Menu1

Metody poglądowe w dydaktyce chemii

Równania reakcji chemicznych (II)

W poprzednim odcinku poznaliśmy sposób uzupełniania współczynników w równaniach reakcji utleniania i redukcji, który jest pożyteczny zwłaszcza przy zapisywaniu reakcji zachodzącycych w środowisku wodnym. Dziś sposób, który jest przydatny w nieco prostszych sytuacjach. Poznanie go może wiele pomóc nawet całkiem początkującym chemikom, a osobom mającym już pewne doświadczenie w pisaniu równań reakcji też nieraz zaoszczędzi czasu.
Podobnie jak inne sposoby, nie będzie to Sposób Na Wszystkie Reakcje. Często spotkamy takie równania, wobec których okaże się on bezsilny i trzeba będzie myśleć. Jednak jeżeli nie znamy żadnych sposobów, musimy myśleć nad każdym, nawet najprostszym równaniem.
Pochodzenie przedstawionego niżej sposobu owiane jest mgłą pewnej tajemniczości. Ja sam poznałem go z artykułu, który wydrukowano w doskonałym piśmie amerykańskim Journal of Chemical Education na początku lat osiemdziesiątych. Autor owego artykułu podaje, że zapoznał się z tym sposobem od kogoś, kto będąc w Chinach nauczył się go od chemika o nazwisku Ling. Niestety, poza nazwiskiem nic więcej nie wiemy o domniemanym odkrywcy tego sposobu. Sposób ten możemy więc nazywać sposobem Linga albo też sposobem podkreślania atomów.

Co zatem poleca ten sposób?
1. Na początek musimy mieć po lewej i po prawej stronie równania wypisane wszystkie substraty i produkty reakcji. Łącznie z takimi pozornie drugorzędnymi jak np. woda! Na to niestety nie ma żadnych sposobów, trzeba po prostu wiedzieć coś niecoś o chemii.
2. Teraz wyszukujemy wszystkie pierwiastki, które wchodzą w skład tylko jednego substratu i jednego produktu i podkreślamy ich symbole chemiczne. Jeżeli takich pierwiastków nie ma, to równanie jest zbyt skomplikowane jak na metodę Linga i musimy zacząć myśleć (albo poczekać na nasępny numer Kuriera).
3. Przyglądamy się podkreślonym pierwiastkom i podkreślamy powtórnie te, które po lewej i prawej stronie występują w nierównej liczbie atomów
4. Współczynniki zaczynamy uzupełniać poczynając od cząsteczek zawierających podwójne podkreślenia. Jeśli jest tylko jeden podwójnie podkreślony pierwiastek w równaniu, to sprawa jest oczywia. Jeśli więcej, to może nas czekać trochę myślenia i kilka prób.
5. Kiedy pierwiastki podwójnie podkreślone są uzgodnione, uzupełniamy te, które podkreślono pojedynczo. Momentalnie zauważamy, że współczynniki przy nich stojące muszą być identyczne po obydwu stronach równania. Zwykle wystarczy przepisać kilka cyfr z lewej strony równania na prawą i odwrotnie.
6. Dopiero teraz mając juz znaczną część pracy wykonaną zajmujemy się pierwiastkami "niepodkreślonymi". Często pozostaje tylko jeden współczynnik do uzupełnienia - wtedy łatwo go znajdziemy bilansując "niepodkreślone" atomy. Czasem współczynników do odgadnięcia jest więcej i znowu nie obędzie ię bez myślenia, ale problem jest w tym momencie znacznie prostszy niż na początku.

Teraz przykłady.

Najpierw będzie przykład przedszkolny. Spalamy wodór w tlenie. Schemat jakościowy jest następujący:

H2 + O2 --> H2O

Wodór występuje po obu stronach w jednakowej liczbie atomów, a tlen w różnej. Oba będą podkreślone (wodór pojedynczo, tlen podwójnie), bo żaden z nich nie występuje w dwóch substratach lub dwóch produktach. Po należytym podkreśleniu symboli (ze względów technicznych podkreślenia podwójne są zasąpione podkreśleniem i przekreśleniem: przyp. GS) równanie wygląda tak (znakami _ oznaczamy współczynniki wymagające uzupełnienia):

_ H2 + _ O2 --> _ H2O

Przedszkolak widzi, że trzeba zacząć od podwójnie podkreślonego tlenu, np. pisząc "2" przed cząsteczką wody

_ H2 + _ O2 --> 2H2O

Możemy już przejść do jednokrotnie podkreślonego wodoru, zatem przepisujemy dwójkę na jedyne nieobsadzone miejsce... i koniec!

2H2 + O2 --> 2H2O

Teraz przykład szkolny. Amoniak można katalitycznie spalić do tlenku azotu; jest to reakcja ważna przemysłowo.

NH3 + O2 --> H2O + NO

Widzimy, że tlen występuje w dwóch produktach i nie będzie podkreślony, natomiast azot będzie opdkreślony raz, a wodór dwa razy:

_ NH3 + _ O2 --> _ H2O + _ NO

Oczywiście najpierw uzgodnimy podwójnie podkreślony wodór

2NH3 + _ O2 --> 3H2O + _ NO

Jednokrotnie podkreślony azot "załatwiamy" przepisując współczynnik z lewej strony na prawą

2NH3 + _ O2 --> 3H2O + 2NO

Okazuje się, że został już tylko jeden współczynnik - przy wolnym tlenie. Po stronie produktów mamy razem 5 atomów tlenu, a zatem właściwy współczynnik po lewej stronie to 5/2

2NH3 + 5/2O2 --> 3H2O + 2NO

Reakcja jest gotowa.

I jeszcze jeden przykład, który czasem sprawia trudności nawet studentom. Będzie to wywiązywanie chloru z nadmanganianu potasowego i kwasu solnego. Równanie zapisane jonowo można znaleźć na str. 24, natomiast schematyczny zapis cząsteczkowy wygląda tak:

KMnO4 + HCl --> KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O

Po dokonaniu zaleconych przez opisywaną tu metodę podkreśleń równanie przybiera następującą postać:

_ KMnO4 + _ HCl --> _ KCl + _ MnCl2 + _ Cl2 + _ H2O

Widzimy, że trzeba zacząć od tlenu lub od wodoru, bo one zostały podkreślone podwójnie zgodnie z naszymi regułami. Chwila namysłu i stwierdzamy, że lepiej będzie zacząć od tlenu (piszemy "4" przy H2O), bo to pozwala natychmiast uzgodnić także i wodór.

KMnO4 + 8HCl --> _ KCl + _ MnCl2 + _ Cl2 + 4H2O

Gdybyśmy zaczęli od wodoru, wpisując "2HCl", to nie moglibyśmy w prosty sposób uzupełnić tlenu.

Teraz przepisujemy (niewidoczną) jedynkę sprzed KMnO4 przed KCl i MnCl2

KMnO4 + 8HCl --> KCl + MnCl2 + _ Cl2 + 4H2O

Współczynnik przy chlorze znajdujemy podobnie jak w przykładzie z amoniakiem (wyżej) wprost z bilansu atomów Cl i reakcja przybiera ostateczny kształt:

KMnO4 + 8HCl --> KCl + MnCl2 + 5/2Cl2 + 4H2O

Ciekawe, prawda? Nawet nie trzeba było wiedzeć, że to reakcja redoks!

Na koniec miał być podany naprawdę trudny przykład (powiedzmy, że dla docentów), ale musimy przecież cosżostawić do następnego odcinka.

Witold Mizerski KCh 2/91

Menu2