CHEMICKÉ ROVNICE Popisují kvalitativně a kvantitativně chemické reakce. Na levou stranu rovnice zapisujeme výchozí látky (reaktanty), na pravou stranu produkty reakce. Obě strany chemické rovnice se spojují šipkou směřující od výchozích látek k produktům. Dvěma šipkami opačného směru označujeme, že reakce může probíhat v obou směrech. Zákon zachování hmotnosti je v chemické rovnici dodržován tím, že počet atomů každého druhu (a tím i jejich hmotnosti) je na obou stranách rovnice stejný. K dosažení rovnosti se před některé vzorce píší číselné faktory různé od jedničky stechiometrické koeficienty (jednotkové stechiometrické koeficienty se neuvádějí). Poměry stechiometrických koeficientů (stechiometrické poměry) vyjadřují látková množství reaktantů a produktů př.: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O 2 moly vodíku reagují s 1 molem kyslíku za vzniku 2 molů vody. I když stechiometrické koeficienty mohou mít obecně různé hodnoty např.: 3N 2 + 9H 2 6NH 3 Volí se tak, aby byly v nejmenším celistvém poměru. Takovou rovnici označujeme jako základní reakční přeměnu např.: N 2 + 3H 2 2NH 3 V ionotvých rovnicích musí být zachována podmínka elektroneutrality (rovnost počtu nábojů na obou stranách rovnice). Podmínky reakce (teplota, tlak, katalyzátor) se uvádějí nad šipku spojující obě strany rovnice. V termochemických rovnicích se uvádějí u jednotlivých látek skupenské stavy. (dolní index v závorce) (g) pro plynné skupenství (gas) (l) pro kapalné skupenství (liquidus) (s) pro pevné skupenství (solidus) (aq) pro vodný roztok (aquaeus) 1) U neredoxních dějů se stechiometrické koeficienty doplňují zkusmo např.: Sb2S3 + HCl SbCl3+ H 2S Vlevo 2 atomy Sb v Sb 2 S 3, vpravo 1 atom Sb v SbCl 3, proto dáme před SbCl 3 dvojku. Vlevo 3 atomy S v Sb 2 S 3, vpravo 1 atom S v H 2 S, proto dáme před H 2 S trojku. Dále upravíme H a Cl. Vpravo 6 Cl a 6 H, vlevo 1 Cl a 1 H, proto dáme před HCl šestku. Sb S + 6HCl 2SbCl + 3H S 2 3 3 2 2) Úprava rovnic, které znázorňují redoxní děje. Za oxidačně redukční pokládáme takové reakce, při nichž se mění tzv. oxidační stupeň všech nebo některých atomů v reagujících látkách. Oxidační stupně chemicky vázaných prvků mají hodnoty buď kladné, nebo záporné a označují se římskými číslicemi se znaménky (znaménka + se někdy neuvádějí). Chemický prvek může mít v různých sloučeninách různý oxidační stupeň. Součet všech oxidačních stupňů všech atomů ve vzorci sloučeniny se musí rovnat nule, ve složeném iontu se musí rovnat náboji iontu:
S IV O 2 IV + 2() = 0 Ca II -I C 2 II + 2(-I) = 0 K I N V O 3 I + V + 3() = 0 (S VI O 4 ) 2- VI + 4() = - 2 Oxidační stupeň prvku odvozujeme prakticky podle oxidačních stupňů ostatních prvků ve sloučenině podle těchto pravidel: 1. oxidační stupeň vodíku (kromě hydridů kovů) je (+I) ; 2. oxidační stupeň kyslíku (kromě peroxidů, superoxidů a ozonidů) je () ; 3. nejvyšší oxidační stupeň s a p prvků souhlasí s počtem valenčních elektronů 4. oxidační stupeň volného prvku je roven 0. Př.: Jaký oxidační stupeň má selen v H 2 SeO 4? Řešení: 2(+I) + x + 4 () = 0 x = VI Oxidace je děj, při němž prvek algebraicky zvyšuje svůj oxidační stupeň; tento proces je spojen se ztrátou elektronů. Při redukci se oxidační stupeň prvku snižuje, což je spojeno s přijímáním elektronů. Protože každý oxidační děj musí být provázen dějem redukčním, mluvíme o reakcích oxidačně redukčních. Přitom celkový počet elektronů, který byl jednou nebo více látkami během chemické oxidačně redukční reakce přijat, se musí rovnat celkovému počtu elektronů, který byl jinou nebo jinými látkami odevzdán. Látky, které při reakci elektrony přijímají a tedy snižují svůj oxidační stupeň nazýváme oxidačními činidly; látky, které elektrony odevzdávají, a tedy svůj oxidační stupeň zvyšují, nazýváme činidly redukčními. Postup při doplnění stechiometrických koeficientů: 1. Určíme oxidační stupně jednotlivých prvků 2. Určíme, který prvek se oxiduje a který redukuje (změny oxidačního stupně) 3. Napíšeme pomocné rovnice, do nichž zahrneme pouze atomy nebo ionty, u nichž dochází ke změně oxidačního stupně 4. Po straně pomocných rovnic zapíšeme počty elektronů vystihující redukci oxidačního činidla a oxidaci redukčního činidla 5. Počet elektronů vystihující redukci odpovídá počtu částic (atomů) redukčního činidla a naopak počet elektronů vystihující oxidaci odpovídá počtu částic (atomů) oxidačního činidla (proto počty elektronů za pomocnými rovnicemi nutno překřížit) 6. Zjištěné koeficienty napíšeme k příslušným vzorcům v levé části rovnice a pak upravíme pravou stranu rovnice 7. Koeficienty složek, u kterých se oxidační stupeň nemění dopočítáme naposled
Př.: K I Mn IV O 4 + Fe II S VI O 4 + H 2 I S VI O 4 Mn II S VI O 4 + Fe 2 III (S VI O 4 ) 3 + + K 2 I S VI O 4 + H 2 I O Mn VII + 5e - Mn II 5 1 2 Fe II 1e - Fe III 1 5 10 Protože u Fe III vpravo v rovnici vychází 2,5 a látky reagují v celistvých poměrech, vynásobíme údaje dvojkou. Dále doplníme koeficient u kyseliny sírové podle pravé strany rovnice. 2K I Mn IV O 4 + 10Fe II S VI O 4 + 8H 2 I S VI O 4 2Mn II S VI O 4 + 5Fe 2 III (S VI O 4 ) 3 + + K 2 I S VI O 4 + 8H 2 I O Př.: Na I Br -I + Na 2 I Cr 2 VI O 7 + H 2 I S VI O 4 Br 2 0 + Cr 2 III (S VI O 4 ) 3 + Na 2 I S VI O 4 + H 2 I O Br -I e - Br 0 1 6 2Cr VI + 6e - 2Cr III 6 1 6Na I Br -I + Na 2 I Cr 2 VI O 7 + 7H 2 I S VI O 4 3Br 2 0 + Cr 2 III (S VI O 4 ) 3 + 4Na 2 I S VI O 4 + 4H 2 I O Př.: Oxidace nebo redukce může probíhat současně u několika složek Fe II S 2 -I + Na 2 I O 2 -I Fe 2 III O 3 + Na 2 I S VI O 4 II + Na 2 I O Fe II -e - Fe III 15 2 2S -I -14e - 2S VI 2O -I + 2e - 2O 2 15 2FeS 2 + 15Na 2 O 2 Fe 2 O 3 + 4Na 2 SO 4 + 11Na 2 O Fe II S 2 -I + O 2 0 Fe 2 III O 3 + S IV O 2 Fe II -e - Fe III 11 2 2S -I -10e - 2S IV 2O 0 + 4e - 2O 2 11 4FeS 2 + 11O 2 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
Disproporcionační reakce Prvek ve výchozí sloučenině je schopen tvořit sloučeniny ve vyšším i nižším oxidačním stupni (tentýž prvek se částečně oxiduje i redukuje) K I Cl V O 3 K I Cl VII O 4 + K I Cl -I Cl V -2e - Cl VII 2 6 3 Cl V + 6e - Cl -I 6 2 1 oxidovaná a redukovaná forma je v poměru 3 : 1 výchozí počet molekul je dán součtem 3 + 1 = 4 4KClO 3 3KClO 4 + KCl Př.: oxidační stupeň nemusí být vždy celé číslo HN 3 dusík má oxidační stupeň -⅓; Na 2 S 4 O 6 síra má oxidační stupeň 2,5 I 2 0 + Na 2 I S 2 II O 3 Na I I -I + Na 2 I S 4 2,5 O 6 2I 0-2e - 2I -I 2 1 2S II - 1e - 2S 2,5 1 2 I 2 0 + 2Na 2 I S 2 II O 3 2Na I I -I + Na 2 I S 4 2,5 O 6 Iontové redoxní rovnice Při určování stechiometrických koeficientů postupujeme stejně jako u ostatních oxidačně redukčních rovnic. Nutno dodržovat podmínku rovnosti celkového počtu kladných a záporných nábojů iontů na obou stranách rovnice Br - + (Cr 2 VI O 7 ) 2- + H + Br 2 0 + Cr 3+ + H 2 I O Br -I - 1e - Br 0 1 6 2Cr VI + 6e - 2Cr III 6 1 6Br - + (Cr 2 O 7 ) 2- + 14H + 3Br 2 + 2Cr 3+ + 7H 2 O Př.: (I V O 3 ) - + (H I S IV O 3 ) - I - + (S VI O 4 ) 2- + H + I V + 6e - I -I 6 2 1 S IV - 2e - S VI 2 6 3 (IO 3 ) - + 3(HSO 3 ) - I - + 3(SO 4 ) 2- + 3H +
Oxidačně redukční reakce v nichž vystupují organické sloučeniny oxidační stupeň C v organických sloučeninách a) každá vazba atomu uhlíku s atomem prvku o nižší elektronegativitě se počítá jako (-I) b) vazba atomu uhlíku s atomem prvku o vyšší elektronegativitě počítáme (+I) pro jednoduchou vazbu, (+II) pro dvojnou a (+III) pro trojnou vazbu c) vazby C C, C = C, C C nepočítáme zjištěná čísla pak sečteme př.: H C = O C H -I \ C = O +II OH C OH +I +II K I Mn VII O 4 + (C III O O H I ) 2 + H 2 I S VI O 4 Mn II S VI O 4 + C IV O 2 + K 2 I S VI O 4 + H 2 I O HO HO C = O C = O Mn VII + 5e - Mn II 5 2 2C III - 2e - 2C IV 2 5 2KMnO 4 + 5(COOH) 2 + 3H 2 SO 4 2MnSO 4 + 10CO 2 + K 2 SO 4 + 8H 2 O