O ecuație chimică este o scriere simbolică care modelează transformarea moleculelor și a atomilor în timpul unei reacții chimice . Poate lua mai multe forme:
De exemplu, arderea metanului în oxigen este descrisă prin:
CH 4 + 2 O 2→ CO 2+ 2 H 2 O,întrucât reacția reversibilă a procesului Haber este descrisă de:
N 2 + 3 H 2⇌ 2 NH 3 + 92,4 kJEcuațiile chimice sunt uneori numite ecuații de reacție sau ecuații de echilibru care nu trebuie confundate cu echilibrele de reacție.
Exemplu de echilibru de reacție: Metan + dioxigen →dioxid de carbon + apă
Fiecare moleculă este reprezentată de formula sa chimică : brută , semi-dezvoltată sau structurală plană (vezi și articolul despre reprezentarea moleculelor ). Atomii unei molecule sunt scrise grupate, numărul de atomi din moleculă este indicat după simbolul chimic, ca un indice, de exemplu: molecula de apă H 2 O este compusă din doi atomi de hidrogen și dintr-un atom de oxigen . Pentru un cristal monoatomic, desemnăm pur și simplu atomul, de exemplu Fe pentru un cristal de fier . Dacă un cristal este compus din mai multe specii chimice , o plasă (sau o sub-plasă) este indicată ca o moleculă, de exemplu Al 2 O 3 pentru un cristal de alumină .
Reacția chimică este reprezentată de o săgeată care merge spre dreapta, unii recomandă înlocuirea ei cu semnul egal, dar aceasta, care este o relație de echivalență, nu ia în considerare noțiunea de trecere a timpului, adică - adică distincția dintre reactivi și produse. Reactivii sunt afișați în stânga săgeții, produsele de reacție în dreapta. Dacă sunt necesare mai multe molecule de aceeași natură pentru reacție, acest număr (întreg) este indicat înaintea moleculei; acest număr este numit „coeficientul stoichiometric”. De exemplu, ecuația chimică pentru arderea completă a metanului în oxigen este
CH 4 + 2O 2→CO 2+ 2H 2 OEchilibrul numărului de atomi din stânga și din dreapta trebuie să fie echilibrat (deasupra: pe fiecare parte a săgeții, există un atom de C, patru atomi de H și patru atomi de O).
Coeficienții stoichiometrici sunt deci numere întregi. Cu toate acestea, pentru a simplifica scrierea în anumite cazuri, împărțim toți coeficienții la același număr întreg, deci avem coeficienți fracționari, dar acesta este un dispozitiv de notare.
Dacă reacția se poate face în ambele direcții (echilibru), există două săgeți suprapuse, una mergând spre dreapta, cealaltă spre stânga: „ ⇄ ” sau „ ⇌ ”. Când acest caracter nu este disponibil, se folosește un semn egal „=”; săgeata dublă „↔” trebuie întotdeauna evitată deoarece corespunde unui echilibru mezomeric . De exemplu, disocierea apei poate fi notată prin
2H 2 O ⇄H 3 O + + HO - sau 2H 2 O = H 3 O + + HO - sau 2H 2 O ⇌H 3 O + + HO -Semnele „+” și „-” indică suprasolicitul încărcat de ioni .
În cazul reacțiilor în fază solidă, se folosește notația Kröger și Vink .
Anumite transformări chimice pot fi interpretate printr-un transfer de electroni între reactanți. Transferul are loc de la o specie chimică reducătoare (în general denotată Roșu ) la o specie chimică oxidantă (denumită Boi ). Specia care renunță la electroni (roșu) este oxidată ; specia care captează acești electroni (Ox) este redusă . Aceste transformări sunt reacții de oxidare-reducere .
Să luăm două exemple:
Concluzie: în funcție de reacție, transformarea poate avea loc de la metal la ion sau de la ion la metal.
Ionul și metalul, rezultate din același element cupru, constituie un cuplu oxidant-reducător (anterior „ cuplu redox ”). Am folosit aici trei cupluri reducătoare de oxidare, pe care le observăm, respectiv:
Pentru fiecare dintre aceste cupluri, definim o jumătate de ecuație electronică, care implică electronii ca și cum ar fi o specie chimică:
În general, comportamentul oricărui cuplu Boi / Roșu este simbolizat prin jumătatea ecuației electronice:
Ox + n e - = Roșu(sensul este determinat de fiecare caz particular).
O reacție de reducere a oxidării implică două cupluri Boi / Roșu; ecuația reacției este combinația celor două jumătăți de ecuații corespunzătoare .
Descoperirea noțiunii de stoichiometrie , adică faptul că substanțele chimice reacționează în proporții întregi, de John Dalton în 1804 , a fost unul dintre argumentele decisive în favoarea teoriei atomice a materiei.