úvod
Chemických reakcií sú milióny: horenie, hrdzavenie, pečenie, reakcie v baterkách aj v našom tele. Aby sa v nich chemici vyznali, triedia ich podľa toho, čo sa pri nich deje s látkami. Najjednoduchšie triedenie má len štyri skupiny: zlučovanie, rozklad, nahradzovanie a podvojnú zámenu. V tejto lekcii sa naučíš každú z nich spoznať podľa rovnice.
teória
Zlučovanie
Pri zlučovaní sa z dvoch alebo viacerých látok vytvorí jedna nová látka. Zapíšeme to schémou:
A + B → AB
Príklady zlučovania:
- železo + síra → sulfid železnatý, Fe + S → FeS
- horenie uhlíka: C + O₂ → CO₂
- vznik vody z vodíka a kyslíka: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O, pozri pokus Zmes vodíka a kyslíka
- hasenie vápna: CaO + H₂O → Ca(OH)₂
Prudké zlučovanie zinku so sírou ukazuje pokus Reakcia síry so zinkom. Mnohé horenia sú zlučovaním látky s kyslíkom, napríklad horenie horčíka: 2 Mg + O₂ → 2 MgO.
Zlučovaním vzniká aj amoniak, jedna z najdôležitejších priemyselných látok. Dusík zo vzduchu sa zlučuje s vodíkom pri vysokom tlaku a teplote na katalyzátore zo železa:
N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃
Tomuto spôsobu výroby sa hovorí Haberova a Boschova syntéza. Z amoniaku sa vyrábajú priemyselné hnojivá, vďaka ktorým dnes uživí pôda o niekoľko miliárd ľudí viac.
teória
Rozklad
Pri rozklade sa z jednej látky vytvoria dve alebo viac nových látok:
AB → A + B
Rozklad zvyčajne potrebuje dodať energiu: teplo, svetlo alebo elektrický prúd.
- teplom: pálenie vápenca CaCO₃ → CaO + CO₂. Tepelný rozklad ukazuje aj pokus Dichrómanová sopka.
- elektrickým prúdom: elektrolýza vody 2 H₂O → 2 H₂ + O₂
- svetlom: bromid strieborný sa na svetle rozkladá na striebro, na tom stála klasická fotografia, pozri pokus Chémia čiernobielej fotografie
- katalyzátorom: peroxid vodíka sa rozkladá na vodu a kyslík, 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂. Katalyzátor rozklad tak urýchli, že pena vystrelí z fľaše, pozri pokusy Slonia zubná pasta a Džin z fľaše.
Rozkladom oxidu ortuťnatého objavili v 18. storočí kyslík. Keď sa oranžový prášok zahrieva, rozloží sa na lesklé kvapky ortuti a plyn, v ktorom tlejúca trieska vzplanie: 2 HgO → 2 Hg + O₂.
teória
Nahradzovanie
Pri nahradzovaní prvok vytlačí zo zlúčeniny iný prvok a zaujme jeho miesto:
A + BC → AC + B
- Železný klinec v modrej skalici, teda v roztoku síranu meďnatého, sa pokryje červenou meďou: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu.
- Medený drôt v roztoku dusičnanu strieborného obrastie kryštálikmi striebra: Cu + 2 AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2 Ag, pozri pokus Strieborný strom.
- Zinok v kyseline chlorovodíkovej vytlačí vodík, ktorý uniká v bublinkách: Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂.
Vytlačiť sa dá len menej reaktívny kov. Železo vytlačí meď, ale meď železo zo síranu železnatého nevytlačí. Poradie kovov podľa reaktivity ukazuje rad reaktivity kovov, preberá ho lekcia Oxidy a reaktivita kovov.
Kovy pred vodíkom v rade reaktivity vytláčajú vodík z kyselín, kovy za vodíkom, napríklad meď, striebro a zlato, nie. Podobne sa vytláčajú aj nekovy: reaktívnejší halogén vytlačí menej reaktívny z jeho solí.
Cl₂ + 2 KBr → 2 KCl + Br₂
Pri nahradzovaní sa vždy prenášajú elektróny. Kov, ktorý vytláča, sa oxiduje, a kov, ktorý sa vylučuje, sa redukuje. Každé nahradzovanie je preto zároveň redoxná reakcia.
teória
Podvojná zámena
Pri podvojnej zámene si dve zlúčeniny vymenia svoje časti:
AB + CD → AD + CB
- vznik zrazeniny: AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃. Z dvoch číročistých roztokov vznikne biely zákal chloridu strieborného.
- zlatý dážď: Pb(NO₃)₂ + 2 KI → PbI₂ + 2 KNO₃, žltá zrazenina jodidu olovnatého, pozri pokus Zlatý dážď
- neutralizácia: NaOH + HCl → NaCl + H₂O, kyselina a zásada si vymenia časti a vznikne soľ a voda, pozri lekciu Neutralizácia a titrácia
Podvojná zámena v roztoku prebehne, keď z nej vznikne niečo, čo z roztoku „odíde“: zrazenina, ktorá sa vylúči, plyn, ktorý unikne, alebo voda.
Podvojná zámena v roztoku prebehne, keď z neho niektoré ióny odstráni. Ióny sa naviažu do nerozpustnej zrazeniny (AgCl, BaSO₄), unikajú ako plyn (CO₂ pri reakcii uhličitanov s kyselinou) alebo vytvoria málo disociovanú látku, napríklad vodu pri neutralizácii. Ak nevznikne ani jedno, ióny ostanú voľne v roztoku a reakcia neprebehne. Po zmiešaní roztokov chloridu sodného a dusičnanu draselného dostaneme len zmes štyroch druhov iónov.
Podstatu reakcie preto lepšie vystihne skrátená iónová rovnica, v ktorej sú len ióny, ktoré naozaj reagujú:
Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl
vyskúšaj si
Typy chemických reakcií
Ktorý typ reakcie zapisuje rovnica? Spočítaj látky na oboch stranách a sleduj, či si niečo vymenilo miesto.
0 / 0Roztrieď rovnice do štyroch skupín. Spočítaj látky na ľavej a pravej strane a všimni si, či si niečo vymenilo miesto.
Roztrieď rovnice do štyroch skupín. Medzi kartami sú aj reakcie, ktoré patria zároveň medzi redoxné alebo acidobázické, pri triedení však rozhoduje, čo sa deje s látkami.
teória
Ako typ reakcie spoznať
| typ | schéma | čo sa deje | príklad |
|---|---|---|---|
| zlučovanie | A + B → AB | z viacerých látok vznikne jedna | Fe + S → FeS |
| rozklad | AB → A + B | z jednej látky vznikne viac látok | CaCO₃ → CaO + CO₂ |
| nahradzovanie | A + BC → AC + B | prvok vytlačí iný prvok zo zlúčeniny | Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu |
| podvojná zámena | AB + CD → AD + CB | dve zlúčeniny si vymenia časti | AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃ |
Pomôcka: spočítaj látky na oboch stranách rovnice. Na pravej strane jedna látka znamená zlučovanie, na ľavej strane jedna látka rozklad. Ak je vľavo prvok a zlúčenina, ide o nahradzovanie. Ak sú na oboch stranách dve zlúčeniny, ide o podvojnú zámenu.
Ďalšie spôsoby triedenia. Štyri skupiny vychádzajú z toho, ako sa menia látky. Chemici reakcie triedia aj podľa toho, aké častice si látky pri reakcii odovzdávajú:
- acidobázické (protolytické) reakcie: prechádza katión vodíka H⁺, napríklad neutralizácia,
- redoxné reakcie: prechádzajú elektróny a menia sa oxidačné čísla, napríklad horenie a nahradzovanie,
- zrážacie reakcie: ióny sa spoja do nerozpustnej zrazeniny,
- komplexotvorné reakcie: vznikajú komplexné zlúčeniny, napríklad tmavomodrý komplex medi s amoniakom.
Ďalej ich triedime podľa tepla na exotermické a endotermické, alebo podľa skupenstva na homogénne (všetky látky v jednej fáze) a heterogénne. Jedna reakcia tak patrí do viacerých skupín naraz. Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂ je nahradzovanie, redoxná reakcia, exotermická aj heterogénna reakcia.
rozšírenie Termit: keď hliník vytlačí železo
Jedno z najpôsobivejších nahradzovaní je termitová reakcia. Zmes práškového hliníka a oxidu železitého sa po zapálení zmení na roztavené železo a oxid hlinitý:
2 Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2 Fe
Hliník je oveľa reaktívnejší ako železo a odoberie mu kyslík. Uvoľní sa pritom toľko tepla, že teplota vystúpi nad 2 500 °C a železo vytečie ako žeravá kvapalina. Reakciu objavil nemecký chemik Hans Goldschmidt koncom 19. storočia a od roku 1899 sa ňou zvárajú koľajnice. Roztavené železo vtečie do formy medzi konce dvoch koľajníc a po stuhnutí ich spojí bez jediného spoja na skrutky. Preto vlak na moderných tratiach neklope na každej spojnici.
teória
Časté chyby
- „Pri rozklade sa látka rozpadne na prvky.“ Nie vždy. Uhličitan vápenatý sa rozkladá na dve zlúčeniny, oxid vápenatý a oxid uhličitý.
- „Nahradzovanie a podvojná zámena sú to isté.“ Pri nahradzovaní vstupuje do reakcie prvok a vytlačí iný prvok zo zlúčeniny. Pri podvojnej zámene si časti vymenia dve zlúčeniny.
- „Každý kov vytlačí iný kov zo zlúčeniny.“ Len reaktívnejší kov vytlačí menej reaktívny, meď železo zo síranu železnatého nevytlačí.
- „Dva produkty znamenajú rozklad.“ Rozhoduje ľavá strana. Rozklad má vľavo jednu látku, podvojná zámena dve zlúčeniny, hoci obe majú vpravo dve látky.
- „Po zmiešaní dvoch roztokov solí vždy prebehne reakcia.“ Len keď vznikne zrazenina, plyn alebo voda. Inak ostanú ióny voľne v roztoku.
Prečo pri reakciách platí, že hmotnosť reaktantov sa rovná hmotnosti produktov, vysvetľuje lekcia Zákon zachovania hmotnosti. Pri reakciách sa však nemení len zloženie látok, ale aj energia. O tom je ďalšia lekcia Energia pri chemických reakciách.