Keemilise reaktsiooni võrrand

Keemiliste valemite kasutusele­võtt muutis keemiliste reaktsioonide kirja­paneku lihtsamaks ja aru­saadava­maks. Keemilist muundumist väljendame lühidalt keemilise reaktsiooni võrrandi abil.

Nii nagu matemaatiline võrrand, koosneb ka reaktsiooni­võrrand kahest poolest. Pooli eraldav nool tähistab lähte­ainetest saaduste tekkimist. Väävli põlemist kujutab järgmine reaktsiooni­võrrand.

Reaktsiooni käigus ühinevad väävel S ja hapnik O₂ ning moodustub saadus SO₂. Plussmärk lähte­ainete vahel väljendab nende reageerimist. Reaktsiooni käigus võib tekkida ka mitu saadust. Siis märgitakse nendegi vahele pluss­märk.

ZnO + H₂ → Zn + H₂O

Juba 18. sajandil veendusid õpetlased, et keemilistes reaktsioonides aatomid ei teki ega hävi. Reaktsioonide käigus aatomid vaid rühmituvad ümber, minnes uute ainete koostisesse. Nende arv ja mass ei muutu. Reaktsiooni­võrrandit kirjutades peame seega alati kontrollima, kas lähte­ainete ja saaduste hulgas on sama keemilise elemendi aatomeid ühepalju. Analüüsime sellest seisu­kohast ZnO reaktsiooni vesinikuga H₂.

Veendume, et aatomite jäävus on tagatud. Sellisel juhul öeldakse: reaktsiooni­võrrand on tasakaalus (korras).

Eespool toodud reaktsioonivõrrandi kohaselt reageerib üks ZnO osake ühe molekuli H₂-ga. Alati ei pruugi aine­osakesed reageerida vahe­korras 1 : 1. Kuidas kirja panna ühest suuremat aine­osakeste (aatomite, molekulide või ioonide) arvu? Selleks kasutatakse kordajat ehk koefitsienti – arvu, mis kirjutatakse aine valemi ette.

Näiteks:

Kordaja kehtib aine kõigi koostis­elementide kohta, s.t sellega korrutatakse kõik indeksid läbi. Neli molekuli vett sisaldab seega 4 · 2 = 8 vesiniku aatomit ja 4 · 1 = 4 hapniku aatomit. Et praktikas kasutatakse selliseid aine­osakeste hulki, mida saab mõõta või võrrelda molaar­massiga, siis kordajad reaktsiooni­võrrandites tähistavad ka ainete kogust moolides. Nii näiteks vee tekke reaktsiooni­võrrandis

tähendavad kordajad, et 2 mooli vesiniku reageerimisel 1 mooli hapnikuga tekib 2 mooli vett. Keemilistel arvutustel kasutatakse tavaliselt massi­ühikuid. Teades, et ühe mooli aine mass võrdub molaar­massiga, on õigesti leitud kordajate abil kerge üle minna ka aine massile.

Seega võime keemilise reaktsiooni võrrandist välja lugeda ka seda, et 36 grammi vee saamiseks läheb tarvis 4 grammi vesinikku ja 32 grammi hapnikku. Toodud andmed kehtivad ainult ideaal­juhul. See tähendab, et mõlemad lähteained on täielikult puhtad ning reaktsioonil kadusid ei esine. Nii tööstuses kui argi­elus meil tavaliselt ideaalseid tingimusi ei ole ja kõik võimalikud kaod tuleb arvutustel arvesse võtta. Selliseid arvutusi õpid aga alles hiljem gümnaasiumi kursustes.

Enamasti ei saa reaktsiooni lähteainete ja saaduste välja­märkimisega veel õiget reaktsiooni­võrrandit. Kirjutades vingu­gaasi CO tekke­reaktsiooni võrrandi süsinikust C ja hapnikust O₂, saame esialgu tasa­kaalus­ta­mata võrrandi (märgime sellisel juhul noole asemele punktiiri):

Süsiniku aatomeid on võrrandi mõlemal poolel võrdselt (1), kuid hapniku aatomeid ebavõrdselt. Võib tekkida mõte, et võrrandi saab kohe korda, kui kirjutame paremale poole CO asemele CO₂. Nii toimida ei tohi, sest süsi­happe­gaas CO2 on hoopis teine aine kui mürgine vingu­gaas CO. Kõigi reaktsioonis osalevate keemiliste elementide osakeste arvud peavad reaktsiooni­võrrandi mõlemal pool olema võrdsed.

Reaktsioonivõrrandeid tasa­kaalus­ta­takse sobivate kordajate leidmise teel, mis võrdsustavad üht liiki osakeste arvud võrrandi mõlemal poolel. Kordajaks võetakse vähim sobiv täisarv ning see märgitakse aine valemi ette. Hapniku aatomite arvu võrdsusta­miseks kirjutame eespool toodud reaktsiooni­võrrandisse vingu­gaasi valemi ette kordaja 2.

Nüüd aga saime paremale poole kaks süsiniku aatomit, vasakul on neid 1. Võrrandi lõplikuks tasa­kaalusta­miseks paneme vasakule poole süsiniku ette kordaja 2.

Reaktsioonivõrrandi tasakaalustamine koosneb seega kahest operatsioonist:

• keemilise muundumise väljendamine valemitena;
• matemaatiline tehe – tasa­kaalusta­mine sobivate kordajate abil, mis kirjutatakse ainete valemite ette.

Uuri slaideris olevaid näiteid.