Reakcióegyenletek a szervetlen kémiához
A kémia egyik nagy tudományága a szervetlen kémia, amely a szervetlen vegyületek szerkezetével, tulajdonságaival és reakcióival foglalkozik. Szervetlen vegyületnek minősül az összes vegyület, amelyek nem szén-szén kötéseket tartalmazó molekulákból épülnek fel. A szervetlen kémiai ismeretek sokrétűek, és az ismeretanyag egy jó részét a szervetlen kémiához tartozó reakció alkotják. Kémiai reakcióegyenletekkel szoktuk tömören leírni a kémiai reakciókat, amelyek tárgyalásához kézenfekvően szükséges az, hogy általánosságban is értsük a kémia reakcióegyenletek felírásának elveit. A szervetlen kémiai reakciókhoz kötődő ismeretanyag még önmagában is hatalmas, szóval itt csak ízelítőt adunk a legfontosabb reakciókból, a teljesség igénye nélkül. Másfelöl nagyjából harminc egyenlet is elég ahhoz, hogy némiképp szemléltessük a szervetlen kémia tárgykörét. Ha érdekel a részletesebb szervetlen kémia reakció gyűjtemény, ami lefedi a kémia érettségi teljes tananyagát, akkor le tudod tölteni a Budapesti Reáltanoda tanulócsoportjából:
A szervetlen kémiai reakciókat az elemek két nagy csoportja, a fémek és nemfémek, alapján gyakran osztjuk fémek és nemfémek reakcióira. A fémek reakcióihoz tartoznak a fémek fémekkel és nemfémekkel végbemenő reakciói. A nemfémek reakcióihoz inkább a nemfémes elemek egymással történő reakcióit soroljuk. Ez a beosztás nem teljesen merev, más szempontokat is figyelembe lehet, és szoktunk is venni, amikor a szervetlen kémiához tartozó reakciókat tárgyaljuk.
Fémek reakciói
Fémek reakciói nemfémes elemekkel
A fémek reagálnak a nemfémek elemi formáival, mint például az oxigénmolekulával, halogénekkel (F, Cl, Br, I) és kénnel.
Magnézium égése:
2 Mg + O2 = 2 MgO
Nátrium reakciója klórral
2 Na + Cl2 = 2 NaCl
Higany reakciója kénnel:
Hg + S = HgS
Fémek reakciói nemfémek vegyületeivel
A fémek talán legjellemzőbb reakciói a vízzel, savakkal és lúgokkal végbemenők. A reakciók lejátszódását alapvetően az egyes fémek oxidációra való hajlama, és a fémek felszínén kialakuló, a fémek saját vegyületeiből álló védőréteg határozza meg. A fémek oxidációra való hajlamát a standard elektródpotenciálokkal jellemezzünk mennyiségi módon. Az alkálifémek (Na, K), alkáliföldfémek (Mg, Ca), illetve a p-mező fémei közül az alumíniumnak kisebb a standard elektródpotenciálja, mint -0,83 V, tehát elméletben reagálhatnak vízzel és savakkal is. A d-mező fémeinek egy részének (Fe, Zn), illetve a p-mező fémei közül az ónnak és ólomnak a standard elektródpotenciálja -0,83 és 0 V között van, amiből az következik, hogy vízzel nem, de savval reagálhatnak. A d-mező néhány fémének (Cu, Ag) a standard elektródpotenciálja 0 V felett van, és csak oxidáló hatású, erős savak (HNO3, H2SO4) tömény oldataival lépnek reakcióba. A védőréteg részben, vagy teljes egészében felül tudja írni a standard elektródpotenciálokból következő redoxi törvényszerűségeket. Például az alumínium nem reagál vízzel a felszínén kialakuló tömör alumínium-oxid réteg miatt, és a vas se reagál a tömény kénsavval.
Nátrium és víz reakciója:
2 Na +2 H2O = 2NaOH + H2
Cink és sósav reakciója:
Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2
Ezüst és tömény kénsav reakciója:
2 Ag + 2 H2SO4 = Ag2SO4 + SO2 + 2 H2O
Réz és tömény salétromsav reakciója:
Cu + 4 HNO3 = Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
A fémek általában nem reagálnak lúgokkal, de például az alumínium és a cink komplex képződés közben oldódik erős lúgokban (NaOH, KOH).
Alumínium és nátrium-hidroxid reakciója:
2 Al + 2 NaOH + 6 H2O = 2 Na+ + 2 [Al(OH)4]– + 3 H2
Fémek előállítás
A fémek a természetben vegyületek formájába fordulnak elő a legtöbbször, viszont az ember a fémek elemi, fémrácsos formáiból tud tárgyakat készíteni. Az emberi civilizációk egyik alapja, és történelmi korokat határozott meg a fémgyártás technológiai fejlődése. A fémek előállítása során a fémek mindig redukálódnak. Két alapvető módszer a fémek előállítására a redukálószerrel használata, illetve az elektrolízis.
Vasgyártás
A vasgyártás során a szén és a szénből keletkező szén-monoxid a redukálószer:
Fe2O3 + 3 C = 2 Fe + 3 CO
Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2
Alumíniumgyártás
Az alumíniumgyártás során először az ércből (bauxitból) tiszta alumínium-oxid (timföldet) állítanak elő. Ezt a folyamatot hívjuk feltárásnak.
Al2O3(bauxit)+ 2 NaOH + 3 H2O = 2 Na[Al(OH)4]
Na[Al(OH)4] = Al(OH)3 + NaOH
2 Al(OH)3 = Al2O3(timföld) + 3 H2O
A timföld olvadék elektrolízisével állítják elő a fém alumíniumot:
Al2O3 = 2 Al3+ + 3 O2-
2 Al3+ + 6 e– = 2 Al
Nemfémek reakciói
A nemfémek reakciót a periódusos rendszer csoportjai vagy elemek szerint szokás tárgyalni. Természetesen egy reakciót akár több csoportnál is megemlíthetünk, amennyiben a reakcióban szereplő anyagok között több olyan is van, amely nemfémes elemet tartalmaz.
Reakciók hidrogénnel
Hidrogén és oxigén reakciója:
2 H2 + O2 = 2 H2O
Hidrogén és klór reakciója:
H2 + Cl2 = 2 HCl
Reakciók halogénekkel és halogénvegyületekkel
Bróm és klór reakciója:
Br– + Cl2 = 2 Cl– + Br2
Klór és víz reakciója:
Cl2 + H2O Ý HCl +HOCl
Szilícium-oxid (üveg) és hidrogén-fluorid reakciója:
SiO2 + 4 HF = SiF4 + 2 H2O
Reakciók oxigénnel és oxigénvegyületekkel
Szén és oxigén reakciója:
C + O2 = CO2
Vízbontás (víz elektrolízis) összegyenlete:
2 H2O = 2 H2 + O2
Reakciók kénnel és kén-vegyületekkel
Kénhidrogén és kén-dioxid reakciója:
2 H2S + SO2 = 3 S + 2 H2O
Kénsavgyártás reakcióegyenletei:
S + O2 = SO2
2 SO2 + O2 Ý SO3
SO3 + H2SO4 Ý H2S2O7
H2S2O7 + H2O = 2 H2SO4
Reakciók nitrogénnel és nitrogénvegyületekkel
Ammóniagyártás:
3 H2 + N2 Ý 2 NH3
Salétromsavgyártás egyenletei:
4 NH3 + 5 O2 = 4 NO + 6 H2O
2 NO + O2 = 2 NO2
4 NO2 + 2 H2O + O2 = 4 HNO3
Reakciók szénvegyületekkel
Széndioxid és víz reakciója:
CO2 + H2O Ý H2CO3
Mészkő és sósav reakciója:
CaCO3 + 2 HCl = CaCl2 + CO2 + H2O
Ha a kémia érettségire készülsz, és valami nem igazán volt világos a fenti szövegből, akkor érdemes lehet segítséget igénybe venned egy kémia érettségi felkészítő tanfolyamon, középiskolai fakultáción vagy egy kémia magántanártól.