MASA ATOMOWA STECHIOMETRIA

MASA ATOMOWA
wzorce:
J. Dalton
J.J. Berzelius
→
→
wodór
tlen
od 1961 r. skala oparta na węglu 12C {12C 98,89%; 13C 1,11%}
12
6
C
atom = 6n + 6p + 6e
Jednostka masy atomowej jest to 1/12 masy atomu węgla 12C
j.m.a. = 1 dalton = 1 u = 1,6605 · 10-24 g
Bezwzględna masa atomu 12C (wyznaczona eksperymentalnie) wynosi 1,9924 · 10-23 g
Względną masę atomową pierwiastka obliczyć można dzieląc masę atomu wyrażoną
w gramach (tzw. bezwzględną masę atomową) przez liczbę: 1,6605 · 10-24 g, tj. masę 1 u
Masa atomowa:
Względna masa atomowa jest to liczba określająca ile razy masa atomu
danego pierwiastka jest większa od 1/12 masy atomu izotopu węgla 12C
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
STECHIOMETRIA
• zajmuje się ilościowymi relacjami pomiędzy substancjami ulegającymi
reakcjom chemicznym;
• obliczenia stechiometryczne dotyczą składu związków chemicznych
oraz stosunków ilościowych między reagentami;
• do obliczeń wykorzystuje się wzory i równania chemiczne, podstawowe
pojęcia i prawa stechiometryczne, a w przypadku gdy reagenty występują
w fazie gazowej, również prawa gazowe.
WZÓR CHEMICZNY
• podaje rodzaj i liczbę atomów - skład jakościowy,
• pozwala obliczyć bezwzględną masę pojedynczej cząsteczki,
• informuje o składzie wagowym substancji,
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
→ wzór empiryczny,
C2H2
C2H2
→ wzór rzeczywisty,
C2H2
C6H6 czyli 3 x (C2H2)
Mrzecz. = n · Memp.
gdzie
n = 1, 2, 3, ...
HCHO
C6H12O6 czyli 6 x (CH2O)
⇔
NH4CNO → NH4+ + CNO–
H4N2CO
H4N2CO
⇔
(NH2)2CO
H2SO4
⇔
SO2(OH)2
Względna masa cząsteczkowa to liczba określająca ile razy masa
danej cząsteczki jest większa od 1/12 masy atomu węgla 12C
1 u = 1 j.m.a. = 1 dalton = 1/12 masy atomu 12C = 1,6605 · 10-24 g
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
mol
jednostka liczności cząstek materii to mol
inne jednostki liczności to, np.
tuzin (12 sztuk)
mendel (15 sztuk)
kopa (60 sztuk)
Mol - to liczność cząstek materii (atomów, cząsteczek, jonów itp.)
równa liczbie atomów zawartych w 0,012 kg izotopu węgla 12C
bezwzględna masa atomu węgla 12C wynosi: 1,9926 · 10-23 g
liczba atomów 12C znajdująca się w 12 g węgla 12C wynosi:
NA =
12,000000 g
= 6,02228 ⋅ 10 23
- 23
1,9926 ⋅ 10 g
Liczba Avogadro jest równa liczbie atomów zawartych w
0,012 kg węgla 12C i wynosi w przybliżeniu 6,022 · 1023
m
Masa molowa to masa jednego mola cząstek
liczba
moli
:
n
=
materii (atomów, cząsteczek, jonów itp.)
M
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
PODSTAWOWE PRAWA CHEMICZNE
→
M. Łomonosow (1760 r.)
→
A. Lavoisier (1785 r.)
Suma mas substratów reakcji chemicznej
jest równa sumie mas produktów tej reakcji
Prawo zachowania masy
Prawo zachowania materii (prawo zachowania masy i energii)
Każdej reakcji chemicznej towarzyszy efekt energetyczny,
Który powoduje pewne zmiany masy reagującego układu
zgodnie z podaną przez Einsteina (1905 r.) zależnością
między energią E a masą m:
E = m · c2
c = 3 · 108 m/s
W układach izolowanych suma masy i energii
jest wielkością stałą: Σ (m + E/c2) = const
Prawo stosunków stałych
→
Albert Einstein
(1879-1955)
Nagroda Nobla w 1921 r.
J.L. Proust (1799 r.)
W określonym związku chemicznym pierwiastki są połączone zawsze
w tym samym stosunku wagowym (niezależnie od pochodzenia związku
i metody jego otrzymania)
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
Prawo równoważników Richtera
→ J.B. Richter (1803 r.)
Stosunek mas reagujących ze sobą substancji (pierwiastków lub związków
chemicznych) jest równy stosunkowi ich równoważników chemicznych.
m1 : m2 = R1 : R2
C + O2 = CO2
3 : 8
2 H2 + O2 = 2 H2O
1 : 8
C + 2 H2 = CH4
3 : 1
hist. Równoważnik chemiczny - liczba jednostek wagowych substancji,
która łączy się lub zastępuje 1 jednostkę
wagową wodoru lub 8 jednostek
wagowych tlenu.
Równoważnik chemiczny - to liczba jednostek wagowych substancji
(pierwiastka lub związku chemicznego),
która przyłącza, odszczepia lub wypiera
ze związku 3 jednostki wagowe węgla 12C.
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
Wartościowość formalna pierwiastka - to liczba atomów wodoru
przyłączanych lub zastępowanych podczas reakcji chemicznej.
W przypadku pierwiastków, które nie tworzą połączeń z wodorem, wartościowości te
mogą być określane na podstawie liczby przyłączanych atomów tlenu, gdyż każdy
atom tlenu pod względem wartościowości zastępuje dwa atomy wodoru.
W obliczeniach chemicznych wartościowość formalną wodoru
przyjmuje się za równą 1, a tlenu za równą 2.
Liczba możliwych wartości równoważnika chemicznego jest równa liczbie możliwych
wartościowości, jakie dany pierwiastek może wykazywać w różnych związkach.
Wartość równoważnika chemicznego pierwiastka oblicza się, dzieląc masę atomową
przez wartościowość.
R=
M
w
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
Pojęcie równoważnika chemicznego odnosi się także do związków chemicznych.
Wartościowość
HCl +
H3PO4
H3PO4
H3PO4
⇒ kwasów
⇒ zasad
⇒ soli
NaOH → NaCl + H2O
+ NaOH → NaH2PO4 + H2O
+ 2 NaOH → Na2HPO4 + 2 H2O
+ 3 NaOH → Na3PO4 + 3 H2O
2 HCl + Ba(OH)2 → BaCl2 + 2 H2O
H2SO4 + Ba(OH)2 → BaSO4 ↓ + 2 H2O
2 H3PO4 + 3 Ba(OH)2 → Ba3(PO4)2 ↓ + 6 H2O
Stosowanie pojęcia równoważnika chemicznego upraszcza
w sposób istotny obliczenia chemiczne.
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
wal
Wal - to część mola danej substancji chemicznej, która przyłącza,
odszczepia lub wypiera 1 mol atomów wodoru (lub 1/2 mola
atomów tlenu, 1/4 mola atomów węgla, 1 mol elektronów).
Masa 1 wala to gramorównoważnik (gR) [g/wal]
Gramorównoważnik - to liczba gramów substancji (pierwiastka
lub związku chemicznego), która przyłącza, odszczepia lub wypiera
ze związku 3 gramy węgla 12C.
• liczbowo jest równy równoważnikowi chemicznemu,
z tym że wyrażony jest w gramach;
• gramorównoważnik można zdefiniować też jako liczbę gramów
substancji liczbowo równą równoważnikowi chemicznemu;
• pomiędzy równoważnikiem a gramorównoważnikiem istnieje taka
sama relacja jak pomiędzy względną masą atomową (cząsteczkową)
a masą molową;
gR =
M
w
liczba wali : n w =
m
gR
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
ROZTWORY
Mieszaniny → heterogeniczne
homogeniczne
Roztwory - jednorodne mieszaniny dwóch lub więcej składników
→ gazowe
→ ciekłe
→ stałe
roztwór nienasycony - roztwór, w którym stężenie substancji rozpuszczonej
jest mniejsze niż wynika to z jej rozpuszczalności w danych warunkach
roztwór nasycony - roztwór będący w równowadze z nadmiarem substancji
rozpuszczonej w danych warunkach zewnętrznych (temperatury)
roztwór przesycony - roztwór, w którym stężenie substancji rozpuszczonej
jest większe niż rozpuszczalność danego składnika
rozpuszczalnik - substancja ciekła mająca zdolność rozpuszczania innych
substancji
rozpuszczalność - zdolność substancji (stałej, ciekłej, gazowej) do tworzenia
z innymi substancjami mieszanin jednorodnych pod względem fizycznym
i chemicznym (stężenie substancji rozpuszczonej w nasyconym roztworze
w danej temperaturze)
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
Stężenia:
Cp
Cp =
C
Cn
ms
⋅ 100%
mr
ponieważ
Vr = Vs + Vo
ms
Vs
C=
n
V
n=
m
M
nw = n · w
dr =
Cn =
mr
Vr
nw
V
nw =
m
gR
Cn = C · w
to
gR =
czyli
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
Cm =
xi =
∑n
i
xi
Vs
⋅ 100%
Vr
Cpv =
mr = ms + mo
ds =
Cm
n
mo
ni
∑ ni
= n1 + n 2 + ... + n i
x1 + x2 + ... xi = 1
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
M
w
Cn ≥ C