"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Химическая реакция — превращение, при котором из исходных веществ образуются новые, с другим составом и свойствами. Чтобы понять, началась ли реакция, наблюдают за газом, осадком, цветом, запахом и изменением температуры, но проверяют, действительно ли возникли новые вещества. Для реакций нужны подходящие условия: контакт веществ, нагревание, свет или другие воздействия. Тепловой эффект показывает, сколько теплоты реакция выделяет или поглощает.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химическая реакция — превращение одних веществ в другие с изменением их состава и свойств. Например, при ржавлении железа возникает ржавчина, отличающаяся от исходного металла. Это понятие помогает отделять химические превращения от физических изменений, при которых состав вещества сохраняется.
Признаки химической реакции — наблюдаемые явления, по которым можно предположить образование новых веществ. К ним относятся выделение газа, появление осадка, изменение цвета или запаха, выделение света и теплоты. Такие признаки помогают заметить возможное превращение, но сами по себе не всегда доказывают его.
Условия протекания химической реакции — необходимые обстоятельства, при которых вещества могут вступить в реакцию. Ими могут быть соприкосновение реагентов, нагревание, растворение или действие света. Это понятие позволяет понять, почему вещества иногда не реагируют сразу и что нужно изменить, чтобы реакция началась.
Тепловой эффект химической реакции — количество теплоты, которое выделяется или поглощается при реакции. Если теплота выделяется, реакция экзотермическая; если поглощается — эндотермическая. Понятие теплового эффекта используют, чтобы оценивать энергетические изменения и сравнивать реакции.
Вещества состоят из частиц, а атомы в них соединены химическими связями. Во время реакции атомы не исчезают и не возникают заново: они перераспределяются между частицами исходных веществ. Одни связи разрываются, а другие образуются, поэтому получается новый набор частиц. Именно этим химическое превращение отличается от простого изменения формы или состояния вещества.
При физическом явлении состав вещества остаётся прежним: лёд при таянии превращается в жидкую воду, но и лёд, и вода состоят из молекул воды. При химической реакции меняется состав частиц, а значит, появляются вещества с другими свойствами. Поэтому таяние льда не считают химической реакцией, а ржавление железа считают: железо взаимодействует с веществами окружающей среды и образует ржавчину. При проверке всегда нужно спрашивать не только «что изменилось?», но и «появилось ли новое вещество?».
Признаки реакции возникают из-за свойств продуктов — веществ, образовавшихся в результате превращения. Газ может выделяться пузырьками, а малорастворимое твёрдое вещество — выпадать в осадок, то есть отделяться от раствора. Новый состав может изменить цвет или запах смеси. Реакция также может сопровождаться выделением света или теплоты, но отдельное наблюдение ещё нужно сопоставить с возможностью образования новых веществ.
Чтобы частицы реагентов взаимодействовали, им прежде всего нужно оказаться рядом, поэтому вещества приводят в контакт: смешивают растворы или порошки. Некоторым реакциям требуется дополнительная энергия, которую сообщают нагреванием, освещением или электрическим током. Растворение помогает частицам некоторых веществ распределиться и встретиться в жидкости, а измельчение увеличивает площадь соприкосновения. Катализатор — вещество, которое облегчает протекание реакции; при этом оно не заменяет реагенты и обычно не расходуется так же, как исходные вещества.
При перестройке химических связей энергия может переходить в окружающую среду или поступать из неё. Если теплота выделяется, смесь или окружающие предметы могут нагреваться: такие реакции называют экзотермическими. Если для превращения теплота поглощается, реакция эндотермическая, и без притока энергии она может не идти. Тепловой эффект характеризует количество теплоты для реакции; при одинаковых условиях он зависит от количества реагирующих веществ.
| Признак или условие | Что происходит | Пример |
|---|---|---|
| Выделение газа | Образуются пузырьки газа или газ выходит из реакционной смеси | Взаимодействие кислоты с карбонатом |
| Выпадение осадка | Возникает малорастворимое вещество | Смешивание растворов солей |
| Изменение цвета или запаха | Новые вещества имеют иные оптические или летучие свойства | Изменение окраски раствора при реакции |
| Выделение или поглощение теплоты | Температура смеси изменяется без внешнего нагревания или охлаждения | Горение вещества или растворение некоторых веществ |
| Соприкосновение веществ | Частицы реагентов получают возможность взаимодействовать | Смешивание порошков или растворов |
| Нагревание, освещение или электрический ток | Энергия запускает или поддерживает реакцию | Нагревание при разложении вещества или действие света |
| Измельчение и перемешивание | Увеличивается площадь контакта веществ | Реакция порошка протекает быстрее, чем куска вещества |
В первых строках таблицы перечислены возможные признаки, по которым можно заметить превращение, а в последних — условия, способствующие реакции. Сравнивая наблюдение с таблицей, не делайте вывод только по одному признаку: проверьте, могло ли образоваться новое вещество. Один и тот же признак не обязательно появляется при каждой реакции.
Определите, меняется ли состав вещества в каждом случае. Если возникают новые вещества, происходит химическая реакция; если изменяется только состояние или распределение частиц, это физическое явление. Проверим все три примера по этому правилу.
Ответ: химическая реакция происходит при ржавлении железа; таяние льда и растворение сахара в воде — физические явления. Вывод основан на изменении состава, а не на том, насколько заметно внешнее изменение. Например, сахар может перестать быть виден, но это не означает, что он исчез или превратился в другое вещество.
К раствору соляной кислоты добавили карбонат натрия. Нужно назвать наблюдаемый признак и объяснить, почему реагенты могут взаимодействовать. При реакции кислоты с карбонатом образуется углекислый газ, который выходит из смеси пузырьками.
Ответ: признак реакции — выделение газа; условие — смешивание растворов и контакт кислоты с карбонатом натрия. Важно не называть газ условием: он образуется уже в ходе реакции. Наблюдение пузырьков согласуется с образованием нового вещества, а не только с изменением формы исходных веществ.
При сгорании 1 моль вещества выделяется 286 кДж теплоты. Найдите теплоту для 2 моль и определите тип реакции. Предполагается, что процесс проходит при тех же условиях, поэтому количество теплоты растёт пропорционально количеству вещества.
Ответ: при сгорании 2 моль выделяется 572 кДж теплоты; реакция экзотермическая. Если бы теплота поглощалась, её знак и тип процесса были бы другими. В этой задаче важно не только выполнить умножение, но и сохранить указание «выделяется» при формулировке ответа.
Ошибка — считать любое изменение цвета или температуры доказательством реакции. Такие изменения могут быть связаны с физическими процессами, поэтому их легко принять за химическое превращение. Проверьте, образовались ли вещества с новым составом и свойствами; один заметный эффект ещё не даёт окончательного ответа.
Ошибка — путать условие реакции с её признаком. Нагревание может быть нужно, чтобы реакция началась, тогда как выделение теплоты может быть результатом уже идущей реакции. Путаница возникает потому, что в обоих случаях говорят о температуре. Для проверки спросите себя: это воздействие на реагенты или наблюдение, появившееся в ходе процесса?
Ошибка — ожидать газ, осадок или свет при каждой реакции. Признаки зависят от реагентов и продуктов, поэтому реакция может проходить без пузырьков и заметного осадка. Проверьте, есть ли другой признак и меняется ли состав веществ; отсутствие одного эффекта не отменяет реакции.
Ошибка — называть выделение теплоты эндотермическим процессом. Такое смешение возникает, если забыть, что названия различают по направлению передачи энергии. Выделение теплоты означает экзотермическую реакцию, поглощение — эндотермическую. Проверьте себя вопросом: энергия выходит из реакционной смеси или поступает в неё?
Чтобы разбираться в реакциях, нужно знать, из каких частиц состоят вещества, как записываются химические формулы и чем отличаются физические и химические свойства. Эти знания помогают понять, какие атомы перегруппировываются и какие вещества могут образоваться. Позже они понадобятся при составлении и уравнивании уравнений химических реакций.
Представления об условиях реакции помогают изучать скорость химических процессов: нагревание, измельчение и перемешивание способны влиять на их протекание. Тепловой эффект связан с практическими явлениями — горением, нагреванием и охлаждением. Поэтому тема помогает объяснять не только записи формул, но и превращения, которые происходят вокруг нас.
Почему растворение вещества не всегда является химической реакцией?
При растворении сахар распределяется между частицами воды, но новые вещества не образуются. Поэтому растворение сахара — физическое явление. Однако при растворении некоторых веществ могут происходить химические превращения.
Можно ли считать изменение температуры единственным доказательством химической реакции?
Нет: температура может измениться и по физической причине, например при растворении вещества. О реакции судят по совокупности наблюдений и проверяют, появились ли новые вещества. Изменение температуры — возможный признак, но не безусловное доказательство.
Зачем вещества нагревают перед началом реакции?
Нагревание передаёт частицам энергию и может помочь им преодолеть препятствие для превращения. Поэтому реакция начинается или идёт быстрее. Но не все реакции требуют нагревания: некоторые протекают при обычной температуре или под действием света.
Чем отличаются экзотермические и эндотермические реакции?
Экзотермические реакции выделяют теплоту, поэтому окружающая среда может нагреваться. Эндотермические реакции поглощают теплоту из окружающей среды. Различие связано с тем, выделяется или требуется энергия при перестройке химических связей.
Почему измельчение вещества влияет на протекание реакции?
У измельчённого вещества больше площадь поверхности, доступная для контакта с другим реагентом. Поэтому больше частиц может взаимодействовать одновременно, и реакция часто идёт быстрее. Само измельчение при этом не обязательно вызывает химическую реакцию.
§ 17. Сущность, признаки и условия протекания химических реакций. Тепловой эффект химической реакции
