of 30/30
PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład 1

PODSTAWY CHEMII - Strona główna AGHhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wyk1_17.pdf19.10.2017 Inżynieria Biomedyczna, I rok 5 Najważniejsze podręczniki * A.Bielański - Chemia ogólna

  • View
    223

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of PODSTAWY CHEMII - Strona główna AGHhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wyk1_17.pdf19.10.2017...

PODSTAWY CHEMII

INYNIERIA BIOMEDYCZNAWykad 1

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 2

PODSTAWY CHEMII

Wykadowca

Prof. dr hab. in. Marta Radecka,

B-6, III p. 306, tel (12) (617) 25-26

e-mail: [email protected]

Strona www:

http://galaxy.uci.agh.edu.pl/~radecka/

http://www.agh.edu.pl/

Pracownicy

Strony domowe pracownikw

Marta Radecka

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 3

PODSTAWY CHEMII

Do czego su wykady i jak si zdaje egzamin?

Program wykadw i laboratorium odpowiada dokadnie zawartoci egzaminu

Egzamin pisemny

eby do niego przystpi, trzeba zaliczy laboratorium

kady ma prawo zdawa egzamin trzykrotnie Student ma prawo do trzykrotnego przystpienia do egzaminu w zaplanowanych

terminach, w tym jeden raz w terminie podstawowym i dwa razy w terminie poprawkowym. Nieusprawiedliwiona nieobecno na egzaminie w danym terminie powoduje utrat tego terminu.

Student, ktry nie uzyska zaliczenia w terminie podstawowym ma prawo po jego uzyskaniu przystpi do egzaminu w terminach poprawkowych. Jeeli student nie uzyska zaliczenia do czasu terminw poprawkowych egzaminu, brak zaliczenia nie usprawiedliwia nieobecnoci na egzaminie i skutkuje utrat wszystkich terminw egzaminw, ktre odbyy si przed uzyskaniem zaliczenia. Jeeli z przyczyn losowych student nie wykorzysta przysugujcych mu terminw, Dziekan w porozumieniu z prowadzcym przedmiot, wyznacza dodatkowe terminy egzaminw.

Regulamin studiw akademii Grniczo-Hutniczej Im. Stanisawa Staszica

(obowizujcy od 1 padziernika 2015 r)

Zaliczenie przedmiotu

Skala ocenPrzy zaliczeniach zaj i egzaminach oraz wystawianiu oceny kocowej stosuje si i wpisuje do indeksu nastpujce oceny:

a) 91 100% bardzo dobry (5.0);

b) 81 90% plus dobry (4.5);

c) 71 80% dobry (4.0);

d) 61 70% plus dostateczny (3.5);

e) 50 60% dostateczny (3.0);

f) poniej 50% niedostateczny (2.0).

Ocena kocowa

0.6 oceny egzaminu + 0.4 oceny laboratorium

19.10.2017Inynieria Biomedyczna, I rok 4

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 5

Najwaniejsze podrczniki

* A.Bielaski - Chemia oglna i nieorganiczna* A.Bielaski - Podstawy chemii nieorganicznej* F.A.Cotton, G. Wilkinson, P.L.Gaus - Chemia

nieorganiczna. Podstawy.* J.D.Lee - Zwiza chemia nieorganiczna* P.A. Cox Chemia nieorganiczna. Krtkie wykady

* dla bardziej ambitnych:

* R.G.Wells - Strukturalna chemia nieorganiczna* L. Jones, P. Atkins Chemia oglna* Wszelkie inne podrczniki majce w nazwie - chemia

oglna lub chemia nieorganiczna

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 6

Chemia jest nauk przyrodnicz

Definicja:chemia jest nauk, ktra zajmuje si skadem, struktur i waciwociami substancji oraz reakcjami, w ktrych jedna substancja zmienia si w inn

Zasady nowoczesnej chemii:poszukiwanie prawidowoci w zachowaniu si rnych

substancjiposzukiwanie modeli, ktre tumacz obserwacjemodele powinny tumaczy zachowanie innych

substancji i jeli to moliwe obejmowa relacje ilociowe

modele powinno da si weryfikowa dowiadczalnie

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 7

Program wykadw

Rwnowagi w roztworach elektrolitw

Elementy termodynamiki

Elementy elektrochemii

Troch mechaniki kwantowej budowa atomu, czsteczki,

wizania chemiczne

Stany materii, regua faz

Kinetyka reakcji

Program laboratorium

Cz rachunkowa

1. stenia roztworw + stechiometria

Kolokwium nr1; rwnowaga chemiczna + dysocjacja elektrolityczna

Kolokwium nr2; pH roztworu + rwnowagi w roztworach zwizkw trudnorozpuszczalnych,

Kolokwium nr3; roztwory buforowe+hydroliza; elementy analizy chemicznej, pobranie i przygotowanie szka

Cz eksperymentalna

Elementy analizy jakociowej

Elementy analizy ilociowej

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 8

HARMONOGRAM ZAJ

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 9

http://galaxy.uci.agh.edu.pl/~radecka/

Grupa 1,2,3,6,7

10.10; 24.10; 7.11; 21.11; 5.12; 19.12.2017; 16.01 2018

Grupy 1,2,3 godzina 8.00-11.00

Grupy 6,7, godzina 11:30-14.30

Grupa 4,5,8,9,10

17.10; 31.10; 14.11; 28.11; 12.12.2017;9.01; 23.01.2018

Grupy 4,5,8 godzina 8.00-11.00

Grupy 9,10 godzina 11:30-14.30

http://galaxy.uci.agh.edu.pl/~radecka/

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 10

Podzia reakcji

Wszystkie reakcje chemiczne mona podzieli na odwracalne i nieodwracalne:

Reakcja nieodwracalna przebiega tylko w jednym kierunku - od substratw do produktw ( )

Reakcje nieodwracalneprzebiegaj tak dugo,a wyczerpie si jedenlub kilka substratw

c

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 11

A reakcje odwracalne ?

Reakcja odwracalna moe przebiega w obu kierunkach ()

Rwnowaga

Dla reakcji chemicznej opisanej rwnaniem:

Szybko reakcji:

Szybko reakcji chemicznej

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 12

dDcCbBaA

dt

dc

d

1

dt

dc

c

1

dt

dc

b

1

dt

dc

a

1v DCBA

Szybko reakcji czsto mona przedstawi za pomoc rwnania (empirycznego) kinetycznego: b

B

a

Ackcv

dt

dci

k- staa reakcji, a, b - rzd reakcji

Gdzie szybko zmian stenia reagenta i

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 13

Szybko reakcji odwracalnej

gdzie k1 i k2 - stae szybkoci reakcji, zalene tylko od rodzaju reakcji, temperatury i cinienia cakowitego (dla reakcji w fazie gazowej)

dDcCbBaA

d

D

c

C22 cckv

b

B

a

A11 cckv

CZAS

SZ

YB

KO

R

EA

KC

JI

1v

2v

1v

2v

21 VV

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 14

Prawo rwnowagi

W stanie rwnowagi termodynamicznej ustala si stanrwnowagi dynamicznej: prdko reakcji prostej i odwrotnejjest taka sama

dDcCbBaA

21 vv

d

D(R)

c

C(R)2

b

B(R)

a

A(R)1 cckcck

b

B(R)

a

A(R)

d

D(R)

c

C(R)

2

1

cc

cc

k

kK

i(R)cStenie reagenta iw stanie rwnowagi

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 15

Staa K, zwana sta rwnowagi, zaley tylko od temperatury. Nie zaley od iloci (ste)

substratw/produktwWANE

Prawo rwnowagi

W stanie rwnowagi, W STAEJ TEMPERATURZE, dlareakcji odwracalnej, stosunek iloczynu ste produktwdo iloczynu ste substratw jest stay, przy czymwszystkie stenia s podniesione do potg bdcychwspczynnikami stechiometrycznymi.

b

B(R)

a

A(R)

d

D(R)

c

C(R)

cc

ccK

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 16

Staa rwnowagi K (rny zapis)

Kaa

aab

B

a

A

d

D

c

C

d Dc Cb Ba A

pb

B

a

A

d

D

c

C Kpp

pp

to jest oglne prawo rwnowagi...(prawo dziaania mas, a-aktywno)

to jest prawo rwnowagi dla reakcji w gazach, przy niezbyt wysokich cinieniach (pA, pB, pC, pD cinienia czstkowe poszczeglnych gazw)

to jest prawo rwnowagi dla reakcji w mieszaninach (roztworach), przy niezbyt wysokich steniach ([A], [B], [C], [D] -stenia poszczeglnych skadnikw)

cba

dc

K[B][A]

[D][C]

Prawo Daltona (cinienie czstkowe gazu)

Dla mieszaniny gazw, cinienie cakowite jest sum cinie jakie wywieraby kady gaz, gdyby znajdowa si sam w tym naczyniu:

....pppp 421ca

RTV

np RT,

V

np

ca

22

ca

11

p1, p2

cinienia czstkowe (parcjalne)

n-liczba moli

R- staa gazowa

R=8.314 J/(molK)

T-temperatura bezwzgldna [K]

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 18

Zapisywanie staej rwnowagi K

Ukad homogeniczny (substraty i produkty reakcji wystpuj w tym samym stanie skupienia)

Ukad heterogeniczny (substraty i produkty reakcji wystpuj w rnym stanie skupienia)

(g)2(g)(s) 2COO2C

][O[C]

[CO]K

22

2

][O

[CO]K

2

2

Ciaa stae i ciecze nigdy nie wystpuj w wyraeniu na sta rwnowagi

2(g)2(g)(g)2 O4NOO2N 5

252

42

]O[N

]O[][NOK 2

2O

2CO

p

pK

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 19

Wasnoci rwnowagi

Ukady w rwnowadze s

DYNAMICZNE (staa i taka sama prdko reakcji prostej i odwrotnej)

ODWRACALNE

Rwnowag mona osign z kadego kierunku

W stanie rwnowagi wystpuj wszystkie reagenty

Jeeli K>>1 w stanie rwnowagi dominuj produkty

Jeeli znamy warto K i stenia aktualne to mona okreli: Czy ukad jest w stanie rwnowagi

W ktr stron biegnie reakcja

Rwnowanik reakcji

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 20

dDcCbBaA b

Bo

a

Ao

d

Do

c

Co

aa

aaQ

Pozwala przewidzie w ktra stron przebiega reakcja

Jeeli K>Q to reakcja biegnie w stron produktw

Jeeli K

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 21

Jeszcze o staej rwnowagi

Jednostki stenia:

[ ] mol/dm3 otrzymujemy Kc Dla skadnikw gazowych, p=(n/V)RT

p jest proporcjonalne do stenia,

Jeeli p wyraone jest w atmosferach otrzymujemy Kp Kc i Kp maj rne wartoci

(chocia iloci skadnikw s takie same)

Jednostka staej K zaley od wspczynnikw stechiometrycznych reakcji oraz sposobu wyraenia koncentracji skadnikw

O2 HO2 H 222

13c2

22

22

c (1) d mm o l][ K,][O][H

O ][HK

OHO2

1H 222

1/ 23c1/ 222

2c (2 ) d mm o l][ K,][O][H

O ][HK

2c ( 2 )c ( 1 ) )( KK

Jaka jest relacja pomidzy Kc i Kp ?

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 22

gggg d Dc Cb Ba A

pb

B

a

A

d

D

c

C Kpp

pp

cba

dc

K[B][A]

[D][C]

RTV

np RT,

V

np BB

AA RT

V

np RT,

V

np DD

CC

[A] [B] [C] [D]

b)ad(c

p

b)ad(c

b

B

a

A

d

D

c

CC

(RT)K

(RT)pp

ppK

ncp ( R T )KK

gdzie n=(c+d)-(a+b)

Jeeli n=0 to Kp=Kc

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 23

O rwnowadze raz jeszcze: warto K (1)

Kiedy reakcja faworyzuje tworzenie produktw a kiedy substratw?

W stanie rwnowagi koncentracja produktw jest duo wiksza ni koncentracja substratw

(g)22(g)2(g) O2HO2H

pK K>>1

Reakcja silnie faworyzuje tworzenie produktw

80105.1 22

2

O

2

H

2

OH

pp

p

T=300K

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 24

O rwnowadze raz jeszcze (2)

ClAggClA (s)

cK ][Cl][Ag -5101.8

K

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 25

Rwnowaga i bodce zewntrzne

Stan rwnowagi moe by przesunity jeeli zmienimy:

koncentracj skadnikw

cinienie zewntrzne (w przypadku reagentw gazowych)

temperatur

Henri Le Chatelier1850-1936

Regua przekory Le Chateliera

Jeli w warunkach rwnowagi zmienimy jeden z parametrw reakcji (temperatur lub cinienie), to rwnowaga reakcji przesunie si w taki sposb, by zmniejszy dziaanie bodca (ukad przeciwstawi si zmianie) ...

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 26

Przesunicie stanu rwnowagi: zmiana koncentracji

Jeeli koncentracja jednego ze skadnikw ulegnie zmianie

koncentracja pozostaych reagentw zmienia si

tak aby warto staej rwnowagi pozostaa niezmieniona (w T=const)

K jest stae-jedynie przesunicie pooenia stanu rwnowagi

DODANIE PRODUKTW

rwnowaga przesuwa si w stron tworzenia substratw

DODANIE SUBSTRATW

rwnowaga przesuwa si w stron tworzenia produktw

USUWANIE PRODUKTW

- czsto stosowane jako sia napdowa zakoczenia reakcji

TWORZENIE GAZU, STRCANIE

(g)2(g)(s) 2COO2C

][O

[CO]K

2

2

19.10.201727

4 mole gazu 2 mole gazu

przesunicie w prawo

w stron mniejszej iloci

moli gazw

Efekt zmiany cinienia (rwnowaga w gazach)

3HN

2NH

p3(g)2(g)2(g)

22

3

pp

pK2NH3HN

Wzrost cinienia (zmniejszenie objtoci)

19.10.201728

Efekt zmiany cinienia (rwnowaga w gazach)

3

HN

2

NH

p3(g)2(g)2(g)

22

3

pp

pK2NH3HN

spadek cinienia (zwikszenie objtoci)

4 mole gazu

przesunicie w lewo

w stron wikszej iloci moli gazw

2 mole gazu

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 29

Wpyw temperatury na rwnowag chemiczn (1)reakcje egzotermiczne (Q

19.10.2017 Inynieria Biomedyczna, I rok 30

Wpyw temperatury na rwnowag chemiczn (2)reakcje endotermiczne (Q>0)

242 2NOON

]O[N

][NOK

42

22

c

bezbarwny brzowy

Ze wzrostem T stan rwnowagi przesuwa si w stron tworzenia produktw ( w kierunku reakcji endotermicznej).

Ze wzrostem T dla reakcji endotermicznej nastpuje wzrost staej rwnowagi K