1.1.Основные понятия в химии

1.1.1.Химические реакции. Химические уравнения

Химические свойства веществ проявляются в химических реакциях. Химические реакции – превращения одних веществ (исходных) в другие (продукты реакции), отличающиеся составом и свойствами, при неизменности ядер атомов. Поэтому в химических реакциях никогда не образуются атомы новых элементов. Изменения происходят лишь в электронной структуре атомов и молекул, участвующих в реакциях.

Химические реакции записываются посредством химических уравнений и схем, содержащих формулы исходных веществ и продуктов реакции. В химических уравнениях, в отличие от схем, число атомов каждого элемента одинаково в левой и правой частях, что отражает закон сохранения массы (см. раздел 1.2.1.).

Н₂ + О₂ → Н₂О – схема реакции

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О – химическое уравнение реакции.

Химическое уравнение характеризует как качественную, так и количественную сторону реакции. Коэффициенты перед формулами веществ в химическом уравнении называют стехиометрическими коэффициентами (стехиометрия – раздел химии, изучающий количественные, массовые и объёмные соотношения между реагирующими веществами). Химические вещества реагируют между собой в количествах пропорциональных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Стехиометрические коэффициенты отражают количественные соотношения между реагирующими атомами и молекулами на микроуровне, и имеют только целочисленные значения. Если рассматриваются макропорции (количества вещества (моль)) – на макроуровне, то стехиометрические коэффициенты могут быть как целочисленными, так и дробными.

Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами: поглощением или выделением энергии, изменением окраски реакционной смеси и др. Именно по этим физическим эффектам часто судят о протекании реакции.

Классификация химических реакций может быть осуществлена по различным признакам: по числу исходных веществ и продуктов реакции (реакции соединения, разложения, обмена); по тепловому эффекту (экзо- и эндотермические реакции); по степени превращения веществ (обратимые и необратимые реакции); по способу разрыва химической связи (гомо- и гетеролитические); по степени окисления (окислительно-восстановительные и обменные реакции). Рассмотрим лишь некоторые из них.

1. По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции.

Реакции соединения. Число исходных веществ уменьшается, так как из двух или нескольких исходных веществ (простых, сложных) образуется одно новое вещество (сложное):

2Zn + O₂ = 2ZnO; O₂ + 2SO₂ = 2SO₃; CaO + CO₂ = CaCO₃.

Реакции разложения. Число продуктов реакции больше, чем число исходных веществ, так как из одного исходного вещества (сложного) образуется несколько продуктов реакции (простых, сложных):

2HI = H₂ + I₂; NH₄Cl = NH₃ + HCl.

Реакции замещения. Число исходных веществ и продуктов реакции одинаково. В реакциях замещения атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов сложного вещества:

Zn + H₂SO₄ = H₂ + ZnSO₄.

Реакции обмена. Число исходных веществ и продуктов реакции одинаково, так как два сложных вещества обмениваются своими составными частями, образуя новые (сложные) вещества:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O; CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + H₂O.