Indledende Kemi – Foredrag & Lab

det foregående kapitel introducerede brugen af elementsymboler til at repræsentere individuelle atomer., Når atomer får eller mister elektroner for at give ioner, eller kombineres med andre atomer for at danne molekyler, ændres eller kombineres deres symboler for at generere kemiske formler, der passende repræsenterer disse arter. At udvide denne symbolik til at repræsentere både identiteter og de relative mængder af stoffer, der gennemgår en kemisk (eller fysisk) ændring, indebærer at skrive og afbalancere en kemisk ligning. Overvej som et eksempel reaktionen mellem et metanmolekyle (CH4) og to diatomiske iltmolekyler (O2) for at producere et kuldio .idmolekyle (CO2) og to vandmolekyler (H2O)., Den kemiske ligning, der repræsenterer denne proces, er tilvejebragt i den øverste halvdel af figur 1, med rumfyldende molekylære modeller vist i den nederste halvdel af figuren.

Dette eksempel illustrerer den grundlæggende aspekter af kemiske ligning:

1. De stoffer, der gennemgår reaktion kaldes reaktanter, og deres formler, der er placeret på venstre side af ligningen.
2. de stoffer, der genereres ved reaktionen, kaldes produkter, og deres formler er placeret på højre syn af ligningen.
3. Plus tegn ( + ) separate individuelle reaktant og Produkt formler, og en pil (\rightarro.) adskiller reaktant og produkt (venstre og højre) sider af ligningen.,
4. det relative antal reaktanter og produktarter er repræsenteret ved koefficienter (tal placeret umiddelbart til venstre for hver formel). En koefficient på 1 udelades typisk.

det er almindelig praksis at bruge de mindste mulige heltalkoefficienter i en kemisk ligning, som det gøres i dette eksempel. Indse dog, at disse koefficienter repræsenterer det relative antal reaktanter og produkter, og derfor kan de fortolkes korrekt som forhold. Metan og O oxygenygen reagerer på udbyttet af kuldio .id og vand i forholdet 1:2:1:2., Dette forhold er opfyldt, hvis antallet af disse molekyler er henholdsvis 1-2-1-2 eller 2-4-2-4 eller 3-6-3-6 osv. (figur 2). Ligeledes kan disse koefficienter fortolkes med hensyn til enhver mængde (Antal) enhed, og derfor kan denne ligning læses korrekt på mange måder, herunder:

• et metanmolekyle og to iltmolekyler reagerer på at give et kuldio .idmolekyle og to vandmolekyler.
• et dusin metanmolekyler og to dusin iltmolekyler reagerer på at give et dusin kuldio .idmolekyler og to dusin vandmolekyler.,
• en mol metanmolekyler og 2 mol iltmolekyler reagerer på at give 1 mol kuldio .idmolekyler og 2 mol vandmolekyler.

Balanceringsligninger

et afbalanceret kemikalie er ligning har lige mange atomer for hvert element involveret i reaktionen er repræsenteret på reaktant-og produktsiderne., Dette er et krav, som ligningen skal opfylde for at være i overensstemmelse med loven om bevarelse af stof. Det kan bekræftes ved blot at opsummere antallet af atomer på hver side af pilen og sammenligne disse beløb for at sikre, at de er ens. Bemærk, at antallet af atomer for et givet element beregnes ved at multiplicere koefficienten for en hvilken som helst formel, der indeholder dette element, med elementets abonnement i formlen. Hvis et element vises i mere end en formel på en given side af ligningen, skal antallet af atomer, der er repræsenteret i hver, beregnes og derefter tilføjes sammen., For eksempel er der både produkt arter i eksemplet reaktion, CO2 og H2O, indeholder grundstoffet ilt, og så antallet af ilt-atomer på produktet side af ligningen er

ligning for reaktionen mellem metan og ilt til at give kuldioxid og vand er bekræftet til at være afbalanceret per denne tilgang, som vist her:

{\text{CH}}_{4}+2{\text{O}}_{2}\rightarrow{\text{CO}}_{2}+2{\text{H}}_{2}\text{O}

– Element	Forbindelser	– Produkter	Afbalanceret?,
C	1 × 1 = 1	1 × 1 = 1	1 = 1, yes
H	4 × 1 = 4	2 × 2 = 4	4 = 4, yes
O	2 × 2 = 4	(1 × 2) + (2 × 1) = 4	4 = 4, yes

A balanced chemical equation often may be derived from a qualitative description of some chemical reaction by a fairly simple approach known as balancing by inspection., Overvej som et eksempel nedbrydning af vand for at give molekylært hydrogen og ilt. Denne proces er repræsenteret kvalitativt ved en ensidig kemisk ligning:

{\text{H}}_{2}\text{O}\rightarrow{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}\text{(unbalanced)}

man Sammenligner antallet af H-og O-atomer på begge sider af denne ligning bekræfter sin ubalance:

– Element	Forbindelser	– Produkter	Afbalanceret?,
H	1 × 2 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, ja
O	1 × 1 = 1	1 × 2 = 2	1 ≠ 2, nej

antallet af H-atomer på reaktant-og produkt sider af ligningen er lig, men antallet af O-atomer ikke. For at opnå balance kan ligningens koefficienter ændres efter behov., Husk selvfølgelig, at formelabonnementerne delvis definerer stoffets identitet, og derfor kan disse ikke ændres uden at ændre ligningens kvalitative betydning. For eksempel, at ændre den hidsige formel fra H2O til H2O2 ville give balance i antallet af atomer, men det gør så også ændringer reaktant-identitet (det er nu hydrogenperoxid og ikke vand). O atom balance kan opnås ved at ændre koefficienten for H2O til 2.,

\mathbf{2}\text{H}_{2}\text{O}\rightarrow{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}\text{(unbalanced)}

Element	Reactants	Products	Balanced?,
H	2 × 2 = 4	1 × 2 = 2	4 ≠ 2, nej
O	2 × 1 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, ja

H atom balance var ked af denne ændring, men det er nemt genetableret ved ændring af koefficient for H2 produkt til 2.,

2{\text{H}}_{2}\text{O}\rightarrow\mathbf{2}{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}\text{(balanced)}

Element	Reactants	Products	Balanced?,r>	H	2 × 2 = 4	2 × 2 = 2	4 = 4, ja
O	2 × 1 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, ja

Disse koefficienter udbytte lig med antallet af både H-og O-atomer på reaktant-og produkt sider, og den afbalancerede ligning er derfor:

2{\text{H}}_{2}\text{O}\rightarrow 2{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}

Det er nogle gange praktisk at bruge brøker i stedet for heltal som mellemliggende koefficienter i processen med at afbalancere en kemisk ligning., Når balance er opnået, alle ligningen koefficienter kan derefter ganges med et helt tal til at konvertere fraktioneret koefficienter til heltal uden at forstyrre atom balance., \displaystyle\frac{7}{2} , bruges i stedet til at give et foreløbigt afbalanceret ligning:

{\text{C}}_{2}{\text{H}}_{6}+\frac{7}{2}{\text{O}}_{2}\rightarrow 3{\text{H}}_{2}\text{O}+2{\text{CO}}_{2}

En konventionel afbalanceret ligning med heltal-kun koefficienter, som er fremkommet ved at multiplicere hver koefficient, ved at 2:

2{\text{C}}_{2}{\text{H}}_{6}+7{\text{O}}_{2}\rightarrow 6{\text{H}}_{2}\text{O}+4{\text{CO}}_{2}

Endelig med hensyn til afbalanceret ligninger, minde om, at konventionen tilsiger brug af de mindste hele tal koefficienter., Selv om den ligning for reaktionen mellem molekylær nitrogen og molekylær brint til fremstilling af ammoniak er, faktisk, afbalanceret,

3{\text{N}}_{2}+9{\text{H}}_{2}\rightarrow 6{\text{NH}}_{3}

de koefficienter, der er ikke den mindste heltal, der repræsenterer det relative antal af reaktanter og produkt molekyler., At dividere hver koefficient af den største fælles faktor, 3, giver den foretrukne ligning:

{\text{N}}_{2}+3{\text{H}}_{2}\rightarrow 2{\text{NH}}_{3}

Yderligere Oplysninger i Kemiske Ligninger

De fysiske tilstande af reaktanter og produkter i kemiske ligninger meget ofte er angivet med et parentetisk forkortelse følgende formler. Almindelige forkortelser omfatter s for faste stoffer, l for væsker, g for gasser og A.for stoffer opløst i vand (vandige opløsninger, som indført i det foregående kapitel)., Disse notater er illustreret i eksempel ligning her:

2\text{Na(}s\text{)}+2{\text{H}}_{2}\text{Q(}l\text{)}\rightarrow 2\text{NaOH(}aq\text{)}+{\text{H}}_{2}\text{(}g\text{)}

Denne ligning udgør den reaktion, der finder sted, når natrium metal er placeret i vand. Det faste natrium reagerer med flydende vand for at producere molekylær hydrogengas og den ioniske forbindelse natriumhydro .id (et fast stof i ren form, men let opløst i vand).,

særlige betingelser, der er nødvendige for en reaktion, betegnes undertiden ved at skrive et ord eller symbol over eller under ligningens pil. For eksempel kan en reaktion udført ved opvarmning angives med det store græske bogstav delta ()) over pilen.

{\text{CaCO}}_{3}\text{(}s\text{)}\stackrel{\Delta}{\rightarrow}\text{CaO(}s\text{)}+{\text{CO}}_{2}\text{(}g\text{)}

af Andre eksempler på disse særlige betingelser, der vil blive stødt på i mere detaljeret i senere kapitler.,

ligninger for Ioniske reaktioner

i betragtning af overflod af vand på jorden, er det grunden til, at mange kemiske reaktioner finder sted i vandige medier. Når ioner er involveret i disse reaktioner, kan de kemiske ligninger skrives med forskellige detaljeringsniveauer, der passer til deres tilsigtede anvendelse. For at illustrere dette skal du overveje en reaktion mellem ioniske forbindelser, der finder sted i en vandig opløsning., Når vandige opløsninger af CaCl2 og AgNO3 er meget blandede, men der sker en reaktion, der producerer vandig Ca(NO3)2 og solid AgCl:

Denne afbalanceret ligning, fremstillet på den sædvanlige måde, kaldes en molekylær ligning, fordi det ikke eksplicit repræsenterer den ioniske arter der er til stede i opløsningen. Når ionforbindelser opløses i vand, kan de dissociere i deres bestanddele, som efterfølgende spredes homogent gennem den resulterende opløsning (en grundig diskussion af denne vigtige proces er tilvejebragt i kapitlet om opløsninger)., Ionforbindelser opløst i vand er derfor mere realistisk repræsenteret som adskilles ioner, i dette tilfælde:

i Modsætning til disse tre ionforbindelser, AgCl ikke kan opløses i vand til en betydelig omfang, som følge af sin fysiske tilstand notation, s.

Udtrykkeligt, der repræsenterer alle opløste ioner resulterer i en komplet ioniske ligning., I dette særlige tilfælde, formler til opløst ionforbindelser er erstattet af formler for deres adskilles ioner:

Undersøgelse af denne ligning viser, at to kemiske stoffer er til stede i identisk form på begge sider af pilen, Ca2+(aq) og {\text{INGEN}}_{3}{}^{-}\text{(}aq\text{)}., hverken kemisk eller fysisk ændret af processen, og så de kan fjernes fra ligningen til at give en mere kortfattet repræsentation kaldes en net ioniske ligning:

Efter konventionen af med den mindst mulige tal som koefficienter, denne ligning er derefter skrevet:

{\text{Cl}}^{\text{-}}\text{(}aq\text{)}+{\text{Ag}}^{+}\text{(}aq\text{)}\rightarrow\text{AgCl(}s\text{)}

Dette net ioniske ligningen angiver, at der er solid silver chloride kan være fremstillet af opløst chlorid og sølv(I) ioner, uanset den kilde af disse ioner., Disse molekylære og komplette ioniske ligninger giver yderligere oplysninger, nemlig de ioniske forbindelser, der anvendes som kilder til Cl– og Ag+.

---