Beskrivning av kemiska reaktioner med kvantitativa mått: massa, molmassa och substansmängd 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Massan av en väteatom En väteatom består av en elektron och en proton. En elektron väger 9,11 ∙ 10-31 kg En proton väger 1,67 ∙ 10-27 kg En väteatom väger alltså 1,670911 ∙ 10-27 kg dvs. ungefär 1,67 ∙ 10-27 kg. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Massan av en väteatom 1,67 ∙ 10-27 kg. Det är ett onödigt krångligt sätt att skriva väteatomens massa. Med den universella massenheten 1u blir det lättare. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Den universella massenheten Den universella massenheten 1 u 1 u = 1,66 ∙ 10-27 kg eller 1 u = 1,66 ∙ 10-24 g Massan av den lättaste väteatomen, 1H, är m = 1,01 u eller ungefär 1 u. Kolatomen 12C har massan 12,0 u. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Atommassan del 1 Varje grundämne har en karaktäristisk atommassa. Atommassan är medelvärdet av massorna för atomerna i den naturliga isotopblandningen. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Atommassa del 2 Exempel: 98,93 % av alla kolatomer i naturen är kol-12-atomer och 1,07 % är kol-13-atomer. Kolatomer har alltså atommassan 12,00111 u Uträkning: 0,9893 ∙ 12 u + 0,0107 ∙ 13 u = 12,00111 u 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Formelmassan Formelmassan för ett ämne är summan av atommassorna i ämnets formel. Exempel: Vatten, med formeln H2O, har formelmassan 18,02 u. Uträkning: 2 ∙ 1,01 u + 1∙ 16,00 u = 18,02 U Begreppet formelmassa används för grundämnen, jonföreningar och molekylföreningar. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Substansmängden del 1 Ämnen kallas även substanser. Substansmängden är mängden av en viss substans. Kemister har enats om att anger substansmängden i enheten 1 mol. 1 mol av en substans är 6,022 ∙ 1023 partiklar av substansen. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Substansmängden del 2 1 mol 1 mol vatten är 6,022 ∙ 1023 vattenmolekyler eller 602 200 000 000 000 000 000 000 vattenmolekyler eller ungefär sexhundratriljarder vattenmolekyler. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Substansmängden del 3 Hur mycket väger 1 mol väteatomer? Lösningsväg: Massan av en väteatom är 1,01 u. 1 u = 1,66 ∙ 10-27 kg 1 mol = 6,022 ∙ 1023 Beräkning: 1,66 ∙ 10-24 g ∙ 6,022 ∙ 1023 = 1,00567 g Svar: 1 mol väteatomer väger 1,01 g. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Substansmängden del 4 1 mol väteatomer väger alltså 1,01 g Massan av en väteatom är 1,01 u. Slutsats: Massan i gram och massan i u har samma mätetal! 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Molmassan Molmassan är ämnets massa per substansmängden 1 mol av ämnet. 𝑚𝑜𝑙𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎= 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 1 𝑚𝑜𝑙 Enheten: 1 𝑔 𝑚𝑜𝑙 eller 1𝑔∙ 𝑚𝑜𝑙 −1 Exempel: magnesium har molmassan 24,3 g/mol (Talet 24,3 hittar du i periodiska systemet. Magnesium har atommassan 24,3 u. ) kol har molmassan 12,0 g/mol. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Massor och reaktionsformler del 1 1mol kol har massan 12,0 g 1mol syre, O2, har massan 32,0 g 1mol koldioxid, CO2, har massan 44,0 g/mol Med dessa värden kan vi tolka reaktionsformeln 1 C(s) + 1 O2(g) → 1 CO2(g) 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Massor och reaktionsformler del 2 1 C(s) + 1 O2(g) → 1 CO2(g) Tolkning på partikelnivå – enstaka partiklar: 1 kolatom + 1 syremolekyl  1 koldioxidmolekyl 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Massor och reaktionsformler del 3 1 C(s) + 1 O2(g) → 1 CO2(g) Tolkning på partikelnivå – många partiklar: 1 mol kolatomer + 1 mol syremolekyler  1 mol koldioxidmolekyler 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Massor och reaktionsformler del 4 Tolkning med molmassor: C(s) + O2(g) → CO2(g) Tolkning: 12 g C + 32,0 g O2 → 44,0 g CO2. dvs. 12 g kol reagerar med 32,0 g syre till 44,0 g koldioxid. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Tolkningar av reaktionsformler Reaktionsformel: 1 C(s) + 1 O2(g) → 1 CO2(g) Tolkningar: 1 mol C + 1 mol O2 → 1 mol CO2 12,0 g C + 32,0 g O2 → 44,0 g CO2 ”När vi vet i vilket substansmängdförhållande ämnena reagerar kan vi beräkna i vilket massförhållande ämnena reagerar…” 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Formler 1 massa = substansmängd ∙ molmassa beteckning 𝒎 = 𝒏 ∙ 𝑴 enhet 1 g 1 mol 1 g / mol eller 1 g ∙ mol-1 formel 𝒎=𝒏∙𝑴 𝒏= 𝒎 𝑴 𝑴= 𝒎 𝒏 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Formler 2 m massa i g M molmassa i g/mol n substansmängd i mol m n M 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Räkneexpempel 1 Hur stor massa har 0,20 mol magnesium? Vi vet: n = 0,20 mol givet i uppgiften M = 24,3 g/mol hämtas ur tabell Beräkning: m = 0,20 mol · 24,3 g/mol = 4,86 g Svar: Massan är 4,9 g Kommentar: Antalet värdesiffror i det givna värdet är 2. Då bör man använda minst 2 värdesiffror för molmassan, som hämtas ur tabell. Svaret får innehålla 2 värdesiffror. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Räkneexpempel 2 Vilken substansmängd är 2,30 g natrium? Vi vet: m = 2,30 g givet i uppgiften M = 23,0 g/mol hämtas ur tabell Beräkning: n =2,30 g / (23,0 g/mol )= 0,100 mol Svar: Substansmängden är 0,100 mol Kommentar: Antalet värdesiffror i det givna värdet är 3. Då bör man använda minst 3 värdesiffror för molmassan, som hämtas ur tabell. Svaret får innehålla 3 värdesiffror. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Räkneexpempel 3 Substansmängden av ett grundämne är 0,15 mol och massan är 6,0 g. Ämnet är vid rumstemperatur i fast form. Vilket är grundämnet? Vi vet: n = 0,15 mol givet i uppgiften m = 6,0 g givet i uppgiften M = 6,0 g / (0,15 mol) = 40 g/mol Svar: Molmassan är 40 g/mol. Grundämnet är kalcium. Fråga: Varför var upplysningen om att ämnet har fast form vid rumstemperatur nödvändig? (Svaret framgår av periodiska systemet. Annars finns två ämnen att välja mellan.) 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Räkneexpempel 4 Beräkna substansmängden i 36,0 g vatten, H2O. Vi vet: m = 36,0 g givet i uppgiften M = 2 · 1,01 g/mol + 16,0 g/mol = 18,02 g/mol värdena hämtas ur tabell Beräkning: n = 36,0 g / 18,02 g/mol = 1,998 mol Svar: Substansmängden vatten är 2,00 mol. Kommentar: Molmassan för vatten är summan av molmassorna för de ämnen som ingår i molekylen. 1 mol H2O innehåller 2 mol väteatomer och 1 mol syreatomer. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Räkneexpempel 5a Vilken är substansmängden väteatomer i 0,25 g metan, CH4? Vi vet: m = 0,25 g givet i uppgiften M = 12,0 g/mol + 4 · 1,01 g/mol = 16,04 g/mol värdena hämtas ur tabell Beräkning: n(CH4) = 0,25 g / 16,04 g/mol = 0,015586 mol Substansmängdförhållande: 1 mol metan ↔ 4 mol väteatomer n(H) = 4 ·  mol = 0,0625 mol Svar: Substansmängden väteatomer är 0,063 mol. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

Kemi 1 / Stökiometri / Storheter Räkneexpempel 5b Kommentar: n(CH4) utläses ”substansmängden metan” och n(H) ”substansmängden väteatomer”. ”1 mol metan ↔ 4 mol väteatomer” utläses 1 mol metan ”svarar mot” 4 mol väteatomer Beräkningen av n(CH4) leder lätt till ett avrundningsfel. Om man avrundar ett värde under beräkningarnas gång, händer det att svaret avviker från det korrekta. Därför har värdet under beräkningen stått kvar i miniräknaren. 2015-09-02 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter