Kémiai számítások
A kémiai számítások során a következő fizikai mennyiségeket használják:
A sűrűség egy fizikai mennyiség, amely az anyag tömegét egy bizonyos térfogatban fejezi ki. Jelzése a görög ró (ρ) betű. Az alapegység a köbméter kilogramm (kg/m 3), de a használt egység a köbcentiméter gramm (g/cm 3). Ezen egységek közötti átváltás: g/cm 3 = kg/m 3: 1000 és kg/m 3 = g/cm 3 ∙ 1000. A köbméter kilogrammot kilogramm méter/mínusz harmad (kg • m -3) és gramm/köbméter gramm centiméter és mínusz harmad részét (g • cm -3) is írják.
A sűrűséget a tömeg (grammban) és a térfogat (köbcentiméterben) elosztásával számítják ki. Ez a következő képletet adja meg:
Ha egy ilyen képletből le akarok vezetni egy képletet ezen mennyiségek egyikének kiszámításához, lefedem, és a háromszög többi része képletet alkot az adott mennyiség kiszámításához.
Feladat: 500 ml víz súlya 499 gramm. Milyen sűrűségű a víz?
Beiratkozás:
Képlet és számítás:
A válasz: A víz sűrűsége 0,998 g/cm 3. De a kémiai számításokban ezt gyakran 1 g/cm 3 -re kerekítik .
Feladat: A réz sűrűsége 8960kg/m 3. Mekkora lesz a 10 g súlyú rézhuzal?
Beiratkozás:
- m (Cu) = 10 g
- ρ (Cu) = 8960 kg/m 3 = 8,96 g/cm 3
- V =?
Képlet és számítás:
V (Cu) ~ 11161 cm 3
A válasz: A rézdrót térfogata 1,1161 cm 3 .
Feladat: A kripton sűrűsége 3,44 kg/m 3. Mennyit fog súlyozni 3,5 m 3 kripton?
Beiratkozás:
- V (Kr) = 3,5 m3
- ρ (Kr) = 3,44 kg/m 3
- m (Kr) =?
Képlet és számítás:
- m (Kr) = ρ (Kr) • V (Kr)
- m (Kr) = 3,44 kg/m 3 • 3,5 m 3 (az áthúzások csonkák)
- m (Kr) = 12,04 kg
A válasz: 3,5 m3 kripton súlya 12,04 kg lesz.
A tömegfrakció az oldatok összetételének kifejezésére használt mennyiség. Márkája az w. Nincs egysége. Azt fejezi ki, hogy az oldott anyag oldatának mekkora része van, az egész oldat értéke 1, és ezért a tömegfrakciónak kisebbnek kell lennie, mint 1. Tizedes számként vagy százalékban kifejezve.
A tömegfrakciót úgy kell kiszámítani, hogy az oldott anyag tömege [jelölése m (A)] elosztva a teljes oldat tömegével [a jelölése úr)]. 1-nél kisebb számra van szükségünk, és százalékosra konvertálhatjuk (szorozva 100-mal).
A tömegfrakció képletéből a következő háromszög következik:
És ebben a háromszögben oldott anyagot jelent (a számítások helyébe a képlete lép). R ebben a háromszögben megoldást jelent.
Feladat: 50 g konyhasót feloldottunk vízben. A teljes oldat súlya 627 g. Hány százalék ez a megoldás?
Beiratkozás:
- m (NaCl) = 50 g
- m (R) = 627 g
- w (NaCl) =?
Képlet és számítás:
- w (NaCl) = m (NaCl): m (R)
- w (NaCl) = 50g: 627g (az áthúzások csonkítva)
- w (NaCl) -0,0797 = 7,97%
A válasz: A megoldás 7,97 százalékos.
Feladat: Mekkora lesz a NaBr oldat tömege, amelynek frakciója 0,25, előállításához pedig 15 g NaBr-t használtunk.
Beiratkozás:
- m (NaBr) = 15 g
- w (NaBr) = 0,25
- m (R) =?
Képlet és számítás:
- m (R) = m (A): w (A)
- m (R) = 15 g: 0,25
- m (R) = 60 g
A válasz: Az olvadék tömege 60 g lesz.
Feladat: 750 g Rajec forrásvíz 0,04% oldott sót tartalmaz. Hány gramm oldott sót tartalmaz ez a víz?
Beiratkozás:
- m (R) = 750 g
- w (A) = 0,04% = 0,0004
- m (A) =?
Képlet és számítás:
- m (A) = w (A) • m (R)
- m (A) = 0,0004 • 750 g
- m (A) = 0,3 g
A válasz: A Rajec forrásvíz 0,3 g oldott sót tartalmaz.
Avogadro állandója és tömege
A kémiai számítások és a kémiai reakciók (kémiai egyenletek) rögzítése során néha tudnunk kell, hogy mekkora anyagról van szó. Lehetne atomnak vagy molekulának számítani, de nagyon nem praktikus. Amikor elmegyünk a boltba pipacsot vásárolni, szintén nem kérjük a szemek számát, hanem a kívánt mennyiségű mákot a fizikai mennyiség-súly segítségével fejezzük ki.
A kémia területén van olyan mennyiségünk is, amely kifejezi az anyagban lévő atomok számát. Ezt a mennyiséget nevezzük anyagmennyiség. Az anyagmennyiség jel és egysége az móló(Ennek az egységnek a márkaneve mol). 1 mol körülbelül 6022 • 10 23 részecskét tartalmaz. Ezt a számot Avogadro konstansának nevezzük. Normál numerikus jelöléssel kifejezve így néz ki: 602 200 000 000 000 000 000 000 000 000. És szóbeli jelöléssel kifejezve ez hatszázkettőmilliárd kétszáz billió. Egy mol körülbelül tizennyolc milliliter víz.
Moláris tömeg (relatív atomtömeg)
Ugyanazon mennyiségű különböző anyagnak különböző a súlya. Ugyanis azok az atomok, amelyek több protonnal rendelkeznek, szintén nehezebbek. A moláris tömeg (relatív atomtömeg) az anyag állandó tömegének kifejezésére szolgál. Jelzése M, egysége gramm/mol (g/mol). Előfordul, hogy ezt az egységet grammszor mol/mínusz -ként írják (g • mol -1). Bármelyik moláris tömegét úgy számítják ki, hogy az anyag tömegét elosztjuk a benne lévő anyag mennyiségével.
De a moláris tömeget ritkán kell úgy kiszámítanom, hogy elosztom a tömeget az anyag mennyiségével. A moláris tömeget segédmennyiségként használják, ezért nem azt próbálom kiszámítani, hanem más mennyiségeket próbálok kiszámítani vele.
És hol találom a moláris tömeget? Az elemek esetében a periódusos rendszer szerepel. Kiszámolhatom vegyületekre. Számítsa ki a kénsav moláris tömegét: 1. A kénsav képlete H2SO4. Ebből következik, hogy egy molekula két hidrogénatomot, egy kénatomot és négy oxigénatomot tartalmaz. 2. A hidrogén, a kén és az oxigén moláris tömegét keresem. M (H) = 1,01 g/mol M (S) = 32,07 g/mol M (O) = 16 g/mol 3. Kiszámítom az összes moláris tömeget. Azokat az elemeket, amelyek a vegyületben többször vannak, többször is számolok. M (H2SO4) = 2M (H) + M (S) + 4M (O) M (H2SO4) = 2 • 1,01 g/mol + 32,07 g/mol + 4 • 16 g/mol = 98,09 g/mol.
A moláris tömegből (tömeg, tömeg) származtatott számítások során a következő háromszögképletet használhatjuk:
Feladat: A hidrogén moláris tömege 1,01 g/mol, oxigén 16 g/mol. Hány mol vizet tartalmaz 2 kilogramm vizet?
Beiratkozás:
- m (H20) = 2 kg = 2000 g
- M (H) -1,01 g/mol
- M (O) = 16 g/mol
- M (H20) =?
- n (H20) =?
Képlet és számítás:
Először kiszámoljuk a víz moláris tömegét:
Ezután kiszámoljuk a víz mennyiségét:
A válasz: 2 kilogramm víz 110,99878 mol vizet tartalmaz.
Feladat: Az arany moláris tömege 196,97 g/mol. Milyen tömeg lesz 14,25 mol arany?
Beiratkozás:
- n (Au) = 14,25 mol
- M (Au) = 196,97 g/mol
- m (Au) =?
Képlet és számítás:
- m (Au) = M (Au) • n (Au)
- m (Au) = 196,97 g/mol • 14,25 mol
- m (Au) = 2806,8225g
A válasz: 14,25 mol arany súlya 2806,8225 g.
Feladat: Mekkora a hélium moláris tömege, ha egy gramm 0,25 mol részecskét tartalmaz?
Beiratkozás:
- m (He) = 1 g
- n (He) = 0,25 mol
- M (He) =?
Képlet és számítás:
- M (He) = m (He): n (He)
- M (He) = 1 g: 0,25 mol
- M (He) = 4 g/mol
A válasz: A hélium moláris tömege 4 g/mol.