Η έννοια του mole. Aριθμός του Avogadro (N A ) = 6,

Transcript

1 Η έννοια του mole Μole (σύμβολο mol) ή γραμμομόριο χημικής ουσίας: Ποσότητα ουσίας που περιέχει τόσα μόρια ή τυπικές μονάδες όσα είναι ο αριθμός ατόμων (Ν Α ) που υπάρχουν σε ακριβώς 12 g 12 C. Η μάζα ενός ατόμου άνθρακα-12 είναι 12 u (ή 12 amu), άρα η μάζα των Ν Α ατόμων του θα είναι 12 u Ν Α και συγχρόνως ίση με 12 g. 12 g = Ν Α 12 u ή Ν Α = 1 g u -1 ή u Ν Α = 1 g Το Ν Α είναι δηλαδή ένας αριθμός που μας λέει «πόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός γραμμαρίου από τη μάζα 1 u» Στον εικοστό αιώνα η ατομική μονάδα μάζας 1u μετρήθηκε ίση με 1, g, άρα: Ν Α 1g 1, g ή Ν Α = 6, Aριθμός του Avogadro (N A ) = 6,

2 Πόσο μεγάλος είναι ο αριθμός του Avogadro;

3 Η έννοια του mole Γραμμομοριακή μάζα χημικής ουσίας είναι η μάζα ενός mole της ουσίας και για όλες τις ουσίες η γραμμομοριακή μάζα σε γραμμάρια ανά mole είναι αριθμητικά ίση με την τυπική μάζα σε ατομικές μονάδες μάζας Πενταϋδρικός θειικός χαλκός CuSO 4 5H 2 O CuSO 4 Ποσότητα ενός mol από διάφορες ουσίες

4 Η ημέρα του mole! Η Mole Day ( ) η Ημέρα του MOLE - γιορτάζεται από τους χημικούς των ΗΠΑ, Καναδά, Ν. Αφρικής, Αυστραλίας κάθε χρόνο (από το 1980) στις 23 Οκτωβρίου ανάμεσα στις 6.02 το πρωί και 6.02 το απόγευμα (6:02 10/23) στα σχολεία, με σκοπό να προκαλέσουν το ενδιαφέρον των μαθητών για τη Χημεία και να ανακαλύψουν τη γοητεία της.

5 Άσκηση 3.3 Σε 1L διαλύματος υπεροξειδίου του υδρογόνου υπάρχουν 0,909 mol της ουσίας. Πόσα γραμμάρια υπεροξειδίου του υδρογόνου είναι σε αυτόν τον όγκο διαλύματος; 16,36 g 30,91 g 29,82 g 30,9 g

6 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΤΥΠΩΝ Εκατοστιαία περιεκτικότητα από το χημικό τύπο Κατά την ανάλυση μιας νέας ένωσης προσδιορίζονται οι ποσότητες των στοιχείων σε δεδομένη μάζα της ένωσης, δηλ. υπολογίζεται η εκατοστιαία σύσταση ή η εκατοστιαία περιεκτικότητα κατά μάζα του κάθε στοιχείου π.χ. Α αυτής: Μάζα % του Α = μάζα του A στο σύνολο μάζα του συνόλου Χ 100% Άσκηση 3.6 Να υπολογίσετε την εκατοστιαία σύσταση του αζωτούχου λιπάσματος νιτρικού αμμωνίου (με τρία σημαντικά ψηφία).

7 Στοιχειακή ανάλυση: Εκατοστιαία περιεκτικότητα σε άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο CuO Είσοδος οξυγόνου Φούρνος Εξοδος περίσσειας οξυγόνου Δισκίο δείγματος Ξηραντικό μέσο NaOH Συσκευή καύσης για προσδιορισμό εκατοστιαίας περιεκτικότητας σε άνθρακα και υδρογόνο μιας ένωσης

8 Άσκηση ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΗ Δείγμα 3,87 mg ασκορβικού οξέος δίνει μετά την καύση 5,80 mg CO 2 και 1,58 mg Η 2 Ο. Πόση είναι η εκατοστιαία σύσταση της ένωσης αυτής; (Υπόδειξη: Η βιταμίνη C περιέχει μόνο C, Η και Ο) C = 54,5% H = 4,57% Ο = 40,9% C = 40,87% H = 4,57% Ο = 54,5% C = 40,9% H = 4,58% Ο = 54,5% C = 4,57% H = 54,5% Ο = 40,9%

9 ΣΤΟΙΧΕΙΟΜΕΤΡΙΑ:Ποσοτικές σχέσεις σε χημικές αντιδράσεις Στοιχειομετρία: Υπολογισμός ποσοτήτων αντιδρώντων και προϊόντων που εμπλέκονται σε χημική αντίδραση. Βασίζεται στη χημική της εξίσωση και στη σχέση μεταξύ μάζας και mole Μια χημική εξίσωση μπορεί να ερμηνευθεί αναφορικά με αριθμούς μορίων (ή ιόντων ή τυπικών μονάδων) και moles, ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες. Ν 2 (g) + 3Η 2 (g) Δ 2ΝΗ 3 (g) 1 μόριο Ν μόρια Η 2 2 μόρια ΝΗ 3 (μοριακή ερμηνεία) 1 mol Ν mol Η 2 2 mol ΝΗ 3 (γραμμομοριακή ερμηνεία) 28,0 g Ν ,02 g Η ,0 g ΝΗ 3 (ερμηνεία με μάζες)

10 Άσκηση ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΗ Πόση είναι η μάζα του αντιδρώντος που μένει ανέπαφη μετά το πέρας της αντίδρασης 25 g θειικού οξέος με 7,7 g υδροξειδίου του καλίου; (Υπόδειξη: Να γραφεί πρώτα η ισοσταθμισμένη εξίσωση) 18,27 g 2,95 g 18 g 2,9 g Άσκηση ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΗ Πόσα γραμμάρια μεταλλικού νατρίου απαιτούνται να πέσουν σε νερό για να παραχθούν 7,81 g υδρογόνου; (Υπόδειξη: Να γραφεί πρώτα η ισοσταθμισμένη εξίσωση)

11 Περιοριστικό αντιδρών Όταν αντιδρώντα προστίθενται σε ποσότητες διαφορετικές από τις γραμμομοριακές αναλογίες που δείχνει η χημική εξίσωση, μόνο το ένα από τα αντιδρώντα πιθανόν να καταναλωθεί πλήρως, ενώ κάποιες ποσότητες από τα άλλα παραμένουν ανέπαφες! Το περιοριστικό αντιδρών (ή περιοριστικό αντιδραστήριο) είναι εκείνο που καταναλώνεται πλήρως όταν η αντίδραση φθάσει στο τέρμα της Τα moles των προϊόντων καθορίζονται πάντα από τα αρχικά moles του περιοριστικού αντιδρώντος! Αντιδρών σε περίσσεια: εκείνο που δεν καταναλώνεται πλήρως

12 Άσκηση 3.16 Πόσα moles χλωριδίου του αργιλίου μπορούν να παρασκευασθούν από μίγμα 0,15 mol ρινισμάτων αργιλίου και 0,35 mol αερίου χλωριδίου του υδρογόνου; 2Al(s) + 6ΗCl(g) 2AlCl 3 (s) + 3Η 2 (g)

13 ΛΥΣΗ Άσκησης 3.16 Βρίσκουμε το περιοριστικό αντιδρών υπολογίζοντας τα moles του AlCl 3 που παράγονται από την πλήρη κατανάλωση των Al και ΗCl 2 mol AlCl 0,15mol Al 3 0,150 mol 2 mol Al AlCl 2 mol AlCl 0,35molHCl 3 0,166mol 6 molhcl AlCl 3 3!! Το περιοριστικό αντιδρών είναι το ΗCl και η ποσότητα του AlCl 3 που μπορεί να παραχθεί είναι 0,12 mol

14 Θεωρητικές και εκατοστιαίες αποδόσεις Θεωρητική απόδοση προϊόντος: μεγίστη ποσότητα προϊόντος που μπορεί να ληφθεί σε μια αντίδραση από δοσμένες ποσότητες αντιδρώντων (υπολογισμένη τιμή) Πραγματική απόδοση προϊόντος: ποσότητα προϊόντος που λαμβάνεται τελικά (πειραματική τιμή) Εκατοστιαία απόδοση προϊόντος: η πραγματική απόδοση εκφρασμένη ως % ποσοστό της θεωρητικής απόδοσης πραγματική απόδοση Εκατοστιαία απόδοση = 100% θεωρητική απόδοση

15 Άσκηση ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΗ Αφού συμπληρώσετε την αντίδραση της τέλειας καύσης δισουλφιδίου του άνθρακα με οξυγόνο.. (g) + (g).... (g) +..SO 2 (g), να πείτε: (α) Πόσα moles διοξειδίου του θείου μπορούν να παραχθούν το πολύ αν χρησιμοποιήθηκαν 1,09 mol Ο 2, και 0,39 mol δισουλφιδίου του άνθρακα; (Υπόδειξη: Βρείτε πρώτα το περιοριστικό αντιδρών) (β) Αν τελικά παραχθούν 36,7 g διοξειδίου του θείου, πόση είναι η εκατοστιαία απόδοση; Δυαδικές ενώσεις αποτελούμενες από δύο αμέταλλα ή μεταλλοειδή συνήθως είναι μοριακές και ονοματίζονται με σύστημα προθεμάτων (μονο-, δι-, τρι-, τετρα-, πεντα- ) Γράφεται πρώτο το προηγούμενο: Β Si C Sb As P N H Te Se S I Br Cl O F

16 Άσκηση ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΗ Εισάγουμε σε δοχείο αντίδρασης 15 g μεθανόλης και 10 g μονοξείδιο του άνθρακα. Πόση είναι η θεωρητική απόδοση σε οξικό οξύ; Αν η πραγματική απόδοση είναι 19,1 g πόση είναι η εκατοστιαία απόδοση;

17 2. Χημικές Αντιδράσεις: Εισαγωγή ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ: Η ιοντική θεωρία των διαλυμάτων Μοριακές και ιοντικές εξισώσεις Αντιδράσεις καταβύθισης Αντιδράσεις οξέων-βάσεων Αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής Ισοστάθμιση απλών εξισώσεων οξείδωσης-αναγωγής Γραμμομοριακή συγκέντρωση Αραίωση διαλυμάτων

18 Απλές χημικές αντιδράσεις πραγματοποιούμενες κυρίως σε υδατικά διαλύματα βοηθούν στην κατανόηση πολυπλοκότερων που αναφέρονται στη βιολογία, γεωλογία, περιβάλλον Svante Arrhenius ( ) Σουηδός Χημικός (Νόμπελ Χημείας 1903) Η ιοντική θεωρία των διαλυμάτων Προτάθηκε από τον Arrhenius τo 1884 για να ερμηνευθεί η αγωγιμότητα του καθαρού νερού μετά τη διάλυση ορισμένων ουσιών σε αυτό

19 Η ιοντική θεωρία των διαλυμάτων Ουσίες που διαλύονται στο νερό είναι είτε ηλεκτρολύτες είτε μη ηλεκτρολύτες Ηλεκτρολύτης: ουσία που διαλυόμενη στο νερό δίνει διάλυμα ηλεκτρικά αγώγιμο (π.χ. τα περισσότερα ιοντικά στερεά, το ΗCl κ.λπ.) Ισχυρός ηλεκτρολύτης: Υπάρχει στο διάλυμα σχεδόν εξ ολοκλήρου υπό μορφή ιόντων π.χ. NaCl(s) H 2 O Na + (aq) + Cl (aq) Ασθενής ηλεκτρολύτης: Υπάρχει στο διάλυμα ένα σχετικά μικρό ποσοστό ιόντων π.χ. NH 3 (aq) + H 2 O( ) NH 4+ (aq) + OH (aq) Κίνηση ιόντων σε διάλυμα Μη Ηλεκτρολύτης: ουσία που διαλυόμενη στο νερό δίνει μη αγώγιμο ή πολύ ασθενώς αγώγιμο διάλυμα (π.χ. oι μοριακές ενώσεις σακχαρόζη C 12 H 22 O 11, μεθανόλη CH 3 OH κ.λπ.)

20 Μοριακές και Ιοντικές εξισώσεις 1) Μοριακή εξίσωση 2KI(aq) + Pb(NO 3 ) 2 (aq) PbI 2 (s) + 2ΚNO 3 (aq) 2) Πλήρης ιοντική εξίσωση 2K + (aq) + 2I (aq) + Pb 2+ (aq) +2NO 3 (aq) PbI 2 (s) + 2Κ + (aq) + 2NO 3 (aq) Ιόντα θεατές σε ιοντική εξίσωση: δεν συμμετέχουν στην αντίδραση! 3) Τελική ιοντική εξίσωση 2I (aq) + Pb 2+ (aq) PbI 2 (s) Αντίδραση καταβύθισης ιζήματος ιωδιδίου του μολύβδου από διάλυμα νιτρικού μολύβδου(ii) με την προσθήκη ιωδιδίου του καλίου Αδιάλυτη στερεή ένωση σχηματιζόμενη στο διάλυμα κατά τη διάρκεια χημικής αντίδρασης

21 Άσκηση ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΗ Να διατυπώσετε πλήρεις, ιοντικές και τελικές ιοντικές εξισώσεις για καθεμία από τις ακόλουθες μοριακές εξισώσεις: (α) 2ΗNO 3 (aq) + Mg(OH) 2 (s) 2H 2 O(l) + Mg(NO 3 ) 2 (aq) Το νιτρικό οξύ, ΗΝΟ 3, είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης (β) Pb(NO 3 ) 2 (aq) + Na 2 SO 4 (aq) PbSO 4 (s) + 2NaNO 3 (aq)

22 Αν δύο ουσίες αναμιχθούν: Θα αντιδράσουν μεταξύ τους; Ποια προϊόντα θα δημιουργηθούν; (α) Να γράψετε μοριακές και τελικές ιοντικές εξισώσεις για καθεμία από τις ακόλουθες περιπτώσεις (σε υδατικό διάλυμα), να ισοσταθμίσετε τις αντιδράσεις και να επισημάνετε τις φάσεις: α/α ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΜΟΡΙΑΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ ΤΕΛΙΚΗ ΙΟΝΤΙΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ a Nιτρικός άργυρος + ιωδίδιο του νατρίου b Νιτρικό οξύ + υδροξείδιο του βαρίου c Μεταλλικό αργίλιο + θειικό οξύ

23 Τύποι Χημικών αντιδράσεων 1. Αντιδράσεις καταβύθισης: Ανάμιξη διαλυμάτων δύο ιοντικών ουσιών και σχηματισμός στερεάς ιοντικής ουσίας (ίζημα) 2. Αντιδράσεις οξέων βάσεων: Βάση και οξύ αντιδρούν με μεταφορά πρωτονίου μεταξύ των αντιδρώντων 3. Αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής: Εμπεριέχεται μεταφορά ηλεκτρονίων μεταξύ των αντιδρώντων

24 Αντιδράσεις καταβύθισης Μια αντίδραση καταβύθισης λαμβάνει χώρα σε υδατικό διάλυμα επειδή ένα προϊόν είναι αδιάλυτο στο νερό. Διαλυτότητα : Ικανότητα των ουσιών να διαλύονται στο νερό (ευδιάλυτες και αδιάλυτες ή δυσδιάλυτες ουσίες ). Ορίζεται ως η μάζα ουσίας που διαλύεται σε δεδομένη ποσότητα νερού (συνήθως g/100ml) και δεδομένη θερμοκρασία Γραμμένη ως μοριακή εξίσωση μια αντίδρασης καταβύθισης έχει τη μορφή αντίδρασης ανταλλαγής, όπου: Αντίδραση ανταλλαγής (ή μετάθεσης): Εμπεριέχει την ανταλλαγή ιόντων μεταξύ των δύο αντιδρώντων, π.χ. AgNO 3 (aq) + NaI(aq) AgI(s) + NaNO 3 (aq)

25 ΚΑΝΟΝΕΣ ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑΣ (ΓΙΑ ΥΔΑΤΙΚΑ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ) 1. Όλα τα άλατα των αλκαλίων (Li +, Na +, K +, Rb +, Cs + ) (Ομάδα ΙΑ ή 1) και του αμμωνίου (ΝΗ 4+ ) είναι ευδιάλυτα 2. Όλα τα οξικά (CH 3 COO ), υπερχλωρικά (ClO 4 ), χλωρικά (ClO 3 ) και νιτρικά (NO 3 ), άλατα είναι ευδιάλυτα 3. Οι ενώσεις των αργύρου (Ag + ), υφυδραργύρου (Hg 2 2+), και μολύβδου (Pb 2+ ) είναι δυσδιάλυτες 4. Όλα τα χλωρίδια, βρωμίδια και ιωδίδια (Cl, Br, I ) είναι ευδιάλυτα 5. Όλα τα ανθρακικά (CO 32 ), φωσφορικά (PO 43 ), πυριτικά (SiO 44 ) άλατα, τα υδροξείδια (OH ), οξείδια (O 2 ) και σουλφίδια (S 2 ) είναι δυσδιάλυτα 6. Τα θειικά (SO 42 ) άλατα είναι ευδιάλυτα εκτός εκείνων του ασβεστίου (Ca 2+ ) και του βαρίου (Ba 2+ ) ΠΡΟΣΟΧΗ: Οι κανόνες εφαρμόζονται αυστηρά με τη σειρά που δίνονται!

26 Άσκηση ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΗ Αναμιγνύετε υδατικά διαλύματα: (α) ιωδιδίου του νατρίου και οξικού μολύβδου(ιι) (β) Χλωριδίου του ασβεστίου και νιτρικού αργιλίου (γ) Νιτρικού μαγνησίου και θειικού καλίου (δ) Νιτρικού βαρίου και θειικού καλίου Σε κάθε περίπτωση: (i) Aν γίνεται αντίδραση γράψτε την ισοσταθμισμένη μοριακή εξίσωση και την τελική ιοντική εξίσωση. (ii) Αν δεν γίνεται αντίδραση, γράψτε τους τύπους των ενώσεων και μετά το βέλος, την ένδειξη ΚΑ (Καμία Αντίδραση).