4.8: Reakcje chemiczne w roztworach wodnych

Substancje chemiczne oddziałują na siebie na wiele różnych sposobów. Niektóre reakcje chemiczne wykazują wspólne wzorce reaktywności. Ze względu na ogromną liczbę reakcji chemicznych konieczne staje się ich klasyfikowanie na podstawie obserwowanych wzorców oddziaływań.

Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem, który może rozpuszczać wiele substancji. Z tego powodu w wodzie zachodzi wiele reakcji chemicznych. Takie reakcje nazywane są reakcjami wodnymi. Trzy najczęstsze typy reakcji wodnych to wytrącanie, kwasowo-zasadowe i utlenianie-redukcja.

Reakcje w roztworach wodnych

Reakcja wytrącania polega na wymianie jonów między związkami jonowymi w roztworze wodnym w celu wytworzenia nierozpuszczalnej soli lub osadu. W reakcji kwasowo-zasadowej kwas reaguje z zasadą, a oba neutralizują się nawzajem, wytwarzając sól i wodę. Reakcja utleniania-redukcji polega na przenoszeniu elektronów między reagującymi gatunkami. Mówi się, że reagent, który traci elektrony, jest utleniony, a reagent, który zyskuje elektrony, jest zredukowany.

Równania dla reakcji wodnych

Kiedy w grę wchodzą jony, istnieją różne sposoby przedstawiania reakcji zachodzących w środowisku wodnym, z których każdy ma inny poziom szczegółowości. Aby to zrozumieć, weźmy przykład reakcji wytrącania. Reakcja zachodzi między wodnymi roztworami związków jonowych, takich jak BaCl₂ i_AgNO3. Produktami reakcji są wodny roztwór Ba(NO₃)₂ i stały AgCl. 

To zrównoważone równanie nazywa się równaniem molekularnym. Równania molekularne dostarczają informacji stechiometrycznych do dokonywania obliczeń ilościowych, a także pomagają zidentyfikować użyte odczynniki i powstałe produkty. Jednak równania molekularne nie dostarczają szczegółów procesu reakcji w roztworze; Oznacza to, że nie wskazuje różnych gatunków jonowych, które są obecne w roztworze. 

Związki jonowe, takie jak BaCl₂, AgNO₃ i Ba(NO₃)₂ są rozpuszczalne w wodzie. Rozpuszczają się przez dysocjację na jony składowe, a ich jony są jednorodnie rozproszone w roztworze. 

Ponieważ AgCl jest solą nierozpuszczalną, nie dysocjuje na jony i pozostaje w roztworze jako ciało stałe. Biorąc pod uwagę powyższe czynniki, bardziej realistycznym odwzorowaniem reakcji byłoby:  

Jest to kompletne równanie jonowe, w którym wszystkie rozpuszczone jony są wyraźnie reprezentowane.  

To pełne równanie jonowe wskazuje na dwa związki chemiczne, które występują w identycznej formie po obu stronach, Ba²⁺ (woda) i NO₃⁻ (woda). Są to tak zwane jony widza. Obecność tych jonów jest wymagana do utrzymania neutralności ładunku. Ponieważ nie są one ani chemicznie, ani fizycznie zmieniane w tym procesie, mogą zostać wyeliminowane z równania. 

To równanie można jeszcze bardziej uprościć, aby otrzymać: 

To jest równanie jonowe netto. Wskazuje to, że stały chlorek srebra może być wytwarzany z rozpuszczonych jonów chlorku i srebra, niezależnie od źródła tych jonów.  

Ten tekst jest adaptacją OpenStax Chemistry 2e, Rozdział 4.1: Pisanie i równoważenie równań chemicznych.