chemia ogÓlna

CHEMIA OGÓLNA

Wojciech Solarski

KINETYKA,

STATYKA CHEMICZNA

ROZTWORY

Podręcznik: Chemia dla inżynierów, pr. zb. pod red. J.Banaś, W.Solarski.

Internet: www.chemia.odlew.agh.edu.pl

KINETYKA CHEMICZNA dział chemii zwany kinetyką zajmuje się badaniami szybkości przebiegu reakcji chemicznych

2 C3H5N3O9 6 CO + 5 H2O + 6 NO + ½ O2

KINETYKA CHEMICZNA A: Fe – 2e = Fe2+

K: O2 + 2 H2O + 4e = 4 OH-

Warunki:

· natura procesu

· temperatura

· ciśnienie

Miarą szybkości reakcji chemicznych jest zmiana stężenia reagentów w czasie reakcji

aS bP

KINETYKA CHEMICZNA

dt

dc

dt

dcv PS

vt = szybkości reakcji w danej chwili (tzn. szybkość

chwilowa) jest równa współczynnikowi kierunkowemu stycznej do krzywej c = f(t) w danym punkcie (c,t)

KINETYKA CHEMICZNA

dt

dc

dt

dcv PS

Zderzenia efektywne warunkiem zajścia reakcji chemicznej

Cl + NOCl Cl2 + NO

KINETYKA CHEMICZNA

Szybkość reakcji zależy od wielu czynników: - stężenie reagentów - temperatura - ciśnienie (gdy reakcja przebiega w fazie gazowej) - obecność katalizatora - promieniowanie elektromagnetyczne (gdy reakcja jest fotochemiczna) - stopień rozdrobnienia faz, szybkość dyfuzji (gdy układ jest wielofazowy)

STATYKA CHEMICZNA

W stanie równowagi chemicznej szybkości reakcji prostej i odwrotnej są sobie równe

aA + bB AaBb

aA + bB AaBb

AaBb aA + bB

aA + bB AaBb

STATYKA CHEMICZNA

AaBb aA + bB

W stanie równowagi chemicznej szybkości reakcji prostej i odwrotnej są sobie równe

v1= v2

v1 = k1 [A]a[B]b

v2 = k2 [AaBb]

k1 [A]a[B]b = k2 [AaBb] cba

ba KBA

BA

k

k

2

1

STATYKA CHEMICZNA

prawo działania mas (Guldberga i Waagego):

W stanie równowagi chemicznej stosunek iloczynu molowych stężeń produktów reakcji (w potęgach ich współczynników stechiometrycznych) do iloczynu molowych stężeń substratów (w potęgach ich współczynników stechiometrycznych) jest wielkością stałą i charakterystyczną dla danej reakcji i temperatury (oraz ciśnienia w przypadku reakcji w fazie gazowej).

cba

ba KBA

BA

k

k 2

1

H2 + I2 2 HI

STATYKA CHEMICZNA

N2 + 3H2 2NH3

]][[

][

22

2

IH

HIK c

3

22

23

3

2

22

3

HN

NH

cc

cK

HN

NHc

Reagenty występują w stanie gazowym

Reagenty występują w stanie gazowym

Reguła przekory Le Chateliera i Browna

STATYKA CHEMICZNA

Jeżeli układ będący w stanie równowagi poddamy działaniu zewnętrznemu, tj. zmianie stężenia

reagentów, zmianie ciśnienia lub zmianie temperatury, to w układzie tym przesuwa się

równowaga chemiczna w kierunku kompensacji tych zmian.

ROZPUSZCZALNIK –SUBSTANCJA ROZPUSZCZONA

ROZTWORY

WODA

moment dipolowy = 1,84 D, stała dielektryczna = 82

H 1s1 O 1s2 2s2p4

WODA JEST DOBRYM ROZPUSZCZALNIKIEM DLA SUBSTANCJI O BUDOWIE JONOWEJ, ZE WZGLĘDU NA BUDOWĘ DIPOLOWĄ

Oddziaływanie dipoli wody na kryształ chlorku soduHYDRATACJA SOLWATACJA

STĘŻENIA ROZTWORÓWStężenie procentowe (w procentach masowych) - podaje liczbę jednostek masowych substancji zawartych w 100 jednostkach masowych roztworu.

ms - masa substancji rozpuszczonej, [g], [kg]

mr- masa roztworu, [g], [kg]

mrozp - masa rozpuszczalnika, [g], [kg]

Stężenie procentowe objętościowe

%100%100%

rozps

s

r

s

mm

m

m

mC

Stężenie molowe - określa liczbę moli substancji rozpuszczonej, zawartej w 1 dm3 roztworu.

ns - liczba moli substancji rozpuszczonej, [mol]

Vr - objętość roztworu, [dm3]

ms - masa substancji rozpuszczonej, [g]

Ms - masa molowa substancji rozpuszczonej, [g/mol]

]/[ 3dmmolVM

m

V

nC

rs

s

r

sM

Rozpadu substancji na jony (pod wpływem rozpuszczalnika) nosi nazwę dysocjacji elektrolitycznej.

Elektrolity – substancje (na ogół ciekłe) przewodzące prąd elektryczny (wodne roztwory kwasów , zasad i soli).

Nieelektrolity nie mają zdolności przewodzenia prądu elektycznego.

DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA

A nBm n Am+ + m Bn

HCl H+ + Cl

HNO3 H+ + NO3

Mg (OH)2 Mg2+ + 2 OH

Ca3(PO4)2 3 Ca2+ + 2 PO43


A nBm n Am+ + m Bn

Stosunek liczby cząsteczek rozpadających się na jony do ogólnej liczby cząsteczek wprowadzonych do roztworu

nosi nazwę stopnia dysocjacji elektrolitycznej .


A nBm n Am+ + m Bn

N

Nzd

o

Mocne elektrolity to :

- część kwasów nieorganicznych

np. HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3 i HClO4

- wodorotlenki litowców i berylowców

(z wyjątkiem Be (OH)2 i Mg (OH)2)

- prawie wszystkie sole rozpuszczalne (oprócz niektórych sole rtęci, kadmu i cynku)


Słabe elektrolity to :

- część kwasów nieorganicznych i karboksylowe kwasy organiczne (np. H2S, HCN, H2CO3, H2SO3, H3BO3,

HCOOH, CH3COOH)

- część wodorotlenków nieorganicznych (NH4OH oraz

większość wodorotlenków metali dwu- i trójwartościowych)


Stała równowagi dysocjacji elektrolitycznej

Stała dysocjacji słabych elektrolitów

HNO2 H+ + NO2‾‾

Mg (OH)2 Mg2+ + 2OH ‾‾


][

][][

2

22 HNO

NOHKHNO

KMg OH

Mg OHMg OH( )

[ ] [ ]

[ ( ) ]2

2 2

2

Dysocjacja wody

Woda jest słabym elektrolitem i dysocjuje H2O H+ + OH

W rzeczywistości powstają kationy hydroniowe H3O+ i

aniony wodorotlenowe OH.2 H2O H3O

+ + OH

H2O H+ + OH

DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA WODY

][

][][

22 OH

OHHK OH

W temperaturze 250 C: stężenie cząsteczek niezdysocjowanych jest stałe i wynosi [H2O] = 55,55 mol/dm3. KH2O wynosi 1,8 10-16.

14162 1055,55108,1][][][

2

OHHOHK OH

L = [H+] [OH] = 10

14 b

pH = - log [H+] pOH = - log [OH]

L = [H+] [OH] = 10

14 b

pH + pOH = 14

pH ROZTWORÓW WODNYCH

pH roztworów wodnych

pH = 7 roztwór jest obojętny

pH < 7 roztwór jest kwasowy

pH > 7 roztwór jest zasadowy

Skala barw wskaźnika uniwersalnego (papierki wskaźnikowe)

POMIAR pH

POMIAR pH

skala pH

pH = - log [H+]

OBLICZANIE pH

0,1 mol HCl 0,1 mol H+

Oblicz pH 0,1 m roztworu kwasu solnego

HCl H+ + Cl-

pH = - log [H+]

pH = - log [0,1]= - (-1) = 1

OBLICZANIE pH

0,1 mol NaOHl 0,1 mol OH-

Oblicz pH 0,1 m roztworu zasady sodowej

NaOH Na+ + OH-

pH = - log [10-13]= - (-13) = 13

L = [H+] [OH] = 10

14 b

13

1

14

1010

10

H

chemia ogÓlna

Documents