Читать книгу Fascynująca chemia - Sylvia Feil - Страница 16

Kto pragnie zrozumieć chemię, ten musi poznać język, którym się ona posługuje, czyli tak zwane równania reakcji. Za ich pomocą notuje się „wypowiedzi” dotyczące podstawowych zachowań wszystkich pierwiastków – na przykład to, w jakie cząsteczki się one łączą oraz co dzieje się z atomami i cząsteczkami, kiedy się ze sobą spotkają. Te wypowiedzi mają bardzo charakterystyczną formę. Na przykład, kiedy sód reaguje z chlorem w odpowiednich warunkach, wówczas powstaje sól kuchenna. Równanie takiej reakcji wygląda następująco:

2 Na + Cl₂ → 2 NaCl

Taki zapis oznacza dokładnie to samo co poprzedzające go zdanie, jest jednak znacznie krótszy i bardziej przejrzysty oraz zawiera dodatkowe informacje. Wystarczy tylko znajomość kilku podstawowych zasad. Na przykład każdy typ atomu ma charakterystyczny dla siebie skrót³: sód – Na, a chlor – Cl. Kiedy bezpośrednio po sobie pojawiają się dwa (lub kilka) skrótów nazw, wówczas mówimy o związkach, które tworzą te pierwiastki. W danym związku połączenia chemiczne zespajają ze sobą atomy, które pojawiają się wówczas w konkretnych stosunkach ilościowych⁴. Przykładowo w chlorku sodu⁵ na każdy atom sodu przypada dokładnie jeden atom chloru.

Kryształy soli kuchennej (NaCl)

Na przykładzie tego równania widać, że pierwiastek chlor nie występuje w postaci pojedynczych atomów, lecz zawsze w parach. Liczba u dołu skrótu pokazuje, ile atomów chloru występuje w najmniejszej jednostce pierwiastka, czyli cząsteczce chloru Cl₂. Czegoś nam jednak jeszcze brakuje. Równania reakcji nie na darmo są zwane równaniami. Liczba wszystkich atomów musi być taka sama po obu stronach. Te właśnie liczby znajdują się przed symbolami pierwiastków i wzorami związków. Można je łatwo obliczyć, zapisując i rozwiązując równanie z trzema niewiadomymi:

x Na + y Cl₂ → z NaCl

x = z

2 y = z

x = 2 y

Tradycyjnie korzysta się z rozwiązania z najmniejszymi możliwymi liczbami. Im więcej rodzajów atomów, tym bardziej skomplikowane stają się obliczenia. Tak samo jest, gdy chce się uwzględnić dodatkowe informacje, na przykład dotyczące tego, jaki proces konkretnie zachodzi podczas takiej reakcji. Jeśli przyjrzeć się dokładniej, atomy nie tylko się łączą, lecz przede wszystkim wymieniają elektrony i przez to zmieniają swój ładunek. Jest to określane jako reakcja redoks:

2 Na + Cl₂ → 2 Na⁺ + 2Cl^–

Fakt, że elektrony zmieniają swoich właścicieli, można wyrazić również za pomocą dwóch równań częściowych, w których elektrony są konkretnie oznaczone:

2 Na → 2 Na⁺ + 2 e^–

Cl₂ + 2 e^– → 2 Cl^–

Jeśli połączyć te dwa równania ze sobą, to elektrony zrównoważyłyby się. Zasady stojące za równaniami reakcji obowiązują zarówno dla najprostszych, jak i o wiele bardziej skomplikowanych reakcji. W końcu za każdym takim równaniem reakcji kryje się wypowiedź, którą w przeciwnym razie trzeba byłoby niewspółmiernie długo wyjaśniać.

Skąd wiemy to wszystko? Na przykład to, że chlor tworzy dwuatomowe cząsteczki albo że łączy się z sodem dokładnie w stosunku 1 : 1, przyjmując dokładnie jeden elektron. Niektóre z tych faktów można odczytać z układu okresowego, a przynajmniej odnośnie tego przykładu. Lecz często konieczne jest jeszcze posiadanie dodatkowych informacji o danych pierwiastkach i tworzonych przez nie połączeniach, powstałych na przykład w trakcie eksperymentów chemicznych. Jeśli ktoś chce sam zapisywać takie równania reakcji, musi mieć dużą wiedzę o zachowaniu poszczególnych pierwiastków i cząsteczek związków. Poza tym można też to wszystko odczytać właśnie z równań reakcji – o ile umiemy je odcyfrować.