Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

Kemins grunder Den vetenskapliga metoden Naturlag : Observation Hypotes Experiment Naturlag Teori ett uttalande som uttrycker ett allmänt observerat beteende.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "Kemins grunder Den vetenskapliga metoden Naturlag : Observation Hypotes Experiment Naturlag Teori ett uttalande som uttrycker ett allmänt observerat beteende."— Presentationens avskrift:

1 Kemins grunder Den vetenskapliga metoden Naturlag : Observation Hypotes Experiment Naturlag Teori ett uttalande som uttrycker ett allmänt observerat beteende. Ex. tyngdlagen Teori : en förklaring av observationerna. Energin och massan är konstant. Men nu vet vi med kärnreaktionen att det är E+m·c 2 = konstant

2 SI-enheter Mätetal Storhet/enhet Längd l /m (1 dm = m, 1 Å = m) Massam/kg (1 g = kg) Tidt/s (1 min = 60 s) TemperaturT/K (T(K) = T(°C) + 273,15) Mängdn/mol Strömstyrka I /A (Book of Data Kap I.5)

3 Signifikanta siffror Hur många signifikanta siffror finns det i: 20,020,0201 0, ,01· ? Svar:1,1,3,5 och 3 Addition och subtraktion: 0,02 + 0,0201 0, ,02 144, ,9 = 0,4 Notera att noggrannheten ofta blir låg vid subtraktion Multiplikation och division: 2·314,23 = 628,462,00·314,23 = 628 Ett par specialfall: Temperaturer som +10ºC, 0 ºC osv har 3 (!) signifikanta siffror, eftersom de egentligen är 283K, 273K osv. Av liknande anledning är 1 atm 2 signifikanta siffror, eftersom lufttrycket normalt ligger inom 740 – 780 mm Hg. Felet ligger alltid i den sista siffran.

4 Medelvärde och standardavvikelse n försök : x 1 x 2 x x n medelvärde standardavvikelse

5 Ex.Bestäm volymen av en vollpipett: ~20 cm 3. Fem försök gav 20,1cm 3 20,4cm 3 20,5cm 3 20,2cm 3 20,8cm 3 Volymen = 20,4cm 3 ±0.3cm 3

6 Osäkerhet i mätningar Snabbvåg±( ) g Analysvåg± g Mätglas (50cm 3 )±0,2cm 3 Mätkolv (50cm 3 )±0,05cm 3

7 Densitet = Ex. Bestäm densiteten av en okänd legering: m = 23,06 g ± 0,02 g V 1 = 10,40cm 3 ±0,05cm 3 V 2 = 13,50cm 3 ±0,05cm 3 Massa (g) Volym (cm 3 ) ___________ V1V1 V2V2 Max. densiteten, Min. densiteten, EllerD = (7,44±0,24)g/cm 3 (7,4±0,3)g/cm 3 Vilken av följande legeringar har vi i vårt prov? A) D = 7,58g/cm 3 B) D = 7,429g/cm 3 eller C) D = 8,56g/cm 3

8 Atomer, molekyler och joner Daltons atomteori Kemiska ämnen består av atomer Kemiska föreningar består av bestämda relativa antal och typer av atomer men... Alla atomer består av neutroner (n), protoner (p) och elektroner (e). Kärnan består av neutroner (laddning 0) och protoner (+). Elektronerna är kemin. Hur kan då atomslagen vara så olika? Isotoper: samma antal protoner samma antal e - samma kemi men olika antal neutroner olika massor Masstal X A Z Atomnummer Na Na 11 24

9 Kemiska föreningar Atomerna hålls ihop av kemiska bindningar. Om flera atomer delar på elektroner bildas en molekyl; kovalent bindning. Kemisk formel:H 2 ONH 3 CO 2 Strukturformel:H-O-H H-N H H O=C=O 3D struktur: O O HH H N H H O=C=O Empirisk formel:CH (C 6 H 6 )P(P 4 )

10 Olika strukturmodeller Ball-and-stick: Space-filling: Jonbindning + Katjon - Anjon - ett salt Jonbindning och kovalent bindning kan mycket väl finnas i samma förening, t.ex. proteiner, NH 4 Cl. Cl - Na + 22:2 Cl - Na +

11 Periodiska systemet De allra flesta grundämnen är metaller, men de biologiskt viktigaste (C H N O samt S och P) är icke-metaller. Dimitri Ivanovich Mendelev 1872 ( ) Me n+ O 2- F - Cl - Katjoner Anjoner Alla metaller (Me) är + Icke-metallerna binder kovalent.

12 masstal laddning Nomenklatur = namngivning Symbol atomnummerantal peroxidjon Oxidationstal Oxidationstal för en atom i ett rent grundämne alltid noll O 2 : O(0)Na: Na(0) Enatomiga joner = laddningen O 2- : O(-II)Na + : Na (l) Kemiska föreningar: O är i allmänhet –II (undantag) H är i allmänhet I (undantag hydrider –I) Summan av alla individuella atomers oxidationstal = laddningen

13 Systematiska namn Salt: NaCl Natrium Klorid (jfr oxid hydrid) + - Övergångsmetaller kan ha olika oxidationstal: FeCl 2 : järn(ll)kloridFeCl 3 : järn(lll)klorid Hg 2 2+ : kvicksilver(l) ferrousferric på eng. NH 4 + ammonium Flertomiga anjoner: ClO - hypoklorit ClO 2 - klorit ClO 3 - klorat ClO 4 - perklorat NO 2 - nitritSO 3 2- sulfit NO 3 - nitratSO 4 2- sulfat (S 2- sulfid) CrO 4 2- kromat MnO 4 - permanganat Cr 2 O 7 2- dikromat C 2 H 3 O 2 - acetat skrivs hellre CH 3 COO - Kovalenta föreningar:N 2 O dikväveoxidNO Kväveoxid NO 2 KvävedioxidN 2 O 5 dikvävepentoxid men H 2 O vatten NH 3 ammoniak Ex. Fe2+Fe3+

14 Stökiometri Atomär massenhet Atommassor är relativt 12 C massan 12 C = amu Mol En mol = antalet kolatomer i exakt 12 gram rent 12 C = 6,022 · = Avogadros tal Det finns lika många atomer i ett sandkorn som det finns sandkorn i Sahara. Molmassa Vilken molmassa har metan, CH 4 ? Svar: Massan av 1 mol C = 12,011 g + 4 mol H = 4x1,008 g _______________________ = 1 mol CH 4 = 16,043 g

15 Procentuell sammansättning Beräkna massprocenten av C, H och O i etanol: C 2 H 5 OH Massan av C = 2·12,011g/mol = 24,022g/mol H = 6·1,008g/mol = 6,048g/mol O = 1·15,999g/mol = 15,999g/mol Massprocenten C 2 H 5 OH = 24, , ,999 = 46,099 g/mol

16 Kontrollera svaret! Summan måste bli 100%. Blir den det? __________ 52,144 13, , ,002 avrunda 100,00 rätt inom siffernoggrannheten

17 Hur får man fram ett ämnes kemiska formel? Ex. En förening som bara innehåller C, H och N förbränndes. Väg hela provet, sönderdela provet och väg varje grundämne för sig. I praktiken görs ofta en förbränning, så C mäts ofta i en form av CO 2, H som H 2 O. 0,1156g prov 0,1638g CO 2 0,1676g H 2 O

18 Vilken empirisk formel har föreningen? Massan Resten måste vara N; Procentuella andelar:

19 ... Men vi vill ha antalet atomer C, H, N i ämnet Antag 100g prov: 16,23g H45,10g N Antal mol: 38,67g CI 100 gram har vi Relativa heltal: C 1 H 5 N 1 CH 5 Nempirisk formel Molekylen kan varaCH 5 N (CH 5 N) n ellerC 2 H 10 N 2 Molekylens formel: n = Molmassan Empiriska formelns massa _____________________ = 62,1g/mol 31,058g/mol __________ = 2,00 t.ex. från masspektra 2·(CH 5 N) = C 2 H 10 N 2

20 Kemiska reaktioner Skriv reaktionsformel och balansera. Balansera den mest komplicerade molekylen. Kontrollera att det finns lika många atomer av varje slag på vänstra och högra sidan. Ex. C 2 H 5 OH (l) + O 2 (g)CO 2 (g) + H 2 O(g)

21 Beräkna förhållandet mellan reagerande mängder och massor 1C 2 H 5 OH(l) + 3O 2 (g)2CO 2 (g) + 3H 2 O(g) Hur mycket syre reagerar med 98,2g etanol? Begränsande ämnen 25kg kväve och 5 kilo väte reagerar. Ammoniak bildas, men hur mycket?

22 Kemiska reaktioner och stökiometri i lösning Vatten är det viktigaste lösningsmedlet Vattenmolekylen är polär Partiella laddningar  Jonföreningar löses i vatten: Även oladdade molekyler kan lösas i vatten t.ex etanol. De har då som regel ett visst dipolmoment: Lika löser lika Svante Arrhenius föreslog (1883) att elektrisk ledningsförmåga (konduktivitet) i lösningar berodde på att där fanns joner.  + H H  + 2-2- O H H H -- --

23 3 starka elektrolyter: lösliga salter, starka syror, starka baser. Arrhenius var först med att föreslå att en syra är Starka syror (HCl, HNO 3, H 2 SO 4 ) är till >99% dissocierade i vatten. (H 2 SO 4 dock bara till HSO 4 - och H +) Starka baser (NaOH, KOH) är till >99% dissocierade till OH - och Me +. ett ämne som avger H + när det löses i vatten.

24 Svaga elektrolyter: bara några enstaka % är dissocierad. Ex. Ättiksyra är en svag syra En svag bas är NH 3 : NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) 99% 1% Skilj på: stark  koncentrerad svag  utspädd 99% 1% CH 3 COOH CH 3 COO - + H +

25 Icke-elektrolyter ger inga joner alls. Ex. Etanol C 2 H 5 OH och sukros C 12 H 22 O 11. Kemiska reaktioner i lösning: Kvalitativt:Vad händer? Kvantitativt:Hur mycket?

26 Molaritet = Antal mol löst ämne __________________ liter lösning Lösningarnas koncentration: (halt) M = n mol V liter _______ 1 liter = 1dm 3 = 1000cm 3 massprocent = Antal gram löst ämne gram lösning ___________________ · 100%  g löst ämne g lösning ppm = ____________ g löst ämne mL lösning = ___________ · ng löst ämne g lösning ppb = ____________ = g löst ämne mL lösning ____________ · D H2O = 1g/mL

27 Spädning Antal mol är detsamma före och efter Xml · 10,0M = 500ml · 1,00M före efter Stamlösningen (The stock solution) Stamlösning = stock solution men Standardlösning = standard solution = lösning med noga känd koncentration. spädning: M1·V1= M2·V2

28 Hur tillverkar man 1.00 l 0.50 M H 2 SO 4 från koncentrerad H 2 SO 4 (18 M)? OBS! Syra sätts till vatten. 18M·Vkonc.H 2 SO 4 = 0,50M·1,00L Vkonc.H 2 SO 4 = _______________ 0,50M·1,00L 18M = 0,02778L = 0,028L = 0,02778L· ___________ 1000mL 1L = 28mL

29 Kemiska reaktioner i lösning  Utfällningar  Syra-bas  Redox Utfällningar: Kom ihåg: -NO 3 - och Na +, Li +, Cs +, Rb +, NH salter är alltid lättlösliga. (Z: Tabell 4.1) Lär några svårlösliga utantill: AgCl, BaSO 4... Alla fällningar och gaser har nettoladdning noll. Alla laddade är (aq). Några få oladdade är (aq): NH 3, H 2 O 2

30 3 typer av reaktionsformler Molekylformel: 3BaCl 2 (aq) + Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq)3BaSO 4 (s) + 2FeCl 3 (aq) Fullständig jonformel: 3Ba 2+ (aq) + 6Cl - (aq) + 2Fe 3+ (aq) + 3SO 4 2- (aq) 3BaSO 4 (s) + 6Cl - (aq) Nettoformel: Ba 2+ (aq) + SO 4 2- (aq)BaSO 4 (s) Om 100,0mL 0,100M BaCl 2 blandas med 100,0mL 0,100M Fe 2 (SO 4 ) 3, hur många gram BaSO 4 kan man få?

31 Syra-bas reaktioner Starka syror + starka baser: H + (aq) + OH - (aq) H 2 O(l) Svaga syror + starka baser: CH 3 COOH(aq) + OH - (aq) H 2 O(l) + CH 3 COO - (aq)

32 Titrand bas Prov syra Syra-bas titrering Via ett byrett tillsättes en noggrannt avläst volym titrand. Den punkt där all syra eller bas i provet neutraliserats med titranden kallas ekvivalenspunkten. Indikator: ett ämne som ändrar färg vid ett bestämt pH. Ex. Fenolftalein som används när syror titreras med OH -. HCl: 75ml med halten 0,25M + 225ml Ba(OH) 2 med halten 0,055M Vad blir H + (eller OH - )-halten?

33 Redoxreaktioner Reduktion+Oxidation En eller flera elektroner förs från en atom till en annan. OBS! Inga elektroner kan försvinna! Förbränningsreaktioner (inkl. biologiska) är oftast redox-reaktioner Ex. CH 4 (g)+2O 2 (g) CO 2 (g)+2H 2 O(g) 2e - Fe(s)+Cu 2+ (aq)Fe 2+ (aq)+Cu(s)

34 Ex. Cl 2 Cl - OCl - ClO 2 - ClO 3 - ClO 4 - Ox.tal för Cl Ibland är ox.talet inte heltal. Ex. Fe 3 O 4 magnetit Oxidation: oxidationstalet ökas De tre vanligaste oxidationsmedlen: K 2 Cr 2 O 7, KMnO 4, Ce(HSO 4 ) reduktion: ox-talet reduceras Tänk på en termometer: när temperaturen går från 0 till minus då reduceras den

35 Balansera redoxformlel Metod 1: 3MnO 2 (s) + 4Al (s) 3Mn (s) + 2Al 2 O 3 (s) Metod 2: Halvreaktioner 1.Reduktion: 3·(MnO 2 (s) + 4e - Mn(s) + 2O 2- ) 2. Oxidation: 2·(2Al(s) Al 2 O 3 (s) + 6e - ) 3. Balansera atomer och e - för varje halvreaktion a) Balansera alla atomer utom H och O. b) Balansera O med H 2 O. c) Balansera H med H +. Inga H + i basisk lösning! d) Balansera laddningarna med e - 4. Balansera elektronerna i halvreaktionerna, summera. Stryk överflödiga atomer, joner och e-.

36 Om lösningen är basisk: OH - lägg till OH - (antal OH - = antal H + ) stryk sedan överflödiga H 2 O OH - (aq) + H + (aq) H 2 O(l)

37 Gaser De 4 elementen: eld, jord, luft, vatten Ett av de 3 aggregationstillståenden: gas Gas (efter kaos på flamländska) Evangelista Torricelli (1643): Atmosfärens luft utövar ett tryck. Uppfann Barometern. Vakuum Hg Kvicksilverpelarens tryck = atmosfärens tryck 760mm Hg = 760 torr = 1atm... men även 750mm Hg = 1bar = 1000 millibar 760mm Hg = 1013mbar 5

38 SI - enheter: 1 N/m 2 = 1 Pascal (Pa) 1 atm = Pa (1 mbar  1 hPa (hektopascal) Tryck = kraft/yta i Newton/m 2

39 Kvantitativa studier av gaser Robert Boyle ( ) var den förste som gjorde kvantitativa experiment med gaser. V1V1 h1h1 Fyll på mer Hg! V h2h2 V2V2 h2h2 Ännu mer! Vad händer om man inför någon gas istället för vakuum i barometern? Totala mängden instängd gas är densamma. Volymen (V) minskar men trycket (p) ökar.

40 Men p · V = konstant! Boyles lag Alla gaser följer Boyles lag mycket nära. P·V = konstant inom 1% från p = 0 atm till p = 1atm. Ideala gaser.

41 Hur stor är konstanten p·V? Ne O2O2 CO 2 NH 3 p·V (dm 3 ·atm) p (atm)... extrapolering p·V = 22,41dm 3 ·atm vid 0°c (c:a 24 dm 3 ·atm vid 20°c)konstant temperatur

42 Men vad händer om temperaturen ändras? Volymen som f(T) vid konstant p Jaques Charles ( ): förste ballongflygaren upptäckte Charles inte bara att gasers volym V ökar om T ökar, utan även att volymen ökar linjärt med temperaturen. Charles lag: V = b·T T i Kelvin. Om T går mot 0 K, då går V mot 0 dm 3, men eftersom volymen inte kan vara noll, kan T = 0 Kelvin inte uppnås. Det finns en absolut nollpunkt, vid –273,15°C

43 Avogadros lag Avogrados föreslog* 1811 att: Alla gaser vid samma p, T och V innehåller exakt lika många partiklar *. * Avogadros hade rätt men det skulle dröja ända till 1860 innan världens kemister accepterade hans idé. Först då kunde man få ordning på grundämnenas relativa atomvikter, vilket var en förutsättning för periodiska systemet (1869). Avogadros dog V = a·n V = volymen,n = antalet mol a = konstant

44 Allmänna gaslagen: p·V= n·R·T OBS! T i Kelvin! De viktigaste parametrarna för en gas: Tryck Volym temperatur mängd Pa atm m 3 L K mol Allmänna gaskonstanten: R = 8,3145 J K -1 mol -1 R = 0, L atm K -1 mol -1 BD: s.15 BD: s.148 Vad är enheten för p·V ? Beräkna gaskonstanten R i enheten m 3 ·Pa·K -1 ·mol -1 från R = 0, L atm·K -1 ·mol -1 Molmassan för en gas kan direkt fås ur tätheten

45 STP Standard Temp Pressure (=tryck). Vid STP: T = 0°c, P = 1atm (OBS! T  25°c) V = nRT p ____ = (1,000mol)·(0,08206dm 3 atm K -1 mol -1 )·(273,2K) _______________________________________ 1 atm = 22,42 dm 3 = 22,42 L(1mol gas) Denna molvolym stämmer inom 1% för alla vanliga gaser.

46 Ex:CaCO 3 (s) sönderfaller vid..°C. Se BoD! CaCO 3 (s) CaO(s)+CO 2 (g) Hur stor volym CO 2 fås om 100 gram CaCO 3 upphettas till sönderfall? Svara vid STP. m CaCO3 = 100,1gmol -1 n CaCO3 = 100g · = 0,999mol 1mol 100,1g ______ vid STP1mol CO 2 (g) fyller 22,42 liter. n co2 n naco3 _______ 1 = n CO2 = 0,999mol PV = nRT v co2 22,42L 22,42L n co2 1mol 1mol ___ _____ ______ = V CO2 = · 0,999mol = 22,4L n p V RT __ ___ = = Konstant vid STP Beräkna ävenV CaCO3 : m CaO = 56,19/molV CaO V CO2 i CaCO 3 = V CaCO3 - V CaO = Gaser är tusen gånger större än (l) och (s)! Calcit aragonit

47 Partialtryck, Daltons lag P TOT = P 1 +P 2 +P atm1atm 2atm + eller 2atm Pi= P TOT · ni ______ n TOT i = 1, 2, 3,... I en gasblandning är partialtrycket för en enskild gas: ______ n TOT ni MolbråkXi = = ni n 1 +n 2 +n __________ därni= antal mol av gasen ifråga n TOT = totala antalet mol gas. Vilket partialtryck har gaserna i luft? (se BD tabell 5.4 s.225


Ladda ner ppt "Kemins grunder Den vetenskapliga metoden Naturlag : Observation Hypotes Experiment Naturlag Teori ett uttalande som uttrycker ett allmänt observerat beteende."

Liknande presentationer


Google-annonser