introduction à la chimie-conférence et laboratoire

Le chapitre précédent a introduit l’utilisation de symboles d’éléments pour représenter des atomes individuels., Lorsque les atomes gagnent ou perdent des électrons pour produire des ions, ou se combinent avec d’autres atomes pour former des molécules, leurs symboles sont modifiés ou combinés pour générer des formules chimiques qui représentent de manière appropriée ces espèces. Étendre ce symbolisme pour représenter à la fois les identités et les quantités relatives des substances subissant un changement chimique (ou physique) implique d’écrire et d’équilibrer une équation chimique. Prenons comme exemple la réaction entre une molécule de méthane (CH4) et deux molécules diatomiques d’oxygène (O2) pour produire une molécule de dioxyde de carbone (CO2) et deux molécules d’eau (H2O)., L’équation chimique représentant ce processus est présentée dans la moitié supérieure de la Figure 1, et les modèles moléculaires à remplissage d’espace sont présentés dans la moitié inférieure de la figure.

Cet exemple illustre les aspects fondamentaux de toute équation chimique:

1. Les substances en réaction sont appelées réactifs, et leurs formules sont placées sur le côté gauche de l’équation.
2. Les substances générées par la réaction sont appelées produits et leurs formules sont placées à droite de l’équation.
3. Les signes Plus (+) séparent les formules individuelles de réactif et de produit, et une flèche (\rightarrow) sépare les côtés réactif et produit (gauche et droite) de l’équation.,
4. Les nombres relatifs des espèces de réactifs et de produits sont représentés par des coefficients (nombres placés immédiatement à gauche de chaque formule). Un coefficient de 1 est généralement omis.

il est courant d’utiliser les coefficients de nombres entiers les plus petits possibles dans une équation chimique, comme cela est fait dans cet exemple. Sachez cependant que ces coefficients représentent les nombres relatifs de réactifs et de produits et, par conséquent, ils peuvent être correctement interprétés comme des rapports. Le méthane et l’oxygène réagissent pour donner du dioxyde de carbone et de l’eau dans un rapport 1:2:ratio 1:2., Ce rapport est satisfait si les nombres de ces molécules sont, respectivement, 1-2-1-2, ou 2-4-2-4, ou 3-6-3-6, et ainsi de suite (Figure 2). De même, ces coefficients peuvent être interprétés par rapport à n’importe quelle unité de quantité (nombre), et cette équation peut donc être lue correctement de plusieurs façons, notamment:

• une molécule de méthane et deux molécules d’oxygène réagissent pour donner une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d’eau.
• Une douzaine de molécules de méthane et deux douzaines de molécules d’oxygène réagissent pour donner une douzaine de molécules de dioxyde de carbone et deux douzaines de molécules d’eau.,
• Une mole de molécules de méthane et 2 moles de molécules d’oxygène réagissent pour donner 1 mole de molécules de dioxyde de carbone et de 2 moles de molécules d’eau.

Equations D’équilibrage

une équation chimique équilibrée a un nombre égal d’atomes pour chaque élément impliqué dans la réaction sont représentés sur les côtés réactif et produit., C’est une exigence que l’équation doit satisfaire pour être conforme à la loi de conservation de la matière. Il peut être confirmé en additionnant simplement le nombre d’atomes de chaque côté de la flèche et en comparant ces sommes pour s’assurer qu’elles sont égales. Notez que le nombre d’atomes pour un élément donné est calculé en multipliant le coefficient de toute formule contenant cet élément par l’indice de l’élément dans la formule. Si un élément apparaît dans plus d’une formule d’un côté donné de l’équation, le nombre d’atomes représentés dans chacun doit être calculé puis additionné., Par exemple, les deux espèces de produits dans L’exemple de réaction, CO2 et H2O, contiennent l’élément oxygène, et donc le nombre d’atomes d’oxygène du côté produit de l’équation est

l’équation de la réaction entre le méthane et l’oxygène pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau est confirmée comme étant équilibrée id= »4d0ca4cc05″>{\text{CH}}_{4}+2{\text{O}}_{2}\rightarrow{\text{CO}}_{2}+2{\text{H}}_{2}\text{O}

élément	réactifs	produits	équilibré?,
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., Prenons comme exemple la décomposition de l’eau pour produire de l’hydrogène moléculaire et de l’oxygène. Ce processus est représenté qualitativement par un déséquilibre chimique d’équation:

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

en Comparant le nombre de H et de O atomes de chaque côté de cette équation confirme son déséquilibre:

Élément	Réactifs	Produits	Équilibré?,
H	1 × 2 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, oui
O	1 × 1 = 1	1 × 2 = 2	1 ≠ 2, aucun

Le nombre d’atomes d’hydrogène sur le réactif et le produit des côtés de l’équation sont égaux, mais le nombre d’atomes ne sont pas. Pour atteindre l’équilibre, les coefficients de l’équation peuvent être modifiés au besoin., Gardez à l’esprit, bien sûr, que les indices de formule définissent, en partie, l’identité de la substance, et que ceux-ci ne peuvent donc pas être modifiés sans altérer le sens qualitatif de l’équation. Par exemple, changer la formule du réactif de H2O à H2O2 permettrait d’équilibrer le nombre d’atomes, mais cela modifierait également l’identité du réactif (il s’agit maintenant de peroxyde d’hydrogène et non d’eau). L’équilibre des atomes O peut être atteint en changeant le coefficient de H2O à 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, aucun
O	2 × 1 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, oui

L’atome H, le solde était bouleversé par ce changement, mais il est facilement rétablie en changeant le coefficient de l’H2 produit de 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, oui
O	2 × 1 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, oui

Ces coefficients de donner un nombre égal de H et de O atomes sur le réactif et le produit des côtés et de l’équilibre de l’équation est donc la suivante:

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

Il est parfois pratique d’utiliser des fractions au lieu d’entiers intermédiaire des coefficients dans le processus d’équilibrer une équation chimique., Lorsque l’équilibre est atteint, tous les coefficients de l’équation peuvent alors être multipliés par un nombre entier pour convertir les coefficients fractionnaires en entiers sans perturber l’équilibre des atomes., \displaystyle\frac{7}{2} , est utilisé à la place de rendement provisoire équation équilibrée:

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

Un classique équation équilibrée avec des entiers seulement des coefficients est obtenu en multipliant le coefficient par 2:

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

Enfin, l’équilibre des équations, rappeler que la convention dicte l’utilisation du plus petit ensemble de coefficients., Bien que l’équation de la réaction entre l’azote moléculaire et l’hydrogène moléculaire pour produire de l’ammoniac soit, en effet, équilibrée,

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

Les coefficients ne sont pas les plus petits entiers possibles représentant le nombre relatif de molécules réactives et de produits., En divisant chaque coefficient par le plus grand facteur commun, 3, on obtient l’équation préférée:

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

Informations complémentaires dans les équations chimiques

Les états physiques des réactifs et des produits dans les équations chimiques sont très souvent indiqués par une abréviation entre parenthèses suivant les formules. Les abréviations courantes sont s pour les solides, l pour les liquides, g pour les gaz, et aq pour les substances dissoutes dans l’eau (solutions aqueuses, telles qu’introduites dans le chapitre précédent)., Ces notations sont illustrées dans l’exemple de l’équation ici:

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

Cette équation représente la réaction qui a lieu lorsque le sodium métallique est placé dans l’eau. Le sodium solide réagit avec l’eau liquide pour produire de l’hydrogène moléculaire gazeux et le composé ionique hydroxyde de sodium (un solide sous forme pure, mais facilement dissous dans l’eau).,

les conditions spéciales nécessaires à une réaction sont parfois désignées en écrivant un mot ou un symbole au-dessus ou au-dessous de la flèche de l’équation. Par exemple, une réaction réalisée par chauffage peut être indiquée par la lettre grecque majuscule delta (Δ) Au-dessus de la flèche.

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

d’Autres exemples de ces conditions particulières seront rencontrées dans plus de profondeur dans les chapitres suivants.,

équations pour les réactions ioniques

compte tenu de l’abondance de l’eau sur terre, il va de soi qu’un grand nombre de réactions chimiques ont lieu en milieu aqueux. Lorsque des ions sont impliqués dans ces réactions, les équations chimiques peuvent être écrites avec différents niveaux de détail appropriés à leur utilisation prévue. Pour illustrer cela, considérons une réaction entre composés ioniques ayant lieu dans une solution aqueuse., Lorsque des solutions aqueuses de CaCl2 et D’AgNO3 sont mélangées, une réaction se produit produisant du CA(NO3)2 aqueux et de L’AgCl solide:

cette équation équilibrée, dérivée de la manière habituelle, est appelée équation moléculaire, car elle ne représente pas explicitement les espèces ioniques présentes en solution. Lorsque les composés ioniques se dissolvent dans l’eau, ils peuvent se dissocier en leurs ions constitutifs, qui sont ensuite dispersés de manière homogène dans la solution résultante (une discussion approfondie de ce processus important est fournie dans le chapitre sur les solutions)., Les composés ioniques dissous dans l’eau sont donc représentés de manière plus réaliste sous forme d’ions dissociés, dans ce cas:

contrairement à ces trois composés ioniques, AgCl ne se dissout pas dans l’eau de manière significative, comme le signifie sa notation d’état physique, s.

représenter explicitement tous les ions dissous donne une équation ionique complète., Dans ce cas particulier, les formules pour les composés ioniques dissous sont remplacées par des formules pour leurs ions dissociés:

L’examen de cette équation montre que deux espèces chimiques sont présentes sous forme identique de part et d’autre de la flèche, Ca2+(aq) et {\text{NO}}_{3}{}^{-}\Texte {(} aq \ texte {)}., ni chimiquement ni physiquement modifiés par le processus, et ils peuvent donc être éliminés de l’équation pour donner une représentation plus succincte appelée équation ionique nette:

suivant la convention d’utiliser les plus petits entiers possibles comme coefficients, cette équation s’écrit alors:

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

cette équation ionique nette indique que le chlorure d’argent solide peut être produit à partir d’ions chlorure et argent(i) dissous, quelle que soit la source de ces ions., Ces équations ioniques moléculaires et complètes fournissent des informations supplémentaires, à savoir les composés ioniques utilisés comme sources de Cl-et Ag+.

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