Cheminės reakcijos lygtis – tai reakcijos užrašymas medžiagų formulėmis, kuriame kiekvieno elemento atomų skaičius kairėje ir dešinėje pusėje yra vienodas. Kad schema pavirstų lygtimi, prieš formules dedami koeficientai: to reikalauja masės tvermės dėsnis. Čia paaiškinama, kuo schema skiriasi nuo lygties, pateikiamas nuoseklus sudarymo algoritmas (metalas → nemetalas → vandenilis → deguonis), reakcijų tipų lentelė, dažniausios klaidos ir interaktyvus treniruoklis, kuriame galima iš karto įtvirtinti temą.
Reakcijos schema ir reakcijos lygtis: kuo skiriasi
Kai geležis dega deguonyje ir susidaro geležies(III) oksidas, pirmasis užrašas atrodo taip: kairėje – pradinių medžiagų formulės, dešinėje – produktų formulės, tarp jų rodyklė. Tai reakcijos schema.
Schema dar nėra lygtis. Joje pasakyta, kas į ką virsta, bet nepasakyta, kiek ko imama: geležies ir deguonies atomų kairėje ir dešinėje pusėje yra skirtingas kiekis. Pagal masės tvermės dėsnį taip būti negali.
Reakcijos lygtimi užrašas tampa tada, kai prieš formules dedami koeficientai – skaičiai, išlyginantys kiekvieno elemento atomų skaičių. Palyginkite du tos pačios reakcijos užrašymus.
| Atomas | Kairėje | Dešinėje |
|---|---|---|
| $\mathrm{Fe}$ | 1 | 2 |
| $\mathrm{O}$ | 2 | 3 |
| Atomas | Kairėje | Dešinėje |
|---|---|---|
| $\mathrm{Fe}$ | 4 | 4 |
| $\mathrm{O}$ | 6 | 6 |
Masės tvermės dėsnis: kam reikalingi koeficientai
Masės tvermės dėsnį suformulavo M. V. Lomonosovas (1748 m.), o vėliau nepriklausomai patvirtino A. Lavoisier: reagavusių medžiagų masė yra lygi susidariusių medžiagų masei.
Priežastis paprasta: cheminės reakcijos metu atomai neišnyksta ir neatsiranda iš niekur. Plyšta senos jungtys, susidaro naujos, o patys atomai tik persigrupuoja. Kiek geležies atomų buvo prieš reakciją, tiek pat jų liks ir po jos – tiesiog dabar jie sudaro kitą medžiagą.
Iš čia kyla pagrindinis reikalavimas lygtims: kiekvieno elemento atomų skaičius kairėje turi būti lygus to elemento atomų skaičiui dešinėje. Vienintelis teisėtas būdas tai pasiekti – parinkti koeficientus.
Koeficientas dedamas prieš formulę ir dauginą visus joje esančius atomus, įskaitant atomus skliaustuose. Pavyzdžiui, užrašas \(\mathrm{3Ca(OH)_2}\) reiškia tris kalcio hidroksido formulinius vienetus: \(\mathrm{Ca}\) atomų – 3, \(\mathrm{O}\) atomų – 6, \(\mathrm{H}\) atomų – 6. Koeficientas 1 nerašomas, bet numanomas.
Kaip subalansuoti reakcijos lygtį: algoritmas
Koeficientų sudarymas – tai ne atsitiktinis parinkimas, o trumpa procedūra. Eiliškumas joje svarbus: pirmiausia subalansuojami elementai, kurie pasitaiko tik viename junginyje kairėje ir viename dešinėje, ir tik tada vandenilis ir deguonis – jie paprastai pasiskirsto iš karto keliuose junginiuose ir priderinami paskutiniai.
Školinis eiliškumas įsimenamas grandinėle: metalas → nemetalas → vandenilis → deguonis. Šeši algoritmo žingsniai – žemiau.
Jei kuriame nors žingsnyje gaunamas trupmeninis koeficientas (pvz., 3/2 prieš dviejų atomų dujų molekulę), tai nėra klaida ar aklavietė: užbaigite sudarymą, o tada visus koeficientus padauginkite iš 2 – trupmenos išnyks, pusiausvyra išliks.
Vyresnėse klasėse redokso reakcijoms taikomas galingesnis metodas – elektroninio balanso metodas. Jis remiasi oksidacijos laipsniu, tačiau mainų ir jungimosi reakcijos vis tiek subalansuojamos būtent šiuo paprastu algoritmu.
Kodėl negalima keisti medžiagų formulių indeksų
Tai pirmoji aštuntokų klaida. Schemoje \(\mathrm{Na + Cl_2 \rightarrow NaCl}\) chloras nesutampa: kairėje 2 atomai, dešinėje 1. Pagunda didelė – pridėti indeksą ir gauti \(\mathrm{NaCl_2}\). Atomai formaliai sutaptų, bet užrašytos medžiagos nebūna: natrio chloridas turi sudėtį \(\mathrm{NaCl}\), ir jokios kitos.
Indeksas – tai formulės dalis. Jį lemia medžiagos sudėtis, t. y. elementų valentingumas ir oksidacijos laipsnis, ir pasirinkti jo pagal savo norą negalima. Keisdami indeksą, keičiate pačią medžiagą: \(\mathrm{H_2O}\) – vanduo, o \(\mathrm{H_2O_2}\) – vandenilio peroksidas, visai kita junginys su kitomis savybėmis.
Koeficientas – tai daugiklis prieš formulę. Jis rodo tik dalelių kiekį, o ne jų sudėtį, todėl subalansuoti leidžiama tik koeficientais.
Teisingas atsakymas šiai schemai: \(\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}\). Natrio 2 ir 2, chloro 2 ir 2, formulės nepaliestos.
Cheminių reakcijų tipai
Lygtys klasifikuojamos pagal tai, kiek medžiagų reaguoja ir kiek susidaro. Pagrindinėje mokykloje išskiriami keturi tipai: jungimosi, skilimo, pavadavimo ir mainų.
Nustatyti tipą naudinga prieš sudarant koeficientus: jis padeda suprasti, kokios medžiagos bus dešinėje pusėje ir kiek jų bus, taigi padeda neprašauti pačioje schemoje.
| Reakcijos tipas | Bendra schema ir pavyzdys |
|---|---|
| Jungimosi | $\mathrm{A + B \rightarrow AB}$$\mathrm{4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5}$ |
| Skilimo | $\mathrm{AB \rightarrow A + B}$$\mathrm{2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2}$ |
| Pavadavimo | $\mathrm{A + BC \rightarrow AC + B}$$\mathrm{Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu}$ |
| Mainų | $\mathrm{AB + CD \rightarrow AD + CB}$$\mathrm{NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O}$ |
Cheminių reakcijų lygties koeficientų suma
Testuose ir kontroliniuose darbuose dažnai klausiama ne visos lygties, o koeficientų sumos – tai greitas būdas patikrinti, ar ji teisingai sudaryta. Skaičiuojama paprastai: sudedami visi kairės ir dešinės pusės koeficientai.
Lyčiai \(\mathrm{4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3}\) suma lygi 4 + 3 + 2 = 9.
Trys vietos, kur dažniausiai prarandami balai:
- nematoma vienetas taip pat skaičiuojama. Lyčiai \(\mathrm{CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2}\) visi trys koeficientai lygūs 1, todėl suma lygi 3;
- indeksai į sumą neįeina – dedami tik skaičiai prieš formules;
- koeficientai turi būti mažiausi sveikieji. Užrašas \(\mathrm{4Na + 2Cl_2 \rightarrow 4NaCl}\) pagal atomus teisingas, bet visi skaičiai dalijasi iš 2, todėl jis sutrumpinamas iki 2, 1, 2 – ir teisinga suma lygi 5, o ne 10.
Skaičiavimai pagal cheminių reakcijų lygtis: koeficientai – tai moliai
Koeficientai reikalingi ne tik atomų balansui. Jie rodo medžiagų kiekių santykį (moliais), kuriuo medžiagos reaguoja ir susidaro. Tai ir yra tiltas prie skaičiavimo uždavinių.
Lygtis \(\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3}\) skaitoma taip: 1 molis azoto reaguoja su 3 moliais vandenilio ir duoda 2 molius amoniako. Santykis 1 : 3 : 2 išlieka bet kokiems medžiagų kiekiams.
Iš čia įprasta skaičiavimo pagal lygtį schema: duotąją masę ar tūrį paversti medžiagos kiekiu, pagal koeficientus rasti ieškomosios medžiagos kiekį ir grįžti prie masės ar tūrio. Patys skaičiavimo uždaviniai – jau atskira didelė tema, bet ji visada prasideda čia: jei koeficientai sudaryti neteisingai, bet koks skaičiavimas duos neteisingą atsakymą.
Koeficientų sudarymo pavyzdžiai
1 pavyzdys. Metano degimas
Uždavinys: sudarykite koeficientus schemoje \(\mathrm{CH_4 + O_2}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{CO_2 + H_2O}\).
1–2 žingsniai. Skaičiuojame atomus. Kairėje: anglies 1, vandenilio 4, deguonies 2. Dešinėje: anglies 1, vandenilio 2, deguonies 2 + 1 = 3.
3 žingsnis. Metalo schemoje nėra – iš karto pereiname prie nemetalo.
4 žingsnis. Anglis: 1 kairėje ir 1 dešinėje, jau sutampa.
5 žingsnis. Vandenilis: kairėje 4, dešinėje 2 – dedame koeficientą 2 prieš vandenį, vandenilio dešinėje tampa 4. Dabar deguonis: dešinėje 2 (\(\mathrm{CO_2}\)) + 2 (dviejuose \(\mathrm{H_2O}\)) = 4 atomai, kairėje 2 – dedame 2 prieš \(\mathrm{O_2}\).
6 žingsnis. Trupmenų nėra. Patikrinimas: anglis 1 ir 1, vandenilis 4 ir 4, deguonis 4 ir 4.
Atsakymas: \(\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}\), koeficientų suma 1 + 2 + 1 + 2 = 6.
2 pavyzdys. Aliuminis ir sieros rūgštis
Uždavinys: sudarykite koeficientus schemoje \(\mathrm{Al + H_2SO_4}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3 + H_2}\).
3 žingsnis. Pradedame nuo metalo. Aliuminio kairėje 1, dešinėje 2 – dedame 2 prieš \(\mathrm{Al}\).
4 žingsnis. Rūgštinį likutį \(\mathrm{SO_4}\) patogu skaičiuoti kaip visumą: dešinėje jo 3, kairėje 1 – dedame 3 prieš \(\mathrm{H_2SO_4}\).
5 žingsnis. Vandenilis: kairėje tapo 3 · 2 = 6 atomai, vadinasi, dešinėje reikia 3 \(\mathrm{H_2}\) molekulės. Deguonį tikriname paskutinį: kairėje 3 · 4 = 12, dešinėje 3 · 4 = 12.
6 žingsnis. Patikrinimas pagal visus elementus: aliuminio 2 ir 2, sieros 3 ir 3, deguonies 12 ir 12, vandenilio 6 ir 6.
Atsakymas: \(\mathrm{2Al + 3H_2SO_4}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3 + 3H_2}\), koeficientų suma 2 + 3 + 1 + 3 = 9.
3 pavyzdys. Kai atsiranda trupmena
Uždavinys: sudarykite koeficientus schemoje \(\mathrm{Fe + Cl_2 \rightarrow FeCl_3}\).
3 žingsnis. Metalas: geležies po vieną atomą kairėje ir dešinėje – kol kas sutampa.
4 žingsnis. Chloras: kairėje atomai eina poromis, dešinėje jų 3. Kad gautume 3 atomus, prieš \(\mathrm{Cl_2}\) reikia koeficiento 3/2 – gaunasi \(\mathrm{Fe + 1{,}5Cl_2 \rightarrow FeCl_3}\). Atomai sutapo, bet trupmeninio koeficiento atsakyme palikti nepriimta.
6 žingsnis. Padauginame visus koeficientus iš 2: geležies 1 · 2 = 2, chloro 1,5 · 2 = 3, produktas 1 · 2 = 2.
Patikrinimas: geležies 2 ir 2, chloro 6 ir 6.
Atsakymas: \(\mathrm{2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3}\), koeficientų suma 2 + 3 + 2 = 7.
Dažniausios klaidos sudarant koeficientus
-
„Subalansavau“, pakeitęs medžiagos formulę: norint suvesti atomus vandenilio degimo schemoje, pridedamas indeksas ir vietoj vandens gaunamas vandenilio peroksidas.
\(\mathrm{H_2O_2}\) – tai kita medžiaga, ir reakcija būtų buvusi kitokia. Indeksai neliečiami, juos lemia medžiagos sudėtis. Teisingas atsakymas pasiekiamas tik koeficientais: \(\mathrm{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}\).
-
Koeficientas dedamas į formulės vidų: rašoma $\mathrm{Na2Cl}$ vietoj $\mathrm{2NaCl}$.
Koeficientas stovi tik prieš visą formulę ir taikomas visai medžiagai. Skaičius formulės viduje – tai jau indeksas, t. y. kita sudėtis. Jei prieš formulę nieko nerašyta, koeficientas lygus 1.
-
Pamirštama, kad koeficientas dauginą visus formulės atomus: užraše $\mathrm{2H_2SO_4}$ skaičiuojama 2 vandenilio atomai.
Dauginti reikia kiekvieną indeksą: \(\mathrm{2H_2SO_4}\) vandenilio 2 · 2 = 4 atomai, sieros 2 · 1 = 2, deguonies 2 · 4 = 8. Tas pats su skliaustais: \(\mathrm{2Ca(NO_3)_2}\) azoto 2 · 2 = 4, deguonies 2 · 6 = 12.
-
Pradedama subalansuoti nuo deguonies ar vandenilio.
Deguonis ir vandenilis įeina iš karto į kelias medžiagas, todėl jų koeficientai kinta po kiekvieno kito žingsnio. Eiliškumas metalas → nemetalas → vandenilis → deguonis taupo laiką: prie galo lieka priderinti tik vienas elementas.
-
Metama sudaryti, pamačius trupmeninį koeficientą, arba paliekama trupmena atsakyme.
Trupmena – normalus tarpinis rezultatas. Užbaigite sudarymą, o tada padauginkite visus koeficientus iš vardiklio (dažniausiai iš 2). Balansas nuo to nesutriks, o skaičiai taps sveikaisiais.
-
Skaičiuojama koeficientų suma, praleidžiant nematomas vienetas.
Koeficientas 1 nerašomas, bet sumoje jis dalyvauja. Lyčiai \(\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}\) suma lygi 2 + 1 + 2 = 5, o ne 4.
-
Nepadaro galutinio patikrinimo ir pateikia lygtį, kurioje nesutapo kiekvienas elementas.
Paskutinis algoritmo žingsnis privalomas: pereikite per visus elementus iš eilės ir palyginkite atomų skaičių kairėje ir dešinėje. Klaida dažniausiai slypi deguonyje, nes jis skaičiuojamas paskutinis.
Klausimai ir atsakymai
Kuo reakcijos schema skiriasi nuo reakcijos lygties?
Reakcijos schema rodo tik, kokios medžiagos reaguoja ir kokios susidaro: formulės kairėje, formulės dešinėje, tarp jų rodyklė. Lygtimi ji tampa po koeficientų sudarymo, kai kiekvieno elemento atomų skaičius kairėje lygus atomų skaičiui dešinėje. Paprasčiau tariant, schema atsako į klausimą „kas į ką virsta“, o lygtis – dar ir į klausimą „kiek“.
Kas yra koeficientas reakcijos lygtyje ir kuo jis skiriasi nuo indekso?
Koeficientas – skaičius prieš medžiagos formulę, jis rodo dalelių kiekį ir dauginą visus formulės atomus, įskaitant atomus skliaustuose. Indeksas – mažas skaičius apačioje dešinėje formulės viduje, jis rodo pačios medžiagos sudėtį. Subalansuojant parenkami koeficientai, o indeksų keisti negalima: pakeitę indeksą, gausite kitą medžiagą ir kitą reakciją.
Kaip rasti cheminių reakcijų lygties koeficientų sumą?
Pirmiausia teisingai sudarykite koeficientus, o tada sudėkite visus skaičius prieš formules kairėje ir dešinėje pusėse. Koeficientas 1 nerašomas, bet sumoje jis įskaitomas. Indeksai į sumą neįeina. Ir koeficientai turi būti mažiausi sveikieji skaičiai: jei visi jie dalijasi iš bendro daugiklio, lygtis turi būti sutrumpinta, kitaip suma bus per didelė.
Nuo kurio elemento pradėti sudaryti koeficientus?
Nuo to, kuris pasitaiko tik viename junginyje kairėje ir viename dešinėje. Praktikoje tai yra eiliškumas metalas → nemetalas (išskyrus vandenilį ir deguonį) → vandenilis → deguonis. Deguonis ir vandenilis paliekami pabaigai, nes jie įeina iš karto į kelias medžiagas ir priderinami prie jau rastų koeficientų.
Ar galima dėti trupmeninius koeficientus?
Tarpiniuose skaičiavimuose – taip, tai patogus metodas: prieš dviejų atomų dujų molekulę dažnai gaunama 3/2 ar 5/2. Bet galutiniame atsakyme koeficientai turi būti sveikieji, todėl pabaigoje visi lygties koeficientai dauginami iš trupmenos vardiklio, dažniausiai iš 2. Atomo balansas nuo to nesutriks, o skaičiai taps sveikaisiais.
Kokios būna cheminių reakcijų tipai?
Pagal pradinių medžiagų ir produktų skaičių bei sudėtį išskiriami keturi pagrindiniai tipai: jungimosi (iš kelių medžiagų gaunama viena), skilimo (iš vienos medžiagos gaunama kelios), pavadavimo (paprasta medžiaga išstumia elementą iš sudėtingos) ir mainų (dvi sudėtingos medžiagos apsikeičia dalimis). Atskirai reakcijos skirstomos į redokso ir neoksiduojančias, taip pat į egzotermines ir endotermines.
Kaip atlikti skaičiavimą pagal cheminės reakcijos lygtį?
Lygties koeficientai nustato medžiagų kiekių santykį moliais. Eiliškumas toks: užrašyti lygtį ir sudaryti koeficientus, žinomą masę ar tūrį paversti medžiagos kiekiu, pagal koeficientų santykį rasti ieškomosios medžiagos kiekį, o tada paversti jį atgal į masę ar tūrį. Jei koeficientai sudaryti neteisingai, klaidingas bus ir visas skaičiavimas.
Kodėl lygtyje dedamas lygybės ženklas, o schemoje – rodyklė?
Rodyklė reiškia „virsta“ ir leidžia manyti, kad atomai dar nesubalansuoti. Lygybės ženklas sako, kad abi dalys tikrai lygios pagal kiekvieno elemento atomų skaičių, t. y. masės tvermės dėsnis įvykdytas, todėl lygybė dedama tik po koeficientų sudarymo. Mokyklinėje praktikoje rodyklė dažnai paliekama ir paruoštoje lygtyje – tai nėra klaida, jei balansas sutapo.
