Equació química
De Viquipèdia
Nota: L'article necessita algunes millores en el contingut o l'estil:
En una reacció química els materials de partida es denominen reactantes. Les substàncies formades com a conseqüència de les reaccions es denominen productes. Per tant, una reacció química es pot resumir de la manera següent: Els químics parlen també de reactius gairebé com sinónim de 'reactante': un reactiu és una substància que reacciona amb una àmplia varietat d'una altra substàncies i per aquest motiu aquesta disponible habitualment en els laboratoris químics. El àcid clorhidric constitueix un exemple de reactiu. No obstant, un reactante és una substància que pren part en una reacció especificada.
3.1 Com es simbolitzen les reaccions
Un exemple simple reacció és la formacions d'aigua a partir d'hidrogen i oxigen. Aquesta reacció pot simbolitzar-se la manera següent:
Hidrogen + Oxigen → Aigua
Aquesta reacció constitueix un exemple sintesis. Una 'sintesis' és una reacció en la qual es forma una substància utilitzant materials de partida més simples (en aquest cas, elements). Altres tipus d'reacció és reacció descomposició, en què una substància es descompon en substàncies més simples. Una reacció d'aquest tipus es produeix quan s'escalfa la calcària fins a 800 graus. (En una reacció de descompisició una substància es transforma en una substància menys complexes, que fins i tot poden ser complexes. La reacció inversa a la descomposició és sintesis, enla que es forma una substància utilitzant materials de partida més simples).
Carbonat de calci → Óxid de Calci + Dióxid de Carboni
Aquesta descomposició tèrmica (és a dir, provocada per la calor) és típica la majoria dels carbonats. Els quimics descriu una reacció mitjançant la seva ecuació química. Es tracta d'una expresió que indica les fórmules químicas reactantes i dels productes. Com es veurà a continuació la forma d'escriure les reaccions anteriors és : Observin que es distingeix entre una 'reacció química', que és el canvi químic real, i una 'equació química', que és la representació del canvi utilitzant simbols químics. El simbol Δ (la lletra grega delta) significa que reacció es produeix a una temperatura elevada (en aquest cas, a aproximadament 800). Els nombres que apareixen multiplicant les fórmules químicas, es denominen coefisients estequiométrics de les substàncies. Aquest nom curiós deriva de les paraules gregues que significan'element ‘ i ' mesura '. Aquests coeficients estan inclosos en les equacions per assegurar que estigui present el mateix nombre d'àtoms de cada element en els reactants i en els productes : una reacció química no es pot crear ni destruir àtoms. A la sintesis de l'aigua, per exemple, hi ha quatre àtoms de hidrogen a l'esquerra de la fletxa (entre els reactantes) i quatre àtoms de hidrogen a la dreta de la fletxa (entre els productes) ; així mateix hi ha dues àtoms d'oxigen a cada costat de la fletxa Per tant, una equació química té en compte la idea de Dalton que un canvi químic és una reordenació d'àtoms entre diferents substàncies (una reacció química és una reordenació dels àtoms presents als reactantes formant-se agrupacions d'àtoms característiques dels productes) ; resumeix les identitats de les substàncies que participen en la reacció (informació qualitativa), i constata el fet que es conserva el nombre d'àtoms de cada tipus (informació quantitativa). Una equació química presenta, més informació en cas d'incloure l'estat físic (sòlid, líquid o gasós) de cada una de les substàncies que prenen part en la reacció. Aquesta informació addicional es pot expressar col. locant els següents símbols darrere de cada substància:
(s) per als sòlids ( l) per als líquids (g) per als gasosos
D'altra banda (aq) s'utilitza per indicar que una substància és a solució aquosa (dissolta en aigua). Les versions completes de les equacions donades amb anterioritat són:
2H₂ (g) + O₂ (g) → 2H₂ O (l)
Per la síntesi de l'aigua líquida (que de fet és diferent del vapor d'aigua del gel), i per a la reacció de descomposició.
CaCO₃ (s) → CaO (s) + CO₂ (g)
3.2 COM IGUALAR EQUACIONS
Una equació química està igualada quan apareix el mateix nombre d'àtoms de cada un dels elements a tots dos costats de la fletxa. (Las equacions explicades fins ara estaven igualades.) Les reaccions senzilles poden d'igualar gairebé de manera immedia ;altres equacions requereixen més esforç per ser igualades. Per formular i igualar una equació química es comença escrivint una equació sense coeficients estequiométrics que resumeix la informació qualitativa sobre la reacció, per exemple:
H₂ + O₂ → H₂ O
Hidrógen + oxigen formen aigua
(En aquest llibre s'utilitzarà el signe internacional de perill a la carretera, per indicar que una equació no està igualada.) Després es escolliran els coeficients de sort que l'equació quedi igualada:
2 x (H₂) + O₂ → 2 x (H₂O)
No ha d'igualar una equació canviant els subíndex de les fórmules químiques. Això indicaria que en la reacció hi prenen part diferents substàncies. Si canviem de H₂O a H₂O₂ i escrivim:
H₂ + O₂ → H₂O₂
s'obté certament una equació igualada. No obstant, aquesta equació igualada expressa una reacció diferent : la formació del peròxid d'hidrogen a partir dels seus elements. En cas d'escriure:
2H + O → H₂O
s'obté així mateix una equació igualada, però ara l'equació expressa la reacció entre els àtoms d'hidrogen i oxigen, però no entre les molècules que constitueixen els materials de partida reals.
En molts casos, quan es multiplica una fórmula per un coeficient per igualar un element donat, deixa d'estar igualat un altre element. Això pot ser molt frustrant quan una equació conté diversos elements diferents. Per tant, convé reduir l'esforç necessari per igualar una equació treballant d'una manera sistemàtica. Un procediment directe i eficaç consisteix a igualar primer l'element que és present menys vegades en l'equació i després anar treballant amb els altres elements fins ocupar-se de l'element que és present més vegades. Es pot il•lustrar aquest mètode igualant l'equació d'una combustió. Es tracta d'una reacció que es produeix quan un element o un compost es crema amb oxigen (una flama de metà desprèn calor a conseqüència de la combustió del metà per donar diòxid de carboni i aigua. La flama és blau perquè la calor generat per la reacció excita les unitats C₂ i CH formades durant la combustió, que desprenen llum acolorida). Quan els compostos orgànics que contenen només carboni, hidrogen i oxigen es cremen amb abundància d'aire, els únics productes obtinguts són diòxid de carboni i aigua. Si el compost orgànic és el metà (CH₄), que forma part del gas natural, l'equació sense coeficients és :
CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂ O
Com que C i H són presents en dues fórmules i O és present en tres, es comença per C i H. Els àtoms de carboni ja estan igualats. Es igualen els àtoms de H multiplicant per 2 la fórmula H₂ O de manera que hi hagi quatre àtoms de H a cada costat de la fletxa:
CH₄ + O₂ → CO₂ + 2 H₂ O
Ara només queda el O per igualar. Com que hi ha quatre àtoms d'oxigen a la dreta, però només dos a l'esquerra, la fórmula O₂ ha multiplicar per 2. El resultat és:
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2 H₂ O
Ara l'equació està igualada, cosa que es pot comprovar explicant el nombre d'àtoms de cada un dels elements situats a tots dos costats de la fletxa. En aquest punt ha d’especificar-se l'estat físic de les substàncies. Si un dels productes de la reacció és vapor d'aigua, llavors s'escriu:
CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂ O (g)
En alguns casos, la igualació condueix a coeficients fraccionaris, com en l'equació de la combustió del butà (C₄ H₁₀):
C₄H₁₀ (g) + 13/2 O₂ (g) → 4CO₂ (g) + 5H₂ O (g)
Com que és molt més convenient treballar amb números sencers, normalment és raonable (però no absolutament necessari) eliminar les fraccions multiplicant l'equació fraccionària per un factor numèric. En aquest cas es pot eliminar la fracció 13/2 multiplicant-la per 2, i llavors s'obté:
2C₄ H₁₀ (g) + 13O₂ (g) → 8CO₂ (g) + 10H₂O (g)
