Po pierwsze trzeba zdawać sobie sprawę, że zapis równania reakcji

Po pierwsze trzeba zdawać sobie sprawę, że zapis równania reakcji

Po pierwsze trzeba zdawać sobie sprawę, że zapis równania reakcji chemicznej to umowny, symboliczny zapis, który może mieć różne cele:
−
pokazanie, że z danych substratów powstają konkretne produkty (i wówczas czasem nie
uwzględniamy współczynników stechiometrycznych)
−
pokazanie jak wyżej, ale z uwzględnieniem zależności ilościowych (wówczas współczynniki
stechiometryczne są „obowiązkowe”)
−
jeszcze precyzyjniej, jak wyżej, ale z uwzględnieniem rzeczywistej postaci reagujących związków.
Weźmy przykład powstawania kwasu fosforowego(V) – tzw. ortofosforowego:
P2O5 + H2O = H3PO4 (tylko opisujemy, co z czym reaguje i co powstaje)
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4 (z uwzględnieniem, że po lewej stronie równania mamy dwa
atomy P to i po prawej też muszą być dwa, czyli musimy mieć dwie cząsteczki kwasu – a to zmusza do dobrania po lewej stronie 3 cząsteczek wody, żeby mieć 6 atomów wodoru, bo tylko woda jest w tej reakcji źródłem wodoru. Po dobraniu tych
współczynników okazuje się, że na szczęście ilość atomów tlenu już się „sama”
uzgodniła i równanie jest prawdziwe – ilość i jakość po lewej stronie i po prawej jest
taka sama)
P4O10 + 6H2O = 4H3PO4 tak wygląda rzeczywisty przebieg reakcji, bo w rzeczywistości tlenek fosforu(V) ma wzór nie P2O5 tylko P4O10
Jak widzisz, do dobrania odpowiednich współczynników dochodzimy kolejnymi krokami, kieru-
jąc się wiedzą chemiczną (co z czym się łączy i jaką ma wartościowość, czyli ile elektronów walencyjnych tworzy wiązanie). Czasem może być to dość żmudne, ale zazwyczaj powinno być proste
i łatwe.
Spróbujmy napisać reakcję utlenienia żelaza tlenem z powietrza do tlenku żelaza(III) (trójwartościowego)
Ogólnie Fe + O = FeO
uwzględniając, że żelazo Fe(III) a tlen O(II) powstały tlenek żelaza musi mieć wzór Fe2O3, zatem
2Fe + 3O = Fe2O3 ale ponieważ wiemy, że pierwiastki gazowe występują w postaci cząsteczek
dwuatomowych, np. O2 N2 Cl2 to lewa strona musi zawierać nie O lecz O2 a więc wszystko musimy
podwoić:
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3
Podsumowując nasze krótkie wprowadzenie w temat „współczynniki stechiometryczne”:
−
generalnie naszym celem jest doprowadzenie do sytuacji, aby równanie reakcji było jak najbliższe opisu rzeczywistości;
−
lewa strona równania musi być zgodna z prawą (wszak to „równanie”) co do ilości atomów poszczególnych pierwiastków;
−
musimy mieć podane wzory reagentów, a jeśli nie mamy wzorów, to musimy je stworzyć, pamiętając, że każde wiązanie to dwa elektrony, po jednym od każdego atomu (choć bywają wyjątki – wiązania koordynacyjne);
−
za punkt wyjścia przyjmijmy (wystarczy nam to w 90% równań) że tlen jest O(-II), wodór
H(+I), pierwiastki I grupy (litowce) są zawsze +I, drugiej grupy (berylowce) +II. Umiejętnie
wyciągając wnioski na podstawie tych informacji można ustalić wartościowości innych pierwiastków i grup w danym związku. Na przykład kwas siarkowy to H 2SO4; jaki wzór będzie miał
siarczan baru? Dwa wodory to 2*(+I)=+II, zatem SO 4(-II), Ba(+II) zatem stworzy związek z
anionem siarczanowym 1:1 czyli BaSO4
−
a teraz trochę sprytu, trochę logiki i trochę wiadomości (informacji) chemicznych i wszystko jasne ...
Spróbujmy jeszcze jeden przykład. Napiszemy równanie reakcji tlenku wapnia z kwasem fosforowym(V) H3PO4:
Tlenek wapnia to CaO, bo wapń zawsze (+II) – berylowce a tlen zawsze (-II)
H3PO4 + CaO = ?? tu potrzebna informacja chemiczna – reszty anionowe kwasu tworzą z jonami
metalu sole, a wodory z kwasu albo tworzą gazowy wodór, albo wodę (tę drugą w przypadku gdy w
reakcji mamy tlen).
H3PO4 + CaO = Ca?(PO4)? + ?H2O
Ilu wartościowy jest anion fosforanowy? Skoro powstał przez oderwanie się trzech wodorów
(każdy +I) to jest (-III). Skoro wapń jest (+II) to fosforan(V) wapnia musi mieć wzór Ca 3(PO4)2
żeby zgadzały się wiązania: 3*(+II) i 2*(-III). A zatem wiemy już:
H3PO4 + CaO = Ca3(PO4)2 + ?H2O
musimy zatem wziąć co najmniej 3 cząsteczki tlenku wapnia (żeby mieć trzy atomy wapnia potrzebne do zbudowania cząsteczki fosforanu(V) wapnia) i dwie cząsteczki kwasu fosforowego(V),
bo tyle jonów fosforanowych potrzebujemy do stworzenia cząsteczki soli):
2H3PO4 + 3CaO = Ca3(PO4)2 + ?H2O
teraz po lewej stronie mamy (oprócz jonów fosforanowych i wapniowych, które już sa zbilansowane po obu stronach równania) 6 atomów wodoru i trzy atomy tlenu, z których mogą powstać 3
cząsteczki wody, piszemy zatem:
2H3PO4 + 3CaO = Ca3(PO4)2 + 3H2O
i równanie gotowe!