Класифікація хімічних процесів за кількістю та складом реагентів і продуктів, визначення, номенклатура та складання формул оксидів

• ← Назад до змісту довідника

1. Типи хімічних реакцій

Усі хімічні перетворення навколо нас підпорядковуються закону збереження маси та правилам перегрупування атомів. Залежно від кількості та якісного складу вихідних речовин (реагентів) і продуктів реакції, хімічні процеси поділяють на чотири фундаментальні типи: сполучення, розкладу, заміщення та обміну.

Реакція сполучення

У реакції сполучення з кількох речовин утворюється одна нова сполука.

🥪 Кулінарна аналогія сполучення
Уявіть, як робите бутерброд: берете хліб, кладете шматочок ковбаси — і маєте готовий бутерброд 🥪. Було дві окремі речі, а вийшла одна!

Приклади реакцій сполучення:

1. Взаємодія водню з киснем: дві прості газоподібні речовини реагують з утворенням однієї складної речовини — води:

$2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} = 2\mathrm{H_2O}$

2. Взаємодія натрію із сіркою: простий метал і неметал сполучаються в одну сіль — натрій сульфід:

$2\mathrm{Na} + \mathrm{S} = \mathrm{Na_2S}$

3. Сполучення трьох речовин: сполучатися можуть не лише дві, а й три речовини (як бутерброд із хліба 🍞, масла 🧈 та сиру 🧀).

Реакція розкладу

У реакції розкладу все навпаки: з однієї складної речовини утворюється дві або більше нових, простіших речовин.

💡 Кулінарна аналогія розкладу
Передумали їсти бутерброд 🥪? Розбираєте його назад на складники: окремо хліб 🍞 і окремо ковбаса 🥩. Була одна річ — стало дві!

Приклади реакцій розкладу:

1. Термічний розклад меркурій(II) оксиду: складна речовина під дією нагрівання розпадається на рідкий метал ртуть та кисень:

$\mathrm{HgO} \xrightarrow{t^\circ} \mathrm{Hg} + \mathrm{O_2}$

2. Розклад води електричним струмом: складна речовина вода під дією постійного електричного струму розкладається на два гази — водень та кисень:

$\mathrm{H_2O} \xrightarrow{\text{ел. струм}} \mathrm{H_2} + \mathrm{O_2}$

💡 Схема реакції чи хімічне рівняння: важлива різниця

• Стрілка ($\rightarrow$) позначає схему реакції. Вона фіксує лише якісний бік процесу: які саме речовини вступили в реакцію і що саме утворилося. У схемі коефіцієнти можуть бути ще не розставлені.
• Знак рівності ($=$) перетворює запис на повноцінне хімічне рівняння. Він вимагає неухильного дотримання закону збереження маси речовин: число атомів кожного елемента до реакції має точно дорівнювати кількості таких самих атомів після реакції.

Реакція заміщення

У реакцію заміщення вступають одна проста та одна складна речовина. Під час реакції атоми простої речовини заміщують один з елементів у складній речовині, витісняючи його у вільному стані.

🐱 Кулінарна аналогія заміщення
У вас є бутерброд із ковбасою, але захотілося сиру 🧀. Ви кладете сир на хліб замість ковбаси, а вільну ковбасу 🥩 віддаєте котику. Сир зайняв місце ковбаси в бутерброді!

Приклади реакцій заміщення з покроковим урівнюванням:

1. Відновлення заліза з ферум(III) оксиду воднем:

Водень витісняє залізо з його оксиду, утворюючи воду та вільне залізо:

$\mathrm{Fe_2O_3} + \mathrm{H_2} \rightarrow \mathrm{Fe} + \mathrm{H_2O}$

Виконаємо послідовний підбір коефіцієнтів:

• До реакції міститься $2$ атоми Феруму ($\mathrm{Fe_2O_3}$), отже, після реакції перед $\mathrm{Fe}$ необхідно поставити коефіцієнт 2:

$\mathrm{Fe_2O_3} + \mathrm{H_2} \rightarrow 2\mathrm{Fe} + \mathrm{H_2O}$

• До реакції міститься $3$ атоми Оксигену ($\mathrm{Fe_2O_3}$), тому перед усією молекулою води праворуч ставимо коефіцієнт 3 ($3 \cdot 1 = 3$ атоми Оксигену):

$\mathrm{Fe_2O_3} + \mathrm{H_2} \rightarrow 2\mathrm{Fe} + 3\mathrm{H_2O}$

• Підраховуємо атоми Гідрогену після реакції: у трьох молекулах води їх стало $3 \cdot 2 = 6$. Щоб ліворуч також було $6$ атомів Гідрогену, перед молекулою $\mathrm{H_2}$ ставимо коефіцієнт 3 ($3 \cdot 2 = 6$):

$\mathrm{Fe_2O_3} + 3\mathrm{H_2} = 2\mathrm{Fe} + 3\mathrm{H_2O}$

2. Взаємодія заліза з розчином купрум(II) хлориду: більш активний метал залізо витісняє мідь і займає її місце:

$\mathrm{Fe} + \mathrm{CuCl_2} = \mathrm{FeCl_2} + \mathrm{Cu}$

3. Взаємодія заліза з розчином сульфатної кислоти: залізо витісняє Гідроген з кислоти:

$\mathrm{Fe} + \mathrm{H_2SO_4} = \mathrm{FeSO_4} + \mathrm{H_2}\uparrow$

Реакція обміну

У реакцію обміну вступають дві складні речовини, які обмінюються між собою своїми складовими частинами.

🤝 Аналогія обміну
Зустрілися двоє друзів: в одного бутерброд із ковбасою 🥪, в іншого — з сиром 🧀. Вони помінялися начинками, і кожен отримав новий бутерброд!

Приклад реакції обміну:

$\mathrm{Na_2SO_4} + \mathrm{Ba(OH)_2} = \mathrm{BaSO_4} + 2\mathrm{NaOH}$

Барій сполучається із сульфат-іоном, утворюючи нерозчинний осад $\mathrm{BaSO_4}$. Натрій сполучається з гідроксильною групою $\mathrm{OH}$, утворюючи розчинний натрій гідроксид $\mathrm{NaOH}$.

💡 Практична підказка для розпізнавання
Якщо у хімічну взаємодію вступають дві великі складні речовини, кожна з яких складається з двох або більше елементів, — це реакція обміну.

2. Що таке оксиди

Оксиди — це складні речовини, які складаються з двох хімічних елементів, один із яких обов’язково є Оксиген (з валентністю $\mathrm{II}$).

Оксиди навколо нас

З оксидами ми зустрічаємося щодня:

• Вода ($\mathrm{H_2O}$) — звичайна вода, яку ми щодня п’ємо, це теж оксид (гідроген оксид).
• Річковий пісок ($\mathrm{SiO_2}$) — звичайний пісок під ногами складається з оксиду Силіцію.
• Іржа на металі ($\mathrm{Fe_2O_3}$) — рудий наліт на старому залізі чи автомобілі, це оксид Феруму.
• Сухий лід ($\mathrm{CO_2}$) — твердий вуглекислий газ, який ефектно димить білою парою у воді.
• Коштовне каміння ($\mathrm{Al_2O_3}$) — рубіни й сапфіри у прикрасах є кристалами оксиду Алюмінію.

Класифікація оксидів за хімічною природою

Оксиди поділяють на три групи: основні, кислотні та амфотерні (про амфотерні оксиди ви дізнаєтеся згодом, а зараз головне розібратися з основними та кислотними).

Просте правило для початківців:

• Основні оксиди — це оксиди металів (наприклад, $\mathrm{CaO}$, $\mathrm{Na_2O}$, $\mathrm{CuO}$).
• Кислотні оксиди — це оксиди неметалів (наприклад, $\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{SO_2}$, $\mathrm{P_2O_5}$).
• Амфотерні оксиди — особливі оксиди деяких металів, які мають подвійні властивості (наприклад, $\mathrm{ZnO}$, $\mathrm{Al_2O_3}$).

💡 Як легко розрізнити метал і неметал за Періодичною системою:
Проведіть уявну лінію-діагональ від Бору ($\mathrm{B}$) до Астату ($\mathrm{At}$):

• Елементи вище діагоналі у правому верхньому кутку (плюс Гідроген $\mathrm{H}$) — це неметали (утворюють кислотні оксиди).
• Елементи нижче діагоналі та в лівій частині таблиці — це метали (утворюють основні оксиди).
  Є винятки, які ви вивчите згодом

Як складати назви оксидів

Назва будь-якого оксиду будується за простою схемою:

$\textbf{слово «оксид»} + \textbf{назва елемента} + \textbf{(валентність, якщо змінна)}$

• Якщо валентність постійна (стала) — її в назві НЕ вказують:
  • $\mathrm{CaO}$ — оксид кальцію (у Кальцію постійна валентність $\mathrm{II}$, тому цифру не пишуть);
  • $\mathrm{Na_2O}$ — оксид натрію;
  • $\mathrm{Al_2O_3}$ — оксид алюмінію.
• Якщо валентність змінна — її обов’язково називають і записують у дужках римською цифрою:
  • $\mathrm{P_2O_5}$ — оксид фосфору(V);
  • $\mathrm{SO_2}$ — оксид сульфуру(IV);
  • $\mathrm{Fe_2O_3}$ — оксид феруму(III).

Кількість атомів (індекси) у формулі залежить від валентностей: Оксиген в оксидах завжди має валентність $\mathrm{II}$, а індекси знаходять за правилом «хрест-навхрест».

Практикум зі складання формул оксидів за назвою

1. Оксид хлору(VII):

• Записуємо символи з валентностями: $\overset{\mathrm{VII}}{\mathrm{Cl}}\ \overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.
• Зносимо цифри навхрест: двійка переходить до Хлору, сімка — до Оксигену.
• Отримуємо формулу: $\mathbf{Cl_2O_7}$.

2. Оксид купруму(I):

• Записуємо символи з валентностями: $\overset{\mathrm{I}}{\mathrm{Cu}}\ \overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.
• Зносимо значення навхрест: двійка йде до Купруму, одиниця — до Оксигену (індекс $1$ не пишемо).
• Отримуємо формулу: $\mathbf{Cu_2O}$.

3. Оксид кальцію:

• Кальцій міститься у II групі періодичної системи та має сталу валентність $\mathrm{II}$: $\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Ca}}\ \overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.
• Значення валентностей однакові ($2$ і $2$), тому вони скорочуються на $2$. Індекси дорівнюють одиниці й не записуються.
• Отримуємо формулу: $\mathbf{CaO}$.

4. Оксид карбону(IV):

• Записуємо символи та вказану валентність: $\overset{\mathrm{IV}}{\mathrm{C}}\ \overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.
• Попереднє знесення навхрест дає запис $\mathrm{C_2O_4}$.
• Обидва індекси діляться на найбільший спільний дільник ($2$):
  $2 : 2 = 1$;
  $4 : 2 = 2$.
• Отримуємо підсумкову формулу: $\mathbf{CO_2}$.

5. Оксид феруму(III):

• Записуємо символи: $\overset{\mathrm{III}}{\mathrm{Fe}}\ \overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.
• Зносимо значення навхрест: до Феруму переходить $2$, до Оксигену — $3$.
• Отримуємо формулу: $\mathbf{Fe_2O_3}$.

6. Оксид нітрогену(V):

• Записуємо символи: $\overset{\mathrm{V}}{\mathrm{N}}\ \overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.
• Зносимо значення навхрест: до Нітрогену — $2$, до Оксигену — $5$.
• Отримуємо формулу: $\mathbf{N_2O_5}$.

7. Оксид сульфуру(VI):

• Записуємо елементи з валентностями: $\overset{\mathrm{VI}}{\mathrm{S}}\ \overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.
• Попереднє знесення навхрест дає $\mathrm{S_2O_6}$.
• Скорочуємо індекси на $2$ ($2 : 2 = 1$; $6 : 2 = 3$).
• Отримуємо формулу: $\mathbf{SO_3}$.

Визначення характеру оксидів за формулою

• $\mathrm{Cl_2O_7}$ — Хлор є типовим неметалом $\rightarrow$ кислотний оксид.
• $\mathrm{Cu_2O}$ — Купрум є металом $\rightarrow$ основний оксид.
• $\mathrm{CaO}$ — Кальцій є активним металом $\rightarrow$ основний оксид.
• $\mathrm{Fe_2O_3}$ — оксид металу Феруму з валентністю $\mathrm{III}$ $\rightarrow$ амфотерний оксид.
• $\mathrm{N_2O_5}$ — Нітроген є неметалом $\rightarrow$ кислотний оксид.
• $\mathrm{SO_3}$ — Сульфур є неметалом $\rightarrow$ кислотний оксид.
• $\mathrm{CO_2}$ — Карбон є неметалом $\rightarrow$ кислотний оксид.

Практикум: складання назв за формулою

Для складання назви оксиду визначаємо валентність першого елемента: сумарну валентність усіх атомів Оксигену ділимо на кількість атомів першого елемента.

1. $\mathrm{Fe_2O_3}$:
Оксиген має сталу валентність $\mathrm{II}$: $3 \cdot \mathrm{II} = 6$. Ділимо на $2$ атоми Феруму: $6 : 2 = 3$.
Ферум має змінну валентність, тому обов’язково зазначаємо її:
оксид заліза (III)

2. $\mathrm{NO}$:
Один атом Оксигену має валентність $\mathrm{II}$, отже, атом Нітрогену також виявляє валентність $\mathrm{II}$.
Нітроген має змінну валентність:
оксид азоту (II).

3. $\mathrm{P_2O_5}$:
П’ять атомів Оксигену мають загальне значення валентності $5 \cdot \mathrm{II} = 10$. Ділимо на $2$ атоми Фосфору: $10 : 2 = 5$.
Фосфор має змінну валентність:
оксид фосфору(V).

4. $\mathrm{SO_2}$:
Два атоми Оксигену дають значення $2 \cdot \mathrm{II} = 4$. На один атом Сульфуру припадає валентність $\mathrm{IV}$.
Сульфур має змінну валентність:
оксид сірки(IV).

Завдання для самоконтролю (Домашнє завдання)

Завдання 1. Випишіть у перший стовпчик кислотні оксиди, а в другий основні:

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 1

Кислотні оксиди:	Основні оксиди:
$\mathrm{SO_2}$	$\mathrm{Na_2O}$
$\mathrm{N_2O_5}$	$\mathrm{CuO}$
$\mathrm{Cl_2O_7}$	$\mathrm{FeO}$
$\mathrm{P_2O_5}$	$\mathrm{MgO}$
	$\mathrm{BaO}$
	$\mathrm{K_2O}$

Завдання 2. Складіть формули оксидів з наступними елементами:

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 2

Елемент	Формула оксиду	Елемент	Формула оксиду
$\mathrm{Fe(III)}$	$\mathbf{Fe_2O_3}$	$\mathrm{Mg}$	$\mathbf{MgO}$
$\mathrm{Na}$	$\mathbf{Na_2O}$	$\mathrm{Al}$	$\mathbf{Al_2O_3}$
$\mathrm{Ba}$	$\mathbf{BaO}$	$\mathrm{S(VI)}$	$\mathbf{SO_3}$
$\mathrm{N(III)}$	$\mathbf{N_2O_3}$	$\mathrm{P(V)}$	$\mathbf{P_2O_5}$

Завдання 3. Розставте коефіцієнти та вкажіть тип хімічної реакції:

• $2\mathrm{H_2} + \_\_\mathrm{O_2} = 2\mathrm{H_2O} \quad \text{— реакція сполучення (зразок)}$
• $\_\_\mathrm{Fe_2O_3} + \_\_\mathrm{H_2} = \_\_\mathrm{Fe} + \_\_\mathrm{H_2O}$
• $\_\_\mathrm{H_2SiO_3} = \_\_\mathrm{H_2O} + \_\_\mathrm{SiO_2}$
• $\_\_\mathrm{Li} + \_\_\mathrm{O_2} = \_\_\mathrm{Li_2O}$
• $\_\_\mathrm{Fe} + \_\_\mathrm{HCl} = \_\_\mathrm{FeCl_2} + \_\_\mathrm{H_2}$
• $\_\_\mathrm{KOH} + \_\_\mathrm{H_2SO_4} = \_\_\mathrm{K_2SO_4} + \_\_\mathrm{H_2O}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 3

Рівняння реакції	Тип реакції
$2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} = 2\mathrm{H_2O}$	сполучення
$\mathrm{Fe_2O_3} + 3\mathrm{H_2} = 2\mathrm{Fe} + 3\mathrm{H_2O}$	заміщення
$\mathrm{H_2SiO_3} = \mathrm{H_2O} + \mathrm{SiO_2}$	розкладу
$4\mathrm{Li} + \mathrm{O_2} = 2\mathrm{Li_2O}$	сполучення
$\mathrm{Fe} + 2\mathrm{HCl} = \mathrm{FeCl_2} + \mathrm{H_2}\uparrow$	заміщення
$2\mathrm{KOH} + \mathrm{H_2SO_4} = \mathrm{K_2SO_4} + 2\mathrm{H_2O}$	обміну

Завдання 4. Напишіть продукти реакції та розставте коефіцієнти:

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 4

Стовпчик 1	Стовпчик 2
$2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} = 2\mathrm{H_2O}$	$4\mathrm{K} + \mathrm{O_2} = 2\mathrm{K_2O}$
$2\mathrm{Mg} + \mathrm{O_2} = 2\mathrm{MgO}$	$\mathrm{CuO} + \mathrm{H_2} = \mathrm{Cu} + \mathrm{H_2O}$

---

• ← Назад до змісту довідника