О химических уравнениях

в 22:17, , рубрики: Песочница, химия, метки:
Небольшие комментарии к

топику.

И комментарии к комментариям пользователей.

В статье будет рассказано:

  • Почему не стоит использовать электронный баланс
  • Почему не стоит пренебрегать базой данных
  • А также немного про строение веществ, ход реакции, некоторые свойства окислителей и немного формул

Всё под катом

Немного о электронной балансе

Многие знают о электронном балансе. Некоторые со школы, а некоторые из предыдущей статьи. Поэтому я не буду объяснять сущность метода, а расскажу немного о его «преимуществах».
Попробуйте уравнять эту реакцию электронным балансом: P + NaOH -> NaH2PO2 + PH3 + H2O
Получилось? А теперь эту: Na2S2O3 + I2 -> Na2S4O6 + NaI
Заметили странные степени окисления серы? Конечно же, когда речь идёт о алгоритме, вполне себе можно опустить особенности строения веществ. Ведь пользователю неважно как программа вычисляет коэффициенты, правильно ли составлен электронный баланс и т.п. Просто в этом нет никакого смысла, особенно когда попадется такая реакция: K2Cr2O7 + KOH -> K2CrO4 + H2O
Автор предыдущего топика указал, что без использования электронного баланса ответ будет правильным с точки зрения математики, а не химии. Я не соглашусь с этим. Ведь электронный баланс — это математический метод, он не отражает химию процесса, а в некоторых случаях вообще позволяет уравнять абсолютно неправильные с точки зрения химии реакции, например, как эта: H2O2 + Cl2 -> HClO.
Более химическим методом является электронно-ионный баланс (метод полуреакций). Я не буду на нём останавливаться. Если кому-то интересно, можете написать в ЛС или найти на просторах сети.

Кратко о базе данных

Использовать базу данных для вычисления коэффициентов, естественно, не разумно. Но что делать, если «плохой» студент или школьник пытается уравнять неверную реакцию. Например, вот эту KMnO4+HCl=K2MnO4+Cl2+KCl+H2O. Например, на этом ресурсе. Вот в этом случае пригодилась бы база данных. Моё мнение, что качественный ресурс в таком случае должен предупредить пользователя о возможно неверной реакции и предложить схожие (правильные) варианты реакций. Но это всё скорее относиться к химическим порталам.

О строении и взаимодействии веществ

Здесь я решил ответить на некоторые вопросы в комментариях и написать свои мысли по этому поводу.

В комментариях прозвучал вопрос: «А есть ли способы проделать все это, если нет правой части?»

А так же прозвучала мысль перебрать всевозможные реакции и рассчитать константу равновесия.

Перебор всех возможных реакций возможно и даст какой-то результат. Вообще это больше похоже на поиск реакций. Поэтому чем больше база, тем большая вероятность нужная реакция будет найдена. По своему опыту скажу, что школьникам и студентам некоторых химических специальностей в большинстве случаев вполне хватает базы примерно на 6000 реакций. Теперь по поводу константы равновесия. Расчёт константы ни к чему не приведёт. Константа лишь показывает в какой степени и куда смещена реакция. Если всё-таки для Вас есть смысл рассчитывать это дело, то в таком случае гораздо эффективнее использовать энергию Гиббса: dG = dH — T*dS, где dH — изменение энтальпии данной реакции при температуре T, dS — изменение энтропии при температуре T. Изменение энтальпии и энтропии рассчитываются как разность сумм энтальпии образования(энтропии) продуктов реакции и сумм энтальпии образования(энтропии) реагентов. Энтальпии и энтропии образования можно найти в справочниках, рассчитываются они экспериментально. Энергия Гиббса показывает возможна ли эта реакция термодинамически или нет. Если значение энергии отрицательно, то реакция невозможна при данных условиях. Из энергии Гиббса можно рассчитать константу равновесия реакции: dG = -RTlnK, R — универсальная газовая постоянная, T -температура, lnK — натуральный логарифм константы равновесия.

Теперь о использовании базы существующих веществ. Неорганических веществ на сегодняшний день известно около 100 000, а органических около 18 млн. Поэтому комбинирование продуктов реакции бессмысленная операция. Да и к тому же, откуда знать, что такая реакция правильная?

«Имея в левой половине реакции обычный вольфрам и кислород, вы имеете возможность получить в правой половине почти бесконечное количество веществ»

Это ещё один комментарий из предыдущего топика. С этим я совершенно не согласен.
Бесконечное количество веществ мы не получим. Конечно, можно утверждать что соединения вольфрама образуют переменную степень окисления. Переменная степень окисления связанна с дефектами и различными примесями в кристаллической решетке. А сам вольфрам(и др. элементы) имеют вполне себе конкретные степени окисления.

Немного мыслей о окислителях

Как известно, окислитель — вещество, которое понижает свою степень окисления в ходе реакции. Но мало кому известно(имеются ввиду люди, которые далеки от химии), что окислительная способность вещества сильно зависит от условий таких как среда(pH), температура, давление(для газов), концентрации веществ в растворе. Теперь об всем по порядку.
Среда. В растворах сила окислителя сильно зависит от pH. Например, возьмем всем известный перманганат(KMnO4) калия. Наибольшие окислительные способности он проявляет с кислой среде(pH<7) и восстанавливается до Mn2+. В нейтральной — до MnO2. В щелочной до K2MnO4.
Далее можно рассмотреть перекись водорода. Окислительные свойства пероксида наиболее ярко выражены в кислой и нейтральных средах, восстановительные — в щелочной.
Температура. Тут можно много не говорить. Достаточно посмотреть на реакцию взаимодействия воды и хлора. При обычных условиях возможна реакция диспропорционирования(т.е. образование HCl и HClO). Но при температуре 10000C идёт реакция окисления кислорода в воде, в результате получается чистый кислород(O2) и соляная кислота(HCl).
Давление и концентрация. Это можно рассмотреть на примере пероксида водорода. Трёхпроцентный раствор не обладает ярко выраженными окислительными свойствами, в то время как пергидроль(30-40% раствор пероксида водорода) способен разъедать кожу.

Резюмирую выше сказанное

1. Я бы не стал использовать в алгоритме электронный баланс.
2. К предыдущему топику это не относиться, но тем не менее есть мнение, что база данных очень полезная вещь, даже в расстановки коэффициентов.
3. По поводу подбора продуктов реакции. Мне кажется, в этом не никакого смысла, т.к. на ход реакции влияют многие факторы(даже опытные химики бывает не сразу в состоянии оценить какими же всё-таки будут продукты). Учёт факторов приведет к длительности расчётов и затрате значительных ресурсов.

Смысл всего топика в том, разъяснить некоторые детали и огородить озадачившихся программистов от бесполезной работы.

Если что-то осталось не понятным, задавайте свои вопросы в комментариях и в ЛС.

И в заключении хочу сказать, что химию лучше всего оставить химикам.
Всем удачи!

Автор: Nikiti4

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля