Reacții chimice și substanțe compuse

Reacția chimică este procesul prin care una sau mai multe substanțe (reactanți) se transformă în substanțe noi (produși de reacție), cu proprietăți diferite. Semne ale unei reacții: degajare de gaz, formarea unui precipitat, schimbarea culorii, degajare sau absorbție de căldură.

Ecuația chimică este scrierea prescurtată a unei reacții, cu ajutorul formulelor chimice. Conform legii conservării masei (Lavoisier), masa reactanților este egală cu masa produșilor, de aceea ecuația trebuie egalată: numărul atomilor fiecărui element trebuie să fie același în ambii membri.

Exemplu de egalare: arderea metanului se scrie CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Coeficienții (numerele din fața formulelor) se aleg astfel încât atomii să se conserve; indicii din formule nu se modifică niciodată la egalare.

Reacția de combinare: două sau mai multe substanțe formează o singură substanță compusă. Exemple: S + O2 → SO2; CaO + H2O → Ca(OH)2 (stingerea varului).

Reacția de descompunere: o substanță compusă se transformă în două sau mai multe substanțe. Exemplu: CaCO3 → CaO + CO2 (descompunerea calcarului la temperatură, obținerea varului nestins).

Reacția de înlocuire (substituție): o substanță simplă înlocuiește un element dintr-o substanță compusă. Exemplu: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu. Reacția de schimb (dublă înlocuire): două substanțe compuse își schimbă între ele componentele. Exemplu: AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3, cu formarea precipitatului alb de clorură de argint.

Oxizii sunt compuși binari ai oxigenului cu alte elemente, cu formula generală E2On. Oxizii metalici (CaO, MgO, Fe2O3) sunt în general oxizi bazici — reacționează cu apa formând baze. Oxizii nemetalici (CO2, SO2, SO3) sunt oxizi acizi — reacționează cu apa formând acizi. Exemple importante: CaO (var nestins), CO2 (dioxid de carbon), Fe2O3 (rugina).

Acizii sunt substanțe compuse care conțin hidrogen și un radical acid; în soluție apoasă eliberează ioni de hidrogen (H+). Acizii pot fi hidracizi (fără oxigen: HCl, H2S) sau oxiacizi (cu oxigen: H2SO4, HNO3, H2CO3).

Proprietăți ale acizilor: au gust acru, înroșesc turnesolul, reacționează cu metalele active eliberând hidrogen (Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2), reacționează cu oxizii bazici și cu bazele formând săruri. Acidul clorhidric se găsește în sucul gastric; acidul sulfuric se folosește la acumulatori auto.

Bazele sunt substanțe compuse formate dintr-un metal și una sau mai multe grupări hidroxid (OH); în soluție eliberează ioni hidroxid (OH-). Bazele solubile se numesc alcalii: NaOH (soda caustică), KOH, Ca(OH)2 (varul stins, puțin solubil). Bazele albăstresc turnesolul și înroșesc fenolftaleina.

Reacția dintre un acid și o bază se numește neutralizare și duce la formarea unei sări și a apei: NaOH + HCl → NaCl + H2O. Este una dintre cele mai importante reacții chimice, folosită de exemplu împotriva arsurilor acide sau a acidității gastrice.

Sărurile sunt compuse dintr-un ion metalic și un radical acid: NaCl (sarea de bucătărie), CaCO3 (calcarul, marmura, creta), CuSO4 (piatra vânătă), NaHCO3 (bicarbonatul de sodiu). Sărurile se obțin prin neutralizare, prin reacția metalelor cu acizii sau prin reacții de schimb.

pH-ul este o mărime care arată cât de acidă sau de bazică este o soluție, pe o scară de la 0 la 14. Soluțiile acide au pH mai mic decât 7, soluțiile neutre au pH egal cu 7, iar soluțiile bazice au pH mai mare decât 7.

pH-ul se măsoară cu indicatori (turnesol, fenolftaleină, indicator universal) sau cu pH-metrul. Hârtia indicatoare de pH își schimbă culoarea în funcție de aciditatea soluției și se compară cu o scară colorată.

Exemple din viața de zi cu zi: sucul de lămâie are pH ≈ 2 (acid), oțetul pH ≈ 3, apa pură pH = 7 (neutru), apa de mare pH ≈ 8, soluția de săpun pH ≈ 10 (bazic). Cunoașterea pH-ului este importantă în agricultură (pH-ul solului), medicină (pH-ul sângelui ≈ 7,4) și industria alimentară.

Ecuația chimică egalată ne arată raporturile molare și masice dintre substanțe, permițând calcule stoechiometrice: dacă știm masa unui reactant, putem afla masa produsului format.

Molul este cantitatea de substanță care conține 6,022 × 10^23 particule (numărul lui Avogadro). Masa unui mol de substanță (masa molară, în g/mol) este numeric egală cu masa moleculară. Numărul de moli se calculează cu formula n = m / M.

Exemplu: câte grame de apă se formează din 4 g de hidrogen? Ecuația: 2H2 + O2 → 2H2O. Din 2 moli H2 (4 g) se formează 2 moli H2O (36 g). Deci din 4 g de hidrogen se obțin 36 g de apă. Regula de trei simplă aplicată pe masele din ecuație rezolvă majoritatea problemelor.