A modell alapfeltevései:

Átírás

1 Általános és szervetlen kéma Laborelőkészítő előadás V. (008. október 09.) Gázhalmazállapot: tökéletes gázok, gáztörvények - A tökéletes gázok knetkus elmélete - Ideáls gázokkal kapcsolatos számítás feladatok - Reáls gázok A redoxreakcók bevezetése - A legfontosabb oxdáló és redukálószerek - A spontán lejátszódó redoxreakcók A modell alapfeltevése: A tökéletes gázok knetkus elmélete - A nagyszámú, független gázmolekula tökéletesen rugalmasan ütközk egymással és az edény falával. Az ütközések között egyenes vonalú, haladó mozgást végeznek, kterjedésükhöz (10 9 m) képest nagy távolságokon át (közepes szabad úthossz). - A gázmolekulák átlagos sebessége, v (pontosabban v ) és knetkus energája csak a hőmérséklettől függ: Mv E k = (1 mol gázra) Az elméletből levezethető eredmény: Tapasztalat törvény: A gázmolekulák négyzetes középsebessége: Graham-törvény: v 1 = v M M Izotópok gázdffúzós szétválasztása 1 1

2 Gázok dffúzója Dffúzó: egy edényben, ahol kezdetben térben nhomogén koncentrácóeloszlás van, a molekulák állandó mozgásának hatására spontán anyagáramlás alakul k a koncentrácók térbel kegyenlítésére. koncentrácógradens anyagáramlás Az anyagfluxus, az dőegység alatt egységny felületen átáramlott anyagmennység a koncentrácógradenssel arányos és ellentétes rányú: Fck I. törvénye: A dffúzós együttható tökéletes gázra: λ v D = 3 Graham dffúzós törvénye (183) Azonos hőmérsékleten és nyomáson a tökéletes gázok dffúzósebessége fordítottan arányos molárs tömegük négyzetgyökével: v 1 = v M M 1 Demonstrácós kísérlet: ammóna és hdrogén-klord dffúzósebessége NH 3 vatta HCl vatta

3 Gázok effúzója Effúzó: gáz átáramlása egy nagyobb nyomású térrészből egy ksebb nyomású térrészbe (vákuumba) szűk résen vagy porózus rétegen keresztül. Az A 0 területű lyukon dőegység alatt klépő molekulák száma: pa 0 (πmkt) 1/ Graham törvénye az effúzóra s érvényes és alapja zotópok gázfázsú elválasztásának, pl. Urándúsítás: természetes ércben 99,3% 38 U és 0,7% 35 U zotópok uránszurokérc: UO (s) redoxreakcók sorozata UF 6 (g) A gázmolekulák sebességeloszlása E k, knetkus energa gyakorsága T hőmérsékleten: (Maxwell-Boltzmann eloszlás) N N = e E k, / RT E k, j / RT e j Legvalószínűbb sebesség: v = 3RT M Átlagsebesség: v = 8RT πm 3

4 Gázelegyek G számú tökéletes gázból álló elegy össz-anyagmennysége: n1 + n ng = n = n n az egyes gázok móltörtje: x = x1 + x xg = x = 1 n az egyes gázok parcáls nyomása: a gázelegy össznyomása: az össznyomás a parcáls nyomások összege (Dalton-törvény) p = RT n V gázelegy átlagos molárs tömege: = RT V n M = M x + M x + + M x RT = n = p V G = M x gázelegyek esetén a térfogattört (V/V%) és a móltört (n/n%) azonos számértékűek Reáls gázok Az deáls gáz tulajdonsága még függetlenek az anyag mnőségtől. Nagyobb nyomáson, lletve alacsonyabb hőmérsékleten, ahogyan a gáz egyre közelebb kerül a cseppfolyósodáshoz, a gáz vselkedése már nem követ a tökéletes gáz állapotegyenletét: van der Waals-egyenlet (1873): - nb korrekcó: - a együttható: 4

5 Oxdácós szám, redoxreakcók Elektronegatvtás: a kéma kötésben levő atom elektronvonzó képessége Oxdácós szám: a kovalens kötést alkotó elektronpár(oka)t gondolatban a nagyobb elektronegatvtású atomhoz rendeljük. az elem állapotúnál több elektront tartalmazó atom negatív, a másk poztív (formáls) töltésre tesz szert, ez az oxdácós szám. az oxdácós szám megállapításának szabálya, gyakorló feladatok: jegyzet oldal! Redukcó: elektronfelvétel (oxdácós szám csökken) Oxdácó: elektronleadás (oxdácós szám nő) Redoxreakcó: elektronátmenet két redoxpár oxdált és redukált formája között Redukáló- és oxdálószerek relatív erőssége Redoxrendszerek relatív erősségének megítéléséhez az összes redoxfolyamatot a redukcó rányába írjuk fel. F + e F E (F /F ) = +,87 V Cl + e Cl E (Cl /Cl ) = +1,36 V Br + e Br E (Br /Br ) = +1,07 V I + e I E (I /I ) = +0,54 V H + + e H E (H + /H ) = 0 V Zn + + e Zn E (Zn + /Zn) = 0,76 V Mg + + e Mg E (Mg + /Mg) =,36 V 5

6 A legfontosabb oxdálószerek I. oxdált forma elektronfelvétel redukált termék F + e F Cl, Br (I ) Cl, Br ( I ) OCl + H O + e Cl + OH OBr, OI Br, I ClO H + + e Cl + 3 H O BrO 3, IO 3 Br, I MnO H e Mn H O MnO 4 + H O + 3 e MnO + 4 OH MnO 4 + e MnO 4 A legfontosabb oxdálószerek II. oxdált forma elektronfelvétel redukált termék Cr O H e Cr H O CrO H O + 3 e [Cr(OH) 4 ] + 4 OH H O + e OH O + 4 H e H O MnO + 4 H + + e Mn + + H O PbO Pb + cc. salétromsav: NO 3 + H + + e NO + H O cc. kénsav: SO H + + e SO + H O Ce 4+ + e Ce 3+ Fe 3+ + e Fe + 6

7 A legfontosabb redukálószerek redukált forma elektronleadás oxdált termék Zn e + Zn + és az összes E < 0 fém H (g) e + H + H S (g) e + S + H + S S SO (g) + H O e + SO H + SO 3 + OH e + SO 4 + H O C vagy CO CO [SnCl 4 ] + Cl e + [SnCl 6 ] [Sn(OH) 4 ] + OH e + [Sn(OH) 6 ] I e + I H O e + O + H + Spontán lejátszódó redoxreakcók I. Fémek reakcója egymással A fémek elektrokéma ( jellemerősség ) sora növekvő E szernt (részlet): K < Ca < Na < Mg < Al < Mn < Zn < Cr < Fe < Co < N < Sn < Pb < H < Cu < Ag < Hg Cu + + Zn Zn + + Cu Cu + + Fe Fe + + Cu Cu + + Ag Ag + + Cu Cu + + Hg Hg + + Cu Al 3+ + Fe Fe + + Al 7

8 Spontán lejátszódó redoxreakcók II. Fémek oldódása savakban K < Ca < Na < Mg < Al < Mn < Zn < Cr < Fe < Co < N < Sn < Pb < H < Cu < Ag < Hg Fémoldódás oxdáló savakban: cc. (63 m/m%) HNO 3 : 30 m/m% HNO 3 : cc. kénsav: Ideáls gázokkal kapcsolatos számítás feladatok P1. Egy C-os laboratórumban bar a nyomás a 0 lteres argonpalackban. Mekkora tömegű gázt használtunk el a munka során, ha a kültér tárolóba (30 C) vsszavtt palackon 0,3 bar nyomás olvasható le? A(Ar) = 40 g/mol 55,6 g argont használtunk el. 8

9 P. Egy tó fenekéről (10 m mélyről; 8 C) levegőbuborék száll fel a felszínre, ahol 984 hpa légkör nyomás és 4 C uralkodk. Hányszorosára változk a buborék térfogata? A víz átlagsűrűsége 1 g/cm 3 ; g = 9,81 m/s,13 P3. A száraz levegő összetétele (V/V%): 78% N, 1% O, 0,4% CO,... Mekkora a levegő átlagos molárs tömege és mekkora standardállapotban a főkomponensek parcáls nyomása? A tengerben egy adott mélységben 5 bar a nyomás. Mlyen összetételű gázkeverék legyen a búvár palackjában, hogy benne az oxgén parcáls nyomása megegyezzen a felszínvel? 4,V/ V % O tartalmú keverék 9

10 P4. Felületén részlegesen oxdálódott alumínumfóla 0,100 g-os darabját fölös sósavban oldjuk: Al + 6 HCl = AlCl H és a keletkező hdrogéngázt víz felett gyűjtük össze. Hány % fémet tartalmazott a mnta, ha a 7,0 C-os laborban, 75,0 Hgmm külső nyomás mellett 84,7 cm 3 hdrogén fejlődött? A(Al) = 7,0 g/mol; a vízgőz tenzója ezen a hőfokon 3,6 kpa. 59,1 m/m% fémet tartalmaz az Al-fóla. 10