علم شیمی- علم ترکیب، ساختار، خواص و تبدیل مواد.

علم اتمی-مولکولی.مواد متشکل از ذرات شیمیایی (مولکول ها، اتم ها، یون ها) هستند که ساختار پیچیده ای دارند و از ذرات بنیادی (پروتون، نوترون، الکترون) تشکیل شده اند.

اتم- یک ذره خنثی متشکل از یک هسته مثبت و الکترون.

مولکول- گروه پایداری از اتم ها که با پیوندهای شیمیایی به هم متصل شده اند.

عنصر شیمیایی- نوعی اتم با بار هسته ای یکسان. عنصر نشان می دهد

که در آن X نماد عنصر است، ز– شماره سریال عنصر در جدول تناوبی عناصر D.I. مندلیف، آ- عدد جرمی. شماره سریال زبرابر با بار هسته اتم، تعداد پروتون های هسته اتم و تعداد الکترون های اتم است. عدد جرمی آبرابر با مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های یک اتم است. تعداد نوترون ها برابر با اختلاف است A–Z.

ایزوتوپ ها- اتم های یک عنصر با اعداد جرمی متفاوت.

جرم اتمی نسبی(A r) نسبت میانگین جرم یک اتم عنصری با ترکیب ایزوتوپی طبیعی به 1/12 جرم یک اتم ایزوتوپ کربن 12 C است.

وزن مولکولی نسبی(M r) نسبت میانگین جرم یک مولکول یک ماده با ترکیب ایزوتوپی طبیعی به 1/12 جرم یک اتم ایزوتوپ کربن 12 C است.

واحد جرم اتمی(a.u.m) – 1/12 جرم اتم ایزوتوپ کربن 12 C. 1 a.u. m = 1.66؟ 10-24 سال

خال- مقدار یک ماده حاوی تعداد واحدهای ساختاری (اتم، مولکول، یون) به تعداد اتم های موجود در 0.012 کیلوگرم ایزوتوپ کربن 12 C. خال- مقدار یک ماده حاوی 6.02 10 23 واحد ساختاری (اتم ها، مولکول ها، یون ها).

n = N/N A, جایی که n- مقدار ماده (مول)، ن- تعداد ذرات، الف N A- ثابت آووگادرو. مقدار یک ماده را می توان با علامت v نیز نشان داد.

ثابت آووگادرو N A = 6.02 10 23 ذرات در مول.

جرم مولیم(g/mol) - نسبت جرم ماده مترد) به مقدار ماده n(مول):

M = m/n،جایی که: m = M nو n = m/M.

حجم مولی گازوی ام(l/mol) - نسبت حجم گاز Vل) به مقدار ماده این گاز n(مول). در شرایط عادی V M = 22.4 لیتر در مول.

شرایط عادی:درجه حرارت t = 0 درجه سانتیگراد یا T = 273 K، فشار p = 1 اتمسفر = 760 میلی متر. rt. هنر = 101,325 Pa = 101.325 کیلو پاسکال.

V M = V/n،جایی که: V = V M nو n = V/V M .

نتیجه یک فرمول کلی است:

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

معادل- ذره ای واقعی یا ساختگی که با یک اتم هیدروژن برهم کنش می کند، یا جایگزین آن می شود، یا به گونه ای دیگر معادل آن است.

معادل جرم مولی M e– نسبت جرم یک ماده به تعداد معادل های این ماده: M e = m/n (معادله) .

در واکنش های تبادل بار، جرم مولی معادل ماده است

با جرم مولی مبرابر با: M e = M/(n ? m).

در واکنش های ردوکس، جرم مولی معادل یک ماده با جرم مولی است مبرابر با: M e = M/n(e)،جایی که n(e)- تعداد الکترون های منتقل شده

قانون معادل ها- جرم واکنش دهنده های 1 و 2 با جرم مولی معادل آنها متناسب است. m 1 / m 2= M E1/M E2،یا m 1 /M E1 = m 2 /M E2،یا n 1 = n 2،جایی که متر 1و متر 2- توده های دو ماده، M E1و M E2- جرم مولی معادل ها، n 1و n 2- تعداد معادل های این مواد.

برای حل ها، قانون معادل ها را می توان به صورت زیر نوشت:

c E1 V 1 = c E2 V 2، جایی که با E1، با E2، V 1و V 2– غلظت مولی معادل ها و حجم محلول های این دو ماده.

قانون گاز متحد: pV = nRT، جایی که پ- فشار (Pa, kPa) V– حجم (m 3, l) n- مقدار ماده گاز (مول)، تی -دما (K) تی(K) = تی(°C) + 273، آر- ثابت، R= 8.314 J/(K? mol)، با J = Pam 3 = kPa l.

2. ساختار اتمی و قانون تناوبی

دوگانگی موج - ذرهماده - این ایده که هر جسم می تواند هم ویژگی موجی و هم خاصیت جسمی داشته باشد. لویی دو بروگل فرمولی را پیشنهاد کرد که خواص موجی و جسمی اجسام را به هم متصل می کند: ? = h/(mV)،جایی که ساعت- ثابت پلانک، ? - طول موجی که مربوط به هر جسم با جرم است مترو سرعت V.اگرچه خواص موج برای همه اجسام وجود دارد، اما آنها را می توان فقط برای اجسام خرد با جرم به ترتیب جرم یک اتم و یک الکترون مشاهده کرد.

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ: ?(mV x) ?х > h/2nیا ?V x ?x > h/(2?m)،جایی که متر- جرم ذرات، ایکس- مختصات آن، Vx- سرعت در جهت ایکس، ؟- عدم قطعیت، خطا در تعیین. اصل عدم قطعیت به این معنی است که نشان دادن همزمان موقعیت (مختصات) غیرممکن است. ایکس)و سرعت (V x)ذرات.

ذرات با جرم کوچک (اتم ها، هسته ها، الکترون ها، مولکول ها) به مفهوم مکانیک نیوتنی ذرات نیستند و توسط فیزیک کلاسیک قابل مطالعه نیستند. آنها توسط فیزیک کوانتوم مورد مطالعه قرار می گیرند.

عدد کوانتومی اصلیnمقادیر 1، 2، 3، 4، 5، 6 و 7 مربوط به سطوح الکترونیکی (لایه) K، L، M، N، O، P و Q را می گیرد.

مرحله– فضایی که الکترون هایی با تعداد یکسان در آن قرار دارند nالکترون های سطوح مختلف از نظر مکانی و انرژی از یکدیگر جدا می شوند، زیرا تعداد nانرژی الکترون را تعیین می کند E(بیشتر nبیشتر E)و فاصله آربین الکترون ها و هسته (هر چه بیشتر nبیشتر ر).

عدد کوانتومی مداری (سمتی، سمتی).لبسته به تعداد مقادیر می گیرد n:l= 0, 1,…(n- 1). به عنوان مثال، اگر n= 2، سپس l = 0، 1; اگر n= 3، سپس l = 0، 1، 2. شماره لسطح فرعی (زیرلایه) را مشخص می کند.

سطح فرعی– فضایی که الکترون ها با معین nو لسطوح فرعی یک سطح معین بسته به تعداد تعیین می شوند l:s- اگر l = 0, پ- اگر l = 1, د- اگر l = 2, f- اگر l = 3.سطوح فرعی یک اتم معین بسته به اعداد تعیین می شوند nو لبه عنوان مثال: 2s (n = 2, l = 0), 3d(n= 3, l = 2) و غیره. سطوح فرعی یک سطح معین دارای انرژی های متفاوتی هستند (هر چه بیشتر لبیشتر E): E s< E < Е А < … و اشکال مختلف اوربیتال ها که این سطوح فرعی را تشکیل می دهند: اوربیتال s شکل یک توپ دارد، پ-اوربیتال به شکل یک دمبل و غیره است.

عدد کوانتومی مغناطیسیمتر 1جهت گشتاور مغناطیسی مداری را برابر با لدر فضا نسبت به میدان مغناطیسی خارجی و مقادیر زیر را می گیرد: - l،…-1، 0، 1،…l،یعنی کل (2 لیتر + 1) ارزش. به عنوان مثال، اگر l = 2، سپس m 1 =-2, -1, 0, 1, 2.

مداری(بخشی از یک سطح فرعی) - فضایی که الکترونها (بیشتر از دو) در آن قرار دارند n، l، m 1.سطح فرعی شامل 2 لیتر + 1مداری مثلا، د- سطح فرعی شامل پنج اوربیتال d است. اوربیتال های یک سطح فرعی با اعداد متفاوت متر 1،همین انرژی را دارند

عدد اسپین مغناطیسیام‌اسجهت گیری گشتاور مغناطیسی خود الکترون s برابر با؟ را نسبت به میدان مغناطیسی خارجی مشخص می کند و دو مقدار می گیرد: +? و _؟

الکترون ها در یک اتم طبق قوانین زیر سطوح، سطوح فرعی و اوربیتال ها را اشغال می کنند.

قانون پائولی:در یک اتم، دو الکترون نمی توانند چهار عدد کوانتومی یکسان داشته باشند. آنها باید حداقل در یک عدد کوانتومی متفاوت باشند.

از قانون پائولی چنین استنباط می‌شود که یک اوربیتال نمی‌تواند بیش از دو الکترون داشته باشد، یک سطح فرعی نمی‌تواند بیش از 2 (2l + 1) الکترون داشته باشد، یک سطح نمی‌تواند بیش از 2 الکترون داشته باشد. 2n 2الکترون ها

قانون کلچکوفسکی:سطوح فرعی الکترونیکی به ترتیب افزایش مقدار پر می شوند (n + l)و در صورت همان مقدار (n+l)- به ترتیب افزایش تعداد n

شکل گرافیکی حکومت کلچکوفسکی.

طبق قانون کلچکوفسکی، سطوح فرعی به ترتیب زیر پر می شوند: 1s، 2s، 2р، 3s، Zр، 4s، 3d، 4r، 5s، 4d، 5r، 6s، 4f، 5d، 6p، 7s، 5f، 6d، 7p، 8s، …

اگرچه پر کردن سطوح فرعی طبق قانون کلچکوفسکی انجام می شود، اما در فرمول الکترونیکی سطوح فرعی به ترتیب بر اساس سطح نوشته می شوند: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4fبنابراین، فرمول الکترونیکی اتم برم به صورت زیر نوشته می شود: Br(35e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 .

پیکربندی الکترونیکی تعدادی از اتم ها با آنچه توسط قانون کلچکوفسکی پیش بینی شده بود متفاوت است. بنابراین، برای کروم و مس:

Сr(24e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1و مس (29e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1.

قانون هوندا (گوندا):پر شدن اوربیتال های یک زیرسطح معین به گونه ای انجام می شود که کل اسپین حداکثر باشد. اوربیتال های یک سطح فرعی معین ابتدا با یک الکترون در یک زمان پر می شوند.

پیکربندی های الکترونیکی اتم ها را می توان با سطوح، سطوح فرعی، اوربیتال ها نوشت. به عنوان مثال، فرمول الکترونیکی P(15e) را می توان نوشت:

الف) توسط سطوح)2)8)5;

ب) توسط سطوح فرعی 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3;

ج) توسط مداری

نمونه هایی از فرمول های الکترونیکی برخی اتم ها و یون ها:

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. پیوند شیمیایی

3.1. روش باند ظرفیت

بر اساس روش پیوند ظرفیتی، پیوندی بین اتم های A و B با به اشتراک گذاشتن یک جفت الکترون ایجاد می شود.

پیوند کووالانسی. ارتباط اهداکننده و پذیرنده.

ظرفیت مشخص کننده توانایی اتم ها برای تشکیل پیوندهای شیمیایی است و برابر است با تعداد پیوندهای شیمیایی تشکیل شده توسط یک اتم. بر اساس روش پیوند ظرفیت، ظرفیت برابر است با تعداد جفت الکترون های مشترک و در مورد پیوند کووالانسی، ظرفیت برابر است با تعداد الکترون های جفت نشده در سطح بیرونی یک اتم در حالت زمین یا برانگیخته آن. .

ظرفیت اتم ها

به عنوان مثال، برای کربن و گوگرد:

اشباع پذیریپیوند کووالانسی: اتم ها تعداد محدودی پیوند برابر ظرفیت خود تشکیل می دهند.

هیبریداسیون اوربیتال های اتمی– اختلاط اوربیتال های اتمی (AO) سطوح فرعی مختلف اتم که الکترون های آن در تشکیل پیوندهای معادل؟ شرکت می کنند. هم ارزی اوربیتال هیبریدی (HO) هم ارزی پیوندهای شیمیایی تشکیل شده را توضیح می دهد. به عنوان مثال، در مورد یک اتم کربن چهار ظرفیتی یکی وجود دارد 2s–و سه 2p-الکترون برای توضیح هم ارزی چهار پیوند؟ تشکیل شده توسط کربن در مولکول های CH 4، CF 4 و غیره، یک اتمی s-و سه R-اوربیتال ها با چهار نمونه ترکیبی معادل جایگزین می شوند sp 3-اوربیتال ها:

تمرکزپیوند کووالانسی این است که در جهت حداکثر همپوشانی اوربیتال هایی که یک جفت الکترون مشترک را تشکیل می دهند تشکیل می شود.

بسته به نوع هیبریداسیون، اوربیتال های هیبریدی مکان خاصی در فضا دارند:

sp- خطی، زاویه بین محورهای اوربیتال ها 180 درجه است.

sp 2- مثلثی، زاویه بین محورهای اوربیتال ها 120 درجه است.

sp 3- چهار وجهی، زاویه بین محورهای اوربیتال 109 درجه است.

sp 3 d 1- مثلثی-دو هرمی، زوایای 90 درجه و 120 درجه؛

sp 2 d 1- مربع، زاویه بین محورهای اوربیتال 90 درجه است.

sp 3 d 2- هشت وجهی، زاویه بین محورهای اوربیتال 90 درجه است.

3.2. نظریه اوربیتال مولکولی

طبق نظریه اوربیتال های مولکولی، یک مولکول از هسته و الکترون تشکیل شده است. در مولکول ها، الکترون ها در اوربیتال های مولکولی (MO) قرار دارند. MO های الکترون های بیرونی ساختار پیچیده ای دارند و به عنوان ترکیبی خطی از اوربیتال های بیرونی اتم های سازنده مولکول در نظر گرفته می شوند. تعداد MO های تشکیل شده برابر است با تعداد AO های دخیل در تشکیل آنها. انرژی MO ها می تواند کمتر (MOs پیوندی)، برابر (MOs غیر پیوندی) یا بیشتر (MOs ضد پیوند)، نسبت به انرژی AOs باشد که آنها را تشکیل می دهد.

شرایط تعامل JSC

1. AO اگر انرژی های مشابهی داشته باشد برهم کنش می کند.

2. AO ها در صورت همپوشانی با یکدیگر تعامل دارند.

3. اگر تقارن مناسب داشته باشند AO برهم کنش می کنند.

برای یک مولکول دو اتمی AB (یا هر مولکول خطی)، تقارن MO می تواند باشد:

اگر یک MO معین دارای یک محور تقارن باشد،

اگر MO داده شده دارای صفحه تقارن باشد،

اگر MO دارای دو صفحه متقارن عمود بر هم باشد.

وجود الکترون ها روی MO های پیوندی سیستم را تثبیت می کند، زیرا انرژی مولکول را در مقایسه با انرژی اتم ها کاهش می دهد. پایداری مولکول مشخص می شود دستور اوراق قرضه nمساوی با: n = (n نور – n اندازه)/2،جایی که n سبک و n اندازه -تعداد الکترون ها در اوربیتال های پیوندی و آنتی پیوندی.

پر شدن MO با الکترون طبق قوانینی مانند پر شدن AOs در یک اتم اتفاق می افتد، یعنی: قانون پائولی (نمی تواند بیش از دو الکترون در یک MO وجود داشته باشد)، قانون هوند (کل اسپین باید حداکثر باشد) و غیره. .

برهمکنش اتم های 1s-AO دوره اول (H و He) منجر به تشکیل پیوند?-MO و آنتی باند؟*-MO می شود:

فرمول های الکترونیکی مولکول ها، دستورات پیوند nانرژی های پیوند تجربی Eو فواصل بین مولکولی آربرای مولکول های دو اتمی از اتم های دوره اول در جدول زیر آورده شده است:

سایر اتم های دوره دوم، علاوه بر 2s-AO، حاوی 2p x -، 2p y – و 2p z -AO هستند که پس از برهم کنش می توانند؟– و?-MO را تشکیل دهند. برای اتم های O، F و Ne، انرژی 2s- و 2p-AOs به طور قابل توجهی متفاوت است و با توجه به برهمکنش بین 2s، می توان از برهمکنش بین 2s-AO یک اتم و 2p-AO یک اتم دیگر صرف نظر کرد. -AO دو اتم جدا از برهمکنش 2p-AO آنها. طرح MO برای مولکول های O 2، F 2، Ne 2 به شکل زیر است:

برای اتم های B، C، N، انرژی های 2s– و 2p-AO از نظر انرژی نزدیک هستند و 2s-AO یک اتم با 2p z-AO یک اتم دیگر برهم کنش دارد. بنابراین، ترتیب MOs در مولکول های B 2، C 2 و N 2 با ترتیب MOs در مولکول های O 2، F 2 و Ne 2 متفاوت است. در زیر طرح MO برای مولکول های B 2، C 2 و N 2 آمده است:

بر اساس طرح های MO داده شده، می توان برای مثال، فرمول های الکترونیکی مولکول های O 2 , O 2 + و O 2 را یادداشت کرد:

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

n = 2 R = 0.121 نانومتر.

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

n = 2.5 R = 0.112 نانومتر.

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

n = 1.5 R = 0.126 نانومتر.

در مورد مولکول O 2، نظریه MO به ما اجازه می دهد تا قدرت بیشتر این مولکول را پیش بینی کنیم، زیرا n = 2، ماهیت تغییرات در انرژی های اتصال و فواصل بین هسته ای در سری O 2 + - O 2 - O 2 ?، و همچنین پارامغناطیس مولکول O 2، که MOs بالایی آن دارای دو الکترون جفت نشده است.

3.3. برخی از انواع اتصالات

پیوند یونی- پیوند الکترواستاتیک بین یون های بارهای مخالف. یک پیوند یونی را می توان یک مورد شدید از پیوند کووالانسی قطبی در نظر گرفت. اگر اختلاف الکترونگاتیوی اتم ها؟X بیشتر از 1.5-2.0 باشد، پیوند یونی تشکیل می شود.

یک پیوند یونی است غیر جهت دار غیر اشباعارتباط در یک کریستال NaCl، یون Na+ توسط تمام یون های کلر جذب می شود؟ و بدون توجه به جهت برهمکنش و تعداد یونها توسط سایر یونهای Na + دفع می شود. این امر پایداری بیشتر کریستال های یونی را در مقایسه با مولکول های یونی تعیین می کند.

پیوند هیدروژنی- پیوند بین یک اتم هیدروژن یک مولکول و یک اتم الکترونگاتیو (F, CI, N) یک مولکول دیگر.

وجود پیوند هیدروژنی خواص غیرعادی آب را توضیح می دهد: نقطه جوش آب بسیار بالاتر از آنالوگ های شیمیایی آن است: t kip (H 2 O) = 100 درجه سانتی گراد و t kip (H 2 S) = - 61 درجه سانتی گراد هیچ پیوند هیدروژنی بین مولکول های H 2 S تشکیل نمی شود.

4. الگوهای فرآیندهای شیمیایی

4.1. ترموشیمی

انرژی(E)- توانایی تولید کار کار مکانیکی (A) به عنوان مثال، توسط گاز در طول انبساط آن انجام می شود: A = p?V.

واکنش هایی که با جذب انرژی رخ می دهد عبارتند از: گرماگیر

واکنش هایی که شامل آزاد شدن انرژی می شوند عبارتند از: گرمازا.

انواع انرژی:گرما، نور، انرژی الکتریکی، شیمیایی، هسته ای و غیره

انواع انرژی:جنبشی و پتانسیل

انرژی جنبشی– انرژی یک جسم متحرک، این کاری است که یک جسم می تواند قبل از رسیدن به استراحت انجام دهد.

گرما (Q)- نوعی انرژی جنبشی - مرتبط با حرکت اتم ها و مولکول ها. هنگام برقراری ارتباط با جسم توده ای (متر)و ظرفیت گرمایی ویژه (c) گرما Q دمای آن افزایش می یابد؟ t: ?Q = m با ?t،جایی که؟ t = ?Q/(c t).

انرژی پتانسیل- انرژی به دست آمده توسط جسم در نتیجه تغییر موقعیت در فضا توسط آن یا اجزای سازنده آن. انرژی پیوندهای شیمیایی نوعی انرژی پتانسیل است.

قانون اول ترمودینامیک:انرژی می تواند از نوعی به نوع دیگر منتقل شود، اما نمی تواند ناپدید شود یا ایجاد شود.

انرژی درونی (U) - مجموع انرژی جنبشی و بالقوه ذرات تشکیل دهنده بدن. گرمای جذب شده در واکنش برابر است با اختلاف انرژی داخلی محصولات و معرف های واکنش (Q = ?U = U 2 – U 1)،مشروط بر اینکه سیستم هیچ کاری روی محیط زیست انجام نداده باشد. اگر واکنش در فشار ثابت رخ دهد، گازهای آزاد شده در برابر نیروهای فشار خارجی عمل می کنند و گرمای جذب شده در طول واکنش برابر با مجموع تغییرات انرژی داخلی است. ?Uو کار A = p?V.این گرمای جذب شده در فشار ثابت را تغییر آنتالپی می نامند: Н = ?U + p?V،تعریف کردن آنتالپیچگونه H = U + pV.واکنش مواد مایع و جامد بدون تغییرات قابل توجهی در حجم رخ می دهد (?V = 0)، پس در مورد این واکنش ها چطور؟ ننزدیک به ?U (?Н = ?U). برای واکنش هایی با تغییر حجم داریم ?Н > ?U، اگر توسعه در حال انجام است، و ?N< ?U ، اگر فشرده سازی وجود داشته باشد.

تغییر در آنتالپی معمولاً به حالت استاندارد یک ماده گفته می شود: یعنی برای یک ماده خالص در یک حالت خاص (جامد، مایع یا گاز)، در فشار 1 atm = 101325 Pa، دمای 298 K و غلظت مواد 1 مول در لیتر.

آنتالپی استاندارد تشکیل؟- گرمای آزاد شده یا جذب شده در طی تشکیل 1 مول از یک ماده از مواد ساده تشکیل دهنده آن، در شرایط استاندارد. مثلا، ?N arr.(NaCl) = -411 کیلوژول بر مول. به این معنی که در واکنش Na(s) + ?Cl 2 (g) = NaCl(s) وقتی 1 مول NaCl تشکیل می شود، 411 کیلوژول انرژی آزاد می شود.

آنتالپی استاندارد واکنش؟H- تغییر در آنتالپی در طی یک واکنش شیمیایی که با فرمول تعیین می شود: ?N = ?N arr.(محصولات) – ?N arr.(معرف ها).

بنابراین برای واکنش NH 3 (g) + HCl (g) = NH 4 Cl (tv)، دانستن H o 6 p (NH 3) = -46 کیلوژول / مول، ? kJ/mol و?H o 6 p (NH 4 Cl) = -315 kJ/mol داریم:

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

اگر؟ ن< 0، سپس واکنش گرمازا است. اگر؟ N> 0، سپس واکنش گرماگیر است.

قانونهس: آنتالپی استاندارد یک واکنش به آنتالپی استاندارد واکنش دهنده ها و محصولات بستگی دارد و به مسیر واکنش بستگی ندارد.

فرآیندهای خود به خودی می توانند نه تنها گرمازا باشند، یعنی فرآیندهایی با کاهش انرژی (?ن< 0)، اما همچنین می تواند فرآیندهای گرماگیر باشد، یعنی فرآیندهایی با افزایش انرژی (?N> 0). در تمام این فرآیندها، "بی نظمی" سیستم افزایش می یابد.

آنتروپیاس - یک کمیت فیزیکی که درجه بی نظمی سیستم را مشخص می کند. S – آنتروپی استاندارد، ?S – تغییر در آنتروپی استاندارد. اگر?S > 0، اختلال افزایش می یابد اگر AS< 0, то беспорядок системы уменьшается. Для процессов в которых растет число частиц, ?S >0. برای فرآیندهایی که در آنها تعداد ذرات کاهش می یابد، ?S< 0. Например, энтропия меняется в ходе реакций:

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

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

فرآیندها به طور خود به خود با آزاد شدن انرژی رخ می دهند، یعنی برای کدام؟ ن< 0، و با افزایش آنتروپی، یعنی برای کدام؟S > 0. در نظر گرفتن هر دو عامل منجر به بیان انرژی گیبس: G = H – TSیا؟ G = ?H – T?S.واکنش هایی که در آنها انرژی گیبس کاهش می یابد، یعنی ?G< 0, могут идти самопроизвольно. Реакции, в ходе которых энергия Гиббса увеличивается, т. е. ?G >0، خود به خود پیش نروید. شرط G = 0 به این معنی است که بین محصولات و واکنش دهنده ها تعادل برقرار شده است.

در دمای پایین، زمانی که مقدار تینزدیک به صفر است، فقط واکنش های گرمازا رخ می دهد، زیرا T?S– کمی و؟G = ? ن< 0. در دماهای بالا مقادیر T?Sعالی است، و نادیده گرفتن اندازه؟ N،ما داریم؟G = - T?S،به عنوان مثال، فرآیندهایی با افزایش آنتروپی به طور خود به خود رخ می دهند، که برای آن؟S > 0، a?G< 0. При этом чем больше по абсолютной величине значение?G, тем более полно проходит данный процесс.

مقدار AG برای یک واکنش خاص را می توان با فرمول تعیین کرد:

G = ?С arr (محصولات) – ?G o b p (معرفها).

در این حالت مقادیر ?G o br و همچنین؟ N arr.و?S o br برای تعداد زیادی از مواد در جداول ویژه آورده شده است.

4.2. سینتیک شیمیایی

سرعت واکنش شیمیایی(v) با تغییر غلظت مولی واکنش دهنده ها در واحد زمان تعیین می شود:

جایی که v– سرعت واکنش، s – غلظت مولی معرف، تی- زمان.

سرعت یک واکنش شیمیایی به ماهیت واکنش دهنده ها و شرایط واکنش (دما، غلظت، وجود کاتالیزور و غیره) بستگی دارد.

اثر تمرکز که دردر مورد واکنش‌های ساده، سرعت واکنش متناسب با حاصلضرب غلظت واکنش‌دهنده‌ها است که در توان‌هایی برابر با ضرایب استوکیومتری آنها گرفته می‌شود.

برای واکنش

که در آن 1 و 2 به ترتیب جهت واکنش های رو به جلو و معکوس هستند:

v 1 = k 1 ? [صبح ؟ [B]n و

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

جایی که v- واکنش سرعت، ک– ثابت سرعت، [A] – غلظت مولی ماده A.

مولکولی بودن واکنش- تعداد مولکول های شرکت کننده در عمل اولیه واکنش. برای واکنش های ساده، به عنوان مثال: mA + nB> рС + qD،مولکولی برابر با مجموع ضرایب است (m + n).واکنش ها می توانند تک مولکولی، دو مولکولی و به ندرت سه مولکولی باشند. واکنش هایی با وزن مولکولی بالاتر رخ نمی دهد.

دستور واکنشبرابر است با مجموع توان درجات غلظت در بیان تجربی سرعت یک واکنش شیمیایی. بنابراین، برای یک واکنش پیچیده

mA + nB > рС + qDبیان تجربی برای سرعت واکنش است

v 1 = k 1 ? [آ] ؟ ? [که در] ؟ و ترتیب واکنش (? + ?) است. که در آن؟ و به صورت تجربی یافت می شوند و ممکن است مطابقت نداشته باشند مترو nبر این اساس، از آنجایی که معادله یک واکنش پیچیده حاصل چندین واکنش ساده است.

اثر دما.سرعت یک واکنش به تعداد برخورد موثر بین مولکول ها بستگی دارد. افزایش دما باعث افزایش تعداد مولکول های فعال می شود و انرژی لازم برای انجام واکنش را به آنها می دهد. انرژی فعال سازی E عمل می کند و سرعت یک واکنش شیمیایی را افزایش می دهد.

قانون وانت هافهنگامی که دما 10 درجه افزایش می یابد، سرعت واکنش 2 تا 4 برابر افزایش می یابد. از نظر ریاضی به صورت زیر نوشته می شود:

v 2 = v 1 ? ?(t 2 - t 1)/10

که در آن v 1 و v 2 سرعت واکنش در دمای اولیه (t 1) و نهایی (t 2) است،؟ - ضریب دمایی سرعت واکنش، که نشان می دهد با افزایش دما به میزان 10 درجه، سرعت واکنش چند برابر افزایش می یابد.

به طور دقیق تر، وابستگی سرعت واکنش به دما بیان می شود معادله آرنیوس:

k = A؟ ه - E/(RT)

جایی که ک- نرخ ثابت، آ- ثابت مستقل از دما، e = 2.71828، E- انرژی فعال سازی، R= 8.314 J/(K? mol) - ثابت گاز. تی- دما (K). مشاهده می شود که ثابت سرعت با افزایش دما و کاهش انرژی فعال سازی افزایش می یابد.

4.3. تعادل شیمیایی

یک سیستم در حالت تعادل است اگر وضعیت آن در طول زمان تغییر نکند. برابری سرعت واکنش های رو به جلو و معکوس شرط حفظ تعادل سیستم است.

نمونه ای از واکنش برگشت پذیر واکنش است

N 2 + 3H 2 - 2NH 3 .

قانون کنش جمعی:نسبت حاصلضرب غلظت محصولات واکنش به حاصلضرب غلظت مواد اولیه (همه غلظت ها بر حسب توان برابر با ضرایب استوکیومتری آنها نشان داده شده اند) ثابت است به نام ثابت تعادل

ثابت تعادل اندازه گیری پیشرفت یک واکنش رو به جلو است.

K = O - واکنش مستقیم رخ نمی دهد.

K =? - واکنش مستقیم به پایان می رسد.

K > 1 - تعادل به سمت راست منتقل می شود.

به< 1 - تعادل به سمت چپ منتقل می شود.

ثابت تعادل واکنش بهمربوط به بزرگی تغییر در انرژی استاندارد گیبس؟G برای همان واکنش است:

G= - RTلوگاریتم ک،یا؟G = -2.3RTال جی ک،یا K= 10 -0.435?G/RT

اگر K > 1، سپس lg ک> 0 و؟G< 0, т. е. если равновесие сдвинуто вправо, то реакция – переход от исходного состояния к равновесному – идет самопроизвольно.

اگر به< 1، سپس lg ک < 0 и?G >0، یعنی اگر تعادل به چپ منتقل شود، واکنش خود به خود به سمت راست نمی رود.

قانون تغییر تعادل:اگر تأثیر خارجی بر روی یک سیستم در حالت تعادل اعمال شود، فرآیندی در سیستم ایجاد می شود که با تأثیر خارجی مقابله می کند.

5. واکنش های ردوکس

واکنش های ردوکس- واکنش هایی که با تغییر در حالت اکسیداسیون عناصر رخ می دهد.

اکسیداسیون- فرآیند اهدای الکترون

بهبود- فرآیند افزودن الکترون

اکسید کننده- اتم، مولکول یا یونی که الکترون ها را می پذیرد.

عامل کاهنده- اتم، مولکول یا یونی که الکترون اهدا می کند.

عوامل اکسید کننده که الکترون ها را می پذیرند به شکل کاهش یافته می روند:

F 2 [تقریبا ] + 2e > 2F؟ [بازیابی شده].

احیا کننده ها با رها کردن الکترون ها به شکل اکسید شده می روند:

Na 0 [بازیابی ] – 1e > Na + [تقریبا].

تعادل بین اشکال اکسید شده و احیا شده توسط معادلات نرنستبرای پتانسیل ردوکس:

جایی که E 0- مقدار استاندارد پتانسیل ردوکس؛ n- تعداد الکترون های منتقل شده [بازیابی شد ] و [تقریبا ] به ترتیب غلظت مولی این ترکیب به شکل احیا شده و اکسید شده است.

مقادیر پتانسیل الکترود استاندارد E 0در جداول آورده شده است و خواص اکسیداتیو و احیا ترکیبات را مشخص می کند: ارزش مثبت تر است E 0،هر چه خواص اکسید کننده قوی تر باشد و ارزش آن منفی تر باشد E 0،خواص ترمیمی قوی تر است.

مثلا برای F 2 + 2e - 2F؟ E 0 = 2.87 ولت و برای Na + + 1e - Na 0 E 0 =-2.71 ولت (فرایند همیشه برای واکنش های کاهش ثبت می شود).

یک واکنش ردوکس ترکیبی از دو نیمه واکنش اکسیداسیون و احیا است و با نیروی الکتروموتور (emf) مشخص می شود؟ E 0:?E 0= ?E 0 باشه – ?E 0 بازیابی، جایی که E 0 باشهو E 0 بازیابی- پتانسیل استاندارد عامل اکسید کننده و عامل کاهنده برای این واکنش.

E.m.f. واکنش ها؟ E 0به تغییر انرژی آزاد گیبس?G و ثابت تعادل واکنش مربوط می شود به:

?G = – nF?E 0یا؟ E = (RT/nF)لوگاریتم ک.

E.m.f. واکنش در غلظت های غیر استاندارد؟ Eمساوی با: ؟ E =?E 0 - (RT/nF) ? Ig کیا؟ E =?E 0 -(0,059/n)lg ک.

در حالت تعادل؟G = 0 و?E = 0، از کجا می آید؟ E =(0.059/n)lg کو K = 10 n?E/0.059 .

برای اینکه واکنش خود به خود ادامه یابد، روابط زیر باید رعایت شود: ?G< 0 или ک >> 1، شرط مربوط به کدام است؟ E 0> 0. بنابراین، برای تعیین امکان واکنش ردوکس معین، باید مقدار را محاسبه کرد؟ E 0.اگر؟ E 0 > 0، واکنش در حال انجام است. اگر؟ E 0< 0، بدون پاسخ

منابع جریان شیمیایی

سلول های گالوانیکی- دستگاه هایی که انرژی یک واکنش شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.

سلول گالوانیکی دانیلشامل الکترودهای روی و مس است که به ترتیب در محلول های ZnSO 4 و CuSO 4 غوطه ور شده اند. محلول های الکترولیت از طریق یک پارتیشن متخلخل ارتباط برقرار می کنند. در این حالت، اکسیداسیون روی الکترود روی اتفاق می‌افتد: Zn > Zn 2+ + 2e و کاهش روی الکترود مس رخ می‌دهد: Cu 2+ + 2e > Cu. به طور کلی، واکنش به این صورت است: Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu.

آند- الکترودی که روی آن اکسیداسیون رخ می دهد. کاتد– الکترودی که احیا روی آن صورت می گیرد. در سلول های گالوانیکی، آند دارای بار منفی و کاتد دارای بار مثبت است. در نمودارهای المان، فلز و ملات با یک خط عمودی و دو ملات با یک خط عمودی دوتایی از هم جدا می شوند.

بنابراین، برای واکنش Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu، نمودار مدار سلول گالوانیکی نوشته شده است: (-)Zn | ZnSO 4 || CuSO 4 | مس (+).

نیروی الکتروموتور (emf) واکنش است؟ E 0 = E 0 ok – E 0 بازیابی= E 0(Cu 2+ /Cu) – E 0(Zn 2+ /Zn) = 0.34 – (-0.76) = 1.10 V. به دلیل تلفات، ولتاژ ایجاد شده توسط المان کمی کمتر از؟ E 0.اگر غلظت محلول ها با محلول های استاندارد برابر با 1 mol/l متفاوت باشد، پس E 0 باشهو E 0 بازیابیبا استفاده از معادله Nernst محاسبه می شود و سپس emf محاسبه می شود. سلول گالوانیکی مربوطه

عنصر خشکشامل یک بدنه روی، خمیر NH 4 Cl با نشاسته یا آرد، مخلوطی از MnO 2 با گرافیت و یک الکترود گرافیت است. در طول عملیات آن، واکنش زیر رخ می دهد: Zn + 2NH 4 Cl + 2MnO 2 = Cl + 2MnOOH.

نمودار عنصر: (-)Zn | NH4Cl | MnO 2، C(+). E.m.f. عنصر - 1.5 ولت.

باتری هایک باتری سربی شامل دو صفحه سربی است که در محلول اسید سولفوریک 30 درصد غوطه ور شده و با لایه ای از PbSO 4 نامحلول پوشانده شده است. هنگام شارژ باتری، فرآیندهای زیر روی الکترودها رخ می دهد:

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

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

هنگامی که باتری تخلیه می شود، فرآیندهای زیر روی الکترودها رخ می دهد:

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

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

واکنش کل را می توان به صورت زیر نوشت:

برای کارکرد، باتری نیاز به شارژ منظم و نظارت بر غلظت اسید سولفوریک دارد که ممکن است در حین کار باتری کمی کاهش یابد.

6. راه حل ها

6.1. غلظت محلول ها

کسر جرمی ماده در محلول w برابر با نسبت جرم ماده حل شده به جرم محلول: w = m آب / متر محلولیا w = m in-va /(V ? ?)، زیرا m محلول = V p-pa ? ?r-ra.

غلظت مولی با برابر با نسبت تعداد مول های املاح به حجم محلول: c = n(مول)/ V(ل) یا c = m/(M? V(ل )).

غلظت مولی معادل ها (غلظت طبیعی یا معادل) با eبرابر است با نسبت تعداد معادل های یک ماده محلول به حجم محلول: با e = n(معادل مول)/ V(ل) یا با e = m/(M e؟ V(l)).

6.2. تفکیک الکترولیتی

تفکیک الکترولیتی- تجزیه الکترولیت به کاتیون ها و آنیون ها تحت تأثیر مولکول های حلال قطبی.

درجه تفکیک؟– نسبت غلظت مولکول های تفکیک شده (با دیس) به غلظت کل مولکول های محلول (با حجم): ? = با دیس / با ob.

الکترولیت ها را می توان به دو دسته تقسیم کرد قوی(؟ ~ 1) و ضعیف.

الکترولیت های قوی(برای آنها؟ ~ 1) - نمک ها و بازهای محلول در آب، و همچنین برخی از اسیدها: HNO 3، HCl، H 2 SO 4، HI، HBr، HClO 4 و غیره.

الکترولیت های ضعیف(برای آنها؟<< 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.

معادلات واکنش یونی که دردر معادلات یونی واکنش‌ها، الکترولیت‌های قوی به شکل یون و الکترولیت‌های ضعیف، مواد و گازهای کم محلول به صورت مولکول نوشته می‌شوند. مثلا:

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 ^

واکنش های بین یون هابه سمت تشکیل ماده ای بروید که یون های کمتری تولید کند، یعنی به سمت الکترولیت ضعیف تر یا ماده ای کمتر محلول.

6.3. تفکیک الکترولیت های ضعیف

اجازه دهید قانون عمل جرم را برای تعادل بین یون ها و مولکول ها در محلول یک الکترولیت ضعیف، به عنوان مثال اسید استیک، اعمال کنیم:

CH 3 COOH - CH 3 COO؟ +H+

ثابت های تعادل برای واکنش های تفکیک نامیده می شوند ثابت های تفکیکثابت های تفکیک تفکیک الکترولیت های ضعیف را مشخص می کنند: هرچه این ثابت کمتر باشد، الکترولیت ضعیف کمتر تجزیه می شود، ضعیف تر است.

اسیدهای پلی بازیک به صورت مرحله ای تفکیک می شوند:

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

ثابت تعادل واکنش تفکیک کل برابر است با حاصلضرب ثابت های تک تک مراحل تفکیک:

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

قانون رقیق سازی استوالد:درجه تفکیک یک الکترولیت ضعیف (a) با کاهش غلظت آن افزایش می یابد، به عنوان مثال، با رقت:

اثر یک یون مشترک بر تفکیک الکترولیت ضعیف:افزودن یک یون مشترک باعث کاهش تفکیک الکترولیت ضعیف می شود. بنابراین، هنگام اضافه کردن CH 3 COOH به محلولی از یک الکترولیت ضعیف

CH 3 COOH - CH 3 COO؟ +H+؟<< 1

یک الکترولیت قوی حاوی یک یون مشترک با CH 3 COOH، به عنوان مثال یک یون استات، به عنوان مثال CH 3 COONa

CH 3 COOna - CH 3 COO؟ + Na +؟ = 1

غلظت یون استات افزایش می‌یابد، و تعادل تفکیک CH3COOH به سمت چپ تغییر می‌کند، یعنی تفکیک اسید کاهش می‌یابد.

6.4. تفکیک الکترولیت های قوی

فعالیت یونی آ - غلظت یک یون که در خواص آن آشکار می شود.

عامل فعالیتf- نسبت فعالیت یونی آتمرکز کردن با: f= a/cیا آ = fc

اگر f = 1 باشد، یونها آزاد هستند و با یکدیگر برهمکنش ندارند. این در محلول های بسیار رقیق، در محلول های الکترولیت های ضعیف و غیره رخ می دهد.

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

ضریب فعالیت به قدرت یونی محلول I بستگی دارد: هر چه قدرت یونی بالاتر باشد، ضریب فعالیت کمتر است.

قدرت یونی محلول من بستگی به هزینه ها دارد z و غلظت یونها:

من = 0.52?s z2.

ضریب فعالیت به بار یون بستگی دارد: هرچه بار یون بیشتر باشد، ضریب فعالیت کمتر است. از نظر ریاضی، وابستگی ضریب فعالیت fروی قدرت یونی منو شارژ یونی zبا استفاده از فرمول Debye-Hückel نوشته شده است:

ضرایب فعالیت یونی را می توان با استفاده از جدول زیر تعیین کرد:

6.5 محصول یونی آب. مقدار pH

آب، یک الکترولیت ضعیف، تجزیه می شود و یون های H+ و OH؟ را تشکیل می دهد. این یون ها هیدراته هستند، یعنی به چندین مولکول آب متصل هستند، اما برای سادگی به صورت غیر هیدراته نوشته می شوند.

H 2 O - H + + OH؟.

بر اساس قانون عمل جرم، برای این تعادل:

غلظت مولکول های آب [H 2 O ] یعنی تعداد مول ها در 1 لیتر آب را می توان ثابت و برابر [H 2 O] = 1000 g/l : 18 g/mol = 55.6 mol/l در نظر گرفت. از اینجا:

به[H 2 O] = به(H 2 O ) = [H + ] = 10 -14 (22 درجه سانتیگراد).

محصول یونی آب– حاصل ضرب غلظت [H + ] و – مقداری ثابت در دمای ثابت و برابر با 10-14 در دمای 22 درجه سانتی گراد است.

محصول یونی آب با افزایش دما افزایش می یابد.

مقدار pH– لگاریتم منفی غلظت یون های هیدروژن: pH = – log. به طور مشابه: pOH = – ورود به سیستم.

با گرفتن لگاریتم حاصلضرب یونی آب: pH + pHOH = 14.

مقدار pH واکنش محیط را مشخص می کند.

اگر pH = 7، آنگاه [H + ] = یک محیط خنثی است.

اگر PH< 7, то [Н + ] >- محیط اسیدی

اگر pH > 7 باشد، [H + ]< – щелочная среда.

6.6. محلول های بافر

محلول های بافر محلول هایی هستند که دارای غلظت معینی از یون های هیدروژن هستند. PH این محلول ها در صورت رقیق شدن تغییر نمی کند و با افزودن مقادیر کمی اسید و قلیا کمی تغییر می کند.

I. محلولی از اسید ضعیف HA، غلظت – از اسید، و نمک آن با باز قوی BA، غلظت – از نمک. به عنوان مثال، بافر استات محلولی از اسید استیک و استات سدیم است: CH 3 COOH + CHgCOONa.

pH = pK اسیدی + log (نمک در ثانیه ترش).

II. محلولی از باز ضعیف BOH، غلظت - از بازی، و نمک آن با اسید قوی BA، غلظت - از نمک. به عنوان مثال، بافر آمونیاک محلولی از هیدروکسید آمونیوم و کلرید آمونیوم NH 4 OH + NH 4 Cl است.

pH = 14 – рК پایه – log (با نمک/با بازی).

6.7. هیدرولیز نمک ها

هیدرولیز نمک ها- برهمکنش یون های نمک با آب برای تشکیل الکترولیت ضعیف.

نمونه هایی از معادلات واکنش هیدرولیز.

یک نمک از یک باز قوی و یک اسید ضعیف تشکیل می شود:

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

2Na + + CO 3 2- + H 2 O - 2Na + + HCO 3 ? +اوه؟

CO 3 2- + H 2 O - HCO 3 ? + OH؟، pH > 7، محیط قلیایی.

در مرحله دوم، هیدرولیز عملا رخ نمی دهد.

II. نمک از یک باز ضعیف و یک اسید قوی تشکیل می شود:

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.

در مرحله دوم هیدرولیز کمتر اتفاق می افتد و در مرحله سوم عملا هیدرولیز وجود ندارد.

III. نمک از یک باز قوی و یک اسید قوی تشکیل می شود:

K + + NO 3 ? + H 2 O ? بدون هیدرولیز، pH 7.

IV. نمک از یک باز ضعیف و یک اسید ضعیف تشکیل می شود:

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.

در برخی موارد که نمک توسط بازها و اسیدهای بسیار ضعیف تشکیل می شود، هیدرولیز کامل اتفاق می افتد. در جدول حلالیت چنین نمک هایی نماد "تجزیه شده توسط آب" است:

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

امکان هیدرولیز کامل باید در واکنش های مبادله ای در نظر گرفته شود:

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

درجه هیدرولیزساعت - نسبت غلظت مولکول های هیدرولیز شده به غلظت کل مولکول های محلول.

برای نمک های تشکیل شده توسط یک باز قوی و یک اسید ضعیف:

= فصلрOH = – log، рН = 14 – рOH.

از بیان چنین بر می آید که درجه هیدرولیز ساعت(یعنی هیدرولیز) افزایش می یابد:

الف) با افزایش دما، با افزایش K(H2O).

ب) با کاهش تفکیک اسید تشکیل دهنده نمک: هرچه اسید ضعیف تر باشد، هیدرولیز بیشتر است.

ج) با رقت: هر چه c کوچکتر باشد، هیدرولیز بیشتر است.

برای نمک های تشکیل شده توسط یک باز ضعیف و یک اسید قوی

[H + ] = فصل pH = - ورود به سیستم.

برای نمک های تشکیل شده توسط یک باز ضعیف و یک اسید ضعیف

6.8. نظریه پروتولیتیک اسیدها و بازها

پروتولیز- فرآیند انتقال پروتون

پروتولیت ها- اسیدها و بازهایی که پروتون اهدا و پذیرش می کنند.

اسید- مولکول یا یونی که قادر به اهدای پروتون است. هر اسید یک باز مزدوج مربوطه دارد. قدرت اسیدها با ثابت اسید مشخص می شود 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

پایه- مولکول یا یونی که می تواند پروتون را بپذیرد. هر باز دارای یک اسید مزدوج مربوطه است. استحکام پایه ها با ثابت پایه مشخص می شود K 0.

NH3 H 2 O (H 2 O) - NH 4 + + OH؟

K 0 = 1,8 ?10 -5

آمفولیت ها- پیش سنگ هایی که قادر به آزادسازی و به دست آوردن پروتون هستند.

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

HCO3 - اسید.

HCO3 + H 2 O - H 2 CO 3 + OH؟

HCO3 - پایه.

برای آب: H 2 O + H 2 O - H 3 O + + OH؟

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

ثابت ها K kو K 0زیرا اسیدها و بازهای مزدوج به هم مرتبط هستند.

HA + H 2 O - H 3 O + + A?،

آ؟ + H 2 O - HA + OH؟،

7. ثابت حلالیت. انحلال پذیری

در یک سیستم متشکل از یک محلول و یک رسوب، دو فرآیند رخ می دهد - انحلال رسوب و رسوب. برابری نرخ این دو فرآیند شرط تعادل است.

محلول اشباع شده- محلولی که با رسوب در تعادل است.

قانون عمل جرم اعمال شده برای تعادل بین رسوب و محلول به دست می دهد:

از آنجا که = ثابت،

به = Ks (AgCl) = .

به طور کلی داریم:

آ مترب n(تلویزیون) - مترآ +n+nب -m

K s (آ مترب ن)= [A +n ] متر[که در -m ] n .

ثابت حلالیتK s(یا محصول حلالیت PR) - محصول غلظت یون در محلول اشباع یک الکترولیت کمی محلول - یک مقدار ثابت است و فقط به دما بستگی دارد.

حلالیت یک ماده کم محلول س را می توان بر حسب مول در لیتر بیان کرد. بسته به اندازه سمواد را می توان به مواد کم محلول تقسیم کرد< 10 -4 моль/л, среднерастворимые – 10 -4 моль/л? س? 10-2 mol/l و بسیار محلول است س> 10-2 مول در لیتر.

حلالیت ترکیبات به محصول حلالیت آنها مربوط می شود.

شرایط بارش و انحلال رسوب

در مورد AgCl: AgCl - Ag + + Cl؟

K s= :

الف) شرایط تعادل بین رسوب و محلول: = Ks.

ب) شرایط رسوب: > Ks;در طول بارش، غلظت یون کاهش می یابد تا زمانی که تعادل برقرار شود.

ج) شرط حل شدن رسوب یا وجود محلول اشباع:< Ks;با حل شدن رسوب، غلظت یون افزایش می یابد تا زمانی که تعادل برقرار شود.

8. ترکیبات هماهنگی

ترکیبات هماهنگی (مختلط) ترکیباتی با پیوند دهنده - گیرنده هستند.

برای K 3:

یون های کره بیرونی - 3K +،

یون کره داخلی - 3-،

عامل کمپلکس - Fe 3+،

لیگاندها - 6CN؟، دندانه آنها - 1،

شماره هماهنگی – 6.

نمونه هایی از عوامل کمپلکس کننده: Ag +، Cu 2+، Hg 2+، Zn 2+، Ni 2+، Fe 3+، Pt 4+ و غیره.

نمونه هایی از لیگاندها: مولکول های قطبی H 2 O، NH 3، CO و آنیون های CN?، Cl?، OH? و غیره.

شماره های هماهنگی: معمولاً 4 یا 6، کمتر 2، 3 و غیره.

نامگذاری.آنیون ابتدا (در حالت اسمی) و سپس کاتیون (در حالت جنسی) نامگذاری می شود. نام برخی لیگاندها: NH 3 - ammin، H 2 O - aquo، CN؟ - سیانو، کلر؟ - کلرو، اوه؟ – هیدروکسو نام شماره های هماهنگی: 2 – دی، 3 – سه، 4 – تترا، 5 – پنتا، 6 – هگزا. حالت اکسیداسیون عامل کمپلکس نشان داده شده است:

کلرید کلرید دیامین نقره (I).

SO 4 - سولفات مس تترامین (II)؛

K 3 - هگزاسیانوفرات پتاسیم (III).

شیمیاییارتباط.

نظریه پیوند ظرفیت هیبریداسیون اوربیتال های اتم مرکزی را فرض می کند. مکان اوربیتال های هیبریدی حاصل، هندسه مجتمع ها را تعیین می کند.

یون کمپلکس دیامغناطیسی Fe(CN) 6 4-.

یون سیانید - دهنده

یون آهن Fe 2+ – گیرنده – دارای فرمول است 3d 6 4s 0 4p 0. با در نظر گرفتن ماهیت دیامغناطیسی کمپلکس (همه الکترون ها جفت شده اند) و عدد هماهنگی (6 اوربیتال آزاد مورد نیاز است) داریم. d 2 sp 3-هیبریداسیون:

این مجموعه دیامغناطیسی، اسپین پایین، درون مداری، پایدار (بدون استفاده از الکترون خارجی)، هشت وجهی ( d 2 sp 3-هیبریداسیون).

یون کمپلکس پارامغناطیس FeF 6 3-.

یون فلوراید یک اهداکننده است.

یون آهن Fe 3+ – پذیرنده – دارای فرمول است 3d 5 4s 0 4p 0 .با در نظر گرفتن پارامغناطیس کمپلکس (الکترون ها جفت شده اند) و عدد هماهنگی (6 اوربیتال آزاد مورد نیاز است) داریم. sp 3 d 2-هیبریداسیون:

این مجموعه پارامغناطیس، چرخش بالا، مدار بیرونی، ناپایدار (از مدارهای 4 بعدی بیرونی استفاده می شود)، هشت وجهی ( sp 3 d 2-هیبریداسیون).

تفکیک ترکیبات هماهنگی.

ترکیبات هماهنگ کننده در محلول به طور کامل به یون های کره داخلی و خارجی تجزیه می شوند.

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

یون‌های کره داخلی، یعنی یون‌های کمپلکس، طی مراحلی به یون‌های فلزی و لیگاندها، مانند الکترولیت‌های ضعیف، تجزیه می‌شوند.

جایی که ک 1 , به 2 ، به 1 _ 2 ثابت ناپایداری نامیده می شوندو تفکیک کمپلکس ها را مشخص کنید: هرچه ثابت ناپایداری کمتر باشد، تفکیک کمپلکس کمتر، پایدارتر است.

چندین مفهوم و فرمول اساسی

همه مواد دارای جرم، چگالی و حجم متفاوتی هستند. یک قطعه فلز از یک عنصر می تواند چندین برابر بیشتر از یک قطعه فلزی دیگر به همان اندازه باشد.

خال(تعداد خال)

تعیین: خال، بین المللی: مول- واحد اندازه گیری مقدار یک ماده. مربوط به مقدار ماده ای است که در آن وجود دارد N.A.ذرات (مولکول ها، اتم ها، یون ها) بنابراین، یک کمیت جهانی معرفی شد - تعداد خال هاعبارتی که اغلب در کارها با آن مواجه می‌شویم «دریافت... مول ماده"

N.A.= 6.02 1023

N.A.- شماره آووگادرو همچنین "تعداد توافقی". چند اتم در نوک یک مداد وجود دارد؟ حدود هزار. کار کردن با چنین مقادیری راحت نیست. بنابراین، شیمیدانان و فیزیکدانان در سراسر جهان توافق کردند - اجازه دهید 6.02 × 1023 ذرات (اتم ها، مولکول ها، یون ها) را به عنوان 1 خال مواد.

1 مول = 6.02 1023 ذره

این اولین فرمول اساسی برای حل مسائل بود.

جرم مولی یک ماده

جرم مولیماده جرم یک است مول ماده.

به عنوان Mr. مطابق جدول تناوبی یافت می شود - به سادگی مجموع جرم اتمی یک ماده است.

به عنوان مثال، به ما اسید سولفوریک - H2SO4 داده می شود. بیایید جرم مولی یک ماده را محاسبه کنیم: جرم اتمی H = 1، S-32، O-16.
Mr(H2SO4)=1 2+32+16 4=98 g\mol.

دومین فرمول ضروری برای حل مسائل است

فرمول جرم ماده:

یعنی برای یافتن جرم یک ماده باید تعداد مول ها (n) را بدانید و ما جرم مولی را از جدول تناوبی پیدا می کنیم.

قانون بقای جرم -جرم موادی که وارد یک واکنش شیمیایی می شوند همیشه برابر با جرم مواد حاصل است.

اگر جرم(های) موادی که واکنش دادند را بدانیم، می توانیم جرم(های) محصولات آن واکنش را پیدا کنیم. و بالعکس.

فرمول سوم برای حل مسائل شیمی است

حجم ماده:

متأسفیم، این تصویر با دستورالعمل های ما مطابقت ندارد. برای ادامه انتشار، لطفاً تصویر را حذف کنید یا تصویر دیگری را بارگذاری کنید.

عدد 22.4 از کجا آمده است؟ از جانب قانون آووگادرو:

حجم مساوی از گازهای مختلف گرفته شده در یک دما و فشار یکسان حاوی تعداد یکسانی مولکول است.

طبق قانون آووگادرو، 1 مول از گاز ایده آل در شرایط عادی (n.s.) حجم یکسانی دارد. Vm= 22.413 996 (39) l

یعنی اگر در مسئله شرایط عادی به ما داده شود، با دانستن تعداد مول (n) می توانیم حجم ماده را پیدا کنیم.

بنابراین، فرمول های اساسی برای حل مسائلدر شیمی

شماره آووگادروN.A.

6.02 1023 ذرات

مقدار ماده n (مول)

n=V\22.4 (l\mol)

توده مادهمتر (گرم)

حجم ماده V(ل)

V=n 22.4 (l\mol)

متأسفیم، این تصویر با دستورالعمل های ما مطابقت ندارد. برای ادامه انتشار، لطفاً تصویر را حذف کنید یا تصویر دیگری را بارگذاری کنید.

اینها فرمول هستند. اغلب، برای حل مسائل، ابتدا باید معادله واکنش را بنویسید و (الزامی!) ضرایب را ترتیب دهید - نسبت آنها نسبت مول ها را در این فرآیند تعیین می کند.

قدر و ابعاد آن	نسبت
جرم اتمی عنصر X (نسبی)
شماره سریال عنصر	Z= ن(ه –) = ن(آر +)
کسر جرمی عنصر E در ماده X، بر حسب کسری از واحد، بر حسب درصد
مقدار ماده X، مول
مقدار ماده گاز، مول	V متر= 22.4 لیتر در مول (n.s.) خوب. – آر= 101 325 Pa، تی= 273 K
جرم مولی ماده X، گرم بر مول، کیلوگرم بر مول
جرم ماده X، گرم، کیلوگرم	متر(X) = n(X) م(ایکس)
حجم مولی گاز، l/mol، m 3/mol	V متر= 22.4 لیتر در مول در N.S.
حجم گاز، متر 3	V = V متر × n
بازده محصول
چگالی ماده X, g/l, g/ml, kg/m3
چگالی ماده گازی X توسط هیدروژن
چگالی ماده گازی X در هوا	م(هوا) = 29 گرم در مول
قانون گاز متحد
معادله مندلیف-کلاپیرون	PV = nRT, آر= 8.314 J/mol×K
کسر حجمی یک ماده گازی در مخلوطی از گازها، به کسری از واحد یا بر حسب درصد
جرم مولی مخلوطی از گازها
کسر مولی یک ماده (X) در یک مخلوط
مقدار گرما، J، kJ	س = n(X) س(ایکس)
اثر حرارتی واکنش	Q =–اچ
گرمای تشکیل ماده X، J/mol، kJ/mol
سرعت واکنش شیمیایی (mol/lsec)
قانون اقدام جمعی (برای یک واکنش ساده)	آ A+ V B= با C + د D تو = ک با آ(الف) با V(ب)
قانون وانت هاف
حلالیت ماده (X) (گرم در 100 گرم حلال)
کسر جرمی ماده X در مخلوط A + X، بر حسب کسری از واحد، بر حسب درصد
وزن محلول، گرم، کیلوگرم	متر(rr) = متر(X)+ متر(H2O) متر(rr) = V(rr)  (rr)
کسر جرمی ماده محلول در محلول، بر حسب کسری از واحد، بر حسب درصد
چگالی محلول
حجم محلول، cm 3، l، m 3
غلظت مولی، mol/l
درجه تفکیک الکترولیت (X)، بر حسب کسری از واحد یا درصد
محصول یونی آب	ک(H2O) =
مقدار pH	pH = –lg

اصلی:

کوزنتسوا N.E. و غیره. علم شیمی. کلاس هشتم - کلاس دهم. - M.: Ventana-Graf، 2005-2007.

Kuznetsova N.E.، Litvinova T.N.، Levkin A.N.شیمی. پایه یازدهم در 2 قسمت 1384-1386.

اگوروف A.S.علم شیمی. کتاب درسی جدید برای آمادگی برای تحصیلات عالی. Rostov n/d: Phoenix, 2004.– 640 p.

اگوروف A.S. شیمی: یک دوره مدرن برای آمادگی برای آزمون یکپارچه دولتی. Rostov n/a: Phoenix, 2011. (2012) – 699 p.

اگوروف A.S.راهنمای خودآموزی برای حل مسائل شیمیایی. – Rostov-on-Don: Phoenix, 2000. – 352 p.

کتابچه راهنمای شیمی / معلم خصوصی برای متقاضیان ورود به دانشگاه. Rostov-n/D, Phoenix, 2005– 536 p.

Khomchenko G.P.، ​​Khomchenko I.G.. مشکلات شیمی برای متقاضیان ورود به دانشگاه. م.: دبیرستان. 2007.–302p.

اضافی:

Vrublevsky A.I.. مطالب آموزشی و آموزشی آمادگی برای آزمون متمرکز شیمی / A.I. Vrublevsky –Mn.: Unipress LLC، 2004. – 368 p.

Vrublevsky A.I.. 1000 مشکل در شیمی با زنجیره‌های تبدیل و آزمون‌های کنترل برای دانش‌آموزان و متقاضیان - Mn.: Unipress LLC، 2003. - 400 p.

اگوروف A.S.. همه انواع مسائل محاسباتی در شیمی برای آمادگی برای آزمون دولتی واحد - Rostov n/D: Phoenix, 2003. - 320 p.

Egorov A.S.، Aminova G.Kh.. وظایف و تمرینات معمولی برای آمادگی برای امتحان شیمی. – Rostov n/d: Phoenix, 2005. – 448 p.

آزمون دولتی واحد 1386. شیمی. مواد آموزشی و آموزشی برای آماده سازی دانش آموزان / FIPI - M.: Intellect-Center, 2007. – 272 p.

آزمون یکپارچه دولتی 2011. علم شیمی. بسته آموزشی و آموزشی ویرایش. A.A. کاورینا – م.: آموزش ملی، 2011.

تنها گزینه های واقعی برای انجام وظایف برای آماده شدن برای آزمون دولتی واحد. آزمون یکپارچه دولتی 2007. شیمی / V.Yu. میشینا، ای.ن. استرلنیکوا. M.: مرکز تست فدرال، 2007.–151 p.

کاورینا A.A. بانک بهینه وظایف برای آماده سازی دانش آموزان. آزمون یکپارچه دولتی 2012. شیمی. کتاب درسی./ ع.ا. کاورینا، دی.یو. دوبروتین، یو.ن. مدودف، M.G. اسناستینا – م.: مرکز هوش، 2012. – 256 ص.

Litvinova T.N.، Vyskubova N.K.، Azhipa L.T.، Solovyova M.V.. تکالیف تستی علاوه بر آزمون برای دانش آموزان دوره های آمادگی مکاتبه ای 10 ماهه (دستورالعمل های روش شناختی). کراسنودار، 2004. – ص 18 – 70.

لیتوینووا T.N.. علم شیمی. آزمون یکپارچه دولتی 2011. تست های آموزشی Rostov n/d: Phoenix, 2011.– 349 p.

لیتوینووا T.N.. علم شیمی. تست های آزمون یکپارچه دولتی. Rostov n/d.: Phoenix, 2012. - 284 p.

لیتوینووا T.N.. علم شیمی. قوانین، خواص عناصر و ترکیبات آنها. Rostov n/d.: Phoenix, 2012. - 156 p.

Litvinova T.N.، Melnikova E.D.، Solovyova M.V.., آژیپا L.T.، Vyskubova N.K.شیمی در وظایف برای متقاضیان ورود به دانشگاه - M.: Onyx Publishing House LLC: Mir and Education Publishing House LLC، 2009. - 832 p.

مجتمع آموزشی و روش شناختی شیمی برای دانشجویان کلاس های پزشکی و زیستی، ویرایش. T.N. Litvinova - کراسنودار.: KSMU، - 2008.

علم شیمی. آزمون دولتی یکپارچه 2008. آزمون های ورودی، کمک آموزشی / ویرایش. V.N. دورونکینا. – Rostov n/a: Legion, 2008.– 271 p.

لیست وب سایت های شیمی:

1. الحمیک. http:// www. alhimik. ru

2. شیمی برای همه. کتاب مرجع الکترونیکی دوره کامل شیمی.

http:// www. informika. ru/ متن/ پایگاه داده/ علم شیمی/ شروع کنید. html

3. شیمی مدرسه - کتاب مرجع. http:// www. شیمی مدرسه. توسط. ru

4. معلم خصوصی شیمی. http://www. chemistry.nm.ru

منابع اینترنتی

الهیمیک. http:// www. alhimik. ru

شیمی برای همه کتاب مرجع الکترونیکی دوره کامل شیمی.

http:// www. informika. ru/ متن/ پایگاه داده/ علم شیمی/ شروع کنید. html

شیمی مدرسه - کتاب مرجع. http:// www. شیمی مدرسه. توسط. ru

http://www.classchem.narod.ru

معلم خصوصی شیمی. http://www. chemistry.nm.ru

http://www.aleng.ru/edu/chem.htm- منابع اینترنتی آموزشی شیمی

http://schoolchemistry.by.ru/- شیمی مدرسه این سایت این امکان را دارد که در تست های آنلاین در موضوعات مختلف و همچنین نسخه های آزمایشی آزمون یکپارچه دولتی شرکت کند.

شیمی و زندگی - قرن بیست و یکم: مجله علمی عامه پسند. http:// www. حج. ru

اطلاعات را بررسی کنید. بررسی صحت حقایق و قابلیت اطمینان اطلاعات ارائه شده در این مقاله ضروری است. در صفحه بحث بحثی در مورد این موضوع وجود دارد: شبهات در مورد اصطلاحات. فرمول شیمیایی ... ویکی پدیا

فرمول شیمیایی اطلاعات مربوط به ترکیب و ساختار مواد را با استفاده از نمادهای شیمیایی، اعداد و نمادهای تقسیم براکت ها منعکس می کند. در حال حاضر انواع فرمول های شیمیایی زیر متمایز می شوند: ساده ترین فرمول. قابل دریافت توسط مجرب... ... ویکی پدیا

فرمول شیمیایی اطلاعات مربوط به ترکیب و ساختار مواد را با استفاده از نمادهای شیمیایی، اعداد و نمادهای تقسیم براکت ها منعکس می کند. در حال حاضر انواع فرمول های شیمیایی زیر متمایز می شوند: ساده ترین فرمول. قابل دریافت توسط مجرب... ... ویکی پدیا

فرمول شیمیایی اطلاعات مربوط به ترکیب و ساختار مواد را با استفاده از نمادهای شیمیایی، اعداد و نمادهای تقسیم براکت ها منعکس می کند. در حال حاضر انواع فرمول های شیمیایی زیر متمایز می شوند: ساده ترین فرمول. قابل دریافت توسط مجرب... ... ویکی پدیا

فرمول شیمیایی اطلاعات مربوط به ترکیب و ساختار مواد را با استفاده از نمادهای شیمیایی، اعداد و نمادهای تقسیم براکت ها منعکس می کند. در حال حاضر انواع فرمول های شیمیایی زیر متمایز می شوند: ساده ترین فرمول. قابل دریافت توسط مجرب... ... ویکی پدیا

مقاله اصلی: ترکیبات معدنی فهرست ترکیبات معدنی بر اساس عنصر فهرست اطلاعاتی ترکیبات معدنی ارائه شده به ترتیب حروف الفبا (بر اساس فرمول) برای هر ماده، اسیدهای هیدروژن عناصر (اگر ... ... ویکی پدیا

این مقاله یا بخش نیاز به بازبینی دارد. لطفا مقاله را مطابق با قوانین مقاله نویسی بهبود ببخشید... ویکی پدیا

معادله شیمیایی (معادله یک واکنش شیمیایی) یک نمایش مرسوم یک واکنش شیمیایی با استفاده از فرمول های شیمیایی، ضرایب عددی و نمادهای ریاضی است. معادله یک واکنش شیمیایی، کمی و کیفی... ... ویکی پدیا

نرم افزارهای شیمیایی برنامه های کامپیوتری مورد استفاده در زمینه شیمی هستند. مطالب 1 ویراستاران شیمیایی 2 بسترها 3 ادبیات ... ویکی پدیا

کتاب ها

• فرهنگ لغت ژاپنی-انگلیسی-روسی برای نصب تجهیزات صنعتی. فرهنگ لغت Popova I.S با حدود 8000 اصطلاح، برای طیف گسترده ای از کاربران و در درجه اول برای مترجمان و متخصصان فنی درگیر در تامین و اجرای تجهیزات صنعتی از ژاپن یا ... در نظر گرفته شده است.
• فرهنگ لغت مختصر اصطلاحات بیوشیمیایی، Kunizhev S.M.. این فرهنگ لغت برای دانشجویان رشته های شیمی و بیولوژیکی در دانشگاه هایی که دوره ای در بیوشیمی عمومی، اکولوژی و مبانی بیوتکنولوژی را مطالعه می کنند، در نظر گرفته شده است، و همچنین می تواند در ...

نمادهای مدرن برای عناصر شیمیایی در سال 1813 توسط J. Berzelius به علم معرفی شدند. طبق پیشنهاد وی، عناصر با حروف اولیه نام لاتین آنها مشخص می شوند. به عنوان مثال، اکسیژن (Oxygenium) با حرف O، گوگرد (Sulfur) با حرف S، هیدروژن (Hydrogenium) با حرف H مشخص می شود. در مواردی که نام عناصر با یک حرف شروع می شود، یک حرف بیشتر است. به حرف اول اضافه شد بنابراین، کربن (Carboneum) دارای نماد C، کلسیم (کلسیم) - Ca، مس (Cuprum) - مس است.

نمادهای شیمیایی فقط نام اختصاری عناصر نیستند: آنها همچنین مقادیر (یا جرم) خاصی را بیان می کنند. هر نماد یا یک اتم از یک عنصر، یا یک مول از اتم های آن، یا جرم یک عنصر برابر (یا متناسب) با جرم مولی آن عنصر را نشان می دهد. به عنوان مثال، C به معنای یک اتم کربن، یا یک مول اتم کربن، یا 12 واحد جرمی (معمولا 12 گرم) کربن است.

فرمول های شیمیایی

فرمول مواد همچنین نه تنها ترکیب ماده، بلکه کمیت و جرم آن را نیز نشان می دهد. هر فرمول یا یک مولکول از یک ماده، یا یک مول از یک ماده، یا جرم یک ماده برابر (یا متناسب با) جرم مولی آن را نشان می دهد. به عنوان مثال، H2O یا یک مولکول آب، یا یک مول آب، یا 18 واحد جرمی (معمولا (18 گرم) آب را نشان می دهد.

مواد ساده نیز با فرمول هایی مشخص می شوند که نشان می دهد یک مولکول یک ماده ساده از چند اتم تشکیل شده است: به عنوان مثال، فرمول هیدروژن H 2. اگر ترکیب اتمی یک مولکول یک ماده ساده به طور دقیق مشخص نباشد یا ماده متشکل از مولکول هایی باشد که تعداد اتم های متفاوتی دارد و همچنین اگر ساختار اتمی یا فلزی داشته باشد تا مولکولی، ماده ساده با نماد عنصر به عنوان مثال، ماده ساده فسفر با فرمول P نشان داده می شود، زیرا بسته به شرایط، فسفر می تواند از مولکول هایی با تعداد اتم های متفاوت یا ساختار پلیمری تشکیل شده باشد.

فرمول های شیمی برای حل مسائل

فرمول ماده بر اساس نتایج تجزیه و تحلیل تعیین می شود. به عنوان مثال، بر اساس تجزیه و تحلیل، گلوکز حاوی 40٪ کربن (وزنی)، 6.72٪ (وزنی) هیدروژن و 53.28٪ (وزنی) اکسیژن است. بنابراین، جرم کربن، هیدروژن و اکسیژن به نسبت 40:6.72:53.28 است. اجازه دهید فرمول مورد نظر را برای گلوکز C x H y O z مشخص کنیم، که در آن x، y و z تعداد اتم های کربن، هیدروژن و اکسیژن در مولکول هستند. جرم اتم های این عناصر به ترتیب برابر با 12.01 است. 1.01 و 16.00 am بنابراین، مولکول گلوکز حاوی 12.01 x amu است. کربن، 1.01u amu هیدروژن و 16.00zа.u.m. اکسیژن. نسبت این جرم ها 12.01x: 1.01y: 16.00z است. اما ما قبلاً این رابطه را بر اساس داده های تجزیه و تحلیل گلوکز پیدا کرده ایم. از این رو:

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

با توجه به خواص نسبت:

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

یا x:y:z = 3.33:6.65:3.33 = 1:2:1.

بنابراین در یک مولکول گلوکز دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن در هر اتم کربن وجود دارد. این شرط با فرمول های CH 2 O ، C 2 H 4 O 2 ، C 3 H 6 O 3 و غیره برآورده می شود. اولین فرمول از این فرمول ها - CH 2 O- ساده ترین یا فرمول تجربی نامیده می شود. وزن مولکولی آن 30.02 است. برای فهمیدن فرمول واقعی یا مولکولی، باید جرم مولکولی یک ماده را دانست. هنگام گرم شدن، گلوکز بدون تبدیل شدن به گاز از بین می رود. اما وزن مولکولی آن را می توان با روش های دیگر تعیین کرد: برابر با 180 است. از مقایسه این وزن مولکولی با وزن مولکولی مربوط به ساده ترین فرمول، مشخص می شود که فرمول C 6 H 12 O 6 مربوط به گلوکز است.

بنابراین، فرمول شیمیایی تصویری از ترکیب یک ماده با استفاده از نمادهای عناصر شیمیایی، شاخص های عددی و برخی علائم دیگر است. انواع فرمول های زیر متمایز می شوند:

— ساده ترین که به طور تجربی با تعیین نسبت عناصر شیمیایی در یک مولکول و با استفاده از مقادیر جرم اتمی نسبی آنها به دست می آید (به مثال بالا مراجعه کنید).

— مولکولی ، که با دانستن ساده ترین فرمول یک ماده و وزن مولکولی آن می توان به دست آورد (به مثال بالا مراجعه کنید).

— گویا ، نمایش گروه هایی از اتم های مشخصه کلاس های عناصر شیمیایی (R-OH - الکل ها ، R - COOH - اسیدهای کربوکسیلیک ، R - NH 2 - آمین های اولیه و غیره).

— ساختاری (گرافیک) ، نشان دادن آرایش نسبی اتم ها در یک مولکول (می تواند دو بعدی (در یک صفحه) یا سه بعدی (در فضا) باشد).

— الکترونیکی، توزیع الکترون ها را در اوربیتال ها نمایش می دهد (فقط برای عناصر شیمیایی نوشته شده است، نه برای مولکول ها).

بیایید نگاهی دقیق تر به مثال مولکول اتیل الکل بیندازیم:

1. ساده ترین فرمول اتانول C2H6O است.
2. فرمول مولکولی اتانول C2H6O است.
3. فرمول منطقی اتانول C2H5OH است.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش	با احتراق کامل یک ماده آلی حاوی اکسیژن به وزن 13.8 گرم، 26.4 گرم دی اکسید کربن و 16.2 گرم آب به دست آمد. اگر چگالی نسبی بخارات آن نسبت به هیدروژن 23 باشد، فرمول مولکولی یک ماده را بیابید.
راه حل	بیایید نموداری از واکنش احتراق یک ترکیب آلی ترسیم کنیم و تعداد اتم های کربن، هیدروژن و اکسیژن را به ترتیب به صورت "x"، "y" و "z" تعیین کنیم: C x H y O z + O z → CO 2 + H 2 O. اجازه دهید جرم عناصر تشکیل دهنده این ماده را تعیین کنیم. مقادیر جرم اتمی نسبی برگرفته از جدول تناوبی D.I. مندلیف، گرد به اعداد کامل: 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); بیایید جرم مولی دی اکسید کربن و آب را محاسبه کنیم. همانطور که مشخص است، جرم مولی یک مولکول برابر است با مجموع جرم اتمی نسبی اتم هایی که مولکول را تشکیل می دهند (M = Mr): M(CO 2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 گرم بر مول؛ M(H 2 O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 گرم بر مول. m(C) = × 12 = 7.2 گرم؛ m(H) = 2 × 16.2 / 18 × 1 = 1.8 گرم. m(O) = m(C x H y O z) - m(C) - m(H) = 13.8 - 7.2 - 1.8 = 4.8 گرم. بیایید فرمول شیمیایی ترکیب را تعیین کنیم: 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. این به این معنی است که ساده ترین فرمول ترکیب C 2 H 6 O و جرم مولی آن 46 گرم بر مول است. جرم مولی یک ماده آلی را می توان با استفاده از چگالی هیدروژن آن تعیین کرد: ماده M = M(H 2) × D (H 2) ; M ماده = 2 × 23 = 46 گرم در مول. ماده M / M(C 2 H 6 O) = 46 / 46 = 1. این بدان معنی است که فرمول ترکیب آلی C 2 H 6 O خواهد بود.
پاسخ	C2H6O

مثال 2

ورزش	کسر جرمی فسفر در یکی از اکسیدهای آن 56.4 درصد است. چگالی بخار اکسید در هوا 7.59 است. فرمول مولکولی اکسید را تعیین کنید.
راه حل	کسر جرمی عنصر X در یک مولکول از ترکیب NX با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. بیایید کسر جرمی اکسیژن موجود در ترکیب را محاسبه کنیم: ω(O) = 100% - ω(P) = 100% - 56.4% = 43.6%. اجازه دهید تعداد مول عناصر موجود در ترکیب را به صورت "x" (فسفر)، "y" (اکسیژن) نشان دهیم. سپس نسبت مولی به این صورت خواهد بود (مقادیر جرم های اتمی نسبی گرفته شده از جدول تناوبی مندلیف به اعداد کامل گرد می شوند): 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. این بدان معنی است که ساده ترین فرمول برای ترکیب فسفر با اکسیژن P 2 O 3 و جرم مولی 94 گرم بر مول خواهد بود. جرم مولی یک ماده آلی را می توان با استفاده از چگالی هوای آن تعیین کرد: ماده M = M هوا × D هوا; ماده M = 29 × 7.59 = 220 گرم در مول. برای یافتن فرمول واقعی یک ترکیب آلی، نسبت جرم مولی حاصل را پیدا می کنیم: ماده M / M(P 2 O 3) = 220 / 94 = 2. این بدان معنی است که شاخص های اتم های فسفر و اکسیژن باید 2 برابر بیشتر باشد، یعنی. فرمول ماده P 4 O 6 خواهد بود.
پاسخ	P4O6