Уравнение реакции

	DIN 32642
Площадь	химия
заглавие	Символическое описание химических реакций
Краткое описание:	Уравнения реакции
Последнее издание	1992-01
ISO	-

В химии уравнение реакции - это описание химической реакции в правильном стехиометрическом соотношении. Он указывает партнеров реакции ( реагенты и продукты ) превращения вещества в символической записи .

Уравнение реакции рассматривается как уравнение, потому что одинаковое количество атомов соответствующего химического элемента должно быть представлено с обеих сторон уравнения, а сумма зарядов должна быть одинаковой с обеих сторон.

Две стороны уравнений обычно соединяются не знаком равенства (=), а стрелкой, указывающей направление превращения (→), или двойной стрелкой ( ), указывающей на равновесную реакцию. Чтобы удовлетворить стехиометрию, уравнения реакций содержат стехиометрические числа реакции. Эти числа обычно целые и как можно меньшие, в то время как число 1 обычно опускается. Согласно DIN 32642 «Символическое описание химических реакций» говорят о кардинальном уравнении . ${\ displaystyle \ rightleftharpoons}$

Часто нестехиометрические представления также используются для реакций. Согласно DIN 32642, эти качественные представления не называются уравнениями реакций, а являются схемами реакций . Этот стандарт также определяет термины " переменная конверсии" , " конверсия формулы" и молярная энтальпия реакции .

Структура уравнения реакции

В левой части уравнения реакции находятся химические формулы исходных материалов (реагентов), в правой - продуктов. Между ними написана стрелка реакции (например ), указывающая в направлении продуктов. Перед молекулярными формулами или формульными единицами реакционных партнеров также помещаются цифры с заглавной буквы, которые указывают соотношение, в котором вещества потребляются или производятся. Числа называется реакцией стехиометрических чисел ( в соответствии со стандартом: сумма в стехиометрическом числе ) из веществ , участвующих. Они должны быть выбраны таким образом, чтобы молярные соотношения реагентов - их стехиометрические условия - правильно воспроизводились: для каждого химического элемента в левой части уравнения реакции должно присутствовать такое же количество атомов, как и в правой части. Цифра «один» как стехиометрическое число реакции не записывается. ${\ displaystyle \ longrightarrow}$

Например, сгорание метана (CH ₄ ) с кислородом (O ₂ ) до диоксида углерода (CO ₂ ) и воды (H ₂ O) описывается уравнением

${\ displaystyle \ mathrm {CH_ {4} +2 \ O_ {2} \ longrightarrow CO_ {2} +2 \ H_ {2} O}}$

описано. В этом примере есть по одному атому для углерода C (слева в CH ₄ и справа в CO ₂ ), для водорода H по четыре атома (слева в CH ₄ и справа 2 в обеих H ₂ O), а для кислорода O также каждый четыре атома (два слева в O _2, два справа в CO ₂ и по одному в H ₂ O).

Схема реакции

Реакционная схема, с другой стороны, не принимает во внимание стехиометрических соотношений реагентов или только частично и определяет только исходные материалы , которые вступают в реакцию , в которой продукты. В органической химии часто перечисляются только углеродсодержащие молекулы, а формулы участвующих низкомолекулярных неорганических частиц (например, воды) графически не отображаются. Катализируемое кислотой отщепление воды из 2-пентанола является примером такой схемы реакции :

Схема реакции: 1-пентен (слева, побочный продукт) и основные продукты ( E ) -2-пентен (в центре) и ( Z ) -2-пентен (справа) образуются из 2-пентанола в результате удаления воды . Не указано явно: (а) кислотный катализ, (б) удаление H ₂ O и (в) стехиометрия, которая усложняется в этом случае.

Другой пример схемы реакции - следующее слово уравнение :

${\ displaystyle \ mathrm {метан + кислород \ longrightarrow углекислый газ + вода}}$

Символы

Стрелки

В уравнениях реакции используются различные стрелки, имеющие следующие значения:

• Стрелка реакции ( )${\ displaystyle \ longrightarrow}$
• Несколько стрелок ( ) описывают последовательность реакций, т.е. последовательность нескольких отдельных реакций между исходным материалом и продуктом.${\ displaystyle \ rightarrow \ rightarrow}$
• Возвратно-поступательная реакция ( ), реакция может протекать в одном или другом направлении из-за изменения условий реакции.${\ displaystyle \ rightleftarrows}$
• Стрелка равновесия ( ) используется, когда в данных условиях устанавливается равновесие реакции.${\ displaystyle \ rightleftharpoons}$
• Стрелка ретро-синтеза ( )${\ displaystyle \ Rightarrow}$

Изогнутые стрелки, описывающие электронные сдвиги: сдвиг пары электронов (слева) и сдвиг одного электрона (справа).

• для выявления одного или двух электронных сдвигов (описание механизмов реакции , часто используемых в органической химии ):
  • Изогнутая стрелка с точкой ( ) символизирует смещение пары электронов (= два электрона).${\ displaystyle \ curvearrowright}$
  • Изогнутая стрелка с полуточкой символизирует смещение одного электрона.

Примечания: мезомерный стрелок ( ) не описывает химическую реакцию и , следовательно , не используются в уравнениях реакции. Из этих стрелок только стрелка реакции и стрелки равновесия (две параллельные противоположно направленные стрелки с половинками) соответствуют стандарту DIN 32642; Если нужно выразить, что константа равновесия реакции очень велика или очень мала, это можно выразить с помощью стрелок равновесия различной длины. ${\ displaystyle \ leftrightarrow}$

Информация о статусе

Для пояснения модификации, агрегатные состояния или состояния растворов могут быть указаны после химических символов или формул в круглых скобках. Согласно DIN 32642 для этого используются следующие сокращения:

• g для газообразного (нем.: газообразного )
• л для жидкости (нем.: жидкость )
• s для фиксированного (нем.: твердый )
• aq для 'растворенного в воде' (английский: водный )

Образовавшиеся твердые частицы или газы также могут быть отмечены стрелкой, направленной вниз ( ) или вверх ( ) в соответствии со стандартом . ${\ displaystyle \ downarrow}$${\ displaystyle \ uparrow}$

Подробнее

Условия реакции и используемый катализатор необязательно указаны над стрелкой реакции . Если для реакции вещества нагреваются, на это указывает большая дельта (Δ) над стрелкой реакции. Результирующая или затраченная энергия реакции записывается на странице, где она возникает или должна быть израсходована.

Для термодинамических расчетов, которая часто представляет собой молярную энтальпию реакции (Δ H _R ), указанную, например, в уравнении реакции реакции детонирующего газа

${\ Displaystyle \ mathrm {2 \ H_ {2 (g)} + O_ {2 (g)} \ longrightarrow 2 \ H_ {2} O _ {(l)} \,} \ \ Delta H _ {\ mathrm {R} } = - 572 \, \ mathrm {\ frac {kJ} {mol}}}$

При формуле преобразования двух молей газообразного H ₂ и одного моля газообразного O ₂ в два моля жидкой H ₂ O выделяется 572 кДж энергии. Здесь важно также указать фазу веществ, участвующих в реакции, поскольку энергия также преобразуется во время фазовых переходов . Энтальпия реакции обычно приводится при 25 ° C. Положительное значение Δ H _R обозначает эндотермические реакции, отрицательное значение - экзотермические реакции.

Сокращенная форма

Вместо полных обозначений с полными эмпирическими формулами можно не указывать не участвующих в реакции партнеров, например Б .:

${\ displaystyle \ mathrm {SO_ {4} ^ {2 -} + BaCl_ {2} \ longrightarrow BaSO_ {4} \ downarrow +2 \ Cl ^ {-}}}$

вместо: ${\ displaystyle \ mathrm {\ Li_ {2} SO_ {4} + BaCl_ {2} \ longrightarrow BaSO_ {4} \ downarrow +2 \ LiCl}}$

или же: ${\ displaystyle \ mathrm {\ Na_ {2} SO_ {4} + BaCl_ {2} \ longrightarrow BaSO_ {4} \ downarrow +2 \ NaCl}}$

В этой реакции осаждения не имеет значения, используется ли сульфат лития или натрия, поскольку обе соли растворимы в воде и ни литий, ни хлорид натрия не выпадают в осадок. Поэтому катион (Li ⁺ или Na ⁺ ), который не участвует в этой реакции, можно не использовать.

Другая аббревиатура, которая используется в системах, в которых происходит несколько реакций, - это стехиометрическая матрица , которая компактно суммирует стехиометрию нескольких уравнений реакции.

Использование уравнений реакции: расчеты продаж

Для расчета скорости метаболизма в реакции используется уравнение реакции с помощью количества вещества в молях . Основы этого метода расчета можно найти в статье стехиометрия (расчеты специалиста по химии). Уравнение реакции горения газообразного метана, описанное выше, взято в качестве примера. Схема реакции такая:

${\ displaystyle \ mathrm {CH_ {4} +2 \ O_ {2} \ longrightarrow CO_ {2} +2 \ H_ {2} O}}$

Качественно сказано: метан и кислород вступают в реакцию с образованием углекислого газа и воды.

Количественно он говорит: 1 моль метана и 2 моля кислорода дают 1 моль диоксида углерода + 2 моля воды.

Так как 1 моль C весит 12 г, 1 моль метана 16 г, 1 моль кислорода 32 г, 1 моль воды 18 г и 1 моль диоксида углерода 44 г, в нем также говорится:

Из 16 г метана + 64 г кислорода получается 44 г диоксида углерода + 36 г воды.

Из 80 г исходных материалов (исходных материалов) получается 80 г конечных материалов (продуктов). Каждые 16 г окисленного метана дают 44 г диоксида углерода.

Поскольку 1 моль газа при нормальных условиях занимает 22,4 л пространства, схема реакции также гласит:

Из 22,4 л метана + 44,8 л кислорода получается 22,4 л диоксида углерода + 44,8 л водяного пара.

Подобные расчеты конверсии возможны для любой другой химической реакции, для которой создана схема реакции. Требуемые количества сырья или теоретически достижимые количества продукта (при выходе 100%) могут быть рассчитаны с использованием схем реакций и молярных масс. Пример упражнения: Сколько водорода образуется, когда 1 г лития реагирует с водой?

литература

• Михаэль Вехтер: Вещества, частицы, реакции . Verlag Handwerk und Technik, Гамбург 2000, ISBN 3-582-01235-2 , стр. 154-169.
• Величины, единицы и символы в физической химии («Зеленая книга»; PDF; 2,0 МБ), ИЮПАК .

веб ссылки

Викисловарь: уравнение реакции  - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы

• Онлайн-калькулятор для определения коэффициентов стехиометрического уравнения, включая описание математической основы
• Онлайн-калькулятор для определения коэффициентов стехиометрического уравнения с указанием масс, вступающих в реакцию друг с другом. (Проверено 7 апреля 2013 г.)

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Стехиометрические вычисления