Что за знак в уравнении реакции

Урок 11. Химические уравнения

В уроке 11 «Химические уравнения» из курса «Химия для чайников» мы узнаем кем и когда был открыт закон сохранения массы веществ; познакомимся с химическими уравнениями и научимся правильно расставлять в них коэффициенты.

До сих пор при рассмотрении химических реакций мы обращали внимание на их качественную сторону, т. е. на то, как и при каких условиях исходные вещества превращаются в продукты реакций. Но в химических явлениях существует и другая сторона — количественная.

Закон сохранения массы веществ

Изменяется ли масса веществ, вступивших в химическую реакцию? В поиске ответа на этот вопрос английский ученый Р. Бойль еще в XVII в. провел множество опытов по прокаливанию свинца в запаянных сосудах. После окончания опытов он вскрывал сосуды и взвешивал продукты реакции. В результате Бойль пришел к выводу, что масса вещества после реакции больше массы исходного металла. Он объяснил это присоединением к металлу некой «огненной материи».

Опыты Р. Бойля по прокаливанию металлов повторил русский ученый М. В. Ломоносов в 1748 г. Прокаливание железа он проводил в специальной колбе (реторте) (рис. 56), которая была герметически запаяна. В отличие от Бойля после реакции он оставлял реторту запаянной. Взвешивание реторты после реакции показало, что ее масса не изменилась. Это свидетельствовало о том, что, хотя между металлом и веществом, содержащемся в воздухе, произошла химическая реакция, сумма масс исходных веществ равна массе продукта реакции.

М. В. Ломоносов сделал вывод: «Все перемены, в натуре случающиеся, суть такого состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте».

В 1789 г. французский химик А. Лавуазье доказал, что прокаливание металлов — это процесс их взаимодействия с одной из составных частей воздуха — кислородом. На основе работ М. В. Ломоносова и А. Лавуазье был сформулирован закон сохранения массы веществ в химических реакциях.

Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

При химических реакциях атомы не исчезают бесследно и не возникают из ничего. Их число остается неизменным. А так как они имеют постоянную массу, то и масса образованных ими веществ также остается постоянной.

Закон сохранения массы веществ можно проверить экспериментально. Для этого используют прибор, показанный на рисунке 57, а, б. Главная его часть — двухколенная пробирка. В одно колено нальем известковую воду, во второе — раствор медного купороса. Уравновесим прибор на весах, а затем смешаем оба раствора в одном колене. При этом мы увидим, что выпадает голубой осадок нового вещества. Образование осадка подтверждает, что произошла химическая реакция. Масса прибора при этом остается прежней. Это означает, что в результате химической реакции масса веществ не изменяется.

Закон важен для правильного понимания всего совершающегося в природе: ничто не может исчезнуть бесследно и возникнуть из ничего.

Химические уравнения

Химические реакции можно изобразить, используя химический язык формул. Химические элементы обозначают химическими символами, состав веществ записывают при помощи химических формул, химические реакции выражают при помощи химических уравнений, т. е. так же, как из букв составляются слова, из слов — предложения.

Уравнение химической реакции (химическое уравнение) — это условная запись реакции при помощи химических формул и знаков «+» и «=».

Закон сохранения массы веществ в химических реакциях должен соблюдаться и при составлении уравнений химических реакций. Как и в математических уравнениях, в уравнениях химических реакций имеется левая часть (где записываются формулы исходных веществ) и правая часть (где записываются формулы продуктов реакции). Например (рис. 58):

При написании уравнений химических реакций знак «+» (плюс) соединяет формулы веществ в левой и правой частях уравнения. Так как масса веществ до реакции равна массе образовавшихся веществ, используется знак «=» (равно), который связывает левую и правую части уравнения. Для уравнивания числа атомов в левой и правой частях уравнения используются числа перед формулами веществ. Эти числа называются коэффициентами химических уравнений и показывают число молекул или формульных единиц. Поскольку 1 моль любого вещества состоит из одинакового числа структурных единиц (6,02*10 23 ), то коэффициенты показывают и химические количества каждого из веществ:

При написании химических уравнений применяют также и специальные знаки, например знак «↓», обозначающий, что вещество образует осадок:

знак «↑», обозначающий, что вещество выделяется в виде газа (рис. 59):

Часто в уравнениях химических реакций над знаком «=» указывают условия их протекания: нагревание (t), облучение светом (hν), электрический ток (↯) и др.

Краткие выводы урока:

1. В химических реакциях соблюдается закон сохранения массы веществ: масса исходных веществ равна массе продуктов реакции.
2. Сущность химической реакции состоит в перегруппировке атомов, из которых состояли исходные вещества, с образованием новых веществ.
3. Число атомов каждого химического элемента до реакции должно быть равно их числу после реакции.
4. Химическое уравнение — условная запись реакции при помощи химических формул и специальных знаков.

Надеюсь урок 11 «Химические уравнения» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Химические формулы простых и сложных веществ

Химическая формула необходима для отражения состава вещества с помощью специальных символов и индексов. Формула включает символы химических элементов, уточнить которые всегда можно в таблице Менделеева, и индексы. В последнем случае речь идет о цифре, которая ставится справа снизу после знака элемента и указывает на количество его атомов. При ответственной подготовке к ЕГЭ по химии без умения читать формулы веществ просто не обойтись.

Химические формулы простых и сложных веществ

Для большинства простых веществ (многие неметаллы и все металлы) формула представляет собой знак соответствующего химического элемента. Так, для вещества медь и химического элемента медь обозначение одинаково — Cu. Если же вещество существует в форме молекул, то к знаку химического элемента справа внизу добавляется индекс, которые указывает на количество атомов в молекуле. В соответствии с этим правилом формула кислорода записывается как O₂, хлора — Cl₂, фосфора — P₄.

Химическая формула простого вещества дает возможность получить следующую информацию:

1. Название вещества;
2. Относительная атомная масса;
3. Молярная масса.

Химическая формула: что это и какую информацию несет

На примере алюминия Al можно сказать следующее:

При записи химических формул сложного вещества указывают знаки всех составляющих химических элементов и индексы, по которым можно определить, сколько элементов конкретного атома входит в молекулу. Если индекс отсутствует, то необходимо иметь в виду, что возле знака находится цифра 1.

Химическая формула: что это и какую информацию несет

В некоторых случаях в уравнении реакции перед формулой может стоять цифра. Речь идет о коэффициенте, отражающем число молекул или молей вещества. Если знак химического элемента стоит не перед, а после коэффициента, то речь идет о количестве атомов данного элемента. Например, 3Cu: количество атомов меди — три, количество моль — тоже три.

Химическая формула сложного вещества дает возможность получить следующую информацию:

1. Название вещества;
2. Класс веществ, к которым оно относится;
3. Относительная молекулярная масса;
4. Молярная масса;
5. Качественный состав (список образующих вещество химических элементов);
6. Количественный состав (количество атомов каждого элемента, количество молей);
7. Массовый состав (массовые доли отдельных элементов в веществе, их массы в 1 моле вещества).

Химическая формула: что это и какую информацию несет

Возьмем для примера глюкозу C₆H₁₂O₆ и разберем ее по представленному выше плану:

1. Глюкоза;
2. Углеводород;
3. M_r(C₆H₁₂O₆) = 6A_r(C) + 12A_r(H) + 6A_r(O) = 6·12 + 12·1 + 6·16= 72 + 12 + 96 = 180;
4. 180 г/моль;
5. Углерод, водород, кислород;
6. В молекуле глюкозы содержится 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода, в 1 моль глюкозы 6 моль углерода, 12 моль водорода и 6 моль кислорода;
7. W(C) = (n(C)·Ar(C))/Mr(C₆H₁₂O₆) = (6·12)/180= 0,4 (40%)

В 1 моль глюкозы (100 г) содержится 40 г углерода, 7 г водорода и 53 г кислорода.

Химическая формула: что это и какую информацию несет

Структурная химическая формула

Под структурной формулой понимается изображение, отражающее в графическом виде структуру молекул, порядок соединения атомов в них, а также валентность элементов. Данная информация может быть представлена в 2D или 3D виде. В первом случае для обозначения общих электронных пар используются штрихи (валентные черточки).

Химическая формула: что это и какую информацию несет

Структурные 2D формулы могут быть представлены в нескольких вариантах (в качестве примера приведен пиридин C₅H₅N):

1. Развернутые. Содержат самую полную информацию, в них представлены все химические элементы и отражены все химические связи;
2. Развернутые без указания валентными штрихами связей с атомами водорода;
3. Скелетные. Данный вариант является самым кратким — здесь отсутствует информация об атомах водорода, которые связаны с атомами, и о самих связях тоже. Для обозначения атомов углерода и их связей используется ломаная: вершины и концы, которые не контактируют ни с одним из атомов, являются атомами углерода, а звенья между ними — связями.
4. Формулы для соединений с бензольным кольцом. Речь идет о шестиугольнике, внутри которого находится окружность. Такая запись свидетельствует о том, что все связи между атомами углерода равноправны.

Порядок составления графических структурных формул первого и второго типов следующий:

1. Определяем валентность химических элементов, составляющих вещество;
2. Выписываем знаки химических элементов по одному знаку на каждый входящий в вещество атом;
3. Соединяем выписанные знаки штрихами. Каждая черта — общая электронная пара, которая связывает химические элементы и в одинаковой степени принадлежит им обоим. Знаки элементов должно окружать такое количество штрихов, которое соответствует их валентности.

Химическая формула: что это и какую информацию несет

Как расставлять коэффициенты в химических уравнениях

Содержание:

Все химические реакции, проходящие в окружающем мире можно описать при помощи специальных уравнений, представляющих собой химические формулы и математические знаки с коэффициентами. И от правильно расставленных коэффициентов в химических уравнениях порой зависит не много не мало, а то какой собственно и будет химическая реакция и будет ли она вообще. В нашей статье мы расскажем о том, как правильно расставлять коэффициенты в химии, чтобы химические уравнения были записаны верно.

Пример разбора простых реакций

Главное правило, которым следует руководствоваться при составлении химических уравнений – принцип сохранения энергии вещества, то есть, сколько есть атомов каждого химического элемента в левой части уравнения, столько должно быть и в правой части того же уравнения.

Для примера возьмем химическую реакцию взаимодействия кальция (Ca) с кислородом (O₂)_. Но для начала объясним, почему вообще кислород (как и некоторые другие химических элементы) в химических уравнениях записывается с индексом «2». Дело в том, что одна молекула кислорода имеет 2 атома, поэтому его записывают как O_2. В свою очередь, к примеру, одна молекула воды, состоящая из кислорода и водорода, имеет всем известную формулу H₂O. Это означает, что каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Заметьте, что по своему усмотрению индексы в химических уравнениях и формулах менять нельзя, так как они изначально должны быть написаны правильно.

Теперь вернемся к нашему простому примеру реакции взаимодействия кальция и кислорода. Ее можно записать следующим образом:

О чем говорит эта запись? О том, что в результате химической реакции взаимодействия кальция с кислородом образуется оксид кальция, который записан формулой CaO. Но также обратите внимание, что в правой части оксид кальция мы записали с коэффициентом 2 – 2CaO. Это значит, что каждый из двух атомов кислорода сцепился со своим атомом кальция, но тогда происходит несоответствие – в правой стороне у нас два атома кальция, в то время как в левой только лишь один. А значит, чтобы запись была правильной в левой части мы должны перед кальцием поставить коэффициент 2:

Теперь мы можем проверить наше уравнение – с левой стороны у нас два атома кальция и с правой тоже два, а значит между обеими частями можно вполне справедливо поставить знак равенства:

Разберем еще один простой пример, из взаимодействия кислорода и водорода как мы знаем, рождается одно из самых ценным и необычных веществ во Вселенной (и это без преувеличения) – вода, основа жизни на нашей планете. Образование воды можно записать следующим уравнением:

Но где же здесь закралась ошибка? Давайте разберем: в левой части у нас два атома кислорода, а в правой только один. Значит перед формулой воды необходимо поставить коэффициент 2:

Умножение 2 молекул воды на 2 атома водорода даст нам 4 атома водорода с правой стороны, но ведь с левой стороны атомов водорода лишь два! Значить перед водородом в уравнении мы также должны поставить коэффициент 2 и теперь получим правильное химическое уравнение, где вместо стрелочки → можно уже смело поставить знак равенства.

Пример разбора сложной реакции

Теперь давайте разберем то, как проставлять коэффициенты в более сложных химических уравнениях:

Перед вами запись так званой реакции нейтрализации – взаимодействие кислоты и основания, в результате которого образуются соли и вода.

Что же мы имеем тут: с левой стороны у нас один атом натрия (Na), а с правой индекс говорит, что атомов натрия уже стало два. Значит логично, что химическую формулу основания гидроксида натрия NaOH надо умножить на 2. Или другими словами поставить перед ней коэффициент 2:

Количество серы в серной кислоте (H₂SO₄) и соли сульфате натрия (Na₂SO₄) у нас одинаковое, тут все хорошо, а вот с количеством кислорода и водорода опять несоответствие, с левой стороны кислорода 6, а с правой 5. Водорода с правой стороны 4, а с левой только 2, непорядок. Чтобы правильно записать это химическое уравнение надо сравнять количество кислорода и водорода в левой и правой части уравнения, к счастью тут сделать это просто, надо перед H₂O поставить коэффициент 2.

Таким образом, количество всех химических элементов в правой и левой части уравнения у нас сравнялись, а значит, мы неспроста поставили знак равенства.

Для закрепления материала разберем еще один пример сложного уравнения.

Это уравнение отображает химическую реакцию гидроксида бария (Ba(OH)₂) с азотной кислотой (HNO₃) в результате которой образуется нитрат бария (Ba(NO₃)₂) и вода.

Пример этот нам интересен тем, что тут используются скобки. Они означают, что если множитель стоит за скобками, то каждый элемент умножается на него. Начнем же разбирать это уравнение, первое, что бросается в глаза, несоответствие азота N, слева он один, а вот справа, если принимать во внимание скобки, его уже два. Получим следующее:

Теперь у нас слева стало 4 атома водорода, а справа только 2. Значит, перед формулой воды также ставим коэффициент 2.

Теперь все элементы уравнены, и мы справедливо поставили знак равенства.

Видео

И чтобы окончательно закрепить материал, рекомендуем посмотреть это образовательное видео.