Химия — это наука о превращениях. Одни вещества превращаются в другие, и это называется химической реакцией. Узнаем, как отличить реакцию от простого смешивания, как записывать её уравнением и как расставлять коэффициенты — чтобы число атомов слева и справа совпадало.
Мы уже встречались с понятием «превращение» в теме про смеси: там мы говорили, что смесь можно разделить, но при этом вещества остаются собой. А реакция — это когда сами вещества превращаются в новые.
Химическая реакция — это процесс, при котором одни вещества превращаются в другие, с новыми свойствами.
Молекулы остаются теми же, меняется только их расположение или состояние.
Лёд тает — вода H₂O стала жидкой. Растворение сахара — молекулы сахара распределились в воде. Гвоздь гнётся — форма изменилась, вещество нет.
Из одних молекул образуются другие. Появляются новые вещества.
Ржавление железа — вместо Fe появляется Fe₂O₃·nH₂O. Горение дров — вместо дерева получаем CO₂, H₂O и золу. Скисание молока — из лактозы образуется молочная кислота.
У реакции есть признаки — то, что можно увидеть, услышать или почувствовать. Если видишь хотя бы один из них — почти наверняка идёт химическая реакция.
Пузырьки, шипение, вулканчик. Так реагирует сода с уксусом.
Из прозрачного раствора выпадают твёрдые частицы — муть, хлопья.
Раствор из одного цвета становится другого. Медный купорос синеет от воды.
Горение, разогрев раствора. Так горит спиртовка, дрова в костре.
Запах тухлых яиц при реакции сульфида с кислотой, резкий запах аммиака.
Пробирка сама нагревается или охлаждается. Гашение извести — греется, растворение соли — охлаждается.
Растворение сахара в воде — не реакция. Молекулы сахара просто разместились между молекулами воды, но остались сахаром. А вот когда сахар горит или карамелизуется — это уже реакция, появляются новые вещества.
В 1748 году русский учёный Михаил Ломоносов, а через несколько лет француз Антуан Лавуазье установили важнейший закон химии. Он кажется очевидным, но в своё время полностью изменил науку.
Масса всех веществ, вступивших в реакцию, равна массе всех веществ, образовавшихся в результате реакции.
Почему это работает? Потому что при реакции атомы не исчезают и не появляются. Они только перегруппировываются: разрывают одни связи и образуют другие. Сколько атомов было до реакции — столько же и после. А поскольку масса атома постоянна, то и общая масса сохраняется.
Представь, что у тебя есть 10 красных и 5 синих кубиков. Ты можешь собрать из них разные фигуры — но общее число кубиков не изменится. Так и в реакции: атомы — «кубики», из них строятся разные «молекулы».
Реакцию записывают уравнением. Слева — что было (реагенты), справа — что получилось (продукты). Стрелка показывает направление реакции.
2H₂ — двойка спереди называется коэффициентом. Она говорит, сколько молекул вещества участвует.
H₂ — двойка внизу называется индексом. Это часть формулы, она говорит, сколько атомов в одной молекуле.
Коэффициент стоит перед формулой и относится ко всей молекуле.
Индекс стоит внутри формулы, внизу и относится к одному атому.
Нельзя менять индексы, чтобы уравнять реакцию! Это будет уже другое вещество.
Закон сохранения массы требует, чтобы число атомов каждого элемента слева и справа было одинаковым. Если не уравнять — получится, что атомы куда-то исчезли или откуда-то появились. Это невозможно.
| Уравнение | Атомов H слева / справа | Атомов O слева / справа | Верно? |
|---|---|---|---|
| H₂ + O₂ → H₂O | 2 / 2 | 2 / 1 ❌ | нет |
| H₂ + O₂ → 2H₂O | 2 / 4 ❌ | 2 / 2 | нет |
| 2H₂ + O₂ → 2H₂O | 4 / 4 ✓ | 2 / 2 ✓ | да |
Это самый частый вопрос у школьников. Есть простой алгоритм, который работает почти всегда.
CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O
Обычно начинают с элементов, которые встречаются в одном веществе слева и в одном справа (как углерод в нашем примере). Затем переходят к тем, которые «размазаны» по нескольким веществам (водород, кислород). И в конце — к металлам и другим элементам.
Все реакции удобно разбить на четыре типа — по тому, как в них соотносятся исходные вещества и продукты.
Самый «естественный» тип реакции: атомы сходятся вместе, чтобы образовать более сложное вещество.
Примеры:
В жизни: горение угля, ржавление железа, образование накипи — всё это реакции соединения.
Противоположность соединению. Сложное вещество «разваливается» на части. Часто для этого нужно нагреть или пропустить ток.
Примеры:
В жизни: разложение пищевой соды при нагревании, обжиг извести, разложение пероксида водорода в аптечке.
Простое вещество (обычно металл или водород) «вытесняет» другой элемент из сложного соединения. Чаще всего это металл, вытесняющий другой металл или водород из кислоты/соли.
Примеры:
В жизни: железный гвоздь в растворе медного купороса покрывается красной медью — так выглядит реакция замещения.
Оба реагирующих вещества — сложные. Они «меняются» частями: остаток одной молекулы соединяется с остатком другой. Реакция идёт до конца, если образуется осадок, газ или вода.
Примеры:
В жизни: гашение соды уксусом, «мутное молоко» при добавлении нитрата серебра в соль — это реакции обмена.
Посчитай, сколько веществ слева и справа — этого почти всегда достаточно.
| Слева | Справа | Тип |
|---|---|---|
| 2 и более | 1 | соединение |
| 1 | 2 и более | разложение |
| простое + сложное | простое + сложное | замещение |
| сложное + сложное | сложное + сложное | обмен |
Введи уравнение реакции с любыми коэффициентами (можно вообще без них) — программа подберёт правильные коэффициенты и покажет проверку по каждому элементу.
Al + O₂ → Al₂O₃
Fe + HCl → FeCl₂ + H₂
KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂
NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O
В реакции 2Mg + O₂ → 2MgO сгорело 6 г магния и получилось 10 г оксида магния. Сколько кислорода вступило в реакцию?
16 вопросов. В одних — выбрать вариант, в других — ввести число или знак.
Разберём тему один на один: научимся расставлять коэффициенты без ошибок и различать типы реакций с одного взгляда.
Записаться на занятие