor azt az “egyéb” reakciótípusba soroljuk. Az “egyéb” reakciótípusoknál a hidrogénatomok az utolsó előtti, majd az oxigén az utolsó. Miért? A hidrogén- és oxigénatomok hajlamosak kiegyenlítődni, amikor a többi atom egyensúlyban van. Pl. __Al (s) + __ NH4ClO4 (s) –> __Al2O 3 (s) + __AlCl3 (s) + __NO (g) + __HOH(l)
kiválás- egy reakcióban oldatból keletkező szilárd anyag. Ha egy vegyületnek a reagens oldalon vizes fázisa van, majd a termék oldalán szilárddá válik, akkor csapadékról van szó Pl. _NH4Br (aq) + __Hg3N (aq) –>__ (NH4)3N (aq) + __HgBr (s) Azonosítsa a csapadékot a fenti reakcióban? Szénhidrogének égési reakciói Amikor szénhidrogéneket, például benzint, metánt, propánt és szacharózt égetünk (égetünk), mindig energiát, valamint szén-dioxid gázt és vízgőzt termelnek. Az égés valójában csak egy gyors reakció az oxigénnel. Az egyenletek csak az elégetendő vegyületet és az oxigént tartalmazzák, így szén-dioxid gáz és vízgőz keletkezik. Az ilyen típusú reakciók egyensúlyozásakor a legegyszerűbb a szénatomokkal kezdeni, majd a hidrogénatomokra áttérni, és az oxigénatomokkal befejezni. Példa: Metángázt égetünk el. _ CH4 (g) + _O2 (g) —>_CO2 (g) + _H2O (g) Az egyensúlyozás a szénatomokkal kezdődik. Mindkét oldalon egy-egy, így nem kell változtatni. A bal oldalon 4 hidrogénatom van, a jobb oldalon csak 2. A 4 hidrogénatomhoz 2 vízmolekulára van szükség. Ezután számoljuk meg az oxigénatomokat a jobb oldalon. A CO2-ben 2 van, a 2H2O-ban pedig 2. Ez összesen 4 atomot jelent. Ahhoz, hogy a másik oldalon 4 legyen, 2 O2-re van szükségünk. CH4 (g) + 2 O2 (g) —> CO2 (g) + 2 H2O (g) Néha szükség van a kiindulási vegyületünk számának módosítására. Példa: Oktánt égetünk el. _ C8H18 (l) +_O2 (g) —>_CO2 (g) + _H2O (g) Kezdjük az előzőekhez hasonlóan a szénnel, és térjünk át a hidrogénre. A következőket kapjuk: _ C8H18 (l) +_O2 (g) –> 8 CO2 (g) + 9 H2O (g) Ezután számoljuk meg az oxigént. A 8 CO2-ban 16, a 9 H2O-ban pedig 9 van. Ez összesen 25. Mivel az oxigén csak 2 darabos csomagokban létezik (O2), nem kaphatunk 25-öt! Több oxigénre van szükségünk a bal oldalon. Ha mindent megduplázunk, akkor a jobb oldalon 50 oxigén lesz. Ez osztható 2-vel. Így kapjuk: 2 C8H18 (l) + 25 O2 (g)–> 16 CO2 (g) +18 H2O (g)
Endoterm & Exoterm reakciók Minden reakcióban van energia, de legtöbbször nem írjuk bele az egyenletbe. Láttál néhány olyan reakciót, ahol az energia szerepel az egyenletben. Pl. Fotoszintézis reakció. Napenergia+6CO2(g)+6H2O(l)–>6O2(g)+C6H12O6(s) A legtöbb reakcióban energiára van szükség ahhoz, hogy a reagensek reagáljanak. Egy energiabevitel. Ha több energiát veszünk fel (a reakció elindításához), mint amennyi a reakcióból távozik, azt endotermikusnak nevezzük (pl. fotoszintézis reakció). Az endoterm reakcióban az energia a reaktáns oldalán van leírva. Ha a reakció során több energia távozik, mint amennyi a reakcióba kerül, azt exotermikusnak nevezzük Az exotermikus reakciókban az energiát a termék oldalára írjuk. *Figyelem – a reakciókban az energia legtöbbször hő formájában jelentkezik, de nem mindig.
Kémiai reakciók bizonyítása Négy dolog bizonyítja, hogy egy kémiai reakció megtörtént: 1. Hőmérsékletváltozás 2. Színváltozás 3. Kibocsátott gáz 4. Csapadék keletkezik Egy kémiai reakcióban egynél több is lehet.
A mól A mól egy egység, amely egy bizonyos számú dolgot jelöl. Nagyjából ugyanaz, mint a tucat vagy a bruttó, de a 12 vagy 144 dolog helyett a mól 6,02 x 1023 dolog. Néha Avogadro-számnak is nevezik, és úgy határozzák meg, hogy hány atom van pontosan 12 gramm szén-12-ben. A mól használata Minden atomtömeget a szén-12-hez hasonlítunk. A periódusos rendszeredben megadott atomtömegszámot a legközelebbi gramm századrészére adják meg. Példa: Egy mól klóratom tömege 35,45 g/mol. Megjegyzés: a mol jele a mol. Ez nem rövidítés. Találd meg! Oxigén, kalcium és vas.
Molekulák moláris tömege Leggyakrabban egy mólnyi molekula érdekel bennünket. Ez 6,02 x 1023 molekula, mint például a víz, HOH. Egy vízmolekula 2 atom hidrogént és egy atom oxigént tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy egy mól vízmolekula 2 mól hidrogénatomot és egy mól oxigénatomot tartalmaz. Egy mol víz tömege tehát 2 mol hidrogénatom és egy mol oxigénatom összege. 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
Példa: Számítsuk ki a hidrogén-szulfát gáz moláris tömegét. A képlet 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) = 98.08 g/mol Próbáld ki: kalcium-klorid : vas(III)hidroxid : foszfor-pentaklorid
Tömeg átváltása molra A molok száma (n) egy adott tömegben (m) egyenlő az adott tömeg osztva a moláris tömeggel (M).
m n= M 1. példa: Hány mol nátrium-klorid van 100 g-ban? 1. lépés: Számítsuk ki a nátrium-klorid moláris tömegét. M NaCl = 58,44 g/mol 2. lépés:
Kalkuláld ki a molok számát.
m n= M = 100 g 58,44 g/mol = 1,71 mol Ne feledd a számjegyeket!!!!!
2. példa: Hány mol van 25 g alumínium-nitrátban? Válasz = 0,12 mol Mól-tömeg számítások Ahhoz, hogy kiszámítsuk egy adott számú mólban lévő tömeget, át kell rendeznünk a képletünket az alábbiak szerint. m= nM Példa: Mekkora tömeg van jelen 3,50 mol kalcium-karbonátban? 1. lépés: Számítsuk ki a kalcium-karbonát moláris tömegét. M CaCO3 = 100,09 g/mol 2. lépés: Számítsuk ki a tömeget. m = nM = 3,50 mol x 100,09 g/mol = 350 g 2. példa: Számítsuk ki 0,056 mol ammónium-szulfid tömegét. Válasz = 3,8 g
