Johdanto-Kemia – Luento ja Lab

edellisessä luvussa otettiin käyttöön elementti symboleja edustamaan yksittäisiä atomeja., Kun atomit saavat tai menettävät elektroneja ionien tuottamiseksi tai yhdistyvät muiden atomien kanssa molekyylien muodostamiseksi, niiden symboleita muokataan tai yhdistetään tuottamaan kemiallisia kaavoja, jotka asianmukaisesti edustavat näitä lajeja. Tämän symboliikan laajentaminen niin, että se edustaa sekä kemiallisten (tai fysikaalisten) muutosten kohteena olevien aineiden identiteettejä että suhteellisia määriä, edellyttää kemiallisen yhtälön kirjoittamista ja tasapainottamista. Harkita esimerkiksi reaktio yhdestä metaani-molekyylin (CH4) ja kaksi kaksiatomisen hapen molekyylien (O2) tuottaa yhden hiilidioksidin molekyyli (CO2) ja kaksi vesimolekyylit (H2O)., Kemiallinen yhtälö edustaa tämä prosessi on säädetty yläosassa Kuva 1, tila-täyttö molekyyli-mallit on esitetty alaosassa luku.

Tämä esimerkki havainnollistaa keskeisiä näkökohtia tahansa kemiallinen yhtälö:

1. aineet, joille on reaktio kutsutaan reagenssit ja niiden kaavat on sijoitettu vasemmalla puolella yhtälö.
2. aineet tuottama reaktio kutsutaan tuotteita, ja niiden kaavat on sijoitettu oikealla näkyvistä yhtälö.
3. Plus-merkkejä (+) erillistä lähtöaineen ja tuotteen kaavoja, ja nuoli (\oikea nuoli) erottaa lähtöaineen ja tuotteen (vasen ja oikea) puolin yhtälön.,
4. suhteellinen määrä lähtöaineen ja tuotteen laji edustaa kertoimet (luvut sijoitetaan välittömästi vasemmalle kunkin kaava). Kerroin 1 jätetään tyypillisesti pois.

on yleinen käytäntö käyttää pienimpiä mahdollisia kokolukukertoimia kemiallisessa yhtälössä, kuten tässä esimerkissä tehdään. Kuitenkin ymmärtää, että nämä kertoimet kuvaavat suhteellinen määrä reagenssit ja tuotteita, ja siksi ne voivat olla oikein tulkita tunnuslukuja. Metaani-ja happi reagoivat tuottaa hiilidioksidia ja vettä suhteessa 1:2:1:2 suhde., Tämä suhde on tyytyväinen, jos numerot nämä molekyylit ovat, vastaavasti, 1-2-1-2, tai 2-4-2-4, tai 3-6-3-6, ja niin edelleen (Kuva 2). Lisäksi, nämä kertoimet voidaan tulkita suhteessa kaikkiin määrä (numero) yksikkö, ja niin tämä yhtälö voidaan oikein lukea monin tavoin, mukaan lukien:

• Yksi metaani-molekyylin ja kaksi happea reagoivat tuottaa yhden hiilidioksidi-molekyylin ja kaksi vesimolekyylit.
• Yksi tusinaa metaania molekyylejä, ja kaksi tusinaa happimolekyylit reagoivat tuottaa yhden tusinaa hiilidioksidi molekyylit ja kaksi tusinaa vettä molekyylejä.,
• Yksi mooli metaania molekyylejä ja 2 moolia happea reagoivat tuottaa 1 moolin hiilidioksidia molekyylejä ja 2 moolia vettä molekyylejä.

Tasapainotus Yhtälöt

tasapainoinen kemiallinen yhtälö on on sama määrä atomeja jokaisen elementin mukana reaktio ovat edustettuina lähtöaineen ja tuotteen puolin., Tämän vaatimuksen yhtälön on täytyttävä, jotta se olisi yhdenmukainen aineen säilymislain kanssa. Se voidaan vahvistaa yksinkertaisesti summaamalla atomien numerot molemmin puolin nuolta ja vertaamalla näitä summia sen varmistamiseksi, että ne ovat yhtä suuret. Huomaa, että määrä atomien tietyn elementti lasketaan kertomalla kertoimella tahansa kaavan sisältävän elementin elementin alaindeksi kaavassa. Jos jokin alkuaine esiintyy useammassa kuin yhdessä kaavassa yhtälön tietyllä puolella, kussakin esitettyjen atomien lukumäärä on laskettava ja sitten laskettava yhteen., Esimerkiksi sekä tuotteen lajeja, esimerkiksi reaktio -, CO2-ja H2O, sisältää elementti happea, ja niin numero hapen atomien tuotteen puolella yhtälö on

yhtälö reaktio välillä metaania ja happea tuottaa hiilidioksidia ja vettä on vahvistettu olevan tasapainoinen kohti tätä lähestymistapaa, kuten on esitetty tässä:

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

– Elementti	Reagenssit	Tuotteet	Tasapainoinen?,
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., Ajatellaanpa esimerkiksi veden hajoamista molekyylivedyn ja hapen tuottamiseksi. Tämä prosessi edustaa laadullisesti epätasapainoinen kemiallinen yhtälö:

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

Vertaamalla useita S-ja O-atomit kummallakin puolella tämän yhtälön vahvistaa sen epätasapaino:

– Elementti	Reagenssit	Tuotteet	Tasapainoinen?,
S	1 × 2 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, kyllä
O	1 × 1 = 1	1 × 2 = 2	1 ≠ 2, ei

numerot H atomien reagoivien aineiden ja tuotteiden puolin yhtälö ovat tasa-arvoisia, mutta numerot O-atomit eivät ole. Tasapainon saavuttamiseksi yhtälön kertoimia voidaan tarvittaessa muuttaa., Pidä mielessä, tietenkin, että kaava alaindeksejä määritellä osittain, aineen tunnistetiedot, ja niin näitä ei voi muuttaa muuttamatta laadullinen merkitys yhtälö. Esimerkiksi muuttamalla lähtöaineen kaava H2O H2O2 antaisi tasapaino määrä atomeja, mutta näin myös muutoksiin reagoivien aineiden identiteetti (se on nyt vetyperoksidia ja vettä). O-atomin tasapaino voidaan saavuttaa muuttamalla H2o: N kerroin 2: een.,

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

Element	Reactants	Products	Balanced?,
S	2 × 2 = 4	1 × 2 = 2	4 ≠ 2, ei
O	2 × 1 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, kyllä

H atom tasapaino oli järkyttynyt muutos, mutta se on helposti uudelleen muuttamalla kertoimen H2 tuote 2.,

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

Element	Reactants	Products	Balanced?,r>	S	2 × 2 = 4	2 × 2 = 2	4 = 4, kyllä
O	2 × 1 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, kyllä

Näiden kertoimien tuotto on yhtä suuri määrä sekä H-ja O-atomeja on lähtöaineen ja tuotteen puolin, ja tasapainoinen yhtälö on siis:

2{\text{S}}_{2}\text{O}\oikea nuoli: 2{\text{S}}_{2}+{\text{O}}_{2}

Se on joskus kätevä käyttää jakeet sijasta kokonaislukuja väli-kertoimia prosessi tasapainottaa kemiallisen yhtälön., Kun tasapaino on saavutettu, kaikki yhtälöstä kertoimet voivat sitten olla kerrottuna koko numero muuntaa murto kertoimet kokonaislukuja ilman järkyttävää atomin tasapaino., \displaystyle\frac{7}{2} , käytetään sen sijaan tuottaa väliaikaisen tasapainoinen yhtälö:

{\text{C}}_{2}{\text{S}}_{6}+\frac{7}{2}{\text{O}}_{2}\oikea nuoli: 3{\text{S}}_{2}\text{O}+2{\text{CO}}_{2}

perinteisen tasapainoisen yhtälön kanssa integer-vain kertoimet saadaan kertomalla kunkin kertoimen 2:

2{\text{C}}_{2}{\text{S}}_{6}+7{\text{O}}_{2}\oikea nuoli: 6{\text{S}}_{2}\text{O}+4{\text{CO}}_{2}

Lopuksi huomioon tasapainoinen yhtälöt, muista, että yleissopimuksen sanelee käyttö pienin koko-useita kertoimia., Vaikka yhtälö reaktio välillä molekyyli typpeä ja molekyyli vety tuottaa ammoniakkia on, todellakin, tasapainoinen,

3{\text{N}}_{2}+9{\text{S}}_{2}\oikea nuoli: 6{\text{NH}}_{3}

kertoimet eivät ole pienimmät mahdolliset kokonaisluvut edustavat suhteellisen määrän lähtöaineen ja tuotteen molekyylejä., Jakamalla kunkin kertoimen, jonka suurin yhteinen tekijä, 3, antaa ensisijainen yhtälö:

{\text{N}}_{2}+3{\text{S}}_{2}\oikea nuoli: 2{\text{NH}}_{3}

Lisätietoja Kemiallisia Yhtälöitä

fyysinen valtioiden reagenssit ja tuotteiden kemiallisia yhtälöitä hyvin usein on merkitty sulkeissa lyhenteen seuraavat kaavat. Yleisiä lyhenteitä ovat kiintoaineiden s, nesteiden l, kaasujen g ja veteen liuenneiden aineiden aq (vesiliuokset, kuten edellisessä luvussa esitetään)., Nämä merkinnät on esitetty esimerkki yhtälö täältä:

2\text{Na(}n\text{)}+2{\text{S}}_{2}\text{O(}l\text{)}\oikea nuoli: 2\text{NaOH(}aq\text{)}+{\text{S}}_{2}\text{(}g\text{)}

Tämä yhtälö edustaa reaktio, joka tapahtuu, kun natrium-metalli on sijoitettu veteen. Kiinteä natrium reagoi nestemäisen veden tuottaa molekyyli vety-kaasu-ja ioninen yhdiste natriumhydroksidi (kiinteä puhtaassa muodossa, mutta helposti liuotetaan veteen).,

reaktiolle välttämättömät erityisehdot nimetään joskus kirjoittamalla sana tai symboli yhtälön nuolen ylä-tai alapuolelle. Esimerkiksi, reaktio suoritetaan kuumentamalla voi olla merkkinä isoja kreikkalainen kirjain delta (Δ) yli-nuolta.

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

Muita esimerkkejä nämä erityisehdot on kohdannut syvällisemmin myöhemmissä luvuissa.,

Yhtälöt Ionic Reaktioita

Koska runsaasti vettä maan päällä, se järkeenkäypää, että monet kemialliset reaktiot tapahtuvat vesiliuoksessa media. Kun ionit ovat mukana nämä reaktiot, kemialliset yhtälöt voidaan kirjoittaa eri tasoilla yksityiskohtaisesti niiden aiottua käyttöä. Tätä valaisee ioniyhdisteiden välinen reaktio, joka tapahtuu vesiliuoksessa., Kun vesiliuokset CaCl2-ja AgNO3 ovat sekoitetaan ja reaktio tapahtuu tuottavat vesipitoiset Ca(NO3)2 ja vankka AgCl:

Tämä tasapainoinen yhtälö, joka on saatu tavallista muoti, on nimeltään molekyyli yhtälö, koska sitä ei nimenomaisesti edustaa ionic lajeja, jotka ovat läsnä ratkaisu. Kun ioniset yhdisteet liukenevat veteen, ne voivat erottaa niiden osatekijän ioneja, jotka ovat sittemmin hajaantuneet homogenously koko liuos (perusteellinen keskustelu tämä tärkeä prosessi on esitetty luvussa on ratkaisuja)., Ioniset yhdisteet liuotetaan veteen ovat siis enemmän realistisesti edustettuina erottaa ioneja, tässä tapauksessa:

toisin Kuin nämä kolme ionisia yhdisteitä, AgCl ei liukene veteen merkittävässä määrin, kuin merkitsi sen olomuoto merkintätapa, s.

Nimenomaisesti edustaa kaikkia liuenneiden ionien tulokset täydellinen ioninen yhtälö., Tässä tapauksessa kaavoja liuennut ionisia yhdisteitä on korvattu kaavat niiden erottaa ioneja:

Tarkasteltaessa tämä yhtälö osoittaa, että kaksi kemiallisia ovat läsnä samassa muodossa molemmin puolin nuoli, Ca2+(aq) ja {\text{N}}_{3}{}^{-}\text{(}aq\text{)}., ole kemiallisesti tai fysikaalisesti muutettu prosessi, ja niin ne voidaan poistaa yhtälöstä saadaan enemmän ytimekäs edustus kutsutaan net ioninen yhtälö:

Seuraavat yleissopimuksen käyttämällä pienintä mahdollista kokonaislukua kuten kertoimia, tämä yhtälö on sitten kirjoittanut:

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

Tämä net ioninen yhtälö osoittaa, että kiinteä hopea-kloridi voi olla peräisin liuenneet kloridi-ja hopea(I) – ionit, riippumatta lähde näitä ioneja., Nämä molekulaariset ja täydelliset ioniyhtälöt antavat lisätietoa, nimittäin cl– ja Ag+ – lähteinä käytetyt ioniyhdisteet.

---