Transcript Wykład 4 - Kinetyka, statyka chemiczna. Roztwory
CHEMIA OGÓLNA
KINETYKA, STATYKA CHEMICZNA ROZTWORY
Wojciech Solarski
Podręcznik:
Chemia dla inżynierów
, pr. zb. pod red. J.Banaś, W.Solarski.
Internet:
www.chemia.odlew.agh.edu.pl
KINETYKA CHEMICZNA
dział chemii zwany kinetyką zajmuje się badaniami szybkości przebiegu reakcji chemicznych 2 C 3 H 5 N 3 O 9
6 CO + 5 H 2 O + 6 NO + ½ O 2
KINETYKA CHEMICZNA
A: Fe – 2e = Fe 2+ K: O 2 + 2 H 2 O + 4e = 4 OH -
Warunki:
natura procesu temperatura ciśnienie
KINETYKA CHEMICZNA
Miarą szybkości reakcji chemicznych jest zmiana stężenia reagentów w czasie reakcji aS
bP
v
dc S dt
dc P dt
KINETYKA CHEMICZNA
v
dc S dt
dc P dt
v t = szybkości reakcji w danej chwili (tzn. szybkość chwilowa) jest równa współczynnikowi kierunkowemu stycznej do krzywej c = f(t) w danym punkcie (c,t)
Zderzenia efektywne warunkiem zajścia reakcji chemicznej
Cl + NOCl Cl 2 + NO
Zderzenia efektywne warunkiem zajścia reakcji chemicznej
Cl + NOCl Cl 2 + NO
KINETYKA CHEMICZNA
Szybkość reakcji zależy od wielu czynników
: -
stężenie reagentów
-
temperatura
-
ciśnienie (gdy reakcja przebiega w fazie gazowej)
-
obecność katalizatora
-
promieniowanie elektromagnetyczne (gdy reakcja jest fotochemiczna)
-
stopień rozdrobnienia faz, szybkość dyfuzji (gdy układ jest wielofazowy)
STATYKA CHEMICZNA
aA + bB
A a B b W stanie równowagi chemicznej szybkości reakcji prostej i odwrotnej są sobie równe aA + bB
A a B b A a B b
aA + bB
STATYKA CHEMICZNA
aA + bB
A a B b A a B b
aA + bB v 1 = k 1 [A] a [B] b v 2 = k 2 [A a B b ] W stanie równowagi chemicznej szybkości reakcji prostej i odwrotnej są sobie równe v 1 = v 2 k 1
k
1
k
2
[A] a [B] b = k 2
A A a B b
b
[A a B b ]
K c
STATYKA CHEMICZNA
k
1
k
2
b
K c
prawo działania mas (Guldberga i Waagego):
W stanie równowagi chemicznej stosunek iloczynu molowych stężeń produktów reakcji (w potęgach ich współczynników stechiometrycznych) do iloczynu molowych stężeń substratów (w potęgach ciśnienia w przypadku reakcji w fazie gazowej).
ich współczynników stechiometrycznych) jest wielkością stałą i charakterystyczną dla danej reakcji i temperatury (oraz
STATYKA CHEMICZNA
H 2 + I 2
2 HI
K c
[
HI
] 2 [
H
2 ][
I
2 ]
Reagenty występują w stanie gazowym N 2 + 3H 2
2NH 3 Reagenty występują w stanie gazowym
K c
c N c NH
3 2
c H
2 3 2
N NH
2 2
2 3
STATYKA CHEMICZNA
Reguła przekory Le Chateliera i Browna
Jeżeli układ będący w stanie równowagi poddamy działaniu zewnętrznemu, tj. zmianie stężenia reagentów, zmianie ciśnienia lub zmianie temperatury, to w układzie tym przesuwa się równowaga chemiczna w kierunku kompensacji tych zmian.
ROZTWORY
ROZPUSZCZALNIK –SUBSTANCJA ROZPUSZCZONA
H 1s 1
WODA
O 1s 2 2s 2 p 4
moment dipolowy
= 1,84 D, stała dielektryczna = 82
WODA JEST DOBRYM ROZPUSZCZALNI KIEM DLA SUBSTANCJI O BUDOWIE JONOWEJ, ZE WZGLĘDU NA BUDOWĘ DIPOLOWĄ
Oddziaływanie dipoli wody na kryształ chlorku sodu HYDRATACJA SOLWATACJA
STĘŻENIA ROZTWORÓW Stężenie procentowe (
w procentach masowych)
-
podaje liczbę jednostek masowych substancji zawartych w 100 jednostkach masowych roztworu.
C
%
m s m r
100 %
m s m s
m rozp
100 % m s - masa substancji rozpuszczonej, [g], [kg] m r - masa roztworu, [g], [kg] m rozp - masa rozpuszczalnika, [g], [kg]
Stężenie procentowe objętościowe
Stężenie molowe -
roztworu.
określa liczbę moli substancji rozpuszczonej, zawartej w 1 dm 3
C M
n s V r
M m s s
V r
[
mol
/
dm
3 ] n s - liczba moli substancji rozpuszczonej, [mol] V r - objętość roztworu, [dm 3 ] m s - masa substancji rozpuszczonej, [g] M s - masa molowa substancji rozpuszczonej, [g/mol]
DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA Rozpadu substancji na jony (pod wpływem rozpuszczalnika) nosi nazwę dysocjacji elektrolitycznej.
Elektrolity – substancje (na ogół ciekłe) przewodzące prąd
elektryczny (wodne roztwory kwasów , zasad i soli). Nieelektrolity nie mają zdolności przewodzenia prądu elektycznego.
A n B m
n A m+ + m B n
DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA HCl
H + + Cl
HNO 3
H + Mg (OH) 2
+ NO 3
Mg 2+ + 2 OH
Ca 3 (PO 4 ) 2
3 Ca 2+ + 2 PO 4 3
A n B m
n A m+ + m B n
DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA
Stosunek liczby cząsteczek rozpadających się na jony do ogólnej liczby cząsteczek wprowadzonych do roztworu nosi nazwę stopnia dysocjacji elektrolitycznej
.
N zd N o
A n B m
n A m+ + m B n
DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA Mocne elektrolity to : część kwasów nieorganicznych np. HCl, HBr, HI, H
2 SO 4 , HNO 3 i HClO 4 wodorotlenki litowców i berylowców (z wyjątkiem Be (OH) 2 i Mg (OH) 2 ) - prawie wszystkie sole rozpuszczalne (oprócz niektórych sole rtęci, kadmu i cynku)
DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA Słabe elektrolity to : część kwasów nieorganicznych i karboksylowe kwasy organiczne (np. H 2 S, HCN, H 2 CO 3 , H 2 SO 3, HCOOH, CH 3 COOH) H 3 BO 3 , część wodorotlenków nieorganicznych (NH 4 OH oraz większość wodorotlenków metali dwu i trójwartościowych)
DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA Stała równowagi dysocjacji elektrolitycznej Stała dysocjacji słabych elektrolitów HNO 2
H + + NO 2 ‾‾
K HNO
2 [
H
] [
NO
2 ] [
HNO
2 ]
Mg (OH) 2
Mg 2+ + 2OH ‾‾
K
) 2 [
Mg
2 [
OH
] 2 ) ] 2
Dysocjacja wody Woda jest słabym elektrolitem
H 2 O H + i dysocjuje + OH W rzeczywistości powstają kationy hydroniowe H 3 O + i aniony wodorotlenowe OH .
2 H 2 O H 3 O + + OH
DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA WODY H 2 O
H + + OH
K H
2
O
[
H
] [
OH
] [
H
2
O
]
W temperaturze 25 stałe i wynosi [H 2 0 C: stężenie cząsteczek niezdysocjowanych jest O] = 55,55 mol/dm 3 . K H2O wynosi 1,8
10 -16 .
K H
2
O
[
H
2
O
] [
H
] [
OH
] 1 , 8 10 16 55 , 55 10 14
L = [H
+
] [OH
] = 10
14 b
pH ROZTWORÓW WODNYCH
L = [H
+
] [OH
] = 10
14 b pH = - log [H + ] pOH = - log [OH
]
pH + pOH = 14
pH roztworów wodnych
POMIAR pH pH = 7 roztwór jest obojętny pH < 7 roztwór jest kwasowy pH > 7 roztwór jest zasadowy Skala barw wskaźnika uniwersalnego (papierki wskaźnikowe)
POMIAR pH
skala pH
pH = - log [H
+
]
OBLICZANIE pH
Oblicz pH 0,1 m roztworu kwasu solnego HCl H + + Cl 0,1 mol HCl 0,1 mol H +
pH = - log [H + ] pH = - log [0,1]= - (-1) = 1
OBLICZANIE pH
Oblicz pH 0,1 m roztworu zasady sodowej NaOH Na + + OH 0,1 mol NaOHl 0,1 mol OH -
L = [H + ] [OH
] = 10
14 b
10 14 10 1 10 13
pH = - log [10 -13 ]= - (-13) = 13