Różnobarwny świat chemii

1. Różnobarwny świat chemii

2. REAKCJE CHEMICZNE Równanie reakcji chemicznej i jego interpretacja na poziomie cząsteczkowym i makroskopowym. Klasyfikacja reakcji chemicznych według: schematu reakcji, rodzaju reagentów, efektu energetycznego, składu fazowego reagentów, odwracalności reakcji, wymiany elektronów. Efekt energetyczny reakcji. Zasady obliczeń stechiometrycznych – prawo zachowania masy, prawo stosunków stałych.

3. REAKCJA CHEMICZNA to proces podczas którego następuje zmiana składu i właściwości materii. Podczas reakcji chemicznej następuje zrywanie lub/i tworzenie wiązań chemicznych. RÓWNANIE REAKCJI CHEMICZNEJ PRZED reakcją PO reakcji PRODUKTY SUBSTRATY REAGENTY

4. INTERPRETACJA (odczytanie) równania reakcji ● na poziomie cząsteczkowym:"Jedna cząsteczka metanu reaguje z dwiema cząsteczkami tlenu dając cząsteczkę tlenku węgla (IV) i dwie cząsteczki wody" ● na poziomie makroskopowym:"Jeżeli jeden mol metanu przereaguje z dwoma molami tlenu to powstanie jeden mol tlenku węgla (IV) i dwa mole wody" Jeżeli do reakcji (nierównowagowej) weźmie się substraty w innych proporcjach licznościowych niż wynika z równania chemicznego wtedy reakcja przebiega do wyczerpania się jednego z substratów. Przykład: Zmieszano 1 mol CH4 i 1 mol O2.Reakcja przebiegnie do wyczerpania się O2 – pozostanie 1/2 mola CH4 – powstanie 1/2 mola CO2 i 1 mol H2O Stopień przereagowania substratu wskazuje jaka jego część została przemieniona w produkt

5. KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH Kryterium klasyfikacji: ● Schemat reakcji H2 + Cl2 → 2HCl (synteza z pierwiastków) – synteza CaO + H2O →Ca(OH)2 (synteza ze związków) 2NO2 → N2O4 (polimeryzacja) – analiza, rozkład Q 2BiI3 → 2Bi + 3I2(dysocjacja termiczna) hν 2AgBr → 2Ag + Br2 (fotoliza) γ 4H2O → H2O2 + 3H2 + O2(radioliza) – wymiana Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe (pojedyncza) AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3(podwójna)

6. KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH Kryterium klasyfikacji: ● Rodzaj reagentów – reakcja CZĄSTECZKOWA (reagują obojętne cząsteczki, atomy)) C + O2 → CO2 – reakcja JONOWA (wszystkie lub niektóre reagenty są jonami) Zn + 2H+ → Zn2+ + H2

7. KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH Kryterium klasyfikacji: ● Stan fazowy reagentów – reakcja HOMOGENICZNA – wszystkie substraty i produkty znajdują się w tej samej fazie FAZA – jednorodna część układu oddzielona powierzchnią graniczną(s) – faza stała(c) – faza ciekła(g) – faza gazowa N2(g) + 3H2(g) ⇆ 2NH3(g)reakcja homogeniczna w fazie gazowej NH3·H2O(c) ⇆ NH4+(c) + OH–(c)reakcja homogeniczna w fazie ciekłej – reakcja HETEROGENICZNA – co najmniej dwa reagenty znajdują się w różnych fazach Zn(s) + 2H+(c) → Zn2+(c) + H2(g) Zn(s) + S(s) → ZnS(s) – reakcja heterogeniczna ! – każda faza stała jest inna !

8. KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH Kryterium klasyfikacji: ● Odwracalność reakcji – reakcja ODWRACALNA Reakcję nazywamy odwracalną lub równowagową, jeżeli w jej wyniku ustala się stan równowagi w którym współistnieją produkty i substraty w określonych proporcjach. N2 + 3H2⇆ 2NH3 w temp. 500 oC i pod ciśnieniem 100 MPa w mieszaninie reakcyjnej jest 57,5 % obj. amoniaku – reakcja NIEODWRACALNA przebiega do wyczerpania się co najmniej jednego z substratów CaCO3 → CaO + CO2 -tlenek węgla (IV) ulatnia się ze środowiska reakcji W naczyniu zamkniętym możliwa jest reakcja odwrotna: CaO + CO2 →CaCO3 W dostatecznie wysokiej temperaturze ustali się stan równowagi – reakcja będzie odwracalna CaO + CO2 ⇆CaCO3

9. KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH Kryterium klasyfikacji: ● Wymiana elektronów – reakcja Z WYMIANĄ ELEKTRONÓW – reakcja oksydacyjno - redukcyjna 2Na + Cl2 → 2NaCl → Cl– → 2Na+ + 2Cl– Na+ obojętneatomy jony – reakcja BEZ WYMIANY ELEKTRONÓW – atomy, jony nie zmieniają ładunków ← reagenty mają budowę jonową AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3 Ag+ + NO3–+ Na+ + Cl– →AgCl↓ + Na++NO3–

10. KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH Kryterium klasyfikacji: ● Efekt energetyczny – reakcja EGZOTERMICZNA (wydzielanie ciepła)C + O2 → CO2 ΔH°= –394 kJ/mol – reakcja ENDOTERMICZNA (pochłanianie ciepła) CaCO3 → CaO + CO2 ΔH°= 176 kJ/mol Wapiennik ΔH° - standardowa entalpia reakcji – energia reakcji zmierzona w warunkach standardowych, tzn. reagenty jako czyste substancje, pod ciścieniem Po = 105 Pa i w temperaturze 298 K (lub podanej) Znak entalpii (+/–) ustala się dla reakcji: (–) (–) reakcja egzotermiczna – reagujący układ traci energię (ciepło) (+) reakcja endotermiczna – reagujący układ zyskuje energię (ciepło) (+)

11. OBLICZENIA STECHIOMETRYCZNE Stechiometria – (gr. stoicheíon element) - ilościowy skład związków chemicznych i stosunków ilościowych reagujących substancji. Podstawowe prawa stechiometrii: ●Prawo zachowania masy: Suma mas substratów jest równa sumie mas produktów w układzie zamkniętym. Przykład: Ile gramów wody powstanie w wyniku reakcji 2,016 g wodoru z 32,00 g tlenu? Odp. 2,016 + 32,00 = 34,02 g H2O ●Prawo stosunków stałych: Pierwiastki reagują ze sobą w stałych, ściśle określonych stosunkach ilościowych (stechiometrycznych), charakterystycznych dla danej reakcji.

12. 45,0 g nNO = = 1,50 mol 30,0 g/mol ● Obliczanie liczności lub mas reagentów na podstawie równania reakcji Zadanie: Podczas reakcji 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O powstało 45,0 g NO. Ile moli tlenu przereagowało i ile powstało gramów wody? MNO= 30,0 g/mol Rozwiązanie: Obliczamy liczność NO: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O Z reakcji wynika proporcja: 5 moli O2 – 4 mole NO x moli O2 – 1,50 mola NO x = 1,88 mola O2 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O Z reakcji wynika inna proporcja: Jakie są masy tych substancji? 4 mole NO– 6 moli H2O Proporcja wagowa: 4·30,0 = 120,0 gNO– 6·18,0 = 108,0 g H2O 45,0 g NO – y g H2O y = 40,5 g H2O

13. 28,0 2·14,0 wN = = 0,35 → 35% = 80,0 80,0 4,0 4·1,0 wH = = = 0,05 → 5% 80,0 80,0 3·16,0 48,0 = wO = = 0,60 → 60% 80,0 80,0 OBLICZENIA STECHIOMETRYCZNE ● Skład wagowy substancji Zadanie: Obliczyć ułamki wagowe pierwiastków (skład procentowy) NH4NO3. Rozwiązanie: NH4NO3 1 mol związku zawiera 2 mole N (nie N2 !) 1 mol związku zawiera 4 mole H (nie H2 !) 1 mol związku zawiera 3 mole O (nie O2 !) Masa 1 mola NH4NO3: 2·14,0 + 4·1,0 + 3·16,0 = 80,0 g/mol MN MH MO Ułamki wagowe pierwiastków:

14. 78,3 g 21,7 g nB = = 7,25 mol nH = = 21,7 mol 1,0 g/mol 10,8 g/mol ● Wyznaczanie wzoru chemicznego na podstawie składu wagowego substancji Zadanie: Ustalić wzór boranu BxHy zawierającego wagowo 21,7% wodoru. MBxHy= 27,6 g/mol BxHy Rozwiązanie: W dowolnej ilości związku stosunek x : y jest zawsze taki sam! Jaki jest x : y w np. 100,0 g związku? W 100,0 g związku jest 21,7 g H, a reszta to 78,3 g B. Jakie to liczności? MH MB B7,25H21,7 - liczby atomów powinny być całkowite! Pierwszy wzór związku: Dzielimy obie liczby przez mniejszą z nich (czyli 7,25), co daje: B1H2,96 B1H3 - Błąd analizy! – zaokrąglamy do 3 W cząsteczce może być wielokrotnie więcej atomów ( jak NO2 i N2O4)- sprawdzamy masę molową: Dla BH3: 10,8 + 3·1,0 = 13,8 g/mol B2H6 Rzeczywista masa molowa MBxHy= 27,6 g/mol jest około 2 razy większa, co odpowiada wzorowi cząsteczki:

15. Odczyn kwaśny Odczyn zasadowy Odczyn obojętny pH ROZTWORÓW SODA OCZY SZCZONA SOK CYTRYNOWY OCET MLEKO WAPIENNE KRET MLEKO pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

16. SUBSTANCJE pH Sok z cytryny 2 – 3 jabłka 3 – 4 kapusta kiszona 3 – 3,5 biały chleb 5 – 6 ziemniaki 5,5 – 6,0 gruszki 5,5 – 6,5 mleko krowie 6,5 – 7 woda destylowana 7,0 Mydło „Dave” 7,0 Roztwór proszku do prania 8,5 – 9,5 Płyn do udrażniania rur „Kret” 13,5 – 14,0

17. Charakter chemiczny pierwiastków grup głównych Grupa 1 2 13 14 15 16 17 Okres 1 1 H 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 2 14 Si Wzrost charakteru niemetalicznego 11 Na 12 Mg 13 Al 15 P 3 Wzrost liczby powłok elektronowych 16 S 17 Cl Wzrost charakteru metalicznego Wzrost zdolności przyjmowania elektronów 19 K 20 Ca 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br Wzrost zdolności oddawania elektronów 4 5 37 Rb 38 Sr 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 J 55 Cs 56 Ba 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 6 Wzrost liczby elektronów walencyjnych Wzrost charakteru niemetalicznego

18. Dziękujemy za zainteresowanie