Ισότοπα Χημικές Εξισώσεις. Εισαγωγική Χημεία

Transcript

1 Ισότοπα Χημικές Εξισώσεις Εισαγωγική Χημεία

2 Η ατομική μάζα Η μάζα των ατόμων είναι πολύ μικρή. Ο μικρότερος κόκκος σκόνης ορατός δια γυμνού οφθαλμού περιέχει άτομα.. Μονάδα μέτρησης η ατομική μονάδα μάζας (amu) 1 amu=1/12 της μάζας του ατόμου του 12 6C =1,660539x10-24 g Η ατομική μάζα των στοιχείων είναι ο σταθμισμένος μέσος όρος των μαζών όλων των ισοτόπων ενός στοιχείου Εισαγωγική Χημεία

3 Ατομική μάζα Στον περιοδικό πίνακα Na Δίνει τη μάζα μέσου ατόμου κάθε στοιχείου σε σύγκριση με τον 12 C Το μέσο άτομο βασίζεται σε όλα τα ισότοπα και η σχετική τους % αφθονία Η ατομική μάζα δεν είναι ακέραιος αριθμός Ο μαζικός αριθμός είναι ακέραιος αριθμός

4 Ισότοπα Ισότοπα του Χλωρίου 35 Cl 37 Cl Χλώριο - 35 Χλώριο - 37

5 Υπολογισμός ατομικής μάζας Εκατοστιαία (%) αναλογία των ισοτόπων Μάζα κάθε ισοτόπου του κάθε στοιχείου Σταθμισμένος Μέσος όρος= αναλογία μάζας ισοτόπου 1 (%) + αναλογία μάζας ισοτόπου 2 (%) )

6 Ατομική μάζα Μαγνησίου Iσότοπα Μάζα Ισοτόπου Aναλογία 24 Mg =24.0 amu 78.70% 25 Mg = 25.0 amu 10.13% 26 Mg = 26.0 amu 11.17% Ατομική μάζα (μέση μάζα) Mg = 24.3 amu Mg 24.3

7 Υπολογισμός Ατομικής Μάζας Επί τοις εκατό (%) αφθονία ισοτόπων Μάζα κάθε ισοτόπου του στοιχείου Σταθμισμένος μέσος όρος= μάζα ισοτόπου 1 (%) + μάζα ισοτόπου 2 (%)

8 Εύρεση ισοτοπικής μάζας Δείγμα Βορίου αποτελείται από 10 B (μάζα 10.0 amu) και από 11 B (μάζα 11.0 amu). Αν η μέση ατομική μάζα του B είναι 10.8 amu, ποια η επι τοις % αναλογία κάθε ισοτόπου του Β;

9 Δίνουμε τιμές X καιy: X = % 10 B Y = % 11 B Υπολογίζουμε το Υ συναρτήσει του Χ X + Y = 100 Y = X Λύση ως προς X: X (10.0) + (100 - X )(11.0) = Πολ/σμός επί X X = 1080

10 Χωρισμός όρων που έχουν τον Χ 10.0 X X = X = -20 X = -20 /-1 = 20 % 10 B Y = X % 11 B = % = 80% 11 B

11 Ο Ψευδάργυρος, Zn, έχει 5 ισότοπα τα οποία απαντούν στη φύση όπως φαίνεται και στον πίνακα Να υπολογισθεί η μέση ατομική του μάζα. Ισότοπο Μαζικός Αρ. Μάζα ισοτόπου Περιεκτικότητ α (%) Zn Zn Zn Zn Zn Average atomic mass of Zn = (63.929) (65.927) (66.927) (67.925) (69.925) = = Μάζα στον ΠΠ Εισαγωγική Χημεία

12 Ο φασματογράφος μάζας: Διάκριση ισοτόπων Εισαγωγική Χημεία

13 Εισαγωγική Χημεία

14 Εισαγωγική Χημεία

15 Ανακάλυψη: Συσκευή Θετικών ακτίνων του F.W.Aston (1919) Cl-35, Cl-37 Νόμπελ Χημείας 1921

16 Τα ιόντα διέρχονται από μαγνητικό πεδίο προσανατολισμένο κάθετα Μικρή ορμή προς την διεύθυνση κίνησης. Η απόκλιση των ιόντων ακολουθεί (μικρή μάζα)) καμπύλη που καθορίζεται από την ισορροπία δυνάμεων μεταξύ μαγνητικού πεδίου (qv x B) και κεντρομόλου δυνάμεως(mv 2 /r). That is, r = mv/(qb) Εστίαση ορμής Μεγάλη ορμή (μεγάλη μάζα) Αν η ενέργεια όλων των ιόντων είναι η αυτή, δρά ως φίλτρο μαζών

17 Αναλυτής Αναλυτής μαγνητικού τομέα Χρήση /ηλεκτρικών ή/ και μαγνητικών πεδίων για τον διαχωρισμό των ιόντων

18 Αρχή λειτουργίας αναλυτή Η πηγή ιόντων, επιταχύνει τα ιόντα με την προσδιδόμενη ενέργεια: (1/2)m 2 = zv Όπου m η μάζα των ιόντων,v η ταχύτητά τους v, z το φορτίο του ιόντος και V η εφαρμοζόμενη διαφορά δυναμικού στα οπτικά των ιόντων

19 Μόνο ιόντα των οποίων ο λόγος μάζα-προς φορτίο τέτοιο ώστε η κεντρομόλος να ισούται με την φυγόκεντρο δύναμη, διέρχονται δια του σωλήνα : m v 2 / r = Bzv Με αναδιάταξη της εξίσωσης αυτής: m/z = B 2 r 2 /2V Ο λόγος m/q για τα ιόντα που φθάνουν στον ανιχνευτή μπορεί να μεταβληθεί είτε μεταβάλλοντας το εφαρμοζόμενο πεδίο ή την εφαρμοζόμενη διαφορά δυναμικού στον φασματογράφο.

20 Συνοψίζοντας, Μεταβολή της τάσης ή του μαγνητικού πεδίου του αναλυτή,τα διαφορετικά ιόντα διαχωρίζονται μια και καθένα έχει διακεκριμένη τιμή για την ακτίνα καμπυλότητας ανάλογα με τον αντίστοιχο λόγο μάζα/φορτίο.

21 Intensity Strength of B field

22 Άσκηση Το στοιχείο χαλκός, έχει ισότοπα με μαζικούς αριθμούς 63 και 65. Η σχετική αφθονία και οι ατομικές μάζες είναι 69.2% για μάζα= amu, και 30.8% για μάζα = amu. Να υπολογισθεί η μέση ατομική μάζα για τον χαλκό.

23 Χημικές εξισώσεις Χημικές μεταβολές με λόγια

24 Μια χημική εξίσωση είναι συμβολική αναπαράσταση μιας χημικής αντίδρασης.

25 Παράδειγμα εξίσωσης: Η καύση του μεθανίου με οξυγόνο: CH O 2 CO H 2 O

26 Χημικοί τύποι Φανερώνουν τα στοιχεία και τον αριθμό των ατόμων κάθε στοιχείου στο μόριο. Οι δείκτες δείχνουν τον αριθμό των ατόμων του στοιχείου το οποίο προηγείται. H 2 SO 4 δείκτης Στοιχεία Υδρογόνο; 2 άτομα Θείο: 1άτομο Oξυγόνο: 4άτομα 7 άτομα σύνολο

27 Συντελεστές Ένας τύπος μπορεί να αρχίζει με αριθμό. Αν δεν υπάρχει αριθμός, το 1 εννοείται ότι προηγείται του τύπου Ο αριθμός ονομάζεται συντελεστής. Ο συντελεστής είναι ο αριθμός που δείχνει τον αριθμό των μορίων της ένωσης ή του ατόμου που χρειάζονται για την αντίδραση. Παράδειγμα: 2H 2 SO 4 2 μόρια θειϊκού οξέος

28 Συντελεστές 2H 2 SO 4 2 μόρια θειϊκού Οξέος Ο συντελεστής αναφέρεται σε ΟΛΑ τα στοιχεία μιας ένωσης 2 H 2 (για σύνολο 4 ατόμων H) 2 S (σύνολο 2 άτομα S) 2 O 4 (σύνολο 8 άτομα O )

29 Ανάγνωση των χημικών εξισώσεων Κάθε πλευρά της χημικής εξίσωσης αντιπροσωπεύει ένα συνδυασμό χημικών ουσιών. Ο συνδυασμός γράφεται με μορφή συνόλου χημικών τύπων που χωρίζονται με το σύμβολο +. CH O 2 CO H 2 O Συντελεστής

30 Ανάγνωση χημικών εξισώσεων Οι δυό πλευρές των ΧΕ χωρίζονται από ένα βέλος. Ο συνδυασμός των ενώσεων ή των μορίων πριν να γίνει η αντίδραση, τίθεται στο αριστερό μέρος του βέλους, και οι ουσίες ονομάζονται αντιδρώντα. Το δεξιό μέρος παρουσιάζει τον συνδυασμό ενώσεων και μορίων μετά την πραγματοποίηση της χημικής αντίδρασης και ονομάζονται προϊόντα. Τα αντιδρώντα αντιδρούν και δημιουργούν προϊόντα!

31 Χημικές εξισώσεις Συμβολισμός για την φυσική κατάσταση των ουσιών που παίρνουν μέρος στις χημικές αντιδράσεις: (g) αέρια (l) υγρά (s) στερεά (aq) υδατικά διαλύματα (am) σε διαλύματα αμμωνίας (ac) σε διαλύματα οξεικού οξέος CO 2 (g) + H 2 O(l) CO 2 (aq) + H 2 O(l) CO 2 (aq) H 2 CO 3 (aq) Πάντοτε να ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΖΕΤΕ τους συντελεστές στα δύο μέλη των εξισώσεων Εισαγωγική Χημεία

32 Παράδειγμα: Na + O 2 Na 2 O Στην αντίδραση αυτή το νάτριο (Na) και το οξυγόνο (O 2 ) αντιδρούν και δημιουργείται ένα μόριο αυτό του οξειδίου του νατρίου, Na 2 O

33 Ισοστάθμιση των εξισώσεων Σύμφωνα με τον νόμο διατήρησης της μάζας, σε μια χημική αντίδραση, η ποσότητα κάθε στοιχείου που παίρνει μέρος στην αντίδραση δεν μεταβάλλεται. Αυτό σημαίνει πως σε μια χημική αντίδραση παρίσταται πάντοτε η αυτή ποσότητα ενός στοιχείου, με άλλα λόγια περιλαμβάνεται πάντοτε ο αυτός αριθμός για κάθε είδος ατόμων.

34 Ισοστάθμιση εξισώσεων Na + O 2 Na 2 O Προκειμένου η εξίσωση αυτή να είναι ισοσταθμισμένη, θα πρέπει να περιλαμβάνει ίσες ποσότητες Na και στα δύο μέλη της εξίσωσης. Όπως είναι γραμμένη υπάρχει 1 άτομο Na στο ΑΜ και 2 άτομα Na στο ΔΜ. Το πρόβλημα λύνεται θέτοντας ένα 2 μπροστά από το Na στο ΑΜ: 2Na + O 2 Na 2 O

35 Ισοστάθμιση εξισώσεων 2Na + O 2 Na 2 O Υπάρχουν 2 άτομα Na στο ΑΜ και 2 στο ΔΜ. Τι γίνεται με τα άτομα του O; Ελέγχουμε την αντιστάθμιση του αριθμού των ατόμων O και στα δύο μέλη της εξίσωσης. Στο ΑΜ υπάρχουν 2 άτομα O και στο ΔΝ μόνο ένα. Ακόμα η εξίσωση δεν είναι ισοσταθμισμένη. Για να την ισοσταθμίσουμε βάζουμε τον συντελεστή 2 μπροστά από το Na 2 O στο ΔΜ. Η εξίσωση γίνεται : 2Na + O 2 2Na 2 O

36 Ισοστάθμιση εξισώσεων 2Na + O 2 2Na 2 O Το 2 στο ΔΜ αντιστοιχεί τόσο στο Na 2 όσο και στο O. Προς το παρόν το ΑΜ της εξίσωσης έχει 2 άτομα Na και 2 άτομα O. Το ΔΜ έχει συνολικά 4 άτομα Na και 2 άτομα O. Και στην περίπτωση αυτή υπάρχει πρόβλημα διότι ο αριθμός των ατόμων στα δύο μέλη πρέπει να είναι ο αυτός. Προκειμένου να διορθώσουμε το πρόβλημα χρειάζονται 2 ακόμα άτομα Na στο αριστερό μέλος. Η εξίσωση τώρα θα είναι: 4Na + O 2 2Na 2 O

37 Συντελεστές εξισώσεων Εισαγωγική Χημεία

38 Η καύση του προπανίου Οι συντελεστές πρέπει να είναι οι μικρότεροι δυνατοί ακέραιοι αριθμοί Εισαγωγική Χημεία

39 Σπίρτα ασφαλείας: περιέχουν χλωρικό κάλιο-ανάφλεξη; ζάχαρη Εισαγωγική Χημεία

40 Είδη χημικών αντιδράσεων Πολλές χημικές αντιδράσεις εμφανίζουν γενικά χαρακτηριστικά τα οποία επιτρέπουν την συστηματική τους ταξινόμηση.