25. Химические реакции

Определения и обозначения

Химическая реакция — превращение одних веществ в другие, при котором изменяется состав и строение веществ. Иными словами, частицы исходных веществ перестраиваются и образуют частицы новых веществ. Это понятие помогает отличать настоящее химическое превращение от изменения формы, размера или состояния вещества.

Химическое явление — явление, сопровождающееся образованием новых веществ. Например, ржавление железа и горение свечи относятся к химическим явлениям. Термин нужен, чтобы назвать наблюдаемое событие, результатом которого стали вещества с новым составом и свойствами.

Признак химической реакции — наблюдаемое изменение, по которому можно предположить образование новых веществ. К таким признакам относятся газ, осадок, изменение цвета или запаха, выделение теплоты и света. Признак служит подсказкой для наблюдателя, но окончательный вывод требует проверки причины изменения.

Условие протекания химической реакции — воздействие или обстоятельство, необходимое для начала или продолжения реакции. Им может быть нагревание, свет, электрический ток, соприкосновение реагентов или другое воздействие. Знание условий позволяет понять, почему смешанные вещества иногда реагируют сразу, а иногда остаются без видимых изменений.

Как это устроено

При физическом явлении состав вещества сохраняется: лёд тает, но остаётся водой, а сахар при растворении не превращается сам по себе в другое вещество. Меняются форма, расположение частиц или расстояния между ними, но сами частицы сохраняются. При химической реакции исходные вещества исчезают как прежние вещества и возникают новые, поэтому меняется состав.

Новые свойства появляются потому, что частицы исходных веществ перегруппировываются. В их составе разрываются одни химические связи и образуются другие, а новый набор связей определяет свойства продукта. Поэтому вещество после реакции может иметь другой цвет, запах, растворимость, температуру плавления или способность гореть.

О реакции часто узнают по выделению газа, образованию осадка, изменению цвета или запаха. Также реакция может сопровождаться выделением или поглощением теплоты и света: смесь нагревается, охлаждается или начинает светиться. Эти изменения возникают из-за образования новых веществ или перестройки частиц, поэтому помогают заметить превращение.

Одного признака недостаточно для безусловного вывода, потому что похожее изменение бывает физическим. Например, цвет меняется при смешивании красок, температура — при нагревании воды, а агрегатное состояние — при плавлении или испарении. Нужно выяснить, появился ли новый состав: сравнить свойства веществ и, если возможно, выделить исходное вещество обратно.

Реакция начинается только при подходящих условиях. Частицам может понадобиться соприкосновение, нагревание, свет или электрический ток, чтобы получить энергию для перестройки связей; некоторые реакции ускоряют катализаторы — вещества, которые сами не расходуются в ходе превращения. Поэтому условия записывают и учитывают при проведении опыта.

Различия физических явлений и химических реакций

Пользуйтесь таблицей по порядку: сначала выясните, изменился ли состав, а затем проверьте, появились ли новые вещества. Наблюдаемые признаки и условия помогают подтвердить объяснение, но не заменяют главный вопрос о составе. Если состав сохраняется, перед вами физическое явление.

Разбор задач

1. Какие процессы являются химическими?

Условие. Нужно определить, какие процессы являются химическими: плавление льда, ржавление железа, растворение сахара в воде, горение свечи. Для решения проверим, появляются ли новые вещества. Само изменение состояния или формы ещё не доказывает химическое превращение.

1. При плавлении лёд превращается в жидкую воду, но состав воды не меняется.
2. При растворении сахара его частицы распределяются между частицами воды; сахар не становится новым веществом.
3. При ржавлении железо взаимодействует с веществами воздуха, и образуется ржавчина с другими свойствами.
4. При горении свечи исходные вещества превращаются в новые газообразные продукты, выделяются теплота и свет.

Ответ. Химическими являются ржавление железа и горение свечи. Плавление льда и растворение сахара — физические явления, если при растворении не происходит отдельной реакции.

2. Сода и уксус

Условие. К раствору соды добавили уксус, после чего появились пузырьки и смесь начала пениться. Нужно назвать признаки реакции и исходные вещества. Также следует объяснить, почему важно соприкосновение растворов.

1. Исходными веществами являются сода и уксус, точнее вещества, содержащиеся в их растворах.
2. После смешивания растворы соприкасаются, поэтому частицы получают возможность взаимодействовать.
3. Пузырьки и пена показывают выделение газа, а газ образуется в результате превращения исходных веществ.
4. Следовательно, наблюдается химическая реакция, а выделение газа является её признаком, а не названием самой реакции.

Ответ. Признак реакции — выделение газа, заметное по пузырькам и пене. Реакция начинается благодаря соприкосновению соды с уксусом.

3. Нагревание меди

Условие. Медную пластинку нагрели на воздухе, и она покрылась чёрным налётом. Нужно объяснить изменение цвета и определить условие реакции. Рассуждать следует по тому, возникло ли вещество с новыми свойствами.

1. Медь при нагревании соприкасается с кислородом воздуха.
2. Нагревание даёт частицам энергию, необходимую для перестройки связей.
3. На поверхности образуется новое вещество, поэтому появляется чёрный налёт.
4. Изменение цвета здесь указывает на реакцию, потому что его сопровождает образование нового соединения меди с кислородом.

Ответ. Чёрный налёт — новое вещество, образовавшееся при взаимодействии меди с кислородом. Условия реакции — доступ воздуха и нагревание.

Типичные ошибки

Любое изменение цвета считают реакцией. Цвет может измениться из-за смешивания, растворения или освещения, поэтому такой вывод делают слишком быстро. Проверьте, появился ли новый состав, а не только другой оттенок смеси.

Растворение путают с химическим превращением. Ошибка возникает потому, что вещество исчезает из поля зрения, хотя его частицы просто распределяются в растворителе. Проверьте, можно ли выделить исходное вещество обратно, например удалив растворитель.

Признак называют самой реакцией. Выделение газа или теплоты — это наблюдаемый результат, а не название превращения. Сначала назовите реакцию химическим превращением, затем укажите её признак и объясните образование нового вещества.

Игнорируют условия реакции. Вещества могут не взаимодействовать без нагревания, света, электрического тока или соприкосновения. Проверьте, какое воздействие запустило опыт и нужно ли его поддерживать.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны различия физических и химических свойств, знания об агрегатных состояниях и представление о частицах вещества. Это помогает не путать изменение состояния с образованием нового вещества.

Далее химические реакции записывают химическими уравнениями. Такие записи подчиняются закону сохранения массы веществ: число и состав атомов до и после реакции должны соответствовать друг другу.

Знания пригодятся при классификации реакций, составлении уравнений и объяснении наблюдений в лабораторных опытах. По признакам и условиям можно предположить, какой процесс произошёл.

Что запомнить

• Химическая реакция приводит к образованию новых веществ.
• При физическом явлении состав вещества не изменяется.
• Признаки реакции — выделение газа, образование осадка, изменение цвета или запаха, выделение света или теплоты.
• Наблюдаемый признак нужно связывать с возможным образованием нового вещества.
• Для реакции необходимы определённые условия.
• В химической реакции частицы исходных веществ перегруппировываются.
• Результаты реакций описывают с помощью химических уравнений.