obliczenia w chemii ogólnej. ...

obliczenia w chemii ogólnej. cz.1. podstawy teoretyczne, Chemia

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Mirosław Bućko, Ryszard Gajerski, Stanisław Koziński,
Anna Kozłowska-Róg, Stanisław Łabuś, Andrzej Małecki,
Barbara Małecka, Ryszard Mania,
Marta Radecka, Małgorzata Wierzbicka,
Krzysztof Wojciechowski
Obliczenia w chemii ogólnej
część I
Podstawy teoretyczne
Praca zbiorowa pod redakcją
Andrzeja Małeckiego
Opracowanie wersji internetowej
Stanisław Łabuś
Spis treści
Przedmowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1. Podstawowe definicje i prawa chemiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1. Podstawowe definicje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2. Podstawowe prawa chemiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2. Klasyfikacja związków nieorganicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1. Tlenki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2. Wodorotlenki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3. Kwasy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4. Sole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3. Uzgadnianie równań reakcji chemicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1. Reakcje bez wymiany elektronów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2. Reakcje utleniania i redukcji (redoks) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2.1. Klasyfikacja reakcji utleniania i redukcji (redoks) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2.2. Bilansowanie równań utleniania-redukcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3. Przewidywanie kierunku zachodzenia reakcji chemicznych . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3.1. Ogólne zasady . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3.2. Odstępstwa od kryterium przewidywania kierunku zachodzenia reakcji.
Stany zamrożone, równowagi metatrwałe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
3.3.3. Przewidywanie kierunku zachodzenia reakcji chemicznych typu redoks . . . . 32
4. Stężenia roztworów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1. Stosowane jednostki stężeń . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5. Stechiometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.1. Obliczanie składu ilościowego związku chemicznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.2. Wyprowadzanie empirycznego (uproszczonego) i rzeczywistego wzoru
związku chemicznego na podstawie jego składu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
5.3. Obliczenia na podstawie równań chemicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6. Równowaga chemiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.1. Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.2. Równowaga w układach homogenicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.3. Równowaga chemiczna w reakcjach heterogenicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.4. Wpływ czynników zewnętrznych na stan równowagi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
1
6.5. Wykorzystanie praw równowagi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.6. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
7. Równowagi jonowe w wodnych roztworach elektrolitów . . . . . . . . . . . . . . . 75
7.1. Dysocjacja elektrolityczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
7.1.1. Równowagi dysocjacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
7.1.2. Krytyka teorii Arrheniusa. Mechanizm dysocjacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
7.1.3. Struktura roztworów elektrolitów. Aktywność i współczynnik aktywności . . 82
7.1.4. Elektrolity mocne i słabe. Dysocjacja wielostopniowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
7.1.5. Teoria elektrolitów mocnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
7.1.6. Dysocjacja wody. Iloczyn jonowy wody. pH i pOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.1.6.1
. Wyznaczanie wykładnika stężenia jonów wodorowych. Wskaźniki
kwasowo-zasadowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
7.1.6.2.
Teorie kwasów i zasad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.1.6.3.
Czynniki wpływające na moc kwasów i zasad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.2. Roztwory buforowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.2.1. pH roztworów buforowych i mechanizm ich działania . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.2.2. Pojemność buforowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
7.2.3. Sporządzanie roztworów buforowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7.3. Hydroliza soli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.3.1. Hydroliza soli typu MeR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
7.3.1.1.
Hydroliza anionowa soli typu MeR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7.3.1.2.
Hydroliza kationowa soli typu MeR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.3.1.3.
Hydroliza kationowo-anionowa soli typu MeR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
7.3.2. Hydroliza soli słabych dwuprotonowych kwasów i mocnych
jednoprotonowych zasad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
122
7.3.3. Hydroliza soli trójprotonowych kwasów i mocnych jednoprotonowych
zasad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
123
7.3.4. Hydroliza soli mocnych jednoprotonowych kwasów i wieloprotonowych
zasad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
124
7.3.5. Hydroliza soli słabych jedno- lub wieloprotonowych kwasów i słabych
jedno- lub wieloprotonowych zasad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
124
7.3.6. Hydroliza soli wieloprotonowych kwasów i mocnych jednoprotonowych
zasad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
125
7.4. Równowagi w roztworach trudno rozpuszczalnych soli . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
7.4.1. Rozpuszczalność substancji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.4.2. Rozpuszczalność hydrolizujących soli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
2
7.4.3. Rozpuszczalność soli w roztworach mocnych elektrolitów . . . . . . . . . . . . . . 134
7.4.4. Rozpuszczalność soli w roztworach kompleksów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
7.4.5. Rozpuszczalność wodorotlenków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
7.4.6. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
8. Związki koordynacyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
8.1. Pojęcia podstawowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
8.2. Równowagi w roztworach związków kompleksowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.3. Trwałość kompleksów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.4. Reakcje związków koordynacyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
8.5. Wiązanie koordynacyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
8.6. Zastosowanie kompleksów w analizie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
9. Analiza wagowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
9.1. Koloidy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
9.1.1. Charakterystyka ogólna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
9.1.2. Podział koloidów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
9.1.3. Koloidy liofobowe i liofilowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
9.1.4. Metody otrzymywania koloidów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
9.1.5. Metody oczyszczania koloidów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
9.1.6. Właściwości układów koloidalnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
9.1.7. Koagulacja koloidów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
9.1.8. Peptyzacja koloidów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
10. Analiza objętościowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
11. Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
3
Przedmowa
Oddajemy do rąk Czytelników skrypt poświęcony podstawowym obliczeniom w chemii
ogólnej. Zakres omawianego materiału obejmuje program zajęć dla studentów I roku
Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Akademii Górniczo-Hutniczej, jednak w
przekonaniu Autorów ze skryptu mogą korzystać studenci wszystkich wydziałów
chemicznych uniwersytetów i politechnik.
Jest wiele różnych wydawnictw poświęconych problemom obliczeń chemicznych w
zakresie chemii ogólnej, a jednak uważamy, że proponujemy Czytelnikowi nieco odmienne
spojrzenie na sposób prowadzenia obliczeń a przede wszystkim na uzyskany w ich rezultacie
wynik. Wychodzimy z założenia, że umiejętność rozwiązywania zadań z chemii ogólnej
przychodzi dopiero wraz ze zrozumieniem całego podłoża analizowanego problemu, wraz ze
zrozumieniem właściwego sensu i znaczenia liczb wykorzystywanych jako dane i liczb
uzyskiwanych jako wyniki. To właśnie dlatego pierwsza część oddawanego skryptu
poświęcona jest podstawom chemii w wymiarze znacznie obszerniejszym niż to jest zwykle
przyjęte w wydawnictwach poświęconym obliczeniom chemicznym. Materiał zawarty w
części pierwszej może być pomocny w nauce wybranych zagadnień z chemii ogólnej w
oderwaniu od problemu obliczeń. Uważny Czytelnik dostrzeże jednak natychmiast, że
wszystkie zawarte w tej części informacje są naprawdę niezbędne dla poprawnego
prowadzenia obliczeń.
Cechą charakterystyczną przedstawianego materiału jest dążenie do uzyskania w wyniku
obliczeń liczb mających rzeczywistą wartość i znaczenie, liczb których sens i błąd jest jasno
określony. Rezygnujemy z "obliczeń", których wyniki różnią się od rzeczywistej wartości o
całe rzędy, wskazując na brak uzasadnienia w często powszechnym przyjmowaniu
upraszczających założeń. Pokazujemy, że często założenia te nie prowadzą do uproszczenia,
ale raczej do wypaczenia rzeczywistości. Zachęcamy do wykonywania obliczeń w sposób tak
dokładny, jak to tylko jest możliwe, co zapewnia zbliżenie wyniku do rzeczywistej wartości.
Zniechęcamy do prowadzenia obliczeń uproszczonych w takim stopniu, że rozwiązywanie
zadania staje się sztuką samą w sobie, a celem jest wykonanie działań arytmetycznych.
Uważamy po prostu, że świat się zmienił i obecnie, gdy w obliczeniach nie posługujemy się
tylko kartką papieru, tablicami logarytmicznymi czy suwakiem logarytmicznym, obliczenia
dokładniejsze przy zastosowaniu kalkulatora programowalnego czy komputera są łatwe i
szybkie do przeprowadzenia. Nie chcemy jednak, aby za wielocyfrowymi liczbami
4
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

anio102.xlx.pl