Sve formule i nazivi su u hemiji. Osnovne formule za rješavanje problema. Periodični zakon i periodični sistem D.I. Mendeljejev

Dom

>> Hemijske formule

Hemijske formule

Materijal u ovom odlomku će vam pomoći:
> saznati koja je hemijska formula;
> čitati formule supstanci, atoma, molekula, jona;
> pravilno koristiti izraz „jedinica formule“;
> sastaviti hemijske formule jonskih jedinjenja;

> okarakterizirati sastav supstance, molekule, jona koristeći hemijsku formulu.

Hemijska formula. Svi imaju supstance

postoji ime. Međutim, po njenom nazivu nemoguće je odrediti od kojih se čestica sastoji supstanca, koliko i kakvih atoma se nalaze u njenim molekulima, ionima i koji naboj imaju ioni. Odgovore na takva pitanja daje poseban zapis - hemijska formula. Hemijska formula je oznaka atoma, molekula, jona ili tvari pomoću simbola hemijski elementi

i indeksi.

Hemijska formula atoma je simbol odgovarajućeg elementa. Na primjer, atom aluminija je označen simbolom Al, atom silicija simbolom Si. Jednostavne supstance takođe imaju takve formule - metal aluminijum, nemetal atomske strukture silicijum. Hemijska formula

molekule jednostavne supstance sadrži simbol odgovarajućeg elementa i indeks - mali broj napisan ispod i desno. Indeks označava broj atoma u molekulu.

Molekul kiseonika se sastoji od dva atoma kiseonika. Njegova hemijska formula je O2. Ova formula se čita tako što se prvo izgovara simbol elementa, a zatim indeks: “o-two”. Formula O2 označava ne samo molekulu, već i samu supstancu kisik.

Molekul O2 naziva se dvoatomski. Jednostavne supstance vodonik, azot, fluor, hlor, brom i jod sastoje se od sličnih molekula (njihova opšta formula je E2).

Ozon sadrži molekule od tri atoma, bijeli fosfor sadrži molekule od četiri atoma, a sumpor sadrži molekule od osam atoma. (Napišite hemijske formule ovih molekula.)
H 2
O2
N 2
Cl2
BR 2

I 2 U formuli molekula složene tvari zapisani su simboli elemenata čiji su atomi sadržani u njoj, kao i indeksi. Molekula ugljični dioksid

U formuli jona, njegov naboj je dodatno zapisan. Da biste to učinili, koristite superscript. Označava iznos naplate brojem (ne pišu jedan), a zatim znakom (plus ili minus). Na primjer, natrijev ion sa nabojem +1 ima formulu Na + (čitaj “natrijum-plus”), jon hlora sa nabojem - I - SG - („hlor-minus”), hidroksidni ion sa nabojem - I - OH - ("o-pepeo-minus"), karbonatni ion sa nabojem -2 - CO 2- 3 ("ce-o-tri-dva-minus").

Na+,Cl-
jednostavni joni

OH - , CO 2- 3
kompleksnih jona

U formulama jonskih jedinjenja prvo upišite, bez navođenja naboja, pozitivno nabijenih joni, a zatim - negativno naelektrisan (tabela 2). Ako je formula tačna, tada je zbroj naboja svih iona u njoj nula.

Tabela 2
Formule nekih jonskih jedinjenja

U nekim hemijskim formulama, grupa atoma ili kompleksni ion je napisana u zagradama. Kao primjer, uzmimo formulu gašenog vapna Ca(OH) 2. Ovo je jonsko jedinjenje. U njemu za svaki Ca 2+ jon postoje dva OH - jona. Formula jedinjenja glasi " kalcijum-o-pepeo-dva puta”, ali ne i “kalcijum-o-pepeo-dva”.

Ponekad se u hemijskim formulama umjesto simbola elemenata pišu „strana“ slova, kao i indeksna slova. Takve formule se često nazivaju općim. Primjeri formula ovog tipa: ECI n, E n O m, F x O y. Prvo
formula označava grupu jedinjenja elemenata sa hlorom, druga - grupu jedinjenja elemenata sa kiseonikom, a treća se koristi ako je hemijska formula jedinjenja feruma sa Kiseonik nepoznato i
treba ga instalirati.

Ako trebate označiti dva odvojena atoma neona, dvije molekule kisika, dvije molekule ugljičnog dioksida ili dva natrijeva iona, koristite oznake 2Ne, 20 2, 2C0 2, 2Na +. Broj ispred hemijske formule naziva se koeficijent. Koeficijent I, kao i indeks I, nije upisan.

Jedinica formule.

Šta znači oznaka 2NaCl? Molekuli NaCl ne postoje; kuhinjska so je jonsko jedinjenje koje se sastoji od Na + i Cl - jona. Par ovih jona naziva se jedinica formule supstance (naglašena je na slici 44, a). Dakle, oznaka 2NaCl predstavlja dvije formule kuhinjske soli, odnosno dva para Na + i C l- jona.

Izraz “jedinica formule” koristi se za složene supstance ne samo jonske, već i atomske strukture. Na primjer, jedinica formule za kvarc SiO 2 je kombinacija jednog atoma silicijuma i dva atoma kisika (slika 44, b).

Rice. 44. jedinice formule u jedinjenjima jonske (a) atomske strukture (b)

Jedinica formule je najmanji "građevinski blok" supstance, njen najmanji fragment koji se ponavlja. Ovaj fragment može biti atom (u jednostavnoj tvari), molekula(u jednostavnoj ili složenoj tvari),
skup atoma ili jona (u složenoj supstanci).

Vježbajte. Compose hemijska formula jedinjenja koja sadrže Li + i SO 2- 4 jone. Imenujte jedinicu formule ove supstance.

Rješenje

U jonskom spoju, zbir naboja svih jona je nula. Ovo je moguće pod uslovom da za svaki SO 2-4 jon postoje dva Li + jona. Stoga je formula jedinjenja Li 2 SO 4.

Jedinica formule supstance su tri jona: dva Li+ jona i jedan jon SO 2-4.

Kvalitativni i kvantitativni sastav supstance.

Hemijska formula sadrži informacije o sastavu čestice ili supstance. Prilikom karakterizacije kvalitativnog sastava imenuju elemente koji tvore česticu ili supstancu, a kada karakterišu kvantitativni sastav, navode:

Broj atoma svakog elementa u molekulu ili kompleksnom ionu;
omjer atoma različitih elemenata ili jona u tvari.

Vježbajte. Opišite sastav metana CH 4 (molekularno jedinjenje) i sode pepela Na 2 CO 3 (jonsko jedinjenje)

Rješenje

Metan formiraju elementi Ugljik i Vodik (ovo je kvalitetan sastav). Molekul metana sadrži jedan atom ugljika i četiri atoma vodika; njihov omjer u molekuli i u tvari

N(C): N(H) = 1:4 (kvantitativni sastav).

(Slovo N označava broj čestica - atoma, molekula, jona.

Soda soda formirana je od tri elementa - natrijuma, ugljenika i kiseonika. Sadrži pozitivno nabijene ione Na+, budući da je natrijum metalni element, i negativno nabijene CO-2 3 ione (kvalitativni sastav).

Omjer atoma elemenata i jona u tvari je sljedeći:

Zaključci

Hemijska formula je zapis atoma, molekula, jona, tvari pomoću simbola kemijskih elemenata i indeksa. Broj atoma svakog elementa je naznačen u formuli pomoću indeksa, a naboj jona je naznačen superskriptom.

Jedinica formule je čestica ili zbirka čestica supstance predstavljena njenom hemijskom formulom.

Hemijska formula odražava kvalitativni i kvantitativni sastav čestice ili tvari.

?
66. Koje informacije o supstanci ili čestici sadrži hemijska formula?

67. Koja je razlika između koeficijenta i indeksa u hemijskoj notaciji? Dopunite svoj odgovor primjerima. Za šta se koristi superskript?

68. Pročitajte formule: P 4, KHCO 3, AI 2 (SO 4) 3, Fe(OH) 2 NO 3, Ag +, NH + 4, CIO - 4.

69. Šta znače unosi: 3H 2 0, 2H, 2H 2, N 2, Li, 4Cu, Zn 2+, 50 2-, NO - 3, 3Ca(0H) 2, 2CaC0 3?

70. Zapišite hemijske formule koje glase ovako: es-o-three; bor-dva-o-tri; pepeo-en-o-dva; hrom-o-pepeo-triput; natrijum-pepeo-es-o-four; en-ash-four-double-es; barijum-dva-plus; pe-o-četiri-tri-minus.

71. Sastavite hemijsku formulu molekula koja sadrži: a) jedan atom azota i tri atoma vodonika; b) četiri atoma vodonika, dva atoma fosfora i sedam atoma kiseonika.

72. Koja je jedinica formule: a) za sodu sodu Na 2 CO 3 ; b) za jonsko jedinjenje Li 3 N; c) za jedinjenje B 2 O 3 koje ima atomsku strukturu?

73. Napravite formule za sve supstance koje mogu sadržati samo sledeće jone: K + , Mg2 + , F - , SO -2 4 , OH - .

74. Opišite kvalitativni i kvantitativni sastav:

a) molekularne supstance - hlor Cl 2, vodonik peroksid (vodikov peroksid) H 2 O 2, glukoza C 6 H 12 O 6;
b) jonska supstanca - natrijum sulfat Na 2 SO 4;
c) joni H 3 O +, HPO 2- 4.

Popel P. P., Kryklya L. S., Hemija: Pidruch. za 7. razred zagalnosvit. navch. zatvaranje - K.: VC "Akademija", 2008. - 136 str.: ilustr.

Sadržaj lekcije bilješke o nastavi i prateći okvir prezentacije lekcije interaktivne tehnologije akcelerator nastavne metode Vježbajte testovi, testiranje onlajn zadataka i vježbi domaće zadaće radionice i treninzi pitanja za razredne rasprave Ilustracije video i audio materijali fotografije, slike, grafikoni, tabele, dijagrami, stripovi, parabole, izreke, ukrštene riječi, anegdote, vicevi, citati Dodaci sažeci cheat sheets savjeti za radoznale članke (MAN) literatura osnovni i dodatni rječnik pojmova Poboljšanje udžbenika i lekcija ispravljanje grešaka u udžbeniku, zamjenu zastarjelih znanja novim Samo za nastavnike kalendarski planovi programe obuke metodološke preporuke

Moderne simbole za hemijske elemente uveo je u nauku 1813. J. Berzelius. Prema njegovom prijedlogu, elementi se označavaju početnim slovima njihovih latinskih naziva. Na primjer, kisik (Oxygenium) označava se slovom O, sumpor (Sumpor) slovom S, vodonik (Hydrogenium) slovom H. U slučajevima kada nazivi elemenata počinju istim slovom, još jedno slovo je dodato prvom slovu. Dakle, ugljenik (Carboneum) ima simbol C, kalcijum (Calcium) - Ca, bakar (Cuprum) - Cu.

Hemijski simboli nisu samo skraćeni nazivi elemenata: oni izražavaju i određene količine (ili mase), tj. Svaki simbol predstavlja ili jedan atom elementa, ili jedan mol njegovih atoma, ili masu elementa jednaku (ili proporcionalnu) molarnoj masi tog elementa. Na primjer, C znači ili jedan atom ugljika, ili jedan mol atoma ugljika, ili 12 jedinica mase (obično 12 g) ugljika.

Hemijske formule

Formule supstanci takođe ukazuju ne samo na sastav supstance, već i na njenu količinu i masu. Svaka formula predstavlja ili jednu molekulu supstance, ili jedan mol supstance, ili masu supstance jednaku (ili proporcionalnu) njenoj molarnoj masi. Na primjer, H2O predstavlja ili jedan molekul vode, ili jedan mol vode, ili 18 jedinica mase (obično (18 g) vode).

Jednostavne supstance se takođe označavaju formulama koje pokazuju od koliko atoma se sastoji molekul jednostavne supstance: na primer, formula za vodonik je H2. Ako atomski sastav molekule jednostavne tvari nije precizno poznat ili se tvar sastoji od molekula koji sadrže različit broj atoma, a također ako ima atomsku ili metalnu strukturu, a ne molekularnu, jednostavna tvar se označava sa simbol elementa. Na primjer, jednostavna tvar fosfor označava se formulom P, budući da se, ovisno o uvjetima, fosfor može sastojati od molekula s različitim brojem atoma ili imati polimernu strukturu.

Hemijske formule za rješavanje problema

Formula supstance određuje se na osnovu rezultata analize. Na primjer, prema analizi, glukoza sadrži 40% (tež.) ugljika, 6,72% (tež.) vodonika i 53,28% (tež.) kisika. Dakle, mase ugljenika, vodonika i kiseonika su u omjeru 40:6,72:53,28. Označimo željenu formulu za glukozu C x H y O z, gdje su x, y i z brojevi atoma ugljika, vodika i kisika u molekuli. Mase atoma ovih elemenata su respektivno jednake 12,01; 1.01 i 16.00 am Dakle, molekul glukoze sadrži 12,01x amu. ugljenik, 1.01u amu vodonika i 16.00za.u.m. kiseonik. Odnos ovih masa je 12,01x: 1,01y: 16,00z. Ali već smo pronašli ovaj odnos na osnovu podataka analize glukoze. dakle:

12.01x: 1.01y: 16.00z = 40:6.72:53.28.

Prema svojstvima proporcije:

x: y: z = 40/12.01:6.72/1.01:53.28/16.00

ili x:y:z = 3,33:6,65:3,33 = 1:2:1.

Dakle, u molekulu glukoze postoje dva atoma vodika i jedan atom kisika po atomu ugljika. Ovaj uslov je zadovoljen formulama CH 2 O, C 2 H 4 O 2, C 3 H 6 O 3 itd. Prva od ovih formula - CH 2 O - naziva se najjednostavnija ili empirijska formula; ima molekulsku težinu od 30,02. Da bismo saznali pravu ili molekularnu formulu, potrebno je znati molekulsku masu date supstance. Kada se zagrije, glukoza se uništava bez pretvaranja u plin. Ali njegova molekularna težina može se odrediti drugim metodama: jednaka je 180. Iz poređenja ove molekulske težine sa molekulskom težinom koja odgovara najjednostavnijoj formuli, jasno je da formula C 6 H 12 O 6 odgovara glukozi.

Dakle, kemijska formula je slika sastava tvari pomoću simbola kemijskih elemenata, numeričkih indeksa i nekih drugih znakova. Razlikuju se sljedeće vrste formula:

— najjednostavniji , koji se dobija eksperimentalno određivanjem omjera kemijskih elemenata u molekuli i korištenjem vrijednosti njihovih relativnih atomskih masa (vidi primjer iznad);

— molekularni , koji se može dobiti poznavanjem najjednostavnije formule supstance i njene molekularne težine (vidi primjer iznad);

— racionalno , prikazujući grupe atoma karakteristične za klase hemijskih elemenata (R-OH - alkoholi, R - COOH - karboksilne kiseline, R - NH 2 - primarni amini, itd.);

— strukturni (grafički) , pokazuje relativnu poziciju atomi u molekuli (mogu biti dvodimenzionalni (u ravni) ili trodimenzionalni (u prostoru));

— elektronski, koji prikazuje distribuciju elektrona po orbitalama (napisano samo za hemijske elemente, ne i za molekule).

Pogledajmo pobliže primjer molekule etil alkohola:

1. najjednostavnija formula etanola je C 2 H 6 O;
2. molekulska formula etanola je C 2 H 6 O;
3. racionalna formula etanola je C 2 H 5 OH;

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte	Potpunim sagorijevanjem organske tvari koja sadrži kisik, težine 13,8 g, dobiveno je 26,4 g ugljičnog dioksida i 16,2 g vode. Pronađite molekulsku formulu tvari ako je relativna gustoća njenih para u odnosu na vodik 23.
Rješenje	Nacrtajmo dijagram reakcije sagorijevanja organskog jedinjenja, označavajući broj atoma ugljika, vodika i kisika kao "x", "y" i "z", redom: C x H y O z + O z →CO 2 + H 2 O. Odredimo mase elemenata koji čine ovu supstancu. Vrijednosti relativnih atomskih masa preuzete iz periodnog sistema D.I. Mendeljejev, zaokruži na cijele brojeve: Ar(C) = 12 amu, Ar(H) = 1 amu, Ar(O) = 16 amu. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO 2)×M(C) = ×M(C); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H2O)×M(H) = ×M(H); Hajde da izračunamo molarne mase ugljični dioksid i voda. Kao što je poznato, molarna masa molekula jednaka je zbroju relativnih atomskih masa atoma koji čine molekul (M = Mr): M(CO 2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 g/mol; M(H 2 O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 g/mol. m(C) = ×12 = 7,2 g; m(H) = 2 × 16,2 / 18 × 1 = 1,8 g. m(O) = m(C x H y O z) - m(C) - m(H) = 13,8 - 7,2 - 1,8 = 4,8 g. Odredimo hemijsku formulu jedinjenja: x:y:z = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H) : m(O)/Ar(O); x:y:z = 7,2/12:1,8/1:4,8/16; x:y:z = 0,6: 1,8: 0,3 = 2: 6: 1. To znači da je najjednostavnija formula jedinjenja C 2 H 6 O i molarna masa je 46 g/mol. Molarna masa organske supstance može se odrediti pomoću njene gustine vodika: M supstanca = M(H 2) × D(H 2) ; M supstanca = 2 × 23 = 46 g/mol. M supstanca / M(C 2 H 6 O) = 46 / 46 = 1. To znači da će formula organskog jedinjenja biti C 2 H 6 O.
Odgovori	C2H6O

PRIMJER 2

Vježbajte	Maseni udio fosfora u jednom od njegovih oksida je 56,4%. Gustina oksidne pare u vazduhu je 7,59. Odredite molekulsku formulu oksida.
Rješenje	Maseni udio elementa X u molekuli sastava NX izračunava se pomoću sljedeće formule: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Izračunajmo maseni udio kisika u spoju: ω(O) = 100% - ω(P) = 100% - 56,4% = 43,6%. Označimo broj molova elemenata uključenih u jedinjenje kao "x" (fosfor), "y" (kiseonik). Tada će molarni omjer izgledati ovako (vrijednosti relativnih atomskih masa preuzete iz periodnog sistema D.I. Mendeljejeva su zaokružene na cijele brojeve): x:y = ω(P)/Ar(P) : ω(O)/Ar(O); x:y = 56,4/31: 43,6/16; x:y = 1,82:2,725 = 1:1,5 = 2:3. To znači da će najjednostavnija formula za kombinovanje fosfora sa kiseonikom biti P 2 O 3 i molarna masa od 94 g/mol. Molarna masa organske supstance može se odrediti pomoću njene gustine vazduha: M supstanca = M vazduh × D vazduh; M supstanca = 29 × 7,59 = 220 g/mol. Da bismo pronašli pravu formulu organskog jedinjenja, nalazimo omjer rezultirajućih molarnih masa: M supstanca / M(P 2 O 3) = 220 / 94 = 2. To znači da bi indeksi atoma fosfora i kisika trebali biti 2 puta veći, tj. formula supstance će biti P 4 O 6.
Odgovori	P4O6

nekoliko osnovnih pojmova i formula.

Sve supstance imaju različitu masu, gustinu i zapreminu. Komad metala iz jednog elementa može težiti mnogo puta više od komada potpuno iste veličine drugog metala.

Krtica(broj mladeža)

oznaka: krtica, međunarodni: mol- jedinica mjere za količinu supstance. Odgovara količini supstance koja sadrži N.A.čestice (molekule, atomi, joni) Stoga je uvedena univerzalna količina - broj mladeža.Često se susreće fraza u zadacima je „primljeno... mol tvari"

N.A.= 6,02 1023

N.A.- Avogadrov broj. Također "broj po dogovoru." Koliko atoma ima u vrhu olovke? Oko hiljadu. Nije zgodno raditi s takvim količinama. Stoga su se kemičari i fizičari širom svijeta složili - označimo 6,02 × 1023 čestice (atoma, molekula, jona) kao 1 mol Svi imaju.

1 mol = 6,02 1023 čestica

Ovo je bila prva od osnovnih formula za rješavanje problema.

Molarna masa supstance

Molarna masa supstanca je masa jednog mol supstance.

Označen kao Mr. Nalazi se prema periodnom sistemu - to je jednostavno zbir atomskih masa neke supstance.

Na primjer, dato nam je sumporna kiselina- H2SO4. Izračunajmo molarnu masu supstance: atomska masa H =1, S-32, O-16.
Mr(H2SO4)=1 2+32+16 4=98 g\mol.

Druga neophodna formula za rješavanje problema je

formula mase supstance:

Odnosno, da biste pronašli masu supstance, morate znati broj molova (n), a molarnu masu nalazimo iz periodnog sistema.

Zakon održanja mase - Masa tvari koje ulaze u kemijsku reakciju uvijek je jednaka masi nastalih tvari.

Ako znamo masu(e) tvari koje su reagirale, možemo pronaći masu(e) proizvoda te reakcije. I obrnuto.

Treća formula za rješavanje problema iz hemije je

zapreminu supstance:

Žao nam je, ova slika nije u skladu s našim smjernicama. Da nastavite sa objavljivanjem, izbrišite sliku ili prenesite drugu.

Odakle broj 22.4? Od Avogadrov zakon:

jednake zapremine različitih gasova uzetih na istoj temperaturi i pritisku sadrže isti broj molekula.

Prema Avogadrovom zakonu, 1 mol idealnog gasa u normalnim uslovima (n.s.) ima istu zapreminu Vm= 22.413 996(39) l

Odnosno, ako su nam u zadatku dati normalni uslovi, tada, znajući broj molova (n), možemo pronaći zapreminu supstance.

dakle, osnovne formule za rješavanje problema u hemiji

Avogadrov brojN.A.

6.02 1023 čestice

Količina supstance n (mol)

n=V\22,4 (l\mol)

Masa supstance m (g)

Zapremina supstance V(l)

V=n 22,4 (l\mol)

Žao nam je, ova slika nije u skladu s našim smjernicama. Da nastavite sa objavljivanjem, izbrišite sliku ili prenesite drugu.

Ovo su formule. Često, da biste riješili probleme, prvo morate napisati jednadžbu reakcije i (obavezno!) urediti koeficijente - njihov omjer određuje omjer molova u procesu.

hemija– nauka o sastavu, strukturi, svojstvima i transformacijama supstanci.

Atomsko-molekularna nauka. Supstance se sastoje od hemijskih čestica (molekula, atoma, jona) koje imaju složenu strukturu i sastoje se od elementarne čestice(protoni, neutroni, elektroni).

Atom– neutralna čestica koja se sastoji od pozitivnog jezgra i elektrona.

Molekula– stabilna grupa atoma povezanih hemijskim vezama.

Hemijski element – vrsta atoma sa istim nuklearnim nabojem. Element označava

gdje je X simbol elementa, Z– serijski broj elementa u periodnom sistemu elemenata D.I. Mendeljejev, A– maseni broj. Serijski broj Z jednak naboju atomskog jezgra, broju protona u atomskom jezgru i broju elektrona u atomu. Masovni broj A jednak zbiru broja protona i neutrona u atomu. Broj neutrona je jednak razlici A–Z.

Izotopi- atomi istog elementa koji imaju različite maseni brojevi.

Relativna atomska masa(A r) je omjer prosječne mase atoma elementa prirodnog izotopskog sastava i 1/12 mase atoma izotopa ugljika 12 C.

Relativna molekulska težina(M r) je omjer prosječne mase molekula tvari prirodnog izotopskog sastava i 1/12 mase atoma izotopa ugljika 12 C.

Jedinica za atomsku masu(a.u.m) – 1/12 mase atoma izotopa ugljika 12 C. 1 a.u. m = 1,66? 10 -24 godine

Krtica– količina tvari koja sadrži onoliko strukturnih jedinica (atoma, molekula, iona) koliko atoma ima u 0,012 kg izotopa ugljika 12 C. Krtica– količina supstance koja sadrži 6,02 10 23 strukturnih jedinica (atoma, molekula, jona).

n = N/N A, Gdje n– količina supstance (mol), N– broj čestica, a N A– Avogadrova konstanta. Količina supstance se takođe može označiti simbolom v.

Avogadrova konstanta N A = 6,02 10 23 čestice/mol.

Molarna masaM(g/mol) – odnos mase supstance m(d) na količinu supstance n(mol):

M = m/n, gdje: m = M n I n = m/M.

Molarna zapremina gasaV M(l/mol) – zapreminski odnos gasa V(l) na količinu supstance ovog gasa n(mol). U normalnim uslovima V M = 22,4 l/mol.

Normalni uslovi: temperaturu t = 0°C, ili T = 273 K, pritisak p = 1 atm = 760 mm. rt. Art. = 101,325 Pa = 101,325 kPa.

V M = V/n, gdje: V = V Mn I n = V/V M .

Rezultat je opća formula:

n = m/M = V/V M = N/N A .

Ekvivalentno- stvarna ili fiktivna čestica koja stupa u interakciju s jednim atomom vodika, ili ga zamjenjuje, ili mu je ekvivalentna na neki drugi način.

Molarni maseni ekvivalenti M e– odnos mase supstance i broja ekvivalenata ove supstance: M e = m/n (ekv) .

U reakcijama izmjene naboja, molarna masa ekvivalenata tvari je

sa molarnom masom M jednako: M e = M/(n ? m).

U redoks reakcijama, molarna masa ekvivalenata supstance sa molarnom masom M jednako: M e = M/n(e), Gdje n(e)– broj prenesenih elektrona.

Zakon ekvivalenata– mase reaktanata 1 i 2 proporcionalne su molarnim masama njihovih ekvivalenata. m 1 / m 2= M E1/M E2, ili m 1 /M E1 = m 2 /M E2, ili n 1 = n 2, Gdje m 1 I m 2– mase dvije supstance, M E1 I M E2– molarne mase ekvivalenata, n 1 I n 2– broj ekvivalenata ovih supstanci.

Za rješenja, zakon ekvivalenata se može napisati na sljedeći način:

c E1 V 1 = c E2 V 2, Gdje sa E1, sa E2, V 1 I V 2– molarne koncentracije ekvivalenata i zapremine rastvora ove dve supstance.

Ujedinjeni zakon o gasu: pV = nRT, Gdje str– pritisak (Pa, kPa), V– zapremina (m 3, l), n– količina gasovite supstance (mol), T – temperatura (K), T(K) = t(°C) + 273, R– konstantno, R= 8,314 J/(K? mol), sa J = Pa m 3 = kPa l.

2. Atomska struktura i periodični zakon

Dualnost talas-čestica materija - ideja da svaki objekat može imati i talasna i korpuskularna svojstva. Louis de Broglie je predložio formulu koja povezuje talasne i korpuskularne osobine objekata: ? = h/(mV), Gdje h– Plankova konstanta, ? – talasna dužina koja odgovara svakom telu sa masom m i brzinu V. Iako valna svojstva postoje za sve objekte, mogu se uočiti samo za mikro-objekte čija je masa reda mase atoma i elektrona.

Heisenbergov princip nesigurnosti: ?(mV x) ?h > h/2n ili ?V x ?x > h/(2?m), Gdje m– masa čestica, x– njegova koordinata, Vx– brzina u pravcu x, ?– nesigurnost, greška u određivanju. Princip nesigurnosti znači da je nemoguće istovremeno označiti poziciju (koordinatu) x) i brzinu (V x)čestice.

Čestice male mase (atomi, jezgra, elektroni, molekuli) nisu čestice u smislu Njutnove mehanike i klasična fizika ih ne može proučavati. Njih proučava kvantna fizika.

Glavni kvantni brojn uzima vrijednosti 1, 2, 3, 4, 5, 6 i 7, koje odgovaraju elektronskim nivoima (slojevima) K, L, M, N, O, P i Q.

Nivo– prostor u kojem se nalaze elektroni istog broja n. Elektroni različitih nivoa su prostorno i energetski odvojeni jedni od drugih, pošto broj n određuje energiju elektrona E(što više n,što više E) i udaljenost R između elektrona i jezgra (što više n,što više R).

Orbitalni (bočni, azimutalni) kvantni brojl uzima vrijednosti u zavisnosti od broja n:l= 0, 1,…(n– 1). Na primjer, ako n= 2, onda l = 0, 1; Ako n= 3, onda l = 0, 1, 2. Broj l karakteriše podnivo (podnivo).

Podnivo– prostor u kojem su elektroni sa određenim n I l. Podnivoi datog nivoa se označavaju u zavisnosti od broja l:s- Ako l = 0, str- Ako l = 1, d- Ako l = 2, f- Ako l = 3. Podnivoi datog atoma su označeni u zavisnosti od brojeva n I l, na primjer: 2s (n = 2, l = 0), 3d(n= 3, l = 2), itd. Podnivoi datog nivoa imaju različite energije (što više l,što više E): E s< E < Е А < … i različiti oblici orbitala koji čine ove podnivoe: s-orbitala ima oblik lopte, str-orbitala je u obliku bučice, itd.

Magnetski kvantni brojm 1 karakterizira orijentaciju orbitalnog magnetskog momenta, jednaka l, u prostoru u odnosu na spoljašnjost magnetno polje i uzima vrijednosti: – l,…-1, 0, 1,…l, tj. ukupno (2l + 1) vrijednost. Na primjer, ako l = 2, onda m 1 =-2, -1, 0, 1, 2.

Orbital(dio podnivoa) – prostor u kojem se nalaze elektroni (ne više od dva). n, l, m 1. Podnivo sadrži 2l+1 orbitalni. na primjer, d– podnivo sadrži pet d-orbitala. Orbitale istog podnivoa imaju različite brojeve m 1, imaju istu energiju.

Magnetski spin brojm s karakterizira orijentaciju vlastitog magnetskog momenta elektrona s, jednakog ?, u odnosu na vanjsko magnetsko polje i uzima dvije vrijednosti: +? I _ ?.

Elektroni u atomu zauzimaju nivoe, podnivoe i orbitale prema sljedećim pravilima.

Paulijevo pravilo: U jednom atomu dva elektrona ne mogu imati četiri identična kvantna broja. Moraju se razlikovati u najmanje jednom kvantnom broju.

Iz Paulijevog pravila slijedi da orbitala ne može sadržavati više od dva elektrona, podnivo ne može sadržavati više od 2(2l + 1) elektrona, nivo ne može sadržavati više od 2n 2 elektrona.

Pravilo Klečkovskog: elektronski podnivoi se popunjavaju po rastućem iznosu (n + l), iu slučaju istog iznosa (n+l)– rastućim redoslijedom broja n.

Grafički oblik vladavine Klečkovskog.

Prema pravilu Klečkovskog, podnivoi se popunjavaju sljedećim redoslijedom: 1s, 2s, 2r, 3s, Zr, 4s, 3d, 4r, 5s, 4d, 5s, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s,…

Iako se popunjavanje podnivoa odvija prema pravilu Klečkovskog, u elektronskoj formuli podnivoi su upisani redom po nivoima: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f itd. Tako se elektronska formula atoma broma piše na sljedeći način: Br(35e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 .

Elektronske konfiguracije određenog broja atoma razlikuju se od onih predviđenih pravilom Klečkovskog. Dakle, za Cr i Cu:

Sr(24e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 i Cu(29e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1.

Pravilo Hunde (Gunda): Popunjavanje orbitala datog podnivoa vrši se tako da je ukupni spin maksimalan. Orbitale datog podnivoa se prvo popunjavaju jednim po jednim elektronom.

Elektronske konfiguracije atoma mogu se pisati nivoima, podnivoima, orbitalama. Na primjer, elektronska formula P(15e) može se napisati:

a) po nivoima)2)8)5;

b) po podnivoima 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3;

c) orbitalno

Primjeri elektronskih formula nekih atoma i jona:

V(23e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2;

V 3+ (20e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 0.

3. Hemijska veza

3.1. Metoda valentne veze

Prema metodi valentne veze, veza između atoma A i B nastaje dijeljenjem para elektrona.

Kovalentna veza. Veza donator-akceptor.

Valencija karakteriše sposobnost atoma da formiraju hemijske veze i jednaka je broju hemijskih veza koje formira atom. Prema metodi valentne veze, valencija je jednaka broju zajedničkih parova elektrona, a u slučaju kovalentne veze, valencija je jednaka broju nesparenih elektrona na vanjskom nivou atoma u njegovom osnovnom ili pobuđenom stanju. .

Valencija atoma

Na primjer, za ugljik i sumpor:

Zasićenost kovalentna veza: atomi formiraju ograničen broj veza jednak njihovoj valenciji.

Hibridizacija atomske orbitale – miješanje atomskih orbitala (AO) različitih podnivoa atoma, čiji elektroni učestvuju u formiranju ekvivalentnih?-veza. Hibridna orbitalna (HO) ekvivalencija objašnjava ekvivalentnost formiranih hemijskih veza. Na primjer, u slučaju četverovalentnog atoma ugljika postoji jedan 2s– i tri 2p-elektron. Objasniti ekvivalentnost četiri?-veze koje formira ugljik u molekulima CH 4, CF 4, itd., atomska s- i tri p- orbitale su zamijenjene sa četiri ekvivalentna hibridna sp 3-orbitale:

Focus Kovalentna veza je da se formira u pravcu maksimalnog preklapanja orbitala koje formiraju zajednički par elektrona.

U zavisnosti od vrste hibridizacije, hibridne orbitale imaju određenu lokaciju u svemiru:

sp– linearni, ugao između osa orbitala je 180°;

sp 2– trouglasti, uglovi između osa orbitala su 120°;

sp 3– tetraedarski, uglovi između osa orbitala su 109°;

sp 3 d 1– trigonalno-bipiramidalni, uglovi 90° i 120°;

sp 2 d 1– kvadrat, uglovi između osa orbitala su 90°;

sp 3 d 2– oktaedarski, uglovi između osa orbitala su 90°.

3.2. Teorija molekularne orbite

Prema teoriji molekularnih orbitala, molekul se sastoji od jezgara i elektrona. U molekulima, elektroni se nalaze u molekularnim orbitalama (MO). MOs vanjskih elektrona imaju složenu strukturu i smatraju se linearnom kombinacijom vanjskih orbitala atoma koji čine molekulu. Broj formiranih MO jednak je broju AO koji učestvuju u njihovom formiranju. Energije MO mogu biti niže (vezujuće MO), jednake (MO koje ne vezuju) ili veće (antivezujuće MO) od energije AO koji ih formiraju.

Uslovi interakcije dd

1. AO međusobno djeluju ako imaju slične energije.

2. AO međusobno djeluju ako se preklapaju.

3. AO međusobno djeluju ako imaju odgovarajuću simetriju.

Za dvoatomsku molekulu AB (ili bilo koju linearnu molekulu), simetrija MO može biti:

Ako dati MO ima os simetrije,

Ako dati MO ima ravan simetrije,

Ako MO ima dvije okomite ravni simetrije.

Prisustvo elektrona na veznim MO stabilizira sistem, jer smanjuje energiju molekula u odnosu na energiju atoma. Karakterizira se stabilnost molekula red obveznice n, jednako: n = (n svjetlo – n veličina)/2, Gdje n svjetlo i n veličina - broj elektrona u veznim i antivezujućim orbitalama.

Punjenje MO elektronima odvija se po istim pravilima kao i punjenje AO u atomu, a to su: Paulijevo pravilo (na MO ne može biti više od dva elektrona), Hundovo pravilo (ukupni spin mora biti maksimalan) itd. .

Interakcija 1s-AO atoma prvog perioda (H i He) dovodi do stvaranja vezivanja?-MO i antivezivanja?*-MO:

Elektronske formule molekula, redovi veza n, eksperimentalne energije veze E i međumolekulske udaljenosti R za dvoatomske molekule iz atoma prvog perioda date su u sljedećoj tabeli:

Ostali atomi drugog perioda sadrže, pored 2s-AO, i 2p x -, 2p y – i 2p z -AO, koji pri interakciji mogu formirati?– i?-MO. Za atome O, F i Ne, energije 2s– i 2p-AO se značajno razlikuju, a interakcija između 2s-AO jednog atoma i 2p-AO drugog atoma može se zanemariti, s obzirom na interakciju između 2s-AO dva atoma odvojeno od interakcije njihovog 2p-AO. MO shema za molekule O 2 , F 2 , Ne 2 ima sljedeći pogled:

Za atome B, C, N, energije 2s– i 2p-AO su bliske po svojim energijama, a 2s-AO jednog atoma je u interakciji sa 2p z-AO drugog atoma. Stoga se red MO u molekulima B 2, C 2 i N 2 razlikuje od reda MO u molekulima O 2, F 2 i Ne 2. Ispod je MO šema za molekule B 2, C 2 i N 2:

Na osnovu datih MO šema moguće je, na primjer, zapisati elektronske formule molekula O 2 , O 2 + i O 2 ?:

O 2 + (11e)? s2? s *2 ? z 2 (? x 2 ? y 2)(? x *1 ? y *0)

n = 2 R = 0,121 nm;

O 2 (12e)? s2? s *2 ? z 2 (? x 2 ? y 2)(? x *1 ? y *1)

n = 2,5 R = 0,112 nm;

O 2 ?(13e)? s2? s *2 ? z 2 (? x 2 ? y 2)(? x *2 ? y *1)

n = 1,5 R = 0,126 nm.

U slučaju molekule O 2, teorija MO nam omogućava da predvidimo veću snagu ove molekule, jer n = 2, priroda promjena u energijama vezivanja i međunuklearnim udaljenostima u nizu O 2 + – O 2 – O 2 ?, kao i paramagnetizam molekula O 2, čiji gornji MO imaju dva nesparena elektrona.

3.3. Neke vrste veza

Jonska veza– elektrostatička veza između jona suprotnog naelektrisanja. Jonska veza se može smatrati ekstremnim slučajem polarne kovalentne veze. Jonska veza nastaje ako je razlika u elektronegativnosti atoma veća od 1,5-2,0.

Jonska veza je neusmjereni nezasićeni komunikacija U kristalu NaCl, ion Na+ privlače svi Cl joni? a odbijaju ga svi ostali joni Na +, bez obzira na smjer interakcije i broj jona. Ovo određuje veću stabilnost ionskih kristala u odnosu na ionske molekule.

Vodikova veza– veza između atoma vodika jednog molekula i elektronegativnog atoma (F, CI, N) drugog molekula.

Postojanje vodonične veze objašnjava anomalne osobine vode: tačka ključanja vode je mnogo viša od tačke ključanja njenih hemijskih analoga: t kip (H 2 O) = 100 °C, i t kip (H 2 S) = - 61 ° C. Između molekula H 2 S se ne formiraju vodonične veze.

4. Obrasci hemijskih procesa

4.1. Termohemija

Energija(E)- sposobnost proizvodnje rada. Mehanički rad (A) obavlja se, na primjer, plinom prilikom njegovog širenja: A = p?V.

Reakcije koje se javljaju pri apsorpciji energije - endotermni.

Reakcije koje uključuju oslobađanje energije su: egzotermna.

Vrste energije: toplotna, svjetlosna, električna, kemijska, nuklearna energija itd.

Vrste energije: kinetički i potencijal.

Kinetička energija– energija tijela u pokretu, to je rad koji tijelo može obaviti prije nego što se odmori.

toplina (Q)– vrsta kinetičke energije – povezana sa kretanjem atoma i molekula. Prilikom komuniciranja s tijelom mase (m) a specifični toplinski kapacitet (c) Q njegova temperatura raste za? t: ?Q = m sa ?t, gdje? t = ?Q/(c t).

Potencijalna energija- energija koju telo dobija kao rezultat promena u njemu ili njegovim komponente položaj u prostoru. Energija hemijskih veza je vrsta potencijalne energije.

Prvi zakon termodinamike: energija može prelaziti iz jedne vrste u drugu, ali ne može nestati ili nastati.

Unutrašnja energija (U) – zbir kinetičke i potencijalne energije čestica koje čine tijelo. Toplina apsorbirana u reakciji jednaka je razlici unutarnje energije produkta reakcije i reagensa (Q = ?U = U 2 – U 1), pod uslovom da sistem nije uradio nikakav rad na okolini. Ako se reakcija odvija pri konstantnom tlaku, tada oslobođeni plinovi rade protiv vanjskih sila pritiska, a toplina apsorbirana tijekom reakcije jednaka je zbiru promjena unutrašnje energije ?U i rad A = p?V. Ova toplota apsorbovana pri konstantnom pritisku naziva se promena entalpije: ? N = ?U + p?V, definisanje entalpija Kako H = U + pV. Reakcije tekućih i čvrstih supstanci odvijaju se bez značajnijih promjena volumena (?V = 0), pa šta je sa ovim reakcijama? N blizu ?U (?N = ?U). Za reakcije sa promjenom volumena imamo ?N > ?U, ako je proširenje u toku, i ?N< ?U , ako postoji kompresija.

Promjena entalpije se obično odnosi na standardno stanje tvari: to jest, za čistu tvar u određenom stanju (čvrsto, tekuće ili plinovito), pri pritisku od 1 atm = 101,325 Pa, temperaturi od 298 K i koncentracija tvari od 1 mol/l.

Standardna entalpija formiranja?– toplota koja se oslobađa ili apsorbuje tokom formiranja 1 mola supstance iz jednostavne supstance, njegove komponente, pod standardnim uslovima. Tako, na primjer, ?N arr.(NaCl) = -411 kJ/mol. To znači da se u reakciji Na(s) + ?Cl 2 (g) = NaCl(s) kada se formira 1 mol NaCl oslobađa 411 kJ energije.

Standardna entalpija reakcije?H– promjena entalpije tokom hemijska reakcija, određuje se formulom: ?N = ?N arr.(proizvodi) – ?N arr.(reagensi).

Dakle, za reakciju NH 3 (g) + HCl (g) = NH 4 Cl (tv), znajući H o 6 p (NH 3) = -46 kJ/mol, H o 6 p (HCl) = -92 kJ/mol i?H o 6 p (NH 4 Cl) = -315 kJ/mol imamo:

H = ?H o 6 p (NH 4 Cl) – ?H o 6 p (NH 3) – ?H o 6 p (HCl) = -315 – (-46) – (-92) = -177 kJ.

Ako? N< 0, tada je reakcija egzotermna. Ako? N> 0, tada je reakcija endotermna.

Zakon Hess: Standardna entalpija reakcije ovisi o standardnim entalpijama reaktanata i proizvoda i ne ovisi o putu reakcije.

Spontani procesi mogu biti ne samo egzotermni, odnosno procesi sa smanjenjem energije (?N< 0), ali mogu biti i endotermni procesi, odnosno procesi sa povećanjem energije (?N> 0). U svim ovim procesima povećava se „poremećaj“ sistema.

EntropijaS – fizička veličina koja karakteriše stepen poremećaja sistema. S – standardna entropija, ?S – promjena standardne entropije. Ako je?S > 0, poremećaj se povećava ako je AS< 0, то беспорядок системы уменьшается. Для процессов в которых растет число частиц, ?S >0. Za procese u kojima se broj čestica smanjuje, ?S< 0. Например, энтропия меняется в ходе реакций:

CaO (čvrsta) + H 2 O (l) = Ca(OH) 2 (čvrsta), ?S< 0;

CaCO 3 (tv) = CaO (tv) + CO 2 (g), ?S > 0.

Procesi se javljaju spontano sa oslobađanjem energije, odnosno za koje? N< 0, i sa povećanjem entropije, tj. za koje?S > 0. Uzimanje oba faktora u obzir dovodi do izraza za Gibbsova energija: G = H – TS ili? G = ?H – T?S. Reakcije u kojima se Gibbsova energija smanjuje, tj. ?G< 0, могут идти самопроизвольно. Реакции, в ходе которых энергия Гиббса увеличивается, т. е. ?G >0, nemojte ići spontano. Uslov?G = 0 znači da je uspostavljena ravnoteža između proizvoda i reaktanata.

Na niskim temperaturama, kada je vrijednost T je blizu nule, javljaju se samo egzotermne reakcije, jer T?S– malo i?G = ? N< 0. At visoke temperature vrijednosti T?S odlično, a zanemarujući veličinu? N, imamo?G = – T?S, tj. spontano će se odvijati procesi sa povećanjem entropije, za koje je?S > 0, a?G< 0. При этом чем больше по абсолютной величине значение?G, тем более полно проходит данный процесс.

Vrijednost AG za određenu reakciju može se odrediti formulom:

G = ?S arr (proizvodi) – ?G o b p (reagensi).

U ovom slučaju, vrijednosti ?G o br, kao i? N arr. i?S o br za veliki broj supstance su date u posebnim tabelama.

4.2. Hemijska kinetika

Brzina hemijske reakcije(v) određuje se promjenom molarne koncentracije reaktanata u jedinici vremena:

Gdje v– brzina reakcije, s – molarna koncentracija reagensa, t- vrijeme.

Brzina hemijske reakcije zavisi od prirode reaktanata i uslova reakcije (temperatura, koncentracija, prisustvo katalizatora, itd.)

Efekat koncentracije. IN U slučaju jednostavnih reakcija, brzina reakcije je proporcionalna proizvodu koncentracija reaktanata, uzetih u snagama jednakim njihovim stehiometrijskim koeficijentima.

Za reakciju

gdje su 1 i 2 smjerovi prednjih i obrnutih reakcija, redom:

v 1 = k 1 ? [A] m ? [B]n i

v 2 = k 2 ? [C]p ? [D]q

Gdje v– brzina reakcije, k– konstanta brzine, [A] – molarna koncentracija supstance A.

Molekularnost reakcije– broj molekula koji učestvuju u elementarnom činu reakcije. Za jednostavne reakcije, na primjer: mA + nB> rs + qD, molekularnost je jednaka zbiru koeficijenata (m + n). Reakcije mogu biti jednomolekulske, dvomolekularne i rijetko tromolekulske. Reakcije veće molekularne težine ne nastaju.

Red reakcije jednak je zbiru eksponenta stupnjeva koncentracije u eksperimentalnom izrazu brzine kemijske reakcije. Dakle, za kompleksnu reakciju

mA + nB > rs + qD eksperimentalni izraz za brzinu reakcije je

v 1 = k 1 ? [A] ? ? [IN] ? a red reakcije je (? + ?). U isto vreme? I? nalaze se eksperimentalno i možda se ne podudaraju sa m I n shodno tome, budući da je jednadžba složene reakcije rezultat nekoliko jednostavnih reakcija.

Uticaj temperature. Brzina reakcije zavisi od broja efektivnih sudara između molekula. Povećanje temperature povećava broj aktivnih molekula, dajući im potrebnu energiju za odvijanje reakcije. aktivaciona energija E djeluje i povećava brzinu kemijske reakcije.

Van't Hoffovo pravilo. Kada se temperatura poveća za 10°, brzina reakcije se povećava 2-4 puta. Matematički se ovo piše kao:

v 2 = v 1 ? ?(t 2 – t 1)/10

gdje su v 1 i v 2 brzine reakcije na početnoj (t 1) i krajnjoj (t 2) temperaturi, ? – temperaturni koeficijent brzine reakcije, koji pokazuje koliko puta se brzina reakcije povećava sa porastom temperature za 10°.

Preciznije, izražena je zavisnost brzine reakcije od temperature Arrheniusova jednadžba:

k = A? e - E/(RT)

Gdje k– konstanta stope, A– konstanta neovisna o temperaturi, e = 2,71828, E– energija aktivacije, R= 8,314 J/(K? mol) – plinska konstanta; T– temperatura (K). Može se vidjeti da konstanta brzine raste s povećanjem temperature i smanjenjem energije aktivacije.

4.3. Hemijska ravnoteža

Sistem je u ravnoteži ako se njegovo stanje ne mijenja tokom vremena. Jednakost brzina prednjih i reverznih reakcija je uslov za održavanje ravnoteže sistema.

Primjer reverzibilne reakcije je reakcija

N 2 + 3H 2 - 2NH 3 .

Zakon masovne akcije: omjer umnožaka koncentracija produkta reakcije i proizvoda koncentracija polaznih supstanci (sve koncentracije su naznačene u potencijama jednakim njihovim stehiometrijskim koeficijentima) je konstanta tzv. konstanta ravnoteže.

Konstanta ravnoteže je mjera napredovanja reakcije naprijed.

K = O – ne dolazi do direktne reakcije;

K =? – direktna reakcija ide do kraja;

K > 1 – ravnoteža pomaknuta udesno;

TO< 1 – balans se pomera ulevo.

Konstanta ravnoteže reakcije TO je povezana sa veličinom promjene standardne Gibbsove energije?G za istu reakciju:

G= – RT ln K, ili?G = -2.3RT lg K, ili K= 10 -0,435?G/RT

Ako K > 1, zatim lg K> 0 i?G< 0, т. е. если равновесие сдвинуто вправо, то реакция – переход от исходного состояния к равновесному – идет самопроизвольно.

Ako TO< 1, zatim lg K < 0 и?G >0, tj. ako je ravnoteža pomaknuta ulijevo, tada reakcija ne ide spontano udesno.

Zakon pomeranja ravnoteže: Ako se na sistem u ravnoteži izvrši vanjski utjecaj, u sistemu se javlja proces koji se suprotstavlja vanjskom utjecaju.

5. Redox reakcije

Redox reakcije– reakcije koje se javljaju s promjenom oksidacijskih stanja elemenata.

Oksidacija– proces doniranja elektrona.

Oporavak– proces dodavanja elektrona.

Oksidant– atom, molekul ili jon koji prihvata elektrone.

Redukciono sredstvo– atom, molekul ili ion koji donira elektrone.

Oksidirajuća sredstva, prihvatajući elektrone, prelaze u redukovani oblik:

F 2 [cca. ] + 2e > 2F? [obnovljeno].

Reduktanti, odustajući od elektrona, prelaze u oksidirani oblik:

Na 0 [oporavak ] – 1e > Na + [približno].

Ravnotežu između oksidiranih i redukovanih oblika karakterizira Nernstove jednadžbe za redoks potencijal:

Gdje E 0– standardna vrijednost redoks potencijala; n– broj prenesenih elektrona; [obnovljeno ] i [cca. ] su molarne koncentracije jedinjenja u redukovanom i oksidovanom obliku, respektivno.

Vrijednosti standardnih elektrodnih potencijala E 0 date su u tabelama i karakterišu oksidativna i redukciona svojstva jedinjenja: što je vrednost pozitivnija E 0,što su oksidaciona svojstva jače, i to više negativnija vrijednost E 0, to su jača obnavljajuća svojstva.

Na primjer, za F 2 + 2e - 2F? E 0 = 2,87 volti, a za Na + + 1e - Na 0 E 0 =-2,71 volti (proces se uvijek snima za redukcijske reakcije).

Redoks reakcija je kombinacija dvije polureakcije, oksidacije i redukcije, a karakterizira je elektromotorna sila (emf) ? E 0:?E 0= ?E 0 ok – ?E 0 vraćanje, Gdje E 0 ok I? E 0 vraćanje– standardni potencijali oksidacijskog i reduktivnog sredstva za datu reakciju.

E.m.f. reakcije? E 0 je povezan sa promjenom Gibbsove slobodne energije?G i konstante ravnoteže reakcije ZA:

?G = –nF?E 0 ili? E = (RT/nF) ln K.

E.m.f. reakcije pri nestandardnim koncentracijama? E jednako: ? E =?E 0 – (RT/nF) ? Ig K ili? E =?E 0 –(0,059/n)lg K.

U slučaju ravnoteže?G = 0 i?E = 0, odakle dolazi? E =(0,059/n)lg K I K = 10 n?E/0.059 .

Da bi se reakcija odvijala spontano, moraju biti zadovoljeni sljedeći odnosi: ?G< 0 или K >> 1, kojem uslov odgovara? E 0> 0. Dakle, da bi se odredila mogućnost date redoks reakcije, potrebno je izračunati vrijednost? E 0. Ako? E 0 > 0, reakcija je u toku. Ako? E 0< 0, nema odgovora.

Hemijski izvori struje

Galvanske ćelije– uređaji koji pretvaraju energiju hemijske reakcije u električna energija.

Danielova galvanska ćelija sastoji se od cink i bakrenih elektroda uronjenih u rastvore ZnSO 4 i CuSO 4, respektivno. Otopine elektrolita komuniciraju kroz poroznu pregradu. U ovom slučaju dolazi do oksidacije na cink elektrodi: Zn > Zn 2+ + 2e, a do redukcije na bakrenoj elektrodi: Cu 2+ + 2e > Cu. Generalno, reakcija ide: Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu.

Anoda– elektroda na kojoj dolazi do oksidacije. Katoda– elektroda na kojoj se vrši redukcija. U galvanskim ćelijama anoda je negativno nabijena, a katoda pozitivno. Na dijagramima elemenata metal i malter su odvojeni okomitom linijom, a dva maltera su odvojena dvostrukom vertikalnom linijom.

Dakle, za reakciju Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu, dijagram strujnog kola galvanske ćelije je napisan: (-)Zn | ZnSO 4 || CuSO 4 | Cu(+).

Elektromotorna sila (emf) reakcije je? E 0 = E 0 ok – E 0 vraćanje= E 0(Cu 2+ /Cu) – E 0(Zn 2+ /Zn) = 0,34 – (-0,76) = 1,10 V. Zbog gubitaka, napon koji stvara element će biti nešto manji od? E 0. Ako se koncentracije otopina razlikuju od standardnih, jednake 1 mol/l, onda E 0 ok I E 0 vraćanje izračunavaju se pomoću Nernstove jednadžbe, a zatim se izračunava emf. odgovarajuća galvanska ćelija.

Suhi element sastoji se od cink tijela, NH 4 Cl paste sa škrobom ili brašnom, mješavine MnO 2 sa grafitom i grafitne elektrode. Tokom njegovog rad u toku reakcija: Zn + 2NH 4 Cl + 2MnO 2 = Cl + 2MnOOH.

Dijagram elemenata: (-)Zn | NH4Cl | MnO 2 , C(+). E.m.f. element - 1,5 V.

Baterije. Olovna baterija se sastoji od dvije olovne ploče uronjene u 30% otopinu sumporne kiseline i obložene slojem nerastvorljivog PbSO 4 . Prilikom punjenja baterije na elektrodama se dešavaju sljedeći procesi:

PbSO 4 (tv) + 2e > Pb (tv) + SO 4 2-

PbSO 4 (tv) + 2H 2 O > PbO 2 (tv) + 4H + + SO 4 2- + 2e

Kada se baterija isprazni, na elektrodama se dešavaju sljedeći procesi:

Pb(tv) + SO 4 2- > PbSO 4 (tv) + 2e

PbO 2 (tv) + 4H + + SO 4 2- + 2e > PbSO 4 (tv) + 2H 2 O

Ukupna reakcija se može napisati kao:

Za rad, baterija zahtijeva redovno punjenje i praćenje koncentracije sumporne kiseline, koja se može blago smanjiti tokom rada baterije.

6. Rješenja

6.1. Koncentracija rastvora

Maseni udio tvari u otopini w jednak omjeru mase otopljene tvari i mase otopine: w = m vode / m rastvora ili w = m in-va /(V ? ?), jer m rješenje = V p-pa ? ?r-ra.

Molarna koncentracija With jednak omjeru broja molova otopljene tvari i volumena otopine: c = n(mol)/ V(l) ili c = m/(M? V( l )).

Molarna koncentracija ekvivalenata (normalna ili ekvivalentna koncentracija) sa e jednak je omjeru broja ekvivalenata otopljene tvari i volumena otopine: sa e = n(mol ekv.)/ V(l) ili sa e = m/(M e? V(l)).

6.2. Elektrolitička disocijacija

Elektrolitička disocijacija– razlaganje elektrolita na katione i anione pod uticajem polarnih molekula rastvarača.

Stepen disocijacije?– omjer koncentracije disociranih molekula (sa diss) i ukupne koncentracije otopljenih molekula (sa zapreminom): ? = sa diss / sa ob.

Elektroliti se mogu podijeliti na jaka(? ~ 1) i slab.

Jaki elektroliti(za njih? ~ 1) – soli i baze rastvorljive u vodi, kao i neke kiseline: HNO 3, HCl, H 2 SO 4, HI, HBr, HClO 4 i druge.

Slabi elektroliti(za njih?<< 1) – Н 2 O, NH 4 OH, малорастворимые основания и соли и многие кислоты: HF, H 2 SO 3 , H 2 CO 3 , H 2 S, CH 3 COOH и другие.

Jednačine jonske reakcije. IN U jednadžbama ionskih reakcija, jaki elektroliti su zapisani u obliku iona, a slabi elektroliti, slabo topljive tvari i plinovi su zapisani u obliku molekula. na primjer:

CaCO 3 v + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 ^

CaCO 3 v + 2H + + 2Cl? = Ca 2+ + 2Cl? + H 2 O + CO 2 ^

CaCO 3 v + 2H + = Ca 2+ + H 2 O + CO 2 ^

Reakcije između jona ići prema stvaranju tvari koja proizvodi manje iona, odnosno prema slabijem elektrolitu ili manje topljivoj tvari.

6.3. Disocijacija slabih elektrolita

Primijenimo zakon djelovanja mase na ravnotežu između jona i molekula u otopini slabog elektrolita, na primjer octene kiseline:

CH 3 COOH - CH 3 COO? +H+

Konstante ravnoteže za reakcije disocijacije nazivaju se konstante disocijacije. Konstante disocijacije karakteriziraju disocijaciju slabih elektrolita: što je konstanta niža, to slabije disocira slab elektrolit, to je slabiji.

Polibazične kiseline diociraju postepeno:

H 3 PO 4 - H + + H 2 PO 4 ?

Konstanta ravnoteže ukupne reakcije disocijacije jednaka je proizvodu konstanti pojedinačnih faza disocijacije:

N 3 PO 4 - ZN + + PO 4 3-

Ostwaldov zakon razblaženja: stepen disocijacije slabog elektrolita (a) raste sa smanjenjem njegove koncentracije, tj. sa razblaživanjem:

Utjecaj zajedničkog jona na disocijaciju slabog elektrolita: dodavanje zajedničkog jona smanjuje disocijaciju slabog elektrolita. Dakle, pri dodavanju CH 3 COOH u otopinu slabog elektrolita

CH 3 COOH - CH 3 COO? +H+ ?<< 1

jak elektrolit koji sadrži ion zajednički za CH 3 COOH, tj. acetat ion, na primjer CH 3 COONa

CH 3 COOna - CH 3 COO? + Na + ? = 1

koncentracija acetatnog jona se povećava, a disocijacijska ravnoteža CH 3 COOH se pomiče ulijevo, tj. disocijacija kiseline se smanjuje.

6.4. Disocijacija jakih elektrolita

Jonska aktivnost A – koncentracija jona, koja se manifestuje u njegovim svojstvima.

Faktor aktivnostif– odnos aktivnosti jona A za koncentraciju sa: f= a/c ili A = fc.

Ako je f = 1, tada su joni slobodni i ne stupaju u interakciju jedni s drugima. To se događa u vrlo razrijeđenim otopinama, u otopinama slabih elektrolita itd.

Ako je f< 1, то ионы взаимодействуют между собой. Чем меньше f, тем больше взаимодействие между ионами.

Koeficijent aktivnosti zavisi od jonske snage rastvora I: što je veća jonska snaga, to je niži koeficijent aktivnosti.

Jonska snaga rastvora I zavisi od naplate z i koncentracije jona:

I = 0,52?s z2.

Koeficijent aktivnosti zavisi od naboja jona: što je veći naboj jona, to je niži koeficijent aktivnosti. Matematički, zavisnost koeficijenta aktivnosti f na jonsku snagu I i jonski naboj z napisano koristeći Debye-Hückel formulu:

Koeficijenti jonske aktivnosti mogu se odrediti pomoću sljedeće tabele:

6.5 Jonski proizvod vode. pH vrijednost

Voda, slab elektrolit, disocira, formirajući H+ i OH ione. Ovi ioni su hidratizirani, odnosno povezani s nekoliko molekula vode, ali su zbog jednostavnosti napisani u nehidratiziranom obliku

H 2 O - H + + OH?.

Na osnovu zakona akcije mase, za ovu ravnotežu:

Koncentracija molekula vode [H 2 O], odnosno broj molova u 1 litru vode, može se smatrati konstantnom i jednaka je [H 2 O] = 1000 g/l: 18 g/mol = 55,6 mol/l. odavde:

TO[H 2 O] = TO(H 2 O ) = [H + ] = 10 -14 (22°C).

Jonski proizvod vode– proizvod koncentracija [H + ] i – je konstantna vrijednost na konstantnoj temperaturi i jednaka 10 -14 na 22°C.

Jonski proizvod vode raste s porastom temperature.

pH vrijednost– negativni logaritam koncentracije vodikovih jona: pH = – log. Slično: pOH = – log.

Uzimanje logaritma jonskog proizvoda vode daje: pH + pHOH = 14.

pH vrijednost karakterizira reakciju medija.

Ako je pH = 7, onda je [H + ] = neutralan medij.

Ako je pH< 7, то [Н + ] >– kisela sredina.

Ako je pH > 7, onda [H + ]< – щелочная среда.

6.6. Puferska rješenja

Puferske otopine su otopine koje imaju određenu koncentraciju vodikovih iona. pH ovih rastvora se ne menja kada se razblaži i malo se menja kada se dodaju male količine kiselina i alkalija.

I. Rastvor slabe kiseline HA, koncentracija – iz kiseline, i njene soli sa jakom bazom BA, koncentracija – iz soli. Na primjer, acetatni pufer je otopina octene kiseline i natrijum acetata: CH 3 COOH + CHgCOONa.

pH = pK kiselo + log(sol/s kiselo).

II. Rastvor slabe baze BOH, koncentracija - od bazične, i njene soli sa jakom kiselinom BA, koncentracija - od soli. Na primjer, amonijačni pufer je otopina amonijum hidroksida i amonijum hlorida NH 4 OH + NH 4 Cl.

pH = 14 – rK bazični – log(sa soli/sa baznim).

6.7. Hidroliza soli

Hidroliza soli– interakcija jona soli sa vodom za stvaranje slabog elektrolita.

Primjeri jednadžbi reakcije hidrolize.

I. Sol se formira od jake baze i slabe kiseline:

Na 2 CO 3 + H 2 O - NaHCO 3 + NaOH

2Na + + CO 3 2- + H 2 O - 2Na + + HCO 3 ? +OH?

CO 3 2- + H 2 O - HCO 3 ? + OH?, pH > 7, alkalna sredina.

U drugoj fazi, hidroliza se praktično ne događa.

II. Sol se formira od slabe baze i jake kiseline:

AlCl 3 + H 2 O - (AlOH)Cl 2 + HCl

Al 3+ + 3Cl? + H 2 O - AlOH 2+ + 2Cl? + H + + Cl?

Al 3+ + H 2 O - AlOH 2+ + H +, pH< 7.

U drugoj fazi hidroliza se javlja manje, au trećoj fazi hidrolize praktično nema.

III. Sol se formira od jake baze i jake kiseline:

K + + NO 3 ? + H 2 O ? nema hidrolize, pH? 7.

IV. Sol se formira od slabe baze i slabe kiseline:

CH 3 COONH 4 + H 2 O - CH 3 COOH + NH 4 OH

CH 3 COO? + NH 4 + + H 2 O - CH 3 COOH + NH 4 OH, pH = 7.

U nekim slučajevima, kada se sol formira od vrlo slabih baza i kiselina, dolazi do potpune hidrolize. U tabeli rastvorljivosti za takve soli simbol je "razložen vodom":

Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 v + 3H 2 S^

Mogućnost potpune hidrolize treba uzeti u obzir u reakcijama izmjene:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 v + 3Na 2 SO 4 + 3CO 2 ^

Stepen hidrolizeh – omjer koncentracije hidroliziranih molekula prema ukupnoj koncentraciji otopljenih molekula.

Za soli koje formiraju jaka baza i slaba kiselina:

= ch rOH = – log, rN = 14 – rOH.

Iz izraza proizilazi da je stepen hidrolize h(tj. hidroliza) povećava:

a) sa porastom temperature, kako se K(H 2 O) povećava;

b) sa smanjenjem disocijacije kiseline koja formira so: što je kiselina slabija, hidroliza je veća;

c) sa razblaženjem: što je manji c, to je veća hidroliza.

Za soli koje formiraju slaba baza i jaka kiselina

[H + ] = ch pH = – log.

Za soli koje formiraju slaba baza i slaba kiselina

6.8. Protolitička teorija kiselina i baza

Protoliza– proces transfera protona.

Protoliti– kiseline i baze koje doniraju i prihvataju protone.

Kiselina– molekul ili jon koji može donirati proton. Svaka kiselina ima odgovarajuću konjugiranu bazu. Snagu kiselina karakteriše kiselinska konstanta K k.

H 2 CO 3 + H 2 O - H 3 O + + HCO 3 ?

K k = 4 ? 10 -7

3+ + H 2 O - 2+ + H 3 O +

K k = 9 ? 10 -6

Baza– molekul ili jon koji može prihvatiti proton. Svaka baza ima odgovarajuću konjugiranu kiselinu. Snagu baza karakteriše bazna konstanta K 0.

NH3? H 2 O (H 2 O) - NH 4 + + OH?

K 0 = 1,8 ?10 -5

Amfoliti– protoliti sposobni da otpuštaju i pribavljaju proton.

HCO3? + H 2 O - H 3 O + + CO 3 2-

HCO3? – kiselina.

HCO3? + H 2 O - H 2 CO 3 + OH?

HCO3? – temelj.

Za vodu: H 2 O+ H 2 O - H 3 O + + OH?

K(H 2 O) = [H 3 O + ] = 10 -14 i pH = – log.

Konstante K k I K 0 jer su konjugirane kiseline i baze povezane.

HA + H 2 O - H 3 O + + A?,

A? + H 2 O - HA + OH?,

7. Konstanta rastvorljivosti. Rastvorljivost

U sistemu koji se sastoji od rastvora i precipitata odvijaju se dva procesa - rastvaranje taloga i taloženje. Jednakost stopa ova dva procesa je uslov ravnoteže.

Zasićeni rastvor– rastvor koji je u ravnoteži sa precipitatom.

Zakon djelovanja mase primijenjen na ravnotežu između taloga i otopine daje:

Pošto = const,

TO = Ks(AgCl) = .

IN opšti pogled imamo:

A m B n(TV) - m A +n+n B -m

K s ( A m B n)= [A +n ] m[IN -m ] n .

Konstanta rastvorljivostiK s(ili proizvod rastvorljivosti PR) - proizvod koncentracije jona u zasićenom rastvoru slabo rastvorljivog elektrolita - je konstantna vrednost i zavisi samo od temperature.

Rastvorljivost teško rastvorljive supstance s može se izraziti u molovima po litru. Ovisno o veličini s supstance se mogu podeliti na slabo rastvorljive – s< 10 -4 моль/л, среднерастворимые – 10 -4 моль/л? s? 10 -2 mol/l i dobro rastvorljiv s>10 -2 mol/l.

Rastvorljivost jedinjenja je povezana sa njihovim proizvodom rastvorljivosti.

Uslov za taloženje i otapanje sedimenta

U slučaju AgCl: AgCl - Ag + + Cl?

K s= :

a) stanje ravnoteže između taloga i rastvora: = Ks.

b) stanje taloženja: > K s ; tokom taloženja, koncentracije jona se smanjuju dok se ne uspostavi ravnoteža;

c) uslov za otapanje taloga ili postojanje zasićenog rastvora:< K s ; Kako se talog otapa, koncentracija jona raste sve dok se ne uspostavi ravnoteža.

8. Koordinacioni spojevi

Koordinirajuća (kompleksna) jedinjenja su jedinjenja sa donor-akceptorskom vezom.

Za K 3:

joni vanjske sfere – 3K+,

jon unutrašnje sfere – 3-,

agens za kompleksiranje – Fe 3+,

ligandi – 6CN?, njihov zubac – 1,

koordinacioni broj – 6.

Primeri agenasa za stvaranje kompleksa: Ag +, Cu 2+, Hg 2+, Zn 2+, Ni 2+, Fe 3+, Pt 4+, itd.

Primjeri liganada: polarni molekuli H 2 O, NH 3, CO i anjoni CN?, Cl?, OH? itd.

Koordinacioni brojevi: obično 4 ili 6, rjeđe 2, 3 itd.

Nomenklatura. Prvo se imenuje anion (u nominativu), a zatim kation (in genitiv). Nazivi nekih liganada: NH 3 - amin, H 2 O - aquo, CN? – cijano, Cl? – hloro, OH? – hidrokso. Nazivi koordinacionih brojeva: 2 – di, 3 – tri, 4 – tetra, 5 – penta, 6 – heksa. Oksidacijsko stanje agensa za stvaranje kompleksa je naznačeno:

Cl—diaminsrebro(I) hlorid;

SO 4 – tetramin bakar(II) sulfat;

K 3 – kalijum heksacijanoferat(III).

Hemijski vezu.

Teorija valentne veze pretpostavlja hibridizaciju orbitala centralnog atoma. Položaj rezultujućih hibridnih orbitala određuje geometriju kompleksa.

Dijamagnetski kompleksni jon Fe(CN) 6 4-.

Jon cijanida – donor

Ion gvožđa Fe 2+ – akceptor – ima formulu 3d 6 4s 0 4p 0. Uzimajući u obzir dijamagnetsku prirodu kompleksa (svi elektroni su upareni) i koordinacijski broj (potrebno je 6 slobodnih orbitala), imamo d 2 sp 3-hibridizacija:

Kompleks je dijamagnetičan, niskospin, intraorbitalan, stabilan (ne koriste se vanjski elektroni), oktaedarski ( d 2 sp 3-hibridizacija).

Paramagnetski kompleksni jon FeF 6 3-.

Fluorid jon je donor.

Ion gvožđa Fe 3+ – akceptor – ima formulu 3d 5 4s 0 4p 0 . Uzimajući u obzir paramagnetizam kompleksa (elektroni su spregnuti) i koordinacijski broj (potrebno je 6 slobodnih orbitala), imamo sp 3 d 2-hibridizacija:

Kompleks je paramagnetski, visokospin, vanjsko-orbitalan, nestabilan (koriste se vanjske 4d orbitale), oktaedarski ( sp 3 d 2-hibridizacija).

Disocijacija koordinacijskih spojeva.

Koordinirajuća jedinjenja u rastvoru potpuno se disociraju na jone unutrašnje i spoljašnje sfere.

NO 3 > Ag(NH 3) 2 + + NO 3 ?, ? = 1.

Joni unutrašnje sfere, odnosno kompleksni ioni, u fazama, poput slabih elektrolita, disociraju na metalne ione i ligande.

Gdje K 1 , TO 2 , TO 1 _ 2 se nazivaju konstante nestabilnosti i karakteriziraju disocijaciju kompleksa: što je niža konstanta nestabilnosti, što manje disocira kompleks, to je stabilniji.