Dujų įstatymai. Avogadro dėsnis

Rūgščių pavadinimai susidaro iš rusiško rūgšties centrinio atomo pavadinimo pridedant priesagų ir galūnių. Jei centrinio rūgšties atomo oksidacijos laipsnis atitinka periodinės lentelės grupės numerį, tada pavadinimas formuojamas naudojant paprasčiausią būdvardį iš elemento pavadinimo: H 2 SO 4 - sieros rūgštis, HMnO 4 - mangano rūgštis. . Jei rūgštį formuojantys elementai turi dvi oksidacijos būsenas, tai tarpinė oksidacijos būsena žymima galūne –ist-: H 2 SO 3 – sieros rūgštis, HNO 2 – azoto rūgštis. Halogeninių rūgščių, turinčių daug oksidacijos būsenų, pavadinimams naudojamos įvairios priesagos: tipiški pavyzdžiai - HClO 4 - chloras n rūgštis, HClO 3 – chloras novat rūgštis, HClO 2 – chloras ist rūgštis, HClO – chloras novatistas ic rūgštis (rūgštis be deguonies HCl vadinama vandenilio chlorido rūgštimi – dažniausiai druskos rūgštimi). Rūgštys gali skirtis vandens molekulių, kurios hidratuoja oksidą, skaičiumi. Rūgštys, kuriose yra daugiausia vandenilio atomų, vadinamos ortorūgštimis: H 4 SiO 4 - ortosilicio rūgštis, H 3 PO 4 - ortofosforo rūgštis. Rūgštys, kuriose yra 1 arba 2 vandenilio atomai, vadinamos metarūgštimis: H 2 SiO 3 – metasilicio rūgštis, HPO 3 – metafosforo rūgštis. Rūgštys, turinčios du centrinius atomus, vadinamos di rūgštys: H 2 S 2 O 7 – disulfo rūgštis, H 4 P 2 O 7 – difosforo rūgštis.

Sudėtinių junginių pavadinimai formuojami taip pat kaip druskų pavadinimai, tačiau kompleksiniam katijonui arba anijonui suteikiamas sisteminis pavadinimas, tai yra, skaitomas iš dešinės į kairę: K 3 - kalio heksafluoroferatas(III), SO 4 - tetraamino vario(II) sulfatas.

Oksidų pavadinimai sudaromos naudojant žodį „oksidas“ ir centrinio oksido atomo rusiško pavadinimo giminingąją raidę, nurodant, jei reikia, elemento oksidacijos būseną: Al 2 O 3 - aliuminio oksidas, Fe 2 O 3 - geležis (III) oksidas.

Bazių pavadinimai sudaromi naudojant žodį „hidroksidas“ ir centrinio hidroksido atomo rusiško pavadinimo giminingąją raidę, nurodant, jei reikia, elemento oksidacijos būseną: Al(OH) 3 - aliuminio hidroksidas, Fe(OH) 3 - geležis (III) hidroksidas.

Junginių su vandeniliu pavadinimai susidaro priklausomai nuo šių junginių rūgščių-šarmų savybių. Dujiniams rūgščių su vandeniliu junginiams naudojami tokie pavadinimai: H 2 S – sulfanas (vandenilio sulfidas), H 2 Se – selanas (vandenilio selenidas), HI – vandenilio jodidas; jų tirpalai vandenyje vadinami atitinkamai vandenilio sulfido, hidroseleno ir jodo vandenilio rūgštimis. Kai kuriems junginiams su vandeniliu naudojami specialūs pavadinimai: NH 3 - amoniakas, N 2 H 4 - hidrazinas, PH 3 - fosfinas. Junginiai su vandeniliu, kurių oksidacijos laipsnis yra –1, vadinami hidridais: NaH yra natrio hidridas, CaH2 yra kalcio hidridas.

Druskų pavadinimai susidaro iš lotyniško rūgštinės liekanos centrinio atomo pavadinimo, pridedant priešdėlių ir priesagų. Dvejetainių (dviejų elementų) druskų pavadinimai sudaromi naudojant priesagą - eid: NaCl – natrio chloridas, Na 2 S – natrio sulfidas. Jei deguonies turinčios rūgštinės liekanos centrinis atomas turi dvi teigiamas oksidacijos būsenas, tai aukščiausia oksidacijos būsena žymima priesaga – adresu: Na 2 SO 4 – sulf adresu natrio, KNO 3 – nitr adresu kalio, o žemiausia oksidacijos būsena yra priesaga - tai: Na 2 SO 3 – sulf tai natrio, KNO 2 – nitr tai kalio Deguonies turinčioms halogenų druskoms pavadinti naudojami priešdėliai ir priesagos: KClO 4 – juosta chloro adresu kalio, Mg(ClO 3) 2 – chloro adresu magnio, KClO 2 – chloro tai kalis, KClO – hipo chloro tai kalio

Kovalentinis prisotinimassryšįjai– pasireiškia tuo, kad s- ir p-elementų junginiuose nėra nesuporuotų elektronų, tai yra visi nesuporuoti atomų elektronai sudaro jungiamąsias elektronų poras (išimtys yra NO, NO 2, ClO 2 ir ClO 3).

Vienišos elektronų poros (LEP) yra elektronai, kurie poromis užima atomines orbitas. NEP buvimas lemia anijonų ar molekulių gebėjimą sudaryti donoro-akceptoriaus ryšius kaip elektronų porų donorus.

Nesuporuoti elektronai yra atomo elektronai, kurių vienas yra orbitoje. S ir p elementų atveju nesuporuotų elektronų skaičius lemia, kiek jungiamųjų elektronų porų tam tikras atomas gali sudaryti su kitais atomais per mainų mechanizmą. Valentinės jungties metodas daro prielaidą, kad nesuporuotų elektronų skaičių galima padidinti vienišomis elektronų poromis, jei valentinių elektronų lygyje yra laisvų orbitalių. Daugumoje s ir p elementų junginių nėra nesuporuotų elektronų, nes visi nesuporuoti atomų elektronai sudaro ryšius. Tačiau egzistuoja molekulės su nesuporuotais elektronais, pavyzdžiui, NO, NO 2, jos turi padidintą reaktyvumą ir dėl nesuporuotų elektronų linkusios formuoti dimerus, tokius kaip N 2 O 4.

Normali koncentracija – tai apgamų skaičius ekvivalentai 1 litre tirpalo.

Normalios sąlygos - temperatūra 273K (0 o C), slėgis 101,3 kPa (1 atm).

Cheminių jungčių susidarymo mainų ir donorų-akceptorių mechanizmai. Kovalentiniai ryšiai tarp atomų gali susidaryti dviem būdais. Jei jungiančiosios elektronų poros susidarymas įvyksta dėl abiejų susijungusių atomų nesuporuotų elektronų, tai toks jungiamosios elektronų poros formavimo būdas vadinamas mainų mechanizmu – atomai keičiasi elektronais, o jungiamieji elektronai priklauso abiem susijungusiems atomams. Jei jungiamoji elektronų pora susidaro dėl vieno atomo vienišos elektronų poros ir kito atomo laisvos orbitos, tai toks jungiančiosios elektronų poros susidarymas yra donoro-akceptoriaus mechanizmas (žr. valentinio ryšio metodas).

grįžtamosios joninės reakcijos – tai reakcijos, kurių metu susidaro produktai, galintys sudaryti pradines medžiagas (jei turėsime omenyje parašytą lygtį, tai apie grįžtamas reakcijas galime pasakyti, kad jos gali vykti viena ar kita kryptimi, susidarant silpniems elektrolitams arba blogai tirpstantiems junginiai). Grįžtamosioms joninėms reakcijoms dažnai būdinga nepilna konversija; kadangi grįžtamosios joninės reakcijos metu susidaro molekulės arba jonai, sukeliantys poslinkį link pradinių reakcijos produktų, tai yra tarsi „sulėtina“ reakciją. Grįžtamosios joninės reakcijos aprašomos ⇄ ženklu, o negrįžtamos – → ženklu. Grįžtamosios joninės reakcijos pavyzdys yra reakcija H 2 S + Fe 2+ ⇄ FeS + 2H +, o negrįžtamos – S 2- + Fe 2+ → FeS.

Oksiduojančios medžiagos – medžiagos, kuriose vykstant redokso reakcijoms mažėja kai kurių elementų oksidacijos būsenos.

Redokso dvilypumas – medžiagų gebėjimas veikti redokso reakcijos kaip oksidatorius arba reduktorius, priklausomai nuo partnerio (pavyzdžiui, H 2 O 2, NaNO 2).

Redokso reakcijos(OVR) – Tai cheminės reakcijos, kurių metu keičiasi reaguojančių medžiagų elementų oksidacijos būsenos.

Redokso potencialas - reikšmė, apibūdinanti oksiduojančiojo agento ir redukcijos agento, sudarančio atitinkamą pusinę reakciją, redokso gebėjimą (stiprumą). Taigi, Cl 2 /Cl - poros redokso potencialas, lygus 1,36 V, apibūdina molekulinį chlorą kaip oksidatorių ir chlorido joną kaip reduktorius.

oksidai - elementų junginiai su deguonimi, kuriuose deguonies oksidacijos būsena yra –2.

Orientacinės sąveikos– polinių molekulių tarpmolekulinės sąveikos.

Osmosas - tirpiklio molekulių pernešimo ant pusiau laidžios (tik tirpikliui pralaidžios) membranos reiškinys link mažesnės tirpiklio koncentracijos.

Osmosinis slėgis - fizikinė ir cheminė tirpalų savybė dėl membranų gebėjimo praleisti tik tirpiklio molekules. Osmosinis slėgis iš mažiau koncentruoto tirpalo išlygina tirpiklio molekulių įsiskverbimo į abi membranos puses greitį. Tirpalo osmosinis slėgis yra lygus dujų, kuriose molekulių koncentracija yra tokia pati, kaip ir dalelių koncentracija tirpale, slėgiui.

Arenijaus bazės – medžiagos, kurios elektrolitinės disociacijos metu atskiria hidroksido jonus.

Bronstedo bazės - junginiai (S 2-, HS tipo molekulės arba jonai), galintys prijungti vandenilio jonus.

Priežastys pagal Lewisą (Lewiso bazės) – junginiai (molekulės arba jonai) su vienišomis elektronų poromis, galinčiomis sudaryti donoro-akceptoriaus ryšius. Labiausiai paplitusi Lewis bazė yra vandens molekulės, kurios pasižymi stipriomis donorinėmis savybėmis.

Kur m yra masė, M yra molinė masė, V yra tūris.

4. Avogadro dėsnis.Įkūrė italų fizikas Avogadro 1811 m. Identiškas bet kokių dujų tūris, paimtas toje pačioje temperatūroje ir slėgyje, turi tą patį molekulių skaičių.

Taigi, galime suformuluoti medžiagos kiekio sąvoką: 1 molis medžiagos turi dalelių, lygių 6,02 * 10 23 (vadinamą Avogadro konstanta)

Šio įstatymo pasekmė yra ta Normaliomis sąlygomis (P 0 = 101,3 kPa ir T 0 = 298 K) 1 molis bet kokių dujų užima tūrį, lygų 22,4 litro.

5. Boyle-Mariotte dėsnis

Esant pastoviai temperatūrai, tam tikro dujų kiekio tūris yra atvirkščiai proporcingas slėgiui, kuriame jis yra:

6. Gay-Lussac dėsnis

Esant pastoviam slėgiui, dujų tūrio pokytis yra tiesiogiai proporcingas temperatūrai:

V/T = konst.

7. Galima išreikšti ryšį tarp dujų tūrio, slėgio ir temperatūros sujungti Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac įstatymus, kuris naudojamas dujų kiekiui konvertuoti iš vienos būklės į kitą:

P 0 , V 0 , T 0 - tūrio ir temperatūros slėgis normaliomis sąlygomis: P 0 =760 mm Hg. Art. arba 101,3 kPa; T 0 = 273 K (0 0 C)

8. Nepriklausomas molekulinės vertės įvertinimas masės M galima atlikti naudojant vadinamąjį idealiųjų dujų būsenų lygtis arba Clapeyrono-Mendelejevo lygtys :

pV=(m/M)*RT=vRT.(1.1)

Kur r - dujų slėgis uždaroje sistemoje, V- sistemos tūris, T - dujų masė, T - absoliuti temperatūra, R- universali dujų konstanta.

Atkreipkite dėmesį, kad konstantos reikšmė R galima gauti pakeičiant reikšmes, apibūdinančias vieną molį dujų normaliomis sąlygomis, į (1.1) lygtį:

r = (p V)/(T)=(101,325 kPa 22.4 l)/(1 mol 273K)=8,31J/mol.K)

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 pavyzdys. Dujų tūrio padidinimas iki normalių sąlygų.

Kokį tūrį (nr.) užims 0,4×10 -3 m 3 dujų, esančių 50 0 C temperatūroje ir 0,954×10 5 Pa slėgyje?

Sprendimas. Norėdami padidinti dujų kiekį iki normalių sąlygų, naudokite bendrą formulę, sujungiančią Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac dėsnius:

pV/T = p 0 V 0 / T 0 .

Dujų tūris (n.s.) lygus , kur T 0 = 273 K; p 0 = 1,013 × 10 5 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 = 0,32 × 10 -3 m 3.

Esant (normai) dujos užima tūrį, lygų 0,32×10 -3 m 3 .

2 pavyzdys. Santykinio dujų tankio apskaičiavimas pagal jų molekulinę masę.

Apskaičiuokite etano C 2 H 6 tankį pagal vandenilį ir orą.

Sprendimas. Iš Avogadro dėsnio išplaukia, kad santykinis vienų dujų tankis su kitomis yra lygus molekulinių masių santykiui. M val) šių dujų, t.y. D=M1/M2. Jeigu M 1 C2H6 = 30, M 2 H2 = 2, vidutinė oro molekulinė masė yra 29, tada santykinis etano tankis vandenilio atžvilgiu yra D H2 = 30/2 =15.

Santykinis etano tankis ore: D oras= 30/29 = 1,03, t.y. etanas yra 15 kartų sunkesnis už vandenilį ir 1,03 karto sunkesnis už orą.

3 pavyzdys. Dujų mišinio vidutinės molekulinės masės nustatymas santykiniu tankiu.

Apskaičiuokite vidutinę dujų mišinio, sudaryto iš 80 % metano ir 20 % deguonies (tūrio), molekulinę masę, naudodami santykinį šių dujų tankį vandenilio atžvilgiu.

Sprendimas. Dažnai skaičiavimai atliekami pagal maišymo taisyklę, kuri teigia, kad dviejų komponentų dujų mišinio dujų tūrių santykis yra atvirkščiai proporcingas mišinio tankio ir dujų, sudarančių šį mišinį, tankių skirtumams. . Santykinį dujų mišinio tankį vandenilio atžvilgiu pažymėkime D H2. jis bus didesnis nei metano tankis, bet mažesnis už deguonies tankį:

80D H2 – 640 = 320 – 20 D H2; D H2 = 9,6.

Šio dujų mišinio vandenilio tankis yra 9,6. vidutinė dujų mišinio molekulinė masė M H2 = 2 D H2 = 9,6 × 2 = 19,2.

4 pavyzdys. Dujų molinės masės apskaičiavimas.

0,327×10 -3 m 3 dujų masė 13 0 C temperatūroje ir 1,040×10 5 Pa slėgyje lygi 0,828×10 -3 kg. Apskaičiuokite dujų molinę masę.

Sprendimas. Dujų molinę masę galima apskaičiuoti naudojant Mendelejevo-Clapeyrono lygtį:

Kur m– dujų masė; M– dujų molinė masė; R– molinė (universali) dujų konstanta, kurios reikšmė nustatoma priimtais matavimo vienetais.

Jei slėgis matuojamas Pa, o tūris – m3, tai R=8,3144×10 3 J/(kmol×K).

Dujų molinis tūris lygus dujų tūrio ir šių dujų medžiagos kiekio santykiui, t.y.

V m = V(X) / n(X),

kur V m – molinis dujų tūris – pastovi bet kokių dujų vertė tam tikromis sąlygomis;

V(X) – dujų tūris X;

n(X) – dujų medžiagos X kiekis.

Dujų molinis tūris normaliomis sąlygomis (normalus slėgis p n = 101 325 Pa ≈ 101,3 kPa ir temperatūra T n = 273,15 K ≈ 273 K) yra V m = 22,4 l/mol.

Idealūs dujų įstatymai

Skaičiuojant su dujomis, dažnai reikia pakeisti šias sąlygas į įprastas arba atvirkščiai. Šiuo atveju patogu naudoti formulę, pateiktą iš Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac kombinuoto dujų įstatymo:

pV / T = p n V n / T n

kur p yra slėgis; V - tūris; T - temperatūra pagal Kelvino skalę; indeksas „n“ rodo normalias sąlygas.

Tūrio dalis

Dujų mišinių sudėtis dažnai išreiškiama naudojant tūrio dalį – tam tikro komponento tūrio santykį su visu sistemos tūriu, t.y.

φ(X) = V(X) / V

čia φ(X) yra komponento X tūrio dalis;

V(X) - komponento X tūris;

V yra sistemos tūris.

Tūrio dalis yra bematis dydis, jis išreiškiamas vieneto dalimis arba procentais.

1 pavyzdys. Kokį tūrį užims 51 g sveriantis amoniakas esant 20°C temperatūrai ir 250 kPa slėgiui?

2 pavyzdys. Nustatykite tūrį, kurį normaliomis sąlygomis užims dujų mišinys, kurio masė yra 1,4 g vandenilio ir 5,6 g azoto.

Tūrinių santykių dėsnis

Kaip išspręsti problemą naudojant „Tūrinių santykių dėsnį“?

Tūrio santykio dėsnis: Reakcijoje dalyvaujančių dujų tūriai yra susiję vienas su kitu kaip maži sveikieji skaičiai, lygūs reakcijos lygties koeficientams.

Reakcijų lygčių koeficientai parodo reaguojančių ir susidariusių dujinių medžiagų tūrių skaičius.

Pavyzdys. Apskaičiuokite oro tūrį, reikalingą sudeginti 112 litrų acetileno.

1. Sudarome reakcijos lygtį:

2. Remdamiesi tūrinių santykių dėsniu, apskaičiuojame deguonies tūrį:

112 / 2 = X / 5, iš kur X = 112 5 / 2 = 280 l

3. Nustatykite oro tūrį:

V(oras) = ​​V(O 2) / φ(O 2)

V(oras) = ​​280 / 0,2 = 1400 l.

Norėdami sužinoti bet kokių dujinių medžiagų sudėtį, turite mokėti dirbti su tokiomis sąvokomis kaip medžiagos molinis tūris, molinė masė ir tankis. Šiame straipsnyje apžvelgsime, kas yra molinis tūris ir kaip jį apskaičiuoti?

Medžiagos kiekis

Kiekybiniai skaičiavimai atliekami siekiant realiai atlikti tam tikrą procesą arba išsiaiškinti tam tikros medžiagos sudėtį ir struktūrą. Šiuos skaičiavimus nepatogu atlikti su absoliučiomis atomų ar molekulių masės vertėmis dėl to, kad jos yra labai mažos. Daugeliu atvejų santykinės atominės masės taip pat negali būti naudojamos, nes jos nesusijusios su visuotinai pripažintais medžiagos masės ar tūrio matais. Todėl buvo įvesta medžiagos kiekio sąvoka, kuri žymima graikiška raide v (nu) arba n. Medžiagos kiekis yra proporcingas medžiagoje esančių struktūrinių vienetų (molekulių, atominių dalelių) skaičiui.

Medžiagos kiekio vienetas yra molis.

Molis – tai medžiagos kiekis, kuriame yra tiek pat struktūrinių vienetų, kiek atomų yra 12 g anglies izotopo.

1 atomo masė yra 12 a. e.m., todėl atomų skaičius 12 g anglies izotopų yra lygus:

Na = 12g/12*1,66057*10 iki galios-24g=6,0221*10 iki 23 galios

Fizinis dydis Na vadinamas Avogadro konstanta. Viename molyje bet kurios medžiagos yra 6,02 * 10 iki 23 dalelių.

Ryžiai. 1. Avogadro dėsnis.

Molinis dujų tūris

Molinis dujų tūris yra medžiagos tūrio ir tos medžiagos kiekio santykis. Ši vertė apskaičiuojama dalijant medžiagos molinę masę iš jos tankio pagal šią formulę:

kur Vm – molinis tūris, M – molinė masė, o p – medžiagos tankis.

Ryžiai. 2. Molinio tūrio formulė.

Tarptautinėje C sistemoje dujinių medžiagų molinis tūris matuojamas kubiniais metrais vienam moliui (m 3 /mol)

Dujinių medžiagų molinis tūris skiriasi nuo skystos ir kietos būsenos medžiagų tuo, kad dujinis elementas, kurio kiekis yra 1 molis, visada užima tą patį tūrį (jei tenkinami tie patys parametrai).

Dujų tūris priklauso nuo temperatūros ir slėgio, todėl skaičiuodami turėtumėte atsižvelgti į dujų tūrį įprastomis sąlygomis. Normaliomis sąlygomis laikoma 0 laipsnių temperatūra ir 101,325 kPa slėgis. 1 molio dujų molinis tūris normaliomis sąlygomis visada yra vienodas ir lygus 22,41 dm 3 /mol. Šis tūris vadinamas idealių dujų moliniu tūriu. Tai yra, 1 molyje bet kokių dujų (deguonies, vandenilio, oro) tūris yra 22,41 dm 3 /m.

Ryžiai. 3. Molinis dujų tūris normaliomis sąlygomis.

Lentelė "Molinis dujų tūris"

Šioje lentelėje parodytas kai kurių dujų tūris: