Ποσοτική και Ποιoτική Ανάλυση

Transcript

1 Ποσοτική και Ποιoτική Ανάλυση ιδάσκων: Σπύρος Περγαντής Γραφείο: Α206 Τηλ /09/2008 1

2 Ποσοτική και Ποιοτική Ανάλυση ΥΛΗ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις (Ebbing and Gammon κεφ. 3) Μάζα και mole μιας ουσίας Προσδιορισμός χημικών τύπων Στοιχειομετρία: Ποσοτικές σχέσεις σε χημικές αντιδράσεις Χημικές Αντιδράσεις: Εισαγωγή (Ebbing and Gammon κεφ. 4) Ιόντα σε υδατικό διάλυμα Τύποι χημικών αντιδράσεων Εργασίες με διαλύματα: γραμμομοριακή συγκέντρωση, αραίωση διαλυμάτων Ποσοτική Ανάλυση: Σταθμική και Ογκομετρική ανάλυση Διαλύματα (Ebbing and Gammon κεφ. 12) Σχηματισμός διαλυμάτων Αθροιστικές ιδιότητες Σχηματισμός Κολλοειδών Ταχύτητες Αντίδρασης (Ebbing and Gammon κεφ. 13) Ταχύτητες αντίδρασης Μηχανισμοί αντιδράσεων 29/09/2008 2

3 Χημική ισορροπία (Ebbing and Gammon κεφ. 14) Περιγραφή χημικής ισορροπίας Χρήση της σταθεράς ισορροπίας Μεταβολή των συνθηκών αντίδρασης Αρχή του Le Chatelier Θεωρίες Οξέων Βάσεων (Ebbing and Gammon κεφ. 15) Θεωρίες οξέων βάσεων Ισχύς οξέων και βάσεων Αυτοϊοντισμός του νερού και ph Ισορροπίες ασθενών οξέων ή βάσεων (Ebbing and Gammon κεφ. 16) Διαλύματα ασθενών οξέων ή βάσεων Ισορροπίες ιοντισμού οξέων Πολυπρωτικά οξέα Ισορροπίες ιοντισμού βάσεων Οξεοβασικές ιδιότητες διαλυμάτων αλάτων Διαλύματα ασθενούς οξέος ή βάσης παρουσία άλλης διαλυμένης ουσίας Επίδραση κοινού άλατος Ρυθμιστικά διαλύματα Καμπύλες ογκομέτρησης οξέος βάσης 29/09/2008 3

4 Διαλυτότητα και Ισορροπίες Συμπλόκων Ιόντων (Ebbing and Gammon κεφ.17) Ισορροπίες διαλυτότητας Ισορροπίες συμπλόκων ιόντων Εφαρμογή ισορροπιών διαλυτότητας Θερμοδυναμική και Ισορροπία (Ebbing and Gammon κεφ. 18) Πρώτος Νόμος της θερμοδυναμικής Ενθαλπία Αυθόρμητες διεργασίες και εντροπία: η εντροπία και ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής Η έννοια της ελεύθερης ενέργειας Ελεύθερη ενέργεια και σταθερές ισορροπίας Στοιχεία Ποιοτικής Ανάλυσης (Σημειώσεις) 29/09/2008 4

5 Παράδοση Μαθημάτων Παρακολούθηση Μαθημάτων Μελέτη ύλης του Μαθήματος κατά τη διάρκεια του εξάμηνου Μελέτη ύλης του Μαθήματος για την πρόοδο Μελέτη ύλης του Μαθήματος για την τελική εξέταση Μελέτη ύλης του Μαθήματος για την εξεταστική Σεπτεμβρίου 29/09/2008 5

6 Παράδοση Μαθημάτων ιαθέσιμα Εργαλεία Παρακολούθηση Μαθημάτων Μελέτη ύλης του Μαθήματος κατά τη διάρκεια του εξάμηνου Μελέτη ύλης του Μαθήματος για την πρόοδο Μελέτη ύλης του Μαθήματος για την τελική εξέταση Μελέτη ύλης του Μαθήματος για την εξεταστική Σεπτεμβρίου Βιβλίο: Γενική Χημεία, Ebbing and Gammon, ΤΡΑΥΛΟΣ ΕΚ ΟΤΙΚΟΣ Οίκος Ιστοσελίδα Μαθήματος: ιαλέξεις, Ανακοινώσεις, Σχετικά άρθρα, Σημειώσεις, Link σε ενδιαφέρουσες πηγές Wireless internet στο κτίριο Αναγνωστήριο 29/09/2008 6

7 ΑΚΑ ΗΜΑΙΚΟΣ ΧΗΜΙΚΟΣ Προσόντα - Εμπειρία PhD in Chemistry ( ) University of British Columbia Lecturer ( ) Birkbeck Univ of London Utrecht University ( ) US Environmental Protection Agency Las Vegas ( ) BSc in Chemistry (1988) University of Ioannina Asst. Professor ( ) University of Crete 29/09/2008 7

8 ΑΚΑ ΗΜΑΙΚΟΣ ΧΗΜΙΚΟΣ Καθήκοντα ραστηριότητες Έρευνα (70-80%) ιδασκαλία (20-25 %) ιοικητικά (5-10%) Έρευνα οργάνωση πειραμάτων και εργαστηρίου επίβλεψη μεταπτυχιακών αιτήσεις για χρηματοδότηση ερευνητικά άρθρα συνέδρια ιδασκαλία προτυχιακά και μεταπτυχιακά μαθήματα εξετάσεις προετοιμασία νέου υλικού συναντήσεις με φοιτητές εξεταστικές επιτροπές ιοικητικά συμμετοχή σε διοικητικά όργανα τμήματος και Πανεπιστημίου 29/09/2008 8

9 Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις (Ebbing and Gammon κεφ. 3) CH 3 COOH 2 Βασικά ερωτήματα σ αυτό το κεφάλαιο: Πώς μπορούμε να προσδιορίσουμε τον χημικό τύπο μιας ουσίας; Πόσο προϊόν μπορούμε να παρασκευάσουμε από μια δεδομένη ποσότητα αντιδρώντων; Άτομα ή μόρια γραμμάρια 29/09/2008 9

10 Ατομικό Βάρος, Μοριακό Βάρος και Τυπικό Βάρος Παράδειγμα 3.1 Υπολογίστε το τυπικό βάρος καθεμιάς από τις παρακάτω ουσίες με ακρίβεια 3 σημαντικών ψηφίων χρησιμοποιώντας πίνακα ατομικών βαρών (AW: atomic weight): (α) χλωροφόρμιο, CHCl 3 (b) Θειικός σίδηρος(ιιι), Fe 2 (SO 4 ) 3 29/09/

11 29/09/

12 10,0 g αιθανόλης πόσα μόρια; 1,31x10 23 μόρια Μετράει μόρια ανά δευτερόλεπτο Χρόνος μέτρησης: 4 δισεκατομμύρια χρόνια 29/09/

13 Η έννοια του mole mole ή γραμμομόριο (mol) μιας ουσίας ορίζεται η ποσότητά της η οποία περιέχει αριθμό μορίων ή τυπικών μονάδων ίσο με τον αριθμό Avogadro (N A ) Ως αριθμός Avogadro (N A ) ορίζεται ο αριθμός ατόμων σε 12 g άνθρακα-12. N A = 6, Χ = 6,02 Χ Παράδειγμα CH 3 CH 2 OH Na 2 CO 3 O O 2 29/09/

14 Η έννοια του mole Η γραμμομοριακή μάζα μιας ουσίας είναι η μάζα ενός mole της ουσίας. Για όλες τις ουσίες: Γραμμομοριακή μάζα σε g/mol = ΤΥΠΙKO ΒΑΡΟΣ (amu) π.χ. αιθανόλη

15 Η έννοια του mole Υπολογισμός μάζας ενός ατόμου ή μορίου Μετατροπή των mol μιας ουσίας σε g Μετατροπή των g μιας ουσίας σε mol Υπολογισμός του αριθμού των μορίων σε μια δεδομένη μάζα Άσκηση 3.2 (α) Πόση είναι η μάζα σε g ενός ατόμου ασβεστίου, Ca ; (β) Πόση είναι η μάζα σε g ενός μορίου αιθανόλης C 2 H 5 OH ; Παράδειγμα 3.3 Το ZnI 2 μπορεί να παρασκευασθεί με απευθείας αντίδραση των στοιχείων του. Ένας χημικός υπολογίζει από τις ποσότητες των στοιχείων ότι μπορούν να σχηματισθούν 0,0654 mol ZnI 2. Πόσα g ιωδιδίου του ψευδαργύρου είναι αυτή η ποσότητα; 29/09/

16 Παράδειγμα 3.4 Ο PbCrO 4 είναι μια κίτρινη χρωστική η οποία παρασκευάζεται από μια αντίδραση καθίζησης. Από μια τέτοια αντίδραση σχηματίσθηκαν 45,6 g ιζήματος PbCrO 4. Πόσα mol PbCrO 4 είναι αυτή η ποσότητα; 01/10/2007 Παράδειγμα 3.5 Πόσα μόρια υπάρχουν σε ένα δείγμα χλωριδίου του υδρογόνου, ΗCl, μάζας 3,46 g ; Άσκηση 3.5 Το κυανίδιο του υδρογόνου, ένα πτητικό, άχρωμο υγρό με έντονη οσμή πικραμιγδάλων, είναι εξαιρετικά δηλητηριώδες. Η μέση τοξική δόση του ΗCΝ είναι 56 mg. Πόσα μόρια ΗCΝ υπάρχουν σε αυτή τη ποσότητα; 29/09/

17 Προσδιορισμοί Χημικών Τύπων 01/10/2007 ΝΕΑ ΕΝΩΣΗ ΕΜΠΕΙΡΙΚΟ ΤΥΠΟ Εκατοστιαία περιεκτικότητα ΜΟΡΙΑΚΗ ΕΝΩΣΗ ΜΟΡΙΑΚΟ ΤΥΠΟ Εκατοστιαία περιεκτικότητα Μοριακό Βάρος Ορίζουμε ως εκατοστιαία περιεκτικότητα κατά μάζα του Α τα μέρη του Α που υπάρχουν σε εκατό μέρη του συνόλου 29/09/

18 Παράδειγμα 3.6 Η CH 2 O είναι ένα τοξικό αέριο με δριμεία οσμή. Μεγάλες ποσότητες CH 2 O καταναλώνονται στη βιομηχανία των πλαστικών, ενώ υδατικά διαλύματα της ένωσης χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση βιολογικών δειγμάτων. Υπολογίστε την εκατοστιαία περιεκτικότητα της CH 2 O. (3 σημαντικά ψηφία). Υπολογισμός της εκατοστιαίας περιεκτικότητας από τον τύπο 01/10/2007 Παράδειγμα 3.7 Πόσα g C υπάρχουν σε 83,5 g CH 2 O; Να χρησιμοποιηθεί η εκατοστιαία σύσταση που βρέθηκε στο προηγούμενο παράδειγμα. (40,0% C, 6,73% H, 53,3% O) Υπολογισμός της μάζας ενός στοιχείου σε δεδομένη μάζα ένωσης 29/09/

19 Στοιχειακή Ανάλυση: % C, H, O Παράδειγμα 3.8 Το οξικό οξύ περιέχει μόνο C, H και Ο. Ένα δείγμα 4,24 mg οξικού οξέος καίγεται πλήρως παράγοντας 6,21 mg CΟ 2 και 2,54 mg Η 2 O. Πόση είναι η εκατοστιαία περιεκτικότητα του οξικού οξέος σε C, H και Ο; Υπολογισμός της εκατοστιαίας περιεκτικότητας σε C και Η μετά από καύση 29/09/

20 Προσδιορισμός Τύπων Ο ΕΜΠΕΙΡΙΚΟΣ ΤΥΠΟΣ μιας ένωσης είναι ο χημικός τύπος της ένωσης γραμμένος με τους μικρότερους ακέραιους δείκτες. Ιοντικές ενώσεις Μοριακές ενώσεις C 2 H 2 C 6 H 6 29/09/

21 Παράδειγμα 3.9 Μια ένωση αζώτου και οξυγόνου αναλύεται και βρίσκεται ότι ένα δείγμα της ένωσης με μάζα 1,587 g περιέχει 0,483 g N και 1,104 g O. Ποιος είναι ο εμπειρικός τύπος της ένωσης; Προσδιορισμός εμπειρικού τύπου από τις μάζες των στοιχείων Παράδειγμα 3.10 Το Cr σχηματίζει ενώσεις διαφόρων χρωμάτων. Το διχρωμικό νάτριο είναι η σημαντικότερη εμπορική ένωση του Cr, από την οποία παράγονται βιομηχανικά πολλές άλλες ενώσεις του Cr. Πρόκειται για μια κρυσταλλική ουσία με λαμπερό πορτοκαλί χρώμα. Η ανάλυση του διχρωμικού νατρίου δείχνει την ακόλουθη εκατοστιαία σύσταση: 17,5% Na, 39,7% Cr και 42,8% O. Ποιος είναι ο εμπειρικός τύπος της ένωσης; Προσδιορισμός εμπειρικού τύπου από την εκατοστιαία σύσταση 29/09/

22 Μοριακός Τύπος από εμπειρικό τύπο Μοριακό βάρος = n X βάρος εμπειρικού τύπου Παράδειγμα 3.11 Εκατοστιαία σύσταση οξικού οξέος είναι: 39,9% C, 6,7% H και 53,4% O. Προσδιορίστε τον εμπειρικό τύπο του οξικού οξέος. Το μοριακό βάρος του οξικού οξέος βρέθηκε να είναι 60,0 amu. Ποιος είναι ο Μοριακός του τύπος; Προσδιορισμός μοριακού τύπου από την εκατοστιαία σύσταση και το μοριακό βάρος 29/09/

23 ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΜΑΖΑΣ και ΜΟΡΙΑΚΟ ΒΑΡΟΣ 29/09/

24 29/09/

25 Στοιχειομετρία: Ποσοτικές σχέσεις σε χημικές αντιδράσεις N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Βιομηχανική μέθοδος Haber Μοριακή ερμηνεία Γραμμομοριακή ερμηνεία Ερμηνεία σε μάζες 29/09/

26 Στοιχειομετρία: Ποσοτικές σχέσεις σε χημικές αντιδράσεις Παράδειγμα 3.12 Ο αιματίτης Fe 2 O 3 είναι ένα σημαντικό μετάλλευμα του σιδήρου. Ο ελεύθερος σίδηρος λαμβάνεται από την αντίδραση του αιματίτη με CO σε υψικάμινο. Η αντίδραση είναι: Fe 2 O 3 (s) + 3CO (g) 2Fe (s) + 3CO 2 (g) Πόσα g σιδήρου πορούν να παραχθούν από 1,00 kg Fe 2 O 3 ; 29/09/

27 Παράδειγμα 3.13 Σήμερα το χλώριο παρασκευάζεται από χλωρίδιο του νατρίου με ηλεκτρική διάσπαση. Παλαιότερα παρασκευαζόταν με θέρμανση υδροχλωρικού οξέος και πυρολουσίτη (μετάλλευμα MnO 2 ). Η ίδια μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί για την εργαστηριακή Παρασκευή μικρών ποσοτήτων χλωρίου: 4HCl (aq) + MnO 2 (s) 2H 2 O (l) + MnCl 2 (aq) + Cl 2 (g) Πόσα g HCl αντιδρούν με 5,00 g MnO 2, σύμφωνα με την εξίσωση; 29/09/

28 Περιοριστικό Αντιδρών: Θεωρητικές και εκατοστιαίες αποδόσεις H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (g) 29/09/

29 Παράδειγμα 3.14 Μεταλλικός ψευδάργυρος και υδροχλωρικό οξύ αντιδρούν σύμφωνα με την αντίδραση: Zn (s) + 2HCl (aq) ZnCl 2 (aq) + H 2 (g) Αν προστεθούν 0,30 mol Zn σε υδροχλωρικό οξύ που περιέχει 0,52 mol HCl, πόσα mole H 2 θα παραχθούν; 29/09/

30 Παράδειγμα 3.15 Σύμφωνα με μια μέθοδο παραγωγής οξικού οξέος, διοχετεύεται αέριο οξυγόνο σε CH 3 CHΟ η οποία περιέχει ως καταλύτη οξικό μαγγάνιο (ΙΙ), υπό πίεση στους 60 οc. 2CH 3 CHO (l) + O 2 (g) 2HC 2 H 3 O 2 (l) Για μια εργαστηριακή δοκιμή αυτής της μεθόδου, τοοθετήθηκαν 20,0 g CH 3 CHΟ και 10,0 g O 2 σε ένα δοχείο αντίδρασης. (α) Πόσα g οξικού οξέος μπορούν να παραχθούν από αυτή την αντίδραση και από αυτές τις ποσότητες αντιδρώντων; (β) Πόσα g από το αντιδρών που βρίσκεται σε περίσσεια μένουν αναλλοίωτα μετά το πέρας της αντίδρασης; 29/09/