CHEMICK REAKCE RNDr Marta Najbertov Gymnzium a Jazykov

CHEMICKÉ REAKCE RNDr. Marta Najbertová

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Název školy Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Adresa školy IČO Operační program Registrační číslo Označení vzdělávacího materiálu Vzdělávací oblast Vzdělávací obor Tematický okruh Sokolovská 1638 620 330 26 Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost CZ. 1. 07/1. 1. 28/01. 0050 K_INOVACE_1. CH. 05 Člověk a příroda Chemie Chemické reakce, průběh chemické reakce Zhotoveno Ročník Vyšší stupeň osmiletého gymnázia a čtyřleté gymnázium (RVP – G) Anotace Materiál je určen jako studijní materiál v předmětu chemie. Je zaměřen na rozdělení chemických reakcí, popis přechodu systému z výchozího stavu do rovnovážného a na energetické změny v průběhu reakce. Primárně je koncipován pro seminář chemie, lze jej využít i v hodinách chemie.

Chemická reakce Chemická látka vykazuje stabilitu atomové a elektronové konfigurace. Změnou vnějších podmínek nebo změnou složení soustavy může dojít k přestavbě atomové a elektronové struktury – v systému proběhnou chemické reakce. V průběhu chemické reakce dochází ke změně struktury a složení (pro chemický děj je charakteristická pouze změna struktury). Chemická reakce je dějem, při kterém výchozí látky (reaktanty) zanikají a produkty vznikají. Způsob této změny označujeme jako reakční mechanismus reakce. Tyto děje jsou provázeny změnami energie.

Formální znázornění chemických změn určuje reakci pouze kvalitativně, v organické chemii ani to ne. Reakční schéma – Není splněn zákon zachování hmotnosti. Chemická určuje reakci kvalitativně i kvantitativně, je splněn zákon rovnice – zachování hmotnosti. Ke kvantitativnímu vyjádření využíváme stechiometrické koeficienty. Chemická rovnice může blíže specifikovat reakční mechanismus nebo změnu podmínek.

Dělení reakcí podle skupenství reaktantů Homogenní systém Heterogenní systém

Dělení reakcí podle celkové změny Skladné (syntézní) Fe + 2 S Fe. S 2 Rozkladné (analytické) Vytěsňovací (substituční) Podvojná záměna (konverze)

Podle reakčního mechanismu (skryté změny) Molekulové – v průběhu reakce nedochází k rozpadu reaktantů na atomy nebo ionty. Homolytické = radikálové – reaktanty se rozpadají na částice s nepárovým volným elektronem (radikál). H 2 2 Cl 2 2 Radikály vznikají v první kroku reakce, který označujeme jako iniciace (bližší v organické chemii).

Podle reakčního mechanismu (skryté změny) Heterolytické = iontové – reaktanty se rozpadají na částice s nábojem. Rozpouštění kovů v kyselinách nebo hydroxidech. Acidobazické reakce – reakce mezi kyselinou a zásadou Rozpouštění sraženin Ag. Cl + 2 NH 3 [Ag(NH 3)2]+ + Cl-

Podle reakčního mechanismu (skryté změny) Řada reakcí organických s. Ioučenin má charakter iontových reakcí pouze v důsledku přítomnosti parciálních nábojů: Elektrofilní substituce CH 3 Oδ- H δ+ + Na+ OH- CH 3 O- Na+ + H 2 O Nukleofilní substituce H 3 C δ+ Clδ- + Na+ OH- H 3 C δ+ Oδ- H + Na+ Cl- Elektrofilní adice H 2 C = CH 2 + H δ+ Clδ- H 3 C – CH 2 Cl Nukleofilní adice H 2 C δ+=O δ- + H O δ- C δ+H 3 CH 2 OH-O-CH 3

Podle reakčního mechanismu (zjevné změny) Oxidačně redukční – látky v průběhu reakce mění oxidační čísla v důsledku přenosu elektronů. Acidobazické (protolytické) – látky v průběhu reakce vyměňují proton. Koordinační – v průběhu reakce dochází k přenosu atomů, iontů, molekul nebo skupin. Fe 3+ + 3 H 2 O + 3 SCN- [Fe(H 2 O)3(SCN)3] Srážecí – v průběhu reakce dochází ke vzniku sraženiny. Ag+ + Cl- Ag. Cl

Proč chemické reakce probíhají ? Průběh chemických reakcí můžeme sledovat z hlediska: Strukturálních změn v reagujícím systému a změn energie – reakční kinetika. Rychlosti, jakou tyto změny nastávají – reakční kinetika. Faktorů, kterými můžeme rychlost ovlivnit – reakční kinetika. Do jaké míry tyto změny nastávají – kolik výchozích látek se přemění na produkty – chemická rovnováha. Faktorů, kterými můžeme míru změny ovlivnit – chemická rovnováha.

Teorie aktivovaného komplexu G(J) 1 2 3 míra uskutečnění reakce (reakční koordináta) 1. V systému jsou molekuly SCl 2 a Cl 2, systém má určitý obsah energie. 2. V okamžiku srážky dochází k přerozdělování vazeb, původní vazby jsou zeslabeny a vytváří se nové. Energie systému přechodně vzroste. Tento přechodný útvar se nazývá aktivovaný komplex. 3. Vznik nové vazby se projeví snížením energie systému.

Teorie aktivovaného komplexu Energetické změny reagujících systémů popisujeme stavovou veličinou Gibbsova energie. V okamžiku zahájení reakce (smíchání reaktantů) má určitou hodnotu, po proběhnutí reakce má obvykle nižší (viz termochemie). V okamžiku vzniku aktivovaného komplexu je Gibbsova energie nejvyšší. – aktivační Gibbsova energie reakce ve směru od výchozích látek k produktům – aktivační Gibbsova energie reakce ve směru od produktů k výchozím látkám – změna Gibbsovy energie soustavy V praxi se nesleduje obsah energie soustavy a její změny, posuzuje se pouze rozdíl energie výchozích látek a aktivovaného komplexu. Je to množství energie, které obvykle musíme dodat, aby reakce proběhla (u nesamovolných reakcí). Energii označujeme jako aktivační. Aktivační energie je energetická bariera, bránící vzniku nových vazeb.

Energetické změny samovolných reakcí A-B-C AB+C AC+B Hodnota aktivační energie je nízká, částice jsou schopny ji překonat při srážkách, které jsou důsledkem tepelného pohybu částic systému.

Energetické změny nesamovolných reakcí A-B-C AB+C AC+B Hodnota aktivační energie je vysoká, částice nejsou schopny ji překonat při srážkách, které jsou důsledkem tepelného pohybu částic systému. Aby reakce proběhla, je nutné dodat energii zvenčí – zahřátí, ozáření, mechanická energie. Částice získají větší rychlost, při jejich vzájemných srážkách se uvolní dostatečné množství energie.

Zvýšení teploty systému A-B-C › AB+C AC+B Zahřátím soustavy se zvýší obsah energie soustavy a přiblíží se energii aktivovaného komplexu. Novou hodnotu aktivační energie jsou schopny částice překonat při srážkách, které jsou důsledkem tepelného pohybu částic systému.

Snížení teploty systému A-B-C ‹ AB+C AC+B Ochlazením soustavy se sníží obsah energie soustavy. Novou hodnotu aktivační energie nejsou schopny částice překonat při srážkách, které jsou důsledkem tepelného pohybu částic systému. Reakce se zpomalí nebo zastaví.

Vliv katalyzátorů E*c A. . B. . K + C ABK. . C E*1 AB+C+K E*2 ABK+C AC + B+K Katalyzátory jsou látky, které mění průběh reakce. Reakce probíhá ve více krocích, jejichž aktivační energie je nižší. Změna Gibbsovy energie v obou krocích zůstala stejná, Gibbsova energie je stavová veličina, její hodnota nezávisí na průběhu děje.

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Zdroje a použitá literatura 1. ATKINS, P. W. a DE PAULA, Julio. Fyzikální chemie. Vyd. 1. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2013. xxvi, 915 s. ISBN 978 -80 -7080 -830 -6. 2. KLIKORKA, Jiří, VOTINSKÝ, Jiří a HÁJEK, Bohumil. Obecná a anorganická chemie: celost. vysokošk. učebnice pro vys. školy chemicko-technologické. 1. vyd. Praha: SNTL, 1985. 591 s. 3. Vzorce, rovnice a grafy jsou z vlastní databáze autora. Vytvořeny programy ACD FREE 12, Snagit. Materiál je určen pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízeních. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu.