Γεληθή Φεκεία. Νίθνο Ξεθνπθνπισηάθεο Δπίθνπξνο Καζεγεηήο

Γεληθή Φεκεία Νίθνο Ξεθνπθνπισηάθεο Δπίθνπξνο Καζεγεηήο Πνιπηερλείν Κξήηεο Τκήκα Μεραληθψλ Πεξηβάιινληνο Γξαθείν Κ2.125, ηει.: 28210-37772 e-mail:nikosxek@gmail.com

Πεξηερφκελα Καηαζηάζεηο ηεο χιεο αέξηα πγξά ζηεξεά Γηακνξηαθέο δπλάκεηο δεζκφο πδξνγφλνπ Γηαιχκαηα ζπγθέληξσζε πεξηεθηηθφηεηα 2

Αέξηα Τα αέξηα είλαη ζπκπηέζηκα ξεπζηά. Τα αέξηα απνηεινχληαη απφ άηνκα ή κφξηα ηα νπνία βξίζθνληαη ζε δηαξθή θαη ηπραία θίλεζε κέζα ζην ρψξν ηνλ νπνίν θαηαιακβάλεη ην αέξην. 3

Αέξηα Τα αέξηα ζπκπηέδνληαη επεηδή ηα κφξηα απφ ηα νπνία απνηειείηαη κπνξνχλ λα εμαλαγθαζηνχλ λα ρσξέζνπλ ζε κηθξφηεξν ρψξν. Έλα αέξην είλαη ξεπζηφ επεηδή θάζε κφξηφ ηνπ κπνξεί λα αιιάμεη εχθνια ζέζε ζε ζρέζε κε ηα ππφινηπα. 4

Υγξά Τα πγξά είλαη ζρεηηθά αζπκπίεζηα ξεπζηά. Τα κφξηα ελφο πγξνχ θηλνχληαη δηαξθψο θαη ηπραία πξνο φιεο ηηο θαηεπζχλζεηο. Ωζηφζν βξίζθνληαη ζε πνιχ θνληηλέο απνζηάζεηο κεηαμχ ηνπο, έηζη ψζηε ν ειεχζεξνο ρψξνο κεηαμχ ησλ κνξίσλ είλαη ειάρηζηνο. 5

Σηεξεά Τα ζηεξεά είλαη ζρεδφλ αζπκπίεζηα, είλαη θαηά θαλφλα δχζθακπηα θαη δελ ξένπλ. Τα ζσκαηίδηα (άηνκα, κφξηα ή ηφληα) ηα νπνία απαξηίδνπλ έλα ζηεξεφ βξίζθνληαη ζε ζηελή επαθή κεηαμχ ηνπο. Γελ κεηαθηλνχληαη αιιά πξαγκαηνπνηνχλ κηα ηαιάλησζε γχξσ απφ κηα ζέζε ηζνξξνπίαο. 6

Δηακνξηαθέο δπλάκεηο Οη δηακνξηαθέο δπλάκεηο νη νπνίεο αλαπηχζζνληαη κεηαμχ ησλ ζσκαηηδίσλ ζηελ πγξή θαη ηε ζηεξεή θαηάζηαζε δελ κπνξεί λα ζεσξεζνχλ ακειεηέεο. Σπλεηζθέξνπλ ζεκαληηθά ζηε δηακφξθσζε ησλ ηδηνηήησλ ησλ πγξψλ θαη ησλ ζηεξεψλ. 7

Μεηαβνιέο θαηαζηάζεσλ Μηα κεηαβνιή κηαο νπζίαο απφ κηα θαηάζηαζε ζε κηα άιιε νλνκάδεηαη κεηαβνιή θαηάζηαζεο ή κεηαηξνπή θάζεο. Δμάρλσζε Τήμε Δμάηκηζε Σηεξεφ Πήμε Υγξφ Σπκπχθλσζε ή πγξνπνίεζε Αέξην Απφζεζε 8

Μεηαβνιέο θαηαζηάζεσλ 9

Δηακνξηαθέο δπλάκεηο Οη δηακνξηαθέο δπλάκεηο (intermolecular forces) είλαη νη δπλάκεηο αιιειεπίδξαζεο νη νπνίεο αζθνχληαη κεηαμχ ησλ κνξίσλ κηαο νπζίαο. Μεηαμχ νπδεηέξσλ κνξίσλ ππάξρνπλ ηξεηο ηχπνη ειθηηθψλ δπλάκεσλ: Γπλάκεηο δηπφινπ-δηπφινπ Γπλάκεηο London ή δηαζπνξάο Δεζκόο πδξνγόλνπ Γπλάκεηο van der Waals 10

Γπλάκεηο δηπφινπ-δηπφινπ Ζ δχλακε δηπφινπ-δηπφινπ είλαη κηα ειθηηθή δηακνξηαθή δχλακε. Πξνθχπηεη απφ ηελ ηάζε ησλ πνιηθψλ κνξίσλ λα πξνζαλαηνιίδνληαη έηζη ψζηε ην ζεηηθφ άθξν ηνπ ελφο κνξίνπ λα είλαη θνληά ζην αξλεηηθφ άθξν ηνπ άιινπ κνξίνπ. 11

Γπλάκεηο δηπφινπ-δηπφινπ ζηεξεφ 12

Γπλάκεηο δηπφινπ-δηπφινπ πγξφ 13

Γπλάκεηο London (ή δηαζπνξάο) Οη δπλάκεηο London (ή δπλάκεηο δηαζπνξάο) είλαη αζζελείο ειθηηθέο δπλάκεηο κεηαμχ ησλ κνξίσλ Πξνθχπηνπλ απφ ηα κηθξά ζηηγκηαία δίπνια πνπ δεκηνπξγνχληαη ιφγσ ηεο αιιαγήο ζέζεσλ ησλ ειεθηξνλίσλ θαηά ηελ θίλεζή ηνπο γχξσ απφ ηνπο ππξήλεο. 14

Γπλάκεηο London (ή δηαζπνξάο) Οη δπλάκεηο London απμάλνληαη όζν απμάλεηαη ην κνξηαθό βάξνο ησλ νπζηώλ. Δμαξηψληαη επίζεο θαη απφ ην ζρήκα ησλ κνξίσλ. 15

Δεζκόο πδξνγόλνπ Γεζκφο πδξνγφλνπ είλαη κία αζζελήο έσο κέηξηα ειθηηθή δηακνξηαθή δχλακε. Αλαπηχζζεηαη κεηαμχ ελφο αηφκνπ πδξνγφλνπ νκνηνπνιηθά ζπλδεδεκέλνπ κε έλα πνιχ ειεθηξαξλεηηθφ άηνκν, Φ, θαη ελφο κνλήξνπο δεχγνπο ειεθηξνλίσλ ελφο άιινπ κηθξνχ ειεθηξαξλεηηθνχ αηφκνπ Y. Γεζκνχο πδξνγφλνπ ζπλαληάκε ζπρλά φηαλ ηα Φ θαη Υ είλαη ηα άηνκα F, O θαη Ν. 16

Γεζκφο πδξνγφλνπ 17

Άζθεζε 7.1 Τη είδνπο δηακνξηαθέο δπλάκεηο αλακέλνληαη γηα ηηο παξαθάησ νπζίεο; i. κεζάλην, CH 4 ii. ηξηρισξνκεζάλην, CHCl 3 iii. βνπηαλφιε, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH 18

Άζθεζε 7.2 Βξείηε ηηο δηάθνξεο δηακνξηαθέο δπλάκεηο πνπ αλακέλνληαη γηα θαζεκηά απφ ηηο αθφινπζεο ελψζεηο: i. πξνπαλφιε, CH 3 CH 2 CH 2 OH ii. δηνμείδην ηνπ άλζξαθα, CO 2 iii. δηνμείδην ηνπ ζείνπ, SO 2 19

Άζθεζε 7.3 Γηα θαζέλα απφ ηα αθφινπζα δεχγε, επηιέμηε ηελ νπζία πνπ πεξηκέλεηε λα έρεη ηηο ηζρπξφηεξεο δηακνξηαθέο δπλάκεηο: i. δηνμείδην ηνπ άλζξαθα, CO 2 ή δηνμείδην ηνπ ζείνπ, SO 2 ii. δηκεζπιαηζέξαο, CH 3 OCH 3 ή αηζαλφιε, CH 3 CH 2 OH 20

Άζθεζε 7.4 Τνπνζεηήζηε ηνπο αθφινπζνπο πδξνγνλάλζξαθεο θαηά ζεηξά απμαλφκελνπ ζπκείνπ δέζεσο: i. αηζάλην, C 2 H 6 ii. πξνπάλην, C 3 H 8 iii. βνπηάλην, C 4 H 10 Αηηηνινγήζηε ηελ απάληεζή ζαο. 21

Άζθεζε 7.5 Τν ζεκείν δέζεσο ηνπ ρισξνκεζαλίνπ (ή κεζπινρισξηδίνπ), CH 3 Cl, είλαη 23,8 C, ελψ ηεο αηζαλφιεο, CH 3 CH 2 OH, είλαη 78,3 C. Δμεγήζηε γηαηί ην ρισξνκεζάλην έρεη ρακειφηεξν ζεκείν δέζεσο απφ ηελ αηζαλφιε, παξφιν πνπ ην ρισξνκεζάλην έρεη θάπσο κεγαιχηεξν κνξηαθφ βάξνο. Γίλεηαη φηη ην κνξηαθφ βάξνο ηνπ ρισξνκεζαλίνπ είλαη 50,49 g/mol ελψ ηεο αηζαλφιεο είλαη 46,07 g/mol. 22

Σρήκα ηνπ κνξίνπ ηνπ λεξνχ, Ζ 2 Ο Με δεζκηθά δεχγε ειεθηξνλίσλ 23

Γεζκφο πδξνγφλνπ ζην λεξφ 24

Σρήκα ηνπ κνξίνπ ηνπ λεξνχ Ο Ζ 104,5º Ζ Τν κφξην ηνπ λεξνχ έρεη ζρήκα ηζνζθεινχο ηξηγψλνπ κε ην νμπγφλν λα βξίζθεηαη ζηελ θνξπθή. 25

Πνιηθφηεηα ηνπ λεξνχ Λφγσ ηεο κεγάιεο δηαθνξάο ειεθηξαξλεηηθφηεηαο κεηαμχ ησλ αηφκσλ πδξνγφλνπ θαη νμπγφλνπ, νη ρεκηθνί δεζκνί ζην κφξην ηνπ λεξνχ είλαη ηζρπξά πνισκέλνη. Τν νμπγφλν είλαη πεξηζζφηεξν ειεθηξαξλεηηθφ απφ ην πδξνγφλν, θαηά ζπλέπεηα έιθεη ην δεχγνο ειεθηξνλίσλ ηνπ νκνηνπνιηθνχ δεζκνχ πξνο ην κέξνο ηνπ. 26

Πνιηθφηεηα ηνπ λεξνχ Απηφ έρεη σο απνηέιεζκα ηελ εκθάληζε θιάζκαηνο ζεηηθνχ θνξηίνπ (δ + ) ζηα άηνκα ηνπ πδξνγφλνπ θαη ηζνδχλακνπ θιάζκαηνο αξλεηηθνχ θνξηίνπ (2δ - ) ζην άηνκν ηνπ νμπγφλνπ 2δ - Ο Ζ Ζ δ + δ + 27

Γηπνιηθή ξνπή ηνπ λεξνχ Μέηξν ηεο πνιηθφηεηαο ελφο κνξίνπ είλαη ε δηπνιηθή ξνπή, κ (δηαλπζκαηηθφ κέγεζνο). Λφγσ ηνπ ζρήκαηνο ηνπ, ην κνξίνπ ηνπ λεξνχ εκθαλίδεη κεγάιε ζπληζηακέλε δηπνιηθή ξνπή. Ο Ζ Ζ 28

Γεζκφο πδξνγφλνπ ζην λεξφ Αλαπηχζζεηαη κηα ειθηηθή ειεθηξνζηαηηθή δχλακε Coulomb κεηαμχ ησλ αληίζεηα θνξηηζκέλσλ αηφκσλ πδξνγφλνπ θαη νμπγφλνπ. Τα κφξηα ηνπ λεξνχ ηείλνπλ λα δηεπζεηεζνχλ κε ην πδξνγφλν ηνπ ελφο κνξίνπ λα θαηεπζχλεηαη πξνο ην νμπγφλν ελφο γεηηνληθνχ κνξίνπ. 29

Γηεπζέηεζε ησλ κνξίσλ ηνπ λεξνχ Ο Ζ Ζ. δεζκφο πδξνγφλνπ Ο Ζ Ζ 30

Γεζκφο πδξνγφλνπ Μεηαμύ ηνπ αηόκνπ πδξνγόλνπ ελόο κνξίνπ λεξνύ θαη ησλ κε δεζκηθώλ δεπγώλ ειεθηξνλίσλ ηνπ νμπγόλνπ ελόο γεηηνληθνύ κνξίνπ λεξνύ αλαπηύζζεηαη κηα ηζρπξή δηακνξηαθή ειεθηξνζηαηηθή έιμε. Ζ έιμε απηή νλνκάδεηαη δεζκόο πδξνγόλνπ. Ζ ηζρχο ηνπ δεζκνχ πδξνγφλνπ είλαη πεξίπνπ ην 1 έσο 5% ηεο ηζρχνο ηνπ νκνηνπνιηθνχ δεζκνχ Ζ-Ο. 31

Γεζκφο πδξνγφλνπ Λφγσ ηνπ δεζκνχ πδξνγφλνπ ηα κφξηα ηνπ λεξνχ ζπγθξαηνχληαη πνιχ ηζρπξά κεηαμχ ηνπο ζπγθξηηηθά κε άιια κφξηα παξαπιήζηνπ κνξηαθνχ βάξνπο. Ζ χπαξμε ηνπ δεζκνχ πδξνγφλνπ εμεγεί πνιιέο απφ ηηο αμηνζεκείσηεο θαη κνλαδηθέο ηδηφηεηεο ηνπ λεξνχ. Τα κφξηα ηνπ λεξνχ ζπλδένληαη κεηαμχ ηνπο θαη ζρεκαηίδνπλ ζπκπιέγκαηα κε ραξαθηεξηζηηθή δνκή. 32

Γεζκφο πδξνγφλνπ θαη ηδηφηεηεο λεξνχ Ζ χπαξμε ησλ δεζκψλ πδξνγφλνπ ζην κφξην ηνπ λεξνχ εμεγεί πνιιέο απφ ηηο κνλαδηθέο θαη αμηνζεκείσηεο θπζηθνρεκηθέο ηδηφηεηέο ηνπ: κεγάιε ππθλφηεηα πςειό ζεκείν δέζεσο (ην λεξφ είλαη πγξφ ζηηο ζπλεζηζκέλεο ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο θαη πίεζεο) κεγάιε δηαιπηηθή ηθαλόηεηα κεγάιε επηθαλεηαθή ηάζε κεγάιν ημψδεο κεγάιε ζεξκνρσξεηηθφηεηα 33

Γεζκφο πδξνγφλνπ 34

Γεζκφο πδξνγφλνπ ζην λεξφ 35

Γνκή ηνπ πάγνπ Σηνλ πάγν, ηα κφξηα ηνπ λεξνχ δηεπζεηνχληαη ζε κία ηεηξαεδξηθή, αλνηθηή δηάηαμε. Κάζε άηνκν νμπγόλνπ πεξηβάιιεηαη ηεηξαεδξηθά από ηέζζεξα άηνκα πδξνγόλνπ. Γχν άηνκα πδξνγφλνπ ελψλνληαη κε νκνηνπνιηθφ δεζκφ θαη ηα άιια δχν ζπγθξαηνχληαη ηζρπξά κε δεζκνχο πδξνγφλνπ. 36

Γνκή ηνπ πάγνπ 37

Γνκή ηνπ πάγνπ 38

Γνκή ηνπ πάγνπ 39

Γνκή ηνπ πάγνπ Σηε δνκή απηή ηνπ πάγνπ ε αλάπηπμε δεζκψλ πδξνγφλνπ κεηαμχ ησλ κνξίσλ ηνπ λεξνχ είλαη ε βέιηηζηε δπλαηή. Κάζε κφξην λεξνχ ζρεκαηίδεη 4 δεζκνχο πδξνγφλνπ κε ηα γεηηνληθά ηνπ κφξηα. Λφγσ ηεο χπαξμεο ησλ δεζκψλ πδξνγφλνπ, ε δνκή ηνπ πάγνπ πεξηέρεη κεγάιεο θνηιφηεηεο. Καηά ζπλέπεηα, ν πάγνο έρεη ζρεηηθά κηθξή ππθλφηεηα. 40

Ππθλφηεηα ηνπ λεξνχ Ζ ππθλφηεηα, ξ, ηνπ λεξνχ είλαη ην πειίθν ηεο κάδαο ηνπ, m, σο πξνο ηνλ φγθν ηνπ V. π m V Ζ ππθλφηεηα ηνπ λεξνχ εμαξηάηαη απφ ηελ ζεξκνθξαζία. Έζησ κηα νξηζκέλε πνζφηεηα λεξνχ, κάδαο m, ηεο νπνίαο κειεηάηαη ε κεηαβνιή ηεο ππθλφηεηαο ζπλαξηήζεη ηεο ζεξκνθξαζίαο. 41

Ππθλφηεηα ηνπ λεξνχ 42

Ππθλφηεηα ηνπ λεξνχ Μέρξη ηνπο 0 C: Καηά ηελ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ πάγνπ απμάλεηαη θαη ν φγθνο ηνπ (ζεξκηθή δηαζηνιή) ιφγσ ηεο αχμεζεο ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο ησλ κνξίσλ ηνπ λεξνχ. Άξα κεηψλεηαη ε ππθλφηεηα. Σηνπο 0 C: Όηαλ ιηψλεη ν πάγνο έλα κέξνο ησλ δεζκψλ πδξνγφλνπ ζπάδεη θαη θαηαζηξέθεηαη, ελ κέξεη, ε ηεηξαεδξηθή δηάηαμε ησλ κνξίσλ ηνπ λεξνχ. 43

Ππθλφηεηα ηνπ λεξνχ Τα κφξηα ηνπ λεξνχ ηα νπνία δελ ελψλνληαη πιένλ κεηαμχ ηνπο κε δεζκνχο πδξνγφλνπ θαηαιακβάλνπλ ηνπο θελνχο ρψξνπο νη νπνίνη ππάξρνπλ. Άξα ε ππθλφηεηα ηνπ λεξνχ ζηνπο 0 C είλαη κεγαιχηεξε απφ απηήλ ηνπ πάγνπ ζηνπο 0 C. Τν λεξφ ζηνπο 0 C εμαθνινπζεί λα έρεη ζε ζεκαληηθφ πνζνζηφ ηελ ηεηξαεδξηθή δνκή ηνπ πάγνπ. 44

Ππθλφηεηα ηνπ λεξνχ 0 C έσο 4 C: Τν θαηλφκελν ζπλερίδεηαη κέρξη ηνπο 4 C. Σπλερίδεη λα ζπάδεη έλα κέξνο ησλ δεζκψλ πδξνγφλνπ θαη ηα κφξηα ηνπ λεξνχ ηα νπνία δελ ελψλνληαη πιένλ κεηαμχ ηνπο κε δεζκνχο πδξνγφλνπ θαηαιακβάλνπλ ηνπο θελνχο ρψξνπο, νη νπνίνη εμαθνινπζνχλ λα ππάξρνπλ ζηε δνκή ηνπ λεξνχ. Ο φγθνο ηνπ λεξνχ ζπλερίδεη λα κεηψλεηαη. Καηά ζπλέπεηα, ην λεξό εκθαλίδεη ηελ κέγηζηε ππθλόηεηά ηνπ ζηνπο 4 C (γηα ηελ αθξίβεηα ζηνπο 3,98 C). 45

Ππθλφηεηα ηνπ λεξνχ 4 C θαη πάλσ: Ζ πεξαηηέξσ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο πξνθαιεί αχμεζε ηεο ζεξκηθήο θίλεζεο ησλ κνξίσλ ηνπ λεξνχ. Καηά ζπλέπεηα ν φγθνο πιένλ απμάλεηαη θαη ε ππθλφηεηα κεηψλεηαη. Σπλέπεηα φισλ ησλ παξαπάλσ είλαη ν πάγνο λα επηπιέεη ζην λεξό. Αλ ν πάγνο δελ είρε κηθξφηεξε ππθλφηεηα θαη δελ επέπιεε ζην λεξφ ηφηε ην ρεηκψλα νη ιίκλεο θαη ηα πνηάκηα ζα πάγσλαλ νινζρεξψο. Ωο απνηέιεζκα είλαη φηη δελ ζα κπνξνχζε λα ππάξμεη θαη λα αλαπηπρζεί δσή κέζα ζην λεξφ. 46

Ο πάγνο επηπιέεη ζην λεξφ Κεξί (παξαθίλε) Νεξφ 47

Ο πάγνο επηπιέεη ζην λεξφ 48

Ο πάγνο έρεη κεγαιχηεξν φγθν απφ ην λεξφ Νεξφ Πάγνο 49

Σεκείν δέζεσο ηνπ λεξνχ Τν λεξφ, ζε ζχγθξηζε κε άιια κφξηα κε παξφκνην κνξηαθφ βάξνο, έρεη αζπλήζηζηα πςειφ ζεκείν δέζεσο. Ωο απνηέιεζκα ην λεξφ είλαη πγξφ ζηηο ζπλεζηζκέλεο ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο θαη πίεζεο. Τν λεξφ βξάδεη ζηνπο 100 ºC ζε πίεζε 1 atm. Τν ζεκείν δέζεσο ηνπ λεξνχ είλαη αζπλήζηζηα πςειφ ζε ζρέζε κε ηηο ελψζεηο κε πδξνγφλν ησλ ζηνηρείσλ ηεο νκάδαο VIA ηνπ πεξηνδηθνχ πίλαθα (H 2 S, H 2 Se, H 2 Te). 50

Σεκείν δέζεσο 51

Σεκείν δέζεσο ηνπ λεξνύ Τν πςειό ζεκείν δέζεσο ηνπ λεξνύ κπνξεί λα εμεγεζεί κε ηελ ύπαξμε ησλ δεζκώλ πδξνγόλνπ κεηαμύ ησλ κνξίσλ ηνπ λεξνύ. Η ύπαξμή ηνπο απαηηεί ηελ πξνζθνξά κεγαιύηεξσλ πνζώλ ελέξγεηαο κε ηελ κνξθή ζεξκόηεηαο ώζηε ε άηαθηε ζεξκηθή θίλεζε λα ππεξληθήζεη ηηο δηακνξηαθέο δπλάκεηο κεηαμύ ησλ κνξίσλ θαη ην πγξό λα κεηαηξαπεί ζε αέξην. 52

Δηαιπηηθή ηθαλόηεηα ηνπ λεξνύ Παξφιν πνπ ην λεξφ είλαη νκνηνπνιηθή έλσζε, ε κεγάιε ηηκή ηεο δηειεθηξηθήο ζηαζεξά ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ κεγάιε δηπνιηθή ξνπή θαζηζηνχλ ην λεξφ άξηζην δηαιχηε ηνληηθψλ θαη πνιηθψλ ελψζεσλ. Τν λεξφ κπνξεί λα δηαιχεη έλα κεγάιν αξηζκφ νπζηψλ. Τα πνιηθά κφξηα ηνπ λεξνχ έιθνληαη κε ηελ επηθάλεηα ελφο ηνληηθνχ θξπζηάιινπ κέζσ δπλάκεσλ ηφληνο-δηπφινπ. 53

Νεξφ θαη δηειεθηξηθή ζηαζεξά Ζ δηειεθηξηθή ζηαζεξά ελφο πγξνχ είλαη κέηξν ηεο ηθαλφηεηάο ηνπ λα επηηξέπεη ην δηαρσξηζκφ ησλ θνξηίσλ. Γχλακε Coulomb: φπνπ: q 1, q 2 : θνξηία r: απφζηαζε F C ε 0 : δηειεθηξηθή ζηαζεξά ηνπ θελνχ, 8.85x10-12 C 2 /N. m 2 ε: δηειεθηξηθή ζηαζεξά ηνπ κέζνπ 4 1 q 1 r q 2 2 54

Γηειεθηξηθή ζηαζεξά δηαθφξσλ πιηθψλ 55

Γνκή ηνληηθψλ ελψζεσλ 56

Γηαιπηηθή ηθαλφηεηα ηνπ λεξνχ Γηάιπζε NaCl ζην λεξφ: 57

Γηαιπηηθή ηθαλφηεηα ηνπ λεξνχ 58

Γηαιπηηθή ηθαλφηεηα ηνπ λεξνχ Καζψο ηα ηφληα εγθαηαιείπνπλ ηελ επηθάλεηα ηνπ θξπζηάιινπ πεξηβάιινληαη πιήξσο απφ κφξηα λεξνχ. Τα άηνκα ηνπ νμπγφλνπ έιθνληαη απφ ηα ζεηηθά ηφληα (θαηηφληα) ελψ ηα άηνκα ηνπ πδξνγφλνπ έιθνληαη απφ ηα αξλεηηθά ηφληα (αληφληα). Ζ ηθαλφηεηα ηνπ λεξνχ λα δηαιχεη ηνληθέο ελψζεηο, φπσο είλαη ηα άιαηα, εμεγεί ηελ παξνπζία κηθξψλ πνζνηήησλ αλφξγαλσλ ηφλησλ ζηα θπζηθά λεξά. 59

Δηαιύκαηα (solutions) Αλαθέξζεθε ήδε φηη ην δηάιπκα είλαη έλα νκνγελέο κίγκα. Τν δηάιπκα απνηειείηαη απφ: ην δηαιύηε (solvent): ζπλήζσο βξίζθεηαη ζε κεγαιχηεξε αλαινγία, π.ρ. λεξφ, αηζαλφιε, αθεηφλε. ηε(ηο) δηαιπκέλε(εο) νπζία(εο) (solute): βξίζθεηαη(νληαη) ζπλήζσο ζε κηθξφηεξε αλαινγία. Γηαιχηεο είλαη ε νπζία εθείλε ε νπνία θαηά ηε δηάιπζε δηαηεξεί ηε θπζηθή ηεο θαηάζηαζε. 60

Γηαιχκαηα Τα δηαιχκαηα κε βάζε ηε θπζηθή ηνπο θαηάζηαζε ηαμηλνκνχληαη ζε: αέξηα δηαιύκαηα: φια ηα αέξηα κίγκαηα είλαη δηαιχκαηα πγξά δηαιύκαηα: π.ρ. πδαηηθά δηαιχκαηα ζηεξεά δηαιύκαηα: θξάκαηα ησλ κεηάιισλ Μεγαιχηεξν ελδηαθέξνλ εκθαλίδνπλ ηα πγξά δηαιχκαηα. Γηαιχκαηα ζηα νπνία ν δηαιύηεο είλαη ην λεξό νλνκάδνληαη πδαηηθά δηαιύκαηα (aqueous solutions). 61

Υδαηηθά δηαιύκαηα Τν λεξφ, ιφγσ ηεο ρεκηθήο ηνπ δνκήο, έρεη ηελ ηθαλφηεηα λα δηαιχεη έλα πνιχ κεγάιν αξηζκφ ρεκηθψλ νπζηψλ. Σηα πδαηηθά δηαιχκαηα, ε δηαιπκέλε νπζία κπνξεί λα είλαη: αέξηα: Ο 2, N 2, CO 2, H 2 S, HCl, NH 3, θ.α. πγξή: αηζαλφιε (CH 3 CH 2 OH), νμηθφ νμχ (CH 3 COOH), θ.α. ζηεξεή: NaCl, γιπθφδε (C 6 H 12 O 6 ), θ.α. 62

Υδαηηθά δηαιύκαηα Οη δηαιπκέλεο νπζίεο ζην λεξφ ρσξίδνληαη ζε δχν κεγάιεο θαηεγνξίεο, ζηνπο: Ηιεθηξνιύηεο (electrolytes): νπζίεο νη νπνίεο φηαλ δηαιχνληαη ζην λεξφ πξνθχπηεη δηάιπκα ειεθηξηθά αγψγηκν. Τα ειεθηξνιπηηθά δηαιύκαηα πεξηέρνπλ ηόληα. Με ειεθηξνιύηεο (nonelectrolytes) ή κνξηαθέο νπζίεο: νπζίεο νη νπνίεο φηαλ δηαιχνληαη ζην λεξφ πξνθχπηεη δηάιπκα κε ειεθηξηθά αγψγηκν ή πνιχ αζζελψο αγψγηκν. 63

Ηιεθηξνιύηεο Οξηζκέλεο νπζίεο φηαλ δηαιχνληαη ζην λεξφ παξάγνπλ ηφληα ζην δηάιπκα. Οη νπζίεο απηέο κπνξεί λα είλαη: ηνληηθέο: NaCl, NaOH, FeCl 3, κνξηαθέο: HCl, NH 3, CH 3 COOH, Σηηο ηνληηθέο νπζίεο, ηα ηφληα πξνυπάξρνπλ ζην θξπζηαιιηθφ πιέγκα ηεο νπζίαο θαη θαηά ηε δηάιπζε ειεπζεξψλνληαη ζην πδαηηθφ δηάιπκα: NaCl(s) Na + (aq) + Cl (aq) 64

Ηνληηθά ειεθηξνιπηηθά δηαιχκαηα Γηάιπζε NaCl ζην λεξφ: 65

Ζιεθηξνιχηεο Σηνπο κνξηαθνχο ειεθηξνιχηεο, ηα ηφληα ζρεκαηίδνληαη θαηά ηε δηάιπζε ηεο νπζίαο ζην λεξφ, π.ρ. πδαηηθφ δηάιπκα πδξνρισξηθνχ νμένο, HCl(aq): πδαηηθφ δηάιπκα νμηθνχ νμένο, CH 3 COOH(aq): πδαηηθφ δηάιπκα ακκσλίαο, ΝH 3 (aq): 66

Ηιεθηξνιύηεο Τα ηφληα ηα νπνία πξνθχπηνπλ θαηά ηε δηάιπζε ησλ ειεθηξνιπηηθψλ νπζηψλ ζην λεξφ θηλνχληαη ειεχζεξα θαη άγνπλ ην ειεθηξηθφ ξεχκα. Τν θαζαξφ λεξφ απνηειείηαη απφ κφξηα ηα νπνία είλαη ειεθηξηθά νπδέηεξα. Καηά ζπλέπεηα, ην θαζαξφ λεξφ δελ είλαη αγσγφο ηνπ ειεθηξηζκνχ. 67

Ζιεθηξνιχηεο Καζαξφ λεξφ, H 2 O Υδαηηθφ δηάιπκα NaCl 68

Ηζρπξνί θαη αζζελείο ειεθηξνιχηεο Ιζρπξόο ειεθηξνιύηεο είλαη ν ειεθηξνιχηεο ν νπνίνο ππάξρεη ζην δηάιπκα ζρεδφλ εμνινθιήξνπ κε ηε κνξθή ηφλησλ, π.ρ. ΖCl, NaCl, NaCl(s) Na + (aq) + Cl (aq) Αζζελήο ειεθηξνιύηεο είλαη ν ειεθηξνιχηεο ν νπνίνο δηαιπφκελνο ζην λεξφ δίλεη έλα ζρεηηθά κηθξφ πνζνζηφ ηφλησλ, π.ρ. ΝΖ 3 : 69

Ηζρπξνί θαη αζζελείο ειεθηξνιχηεο Ηζρπξφο ειεθηξνιχηεο Αζζελήο ειεθηξνιχηεο Υδαηηθφ δηάιπκα HCl Υδαηηθφ δηάιπκα NH 3 70

Με ειεθηξνιχηεο Με ειεθηξνιύηεο: φηαλ δηαιχνληαη ζην λεξφ δίλνπλ κε αγψγηκν ή πνιχ αζζελψο αγψγηκν δηάιπκα, π.ρ. γιπθφδε C 6 H 12 O 6, κεζαλφιε CH 3 OH, Γηάθνξεο κνξηαθέο ελψζεηο φηαλ δηαιπζνχλ ζην λεξφ παξακέλνπλ κε ηελ κνξθή κνξίσλ. Τα κφξηα είλαη ειεθηξηθά νπδέηεξα θαη δελ κπνξνχλ λα κεηαθέξνπλ θνξηία. Καηά ζπλέπεηα, ηα δηαιχκαηα ησλ ελψζεσλ απηψλ είλαη ειεθηξηθά κε αγψγηκα. 71

Με ειεθηξνιχηεο Υδαηηθφ δηάιπκα κεζαλφιεο, CH 3 OH. H 2 O CH 3 OH 72

Δηαιπηόηεηα (solubility) Έλα δηάιπκα ην νπνίν, σο πξνο κηα ζπγθεθξηκέλε νπζία, βξίζθεηαη ζε ηζνξξνπία, νλνκάδεηαη θνξεζκέλν δηάιπκα (saturated solution). Ζ δηαιπηόηεηα κηαο νπζίαο είλαη ε κάδα ηεο νπζίαο ε νπνία δηαιχεηαη ζε δεδνκέλε πνζφηεηα λεξνχ θαη ζε δεδνκέλε ζεξκνθξαζία, ψζηε λα πξνθχςεη θνξεζκέλν δηάιπκα. 73

Γηαιπηφηεηα Σπλήζσο εθθξάδεηαη σο ε κάδα ηεο δηαιπκέλεο νπζίαο ζηα 100 ml λεξνχ (δηαιχηε) ζε δεδνκέλε ζεξκνθξαζία, π.ρ. ε δηαιπηφηεηα ηνπ NaCl ζηνπο 20 ºC είλαη 36,0 g NaCl/100 ml H 2 O. Έλα δηάιπκα ην νπνίν, σο πξνο κηα ζπγθεθξηκέλε δηαιπκέλε νπζία, δε βξίζθεηαη ζε ηζνξξνπία θαη ην νπνίν κπνξεί λα δηαιχζεη επηπιένλ πνζφηεηα νπζίαο, νλνκάδεηαη αθόξεζην δηάιπκα (unsaturated solution). 74

Κνξεζκέλα θαη αθφξεζηα δηαιχκαηα 75

Υπέξθνξα δηαιχκαηα Έλα δηάιπκα ην νπνίν πεξηέρεη πεξηζζφηεξε δηαιπκέλε νπζία απφ φηη έλα θνξεζκέλν δηάιπκα, νλνκάδεηαη ππέξθνξν (supersaturated). Τα ππέξθνξα δηαιχκαηα είλαη αζηαζή, θαη ε επηπιένλ πνζφηεηα δηαιπκέλεο νπζίαο απνβάιιεηαη απφ ην δηάιπκα. 76

Γηαιπηφηεηα Ηζρχεη ν γεληθφο θαλφλαο φηη «ηα φκνηα δηαιχνπλ φκνηα» (φκνηνο νκνίσ αεί πειάδεη). Γειαδή, πνιηθνί δηαιχηεο, φπσο ην λεξφ, δηαιχνπλ πνιηθέο νπζίεο, φπσο ην NaCl. Με πνιηθνί δηαιχηεο, φπσο ε βελδίλε, δηαιχεη κε πνιηθέο νπζίεο, φπσο ην ιάδη. Όκσο ην ιάδη δε δηαιχεηαη ζην λεξφ. Οκνίσο, ην NaCl δε δηαιχεηαη ζηε βελδίλε. 77

Γηαιπηφηεηα Ζ δηαιπηφηεηα κηαο νπζίαο ζε θάπνηα άιιε κπνξεί λα εξκελεπηεί βάζεη δχν παξαγφλησλ: Ο έλαο είλαη ε θπζηθή ηάζε κηαο νπζίαο λα αλακηγλχεηαη κε κία άιιε. 78

Γηαιπηφηεηα Ο άιινο είλαη ε αλάπηπμε δηακνξηαθψλ δπλάκεσλ κεηαμχ ησλ ζσκαηηδίσλ ηεο δηαιπκέλεο νπζίαο θαη ηνπ δηαιχηε. Αλ κεηαμχ ησλ ζσκαηηδίσλ ηεο δηαιπκέλεο νπζίαο θαη ηνπ δηαιχηε δελ αλαπηχζζνληαη δηακνξηαθέο δπλάκεηο ηφηε δελ επλνείηαη ε δηάιπζε ηεο νπζίαο. 79

Γηαιπηφηεηα 80

Ηνληηθά ειεθηξνιπηηθά δηαιχκαηα Ζ ειθηηθή δχλακε κεηαμχ ελφο ηφληνο θαη ελφο κνξίνπ λεξνχ νθείιεηαη ζε δπλάκεηο ηόληνοδηπόινπ. 81

Ηνληηθά ειεθηξνιπηηθά δηαιχκαηα Ζ έιμε ησλ κνξίσλ ηνπ λεξνχ απφ ηα ηφληα νλνκάδεηαη πδάησζε (hydration). Ζ δηαιπηφηεηα ελφο ηνληηθνχ ζηεξενχ εμαξηάηαη απφ: ηελ ελέξγεηα πδάησζεο ησλ ηφλησλ (ε ελέξγεηα ε νπνία ζρεηίδεηαη κε ηελ έιμε κεηαμχ ηφλησλ θαη κνξίσλ ηνπ λεξνχ) ηελ ελέξγεηα ηνπ θξπζηαιιηθνχ πιέγκαηνο ηεο νπζίαο, δειαδή ηελ ελέξγεηα ε νπνία ζπγθξαηεί ηα ηφληα ζην θξπζηαιιηθφ πιέγκα ηεο νπζίαο. 82

Δπίδξαζε ζεξκνθξαζίαο ζηε δηαιπηφηεηα Γηα ζηεξεέο δηαιπκέλεο νπζίεο, θαηά θαλφλα, ε αύμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο πξνθαιεί αύμεζε ηεο δηαιπηόηεηαο. 83

Δπίδξαζε ζεξκνθξαζίαο ζηε δηαιπηφηεηα Γηα αέξηεο δηαιπκέλεο νπζίεο, θαηά θαλφλα, ε αύμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο πξνθαιεί κείσζε ηεο δηαιπηόηεηαο. Γειαδή, ην Φεηκψλα ε δηαιπηφηεηα ηνπ νμπγφλνπ ζην λεξφ απμάλεηαη, ελψ ην Καινθαίξη αληίζεηα κεηψλεηαη. Δπίζεο, γηα αέξηεο δηαιπκέλεο νπζίεο, ε αχμεζε ηεο πίεζεο πξνθαιεί αχμεζε ηεο δηαιπηφηεηάο ηνπο ζην λεξφ. 84

Γηαιπηφηεηα Ο 2 ζην λεξφ 85

Δπίδξαζε ηεο πίεζεο ζηε δηαιπηφηεηα ησλ αεξίσλ 86

Νφζνο ησλ δπηψλ 87

Γξακκνκνξηαθή ζπγθέληξσζε Ζ γξακκνκνξηαθή ζπγθέληξσζε ή κνξηαθφηεηα θαη φγθν (Molarity, κνλάδεο mol/l, ζχκβνιν M), νξίδεηαη σο ηα moles ηεο δηαιπκέλεο νπζίαο ηα νπνία πεξηέρνληαη ζε έλα ιίηξν δηαιύκαηνο. c n V Molarity(M ) moles διαλςμένηρ οςζίαρ λίηπα διαλύμαηορ c: ε γξακκνκνξηαθή ζπγθέληξσζε ή molarity, ζε mol/l = M n: ηα moles ηεο δηαιπκέλεο νπζίαο, ζε mol V: ν φγθνο ηνπ δηαιχκαηνο, ζε L 88

Γπάιηλα ζθεχε ρεκηθνχ εξγαζηεξίνπ 89

Παξαζθεπή δηαιπκάησλ 90

Άζθεζε 7.6 Έλα δείγκα NaNO 3 δπγίδεη 0,38 g θαη ηνπνζεηείηαη ζε νγθνκεηξηθή θηάιε 50,0 ml. Ζ θηάιε ζπκπιεξψλεηαη κε λεξφ κέρξη ηε ραξαγή. Πνηα είλαη ε molarity ηνπ δηαιχκαηνο πνπ πξνθχπηεη; 91

Άζθεζε 7.7 Γείγκα NaCl έρεη κάδα 0,0678 g θαη ηνπνζεηείηαη ζε νγθνκεηξηθή θηάιε ησλ 25,0 ml. Ζ θηάιε ζπκπιεξψλεηαη κε λεξφ κέρξη ηε ραξαγή. Πνηα είλαη ε molarity ηνπ δηαιχκαηνο; 92

Άζθεζε 7.8 Έλα πείξακα απαηηεί ηελ πξνζζήθε ζην δνρείν ηεο αληίδξαζεο 0,184 g NaOH ππφ κνξθή πδαηηθνχ δηαιχκαηνο. Πφζα ml δηαιχκαηνο NaOH ζπγθέληξσζεο 0,150 Μ πξέπεη λα πξνζηεζνχλ; 93

Άζθεζε 7.9 Πφζα ml πδαηηθνχ δηαιχκαηνο NaCl πεξηέρνπλ 0,0958 g NaCl; 94

Άζθεζε 7.10 Πφζα moles NaCl πξέπεη λα πξνζηεζνχλ ζε νγθνκεηξηθή θηάιε ησλ 50,0 ml γηα λα δψζνπλ δηάιπκα NaCl 0,15 M, φηαλ ε θηάιε ζπκπιεξσζεί κε λεξφ κέρξη ηε ραξαγή; Πφζα γξακκάξηα NaCl είλαη απηή ε πνζφηεηα; 95

Αξαίσζε δηαιπκάησλ Γηάιπκα 1 Νεξφ Γηάιπκα 2 n c n 1 c1 V1 2 2 V2 Τα moles ηεο δηαιπκέλεο νπζίαο είλαη ίδηα πξηλ θαη κεηά ηελ αξαίσζε. n n c V c V 1 2 1 1 2 2 96

Άζθεζε 7.11 Γίλεηαη πδαηηθφ δηάιπκα ακκσλίαο, NH 3 (aq), ζπγθέληξσζεο 14,8 Μ. Πφζα ml απφ απηφ ην δηάιπκα ρξεηαδφκαζηε γηα λα παξαζθεπάζνπκε κε αξαίσζε 100,0 ml δηαιχκαηνο ακκσλίαο ζπγθέληξσζεο 1,00 Μ; 97

Άζθεζε 7.12 Έρεηε έλα πδαηηθφ δηάιπκα ζεηηθνχ νμένο, Ζ 2 SO 4 (aq) ζπγθέληξσζεο 1,5 Μ. Πφζα ml απφ απηφ ην δηάιπκα ρξεηάδεζζε πξνθεηκέλνπ λα παξαζθεπάζεηε 100,0 ml δηαιχκαηνο ζεηηθνχ νμένο ζπγθέληξσζεο 0,18 Μ; 98

Πεξηεθηηθόηεηα ησλ δηαιπκάησλ Πεξηεθηηθόηεηα επί ηνηο εθαηό θαηά βάξνο (% w/w ή % wt): Ζ πνζφηεηα ηεο δηαιπκέλεο νπζίαο ζε g ε νπνία πεξηέρεηαη ζε 100 g δηαιχκαηνο. εκαηοζηιαία πεπιεκηικόηηηα καηά μάζα διαλςμένηρ οςζίαρ μάζα διαλςμένηρ οςζίαρ μάζα διαλύμαηορ 100 % Δίλαη ε πην ζπρλά ρξεζηκνπνηνχκελε έθθξαζε πεξηέθηηθφηεηαο. 99

Άζθεζε 7.13 Πσο ζα κπνξνχζαηε λα παξαζθεπάζεηε 425 g πδαηηθνχ δηαιχκαηνο ην νπνίν λα πεξηέρεη 2,40% θαηά κάδα νμηθφ λάηξην, CH 3 COONa; 100

Άζθεζε 7.14 Σε έλα πείξακα απαηηνχληαη 35,0 g πδξνρισξηθνχ νμένο, ΖCl(aq) πεξηεθηηθφηεηαο 20,2% θαηά κάδα HCl. Πφζα είλαη ηα γξακκάξηα HCl θαη πφζα ηα γξακκάξηα ηνπ λεξνχ ζην δηάιπκα απηφ; 101

Πεξηεθηηθφηεηα ησλ δηαιπκάησλ Πεξηεθηηθφηεηα επί ηνηο εθαηφ θαη φγθν (% v/v ή % vol): Ο φγθνο ηεο δηαιπκέλεο νπζίαο ζε ml ε νπνία πεξηέρεηαη ζε 100 ml δηαιχκαηνο (ρξεζηκνπνηείηαη γηα πγξέο δηαιπκέλεο νπζίεο). Πεξηεθηηθφηεηα επί ηνηο εθαηφ βάξνο θαη φγθν (% w/v): Ζ πνζφηεηα ηεο δηαιπκέλεο νπζίαο ζε g ε νπνία πεξηέρεηαη ζε 100 ml δηαιχκαηνο (ρξεζηκνπνηείηαη ζρεηηθά ζπάληα). 102

Γξακκνκνξηαθό θιάζκα (mole fraction) Τν γξακκνκνξηαθφ θιάζκα κηαο νπζίαο Α (ζχκβνιν Φ Α ) ζε έλα δηάιπκα νξίδεηαη σο ηα moles ηεο νπζίαο Α δηαηξεκέλα δηα ηνπ ζπλνιηθνχ αξηζκνχ ησλ moles ηνπ δηαιχκαηνο (δειαδή, moles δηαιπκέλσλ νπζηψλ θαη δηαιχηε). n n ν X A ή X i A i n n ν X 1 i A B n i 1 i 1 i 103

Άζθεζε 7.15 Υπνινγίζηε ηα γξακκνκνξηαθά θιάζκαηα ηεο γιπθφδεο θαη ηνπ λεξνχ ζε έλα δηάιπκα ην νπνίν πεξηέρεη 5,67 g γιπθφδεο, C 6 H 12 O 6, δηαιπκέλα ζε 25,2 g λεξνχ. 104

Άζθεζε 7.16 Γηαιχνληαη 5,844 g ρισξηνχρνπ λαηξίνπ NaCl ζην λεξφ κέρξη ηειηθνχ φγθνπ 250,0 ml. Τν δηάιπκα ην νπνίν πξνθχπηεη έρεη ππθλφηεηα ξ = 1,02 g/ml. Να βξεζνχλ: i. ε επί ηνηο εθαηφ βάξνο θαηά βάξνο (% w/w) πεξηεθηηθφηεηα ii. ε κνξηαθφηεηα θαη φγθν (Molarity) iii. ην γξακκνκνξηαθφ θιάζκα ηνπ δηαιχηε θαη ηεο δηαιπκέλεο νπζίαο ζην δηάιπκα. 105

Άζθεζε 7.17 i. Πφζα γξακκάξηα φμηλνπ αλζξαθηθνχ λαηξίνπ, NaHCO 3, πξέπεη λα δηαιπζνχλ ψζηε λα παξαζθεπαζηνχλ 250,0 ml πδαηηθνχ δηαιχκαηνο κε ζπγθέληξσζε 0,200 Μ; ii. Να βξεζεί ν φγθνο ηνπ παξαπάλσ δηαιχκαηνο ν νπνίνο πξέπεη λα αξαησζεί κε λεξφ ψζηε λα πξνθχςνπλ 100,0 ml αξαησκέλνπ δηαιχκαηνο κε ζπγθέληξσζε 0,050 Μ. 106

Άζθεζε 7.18 Τν ζεηηθφ νμχ, H 2 SO 4 (aq), θέξεηαη ζην εκπφξην κε ηε κνξθή ππθλνχ πδαηηθνχ δηαιχκαηνο κε πεξηεθηηθφηεηα ε νπνία θπκαίλεηαη απφ 95,0 έσο 98,0 % w/w θαη ππθλφηεηα ίζε κε 1,840 g/ml. Τν πδξνρισξηθφ νμχ, HCl(aq), θέξεηαη ζην εκπφξην κε ηε κνξθή ππθλνχ πδαηηθνχ δηαιχκαηνο κε πεξηεθηηθφηεηα 37,0 % w/w θαη ππθλφηεηα ίζε κε 1,2 g/ml. Να βξεζεί ε κνξηαθφηεηα θαη φγθν (Molarity) ησλ παξαπάλσ ππθλψλ πδαηηθψλ δηαιπκάησλ νμέσλ. 107

Υπνινγηζκνί κε moles Γηα λα ππνινγίδνπκε ηνλ αξηζκφ ησλ moles κηαο νπζίαο δηαηξνχκε ηε κάδα ηεο νπζίαο κε ηε γξακκνκνξηαθή ηεο κάδα: φπνπ: n m Μ n: ν αξηζκφο ησλ moles ηεο νπζίαο, ζε mol m: ε κάδα ηεο νπζίαο, ζε g M: ε γξακκνκνξηαθή κάδα ηεο νπζίαο, ζε g/mol 108

Υπνινγηζκνί κε moles Ο αξηζκφο ησλ moles κηαο νπζίαο κπνξεί λα ππνινγηζηεί θαη απφ ηελ αθφινπζε ζρέζε: n N φπνπ: N A n: ν αξηζκφο ησλ moles ηεο νπζίαο, ζε mol Ν: ν αξηζκφο ησλ αηφκσλ, κνξίσλ, ή ηππηθψλ κνλάδσλ ηεο νπζίαο Ν Α : ν αξηζκφο Avogadro 6,022 10 23 mol 1 109

Άζθεζε 7.19 Να ππνινγίζεηε πφζα γξακκάξηα είλαη ηα 0,0654 mol ZnI 2. Λύζε: Τν κνξηαθφ βάξνο ηνπ ZnI 2 είλαη: 65,38 + 2 126,90447 = 319,18894 amu 319,19 amu Άξα ε γξακκνκνξηαθή κάδα ηνπ ZnI 2 είλαη 319,19 g/mol. n m m Μ n M m 0,0654 mol 319,19 g/mol m 20,9 g 110

Άζθεζε 7.20 Ζ αλάιπζε ελφο δηαιχκαηνο Ζ 2 Ο 2 δείρλεη φηη ζε 1,00 L δηαιχκαηνο ππάξρνπλ 0,909 mol H 2 O 2. Πφζε είλαη ε κάδα ηνπ ππεξνμεηδίνπ ηνπ πδξνγφλνπ ζε απηφ ηνλ φγθν δηαιχκαηνο. 111

Άζθεζε 7.21 Να ππνινγίζεηε πφζα moles είλαη ηα 45,6 g ρξσκηθνχ κνιχβδνπ(ηη), PbCrO 4. Λύζε: Τν κνξηαθφ βάξνο ηνπ PbCrO 4 είλαη: 207,2 + 51,9961 + 4 15,999 = 323,1921 amu 323,2 amu (ην αηνκηθφ βάξνο ηνπ κνιχβδνπ δίλεηαη κε έλα δεθαδηθφ ςεθίν). Άξα ε γξακκνκνξηαθή κάδα ηνπ PbCrO 4 είλαη 323,2 g/mol. n Μ m n 45,6 g 323,2 g/mol 0,141 mol 112

Άζθεζε 7.22 Να ππνινγίζεηε πφζα moles είλαη ηα 28,5 g ληηξηθνχ νμένο, ΖΝΟ 3. 113

Άζθεζε 7.23 Πφζα κφξηα ππάξρνπλ ζε έλα δείγκα ρισξηδίνπ ηνπ πδξνγφλνπ, HCl, κάδαο 3,46 g. Λύζε: Τν κνξηαθφ βάξνο ηνπ HCl είλαη: 1,008 + 35,45 = 36,458 amu 36,46 amu, άξα ε γξακκνκνξηαθή ηνπ κάδα είλαη 36,46 g/mol. Υπνινγίδνπκε ηα moles ηνπ HCl: n N N A n N Μ m n NA n N 5,715 3,46 g 36,46 g/mol 0,0949 10 22 mol 6,022 μόπια HCl 0,0949 10 mol 23 mol 1 114

Άζθεζε 7.24 Πφζα κφξηα ππάξρνπλ ζε 56 mg HCN; 115

Άζθεζε 7.25 Να ππνινγηζηεί ν αξηζκφο ησλ moles ησλ παξαθάησ νπζηψλ: i. 2,00 g NaOH ii. 4,90 g H 2 SO 4 iii. 3,00 g CH 3 COOH iv. 5,00 g CaCO 3 v. 6,30 g HNO 3 vi. 5,26 g Fe 2 (SO 4 ) 3 7H 2 O vii. 4,74 g KAl(SO 4 ) 2 12H 2 O viii.9,16 g Na 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 24H 2 O 116

Υπνινγηζκνί κε moles Έζησ ην κφξην ηνπ λεξνχ, H 2 O. 1 κφξην Ζ 2 Ο πεξηέρεη 2 άηνκα Ζ θαη 1 άηνκν Ο. 6,022 10 23 κφξηα Ζ 2 Ο πεξηέρνπλ 2 6,022 10 23 άηνκα Ζ θαη 6,022 10 23 άηνκα Ο. 1 mol κνξίσλ Ζ 2 Ο πεξηέρεη 2 mol αηφκσλ Ζ θαη 1 mol αηφκσλ Ο. 18,015 g H 2 O πεξηέρνπλ 2 1,008 = 2,016 g πδξνγφλνπ θαη 15,999 g νμπγφλνπ. 117

Άζθεζε 7.26 Να ππνινγίζεηε πφζα γξακκάξηα πδξνγφλνπ θαη νμπγφλνπ πεξηέρνληαη ζε 0,913 g λεξνχ. Λύζε: 2,016 g ςδπογόνος 0,913 g H2O 18,015 g H O 2 0,102 g ςδπογόνος 15,999 g οξςγόνος 0,913 g H2O 18,015 g H O 2 0,811 g οξςγόνος 118

Άζθεζε 7.27 Έζησ 1,000 g απφ ηα αθφινπζα ηφληα: i. ΝΟ 2 ii. ΝΟ 3 iii. ΝΖ 4 + Να ππνινγίζεηε πφζα γξακκάξηα αδψηνπ πεξηέρεη ην θάζε ηφλ. Λύζε: i. ΝΟ 2 : ii. ΝΟ 3 : iii. ΝΖ 4+ : 14,007 g N 46,005 g NO 2 1,000 g NO 2 0,3045 g N 119

Άζθεζε 7.28 Να ππνινγίζεηε πφζα γξακκάξηα άλζξαθα πεξηέρνληαη ζε: i. 12,08 g γιπθφδεο, C 6 H 12 O 6. ii. 18,55 g νμηθνχ νμένο, CH 3 COOH. iii. 5,44 g κεζαλφιεο, CH 3 OH. Λύζε: i. C 6 H 12 O 6 : ii. 6 12,011 g C 12,08 g C6H12O6 180,156 g C6H12O6 4,832 g C CH 3 COOH: iii. CH 3 OH: 120

Σηνηρεηνκεηξία ρεκηθώλ αληηδξάζεσλ Πξόβιεκα #1: Πφζε πνζφηεηα πδξνγφλνπ, H 2, ζε kg απαηηείηαη γηα ηελ παξαγσγή 907 kg ακκσλίαο, NH 3, ζχκθσλα κε ηε κέζνδν Haber: Ν 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) 121

Σηνηρεηνκεηξία ρεκηθψλ αληηδξάζεσλ Σηνηρεηνκεηξία (stoichiometry) είλαη ν ππνινγηζκφο ησλ πνζνηήησλ ησλ αληηδξψλησλ θαη πξντφλησλ ηα νπνία ζπκκεηέρνπλ ζε κηα ρεκηθή αληίδξαζε. Ν 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) 1 κφξην Ν 2 3 κφξηα Ζ 2 2 κφξηα ΝΖ 3 6,022 10 23 3 6,022 10 23 2 6,022 10 23 κφξηα Ν 2 κφξηα Ζ 2 κφξηα ΝΖ 3 1 mol Ν 2 3 mol Ζ 2 2 mol ΝΖ 3 28,014 g Ν 2 3 2,016 g Ζ 2 2 17,031 g ΝΖ 3 122

Σηνηρεηνκεηξηθνί ζπληειεζηέο θαη mol Σε θάζε ρεκηθή εμίζσζε νη ζηνηρεηνκεηξηθνί ζπληειεζηέο εθθξάδνπλ ηελ αλαινγία ησλ moles ησλ αληηδξψλησλ θαη ησλ πξντφλησλ ηα νπνία ζπκκεηέρνπλ ζηελ αληίδξαζε. 123

Σηνηρεηνκεηξηθνί ζπληειεζηέο θαη mol Ν 2 + 3Ζ 2 2ΝΖ 3 1 mol Ν 2 αληηδξά κε 3 mol Ζ 2 θαη ζρεκαηίδνληαη 2 mol ΝΖ 3. 10 mol Ν 2 αληηδξνχλ κε 30 mol Ζ 2 θαη ζρεκαηίδνληαη 20 mol ΝΖ 3. 0,1 mol Ν 2 αληηδξνχλ κε 0,3 mol Ζ 2 θαη ζρεκαηίδνληαη 0,2 mol ΝΖ 3. θ.ν.θ. 124

Σηνηρεηνκεηξηθνί ζπληειεζηέο θαη mol Σηελ πξνεγνχκελε αληίδξαζε έζησ φηη έρνπκε 4,8 mol H 2. Πφζε πνζφηεηα αδψηνπ, Ν 2, απαηηείηαη ψζηε λα αληηδξάζεη πιήξσο ην πδξνγφλν, Ζ 2 ; Σηελ πεξίπησζε απηή, πφζε πνζφηεηα ακκσλίαο, ΝΖ 3, παξάγεηαη; Απάληεζε: Απαηηνχληαη: Παξάγνληαη: 1mol N2 4,8 mol H 2 1,6 mol 3 mol H 2 N 2 2 mol NH3 4,8 mol H 2 3,2 mol 3 mol H 2 NH 3 125

Μεζνδνινγία ιχζεο ησλ πξνβιεκάησλ Γεδνκέλα: κάδεο ησλ αληηδξψλησλ Α ή/θαη Β ρξήζε ησλ γξακκνκνξηαθψλ καδψλ αα + ββ γγ + δγ Εεηνχκελα: κάδεο ησλ πξντφλησλ Γ ή/θαη Γ ρξήζε ησλ γξακκνκνξηαθψλ καδψλ moles ησλ αληηδξψλησλ Α ή/θαη Β ρξήζε ησλ ζηνηρεηνκεηξηθψλ ζπληειεζηψλ ηεο ρεκηθήο εμίζσζεο moles ησλ πξντφλησλ Γ ή/θαη Γ 126

Πξόβιεκα #1: Πφζε πνζφηεηα πδξνγφλνπ, H 2, ζε kg απαηηείηαη γηα ηελ παξαγσγή 907 kg ακκσλίαο, NH 3, ζχκθσλα κε ηε κέζνδν Haber: Ν 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Λύζε: Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ηεο ακκσλίαο: 3 m 907 10 g 4 n 5,33 10 mol NH Μ 17,03 g/mol n 3 127

Πξόβιεκα #1: Λύζε Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ Ζ 2 ηα νπνία απαηηνχληαη γηα ηελ παξαζθεπή ηεο παξαπάλσ πνζφηεηαο ΝΖ 3 : 3 mol H 4 2 5,33 10 mol NH3 2 mol NH3 8,00 10 Τέινο, ππνινγίδνπκε ηε κάδα ηνπ Ζ 2 : 4 mol H 2 n Μ m m n Μ 8,00 10 4 mol 2,02 g/mol m 1,62 10 5 g H 2 ή 162 kg H 2 128

Άζθεζε 7.29 Σε έλα δνρείν ηνπνζεηνχληαη 2,0 g πδξνγφλνπ θαη 8,0 g νμπγφλνπ ζε θαηάιιειεο ζπλζήθεο ψζηε λα πξαγκαηνπνηεζεί ρεκηθή αληίδξαζε. Πφζα γξακκάξηα λεξνχ ζα ζρεκαηηζηνχλ; 129

Άζθεζε 7.30 Έζησ ε αληίδξαζε: Fe 2 O 3 (s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO 2 (g) Πφζα γξακκάξηα ζηδήξνπ κπνξνχλ λα παξαρζνχλ απφ 1,00 kg Fe 2 O 3 ; Λύζε: Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ Fe 2 O 3 : 3 m 1,00 10 g n n 6,26 mol Fe Μ 2O3 159,69 g/mol 130

Άζθεζε 7.30 Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ ζηδήξνπ: 6,26 mol Fe O 2 mol Fe 2 3 12,52 mol Fe 1mol Fe 2 O 3 Τέινο, ππνινγίδνπκε ηε κάδα ηνπ ζηδήξνπ: n Μ m m n Μ 12,52 mol 55,85 g/mol m 699,2 g Fe 131

Άζθεζε 7.31 Τν κεηαιιηθφ λάηξην αληηδξά κε ην λεξφ παξάγνληαο αέξην πδξνγφλν θαη δηάιπκα πδξνμεηδίνπ ηνπ λαηξίνπ. Πφζα γξακκάξηα κεηαιιηθνχ λαηξίνπ απαηηνχληαη γηα λα παξαρζνχλ 7,81 g H 2 ; 132

Άζθεζε 7.32 Έζησ ε αληίδξαζε: 4HCl(aq) + MnO 2 (s) 2H 2 O(s) + MnCl 2 (aq) + Cl 2 (g) Πφζα γξακκάξηα ΖCl απαηηνχληαη γηα λα αληηδξάζνπλ κε 5,00 g MnO 2 ; Λύζε: Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ MnO 2 : m 5,00 g n n 0,0575 mol MnO 2 Μ 86,94 g/mol 133

Άζθεζε 7.32 Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ ΖCl: 4 mol HCl 0,0575 mol MnO 2 0,230 mol HCl 1mol MnO 2 Τέινο, ππνινγίδνπκε ηε κάδα ηνπ ΖCl: n Μ m m n Μ 0,230 mol 36,46 g/mol m 8,39 g HCl 134

Άζθεζε 7.33 Καηά ηελ ζέξκαλζε ηνπ ζνπιθηδίνπ ηνπ ςεπδαξγχξνπ κε νμπγφλν παξάγεηαη νμείδην ηνπ ςεπδαξγχξνπ θαη δηνμείδην ηνπ ζείνπ. Πφζα ρηιηφγξακκα αεξίνπ νμπγφλνπ ελψλνληαη κε 5,00 10 3 g ζνπιθηδίνπ ηνπ ςεπδαξγχξνπ; 135

Άζθεζε 7.34 Καηά ηελ ζέξκαλζε ηνπ νμεηδίνπ ηνπ πδξαξγχξνπ(ηη) παξάγεηαη νμπγφλν θαη κεηαιιηθφο πδξάξγπξνο. Αλ παξαρζνχλ 6,47 g νμπγφλνπ, πφζα γξακκάξηα κεηαιιηθνχ πδξαξγχξνπ έρνπλ ηαπηφρξνλα παξαρζεί; 136

Άζθεζε 7.35 Τν βνπηάλην, C 4 H 10, θαίγεηαη απφ ην νμπγφλν ηνπ αέξα πξνο CO 2 θαη H 2 O. Πφζε είλαη ε πνζφηεηα ζε moles ηνπ CO 2 ε νπνία παξάγεηαη θαηά ηελ θαχζε 0,15 mol βνπηαλίνπ, C 4 H 10 ; Λύζε: Αξρηθά γξάθνπκε ηελ ηζνζηαζκηζκέλε εμίζσζε θαχζεο ηνπ βνπηαλίνπ: C 4 H 10 (g) + 13/2O 2 (g) 4CO 2 (g) + 5H 2 O(g) 137

Άζθεζε 7.35: Απάληεζε Σχκθσλα κε ηελ ζηνηρεηνκεηξία ηεο αληίδξαζεο έρνπκε: 0,15 mol C H 4 mol CO2 4 10 0,60 1mol C H 4 10 mol CO 2 138

Άζθεζε 7.36 Να ππνινγίζεηε ηα γξακκάξηα ηνπ νμπγφλνπ ηα νπνία απαηηνχληαη γηα ηελ πιήξε θαχζε ησλ παξαθάησ νπζηψλ, θαζψο θαη ηα γξακκάξηα ηνπ CO 2 ηα νπνία παξάγνληαη θαηά ηελ θαχζε: i. 3,24 g θαηλφιεο, C 6 H 5 OH. ii. 5,14 g νμηθνχ νμένο, CH 3 COOH. iii. 2,18 g αηζαλφιεο, CH 3 CH 2 OH. Λύζε: i. Αξρηθά γξάθνπκε ηελ ηζνζηαζκηζκέλε εμίζσζε θαχζεο ηεο θαηλφιεο: C 6 H 5 OH + 7Ο 2 6CO 2 + 3H 2 O 139

Άζθεζε 7.36 Καηφπηλ ππνινγίδνπκε ηα moles ηεο θαηλφιεο: n Μ m 3,24 g n 0,0344 mol C6H5OH 94,11 g/mol Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ νμπγφλνπ ζχκθσλα κε ηελ ζηνηρεηνκεηξία ηεο αληίδξαζεο: 7 mol O2 0,0344 mol C6H5OH 0,241 1mol C H OH 6 5 mol Έπεηηα, ππνινγίδνπκε ηα γξακκάξηα ηνπ Ο 2 : O 2 n Μ m m n Μ 0,241 mol 32,00 g/mol 7,71 g O2 140

Άζθεζε 7.36 Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ CO 2 ζχκθσλα κε ηελ ζηνηρεηνκεηξία ηεο αληίδξαζεο: 6 mol CO2 0,0344 mol C6H5OH 1mol C H OH Τέινο ππνινγίδνπκε ηα γξακκάξηα ηνπ CΟ 2 : 6 5 0,206 mol CO 2 n m m n Μ 0,206 mol 44,01 g/mol 9,07 g CO Μ 2 ii. 5,14 g νμηθνχ νμένο, CH 3 COOH. iii. 2,18 g αηζαλφιεο, CH 3 CH 2 OH. 141

Πεξηνξηζηηθό αληηδξώλ Πξόβιεκα #2: Σε έλα θιεηζηφ δνρείν ηνπνζεηνχληαη 7,0 γξακκάξηα αδψηνπ, Ν 2, θαη 3,0 γξακκάξηα πδξνγφλνπ, H 2, ζε θαηάιιειεο ζπλζήθεο ψζηε λα πξαγκαηνπνηεζεί ρεκηθή αληίδξαζε. Να βξείηε πφζα γξακκάξηα ακκσλίαο, ΝH 3 ζα ζρεκαηηζηνχλ. 142

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ Σπρλά ζηηο ρεκηθέο αληηδξάζεηο έλα ή πεξηζζφηεξα αληηδξψληα πξνζηίζεληαη ζε αλαινγίεο κεγαιχηεξεο απφ ηηο ζηνηρεηνκεηξηθά απαηηνχκελεο, π.ρ. Ζ 2 + Η 2 2ΖΗ 0,1 mol 0,5 mol Σχκθσλα κε ηε ζηνηρεηνκεηξία ηεο αληίδξαζεο, ε αλαινγία moles H 2 θαη I 2 είλαη 1:1. 143

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ Σχκθσλα κε ηε ζηνηρεηνκεηξία ηεο αληίδξαζεο θαη ηα αξρηθά moles ησλ αληηδξψλησλ ζπκπεξαίλνπκε φηη: νιφθιεξε ε πνζφηεηα ηνπ Ζ 2 ζα αληηδξάζεη έλα κέξνο ηεο πνζφηεηαο ηνπ Η 2 (ζπγθεθξηκέλα 0,4 mol) ζα πεξηζζέςεη ζα ζρεκαηηζηνχλ 2 0,1 = 0,2 mol HI 144

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ Τν αληηδξψλ ην νπνίν θαηαλαιψλεηαη πιήξσο φηαλ ε αληίδξαζε θηάζεη ζην ηέξκα ηεο νλνκάδεηαη πεξηνξηζηηθό αληηδξώλ (limiting reactant), ζην πξνεγνχκελν παξάδεηγκα ην Ζ 2. Έλα αληηδξψλ ην νπνίν δελ θαηαλαιψλεηαη πιήξσο νλνκάδεηαη αληηδξώλ ζε πεξίζζεηα (excess reactant), ζην πξνεγνχκελν παξάδεηγκα ην Η 2. Τα moles ησλ πξντφλησλ θαζνξίδνληαη πάληνηε απφ ηα αξρηθά moles ηνπ πεξηνξηζηηθνχ αληηδξψληνο, ζην πξνεγνχκελν παξάδεηγκα 0,2 mol HI. 145

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ Σπρλά θαηαζηξψλνπκε έλα πίλαθα ηηκψλ σο εμήο: moles Ζ 2 + Η 2 2ΖΗ Αξρηθά 0,1 0,5 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα 0,1 0,1 + 0,2 Τειηθά 0 0,4 0,2 Άξα παξάγνληαη 0,2 mol HI θαη πεξηζζεύνπλ 0,4 mol I 2 146

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ 147

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ Έζησ ε αληίδξαζε: 2Ζ 2 + Ο 2 2Ζ 2 Ο 1 mol 1 mol moles 2Ζ 2 + Ο 2 2Ζ 2 Ο Αξρηθά 1 1 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα 1 0,5 Τειηθά 0 0,5 1 + 1 148

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ 2Ζ 2 + Ο 2 2Ζ 2 Ο 1 mol 1 mol 149

Πεξηνξηζηηθό αληηδξώλ Πξόβιεκα #2: Σε έλα θιεηζηφ δνρείν ηνπνζεηνχληαη 7,0 γξακκάξηα αδψηνπ, Ν 2, θαη 3,0 γξακκάξηα πδξνγφλνπ, H 2, ζε θαηάιιειεο ζπλζήθεο ψζηε λα πξαγκαηνπνηεζεί ρεκηθή αληίδξαζε. Να βξείηε πφζα γξακκάξηα ακκσλίαο, ΝH 3 ζα ζρεκαηηζηνχλ. 150

Λύζε ηνπ πξνβιήκαηνο Αξρηθά κεηαηξέπνπκε ηηο κάδεο ησλ αληηδξψλησλ ζε moles. N 2 : n m M 7,0 g 28,01 g/mol 0,25 mol H 2 : n m M 3,0 g 2,02 g/mol 1,5 mol 151

Λύζε ηνπ πξνβιήκαηνο Σηε ζπλέρεηα θαηαζηξψλνπκε ηνλ αθφινπζν πίλαθα ηηκψλ: πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα moles N 2 + 3H 2 2NΖ 3 Αξρηθά 0,25 1,5 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη 0,25 0,75 + 0,50 Τειηθά 0 0,75 0,50 Άξα παξάγνληαη 0,50 17,03 = 8,5 g ΝH 3 θαη πεξηζζεύνπλ 0,75 2,02 = 1,5 g H 2 152

Άζθεζε 7.37 Μεηαιιηθφο ςεπδάξγπξνο θαη πδξνρισξηθφ νμχ αληηδξνχλ ζχκθσλα κε ηελ εμίζσζε: Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl 2 (aq) + H 2 (g) Αλ πξνζηεζνχλ 0,30 mol Zn ζε πδξνρισξηθφ νμχ ην νπνίν πεξηέρεη 0,52 mol HCl, πφζα moles H 2 ζα παξαρζνχλ; Λύζε: Καηαζηξψλνπκε ηνλ αθφινπζν πίλαθα ηηκψλ: 153

Άζθεζε 7.37 moles Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl 2 (aq) + Ζ 2 (g) Αξρηθά 0,30 0,52 Αληηδξνχλ 0,26 0,52 Παξάγνληαη + 0,26 + 0,26 Τειηθά 0,04 0 0,26 0,26 Ζ πνζφηεηα ηνπ Ζ 2 ε νπνία παξάγεηαη είλαη 0,26 mol. 154

Άζθεζε 7.38 Έζησ ε αληίδξαζε: 2Al(s) + 6HCl(g) 2AlCl 3 (s) + 3H 2 (g) Έζησ φηη ην δνρείν ηεο αληίδξαζεο πεξηέρεη 0,15 mol Al θαη 0,35 mol HCl. Πφζα mol AlCl 3 κπνξνχλ λα παξαρζνχλ; 155

Άζθεζε 7.38 Έζησ ε αληίδξαζε: 2CH 3 CHO(l) + O 2 (g) 2CH 3 COOH(l) Σην δνρείν ηεο αληίδξαζεο ηνπνζεηνχληαη 20,0 g αθεηαιδευδεο, CH 3 CHO, θαη 10,0 g O 2. Πφζα γξακκάξηα νμηθνχ νμένο, CH 3 COOH, παξάγνληαη; Πφζα γξακκάξηα απφ ην αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα κέλνπλ κεηά ην ηέινο ηεο αληίδξαζεο; 156

Άζθεζε 7.38 Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ησλ αληηδξψλησλ: CH 3 CHO: n m M 20,0 g 44,05 g/mol 0,454 mol O 2 : n m M 10,0 g 32,00 g/mol 0,313 mol 157

Άζθεζε 7.38 Σηε ζπλέρεηα θαηαζηξψλνπκε ηνλ αθφινπζν πίλαθα ηηκψλ: moles 2CH 3 CHO + O 2 2CH 3 COOH Αξρηθά 0,454 0,313 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα 0,454 0,227 + 0,454 Τειηθά 0 0,086 0,454 Άξα παξάγνληαη 0,454 60,05 = 27,3 g CH 3 COOH θαη πεξηζζεύνπλ 0,086 32,00 = 2,8 g O 2 158

Άζθεζε 7.39 Σε έλα πείξακα ζεξκαίλνληαη 7,36 g ςεπδαξγχξνπ κε 6,45 g ζείνπ, ηα νπνία αληηδξνχλ ζχκθσλα κε ηελ εμίζσζε: 8Zn + S 8 8ZnS Πφζε πνζφηεηα ζνπιθηδίνπ ηνπ ςεπδαξγχξνπ παξάρζεθε; 159

Άζθεζε 7.40 Έζησ νη αληηδξάζεηο: 2C(s) + O 2 (g) 2CO(g) ZnO(s) + CO(g) Zn(s) + CO 2 (g) Πφζε είλαη ε κέγηζηε πνζφηεηα ςεπδαξγχξνπ ε νπνία κπνξεί λα ιεθζεί απφ 75,0 g νμεηδίνπ ηνπ ςεπδαξγχξνπ θαη 50,0 g άλζξαθα; Λύζε: Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ άλζξαθα: m 50,0 g C: n 4,16 mol M 12,01 g/mol 160

Άζθεζε 7.40 Με βάζε ηε ζηνηρεηνκεηξία ηεο πξψηεο αληίδξαζεο ηα moles ηνπ CO είλαη: 2 mol CO 4,16 mol C 4,16 mol CO 2 mol C Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ νμεηδίνπ ηνπ ςεπδαξγχξνπ: ZnO: n m M 75,0 g 81,38 g/mol 0,922 mol Σηε ζπλέρεηα θαηαζηξψλνπκε ηνλ αθφινπζν πίλαθα ηηκψλ: 161

Άζθεζε 7.40 πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα moles ZnO + CO Zn + CO 2 Αξρηθά 0,922 4,16 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη 0,922 0,922 + 0,922 + 0,922 Τειηθά 0 3,238 0,922 0,922 Άξα ε κέγηζηε πνζφηεηα ςεπδαξγχξνπ ε νπνία κπνξεί λα ιεθζεί είλαη 0,922 mol ή 0,922 65,38 = 60,3 g Zn. 162

Άζθεζε 7.41 Μίγκα 0,500 g Cu 2 O θαη CuO πεξηέρεη 0,425 g Cu. Πφζε είλαη ε κάδα ηνπ CuO ζην κίγκα; Λύζε: Έζησ x θαη y ε κάδα ηνπ Cu 2 O θαη ηνπ CuO αληίζηνηρα. Θα ηζρχεη φηη: x + y = 0,500 Γηα ην Cu 2 O ηζρχεη φηη: 1 mol Cu 2 O πεξηέρεη 2 mol Cu ή 143,09 g Cu 2 O πεξηέρνπλ 2 63,55 = 127,10 g Cu 163

Άζθεζε 7.41 Άξα ε κάδα ηνπ ραιθνχ ζην Cu 2 O ζα είλαη: 127,10 g Cu x g Cu 2O 143,09 g Cu O Οκνίσο, γηα ην CuO ηζρχεη φηη: 2 0,88825x g Cu 1 mol CuO πεξηέρεη 1 mol Cu ή 79,55 g CuO πεξηέρνπλ 63,55 g Cu Άξα ε κάδα ηνπ ραιθνχ ζην CuO ζα είλαη: y g CuO 63,55 g Cu 0,7989y g Cu 79,55 g CuO 164

Άζθεζε 7.41 Άξα έρνπκε ην εμήο ζχζηεκα εμηζψζεσλ: x + y = 0,500 0,88825x + 0,7989y = 0,425 Λχλνληαο ην ζχζηεκα έρνπκε: x = 0,286 θαη y = 0,214 Άξα ε κάδα ηνπ CuO ζην κίγκα είλαη 0,214 g. 165

Θεσξεηηθή θαη πξαγκαηηθή απφδνζε Ζ ζεσξεηηθή απόδνζε ελφο πξντφληνο είλαη ε κέγηζηε πνζφηεηα πξντφληνο ε νπνία κπνξεί λα ιεθζεί ζε κηα αληίδξαζε απφ δεδνκέλεο πνζφηεηεο αληηδξψλησλ. Ζ πξαγκαηηθή απόδνζε ελφο πξντφληνο είλαη απηή ε νπνία πξνζδηνξίδεηαη πεηξακαηηθά. Σπλήζσο ε πξαγκαηηθή απφδνζε είλαη κηθξφηεξε ηεο ζεσξεηηθήο ιφγσ: απσιεηψλ θαηά ην δηαρσξηζκφ ησλ πξντφλησλ παξάιιεισλ αληαγσληζηηθψλ αληηδξάζεσλ ρεκηθήο ηζνξξνπίαο 166

Δθαηνζηηαία απφδνζε Ζ εθαηνζηηαία απφδνζε ελφο πξντφληνο είλαη ην επί ηνηο εθαηφ πειίθν ηεο πξαγκαηηθήο απφδνζεο πξνο ηε ζεσξεηηθή απφδνζε: Εκαηοζηιαί α απόδοζη ππαγμαηική απόδοζη θεωπηηική απόδοζη 100 (3.3) Αλ ζην παξάδεηγκα 3.15 ε πξαγκαηηθή απφδνζε ζε CH 3 COOH ήηαλ 23,8 g, ηφηε: 23,8 Εκαηοζηιαί α απόδοζη ζε CH3COOH 100 27,3 87,2% 167

Άζθεζε 7.42 Έζησ ε αληίδξαζε ηεο κεζαλφιεο, CH 3 OH, κε κνλνμείδην ηνπ άλζξαθα, CO, πξνο ζρεκαηηζκφ νμηθνχ νμεφο, CH 3 COOH: CH 3 OH(l) + CO(g) CH 3 COOH(l) Σε έλα πείξακα, 15,0 g κεζαλφιεο θαη 10,0 g κνλνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα εηζάγνληαη ζην δνρείν ηεο αληίδξαζεο. Πφζε είλαη ε ζεσξεηηθή απφδνζε ζε νμηθφ νμχ; Αλ ε πξαγκαηηθή απφδνζε είλαη 19,1 g, πφζε είλαη ε εθαηνζηηαία απφδνζε; 168

Άζθεζε 7.42 Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ησλ αληηδξψλησλ: CH 3 OH: n m M 15,0 g 32,04 g/mol 0,468 mol CO: n m M 10,0 g 28,01 g/mol 0,357 mol 169

Άζθεζε 7.42 Σηε ζπλέρεηα θαηαζηξψλνπκε ηνλ αθφινπζν πίλαθα ηηκψλ: moles CH 3 OH + CO CH 3 COOH Αξρηθά 0,468 0,357 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ 0,357 0,357 + 0,357 Τειηθά 0,111 0 0,357 Άξα παξάγνληαη 0,357 60,05 = 21,4 g CH 3 COOH θαη πεξηζζεύνπλ 0,111 32,04 = 3,56 g CO 170

Άζθεζε 7.42 Ζ εθαηνζηηαία απφδνζε ζε νμηθφ νμχ είλαη: 19,1 Εκαηοζηιαί α απόδοζη ζε CH3COOH 100 21,4 89,3% 171

Άζθεζε 7.43 Να ππνινγίζεηε ηελ πνζφηεηα ηνπ CO 2 εθθξαζκέλε ζε kg, ε νπνία εθιχεηαη θαηά ηελ πιήξε θαχζε 150 L βελδίλεο. Να ζεσξήζεηε φηη ν ρεκηθφο ηχπνο ηεο βελδίλεο είλαη C 8 H 18 θαη φηη ε ππθλφηεηα ηεο βελδίλεο ηζνχηαη κε 735 kg/m 3. Απάληεζε: Αξρηθά γξάθνπκε ηελ αληίδξαζε θαχζεο ηνπ νθηαλίνπ: C 8 H 18 + 25/2Ο 2 8CO 2 + 9H 2 O 172

Άζθεζε 7.43 Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηε κάδα ηνπ νθηαλίνπ, απφ ηελ ππθλφηεηά ηνπ. Ηζρχεη φηη ξ = 735 kg/m 3 = 735 g/l. Άξα: π m V m πv m 735 g L 150L 110250 g Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα mol ηνπ νθηαλίνπ. Ηζρχεη φηη: Μ(C 8 H 18 ) = 114,23 g/mol 173

Άζθεζε 7.43 Άξα: n m M 110250 g 114,23 g/mol Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα mol ηνπ CO 2 : n(co 2 ) = 8 n(c 8 H 18 )= 7721,26 965,158 Τέινο, ππνινγίδνπκε ηε κάδα ηνπ CO 2 : mol m n M m 7721,26 mol 44,01 g/mol 339813 Γειαδή, ζα ζρεκαηηζηνχλ 340 kg CO 2. g 174