Teorinė medžiaga su pavyzdžiais

3.1. Pagrindiniai cheminių reakcijų tipai

3.1.1. Jungimosi reakcijos

Jungimosi reakcija – tai reakcija, kuriai vykstant iš dviejų ar daugiau skirtingų vieninių ar sudėtinių medžiagų susidaro viena sudėtinė medžiaga.

A+B → AB

2Fe(k) + O₂(d) → 2FeO(k)

C(k) + O₂(d) → CO₂(d)

HCl(aq) + NH₃(d) → NH₄ Cl (k)

3.1.2. Skilimo reakcijos

Skilimo reakcija – tai reakcija kurios metu iš vienos sudėtinės medžiagos susidaro dvi ar daugiau medžiagų.

A → B + C + D

CaCO₃(k)  CaO(k) + CO₂(d);

2H₂O₂(s) → 2H₂O(s) + O₂(d);

Cu(OH)₂(k) → CuO(k) + H₂O(s).

3.1.3. Mainų reakcijos

Mainų reakcija – reakcija, tarp dviejų sudėtinių medžiagų, kurios vykstant reakcijai pasikeičia sudedamosiomis dalimis.

AB + CD → CB + AD

Dažniausiai pasitaikančios mainų reakcijos yra jonų mainų reakcijos tirpaluose:

BaCl₂(aq) + 2AgNO₃(aq)→ 2AgCl(k) + Ba(NO₃)₂(aq);

CaCO₃(k) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂CO₃(aq) ;

Al(NO₃)₃(aq) + 3NaOH(aq) →3NaNO₃(aq)+ Al(OH)₃(k)

Jei jonų mainų reakcijos metu nesiskiria dujos, nesusidaro silpnieji elektrolitai (pvz. H₂O, silpnoji rūgštis arba bazė) ar reakcijos produktai neiškrenta nuosėdomis, sakoma, kad jonų mainų reakcija nevyksta.

KNO₃(aq) + Na₂SO₄(aq) → nevyksta;

H₂SO₄(aq) + KCl(aq) → nevyksta

3.1.4. Pavadavimo reakcijos

Pavadavimo reakcija – tai reakcija, vykstanti tarp vieninės ir sudėtinės medžiagos, kai vieninės medžiagos atomai pakeičia vieno iš sudėtinės medžiagos elementų atomus.

 Fe(k) + 2HCl(aq) → FeCl₂(aq)+ H₂(d)

Fe (k) + CuSO₄ (aq) → FeSO₄(aq) + Cu(aq)

Cu(k) + 2 AgNO₃(aq) → 2Ag(k) + Cu(NO₃)₂(aq)

3.2. Cheminių reakcijų skirstymas pagal medžiagų savybių pokyčius

Pagal reakcijų metu vykstančius medžiagų savybių pokyčius bei kitus stebimus reiškinius jos skirstomos į:

1) neutralizacijos reakcijas;

2) oksidacijos-redukcijos reakcijas;

3) termochemines reakcijas.

3.2.1. Neutralizacijos reakcijos

Viena iš mainų reakcijų yra neutralizacijos reakcija. Neutralizacijos reakcija, tai reakcija, kuri vyksta tarp bazinės ir rūgštinės prigimties medžiagų. Neutralizacijos metu dažniausia susidaro druska ir vanduo.

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O(s);

CuO (k) + H₂SO₄(aq) → CuSO₄(aq) + H₂O(s);

Ca(OH)₂(aq) + CO₂(d) → CaCO₃(k) + H₂O(s).

Labai svarbu yra tai, kad vykstant mainų reakcijai reaguojančiuose ir susidarančiuose junginiuose esančių to paties elemento atomų oksidacijos laipsnis nekinta.

3.2.2. Oksidacijos – redukcijos reakcijos

Reakcijos kurioms vykstant vienas elementas atiduoda elekronus, o kitas – prisijungia elektronus yra vadinamos oksidacijos – redukcijos reakcijomis.

Jungimosi, skilimo ir pavadavimo reakcijos gali būti priskiriamos prie oksidacijos – redukcijos reakcijų.

Oksidatorius – atomas, jonas ar molekulė, prisijungianti elektronus. Svarbiausi oksidatoriai:

1) vieninės medžiagos, kurių atomų elektrinis neigiamumas yra didelis. Tai ViA ir VIIA grupių elementai(Br₂, O₂, Cl₂);

2) sudėtiniai anijonai, kurių elementas turi didžiausią ar didelį teigiamąjį oksidacijos laipsnį (MnO₄⁻, CrO₄²⁻,SO₄^2-, ClO⁻)

3) Katijonai, kurių oksidacijos laipsnis yra didelis arba didžiausias ( Fe³⁺, Sn⁴⁺, Pb⁴⁺)

4) Metalų peroksidai (BaO₂, Na₂O₂, K₂O₂)

Reduktorius – atomas, jonas ar molekulė, atiduodanti elektronus. Svarbiausi reduktoriai yra:

1) elementai, kurių atomų elektrinis neigiamumas yra labai mažas ( IA ir IIA grupių elementai);

2) paprastieji anijonai ( Br^-, S^2-, Cl^-);

3) sudėtiniai anijonai, kurių elementas turi nedidelį teigiamą oksidacijos laipsnį ( SO₃^2-, NO₂^-; CrO^2-);

4) katijonai, kurių oksidacijos laipsnis yra mažas ir gali padidėti ( Sn²⁺, Fe²⁺; Pb²⁺);

5) kai kurios medžiagos aukštoje temperatūroje (H₂, C, CO)

Nustatant oksidatorius ir reduktorius galime taikyti žodį-akronimą OPERA:

O – oksidatorius

P – prisijungia

E – elektronus

R – reduktorius

A – atiduoda

Oksidacijos – redukcijos reakcijos lyginamos elektronų balanso metodu.

3.2.3. Termocheminės reakcijos

Termocheminė lygtis – cheminė lygtis, kurioje nurodytas šiluminis reakcijos efektas. Bet kurio kuro degimas yra termocheminė reakcija.

Pagal šiluminį efektą reakcijos skirstomos į egzotermines ir endotermines.

Egzoterminės reakcijos – tai reakcijos, kurioms vykstant išsiskiria šiluma, o endoterminėms reakcijoms vykstant yra sunaudojama šiluma.

2H_2(d)  +  O_{2 (d)}   →  2H₂O_(s)    ∆H=-285,83 kJ/mol    

C₈H_18(s)   +  O_{2 (d)}   →  CO_2(d)   +  2H₂O_(s)    ∆H= -5468 kJ/mol

C_(k)   +  O_{2 (d)}   →  CO_2(d)    ∆H=-393,5 kJ/mol    

3.3. Organinių medžiagų reakcijų pagrindiniai tipai.

Organinių medžiagų reakcijos klasifikuojamos:

1. Prijungimo reakcija – reakcija, kuriai vykstant kelios molekulės susijungia į vieną molekulę. Prijungimo reakcijoms taikoma Markovnikovo taisyklė, kuri sako: jungiantis HX molekulei prie alkeno, H atomas jungsis prie labiausiai hidrinto anglies atomo.
   Prijungimo reakcijos, kuriose prijungiamas H₂, vadinamos hidrinimo reakcijomis, o kuriose prijungiamas H₂O – hidratacijos reakcijomis.
   
   
2. Eliminavimo reakcija, atskėlimo reakcija – atomų grupės atskėlimas nuo molekulės. Eliminavimo reakcijos, kai atskeliamas H₂O, vadinamos dehidratacijos reakcijomis, o kai H₂ – dehidrinimo reakcijomis.
   
   
3. Pakaitų reakcija tai reakcija, kuriai vykstant, atomą ar atomų grupę molekulėje pakeičia kitas atomas ar atomų grupė.
   
   
4. Persigrupavimas – reakcija, kuriai vykstant prisijungimo vietoje atsiduria vandenilio atomas, alkilpakaitalas ar kita grupė. Persigrupavimas tai virtimas kitu junginiu ar izomeru.
   
   
5. Oksidacijos – redukcijos reakcijos – reakcijos, kuriose vienas elementas elektronus atiduodsa, o kitas pasiima. Organinėje chemijoje organinių junginių oksidacija siejama su deguonies masės dalies organinėje medžiagoje padidėjimu, arba C-O ryšių skaičiaus padidėjimu. Organinių junginių redukcija siejama su vandenilio masės dalies organinėje medžiagoje padidėjimu, arba C-O ryšių skaičiaus sumažėjimu.

3.4. Reakcijų lygčių lyginimas

3.4.1. Kaip reikia lyginti jonų mainų reakcijų lygtis: bendrųjų lygčių rašymas

3.4.2. Kaip reikia lyginti jonų mainų reakcijų lygtis: joninių lygčių rašymas

3.4.3. Oksidacijos – redukcijos lygčių lyginimas elektronų balanso metodu

3.5. Skaičiavimai pagal reakcijų lygtis

Uždavinių pavyzdžiai

1. Kiek gramų NaOH reikia paimti, kad pilnai sureaguotų 40 gramų FeCl₃?

 ●  Parašome ir išlyginame reakcijos lygtį:

     3NaOH + FeCl₃ →3NaCl + Fe(OH)₃

●   Virš reakcijos lygties surašome ką turime ir ką reikia rasti:

  

●  Po reakcijos lygtimi parašome kokiais molių kiekiais reaguoja medžiagos pagal reakcijos lygtį:

 

●  Tada suskaičiuojame molines mases NaOH ir FeCl₃:

     M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40g/mol

     M(FeCl₃) = 56 + 35,5 x 3 = 162,5 g/mol

I būdas:

● Tada suskaičiuojame mases pagal reakcijos lygtį:

     m = n x M

     m(NaOH) = 3 mol x 40 g/mol = 120 g

     m(FeCl₃) = 1 mol x 162,5 g/mol = 162,5 g

●  Statome proporciją:

    X g NaOH – 40 g FeCl₃

   120 g NaOH – 162,5 g FeCl₃

  

II būdas:

●  FeCl₃ masę perskaičiuojame į molius:

  

 ●  Parašome reakcijos lygtį ir virš lygties surašome kas duota ir ką reikia rasti moliais:

  

●  Statome proporciją:

    X mol NaOH – 0,246 mol FeCl₃

    3 mol NaOH – 1 mol FeCl₃$\mathrm{<span\; class=""\; style="color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">l</span>}$

$\mathrm{<span\; class=""\; style="color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);"> <img\; src="https://open.ktu.edu/pluginfile.php/44112/mod\_book/chapter/1831/3\_5\%2004\%20P.png?time=1603547597084"\; alt=""\; width="450"\; height="60"\; role="presentation"\; class="img-responsive\; atto\_image\_button\_text-bottom"><br></span>}$

 ●  Suskaičiuojame masę:

     m = n x M = 0,738 mol x 40 g/mol = 29,52 g

2. Kiek gramų neutraliosios druskos susidarys reaguojant 125 ml 16 % ( d=1,109 g/cm³) sulfatinės rūgšties su 200 ml 0,5 mol/l kalio šarmo.

●  Rašome reakcijos lygtį:

    H₂SO₄ + KOH → K₂SO₄ + H₂O

●  Tada išlyginame reakcijos lygtį:

    H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O

●  Tada virš lygties surašome kas yra duota ir ką reikia rasti:

 

●  Po reakcijos lygtimi surašome kokiais molių ir gramų kiekiais reaguoja medžiagos:

●  Suskaičiuojame medžiagų molines mases:

    M(H₂SO₄) = 1 x 2 +32 x 1+16 x 4 = 98 g/mol

    M(KOH) = 39 x 1 +16 x 1 + 1 x 1 = 56 g/mol

    M(K₂SO₄) = 39 x 2 + 32 x 1 + 16 x 4 = 174 g/mol

●  Žinome kiek paimta H₂SO₄ tirpalo. Reikia perskaičiuoti kiek grynos sieros rūgšties paimta. Pirmiausia suskaičiuojame masę tirpalo:

    m = V x d = 125 ml x 1,109 g/ml = 138,625 g

●  Tada skaičiuojame proporciją kiek grynos medžiagos:

    100 g tirpalo yra 16 g H₂SO₄

    138,625 g tirpalo – x g H₂SO₄

  

●  Arba grynos medžiagos masę galime surasti iš formulės:

  

●  Išsivedam m(medžiagos) kam lygi:

  

●   Apskaičiuojame kiek gryno KOH turime:

     n = C_M x V = 0,5 mol/l x 0,2 l = 0,1 mol

     m = n x M = 0,1 mol x 56 g/mol = 5,6 g

●  Vieną iš medžiagų pažymime X, ir patikriname, kurios medžiagos yra perteklius. Sakykime pasirinkome X H₂SO₄:

     X g H₂SO₄ – 5,6 g KOH

     98 g H₂SO₄ – 112 g KOH

  

●  Mums reikia 4,9 g, o turime 22,18 g. Tai reiškia, kad H₂SO₄ turime perteklių ir kiek susidarė druskos skaičiuosime pagal KOH.

   5,6 g KOH – x g K₂SO₄

   112 g KOH – 174 g K₂SO₄

  

Ats.: Susidarys 8,7 g K₂SO₄

3. Koks dujų tūris išsiskirs reaguojant 300 g 25 % druskos rūgšties tirpalo su CaCO₃?

●  Parašome reakcijos lygtį:

    2HCl(aq) + CaCO₃ (k) → CaCl₂(aq) + H₂O(s) + CO₂(d)

●  Virš reakcijos lygties surašome kas duota ir ką reikia rasti, po reakcijos lygtimi, kokiais molių kiekiais reaguoja:

 

●  Suskaičiuojame kiek grynos HCl turime:

    100 g tirpalo yra 25 g HCl

    300 g tirpalo yra x g HCl

  

●  Arba grynos medžiagos masę galime surasti iš formulės:

  

●  Išsivedam m(medžiagos) kam lygi:

●  Skaičiuojame molinę masę:

     M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 g/mol

●  Masę perskaičiuojame moliais:

  

 ●  Tada statome vėl proporciją pagal reakcijos lygtį:

    2,05 mol HCl reaguoja ir susidaro x mol CO₂

    2 mol HCl – 1 mol CO₂

  

●  Molius perskaičiuojame litrais:

     V = V_M x n = 22,4 l/mol x 1,025 mol = 22,96 l

Ats.: Išsiskirs 22,96 l CO₂ dujų.