część 1 - uniwersytet mikołaja kopernika w toruniu · pojęcia podstawowe wykład z chemii...

42
1.1. Podstawowe definicje 1.2. Sposoby wyrażanie stężenia i zawartości substancji 1.3. Podstawowe obliczenia chemiczne 1.4. Podstawowe prawa chemiczne 1.5. Klasyfikacja reakcji chemicznych Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej Część 1 Katedra Chemii Fizycznej Collegium Medicum w Bydgoszczy Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu Prof. dr hab. n.chem . Piotr Cysewski [email protected] www.chemfiz.cm.umk.pl/dydaktyka

Upload: others

Post on 19-Aug-2020

13 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1.1. Podstawowe definicje1.2. Sposoby wyrażanie stężenia i zawartości substancji1.3. Podstawowe obliczenia chemiczne1.4. Podstawowe prawa chemiczne1.5. Klasyfikacja reakcji chemicznych

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej

Część 1

Katedra Chemii FizycznejCollegium Medicum w Bydgoszczy

Uniwersytet Mikołaja Kopernika w ToruniuProf. dr hab. n.chem. Piotr Cysewski

[email protected]

www.chemfiz.cm.umk.pl/dydaktyka

Page 2: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

Pobranie

ciepła

Pobranie

ciepła

Proces fizycznybrak zmian ilości i rodzajów wiązań chemicznych

Reakcja chemicznaNaOH + HCl NaCl + H2O

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 31.1. Pojęcia podstawowe

Page 3: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

Proces fizyczny czy przemiana chemiczna?

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 41.1. Pojęcia podstawowe

Zgniecenie arkusza folii aluminiowejTopienie kostki loduOdlewanie srebra w formieRozbijanie butelkiNiszczenie papieru, Rozdzieranie kartkiSublimacja suchego lodu

Płonące drewnoKwaśnienie mlekaZmieszanie kwasu i zasadyTrawienie jedzeniaGotowanie jajkaUzyskiwania karmeluPieczenie ciastaRdzewienie żelaza

Zastanów się!

Page 4: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

Nukleony składniki jądra: protony, neutronyNuklid jądro zawierające określoną ilość nukleonówLiczba atomowa (Z) liczba protonów w jądrzeLiczba masowa sumaryczna liczba nukleonów w jądrze A=N+ZIzotopy - to nuklidy tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów

w jądrze (mają tę samą liczbę atomową,

a inną liczbę masową). Izotopy wykazująpodobne właściwości chemiczne, różnią sięnatomiast właściwościami fizycznymi.

Izobary - to nuklidy różnych pierwiastków o takiej samej liczbie masowej, czyli nuklidy o jednakowej liczbie nukleonów,

a różnej liczbie protonów, np.:,

Izotony -to nuklidy różnych pierwiastków o takiej samej liczbie neutronów

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 51.1. Pojęcia podstawowe

Page 5: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

Izotopy wodoru

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

11H 1 Proton 0 Neutronów 99.985 % 1.00782503 jma

21H (D) 1 Proton 1 Neutron 0.015 % 2.01410178 jma

31H (T) 1 Proton 2 Neutrony -------- ----------

Średnia masa atomowa wodoru wynosi: 1.008 jma3H jest radioaktywny o okresie rozpadu 12 latIzotopy wchodzą w reakcje chemiczne tworząc związki:H2O zwykła woda, M=18.0 g/mol, Temp. wrz. = 100.000000CD2O ciężka woda, M = 20.0 g/mol, Temp. wrz. = 101.42 0C

Izotopy tlenu16

8O 8 Protonów 8 Neutronów 99.759% M = 15.99491462 jma17

8O 8 Protonów 9 Neutronów 0.037% M = 16.9997341 jma18

8O 8 Protonów 10 Neutronów 0.204 % M = 17.999160 jma

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 61.1. Pojęcia podstawowe

Page 6: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

Przykład:

Przykład obliczenia względnej masy

atomowej dla atomu magnezu 24Mg

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Masa atomowa względna masa atomu wyrażona w jednostkach masy atomowej u. Określa ona, ile razy masa atomu danego pierwiastka jest większa od masy atomu węgla 12C. Atomy znanych nam pierwiastków mają masy atomowe zawarte w granicach od 1 do 261 u. Masy atomowe większości pierwiastków nie są liczbami całkowitymi. Zaledwie 20 spośród znanych pierwiastków (np.: F, Be, Al, P, Mn, Co) występuje w jednej formie nuklidu. Pozostałe spotykane są w kilku odmianach izotopowych.

Masa atomubezwzględna lub rzeczywista masa atomu, to masa tego atomu wyrażona w jednostkach masy (kg lub g).Jednostka masy atomowej(jma = u), zwaną też jednostką węglową, daltonem lub unitem jest to stosunek masy atomu do masy wzorca: izotop węgla 12C.

1u = 1,66057 * 10-27 kg

A(24Mg) = 4 · 10-26 kg / 1.66057 · 10-27 kg = 24

Rozwiązanie:

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 71.1. Pojęcia podstawowe

Page 7: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

Średnia ważona

Masa molowa pierwiastka

%100

%%2211

wwww

w

AAAAA

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

to średnia ważona mas atomowych, uwzględniająca procentowe występowanie

M = NA · m

M - oznacza masę molową,

m - bezwzględną masę atomu,

cząsteczki, jonu bądź innej cząstki

materialnej.

NA = 6,023 · 1023

Masa atomowa pierwiastkato średnia ważona mas atomowych, uwzględniającą procentowe występowanie wszystkich izotopów danego pierwiastka w przyrodzie.

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 81.1. Pojęcia podstawowe

Page 8: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

Obliczyć zawartość procentową izotopów bromu znając masy

atomowe jego dwóch głównych izotopów (78.918336, 80.91629)

oraz średnią masę atomową (79.904)

Rozwiązanie:

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

X(78.918336) + Y(80.91629) = 79.904

X + Y = 1.00 stąd X = 1.00 – Y

(1.00 - Y)(78.918336) + Y(80.91629) = 79.904 78.918336 - 78.918336 Y + 80.91629 Y = 79.9041.997954 Y = 0.985664

Y = 0.4933

X = 1.00 - Y = 1.00 - 0.4933 = 0.5067

%X = % 79Br = 0.5067 x 100% = 50.67% = 79Br

%Y = % 81Br = 0.4933 x 100% = 49.33% = 81Br

Przykład:

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 91.1. Pojęcia podstawowe

Page 9: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Przykład:Atom 1H waży 1.6735 x 10-24 g Atom 16O waży 2.6560 x 10-23 gZ definicji masa atomu 12C = 12 uStąd: 1 u = 1.66054 x 10-24 g

1 g = 6.02214 x 1023 u

Masa cząsteczki tzw. bezwzględna, rzeczywista masa cząsteczkiMasa cząsteczkowato masa cząsteczki wyrażona w jednostkach masy atomowej u (daltonach). Jest to suma mas atomowych wszystkich atomów tworzących cząsteczkę.

Uśredniona masa atomowaSkład izotopowy naturalnego węgla:

C: 98.892 % 12C + 1.108 % 13CŚrednia masa atomowa węgla C:

(0.98892)(12u) + (0.0108)(13.00335) = 12.011 uMasy atomowe podane są w układzie okresowym

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 101.1. Pojęcia podstawowe

Page 10: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

CaCO3

100.09 g

Tlen32.00 g

Miedź63.55 g

Woda18.02 g

Jeden mol typowych substancji

Mol• Jednostką określającą ilośćsubstancji (liczność materii) jest mol, dla którego wzorcem jest liczba atomów węgla zawarta w 12 g nuklidu 12C. • Równa liczbie jednostek masy atomowej mieszczących sięw jednym gramie. W 12 g węgla znajduje się6,022 1023 atomów = NA (liczba Avogadro).

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 111.1. Pojęcia podstawowe

Page 11: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

1.2. Sposoby wyrażanie stężenia i zawartości

substancji

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 121.1. Pojęcia podstawowe

Page 12: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Stężenie w procentowe masowe - podaje liczbę jednostek masowych substancji zawartych w 100 jednostkach masowych roztworuStężenie procentowe objętościowe - podaje liczbę jednostek objętości substancji rozpuszczonej, zawartej w 100 jednostkach objętości roztworu.

1.2. Sposoby wyrażanie stężenia i zawartości substancjiStężenie procentowe

ms - masa substancji rozpuszczonej, [g], [kg],mr - masa roztworu, [g], [kg],mrozp - masa rozpuszczalnika, [g], [kg].

%100%100

ro zps

s

r

s

pmm

m

m

mC

%100%100

ro zps

s

r

s

pVV

V

V

VC

Vs - objętość substancji rozpuszczonej, [cm3], [dm3] Vr - objętość roztworu, [cm3], [dm3]Vrozp - objętość rozpuszczalnika, [cm3], [dm3]

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 131.1. Pojęcia podstawowe

Page 13: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Stężenie molowe

Stężenie molarne

k gm olmM

m

m

nC

rs

s

r

s

M ,

3, dmm olVM

m

V

nC

rs

s

r

s

M

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

ns - liczba moli substancji rozpuszczonej, [mol],ms - masa substancji rozpuszczonej, [g],Ms - masa molowa substancji rozpuszczonej, [g/mol].

Na przykład 0,5 molowy roztwór zawiera 0,5 mola substancji rozpuszczonej w 1 dm3 roztworu.

- wyraża liczbę moli substancji rozpuszczonej w 1 kg rozpuszczalnika.

ns - liczba moli substancji rozpuszczonej, [mol],mr - masa rozpuszczalnika, [kg],ms - masa substancji rozpuszczonej, [g],Ms - masa molowa substancji rozpuszczonej, [g/mol]

Page 14: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Ułamek molowy/masowy

i

i

i

in

nx

Ułamek molowy (atomowy) xi – oznacza stosunek ilości moli (atomów) substancji „i” do całkowitej ilości moli (atomów) tworzących roztwór:

1i

ix

Suma ułamków molowych (atomowych) w roztworze jest zawsze równa jedności:

Mnożąc ułamek molowy (atomowy) przez 100% uzyskuje się procentową zawartość moli (atomów) w roztworze – „procent molowy (atomowy)”:

%100%100%

i

i

i

in

nxmolowy

Gęstość

r

r

V

md

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 151.1. Pojęcia podstawowe

Page 15: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

W jakim stosunku wagowym zmieszasz 42 % roztwór kwasu z wodą, aby otrzymać 25 % roztwór tego kwasu.

Przeliczanie stężeń

Rozwiązanie:

Przykład:

Obliczyć stężenie procentowe roztworu otrzymanego ze zmieszania 30 g soli kuchennej i 170g wody.

Masa roztworu jest sumą masy substancji rozpuszczonej i masy rozpuszczalnika :

30g + 170 g = 200gzatem jeśli w 200g roztworu znajduje się 30g solito w 100g roztworu znajduje się x g soli

Przykład:

Rozwiązanie:

gg

ggx 15

200

10030

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 161.1. Pojęcia podstawowe

Page 16: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Ile gramów substancji znajduje się w 420g 20%-owego roztworu?

Rozwiązanie

Przykład:

Ile gramów H2SO4 znajduje się w 200 cm3 0,1 molowego roztworu ?

Przykład:

gg

ggx 84

100

20420

Z definicji roztworu procentowego wynika, że 20% roztwór zawiera 20g substancji w 100g roztworu. Jeśli więc w 100g roztworu jest 20g substancji, to

0,1 mola H2SO4 (M=98) ma masę 9,8g. Z definicji stężenia molowego: w 1000cm3 0,1M roztworu znajduje się 9,8g H2SO4

gcm

gcmx 96,1

1000

8,92003

3

Wniosek:w 200cm3 0,1M roztworu znajduje się 1,96g g H2SO4

Rozwiązanie

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 171.1. Pojęcia podstawowe

Page 17: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

250 ml roztworu zawiera 3,659g chlorku sodowego. Oblicz stężenie molowe NaCl w tym roztworze.

MNaCl = 58,45 g/mol

m olim olg

g

M

mn

Na Cl

Na Cl 0626,045,58

659,3

m olim l

m olim lx 25,0

250

0626,01000

Liczba moli NaCl zawarta w podanej objętości wynosi :

Rozwiązanie:

Przykład:

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 181.1. Pojęcia podstawowe

Page 18: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Rozwiązanie:

Przykład:

50g wodorotlenku potasu rozpuszczono w 160g wody. Wyrazić w ułamkach molowych stężenie KOH i H2O w otrzymanym roztworze.

m o lgM K O H 1 1,5 6 m o lgM OH 0 2,1 82

m olam olg

gn KO H 89,0

11,56

50 m ola

m olg

gn OH 88,8

02,18

0,1602

Znając liczby moli obliczmy ułamki molowe

To liczba moli każdego z tych składników w roztworze wynosi

091,088,889,0

89,0

m olam ola

m olax KO H

909,088,889,0

88,82

m olam ola

m olax OH

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 191.1. Pojęcia podstawowe

Page 19: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Stężony kwas solny o gęstości 1,2g/cm3 zawiera 39,11% wag. HCl. Obliczyć ułamki molowe HCl i H2O w tym roztworze.

Rozwiązanie

Przykład:

Z definicji procentowości wynika, że w 100 g kwasu znajduje się 39,11g HCl . Reszta czyli 60,89g to woda.

m o lgM H C l 4 6,3 6 m o lgM OH 0 2,1 82

Liczba moli każdego z tych składników w roztworze wynosi:

m olam olg

gn H Cl 07,1

46,36

11,39

m olam olg

gn OH 38,3

02,18

89,602

Znając liczby moli obliczmy ułamki molowe

24,038,307,1

07,1

m olam ola

m olax H Cl

76,038,307,1

38,32

m olam ola

m olax OH

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 201.1. Pojęcia podstawowe

Page 20: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

M(H2SO4)=21+32+416=98,1 cm3 roztworu posiada masę 1,14g lub 1 dm3 roztworu posiada masę 1140 g, masa czystego H2SO4 znajduje się w 1dm3 2 molowego roztworu:1 dm3 zawiera 2 mole H2SO4, = 196 g objętość 100 g roztworu o podanej gęstości:

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Jakie jest stężenie procentowe 2 molowego roztworu kwasu siarkowego (VI) o gęstości:

31 4,1 d mgd

314,1 dmgV

md

3

3

7,87

14,1

100cm

cm

g

gx

stężenie % można obliczyć z proporcji

gcm

gcmx 19,17

1000

1967,873

3

lub korzystając ze wzoru :

%19,17%1001140

196%100

g

g

m

mC

r

s

p

Rozwiązanie:

Przykład:

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 211.1. Pojęcia podstawowe

Page 21: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

1.3. Podstawowe prawa chemiczne

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 221.1. Pojęcia podstawowe

Page 22: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

łączna suma mas substratów równa się łącznej masie produktów reakcji chemicznej

Prawo zachowania masy (Lavoisier-Łomonosowa)

Prawo zachowania materii (Einstein)

E = mc2

Uogólnione prawo zachowania materii (Ej + mjc

2 )= constEj - energia zawarta wewnątrz układu w różnych postaciach,mj - masy składające się na układ substancji.

1.3. Podstawowe prawa chemiczne

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 231.1. Pojęcia podstawowe

Page 23: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

W przeciwieństwie do mieszanin fizycznych, które można sporządzić z danych składników w dowolnych stosunkach wagowych, reakcje chemiczne przebiegają jedynie przy zachowaniu ściśle określonej proporcji substratów.

Prawo stałości składu (Proust) - Prawo stosunków stałych

Przykład: Stałe stosunki wagowe pierwiastków w związkach

Lp. Związek chemiczny

Wzór cząsteczkowy

Stosunek wagowy pierwiastków

1. Woda H2O H : O = 1 : 8

2. Amoniak NH3 H : N = 1 : 4,66

3. Metan CH4 H : C = 0,333 : 1

4. Acetylen C2H2 H : C = 0,084 : 1

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 241.1. Pojęcia podstawowe

Page 24: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Ilości molowe jakichkolwiek substancji w stanie gazowym zajmują w tych samych warunkach fizycznych jednakowe objętości. Obliczono, że jeden mol jakiegokolwiek gazu zajmuje w warunkach normalnych / temp. 0oC, ciśnienie 1013 hPa / objętość 22,4 dm3. Objętość tę nazywa się objętością molową.

Prawo Avogadro

Prawo stosunków wielokrotnych (Dalton-1804)

Jeżeli dwa pierwiastki zdolne są tworzyć z sobą więcej niż jeden związek chemiczny, to w związkach tych ilości wagowe jednego pierwiastka, przypadające na stałą ilość wagową drugiego pierwiastka, pozostają do siebie w stosunku niewielkich liczb całkowitych.

Wodór i tlen tworzą dwa związki: H2O i H2O2. Z taką samą ilością wagową wodoru, wynoszącą 2,016 g w jednym z tych związków związane jest 16 g tlenu, a w drugim 32 g tlenu. Wzajemny stosunek wagowy ilości tlenu związanego w związkach z taką samą ilością wagową wodoru wyraża się liczbami 1 : 2.

Azot i tlen tworzą ze sobą pięć różnych tlenków N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5

W poszczególnych tlenkach azotu na 14 g azotu przypada odpowiednio: 8, 16, 24, 32, 40 g tlenu. Wzajemny stosunek ilości wagowych tlenu związanego z jednakową ilością wagową azotu wyraża się prostymi liczbami całkowitymi 1 : 2 : 3 : 4 : 5

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 251.1. Pojęcia podstawowe

Page 25: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Jeżeli reagujące ze sobą substancje znajdują się w stanie gazowym, to objętości poszczególnych gazów zarówno substratów, jak i gazowych produktów reakcji, pozostają do siebie w stosunku niewielkich liczb całkowitych.

Prawo to jest prostą konsekwencją prawa Avogadra, według którego jednakowe objętości wszystkich gazów, mierzone w tych samych warunkach fizycznych, zawierają jednakową liczbę cząsteczek.

Prawo stosunków objętościowych (Gay-Lussac 1808)

Przykład:Jeżeli w dwóch jednakowych objętościach znajduje się po 6,023 x 1023

cząsteczek wodoru H2 i chloru Cl2, to w reakcji między nimi

1 objętość wodoru H2 + 1 objętość chloru Cl2 2 objętości chlorowodoru 2HCl

tworzy się chlorowodór w ilości 2 x 6,023 x1023 cząsteczek, gdyż z każdej cząsteczki H2 oraz Cl2 powstają dwie cząsteczki chlorowodoru.

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 261.1. Pojęcia podstawowe

Page 26: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Prawa gazowe (treści fakultatywne)

Izoterma (Boyl’a-Mariotte’a)Izobara (Charlesa – Gay-LussacaIzochory (Gay-Lussaca)Równanie ClapeyronaRównanie Van der WaalsaPrawo Daltona (ciśnień parcjalnych)

Ciśnienie:N·m-2 = Pa 1 atm = 101.3 kPa

TemperaturaT [K] = t [oC] + 273.15

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 271.1. Pojęcia podstawowe

Page 27: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

AVOGADRO P n

CHARLES P T

Objętość molowa gazów22.418 dm3

T=273.15 K oraz P=1 atm

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 281.1. Pojęcia podstawowe

Page 28: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

BOYLE P 1

Vczyli P·V = const

ciśnienie

1/V

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 291.1. Pojęcia podstawowe

Page 29: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

PnRT

V

Równanie Clapeyrona= AVAGADRO + BOYLE + CHARLES

11314.8

113314.8

15.2731

32102418.2

3103.101

KmolJR

KmolmPaR

Kmol

mxPaxR

11308207.015.2731

418.221

Km ola tmdmR

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 301.1. Pojęcia podstawowe

Page 30: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

RT

PM

RT

PVMm

RT

PVn

CH4SF6

Równanie ClapeyronaGęstość gazów

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 311.1. Pojęcia podstawowe

Page 31: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

P p pO H 2 2

pn RT

VH

H

2

2

pn RT

VN

N

2

2

Pn n RT

V

PnRT

V

H O

( )2 2

Prawo DaltonaCiśnień parcjalnych

Całkowite ciśnienie mieszaniny gazów jest suma ciśnień parcjalnych wszystkich składników

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 321.1. Pojęcia podstawowe

Page 32: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

1.4. Podstawowe obliczenia chemiczne

Obliczenia w oparciu o wzór chemicznyObliczenia w oparciu o prawa chemiczneObliczenia stechiometryczne

(w oparciu o reakcje chemiczne)

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 331.1. Pojęcia podstawowe

OBLICZENIA CHEMICZNEZBIÓR ZADAŃ Z CHEMII OGÓLNEJ I ANALITYCZNEJ NIEORGANICZNEJpraca zbiorowa pod redakcją Alfreda Śliwy

Obliczenia w chemii analitycznejAndrzej Cygański, Bogdan Ptaszyński i Jacek Krystek

Page 33: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

1.5. Klasyfikacja reakcji chemicznych

(typy mechanizmów)

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 341.1. Pojęcia podstawowe

Page 34: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Zapis reakcji chemicznej w postaci równania chemicznego podaje bilans mas substratów i produktów (prawo zachowania masy) oraz określa typ reakcji.

1.5. KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH

Bilansowanie równań chemicznych – dokonaj bilansu!

Reakcje uzgodnioneReakcje do uzgodnienia

H2(g) + O2 (g) H2O(l)

AgNO3 + Cu CuNO3 + Ag

Fe (s)+ O2(g) Fe2O3 (s)

AgNO3(aq)+MgCl2(aq) Mg(NO3)2 (aq)+ AgCl(s)

C4H10(g)+O2(g) CO2(g) + H2O(g)

2H2 + O2 2H2O

AgNO3 + Cu Cu NO3 + Ag

4 Fe (s)+ 3 O2(g) 2 Fe2O3 (s)

2AgNO3(aq)+MgCl2(aq) Mg(NO3)2 (aq)+ 2AgCl(s)

2C4H10(g)+13O2(g) 8CO2(g) + 10H2O(g)

Page 35: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

KRYTERIA PODZIAŁU REAKCJI CHEMICZNYCH - SCHEMAT REAKCJI

Reakcje syntezyprocesy polegające na łączeniu się atomów lub cząsteczek, czyli produkt zawiera wszystkie atomy zawarte w substratach, np.: 22 COOC

ABBA

Reakcje analizy (rozkładu)procesy polegające na rozdzieleniu się atomów, czyli z jednego substratu powstają co najmniej dwa produkty, np.:

222 OHgHgO

BAAB

23 C OC a OC a C O T - reakcje dysocjacji termicznej reakcje rozkładu w podwyższonej temperaturze

- reakcje fotochemiczne (fotoliza) są przyspieszane lub zapoczątkowane pod wpływem światła, np.:

221 C lA gA g C l h v

- reakcje fonochemiczne lub sonochemiczne (fonoliza) zachodzą pod wpływem ultradźwięków, np.: reakcje depolimeryzacji

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 361.1. Pojęcia podstawowe

Page 36: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

Reakcje wymianyprocesy polegające na przegrupowaniu atomów; substraty wymieniają między sobą poszczególne atomy lub grupy atomów, np.:

A DC BC DA B

33 N a N OA g C lA g N ON a C l

- reakcje radiacyjno-chemiczne(radioliza) zachodzą pod wpływem promieniowania jonizującego, np.:

eOOO

2

222 C lN aN a C l ae l e k t r o l i z

- reakcje elektrochemiczne(elektroliza) zachodzące pod wpływem energii elektrycznej (reakcje redoks na elektrodach),np.: elektroliza stopionego NaCI

Reakcje analizy (rozkładu) cd

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 371.1. Pojęcia podstawowe

Page 37: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

KRYTERIUM KLASYFIKACJI: KIERUNEK WYMIANY ENERGII MIĘDZY UKŁADEM A OTOCZENIEM

Reakcje egzoenergetycznereakcje, podczas których powstają produkty o mniejszej energii wewnętrznej niż suma energii wewnętrznej substratów; część energii zostanie przekazana otoczeniu. Jeżeli przepływ energii z układu do otoczenia zachodzi na sposób ciepła, to mówimy o reakcjach egzotermicznych. Do reakcji egzotermicznych zaliczamy większość reakcji polegających na łączeniu się z tlenem (utlenianie, spalanie), np.:

QC OOC

QABBA

22

Reakcje endoenergetycznereakcje, podczas których energia jest pobierana z otoczenia, a energia wewnętrzna produktu reakcji staje się większa od sumy energii wewnętrznych substratów. Jeżeli przepływ energii z otoczenia do układu zachodzi na sposób ciepła, to mówimy o reakcjach endotermicznych ( np. prażenie węglanów, tlenków):

23 C OC aOQC aC O

BAQAB

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 381.1. Pojęcia podstawowe

Page 38: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

KRYTERIUM KLASYFIKACJI: STAN SKUPIENIA REAGENTÓW

Reakcje homogenicznereakcje, w których wszystkie substraty i produkty znajdują się w tej samej fazie, np.:

ggg H FFH 222

Reakcje heterogenicznereakcje przebiegające na granicy dwóch faz. Symbole: s, g, aq - oznaczają, że dana substancja znajduje się w fazie stałej, gazowej lub w roztworze; -reagujące substraty znajdują się w dwóch różnych fazach, np.:

ggs C OOC 22

sa qa q A g C lC lA g

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 391.1. Pojęcia podstawowe

Page 39: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

KRYTERIUM KLASYFIKACJI: RODZAJE REAGENTÓW

Reakcje jonoweprzebiegają pomiędzy jonami lub z udziałem jonów w roztworach wodnych lub innych rozpuszczalnikach polarnych, np.:

4

2

4

2 B a S OS OB a

Reakcje cząsteczkowezachodzą pomiędzy cząsteczkami lub z udziałem cząsteczek, przeważnie w fazie gazowej, rzadziej w roztworach rozpuszczalników niepolarnych, np.:

3221

2 S OOS O Reakcje rodnikowezachodzą wtedy, kiedy na skutek - np.: absorpcji kwantu promieniowania elektromagnetycznego - następuje rozbicie trwałej cząsteczki na nietrwałe wolne rodniki, które mogą reagować z innymi cząsteczkami i tworzyć dalsze rodniki, np.:

HC lC HC lC H

C lhvC l

34

2 2

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 401.1. Pojęcia podstawowe

Page 40: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

1. Pojęcia podstawowe i prawa chemiczne

KRYTERIUM KLASYFIKACJI: STOPIEŃ PRZEREAGOWANIA SUBSTANCJI

Reakcje odwracalne nie przebiegają do końca, a prowadzą jedynie do stanów równowagi między produktami i substratami. Odwracalność reakcji polega na możliwości zachodzenia jej w obu kierunkach.

Reakcje nieodwracalnegdy zachodzą tylko w jednym kierunku (między innymi: reakcje spalania, reakcje metali alkalicznych z wodą i reakcje niektórych tlenków metali z wodą). Substraty ulegają całkowitemu przereagowaniu, gdy przynajmniej jeden z produktów opuszcza środowisko czy to jako substancja w stanie gazowym, czy jako produkt nierozpuszczalny w danym roztworze.

KRYTERIUM KLASYFIKACJI: PRZENIESIENIE ELEKTRONÓW MIĘDZY ATOMAMI

Reakcje redoksreakcje przebiegające ze zmianą stopni utlenienia atomów.

Reakcje przebiegające bez zmiany stopni utlenienia.Należy dodać, że każdej reakcji towarzyszą zmiany gęstości elektronowej.

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 411.1. Pojęcia podstawowe

Page 41: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

Klasyfikacja reakcji chemicznych

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 421.1. Pojęcia podstawowe

Zastanów się!

Page 42: Część 1 - Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu · Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 16. 1. ... O l18,02 g l 2 Liczba moli każdego

Umiejętności podstawowe

• Wartościowość

• Pisanie wzorów chemicznych: sumarycznie, pół-strukturalnie, strukturalnie, elektronowo

• Pisanie i uzgadnianie reakcji chemicznych – odczytywanie informacji z równania chemicznego

• Nomenklatura chemiczna: związki nieorganiczne, związki organiczne

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 1.1 / 431.1. Pojęcia podstawowe