Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»



Сторінка2/7
Дата конвертації17.04.2017
Розмір1.16 Mb.
ТипНавчальний посібник
1   2   3   4   5   6   7

Приклад 2.4. Обчисліть мольну масу еквівалента фосфор(V) оксиду в реакціях, які належать до двох різних груп: 1) реакції сполучення; 2) окисно-відновної реакції:

У першій реакції для утворення 2 моль Р043- потрібно, щоб 1 моль Р205 приєднав 3 моль атомів Оксигену, або, що те саме, 6 моль еквівалентів Оксигену (бо Ar(o)=2EO. Тому в першій реакції



У другій реакції фосфор змінює свій ступінь окиснення від +5 до 0, тобто в процесі відновлення кожен з двох атомів Фосфору у сполуці Р205 приєднує по 5 електронів, а разом два атоми Р — 10 електронів. Тому в цій реакції




Концентрація речовин

Уже йшлося про те, що в природі абсолютно чистих речовин не існує. Ось чому, здійснюючи кількісні обчислення реагентів, завжди треба пам'ятати, що для хімічних процесів беруть і в результаті процесу отримують не "абсолютно чисті" речовини, а реальні, до певної міри занечищені речовини. В обчисленнях треба враховувати вміст (концентрацію) домішок у речовині. Вміст сторонніх домішок у речовині можна виражати через її чистоту, концентрацію чи парціальний тиск (для газів). За збільшенням ступеня чистоти розрізняють "чисті" (ч.), "чисті для аналізу" (ч. д. а.), "хімічно чисті" (х. ч.) та "особливо чисті" (ос.ч) речовини. Якщо речовина перебуває у твердому або рідкому стані і містить незначну кількість домішок, то вміст речовини виражають масовими частками (ω):



Іноді для рідин використовують об'ємні частки (φ), тобто відносний вміст речовини в об'ємі усієї рідини:



Якщо речовина забруднена певною кількістю домішок (а %), тоді її треба брати у разів більше, ніж випливає з обчислень, тобто





Приклад 2.5. Яку масу заліза можна отримати з 2 т залізної руди, якщо масова частка Fе203 в руді 94 % ?

В основі промислового способу отримання заліза з руди покладено реакцію



У руді міститься 6 % домішок. Тоді маса чистого Fе203 в руді становитиме:



Використовуючи відоме співвідношення m: тFe = М :2МFe знаходимо:



Отже, із 2 т залізної руди, забрудненої 6 % домішок, отримують 1,31 т заліза.



Способи вираження концентрації розчинів

Уміст речовини в розчинах виражають через її концентрацію. Вміст речовини можна відносити як до маси розчину або до маси розчинника, так і до об'єму розчину. Розглянемо перелічені способи вираження концентрації розчинів. Масова частка (ω) показує, скільки одиниць маси (здебільшого грамів) розчиненої речовини (mpечовини) міститься у 100 одиницях маси (г) розчину (mрозчину ):



або якщо масу розчину визначають за його об'ємом (V) і густиною (ρ), тоді





Моляльність (Ст або т ) показує, скільки молів речовини м) розчинено в 1 кг розчинника:



Мольна частка (%) — це відношення кількості молів речовини до загальної кількості молів усіх компонентів суміші. Розчин може складатися щонайменше з двох компонентів: розчинника і розчиненої речовини. Вважається, що коли символ має індекс 1, то це стосується розчинника, індекс 2 — розчиненої речовини. Тоді мольна частка розчиненої речовини (%2) визначатиметься як

Оскільки , то



Цей спосіб вираження концентрацій найчастіше використовують для характеристики мольного складу суміші, який показує, співвідношення в суміші усіх її компонентів. З мольними частками тісно пов'язана інша характеристика розчину — сольватне число (з), яке показує, скільки молів розчинника припадає на один моль розчиненої речовини 2):



Для водних розчинів це число називається гідратним (п). Молярність (С або М) показує, яка кількість молів розчиненої речовини міститься у 1 л розчину:





Молярна концентрація еквівалента (См) показує, яка кількість молів еквівалентів (νе) розчиненої речовини міститься в 1л розчину:

Титр (Т) показує, скільки грамів розчиненої речовини міститься в 1 мл розчину:



Спосіб вираження концентрації через титр практикується здебільшого в аналітичній хімії, коли вміст речовини в одному з розчинів визначається шляхом поступового додавання до нього іншого (робочого) розчину, доки не припиниться реакція. Концентрація робочого розчину визначається через титр, а сама операція називається титруванням. Часто виникає потреба виразити концентрацію розчину одного виду через інший. У таких перерахунках зв'язувальною ланкою може бути маса розчиненої речовини як величина, стала для однієї і тієї ж кількості розчину. Звісно, що для здійснення таких перерахунків часто потрібно знати густину розчину, бо кількість розчиненої речовини може бути віднесено як до об'єму розчину, так і до його маси (або маси розчинника).



Приклад 2.6. Виразіть концентрацію 20 % водного розчину H2S04 усіма способами, які розглядалися вище.

Густина цього розчину (р) при 20 °С дорівнює 1,143 г/мл, мольна маса кислоти 98 г/моль, а води 18 г/моль. Для визначення моляльності треба знати масу розчинника, який береться для розчинення певної кількості речовини. У 100 г заданого розчину міститься 20 г кислоти і, отже, 80 г розчинника, бо



Тоді


Мольну частку речовини шукають, виходячи з мас розчиненої речовини і розчинника:



Гідратне число цього розчину становитиме



Для обчислення молярності і нормальності треба знати масу розчиненої речовини в 1л розчину. Цю масу знаходимо з формули



Тоді молярність або молярна концентрація еквівалента відповідно дорівнюватимуть:



Титр розчину знаходять так:






Парціальний тиск газу

Уміст газів у газовій суміші можна знаходити за допомогою парціального тиску (р), якщо відомий загальний тиск газу. Для суміші газів справджується закон парціальних тисків Дальтона (1801):



Загальний тиск (Р) суміші газів складається із суми тих індивідуальних тисків (р), який міг би створювати кожен з його компонентів, якщо б він один за однакової температури заповнював весь об'єм газової суміші

Оскільки загальна кількість молів усіх компонентів у суміші газу складається з кількості молів кожного компонента:



то тиск газу в сталому об'ємі буде пропорційний кількості його молів. Отже, для будь-якого компонента його парціальний тиск (р.) у стільки ж разів буде менший від загального тиску суміші, у скільки разів кількість його молів M) буде меншою за сумарну кількість молів у суміші:



Тоді




Приклад 2.7. Змішали 3 л С02, 4 л 02 і 6 л N2. До змішування тиск С02, 02 і N2 становив відповідно 96, 108 і 90,6 кПа. Загальний об'єм суміші 10 л. Яким буде загальний тиск суміші?

Спочатку знаходимо, які будуть парціальні тиски окремих газів після змішування:



Тоді загальний тиск суміші газів становитиме:



Таким чином, знаючи парціальний тиск газу, можна легко визначити його вміст у газовій суміші через мольні частки. Однак для кількісних обчислень реагентів зручніше мати справу з об'ємом газу, бо цю величину легше виміряти. Оскільки об'єм газу залежить від тиску, температури та інших чинників, у обчисленнях потрібно керуватися об'єднаним законом газового стану, про що йтиметься в наступному підрозділі.


Закони газового стану

Зібравши у замкнуту посудину будь-який газ, можна виміряти його масу, об'єм, тиск на стінки посудини, в'язкість, температуру, теплопровідність тощо. Неважко також виміряти швидкість ефузії (витік) газу через отвір у посудині і швидкість, з якою один газ дифундує в інший. Усі ці властивості взаємопов'язані між собою та їх легко можна пояснити за допомогою досить простої молекулярно-кінетичної теорії, заснованої на припущенні, що гази складаються із частинок, які перебувають у безперервному й безладному русі. Слово "газ" походить від грецького слова хаос — безлад. У молекулярно-кінетичній теорії розрізняють поняття ідеального і реального газів.



Ідеальний газ — це теоретична модель газу, в якому середня кінетична енергія частинок у багато разів перевищує середню потенціальну енергію взаємодії між частинками. У цій моделі частинки газоподібної речовини розглядаються як геометричні точки, які не мають об'єму і не взаємодіють одні з одними (тобто їхні зіткнення є абсолютно пружними). Натомість у реальних газах частинки (атоми, молекули) характеризуються власним об'ємом, а їхні зіткнення супроводжуються частковими втратами на тертя (тобто не є цілковито пружними). Реальні гази добре описуються моделлю ідеальних газів, якщо вони є достатньо розрідженими. У рамках моделі ідеального газу об'єм газу (V) залежить від умов, у яких він перебуває: тиску (Р), температури (T) і кількості речовини (νM), тобто
Закон Бойля—Маріотта

Функціональну залежність об'єму газу від тиску при сталій температурі було показано у відомому законі Бойля—Маріотта (1662):



При сталій температурі об'єм сталої кількості газу обернено пропорційний його тискові.

Дослід, який виконав Роберт Бойль для виявлення цієї залежності, зображено на рис. 2.4: ртуть затиснула невелику кількість повітря в запаяному кінці зігнутої трубки (рис. 2.4, а). Додавання малими порціями через відкритий кінець трубки ртуті зумовлює стискання цієї невеликої кількості повітря. Тиск, який чиниться на повітря в запаяній частині трубки, дорівнює сумі тисків атмосферного повітря і стовпчика ртуті висотою h (рис. 2.4, б). Аналізуючи отримані результати, Бойль звернув увагу на те, що для заданої кількості зразка газу при сталій температурі добутки кожного значення тиску і відповідного йому значення об'єму газу виявилися приблизно однаковими.



PV = const (при сталих Т і v).

Це рівняння описує гіперболічну залежність між величинами Р і F(рис. 2.5).



Для зіставлення об'ємів і тисків одного і того ж зразка газу за різних умов (але при сталій температурі) закон Бойля—Маріотта зручно подавати у такій формі:

де індекси 1 і 2 відповідають двом різним умовам.

Приклад 2.8. За певної температури тиск газу, що заповнює посудину об'ємом 3л, становить 93,3 кПа. Яким стане тиск, якщо, не змінюючи температури, зменшити об'єм газу до 2,8 л?

Позначивши шуканий тиск через Р2, запишемо



звідки



Закон Гей-Люссака

Через майже сто років по тому, як Бойль вивів свій закон, французькі вчені Жозеф Луї Гей-Люссак і Жак Шарль вивчили вплив температури на зміну об'єму газу. Такі вимірювання неважко виконати за допомогою пристрою, зображеного на рис. 2.6. Прилад складається із запаяної з одного кінця маленької капілярної трубки і термометра, прикріплених до лінійки з поділками та занурених у склянку з гарячою олією. При поступовому нагріванні системи олія в капілярній трубці переміщується; при цьому через певні проміжки часу вимірюють довжину стовпчика повітря в капілярі і температуру. Для трубки зі сталим внутрішнім діаметром довжина стовпчика повітря буде мірою його об'єму. Результати експерименту у графічній формі зображено на рис. 2.7. Як видно, графік залежності об'єму газу від його температури при сталому тиску є прямою лінією. Екстраполяція цієї лінії в ділянку низьких температур показує, що графік перетинає температурну вісь у точці, яка відповідає -273 °С. Закон Гей-Люссака записують у вигляді математичного співвідношення



де V об'єм зразка газу; t — його температура за шкалою Цельсія, а с — коефіцієнт пропорційності.



Згодом У. Томсон (з 1892 р. лорд Кельвін) зробив припущення, що температура -273 °С є абсолютним мінімумом температур. Температури, нижчої за цю позначку, неможливо досягнути. Нині вчені користуються абсолютною шкалою температур Кельвіна, в якій 0 К = -273,15 °С, а 0 °С = 273,15 К. З урахуванням шкали Кельвіна закон Гей-Люссака набуває вигляду



V = сТ (при сталих Р і v),

де Т— температура в абсолютній шкалі Кельвіна (T = t + 273,15); V— об'єм газу, який відповідає заданій температурі. Отже, закон Гей-Люссака формулюється так:



При сталому тиску об'єм заданої кількості газу прямо пропорційний його абсолютній температурі.

Для зіставлення об'ємів і температур одного і того ж зразка газу закон Гей-Люссака зручно подавати у такій формі:





Приклад 2.9. При 27 °С об'єм газу дорівнює 600 мл. Який об'єм матиме газ при 57 °С, якщо тиск залишатиметься сталим?

Позначимо шуканий об'єм через V2, а відповідну йому температуру через Т2. За умовою задачі



Підставляючи ці значення у вираз закону Гей-Люссака, матимемо:



звідки



Рівняння стану ідеального газу

Поєднуючи закони Бойля—Маріотта (PV= const) і Гей-Люссака , матимемо:



Це співвідношення часто записують в іншій формі:



Це рівняння стану ідеального газу. Воно дає змогу обчислювати зміну об'єму при зміні температури і тиску. Якщо певна кількість газу має об'єм V1 при Т1 і Р1 то можна знайти об'єм V2 при Т2 і Р2.



Приклад 2.10. При 25 °С і тиску 99,3 кПа певна кількість газу має об'єм 152 мл. Який об'єм матиме ця ж кількість газу при 0 °С і тиску 101,33 кПа?

Підставляючи ці значення в рівняння отpимуємо:




Закон дифузії й ефузії газів (закон Грехема)

Коли між двома газами відсутня перегородка, то вони легко змішуються, тобто всі вони самочинно дифундують один в один, утворюючи однорідну (гомогенну) суміш. Відносні швидкості дифузії двох газів у третій, наприклад у повітря, залежать від їхньої густини. Томас Грехем (1829) встановив:



За однакових умов відносні швидкості дифузії газів обернено пропорційні квадратним кореням, узятим із густин цих газів

Для газів А і В закон Грехема записують так:



де V і р — відповідно, швидкості дифузії і густини газів А і В: Закон Грехема часто записують в іншій формі:



де М — мольна маса газу; Vт (мольний об'єм).

об'єм одного моля газу

Ефузія — це витік газу у вакуум крізь дуже малий отвір (рис. 2.8). Для ефузії газів теж справджується закон Грехема. З практичної думки, значно легше зіставляти між собою швидкості ефузії газів, аніж швидкості дифузії.



Приклад 2.11. Крізь дуже малий отвір за 146 с у вакуум витікає 50 см3 газу А. Такий самий об'єм карбон(IV) оксиду за тих самих умов витікає за 115 с. Визначте мольну масу газу А.

За законом Грехема,





Закон Авогадро

Функціональний зв'язок між об'ємом газу і кількістю частинок речовини виявив Авогадро (1811):



В однакових об'ємах різних газів за однакових умов міститься однакова кількість молекул

Із закону Авогадро випливає щонайменше три корисних наслідки, які стосуються кількісних обчислень:

1 моль будь-якого газу містить однакову кількість молекул (або атомів). Цю кількість було названо сталою Авогадро (NА) —

NA = 6,0221367 1023;

різні гази, кожний з яких узятий у кількості 1 моль, за однакових умов матимуть однаковий об'єм, який після приведення до нормальних умов 0 = 760 ммрт. cm. - 1 атм - 101325 Па і Т0 = 273,15 К) становитиме



маси однакових об'ємів різних газів відносяться між собою як мольні маси

Відношення мас однакових об'ємів двох різних газів називають відносною густиною першого газу за другим (D):

Таким чином, можна визначати мольну масу першого газу, знаючи мольну масу другого газу і D). Зазвичай "газом порівняння" слугує водень або повітря, усереднена мольна маса якого наближається до 29 г/моль. Приклад 2.12. Густина газу за повітрям 1,52. Якою є мольна масу газу?

За умовою задачі тоді знаходимо:
Закон об'ємних відношень

Закон Авогадро став основою для розуміння закону об'ємних відношень Гей-Люссака (1808):



Об'єми газів, які беруть участь у реакції, відносяться між собою як їхні коефіцієнти в рівнянні реакції

Цей закон використовують для кількісних обчислень реагентів у газоподібному стані. Нехай у реакції



речовини С i D — гази. Тоді, як ми вже знаємо, їхні маси пов'язані між собою співвідношенням



а об'єми — законом Гей-Люссака



або


Можна вивести і єдину формулу, яка б давала змогу знаходити відношення мас одних речовин (наприклад, В) до об'ємів інших — газоподібних (наприклад С і D), зведених до нормальних умов (н. у.):



Стехіометричні коефіцієнти b, с і d — ніщо інше, як кількість речовини. Звідки



Тоді




Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7

Схожі:

Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник до змістового модулю №3 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconКонтрольні роботи для студентів заочної форми навчання спеціальності «технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник Для викладачів та студентів фармацевтичного факультету Запоріжжя 2014

Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчально-методичний посібник за кредитно-модульною системою для студентів вищих навчальних медичних закладів за спеціальністю «технологія парфюмерно-косметичних засобів»
Сторія україни: навчально-методичний посібник для студентів, працюючих за кредитно-модульною системою. (укладачі: кандидат історичних...
Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчально-методичний посібник для студентів І курсу факультету філології та журналістики стаціонарної форми навчання. Доп., розш. Полтава: пдпу, 2009. 61 с
Тарасова н.І.,Чередник л. А. Організація самостійної та індивідуальної роботи з античної літератури: Навчально-методичний посібник...
Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник для студентів 5-го, 6-го курсу медичних внз, лікарів-інтернів педіатрів, інфекціоністів та сімейних лікарів Запоріжжя, 2016р
...
Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconМетодичні вказівки для студентів ІІ курсу фармацевтичного факультету для підготовки до семінарських занять з предмету
...
Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconМетодичні вказівки для студентів ІІ курсу фармацевтичного факультету для підготовки до семінарських занять з предмету
...
Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник для студентів гуманітарного факультету, спеціальності 029 «Інформаційна, бібліотечна та архівна справа»
Концепція професійного спрямування (Вступ до фаху) : навчальний посібник для студентів гуманітарного факультету, спеціальності 029...


База даних захищена авторським правом ©biog.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка