Як вирішувати хімічні рівняння реакцій?

Рішення рівнянь хімічний реакцій викликають труднощі у чималої кількості учнів середньої школи по-чому завдяки великій різноманітності беруть участь у них елементів і неоднозначності їх взаємодії. Але так як основна частина курсу загальної хімії в школі розглядає саме взаємодія речовин на основі їх рівнянь реакцій, то учням необхідно обов'язково ліквідувати прогалини в даній області і навчитися вирішувати хімічні рівняння, щоб уникнути проблем з предметом надалі.

Рівнянням хімічної реакції називається символьна запис, що відображає взаємодіючі хімічні елементи, їх кількісне співвідношення і виходять в результаті взаємодії речовини. Дані рівняння відображають сутність взаємодії речовин з точки зору атомно-молекулярного або електронної взаємодії.

1. На самому початку шкільного курсу хімії вчать розв'язувати рівняння на основі поняття валентності елементів періодичної таблиці. На основі даного спрощення розглянемо рішення хімічного рівняння на прикладі окислення алюмінію киснем. Алюміній, взаємодіючи з киснем, утворює оксид алюмінію. Володіючи зазначеними вихідними даними складемо схему рівняння.
   
   
   
   
   
   Al + O₂ # 8594- AlO
   
   У даному випадку ми записали приблизну схему хімічної реакції, яка лише частково відображає її сутність. У лівій частині схеми записуються речовини, вступає в реакцію, а в правій результат їх взаємодії. Крім того, кисень та інші типові окислювачі, зазвичай записуються правіше металів та інших відновників в обох частинах рівняння. Стрілка показує напрямок реакції.
2. Щоб дана складена схема реакції придбала закінчений вигляд і відповідала закону збереження маси речовин, необхідно:
3. Проставити індекси в правій частині рівняння у речовини, отриманого в результаті взаємодії.
   
4. Вирівняти кількість беруть участь у реакції елементів з кількістю отриманого речовини відповідно до закону збереження маси речовин.
5. Почнемо з припинення індексів в хімічній формулі готового речовини. Індекси встановлюються відповідно до валентностью хімічних елементів. Валентністю називають здатність атомів утворювати з'єднання з іншими атомами за рахунок з'єднання їх неспарених електронів, коли одні атоми віддають свої електрони, а інші приєднують їх собі на зовнішній енергетичний рівень. Прийнято вважати, що валентність хімічного елемента визначає його групою (колонкою) в періодичній таблиці Менделєєва. Однак на практиці взаємодія хімічних елементів відбувається набагато складніше і різноманітніше. Наприклад, атом кисню у всіх реакціях має валентність # 8545-, незважаючи на те, що в періодичній таблиці знаходиться в шостій групі.
6. Щоб допомогти вам зорієнтуватися в цьому різноманітті, пропонуємо вам наступний невеликий довідковий помічник, який допоможе визначити валентність хімічного елемента. Виберіть цікавий для вас елемент і ви побачите можливі значення його валентності. У дужках вказані рідкісні для обраного елемента валентності.
7. Повернемося до нашого прикладу. Запишемо в правій частині схеми реакції зверху над кожним елементом його валентність.
   Al^{# 8546-}O^{# 8545-}
   Для алюмінію Al валентність дорівнюватиме # 8546-, а для молекули кисню O₂ валентність дорівнює # 8545-. Знаходимо найменше спільне кратне до цих чисел. Воно буде дорівнює шести. Ділимо найменше спільне кратне на валентність кожного елемента і отримуємо індекси. Для алюмінію шість ділимо на валентність отримуємо індекс 2, для кисню 6/2 = 3. Хімічна формула оксиду алюмінію, отриманого в результаті реакції, прийме вигляд Al₂O₃.
   Al + O₂ # 8594- Al₂O₃
8. Після отримання правильної формули готового речовини необхідно перевірити і в більшості випадків зрівняти праві і ліві частини схеми згідно закону збереження маси, так як продукти реакції утворюються з тих самих атомів, які спочатку входили до складу вихідних речовин, що беруть участь в реакції.
9. Закон збереження маси свідчить, що кількість атомів вступили в реакцію повинна дорівнювати кількості атомів одержані в результаті взаємодії. У нашій схемі у взаємодії беруть участь один атом алюмінію і два атоми кисню. У результаті реакції отримуємо два атоми алюмінію і три кисню. Очевидно, що схему необхідно вирівняти, використовуючи коефіцієнти для елементів і речовини, щоб дотримувався закон збереження маси.
10. Зрівняння виконують також через знаходження найменшого спільного кратного, яке знаходиться між елементами, що володіють найбільшими індексами. У нашому прикладі це буде кисень з індексом в правій частині рівним 3 і в лівій частині рівним 2. Найменше спільне кратне і в цьому випадку буде дорівнює 6. Тепер розділимо найменше спільне кратне на значення найбільшого індексу в лівій і правій частинах рівняння і отримаємо наступні індекси для кисню.
    Al + 3 # 8729-O₂ # 8594- 2 # 8729-Al₂O₃
11. Тепер залишається зрівняти тільки алюміній в правій частині. Для цього в ліву частину поставимо коефіцієнт 4.
    4 # 8729-Al + 3 # 8729-O₂ = 2 # 8729-Al₂O₃
12. Після розстановки коефіцієнтів рівняння хімічної реакції відповідає закону збереження маси і між його лівою і правою частинами можна поставити знак рівності. Розставлені коефіцієнти в рівнянні позначають число молекул речовин, що беруть участь в реакції і виходять в результаті неї, або співвідношення даних речовин в молях.

Після вироблення навичок вирішення хімічних рівнянь на основі валентностей взаємодіючих елементів, шкільний курс хімії знайомить з поняттям ступеня окислення і теорією окисно-відновних реакцій. Даний тип реакцій є найбільш поширеним і надалі хімічні рівняння найчастіше вирішують на основі ступенів окислення взаємодіючих речовин. Про те, як вирішувати окислювально-відновні реакції розказано у відповідній статті на нашому сайті.