水溶液中の化学反応

化学物質はさまざまな方法で相互作用します。 ある種の化学反応には、共通の反応性のパターンがあります。 化学反応の数は膨大なため、観察された相互作用のパターンに基づいて分類する必要があります。

水は多くの物質を分解できるよい溶媒です。 このため、多くの化学反応が水中で発生します。 このような反応は、水系反応と呼ばれます。 最も一般的な 3 種類の水系反応は、沈殿、酸塩基、酸化還元です。

水溶液中の反応

沈殿反応では、水性溶液中のイオン化合物間でイオンを交換し、不溶性塩または沈殿物を形成します。 酸塩基反応とは、酸と塩基が反応し、両者が中和して塩と水が生成される反応のことです。 酸化還元反応では、反応する種間の電子の移動が含まれます。 電子を失う反応物質は酸化していると言われ、電子を得る反応物質は還元していると言われます。

水系反応の方程式

イオンが関与している場合、水性媒体で起こる反応を表現する方法は様々であり、それぞれが異なるレベルの詳細を持っています。 これを理解するために、析出反応の例を見てみます。 反応は、 BaCl₂ や AgNO₃ などのイオン化合物の水溶液中で起こります。 反応の生成物は、水性の Ba(NO₃)₂ と固体の AgCl です。

この平衡方程式は分子方程式と呼ばれます。 分子方程式は、定量的計算を行うための化学量論的情報を提供し、使用される試薬と生成される製品の同定にも役立ちます。 しかし、分子方程式は溶液中の反応プロセスの詳細を提供しません。つまり、溶液中に存在するさまざまなイオン種を示すものではありません。  

BaCl₂ 、 AgNO₃ 、 Ba(NO₃)₂ などのイオン化合物は水溶性です。 これらは、構成するイオンに解離して溶解し、そのイオンは溶液中に均一に分散しています。  

AgCl は不溶性塩であるため、イオンに解離せず、溶液中に固体としてとどまります。 上記の要因を考慮すると、より現実的な反応表現は次のようになります。  

これは、すべての溶存イオンが明示的に表される完全なイオン方程式です。  

この完全なイオン方程式は、両サイドに同一の形態で存在する 2 種類の化学種、 Ba²⁺(aq) と NO₃⁻ (aq)を示しています。 これらは傍観イオンと呼ばれます。 電荷の中立性を維持するには、これらのイオンの存在が必要です。 これらは化学的にも物理的にもプロセスによって変化しないため、方程式から除去される可能性があります。  

この方程式をさらに単純化することで、次のようになります。  

これが正味のイオン方程式です。 これは、これらのイオン源に関係なく、塩化銀および銀イオンから固体塩化銀が生成される可能性があることを示しています。  

このテキストは 、 OpenStax Chemistry 2e 、 Section 4.1: Writing and Balancing Chemical Equations から引用しています。