Innledende Kjemi – Foredrag & Lab

Den foregående kapittel innført bruk av element-symboler for å representere individuelle atomer., Når atomer gevinst eller mister elektroner til å gi ioner, eller kombinere med andre atomer som danner molekyler, deres symboler, er endret eller kombineres for å generere kjemiske formler som hensiktsmessig representerer disse artene. Å utvide denne symbolikken å representere både identiteter og den relative mengder av stoffer som gjennomgår en kjemisk (eller fysiske) endring innebærer å skrive og å balansere en kjemisk ligning. Vurdere som et eksempel på reaksjon mellom en metan molekyl (CH4) og to diatomic oksygen-molekyler (O2) til å produsere karbondioksid molekyl (CO2) og to vannmolekyler (H2O)., Den kjemiske likningen representerer denne prosessen er gitt i øvre halvdel av Figur 1, med plass-fylling molekylær modellene som vises i nedre halvdel av figuren.

Dette eksemplet illustrerer den grunnleggende aspekter av noen kjemiske ligningen:

1. stoffer gjennomgår reaksjon kalles reaktantene, og deres formel er plassert på venstre side av ligningen.
2. stoffer som er generert av reaksjonen kalles produkter, og deres formel er plassert på høyre synet av ligningen.
3. plusstegnet (+) skille de enkelte reaktant og produkt formler, og en pil (\rightarrow) skiller reaktant og produkt (venstre og høyre) sider av ligningen.,
4. Den relative tall av reaktant og produkt arter er representert ved koeffisienter (tall plassert rett til venstre for hver formel). En koeffisient over 1 er vanligvis utelatt.

Det er vanlig praksis å bruke minst mulig hel-antall koeffisienter i en kjemisk ligning, som er gjort i dette eksemplet. Skjønner, men at disse koeffisientene representerer den relative tall av reaktanter og produkter, og derfor kan de bli riktig tolket som forholdstall. Metan og oksygen reagerer med å gi karbondioksid og vann i en 1:2:1:2 forhold., Dette forholdet er fornøyd hvis numrene av disse molekylene er, henholdsvis, 1-2-1-2, eller 2-4-2-4, eller 3-6-3-6, og så videre (Figur 2). Likeledes, disse koeffisientene kan tolkes med hensyn til mengde (antall) enhet, og så denne ligningen kan leses korrekt på mange måter, blant annet:

• En metan molekyl og to oksygen molekyler reagerer med å gi en karbondioksid molekyl og to vannmolekyler.
• Et dusin metan molekylene og to dusin oksygen molekyler reagerer med å gi ett dusin karbondioksid molekyler og to dusin vannmolekyler.,
• En muldvarp av metan molekylene og 2 føflekker av oksygen molekyler reagerer med å gi 1 mol av karbondioksid molekyler og 2 føflekker av vannmolekyler.

Balansering Ligninger

En balansert kjemisk ligning har like mange atomer for hvert element som er involvert i reaksjonen er representert på reaktant og produkt sider., Dette er et krav ligningen må tilfredsstille for å være i samsvar med loven om bevaring av saken. Kan det være bekreftet ved bare å summere antall atomer på hver side av pilen og sammenligne disse summene for å sikre at de er like. Merk at antall atomer for et gitt element er beregnet ved å multiplisere koeffisient av noen formel som inneholder elementet av elementet er senket i formelen. Hvis et element vises i mer enn en formel på en gitt side av ligningen, antall atomer som er representert i hver må beregnes og deretter lagt sammen., For eksempel, både produkt arter i eksempel reaksjon, CO2 og H2O, inneholder grunnstoffet oksygen, og slik at antall oksygen-atomer på produktet side av ligningen

likningen for reaksjonen mellom metan og oksygen for å gi karbondioksid og vann er bekreftet å være balansert per denne tilnærmingen, som vist her:

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

Element	Reaktantene	Produkter	Balansert?,
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., Vurdere som et eksempel dekomponering av vann for å gi molekylært hydrogen og oksygen. Denne prosessen er representert kvalitativt av en ubalansert kjemiske ligningen:

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

å Sammenligne antall H og O-atomer på hver side av denne ligningen bekrefter sin ubalanse:

Element	Reaktantene	Produkter	Balansert?,
H	1 × 2 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, ja
– O	1 × 1 = 1	1 × 2 = 2	1 ≠ 2, nei

antall H-atomer på reaktant og produkt sider av likningen er lik, men tallene av O-atomer er det ikke. For å oppnå balanse, koeffisientene i ligningen kan endres etter behov., Holde i sinnet, selvfølgelig, at formelen senket skrift definere, i en del, identiteten til stoffet, og slik at disse ikke kan endres uten å endre den kvalitative betydningen av ligningen. For eksempel endre reaktant formel fra H2O til H2O2 ville gi balanse i antallet av atomer, men gjør det også endringer i reaktant identitet (det er nå hydrogen peroxide og ikke vann). O atom balanse kan oppnås ved å endre koeffisient 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, nei
– O	2 × 1 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, ja

H-atom balanse var opprørt av denne endringen, men det er lett gjengitt ved å endre koeffisient for H2 produktet 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 koeffisientene gi tilsvarende tall for både H og O-atomer på reaktant og produkt sider, og den balanserte likningen er derfor:

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

noen ganger er Det praktisk å bruke fraksjoner i stedet for heltall som middels koeffisientene i prosessen med å balansere en kjemisk ligning., Når balansen er oppnådd, alle ligningen er koeffisientene kan så bli multiplisert med en hel rekke å konvertere brøk koeffisientene til heltall uten irriterende atom balanse., \displaystyle\frac{7}{2} , brukes i stedet til å gi en foreløpig balansert likning:

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

En vanlig balansert ligning med heltall-bare koeffisientene er utledet ved å multiplisere hver koeffisient av 2:

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

til Slutt med hensyn til balansert ligninger, husker at konvensjonen tilsier bruk av de minste i hele antall koeffisienter., Selv om likningen for reaksjonen mellom molekylært nitrogen og molekylært hydrogen til å produsere ammoniakk er, faktisk, balansert,

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

koeffisientene er ikke den minste mulige heltall som representerer den relative tall av reaktant og produkt-molekyler., Å dele hver koeffisient av de største felles faktor, 3, gir foretrukket ligningen:

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

Tilleggsinformasjon i Kjemiske Ligninger

Den fysiske tilstander av reaktanter og produkter i kjemiske ligninger svært ofte er indikert med en parenthetical forkortelse følgende formler. Vanlige forkortelser som inkluderer s for faste stoffer, l for væsker, g for gasser, og aq for stoffer oppløst i vann (vandige løsninger, som vist i foregående kapittel)., Disse merknader er illustrert i eksempel ligningen her:

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{)}

Denne ligningen representerer reaksjonen som finner sted når natrium metall er plassert i vann. Solid natrium reagerer med væske-vann til å produsere molekylær hydrogengass og ionic sammensatte natriumhydroksid (et solid i ren form, men lett oppløst i vann).,

Spesielle nødvendige betingelser for at en reaksjon er noen ganger utpekt av å skrive et ord eller symbol over eller under ligningen er pilen. For eksempel, en reaksjon utført ved oppvarming kan være angitt av den store greske bokstaven delta (Δ) over pilen.

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

Andre eksempler på slike spesielle forhold vil bli møtt mer i dybden på i senere kapitler.,

Ligninger for Ioniske Reaksjoner

Gitt den overflod av vann på jorden, det står til grunn at svært mange kjemiske reaksjoner som finner sted i vandige media. Når ionene er involvert i disse reaksjoner, kjemiske ligninger kan være skrevet med ulike nivåer av detaljer som passer til deres tiltenkte bruk. For å illustrere dette, kan du vurdere en reaksjon mellom ioniske forbindelser, som finner sted i en vandig løsning., Når vandige løsninger av CaCl2 og AgNO3 er blandet, en reaksjon som foregår produksjon av vandige Ca(NO3)2 og solid AgCl:

Denne balanserte ligningen, avledet på vanlig måte, kalles en molekylær formel, fordi den ikke eksplisitt representerer den ioniske arter som er til stede i løsningen. Når ioniske forbindelser som løses opp i vann, de kan distansere i sine bestanddeler ioner, som senere spres homogenously hele resulterer i en løsning (en grundig diskusjon av denne viktige prosessen er gitt i kapittelet om løsninger)., Ioniske forbindelser oppløst i vann er derfor mer realistisk representert som dissosiert ioner, i dette tilfellet:

i Motsetning til disse tre ioniske forbindelser, AgCl ikke oppløses i vann til en betydelig omfang, som representert ved sin fysiske tilstand notasjon, s.

Eksplisitt som representerer alle oppløste ioner resulterer i en fullstendig ioniske ligningen., I dette spesielle tilfellet, formler for oppløst ioniske forbindelser er erstattet av formler for sine dissosiert ioner:

å Undersøke denne ligningen viser at to kjemiske arter er til stede i identisk form på begge sider av pilen, Ca2+(aq) og {\text{NO}}_{3}{}^{-}\tekst{(}aq\text{)}., verken kjemisk eller fysisk endret av prosessen, og slik at de kan bli fjernet fra ligningen for å gi en mer konsis fremstilling kalles en netto ioniske ligningen:

Følgende konvensjonen av å bruke minst mulig heltall som koeffisienter, denne ligningen er da skrevet:

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

Denne netto ioniske ligningen viser at solid sølvklorid kan bli produsert fra oppløst klorid og sølv(jeg) ioner, uavhengig av kilden til disse ionene., Disse molekylære og komplett ioniske ligninger gi ytterligere informasjon, nemlig, de ioniske forbindelser som brukes som kilder av Cl– og Ag+.

---