Περιβαλλοντική Χημεία - Γεωχημεία. Διαφάνειες 3 ου Μαθήματος Γαλάνη Απ. Αγγελική, Χημικός Ph.D. Ε.ΔΙ.Π.

Transcript

1 Περιβαλλοντική Χημεία - Γεωχημεία Διαφάνειες 3 ου Μαθήματος Γαλάνη Απ. Αγγελική, Χημικός Ph.D. Ε.ΔΙ.Π.

2 Mole Ατομικά και Μοριακά Βάρη

3 Mole Οι αριθμοί των μορίων ή ιόντων που διαχειρίζεται όποιος παρασκευάζει μια ένωση στη βιομηχανία ή μελετά μια αντίδραση στο εργαστήριο είναι εξαιρετικά μεγάλοι. Για διευκόλυνση χρησιμοποιείται από τους χημικούς η έννοια του mole Το mole είναι η ποσότητα μιας δεδομένης ουσίας που περιέχει τόσες στοιχειώδεις οντότητες (άτομα, μόρια, ιόντα, ηλεκτρόνια, στοιχειώδη φορτία, φωτόνια κ.τ.λ) όσος είναι ο αριθμός των ατόμων που υπάρχουν σε ακριβώς 12 g άνθρακα-12. Ο αριθμός των ατόμων σε δείγμα άνθρακα-12 το οποίο ζυγίζει 12 g ακριβώς λέγεται αριθμός Avogadro, (N A ), και είναι ίσος με 6, (6, ). Δηλαδή ένα mole είναι ποσότητα μιας δεδομένης ουσίας τόση όση περιέχει Ν Α =6,02 x στοιχειώδεις οντότητες (άτομα, μόρια, ιόντα, ηλεκτρόνια, στοιχειώδη φορτία, φωτόνια κ.τ.λ)

4 Από τον ορισμό του mole προσδιορίζεται ησχέσημεταξύamu και γραμμαρίων 6,022 x amu = 1 g 1 amu = 1,66054 x g

5 Mole ατόμων - Γραμμοάτομο (gr-at) Ως 1 mole ατόμων ορίζεται η ποσότητα ενός στοιχείου η οποία περιέχει 6, άτομα του στοιχείου. Το mole ατόμων έχει μάζα σε γραμμάρια όσο η σχετική ατομική μάζα Αr (ατομικό βάρος) του στοιχείου.

6 Μole μορίων - Γραμμομόριο (mol) Ως 1 mole μορίων ορίζεται η ποσότητα ενός στοιχείου ή μίας μοριακής χημικής ένωσης η οποία περιέχει 6, μόρια του στοιχείου ή της χημικής ένωσης. Όταν αναφερόμαστε σε ιοντικές χημικές ενώσεις το mole της χημικής ένωσης περιέχει : ν 6, θετικά ή αρνητικά ιόντα όπου ν είναι ο συντελεστής αναλογίας του ιόντος στη γραφή τουμοριακούτύπουτηςένωσης. Το mole μορίων έχει μάζα σε γραμμάρια όση είναι η σχετική μοριακή μάζα Μr (μοριακό βάρος) του στοιχείου ή της χημικής ένωσης.

7 Μole ιόντων - Γραμμοϊόν (gr-ion) Ως 1 mole ιόντων ορίζεται η ποσότητα απλών ή σύνθετων ιόντων η οποία περιέχει 6, ιόντα. Το mole ιόντων έχει μάζα σε γραμμάρια όσο η σχετική ατομική μάζα Αr του στοιχείου (για τα απλά ιόντα) ή η σχετική μοριακή μάζα Μr του σύνθετου ιόντος

8 Μole στοιχειωδών φορτίων (ή ηλεκτρονίων) - Γραμμοϊσοδύναμο ή ισοδύναμο βάρος (gr-eq) Ως 1 mole στοιχειωδών φορτίων ορίζεται η ποσότητα στοιχείου, χημικής ένωσης ή ιόντος που παρέχει 6, στοιχειώδη θετικά ή αρνητικά φορτία κατά τη διάρκεια μίας χημικής μεταβολής. Το mole στοιχειωδών φορτίων ενός στοιχείου ή μίας χημικής ένωσης έχει μάζα σε γραμμάρια όση η σχετική ατομική ή μοριακή μάζα αντίστοιχα, διαιρεμένη με τον αριθμό φορτίων που το άτομο ή το μόριο παρέχει στη συγκεκριμένη χημική μεταβολή (ο αριθμός αυτός δίνεται στον πίνακα που ακολουθεί για μεταθετικές και οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις).

9 Τύπος Αντίδρασης Αντιδρώσα ουσία Αριθμός φορτίων Παραδείγματα Μεταθετικές Οξύ Αριθμός Η HCl =1 (οξέος, βάσεως, καθίζησης) Βάση Αριθμός ΟΗ Ba(OH) 2 =2 Οξειδοαναγωγής Άλας Ολικός αριθμός οξείδωσης αντιδρώντων θετικών ή αρνητικών ιόντων Na 2 HPO 4 για το Η + =1 για το Na + =2 για τα PO 4 3- =3 Οξειδωτικό Μεταβολή Α.Ο. KMnO 4 =5 MnO 4- Mn 2+ Αναγωγικό Μεταβολή Α.Ο. H 2 S =2 S 2- = S 0

10 Εκφράσεις οι οποίες σχετίζονται άμεσα με το mole Γραμμομοριακός όγκος Vm. Είναι ο όγκος ενός mole μορίων αερίου. Σε κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης ο γραμμομοριακός όγκος ενός ιδανικού αερίου είναι 22,4 λίτρα. Γραμμομοριακή μάζα M Είναι η μάζα ενός mole μορίων ενός στοιχείου ή μίας χημικής ένωσης η οποία μετριέται στο S.I. σε kg/mole. Ισχύει Μ=Μr/1000 Όπου Μ η γραμμομοριακή μάζα και Μr ησχετικήμοριακήμάζα, (το γνωστό μοριακό βάρος) Συγκέντρωση C Ως συγκέντρωση C ενός διαλύματος (Molarity) ορίζονται τα moles διαλυμένης ουσίας που περιέχονται σε όγκο V ενός λίτρου διαλύματος. Η συγκέντρωση συνήθως μετριέται σε mol/l. C = n / V(όπου V o όγκος σε L)

11 Παραδείγματα και ασκήσεις Αρχές Περιβαλλοντικής Γεωχημείας G. NELSON EBY Μετάφραση Νίκος Λυδάκης Σημαντήρης, Δέσποινα Πεντάρη

12 0,02 g ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3 ) διαλύεται σε 1L νερού. Να υπολογίσετε τα mole του ανθρακικού ασβεστίου που διαλύθηκαν στο νερό, τα mole των ιόντων Ca 2+ στο διάλυμα και τον αριθμό των ιόντων Ca 2+ στο διάλυμα. Δίνονται Α.Β.Ca = 40,078, A.B.C = 12,011, A.B. O = 15,999 Λύση Το γραμμομοριακό βάρος του CaCO 3 βρίσκεται ως εξής: Μ R CaCO3 = Α.Β. Ca +, A.B. C + 3A.B. O = 40, ,011 +3x 15,999 = 100,086 g mol -1 Moles CaCO 3 = 0,02 g / 100,086 g mol -1 = 1,998 x 10-4 mol Σε κάθε mole CaCO 3 υπάρχει 1 mole Ca άρα στο διάλυμα Ca 2+ = 1,998 x 10-4 mol Ο αριθμός των ιόντων Ca 2+ στο διάλυμα είναι = 1,998 x 10-4 mol x 6,022 x ιόντα ανά mol = 1,203 x ιόντα

13 1 L διαλύματος περιέχει 2x10-3 mol BaSO 4. Να υπολογιστεί η μάζα του BaSO 4 που είναι διαλυμένη στο νερό Δίνονται Α.Β. Βa = 137,33, A.B. S = 32,066, A.B. O = 15,999 Λύση Μ R ΒaSO4 = Α.Β. Ba +, A.B. S + 4A.B. O = (137,33) + (32,066) +4x (15,999) = 233,392 g Τα g του BaSO 4 στο διάλυμα είναι = 2x10-3 mol x 233,392 g mol -1 = 0,467 g

14 Υπολογίστε - τον αριθμό των ατόμων σε 9,42 g Li - τον αριθμό μορίων σε 63 g ΝΗ 3 - τον αριθμό των τυπικών μονάδων σε SO 4 2- σε 16,2g Cr 2 (SO 4 ) 3

15 AΒ Li = 6,941 u Γραμμομοριακή μάζα Li = 6,941g mol -1 Άρα σε 9,42 g Li 9,42 g / 6,941g mol -1 = 1,357 mol Li άρα 1,357 mol Li 6, άτομα /mol = 8, άτομα Li M RNH3 = 14, ,008 = 17,03 g mol -1 Γραμμομοριακή μάζα NH 3 = 17,03g mol g / 17,03g mol -1 = 3,699 mol NH 3 άρα 3,699 mol NH 3 6, μόρια /mol = 22, μόρια ΝΗ 3 M R Cr 2 (SO 4 ) 3 =2 (52) +3 (32,07) + 12 (16)= 392,21 g mol -1 Γραμμομοριακή μάζα = Cr 2 (SO 4 ) 3 = 392,21g mol -1 16,2 g / 392,21g mol -1 = 0,041 mol Cr 2 (SO 4 ) 3 άρα Ιόντα SO 4 2- = 3 0,041 6, ιόντα = 0, ιόντα SO 4 2-

16 Υπολογισμός της εκατοστιαίας περιεκτικότητας από το χημικό τύπο Μάζα % συστατικού Α = (μάζα του Α/μάζα του συνόλου) 100 Π.χ υπολογίστε την % σύσταση του ΚClO 4 αν Α.Β.Κ = 39,1 u, A.B.Cl = 35,45 u, A.B.O=16 u M R ΚClO 4 = (39,1) + (35,45) + 4 (16) = 138,55 g mol -1 Σε 1 mol (138,55 g) ΚClO 4 περιέχονται 1mole K, (39,1 g), 1 mole Cl( 35,45 g) και 4 mole O (64 g) %K = (39,1 g / 138,55 g) 100=28,2% %Cl = (35,45 / 138,55) 100 = 25,6% %O = (64 / 138,55) 100 = 46,2%

17 1. Να υπολογίσετε το μοριακό βάρος του καολινίτη [Al 2 Si 2 O 5 (OH) 2 ]. Δίνονται Α.Β. :Al= 26,982 Si=28,086, O = 15,999, H = 1,0079 (36 η άσκηση 1 ου κεφαλαίου) 2. Υπάρχουν 5 σταθερά ισότοπα Τi α. Χρησιμοποιώντας τα πιο κάτω δεδομένα να βρείτε το Α.Β. του Τi Ισότοπο % Αφθονία Μάζα (amu) 46 Ti 8,0 45, Ti 7,28 46, Ti 73,8 47, Ti 5,5 48, Ti 5,4 49,94479 β. Ο χημικός τύπος του ορυκτού rutile είναι TiO 2. Nα υπολογίσετε τον αριθμό των γραμμαρίων Ti σε 45,3 g rutile.

18 γ. Να υπολογίσετε τον αριθμό των mol του Ti στο rutile δ. Να υπολογίσετε τον αριθμό των ατόμων του Ti στο rutile ε. Να υπολογίσετε τη μάζα (σε kg) ενός ατόμου Ti. (34 η άσκηση 1 ου κεφαλαίου)

19 Χημεία Διαλυμάτων Διαλύματα

20 Είναι Διαλύματα Ομογενή μίγματα δύο ή περισσοτέρων συστατικών με μέγεθος σωματιδίων < 1nm Οπτικά διαυγή Με συστατικά που δεν διαχωρίζονται με το χρόνο ούτε με απλή διήθηση Περιέχουν Το διαλύτη Τις διαλυμένες ουσίες

21 Κολλοειδή διαλύματα Ομογενή συστήματα διασποράς στα οποία η διαλυμένη ουσία έχει διαστάσεις nm. Μακροσκοπικά ομογενή Οπτικά μη διαυγή, (π.χ. ομίχλη, γάλα)

22 Αιωρήματα Ετερογενή μίγματα Ομογενή μίγματα με διαστάσεις σωματιδίων > 1000 nm Σωματίδια ορατά με γυμνό μάτι, (π.χ. αίμα, aerosol sprays) Δεν έχουν την ίδια σύσταση σε όλη την έκταση της μάζας τους, ( π.χ. χώμα)

23 Διαλυτότητα ουσίας Ονομάζεται η συγκέντρωση κεκορεσμένου διαλύματός της, σε ορισμένη θερμοκρασία. Διαλυτότητα συγκέντρωση ίδιες μονάδες Διαλύματα Κεκορεσμένα Ακόρεστα Υπέρκορα

24 Συγκέντρωση Τύπος % περιεκτικότητα ppm ppb % w/w, % w/v, % v/v Μέρη ανά εκατομμύριο μg / ml, mg / L, μg / g Μέρη ανά δισεκατομμύριο ng / ml, ng / g Γραμμομοριακό κλάσμα Χ 1 = mol 1 mol 1 + mol Γραμμομοριακότητα κατά βάρος, Molality m = n mol διαλυμένης ουσίας = n mol 1000g διαλύτη 1000g διαλύτη

25 Συγκέντρωση Τύπος Γραμμομοριακότητα κατ όγκο, Molarity M= n mol διαλυμένης ουσίας = n mol 1 L διαλύματος L N= α M Κανονικότητα Ν = n equivalents = n eq 1 L διαλύματος L Τυπικότητα F = n γραμμοτυπικά βάρη διαλ. ουσίας= n gfw 1 L διαλύματος L

26 Τύπος Αντίδρασης Αντιδρώσα ουσία α Παραδείγματα Μεταθετικές Οξύ Αριθμός Η HCl α=1 (οξέος, βάσεως, καθίζησης) Βάση Αριθμός ΟΗ Ba(OH) 2 α=2 Οξειδοαναγωγής Άλας Ολικός αριθμός οξείδωσης αντιδρώντων θετικών ή αρνητικών ιόντων Na 2 HPO 4 α=1 για το Η + α=2 για το Na + α=3 για τα PO 4 3- Οξειδωτικό Μεταβολή Α.Ο. KMnO 4 α=5 MnO 4- Mn 2+ Αναγωγικό Μεταβολή Α.Ο. H 2 S α=2 S 2- = S 0

27 Αραίωση διαλυμάτων C 1 V 1 = C 2 V 2 Π.χ. 20 ml διαλύματος HCl 3 Ν αναμιγνύονται με 80 ml νερού. Τι κανονικότητας είναι το διάλυμα που προκύπτει ; 3 20 ml = Ν 100 ml άρα Ν= 0,6 Από διάλυμα ΝαΟΗ 2 Ν να γίνει διάλυμα ΝαΟΗ 1N 50 ml 2 Χ ml = 1 50 ml άρα 25 ml ΝαΟΗ 2 Ν αναμιγνύονται με 25 ml νερού και προκύπτουν 50 ml διαλύματος ΝαΟΗ 1 Ν

28 Τίτλος : Τα g της διαλυμένης ουσίας που περιέχονται σε 1mL διαλύματος. Π.χ. ΗΝΟ 3 0,05 τίτλου, σημαίνει 0,05 g ΗΝΟ 3 σε 1mL διαλύματος. Γραμμομοριακό κλάσμα συστατικού διαλύματος 1) Ποιό το γραμμομοριακό κλάσμα γλυκόζης και νερού σε ένα διάλυμα που περιέχει 5,67 g γλυκόζης C 6 H 12 O 6 διαλυμένα σε 25,2 g νερού Μ.Β.νερού = 18 25,2/18= 1,4 mol νερού Μ.Β. Γλυκόζης= =180 5,67/180 = 0,0315 mol Γλυκόζη = 0,0315 / (0, ,4), Νερό = 1,4/(0,0315+1,4) 2)Έστω υδατικό διάλυμα 0,120 m γλυκόζης. Ποιο το μοριακό κλάσμα κάθε συστατικού του διαλύματος. 0,120 m, άρα σε 1000 g νερού περιέχονται 0,120 mol γλυκόζης 1000/18 = 55,6 mol νερού. Άρα Γλυκόζη = 0,120/ (0,120+55,6) Νερό = 55,6 / (0, ,6)

29 ppm ppb ppm μg/ml, mg / L, μg / g ppb ng/ml ng / g, nl / L Παραδείγματα 1) 36 % w/w διαλύματος Cu 36 g / 100 g = g / ( g) = 36 μg / 10-4 g= = ppm = ppb 2) Πόσα Μ είναι διάλυμα ΗCl 1200 ppm 1200 μg / ml = g / 10-3 L = g / L = g / L = 1,2 g / L = 1,2 / M.B mol / L = = 1,2 / M.B. M

30 Παραδείγματα και ασκήσεις Αρχές Περιβαλλοντικής Γεωχημείας G. NELSON EBY Μετάφραση Νίκος Λυδάκης Σημαντήρης, Δέσποινα Πεντάρη

31 Οι πλαγιόκλαστοι άστριοι είναι σημαντικό ορυκτό σε πολλά πετρώματα. Αυτοί σχηματίζουν μια σειρά στερεών διαλυμάτων με ακραία μέλη της τον καθαρό αλβίτη (NaAlSi 3 O 8 ) και τον καθαρό ανορθίτη (CaAl 2 Si 2 O 8 ). Ένα συγκεκριμένο πλαγιόκλαστο περιέχει 5% κ.β.ca Να υπολογιστεί το γραμμομοριακό κλάσμα του ανορθίτη στο πλαγιόκλαστο. Τα ατομικά βάρη των Ca, Al, Si και Ο είναι αντίστοιχα 40, 27, 28 και 16

32 Αρχικά κάνουμε τον υπολογισμό του κβ ποσοστού του ανορθίτη. Πολλαπλασιάζουμε για το λόγο αυτό το Μ r του ανορθίτη με 5 (%κ.β του Ca στο πλαγιόκλαστο) και στη συνέχεια διαιρούμε με το Α.Β. του Ca έτσι ώστε να γνωρίζουμε την αναλογία του ανορθίτη με το Ca %κβ CaAl 2 Si 2 O 8 (Αν) = 5(40 + 2x27 + 2x28 + 8x16) = 34,8 40 Στη συνέχεια αφαιρούμε το ποσοστό κβ του ανορθίτη από το 100% και παίρνουμε το ποσοστό του αλβίτη % κβ NaAlSi 3 O 8 (Αλβ) = ,8 = 65,2

33 Σχετικός αριθμός mole Ανορθίτη = 34,8/278 = 0,13 Σχετικός αριθμός mole Αλβίτη = 65,2/262 = 0,25 Γραμμομοριακό κλάσμα Αν = mole ανορθίτη mole Αν + Αλβ = 0,13 = 0,34 0,13 + 0,25

34 Ερωτήσεις Βιβλίου: «Αρχές Περιβαλλοντικής Γεωχημείας», G.NELSON EBY Μετάφραση Επιστημονική Επιμέλεια Νίκος Λιδάκης Σημαντήρης, Δέσποινα Πεντάρη 1. 1,25 g NaCl είναι διαλυμένα σε διάλυμα 1 L. Να υπολογίσετε α. τον αριθμό των mol του NaCl που είναι διαλυμένα στο διάλυμα β. τη μοριακότητα κατ όγκο του διαλύματος NaCl γ. τον αριθμό των ιόντων Na + στο διάλυμα (37 η άσκηση 1 ου κεφαλαίου) 2. 0,02 g SrSO 4 είναι διαλυμένα σε 1 L διαλύματος. Να υπολογίσετε α. τον αριθμό των mol του SrSO 4 που είναι διαλυμένα στο διάλυμα β. τη μοριακότητα κατ όγκο του διαλύματος SrSO 4 γ. τον αριθμό των ιόντων Sr 2+ στο διάλυμα (38 η άσκηση 1 ου κεφαλαίου)

35 3. Ένα διάλυμα 1 L περιέχει 2, mol CaCO 3. Να υπολογίσετε τη μάζα του διαλυμένου CaCO 3 στο διάλυμα. (39 η άσκηση 1 ου κεφαλαίου). 4. Ένα στερεό διάλυμα CaCO 3 - MgCO 3 περιέχει 3% κβ Mg. Να υπολογίσετε το γραμμομοριακό κλάσμα του MgCO 3 στο στερεό διάλυμα. (40 η άσκηση 1 ου κεφαλαίου). 5. Ένα στερεό διάλυμα CaMgSi 2 O 6 - CaFeSi 2 O 6 (πυροξένιο εμπλουτισμένο σε Ca).περιέχει 5% κβ Fe. Να υπολογίσετε το γραμμομοριακό κλάσμα του CaMgSi 2 O 6 στο στερεό διάλυμα. (41 η άσκηση 1 ου κεφαλαίου).

36 ΑΕΡΙΑ

37 Ιδανικά Αέρια Όλα τα πραγματικά αέρια απέχουν από την ιδανική κατάσταση Αποτελούνται από άτομα ή/και μόρια που κινούνται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Ο όγκος που καταλαμβάνουν τα άτομα ή/και τα μόρια είναι πολύ μεγαλύτερος από τον ολικό όγκο των ατόμων/μορίων. Ο πραγματικός όγκος των ατόμων/μορίων είναι δηλαδή αμελητέος σε σχέση με αυτόν που καταλαμβάνουν. Τα ιδανικά αέρια υπακούν στους νόμους : Boyle Charles

38 Νόμος Boyle Συσχετίζει μεταβολές στην πίεση και στον όγκο ενός αερίου PV = k P: πίεση μονάδες Pascals (Pa) ή atm V: όγκος μονάδες m 3 ή L k: σταθερά Vf(1/P) για ιδανικό αέριο V 0 0 Κλίση = k 1/P Η κλίση k είναι το γινόμενο πίεσης επί τον όγκο (σταθερά του Boyle) συνήθως δίνεται σε L atm Για ιδανικά αέρια έχει τιμή 22,41 L atm Για χαμηλές πιέσεις και τα πραγματικά αέρια έχουν τιμή k κοντά στα 22,41 L atm ενώ σε ψηλότερες πιέσεις η σχέση όγκου και 1/P δεν είναι ευθύγραμμη

39 Νόμος Charles Όσο μειώνεται η θερμοκρασία ενός αερίου τόσο μειώνεται ο όγκος του V =bt V: οόγκοςτουαερίου Τ: ηθερμοκρασίασεκ b: σταθερά αναλογίας Η θερμοκρασία στην οποία ο όγκος ιδανικού αερίου γίνεται μηδέν αποτελεί τη βάση της κλίμακας Kelvin και είναι -273,15 C Άρα η συσχέτιση βαθμών Κελσίου και Kelvin είναι Κ= C + 273,15 Νόμος Avogadro Πρότεινε πως ίσοι όγκοι αερίων σε ίδιες συνθήκες P και Τ παρέχουν ίδιο αριθμό σωματιδίων Ο νόμος του συσχετίζει τον όγκο ενός αερίου με τον αριθμό των mole V =an V: ο όγκος του αερίου n: ο αριθμός τωνmole a: σταθερά αναλογίας

40 Νόμος ιδανικών αερίων PV =nrt P: πίεση V: όγκος n: οαριθμόςmole R: η παγκόσμια σταθερά των αερίων (R=0,08206 L atm K -1 mol -1 όταν η πίεση μετριέται σε atm και ο όγκος σε L Συσχετισμός τριών νόμων (Boyle, Charles, Avogadro) Ο νόμος των ιδανικών αερίων είναι καταστατική εξίσωση Αν τρεις από τις τέσσερεις ιδιότητες του αερίου, (P, V, T, αριθμός mole) είναι γνωστές η τέταρτη προσδιορίζεται από το νόμο

41 Παραδείγματα Αρχές Περιβαλλοντικής Γεωχημείας G. NELSON EBY Μετάφραση Νίκος Λυδάκης Σημαντήρης, Δέσποινα Πεντάρη

42 Μπαλόνι είναι συμπληρωμένο με αέριο He. Αν η εξωτερική θερμοκρασία είναι 20 C, η ατμοσφαιρική πίεση 1atm και ο όγκος του 2L υπολογίστε τον αριθμό mole που υπάρχουν σε αυτό Λύση n = PV/RT = = [(1atm)(2L)]/[(0,08206L atm K -1 mol -1 )(293,15 K)]= 0,083 mol

43 Να υπολογιστεί ο όγκος CO 2 που απελευθερώνεται σε πρότυπες συνθήκες T και P όταν 25 g ασβεστίτη (CaCO 3 ) διαλύονται σε υδροχλώριο. Δίνεται Μ rcaco3 = 100,1 g και γραμμομοριακός όγκος CO 2 = 22,260 L mol -1 Λύση Διαλυμένα mole CaCO 3 = 25 g/100,1 g mol -1 = 0,25 mol Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης ελευθερώνονται 0,25 mol CO 2. Υπό κανονικές συνθήκες P και Τ ο γραμμομοριακός όγκος του CO 2 είναι 22,260 L mol -1 Άρα ο όγκος CO 2 που ελευθερώνεται = (0,25 mol) 22,260 L mol -1 ) = 5,565 L Γραμμομοριακός όγκος: Ο όγκος που καταλαμβάνει ένα mole αερίου = 22,4 L για ιδανικό αέριο μεταβάλλεται σε συνάρτηση με P και T. P = 1 atm κανονική πίεση (standard temperature and pressure, STP) και T = 0 C κανονική (πρότυπη) θερμοκρασία

44 ΤΥΠΟΙ ΧΗΜΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

45 Π.χ. (CH) 2 (ΕΤ) Δείχνειτοείδοςτωνατόμωντων χημικών στοιχείων που περιλαμβάνονται στο μόριο και την αναλογία καθενός (CH 2 O) 2 (ΕΤ) Π.χ. C 2 H 2 ακετυλένιο (ΜΤ) C 6 H 6 βενζόλιο (ΜΤ) Δείχνει τον ακριβή αριθμό των ατόμων κάθε στοιχείου που περιέχεται σε ένα μόριο CH 2 O φορμαλδεΰδη (ΜΤ) C 2 H 4 O 2 οξικό οξύ (ΜΤ) C 3 H 6 O 3 γλυκεριναλδεΰδη (ΜΤ)

46 Δείχνει την κατανομή των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας των ατόμων που απαρτίζουν την ένωση Περιγράφει τη γεωμετρική διάταξη των ατόμων στο επίπεδο Περιγράφει τη γεωμετρική διάταξη των ατόμων στο χώρο Τύποι μεθανίου CH 4

47 Για τον προσδιορισμό του εμπειρικού τύπου μιας ένωσης ακολουθούνται τα πιο κάτω βήματα: Προσδιορίζεται η %κβ σύσταση των στοιχείων στην ένωση. Έχοντας ως βάση 100 g προσδιορίζεται το βάρος κάθε στοιχείου στην ένωση. Γίνεται ο προσδιορισμός των mole για κάθε στοιχείο διαιρώντας το βάρος κάθε στοιχείου στην ένωση με το γραμμοατομικό του βάρος. Με βάση το στοιχείο με το μικρότερο αριθμό mole γίνεται ο προσδιορισμός του σχετικού αριθμού των mole για κάθε στοιχείο. Μετά τη στρογγυλοποίηση πρέπει να προκύψουν ακέραιοι αριθμοί για όλα τα στοιχεία που να δείχνουν το χημικό τύπο της ένωσης.

48 Παραδείγματα Αρχές Περιβαλλοντικής Γεωχημείας G. NELSON EBY Μετάφραση Νίκος Λυδάκης Σημαντήρης, Δέσποινα Πεντάρη

49 Σε μια χημική αντίδραση σχηματίζεται ίζημα με την εξής % κβ σύσταση: Ca=39,74, P = 18,42, O = 38,07 και F=3,77. Προσδιορίστε το χημικό τύπο της ένωσης

50 Λύση Στοιχείο %κβ Βάρος/100 g AB Moles Βάρος/100 g A.B. Ca 39,74 39,74 40,08 0,992 P 18,42 18,42 30,97 0,595 O 38,07 38,07 16,00 2,379 F 3,77 3,77 19,00 0,198 Από τα στοιχεία του πίνακα προκύπτει πως το στοιχείο με τη μικρότερη ποσότητα είναι το φθόριο. Διαιρώντας κάθε ένα από τα υπόλοιπα με τον αριθμό mole του φθορίου προκύπτουν ανά mole φθορίου, 12 mole οξυγόνου, 3 mole φωσφόρου και 5 mole ασβεστίου. Άρα ο τύπος για την ένωση είναι Ca 5 P 3 O 12 F ή αλλιώς [Ca 5 (PO 4 ) 3 F] που είναι ο τύπος του ορυκτού φθοριοαπατίτη

51 Ο εμπειρικός τύπος μιας ένωσης είναι (CH 3 ) ν και το μοριακό βάρος αυτής είναι 30. Ποιος ο μοριακός τύπος της ένωσης; Λύση Το τυπικό βάρος της ένωσης, (προκύπτει από τον εμπειρικό της τύπο), είναι: A.B. C + 3 ABH = (12 + 3)g mol -1 = 15g mol -1 Όμως 30 g mol -1 / 15g mol -1 =2. Άρα ο μοριακός τύπος της ένωσης είναι C 2 H 6

52 Ισοστάθμιση χημικών εξισώσεων Αναγράφεται η χημική εξίσωση που δείχνει τα αντιδρώντα και τα προϊόντα. Η εξίσωση ισοσταθμίζεται μόνο με αλλαγές στον αριθμό των μορίων αρχίζοντας από το πιο πολύπλοκο είδος της χημικής εξίσωσης. Όπου εμπλέκονται μοριακό οξυγόνο και νερό, (πχ. αντιδράσεις οξείδωσης) ισοσταθμίζονται τελευταία γιατί μπορούν να προστεθούν στην αντίδραση σε κατάλληλες ποσότητες.

53 Π.χ. (Αρχές Περιβαλλοντικής Γεωχημείας G. NELSON EBY Μετάφραση Νίκος Λυδάκης Σημαντήρης, Δέσποινα Πεντάρη) Στην παραγωγή φωσφορικού λιπάσματος, πέτρωμα φωσφορικού ασβεστίου, [Ca 3 (PO 4 ) 2 ] αντιδρά με (Η 2 SO 4 ) και παράγεται θειικό ασβέστιο (CaSO 4 ) και φωσφορικό οξύ (Η 3 PO 4 ). Γράψτε και ισοσταθμίστε τη χημική εξίσωση λαμβάνοντας υπόψη πως το θειικό οξύ σαν ισχυρό οξύ διίσταται πλήρως στο νερό και το φωσφορικό οξύ σαν ασθενές διίσταται μερικώς στο νερό.

54 Η χημική εξίσωση μπορεί να γραφεί ως εξής: Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2Η + + SO 4-2 CaSO 4 + H 3 PO 4(aq) Για την ισοστάθμιση της αντίδρασης ξεκινούμε από το πιο πολύπλοκο μόριο που είναι το φωσφορικό ασβέστιο ισοσταθμίζοντας τα άτομα Ca δεξιά και αριστερα Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2Η + + SO 4-2 3CaSO 4 + H 3 PO 4(aq) Στη συνέχεια ισοσταθμίζουμε τα άτομα S Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2Η + + 3SO 4-2 3CaSO 4 + H 3 PO 4(aq) Στη συνέχεια ισοσταθμίζουμε τα άτομα P Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2Η + + 3SO 4-2 3CaSO 4 + 2H 3 PO 4(aq) Ακολουθεί η ισοστάθμιση των ατόμων Η Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6Η + + 3SO 4-2 3CaSO 4 + 2H 3 PO 4(aq) Δεν χρειάζεται να ισοσταθμιστούν τα άτομα Ο γιατί ήδη είναι ισοσταθμισμένα (20 άτομα οξυγόνου στα αντιδρώντα και 20 άτομα οξυγόνου στα προϊόντα)

55 Ασκήσεις Αρχές Περιβαλλοντικής Γεωχημείας G. NELSON EBY Μετάφραση Νίκος Λυδάκης Σημαντήρης, Δέσποινα Πεντάρη

56 1. Εάν έχετε διαβάσει το βιβλίο Civil Action γνωρίζετε ότι η οργανική χημική ουσία TCE έπαιξε σημαντικό ρόλο σε αυτή την περιβαλλοντική υπόθεση. Ανάλυση του TCE δίνει ότι αποτελείται από 18,283% κβ C, 0,767 % κβ Η και 80,95% κβ Cl. Το μοριακό βάρος του TCE είναι 131,389. α. Να υπολογίσετε τον εμπειρικό τύπο του TCE β. Να υπολογίσετε το μοριακό τύπο του TCE (42 η άσκηση 1 ου κεφαλαίου) 2. Χημική ανάλυση ενός αργιλικού ορυκτού δίνει ότι αυτό αποτελείται από 20,903% κβ Al, 21,759 % κβ Si, 55,776% κβ O και 1,562% κβ Η. Το μοριακό βάρος του αργιλικού ορυκτού είναι 258,16. α. Να υπολογίσετε τον εμπειρικό τύπο του αργιλικού ορυκτού β. Να υπολογίσετε το μοριακό τύπο του αργιλικού ορυκτου. (43 η άσκηση 1 ου κεφαλαίου)

57 3. Χημική ανάλυση μιας ένωσης του άνθρακα δίνει 82,659% κβ C, και 17,341% κβ Η. Το μοριακόβάροςτηςένωσηςείναι58,123. α. Να υπολογίσετε τον εμπειρικό τύπο της ένωσης β. Να υπολογίσετε το μοριακό τύπο της ένωσης (44 η άσκηση 1 ου κεφαλαίου)

58 4.Να ισοσταθμίσετε τις παρακάτω χημικές αντιδράσεις: α. Al(OH) 3gibsite + H + Al 3+ + H 2 O β. Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4kaolinite + H + Al 3+ + H 4 SiO 4(aq) + H 2 O γ. GaAl 2 Si 2 O 8 anorthite + H + Ga 2+ + Al 3+ + H 4 SiO 4(aq) δ. FeOOH goethite + H + Fe 3+ + H 2 O ε. KFe 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6 jarosite + H + K + +Fe 3+ + SO H 2 O στ. KAlSi 3 O 8 feldspar + H 2 O + H + K + + Al 3+ + H 4 SiO 4(aq) ζ. Mg 5 (CO 3 ) 4 (OH) 2 4H 2 O hydromagnesite + H + Mg 2+ + CO H 2 O η. SiO 2 + H 2 Ο H 4 SiO 4(aq) θ. As 2 S 3 orpiment + H 2 O H 3 AsO 3(aq) + HS + H + ι. Cu 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2 azurite + H+ Cu 2+ + HCO 3- + H 2 O (45 η άσκηση 1 ου κεφαλαίου)