Wartościowość i równania reakcji chemicznych - Chemia Nowej Ery 7

1.Wiązania pojedyncze i wielokrotne w cząsteczkach pierwiastków

Atom może łączyć się z innym atomem wiązaniem pojedynczym, jak w cząsteczce wodoru $\ce{H-H}$, albo wielokrotnym: podwójnym, jak w cząsteczce tlenu $\ce{O=O}$, lub potrójnym, jak w cząsteczce azotu $\ce{N#N}$.

2.Wartościowość

Liczba wiązań chemicznych, które może utworzyć atom pierwiastka chemicznego, łącząc się z innymi atomami w danym związku chemicznym. Zapisuje się ją cyfrą rzymską nad symbolem pierwiastka.

3.Wartościowość pierwiastków w wodzie, amoniaku i tlenku węgla(IV)

W wodzie $\ce{H2O}$ wodór ma wartościowość I, a tlen II. W amoniaku $\ce{NH3}$ azot ma wartościowość III. W tlenku węgla(IV) $\ce{CO2}$ węgiel ma wartościowość IV. Wartościowość odpowiada liczbie wiązań, które tworzy atom.

4.Pierwiastki o jednej i o wielu wartościowościach

Niektóre pierwiastki mają tylko jedną wartościowość, np. wodór (I) i magnez (II). Większość ma różne wartościowości zależnie od związku, np. węgiel: II w $\ce{CO}$ i IV w $\ce{CO2}$, żelazo: II w $\ce{FeO}$ i III w $\ce{Fe2O3}$, miedź: I i II, azot: od I do V.

5.Wartościowość pierwiastków grup 1. i 2.

Pierwiastki grupy 1. mają w związkach zawsze wartościowość I, a pierwiastki grupy 2. - zawsze II. Mają one tylko jedną wartościowość zarówno względem tlenu, jak i względem wodoru.

6.Największa wartościowość pierwiastka względem tlenu

Odczytuje się ją z położenia w układzie okresowym. W grupach 1. i 2. jest równa numerowi grupy. W grupach 13.-17. oblicza się ją, odejmując 10 od numeru grupy: od III w grupie 13. do VII w grupie 17., np. $\ce{Al2O3}$, $\ce{SO3}$, $\ce{Cl2O7}$.

7.Największa wartościowość pierwiastka względem wodoru

W grupach 1. i 2. jest równa numerowi grupy, a w grupach 13. i 14. - numerowi grupy minus 10. W grupie 15. wynosi III, w 16. - II, a w 17. - I. Przykłady wodorków: $\ce{AlH3}$, $\ce{SiH4}$, $\ce{NH3}$, $\ce{H2S}$, $\ce{HCl}$.

8.Współczynnik stechiometryczny

Liczba zapisana przed symbolem lub wzorem chemicznym. Określa liczbę atomów lub cząsteczek występujących w równaniu reakcji chemicznej i dotyczy wszystkich atomów tworzących cząsteczkę.

9.Indeks stechiometryczny

Liczba zapisana w indeksie dolnym za symbolem pierwiastka. Informuje o liczbie atomów pierwiastka chemicznego w jednej cząsteczce. Współczynników i indeksów o wartości 1 się nie zapisuje.

10.Jak odczytać zapisy H, 2H, H2 i 2H2?

$\ce{H}$ - jeden atom wodoru, $\ce{2H}$ - dwa atomy wodoru, $\ce{H2}$ - jedna dwuatomowa cząsteczka wodoru, $\ce{2H2}$ - dwie dwuatomowe cząsteczki wodoru. Wartościowości nie podaje się podczas odczytywania symboli i wzorów.

11.Jak obliczyć liczbę atomów w zapisie ze współczynnikiem?

Liczbę atomów pierwiastka oblicza się, mnożąc współczynnik stechiometryczny przez indeks przy tym pierwiastku. Na przykład $\ce{3H2O}$ to trzy cząsteczki wody, które zawierają 6 atomów wodoru ($3 \cdot 2$) i 3 atomy tlenu ($3 \cdot 1$).

12.Wzór chemiczny, wzór sumaryczny i wzór strukturalny

Wzór chemiczny to zapis związku za pomocą symboli chemicznych. Wzór sumaryczny pokazuje tylko rodzaj i liczbę atomów, np. $\ce{CO2}$. Wzór strukturalny pokazuje też kolejność połączenia atomów i liczbę wiązań, np. $\ce{O=C=O}$.

13.Oznaczenia wiązań we wzorze strukturalnym

Wiązanie pojedyncze oznacza się jedną kreską (-), podwójne - dwiema kreskami (=), a potrójne - trzema kreskami (≡). Związków jonowych nie przedstawia się wzorami strukturalnymi, bo nie tworzą cząsteczek.

14.Równowaga wartościowości

We wzorze związku liczba wiązań tworzonych przez atomy jednego pierwiastka musi być równa liczbie wiązań tworzonych przez atomy drugiego pierwiastka. Sprawdza się ją, mnożąc wartościowość przez liczbę atomów, np. w $\ce{Al2O3}$: $\mathrm{III} \cdot 2 = \mathrm{II} \cdot 3$.

15.Jak napisać wzór sumaryczny tlenku metodą na krzyż?

1. Określ wartościowości pierwiastka i tlenu (tlen w tlenkach ma II) i zapisz je nad symbolami. 2. Przepisz wartościowości na krzyż jako indeksy. 3. Skróć indeksy przez największy wspólny dzielnik. 4. Sprawdź równowagę wartościowości i zapisz wzór. Np. tlenek glinu: Al (III), O (II) → $\ce{Al2O3}$.

16.Skracanie indeksów we wzorze tlenku

Gdy indeksy otrzymane metodą na krzyż mają wspólny dzielnik, dzieli się je przez największy wspólny dzielnik. Np. tlenek wapnia: Ca (II), O (II) daje $\ce{Ca2O2}$, a po podzieleniu przez 2 - $\ce{CaO}$. Indeksu 1 się nie zapisuje.

17.Wzór tlenku metodą najmniejszej wspólnej wielokrotności

Ustal najmniejszą wspólną wielokrotność (NWW) wartościowości obu pierwiastków. Podziel NWW przez wartościowość każdego pierwiastka - wynik to liczba jego atomów. Np. tlenek węgla(IV): C (IV), O (II), NWW = 4; węgiel 4 : 4 = 1, tlen 4 : 2 = 2, więc $\ce{CO2}$.

18.Odczytywanie wartościowości z nazwy tlenku

Cyfra rzymska w nawiasie w nazwie systematycznej to wartościowość pierwiastka, np. w tlenku azotu(III) azot jest trójwartościowy, a w tlenku siarki(VI) siarka jest sześciowartościowa. Tlen w tlenkach jest zawsze dwuwartościowy.

19.Jak ustalić wartościowość pierwiastka ze wzoru tlenku?

Z równowagi wartościowości: pomnóż wartościowość tlenu (II) przez liczbę atomów tlenu i podziel przez liczbę atomów drugiego pierwiastka. Np. w $\ce{Fe2O3}$: $2 \cdot 3 : 2 = 3$, więc żelazo ma wartościowość III.

20.Jak tworzy się nazwę tlenku na podstawie wzoru?

Nazwę czyta się w odwrotnej kolejności niż wzór: najpierw słowo „tlenek”, potem nazwa drugiego pierwiastka w dopełniaczu, np. $\ce{CaO}$ - tlenek wapnia. Jeśli pierwiastek ma kilka wartościowości, podaje się ją cyfrą rzymską w nawiasie, np. $\ce{CuO}$ - tlenek miedzi(II).

21.Kiedy w nazwie tlenku nie podaje się wartościowości?

Gdy pierwiastek ma tylko jedną wartościowość, np. pierwiastki grup 1. i 2. Dlatego piszemy tlenek sodu $\ce{Na2O}$ i tlenek magnezu $\ce{MgO}$, ale tlenek żelaza(III) $\ce{Fe2O3}$.

22.Tlenki miedzi

Tlenek miedzi(I) $\ce{Cu2O}$ ma barwę ceglastoczerwoną i często występuje na powierzchni miedzi. Tlenek miedzi(II) $\ce{CuO}$ ma barwę czarną i powstaje w podwyższonej temperaturze.

23.Równanie reakcji chemicznej

Zapis przebiegu reakcji chemicznej za pomocą symboli pierwiastków i wzorów związków chemicznych.

24.Substraty i produkty

Substraty to substancje, które wchodzą do reakcji - zapisuje się je po lewej stronie strzałki. Produkty to substancje, które powstają w reakcji - zapisuje się je po prawej stronie strzałki.

25.Uzgadnianie równania reakcji chemicznej

Doprowadzenie do tego, aby liczba atomów każdego pierwiastka po lewej stronie równania (substraty) była taka sama jak po prawej (produkty). Robi się to, dopisując współczynniki stechiometryczne przed symbolami i wzorami.

26.Tlen, wodór i azot w równaniach reakcji

Pierwiastki występujące w postaci cząsteczek dwuatomowych zapisuje się w równaniach wzorami: $\ce{O2}$, $\ce{H2}$, $\ce{N2}$, $\ce{Cl2}$. Podczas uzgadniania zmienia się tylko współczynniki, a indeksów we wzorach się nie zmienia.

27.Jak napisać i uzgodnić równanie reakcji krok po kroku?

1. Zapisz słownie przebieg reakcji. 2. Napisz równanie symbolami i wzorami. 3. Policz atomy każdego pierwiastka po obu stronach. 4. Dopisuj współczynniki, aż liczby atomów będą równe. Np. miedź + tlen → tlenek miedzi(II): $\ce{2Cu + O2 -> 2CuO}$.

28.Jak odczytać równanie reakcji chemicznej?

Odczytuje się liczbę atomów lub cząsteczek substratów i produktów zgodnie ze współczynnikami. Np. $\ce{S + O2 -> SO2}$: jeden atom siarki reaguje z jedną cząsteczką tlenu, tworząc jedną cząsteczkę tlenku siarki(IV). Dla związków jonowych też używa się słowa „cząsteczka”, choć nie tworzą one cząsteczek.

29.Prawo zachowania masy

W reakcji chemicznej łączna masa substratów jest równa sumie mas produktów.

30.Dlaczego może się wydawać, że w spalaniu masa znika?

W wielu reakcjach nie widać wszystkich substratów i produktów. Podczas spalania drewna czy węgla powstają niewidoczne produkty gazowe, np. tlenek węgla(IV), które ulatują do powietrza. Masa nie znika - zmienia się tylko postać substancji.

31.Doświadczenie potwierdzające prawo zachowania masy

Miedź umieszcza się w szczelnie zamkniętej kolbie, waży, ogrzewa i po ostygnięciu waży ponownie. Obserwacja: na dnie powstaje czarny osad tlenku miedzi(II), a masa kolby się nie zmienia. Wniosek: tlen z powietrza w kolbie przereagował z miedzią, a masa substancji przed i po reakcji jest taka sama.