Χημικές αντιδράσεις Α΄ Λυκείου
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Χημικές αντιδράσεις Α΄ Λυκείου

on

  • 2,759 views

 

Statistics

Views

Total Views
2,759
Views on SlideShare
2,599
Embed Views
160

Actions

Likes
2
Downloads
93
Comments
0

1 Embed 160

http://plaaedu2.wikispaces.com 160

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Χημικές αντιδράσεις Α΄ Λυκείου Χημικές αντιδράσεις Α΄ Λυκείου Document Transcript

  • ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙ∆ΡΑΣΕΙΣΧηµικά φαινόµενα (αντιδράσεις) ονοµάζονται οι µεταβολές κατά τις οποίες από ορισµένεςαρχικές ουσίες (αντιδρώντα) δηµιουργούνται νέες (προϊόντα) µε διαφορετικές ιδιότητες.Χηµικές αντιδράσεις γίνονται συνεχώς στο περιβάλλον µε ή χωρίς την παρέµβαση τουανθρώπου.Πώς συµβολίζονται οι χηµικές αντιδράσειςΚάθε χηµική αντίδραση συµβολίζεται µε µία χηµική εξίσωση. Στη χηµική αυτή εξίσωσηδιακρίνουµε δύο µέλη, που συνδέονται µεταξύ τους µε ένα βέλος (→). Στο πρώτο µέλοςγράφουµε τα σώµατα που έχουµε αρχικά καιονοµάζονται αντιδρώντα, ενώ στο δεύτερο µέλοςγράφουµε τα σώµατα που σχηµατίζονται κατά την αντίδραση και ονοµάζονται προϊόντα. ΑΝΤΙ∆Ρ ΝΤΑ → ΠΡΟΪΟΝΤΑΑς εξετάσουµε τώρα µία απλή χηµική αντίδραση π.χ. την αντίδραση του αζώτου µε τουδρογόνο προς σχηµατισµό αµµωνίας, που περιγράφεται µε την παρακάτω χηµική εξίσωση : Ν2 + Η2 → ΝΗ3 (1)Στο πρώτο µέλος γράφουµε τα µόρια των αντιδρώντων, δηλαδή, το άζωτο και το υδρογόνο, ενώστο δεύτερο µέλος της εξίσωσης γράφουµε τα προϊόντα της αντίδρασης, δηλαδή την αµµωνία. στόσο, η χηµική εξίσωση (1) δεν είναι ακόµα σωστά γραµµένη, καθώς ο αριθµός των ατόµωνκάθε στοιχείου θα πρέπει να είναι ίδιος στα αντιδρώντα και προϊόντα. Θα πρέπει, λοιπόν ναγίνει ισοστάθµιση µάζας. Έτσι, βάζουµε κατάλληλους συντελεστές στα δύο µέλη της εξίσωσης.Στο παράδειγµα της σύνθεσης της αµµωνίας, βάζουµε συντελεστή δύο (2) µπροστά από τηναµµωνία, ώστε να ισοσταθµίσουµε τα άτοµα αζώτου, οπότε η χηµική εξίσωση γράφεται : Ν2 + Η2 → 2ΝΗ3 (2)Επίσης βάζουµε συντελεστή τρία (3) µπροστά από το µόριο του υδρογόνου, ώστε ναισοσταθµίσουµε στα δύο µέλη της χηµικής εξίσωσης (αντιδρώντα και προϊόντα) τον αριθµόατόµων υδρογόνου. Έτσι, η χηµική εξίσωση παίρνει τη µορφή : Ν2 + 3Η2 → 2ΝΗ3 (3)H (3) είναι τώρα σωστά γραµµένη χηµική εξίσωση, καθώς έχει γίνει ισοστάθµιση των ατόµωνστα δύο µέλη της εξίσωσης. Επιπλέον πολλές φορές αναγράφεται και η φυσική κατάσταση τωναντιδρώντων και προϊόντων, όπως θα δούµε παρακάτω.Συµπερασµατικά, λοιπόν, µία χηµική εξίσωση περιλαµβάνει : • τα αντιδρώντα και τα προϊόντα • τους κατάλληλους συντελεστές, ώστε τα άτοµα κάθε στοιχείου να είναι ισάριθµα στα δύο µέλη της χηµικής εξίσωσης. Antoine Lavoisier (1743-1794). Av κανείς ήθελε να οριοθετήσει την εποχή που αρχίζει η ανάπτυξη της χηµείας ως επιστήµη θα.ξεκινούσε από τον Γάλλο χηµικό Lavoisier. Μια λαµπρή προσωπικότητα, προικισµένη µε πολλές αρετές. To ερευνητικό του έργο ήταν πολύ πλούσιο. Μεταξύ των άλλων περιλαµβάνεται ο νόµος διατήρησης της µάζας : "Σε κάθε χηµική αντίδραση η µάζα των αντιδρώντων είναι ίση µε τη µάζα των προϊόντων".To βιβλίο του "Στοιχειώδες Σύγγραµµα της Χηµείας" αποτέλεσε τη βάση για τη θεµελίωση καιδιάδοση της χηµικής επιστήµης. Παράλληλα µε τις επιστηµονικές του δραστηριότητες, είχεαναπτύξει και επιχειρηµατική δράση, έχοντας µια φοροεισπρακτική εταιρεία. H εταιρεία αυτή τουεξασφάλιζε µεγάλα κέρδη, ώστε να αυτοχρηµατοδοτεί τις έρευνες του. Όµως, αυτή του στοίχισετο κεφάλι. Κατά τη διάρκεια της Γαλλικής επανάστασης κατηγορήθηκε για οικονοµικά εγκλήµατακαι καρατοµήθηκε... ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ : ΒΑΣΙΛΗΣ ΜΑΝΤΑΣ Χηµικός
  • Χαρακτηριστικά των χηµικών αντιδράσεωνα. Πότε πραγµατοποιείται µία χηµική αντίδραση;Για να πραγµατοποιηθεί µία χηµική αντίδραση θα πρέπει, σύµφωνα µε τη θεωρία τωνσυγκρούσεων, τα µόρια (ή γενικότερα οι δοµικές µονάδες της ύλης) των αντιδρώντων νασυγκρουστούν και µάλιστα να συγκρουστούν κατάλληλα. Με τον όρο "να συγκρουστούνκατάλληλα" εννοούµε ότι πρέπει να έχουν την κατάλληλη ταχύτητα και ένα ορισµένοπροσανατολισµό. Αποτέλεσµα αυτής της σύγκρουσης είναι ότι "σπάνε" οι αρχικοί δεσµοί (τωναντιδρώντων) και δηµιουργούνται νέοι (των προϊόντων). Έχει εκτιµηθεί ότι µόνο ένα πολύ µικρόποσοστό των συγκρούσεων των αντιδρώντων είναι αποτελεσµατικές, δηλαδή οδηγούν σεαντίδραση• Σύµβολα s : στερεό, l : υγρό, g : αέριο, aq : υδατικό διάλυµαβ. Πόσο γρήγορα γίνεται µία χηµική αντίδραση ; (Ταχύτητα της αντίδρασης)Εύκολα γίνεται αντιληπτό ότι η ταχύτητα µε την οποία τα διάφορα χηµικά φαινόµεναεξελίσσονται ποικίλλει. Έτσι, π.χ. ο Fe σκουριάζει (διάβρωση) πολύ αργά, ενώ η έκρηξη τηςπυρίτιδας γίνεται ακαριαία. Επίσης, η αντίδραση 2Η2 + O2 → 2Η2O στη συνήθη θερµοκρασίαπροχωρεί τόσο αργά, ώστε πρακτικά δε γίνεται. Av όµως τη "βοηθήσουµε" µε ένα σπινθήρα,τότε γίνεται έκρηξη, δηλαδή η αντίδραση γίνεται µε πολύ µεγάλη ταχύτητα.Προφανώς ο ρυθµός των ενεργών συγκρούσεων καθορίζει την ταχύτητα µιας αντίδρασης.Ταχύτητα µιας αντίδρασης ορίζεται η µεταβολή της συγκέντρωσης ενός από τα αντιδρώντα ή ταπροϊόντα, στη µονάδα του χρόνου.H ταχύτητα µιας αντίδρασης µπορεί να αυξηθεί :1. Με αύξηση της ποσότητας (συγκέντρωσης) των αντιδρώντων.2. Με αύξηση της θερµοκρασίας.3. Με την παρουσία καταλυτών. O καταλύτης αυξάνει την ταχύτητα της αντίδρασης, χωρίς να καταναλώνεται. Οι αντιδράσεις στους ζωντανούς οργανισµούς καταλύονται από τα ένζυµα ή βιοκαταλύτες.4. Με την αύξηση της επιφάνειας επαφής των στερεών σωµάτων που µετέχουν στην αντίδραση. π.χ. ο άνθρακας σε µεγάλα κοµµάτια καίγεται αργά, ενώ σε µορφή σκόνης σχεδόν ακαριαία.γ. Ενεργειακές µεταβολές που συνοδεύουν τη χηµική αντίδρασηΕίναι πια γνωστό ότι στις χηµικές αντιδράσεις τα άτοµα διατηρούνται, ενώ ανακατανέµονται.∆ηλαδή, οι αρχικοί δεσµοί "σπάζουν" και δηµιουργούνται καινούργιοι σχηµατίζοντας έτσι ταπροϊόντα της αντίδρασης. π. χ. στην αντίδραση H2 + Cl2 → 2HCl, "σπάζουν" οι δεσµοί H-H καιCl-Cl και δηµιουργείται ο δεσµός H-Cl.Γενικά, για να "σπάσει" ένας δεσµός, χρειάζεται ενέργεια, ενώ όταν δηµιουργείται εκλύεται. Αυτότο "πάρε - δώσε" ενέργειας κρίνει τελικά κατά πόσο η αντίδραση συνολικά ελευθερώνει ήαπορροφά ενέργεια σε µορφή θερµότητας.Εξώθερµη ονοµάζεται µία χηµική αντίδραση που ελευθερώνει θερµότητα στο περιβάλλον.Ενδόθερµη είναι η αντίδραση που απορροφά θερµότητα από το περιβάλλον.δ. Πόσο αποτελεσµατική είναι µία αντίδραση ; (Απόδοση αντίδρασης)Πολλές χηµικές αντιδράσεις δεν είναι πλήρεις, δηλαδή µέρος µόνο των αντιδρώντωνµετατρέπονται σε προϊόντα (αµφίδροµες αντιδράσεις).H απόδοση µιας αντίδρασης καθορίζει τη σχέση µεταξύ της ποσότητας ενός προϊόντος πουπαίρνουµε πρακτικά και της ποσότητας που θα παίρναµε θεωρητικά, αν η αντίδραση ήτανπλήρης (µονόδροµη).Μπορούµε να αυξήσουµε την απόδοση µιας αντίδρασης µεταβάλλοντας :1. την ποσότητα (συγκέντρωση) των αντιδρώντων ή των προϊόντων2. τη θερµοκρασία3. την πίεση, εφ όσον στην αντίδραση µετέχουν αέρια. ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ : ΒΑΣΙΛΗΣ ΜΑΝΤΑΣ Χηµικός
  • ΜΕΡΙΚΑ ΕΙ∆Η ΧΗΜΙΚ Ν ΑΝΤΙ∆ΡΑΣΕ ΝΟι χηµικές αντιδράσεις µπορούν να ταξινοµηθούν σε δύο µεγάλες κατηγορίες, τιςοξειδοαναγωγικές και τις µεταθετικές.Α. ΟΞΕΙ∆ΟΑΝΑΓ ΓΙΚΕΣ ΑΝΤΙ∆ΡΑΣΕΙΣΣτις αντιδράσεις αυτές ο αριθµός οξείδωσης ορισµένων από τα στοιχεία που συµµετέχουνµεταβάλλεται. Τέτοιες αντιδράσεις απλής µορφής είναι οι συνθέσεις, οι αποσυνθέσεις, οιδιασπάσεις, οι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης. Υπάρχουν, βέβαια, και αντιδράσειςοξειδοαναγωγής πολύπλοκης µορφής, οι οποίες όµως δε θα µας απασχολήσουν στην Α΄Λυκείου.1. Αντιδράσεις σύνθεσηςΚατά τις αντιδράσεις αυτές αντιδρούν δύο ή περισσότερα στοιχεία για να σχηµατίσουν µίαχηµική ένωση. Ας δούµε µερικά παραδείγµατα :N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)C(s) + O2(g) → CO2(g)2. Αντιδράσεις αποσύνθεσης και διάσπασηςΚατά τις αντιδράσεις αυτές µία χηµική ένωση διασπάται στα στοιχεία της (αποσύνθεση) ή σεδύο ή περισσότερες απλούστερες χηµικές ουσίες (διάσπαση). Ας δούµε µερικά παραδείγµατα :2HgO(s) → 2Hg(s) + O2(g)2KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g) στόσο, υπάρχουν αντιδράσεις διάσπασης που δεν είναι οξειδοαναγωγής. π.χ.CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)3. Αντιδράσεις απλής αντικατάστασηςΚατά τις αντιδράσεις αυτές ένα στοιχείο που βρίσκεται σε ελεύθερη κατάσταση αντικαθιστά έναάλλο στοιχείο που βρίσκεται σε µία ένωση του. Έτσι, ένα µέταλλο M αντικαθιστά ένα άλλοµέταλλο M ή το υδρογόνο, σύµφωνα µε το γενικό σχήµα :M + M΄X → ΜΧ + Μ΄ή ένα αµέταλλο A αντικαθιστά ένα άλλο αµέταλλο A, σύµφωνα µε το γενικό σχήµα :Α + ΨΑ΄ → ΨΑ + Α΄• Απαραίτητη προϋπόθεση για να γίνει η αντίδραση απλής αντικατάστασης είναι το M να είναιδραστικότερο του M και το A δραστικότερο του A.(To Μ δραστικότερο του M σηµαίνει ότι το M δηµιουργεί πιο "εύκολα" χηµική ένωση µε το X απότι το M και αντίστοιχα τα Α και Α΄)Αυτό σηµαίνει ότι θα πρέπει να γνωρίζουµε τη σειρά δραστικότητας των κυριότερων µετάλλωνκαι αµετάλλων (δε χρειάζεται να την αποµνηµονεύσετε)ΣΕΙΡΑ ∆ΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΟΡΙΣΜΕΝ Ν ΜΕΤΑΛΛ Ν ΚΑΙ ΑΜΕΤΑΛΛ ΝΜΕΤΑΛΛΑK, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H, Bi, Cu ,Hg, Ag, Pt, Au Αύξηση δραστικότηταςΑΜΕΤΑΛΛΑF2, Cl2, Br2, I2, S, ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ : ΒΑΣΙΛΗΣ ΜΑΝΤΑΣ Χηµικός
  • Παραδείγµατα :α. Μέταλλο + άλας → άλας + µέταλλο ή Αµέταλλο + άλας → άλας + αµέταλλοΖn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s) Cl2(g) + 2KBr(aq) → 2KCl(aq) + Br2(l)2Na(s) + FeCl2(aq) → 2NaCl(aq) + Fe(s) Br2(l) + H2S(aq) → 2HBr(aq) + S(s)ενώ Αg(s) + MgCl2(aq) → αδύνατη ενώ Ι2(s) + 2NaF(aq) → αδύνατηβ. Μέταλλο (δραστικότερο του H) + οξύ → άλας + H2 ↑2Al(s) + 6ΗBr(aq) → 2AlBr3(aq) + 3H2↑ενώ Cu(s) + HCl(aq) → αδύνατη Να παρατηρήσουµε ότι στις αντιδράσεις απλής αντικατάστασης το µέταλλο εµφανίζεται σταπροϊόντα µε το µικρότερο αριθµό οξείδωσης. Εξαιρείται ο χαλκός που δίνει ενώσεις του Cu2+.π.χ. Fe(s) + 2ΗCl(aq) → FeCl2(aq) + H2↑ Επίσης, τα πυκνά διαλύµατα θειικού οξέος κατά τις αντιδράσεις τους µε µέταλλα δίνουνπολύπλοκες οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις (και όχι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης). To ίδιοισχύει και για τα διαλύµατα πυκνού και αραιού νιτρικού οξέος.γ. Αντίδραση µετάλλων µε νερόΤα πιο δραστικά µέταλλα K, Ba, Ca, Na αντιδρούν µε το νερό και δίνουν την αντίστοιχη βάση(υδροξείδιο του µετάλλου) και αέριο H2.π.χ. 2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g)Τα υπόλοιπα πιο δραστικά από το υδρογόνο µέταλλα αντιδρούν µε υδρατµούς σε υψηλήθερµοκρασία και δίνουν οξείδιο του µετάλλου και υδρογόνο.π.χ. Mg(s) + H2O(g) → MgO(s) + H2(g)H αντίδραση του νερού µε Na και K γίνεται πολύ βίαια, το δε H2 πουελευθερώνεται αυταναφλέγεταιB. ΜΕΤΑΘΕΤΙΚΕΣ ΑΝΤΙ∆ΡΑΣΕΙΣΣτις αντιδράσεις αυτές οι αριθµοί οξείδωσης όλων των στοιχείων που µετέχουν στην αντίδρασηπαραµένουν σταθεροί. Τέτοιες αντιδράσεις είναι οι αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης και ηεξουδετέρωση.1. Αντιδράσεις διπλής αντικατάστασηςΑντιδράσεις διπλής αντικατάστασης ονοµάζονται οι αντιδράσεις µεταξύ δύο ηλεκτρολυτών σευδατικά διαλύµατα, κατά τις οποίες οι ηλεκτρολύτες ανταλλάσσουν ιόντα, σύµφωνα µε το γενικόσχήµα : A+B– + Γ+∆– → Α+∆– + Γ+Β–Σ αυτό το είδος αντιδράσεων ανήκουν και οι αντιδράσεις µεταξύ οξέων και βάσεων(εξουδετερώσεις), οι οποίες εξετάζονται χωριστά στην αµέσως επόµενη ενότητα.Ας δούµε, όµως, µερικά παραδείγµατα :ΑgNO3(aq) + NaCl(aq) → NaNO3(aq) + AgCl↓ Σύµβολα : ↓ : ίζηµα, δηλαδή δυσδιάλυτη ουσίαNa2CO3(aq) + Ca(OH)2(aq) → 2NaOH(aq) + CaCO3↓ (καταβυθίζεται)BaCl2(aq) + 2HNO3(aq) → Ba(NO3)2(aq) + 2HCl↑ ↑ : αέρια ουσία (εάν είναι ευδιάλυτη, αποµακρύνεται µε τη θέρµανση) ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ : ΒΑΣΙΛΗΣ ΜΑΝΤΑΣ Χηµικός
  • Εδώ πρέπει να υπογραµµίσουµε ότι µία αντίδραση διπλής αντικατάστασης γίνεται µόνο εφόσονένα από τα προϊόντα της αντίδρασης :1. "πέφτει" ως ίζηµα (καταβύθιση).2. εκφεύγει ως αέριο από το αντιδρών σύστηµα3. είναι ελάχιστα ιοντιζόµενη ένωση, δηλαδή διίσταται σε πολύ µικρό ποσοστό.Η τελευταία περίπτωση θίγεται σχεδόν αποκλειστικά στην εξουδετέρωση, όπου σχηµατίζεται ηελάχιστη ιοντιζόµενη ένωση νερό.Για τις άλλες περιπτώσεις θα πρέπει να µάθουµε να αναγνωρίζουµε ποια είναι τα ιζήµατα και τααέρια. Αυτά δίνονται σε µορφή πίνακα παρακάτω.ΚΥΡΙΟΤΕΡΑ ΑΕΡΙΑ ΚΑΙ ΙΖΗΜΑΤΑΑΕΡΙΑ : HF, HCl, HBr, HI, H2S, HCN, SO2, CO2, NH3ΙΖΗΜΑΤΑ : AgCl, AgBr, AgI, BaSO4, CaSO4, PbSO4Όλα τα ανθρακικά άλατα εκτός από K2CO3, Na2CO3, (NH4)2CO3.Όλα τα θειούχα άλατα εκτός από K2S, Na2S, (NH4)2S.Όλα τα υδροξείδια των µετάλλων εκτός από ΚΟΗ, NaOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2ΠαρατήρησηTo ανθρακικό οξύ (H2CO3) και το θειώδες οξύ (H2SO3) είναι ασταθείς ενώσεις, ενώ τουδροξείδιο του αµµωνίου (NH4OH) είναι µόριο υποθετικό. Γι αυτό στη θέση των προϊόντωνγράφουµε :αντί H2CO3 → CΟ2 ↑ + Η2Ο, αντί H2SO3 → SO2 ↑+ H2O και αντί NH4OH → ΝΗ3 ↑+ Η2Οπ.χ. Νa2CO3(aq) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + CΟ2 ↑ + Η2Ο(l)2. ΕξουδετέρωσηΕξουδετέρωση ονοµάζεται η αντίδραση ενός οξέος µε µία βάση. Κατά την αντίδραση αυτή ταυδρογονοκατιόντα (H+) που προέρχονται από το οξύ ενώνονται µε τα ανιόντα υδροξειδίου (OH–)που προέρχονται από τη βάση, και δίνουν νερό :H+ + OH– → H2OΕξαιτίας της αντίδρασης αυτής πολλές φορές εξαφανίζονται (εξουδετερώνονται) τόσο οιιδιότητες του οξέος (που οφείλονται στα H+) όσο και οι ιδιότητες της βάσης (που οφείλονται σταOΗ–). Γι αυτό και η αντίδραση ονοµάζεται εξουδετέρωση.Κατά την εξουδετέρωση το ανιόν του οξέος και το κατιόν της βάσης σχηµατίζουν άλας.Ας δούµε µερικά παραδείγµατα :NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)H2SO4(aq) + 2KOH(aq) → K2SO4(aq) + 2H2O(l)3Ca(OH)2(aq) + 2H3PO4(aq) → Ca3(PO4)2 ↓ + 6Η2Ο(l)ä Μία εξαίρεση :Στις αντιδράσεις της NH3 µε οξέα δεν έχουµε παραγωγή νερού, αλλά παίρνουµε µόνον άλας τουαµµωνίου (ΝΗ4+) π.χ.ΝΗ3(aq) + ΗCl(aq) → NH4Cl(aq)2ΝΗ3(aq) + H2SO4(aq) → (ΝΗ4)2SO4(aq) ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ : ΒΑΣΙΛΗΣ ΜΑΝΤΑΣ Χηµικός