Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 8 клас. Бутенко

§ 4. Фізичні і хімічні явища. Закон збереження маси речовин. Хімічні рівняння

У цьому параграфі ви повторите:

  • чим фізичні явища відрізняються від хімічних;
  • якими є ознаки перебігу хімічної реакції;
  • як записують перебіг хімічної реакції;
  • що означають коефіцієнти в хімічному рівнянні.

Фізичні і хімічні явища. Явища, що відбуваються з речовинами, умовно поділяють на фізичні і хімічні.

Явища, унаслідок яких змінюється форма фізичного тіла, його об’єм, ступінь подрібнення або агрегатний стан речовини, але не змінюється її склад, називають фізичними.

Перехід льоду з твердого стану в рідкий і далі в газуватий, штампування з алюмінію виробів різної форми: виделок, чашок, дроту, перетворення шматка цукру на порошкоподібний стан — це приклади фізичних явищ, бо всі вони не супроводжуються зміною ані складу, ані будови речовини.

Хімічними називають явища, які супроводжуються перетворенням одних речовин на інші.

Так, магній за температури 600 °С згоряє на повітрі, тобто перетворюється на його оксид — речовину іншого складу, а отже, і з іншими властивостями. Хімічні явища називають хімічними реакціями. Атоми в хімічних реакціях залишаються незмінними, відбувається лише їх перерозподіл у речовинах.

Про перебіг хімічних реакцій свідчать такі явища:

1) виділення або поглинання теплоти. Якщо до розчину сульфатної кислоти додати розчин лугу, то пробірка, у якій відбувається реакція, стане теплою;

2) зміна кольору. Якщо мідну пластинку червоного кольору нагріти на повітрі до температури 500 °С, то в результаті хімічної реакції з киснем на її поверхні утворюється наліт купрум(II) оксиду чорного кольору;

3) поява запаху. Якщо до розчину натрій сульфіду додати хлоридну кислоту, то з’явиться запах тухлих яєць — це запах газу гідроген сульфіду;

4) утворення осаду. Якщо до безбарвного розчину барій хлориду додати безбарвний розчин сульфатної кислоти, то утворюється осад білого кольору (рис. 1);

Рис. 1. Утворення осаду

5) виділення газу. Якщо в безбарвну хлоридну кислоту помістити шматочок цинку, то виділиться газ (рис. 2);

Рис. 2. Виділення газу

6) випромінювання світла. Якщо підпалити стрічку металу магнію, то вона горітиме яскравим полум’ям з утворенням білої речовини — магній оксиду (рис. 3) і виділенням теплоти.

Рис. 3. Горіння магнію

Закон збереження маси речовин. На підставі численних експериментів російський учений Михайло Ломоносов (1748) і незалежно від нього французький хімік Антуан Лавуазье (1789) відкрили закон збереження маси речовин:

маса речовин, що вступають у хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, які утворюються в результаті реакції.

На підтвердження цього висновку можна провести дуже простий дослід. Помістимо в колбу трохи ретельно змішаних між собою порошкоподібних алюмінію та сірки — суміш жовтого кольору з металічним блиском. Закриємо колбу пробкою та зважимо її. Потім обережно нагріємо колбу над газовим пальником (150-200 °С). Через деякий час можна спостерігати появу білої порошкоподібної речовини — алюміній сульфіду Al2S3. Її утворення свідчить про перебіг хімічної реакції.

Повторне зважування колби після охолодження до кімнатної температури переконує, що в результаті цієї реакції її маса з умістом залишилася незмінною, хоча початкові речовини вже перестали існувати внаслідок перетворення на складну речовину.

Хімічні рівняння. Розглянуте перетворення заведено в хімії записувати у вигляді рівняння хімічної реакції: у лівій частині записують формули вихідних речовин (реагентів), що вступають у реакцію, а в правій — формули кінцевих речовин (продуктів реакції), що утворюються внаслідок реакції:

Al + S → Al2S3

Подібну форму запису називають схемою реакції. Для перетворення схеми на рівняння потрібно, щоб числа атомів кожного хімічного елемента в лівій і правій її частинах (тобто до і після стрілки) були однакові. Для цього розставляють стехіометричні (зрівнювальні) коефіцієнти, або просто коефіцієнти, — числа перед формулами речовин, які вказують на кількість частинок, що вступили в реакцію.

Неважко помітити, що число атомів Алюмінію та Сульфуру в лівій і правій частинах схеми різне: зліва один атом Алюмінію та один атом Сульфуру, справа — два атоми Алюмінію та три атоми Сульфуру. А це суперечить закону збереження маси речовини. Щоб позбавитися цього, перед формулою Алюмінію ставимо коефіцієнт 2, а перед формулою Сульфуру — коефіцієнт 3:

2Аl + 3S → Al2S3

Через те що число атомів кожного виду в лівій і правій частинах схеми однакове за рахунок розставлених коефіцієнтів, стрілку між формулами реагентів і продуктів у схемі хімічної реакції можна замінити на знак рівності:

2Аl + 3S = Al2S3

Коефіцієнт 1, подібно до індексу 1 у формулі речовини, не ставлять. Після того як розставлено коефіцієнти, схема реакції перетворюється на хімічне рівняння.

Запитання та завдання

°1. Що розуміють під фізичним явищем? Наведіть приклади.

°2. Що розуміють під хімічною реакцією? Наведіть приклади.

°3. Якими явищами супроводжується перебіг хімічних реакцій? Наведіть приклади.

4. Визначте, які явища відносять до фізичних, а які — до хімічних: а) замерзання води; б) горіння спирту, вугілля; в) випаровування спирту; г) утворення зеленого нальоту на мідних предметах; ґ) подрібнення кристалів кухонної солі; д) проходження електричного струму по дроту; е) світіння нитки в лампі розжарювання; є) гниття харчових продуктів; ж) утворення туману; з) зміна форми виробу з пластиліну, якщо його м’яти в руках; и) горіння природного газу; і) кипіння води. Які явища можна при цьому спостерігати?

°5. Як формулюють закон збереження маси речовин?

°6. Яку форму запису хімічної реакції називають: а) схемою реакції; б) рівнянням реакції?

°7. Що таке стехіометричні коефіцієнти в рівнянні реакції? На що вони вказують і як їх розставляють?

8. Перетворіть схеми хімічних реакцій на їхні рівняння:

  • a) Mg + O2 → MgO;
  • б) Na + Cl2 → NaCl;
  • в) Аl + О2 → Аl2О3;
  • г) Fe + Cl2 → FeCl3;
  • ґ) СuСО3 → СuО + СО2;
  • д) HgO → Hg + O2.

9. Укажіть рівняння хімічної реакції з найбільшою сумою всіх стехіометричних коефіцієнтів з-поміж тих, які подано схемами:

  • а) Мn + О2 → Мn3О4;
  • б) Si + О2 → SiO2;
  • в) N2O5 → NO2 + О2;
  • г) P(черв) + Сl2 → РСl5.

10. Укажіть рівняння хімічної реакції з найменшою сумою всіх стехіометричних коефіцієнтів з-поміж тих, які подано схемами:

  • a) Fe + Сl2 → FeCl3;
  • б) CO + О2 → СО2;
  • в) Fe2O3 → Fe3O4 + О2;
  • г) Si + F2 → SiF4.