Figyeld meg tanárod kísérletét!

10.A. Tömény sósav és tömény ammónia tárolóedényét közelíti egymáshoz, ha a két edény kellő közelségbe ér fehér füst figyelhető meg.

Az edényekből kilépő hidrogén-klorid-, illetve ammónia-molekula finom eloszlású, fehér anyaggá egyesül, amit szalmiáksónak (ammónium-klorid) nevezünk. A kísérlet során egy kimiai reakciónak voltunk szemtanúi.

A kémiai reakciók során az anyag olyan változáson megy keresztül, amiben az atommag szerkezete nem változik, viszont mindig új anyagok keletkeznek. A kémiai reakciókra tehát igaz a tömeg és az energia megmaradás törvénye, a reakció során tehát a teljes rendszernek sem a tömege, sem az energiája nem változik. A kémiai reakcióknak egy típusát már tanultuk hetedik osztályban, amikor a vízről volt szó. Ezek voltak a sav-bázis reakciók, melynek során protonok vándoroltak az egyes részecskék között. Ez történt a fenti kísérlet során is.

A kémiai folyamatok másik típusában nem protonok, hanem elektronok cserélnek gazdát, ezeket nevezzük redoxireakcióknak. A redoxireakció az, amiben egyes anyagok elektron vesznek fel, mások elektront adnak le.

Az elektron leadását nevezzük oxidációnak, az elektron felvétele a redukció. (Innen jön a folyamat neve is, az egyik anyag redukálódik, a másik oxidálódik, ezért nevezzük redoxifolyamatnak az ilyet.) Az egyes anyagok legkülső elektronhéjukra felvehetnek elektronokat, vagy leadhatnak onnan, így elektron többlettel vagy elektron hiánnyal rendelkezhetnek. Egy adott elem állapotát, hogy éppen elektron többlete vagy hiánya van-e az oxidációs szám mutatja meg. Ahány elektront felvett az atom annyival növekszik az oxidációs száma, amennyit ladott, annyival csökken. Az elemek oxidációs száma természetesen 0. A vízben a hidrogén oxidációs száma +1, hiszen a kötés ugyan kovalens, de az oxigén sokkal erősebben vonzza az elektront. Az oxigén oxidációs száma ugyanebben a molekulában -2. Az egyes elemek számára léteznek stabil és kevésbé stabil oxidációs számok. Az oxigénnek ilyen a -2, de a króm például a +4, +6 és +7 oxidációs számmal is előfordulhat vegyületekben.

A kémiai folyamatokat legjobban kémiai egyenletekkel írhatjuk le. Egy kémiai egyenlet egyik oldalán a kiindulási anyagok képletei szerepelnek, míg a másikon a termékeké. A 10.A. kísérlet egyenlete tehát így néz ki:

NH₃ + HCl = NH₄Cl

Mint tudjuk itt protonvándorlás történt, de hogyan? A HCl protonja (H⁺) átvándorolt az ammóniára. A proton vándorlás során a részecskék töltést kaptak, azaz ionná alakultak. A klór kloridionná, az ammónia ammóniumionná.

NH₃ + HCl = NH₄⁺ Cl^-

Az ammónia és a hidrogénklorid kovalens kötése a folyamat során felbomlott, az új molekulát már ionos kötés tartja össze. A kémiai átalakulások (reakciók) során kémiai kötések bomlanak fel, és új kötések jönnek létre.

Most nézzünk meg egy másik átalakulást! Ha durranógázt robbantunk, akkor a következő reakció játszódik le:

H₂+O₂=H₂O

Ha ránézünk, láthatjuk, hogy valami nincsen rendben ezzel az egyenlettel! Az egyik oldalon két oxigén szerepel, a másikon meg csak egy! Mi lesz így az anyagmegmaradással? Rendeznünk kell az egyenletet úgy, hogy az anyagmennyiségek megegyezzenek a kiindulási anyagok és a termékek között. A helyes egyenlet:

2H₂+O₂=2H₂O

10.1. Gyakorlásként próbáljuk meg rendezni az alábbi egyenleteket:

N₂+ H₂= NH₃

CH₄+ O₂= CO₂+ H₂O

NaCl+ H₂CO₃= HCl+ Na₂HCO₃

Az egyenletek rendezésénél meg kell találnunk, hogy milyen arányban kell a kiindulási anyagokat kevernünk ahhoz, hogy azok teljesen átalakuljanak termékké.

Ha ismerjük, hogy egyes elemek milyen oxidációs számok mellett stabilak, azt is meg tudjuk mondani, hogy a reakciójuknak mi lesz az eredménye. A klór például -1-es oxidációs számnál a legstabilabb, a kálcium +2-nél, megjósolható tehát, hogy reakciójuk terméke a CaCl₂.

Vajon mi lehet az eredménye a reakcióknak és mik a pontos reakcióegyenletek?
1. Si+O (oxidációs számok: Si:+4, O:-2)
2. Na+O (oxidációs számok: N:+1, O:-2)
3. C+Cl (oxidációs számok: C:+4, Cl:-1)
4. Fe+O (oxidációs számok: Fe:+3, O:-2)

Az egyes reakciók esetében a reakciót kísérő energiaváltozás kiszámolható a vég- és a kiindulási termékek képződéshőjének különbségéből. Ez független attól, hogy a reakció milyen úton ment végbe. (Ezt az összefüggést nevezzük Hess-tételnek ld. Kémiai reakciók energiaváltozása). Ha a reakcióhő pozitív, minden esetben valamilyen energiabevitelre van szükség ahhoz, hogy a reakció egyáltalán lejátszódjon.

10.2. Számoljuk ki az etilalkohol és az etán égésének reakcióhőjét! Az égés végterméke mindkét esetben szén-dioxid és víz. A szükséges adatok a képződéshők: CO₂ : -393 kJ/mol, H₂O: -241 kJ/mol, etán: -83,85 kJ/mol, etilalkohol: -277 kJ/mol.

 

redoxireakció, oxidáció, redukció,