kemian perusteetkemialliset reaktiotstoikiometriatiede
Reaktantti vs. tuote
Missä tahansa kemiallisessa prosessissa reagoivat aineet ovat lähtöaineita, jotka käyvät läpi muutoksen, kun taas tuotteet ovat muutoksen seurauksena muodostuneita uusia aineita. Tämä suhde määrittelee aineen ja energian virtauksen, jota säätelevät kemiallisten sidosten katkeaminen ja muodostuminen reaktion aikana.
Korostukset
Reagoivat aineet ovat 'ennen'-tilassa ja tuotteet 'jälkeen'-tilassa.
Kunkin alkuaineen atomien lukumäärä pysyy samana molemmilla puolilla.
Katalyytit auttavat reaktiota, mutta eivät ole lähtöaineita eivätkä tuotteita.
Reaktio-olosuhteet, kuten lämpö, voivat muuttaa sitä, mitkä tuotteet muodostuvat samoista reagensseista.
Mikä on Reaktantti?
Kemiallisen reaktion alussa läsnä olevat alkuaineet, jotka kuluvat prosessin aikana.
Ne kirjoitetaan aina kemiallisen yhtälön vasemmalle puolelle.
Reaktion jatkumiseksi lähtöaineiden kemiallisten sidosten on katkettava.
Reagoivien aineiden pitoisuus tyypillisesti pienenee reaktion edetessä.
Ne määrittävät tuotettujen lopullisten aineiden teoreettisen saannon.
Joissakin tapauksissa tietyt reagenssit toimivat rajoittavina reagensseina, jotka pysäyttävät prosessin loppuessaan.
Mikä on Tuote?
Kemiallisen reaktion päättymisen tai tasapainon seurauksena syntyvät aineet.
Ne sijaitsevat kemiallisessa yhtälössä nuolen oikealla puolella.
Uusia kemiallisia sidoksia muodostuu näiden ainutlaatuisten molekyylirakenteiden luomiseksi.
Niiden pitoisuus kasvaa ajan myötä, kunnes reaktio saavuttaa loppunsa.
Tuotteilla on usein täysin erilaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet kuin lähtöaineilla.
Sivutuotteet ovat ensisijaisen halutun aineen rinnalla muodostuvia toissijaisia tuotteita.
Vertailutaulukko
Ominaisuus
Reaktantti
Tuote
Sijainti yhtälössä
Nuolen vasemmalla puolella
Nuolen oikealle puolelle
Tila ajan kuluessa
Kulutettu/Vähenee
Tuotettu/Lisääntyy
Joukkovelkakirjatoiminta
Siteet ovat rikki
Sidosmuodostus
Energian rooli
Imee energiaa (katkaistakseen sidoksia)
Vapauttaa energiaa (kun sidoksia muodostuu)
Määrän vaikutus
Sanelee, kuinka paljon voidaan tehdä
Prosessin tulos
Kemiallinen identiteetti
Lähtöainesosat
Loppuaineet
Yksityiskohtainen vertailu
Muutoksen nuoli
Siirtymää lähtöaineesta tuotteeksi symboloi reaktionuoli, joka osoittaa kemiallisen muutoksen suunnan. Vaikka lähtöaineet ovat lähtöainesosia, tuotteet edustavat valmista ateriaa. Tämä muutos ei ole vain nimenmuutos, vaan atomien perustavanlaatuinen uudelleenjärjestely uusiksi konfiguraatioiksi.
Massan säilyminen
Erilaisista ulkonäöistään huolimatta reagoivien aineiden kokonaismassan on oltava yhtä suuri kuin tuotteiden kokonaismassa suljetussa systeemissä. Tämä massan säilymislakina tunnettu periaate varmistaa, ettei atomeja synny tai tuhoudu; ne yksinkertaisesti vaihdetaan osapuolten välillä tuotteiden luomiseksi saatavilla olevasta reagoivasta aineesta.
Energiadynamiikka
Reagoivien aineiden sidosten katkeaminen vaatii aina energian panosta, kun taas tuotesidosten muodostuminen vapauttaa energiaa. Näiden kahden voiman välinen tasapaino määrää, onko reaktio eksoterminen, jolloin se tuntuu kuumalta tuotteita tuottaessaan, vai endoterminen, jolloin se tuntuu kylmältä, koska se vetää energiaa ympäristöstä pitääkseen reagoivat aineet reagoimassa.
Palautuvuus ja tasapaino
Monissa kemiallisissa järjestelmissä lähtöaineen ja tuotteen välinen raja voi hämärtyä. Palautuvat reaktiot mahdollistavat tuotteiden muuttumisen takaisin lähtöaineiksi samanaikaisesti. Kun eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus on sama kuin taaksepäin suuntautuvan reaktion nopeus, systeemi saavuttaa tasapainon, jossa molempien pitoisuudet pysyvät vakaina, vaikka muutos jatkuu.
Hyödyt ja haitat
Reaktantti
Plussat
+Ohjattavat tulomuuttujat
+Vaikuttaa suoraan reaktionopeuteen
+Määrittää kokonaiskustannukset
+Säilytetään helposti tulevaa käyttöä varten
Sisältö
−Voi olla vaarallista tai myrkyllistä
−Usein vaatii erityistä säilytystilaa
−Puhtaustasojen rajoittama
−Saattaa vaatia aktivointienergiaa
Tuote
Plussat
+Haluttu lopputavoite
+Voi olla korkea arvo
+Näyttää reaktion onnistumisen
+Usein vakaampi
Sisältö
−Saattaa vaatia puhdistusta
−Sivutuotteet voivat olla jätettä
−Voi olla vaikea irrottaa
−Tuotto on harvoin 100 %
Yleisiä harhaluuloja
Myytti
Tuotteet painavat enemmän, koska niissä on luotu uusi aine.
Todellisuus
Tämä on mahdotonta massan säilymislain nojalla. Jos tuote näyttää painavammalta, se johtuu yleensä siitä, että se on reagoinut ilmasta löytyvän näkymättömän kaasun (kuten hapen) kanssa, joka oli reagoiva aine, jota et ole ottanut huomioon.
Myytti
Reaktioaineet katoavat kokonaan reaktion päätyttyä.
Todellisuus
Monissa reaktioissa, erityisesti tasapainossa olevissa reaktioissa tai niissä, joissa yhtä lähtöainetta on ylimäärin, jotkut lähtöaineet jäävät sekoittuneiksi tuotteisiin reaktion pysähtymisen jälkeenkin.
Myytti
Katalyytti on vain yksi reagenssityyppi.
Todellisuus
Toisin kuin lähtöaine, katalyytti ei kulu reaktiossa. Se nopeuttaa prosessia, mutta tulee ulos toiselta puolelta kemiallisesti muuttumattomana, mikä tarkoittaa, että se ei myöskään esiinny tuotteena.
Myytti
Kaikki dekantterilasissa olevat reagenssit muuttuvat lopulta tuotteiksi.
Todellisuus
Monet reaktiot saavuttavat "rajan", jossa energia tai olosuhteet eivät riitä jäljelle jääneiden reagoivien aineiden muuntamiseen. Siksi kemistit laskevat "prosenttisaannon" nähdäkseen, kuinka tehokas prosessi todellisuudessa oli.
Usein kysytyt kysymykset
Voiko aine olla sekä reagoiva aine että tuote?
Reaktion yhdessä vaiheessa ei. Monivaiheisessa kemiallisessa prosessissa ensimmäisessä vaiheessa tuotettua ainetta (tuotetta) voidaan kuitenkin käyttää lähtöaineena toisessa vaiheessa (reagenssi). Näitä "välikappale"-aineita kutsutaan virallisesti välituotteiksi.
Mikä on rajoittava reagenssi?
Rajoittava lähtöaine on aine, joka loppuu ensimmäisenä kemiallisen reaktion aikana. Aivan kuten sämpylöiden määrä rajoittaa sitä, kuinka monta hot dogia voit tehdä, rajaava lähtöaine määrittää muodostuvan tuotteen enimmäismäärän riippumatta siitä, kuinka paljon muita lähtöaineita sinulla on.
Miksi joissakin yhtälöissä on kaksoisnuoli lähtöaineiden ja tuotteiden välissä?
Kaksinkertainen nuoli osoittaa palautuvaa reaktiota. Tämä tarkoittaa, että kun reagoivat aineet muuttuvat tuotteiksi, myös tuotteet hajoavat takaisin reagoiviksi aineiksi. Se merkitsee, että reaktio voi tapahtua molempiin suuntiin ja todennäköisesti saavuttaa kemiallisen tasapainotilan.
Miten erottaa tuotteen ja sivutuotteen toisistaan?
'Tuote' on se tietty aine, jonka kemisti tai valmistaja on tarkoittanut luoda. 'Sivutuote' on mikä tahansa muu aine, joka muodostuu saman reaktion aikana. Esimerkiksi saippuan tuotannossa saippua on tuote, kun taas glyseroli muodostuu hyödyllisenä sivutuotteena.
Vaikuttaako reagoivien aineiden lämpötila tuotteisiin?
Lämpötila muuttaa harvoin tuotteiden luonnetta, mutta se muuttaa dramaattisesti niiden muodostumisnopeutta. Korkeammat lämpötilat antavat yleensä reagoiville aineille enemmän kineettistä energiaa, minkä seurauksena ne törmäävät useammin ja suuremmalla voimalla, mikä nopeuttaa muuttumista tuotteiksi.
Mitä energialle tapahtuu muutoksen aikana?
Energiaa joko absorboituu tai vapautuu. Eksotermisissä reaktioissa tuotteilla on vähemmän varastoitua kemiallista energiaa kuin reagoivilla aineilla, joten ylimääräinen energia vapautuu lämpönä. Endotermisissä reaktioissa tuotteet varastoivat enemmän energiaa, mikä tarkoittaa, että energiaa piti "työntää" reagoiviin aineisiin muutoksen aikaansaamiseksi.
Onko aineen olomuoto (kaasu, neste, kiinteä) erilainen tuotteilla?
Usein se onkin! Yksi selkeimmistä merkeistä kemiallisesta reaktiosta on olomuodon muutos, kuten kahden nestemäisen reagoivan aineen muodostama kiinteä "sakka" tai nesteen ja kiinteän aineen reaktio, jossa vapautuu kaasua. Nämä fysikaaliset vihjeet kertovat, että uusi tuote on muodostunut.
Mitä on 'teoreettinen tuotto' suhteessa tuotteisiin?
Teoreettinen saanto on matemaattinen laskelma tuotteen enimmäismäärästä, jonka voisit saada, jos jokainen raja-arvossa olevan lähtöaineen atomi muuttuisi täydellisesti tuotteeksi. Todellisessa maailmassa "todellinen saanto" on lähes aina pienempi roiskeiden, haihtumisen tai sivureaktioiden vuoksi.
Voiko reaktion saada aikaan vain yhdellä lähtöaineella?
Kyllä, näitä kutsutaan hajoamisreaktioiksi. Yksittäinen monimutkainen lähtöaine hajoaa kahdeksi tai useammaksi yksinkertaisemmaksi tuotteeksi. Yleinen esimerkki on kalsiumkarbonaatin kuumentaminen kalsiumoksidin ja hiilidioksidikaasun tuottamiseksi.
Miten kemistit kuvaavat veteen liuenneita reagensseja ja tuotteita?
He käyttävät symbolia (aq), joka tarkoittaa 'vesipitoista'. Jos reagoivan aineen puolella näkyy 'NaCl (aq)', se tarkoittaa, että aloitit suolavedellä. Tämä auttaa erottamaan puhtaassa muodossa olevat aineet liuoksen sisältämistä aineista.
Tuomio
Tunnista reagoivat aineet aineiksi, joita syötät muutoksen laukaisemiseksi, ja tarkastele tuotteita muutoksen tuloksena. Molempien ymmärtäminen on välttämätöntä stoikiometrian hallitsemiseksi ja minkä tahansa kemiallisen järjestelmän käyttäytymisen ennustamiseksi.