Наверняка в школе вы не раз задавались вопросом, для чего нужны символы элементов и их комбинации, и как они связаны с настоящей химией.

На самом деле с помощью этих уравнений мы можем делать удивительные вещи: получать редкие вещества, проводить эксперименты, не прибегая к опытам, предсказывать, что получится при смешении различных соединений и даже “взрывать”!

Положив кусочек натрия в воду, можно получить небольшой хлопок (маленький взрыв). Будьте осторожны! Даже немного влаги может “поджечь” натрий. Да, вода может поджечь! Есть два способа это проверить: провести эксперимент, что очень опасно, или описать процесс формулами:

Na + H ₂O = бум!!!

На самом деле в результате реакции получается основание NaOH и водород H₂ - легколетучий газ, а также выделяется огромное количество энергии Q. На языке химии это выглядит так:

2Na + 2H ₂O = 2NaOH + H₂ + Q

Взрывоопасный натрий и летучий хлор в класс химии не принесешь. Но из них можно получить вполне безобидную и даже полезную поваренную соль. С помощью уравнения химической реакции вживую соединять эти вещества нам и не понадобится. Зная символы и правила, по которым строятся реакции, можно перенести этот и любой другой эксперимент прямо в тетрадь.

В случае химических процессов вещества претерпевают необратимые изменения. Меняются состав веществ и их свойства. При этом физическое состояние может также меняться. В качестве примера рассмотрим процесс горения свечи. При горении свечи органические составляющие (углеводороды) взаимодействуют с кислородом и превращаются в углекислый газ (CO ₂) и воду (H₂O). В этом случае наблюдается изменение состава. Данную химическую реакцию можно описать прямо в тетради. Нам даже не понадобится свеча. 

Возьмем самый простой углеводород - метан (основной компонент природного газа).

Формула метана - CH₄ . Это – соединение двух элементов: углерода (символ С) и водорода (символ Н). А горение - это процесс окисления вещества кислородом - О₂.

Процесс горения в формулах будет выглядеть следующим образом

CH₄ + O₂ = ?

Как закончить это уравнение?

При совместном присутствии молекул кислорода и метана при высокой температуре возникает энергетическое напряжение, о котором мы говорили ранее. Вы уже знаете что, элементы пытаются снизить это напряжение. Молекулы, обмениваясь атомами,превращаются в другие молекулы, существование которых в данных условиях выгоднее. При взаимодействии кислорода с метаном, элементы последнего связываются с атомами кислорода. Из предыдущей статьи/ссылка/ вам уже известно, что кислород обладает большим сродством к электрону, и он способен отобрать электроны и у углерода, и у водорода. Атом кислорода связывает углерод и водород, и появляются соединения CO2 (углекислый газ), H2O (вода).

Теперь закончим уравнение:

CH₄ + O₂ = CO₂ + H₂O

По правилам написания уравнения химической реакции количества атомов слева и справа должны быть равны. Поэтому слева перед кислородом и справа перед водой ставим двойку.

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O 

Итак, мы написали и уравняли химическую реакцию. По такому же алгоритму можно попробовать написать уравнение взаимодействия других соединений.

Рассмотрим другой пример химической реакции. Например, усваивание углеводов, происходящее в нашем организме.

Известно, что организм берет энергию из углеводов, точнее получает ее в результате их химической переработки. Обозначим все углеводы условно формулой глюкозы (С₆Н₁₂О₆). Под воздействием ферментов в организме происходит разрушение глюкозы, и как результат выделяется энергия, необходимая для работы организма.

Один из видов разрушения углеводов происходит при участии кислорода.

Опишем процесс химическими формулами:

С₆Н₁₂О₆ + О₂ = ?

Атом кислорода связывает атомы углерода и водорода. Получаются снова углекислый газ и вода.

Все органические соединения, содержащие атомы углерода, водорода и кислорода, окисляются с образованием углекислого газа и воды. 

Итак, уравнение с правильными коэффициентами выглядит следующим образом:

С ₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О

Таким образом, организм получает энергию из углеводов, например, для занятий спортом.

Вышеописанные процессы - это примеры взаимодействия органических соединений. Однако в повседневной жизни встречаются и реакции с участием неорганических веществ. 

Ваши мамы часто сталкиваются с проблемой накипи в электрических чайниках. Для ее удаления обычно используют уксус. Так что же происходит с накипью при кипячении с уксусом?

Уксус – это разбавленный раствор уксусной кислоты (формула СН ₃СООН), а накипь – это нерастворимая соль кальция (городская вода содержит в небольших количествах соли кальция) с формулой СаСО₃ (карбонат кальция). При кипячении карбонат кальция превращается в растворимую соль. Таким образом, мамы, залив чайник уксусным раствором и нагревая его, искусственно создают в чайнике напряжение, которое вещества-участники пытаются снизить. Напишем уравнение “любимого” эксперимента ваших мам:

Итак, уравнение:

СаСО ₃ + СН₃СООН =

Углерод находится в 4-группе периодической системы химических элементов (ПСХЭ), а значит имеет 4 валентных электрона на внешнем энергетическом уровне (см. cтатью  "Такие разные элементы"), а у водорода 1 валентный электрон (он находится в первой группе ПСХЭ). Таким образом, 4 одиночных электрона углерода связываются с электронами четырех атомов водорода с образованием ковалентной связи. В результате мы получаем формулу метана СН₄.

Запомните! Неорганические соединения взаимодействуют в следующих случаях: 1. При выделении нерастворимого вещества; 2. При выделении газообразного вещества; 3. При выделении теплоты. Данные состояния обладают минимальной энергией, поэтому возможность их образования выгодна.

В данной реакции анионы и катионы меняются местами:

СаСО ₃ + 2СН₃СООН = Са (СН₃СОО)₂ + Н₂СО₃

Н ₂СО₃ при кипячении распадается на воду (Н₂О) и углекислый газ (СО₂). А полученная соль в воде очень хорошо растворяется. Растворение накипи в уксусе химически возможно.

Правила написания уравнения реакции:

1. Написать химическую формулу вещества в соответствии с правилами, описанными в  статье про элементы;

2. Оценить возможность их взаимодействия;

3. Написать формулу предполагаемого продукта;

4. Уравнять реакцию (количества атомов слева и справа)

Не забывайте! Вещества не хотят напрягаться!