2. ATOM, MOLEKULA, MOL

Transcript

1 2. ATO, OLEKULA, OL

2 ATO, OLEKULA, OL Iz Daltonove teorije sledi: eleenti so zgrajeni iz enakih atoov vsi atoi istega eleenta iajo enako aso in enake lastnosti atoi različnih eleentov iajo različne ase atoi različnih eleentov gradijo spojine atoi se pri keijskih reakcijah ne spreinjajo, teveč PREGRUPIRAJO s keijsko reakcijo atoov ne oreo razstaviti v enostavnejše delce

3 asa atoa: g Povprečni preer: 10-7 Absolutne ase ale zato za keijsko računanje uporabljao relativne atoske ase (odnos do nekega drugega eleenta). RELATIVNA ATOSKA ASA A r = relativno število, ki pove, kolikokrat je asa nekega eleenta večja od 1/12 ase izotopa ogljika 12 C. olekula Najanjši delci snovi v plinaste stanju so olekule, ki so zgrajene iz več atoov. Relativna olekulska asa r je vsota relativnih atoskih as posaeznih atoov, ki olekulo sestavljajo. olekula vode v plinski fazi

4 Prieri: Izračunaj r kalijevega klorida KCl A r K.39,098 Cl 35,453 Izračunaj r aluinijevega sulfata Al 2 (SO 4 ) 3 2xAl.(2x27,0)...54,0 3xS..(3x32,1)...96,3 12xO (12x16,0)..192,0 r (Al 2 (SO 4 ) 3 ) = 342,3 Izračunaj r natrijevega karbonata dekahidrata Na 2 CO 3 x10h 2 O r (KCl)= 74, način 2Na (2x23,0)... 46,0 C (1x12,0)... 12,0 13xO (13x16,0)...208,0 20xH (20x1,0)... 20,0 Izračunaj r svinčevega sulfata PbSO 4 A r Pb. 207,2 S... 32,06 4xO (=4x15,9994)...63,99 r (PbSO 4 )=303,25 = 303 r (Na 2 CO 3 x10h 2 O)=286,0 2. način 2xNa.46,0 C.. 12,0 3xO.48,0 r (Na 2 CO 3 ) = 106,0 10xH 2 O 180,0 r (Na 2 CO 3 x10h 2 O) = 286,0

5 ol ol je enota za nožino snovi, ogljik 6,023x10 23 ol kisik 6,023x10 23 ol vodik 6,023x10 23 ol voda 6,023x10 23 ol ki vsebuje Avogadrovo število delcev (to je N A =6,023x10 23 delcev (ol)) Delci so lahko atoi, olekule, ioni, elektroni itd. Sibol za ol je n, enota pa ol. olska asa, olska prostornina olska asa je asa enega ola in ia enoto v g/ol. Sibol je. olska prostornina je prostornina, ki jo zavzea en ol snovi pri noralnih pogojih (P=1,01 bar, T= 273K) in je enaka 22,4 L. olska asa je številčno enaka relativni olekulski asi r. = r x g/ol

6 Prieri: 1 ol 6,023x10 23 atoov ogljika (C) ia aso 0,012 kg/ol ali 12 g/ol 1 ol 6,023x10 23 olekul vodika (H 2 ) ia aso 0,002 kg/ol ali 2 g/ol 1 ol 6,023x10 23 atoov vodika (1/2 H 2 ) ia aso 0,001 kg/ol ali 1 g/ol 1 ol 6,023x10 23 atoov železa ia aso 0,0558 kg/ol ali 55,8 g/ol 1 ol olekule vode ia aso 0,018 kg/ol ali 18 g/ol 1 ol 6,023x10 23 ionov vodika ia aso 0,001 kg/ol ali 1,0 g/ol 1 ol 6,023x10 23 hidroksidnih ionov ia aso 0,017 kg/ol ali 17,0 g/ol 1 ol 6,023x10 23 elektronov ia aso 5,486x10-7 kg/ol ali 5,486x10-4 g/ol

7 Absolutno (dejansko) aso olekule, atoa, iona, forulske enote izračunao iz olske ase () in Avogadrove konstante (N A ): N A delcev ia aso 1ol 1 delec. = N A n = = asa osnovnega delca n = število olov

8 Prieri: Koliko olov dušika N 2 se nahaja v a) 5,3 g b) 25 t dušika Sklepao: a) 1ol N 2..28,0 g x olov.5,3 g 1ol 5,3 g x = = 0,19 olov 28,0 g 5,3 g n = = = 0,19 olov 28 g/ol ali Izračunaj aso a) 0,2 ola vodika (1/2 H 2 ) b) 0,85 ola klora (1/2 Cl 2 ) a) n=0,2 ola vodika (1/2 H 2 ) r (1/2 H 2 )= 1,0 (1/2 H 2 )= 1 g/ol ali n = =n =0, ol 1g/ol =0, g 1 ol (1/2 H 2 ) 1,0 g 1 ol (1/2 H 2 ) 1, g 0,2 ola (1/2 H 2 ) 0, g b) n = = g / ol 3 b) (1/2 Cl 2 )= 35,5 g/ol n=0,85 ola klora (1/2 Cl 2 ) n = = n =0,85 ola 35,5 g/ol = 30,2 g klora

9 3. KEIJSKI ZAKONI

10 KEIJSKI ZAKONI Zakon o ohranitvi ase osnova vsake keijske reakcije (A.L. Lavoisier)

11 Vsota as snovi (reaktantov), ki v reakcijo vstopajo je enaka vsoti as snovi reakcijskih produktov. Leva stran enačbe je enaka desni zakon oogoča kvantitativno spreljanje reakcije. gorenje preog preog je popolnoa zgorel asa je ostala enaka razkroj g 93,57 g 6,43 g živosrebrov oksid živo srebro kisik

12 Prier: Koliko g vodika (H 2 ) in koliko g kisika (O 2 ) potrebujeo za nastanek 50 L vode? 50 L = 50 kg 2H 2 + O 2 2H 2 O 2 ola H 2 + 1ol O 2 2 ola H 2 O 4 g H g O 2 36 g H 2 O x + y g H 2 O x = = 5,5 10 g y = = g 36 36

13 Stehioetrijski zakoni Zakon o stalni sestavi spojin ali I. stehioetrijski zakon (Proust): asno razerje eleentov, ki se spajajo v spojino je stalno in neodvisno od načina pridobivanja. Prier: Vodik H 2 in klor Cl 2 se spajata v razerju 1 : 35,55 H 2 + Cl 2 2 HCl 1 ol H ol Cl 2 2 ola HCl 2 g H g Cl 2 73 g HCl asno razerje = 1 H 2 : 35,5 Cl 2

14 Zakon o nogokratne asne razerju ali Daltonov zakon ali II. stehioetrijski zakon Če dva eleenta gradita več različnih spojin se na isto aso enega eleenta veže drugi eleent v razerju celih števil. Prier: Cu 2 O 2 atoa Cu 1 ato O 127 g Cu 16 g O 1g Cu x x= 0,125 g O CuO 1 ato Cu 1 ato O 63 g Cu 16 g O 1g Cu.y Razerje ed x in y je 1:2 y= 0,250 g O

15 Eleenti se spajajo kvantitativno v določene razerju. Ker pa so reaktanti in produkti redko v prave reakcijske razerju, lahko izračunao prebitek oz. ostanek ene koponente, ki ne zreagira.

16 Prier: Klorovodik HCl (plin) dobio iz vodika in klora. Iz 9,7 kg vodika in 312 kg klora dobio 308 kg klorovodika. Določi: - kateri reaktant je v prebitku - izkoristek produkta H 2 + Cl 2 2 HCl 1 ol + 1 ol 2 ola 2 g + 71 g 73 g n(h 2 n(cl ) = 2 ) = 3 9,7 10 gol = 71g gol = 71g = 4, , olov olov Ker reagirajo v razerju 1ol : 1ol, je v prebitku vodik (H 2 ) za 0,46 ola. Zato za račun ase reaktanta in izkoristka uporabljao tisti reaktant, ki ni v prebitku. H 2 + Cl 2 2HCl 1 ol Cl 2 2 ola HCl 4, ola Cl 2 x olov HCl x= 2x4, = 8, olov Nastane torej 8, olov HCl, kar odgovarja asi n = Izkoristek: = n = 8, olov 37,0 g/ol = 320, g HCl Ker praktično nastane 308 kg HCl, teoretično bi orali dobiti 320,47 kg HCl, je izkoristek: β = 320,47 = 96,1%

17 Zakon o prostorninskih odnosih plinov ali III. stehioetrijski zakon (Gay( Lussac) Pri isti teperaturi in tlaku so prostornine plinov, ki reagirajo in prostornine plinov, ki nastanejo pri reakciji, v razerju alih celih števil. Velja, če so reaktanti in produkti v plinaste stanju in enakih pogojih (T,p) Prier 1: 2 L vodika H L kisika O 2 2 L vodne pare H 2 O razerje 2 : 1 : 2 Prier 2: 1 L vodika H L klora Cl 2 2 L vodikovega klorida HCl razerje: 1 : 1 : 2 Prier 3: 3 L vodika H L dušika N 2 2 L aoniaka NH 3 razerje: 3 : 1 : 2

18 Avogadrov zakon ali hipoteza V enakih volunih kateregakoli plina se pri enaki teperaturi in tlaku nahaja enako število olekul. Avogadro je predpostavil, da so najanjši delci v plinske stanju olekule in ne atoi (izjea žlahtni plini). Torej: 1 d 3 vodika H 2 ali 1 d 3 kisika O 2 ali 1 d 3 dušika N 2 vsebuje pri enakih pogojih enako število olekul. 1 ol plina ia N A ali 6, olekul olski voluen N.P. = 22,4 L N.P. = 0 C, 1 bar ali 101 kpa Izračun olskega voluna: V H2 V = ρ 2 g/ol V = = 22,4 L/ol pri N.P. 0,08957 g/l olekule plinov so najpogosteje dvoatoarne: O 2, N 2, H 2, Cl 2 itd.

19 Avogadrov zakon ali hipoteza 1 bar 1 bar dodao plin odvzaeo plin

20 Plinski zakoni Ker plini niajo lastne oblike in prostornine, jih določao z: p, V, T; zvezo ed tei veličinai izražajo plinski zakoni. Boyle ariottov zakon P V= konst. pri (, T) konst. ali PV= P 0 V 0 = konst. Prier : Določena asa kisika ia voluen 5,0 L in tlak 98,6 kpa. Izračunaj njen voluen pri N.P., če se T ne spreeni! Začetno stanje: V 1 = 5,0 L P 1 = 98,6 kpa Končno stanje: V 0 P 0 = V 1 P 1 V 0 = 4,88 L P 0 = Pa V 0 =? T= konst. = konst.

21 Boyle ariottov zakon PV= P 0 V 0 = konst. P = 1.0 bar P = 2.0 bar povečao tlak zanjšao tlak

22 Gay Lussacov zakon I. in II. Če segrejeo določeni voluen plina pri konstantne tlaku za 1 C, se voluen poveča za 1/273 voluna, ki ga je plin zavzeal pri 0 C. Če ga segrejeo za t C, se njegov voluen poveča za t/273 vrednosti, ki ga je iel pri 0 C. I. V= V 0 (1 + t/273), P = konst. V = T V T 0 0 I. Gay Lussacov zakon II. P = T P T 0 0 II. Gay Lussacov zakon (P) V Voluen oz. tlak je linearna funkcija teperature T

23 Gay Lussacov zakon I. in II. V V = 0 P P = 0 T T0 T T0 1.0 bar 1.0 bar segrevao hladio

24 Splošna plinska enačba (združitev Boyle ariottovega in Gay Lussacovega zakona) T V 1 = V0 T0 P 0 = konst. in P V = PV 0 1 T= konst. T P 0V0 = PV T 0 ali PV = T P 0 T V 0 0 splošna plinska enačba P 0 = 1,01 bar ali 101,3 kpa T 0 = 0 C ali 273 K P 0 in T 0 = N.P. Veljavnost: Ko ed delci plina ni privlačnih in odbojnih sil! IDEALEN PLIN JE PLIN, za katerega velja pri določenih pogojih splošna plinska enačba.

25 Poenostavitev splošne plinske enačbe P 0 T V 0 0 = PV T = R konstanta za 1 ol = R ali plinska konstanta (Regnault) Ker 1 ol zavzea pri N.P. 22,4 L je 1 bar 22,4 R = 273 K ali 101,3 kpa 22,4 Ll R = = 273 K ol Ll = 0,0821 bar L l/k ol 8,314 J / ol K Poenostavitev: PV = nrt n = asa plina olska asa plina PV = RT

26 Uporaba: za izračun r plinov Splošna plinska enačba velja za IDEALNE PLINE. Za REALNE PLINE pa Van der Waalsova enačba, ki upošteva privlačne sile ed olekulai. Priera: Kolikšen bo voluen 10 3 vodne pare, če se segreje pri konstantne tlaku od 100 C na 300 C? Začetno stanje: Končno stanje: V 1 =10 3 V 2 =? T 1 =373 K T 2 =573 K P= konst. = konst. V T 1 1 = V T 2 2 V 2 = 15, 36 3 Kolikšen voluen zavzea 100 kg N 2 pri 17 C in tlaku 1,05 bar? pv = RT V=80,88 L

27 Prier: Določena asa CO 2 ia pri 27 C in tlaku 0,12 Pa voluen Izračunaj voluen pri N.P. in aso plina! Rezultat: V 0 =32,4 3 aso izračunao : 1 kol CO 2 22,4 3.44,0 kg. 32,4 3. x x=63,6 kg Kritični pogoji so pogoji, pri katerih preidejo plini iz plinskega v tekoče stanje. 1. Kritična teperatura: je T, iznad katere plina pod nobeni tlako ne oreo utekočiniti. 2. Kritični tlak: je najanjši potrebni tlak, da se plin, ki je ohlajen na kritično teperaturo, utekočini.

28 Noralne in relativne gostote Noralna gostota = pri V ρ N.P. ( 101,3 kpa, 273 K) Absolutna gostota ρ = V Snov vodik helij voda Gostota (g/l) zrak CO Relativna gostota Ker je v enakih volunih enako število olekul pri enakih pogojih sledi: ali 1 2 = r r 1 2 r = ρ ρ 1 2 = D = D 1 r 2 noralni gostoti D=relativna gostota PV = RT P = ρrt ρ = P RT

29 Tako lahko s poočjo relativne gostote izračunao relativno olekulsko aso nekega plina, če poznao relativno olekulsko aso drugega plina, s kateri neznanega prierjao. Relativno gostoto običajno določao glede na vodik r =2D, ker je r (H 2 )=2 Prier: Določi r neznanega plina glede na H 2! ρ = 0,09 g/l Račun: V praksi r določao s poočjo gostote zraka! ρ (neznanega plina) D = pri danih pogojih (ne pri N.P.) ρ (zraka) Po enačbi H 2 ρ = 1, 98 g/l (N.P.) plina 198, D = = 22 r = 2 D = 2 22 = 44 0, 2 09 (CO ) PV T P0 V = T 0 0 preračunao na N.P. Prier: Določi r plina, če je D neznanega plina glede na zrak 0,587! D ZRAK r = r( zrak) = 0, = 17 r

30 Daltonov zakon o parcialnih tlakih Tlak zesi idealnih plinov je enak vsoti tlakov posaeznih plinov. P = P 1 + P 2 + P = n i= 1 Pi P i = X i. P parcialni tlaki P H = 2,4 bar 2 P He = 6,0 bar P skupni = 8,4 bar 0,50 ol H 2 1,25 ol He 1,25 ol He 0,50 ol H 2 1,75 ol plina 5 L pri 20 C 5 L pri 20 C 5 L pri 20 C

31 Prier: Izračunaj noralno gostoto dušika N 2 in kisika O 2, v g/l pri N.P. Noralno gostoto lahko izračunao, če olsko aso plina () delio z olski voluno. a) b) -1 g ol ρ= V -1 = 22, 4 L ol V L ol -1-1 (O ) -1 2 ρ O = = = 2-1 V 32 g ol 22, 4 L ol 1, 43 g L ρ = 1,25 g L N 2-1 ρ = 1, 43 g L O 2-1

32