Embed Size (px)
Citation preview
Broj grupc lzmijenjeno Povijesno
Novo
Periodni sustav_ elemenata
I" I1A IIIB IVIl Vll vm vim Vll! III liB lilA IVA VA VIA VlIA 0
I,' I1A lIlA IVA VA VIA VIlA vm III lIB III \l [VB VB VIB VIIB 0 ---------2
II __ 1_0080 ['
) . Li Be
6.9..jl _?J2..I.,~~ . It 1",
INa Mg I
3 4 5 (;' 7 8 "
d
10 11 12 13 14 IS 16 17 18
[Tel 5 i -t;'---i -)- S -,----'9 -- --"lO-j '"""~ B I C I N 0 F No
10.81 i2!.:~Il.:' IS.9.<N: ~).?~~.~u~~
AI Si P S CI Ar I 22.98')8. ~":1..:.305 .0{- -----.---- ",., __ ,_, _
1]9 20 II n lJ N ~'5 [K Ca Sc Ti V Cr Mn' 1 LX?:..!o~ __ .m.08 ~~?5~'~ ~?~ 50-9~L.:.~ . ~;~~ _~;IIi{) I .';5 I" • • • ., ~. u
I
'6 " ,,'-""Ii ;e Co Nl eu : ~~_ ~~1E-~8 22_ 6~~_ ~
[Ij !4U 15 16 17 1&
2t>.98~?_ ~% _}()'.J7]~" ,\2.06 JSA'd! l'H48.
~\-l\!3l1J3 3"\.1536
J.~~~L~~z.,.Jl{~t' _?~~~. _ 7~.~._ .. ~?90 ... r.'_~ __ li' a~8rO i Rb Sr Y Zr tNb Mo I Tc ~ .. y'J8 B7'/~L ~ 9059 91 H 9~[)6~ ~~_ ;..?~:9062 'I 'S~ So 57 n 7J 7.; 1 75
i Cs Ba La * Hf Ta I W l' Re ,131.9055 ~~~_ ... _ !2~ .. ?O~5 178~9 ~ 947~ I g385 _18& 2
r B7 88 89 104 lOS [lO6: J Fr Ra Ac :Unq Unp Unh
l (~~~L l~~:::.' 1 £271 _ (l_:!l _Ub2 )_ !l~ J~ __ ~-s- .. -~
[S' -* Ce ",.~~_lI:~:
H 45 % 47
(u Rh Pd Ag 1-07 IOl.90~S l%A 10'/ .$68
" " " 79
)5 lr Pt Au • ,0.2 J9U2 )<)509 196. 9665
.~J_L_ .'--_.-
( , 1
~ 1 ~ 51 52 U 54
In i Sf) Sb Te 1 J Xe 2L~~ __ :~. "!..~?.:...&0~_ ~~~9<:!':s ---.-:~
g '1'1 Pb I B, Po At Rn 20
. 8' J 82 83 IH 8.5 I so
S9 j ZO~ J7 207 1 ; 208 9$()6 (210) mOl, I!U) J -r' ~-, . ~--J" ,LJ _ _ __ 1 __ L-
+-- ---- p ------~--~
r)~l~o fEr fr:n VI) r 1','Ui 1&z.5D :JI:,~,<i30,\!j(,7.,!3()lljb8.<)j42 17l.0--I 17'L9~.J
: I--~~ -'l--~~--r .'ty--" r '~i;:"-r;~-T-~~r~~~-~ "'~ik I·~---T --~~' l~u~\-r~'~T~;~- r i-{~: J 12Jl.QJ~"I" ;Jl ~.~YL'}S.i)!9 L.;~~:g~8!L.!.:,:.'!.~_LS:!~ __ L ("~l) (~_ (251\ ; i!54'1 (ls:l~.l~.""L~~~,~!" ~-,,--~------ -.- f -.---.-------.. --~~. -.----------~-~
~:)" ,Ai' c, ,2. i) (} ,; ;;;
I,· ""
1 ,I "
-/---,.- .. 0 f:} I be' F-d
;;... ;:;-
>-l r.J'1< N.
:: (j ~ z R. .....
< 39 qj-I12+ /~
~ ~ t:l.. > ~,
J" l"'l
trJ 0 - :;0 --n_ N -\0
.. \0 >
.....
-J == :: '"'
t) . .. l"'l
aa 1:1) '"'
~ ..... ..:: (j
0-
",' _. \:l' 2 ::l
~ .....
(l)
::::
N. ;:;, N
~ t""
~ "- \ ----. ': "'''',- ---, ....
n.
~ "'-0 ~ ~, n_
~
~ g r
Univer~itet u Tuzli, odlukom Komisije za izdavanje odobrenja za upotrebu udzbenika, bra] 03-125/96., ad 23.02.1996. godine, odobrava upatrsbu zbirke "Zadacl iz opste hemije za students RGF-a"
Recenzenti:
Prof. dr. Munira Mazalovic, Medicinski fakultet u Tuzli,
Prof. dr. Ranka Kubicek, Tehnoloski fakultet u Tuzli.
Korektor:
Mensura Salameh, prof. hemije, Gimnazija "Mesa Selimovic", Tuzla
Stampa:
DOD HARFO-GRAF
Jzdavac:
Rudarsko-geoloski fakuftet, Tuzla
Sponzor: SZR BONY, Tuzla
]
I 1
!
SADRZAJ
PREDGOVOR 1. FIZlCKE VEL1CINE I JEDINICE . .1
VELlCINSKl RACUN ' ............. 5 2. MASA A TOMA I MOLEKULA. MOLARNE VELIClNE 9
3. SVOJSTVA GASOVA.. . .. 20
4. STRUKTURA A TOMA. HEMIJSKA VEZA.. . ... 27 STR UKTURA A TOMA .. . .. 27 ELlTKTRONSK4 KONFIGUR4CJJA . 28 PERIODNI SISTE'v! ELE~1ENA7:4 ...... 30 HEMJJSKA VEZA.. . .33
TALASNO-MEH4NICK4 PRJRODA KOVALENTNE VE1E.. . .35 5. SASTAVSUPSTANCE(TVARI) ......... .41
EMPIRJJSKA FORMULA SPO.L4 . . ....... .46 ZADACII1 ORGANSKE HElvfIJE.. . .. .50
6. KONCENTRACIJA RASTVORA . .56 RAZRJEDIVANJE R4STVOR4. 61
7. HEMIJSKE JEDNACINE. REDOKS-JEDNAC1NE 71
8. IZRACUNAVANJE POMOCU HEMIJSKIH JEDNACINA 80 ZADACII1 ORGANSKE HEMlJE.. . ...... 97
9. HEMIJSKA RA VNOTEZA .. 105 BRZlNA HEMJJSKE RE4KClJE ..................................... 105 KONSTANTA RA VNOTEZE.. ..' .. 1 06 LE CHATELIER-OV PRINGP.. 109 RAVNOTEZA URASTVORIMAELEKTROLITA. 112 PRODUKTTOPIVOSTI.. . . .................. . ... 114 JONSKl PRODUKT VODE.. .. .......................................... 120
10. OSMOTSKI PRlTISAK. . . .............. 130
11. ELEKTROLlZA.. . . . ... .135
12. TERMOHEMIJSKE JEDNACINE ... 139 KANTONALNO TAKMIC.ENJE IZ HEMlJE UCENIK4 SREDNJIH SKOLA.... . 144
LlTERATURA.. 147
DODATAK. ..148
PREDGOVOR
. Ova z?i~ka. naI~je~j~na je studentima Rudarsko~geoloskog fakulteta a moze konsno POSIUZltI 1 UCelllClITla srednjih Skala posebno llcenicima' ...
d" I 'h .. ' gunnazlJe, me .ICIllS {C 1 emlJske skole. Autori su se trudili da sa,l~'1iu Zb' k da·
. ..... \.ll£.ClJ lr e JU asnove za profeSlOnaln~ .. onJentaCIJU, ~d~osno da sto veei broj uradenih primjera i zadataka bude u flll1kCl~~ struke. U Zb!fCl se nal~i i v~liki broj zadataka 1Z organske hcmije.
~em.lJa .~as za~ma 7..nacaJn~ mJe~to u prirodnim naukama, a stekla ga je u~rJvo. k\ anutattvn~~ pnstupom. proucavanJa ~upstance. Taj pristup se sastoji u nlJ~:~nJu ma.~a, kOhCll1a: zapre~'ll~, ene~getskih promjena i niza drugih fizickih veiIcma, t~ nJ~lO:o preracunavatlje 1 povezlvanje pomocujednacina.
U ZbUCI sma posebnu painju posvetili novom pristupu racunanja u heme koje se ~ove v~licinsko racunanje. S vremcnom su se u herniji ustalila dva naCi~I, rac~~n~a. P~l ~a~in, k~j,i" s~ tem~~~ na, pr~porcijama i tome slieno, povezan je s: p~~resrum ~01~J~rn. ~zlckih vvel~~ma I Il!lhoVih jcdinica. Takav naGin racunanja tc:ko se. maze p~mJerutI na slo~elllJ~ proraclU1.~ i treba ga izbjegavati. Drugi nacin rac~Ja n~ ~oJe~ ~e t.em:lJl .. ~Zlcka hemlJa, jednak je racunanju II fizici, a omogllcav,a .~lesavanJe 1 naJsloze~IJlh zadataka (veJicinski racun).
v • ~ amost ~o~~og 1 dobrog sporazumjevanja medll raznorodnirn strucnJaclma USIOVlO Je 1 neke medunarodne dogovore a to d . . d' . v • , su ogovon 0 J~ mstv~~o~ nac~u rac~anJa po~ocu velicinskih jednacina. Medlltim tradicija je bIla SUVlse Jaka I ustalJe~a. ~ek JC no:-? Zakon 0 mjernim jedinicama (koji je obav~zan za. upotreb? u blVSOJ Jugos~avlJl od L januara 1981 godine) uzrokovao pr~mJene ko~e ~u n~o ~o."ele do ra~un~ja yelicinskim jednacinama u hemiji. M~d~la:odni sl~~em Jedmlca (Sl) pnhvatila je i Medunarodna unija za Cistu i pnmJellJcnu he1lllJU ( lUP AC)
U. Zbirci su yodje,dnako koristeni termini, kao npr. disoc\jacija i joniz.acija. su~~tanca I. tv~: tvOPI:'Ost 1 .ms~orljivost, produkt i proizvod, jedinjenje i spoj, itd. TeZl ~~acl ObllJczeru su zVJczd1col11. Na kraju knjige dati su zadaci sa takmicenja srednJoskolaca iz hemije, 1997 godine.
1. FIZICKE VL'LICINE I JEDINICE
Pod veliCinom se podrazumjeva sve one sto se maze kvantitativrio mijenjati. VeliCine koje karakterisu fizicke pojave ili odreduju svojstva supstance nazivaju se fizicli.e velicine. To su na primjee duzina, masa, temperatura, energija, koliCina supstance, koliCinska koncentracija itd.
Svaka iizicka veliCina ima svoju brojnu vrijednost i odgovarajucu jedillicu. Kada kaierno daje duiina stoIa 1,2 m onda mama kakvaje stvama duiina. lzostavimo Ii jedinicu u toj jednaCini, ana gubi svoj snllsao.
A sto znaci izmjeriti neku fizicku velicinu? ZnaCi uporediti je sa velicinom . istc vrste koja je uzeta za jedinicu. U nasem prirojeru duzina je 1,2 puta vec~ ~d .
jedillice za duzinu, 1 m. Pisanje brajlle vrijednosti bez odgovarajuce jedinice je besmisleno.
Tokom razvoja naukc i tehnike upotrebljavan je velila broj jedinica, raz1i6t u raziicitim zemljama. Tokom vrcmena nastaia je prava zbrka u njihovom poimanju i preracullavanju, te se ukazala potreba cia se uspostavi neki sistem za sve zemlje ~m .
12. IIlilostva fizickih vclicina mogu se izdvojiti neke od njih kao osnovne tizickc vcliCine. Iz njih se mogu izdvojiti sve ostale, izvedene fizicke velicine.
Skup osnovllih i izvedenih jedinica tini sistem jedinica. Na 1 L generalnoj konferenciji za mjere i tegove, odrzanoj 1960 godine u Parizu prihvacen je Mcdunarodni sistem jedinica, skraceno S1. On se sastoji od sedam osnovnih jedinica za sedam osnovnih fizickih vcliCina, Te jedinice su medusobno povezane i obuhvataju sva podrucja nauke i tehnike (vidi prilog na kraju knjige).
Danas je niz znacajnih medunarodllih organizacija prihvatio SI: Medunarodna organizacija za cistu i primijenjeuu hemiju (IUPAC), Medunarodna organizacija za Cistu i primijenjenu ti7iku (IUPAP), Medunarodna organizacija za standardizaciju (ISO) itd. U bivsoj Jugoslaviji SI je usvojen 1976 godine, kada je donesen Zakon 0 mjernirn jedinicarna i mjerilima, sa rokom pocetka upotrebe od 1. januara 198] godine.
Osnovne veliCine i jedinice SI kao i odgovarajuce oznake date su u tabeli na kraju knjige.
Sve osnovne jedinice strogo su definisane na osnoVu medunarodnih dogovora. Definisaccmo neke od lljih (Sl.list RBIH, 14/93):
l\'lctar je duzina puta koji svjetlost prede u vakUUl11U za vrijerne jednog 299 792 458-og dijela sekunde.
Kilogram je jedinica mase., a jednak je masi medunarodnog pratotipa kilograma koji se cuva u Sevru kad Pariza.
Kelyin je termodinamicka temperatura koja je jednak.a 11273,16 lcrmodinamicke temperature trojne meke vode.
Mol jc koliCina supstance koja sadr:h toliko clementarnih jedinki koliko ima atoma u 0,012 kilograma ugljika C-I2.
Napomena: Elelnentarne jedinke mogu bili alomi, molekuli, joni, eiektroni i druge cestice.
. Pomocu sedam osnovnih fizicklh veliCina mogu se izvesti sve ostale ~ IZvedene velicine, koristenjern jednacina koje ill povezuju sa ostalim veliCinama
Na primjer, mjema jedinica za masenu koncentraciju izvedena je iz relacije
m y=-
V kg
a odgovarajuca jedinica je: m3
. ?s~o'vne i izvedene SI jedinice su kohercntne jedinice. Preracunski faktor l~medu lih Jedinica je jednak jedinici. Na prin~jer osnovne jedinice su metar (m' i ~11~g~a1l1 (k~), a iz:ede.ne .iediI~ce m~, kg/m.
3 itd. Osnovne i izvedene jedinice su ~I
Jcdmlcc u uzem smlslu 1 kratko ccmo ill zvatI SI jedinice. Nije ,do:'?ljno z~at~ s~~o jednu ~jemu jedinieu. 1z prakticnih razloga sc
?or~d. osnovmh 1 lzvedemh Jedlmea SI konste vee iIi manje jediniee, decimalnc SI JcdmJce .
. Za oznacav~j~ ~ill jedini~~ sluZ.~mo se simbolom prefiksa koji izraiavaju koliko Je pu~a ncka Jedmlca veea lIt manJa od osnovne, odnosno izvedene jedinice (koherentne Jedinice).
U tabeli na kraju knjige date su oznake i vrijednosti prefiksa_ Prefiks se pise zajedno sa jedinicom. Na primjer: 1 kPa"" 1 03 Pa 1 em = IO-2m I 3 10-6 3 1 3 3 3 ' , em = rn,ldm=lO"m,ldm =lO'm,lmC=IO,3C,lMPa=IO"Pa Oa napom~nemo da su izmedu ostalih dopustene i jedinicc: 1 i (litar) ;:;:; 1 dm3 i 1 bar = 10- Pa (pog1edaj na kraju knjige).
ZNACAJNE CIFRE
. Kada u zadacima racunamo sa mjernim podacima, tatnost rezultata mJere~Ja mora se ravnati prema broju znacajnih (pouzdanih) mjesta sto ga imaju podacl.
Pri sabiranju i oduzirnanju trcba u rezultatu zadrZati onoliko cifara koliko ima broj sa na.imanjim brojcm cifara. Na prirnjer:
0,146 + 2,1 + 0,56 + 2,86 ~ 2,8.
Pri nmozenju i dijeljenju brojeva treba u rczllitatu zadrZati onoliko cifara koliko ima braj sa najmanjim brojem cifara. Na primjcr
5,36·0,8 = 4,504 ~4,5.
Pri diz3IUu na kvadrat i kub potrebno .ic u rezultatu zadrZati .bnoliko eifara koliko ih ima u osnovi. Na primjer:
3,282 = 10, 7854 ~ 10,8.
Pri vadenju kvadratnog (i kubnog) korijena vaii i510 pr:J'\i'Io. Na primjer:
.j86 = 9,237 ~ 9,3
2
Ova preporuka ne zadovoljava pri racunanju sa relativnim atomskim i molekulskim rnasarna.
Vrlo male i vrlo velike mjerne podatke cesto je prakticnije izraziti pomoi'll potencije od 10. Na primjer: a) 1000 = 10', b) 52000 = 5,2-10 4
•
Ako je broj manji od 1, pisemo ga kao potenciju s negativnim eksponentom. Na primjer: a) 0,001 = W-3
, b) 0,00012 = 1,2'1O~. Evo jos nekoliko primjera:
a) 0,000014 m' = 1,4 '105 m3. b) 0,0043 molll = 4,3 '10.3 moln, e) 101300 Pa= 1,01310' Pa, d) 300000 000 mls = 310' mis, e) 0,00000021g1l=2,llO"gIl.
PRIM,fERI
Primjer 1: Osnovna jedinica za masu je I kg. U hemiji se najcesce koristi decimalna jedinica I g (gram)
Masu rastvora od 5 g izraziti U osnovnoj jedinici pomocll potenClje od 10.
Rjdlcnje: m = 5 g = 0,005 kg= 5,10" kg.
Primjer 2: S1 jedinica za zapreminu je 1 m3. Dozvoljena je upotreba
jedirrice litar (I), koja se najcesce koristi u hemiji. 11 = 1 dm3•
Zapreminu rastvora od 150 em3 izraziti u : a) m3; b) 1.
RjeScnjc: a) Zaprenlinu izraienu u em'treba izraziti u m3.
Racunamo: 1 em:= 0,01 111 "'" 10'2111
1 em3:= (l0-2mi "'" 10-6 ml
•
V -= 150 em3 ::;:: 150·10-6 m3 = 1,5.10"4 m3.
b) Zapreminu izraienu u em} treba izraziti u litrima (1). Znamo daje 1 1= ] dm3
. Racunamo: I em = 0,1 dm = 10" dm 1 em' = (l0" dm)' ~ 10" dm' V = 150 ern' = 150·10,3 drn' = 0,15 dm' V=0,151.
Primjer 3: Gustina tvari (supstanee) definise se kao odnos mase i
m kg L:'lpremine, p:::: --. S1 jedinica za gustinu je U hemiji se najcesce koristi
V m'
decimalna jedinica -g- odnosno !. dm 3 !
Gustin; rastvora od 1,2 -gcm3
izraziti u: a)_k_g , b) _k_g_, e)_If. .. , d)!L m} dm3 dm3 1
3
b) p~~2-g-~12. 1O-'kg ~12~ em3 " 10 3dm3 'dIn3 .
Zapaiaffio da su gustine izraiene u glem3 i kgldm3 brojno jednake.
d) S obziroru daje 1 dm' ~ II, to je
p~I,2'IO' !. 1
Primjer 4: SI jedinica za pritisak je paskal (Fa). U herrtiji se testa koristi gecimaina jedinica kilopaskal (kPa). Dozvoljenaje i upotreba jedinice bar (J bar ~ 105 Pal.
o. ~ormalni atmosferski pritisak iznosi 1,013 bara. Izraziti taj pritisak u: a) mlhbarllna (rubar), b) paskalima, e) kilopaskaJima, d) megapaskalima (MPa).
Rjdenje: a) I bar ~ 1000 rnbar,
p ~ 1,0!3 bar ~ 10 13 rubar, b) Ibar~105Pa,
1,013 bar ~ 1,013-105 Pa, cJ IkPa~IO'Pa
1,013.105 Pa =' 1,013·10' kPa = 101.3 kPa, d) 1 MPa = 10' Pa .
1,0J3.105 Pa ~ 0,1013 MPa.
Primjer 5: Izraziti u SIjcdinicama: a) pritisak: 1 bar, 20 rubar, 30 kPa i 15 MPa. b) zaprerninu: 20 em3
, 3 dm3, 60 mI, '
e) gustinu 1,4 glm', 1250 gil, 1,06 kgldm', 1,8 glrui.
Rjc.senje: a) 10
5 Pa; 2·10' Pa; 30·10' Pa; 15.106 Pa.
b) 20 em' = 20·10~m' = 2.lO·5m3; 3 dm' ~ 3·lO" m'; 60 ml = 60 em' =
60·10-6 rn3= 6.10,5 m3 ,
c) 1,4 g/em' = 1,4·lO·3 kgllO~m' = 1,4.IO'kglm'; 1250 gil ~ 1250·1O"kg/IO"m' ~ 1250 kg/m'; 1,06 kg/dm' = 1,06 kg/lO"m' ~ 1060 kg/m';
1,8 g/ml = 1,8·10·'kgllO~m'~ 1,8·10' kg/m' ~ 1800 kg/m'
Postoje i bezdimenzionalne velieine, tj. veliCine Gija je jedinica broj 1. Na primjer, kaicmo da je braj molekula N = 1022
.
4
Bezdimenziolna veliCina je i maseni udio sastojka A, meA)
weAl ~---, m
gdje je m - masa uzorka.
Nekaje na primjer, maseni udio kuhinjske soli u rastvoru 0, 103. To znati da u rastvoru 100 g ima 3 grama soli. Takve se veliCine cesto izraiav ju u postocima (%), promilima (%0) iIi u dijelovima ppm:
%=001=10-2
'Yoo ~ 0 001 = 10" ppm~iO·6
U nasem primjeru ma.seni udio je:
weAl ~ 0,03 = 3 % = 30 'Yo" ~ JO 000 ppm.
VELICINSKI RACUN
I Odnosi medu fizickim veliCinama izraiavaju se S fiZiCrl
1 velicinama i I~ihovim jedinicama. Takvo racunanje se naziva veliCinsko_ K 0 se racuna s fizickim veliCinama pokazacemo na nekoliko primjera:
Primjer 1: Zapremina rastvora je V = 120 cm~, amasa 20 g. K;lika je gnstina rastvora?
Rjdcnje: Gustina rastvora se izracunava iz relacije:
m 220g p=-
V 120 em'
g 1,83--, .
em
Napomena:Clkoliko rezultat ielimo izraziti u S1 jedin'ci onda lema decimalne jedinic.e pretvoriti II osnovne:
183.!O3~ , m}'
Primjer 2: Zapremina rastvofaje V = 150 eru' a gustina 12 g/em' Kolika je masa rastvora?
, Rjelenje: m = P'V ~ !,2g/em"150 em' ~ 180 g.
5
Primjer 3: Ako je zapremina idealnog gasa 13 l, pritisak 0,98 NfPa, temperatura 24°C, kolikaje koliCina molekula u tom gasu?
Rjescnje: Aka zelirno rezultat dobiti u SI jedinicama onda polazni podaci moraju biti u SIjedinieama. V=131=U.l0'm', p = 0,98 MPa = 0,98'10'Pa = 9,8'IO'Pa T= 273 + 24 = 297 K n""'?
pV 9,8.IO'Pa.13.10"'m' n = ,._- "" 5,16 mol.
R T 8,314 J/molK·297 K
ZADACI
1.1. Izrazite 5 pomocu potencije od 10: 0) 1230 g, b) 22540 em', e) 985600 Pa, d) 0,0027 g, e) 0,000062 m'
R: a) 1,230'10' g, b) 2,2254'10' em), c)9,856'10' Pa, d)2,7 '10"g, e) 6,2 'W"m3
1.2. lzrazite u 81 jedinici, s pomocu potencije ad 10, sljedece mase: 0,00325 g ,4,23 t, 0,054 mg.
R: 3,25' !O~ kg, 4,23'103 kg, 5,4'10.8 kg.
1.3. Izrazit~ masu od 19 u kg, rng i tAg. Rezultat prikazite kao poteneiju od broja 10.
R: 10'] kg, 10' mg, 106 ~g.
1.4. Izrazite pritisak gasa od 12000 Pa u: kPa, MPa i barima.
R. 12 kPa; 0,012 MPa; 0,12 bara.
1.5. VodeCi racuna 0 znacajnim eifrarna pomnoiite ove brojeve: a) 4,8'2,1 L b) OJ13·204 c) 0,0323'0,21.
R: a) 10,128", 10, b) 6,1, c) 0,0068.
}\"apomena: U krajnjem rezultatu vaian je braj c~fara a ne braj decimalnih mijesta.
1.6. Treba naCi kolienik ad: a) 12,48 i 0,312, b) 4,53 i 2,0.
'. R: a) 40,0, b) 2,3
1.7. Ponmozite ove brojeve, pazeCi na pouzdana mjesta: 2,21 '0,3, b) 2,02-4,113.
6
R a) 0.7, b) 8,31.
1.8. Koliki je kolicnik brojeva, pazeCi na pOllzdana mjesta: a) 0,032 : 0,004, b) 97,52 .2,54.
R: a) 8,0, b)38,4
1.9. Izrazite zapreminu rastvora od 1 dm3 u: Ill3
, em3, mm3
, 1, dl, ml,i )11.
1.10. Zapreminu rastvara od 2 em3 jzrazite u : m!, dm3, I i m3
.
R: 2 ml, 2·!O·'dm3, 2·10,31, 2·!O·6m3
1.11. Izrazite u SIjediniei pritisak gas od: 986 mbara, 7 bara, 321 kPa
R: 9,8· 104 Pa, n05 Pa, 3,21·10' Pa.
1.12. Zapremina rastvara je 250 m!, a gustina 1,02 glem '. Kolika je m{lsa rastvara u gramima i kilogramima?
R m = 255 g"" 0,255 kg.
1.13. Masa rastvoraje 1 kg, a gustina 1,1 g/cm3. Kolikaje zapremina rastvara?
R: V = 909 enl3 = 0,9091.
1.14. Kad se dijele istovrsne velicine (ve!icine koje se mOb'll izraziti istim jedinicama) dobiju se bczdimenzionalne velicillC. Izraz.ite vrijednosti ovih jedinico' . 31)3/' a) glkg, b) mglkg, cJ ~glkg, d) 1Iem ,e) mIll, em m.
R: a) 0,001, b) 10.6, e) 10", d) 1000, e) 0,001, I) 10~.
1.15. U rastvoru mase m = 50 g rastvorena je 2 g kuhilljske soli. Koliki je maseni udio u: postotcima %, promilima 0/00, dije10vima u milion (ppm),
R: 4 % = 40 %0 = 40000 ppm
1.16. Izrazite zapreminu rast\'ora od 1,2 m3 u: dm3,cm3,Ttun3 Rezultat izrazite kao potenciju broja 10.
1.17. Profek{a koliCina elekticiteta u kulonima (C) moie se izraziti fwo proizyod jaCine struje 11 ampen"ma (1).i vremena proticanja u seklll1dama (I). Koliko elel.1ricil('[a prolekne kroz p"resjek pyovodnika za 6 soli ako je jaCina scruje 5 A 7
RQ~1"~1.08](tC
7
1.18. Elementamo naeiektrisanje, Ij. naelektrisanjejednog eiektrona, iznosi 1,6.10.19 C. Svaka kaliCina elektriciteta moze se izraziti kao cjelobrofni umnoiak elemenlame koliCine elekrticitera: q = N-e, Koliko elementarnih naelektrisanfa odgovara kolieini elektticileta od jednog kulona ?
1.19, Gustina 67 % nitratne kiseline iznosi 1,49 gicm3, a zapremina 1 ml. Kolika je masa Cisle Kuehne?
R: m(.4) = 0,938 g.
8
2. MASA ATOMA I MOLE KULA. MOLARNE VEL/CINE
Stvarna masa pojedinaCnih aloma je vrlo mala. Izraiavanje njene mase u kilogramima nije prikladno. Mase tako malih cestica mnogo tacnije se rnogu medusobom uporedivati nego preracunavati u jedinice rnase. 2ato je i dogovoreno da se mase atoma izraiavaju prema masi neke druge cestice, Pojam reiatiYnih atomskib masa prvi je uveo J.Dalton 1803 godine a kao atomska jedinica mase izabralla je masa najlakseg atoma tj. atoma vodika. Aka je npr, relativna atomska masa kisika 16 to znati da jc masa atoma kisika 16 puta veta ad mase atoma vodika.
Nakon otkri6a masenog spektrografa i izotopa fizicari i hernicari su kao atomsku jedinicu mase izabrali sesnaestinu mast atoma kisikovog izotopa 160, Sto je davalo tacnije rezultate, a 1961 godine kao atomska jedinica mase je izabrana dvanaestina mase atoma ugljika-12 i dobila je naziv unificirana atomska jedinica mase,u:
Njena vrijednostje : mil = u = 1,66057.10'27 kg.
Relativna atomsk'l masa Ax- nekog atoma odreduje se prerna unificiranoj atomskoj jedinici mase. To je neimenovani broj koji predstavlja broj unificiranih atomskih jedinica mase, odnosno braj koji pokazuje koliko je puta masa atoma veca od jedne unificirane atomske jedinice mase.
Masa jednog atoma se ouda i:z..racunava kao:
rna:::: Ar·u, a relativna atomska masa kao:
Ar=~. u
Primjcr 1: Kolike su mase atoma vodikovog izotopa IH i almninija At ? Relativne atomske mase su : Ar(H) ~ 1,0078 i Ar(Al) ~ 26,9815.
Rjdenje: mCH) ~ Ar('H)-u ~ 1,0078'1,6606.10.27 kg ~ 1,673,10.27 kg, m(AI) ~ Ar(Al)·u ~ 26,9815.1.6606.10.27 kg ~ 4,480.]0"26 kg.
Primjer 2: Prirodni bakar je smjesa 69,17 % izotopa "Co cija je . Ar ~ 62,929 i 30,84 % izotopa 65~U Cija je A.r = 64,9~7. Kolika je relativna atomska masa prirodnog'bakra ? Kolika je ta masa u kilogramima ? .
9
Rjdcnje: x, ~ 0,6917 Ar, ~ 62,929 ',~ 0.3084 Ar2": 64,927 Ar=? rna=?
Ar"" Xl,Ar1 + X2,Ar2 "" 43,528 + 20,023 =: 63,55, ffi, ~ Ar,u ~ 63,55,1,6606,]0,27 kg ~ 1,055,10,25 kg,
Relativna moickulska rnasa, Mr, nekog jedinjenja (spoja) je takodc neimenoyan broj koji nam pokazuje koliko je puta masa molekula iIi fommIske jedinke nekog spoja veea od unificirane atomske jedinice masc. Ona se dobije kao zbir relativnih atomskih masa atoma koji cine molekulu (formulske jedinke) log spoja. Masa molekule je:
odakle se relativna molekulska rnasa maze definisati kao:
Mr:;;;:;mm. u
Primjer 1: Kolikaje relativna molekuiska masa fosfatne kiseline H]PO,,?
Rjdenje: Sastav fosfatne kiseline prikazuje formula, sto znaci da molekul sadrZi 3
. atoma vodiko, 1 atom fosfora i 4 atoma kisika. Posta je Ar(H) ~ 1,0078, Ar(p) ~ 30,9738 i Ar(O) ~ 15,9994 ondaje:
Mr(H3P04) ~ 3 Ar(H) + Ar(P) + 4 Ar(O) = 97,9951. Za prakticno racunanje moze se uzeti Mr;:;: 98.
Primjcr 2: Izracunaj: a) masu jednog molekula CO2
b) masu fonnulske jedinke Na2S04
Rjdenje: a) Prema jednacini, masa jedne molekule je
ffim(CO,) ~ Mr(C02)·u Relatlvna molekulska masa C02 je
Mr(C02) ~ l·Ar(C ) + 2·Ar(0) ~ 1,12 + 2,16 = 44. Uvrstavanjem u predhodnu jednacinu dobi\'amo
mm(CO,) ~ 44,1,6606·]0'27 kg = 7,3·]0'26 kg.
b) Masajedneformulske jedinke natrij-sulfataje: mm = (Na2S0,) ~ Mr(Na,SO,)·u
Relativna molekulska masa natrij~sulfata je: 'Mr(Na,SO,) ~ 2·Ar(Na) + l.Af(S) + 4·Ar(0) = 2'22,99 + 1·32,06 + 4·16 = 96,06.
Masa jedne formulske jedinke je: mm ~ 96,06, ],6606, 10'27 kg = 1,595,10'" kg.
10
KoliCina supstance (tvari) ,n
To je velicina koja je proporcionalna broju jedinki koje ulaze II sastav neke supstance, Pod jedinkom se podrazumjeva broj atama, molekula, jona ... Na prirnjer, jedan atom vodika H, 20 molekula vadika H2, hiljadu rnalekula vode H20, 3 jona H~. Braj jedinki oznacava se sa N.
SI jedinica za kolicmu supstanse jc mol. Mol je ana kolicina supstance koja sadrii toliko jedinki koliko ima aloma u 0,012 kg izotopa ugljika 12.
Broj jedinki N i koliCina supstance (tvar) n mcdusobno su proporcionalne veheine:
gdje je NA- Avogadrova konstanta. Ona predstavlja broj jedinki 11 kolicini supstance od jednog mola.
To znaGi da u 12 grdma ugljika-12 ima 6,022-1023 atoma ugljika.
Primjer 1: Koliko atoma ima u bakamoj kugJici koja ima 0,3 mola cistog bakra?
Rjesenje: Broj atoma bakra povezan je sa koliCinom bakra prema jednaCini:
N(Cu) = n(Cu),NA
N(Cu) ~ 0,3 mol.6,Q22,10" mor"~ 1,807-10" . Kugliea sadrii 1,807-10" aloma bakra.
Primjer 2 : Kolika je koliCina molekula koja sadrZi 2,3· i024 molekula cUll101a ?
Rjdcnje: Kolicina molekula u uzorku zadanog broja molekula je:
N(etan ola) n(etan ola) =- -N-·~·--.
A
Uvrstavanjem zadanog podatka i poznate vrijednosti Avogadrove konstante dobivamo:
n(etanola) 2,3.10 24
6,02,10"
Uzorak sach-zi 3,82 mola etanola.
3,82 mol.
11
lViolarna masa, M
To je masa kolicine sup stance ad jednog mola. Molama masa jc brojno jednaka relativnoj molekulskoj masi odnosno relativnoj atomskoj masi prema izrazu :
M ~ Mr·glmol ~ Ar·glmoL
Dokaz.- Masa jednog molekula je Illm = Mr·u. Takode masa kolicine supstance odjednog molaje M::::: NAomm. Zamjenom dobijemo: M == :Mr·NA·u "" Mr·6,022·1023mor1,l,66·1O-2?kg "" Mr·1Q-3 kg/mol = 1v1r·g1moL
Prema definiciji molama masa supstance Aje:
M(A)~ m(A). neAl
SI jedinica malarne mase je kilogram po molu (kg/mol). Najcesce se karisti dedrnalna SI jedinica gfmol.
Molarnu masu supstance abieno ne nalazima u tablicama vee je dobivamo iz relativne atomske mase odnosno relativne molekulske masc, prema poznatoj relac~ii.
Primjer I: Kolika je molarna masa H20, H,SO" NaC!, Ag, AI, Pb, CO2?
Rjescnjc: Molarne lnase se odreduju iz relativnih molekulskih odnosno atoIllskih masa. lz tabliea izracunavamo da je Mr(H,O) ~ 18,016, Mr(H,SO.) ~ 98,07, Mr(NaCI) ~ 58,S, Ar(Ag) ~ 26,98, Ar(AI) ~ 26,98, Ar(pb) ~ 207,2, Mr(C02) = 44. Kada rclativne atomske mase odnosno molekulske mase izrazimo u g/mol dobicemo molame mase:
gdJe je:
M(H20) ~ 18,016 glmol, M(H,SO,) = 98,07 glmol, M(NaC!) = 58,5 glmol, M(Ag) = 107,87 glmol, M(AI) = 26,98 glmol, M(Pb) ~ 207,2 glmol, M(Co,) ~ 44 glmo!. '
Prema definiciji kolicina supstancc, odnosno mola, moterno pisati da je:
m N n=-=--,
M NA
m ~ masa supstance, M- molarna rnasa, N- braj jedinki (atoma, molekula, jona .. ), NA - Avogadrova konstanta.
Molarnu masu M je najprakticnije izraziti u glmol, te se i masa supstance m najceSce izraZaya u gramima.
Primjcr 2: Za neku hemijsku reakciju potrcbno je 0,4 mala srebo-nitrata. Koliko je potrebno' odvagati grama te soli?
Rjdcnje: n(AgNO,l = 0,4 mol m(AgN03)~ ?
12
Iz jednacine kOja definise molarnu rnasu potrcbno je naCi relativnu molekulsku masu: ',,-
Mr(AgN03) ~ j·Ar(Ag) + I·Ar(N) + 3·Ar(0) ~ 107,9 + 14 + 3·16 = 169,9 Molarna masaje M ~ 169,9 glmo!.
m(AgNO,) = 0,4 moH69,9 glmol m(AgNO,) = 67,96 g
Potrebna masa srebro-nitrataje 67,96 g.
Primjer 3: Izracunati kolicinu supstance u 10 g: H, H2, O2, NaCl.
Rjdenjc: U tablicama nalazimo da je: ArCH) = 1,008, MrCH,) = 2,016, Mr(O,) = 32, Mr(NaCl) ~ 58,5
Malarne mase su A(H) = 1,008 g/mol, M(H2) = 2,016 glmol, M(O,) = 32 glmol, M(NaC!) =
58,5 glmol.
KoliCine supstance su:
m n(H)=--
M(H)
109 1,008 gl mol
9,92 mol,
109 niH,) = ------ = 4,96 mol, '- 2,016 gl mol
n(O,) ~-~~ 0,312 mol, 32glmol
10 g , n(NaCI)=- --=0,l71mol.
58,5 gl mol
Primjer 4: Izracunati koliCinu supstance i braj jedinki u 1 kg vade i 1 kg zeljeza.
Rjesenje: Broj jedinki (molekula) u 1 kg vode izracunavarno na sljedeCi naCin: m(H,O) = 1000 g M(H,O) ~ IS glmol n(H,O)='1 N(H,O) =?
m 1000 g n = - -- , 55,55 mol
m 18g/mol
N(H,O) ~ NA·n ~ 6,022·1023 mor I 55,55 mol ~ 3,345·10",
KoliCina jedinki (atoma) u 1 kg zeljeza je:
m(Fe) 1000 g n(Fe) ~ --= ----- ~ 17 9 mol
M(Fe) 55,85 gl mol '
13
Broj jedinki (atoma) u 1 kg zeljeza je:
N(Fe) = n(Fe)·NA = 17,9 mol·6,022-10" mOrl = 1,078·10'5
Primjer 5: U boci ima 5 kg metana. Koliko ima molekula metana u boci?
RjeSenje; meCH,) = 0,5 kg = 500 g N(CH,) =?
1z jednacine koja defmise kolicinu supstance: m N
n=~=--,
M NA slijedi da treba nab relativnu molekulsku masu i molarnu masu metana:
Mr(CH4) = Ar(C) + 4·Ar(H) ~ 12,01 + 4·1,008 ~ 16,04.
Mo!arna masa metana M(CH,) = Mr(CH.,)·glmo! ~ 16,04 glmo!.
Broj rnolekula metanaje: '00 N(CH4)~NA m ~6,022.1023mo!'1 ) g -1,872.10".
M 16,04g/mo!
Primjer 6: Kolika je rnasa zlata i cinka koje odgovaraju broju od 2.1020
atoma?
Rjdenje: NeAu) = NeZn) = 2.1020 atoma m(Au) ~? m(Zn) ~ ?
Da bi nash mase zlata i cinka treba prvo naci njihove molarne mase.
M(Au) ~ Ar(Au)·glmo! = 196,966 glmo! M(Zn) = Ar(Zn),glmol ~ 65,38 glrno!
Posta je kolicina supstance n::::!E.. =:~, andaje: M NA
m(Au) ~ N(Au) M(Au) ~ 2 .10 20 , 196,966 g/mo! ~ 0,0654 g. N A 6,022 ·10" mo!'l
m(Zn) = N(Zn) M(Zn) = 2 .1020 65,38 g/ mol 0,0217 g. NA . 6,022. 1023 mo!'l
!4
Molarna zapremina Vm
To je zaprernina kolicine supstance od 1 mola. Prerna defmiciji molarna
zapremina supstance A je:
V (A) VeAl d m = n(A) , 0 nosno
gdje je V~ zaprernina kolicine supstance n.
SI jedinica molarne zapremine je m3 fmol. Najcesce se koristi decimalna 5.1 jcdinica dr~llmol, odnosno limo! ( 1 1 = 1 dm\
Vrijednost molarne zapremine zavisi od temperature i pritiska Sto narocito dolazi do izraiaja kod gasova.
1 mol idealnog gasa pri standardnim uslovima (273,15 K i 101325 Pa)
zauzima zapreminu od 22,41 odnosno 22,4·10·3m3
.
V m e = 22,4 IImol
Primjer 1: Izracunaj zapreminu amonijaka pri standardnim uslovima aka je
masa amonijaka 80 grama.
Rjdenje: Iz jednacine koja
. amonijaka definise molamu zapreminu nalazirno cia je zaprcnrina
Y(NH3)~ n(NH))·Yrno Za izracunavanje zaprenrine potrebno je znati kolicinu amonijaka koja se
maze izracunati lZ poroate mase amonijaka:
n NH ~ m(NH,) = 80g = 4,70 rna! ( )) M(NI')) 17,03 g/mo!
Y(NH3) ~ 4,70 mo!·22,4 mor l ~ !05,28 L
Pri standardnirn uslovima 80 g amonijaka zauz.ima zapreminu od 105,28 1
Primjer 2: a) Koliko ima moiova i molekula, pri standardnim uslovima, u 1 litru: H2,02 i
CO,? b) Kolikaje odgovarajuca masa?
Rjesenje:
V m = 22,4 lfmol Y= il M(H,) ~ 2,016 glrno! M(O,) ~ 32 glmo! MCCO,l ~ 44 glmo!
11""7
!5
a) Braj molova je:
0,0446 mol,
II 22 4 ! / ! ~ 0,0446 mol,
, ,IDO
n(CO,) ~ 0,0446 moL
B 'lkl" N roj mo e u a lzracunavamo iz n ::: - odakle je' NA
.
N(H,) ~ n(H,)·NA ~ 0,0446 mo!·6,02H023 mol" ~ 2 86.1022
N(O,) ~ 2,68.1022, . "
N(CO,) ~ 2,68·]022 Na istoj tempemturi i pritisku iste zapremine gasova imaju isH broi
molekula odnosno mala va. J
c) Masu izracunavamo izjednaCine: n;:;; ~ odnosno ill == n·M M . m(H,) niH,) ~ 0,446 mol·2,016 glmo! ~ 0,09 g, m(O,) ~ 0,8 g, m(CO,) ~ 1,96 g.
Pri.mjcr 3: Kolikaje malama zapremina vade na temperaturi 4DC a kolika olova' Gustma vade na 4'C je 1000 g~, a olova 11400 kglm3
'
RjeS:cnje: p(H,O) = 1000 ~ p(Pb) ~ 11400 kglm' ~ 11400 gil M(H,O) = 18 glmol M(Pb) ~ 207,2 gimoL Vm(H,O)~? V",(Pb) ~ ?
P dfi· .. ·V V rema e llllCljl m:::: -; treba naei braj molova i odgovarajlleu zapreminu,
~os:o nema~o konkretue podatke za zaprerninu V i masu m, izvodimo fonnule za izracllnaVanjC molame mase: '
16
m . m n=- 1 p:::::-
M c ... V· Zamjenom u gornju jednaCiuu dobijemo da je molama zapremina:
M Vm=~
p Molama zapremina vade i olova je:
HO_ M (H,O)_18glmol 00811 I
Vm ( , )- p(H,O)- IOOOgll ,I rna
V (Pb)~~(Pb) ~OOI8 limo! m 'p(Pb)'
ZADACI
2.1. Koltka je rnasa: a) jednog prosjeellog atoffia kalcija Ca i magnezija J\1g, b) prosjecnog molekula kisiY.a O2 i vade H20, c) prosjecne fonnulske jedinke natrij~karbonata Na2C03 i natrij-hlorida NaCl?
R: a) 111;,(Ca) ~ Ar(Ca)·u ~ 6,66.10.26 kg; 1l1,(Mg) ~ 4,04.10·26 kg.
b) mm(O,) ~ Mr(O,l'u ~ 2,65·lO''' kg; mm(H20) ~ 2,99·lO''' kg. c) 111,,(Na,C03) ~ 1,76.10.25 kg; l11m(NaCl) = 9,70.lO'
2'kg.
2.2. Kolikaje molarna masa atoma : a) CI, b) Cu, c) N, d) K, e) Ph.
R: a) Ar = 35,45, M ~ 35,45 glmol; b) Ar ~ 63,55, M ~ 63,55 glInol; c) Ar =
14,01, M = 14,01 glmol; d) Ar = 39,10, M ~ 39.10 glmol; e) Ar = 207,2, M ~ 207,02
glmo!
2.3. Izracunajte relativnu molekulsku masu i molamu masu: a) natrij~bidroksida NaOH, b) nitratne k1seline HNO" c) Fe(OH)3, d) NH,OH, e) AhO" f) H,.
R a) Mr ~ 40,00, 1\1 ~ 40,00 glmol; b) Mr ~ 62,01, M ~ 62,01 glmol; c) Mr ~ 106,85, M ~ 106,85 glmol; d) Mr = 53,49, M ~ 53,49 glmol; e) Mr" 101,96, M =
101,96 glmol; f) Mr ~ 2,016, M = 2,016 glIllO!
2.4. U jednaj celiji crijevllog baciia ima 150 mmol jona K+, Izracunaj broj jona kalija u jednoj celiji.
R: n ~ 0,15 mol; N ~ 9,03·10".
2.5. Koliko ima molova i atoma u 19 allUllil1ija, antirnona, hroma,silicija i bora?
R: 0,742 mol AI, 4,4f.l023 atoma AI; 0,164 mol Sb, 0,98.1023
atoma Sb; 0,385 mol Cr, 2,32.1023 atoma Cr; 0,713 mol S1, 4,29.1023 atoma 51; 1,85 mol B, 10,83.10
23
atoma B.
l7
2.6. Koliko grama srebro-hlorida treba odvagati aka nam je patrebno za ncku reakciju 0,4 mola AgCI?
R: 57,3 g AgCl
2.7. Koliko molekula ima u 1 m3 vode, ako je gustina vode 1000 gil?
R: n ~ 55555,5 mol, N ~ 3,34· 1028 molekula
2.8. Koliko molekula ima u 1 g nitrogena, 10 mg metana i 5,3 g CO2?
2.9. Izracnnajte masu uzorka koji sadrzi a) 1,5.1015 atoma 2n; b) 1,64.1024 moiekula 1,; c) 3,2.1023 aloma He, d) 4,1.1023 molekula etana? '
2.10. Izracunajte ukupan broj molekula u rastvorn koji je doblven mjesanjem 3,2 mola H20 i 1,5 mala CH)CH20H.
2.11. Elektrolizom NaCI dobiveno je 15 grama Cistog Na. Koliko atoma ima u dobivenom uzorku Na?
H ' 9.1023 /",.J, .
,,'.- \.
!,tl7- Gustina NaOHje 2130 gIL Kolikaje molarna zapremina NaOH?
H 0, ° 188 llmol.
2.1.3. Izracunajte masu,broj mol ova i molekula u 2 1 vode prj ODe. Gustina vode je 1 g/cm3
.
R: m~ 2000 g, n~ Ill,! mol, N~ 6,69'1025.
2.14. lzracunati koliCinu tvari u: a) 3,45 g Na; b) 10 t MgCO,; c) J 2,425 mg cr; d) 1,0 kg H,S04,
R: a) 0,15 mol; b) 1,186·J05 mol; c) 3,5·10" mol; d) 10,19 mol.
2.15. Koliko sejedinki nalazi u 1 g I-hO, Q,12 molova Zn i 0,005 molova Ca2+?
R: 3,346.1022 molekula; 7,23.102 atorna; 3,01.1021 jona,
2.16. Izracnnati rel~tivne molekulske n19-se sljedeCih jedinjenja: erG}, KAI(S04)2,12 H20, Si02_
R: 100; 478,38; 60,09.
18
I' I
2.17. Kolikaje masa II azota i hiora pri standardnim uslovima?
R: 1,25 g azota, 3,15 g hlora.
2.18. "Masa kisika u celicnoj bod iznosi 1,6 kg. Kolika bi bila zapremina pri standardnim uslovima? Koliko ima molova i molekula kisika?
R: 50 molova, 3,01·10" molekula, V~ 11201.
2.19. Zapremina zraka u uCionici pri standardnim uslavirna iznosi 200 m3
. Kolika je masa zraka i koliko ima molekula zraka? Prosjecnamolama masa zraka iZ1105i 28,9
g/moL
organska hemija
2.20. Kolika je masa prosjecnog molekula: a) etina C,H2, b) metanola CH,GH, c)
etanola C,H,OH?
H a) 4,32·10'26 kg" b) 5,32.10,26 kg, c) 7,32.10.26
kg.
2.21. Kolikaje rnolama masa ovih ugljikovih jedinjenja: a) etana C2H6, b) benzena C
6B", c) etanske (sircetne) kiseline CH3COOH, d) saharoze CI,HOlO ,,, e) gltikoze
C6H120 6 .
R: a) M ~ 30,0 glmol; b) M ~ 78,05 glmol; c) 76,03 glmol; d) M ~ 342,17 glmol;
e) 180,09 glmo!
2.22. Koliko molova ima u: a) 2 g metana CH" b) 50 g fenola CJ150H, c) 80 g metan-kiselille HCOOH, d) 40 g oktadekan (stearinske) kiseline C"H,COOH.
H a) n ~ 0,125 mol; b) n ~ 0,532 mol; c) n ~ 1,38 mol; d) ~ 0,158 mol
2.23. Koliko molekula ima u jednom gramu sljedeCih ugljikovih jedinjenja-a) butana C3HlO, b) hlormetana (metil~hlorida) CH}Cl, c) dimetil~elera CHr O-CH3
d) proponona (CH3hCO, e) allilina CJl5NH" f) glicina H2N-CH2COOH
R: a) n~O,OI72 mol, N~1,038.10Ol; b) n~0,0198 mol, N~I,193.J022; c) n~O,022~; mol, N~I,309.1022; d) n~O,Ol72 mol, N~I,038.1022; e) 1l~0,0107 mol, N~6,47·10 ;
f) n~0,0133 mol, N~8,01·1021
2.24. Izraeunajte zaprerninu koju pri standardnim uslovima zauzima: a) 1 g metana, b) 5 g propana, c) 4 g etina (acetilena), d) 9 g butana.
Ha) 1,41; b) 0,511; c) 861; d) 0,391.
2.25. Koliko molekula pri standardIJ.im uslovlma ima u-100 ern): a) etana, b) eteria;~e) etina? R: a) n~O,00446 mol, N~2,69.1021; b) islo; c) iSIO. Zasto"
19
30 SVOJSTVA GASOVA
Stanje gasa odredeno je njegovom zapreminom V, pritiskorn p i 1emperaturom T. Uslovi pri kojirnaje pritisak gasa 101325 Pa (norrnalni atmosferski pritisak) i temperatura 273,15 K nazivaju se standardnim usiovima i obiljezavaju se po iTo_ JedoaCina koja pokazuJe povezanost tih vc1iCina., za odrederlU koliCinu gasa n, naziva se jednacina gasnog stanja.
a gasove Cije stanje mozemo opisati tom jednaCinolll zovemo idealnim gasovima. Konstunta R sc naziva univerzalna gasna. konstanta i iznosi R = 8~14 J/mol·K.
Odnos termodinamicke temperature T i Celzijusove temperature t, poznat je iz fizike:
T ~ 273,15 + t.
Ako Sf U jednacini ~asnog stanja (Klapejron~ova jednaCina) zapremina izrazi u litrima (1 1 ::: 1 dm ) onda se pritisak moze iZr8ziti u kPa. Posto je 1 1 hiljadu puta manji od 1 m3 i 1 kPa hiljadu puta veta jedinica od 1 Pa onda se proizvod dijela odnosno l11ultiplajedinice S1 kompenzuje:
Hilla = 1O-3m3_103Pa = mJ·Pa U tabeli 1 su date jedinice SI i decimalne jedinice za veliCine koje se
najcesce koriste u hemiji.
I OZllaka I Decimalna jedinica koja se
VeliCina Jedinica S1 najvise koristi U hemiji
pritisak p I Fa . kPa
zapremina m' .
'i~J";r~ V . tem2cratura T K
·1
-masa I kg m . g -
·~···moiarna n{asa ( M kg/mol glrnol 1-' . i
gustma 0 kglm3 I gil ~ kglrn'
Da ne bi bilo konfuzije pri racunanju fl·eba biti dosljedan pri njihovo] upotrebi. Posto je u hemiji prakticnijc zapreminu izntiavati u litrima onda se pritiSlik mora izraziti u kPa. Takodc je prakticnije moIamu m.iSU izraziti u gfmol i tada se masa trcba izraziti u gramimn a gustina u gil. ImajuCi to na umu neee biti zabunc.
Daltonov zakon parcijalnih pritisaka gasova glasi: Ukupan pritisaJ.;. smjese gasova jednai{ jr zbim pal"x:ijalnih pritisllka komponenata)
P=Pl+P2+PJ+·
1z Klapejronove jednaCine moz.e se izraclU1ati gustina gasa p:
20
POSto je rn!V gustina, ouda je: pM
P~RT
rn RT p~--.
VM
Iz te relacije se moze izrdcunati molama masa gasa. Takode iz navedene jednaCinc se uocava da sc pri stalnoj temperaturi i pritisku gustine dva gasa odnose kao njihove molame mase.
Iz te jednaCine se izraclmavaju tzv. reilltivne gustine g~lso"a (najcesce u odnosu nu zrak~vidi primjer 2).
Primjer 1: Izracunati vrijed...tlOst univerzalne gasnc konstante R.
RjeS:enje: Za n = lmol gasa, R = pvrr. Aka uz.memo standardne uslove temperature i pritiska To i Po zapremina 1 mola idealnog gasa je Vo=22,4 1. Tada je:
3
101325Pa.22,4l29 10-3 ~ . R = Po Vo _________ --'m~ol _ 8 314_1_
To 273.15 K ' mol K .
Primjer 2: Kolike su relativne 6'1J.stine gasa vadika Hz, CO2 i CO U odnosu na zrak?
Rjdenje:
M(zrak) ~ 28,9 glmol M(H2) = 2 glmol M( CO2) ~ 44 glmol M(CO) ~ 28 wmol
!'.L~D=? p,
A.io relatii--TIu gustinu oznaCimo sa D onda je:
21
_ Mr(R 2 ) _ 2 _ 0 0692 D(R 2) - Mr(zrak) - 28,9 - ,
D(C02)~ Mr(C0 2 ) 1,52 Mr(zrak)
D(CO) ~ Mr(CO) ~ 0,97, Mr(zrak)
Uocavamo cta su vodik i ug1jen(II)-oksid "laksi" od zraka, a ug1jen(lV)oksid teii. Odnos molarnih masa jednak je odnosu relativnih molekulskih masa le stoga nismo pisali jedinice pri izraeunavanju.
Primjcr 3: Gustina gasa C~ na temperaturi 15"C i pritisku 101,325 kPa iznosi 1,86 gil. Kolikaje molama masa gasa?
Rjesenje: T ~ 273 + 15 ~ 298 K P ~ 101,325 kPa p ~ 1.86 gn Md
RT p
Zamjenom dobijemo:
M _, 1,86 g/l,8,314 J Imc1 K ·298 K ~ 44 g/mo!.
101,325 kPa
Primjer 4: Odredite relativnu molekulsku masu gasa aka 0,686 dm3 gasa
pri 27'C i pritisku 8,104 Pa ima masu 0,748 g
Rjescnje: V = 0,686 dm' ~ 0,6861 T = 273 + 27 ~ 300 K P ~ 8·10' - 80 kPa 111 '" 0 748 g M~'1
22
V ~ .lIl.RT PM'
M ~ mRT ~ 0,748g· 8,314 J Imc1· 300K _ 34 g/mol; Mr~ 3'4' pV 80 kPa ,0,6861
"I
Primjer 5: Iznad katodc, pri elektrolizi vodc, izdvaja se gas vodjk pri temperaturi 25°C i pritisku 101,3 kPa. Izdvojena zapremina vlaznog gasa je 46 em3.
Aka je parcijalni pritisak vodene pare na toj temperaturi 3,17 kPa odredi parcijalni pritisak suhog vodika i broj molova snhog vodika.
Rjdcnje: p~ lO1,3kPa p(H20) ~ 3,17 kPa T - 273 + 25 ~ 298 K V ~ 46 cm3
- 0,046 I p(H,) - ? n(H2) "" ?
Ukupan pritisak vlainog gasa je:
p ~ p(H,) + p(H,O), p(R,) ~ p - p(H,O) ~ 101,3 - 3,17 = 98,13 kPa.
98,13kPa·O,046I =OOOI8mol 8,314J/mol K 298K '
Primjer 6: Atrnosferski zrak sadrli 21 % kisika. Koliki je parcijalni pritisak kisika? Ukupan pritisakje puk "" 101,3 kPa.
Rjdcnje:
P ~ 0,21 Pill< = 0,21,101,3 kPa ~ 21,27 kPa.
Primjer 7: U sudu 7..apremine 10 I nalazi se smjesa gas-ova sastavljena od 3.2 g kisika; 4,2 g azota i 0,88 g ugljik(IV)-oksida na temperaturi 25°C Izracunali parcijalne pritiske svakog gasa i ukupan pritisak gasne smjese.
Rjdcnje: m(02) ~ 3,2 g meN,) ~ 4,2 g !U(CO,) = 0,88 g T~ 273 + 25 ~ 298 K V~ JO 1 prO,) ~ ?
p(N,) ~ ? p(C02) -?
Za izracunavanje pritiska potrebno je iz.racunati kolicine gasa:
23
1 bara?
v = II
(0 )_ m(O,) _ 3,2g
n 2 -----M(O,) 32 gl mol
O,l mol,
m(N 2 ) n(N,) ~ --- ~ 0,l5 mol,
M(N,)
n(CO,) m(CO')~002 I , mo. M(CO,)
Parcijalni pritisci Sll:
RT p(O,) ~ n(O,)- ~ 24,82 kPa,
V peN,) ~ 37,22 kPa,
p(CO,) ~ 4,96 kPa,
Primjer 8: Koliki je broj molekula u jednoj litri azota pri 20De i pritisku od
Rjdenje:
p= I bar = J05 Pa= lOOkPa T = 273 + 20 = 293 K N-?
Posta je n "" ~, iz jednaCine gasnog staIua nalazimo cia je: N A "
N P V ~ -RT, odnosno
NA
N~ pVN A ~ IO'kPa ,I I ,6,022 ,1023
mol-I =2,47,1022molekula RT 8,]14J/moIK·29]K
ZADACl
3.1. Koliku zapreminu zauzin1a 1 g vodika~_ amonijaka Nf.h, butana C;H10,
ugljikCIV)- oksida i sumpor(IV)-oksida nat,emperaturi 20"C i pritisku liS kPa,
R: 10,6 I; 1,25 I; 0,]61; 0,481; 0,26 L
3.2. Koliku masu ima 1 m3 meta.Tla CtL na temperaturi 25°C i pritisku 3 tv1Pa?
R: m = 19,4 kg,
24
3.3. Jedan gas ima zapreminu 3 m} kad pritiska 150 kPa, a drugi 3,4 1 kad pritiska 3 tvfPa. Oba gasa imaju istu koliCinu od 3 mala. Kolike Sll im tennodinamicke temperature?
R:T= 18000K; T=409K.
3.4. Koliki broj mol ova pri temperaturi od 20ue ima gas koji kod pritiska 20 mbara ima zapreminu 40 m3?
R: n 0::; 32,9 mol.
3.5. lednim udisajem u pluea udu 2 1 hladnog zraka ad 15°C. KoUka je zapremina tog zraka pri temperaturi Ijudskog tijela od 37°C i istom pritisku?
R: V=2,151.
3.6. Elektiolizom vodenog rastvora NaCI dobijeno je 2 I Cistog hlomog pmskavea (smjesa vodika i hlora) pri temperaturi od 25°C i pritisku 1,5 bara, Koliko ima molova i molekula u tom praskavcu?
R: n = 0,121 mol; N = 7,28·10" molekula.
3.7. Najsavrsenijom vakuum-telmikom moze se gas isprazniti iz prostora tako da astane ako 1000 molekula u cm3
. Kojem to pritisku odgovara pri 20°C?
3.8. Iznad vade je skupljeno 200 mi kisika pri 18°C i 100 kPa. Preracunajte zapreminu skupljenog kisika na standardne uslove. a) uzevsi U obzir pritisak vodene pare koji na toj temperaturi iznosi 2,063 kPa, b) zanernarivsi pritisak vodene pare.
R: a) V~177,lcm3; b)V=185,2em3
3.9. lzracunajte pareijalne pritiske i ukupan pritisak smjese od ] g vodika i 13 g azota u posudi zapremine 60 I pri temperatun od 29] K.
R: p(H,) = 60,9 kPa; p(N2) = 20,3 kPa; p ~ 81,2 kPa,
3.10. Zapremina vlafuog vodika koji je sakupljen iznad vade pri pritisku od 98 kPa i temperaturi od 24°C iznosi 45,3 em3
. Odrediti zapreminu suhog vodika pri istom pritisku i temperaturL Pritisak vodene pare na toj temperaturi iznosi 2,983 kPa.
R: V = 43,9 ern3
3.11. Izracunati masu: a) 2 dm3 metana na M5°C i pritisku od 1,2 h1Pa, b) 1,2 dm' H, na 200"C i pritisku 200 kPa;
"e) 3 50 em' N, 'na _150°C i pritisku Oct 50 MFa.
R: a) 17,2]4 g; b) 122,06 g; e) 479,16.
25
3.12. Celicna boca zapremine 50 dm3 sadrij azot na t:= 22°C i pritisku od 100 MPa. NakaH izvjesnog vremena ustanavljeno je da u boci vladaju aVl uslovi: temperatura 27°C i pritisak 6,5.104 kPa. Izracunati masu azota koja je ispustena iz boce.
R: 20,597 kg.
3.13. Relativna gllstina nekog gasa u odnosu na vodik iznosi 32. Izmcunati broj molekula u 10 g tog gasa.
R: 9,41.1021 molekula.
3.14. Koji je od sljedeCih gasava: mctan, CO2 i S021aksi od zraka? Kako tete izvr5iti proracun?
R: Metan. Izracunavarno relativnu gustinu u odnosu fla zrak, Cija je prosjecna relativna molekulska masa 28,9.
3.15. U sudu zapremine 10 dm3
nalazi se 72 % kisika i 28 % hetija. Koliki su parcijalni pritisci ako je sastav smjese dat u zapreminskim procentima. Smjesa sadrii ukupno 2 mala gasova. T"" 283 K.
R: p(O,) ~ 338,8 kh, p(He) ~ 131,7 kPa.
3.16. Odredi koj! su od navedenih gasova laksi od zraka i koliko puta: F2, NH), CRt, NO,i CO.
R: NH3, CH" CO.
3.17. SvijetJeCi gas ima sljedeCi zapreminski sastav: 48 % vodika, 35 % metana, 8 % CO, 4 % etana, 2 % CO2 i 3 % azota. Naei relativnu gustinu prema zraku
R: 0,40 1.
3.18. Lahko isparljiva organska tecnost u gasovitom stanju, pri temperaturi 100°C i pritisku 100 kPa, zauzima zapreminu od 55 mI. Ako je masa uzorka 0,24 g naei molarnu maSli.
R: M ~ 135 glmoL
3.19. Na tcmperaturi 39,SoC i pritisku 97,5 kPa 0,64 I nekog gasa ima masu 1,73 g. Kolikaje molarna masa tog gasa? Kolikaje relativna molekulska masa?
R: M = 71 g/mol; Mr~ 71
3.20. Izracllnati molame mase hloroforma i acetona ako se zna da 500 m1 njihove pare na temperaturi 90°C i pritisku 14,7 kPa imaju mase: hloroform OJ91 g, aceton 0,14 g.
R: M(hloroform) ~ 119,5 glmol; M(aceton) ~ 58 glmal Uparedi sa tablicnim podacima za rnalarne mase. Napisi formule hloroforma i acetona i njihove nazive po IUPAC-u ..
26
4. STRUKTURA A TOMA. HEMIJSKA VEZA
STRUKTURA ATOMA
Atom je najsitnija cestica elementa koja maze hemijski reagovati Izgraden je ad atomskog jezgra i elektronskog omotaca. Jezgro atoma sastoji se ad protona i ncutrona.
Proton je cestica sajedinicnim pozitivnim nabojem (naelektrisanjem):
Kazemo daje nabojni broj protona 1+. Masa mirovanja protonaje:
fip ~ 1,007276 ·U ~ 1,67HO·27 kg.
Neutron je neutralna cestica i nna masu priblifuo jednaku masi protona:
Ill, ~ 1,675.10.27 kg.
Elektronski omotac izgraduju elektroni. Elektroni su ccstice (;iji je naboj q "" ~1,6·1O-!9C odnosno nabojni hroj 1~. Masa elektrona je zanemar1jh:a u odnosu na masu atoma.
Atomje definisan atomskim i masenim brojem, _
~X gdje je: X - simbol hemijskog elementa; Z - atomski broj i predstavlja broj protona u jezgru atoma; A - maseru broj i predstavlja zbir protona i ~eutrona u jezgru atoma:
A ~ Z+ N(n).
Primjer 1: Izracunaj broj protona, neutrona i elektrona u atornu z1ata
l~~Au. Rjdenje: Atomski hroj Z pise se ispred simbola elementa lijevo dolje j
oznacava broj protona u jezgru atoma i broj elektrona u atomu. U nasem primjeru je braj protona i broj elektrona:
z ~ N(p) ~ N(e) ~ 79.
Maseni broj ~ piSe se ispred simbola elementa lijevo gore i jednak je zbiru protona i neutrona u jezgru atoma.
U nasem primjeru je broj neutona
N(n) ~ A - Z ~ 197· 79 ~ Jl8.
27
Hemijski element je skup, svih atoma koji imaju isti broj protona u
jezgru, D. isti atornski broj Z. Atomi jednog hemijskog elernenta mogu imati
razliCit broj neutrona u jezgru pa prema tome i razliCit maseni broJ Kaz.erno cia jedan element una Vise izotopa. Na primjer vodik ima tri izotopa: ;H(prolij), ~H(deuterij), ~H(tritij)_ Svaki od njih ima po jedan proton 11 jezgri, ali
razliCit braj neutrona. Izotopi su atomi elementa sa istim brojem protonal a razliCitim brojem neutrona.
Primjer 2: Koliko ima 11 1 g 2~~ U: a) atoma, b) protona, c) neutrona, d) elektrona?
Rjdcnjc: a) Broj atoma se izractmava na osnovu paznate kolicine unill8 (poglavlje 2):
gdje je koliCina:
m 19 n~-~--''-_
M 238g/mol 0,0042 mol,
a broj atoma:
N(a) ~ 0,0042 mol ,6,022.1023 mor' ~ 2,53·102I .
a) Svaki atom mana ima Z = 92 protona. Ukupan broj protona u 1 g urdlla je:
N(p) "'" 92.2,53.1021 = 2,33.1013.
b) Svaki atom urana ima NI "'" A - Z = 146 neUlrona. Ukupan broj neutrona u 1 g uranaje:
NCn) ~ 146,2,53,lO" ~ 3,69,10"-
c) Broj elektrona u 1 g uranajedllakje ukupnom broju protona j iznosi
NCe), ~ 92.
Ukupan broj elektrona u 1 g urana jednak je ukupnom broju protona NCe) ~ 2,33,1023
,
ELEKTRONSKA KONFIGlJRACIJA
Prema Bohr-ovom modelu atoma vodika elektroni se krecu' oko jezgra atoma u strogo odredenim orbitama u kojima ne zrace energiju. Elektronske orbite su b.,\'antiziranc, tj. moguce su sarno one orbite za koje je moment irnpulsa m·y·rjeclnak cjelobrojnom umnosku Planck .. ove konstante,
28
gdJe je
h mvl' :::;n~
2n'
III - masa elektrona, v - brzina elektrona, r - poluprecnik orbite, n - cio pozitivan broj koji sc naziva glavni kvantni broj i h - Planck-ova konstanta.
Svaku orbitu karakterise odredeni nivo energije koji raste sa veliCinom poluprccnika odnasno kvantnog broja n. Atom emituje iii apsorbuje energiju samo pri prclasku elektrona iz jednc stacia name arbite u drugu.
E1ektroni u atamu se mogu nala?iti samo U odredenim kvantnim stanjinn Stanje najruze energije atoma naziva sc osnovno stanjc. Za atom vodika to je stauje sa n '" 1. Ostala stanja za atom vodika (n "" 2,3,4 ... ) su pobudena. stanja, U osnovnom stanju elcktron je najbliic jezgri moma. Elektroni koji imaju isti K"\!anmi broj n pripadaju istoj Ijusci.
Prema talasno-mehaniclwlll modelu atoma elektrollu se pripisuju talasna Syojstva ( de Broglie) i teoretski se maze predvidjeti sarno vjerovatnoea da data mikrocestica (elektron) bude registrovana u datom stanju. U mikrosvijetu nemqguce .ie istovrcmcno odrediti polozaj i impuls cestice (Heisenberg-ov princip neodredenosti).
lednaCina koja opisuje kretanje cestice, talasno-korpuskulame prirode, je Schrodinger-ova talasna jednacina. Bohr~ov model atoma predvida tacnc vrijedllosti za poluprecnike dozvoijenih orbita i energije eiektrona u atomu, a talasnomelllmicki model odreduje samo vjcrovatnoeu da se elektron nade U odrcdenom dljclu prostora. Bohr je uveo pojarn arbite, a talasno-mehanlcki model pojam orbita!e koje nisu putanje, vee odredeni dijelavi prostora oko jezgra u kojima se mogu naCi elcktroni (sa \jerovatnocom 90~95 %).
Pojam orbitaie se moz,e shvatiti kao elektron rasplinut u elektronski oblak a orbitala predstavlja najvecu gustinu elcktronskog oblaka u razrllm dijelovima prostora oka atomskog jezgra. Sa aspekta talasne mehanike Bohr-av model znad cia se prcdvida najvjerovatnije rastojanje elektrona u jednoj od moguCih orbitala.
Karakteristike orbita1a i staHje elektrona u atomu odredeni su kyantnim brojevima, Postoje cetiri kvantna broja:
Glavni kvantni broj (n) odreduje prostomu velicinu orbitale i glavlli nivo encrgije. Atomi do sada poznatih elemcnata U osnovnorn stanju imaju elektrone Ciji su nivo! energije odredeni vrijednoscu glavnog kvanmog broja n -= 1,2,3,4,5,6,7 sto odgovara slojevima K,L,M,N,O'p,Q.
Orbitalni (azjmutni) kvantni broj (l) odrcduje prostomi oblik orbitc i broj podljuski u ~jusci, a moze imati vrijednosti 1 := O,1,2,,, .. .(n-l). Za iSlo n energija podljuski raste sa 1. Na primjer, u drugoj Ijusci (n:= 2) mogu postojati dvije podljuske (1 ~ 0 i 1 ~ I), a u cetvnoj IJusci cetiri podljuske (I ~ 0, I ~ I, 1 ~ 2, I ~ 3). Obiljeiavaju se oznakama: 1 ~ 0(5), 1 ~ ICp), I ~ 2 (d); I ~ 3 (1).
_Magnetni kvantni broj (m) odreduje orijentaciju orbite U odnosu na odredeni pravac i broj orbitala u pojedjnim podljuskama. Za data 1 m moze imati vrijednosti ad ~l do +1, odnosno ukupno 21-+ 1 vrijednosti. Na primjer, za 1 "".0 (s) postoji sarno jedna orbitala: za 1 = 1 (p) postoje tri orbitale (-1, 0, + l), kaje Sil
orijentisane (p:;., Py, pJ, nonnalno jedna na drugu. Kvantni hroj spina (m.J uslovljen je obrtanjem elektrona oke svoje ose i
ima dvije vrijednosti: + 12 i ~ liS (testiee sa polucijelim spinom zovu se fennioni), Prema PauH-evom principu islJjuccnja, ni dva clektrona u atomu ne.
mogu imati sva cetiri kvantna broja [sta. Zato u jednoj orbitali, sa k','antnim brojem 11, 1 i ill mogu biti najvise dv8. e!cktrona Ciji su spinovi (smjerovi obrtanja)
29
suprotni. Na osnovu principa izracunavamo da je maksimalan broj orbitala u podljusci 21 + 1, au Ijusci n2
. Maksimalan hroj elektrona u jednoj Ijusci jc 2n2•
Elektronska konfiguracija pojedinih elemcnata prcdstavljena .ic opstim izrazom nl\ gdjeje: n ~ glavni kvantni broj, 1- azimutni (orbitalni) kvantni braj, x ~ broj elektrona u podljusci.
Primjer 1: Kolikije maksimalan broj elektrona-u N~ljusci?
RjcScnje: Za N-Ijusku glavni kvantni broj je n=4, Maksimalan broj elektronaje 2n2 = 32.
Primjer 2: ProCitajte oznake: a) 3 S2, b) 2 p6
Rjesenje: a) Prema opstoj oznaci nY', znaGi da se u M-Ijllsci (n = 3) i s~ podljusci (I ~ 0) nalaze dva elektrona. aJ U L-Ijusci (n ~ 2) i p-podljusci nalazi se sest elektrona.
Primjcr 3: Kolike su vrijednosti orbitalnog i magnetnog kvantnog broja rn ako je glavni kvantni broj n = 3.
Rjesenje: Za n ~ 3, I ~ 0, 1,2, m ~ 0, ±I, ±2.
Primjer 4: Kolika maksimalno u L-Ijusci ima' a) podljuski, b) orbitala, c) elektrona?
RjeScnje: a) Broj podljuski jednak ,ie glavnom kvantnom broju. Posta je n = 2, postoje dvije podljuske: s-podljuska i p-podljuska (I ~ I). a) prema Pauli-evom principu izracunavamo da je broj orbitala ( sa kvantnim
brojem n, I, m) jednak n2 U L-ljusci (n ~ 2) ukupan brej orbitale je n2 ~ 4 ito: - s-podljuska (I ~ 0) irna 21 + I ~ 1 orbitalu (2s) - p-podiJuska (1 ~ I) ima 21 + 1 ~ 3 orbitale (2p,,2p,,2pj.
b) U jednoj orbit.li mogu biti maksimalno dva elektrona (koji se razlikuju po spinu), pa je u L-Ijusci maksirnalan broj elektrona 2n2 := 8.
OBJASN.lENJE PERIODNOG SISTEMA
Elementi su u periodnom sistemu poredani po rastucern atornskom broju. Pri objasnjeruu periodnog sistema koristimo se: Pauli-evim principom i principom minimmna energije. U tom smislu se definise i flundovo praviio: dva elektrona nc mogu zauzimati istu orbitahi dok sve orbitale te podljuskc (podnivoa) ne sadrie po jedan elektron. Dodatni elektron uvijek ide u onu orbitalu koja ima manju vrijcdnost n + 1, a aka druge orbj~a1c imaju i to J~dnako, onda ce e1ektron ici u orbitahi koja ima manji kvanti broj ll.
30
Primjer 1: NapiSite elektronsku kOnfiguraciju prvih pet elemenata periodnog sistema elcmenata i mognee kvantne vrijednosti kojc imaju njihovi elektroni.
RjeSenje:
lH: Is1. Atom vodika se sastoji ad protona tije je naelektrisanje e+, oko kajeg kmZl elektron c·.Taj sc elektran U osnovnom stanju nalazi u K-Ijusci i okaraktcrisan je kvantnim brojevima : n = 1, I = 0, m = 0, m. = l/z_
2He: Is2 Drugi elektron u K-Ijusci ima suprotan spin. Sa helijumom je K-ljuska popunjena, Kvantni brojevi su: n:= 1,1 = 0, m = O. m,,= + Y2,- Y2.
3Li: ls22s1. Sljedeci elektron ee iei u L~ljusku i to najniii energetski Divo 1 = O(s). Njegovi kvantni brojevi su: n = 2, I = 0, m = 0, Ills = \12.
,Be: 15 2 2s' los jedan clektron ide u L-Ijusku i I-podljusku, pa se od predhoctnog razlikuje sarno po spinu (m, ~ -1/2).
sB: Is2 25 2 2p~ .. Novi elektron ide u p~podljusku: 1= 1, m = 1, ms "" Y2.
Primjer 2: Napisite elektronsku konfiguraciju ostahh e1emcnata druge peri ode,
Rjdcnje: 6C: Is2 2S2 2p~ 2p~. Sesti elektron ide u py orbitalu a ne u Px u kojoj vee ima jedan
elektron (u skladu sa Hundovim pravilom).
7N: Is2 2S2 2p~ 2p~ 2p~' Sedmi elektron ide u p2~orbita1u.
gO: Is2 28 2 2p~ 2p~ 2p~, Tek osmi elcktron popunjava PK-orbitalu.
9F: Is2 25 2 2p: 2p~ 2p~. U jednu orbitalu mogu stati maksimalno dva clektrona
koji sc razlikuju po spinu. 05ta1a je nepopunjena jos pz-orbitala.
H!Ne: ls22s22p:2p~2p~'.Sa neonom je popunjena L-ljuska u koju moze stati
maksimalno osam elektrona. SljecteCi, 11 ~ti elektron ide u M~ljusku (n = 3).
Kada nije potrebno naglasavati koja je od triju elcktronskih 2p-orbitala zauzeta, tada se clektronska konfiguracija 'npr. neana, maze pisati: Is' 25' 2p6
Primjer 3: -Prik?~ite sematski, P0l1'10Cu strelica, elektronsku konfiguraciju prvih pet elemenata perioctnog sistema. Koristite primjer 1.
31
RjeScnje: Elektronske konfiguracije aloma mogu se prikazati sematski~ strelicama. Strelice suprotnog smjera pokazuju da elektroni imaju suprotnc spinove. Na taj naCin je posebno pogodno objasnjavati veze izmedu atoma u molekulu. Obicno se stre1icama pokazuje sarno posljednji elektronski sIoj koji je odgovoran za llspostavljanje hemijske veze.
lH lIJ Is
2He: [E] Is
3Li : IBl Is
lIJ 2s
4Be: 00 Is 2s
5B: 0 LLLD Is 2s 2p
dopunite !
dopunitc t
Primjer 4: Elektronska konfiguracija ugljika i azota prikazana .Ie sematskistrelicama. Dopunite semu za kisik, fluor i neon. Koristite primjer 2.
Rjdcnje:
,C: [E] IHlt It I ] Is 2s 2p
N , . [E] [Hit It It I Is 2s 2p
sO: 01 I I 9F: 01 I I I I
lONe: OUrLJ
*Primjer 5: Napisati e1ektronsku konfiguraciju argona, kafija, ka/cija i skandija.
RjeScnje: U periodnom sistemu elemenata vidimo da se sa argonom' popunjava treea perioda, Eleklfonska struktura je:
lsAr:ll 21 2l3l 3p6. Ukupno 18 efektrona. Za tfe!:U pefiodu (n = 3) moguce su podljuske: s(1 = 0), p(l = f), d(l = 2). SljedeCi 19~tj elektron moie ici na 3d-orbitalu Iii 4s-orbitalu. Kvantmi brojevi za 4s-orbitalu su n "'" 3 if"'" 2, te je n -+ f = 5. Kvantni brojevi za 4s~orbjta!1I su n "" 4 i f = 0, te je n + ! = 4. Elektron ce fCi 11 4s~
urbilaiujer ima niiu energij~_u; a konflguraclja dobivenog elementa kalija'c;e bitl.·
32
,~K l.i 25: 2l3.~). 3l4/. SLjedeb elektron ide [aka de u 4s-orbitalu i razlikuje se ad predhodnog po spinu, Ie taka orb/[ala 4s poscqje popunjena.
20Ca: 1121 2l3.1 3p6 41. Sljedecem elektronu se opel pfuiaju dvije mogI/enosti: ili da ide 11 4p-orhitalu iii 3d~ orb/tafu. Za orbilalu 4p je n + 1 = 5, a za orbitalu 3dje n + I = 5. Elektron ce iCi 11
3d-orbitalu jer Dna ilna manji kvantni braj n. Konfiguracija sfjedeceg elementa .<:kandlja je:
i~SC: 1/ 2i 2/3i 3p64,/ 3dl.
Tako ee poceti da se popunjava 3d-orbiwla iz ireee ljuske Al, fwd vee postoje u vanjskoj fjusci .!.V dva elelarona u orbital! 4s. Ovo je pocewk senje prelazmh efemenata i ani su hemijski slicni.
HEMIJSKE VE'ZE
Pri sjedinjavanju aLoma energija sc oslobada, a to znaci da se formira stabilniji sistem (sa nizim sadd.ajcm energijc) nego su atomi u individualnom stanju i to je glavni razIog sjedinjavanja atoma. Jedini elementi koji se na obienaj temperatu.-r:i javljaju U obliku individualnih aloma jesu inertn.l gasovi i ziva u pamom stanju,
Hemijsku vem abieno cine elektroni s i p-orbitala spoljneg sIoja koji se nazivaju yalentni iIi perifcmi elektroni. Mogu se oznacavati tackama pored simbola e1emenata, npr:
Li· -c·
Prim.ier 1: Sta je oktctno prayilo? Napisite elektronsku konGguraciju posljednje Ijllske inertnih gasova u prve tri peri ode_
Rjesen,ic: Lewis i Kosel (1916) Sll pretpostavili da pri hemijskim reakcijama elementi teze da dostignu eJektronsk"U konfiguraciju najblizeg inertnog gasa II periodnom sistemu elemcnata (oktetno pravilo). Inertui gasovi imaju veoma stabilne elektronske slojeve. u vanjskoj ili valentnoj ljusci imaju po osam elektrona, tzv. oktetnu konfiguraciju, osim helija koji una elektronski dublet ad dva clektrona.
He[±] . Ne IHIHIHIH\ . AI Itt I t+lt-'IHI Is 2s 2p ]s 3p
He .ls2 Ne: 2s2.2p6 Ar 3s 2,3p6
Stabilna konfiguracija okteta je posljedica, a ne uzroi{ hemijske veze.
Osnovni tipovi hemijske veze su jonska i kovalentna veza. Jonsl{a vcza se ostvaruje prelazom clektrona sa atoma nile energije
jonizacije na atom gdje ce bili jace vezan. Prelazom elekt~ona; neutralni atotni postaju joni suprotilih naelektrisanja sa elektronskom koufiguracijom najblizeg inertnog gasa. Supromo naelektrisani joni privlace se elektrostatickim silama.
33
" Primjer 2; Metali imaju malu energi'u" . "', ' " Jone koje naziv31no kationi. Navedite primjere/ Joruzacl]e 1 1a11ko grade pOZltrvnc
Rjesenje:
Li+ + C",
Is2(He) Lt ima konfiguraciju He.
12 Mg -+ ls22s22p63s 2,
Mg2+ + ,2e" ) Mg2-<- iITI.t'1 elektronsku konfiguraciju Nc. Is22s-2p6(Ne)
1.IAl --+ Is'2s22p63s23p'
A13+ + 3e-,
1522s2 2p6(Ne)
. P,rimjer ,3: Nemetali irnaju veliki afinitet prema elektronu pa lahko . d negatrvne Jane kOJe zoverno anioni. Naveditc primjereJ gra c
Rjdenje:
-+ ? F, Jon fluora Hna elektronsku konfiguraclJu neOna Is- 2S2 2p6 (Ne)
80 + 2e" -+ 0 2",
ls22s22p4 ls2 2s22p6(Ne)
7N + 3e" -+ N3.,
ls22s2 2p3 Is' 25 2 2p' (No)
Db t Kov~Jentn.a veza s~ ost~'aruje pomocu zajednickih eleh.'tronskib parova . a a~~ma ucestvl1Ju sa po Jedmm elektronom iz periferne orbitale U obrazov "
z3Jedmckog elektronskog para. Na pIimier: H: H Cl"Cl D .1,,' ~ (. 3.ll)U se 'k" ~, ." VQstnUl.a I trcslmka vcza
pn a:~Ju pomocu dva odnosno tri elektronska para, Kovalentnom 'P , ;
upotPUllJUJU svoje elcktronske konfiguracije do dubleta odnosno okteta. hzom at0111.
34
P:i~je~ 4: Kak? nastaje ~olekul kisika <I kako azota (nitrogena)? RJcsenjc: U kuclcama zaJcdnicki elektronski par oznacen je crticama
Primjer 5: Kaka nastaje moJekula Hel i thO?
Rjdcnje:
H-+-~':---7C8§13~ H-~I:--+HCI
H 1 [fIJ 1 Ii
:S:I: 31Nl1NllNlilll H-+-O: --;.(t(:i0-:0-H -->H20 -' f<H~ ~
H ~~! ma\ekUla vade
TALASNO-MEHANICKA PRlRODA KOVALENTNE VEZE
Prema talasna·mehanickorn tumacenju hemijska sila sc javlja kao posljedica medusobnog djelovanja talasne materije. Kovalentna veza izmedu dva atoma nastaje tako cia se prekrivaju talasne funkcije dva elektrona sa suprotnim spinovima.
Kada se dva atama medusobno dovoljno pribliie, njihove orbitale ce se preklapati. Na izvjesnom ravnotdnom rastojanju potpuno je nemogucc pojcdini eleletron pripisati odredenom jezgru jer se oba jezgra nalaze u zajednickom elektronskom oblaleu oba elektrona, tj. elektroni se ne mogu vise ni po cemu razlikovati. Kaiemo da su atomska stanja ovih elektrona presla u molekulskc stanje te taka nastaje molekulska orbitala koja jc na niZem energetskom stanju od atomsldh orbitala (krecllci se kroz oba atoma elektronu se poveca de Brolj-eva .talasna duiina odnosno smanji energija). Vjcrovatnoca nalaienja valentnih elektrona
-je najveca oko i izmedujezgara). .-
35
Prirrtjer 1: Sta je (J~veza?
Rjdcnje: Prcklap3Jljem atomskih orbitala nastaju tzv. a i n~vezc.
Prekl<Jpnjem atomskih s-orbitala. 5 i p .. orbitala, te koaksijalnim preklapanjem porbitala ilastaju a-vczc. Orbita!e se preklaJlaju duz linije koja spaja jezgra atoma (51.1)_ Na slici 1a je prikazano prcklaparvc s-orbitale vodika sa p-orbitalom hlora( 0-
veza).
Slib 1a a-VC:l.a Slika Ib a-veza
Na slici 1b je prikazano prekiapanje p-orbitala dvaju atoma hlora( 0-veza)
Primjer 2: Navesti primjerc za: crs-s veze, a5-p vcze, up-p veze.
RjcScnjc: a5-$ veza. s-orbitnle su sfemo stmemcne i njihova pieklapanje je UYjck isto
bel obzira na orijcnlaciju atoma (na primjcr kod molekule vodika H2)
O"s-p \'eZU objasuicerno na primjeru Hel. Na osnovu clektronske konfigur.1cije posIjednje Ijuske lllora
nije tcsko zakljuCiti da hlor pomocu nesparenog clcktrona na pz"orbitali moze da ostvari O's-p vczu sa vodikoill, tj. dolazi do pfcldapal~a dvijc pz orbitale.
Orbitale o·s-p i t..>p-p veze su prostorno usnucrcne i preklapaqje se vrsi dill osc.
!lrimjer 3: Kako nastaje n-vcza?
Rje.scnje: THuolekulska orbitala se dobije bocnim preklapanjcIl1 p~orbita1a (s1.2). n-vcza nasrajc tek kada se ostvarila prirnarna a-veza. Ova veza se javlja kod nezasiccnih ugJjikovih jedinjenja u dvostrukoj i trostrlikoj vezi (zajedno sa 0'
vezama).
ShIm 2. n-veze
Primjer 4: Staje spJ-hibridizllr.ija? Objasniti na primjcru molekula CH4 !
RjeSenje: Prates promjene oblika orbitaJa naziv3 se hibridlzacija l a. llast.aJe orbit ale hibridne orbitale. Elekt.ronska kon1"l.guracija posljedIljeg c1cktroIlSkog sloja ugljika pri~azalla je na slici)ijevo, odakle bi se mo.gl0 zakljuciti da jc ugljik dvovalentan a ae cerverovakntan.
36
~+It It I I 2s 2px 2py 2pz
Ugljikov atom postaje cetverovalcutall na taj ~Ci~ ~to dovodenjem energij~ orelazj n ekscitovano stanjc, pri cernu se raskida 2s dub.let 1 Jedan 2s elektr~n p~elazl ~l 2pz-orbitalu (slika desno). U zasicenimjedinjenjima tI~ C~ (npr. C~) cetm ~M~ veze su ekvivalentne i orijentisane ka tjemenirna pravllnog tctraedra zaklapaJUCl ll1cdusobno ugao od 109°28'. Ovako modifikova~e perifern: orbitale. nazivaju s~ hibridne orbitaJe. Ovakav tip (jedna s i tri p-orbItale) oznacava se slmbolom sp
(slika 3)
u" m",\ 2p i t7t, J
l- 2S.P!~~ ol~ __ --Ll1LCl-~-----
CD CD
2Sp'
tJltlfiIJ
Slika 3
Na slid 3 jc scmatski prikaz.ano mijeSanje atomskil:. orbitala, . Sp3_
hibridizacije. Energijom od 400 klIma! moze se ~.s elekt:0~ pob~dl~l li. 2p-orbl~.lu. Mjesanje jedne 2s-orbitale i tri 2p-orbitale doblJU se cetm sp Illbndne orbltalc
jednake energije. Inacc kovalentna veza je strogo usmjerena u prostoru. Ugao sto ga
mcdusobno zaklapaju kova1entne veze zove se kovaJcntni ugao.
ZADACI
4.1. Odredite broj protona, neutrona i elektrona u atomima sljedeCih hemijskih
demenata: r )57F )"Z d)1.33CS a)~~Na,b 26 C,C 30 n, 55 .
R: a) Z = N(p) = ii, N(n) = A ~Z = i2, N(e) = 1,1; b) N(~) = N(e) = 26, N(n) = 31; c) N(p) = N(e) = 30; N(n) =35; d) N(p) = N(e) = )5, N(n) - 76,
4.2. Odredite broj protona i neutrona u atomima sljedecih izotopa:
a)'; C, b)'lC, c): H, d)iH, e)liCi, flg C1.
R: a) N(p) = 6, N(n) = 6; b) N(p) = 6, N(n) = 7; c) N(p) = 1, N(n) = 0; d) NCp) = i, N(n) = 1; e) N(P) = 17, N(n) = 18, f) N(P) = 17, N(n)·= 20.
4.3. lzracunajte broj neutrona u sljedeCim hemijskirn elementima:
, b »DC )'08 A d)"Cu a)lH~, >20 a,c 47 g, 29 .
R: a) 2, b) 20, c) 61, d) 35,
37
4.4. Atomski broj nekog elementa je: a) Z ~ II I sadrZi 10 elektrona, b) Z ~ 12 I sadrii 10 elektrona. Napisi znak te cestice.
R: Na, b) Mg2~.
4.5. Koliko atoma, protona, neutrona i elektrona ima u 1 g: ~ H, ~ H, ~He.
R: N(a) ~ 6.0n 1023, NCp) ~ 6,022.1023
• NCn) ~ 0, NCe) ~ 6,022.1023•
N(a) ~ 3.011.1023• NCp) ~ 3,011·10", NCn) ~ 3,011·1 023
, N(e)~ 3,011.1023.
NCa) ~ 1.5.1026, N(P) ~ 3·10", N(n) ~ 3.1026
, N(e) ~ no".
R: Poglcdaj primjer 2!
4.7. Koliko maksimalno ima elektrona u L~ljusci, a koliko u N~ljusci?
R: 8; 32.
4.8. Koliko podljuski a koliko orbltala Ima u M-Ijuscl?
R: 3 podljuske I 9 orbltala.
4.9. S obzirom na mjesto u periodnom sistemu, koliko c1ektrona u atomu ima a koliko u posljcdnjoj Ijuscl : aIuminij AI, magnezij Mg, natrij Na, antimon Sb?
R: 13,3; 12,2; 11,1; 51,S.
4.10. Koji elementi imaju sljedece elektronske konfiguracije: a) (Ne) 3s', b) (Ne) 3s' 3p', c) (Ar) 4 S2 3dlO 4 p2?
R: a) magnezij Mg, b) sumpor S, c) gelTIlanij Ge.
4.10. NapiSite elektronske konfiguracije za navedene jane pomocu konflguracije plemenitog gasa: a) Cs~, b) T, c) Li", d) S2., e) Ag', f) 0".
R: a) (Xc), b) (Xe), c) (He), d) (Ar), e) (Kr), f) (Nc).
4.11. Napisite elektronsku konfiguraciju atoma barija Ba i odredite: a) broj valentnih elektrona, b) valenciju, c) da lije metal iii nemeta1?
4.13. Sta je zajcdnicko kad clektronske konfiguracije: berilija, magnezija i kalcija?
R: U PIVOj i posJjednjoj Ijusci sadrie po dva clektrona.
4.14. Za koji elementje konfiguracija valentne ljuske:a) 3s2 3p3, b) 452 4p6, c) 452
3d5?
R: a) fosfor P, b) k.ipton Kr, c) lUangan Mn.
4.16. Povezi elemente za kOJe, prema strukturi, predpostavljas da ce imati sliena svojstva: a) Is22s2, b) Is2 25 2p6 352 3p6. c) ] 52 252 2p6 351, d) 152 2SI , e) Is2 252 2p6 352, f) ls22s22p6.
R: a) i e); b)If), c)id).
4.17.Koju od sljedecih elektronskih struktura ima niobij 41 Nb? a) I Kr 15s2 5p2, b) I Kr I 55' 4d3
, c)! Kr I 5s' 5d' Ispred niobija je inertni gas kripton.
R: b)
4.18. Koja ce se orbitala prijc popunlti: a) 4d III 5s, b) 5p IIi 4d?
R: a) 5s, b) 4d.
4.19. Navesti nazive elemenata ciji atomi imaju sljedece konfiguracije: a) lSI, b) ls2 2S2 2pl, c) 152 252 2p3, d) 152 252 2p6 3s t e) 152 252 2p6 3s2 3p6.
Ukupan broj elektrona u atomu (u nejonizovanom stanju) jednak je atomskom (rednom) broju.
R: a) H, b) B, c) N, d) Na, e) SI, f) AI.
4.20. Na osnovu napisane elektronske konfiguracije atoma popuni "kucice":
yF: Is2 2S2 2p5 ; 0 I Is 2s 2p
17Cl: 152 2s2 2p6 352 3p5 ; 0 I I ] I Is 2s 2p 3s 3p
R: Z(Ba) =: 56; n = 6, 152 2s2 2p6 352 3p6 4~ 4p6 5s2
4d10
5p6 6s2. 4.21. Na osnovu poznate seme strclicama napisi elektronsku konfiguraciju za
a) dva elektrona, b) dva, c) metaL a) IBl IHIHlt It I
4.12. S obzirom na mjesto u periodnorn sistemu napisite elektronsku Is 25 2p konfiguracUu posljednje Ijuske za: silicij 5i, arsen As i barij Ba.
R: 3s' 3p',"4s' 4p', 6s2•
b) IBl INIHIHIHI IHlt'lt It I Is 2s 2p 3s 3p
38 39
Koji su to atomi?
4.22. Lewis-ovom simbolikom prikaii stvaranje jonske veze u spojevima: a) BeQ, b) CaS
R:
0) Be:'+". 0: ----7 [Bel'" + [:!j:f-~'
b) Ca:'?: 's:---> [Cal" + [:~:l<-~,
4.23. Lewis-ovom simbolikorn prikaiite formule spojeva: a) etana (C2tL;), b) etena (C,tL), e) etina (C2H,)
R:
la) .rj it ~ ~ H;C:C;H ~ H'C'C-H
• ~ .~ I I
H H H H
0) H;C:::C:H H-C",C-H
4.24. Kako nastaje Sp2 -hibridizacija. a kako sp-hibridizacija?
R: Mjesanjemjedne s·orbitale i dvije p-orbitale nastaje sp2-hibridizacija. Mjesanjem jedne s-orbitale i .leduc p-orbitale nastaje sp-hibridizacija.
40
I
I
I
5. SASTAV SUPSTANCE (TVARI)
U ovorn poglavlju obradit cerno kvantitativno iskazivanje sastava nekog uzorka heroijskogjedinjenja i izvodenje hernijskih formula. Dva ili vise atoma, iste ill razliCite "rste, grade molekule. Razlikujemo molekule hemijskih elemenata koji su sastavljeni od istih atoma (npr. molekul vodika H2, molekulldsika O2, ... ) i molekule jedinjenja koji su sastavljeru ad razliCitih moma (npr. molekul ugljik(IV)-oksida CO2, molekul vade H20, ... ).
o pojedinaenim molekulama ima srnisla govoriti, npr. kod gasova gdje je razmak izmedu molekula dovoljno velik. Kod teenosti a pogotovo kod cvrstih tijela teze moierno govoriti 0 pojectinacnim molekulama. Na primjer u strukturi natrijhlorida nema izolovanih molekula. Natrij Na i hlor Cl povezani su jonskom vezom i sastav se moze prikazati fonnulom NaCl. 'fa formula pokazuje da su atomi natrija i 1110ra vezani u odnosu 1 1. Na.tiednostavnije fonnule tih jedinjenja nazivaju se formulske jedinke. Prema tome formula je najjednostavniji prikaz sastava nckog elemcnta iii jedinjenja (spoja) .
Jedinjenja se sastoje od molekula (formulskih jedinica) koji sadrle vise atoma_ Na primjer svaki molekul H2S04 se sastoji od 2 atoma vodika, jednog atoma sumpora i 4 atoma ldsika. To znaCi da je odnos mase jedne vrste atoma u mo1ekulu prema masi cijelog molekula stalan. Razlikujemo empirijske i prave fonnule. Empirijska formula pokazuje odnos pojedinih elemenata u molekulu. Prava (molekulska) formula pokazuje i tacan braj atoma koji grade jedan rnolekuL
Poznavanje hemijske formule supstance omogucava nam da izractmamo procentni sastav (maseni udio) svakog pojedinog elementa u jedinjenju. Obratno, poznavanje masenog udjela pojedinih elemenata u spoju Qedinjc1-Du) omogucava da se izracuna empirijska formula jedinjenja.
Kvantitativni sastav uzorka najeesce se izraiava kao maseni udio (w):
w(A)~ m(A) , m
Maselli miio nekog sastojka Au uzorku je odnos mase tog sastojka m(A) i mase uzorka m.
Primjer 1: Ako se mlijeko sastoji od 3,2 % masnoee, 3,3 % bjelaneevina, 5,6 % mlijecnog sceera i ostatak voda, naci: a) maseni uclio vode, b) masu vode u II mlijeka. Gustina rnlijekaje 1,032 glem'-
Rjesenje: w(mast) ~ 3,2 % ~ 0,032 w(bjel.) ~ 3,3 % ~ 0,033 w(rnl;.sec.) ~ 5,6 % ~ 0,056 a) w(H20) ~? b) m(H,O) ~?
a) Maseni udio se iskazuje decimaInim brojern Hi postotkom. Zbir masenih udjela svih sastojaka u uzorkuje 1 ili 100 %. Prema tome maseni udio vode u mlijekuje:
41
w(H20) ~ 100 % - (3,2 % + 3,3 % + 5,6 %) ~ 87,9 % = 0,879.
b) Masu mlijeka cerno saznati iz poznatog izraza koji povezuje masu i gustinu:
m(ml!jeka) ~ p(mlijeka)-V(ml!jeka) m(ml!jeka) = 1,034 g/cm3 .lOOOcm3 ~ 1034 g.
Masu vade cerno izracunati iz izraza :
d m(vode)
w(vo e) ~ . m(mlijeka)
m(vode) = w(vode)·m(mlijeka) m(vode) = 0,879·1034 g~ 908,9 g.
Masa vode u 1 1 mlijeka je 908,9 g.
Primjer 2: Maseni udio zeljeza u uzorku je 25 %. Kolika je masa rude u kojoj je sadriano 1000 kg zeljeza?
Rjdenje: Masa uzorka (rude) je ill, amasa zeljeza mCA). m(A) = 1000 kg )V(A) =25 % = 0,25 111 "" ?
w(A) ~ m(A), m ~ m(A) = 1000 kg ~ 4000 ko rn w(A) 0,25 o·
Primjer 3: Maseru udio uran-oksida UJOS u rodi je 0,35 %. Kolika je masa uran-oksida u jednoj toni rude?
Rjesenje: w(A) ~ 0,35 % = 0,0035 m = 1 (= lOOOE m(A) -?
Masa uzorkaje 1 tona i masu uran-oksida nalazirno prcma formuli:
w(A) = m(A), m
m(A) = w(A)·m = 0,0035·1000 kg = 3,5 kg.
Iz definicije masenog udjela slijedi da" je maseni udio elementa A u formulskoj jedinki (molekulu) jednak odnosu mase svih atoma tog clemema u jedinki rna i mase same jedinke (molekula) mm'
42
'I I I
I
I i I I
1
I
I I
I
. Ina w(A) ~ ](A)·-.
mm gdje je : j(A) - broj atoma elementa u molekulu.
Posta je masa atoma rn,. := Ar·u, i masa molekula mm = Mr·u, onda se maze
pisati:
w(A) ~ i(A). Ar(A) , Mr
Ta jednaCina omogucava da se iz poznatog mascnog udjela clcmcnta A w(A), maze izracunati hroj atoma clementa j.
gdje su:
'(A) ~ w(A), ~ J Ar(A) ,
Ar-relativna atomska masa elementa, Mr - relativna molekulska masa jedinjenja.
1z tog izraza moze se izracunati empirijska formulajedinjenja.
Primjer 1: Izrncunati rnaseni udio vodika i kisika u vodi.
Rjdcnje: j(H) = 2 i(O) = ! w(H) ~?, w(O) ~ ?
1z formule vade vidimo da molekul vade irna dva atoma vodika i jedan atom kisika. Maseni udio vodika:
, Ar(H) w(H) = J Mr(H,O) 2 ' 118~g186 = 0,1119 iii 11,19%
Maseni udio kisika u vodi je:
Ar(O) w(O) ~ j(O)· -'-''-'-''-'
Mr(H 20)
16,00 .. 1·--~ O,88811h 88,81 %.
18,016
Maseni udio vodika u vodi je 11,19 %, a kisika 88,81 %.
Primjer 2: Fosfatna kise1ina se maze prikazati formulom R,P04 . Koliki je' a) masen! udio pojedinih elemenata u jed!njenju? b) masa pojedinih elemcnata ako je masa kiselinc 50 g?
43
RjeS:enje: a) rnaseni udio pojedinih komponenti iZraCUIlaCemO tako da nademo odnos jedne
komponente jedinjcnja prema zbiru masa svih komponenti:
A) . Ar
wC =J'-. Mr
wCB) = jiB) ArCH) Mr(H,PO,)
w(P) = j(P) Ar(P) Mr{H 3P0 4 )
w(O) = 0,653 = 65,3 %.
3 ·1,008 = 0,0303 = 3,03 % 98
0,316 = 31,6 %
b) mase pojedinih elemenata izracunavamo iz poznatih mascllih udjela prema jednacini
w(A)::::: meA) ,gdjc je In masa uzorka (kiseline). m
m(H) = w(H)'m(H,PO,) = 0,0303·50 g = 1,51 g, m(P) = 15,8 g, m(O) = 32,65 g.
Primjcr 3: KoUka alurninija ima u 10,2 g alurninij.oksida Ah03?
Rjesenje: m(AI,Q,l = lQ,li; m(AI) =?
Da bi iZf'<lCunali masu alllminija treba prvo izracllnati maseni milo aluminija U oksidu:
_ . Ar(A1) _ 2 ' 27 _ weAl) - I(AI) M(Al,O,) - 102 - 0,529
Sada se moze izracunati masa aluminija j2 w(A) "" .~(A) ,odnosno: m
weAl) = m(AI) , Odakle Je: m(A1 20 3 )
m(A1) = w(AI) ,m(A120 3) = 0,5289'10,2 g = 5,396 g.
Primjer 4: Koliki je maseni udio kristalne vadc II madraj galici CuSO,·5H20?
Rjesenje: N1aseni Ildio kristalne vade u madrej galici nalazimo 1Z paznate fannu1e, pri cemu je za kristalnll vadu, j(H20) ::: 5. -Mr(H20) = 18 .
44
MrCCuSO, ·5H,0) = 249,7
Mr(H 20) c w(H 2 0) = j(H,Ol'. - 0,30 = 36%.
Mr(CuSO, . H 20)
Primjer 5: 1z 13,2 t boksita Alz03-3H10, dobivcno je 2,7 t AI. Koliko procenata jalovine sadrii mda?
Rjdcnjc: Iz procentnog sadrZaja Al u Cistorn Ah03·3H20 mozerna izracunati koliko bi trebal0 dobiti aluminija kada u rum ae bi bile jalovine.
. Ar(A1) 0 46 weAl) =J(AI) M,(Al,O, . 3!-1,0) ,3 .
Masa dobivenog aluminija iz 13,2 t boksita, kada ne bi bila jalovine, iznosila bi:
weAl) = m(A1) , m(AI,O, .3H 20)
m(AI) = w(AI)'m(Al20],3H,O) = 0,346 ·13,2 t = 4,56 t
IskoriSl.enje je:
1= m(stvrno) m(teoretsko)
~2L = 0 59. 4,56t '
Masa Cistog Al20 3·3H,O je: m = 0,59· m(rude) = 7,8 1. lalovine ima::: 13,2 t -7,8 t = 5,4 t.
Primjel· 6: Preradom 12,5 t hematita sa 73,5 % Fc203 dobije se 6,0 t Fe. Izracunati iskoristenje U ovom procesu i gubitak produkata.
Rjdenje: Kada ne hi bilo jalevine oada bi u 12,5 t hematita trebalo bili: m(Fe,03) = 0,735·12,5 t = 9,18 t.
Teretska kolicina Fe bi bila:
Ar(Fe) w(Fe) = j(Fe):-:-=-;;::-:-
. Mr(Fe20 3 )
Shjedi dalje. m(Fe) = wiFe) ·m(Fe20,j = 0,70 ·9,18 t = 6,42 t
Stvarna koliCina je 6,0 t, te je iskoristcI\je: f m(st var no) , = -n-:l(-:(e-o-re'Ct-;sk-o-:) 0,933 = 93,3%.
GUbitakprodukataje: 6,421-6,0 (=0,42 t iIi uprocentima 100 % - 93,9 %= 6,7 %
45
EMPIRlJSKA FORMUIA JEDINJENJA
Primjer 1. Kvalitativnom analizom alizarina (boje) utvrdeno je da se molekul alizarina Basteji od ugljika C, vodika H i kisika 0. Elementamom kvantitativnom anahzom utvrdenje maseni sastav : 70,00 % C, 3,33 % H a osta10 je kisik: a) izrdcunajte empirijsku formulu alizarina; b) metodom masene spektrometrije odredenaje molarna masa alizarina M "" 240,22
g/rnol. Izraeunajte molekulsku formlliu alizarina.
Rjdcnjc: I v' ) w(C) = 70,00 % = 0,7000 W w(H) = 3,33 % = 0,0333 w(O) _. 100 % - (70 00 % + 3,33 %) = 26.67 % Hi 0,2667 a) naCi empirijsku fonnulu, b) nab molekulsku fonnulu.
a) Posta zbir svih masenih udjela mora biti 1 (iii 100 %) to je maseni udio kisika u alizarinu 0,2667 (iii 26,67 %). Molama masa alizarina je M = 240,22 glrnol, a relativna molekulska rnasa Mr = 240,22. Maseni netio pojedinih elemenata u formuIskoj jedinki alizarinaje:
w(C)= j(C) Ar(C) Mr(ahzanna)
Ar(H) w(H) = j(H) -
Mr( ahzanna)
. Ar(O) w(O) =J(O) ..'
Mr( ahzanna)
1z gornjih relacija mazerna izracunati odnos broja pojedinih atoma u formulskoj jedinki:
j(C): i(H) :(0) = w(C) : w(H) J Ar(C) Ar(H)
w(O) Ar(O) ,
j(C): j(H): j(O) = o,:~o : 0,0:33 : 0,~~67 = 0,0583: 0,0333: 0,0167.
Da bi se dobio odnos malih cijelih brojeva, jer je molekul uvjek graden od cijelih atoma, svaki od tih brojeva treba podijeliti najrnanjim brojem:
j(C) : j(H) :j(O) = 3,5: 2: 1
Posto dobiveni odnos jos ne daje cijele brojeve to broj 3,5 i sve ostale brojeve treba pomnoziti sa- 2 da bi se dobio cio broj. Sada dobivamo da je cjelobrojru odnos atoma u molekulu (fonnulskoj jedinki)
46
•
j(C) : j(E) : j(O) = 7 : 4 : 2
Ernpirijska fonnula ispitivanog jedinjenja je C7H,O,.
b) Empirijska formula nije molekulska formula ispitivanog jedinjenja. Sabiranjem relativnih atomskih masa u empirijskoj formuli dobivamo relativnu masu empirijske Jedinke
Er(C7H.,02) = 120
Relativna molekulska rnasa alizarinaje
gdje.ie x-broj koji pokazuje koUko je puta veti broj atoma svake vrste ad broja atoma u ernpirijskoj formuli.
x Mr(alizarina)
Er(C 7H,O, ) 240,2 = 2. 120
Prema tome molekulska formula alizarina je:
:rrimjer 2. Elementamom analizom je utvrdeno da su maseni udjeli elemenata u mlijecnoj kiselini: ugljik 40 %, vodik 6,7 % i kisik 53 %. Odrediti empirijsku formulu tag jedinjenja, aka je eksperimentalrrirn putem utvrdeno da je stvama molekulska masa 90.
Rjelenje: w(C) = 40 % = 0,40 w(R) = 6,7 % = 0,067 w(O) = 53 % = 0,53 .i(C) . j(H) j(O) -?
Prema [onnuli za broj atorna mozemo pisati:
. wM j=- r.
Ar
Medutim molekulska masa spoja nije poznata pa se PIVO mora naci odnos broja atoma:
j'(C): j'(R) . J'(O) = w(C) : w(H) . w(O) = 0,40 0,067. 0,53 = ° 33 .0,067.0,033 . . Ar(C) Ar(H) Ar(O) 12 l' 16 '
Taj odnos mazerno svesti na oeInos malih cijelih brojeva dijeUenjem sa najmanjim brojem U odnosu tj. sa 0,033:
47
i(C) : j(H) : itO) = 1 : 2 : 1
Ernpirijska formula mlijecnc kiseline je ClhO pa zakljuGujemo da bi njena relalivna molekulska masa iznosila Mr = 30. Kako je eksperimentalno utvrdeno cia je stvama molekulska masa 90, znaCi cia rnlijecna kiselina sadrii trostruki braj atoma vise, te je njena stvama fonnula (CH20h:= C31iQ03.
Primjer 3. Analiza je pokazala cia neki prirodni mineral sadrZi 23,3 % C~ 18,6 % S, 372 % 0 i 20,9 % vode. NaCi empirijsku formulu tog minerala.
Rjdenje:
(Ca) :(S) :(0) :(H 0) = 0,233 : 0,186 0,372 0,209 J J J J 2 40,08 3206 16 18
0,0058: 0,0058: 0,02325: 0,0116
DijeUeniem sa najmanjim brojem tj. 0,0058 dobije se:
j(Ca) : irS) : j(O) : i(H,O) = I : I : 4 : 2.
Empirijska formula rninerala jc: CaS04 ·2 H20.
ZADACI
5.1. Izracunajte masene udjele: aW zcljeza u Fe}Oi) b) aluminija u AhO} c) olova u Pb30, d) icljeza u Fc20} e) live u HgO.
R: a) 72,4 %; b) 52,9 %; c) 90,7 %; d) 69,9 %; e) 92,6 %
5.2. Koliko procenata aluminija sadrZe ovi prirodni minerali: a) spillel MgA1,04. b) cinkov spinel ZnAh04
R: a) 37,9 %; b) 29,5 %.
5.3. Izracumute masene udjele pojedinih elemenata u ovi!!l. karbonilima: a) Cr(COlo- heksakarbonil'hrom ' b) Fe(CO), -heksakarbonil-zeljezo
48
I I I
I I
R: a) w(Cr) = 23,6 %; w(C) = 32,7 %; w(O) = 43,7 %. c) w(Fe) = 28,5 %; w(C) = 30,6 %; w(O) = 40,9 %.
5.4. Koliko kg FC304 maze nastati iz 1 kg zeljeza?
R: 1,382 kg.
yOlikO se kilograma Na nalazi u 1 t NaCl ?
R: 393,16 kg.
5.6. Koliko se grama Na, P i 0 nalazi u 4 g Na3P04?
R: 1,684 g Na; 0,754IgP; 1,561 gO.
5.7. MaseIlludio sumpora u ugljenuje 3 %. Koliko ima sumpora u 10 t uglja?
R: m= 300 kg.
5.8. KoUka se grama namja moze izdvojiti iz 1 kg NaZS04 ? 1><7
R: m= 324 g.
5.9. Koliko se kilogramf1: Cistog luoma moze dobiti iz 500 kg hromita Cf203 ?
R: m = 342,1 kg.
" 5.10. Pri proizvodnji bakra iz kuprita koji sadrli 64,5 % euzo, gubilak iznosi 2,5 %.
Koliko se bakra moze dobiti prcradom 21 kg rude?
R: m(Cu) = 1I,74 kg.
5,11. Koliko se moie dobiti zeljeza iz 7,5 t sidenta sa 71,5 % FeC03, ako je iskoristenje 96 %.
R: m = 2,48 t.
5.12. Koliko se cinka mOl,e dobiti ad-I kg koncentrata cinkove rude koja sadrii 85 %ZnS?
R: m(Zn) = 555,6 g.
5,13, Koliko se litara kisika i vodika moie dobit; pri elektrolizi 1 kg vode ako je iskoristenje potPilllO? Temperaturaje 25°C a pritisak 101,325 kPa?
R: m(H) = 111 g; m(O) = 889 g; V(H,) = 1357); V(O,) = 679 L
5.14, Oksid hroma sadrli 68,4 % Cr i 31,6 % kisika. IzracUllati empirijsku formulu oksida. .
49
5.15. Odrediti empirijsku formulu fosfor-oksida ako je maseru udio fosfora 44 % i Wisika56 %.
R: P20,.
5.16. Analizom sastava oksida mangana ustanovljeno je da postoje dcfinirani oksidi koji sadr±e 77,5 % i 69,6 % martgana. Ostatakje kisik. NapiSite formule !
R: MuO; Mu20,.
5.17. Freon-12 sadrii ugljik, fluor i hlor u masenim udjelima:9,9%, 31,4% i 58,7%. NaCi cmpirijsku formulu.
R: CF,CI,.
5.1S. NaCi najjednostavniju fonnulujedinjcnja koje sadrii: a) 39,3 6/t) natrija Na i 60,7 % hlara Cl. b) 21,6 % natrija Na, 33,3 % hlora C1 a ostatakje kisik.
R: a) NaCI; b) NaC103.
5,19. NaCi najjednostavniju formolu jedil1jcl1ja koje sadrii 12,1 % natrija, 11,4 % bora, 29,4 % kisika a ostatakje voda.
R: Na,B,O,·l 0 H,O.
5.20. Uzorak ad 5 g kristaliziranog kadrnij-sulfata pri z.agrijavanju izgubi n3 masi 1,88 g. Pri zagrijavanju iz uzorka i;dazi sarno voda. Kojaje naiiednostavrnja fonnu.la h..idrata ?
R: CdSO, ·7 H20.
5.21.Na Mjesecu je naden do tada nepoznat mineral koji je dobio naziv anna1ko1it Sastav minerala u masenim udjelima je: 21,8 % icljeza Fe, 9,5 % magnezija Mg, 37,4 % titana Ti i 31,3 % kisika O. Koju formulu ima annalkolit?
ZADACIIZ ORGANSKE HEMIJE
5.22. Izracunaj masene udje1e ugljikn i vodika u: a) metanu C~, b) propanu C,H" c) butanu C4HlO,
R: a)75%C,25%H; b) 81,8'%C, 18,2%H, c)82,7%C,17,3%H
50
I I I ,I
'I I I
I
5.23. Izracunaj maseru udio ugljika i masu ugljika u 7 g: a) etana C2Ho, b) etena C,H" c) etina (aceti1ena) G,H2.
R: a) 80 %, 5,6 g; b) 85,7 %, 6,0 g; c) 92,3 %, 6,46 g.
5.24. lzracunaj procentni sastav: a) cikloheksana C,H1:! i b) benzena C6H6_
R: a) 85,7 % C, 14,3 %H; b) 92,3 % C, 7,7 % H
5.25. Koliki je maseru udio vodika u: a) toluenu (meti-benzenu) CJ1sCH), b) etil-benzenu C6HS-C2HS7
R: a) 87 %; b) 94,3 %.
5.26. Koliko ima grarna hlora u 80 g: a) metilh10rida CH3Cl, b) eti1hlorida CH,CH,CI, c) hlorbenzena C6H5Cl ?
R: a) 56,24 g, b) 44,0 g, c) 25,2 g.
S.27.Izracllllaj maseni udia vodika u: a) nafta1enu C,oHo, b) antracenu C4H10.
R: a) 6,25 %, b) 5,62 %.
S.2S. Izracunaj maseru udio: a) kisika u piranu C,H,O i furanu C,H40, b) nitrogena u piridinu CsHsN i piroiu Cf,HsN, c) sumpora u tiofenu C4H4 S.
R: a) 82,2 % i 23,5 %; b) 17,7 % i 20,9 %; c) 38,1 %.
5,29, Kolika je masa kisika u 30 g Cistog: a) metanola CBJOH, b) etanola C,BsOH?
R: a) 15 g; b) 10,4 g.
5.30. Izracunaj maseru udio ugljika u: a) 1,2-etandiolu (eti1en-gliko1u) C2tL.(OH)" b) 1,2,3-propantrio1u (glicerolu) C,Hs(OH), ..
R: a) 19,3 %, b) 13,0 %.
51
5.31. Koliki procenat kisika saddi: a) fenol C6HsOH, b) benzil-alkohol C6HsCH20H?
R: a) 17,0 %, b) 14,8 %,
5.32. K.ako se odnose maseni udjeli vodika u. a) dimetil-etru CH3-O-CH3 i dietiI-etru C2Hs-O-C2Hs, b) mctanalu (formaldehidu) HCHO i etanalu (acetaldehidu) CH:3CHO, c) benzaldehidu C6HsCHO i propononu (acetol1u) (CH)hCO ?
R: a) O,U04: 0,135; b) 0,0607: 0,0909, 0) 0,0566.0,1034.
5.33. Kako se odnose maseni udjeli kisika u: a) mctanskoj (mravljoj) kiselini HCOOH i etanskoj (sircetnoj) kiselini CH:3COOH, b) proPal1Skoj kiselini C2HsCOOI-I i butanskoj kiselini C}H7COOH ?
R: a) 0,533 : 0,533 (l : 1); b) 0,432 : 0,364.
5.34. Izracllnaj maseni lidio ugljika u: a) palmilinskoj kiselini C1sH31 eOOH, b) oleinskoj kiselini C17H33COOH, c) stearinskoj 1dselini C17H35COOH.
R: a) 75 %, b) 76,6 %, c) 76,0 %.
5.35. Koliki je masenl udio kisika u: a) benwevoj kiselini C,HsCOOH, b) salicilnoj kiselini C 7Ii{;03, c) acetilsalicilnoj kise1ini (aspirinu) 0.Hg04 ?
R: a) 26,2 %, b) 34,8 %, c) 35,5 %.
5.36. Izracunaj rn.aseni udio nitro gena u: a) metil-aminu CH3NHz, b) etil-aminu C2HsNH2,
c) fenil-aminu (anilinu) C6HsNlh
R: a) 45,2 %, b) 31,1 %, c) 15,05 %.
5.37. Kako se odnose maseni udjeli kisika i vodika u: a) saharo:d C12Hn 0 11 ,
b) glukozi C6H'206, c) skrobu (C6H100S)x> d) fruktozi C6E llO,?
R: a) 0,514: 0,064; b) 0,40.0,066; c) 0,494: 0,062, d) 0,40' 0,066.
52
5.38. lzracunaj maseni udio nitro gena u ovim aminokiselinama. Koliko grama nitro gena ima u 65 g aminokiseline: a) glicinu (aminoetanskoj kiselini) H2N-CH2COOH, b) alaninu (aminopropanskoj kiselini) C)H7N02,
c) adeninu CsHsN5,
d) leuc;nu C"H"NO" e) histidinu C6H9N302, o triptofanu Cl1H12N202, g) lizil1u C6H14Nz02, 11) serinu C3H70 3N ?
R: a) 13,6 %,12,1 g; b) 15,7 %,10,2 g; c) 51,8 % 33,7 g; d) 10,7 %6,95 g: e) 27,1 %,17,6 g; t) 13,7 %, 8,90 g; g) 19,2 %, 12,5 g; h) 13,3 %, 8,6 g.
5.39. Maseni udio nilrogena U serinu iznosi 13,3 %. Izracunajte relativnu lllolekulsku masu serina ako je pomato da u molekulu ima jedan atom nitrogena.
R: j(N) ~ 1; weN) ~ 0,133; MJ ~ 105,2.
5.40. ledna od metoda odrcdivanja molekulske mase proteina je hemijska analiza. Hemoglobin sadrii 0,333 % zeljcza. Aka molekul hemoglobina sadr2i 4 atoma zcljcza kolika je relativna molckulska masa hemoglobina ?
R: w(Fe) ~ 0,333 o/~ j(Fe) ~ 4, Mr ~ 67000.
5.41~ Citohrom sadrij 0,426 % Fe. Izracunaj najmanju relativnu molekuIsku masu citollfoma.
R: Mr ~ 13110.
5,42. Izracunaj dnevl1u porrebti za jodom aka je poznato da se u Ijudskom org<Jluzmu sintetise aka 1 mg tiroksina dncvno (C15H11 NO~J~).
R: 0,67 mg.
5.43. Lizin sadrZi 19,17 % nirrogena. IzracWlati relativnu mo1ekulsku masu lizina ako je poznato da molekullizina sadrZi dva atoma nitro gena.
R: leN) ~ 2, weN) ~ 0,1917, Mr ~ 145,8.
5.44, Empirijska formula nekog spoja Qedil*nja) je CH,O. Reiativna moiekulska masa spoja je 90. Odredi molekulsku formulu spoja.
5.45. Analizomje dobiveno daje u ispitivanomjedinjenju maseni udio ugljika 81,8% i vodika 18,2 %. Odredi empirijslm formulu jcdinjenja,
53
5.46. Kvalitativnom analizom je ustanovljeno da neko organsko jedinjenje sadrZi ugljik i vodik. Elemantarnom kvantitativnom analizorn je ustanovljeno da je maseni udio ugljika u jedinjenju 92,3 % a ostal0 je vodUc a) odredi empirijsku fonnulujedinjenja, b) ako je eksperimentalno odredena molarna masa jedinjenja M = 78 glmol, odredi
njegovu molekulsku formulu.
R: a) w(H) = 7,7 %, CH b) x= 6, C6R,;.
5.47. U nekom organskom jedinjenju maseni uetio ugljika je 23 %, vodika 5,9 %, a ostatak je War. a) odrediti empirijsku formulu jedinjenja, b) Ako je eksperimentalno nadeno da je molama masajedir\icuja M = 50,5 glmol
odrediti molekulsku fonnulu spoja.
R: w(CI) " 70,3 %, CHoCI, b) x = I. CH3C1.
5.48. Neki organski spoj sadrii 52 % ugljika, 35 % kisika i 13 % vodika. Odredi njegovu empirijsku formulu.
5.49. Hloriranjem benzena dobiva se kristalna supstanca Giji.ie procentni sastav: w(C) = 25 %, w(H) = 2 %, w(CI) = 73 % a) Odredi empiriisku formulu produkta, b) Ako ie nadeno daie relativna molekulska masa produkala 291 odredi rriolekulsku formulu i predpostavi njegovu strukturno
R: a) CHCI, b) x = 6, CJl6Ci
5.50. Za neko organsko jedinjenje ustanovljeho je da je lahkoisparljiva tecnost i cia daje pozitivllU reakciju sa Fehling-ovim reagensorn. Njegov procentni sastav je: w(C) = 54,55 %, w(H) = 9,09 %, w(O) = 36,30 %. Koie Je to jedinJenie?
R: C,H,O, acetaldehid (elanal).
5.51. Sastav jedinjenja izrazen masenim udjelirna je: w(H) = 2,24 %, w(C) = 26,6 %, w(O) = 71,07 %. Ako je odrcdena relativna rnolckulska rnasa jedinjenja Mr == 90, odredi empirijsku molekulsku formulu jedinjenja.
R: (HCO,)" x = 2, H,C,O,
5.52. Procentrri sastav nekog monosaharida ie: w(C) ~ 40,00 %, w(H) = 6,66 %, w(O) = 53,3 %. a) izraeunati njegm.'U empirijsku fonnulu, b) ako je eksperimentalno utHdeno daje relativna rnolekulska masa monosaharida Mr = 180 odredi molekulsku fonnuln.
R: a) CH,O, Er(CH,O), = 30; b) Mr = 180, x ~ 6, CJl1206.
54
5.53. Anilin ima sastav: 77,4 % C; 7,54 % H; 15,1 % N. Gnstina njegove pare prema vazduhu iznosi 3,21. Odrediti: a) empirijsku formulu anilina, b) molekulsku formuln anilina.
:5.54. Neb derivat morfina sadrZi 72,70 % C; 7,11 % H; 4,60 %1 N i ostatak je kisik Izracunati njegovu empirijsku formulu.
5.55. Hemijskom analizomje utvrden sastav nekog organskogjedinjenja: 60,5 % C: 5,55 % H; 16,1 % 0; 17,8 % C1. Izracunati empirijsku fonnulu togjedinjenja.
R: C,oBlIO,CL
55
6. KONCENTRACIJA RASTVORA
Koncentracije su vcliCine koje odreduju sastav neke smjese. Smjese mogu biti gasne, tecne i cvrstc. Tecne i ¢Vrste smjese nazivamo jos i rastvorima. Kad rdstvora razlikujemo rastvorenu supstancu i rastvarac. Za svakodnevni rad najzanimljiviji su vodeni rastvori, jeT se vada najces6e upotrebljava kao rastvarac.
Za sve vrste laboratorijskog fada nliina je poznavati koncentracije rastvora. Definisacemo one fiziCke veliCillc Kojima 5e opisuje koncentracija rastvora,a koje se najcesce koristc.
Alasena /wncentracija, nA)
Masena koncentracija yeA) sastojka A je odnos mase tog sastojka meA) i zapremine rastvora V:
yeA) = meA) . V
S1 jcdinica je k~, au hentiji se najcesce koristi i dccimallla jedinica II . m'
Ona Je brojno jednaka 1 ~, jer je lkg = 1000 g i 1m' = 1000 L m'
Primjer 1. Pripremiti 400 ml rastvora NaCl masene koncentracije 60 gil.
Rjdcnje: y = 400 m!= 0,41 yfNaCll = 60 gil m(NaCl) -?
rv1asa natrij-hlorida za priprcmanje rastvora izracunava se prema:
y(A) = m;:), !U(NaCI) = y(NaCl) .y - 60 gll·O,4 I = 24 g.
Kolii'inska koncenlracija erA)
KoliCinska koncentracija c(A) sastojka A je odnos kolicine tog sastojka n(A) i zapremine rastvora V:
56
i1' £ " 1 I
I I
I I
, I
I
. .. . mol mol SI JcdlmcaJC -3-' U hemiji se najcesce koristi decimalna jedinica -~".
m I
Primjcr 1. Pripremiti 300 em:'! rastvora NaOH koliCinske koncentracije 1,5 mollL
Rjdcnjc: . V = 300 em' = 0,3 I c(NaOH) = 1,5 molll m(NaOH) =?
Da bi izracunali potrebnu masu NaOH koristicemo obrazac c(A) = n(A) y'
odakle izracunavamo potrebnu kolicinu NaOH:
n(NaOH) = e(NaOH)·Y = 1,5 mol/l·G,J I ~ 0,45 moL
Iz poznate kolicine izracunavamo masu prema n(A) = meA) ,odnosno M
m(NaOH) = n(NaOH) M(NaOH) = 0,45 mol -40 gil = 18 g:
M aseni udio w(A)
Maseni udio sastojka A je odnos mase tog sastojka meA) i mase svih supstanci u rastvoru m (masa rastvora):
w(A) = m(A), m
Aka se rastvor sastoji ad jedne rastvorene supstance A u rastvaraeu Banda je maseru mlio:
weAl = meA) m(A)+m(B)
gdje je masa rastvora m ~ meA) + m(B), pri cemu je meA) - masa rastvorene supstance a m(B) - masa rastvaraca.
Za izracunavanje mase rastvora m cesta je potrebno znati gustinu rastvora:
m p=-~
V
gdje je V - zaPFemina rastvora.
57
SI jcdinica za gustinu je ~, a najces¢e se koristi decimalna jedinica fl ' m3
Primjer 1. Gustina rastvora je 1,2 kg/dIn3, a zapremina 250 mt Kolika je
masa rastvor3 ?
Rjdcnje:
p ~ 12 kg, ~ 12001l., jer je 1 dm' ~ 1 L dm- I
y ~ 250 ml ~ 0.251 Ill:= '1
m ~ p.y ~ 1200 gIl.0,25 1 ~ 300 g.
Frimjer 2, Trcba pripremiti 150 ml 10 % rastvor. KCL Koliko treba
odvagati KCl i koliko dodati vade? Gustina rastvoraje 1,01 Jcgl . dm
Rjc!cnjc: w(KCl) ~ 10 %~ 0,1
p~lOlJcL~!olO1l. 'dm3 1
m(KCl) =?
Prema definiciji mascnog udjela mas3 potrebne soli je:
m(KCl) ~ w(KCl)-m, gdje je III masa rastvora.
Posto znamo zapreminu rastvora i njegoVll gustinu, rnaSll cerna izracunati
prema:
m ~ p .y ~ 1010 gIl·0,!5l ~ lSI,S g.
Sada izracunavamo masu potrebne soli:
rn(KCI)~0,!·l51,5g~ lS,15g.
Menzurom treba doliti vodu do 150 m!. Aka je masa soli 15,15 g, amasa rastvora 151,5 g, onda je mas. vode (rastvaraea) m(H,O) ~ m - m(KCI) ~ 136,35 g.
58
I I I I
I
I
I l
TabeI.2
Decimalna jedinica koja
Flzicka veliCina Oznaka Defmicija SI jedinica se najvise koristi u hemiii
masa m kg g zapremina Y
I [--~;-I
gustina p m I g p~-
V I m3 I
molarna masa M M Mr·g/mol kg/mol glmo! koliCina neAl neAl = meA) mol mol supstance M masena yeA) I yeA) = meA) ~ I f
koncentracija y m} I
kolicinska erA) erA) = neAl mol mol koncentracija m 3
-V !
maseru udio weAl weAl = m(A) neimenovan broj m
Preracunavanje jedne vr~te koncentracije u drugu
Na osnOvll definicije fizlckih veliCina koje karakterisu koncentraciju rastvora mozemo izvesti izraze koji povezuju jednu VIStu koncentracije sa drugom
Primjer 1. Kako mozerno izracunati koliCinsku koncentraciju ako znamo masenu i obratno ?
Rjesenje: Masena koneentraeija sastojka A je y = meA) a kolicinska V
erA) ~ n(A). V
Posta je n(A) ~ meA) to je M
(A) - meA) - Y '1' e --.. --~ II M·V M
y(A)~M·c(A)
59
l'v'apumena: Pri izracunavanju sa jcdinicama koje se najvise koriste treba bit! dosljcdan (decimalne jedinice II posljednjoj koloni u tabeli). Alw se moiarna masa izraiava u glmol onda sc masena koncentracija izraiava u gil, i kolicinska koncentracija u moIII, gustina u gil.
Primjer 2. K(";1.o mozemo iZIaCllnali koliCinsku koncentraciju aka znamo maseni udic i obratno ?
meA) Rjcsenjc: Maseni udic je w(A)= --~" gdje je masa rastvora m "" p·Y.
m
Zamjenom dobijemo:
weAl ~ meA) . .t':1_~!n(A).M p.y M p·Y·M
. mCA) . n Posto je --::::: n 1 ~ = c zamjenom dobijcmo:
M Y
weAl ~ c.(A)·M yeA) p p
Koristimo decimalne jedinice: molll za koliCinsku koncentraciju, g/mol za molamu masu i gil za gustinu.
Primjer 3. Masena kohccntraCija rastYOfa NaOH je 80 gil, a gustina 1,05 g/cm3
. Kolikaje: a) koliCinska koncentracija, b) maseni udio ?
Rjdcnjc: yeA) = 80 gil P = 1,05 glem3 = 1050 gil h:i..::.30 glmol erA) ~ ?
weAl == ?
a) eCA) ~ .y(A)
M 80gll -2 moll 1
40 g/mol
b) w(A)= yeA) = 80gll ~0076~76% P 1050 g II' ,
Primjer 4. Maseni umo naui}karbonata Nai:03 u rastvoru iZl1.0si H,.65 %. I:zxacunati: a) koliCinsku koncentraciju,
60
b) masenu koncentraciju rastvora aka je gustina rastvora 1,1 gJernJ,
RjeSenje: w = 9,65 % ~ 0,0965 P ~ 1,1 glem' ~ 1100 gil M= 106 glmol a) c(Na,CO,) - ? b) y (Na,C03) ~?
a)
e·M W=--,
P
c(NaOC03)~ w(Na,C03 )·p _ 0,0965·1100gil Imoill. , M 106g/mol
b) Y (Na,CO,) = M ·e(Na,C03) = 106 glmol·l molJl = 106 gil.
Primjer 5. Kolika je masa sulfatne kiseline u 10 em3 vodenog rastvora za kojuje maseni udio H2S04 96 %7 Gustina r"stvofaje 1,84 glem'.
RJe!enje: Y = 10 eml = 0,011 w(H,SO,) = 96 % ~ 0,96 p ~ 1,84 glem' = 1840 gil m(H,SO,) ~?
Sadaje:
Prema definiciji masenog udjela :
w(H,SO,) ~ m(H,SO,) . m(rastvora)
Masu rastvora cerna naci iz poznate gustine tj.
m(rastvora) = p.y = 1840 gll·O,Oll = 18,4 g.
m(H,SO,) = w(H,SO,) ·m(rastvora) = 0,96 ·18,4 g = 17,66 g
Razrjeilivanje rastvora
Pri razIjedivanju rastvora smanjuje se njegova koncentracija rastvorene supstance prije i pos~ije razrjedivanja ostaje ista:
odnosno
ali koliCina
61
Primjer 1. U 100 ml H2S04 koneentracije 0,25 molll doda se 900 m! vode. Kolika je kolicinska koncentracija nastalog rastvora ?
RjeSenje: c, = 0,25 molll V,= 100 ml = 0,11 .'£, = 900 ml + 100ml = 1,0 I C2;;;;: ?
c, ' V, 0,25 moll 1,0,11 C2=--= 0,025 moll I.
V2 1,0 I
Primjer 2. Koliku zapreminu 96 % rastvora sulfatne kiseline gustine 1,84 g/em3 treba uzeti za pripremu 1 drn] rastvora koncentracije 0,5 molll ?
Rjesenjc: M = 98 glmol
WI :;;: 96 % = 0,96 p = 1,84 glem' = 1840 gn V, = I dm' = II £2-~ 0,5 molll VI ~?
Jz jednacine Cl VI ::::: C2 V2 vidimo da je za iznalaienje pocetne koncentracije VI potrebno poznavati koliCinsku koncentraciju CI:
_w,'p 0,96,1840gll_1802
III c, ----- ~" mo .
M 98g/mol Daljeje:
0,5 moll!, II = 0,02771 = 27,7 ml. 18,02 molll
Primjer 3. Koliko mJ ras{vora sulfatne kiseline koliCinske koncentracije 3 mollI i koliko vode treba uzeti za pripremu: aJ 500 ml rastvora koncentracije 0,3 molll, b) 1,51 rastvora koncentracije 0,5 moIIl ?
Rje!enje: aJ c, = 3 moll!
62
C2 = 0,3 moll! .'£1 = 500 ml = 0,5 I VI =7
V, = c 2 ' V2 _ 0,3 moll!· 0,51 = 0.051. c i 3 moll I
Treba uzeti 0,05 1 rastvora i dopuniti vodom do 0,5 1 tj. sipati vode 0,5 ~ 0,05 = 0,45 I.
b) c, = 3 moll! C2 = 0,3 moln V2 = I 5 I -v~ =?
c2 ' V2 0,5 mallI·I,5! V, =---= 0,251. , c, 3 mo!1l
Treba uzeti 0,25 I rash/ora H2S04 i dOpllniti vodom do 1,5 1, odnosno treba sipati vode 1,5 -0,251 = 1,251.
Primjer 4, U 3 ! vode dodano je 500 g 44 % H2S04 cija je gustina 1,342 g/cm3
_ Izracunati kolicinskll konc_entraciju dobivenog rastvora. Kolika je masena koncentracija dobivcnog rastvora ?
Rjesenje: III = 500 g WI = 44 % "" 0,44
P = 1,342 glcm' = 1342 gn M- 98 g/mol C2:::; ? "12 =?
Da bi nasH koncentraciju poslije razblazivanja, treba izracunati kolicinsku koncentraciju prije razblazivanja.
cJ
= w, 'p =6,025rnoIl1 M
Zaprernina rastvora prije razblaiivanja je V = In , gdje je m masa rastvora i p
p gustina rastvora, 500g
Zamjenom se dobiJe: V, = ----- = 0,372 I. 1342g/1
Zaprernina posJije razblaiivanja je:
V2 = 3 1+ 0,3721 =3,3721.
63
C, ,V, 6,025 molll ,0,3721 066 C,; =--::= , moll I.
- V, 3,3721
y, = M,c, = 98g1mol ,0,66 mol/l = 64,7 gil.
Primjer 5, Na koliku zapreminu treba razrijediti 5 dm' 36 % hloridne kiseline HCl da se dobije 10 % rastvor ?
Rjdenje: Da bi primjenili jednaCinu c) V! =- C2 V:" treba abje koncentracije izraziti kao
koliCinske. Zadatak je nepotpun jer je potrebno poznavati gustinu. Ukoliko nisu date podrazumjeva se cia su pribliino iste. U ovom slucaju zadatak mozerna rijesiti sarno na ovaj nacin:
W2P2 C =-, M
Iz Cl Vi "" C2 VZ sHjedi:
W IPl V ::: y" 2P2 V odnosno M ' M '
U na!em l.adatku je V, = 5 I; W, = 0,36; w, = 0, I, S obzirom da su gustine iste dobijemo:
V, = w, ' V, = 0,36, 5 = 18 L W2 0,1
Rastvor treba razrijediti na zaprerninu 18 L
Primjer 6, U 708 ml vode rastvori se 179,2 I gasovitog HCl pri temperaturi 27'C i pritisku 101,325 kPa, Kolikije maseni udio dobivenog rastvora?
Rjelenje: V(H,O) = 708 ml = 0,7081 V(HCI) = 179,21 T=273+27=300K p = 101.325 kPa w(HCI) =?
Maseni udia dobivenog rastvora je :
w(HCI) = m(HC!) m
gdje je m masa rastvora. Posta je Hel ga~_ njegovu masu moterna izracunati lz -.. Jednacine gasnog"stanja: .-.
64
I
m d" pV= -RT , g UeJe: M
pV(HCI)M 101,325 kPa' 179,21· 36,5 g/mol m(HCI): =
RT 8314 -_J_,300K , molK
m(HCI) = 265,6g
Masa mstvaraje: m = m(H,O) + m(HCI). Posta je gustina vode p = 1000 gil to je masa vode:
m(H,O) = p,V(H,O) = 1000 gil, 0,7081 = 708 g, Masa mstvoraje m = 973,6 g,
Maseni udio rastvora je:
w(HC1): 265,6g = 0,2629 = 26,29% .. 973,6g
Primjer 7. Na 1 I vade dodata je jedna kap 94 % HNO, tija je gustin~, 1,5 glem', Kolika ce biti koliCinska koncentracija dobivenog ,astvora aka I ml sadrZl 20 kapi?
Rje!enje: w, = 94%=0,94 P = 1,5 glem' = 1500 gil M = 63 glmol C2 =?
Da bi mogli koristitijednacine C1 Vj ::::: C2V2 izracunacemo:
1500 g/l,0,94 = 22,38 mallL 63 g/mol
Posto I ml sadrZi 20 kapi ondaje zapreminajedne kapi:
Zapremina V, = 1 1 + 0,00005 I ~ 1 L
Zamjenom dobijemo:
c i ,VI _ 22,38molll·5,lD-'1 112.10-3 III C2 :::::--_ - , rna.
V, II
65
ZADACI
6.1. U bolnicama se pacijentima poslije operacije intravenski daje rastvor glukoze u kojoj je maseni udio glukoze 5 %. Izracunaj rnasu glukoze rastvorenu II 500 g rastvora.
R: meg/) ~ 0,05 ·500 g = 25 g.
6.2. Izracunaj zapreminu vode u kQjoj se mora rastvariti 10 g natrij-nitrata da bi maseni lldio NaNO} bio 2 %.
R: m(mstvora) ~ 10 g I 0,02 ~ 500 g. Voda je rastvame, m(H,O) = 500 g - 109 = 490 g V(H,O) = 490 ml.
6.3. Koliko je potrebno KCI i vode za pripremu 720 g 32,5 % mstvora KCI ?
R: 234 g KCI i 486 g H,O.
6.4. Koliki je maseni udio K,CO, kada se 130 g te soli pomijesa sa 370 g vode ?
R: 26%.
6.5. Koliko je potrebno NaOH za pripremu !O I 12 % rastvora gustine 1,13 glem' ?
R: m = 1357 g.
6.6. Koliko je NaOH i vode potrebno za pripremu 450 ml 22 % rastvora NaOH Cija gustina iznosi 1,24 glem'?
R: 122,9 g NaOH i 435,6 g vode.
6.7. Koliko u'eba odvagati NaOH za pripremu: a) 500 em} 5 % rastvora gustine 1,0452 g/cm3
,
b) 150 em' 20 % rastvora gustine I, j 884 glem', c) 300 em' 40 % rastvora gustine 1,3991 glem'.
R: a) 26,13 g; b) 35,65 g; c) 167,9 g.
6.S. Treba priprerniti po 21 rastvora kolicinske koncentracije 0,05 moM. Koliko treba odvagati navedenih soli: a) KMnO" b) K2Cr,O" e) Na,S2O"
. d) FeSOdO H20?
R:a) 15,804 g; b). 29,41 g; c) 15,81 g; . d) 27,8 g.
66
6.8.Izracunajte kolicinsku koncentraciju rastvora ako je masena koncentracijalOOgll: aJ C,H,OH, b) AgNO" e) FeCI,.
R: aJ 2,171 mol/l; b) 0,589 molll; e) 0,616 molll
6.9. Izratunajte masene koncentracije ako su maseni udjeli: a) 13 %, p = 1,1 glem'. b) 20 %, p = 1,2 glem', e) 43 %, p = 1,3 glem'.
R: y ~ w·p(dokazite): a) 143 gil; b) 240 gil; eJ 442 gil.
6.11. Izracunajte kolicinske koncentracije ako su maseni udjeli 12 % i gustine 1,15 glem': a) NaCl, b)H,SO" c)H,PO" d)RNO,.
R: a) 2,36 molll; b) 1,41 molll; c) 1,41 mollI; d) 2,19 molii.
6.12.Koliko grama plavog kamena CUS04·5 H20 treba 7..3 pripremu 2 1 rastvora koncentracije 0,1 molll ?
R: 50 g.
6.13. Gustina 20 % rastvora fosfatne kiseline iznosi 1,1143 glem3. Kolika je
koli¢inska i roasena koncentracija tog rastvora ?
R: 2,27 rnolll; 222,8 gil.
6.14. 10 grama neke supstance, elja rclativna molekulska ri.msa iznosi 46, rastvoreno je u 100 g vode. Gustlna dobivenog rastvora je 0,985 glem'. Kolika je kolicinska koncentracija rastvora ?
R: 1,949 moili.
6.15. Izracunati koliko grama HNO, ima u j 0 em' rastYora eija je gustina 1190 gil, a maseni udio je 32 %?
R: m(rastvara) ~ 11,9 g; m(RNO,) = 3,8 g.
6.16. Izra¢unati kolicinsku koncentraciju: a) 9 % fizioloskog rastvora NaCI <ija je gustina 1,005 glem'; b) rastvora koji u 150 g vode sadrzi 3 g KOH ( P = 1,025 glem').
R: a)e= 1,5mal/1; b) c=0,355molil
6.17. U 1000 g 15 % rastvara sali dodano je: aJ 100 g vode, b) 100 g vQde i 100 g soli, e) 100 g soli. Izraeunati masene udjele ovako dobivenih rastvora.
R: a) 13,64 %; b) 20,83 %; e) 22,73 %. 67
6.18. Koliko m1 10 % rastvora Na2C03 gustina 1,1 glmJ je potrebno za pripremu 500 ml Na2CO) kolicinske koncentracije 0,1 molll ?
R: 42 mL
6.19. Koliko ml95 % sulfatne kiseline gustine 1,839 glem' treba za popremu 740 ml rastvora ko_ncentracije 1 moIIl ?
R: 41,6 mL
6.20. Koliku zapreminu 36 % rastvora Hel treba uzeti za pripremu 1 dm3 rastvora koncentracije 2 moUl? Gustina pocetnog rastvoraje 1,1 glem),
R:0.183L
6.21. Koliko je grama 96 % rastvora sulfatne kiseline potrebno uzeti za pripremanje 1 kg 30 % rastvora kiseline koja se upotrebljava za punjenje akumulatora ?
R: Masa rastvorene supstance ostaje nepromjenjena ffi\(A) = m2(A); Ako su mase rastvora prije razblazivanja ffi! i ml, ondaje ffi] WI (A) "" Jlll W2(A) ml "" 312,5 g.
6.22. Do koje zaprenrine je potrebno razblaiiti 500 ml 20 % rastvora NaCI, gustine 1,151 glem' da bi se dobio 4,5 % rastvor gustine 1,029 glem' ?
R: 2,488 L
6.23. Koliko je ml 38 % hloodne kiseline Hel gustine 1,19 glem' potrebno da se dobije 1 I rastvora koncentracije 2 moIIl ?
R: 161,44 ml
6.24. U 100 Illi castvora Na,PO, koneentraciJe 1,2 moUI doda se 10 g soli Kolika je koncentracija soli ?
R: 1,81 mollL
6.25. U 250 g 5 % rastvora Na,CO, doda se: a) 100 g vode, b) 50gsoli. Izracunati maseni udio soli.
R: a) 3,57 %; b) 20,83 %.
6.26. U 150 g 12 % NaOH gustine 1,131 glemJ doda se 50 ml vode. Izracunati rnaseni udio i kolicinsku koncentraciju dobivenog rastvora. KoUka je gustina dobivenog rastvora?
R: V, = 132,6 em'; m = 200 g; V, = 182,6 ern'; p, = 1,095 glem'; w, = 9 %.
68
6.21. Koliki je maseni udio KOH u raitvoru koji se dobije mjesanjem 250 g 10 % KOH, 150 ml vode i 10 g KOH?
R: 8,54 %.
Organska bemija
6.28. Masena koneentracija rastvora gIukoze C,HI20 6 je 120 gil, a gustina rastvora 1.11 glem'. Izracunati: a) kolicinsku kaucentracUu rastvora glukoze, b) maseru udio glukoze u rastvoru.
R: a) e = 1- = 0,667 moll!, M
b) w=1. =0,108=10,8%. p
6.29. Rastvor saharoze C2HnOll ima koHCinsku koncentraciju 0,35 moll! i gustinu 1,2 g/cm3
. Izracunati: a) masenu koncentraciju, b) maseni udio saharoze u rastvoru.
R: a) y = M·e = 978 gil; b) w = 1. = 0,815 = 81,5 %. P
6.30. Rastvor 50 g etanoIa u 80 g CCI, ima gustinu 1,30 glem'. Izracunati: a) maseru umo etanola u rastvoru, b) masenu koncentraciju, c) kolicinsku koncentraciju elanola u rastvora,
R: a) w = 0,384 = 38,4 %; b) V = 0,11, Y = 500 gil, e) e = 10,87 moUI.
6.31. Mije!anjem 50 emJ etanolai 50 em'vode, na temperaturi 20"C, dobije se 96,5 em3 vodenog rastvora etanola. KoUka je zapreminska koncentracija etanola u rastvoru ?
R: Z'preminska koncentracija se definise kao odnos zapremine sastojka i zapremine uzorka.
V(e tanola) 50em' 0518 O'(etanola) = - - ,
V 96,5em'
Zapreminska koneenJracija etanola je 51,8 %.
6.32. Rastvor sadrn 0,75 g uree H,NCONH, u 70 g vode. Izracun.li: a) maseni udio uree u rastvoru, b) koliCinsku koncentraciju uree. Gustina vode je 1 g/cm
3.
R: w = 0,0106 = 1,06 %; b) V = 0,071; e = O,i7S molll.
69
6.33. U 50 ml krvne plazme nadeno je 0,98 g a1bumina. Relativna molekulska masa albumina je 69000. Kolika je kolicinska i masena koncentracija albumina ?
R: c~ 2,84'10'~ moll!; y~ 19,6 gil.
6.34. Bojni otrov fozgen djeluje na organizarn preko organa za. disanje u koncentraciji y "" 4.10-5 kg/m3
. Koliko grama fozgena 6e stvoriti kontaminiranu atmosferu u ucionici zapremine 100 m3
.
R: III Z 7,2 g.
6.35. U alrnosfemje isparil0 6,5 kg sanna (nervni bojni otrov). Aka je kancentracija (opasna po fivot) 1,6·10·5kglm3
, koliku zapreminu maze da zatruje ta koliCina sarina?
R: V = 406250 rn3. Zapremina 200 m duiine i 200 m sirine, te 10 m visine t
70
7. HEMlJSKE JEDNACINE. REDOKS-JEDNACINE
HEMIJSKE JEDNACINE
Hemijska reakcija se moze prikazati hemijskom jednaCinom, U tah,,'oj jednacini navode se svi reaktanti j produkti. Reaktanti se obieno pi5U sa lijevc strane. a produkti s desne stranc strelice.
StreUce pokazuju da hem(jske jednaCine nisu isto sto i jednacine s jizickim I'elic'inama Ie zato znakovf plus i minus nemajU uobicajeno znacenje iz matematike . .lednacine hemlfskih reakcija pn'kazuju samo hantilalivl1e odnose meau brojel'ima jedinhl reaktanata i produkato
U ispravno napisanoj hernijskoj jednacini bro,j svai{e vrste atoma na obje stranc jc jednak Zbog toga se uz fonnu!u piSu 'koefic~jenti taka da broj atoma svakog elementa na strani reaktanata bude jcdnak broju atoma na stram produkata. Na primjer ujednacini hemijske reakc:ije:
2 KOH + H2S04 -+ K2SO, + 2 H20
reaktaTIti su kalij-hidroksid i sulfatna kisclina, a produkti 511 kalij-sulfat i voda. Zbir atoma kalija, kisika, vodika i smnpora na lijevoj i desnoj stram jedmlcine mora biti jednak (provjeritc !). Dva molekula KOH i jedan molckul sulfatne kiseIine daju jedan molekul kalij-sulfata i dva molckula vodc. Pri pis..'mju hemijskih jcdnaCina obieno se vodi racuna 0 tome da koeficijenti uz fonnulu budu cijeli hrojevi.
Primjer 1. Voda nastaje od vodika i kisika. Napisati hemijsku jednacinu.
Rjesenjc: Jednacina reakcije s nepoznatim koeficijentima je:
a H2 + b O2-> c H20.
Za vodu cerna uzeti cia je koeficijent c ::::: 1, sto znaCi da .ie nastao jedan molekul vade. Svaki molekul vode sastoji se od dva atoma vodika. Za r0egovo nastajanje potrebno je dva atoma vodika a ona su saddana u jednoj moJekuli vodika H2, te je a = I. Jedan molekul vade sadrii jedan a10m kisika, a to jc paIa mo1ckule kisika, te je b = 112. Jednacinu hemijske reakcije piSemo'.
1 lH2 + - 0, -+ I H20.
2
Zelimo Ii da u jednacini koeficijenti budu cijeli brojevi, onda cerna citavu jednacinu pomnaziti sa 2, te dobivamo:
2H, + 0-,-> 2 H20.
U jednacini je zadovoljen usl<2Y..o sta!nosti brojg atoma svake vrstc.· Broj atoma vodika s ljeve i desne strane je cetiri, a braj atoma kisilill dV3. Dva rnoleku!a vodika i jedan molekul kisika daje dva rnolekula vode.
71
Prlmjer 2. Napisati jednacinu sinteze amonijaka koji nastaje spajanjem mo1eku1a vodika i azota (nitrogena).
Rjdcnjc: Jednacina reakcije S opstim koeficijentima je:
Neka je koeficijent uz amonijak c "" 1. Jedan molekuI arnonijaka sadrii jedan atom nitrogena a to je paia molekula nitrogena. te je b := Y.:. redan molekul amonijaka sadrZi tri atoma vodika. Tri atoma vodika sadrle se u jednom i po rnolekulu vodika, teje a;::: 1,5 = 3/2. Sada mozemo pisati:
Da bi dobili cje1obrojne koeficijente citavu jednacinu umotimo sa dva i dobivamo:
3 Hz + N, -+ 2 NH,
Broj atoma vodika i nitrogena)e jednak s obje strane joonacine. Provjerite!
OKSIDACIJA I REDUKLlJA
Nekad su se pod oksidacijom podraznmijeva1c reakcije sa kisikom, a pod redukcijom reakcije oduzimanja kisika, Danas je pojam oksidacije i redukcije pro!iren i lemelji se na izmjeni eloktrona: OI<Sidacija je proces o\pustanja elektrona, a redukcija je proces primanja cleldrona.. Pojam oksidacije i redukcije objasnit 6e~no na primjem sagorijevanja magnezija:
Mg+O
Prema stamj definicifi reakcija udesno je reakcija oksidacije, a reakcija uilj'eva reakcq'a redukcije. Radi jednostavnosti dat je pn'mjer sa atomarnim kisilwm, mada je sagorijevanje magnezija reakcfja s molekulamim kisikom.
Prema savremenorn tumacenju, u gornjoj reakciji magnezij otpusta dva elektrona: >
Otpustanje elektrona zove se oksidacija. Magnezij se oksidirao. Kisik prima dva elektrona:
0+2e->O'-.
72
Primanje elektrona je redukcija. Kisik se reducirao. Supstanca koja otpusta elektrone i taka se oksidira naziva se redukciono
sredstvo. U nasem primjeru magnezij je redukciono sredstvo. Supstanca koja prima elektrone i tako se reducira naziva se oksidaciono sredstvo. U nasem primjeru kisik .Ie oksidaciono s~dstvo.
·U gomjem primjeru atom rnagnezijaje otpustio dva elektrona, a atom kisika je primio ta dva elektrona. Broj primljenih elektrona jednak je broju otpustenih elektrona. Reakcije kod kojih dolazi do premjestanja elektrona s jednog atoma na drugi nazivaju se redokswreakcije.
OKSIDACIONI BROJ
VaJencija elementa u jonskim spojevima odredena je brojem otpustenih iii primljenih elektrona. Valencija elementa s kovalentnom vezom odredena je brojem zajednickih elektronskih parova koji atom tog elementa gradi s atomom drugih elemenata.
Medutim, kod sastavljanja hemijskih jedinjenja redoks-reakcija, koristimo se pojmom oi<sidacionog broja To je opstiji ,.pojam oct valencije jer ne zavisi od vrsle veze. Oksidacioni broj pokazuje stanje atoma u nekom spoju, a koje izraiavamo brojem elei<trona kojim pojedini atomi uceslvuju u vezi. Alomi koji otpustaju elektrone imaju pozitivan oksidacioni broj, a atomi koji primaju elektrone, imaju negativan oksidacioni broj.
Oksidacioni broj se pise iznad simbola elementa i to prvo predznak naboja, a zatim brej. Na primjer kod natrij-hlorida oksidacioni broj natrija je +1, a oksidacioni broj hIora -1 (Zo5lo?).
(+l)H)
Na CI. Za odredivanje oksidacionog broja potrebno je znati nekoliko pravila:
1) Atomi i molekuli u e1ementarnom stanju irnaju oksidacioni brej nula (0). Na primjer:
0000000 AI, Fe, CU,HZ,02,He, P4
2) Oksidacioni broj kisil<a u spojevima je -2 (izuzev u pereksidima -1). Na primjer:
(-2) (-2) (-2)
H, 0, Ca 0, S 0 2 .
3) Oksidacioni brej vodil<a u spojevimaje +1 (osim u melalnim ltidridima,-I). Na primjer:
(+1) H,O,
(+1) (+1)
H NO" C H 4.
4) Zbir oksidacionih brQjeva u molekuli je jednak null.
Primjer 1. Koliki je oksidacioni broj sumpora u sulfatnoj kiselini?
Rjdcnje: Na osnovu navedenih pravila znama oksidacione brojeve kisika i vodika. Nepoznati oksidacioni broj sumpora obiljciicemo sa x:
(+1) :«-2)
H2S0,. Posta je zbir oksidacianih brojeva u molekuli jednak nuli, anda moierno
pisati jednacinu: 2(+I)+x+4(-2)=0,
x=6. Oksidacioni braj sumpora u sulfatnoj kiselini je +6.
Primjer 2. Izracunajte oksidacione brojeve ugljika u slijedeCim spojevima: CH" C,flo, C,R" C,H" CH,O, CO, CO,.
RjeScnjc: :-; +1
CH4, x+4(+I)=0, x=-4 x ;-1
C2H6, 2x+6(+I)=0, x=-3 x .;·1 /
C2H" 2x+4(+I)=0, x=-2 x +1
C,H2, lx+2(+1)=O, x=-1 x +1 -2 CH20, x+2(+I)+(-2)=0, x=o
CO, x+(-2)=0, x=2
x ·2 C02, x+2(-2)=0, x=4
JEDNACINE REDOKS-RE4KCI.I4.
To su jednaCine u kojirna dolazi do promjene oksidacionih brojeva. Osnovni zahtjev pri pisanju heroijskih jednacina redoks-reakcija je da broj elektrona kojc otpusta redukciono srcdstvo bude jednak brojn elektrona koje prima oksidaciono sredstvo.
Da ponovimo: Oksidacijom (otpustanjem elektrona) oksidacioni broj se poveeava, rcdukcijom (primanjem elektrona) oksidacioni broj se smanjuje, Promjena oksidacionog broja jednaka je broju otpustenih odnosllo pn"mfjenih elektrona, Supstanca (tvat) koja se oksidira naziva se redukciollo sredstvo, a supsranca koja se reducira oksidaciono sredstvo.
Primjer 1. Koje od sljedeeih hemijskih jednacina plikazuju jednaCine redoks~reakcija? Staje U Itiima oksidaciono, a !ita redukciono sredstvo?
~L 2Ca{s) + 02{g) -+ 2CaO(s) b) Zn(s) -I- 2 HCI(aq)"---;" ZnCh(s) + H2(g)
c) AgN03(aq) + HCl.(aq) -+ AgCl(s) + HN03(aq)
74
Rjescnjc: Oznake uz formule predstavljaju agregatna stanja (vim poglavlje 12): s- evrsto, 1- teena, g-gasovita, aq-vadeni rastvor,
Kad redoks-reakcija dolazi do promjene oksidacionog broja. o 0 (t2) (-2)
a) 2Ca+O',--+2Ca O.
Kaleij oksidira jer je otpustio dva eJektrona. Kisik reducira jer je primio dva elektrona. Hemijska jednacina predstavlja redaks-reakciju jer .Ie daslo do promjena oksidacionih brojeva. Broj elektrona koje otpusti r..alcij jednak je broju e1ektrona koje primi kisik. Kalcij je redukciono sredstvo,a kisik oksidaciona srcdstvo.
o (+1)(-1) (+:'.)(-1) 0
b) Zn+2 H CI-+Zn CI, +H2.
eink se oksidirao, a vodik reducirao. ova je redoksNreakcija. Cink je redukciono sredstvo a vodik oksidaciono sredstvo
c) (+1) (+5j(-2) (+1)(-1) (+I)H) (+1)(+5)(-2)
Ag N 0, + H CI --> Ag CI + H N 0,:
U jednacirri nije doslo do prornjene oksidacionag broja, te jednaCina ne predslav Ija redoks-reakciju. I
Primjer 2. Rijesi jednacinu koja prikazuje redoksNreakciju aluminija i kisika.
Rjesenje: Napisacemo hemijsku reakciju bez odgovaraju6ih koeficijenata uz formrue (neizjednacenajednaCina):
o 0 (+3) (-2)
AI(,) + 02(,) --+ AI, 0 3 .
Oksidacioni broj alurninija u spoju sa kisikom nasli sma na osnovu poznatih pravila (Provjerite !). Cilj namje da odredirno odgovarajuce koeficijente iz fonnule u ovoj redoks-reakciji.
Napisa,t cerna parcijalne jednacine oksidacije i rcdukcije. Alwninij se oksidirao a kisik rcducirao:
o AI--+ AI3+ +3e- /·4
o 02 +4e- --t20 2- /·3
Naboj jona pisemo u gomjem desnom uglu (3 +,2-) i ne treba mijdati sa pisanjem oksidacionih brojeva.
Da bi izjednacili broj e1ektrona, prvu jednacinu mnoiima sa 4, a drugu sa 3, te dobivamo:
4AI-+ 4Ae+ + 12 e-
30, +12e- -->602-
Parcijalne jednacine saberemo:
4 AI +30,:;: 12 e --> 4 AI" +6 0"+ 12 e
75
Konacnajednacina (izjednacenajednacina) je: 4 Al + 3 0, -> 2 Al,O,.
Primjer 3. Uravnoteziti redoks-jednaCinu koja prikazuje rastvaranje bakra u koncentrovanoj nitratnoj kiselini, pri cernu su produkti reakcije: bakar(II)-nitrat, nitrogen(IV)-oksid i voda:
o (+!){+5)(-2) (+2) (+5)(-2) (+4)(-2)
Cu+ H NO, .... Cu(N 0,), + N 0 +H,O.
Rjcknjc: Oksidacione brojeve nitrogena u nitratnaj kiselini i nitragen(IV)aksidu odredili sma na asnovu poznatih pravila (Provjerite!). Potrebno je odrediti stehiometrijske koeficijenle.
Jednacinu cerna napisati u disociranom obliku (vidi poglavlje 91)
Cu + W + NO; .... Cu'+ + 2 NO; + NO, + H,O.
Parcijalne jednaCine oksidacije i redukcije su:
Cu .... Cu'+ + 2e' (+5) ("1"4)
NO, +2H+ +e' -> NO, +H,O/'2
Da bi izjednacili broj elektrona pomnozit cemo drugu jednaCinu sa dva, a zatim ih saberemo:
(+5) (+4)
Cu+2 N 0, +4H+ +2e' .... Cu'+ +2 N 0, +2H,O+2e'
U redoks reakciji dvije nitratne grope se reduciraju u nitrogen(lV)'oksid, a dvije nitratne grope su potrebne da bi nastao spoj Cu(NO,),:
Cu + 4 HNO, ,-> Cu'+ + 2 NO:; +2 NO, + 2 H,O.
U molekulskom obIikujednacinaje:
Cu + 4 HNO, .... Cu(NO,h + 2 NO, + 2 H,O.
ZADACI
7.1 Odrediti stehiometrijske koeficijente u sljedecimjednacinama sagorijevanja: a) aMg + bO, -> cMgO b) aAI + bO' .... cAl,o, c) aCB:4 + bO, -> cCO, + dH,O d) aC,H. + bO, -> cCo, + dH,O 0) ,aC,tL,+ bO, -> cCO," dH,O f) aC,H, + bO, -> cCO, + dH,O g) C4H,o+bO, .... cCO,+dH,O
76
R: a) a ~ 2, b ~ 1, d) a ~ 1, b ~ 712, 512, c~2, d~ 1;
c ~ 1; b) a ~ 4, b ~ 3, c ~ 2; c) a ~ 1, b ~ 2, c ~ 1, d ~ 2; c ~ 2, d ~ 3; e) a ~ I, b ~ 3, c ~ 2, d ~ 2; f) a ~ I, b ~ g) a ~ 1, b ~ 1312, c ~ 4, d ~ 5.
7.2. Odredi stehiometrijske koeficijente u sljedeCim jednacinama otapanja metala II
kiselinarna: aJ aZn + bHCI -> cZnCI, + dH, b) aZn + bH2S04 -')- cZnS04 + dH2
c) aAI + bHCI .... cAICr, + dH, d) aAI + bH,SO, -> cAI,(SO,h + dH, 0) aMg +tH,PO, -+ cMg3(PO,h + dH,
R: a) a ~ I, b ~ 2, c ~ 1, d ~ 1; c) a~2, b~6,c~2,d~J: e)a~3, b~2, c~ 1, d~3.
b) a ~ 1, b ~ L c ~ 1, d ~ 1; d) a~2, b~l, c~l, d~3;
7.3. lzjednaci·hemijsku jednaciuu reak.cije oksida sa vodom: a) a.lv!gO + bH,O -> cMg(OHh b) aCO, + H,O.., cH,CO, c) aSO, + bH,O -> cH,S04
R: Svi koeficijentijednaki sujedinici.
7.4. IzjednaCiti hemijske jednacine neutralizacije kiselina sa natrij-hidroksidom: a) aHCI + tNaOH -> cNaCI + dH,O b) aH,S04+ bNaOH -} cNa,SO, + H,O c) aH,PO, + bNaOH -> cNa,PO, + dH,O
R: a) a ~ 1, b = I, c = 1, d ~ 1 b) a ~ 1, b = 2, c ~ 1, d ~ 2 c)a= 1, b=3, c~ 1, d~3.
7.5. Uravnoteiiti sljedecc hemijske .jednaCine: a) aFC2S3 + b02 -} CS02 + dFC203 b) aFe203 + bCO -> cFe + 'dCO, c) aPbS +bPbO -> cPh + dSO, d) aSiO, + bMg -> cMgO + dSi,
R: a) a = 1, b ~ 912, c ~ 3, d = 1; b) F 1, b = 3, c ~ 2, d ~ 3; c) a~ 1, b~2, c=3, d~ 1; d) a ~ 1, b= 2, c ~ 2, d = 1.
7.6 Odrediti oksidacione brojeve hlora u: Cl" HCI, HCIO, HCIO,.
R: 0,-1,+1,+7.
77
7.7. Odrediti oksidacione brojeve sumpora u: S" H,S, SO" H,S03, S03, H,SO,.
R: 0, -2, +4, +4, +6, +6.
7.8. Odrediti oksidacione brojeve nitrogena u: N2, NH3, NH"OH, NO, HNO" N02, HN03.
R: O. -3, -3, +2, +3, +4, +5.
7.9. Odrediti oksidacione brojeve ugljika u: CIL, CH30H, C,H120 6, HCOOH, CO,
R: -4, -2, 0, +2, +4.
7,10, Kolikije oksidacioni broj: a) hlora u C1 i C10",
b) nitrogena uNO; i NO;
c) sumpora uS2• i SO ~- ?
R: a) x:=: -1; x + 1(-2);;;;: -1, x::::: +1. Zbir oksidacionih brojeva jednak je naboju jona. b) x+2(-2)=-I,x=+3; x+3(-2)=-1, x=+5. c) x=-2; x+ 4(-2) =-2, x=+6.
7.11. Odrediti oksidacioni broj.hroma u sljedeCimjedinjenjima: K,CrO" K,Cr,O" Cr,03, Cr2(SO,h .
R: +6, +6, +3, +3.
7.12. Koji ce se clementi reducirati a koji oksidirati U ovim reakcijama: a) CaC03 --+ CaO + CO" b) Fc30, + 4H2 --+ 3Fe + 4H20, c) H,SO, + 2 KOH -> K,SO, + 2 H,O, d) MoO, + 4 HCl -> MnCl,+ CI, + 2 H,O.
R: a) nijedan, b) Fe(red), H(ox), c) nijedan, d) Mn
7,13, KaJe su od sljedeCih rcakciJa oksido-redukcione? a) H2 + Br2 -+ 2HBr, b) CaC03 --+ CaO + CO, c) 2 Na + 2 H20 -> 2 NaOH + H" d) CaO + H,O --+ Ca(OH)" e) Fe + CuSO, -> FeSO, + Cu, f) Cu + 2 H,S04 --+ CuSO, + SO, + 2 H,O.
78
R: Oksido-redukcione reakcije su pod a, c, e i f. oksidans reducens
a) Br, H2 c) H2 Na e) Cu Fe f) H2S04 Cu.
7.14. UravnoteZiti sljedece hemijske jednacine: a) H,S + J -> HJ + S, b) H,SO, + Mg -> MgSO, + H2, c) Cl, + H,O + H,S -> HCI + H2SO, d) FeCI, + H,S -> FeCI, + S + HCI e) NH3 + O2 -+ H20 + N2.
R: a) H,S + J,--> 2 Hl + S,
. b) H,SO, + Mg -> MgSO, + H" c) CI, + H,S + 4 H20 -> 8 Hel + H2SO" d) 2 FeCl3 + H,S --> 2 FeCI, + S + 2 HCI, e) 4 NH3 + 3 0, --+ 6 H20+2 N2.
79
8. IZRACUNAVANJE POMO(;UHEMIJSKIH JEDNAC7NA
IedrraCina hcmijske reakcije omogucava izracuORvanje broja i koliCine jedinki (molekula, atoma, jona) u hemijskoj reakciji.
Ako imamo hcmijsku reakciju:
aA +bB -+cC +dD
andaje odnos brojajeclinki i broja molova (kolicine):
Nb "-"- b --~
N, n a
Nc = n, c ~
N, n, a
gdje su a, b, C i d koeficijenti u jednaCini. KoliCina jedinki proporcionalna je braju jedinki (n :=; NINA) te stoga vaze
gore navedeni odnosi. Odnos koliCine jedinki koje ucestvuju u nekoj hemijskoj rcakciji jednak
je odnosu njihovih koeticijenata u jetinacini te reakcije.
Primjer 1. Izrdcunajtc masu Ciste H2S04 koja nastaje reakcijorn vode i S03 ako je masa SO, 15 kg. .
Rjesenje: meSO,) ~ 15 kg m(H,S04) -?
JednaCina reakcije je:
80
SO, + H,O -> H2S04
Odnos koliCinajedinkijednakje odnosu kocficijenata u hemijskoj reakeiji:
n(H,S04) n(SO,) I'
m(H 2S04) meSO,) M(H,S04) ~ M(SO-;J'
meSO,) m(H,S04) ~ M(H,S04) ~
M(SO,) 98 15 kg = 22,97 kg.
64
U gornjoj jednaCini umjesto molamih masa uneseni su podaci za relativne molekulske mase jer se molamc mase oclnose kao rclativne molekulske mase: M, . Me = Mr, : Mr,.
Primjer 2. Glavni prDces koji teee u visokoj peel izrazen je zbimom jednacinom:
Fe,03 + 3 CO . .-, 2 Fe + 3 CO,. Nab: a) broj molekula FC20) potrebnih da nastane 100 atoma zeljeza Fe, b) braj molova FC203 potrebnih da nastane 25 lIlolova Fc, c) bra) kilogram. Fe,03 potrebnih da naslane lOa kg z.eljeza.
Rjesenjc: a) )'I(Fe) ~ 100
N(Fe,O,) -?
1z jednacine hemijske reakcije saznajemo da se iz jednog molekula FC20} dobivaju dva aloma zcljezJ. Prema tome odnos broja jcdinki (atoma) ieljeza prema brojn jedinki (moiekula) Fe203 je:
N(Fe) 2 l' odnosno: N(Fe 20 3)
N(Fe) ~ 2N(Fe,o,).
Posloje N(Fe) ~ 100, loje
° 100_
0 N(Fe, 3)=-~) . 2
b) illJ''21 ~ 25 n(Fe20 ,) ~ ?
c)
Broj jedinki se odnosi kao broj molova: n(Fe) 2
n(Fe,O,) l' n(Fe) 25
n(Fe-03 ) ~ -- = - ~ 12,5 mol. , 2 2
m(Fe) ~ lOa kg m(Fe203) -?
Posto je: n(Fe) cc m(Fe) i . M(Fe)
81
m(Fe203)
M(Fe,03)
m(Fe) 2M(Fe) ,
odnosno:
m(Fe ° ): fi(Fe)· M(Fe,03) , 3 2M(Fe)
100 kg ·159,7
2·55,85 142,9 kg.
Primjer 3. Izrafunati masu kisika potrebnu 1.a potpuno sagorijevanje 10 kg ugljika, Jecinacina reakcije je:
C +0, -+ CO,. Rjesenjc:
m(CO,l: 10 kg
m(O,): ? nCO,) ~_ n(C) I
Posto je n(O,) ~ m(O,), i - M(O,)
nrC) ~ m(C), to je : M(C)
m(O,) M(O,) Mr(O,) m(C) ~ M(C) ~ Ar(C) .
M(O,) 32 m(02) ~ m(C)- .. ~ 10 kg- ~ 26 ?kg.
M(C) 12'
'Primjer 4. Cink reaguje sa hloridnom kiselinom dajuCi vodik. prema jednacini:
Zn + 2 HC! -> ZoCI, + H,.
IzraCtU1ajte broj molova i z.aprcminu vodika koja nastaje reakcijom cinka sa 20 molova He1 pri nonnalnim usJovim~ Vm "" 22,4 L
RjeScnjc: n(HCI) ~ 20 mol Y m ~ 22.4 lImoL ntH,) ~ ? Y(H,) ~ ?
Odnos kolicina, premajednacirri,je: n(Hel) "" -~-:= 2, . n(H,).1 .
82
I
to je:
n(HCI) 20 mol n(H.) ~--~= --=10 moL
, 2 2
, . Y(H ) Posto Je n(H 2 ) ~ _~2~,
Ym
Primjer 5. Izracunajte zaprerninu amonijaka koji nastqje od 1 kg azota pri temperaturi lODe i pritisku ],3 bar.
JednaCina reakcije je: N2 + 3 H2 --+ 2 NH3
RjeScnje: m(N2) = 1 kg = 1000 g, T ~ 273 + 10 : 283 K. P ~ L3 bar ~ 1,),]05 Pa = 130 kPa, Y(Nl-U -?
Prerna jednacini je:
n(NR,) = 2 n(N,)
adnosno
Posta je n(N,)~.m(N,): lOOOg_~;5,7mOl.ondaje , M(N,) 28g/mol
n(NR,) = 2·35,7 mol ~ 71,43 mol.
Amonijak mozemo srnatniti idealnim gasom ie je 11"iegova zapremina, iz:
PY = IlRT. jednaka:
, _llRT _ 71,43 mo!·8.314 J/mo!K·283K -120 78! \(NH-)-~- .. _ .. _- Y .. , .
'p 130 kPa
Primjer 6. Koja koliCina pirita FeS: daje 1 kg sulfatne kiseline ? Doblvanje kiseline se moze predstaviti u yidu seme:
RjeScnje: mCH,Sl),l = 1 kg m(FeS,): '/
FeS2 B 2 H,SO,
'Prema semi dobivanja kiselinc vidimo cia je:
83
".'., td),.,j;;---n--
Dalje je:
n(H 2 S0 4 ) odnosno
2'
(R S ) _ n(H2 S0 4 ) lLe _ _ .
, 2
.r::CFeS,) M(FeS 2 )
m(H,S04) 2M(H,S04) ,
odnosno
120 m(FeS,,) ~ 1 kg, ~-- ~ 0,61 kg,
, 2,98
Primjcr 7. Aka se sfalcrit grije na zraku on preJazi u cink-oksid prerna jcdnaCini:
2ZnS+JO, -2ZnO+ 2302,
a) koliko jc potrebllo sfalerita da se dobije 1 kg ZnO. b) Koliko je potrebno litara kisika pri nonnallum uslovima, cia se dobije 1 kg ZnO?
RjeSenjc: 0) M(ZnO), ~ 1 kg
m(ZnS)" ?
n(ZnS) 2 --- "~ ~ l' n(ZnS) ~ n(ZnO) n(ZnO) 2 '
Dalje je: m(ZnS) _ m(ZnO) M(ZnS) - M(ZnO) ,
m(ZnS)~lkg97,4 ~1,J96kg, 81,4
b) !ll(ZnOl ~ ikg
n(O,) ~ 3n(ZnO) ~ 3mEnO) , 2 2M(ZnO)
Posto je:'
Vm = 22,41/mol, to je.
84
v ~ Vm ,nCO,) ~ V 3m(ZnO) = 22,41,3,1000 g 412,8 t ill 2M(ZnO) 2,81,4 glmol
Primjer 8. Koliko grama NaOH treba uzeti za neutralimciju 49 grama sulfalne kiseline ?
Rjdcuje: mill2~Q41 = 41£ m(NaOH) ~?
Ireba uapisati reakciju neutralizacije baze NaOH i kise!ine H2S0~. Pri ncutralizn.ciji nastajc Yoda"
2 NaOH + H2S04 - Na2S04 + 2 H20,
_n,,(N:-a,:,Oe,H2-) = ~ = 2, n(H2S04 ) 1
n(NaOE) ~ 2 n(H2S04),
m(NaOH) 2m(H,S04) M(NaOH) ~ M(H,SO,) ,
M(NaOH), 2m(H 2SO,) m(NaOH) ~ -----'''''' ' "
M(H 2S04 )
40 o /mol·2·49 g b = 40 g.
98 g/mol
Primjcr 9. Koliko rnl sulfatne kiseline kOl1centra_cije 0,5 molll treba za neutralizaciju 50 mi KOH koncentracije 1 11101/1 ? lzracunaj koncenlIaciju nastale soli.
Rjesenje: c(H2S04) ~ 0,5 molll, V(KOH) = 50 ml = 0,05 l, c(KOHl ~ 1 molll V(H2S04) ~?
Cs =?
n(H 2S04 )
n(KOH)-~ 2'
H2S04 + 2 KOH ~ K2S04 + 2 H,O,
n(KOH) n(H 2 S0 4 ) ~ 2 '
85
Posioje n= cY, ondaje:
V(H2SO 4) = c(KOH)· V(KOH)
2·c(H,S04) 1 mol/l·0,051
2·0,5 mol 11 0,05 L
Koncentracija nastale soli je:
(K SO ) ~ n(K2S0~ c 2 4 ._-_ ...
V",
n(K,SO,) = n(H,S04) = c(H,SO,,)-VCHzS04) = 0,5 molll ·(),051·= 0,025 moL
0,025 mol e(K SO ) = = ° 25 moliL
2 4 0,11 '
Primjer 10. 1z 200 g rastvora sulfatne kiscline do\;Jijeno je 23,3 g taloga barij-sulfata. Kakav je bio maseni udio Idsc1ine '?
Sematski se rcakcija moze prikazati :
. Rjesenjc: m=200g, M~Q~) = 23,3 g w(H2S04) = ?
m(H 2S0 4 ) d' . W(H,S04) = --"--, g ve.1e masa rastvora (m) poznata
m
86
n(H2S04) = n(BaS04),
m(H 2S04 ) m(BaS0 4 )
M(H 2S04 ) = M(B';-S(l;')'
. H SO 9,78 g .... 0'04"9 ~ 49"' W(·2 4)=--'~' -,./0.
200 g
23,3g~=9,78g 233,3
Frimjer 11. Reakcijom alkoholnog vTenja ad 250 ml rastvora glukoze nastaje 8,3 I ugljik(lV)-oksida na temperaturi 308 K i pritisku 94,75 kPa. Izracunati kolicinsku i masenu koncentraciju glukoze.
RjeScnjc: Vgl = 250 ml = 0,25 1 V(COz) .. 8,3 1 T= 308 K P = 94.75 kPa Cgl =? y.\'-!;;;;; ?
Reakciona jednaCina je: C5H,,06~ 2 C,HiOH + 2 CO2
Koncentracija glu.~oz.e je:
fig! Cgl = -. IzjednaCine vidirno daje:
Vgl
Broj molova ugljen(JV)-oksida mozemo 11ati iz jednacine gasnog sianja:
pV n(CO,) = RT
94,75 kPa· 8,31 = 0,307 mol, 8,314 J/mo1K·308K '
0.307 (1 1 '3 1 ngl = -' =.). rno 2
0,153 mol = 0,614 moll 1. 0,25]
Primjer 12. Fosfor se u telmici dobiva po jednaCini:
Ca3(P04h + 3 SiO, + 5 C ~ 3 CaSiO, + 2 P + 5 CO.
Ako se iz 77 kg trikalcij-fosfata dobije 12,4 kg fosfoTa, koliko je iskoristenje?
RjeScnje: m(Ca3(PO,),) = 77 kg mfPJ= 12 4 kg 1(P) = ?
lskoristenje hemijske reakcije je Ganos stvarne mase produkat3.xeakcije (ms) i teoretski potre.bnc mase. (mr) . .
Teoretsku masu fosfora m(Ph izraeunacemo iz jednacine:
87
m(P)
Iskoristenje je :
1- m(F), _ 12,4 kg _ 0 80- 80 -"' -~---~~-- )= ) 10
m(Ph 15,4 kg' ,.
Primjer 13. Pri tennickorn razlaganju 25 g CaCO} nastaje 12,3 g CaO. Izracunati iskoriStenje ovog proccsa.
RjcScnje: m(CaC03) = 25 g m(CaO) = 12.3 g m(CaOlr =? I""?
Reakciolla jednaCina je:
CaC03 ~ CaO + CO,
Teoretski nastaku masu Cao nalaznllo lzjednacine: n(CaO) ~ n(CaC03),
m(CaOl m(CaC03 )
M(CaO) = MiCaCOJ'
m(CaOh _5--,6 -:c. 2-;:-5",g = 14 g. 100
!U(CaO)s --cc::--:~ = 0,878 = 87,8 %. m(CaO),.
Primjer 14. Koliko grama fosfatne kiseline a kohko kalcij-hidroksida treba uleli da se priredi 100 g kalcij-fosfata ?
RjcScnje: m(Ca,il'O,],l = 100 g m(H3P04) - ?
m(Ca(OH),) = ?
88
Reakciona jednacina je:
Poznata nam je masa fosfata. Prvo se izracunava masa kiseline:
n(H3PO,) = 2 n(Ca3(PO')2),
m(H3P04 ) 2 m(Ca3(P0 4 J,)
M(H 3P04 ) M(Ca3(P°4)')
Masu hidroksida cerno izracunati takode koristeqjem reakeione jednacine:
n(Ca(OH),) =3 n(Ca3(P04h),
m(Ca(OH)3)
M(Ca(OH),) 3m(Ca)(P04 lz) M(Ca3 (P0 4 ),)
Primjer 15. Pri dejstvu viSkom hlornc kiseline na 30 g prirodnog krecnjaka dobijeno je 11 g ugljik(lV)-oksida. KoUka procenata CaC03 ima u prirodnom krecnjaku?
RjeSenje: m(krecnjaka) ~ 30 g mCCO,l = 11 g w(CaC03) ~?
lzracuna6emo koliko CaCO) odgovara masi od 11 g CO,. lz reakcione jednaCine vidirno da je:
n(CaCO)) = n(C02)
89
m(CaC03 )
M(CaC03 )
m(C0 2 )
M(CO,) ,
100 m(CaC03 ) ~ 11 g- = 25 g.
. 44
To je masa Cistog karbonata. Maseni udio (procentnalni sadriaj) u prirodnom krecnjaku je"
w ;:;: m(CaC03 ) "" 25 g :;:; 0 833 :=: 83 3 % m(kree.) 30 g' ,.
Primjer 16. Kahko grama CO2 mot,erno dobiti pecenjem 500 kg krecnjaka koji sadrii 5 "/0 primjesa ? Kohka je to litara ugljik(IV}oksida n3 temperaturi 20De i pritisku 1 bar? .
CaCO, -. CO2 + CaO
Rjesenje: m(krecnjaka) = 500 kg m(CO,) ~?
PIVO 6emo uaCi masu cistog Caco3 da bi prema reakcionoj jednacini nash masu CO2. Aka krecnjak sadrZi 5 % primjesa, znaci da sadrii 95 % cistog CaC03.
m(CaC03) ~ w·m(krecnjaka) = 0,95 ·500 kg~ 475 kg.
.~l(CO,)
M(C0 2 )
m(CaC0 3 )
M(C-;CO,) ,
m(C0 2 ) ~ 475 kg~ = 209 kg. 100
Zapreminu CO2 izracunavamo izjecillaCine gasnog stal\ja pV;:;: nRT.
v ~ .:nc RT ~ 20,9 -,kg,--_ M P 44.10.3 kg/ mol
8,314J/molK·293K =1l5,7m3
105 Pa
Primjer 17. Elementarnom kvantitatiYl10m anallzom utvrdcno je da je sagorijevanjem 4,40 mg nekog organskog jedinjenja dobivcno je 6,60 mg CO2 i 1,80 mg vodc. Kvalitativnon~ analizemi-je ustanovljeno -da jedinjcllJe sadrii sa1110 ugljik, vodik i kisik.Odrediti: a) kolicine i mase ugljika, vodika i kisika u jcdinjenju, b) masene udjele (proccnini sasm\, ugljika, vodika i kisika ujedinjenju)-
90
c) empirijsku formulujcdinjcnja d) molekulsku formulu jedinjcnja, ako jc spektrometrijom rnasa utvrdeno da je
relativna molekulska masa togjedinjenja 176.
RjeScnje: m(nz) = 4,4 mg ~ 4,4· 10"g m(CO,) ~ 6,6 mg = 6,6·JO"g m(H,QL= 1.80 mg = 1.8.10·3g
a) n(C) = 'I; ntH) ~ ?; n(O) = ?
m(C) = 'I; m(H) = 1; m(O) = ?
b) w(C) = 'I; w(H) ~?; w(O) = '! c) empirijska fonnula = ? e) molekulska formula;;:::. ?
a) Potpunim sagorijevanjem organskog jedinjcnja nastali C02jc vezao sav ugljik iz jedinjenja, a nastala vada sav vodik Iz jednog ugljikovog a10ma nas1ajc jedan molekul CO2, dok dva ,atoma vodika daju jedan molekul vodc, sto mozemo predstaviti relacijom ekvivalencije:
c - CO2, 2H - H20.
Na osnovu gornjih relacija mozemo pisati; Za uglhk:
m(C0 2 ) 6,6· JO~' g _ nrC) = u(CO,) ~ ~-- ~ = 0 10.10-3 mol.
~ M(C0 2 ) 44 g/mol '
m(C) ~ M(C}n(C)~ 12 g/mal . 1l,15· 10-3 mol = 1,80· IIr3g = 1,80 mg,
2·m(H 20) ntH) ~ 2n(H,O) = ~=C'-
• M(H 20)
2.1,8.1O-'g
18g/mo1
m(E) = M(H)·n(H) ~ I g/mol·O,2· 10-Jg = 0,20 mg.
0,2.10-3 mol.
Masu kisika U odvagallom uzorku mozemo dobiti tako da od mase uzorka oduzmcmo mase ugljika i vodika:
m(O) = m(uz) - m(C) - m(H) = 2,40 mg
m(C) --b) w(C) ~ --- = 0,409,
m
m(H) w(H) ~ ~--, = 0,045;
m w(O) = m(O) = 0,545
m
91
c)Empirijsku formulu odredujemo iz poznate relacije:
i(C)' i(H) ;j(O) ~ :~~) • ~:r~~) . -:~~~ ~ 0,034; 0,045; 0,034,
iCC) ; iCH) ; j(O) ~ 1 ; 1,33 ; L
Da bi dobili odnos cijelih malih brojeva potrebno je sve brojeve pomnoziti
sa 3 (jer je 1,33 . 3;:::; 4) te dobijemo:
i(C) ; j(B) ; j(O) ~ 3 ; 4; 3,
Empirijska fonnula jedinjenjaje C,ILO"
},iapamena: Aka su paznate kotiCine jxJjedinih atoma, kao u nasem primjeru, onda se empirif~kaformula maze izracunati i iz odnosa (vidi poglavlje 5): ,\i(e) . /''i'(H) : ,\;'(0) = n(C) : n(ll) :n(O). n(C): N(H). 1\/(0) ",,-(J,15mmol: (J,20mmol: 0,15mmol= 1: 1,33: 1. Islim daljYm postupkom dobije se isli rezuftat: nrC) : n(fI) : 11(0) = 3: 4: 3, odnosno empirijskafonllula C3H40 3·
d) Rclativna masa eropirijske jcdinkc je:
Relativna rnolekulska masa jedinjenja je:
Posta je Mr =:: 176 uvrstavanjem dabijeroa daje x = 2, a molekulska formula:
ZADACI
8.1 Napisite reakcije rastvaranja metala u kiselinama: a) duka u hloriduoj kiseliIli b) cinka u sulfatnoj kiselini c) kalcija u hloridnoj kiselini d) kalcija 11 sulfatnoj kiselini e) alurninija u hloridnoj kiselini f) aluminija u sulfatnoj kiselilu,
R: a) Zn+2HCI -+ ZnCI,+H, b) Zn + H2S04 -+ ZnS04+ H2 c) Ca + 2 HCI '-+ CaCl2 + H, d) Ca + H2S04 -+ Caso, + H2
92
e) 2 Al + 6 HCI -> 2 AICI, + 3 H2 D 2 Ai + 3 H2S04 --+ AhCSO/jJ:3 + 3 H2 .
8.2. Napisite reakcije rastvaranja mctalnih oksida u voeli: a) magnezij-oksid, b) natrij-oksid,
R: a) MgO + H20 -+ Mg(OH), c) Na,O + H20 -+ 2 NaOH.
8.3. Napisite rcakcijc nemetalnih oksida sa vadam: a) ugijik(IV)-oksid, b) smnpor(IYJ-oksid,
R; a) CO2 + H,O -+ H,CO, b) S02 + H20 --+ H2S03
8.4. Napisite jednacinu neu1ralizacije za NaOH sa: a) sulfatnom kiselinom, b) hioridnom kiselinoffi, c) nitmtnom kiselinom, d) karbonatnolll kiselinolll, e) [osfatnom kiselinom.
R: a) 2 NaOH + H2S04 -+ Na2S04 + 2 H,O, b) NaOH + HCI -'> NaCI + H20, c) NaOH + HN03 -+ NaN03+ H20, d) 2 NaOH + H2C03 -+ Na,CO, + 2 H20, c) 3 NaOH + H3P04 --...? Na3P04 + 3 H20.
8.5. Napisite jednacinu neutralizacije Ca(OHh sa: a) HCI, b) H2C03, c) H,PO"
R: a) Ca(OH), + 2 HCI -,' CaCI, + 2 H20, b) Ca(OH), + H2CO, -+ CaCo, + 2 H20, c) 3 Ca(OH), + 2 H3P04 -+ Ca3(P04h + 6 H20,
8.6, Koliko se grama kiselina; HCI, H2S04, H2CO" H,P04 neutralise sa 40 grama natrij-hidroksida? Napisite reakcionc jednacine.
R: 36,46 g HCl, 49,04 g H2S04; 31 g H2C03; 32,67 g H3P04,
8.7. Koliko se grdma baza : Nl-LJOH, NaOH, KOH i Fe(OH)3 neutrilizira sa 63 .g nitrah?e kiseline ? Napisite. rcakcione jednacine.
R: 35 g NH,OH; 40 g NaOH; 56,1 g KOH; 36,6 g Fe(OH)"
93
8.8. Koliko grama kisika je potrebno za sagorijeval"Uc 1 kg kamenog uglja koji sadr±i
80 % ugljika ? (C + O2 -+ CO2)
R: 2133,3 g.
8.9. KoEko se sulfatne 1;iseline rnoz.e dobiti iz 60 kg pirita ? (FeS2 +-> 2 H2S04).
R: 98 kg.
8.10. Koliko grama sulfatne kiseline i natrij-hidroksid; treba da uzmcmo da
pripremimo 6~ g natrij-bisulfata ? (NaOH + I-bS04 ----? NaHS04 + H20).
R: 49 g kiseline i 20 g hidroksida.
8.11. Ugljik u sllvisku kisika izgara u CO2. Iskorislcnje te reakcije je 85 %. Koliko 111010va CO2 nastaje iz 48 g C ?
R: n(C02) ~ 3,4 moL
8.12. Izracunati masu cistog NaCI potrebnog za dobiv31lje 5 kg HCl masenog udjela 36 % (2 NaCI + H2SO, -+ 2 HCI + Na,SO,)
R: m(NaCI) ~ 2,9 kg.
8.13. Kolika zapremina S02 nastaje spaljivanjcm 200 g sumpora pri temperaturi 20
'C i pritisku 1,3 bar ? (S + O2 -+ SO,)
R:V=1l71.
8.14. Aka se vodik propusta kroz staklenu cijev preko zagrijanog CUO dolazi do redukcije bakra premajednaCini: .
CuO + H2 -} Cu + H20. Koliko grama balaa nastaje redukeijom 10 g CuO ?
R: ro(Cu) ~ 7,99 g.
8.15. lzracunajte masu Ca(OH):; koja je nastala reakcijom:
CaO + H20 -+ Ca(OH)" -aka je m~a izreagovanog oksida: a) 18,9 g, b) 4.53 t.
R: a) m~ 24,9 g; b) m = 59979,2 kg.
8.16. Izracunajte zapreminu llil1onijak_a -koji je nast<lo od azota i vodika prema
reakciji: N2 + 3 H2 ----? 2 NH3,
aka je masa azata bila 10 kg a temperatura 10°C pri pritisku: a) 0,23 ]C.Pa, b) 0,1 MPa.
R: a) V=7.3·106 1; b) V~ 168001
94
8.17. lzracunajte iskoristenje reakc~jc nastajanja amonijaka (vim zadatak 8.16,) aka je teoretska kolicina, tj. ana koja odgovara potpunoj reakciji, 18,2 mol, a kolicilla stvarno nastalog amonijaka: a) 12,3 mol, b) 150 mmol.
R: a) 67,6 %; b) 0,82 %.
8.18. Labaratorijskim postupkorn, premajednacini: 2 NfL,CI + Ca(0H)2 ._> CaC!, + 2 NH, + H20, dobiveno je 15 g cistog amonijaka_ Kolike su mase amonij-hloHda i kalcij-hidroksida potrebne za navedenu reakciju ? .
R: m(NfL,CI) = 47 g; m(Ca(OH)z) = 32,5 g.
8.19. Zagrijavanjem gipsa dobiva se peceni gips premajednacini: CaSO.,.2 H20 --> CaS04·l!2 H20 + 3/2 H20. Kolika je masa gipsa potrebnog za dobival~e 0.5 kg pecenag gipsa ?
R: 111 ~ 0,59 kg.
8,20, Ako sc ploCiea od zlata uroni u tzv. "zlatotopku" naslajc ova rcakciJa: Au + 3 HCI + RNO, --> AuCi, + NO + 2 H20. Kolikaje bila masa zlatne plociee ako jc tom reakeijom nastao 3,1 mg AuC)' ?
R: m = 2,01 mg,
8.21. Za neutralizaciju 100 g Tastvora sulfatne kiselinc bila je potrebno 10,6 g Na2C03. Koliki je bio maseni udio sulfatne kiseline u rastvoru ?
R: w = 9,8 0/0,
8.22. U laboratoriji se amonijak dabiva prema jednacini kao u zadatku 8.1&. IskoristeIlje reakcije je 90 %. KoUka je grama amonijaka dobiveno ako je utrosena 107 g amonij-hlorida 7
R: m~ 30,6 g.
8.23, lz 86) g Cilske Salitre, koja sadrli 2 % primjesa, dobiveno je 56,7 g nitratne kiseline, Koliko je iakoriiitenje reakcije ? (KNO) B RNO))
R: l~ 93 %.
8.24. Za laboratorijsko dobivanje nitratne kiselinc tlZcto je 17 g NaN03 i 20 g sulfatne kiseline. Koliko je grama kiseline dobiveno ? Koje je komponentc ostala u sllvisku ? NaN03 +.H2S04 --)- Hl\f03 + NaHS04.
R: m ~ 12,6 g. Ostalo je 0,4 g sulfatne kiseline.
95
8.25. Acetilen se dobiva reagovanjem kalcij-karbida i vade: CaC2 + 2 H20 -} Ca(OHh +. C2H2 .
K~li~o je g:alIla.~cet~lena dobiveno aka je utroseno 33,7 g karbida koji sadrZi 5 % pflll1JCSa, a lskonstenJc reakcije je 80 % ?
R: 32 g Cistog karbida, 13 g (teoretski) acetilena i 80 % ad stvamo dobivenoiJ acelilena tj. 10,4 g. 0
8.2~. P~no~ CO2 pri pecenju 1 tone krecnjaka sa 10 % primjesa iznosio je 95 %. Koliko JC kllograma COz dobiveno ? CaC034 CaO + CO,.
R: m = 376.2 kg.
8.21. Koliko se ugljik(IV)-oksida maze dobiti dejstvom 40 g 25 % rastvora hloridne kiseline na 25 g krecnjaka ? CaC02 + 2 HCl -+ CaCI, + CO, + 11,0.
R: m=6g.
8.28. Koliko je litaIa hlora potrebno, pri temperatm1 20°C i pritisku 1 bar da se 1 gram fero-hlorida prevede u feri-hlorid ? 2 FeCI, + CI, -+ FeCI,.
R: m(lllora) = 0,28 g; V(hlora) = 0,096 L
8.29. Grijanjem kalij~permallganata razvija se kisik: 2 KMn04 '.-> K,M:n04 + M:nO, + O2. Kolika je l.apremina kisika, pri pri.tisku od 1 bar i tempcraturi 20°C, koja nastaje ad 3 grama pennanganata ?
R: V = 0,2311.
8.30. Oksidacijom pirita razvija se sumpor(IV)-oksid: 4 FeS, + 11 0, -> 2 Fezo, + 8 S02. I~r~cul1ajte. za~remillu S<?z pri 2(tC i pritisku 1 bar, koji nastaje oksidacijom 100 kg pmta. Kolika Je zapreml1l.a zraka potrebna za. reakciju, pri istim uslovillla ako je kolicinski udio kisika u zraku 20 % ? '
R: V(SO,) ~ 40..6 m'; V(zrak) ~ 279 rn'.
8.31. U 2litra rastvora feri~hlorida koliCinske koncentracije 0,1 molll dodato je 9,6 g NaOH Koliko Je grama fen-hidroksida dobiveno ? FeCI, + 3 NaOH -> Fe(Ol{), + 3 NaCL
R: m(Fe(OH)3) = 8,54 g.
96
ZADACIIZ ORGANSKE HEMiJE
8.32. Koliko molekula CO2 i vade nastaje sagorijevanjem 2 mola metana?
R:CH,+20, -+CO,+2H,O. n(CO,) ~n(CH,), N(CO,) = 1.204-10." n(H,O) = 2n(CH,), N(H20) = 2,408·10.".
8.33. IzraCunaj masu vade koja nastaje sagorijevanjem 3 mola butana.
R: 2 C4H lO + 13 0, -> 8 CO, + 10 H,O. n(H,O) = 5 n(CJI10), m(I'r,O) = 270 g.
8.34. Pri sagorijevanju bulana nastalo je 1552 g vade. Koliko je grama butalla sagorilo?
. It: 100.0 g.
8.35. KoUko se teoretski moze dobiti etina (acetilena) iz 2 kg kalcij-karbida ?
R: Cac, + 2 H,O --> Ca(OH), + C,H2
n(C2H,) = 31,21 mol; m(C,H,) = 811,46 g.
8.36. Koliko se molova i molekula broUill maze adirati ua 4,2g propena (propilena)?
R: C,~ + Br, -+ C,HoBr, n(Br,) = G) mol; N(Br,) = 6,022.10." molekula
8.37. U reakciji kalcij-karbida sa vodom nastaje crin. a) kol.ikoje grama karbida utroseno za. dobivlli~je J.9,51 etifu1. pri temperatml 21°C i
pritisku 1,01 bar, b) koliko kalcij-hidroksida nastaje pri ovom procesu (Vidi zadatak 8.35.)
R: a) n(C,H2) = pVIRT = 0,806 mol; m(CaC,) = 51,56 g; b) m(Ca(OH)2) = 59,6 g.
8.38. Sagorijevanjem 10.0 g etina u struji kisika dobiva se CO2 i voda. a) koUko je dobiveno tih produkata, b) koliko se dobije CO2 i H20 ako je iskoristenje reakcije 90 %?
R: 2C2H,+50, -> 4CO,+2H,O. n(C2H,) ~ n(H,O), n(CO,) ~ 2 n(C,H,)
a) m(H,O) = 6,9 g; m(Co,) = 33,8 g. b) m(H,O) ~ 6,2 g; m(CO,) ~ 30,4 g.
8.39. Izracullajte zapreminu zraka potrebnu za sagodjcvanjc 900 1 etana. Zaprcmina zraka i nastalih gasova mjerenaje pri standardnim uslovima. Zapreminski udio bsika u zraku je 20 %.
R: 2 C,H,+7Q,-* 4'Co,+6H,O n(O,) ~ 7/2 n(C,H6) ~ 140,6 mol,
97
VCO,) ~ 3150 1; V(zraka) ~ 15750 1 ~ 15,75 m'.
8.40" Benze~ ~clira vodik ,ll3 yovisenoj temperaturi i pritisku, liZ prisustvo katalIzatora 1 pn tome nastaJe cikloheksan. Koliko je grama vodika potrebno za dobival'ue 15,3 g cikloheksana ?
R: C6Ho + 3 H, -). C,HI, n(H,) ~ 3 nCCJ{I'); m(H,) ~ 1,08 g.
8,41. IzracWlaj broj rnolekula i molova vodika potrebnog za reakciju adicije sa 5 benzena. Pogledati primjer 8.40. g
8.42. Koliko je grama metilhlorida potrebno da bi iz benzena dobili 120 g metilbenzena (toluena) ?
R: C6Ho + CH,C! .-? C,;H,CH, + HCI mCCH,Cl) ~ 65 g.
8,43. Procesom nitriraflja dabi-vena.ie 562 g nilIobenzena. Koliko je utroseno: a) benzena, b) 62 %HNO,?
R: C,IIs + HNO, -). C,H,NO·, + HoO a) n(C"IIs) ~ 4,565 mol; 'm(C,H,);;' 356 g, b) n(HNO,) ~ 7,36 mol; m(HNO,) ~ 463,7 g.
8.44. Razgradnja metana iznad lOOO°C moze se prikazatijednaCinom. CH; -> C+2H,. Koliko grama llgljika i vodika nastaje od 109 metana ?
8.4~ Ko~kaje masa etiua C:H2, nastrilog od vode i 4 grama 1ehrtickog kalcij-karbida u kOjemJe maseru muo lleeisto6a 5 %. Reakcionajednacinaje: Cac, + 2 H20 -). CaCOH)2 + C,H,.
R: m~ 1,54 g.
8.46. Uzorak bezvodnog metanola spaljuje se u zatvorenom sistcmu premajedl1acini: CH30H + 3 CuO -). CO2 + 2 H,O + 3 Cu. !zraeunajte ~lasu metanola potrebnog ZEI nastaj,mje 30 CIn3 CO2 pri pritisku od 1 bara l-temperatun od 27°C.
R; 111 ~ 0,0384 g.
8.47. Koliko grama vade nastaje sagorijcvanjcm 1 kg etanola ?
R: C2HsOR+ 3 O2 -+ 2 CO2 + 3 H?O. n(el) ~ 21,74 mol, 111(H20) ~ 1174 g.
98
S.48. Sint.czom CO i vodika, na povisenoj teinpemtmi i plisustvu katalizatora, maze se dobiti metanal. Koliko je grama vodika i molektua vodika potrebno za dobivanje 10 kg metanola ?
R: CO + 2 H, -> CH30H. n(H2) ~ 2 nCCH30H) ~ 625 mol, N(H,) ~ 3, 76·lO" l11olckula, m(H,) ~ 1260 g.
8.49. llidratacijom etena maze se dobiti etanol, pri povisenQj temperaturi i pritisku, u prisutnosti katalizatora. Koliko pri tome reaguje grama vode sa 180 g etena ?
R: CoR, + H,O -> C,H50H. n(H,O) ~ 6.43 mol, m(H,O) ~ llS,7 g.
8.50. Kolika je zapremina kisika j CO2 (pri st,mdardnim uslovima) koji ucC·stviljU u reakciji (u zacL'ltku 8.47.)?
R: n(CO,) ~ 43,48 mol; V(CO,) ~ 971,9 i, nCO,) ~ 65,2 mol; V(O,) ~ 14611.
8.51. Kolika se koliCina etina moze dobiti jz 4 g lchnickog kalcij-karbida u kojem je maseni umo necistoca 5 %? (Vidi zadatak 8.35.)
R: m~ 1,54 g.
8.52. Izracunaj masu llastalog natrij-etoksida ako je u reakciji sa apsolutnim alkohoiom (etanolom) potpuno izreagovalo 2 g naL.-ija.
R: 2 C,HsOH + 2 Na --> 2 C,H,ONa + H2.
m~5,9 g.
8.53. Koliko grama NaOH je pOlrebno da sc (uz povccanu temperaturu i pritisak j u priSllstvll katalizatora) dobije 560 g fenoh iz hlorbenzena ? R: C"H,C! + NaOH -). C,;H,OH + NaC!.
m(NaOH) ~ 238,4 g.
8.54. Reakcija sin~etskog dobivarUa glicerola (1,2,3 propantriol) maze se prikazati jednacinom: (CH,C1),CHCI + 3 NaOH -). CCH,OH),CHOH + 3 NaC!. Koliko se gliccrola maze dobiti iz 8 kg natrij-hidroksida ?
R: m(gl) ~ 5,8 kg.
8.55. Koliko se molova i molckula dietil-etra moze dobiti iz 240 g etanola ?
R: 2 C,H,OH -H,o -> C,H"O,C,H, n(etar) ~ 2,608mo1; N(ctar) ~ 1,57-1024
.
8.56. U etanolu se nalazi 4,4 % vodc. KoJiko je potrebno CaO (:livi laee) da se dobije bezvodni (apsolutni) alkohol iz 1 kg alkohola sa vodom ?
99
R: CaO + H,O --> Ca(OH),. m(H,O) ~ 44 g; n(CaO) ~ n(H,O); m(CaO) ~ 136,9 g.
8.57. IzntCllnaj masu, kolicinu i broj l110lehlla metanala (fonnaldehida) koji nastaje oksidacijom 36 g matanola (mc1ilalkohola).
R: CH30H ---"----> HCHO + H20 n(HCHO) ~ n(CH30H) = 1,125 mol; m(HCHO) = 33,75 g, N(HCHO) ~ 6,77·10" mo!ekula.
8.58. Kolika se kolicina i masa etanala (acdaJdehida) maze dobiti i2 5 g eL'l.nola ?
R: CH3CH,OH --"-;. CH3CHO + H20 m(C}-hCHO):= 0,109 mol; m == 4,79 g,
8.59. Propanoll (acclon) se dQbiva suhom dcstilacijom kalcij~acetata. Koliko se maze dobiti acctona iz 2,5 kg kalc~j-acetata ?
R: (CH3COO),Ca -+ (CH3hCO + CaC03
n;;o; 158,2 mol; m(acetona) = 9,17 kg.
8.60. Oksidacijom pdmamih alkohola nastaju aldehidi koji daljo1l1 oksidacijoIU, uz prisustvo jakog oksidansH, prelaze u kiselinc. Koliko etanala (acetaldehida), a koliko etanske (sircetne) kiseline moze nastati oksidacijom 1 kg etanola ?
R: CIl3CH,OH ---"-. CH,CHO---"-. CH3 COOH.
m(CH3CHO) ~ 956 g; m(CH,COOH) = 1304,4 g.
8.61. Reakcijom 150 rnl rastvora metanala (formaldehida) nepoznate koncentracije sa Fehling-ovim reagcnsom dobije se 10 g metal1skc (mravlje) ldsclinc. Gustina raslvora rnctanalaje 1,2 gleIll3. IzrJ.cunati: a) koliCinsku koncentrac.iju rastvora mctanala, b) maseUli kOIlCenirdciju rastvara rnetanala. c) maseni udio rnetanala u rastvoru.
R: ECHO B HCOOH n(HCHO) ~ l1(HCOOH) ~ 0,208 mol.
a) c(HCHO) ~ 1,39 moll!;
b) y(HCHO) = 41,7 gil; cJ w(HCHO) = 0,0347 = 3,47 %.
8.62. Aka je gustina sircetne kiseline (koja se kOrlsti u domaCillstvu) 1,0 g/cm3 i maseru udio kiseline 9 % kolika je masena i kolicll1ska koncentracija kiseline ?
S.63. Za tiL.'aciju 10 Ill1 alkoholnog rastvora u kojem se nalazi 10 mg nepozifaf.e _ mOllokaroonskc kiseline utroseno je 3,5 rnl alkoholnog rastvora NaOH konccnt.racije -0,01 moul
100
a) kolikaje molarna masa nepoznatc kiseline, b) kolikaje kolicinska koncentracija te kiseline?
R: n(k;s) B n(NaOH) a) n(hs) ~ 3,5·10-' mol; MOds) ~ 258,7 glmo!. Kojaje to kiselina ? c) c = 3,5 _10-3 moill.
8.64. Preradom 98 g ctanola dabiveno je 110 g etanske (sircetne) kise1ine. Koliko proccnata Cistog alkohola sadri! etallol ?
R: C,H,OH H CH3COOH nebs) ~ n(alk) ~ 1,833 mol; m(Cistog alk) = 84,3 g. w(Cislog alk) ~ 0,86 ~ 86 %.
8.65. Aspirin nastaje reakcijotn salicilne kisclinc sa anhidridom etansi(e (sircetne) kiseline. iiJw je u reakciji nastalo 1,3 kg aspirina koliko jc grama sahcilnc kiseline morala ucestvovati 11 reakciji ?
R: HOCJL,COOH B c:,IlsO, (aspirin) n(sk.) = n(aspirim), m(s.k.) ~ 996,7 g.
8.66. Od etanola i etanske kiseline nastaje estnr, ctilacetat. a) koliko ce nastati estra iz 8,18 g kiseline. b) koliko ce nastati cstrJ ako je iskoristenje reakcije 75 % ?
R: CH3COOH + C2HsOH .-+ CH3COOC2Hs + H20. a) n(ester) ~ It(h') ~ 0,1364 mol; m(esler) ~ 12,0 g. c) m(ester) = 9,0 g.
8.67. Koliko se tIistearina (mast) moze dabiti iz 1 kg ~icerola ako je iskoristenje potptUlO?
R: (CH,OH.hCHOH + (C12H3,COOIl), -, (C12IJ,sCOOj,(\H, m(masl) = 9,68 kg_
8.68. Kuhanjem gliccrid-tristearina (masnoce) sa NaOH nastaje natrij-stearat (sapllil). a) koliko je potrebno masnoce da se dohije 100 kg sapmm, b) koliko jc pOlrebno NaOH?
R: (C12H")3C;Hs + 3 NaOH -, (CH20H)2CHOH + 3 C 17Il3,COONa a) n(saprill) - 3 n(masl), m(masl) = 97,06 kg, b) n(NaOHJ ~ n(sRprUl), m(NaOH) = 13,07 kg.
8.69. Nitrogliccrin je uljasta tecnost cija je gustina 1,6 g/cm3, KoUka 6e biti
zapremina nastaIih produkata (pri standardnim uslovima) pri eksploziji 100 m1 nitrogjicerina ? Jedna-Cina reakcijc eksplozije .Ie: 4 C3H,(ONO,), -, 12 CO, + 6 N2 + 0, + 10 H20,,)
101
4 R: negl) ~ n(gasova} --, n(gas) ~ 5,1 mol; Vegas) ~ 114,5 L Zapremina se
29 poveca!a 1145 puta,
8.70. Rcakcijom alanina sa nitritnom kisclinom nastaje 7,5 1 llitrogena N2 pod pritiskom' 168 kPa, na temperaturi 295 K Koliko grama alallina je ucestvovalo u reakeiji ?
R: C}H,N02 B N:: n(N,) ~ n(a1anina), ill ~ 45,7 g,
8,71. Reakcijom 100 ml rastvora glicina sa nitritnom kiselinom llJstaje 6,24 1 nitrogena N2 pod pritiskom 172 y,Pa i temperaturi 303 K. IzrdCuna1i: a) koliCinu i masu glicina koji jc uCestvovao u reakciji, b) kolicinsku i masenu koncentraciju glicina u rastvOTIl.
R: CH,NH,COOH B N2
a) neg!) ~ u(N,)" 0,426 mol; meg!) ~ 32,0 g, b) c(gl) "" 4,26molll: regl) = 319,8 gil.
8.72. Reakcijom 250 ml rastvora fenilalanina sa nitritnol11 kiselinom nastaje 5 1 nitrogena Nz pod pritiskom 150 kPa i temperatmi 300 K. Izracunati koliCinsku i masenu konccntraciju rastvora fenilalanina.
R: C)H ll N02 -<-"7 N2 n(f.a) ~ neN,) ~ 0,30 mol; C ~ 1,20 moll!; y ~ 198 gil.
8.73. Uzorak ad 0,131 g neke arninokis~line rastvorcn jc u vodi. Reakcijom sa nitritnol1l kiselinom razvil0 se 22,4 cm3 nitrogcna pri standardnim usluvima. Kolika je rdarivna molekulska masa te kiseline ?
R: nea.k)"neN,)~O,OOI mol, M~ 131 glmo!. Mr~ 131,
8.74. Koliko se grama glukoze dobije hidrolizom 500 g saharoze?
R: C12H2201l~+ C;;H110 6(gl"l + C6H I20 6(fr)
negl) = n(s311) = 1,46 mol; m(gl);'" 263,2 g.
8.75. Fermentaciju secera prikazuje jednacina· CJhO, -> 2 C,H,OH + 2 CO" K01iko nastaje grama i litara ugljik(lV)-oksida pri nonnalnim usJovima od 100 g vodenog rastvora secera masenog udijcla 40 %?
R: n(CO,)" 0,44 mol; m ~ 19,36 g; V ~ 9,85 L
·8.76. U indusl1iji plasticnih masa koristi se ftalni anhiclrid CsI-L03 koji se dobije kontrolisanom oksidacijom naftalen3. 2 CW H:3(s) + 9 O~;:g) ----+ 2"t)'lH.10 ,(,) + 4 CG;lg)-+; 4 H20(g) Kolika je masa anhidrida koji se dobije iz 50 kg nafialena, ako bi iskoristenje reakcije bilo potpuno ?
102
R: n(anh) ~ n(naft); m(anh) ~ 57,72 kg,
8.77. Koliko je grama NaOH potrebno da se dobije 560 g fenola iz hlorbenzena ?
R: C,H,Cl + NaOH --)- C,HsOH + :laC! m(NaOH) ~ 238,1 g,
8.78 .. Hemoglobin reagujc sa kisikom obrazujuti kompleks u kojem se sa 4.11101a kisika veie I mol hemoglobina. Izra6majte braj molckula hemoglobina koji .ie neophodan za prjjenos 1 cm3 kisika na standardnil11 uslovi1lKl.
R: nCO,) ~ 4 n(hem) ~ 4,45.]0,5 rna!; n(hem) ~ 1,11·10,5 mol; N(hem) ~ 6,7, 10J8 molekuh
8.79. Maselli lldio voclika II ugljovodiku .ie 25 %. Koliko vode ce nastati sagorijevanjcm 3,2 g ugljikovodika ?
R: 2H ~ H,O, n(H) ~ 2nCH,O),
m(H) ~ 0,8 g, m(l-hO) ~ 18. ,0;8 ~ 7,2 g,
8.80. U uredaju za organsku mikroanalizu spaljeno.ie 10 mg glukoze C6H120s. Koliko je nastalo vode a l<oliko CO2 ? Prin-lst mast mjeri se u apsorpcijskqj c~jcvi sa maf,rnc;ij-perhloratorn, a prirClst mase CO~ u apsorpcijskoj cijcvi sa natronskim vapnom.
p~ Pogledajte primjer 8.17. C \---7 CO2, 2H B H20. m(H20) ~ 0,60 mg; m(C02) = !4,66 mg.
8.81. Izracunaj empirijsku formulu organskogjeciinjcnja ako jc sagorijevanjem 3,02 mg tog jedinjenja nasta10 5,43 mg vode i 8,86 mg CO2. Jedinjcnje se sastoji od ugljika i vodika. PogJedaj primjer R.l7!
R: CH,
8.82. Potpurum sagorijevanjem /,8 g benzena naslalo je 26,4 g CO~ i 5,39 g H20. Izracnnati:' J
a) pracentni sastav benzena, b) empirijskll fonnulu bCllzcna, c) molekulsku formulu bcnzena, aka je eksperimentalno odreq.cna relativna
molekulska masa bCllzena Iv1r "" 78.
R: a) w(C) = 0,923; w(E) ~ O,OS b) CH; c) C6fl,;,
8.83. Sagorijevanjem 3,52 g nekog organskog jedinjenja dobije se 8,847 g CO,2 i 2,718 g H20. Kvalitath-'Tlom analizom je ustanovljeno da se jedinjcnje sastoji od ugUika, vodika i kisika. Izracunati: a) emphijsku formulujedinjenja, b) molekulsku formulu logjcdinjcnja.
103
Masa tog jedinjenja od 0,065 g u gasovitom abJTcgatnom stanju ima zapreminu 29,18 illl na pritisku 101,3 kPa i temperaturi 110°C,
8.84. Oksidacijom vitamina C dobivcno je 3,00 rug CO2 i 0,816 rug H20. Izracllnaj procentni sastav vitamina i njegovu cmpirijslm {'ormulu.
R: wee) ~ 0,409 ~ 40,9 %: w(R) = 0,045 = 4,5 %; w(O) = 0.545 ~ 54,5 % (e3~03)'.
8.85. Sagorijevanjelll 5,32 g nekog organskog spoja dobiveno je 3,08 g CO2 i 8,96 g So,. Spoj se sastoji od ugljika i sumpora. Odredi empirijsku formulu spoja.
R: Cs,.
8.86. Sagorijevanjem 2 g nekog organskog spaja dabiveno je 4,5 g vode. Izracunati empirijsku formulu tog spoja aka je poznato da ga cine ugljik i vodik.
R: el~.
8.S7. Sagorijev<:lujem organskog spoja u djem 5e sastavu nalazi ugljik, vodik i sumper dobivcno je 2,64 g CO2, 1,62 g H20 i 1,92 g S02. Izracunajte empirijsku formula spoja.
104
9, HEMIJSKA RA VNOn-ZA
BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE
BrLina hemijske reakdje definiSe se kao promjena konccntracije rcagujucih vrsta sa vremenom:
I!.c V=--,
I!.t
U jednacini fibrurise znak minus ukoliko se posmatra promjena koncentracije reaktanata cija se koncentracija smanjuje u toku vremena.
Brzina hemijske reakcije zavisi od prirode reaktanata, koncentracije, temperature i prlsustva katalizatora.
Uticaj konccntracije na brzinu hcmijske reakcije prvi Sll izracunali hemicari Guldberg i Waage (1867) i definisali zakon 0 djelovanju inasa: brzina ncmijske rcal{Cije, na datoj temperaturi, proporcionalna je konccntracijama supstanci koje reaguju.
Ncka imamo reakciju:
aA + bB -+ produkti.
Brzina hemijske reakcije je:
v ~ k e(A)' ,e(B)b, .
gdje suo c(A) i c(B) koncen1mcije reaklanata, a i b stehiometrijski faktori, kkonstanta brnnc rcakcije, koja ne zavisi od koncentracije reagujuCih VIsta, nego sarno od temperature i prisustva katalizatora.
« Ptimjer 1. KOllcentracija reaktanta A smaqji se od 0,100 molll do 0,083
molll u toku 1,,06 min. Izracunati srednju brzinu reakcije U ovom intervalu vrcmena.
Rjescnjc: c, = 0,100 molll c, = 0,083 molll t ~ 1,06 min ~ 63,6 s
._ c,-c,_ 0,083molll-0,lOOmolll v-----~~-·· -
t 63,6 s
mol -4 mol v = 0,000267 ---- ~ 2,67 ·10 ---.
1· s' 1- s
105
Primjer 2. Koliko pula ce se povecati brzina hcrnijske reakcije koja kineticki slijedi stehiometrijsku jednacinu
A + 2 B -> produkti,
ako se: a) koncentracija reaktanta A poveca tri pula, b) koncentracija reaktanta B poveca tri puta, c) koncentracija oba reaktcmta povcca tri plita.
RjeScnje:
Brzina hemijske reakcije je: v = k c(A)'c(B)2 .
ako se koncentracija reaktanta B ne mijenja, anda 6e brzina hemijske real<cijc biti: v, = k-3c(A).c(B)' = 3 v. Brzina hemijske reakcije ce se povceati tri puta.
a) ako se kancentracija reaktanta A ne mijenja ondaje: VI = k·e(A).[3c(B)]' = 9 v. Brzina hemijske reakcije 60 sc povecati devet puta.
b) ako se koncentracija aba reaktanta poveca tri puta, onda je: v, = k.3c(A)·[3c(B)]' = 27 v. Brzina hemijske reakcije Ce se povceati 27 puta.
KONSTANTA RA VNOTEZE
Sve hemijske reakcije ne odvijaju se same u jednam smjeru. U principu hemijske reakcije su povratnc (rcvcrzibilne). Nastali produkti uzajamno reagujl1 i daju panovo reah.'tante. Neka imamo hemijsku reakciju:
aA+bB !; cC+dD
u kojoj a molekula reaktanta Ai b molekula reaktanta B daje c molekula produkta C i d molekula produkta D. Isto taka i c molekula supstance C i d molekula supstance D daju povratnom reakcijom a molekula supstance A i b molekula supstance B.
Brzina hemjjske reakcije s lijeva na desno je:
v, = k"e(Aj'-c(B)', A s desna na lijevo:
V2 = k2·c(C)'·c(D)'.
BrZllla polaznc rcakcije Vj opada s vremcnom jer opada koncentracija reaktanata A i B. Brzina povratne rcakcije V;: ·raste sa vremenom jeT raste koncentracija produkata reakcije. Onog trenotka kad se te dvije brzine izjednace nastupHaje dinamicka raYlloteZa:
106 VI = Vz.
U stauju ravnoteze je: e(e)' .e(D)d
erA)' .e(El'
Konstante kl i k2 Sli, za odredenu temperaturu, konstantne velie-ine pa je i rUihov odnos K konstanu1a vcliCina j naziy;) se Imn!!ianta ravnotczc. Ona 1ma konstantnu vrijednost za datu tcmperatllw i ne zavisi od koncentracije supstanci koje reaguju.
Primjer 1. Povratna Teakcija maze se prikazati jednaCinorn: 2A+B=<:ZC.
Kada se uspostavi ravnotd3 .. koncentrdcija supstanci koje Stl llcestvovale u hemijskoj reakciji iznose:c(A) = 0)0 mol II, c(B) = 0,25 mol!I. c(C) =- 0,80 moliL Izracunati konstantu ravl1otez.e reakcije.
RjeScnje: erA) ~ 0,50 mol!l e(B) = 0,25 mol!! r;{i;) = 0.80 molll K-?
Odnos izmedu koncentracija pri ravnotezi maze se izr3ziti jednacinom:
K = C(C)2
, e(A)' .e(B)·
Ako se u ovu jednacinu uVTste \Tijednosti koncentracija koje su navedene II uslO"vima zadatka dobije se: .
(0,8 mol!!)' 10.24(IIlOIrI K, (0,5 molil) , .0,25moIIl . I
Konstanta ravnoteie ima vrijednost 'veeu od 1 sto 7..I1aei d£l se reakcija od\"ija u smjeru dobijanja produkata. Treba napomcnuti da ramoteinc koncentracije nisu iSlo sto i polazne koncentracije.
Primjer 2. Uzorak gasne smjeSe, pri 70(t'C, sadrii: 0,37 molil amonijaka, 2,0 molll nitrogena i 3,0 mol!l vodika. Reakcija se odvija u gasovitoj fazi i jednacina reakcije je:
Izracunati: a) konstantu ravnoteZe Kr., b) konstantu ravnoteZe Kp za sintezu arnonijaka.
Rjesenje: T = 273 + 700 = 973 K, e(NH31 = 0,37 molll, e(N2)~' 2,00 maIIl, ill:lil = 3.00 fioIIl a) K, ~? b) Kp -?
J07
a) Koncentracijska konstanta ravnotde je:
K, = c(NH3 )' ".
c(N,)'c(H,)'
UVrSavanjem vrijcdnosti ravnoteznih koncentracija dobivamo:
b) Poste se re.:1kcija odvija u gasovitoj fazi umjcsto koncentraeija mogu se meti pareijalni pritisci te je onda konstanta ravnotcze:
stanja:
K = peNH 3 )'
P peN,) 'P(H2)' .
Ako gasove smatramo idealnilIl" onda mozemo primijeniti jednaci'nu gasnog
n p=--RT=eRT
V
gdjc jc: c - kolicinska koncentracija.
Uvrstavanjem odgovarajuCih podaLaka dobivamo: p(NH3) = c(NH,)·RT = 2993 kPo, peN,) = e(N,) ·RT = 16180 kPa, P(H2) = e(H2)·RT = 24270 kPa.
U poglavlju 3 smo napomenuli da se, u jednacini gasnog stanja, ukoliko zapreminu izrazavamo u litrima (l), odnosllo koliCillsku koncentraciju u molll, purisak dobiva u kilopaskalima (kPa)
Sada izracunavamo konstantu ravnoteze:
Kp (2993 kPa)' = 387 .10-11 kPa" 16180kPa·(24270kPa)' '
LE CHATELIER-OV PRINCIP
Hemijska ravnoteza se odri.2.va pod tacna odredenim uslovima. Pri promjeni till uslova ravnoteZa se narusava. K1.kav ce uticaj ua ravuotczu i.mati promjena pritiska,}emperature, komcentracije i s1. moiemo predvidjeti koristeci Le Chatclier-ov (Ie Sateljejev) prineip: Ako se mijenjaju uslovi pod kojima jc sistem u. ravnotezi, ravnotda ce se pomjeriti U onom smjeru koji cc tciiti da uspostavi .. ~ prvobitne uslove.
108
Primjer 1. Kako utice na ravnote:i.u reakcije: 2 S02 + Oz :!:t 2 S03 + toplota,
a) povecaqje·koncentracije S02 ili O2,
b) povecanje koncentracije S03, c) smanjcnje koncentracije. S03> d) povecanje pritiska smjese, e) poviSenje temperature.
Radi jedllost[Jvnosti u jednaCilli smo pisali + toplota Pravilall /latin pisanja termohemijskih jednaCina obrarJen je u poglavlju 12.
Rjcsenjc: a) Povecanjem koncentracije S02 iii O2 ravnoteZa se pamjera udesno jer ce se same
u tom slncaju smalljiti njihova kancentfUcija, tj. tditi cIa dastignc prvobitnu vrijednost.
b) Povccanjcm koncentracije S03 reakeija ce se pomjeriti u lijevo. c) SlllaI~jenjem koncentracije S03 reakcija ce se pon~jeriti udesno i bite pracena
takode smanjenjem konccntra.cije S02 i O2. Samo u tom slucaju vrijcdnost konstante ravnoteze ce ostati nepromjenjena.
d) Povccanjem pritiska (npr. sabijanjem smjese) ravnotel::l sc pomjera udcsno tj. u suanu na kojoj je manji broj luolekula. Manjem broju molekula. pri osta11.m nepromjel~enim uSlovima, odgovara manji pritisak.
e) Rcal.::.cija je pracena izdvajanjcm topiate (cgzotcrnma reakcija). Povccaruem tempemture ravlloteia se pomjera ulijevo, u strallU koja.ic suproUla izdvajal1ju topiote.
ZADACI
9.1 Koncentracija reaktanta A promijeni se od 0,0350 mol!1 do 0,0285 mol/l u taku 2,3 JIlin. Kolikaje srednja brzina reakcije tokorn ovog vremenskog i111ervala ?
R: v = 2,83·!O,3 mol~'mjn = 4,7·IO"molfl·s.
9.2. Brzina reakcije A + 2 B -)0 produkti
iznosi 0,018 moUI-min. Pri lome jc e(A) "'" 0,5 main i c(E) "'" 0,6 roolf1. Izraeunati konstantu bn.me reakcije.
R: v = ie'e(A) 'c(B)'; k = O,ll'lino!'.min.
9.3. Dobivanje pare iz vod.ika i kisika moze se prikazatijednaCinom: 2 H1(g) + 02(g) ----7- 2 H20(g).
Koliko puta 6e se promjeniti brlina reakcije ako se pIitisa..~ povcea pet puta.
R: ·Ako je temperatiiia reakcione smjese .ostala Ilepromjenjena, povecanjem pritiska pet pUill i konceniracija reakcione smjese ce se poveeati pet puta. v = k-c(H,)'.c(O,); VI ~ k.[5e(H,)j'.5c(O,)] = 125 v.
109
Brzina reakcije 6e se povecati 125 puta,
9.4. Konstanta bEine reakcije 3 A + B -> produlcti
iZllosi 5<10-4 elmoe·s. Izracunati brzinu reakcije aka je c(A) = 0,6 maI!l, c(B) = 0,8 mollI.
R: v ~ 8,63 ·10" molll·s.
9.5. Hemijska reakcija se nlOzc prikazatijednacinom: ail. + bB => cC + dD.
NapiSi izraze za kanstantu ravnateze ako je : a) a = 2, b"" I, C = 1, d = 1; b) a=l, b=2; c=d=2; e) a=d=3, b=e=J.
R:
a) K, = C(C)'e(D), b)K, .. e(C)' 'e(D)' , elK, = e(C)·e(D)' . c(Al'e(B) e(A)'e(B)' C(A)' 'e(B)
9.6. Napisite lzl"aze za konstantu TIlvnoteze mil1 reakcija: a) H, + Cl2 => 2 HCI, b) N2 + 2 O2 !:; 2 N02,
c) 2 H,02~) => 2 H20~) + 0,. *d) 2 C(~) + H2(g:) 4 C2H2(g),
*e) C(s) + 2 H2lg) !::; C~(g), *f) CO2(g) + C(s) !:; 2 yO(g)
R:
c(HCI)'
c(H,) 'e(CI,)
c) K = c(H,O)' 'C(02) , , e(H20,)
'e) K = ,,(CH,) , c(H,)"
b) K = c(NO,)' , , ' c(N,)'c(O,)
e(C,H,)
e(H,)
'f) K = c(CO)'. , c(CO,)
9.7. Izracunajte vrijednost za kQl1stantu ravHotde rcakcije: A+3B=> 2C
aka su ravnoteme koncentrac\ie : a) erA) = 0,08 mol/l, e(B) = 0,09 mollL e(C) = O,O! mo!/!; b) etA) = e(C) = 1,7-10" moln, e(B) = 0,023 mollI; e) erA) = e(B) = 0,081 moI;I, e(C) = 0,00 12. maIn.
R: a) Ko = 1,741'/mo!'; b) K, = 1,39 J'/mo!', c) K;= 3,34 ·10" !'/moI2
110
9.8. Konstanta ravnoteze reakcije A+B::;2C
iznosi K = 0,056. Kolika je ravnoteiua kanccntracUa reaktanta C ako je: a) erA) = 0,20 moW, e(B) = 0,15 maIn, b) erA) = e(B) = 0,65 maIn, e) c(A) = 3 c(B) = 0,27 molil ?
R: a) etC) = 0,041 mollI, b) e(C) = 0,154 mo1lI, c) e(C) = 0,0369 moW.
9.9 Smjesa gasova sastoji sc iz vodika i 111ora. Reakcija tece premajednacini: H2 + Cb!::; 2 ReI.
Ko1iko ce se promijeniti bEina priTIlsta Hel aka se pritisak poveea tri puta?
R: 9 puta.
9.10. Kako se mijenja brzina prirasta koncentracije amonijaka pri reakciji: 3 H2(gJ + N':'(g) ~ 2 NH3(g),
ako se pritisak poveca 4 puta.
R: 1024 pula.
9.11. Kakav uticaj irna na ravnotezu reakcije: N2 + 3 2 NH3 + toplota:
a) povecanje koncentracije vodika, b) smanjenje koncentracije nitrogcna:, c) povccanjc koncentracijc amonijaka,,, d) poyecanjc pritiska, .. / e) po\'ecanje temperature ?"~~~-'-
R: a) pornice se udesno, b) pornice se ulijevo, c) pomice se ulijevo, d) pomiec se udesno, e) pornice se ulijevo.
9.12. Na koju Ce se stranu pomjeriti n1,?notezalcakcije: ;:':" a) H" + ,F2 ~'\ 2 HF + toplota, " , c/, ,,1'
b) N~04 ~g<,,2:N02 - toplota, c) CO + H,O(g) => CO, + H, + lpolota, d) 2 H, + 0, => 2 H,OC,;) + toplota, e) N, + 2 0, '" 2 NO, - toplota, £) 4 HCl +0." => 2Cl,+ 2 H,O(g) + toplot3 ako se pO~'eca pritisak i temperatura?
R: Pove6anje pritiska Povecanje temperature a) ne utice ulijevo b) ulijevo udesno c) ne utice ulijeYo ' d) udesno ulijevo e) udesno udesno I), udcsno lllijevo.
111
RAVNOTEZA U RASTVORIMA ELEKTROLITA
Supstance koje u vidu rastopa ili \'odenih rds[vora provode elektrlcnu struju pomocu jona nazivaju se elektrolitima. Pri rastvaranju u vodi elektroliti se ralJazu ua jone. Ta pojava se naziva cicldroliticka disocijacija (jonizacija), Pozitivno naclektrisani joni se nazivaju kationi, a negativno naelcktrisani joni anioni. Supstance koje disosuju u veeoj mjeri se zovu jaki elektroliti, a koji slabo disosuju slabi etektroliti. Jaki elektroliti su na primjer bloma kiselina (ReI :!:; H+ + en, natrij-hidroksid (NaOH .!:; Na + + OR), natrij-hlorid itd. Slabi elektroliti su na primjer etanska (sircetna) kiselina, amonij-hidroksid NH40H itd.
Stepen disocijaci.ic (jonizacije) je odnos broja disosovanih molekula N i ukupnog braja molekula:
Aka je na primjcr od 100 molekula disosovalo 75, anda jc stepen disocijac~je 0,75 iIi 7S %. Jaki elektroliti imaju stepen clisocijacije a > 30 %. Slabi elektroliti imaju stepen disocijacije a, < 30 %. Podaci se ocinose na koncentraciju rastvora od 0,1 molfl. Razblaiivanjcm rastvora stepen ciisocijacije raste.
Proces disocijacije elektrolita na jone je ravnoteZni proces 11a koji se moze primjeniti zakon 0 djelovanju masa,
Zbog jakih privlacnih sila izmeau jona u rastv01ima elektrolita urrljesto koncentracije se uzima u raC'un tZI'. aktivitet jona UmjesiO aktiviteta mozema uvritavati koncentraclju jona sarno aka su kOlJcentracije manje ad 0.1 moI!l kod slabih_ eleklrolita. OdnOSHQ 0,001 mol/[ kod jakih elekll'olila. Kod elekrrolita gdje dolazi skora do pOtpUTW jonizacije skora da i nema smisla govan-ti 0 hemiJskoj raviloteii.
Pri disocijaciji slabih etektrolita javlja se suprotan proces, dolazi do asoci.iacije, nastaju molekuli, sve dok ne dade do dinamicke ravnoteZe izmedu ll101ekulskog i jonskog oblika. Primjenorn zakona 0 djelovanju rnasa mozemo napisati izraz za kOllstantu ravnotdc kqja se U ovom slucaju ZQve konstanta disocijacijc (jonizacije).
Na prim jeT:
K ~C(A+)'C(B-). , c(AB)
gdje su u izrazu za Kc mvnotc±nc koncentrac~je. Ukoliko je konstanta disocijacije veta eiektrolitjc jati. Na primjcr konstanta
jonizacije Hel je 1000 , a vode 10"16. U prvom slucaju znaci da je proizvod koncentracije jona 1000 puta veei od nedisosovanog dijela HeL
112
Primjer 1. Rastvor Na2SO<l una koncentraciju 0,05 mollI. IZnlcunati koncentrdcije jona ako jc stepen jonizacije 70 %.
Rjdcnje:
Koncentracija jona se moze izracunati iz izraza:
gdje je: c - koncentracija rdstvora, a. - stcpen disocijacije, z - broj istovrsnih jona molekula elcktrolita.
U nascmprin-ycmje: c(Na2S04) = 0,05 molfl (X= 70 %= 0,70 z(Na")~2
z(SO;-)~l
c (SO~-) ~ 0,05 moW·0,70·! ~ 0,035 moll!
c (Na') ~ 0,05 mo!I1·0,70·2 ~ 0,070 molil.
Pdmjer 2; Naci vezu izmedu konstantc disocijacije i stepena disocijacije za rastvore slabih elektrolita.
ReScnje: Neka slabi elcktrolit dlsosuje 11a dvajona: AB t:; A+ + B-.
K011stanta ravnoteie je: . c(A')·c(B-)
K ~----.. -, c (AB)
gdje su u izrazu ravnotelne kocentracije.
1z jednaCine uocavamo da je:
gdje je c kocentracija raslvoril. Dalje je:
c(AB) ~ c - ex c ~ c(l- a)
Uvrstavanjcm ujednacinu (1) dobivanl0: a? .
K~ =-_·c. i-a
(I)
113
Ova jednaCina Poyczuje konstllntu disocijacije i stepen disocijacijc za stahe elektrolite i poznata je kao Ostwaldov zakon razblazenja. Aka je stepcn disocijacije vcoma mali onda so·moze pisati:
Uocavamo da smanjenjem koncentracije raste stepen disocijacije.
Primjer 3. Stepen disocijacije sireetne kiseline Cija je koncentracija 0,1 mo1J1 iznasi 1,32 %. a) kolikaje konstanta disocij(lcije sircetne kiseline, b) pri kajaj ce koncentraciji sire-etne kiseline njen stepen disocijacije iznasi1.i 30%?
RjeSenje: c ~ 0,1 moll!
a = 1.32 % = 0 0132
a) K, ~? b) c =? za" = 0,3
a) K =,,2~= (0,0132)' ·O,lmolll =176.10-5 .rr~<J1 'l-a 1-0.0132 ' 1 .
Napomena: Skora identicall rczlIltat hi dobili aka bi pisali izraz Kc = if c.
b)
Primjer 4. Imamo rastvor sireetne kiseline. Kako CC nn ravnotezu utica!i dodavm~e natrij-acetata (CH,COONa)?
a acetaia
RjeScnjc: Disocijacija sire-cIne kiselinc moze se prikazati jcdnaCinom:
Cl!,COOH ;:; CH,COO' + H' CH3COONa ;:; CH3COO' + Na+
Rastvor acetata ima zajednicki jon CH3COO" 53 rastvorom sircetnc kiseline. Zbog toga ce se, prenm Lc Chatelier-ovom principu, ravuoteZa pomjeriti ulijcvo, 11
smislu suzbijanja disocijac\jc. Ova suzbijanje disocijacije slabog elektrolita prisustvom jakog elektrolita sa zajednickim jonoro se naziva efekat zajedniCi{og jona.
P1WDUKT TOP/VOST!
U zasicenom mstvoru koji je u dodiru sa evrstom fazom (talogom) rastvorene snpstance, postoji rnvnoteza izmedu supstance u rastvoru i iste supstance u taiogu. Ncka je, 11a primjer, raslvorem . supstal1ca malo rastv·orljiv elcktrolit AgBr. Tada zasiceni rasivor sadr?:i jone srebra i broma:
114
AgEr !::.; Ag+ + Br-.
Za proces disocijacije malo rastvorljive soli lUoze se primijeniti zakon 0 djelovanju masa. Ravnoteia se uspostavlja kada je rastvOf zasicen. To znaGi cIa u tc'llogu (CVfstOj fan) mora biti odredena koJie-ina Cvrste neotopljcnc soli. Koncentracija jona u talogu je konstantna veliCina neovisna od koliCine taloga. To mati da konstanta ravnotez.e zavisi od koncentracije jona u laiogu, pa mozcmo pisati:
Ova konstanta se zove produkt topivosti. Konccntracija jona malo mstvorljivog elektrolita. koji se nalaze u njegovom ?.asiCellom rastvoru, konstantna je vri jednost za datu temperaturu.
Primjer 1. Produkt topivosti C:1S0~, na temperatuti 25°C 17.nosi 6,1·10"5 (111ol/1)2. Kolikaje topiyost (rastvorljivost) tc soli u vodi ?
Rjdenje: Jonizacija Caso4 moze se prikazati jcdnaCinom:
Produkt topivosti kalcij-sulfataje·
Iz· jednaCine jonizacije vidimo da je konccntracija lona Ca2+ jednaka
konccntracijijona SO~-.
Uvrstavanjem u gomju jednaCinu dobivamo:
K,oCCaS04) ~ c (Ca2') = 6,1·10'5 (mo111)';
odnosno: c (Ca2) = 7,8·10,3 mol/I.
TopiYost soli na d'ltoj tempcraturi mjcri se na osnovu konccntracije njenog zasiCcnog rastvora. Prcma tome topivost CaS04 iznosi 7,8 .10-3 mal/L
. Prirnjcr 2. Topivost olovo(II)-jodida u vodi, na l.cmperaturi 25°C, iznosi 1,265.10-3 1110111. Koliki je produkt topivosti olovoClI)-jodida na toj tcmperaturi ?
RjeSenje: Jonizacija Pbh maze se prikazatijednacinom:
PbJ, ;:; Pb2, + 2 T.
115
Topivost (rastvorljivost) supstance, na datoj temperaturi, odred10e se na osnovu kOllcentracijc njcnog zasicenog rastvora_
C CPb2+) ~ 1,265·10·'molil.
Iz jednacine jonizacije 'vidimo da je kOllcentracija jona joda dva pula veta od konccntracije jona olova:
c (r) ~ 2.1,265.10.3 mol,1 ~ 2,53·10'; moll!
Produkt topivosti soli je:
Primjcr 3. Da li ce se izdvojiti talog srebro-bromida AgBr aka Be iZIlJijesaju iste zaprcmine rastvora AgN03 i KEr ? Produkt topivosti AgEr, na sobU(~i
temperaturi iznosi 4,4.10-13 (mol/lf Polaznc koncentracije su 10-4 moUL
Rjdicnje: Srebro-bromid Se talozi premajed:nacini:
AgN03 + KEf'. AgBrl + KN03.
Jonizacija AgEr se moze prikazatijcdtmcinom:
Potrebno jc naci koncenlTaciju jona srcbra i broma poslije mje.sanja Ukoliko jc proizYod konccntracija till jona ved od produkta topivosti pojavit cc se talog. U protivnom nece!
Posto je zaprcmina dobivene smjese d\'u pUla veea od zaprcmine svakog od upotrebljenih rastvora, koncentracija svakog jona bi6e dva puta manja nego kod poJnzuih rastvora (predpostavlja.mo da je stepen jonizacije KEr i AgN03 jednak jedinici).
c(AgNO,) ~ crAg') ~ 2,,10-4 molll ~ 5· W-5 molll 2 .
cCKEr) ~ clEO ~ .1:.. !O~4 mol 11 ~ 5,)0 5 moll!. 2
Proizvod konccntn](jja je:
Proizvod konccntracija je vcCi ad produkta topivosti i talog ce se pojaviti_ Rastvor.ie presiceJ:l. (l0-'1 je vecc od-.l0-13 !).
116
Primjer 4. Produkt topivosti srebro-hlorilli'lje 1,2_10,;0 (mol/ll U zasiceni rastvor srebro~hlorid.a doda se toliko kuhinjske soli cia koncentracija NaCI bude3-10-4 mol/I. Koliko puta 6e se smanjiti koncentracija .lana srebra u rastvom '2 .
Rjcsenje: Prema jednacini disocijacijc
AgCi ~ Ag++ cr
i izraz.<-l za produkt topivosti
Kso(AgCl) ~:;; c(Ag ')-c(Cl") "" 1,21-10 10 TIlolfl
zakijucujcmo da su koncentracije .lana srcbra i hlorajednakc i iznose:
Poslije dodavanja NaCl koji potpuno disosuje, premajednaCini:
NuCI .!::; Na+ + cr
pojavit ce se viSak jOlla 111ora. Zbog toga se remeti ravnote7.8 (prekomcen produkt topivosti). Produkt topivosti mora osi.ati ncpromjenjcn te ce se stoga smanjiti koncentracijajona srebra_ Taj dekat se zove djelovanje zajednickog jona.
Nova koncentracija jona hloraje:
Posto jc produkt topivQsti konswntan, za datu tempcrdiuru, onctaje:
c,(Cl').c,(Ag; ~ 1,2· ](rlQ moll!.
odakle je nova kOllcentJacijajona srebra:
c,(Ag; ~ 3,8·10,7 moll!.
Odnos kOllccntracija jOlla srebra prije i poslije dodavanja NaG je:
",CAg+)
c,(Ag+)
1,l.lO-smolil 9 " - 2 .
3,8·10~' moll 1
Koncclltracija jOlla srebra se smaIljila 29 puta poslije dodavanja NaCl. Ako se u rastvor doda u visku reagens sa kojim se vrsi taloienje, moze se postiCi Pr'JktiCIlO potplmo talozenje!
117
ZADACI
9.13. Napisitejone na koje disosuju: a) HCI, HNO" H2S04, H,P04 ;
b) NaOH; Ca(OH)" Fe(OB),; c) KCI, MgCJ" AIC1,.
R: a) II' + cr, H'+NO;, 2H' +50;', 3W +Poi' b) Na++OJf, Ca2+~20I-r, Fc.l++30R; c) K+ + cr, Mg2-
1 + 2er, Af3+ + 3Cr.
9.14. Od ukupno 200 mo1ekula disociral0 je 5 %. KoUka ima disociranili molekula?
9.15. Izracunati jonske koncentracije u rastvoru KOH. Konccntracija rastvora je 0.102 moliI. a stepenjonizacijc 87 %.
R: KOH t; K' + Olf, c(Olf) = c(K') = (H = 0,0887 malfl.
9,16, Rastvor kalcij(Il)-hlorida CaCl, sadrii g soli u 100 e1\13 rastvora. Izracunati koncentracije jona hiora i kJlcija aka je stepenjoniz3cije 65 %.
eaCh!:; Ca2+ +- 2er R: c(Cn = 0,1171110111; c(Ca') = 0,058111011l; c(CaC!,) = 0,09 moll!.
9.17. Amonij-hidroksid Cija je koncentracija c 0;;; 0,01 mol/I, ima stcpen disocijacije 4 %. Izracnnati:
a) kOllcentraciju amonij-jona i hidroksid-jona, b) koncentraclju nedisosovanog amonij~hidroksida, c) kanstantu disocijacije amoni}hidroksida.
R: a) NILOH !:; NH/ + OR, e(NH/) = e(OR) = iJ.·e = 0,0004 mol/I., b) c(NH,OH) = c - a e = 0,0096 mol/l, c) K, = 1,6no·5 moliL
9.18. Konstantajonizacije rnravije kise1inc HCOOHje 2·10'4 molfl. Kolika ce biti konccntracijajona vodika U HlstvOru cijije stepcnjonizacijc 4 %?
R: c(H") = 0.005 molli.
9.19. Odredi koncentraciju jona zeljeza i hIora u rastvoIU FeCI} aka je kancen1racija rastvora 0,1 moIIl, a stepcn disocijacije soli U OVOID rastvom 65 %.
R: FeC13 t; Feh + 3 cr, c(C!,) = 0,195 molll, e(Fe)+) = 0,065 moliL
9.20. Odredi koncentraciju rastvara HNG} aka se Zila da je koncentracija jona vodika 0,294 mollI, a stepen jonizacije 84 %.
lIS
R: c = 0,35 moIIl
9.21. NapiSite izraze za koncentracijsku konstantu disocijacije ovih kiselina: a) karbonska kiselina H2CO}, b) sulfidna kisclina H2S, c) fosfatna kisetina H3P04 ,
d) nitritna kiselina!INO,.
R:
a) K, e(W)'·c(CO;')
c(H,CO,)
e(H+).c(NO;)
c(!INO,)
9.22, NapiSi izraze za koncentracijsku konstantu disocijacije ovih orgaIlskih kiselina: a) nrravlje kiseline, b) sircetne kiseline, c) oksaIne kiseline, d) butallske kiselinc.
R:
a) K ~ c(H+) ·c(HCOO") , c(HCOOH)'
b) K ~C(!:l>C(CB3COO) , e(CH
3COOH)'
d) K = c(B")'c(CH3 CH,.C?!" COO...:l , c(CH3CH,CH,COOlI)'
9.23. Konstanta jonizacije sircetne kisclipe je 1,75·10,5 mol/L fl stepen jonizacije j (;''0.
Kolika je koncentracija ras1vora kiseline i koncentractia jona vodika ?
R: e = 0,173 maIn, c(Hi = 0,00171 moliL
9.24.Produkt tODivosti kalcij~karbonata CaCO} iznosi 1.6-10'8 (mol/it Kolika je koliCinska i mas~a koncentra~ija kaJc~j-karbonata u vodi ?
R: c(Ca",) = c(COi') = i,26·JO~ maIn; c(CaC03) = 1,26.10.4 molfl.
r(CaC03) = 0,0126 giL
9.25. Topivost (rastvorljivost) Mg(OHh iZ110si 2·10"4 mollI. Nab produkt topivosti. R: c(Mg") ~ n O~ molll; c(OR) = 4·10~ mollI, KdMg(OHhl = c(Mg") 'c(OH'), = 3,2·llr'l (moI/I)'.
9,26.Koliko jc vode potrebno za rastvaranjc 1 g BaC03 na sobnoj temperaturi ? Produkt 10pivosli soli je 1,9.10''(mol/1)'.
R: c(Ba2+)::;::: 4,3.10-5 molll.Topivost solije c = 4,3,10,5 mollI, n(BaCO,l) = 5,07,10.3 111011: V=IIGL
119
9.27.Da Ii ce se izdvojiti talog CaS04 aIm se pomijesajll iste zaprcmine rastvora CaCh i Na2S04, Cije su koncentracije O,Olmolfl. Produkt topivosti solije
2,3·lO"(molll)2.
R: c(Ca2")~c(SO~-)~ 0,~lmol/l~o,005mollL
Proizvod konccntracija jona poslije mijesanja je 2.5·10"5 (mo1JI/. To je manje od produkta topivosti. Taiog se llde izdvajati.
9.28.Produkt topivosti PbCh iznosi 2·W-s(mol/I)3. Koliko se grama olova (u obliku jona) nalazi u 250 ml zasicenog rastvora ?
R: 0,9 g.
9.19.Koliko grama PbSOI, moie cia se rastvori ujedllom titru vade? Produkt topivosti soli iZilosi 2,3.10·8(mollly".
R: c(Pb'") ~ U2·lO"moVL U rastvomje c(PbS04) ~ 1,52·10,4 molll, n~c,V~ 1,52-10,4 mol, lll~ n·M~ 0,046 g,
9.30.Produkt topivosti AgCl iznosi 1.21.lO,lO(moVI)'. Kolika je topivost AgCl, tj. koncentracija zasicenog rastvora ?
R: c(AgCl) ~ 1,I,W's moln.
9.31. Produkt iopivosti AgBr iZllosi 2,5.10.9 (molll)2. Koliko gr(lrr1.1 AgBr ce se rastvoriti u: a) 11 vodc, b) 51 vodt::?
R: a) 0,0089 g; b) 0,044 g,
9.32.Da li ce se izdvojiti taIog Agel u rastvoru koji nastanc mjcsanjem 1 ml rastvora NaCI konccntracije 0,001 molll ill rastvora AgNO" konccntracije 5.10.5 molll? Produkt topivosti soli je ],21· ]Q',o(molll)',
R: Proizvod koncentracije jona u rastvom jc 5·1O·1l (mol/lf To je manjc od produlcta topivosti. Talog se nece .izdvajiti )
JONSKI PRODUKT VODE
Hemijski (;ista vada je slab elektrolit i jonizira prema sljedecoj jednacini:
H20 -> W+OH,
Prema zakonu 0 dcjslvu rnasa Konstanta ravnotcz.c je:
120
gdje su c(H) i c(OR) ravnotezne koncentracUe jona i C(H20) ravllotezl1a koncentracija ncjonizQvane vade. U 1 litru vade ima 55,3 mola vade na l.cmperaturi 25"C. Aka to uvrstimo ujednacinu dobicemo daje:
Ova konstanta se naziva jonski produld vode. U Cistoj vodi na temperaturi 25"C je:
c(l-1) ~ c(OH) ~ ],10,7 moln,
Koncentracija vodikovih i hidroksilnih .lana u vodenirn rastvori.ma elektrolita koristi se kao kriterij za odredivanje kiselosti odnosno bazicnosti elektrolita. LogaritnriraI\jem izraza zajonski produkt vode dobivama:
log [c(H').c(OH')j ~ log J.lO''', log con + log c(OH') ~ -14 i·( -I) -log c(H") -log c(OR) ~ 14
Vrijednost negativnog logaritma koncelltracije vodikovih jona predstavlja pH, 11 vrijednost negativnog logaritma koncentracijc hidroksidnih jona pOR vrijednost:
pH ~ - log c(H} pOH ~ -log «OR) pH + pOH~ 14.
Za razliCite 'VTijedn<?sti pH i pOR imamo:
pH~ 7 pH<7 pH>7
pOH~7,
pOR>?, pOH<7,
sredina je neutralna, sredina je kisela, sredina je bazna.
Primjer 1.Treba izracunati pH VOdCllOg rastvora Hel cija je kOllcentracija 2.104 molll.
RjeSeoje: c(HCll ~ 2·]0-' moll! pH~ ?
Hel jc jaka kiselina !ito mati daje potplmo jonizov3na odnosno daje:
con ~ c(He!) ~ 2·10~ molil pH ~ -logcon ~ _log2·I04~ 3,7,
Doprinos koncentracije vodikovih jona zbog disocijacije vode je neznat,ill i ne treba ga uzimati U obz1r.
121
Frimjer 2. Vodeni rastvor NaOH lma koncentraciiu 1.10-4 moill. Kolikl je pH i pOH rastvom ? -
Rjdcnje: C(N8QBJ_'- 1, 1O~ mo1n pH, pOH --?
Jemi H~ su prisutni zbog disocijacije vade. KoliCina OR" jona nastalih joniz3cijol11 vode zanemarljiva je U odnosu na kolicinu jona nastalih joniZ:'lcijom NaOH kOj8 je potpuna, te je:
rastvora.
c(OR) - c(NaOH) -1·10" mo1fl pOH·' -log c(OH-) -log 10" - 4 pH+pOH-14, pH=14-4=10.
Primjer 3. U 500 ml vade dada se 0,8 g NaOH. Izraclmati pOH i pH
Rjesenje: m(NaOH) = 0,8 g V= 500 ml=0,51 M(N80Hl = 40 glmol pH= ? pOH=?
gdje je:
Prvo cerno naCi koncentraciju NnOH,
n c(NaOH) -- V
m
M·V
o 8a , C> =O,04rnolll'
40g!mol·0,5l
Koncentracija Off jona moze se naci iz izraza:
c(OR,) = ""c(NaOH}z,
a - stepenjollizacije, koji i2.11osi 1 i z - braj hidroksilnih jona koji naslaje jonizacijom jednog molekula, a koji u nasem primjeru iznosi 1.
c(OR) = l·c(NaOH)·l = 0,04 molll; pOR = -log c(OR) = -log 0,04 = 1,4; pH = 14 - paR = 12,6.
Primjer 4. Konccntracija rastVora sulfatne kiseline je 2.10.3 moM a stepen jonizacije 95 %. a) koliki je pH i pOH ras(vora ? b) koliko vodikoyihjona ima u 1 ml rastvora'Y
122
Rje.scnje: e ~ 2·10,3 molll
a=95%=O,95 Y.=_Lml - 0.00 II a) pH - ? paR ~ ? b) N(ti) =?
a) Kiselina jonizuje premajednaCini:
H2S04 -7 2 ff' + SO~-. pri ecmu je broj vodikovih jOlla, nastalih jonizacijom jednog molckula, Z "" 2.
c(H} = ",·c(H')·z = 0,95.2-10.3 mol!I·2 = 3,8·10-'mol!1, pH ~ -log 3,8.10.3 = 2,42, pOH = 14 - 2,42 ~ 11,58.
b) Da bi nash broj jona koristiCemo definiciju koliCine supslance i koliCinske koncentracije:
n N C=- n=--
V' N ' A
ntH') ~ e(H} ·V = 3,8.10.3 molfl·O,OOll = 3,8·10~ mol; N(H') = n(H}·NA = 3,8 mol· 1 0"'· 6,022·10" mOrl = 2,29· 1018
Primjer 5. Izrac-unati koncentraciju rr- i Of[ jona ako jc: a) pH=8,6 b) pH = 3,4.
Rjesenje: a) pH = -log c(H+),
c(H') = lO-pH = 1O.s,6 = 2,5.10-9 molll,
b) c(H+) = lO-pH = 10.3,4 = 3,98·10"molll,
crOW)
Napomena: Na depnom racnnaru "'\Tijednost koncentracije iz poznatog pH nalazimo ovako: Nekaje kao u gomjcm primjeru, pH "" 3,4. Tn vrijednost unesemo u racllllar sa predznakom minus, (-3,4), plitisnemo tipkn TNV (iIi 2 nd) a zatim tipku log. Dobicemo iznos 3,9·10-4 sto predst<rylja traZ,enu Vlijcdnost.
123
Primjcr 6. Izmcunati pH rastvora koji se dobije mjesanjem: a) 25 ml 0,01 mol/tHCI i 50 m1 0,02 moll! NaOH, b) 25 m1 0,1 mol/IHCI i 50 m1 0,02 mol/l NaOH.
Rjdcnjc: Rastvor koji se dobije mijdanjcm jake kiseline i iake baze mOL,e biti neutralan ako Sli kisclina i bala u ekvivalentnim och'1osim'a. Aka je kise1ina dodana U sliviSku raslyor jc kisco, a alm .Ie baza dod::ma u suvisku rastvor je bazan. . Pouebno je izracunati kolicinu (broj ll101ova) i kiseline i baze u rastvoru.
a) Y(HCI) ~ 25 ml ~ 0,025 I c(HCI) ~ 0,0l molll Y(NaOH) ~ 50 m! ~ 0,05 1 gill.<!Ql:!l ~ om mol/l pH~ ?
Pri mjeSanju dolazi do reakcije:
Hel -+ NaOH -)- NaCl. + H20
Broj molova HC1 i NaOH je:
n(HCI) ~ c(HCI)·Y(HCl) ~ 0,01 mol/I·0,0251 ~ 2,5'10,4 mol n(NaOH) ~ c(NaOH)· V(NaOH) ~ 0,02 mol!l·0,05 I ~ O,OO! mol.
Vidimo da U sllvisku i1ll3mo NaOH lj.
;, n(NaOH) ~ n(NaOH) ~ n(HCI) ~ 0,001 mol ~ 0,00025 mol ~ 7,5· 10" mol.
Koncentrdc.ija NaOHje: lin
c (NaOH) ~ --, Y",
gdje je ukupna zapremina
Y"k ~ Y(HCI) + Y(NaOH) ~ 0,075 I.
Daljeje: c(NaOH) ~ 0,0 I mol/l c(OR) ~ ",·c(NaOH)·z = 1·0,01 molll·! = 0,01 molll
pOH ~ -log c(OR) ~ 2, pH~14-2~12.
b) Y(HCI) ~ 25 ml ~ 0,025 1 c(HCI) ~ 0,1 moll! Y(NaOH) ~ 50 ml ~ 0,051 c(NaOH) ~ 0.02 molll pH= ?
124
Postupak radaje kao pod a):
n(HCI) ~ e(HCl)·Y(HCI) ~ 2,5·10,3 mol, n(NaOH) ~ e(NaOH)· V(NaOH) ~ 1·10" mol.
Vidimo da je u suviSku HeI,
c, n(HC1) ~ n(HCI) - n(NaOH) ~ I,5·IO"mol,
e(HCI) ~ ,c,u(HCI) Y""
1,5· 10-' mol =0 02 mol 11 0,0751 ' ,
c(H') ~ c(HCI) ~ 0,02 moll!, pH = -log e(lf) ~ 1,7.
Primjer 7, U 400 mI rastvora natrij-hidroksida koncentracije I moll! doda se 100 mIl % rastvora sulfatne kiseline. Koliki ce bid pH rastvora ?
2 NaOH + H,S04 ---> Na,S04 + 2 H20, Jonizacijaje potpuna !
Rje!enje: V(NaOH) ~ 400 mI = 0,41 c(NaOH) ~ 1 molll V(H,S04) ~ 100 ml ~ 0,1 I llli:!,SO,) - I % = 0,01 pH~ ?
Prva cemo naci kolicinsku koncentraciju kiseline. Post.a nije data gustina smatracemo daje 1 glem' odaosno 100 gil. .
w·p c(H,S04)~M
0,01.1000gll_0102 1 -, mali, 98g/mol
n(NaOH) = c(NaOH),Y(NaOH) ~ 1 mol/l·0,41 ~ 0,4 mol, n(H,S04) = e(H,S04)·V(H,S04) ~ 0,102 mo11!·0,11 ~ 0,0102 mol.
1z jednacine neutralizacije je:
n(NaOH)
n(H,S04)
2 2,
n(NaOH) = 2 n(H,S04). Vidimo daje za neutralizaciju 1 mola kiseline potrebno dva puta vise baze.
Ekvivalent za 0,0102 mol ~ 0,0204 mala baze. Ostatak baze je:
c, n(NaOH)~ 0,4 mol- 0,0204 mol ~ 0,3796 mol,
125
c(NoOH) = O,3796mo/ 0,76 mol II, 0,5 l
c(OH) = c(NoOH) = 0,76 mol!1,
pOH = • log c(OH') = 0,12, pH = 13,88.
Primjer 8. U 100 ml vode uvede se 33,6 cm3 gasovitog BCl na temperaturi 27°C i pritisku 101,3 kPa, Zatim se doda 0,1 g evrstog KOB. Koliki je pH rastvora ? Uvodenjem gasovitog hlora i KOH ukupna zaprernina rastvora se neznatTIo
mijenja.
HCI + KOH -> KCl + H20, JoniL'1cija je potpuna !
Rjescnjc: V(rastYora) = 0,11 V(HCI) = 33,6cm' = 0,03361 T = 273 + 27 = 300 K p = 101,3 kPa !illK.Qllt= 0"Lg pH= ,
Treba naCi brqj 111010va KOB i Hel.
n (KOH) = m(KOH) M(KOH)
O,lg ~= 1,78.10-3 mol. 56,lglmo]
Broj molova HCi, S obzirom da je gas, naCi cemo iz jednacine gasnog stanja:
n'HCl) pV \ RT
101,3kPa' 0,0336] • = 1364, 10'3 mol 8,314J/molK,300K ' ,
U suviskuje KOH:
iln(KOH) = n(KOH) -11(HCl) = 1,78, lO"mal- 1,3364·10" mol = 4,18·10"mol,
c(Oll') = c(KOH)'= 4,18·]0" main,
pOH = • log c(OH') = 2,38,
pH = 14 - 2,38 = 11,62.
ZADAC]
... 9.33. Izracunati pH rastvora aka se U 300 ml rastvora nalazi ). mg n+ jona.
R: 2.
126
9.34. Koliki je pH rastvora kada se 11 501l ml nalazi 1,7 mg OR jona.
R: ]0,3.
9.35. Rastvor HeI irna koncentraciju 0,001 mollL lzracunati koncentraciju svih jona U- ovom rastvom i pH rastvora.
R: c(lT) = c(C!,) = 0,001 molll, c(OH') = 1·IO,ll moll]; pH'~ 3.
9.36. 400 rul rastvora sadlii 0,032 g NaOH. lzracunati kcnccnlracije svih jona II rastvoru i pH ovog rastvora.
R: c(OR) =c(Na')=2·IO,3 molll; c(H')=5·IO,J2 molll; pH=ll,3.
9.37. Kolikaje koncentracija W i Oll' jona aka je pH rastvora: a) 6,1; b) 9,7 ry
R: a) c(H'j = 7,94.10" molD. c(OR) = 1,26·10" molll, b) c(H') = 2·1O,JO molll; c(OIf) = 5.]0.5 mo]11.
9.38. Nab koncentraciju W i OB' jona ako je pOH rastvora: a) 3,5; b) 10,2.
R: a) c(OH) = 3,]6·10,4 molll, c(ll') ", <.16·IO,JJ mol/l b) c(OH) = 6,31-lO''' main, c(H+) = 1,58·1rr' moill.
9.39. Da Ii je sredina kisela iii bazna ako je: a) c(W) = ]·10" mallI, b) c(OR) = [·10" molD, e) pH = 3,2, d) pH = 8,5, e) pOR = 1,7, f) pOH= 9,8?
R: aJ neutmlna, b) kisela, c) kisela, d) bazna, e) bazna. f) kisela.
9.40. U 10 m1 rastvora nalazi se: a) 9,2·1015 H'" jona, b) 8,5-1018 OH-jona. Izracunati pH ovih rastvora
R: a) 5,82, b) 11,15.
9.41. Koliko jona H-I- i OH- Se n~lazi u 50 ml rastvora koji s3drb I rug NaOH '?
R: 1,5].10J9 OR jona, 6,02.1011 W jona
9.42. U 100 ml vode se dada 50 g 12 % IT2S04 (p "" 1,21 g/ml). Izraclluati pH ovog rastvora .
R: pH = 0.067.
127
9.4-3. Rastvor fosfalllc kiseline ima koncentraciju ad Imolil. Stepen jonizacije kiseline u ovom rastvoru je 85 %. Izraeunati pH i pOH ovag rastvora,
R: pH ~ 3,59, pOH ~ 10,41.
9.44.350 ml rastvara sadrZi 0,7 g Ca(OHh. Izracunati pH j pOR rastvora aka stepen jonizacije kalcij-hidroksida iznosi 85 %.
R: pH ~ 12,66, b) pOH = 1,34.
9.4-5. U kojem rastvoru se nalazi viSe W j011<'1: U 10 ml 0,02 moll! Hel ili 50 ml 5_10-4
moUIH,SO, ?
R: 8 puta vise u rastvoru HeI.
9.46, Za odredivanje koneentraeije CO, koristi se rastvor KOH. Na etike!i boee pise da rastvor ima koncentraciju od 0,02 moW. :M;ierenjem pH ovog rastvora utvrdeno je da on iznosi 11,3. Da Ii jc tacan natpis na bod?
R: Nije, jer je stvarna koncentracija KOH 0,002 moUl.
9.47, Ako se pomje,a 10 ml 0,002 molll rastvora Het i 10 ml O,OOlmolll rustvora Ca(OH)" izracunati pH dobivenog rustvora.
9.48. 100 ml ra"tyora NaOH koncentraeije 0,002 moUI apsorbira se 1,12 dm' gasovitog hlora pri normalnim uslovima. Izracunati pH rastvora nakon apsorpcije Hel pod predpostavkom 'da se zapremina rastvora nije nrijenjala.
R: 0,302.
9.49. Izraeunnti pH rastvora koji se dobije mijesanjem 27 em' vodenog rastvora HCI koncentracije 0,163 mrnolJl sa 14 em3 rastvora nitratnc kiseline dvostruko manje koncentracije.
R: 3,9.
9.50. Izraeunajte pH rastvora koji se dobije rnjcSanjem 13 em3 sulfatlle kiseline koncentracije D,Oll molll sa 22 em3 rastvora natrij-hidroksida koncentIacije 0,025 moill.
9.51. Izr3cunati pH rastvora koji se dobijc mjesanjem 13,2 em3 Hel koncentracije 0,027 molll sa 18,4 em3 srebro-nitrat1 koncentracije 0,018 mollL
Het + AgNo, -> AgCI + H,O.
128
9.52, Izracunati pH mstvora koji se dobije mjesanjem 14,2 ml rustvora HCI koncentracije 0,051 molJl, 12,2 ml rastvora HN03 koncentracije 0,17 molll i 19,8 rul rastvora NaOH koncentracije 0,12 molli.
R; 2.
9.53. Koliki je pH rastvora cijanidne kiseline HeN Cija je koncentracija 1 mol/I, a konstanta disocijacije 7,9.10-10 malfl. HeN!:; H" + eN-
R: e(H') ~ e(CM). Ravnoteina kOlleentraeija e(HCN) ~ e, - e(H'), g<\ie je e, ~ 1
molll pocetna kOl1eentracija. Ke e(H+ ): ,e(H') ~ 2,8'10,5 moll!, pH ~ 4,55. l-e(H')
S obzirom da je u pitanju slab elektrolit do istog rezultata dolazimo i primjenom mona razblazenja: K = a'· C.; e(H') ~ a·e; pH ~ 4,55.
9.54. U rastvoru mravlje kiseline Cija je koncentracija 1 molfl izrnjeren je pH =1,80. Kolika je konstallta disocijacije rnravlje (metanske) kiseline.
HCOOH !:; H + HCOO'.
R: e(F) ~ c(HCOO,) ~ 1,58·10"; Ko~ 2,5·lO'4 molfl.
9.55. Izracunajte pribliino koncentraciju rastvora etanske kiseline u kojoj je 1 % kiseline disociralo, a konstanta disocijacije K "" 1,75.10-5 molli.
R: K=a'·c; e=0,175molll; pH~2,75.
9,56. Izraeunnti pH rastvora sljedecih organskih kiselina i baza Cija je koneentracija 0,1 molfl: il) etanska kiselina, CH,COOH, K = 1,8.10,5 molll, b) antinobenzoeva kiselina, C,H4NH,COOH, K ~ 1,8 ·10" moll!, c) benzoeva,CoH,COOH, K ~ 6,6,10,5 molfl, d) fenilsircetna, C"H,CH,COOH, K ~ 4,9·lO" molfl, e) mlijecna, HOCH(CH,)COOH, K = 1,37.IO~ molfl, f) anilin, C"H,NH" Kb ~ 3,8.lO'10 moU~ g) benzilamin, C"H,CH,NH" Kb ~ 4,2.10,5 molfl, h) etilamin, C,H,NH" ~ ~ 4,2.10~ moll!, i) piridin, C;H5N, Kb ~ l,nO" moll!.
R: a) pH= 2,87; b)pH~ 2,87; e)pH~ 2,59; d)pH~2,65; e)pH~2,43; f) pOH ~ 5,2 pH ~ 8,8; g) pH ~ 11,3; h) pH ~ 11,8; i) pH = 9,1.
129
10. OSMOTSKI PRITISAK
Molekuli rastvorene supstancc u razblaienim rastvorima se ponasaju kao da se na dataj temperaturi i konstantnoj zaprcmini nalaze u gasovitom stanju. Za njih se maze takode primijeniti jednaCina gasnog stanja'
11 p V ~ nRT adnaSl1a p ~ ~ RT. V
Kako je u rastvorima adnos kolicine rastvorene supstance i zaprcmine rastvora koliCinska koncentracija rastvora c, to je pritisak:
1t~cR T.
Pritsak n se naziva osmotslii i zavisi sarno od broja ccstica u rastvoru nn datoj temperaturi. Zakonje dao Van't Hoff i \'azi sarno za razblaZene rastvore." Kod elektrolita je zbog jonizacije pri isto.1 koncentraciji rastvora broj cestica yeti nego kod rastvora elektrolita:
1t~icRT.
gdje je i Van't Hoff-av broj. Izmedu koeficijenta i, stepena jonizacije Cl. i broja jona v na koji se raziaic molekul e1eKirolita, postaji ovisn05t koja je izraiena jednacinom:
i~"'(v-l)+l.
PomoCu date jednaCine mozerno izracunati stepen jonizacijc, broj jona na koji se razlazc rnolekul, zatim odrediti molekulsku rnasu itd. Za rastvor neelektrolita stepenjonizacije je jednak nuli Ie jc i "'" 1.
Primjcr 1. U rastvom nekog proteina masene koncentracije 40 gil izrnjeren je osrnotski pritisak od 1603 Pa pri temperaturi od 25°C. lzracunati molekulsku masu proteina.
RjeSen,je: p ~ 1603 Fa ~ 1,603 kPa T ~ 273 + 25 ~ 298 K
l.""_±Q.gLj M~?
Imamo rastvor neelektrolita. Da bi nasli molekulsku masu trcba izracunati kolicinsku koncentrd.ciju;
1t ~603kPa ~ 6 47.10-4 moll I. 8)14 J I molK·298K ' .
c RT
Posto je poznata rnasena koncentracija ondaje 1Z poznate veze y:= C :tv1,
130
y 40g/l , M~-~ ~61824glmaL
c 6,47·10 4g/mol
lV'apomena: U jednaCini gasnog stanja pritisak i zapreminu treba izraziti u SI jedinicama, tj. pritisak II paskIt1ima (Pa), a zapreminu u m3
. Ukoliko S0 zap~cmjna izrazi u litrima (l) onda pritisak treba izraziti u kPa. jer se tada vrijcdnost prorzyoda p V ne mijenja !
kPa.J"'" 103Pa·lO-3mJ:;;;:; Pa·m3
.
Primjer 2. U rastvoru nekog clektrolita koncentracije 0.05 molll pri temperaturi 27°C, izmjeren je osmotski pritisak 370 kPa. Na koliko jona jonizuje e1ektrolit ako je jonizacija potpuna ?
R,jdcnje: c ~ 0,05 maIn T~273 + 25 ~ 293 K P ~ 370 kPa ((=100%=1 v=?
Da bi nash broj jona na kqje jonizuje elektroli1 mormno nati koeficijent i :
. 1t l~--
370kPa = 2.96.
cRT 0,05 maJ.8,314 J I molK· 293 K .
Uvrstavanjem u jednaCinu:
i"" C/., (v -1)+1, dobijemo daje v = 3.
Primjer 3. Koliki.ie oSll1otski pritisak u rastvom na temperaturi od?5~C : .. a) 2% rastvora sulfatne kiseline cija gustina iZllosi 1,25 glcm3, a stepcn Jomzaclje 95%. b) 1 % rastvor fosfatne kiseline cija gustina iznosi 1,1 gJem3 i stepenjonizacije 28%7
RjeSenje: a) w~2%~O,
p ~ 1,25 g1cm3~ 1250 gil
a = 95 %= 0,95 T~ 298 K M - 98 g/mol n=?
H2S04 -+ 2 H' + SO;-.
Eroj jona na.koje jonizuje sulfatna kiselinaje 3, t~ je:
i ~ a (v - 1) + 1 ~ 0,95 (3 -I) + I ~ 2.9.
13l
Da bi nasli osmotski pritisak. moramo izracunati kolicinsku koncentraciju:
w·p 0.02·1250g/1 c = -- = 0,255 moll 1
M 98g/mol
n = i e R T = 2,9·0,255 molil·8.314 J/molK ·298 K = 1832 kPa.
a) W"'" 1 %=0,01 P = I, I wem' = 1100 gil a=28%= 0,28 T = 298 K M= 98 glmol n=?
Broj jona na koje jonizuje fosfatna kiselina je 4 te je:
i = 0. (v -1) + I = 0,28 (4 -1) + 1 = 1,84.
KoIiCinska konccntrac\iaje:
pw IlOOg/l.O,OI e=-=- 0,1 12 moll I,
M 98g/mol
1t =icR T = 1,84· O,1l2molll· 8,314) ImolK· 298K = 511,7kPa.
Primjer 4. Koliko molova neelektrolita treba cia sadrZi 5 I rastvora cia bi bio izotonican (da ima isti oSlllotski pritisak) kao i rastvor barij~hlorida na istoj temperaturi, koncentracije 0,05 mol/l Cijije stepenjOIdza~ije 88 %?
Rje,enje: V, = 51 C, = 0,05 molll a. = 88 % = 0.88 N1 := ?
VeIiCine koje karakterisu neelektrolit oznacili smo sa indeksom 1, a elektrolit sa indeksom 2.
132
nl"" cjR T 1T2=i c2 RT
BaCl, -+ Ba" + 2 cr .
(neelektrolit) (elektrolit)
Posta SU osmotski pritisci isti ondaje:
(v = 3 jona),
i = 0. (v -1) + 1 = 0,88 (3 -I) + 1 = 2.76.
Daljeje C, = i ·c, = 2,76 ·0,05 mol/l = 0.138 molil.
Broj molova neelektrolita je:
ill = Cl V j = 0,138 moUl·51 = 0,69 mol.
ZADACI
10.1. Koliki je osmotski pritisak se6era u vodi na temperaturi 200 e ako je maseru udio Secera u rastvoru 0,5 %? Predpostavimo daje gustina 1 g/cm3
.
M = 342 glmol.
R: TI = 35,6 kPa.
10.2. Vodeni rastvor sadrzi 4.5 gil nepoznate supstanee. lzmjerenje osmotski pritisak 4000 Pa na t = O"c. Kolikaje molekulska masa nepoznate supstance '/
R: TI = cRT ~ .L R T, Mr = 2550. M
10.3. Kolikije osmotski pritisak na temperaturi 25"C sljedeCih rastvora: a) saharoze C12H"Oll, Y = 10 gil, b) glikola C,ELt(OH)" Y = 2 gil, e) karbamida CO(NH,h Y ~ 2 gil, d) glicerola C3H5(OH)3, y = 3 gil.
R: a) 72,4 kPa, b) 79,9 kPa, e) 82,6 kPa, d) 80,8 kPa.
lOA. Koliki je osmotski pritisak KCI koncentracije 0, I. molll ako je stepen jonizacije 80%.
R: 407,5 kPa.
10.5. Koliko mala neclektrolita treba da sadrZi 1 1 rastvora da bi njegov OSlllOt9ki
pritisak bio jednak kao kad rdstvora nitratne kiseline koncentracije 1 malll Ciji je stepen jonizacije 80 %?
R: 1,8 mol.
10.6. U 1 I rastvora KCI rastvorcno je 5 g soli. Njegov osmotski pritisak je 304 kPa na 18'C. Kolikije stepenjonizacije?
R: 87,2 %.
133
10.7. U rastvoru cija je koncentracija 0,05 moIll na temperaturi od O°C, osmotski pririsak iznosi 374,9 kPa. Na koliko jon a disosuje molekul elektrolita?
R: 3 jona.
10.8. Ras1vor neelektrolita Cijaje molarna masa 18 glmol sadrii 15 g supstance na II rastvora. Taj f'dStvor je izotorrican sa rastvorom NaCl koji sadtii 2,64 g soli u 1 I rastvora, Koliki je stepcnjonizacije soli ?
R: 85%.
10.9. Rastvor u kome je maselu udio saharoze 3,42 % izotonkan je sa rastvorom rafinoze u ko.1oj je maseru udio rafinoze 5,96 %. Ako je rclativna molclmlska masa saharoze 342, kolikaje relativna molekulska masa rafinoze?
R: 596.
10.10. Rastvori neelektrolita sadrZc: a) 3 gil rast\"orene supstance pri tempcrnturi 27°e, pri ceml1 pokazujc osmotski pritisak 2,49 bara, b) 3 g rast\'orene supstance u 500 cm3 rastvora 11a tempcraturi 12°C, pri ccmu pokaZl~le osmotski pritisak od 0,415 bara. Kolike su molekulske mase nepoznatih snpstrmci ?
R: 0) 30, b) 343.·
10.11. Imamo raslvor secera u vodi cijije maseni udio 0,05, Nadite osmotski pritisak rastvora na temperaturi 20oe, l\t1r= 342, p:= 1 g/cm3
.
R: 356 kPa.
134
11. ELEKTROLIZA
Kada jedllosmjerna clckwena stlUja prolazi kroz rastvor clekttolita. na elektrodama se odigravaju reakcije oksidacije i redukcije. ~i. vrSi so elektroliza. Zakone e1ektrolize dao jo M. Faraday (Faradej) 1833 godino.
Prvi Faradejev zakon glasi: masa izdvo.ien~! supstance na elektrodama proporr.iona1n.a je pl'otddoj koHcini clektriciteta lu"oz clcldroJit, tj.
gdjeje: m - lllasa supstance, Q - kolicina proteklog eleictriciteta, k - konstanta za datu clektrodnu reakciju (elektrohemjjski ekvivalent).
Protekla kolicina elektriciteta se moze izraziti YJJo: Q"" 1 t gdjeje I - jacina strnje u amperi.ma CA), t _. vrijemc proticanja u sek\.Uldama (s).
Ncka se, na primjer, na katodi odigrava s\;ede6a reakcija:
Ag+ + e' -, Ag.
Za izdvajanje 1 mola srebra potrcbna jc ko1icina clektriciteta: NA '0.
gdje je: NA -. AvogBdrova konstanta, e - naelcktrisanje clcktrona. Jedan mol elektrona ce lzdvojiti 1 llloi jona srebra. Kalicina c1ektriciteta sto
je nosi jedan mol elektr-ona je:
F = NA'e = 6,022.10" mor' , 1,602.10.19 C = 96484 ClmoL Kolicina eJektriciteta sto je nosi 1 mol elektrona naziva se Faraday~cva
lwnsiant. (Il). Na prim.jer, pri. rcakciji Cu2
.(. -+ 2e< -~ ell potrebUD je utrositi dva pUla veell kolicinn elektriciteta, Ij. q"'" 2 F. ill U opstem sluc8ju Q ~ z·p, gdje je: z - broj razmjenjenlh elektrona na elektrodi.
, Tada mozerno pisati da je:
k=ll1=M. Q zF
Aka to uvrstimo u jednacinu za pr\'i Faradejev zakon dobijamo jednacinu 7 .. a dlUgi Faradojcv zakon:
M m=-Q. zli' .
Iskoristcnjc elektricne struje je oanos stvflmo i:zilvojene mase i teorctski potrebne mase:
In Q 1l~-="~.
n1, Q,
135
. Primjer 1. Kroz rastvor kupri-blorida prolazi strujajacine 2 A.ll toku 1 saia. a) kohka se masa bakra izdvoji na katodi ? . b) kolika se ma~'l i zapremina gasa hlara izdvoji na anodi, pIi normalnim uslovima ?
RjeSenje: a) Katodna reakcijaje: Cu2+ + 2 e" --? eu 1~2A
t = 111= 3600 s z=2 M(Cu) ~ 63,54 glmol m··-?
_ ~ _ 62,54g/mol , m- It----"--.2A,,,600s~233g
zF 2·96484C/mol ' .
b) Elektrodna reakcija na anodi je: 2 cr -2 e' -> Cl2.
M 7lg/mol' m~--·ll~ ·2A·3600s~265g
zF 2·96484 C/mol ' .
.. Izdvajena zapremina gasa .hiora, pri standardnim uslovima je V = n -V gdje Je Vm =: 22,41!rnol i m,
m 2,65 g . n =-=----=00373 mol
M 7lg/nol' ,
v ~ 22,4l/mol·O,0373 mol ~ 0,836 I
. . Primjer 2. Elektrolizom vade (kojoj je dodano nesto sulfatlle. kiseline cIa se posPJes~ provodenje struje) nastaje kisik i vodik. Kolika jc izdvojena masa i z~~re~ .gasa vodika P~ proti~ju struje od 0,15 Au tokn 3 sata ? Temperatura je 2) C a pntisak 1 ~ar. Kohko se pn tome izdvoji kisika ?
. Rje.senje: Elektrodna reakcija na katodi je: 2}t + 2 e- -4 R!>
I=0,15A l~ 3 11= 10800 s T= 273 + 25 ~ 298K P = I bar= 10' Pa~ 100 kPa z=2 Mill?) = 2 glmoj m=? V=?
Iz~vojel1a masa vodikaje:
M 2g/mol m ~,_.j t - --·OIIA 10800 ') 0168
zF 2.96484C/mol"· S~" g,
Izdvojena zaprel~i~a vorlikaje:
136
V~."',RT ~ O,0l68g. 8,314J/molK·298K =02081. M P 2g/mol lOOkPa '
Iz JednaCinc H20 .......". Hz + h O2, se vidi da je 7..apremina izdvojenog kisika dva pUla manja i iznosi 0,104 1. <
l'rimjer 3. Pri elektrolitickoj rafinaciji bakra iskoristenje struje je 92 %. Treba izraCllnati koliCinu elektriciteta 'potrebnu za dobivanje I tone rafmisanog bakm.
Rje!enje: m~ I t= !OOOkg~ 106 g 11 = 92 % ~ 0,92 z=2 M - 63,5 vIllal Qr=?
m 106 g 6 111r ~ - = -- ~ 1,087 ·10 g,
1) 0,92
UvrStavanjem poznatih vrijednosti dobiee se Qr"" 3,3- 109 C.
ZADACI
ILl, Stmja od 1 A prolazi u toku 1 sata kroz rastvor kupri-sulfata, Izracunati maSll bakra koja se izdvoji na katodi.
R: 111 = 1,185 g.
11.2. Pri proticanju iste koliCinc clektricitcta krOl rastvore srebro-llitrata i bizmutnitrata, 11 prvom od qjih se na kalodi izdvoji 0,90 g srebra. Izracunati koliko se grama bizmuta izdvojilo iz drugog rastvora ?
R: m=0,58g.
11.3. Koliko je elektrona potrebno za izdvajanje: a) 1 mola srebra iz srebro-mtrata, b) 1 Inola bakra iz kupri-sulfata ?
R: a) 6,1023; b) 12.1023
.
137·
11.4. Koliko je vremena potrebno za razlaganje jednog mola vode strujom od 5 A?
R: t~lIh.
11.5. Elektrolizom hloridne ki,aline ua'taje blor i voclik Ako jc temperatura gasovitog hlora 32'C, a pritisak 1.1 bar izracunati zapreminu hlora 7.a protaklu ko!icinu alektriciteta od: a)35C;b) 28 MC; c) 19.6 inC.
R: a) V(el,) ~ U8 crn'; b) 335 I; c) 19,6 mm'.
11.6. Bakar se rafinira elek1rolizom. Elcktroliza sa vrsi 6 sati liZ struju od 150 A. lzracunati isicoriStenje struje ako jo mfioacijom dobiveno: a) 988 g: b) I kg.
R: a) 1']~92,7%; b)1']=93.8%.
11.7. Aluminij se dobiva elek1rolizom AhO,. lzracunati kolicinll clektriciteta po~ebnu za dobivanje jedne tone aluminija.
R: Q = 1,07·10" C.
11.8. Pri dobivmlju 100 kg aluminija eleictrolizol11 A!,a, elektrolizerom je prosla koliCina e1ektricileta od 1,53.109 C. l'lracllllati iskoristenje ,truje.
R: 1']=0,70=70%.
11.9. U Leklanseovom clanku (obicuoj balerUi) jadna elektroda je ciuk Jill kojo) se odvija reakcija oksidacije cinka:Zn -+ Zn2
" + 2e'. Za koliko 6e se smanjiti masa cinkova 0111ota6a za 1 sat aka daje stmju od 0,03 A ?
R: 36,6 mg.
11.10. Pri prolasku struje jacine 1,5 A u toku ad 30 nrinuta kroz rastyor soli nekog trovalentnog rnetala na kalodi se izdvoji 1~07 g. Kolikaje relativna atomska masa tog metala?
R: Mr~ 114,73.
138
12. TERMOHEMIJSKE JEDNACINE
Pod unutrasnjom encl"gijom podrrlZurnjevamo zbir kineticke encrgije svih mo1ekula tijela i potencijalne energije njihovih rnedudjelovanja,
Dovedena kolicina toplote sistemu ide na povc~anje unutras11jc energije i vrserlje rada (analitickj izraz I zakona terrnodinamike):
Q~LlU+A.
Rad pri promjeni zapreminc (pri stalnom pritisku) idealnog gasaje:
A = pLl V Ie je: Q = LlU + pA V.
Jednacilla za kolici~u toplote je:
Q~mc!lt iii Q~nCLll,
gdjeje: c·, specificni topiotni kapacitet (izraiava se 1.1 Jlkg K), C - molarni toplotni kapacitet (izrazava $C u J/moi K), ill ~ masa supstance, n _. kolicina supstnnce.
Ako uvedemo veliCinu
H~U+pV
anda se jednacina I zakona tennodinamike moZe pisati II obliku:
Qr~f!2-f!1 = Llf!,
gdje je H - entalpija iii toplotni sadrZaj sislema. . Toplo!o! efekat pri ,t.lnom prill,lm jcdnal< ie promjcni entalpije
sistema. . Oka 95 % danasnjih energetskih po1rcb. podmiruje se oslobadan.1em
energije pri hemijskim reakcijama. Reakcije n toku kojih se oslobada koli~ina toplote zovu se egzotermne a reakcije prilikom kojih se apsorbuje odredcna kO~lcma top~ote zovu se endotermne reakcije. Hemijske jecJnacinc uz koje se d3JU podacl 0
toplotnom efektll reakdje nazivaju se tcrmohcmijsl{c jednacine·.
139
Primjer 1. Objasnitc energctske efekte termohemijske jedoaCil~e: H2(gJ + Y2 O2 -7 H20(g)' Q = 242,2 kJ/ma!.
Rjesenje: Pri nastajanJu 1 mala vodcne pare iz elemenata oslobada se kolicina toplote od 242,2 kJ, sto zoaei da je reakcija egzotenmla. U termohemiji je uobicajeno da se toplotni efekat rcakcije izraiava kao promjena entalpije sistema:
H,(~ + Y, O2 -> H20~), IIH ~ - 242,2 kJlmo!.
To znaci da jedan mol vodene pare sadrzi 242,2 kJ energijc m.anje nego sio su sadrl.avali reaktanti. Pd egzotermnoj reakciji Q == -.6..H, a ukoliko se pri reakciji apsorbuje kolicina toplote anda promjena entalpije ima pozitivan predznak. Znaci u zagradama oznacavaju agregatno stanje. Uobicajene su ove oznake: g - gas, 1 -teenost, S - cvrsto, aq - vodeni rastvoL
Pravilno je pisati :
e . ~fH(1ip,g):::: 242,2 kJ/mot.
Operator Ar ZIlati promjenn entalpije pri realcciji stvaranja, f Zllati tip reakcije. Gamji indeks e zhaCi da je u pilanju standardno stanje, tj. 298,15 K i 101325 Pa. Podatak nama takodc govori da ako zelimo 111101 voelene pare prevesti natrag u elemente vodik i I(isik u standardnom stanju, moramo zata utrositi energiju od 242,2 kJ. Po dogovoru entalpija elemenata u elementarnom stanju jednakaje nnIi.
Za tefmohen1ijsko racunanje vaino je Zlk1.ti Hesov zakon: Toplotni cfekat hcmijskih reakcija ne zavisi od puta kojim je reakcija tekIa, vee samo od llocetnog i krajnjeg stanja.
Primjer ,i Primjcnu Hesovog zakona pokazati na pnmjeru stvaranja vodene pare.
Rjesenje: Toplotni efekat rcakcijc pri kojcm se stvara 1 mol vode pri standardnirn uslovima'jc:
H2(;;) + V;;. 02(gj"""';" H2~(1), ~Hl = - 286,2 kJ/mol.
Za prelazak 1 mola \-'ode u vodcllu pam apsorbuje sc koliCin3 toplotc od 44 kJ tc pisemo:
Kad saberemo jednacine dobit ccmo:
Primjer 3. Ugljik se moze oksidovati do CO2 direktno ili postupno preko ugJjik(lI)-oksida. Tennohemijskc jcdnaCinc koje prikazuju ave procese glase:
. 140
C(s) + V2 02(g} -)- CO(g),
CO{g),,±_~ Oc>(o)~· COM, C(s) + 02(g)""";" CO2($),
. iIH, ~ - II 0,6 kJ/mo!, . __ ""IIUJH2 ~ - 283.7 kllmoL
ilH ~ - 394,3 klima!.
Toplotni efekat je isti, bila da se reakcija vr5i neposredna ili u dv~je faze.
ako je:
Primjcr 4. Izracunati prornjenu entalpije za reakciju:
LilircCO,g) ::0: -110,6 kJ; mol,
MI~C02,g) -:::; --394,3 kJ I moL
IIH8H 0 ) ~ -242,2 kl I mol.
Q'1 ,g
RjcSenje: Na osnovu Hesovog zakana moze se pisati:
M1 == 6.Hpr - AHreakt. 8 B He ~H::::: bHf(COHO:) - 6.HiI.CO,g,) - D. f(HP,g)'
IIH ~-393.4 klimo! + 1l0,6 kllmo! + 242,2 kl/mo! ~-41,5 kJlma!.
Primjer 5. Pri sagorijevanju 9 g aluminija oslobodi· se koliCina topiote ad 274,2 kJ. Izracunati entalpiju nastejanja AI20,.
. 2 AI(s) + 312 02(g) -7 Al20 3("), ~H = ?
R,jesenjc: Posto sc promjcna entalpijc mcuna na jedan mol izraeunaccll10 koliCinu oslobodelie taplote, po jednom moln At: n '-'=- mt:tv1 = 1/3 mol, le je Ojn "" 823 kJ/maL Za nastajanje jednog mala oksida potrebna su dva mala,ilumillija, te 6e promjclla cnlalpijc biti 2·823 kJ/mal = 1646
kJ/moL tj. MIG" 0 ) ~ LIB ~ -1646 kJ Imo!.
11.'"'"'2 ;.,s
Reakcija je egzotenml3. te pr6n~jena cntalpije iIna negativIlu vrijednost.
Primjer 6. Izracul1ati kaloricnu vrijcdllost antraeita ako on sadrii 96 % ugljika, a ostalo su mineralni sastojci. .6.H(C02,g) "" ~ 394,5 kJ/mal.
Rje.scnje: Kaloricna vlijednost se racuna po jedinici mase, tj. Q/m. Posta se promje~ entalpije racuna po jcdnom molu, anda trcba cia ZIlamo masu jcdnog mola ugIjika, koja iznosi 12 g. Sada je kaIoricna vrijednost:
Q ~ ')94,5 kl ~ 32 875 kJ ~ 32875 kJ m 12 g , g kg'
S obzirom cIa antracit sadiii 96 % ugljika onda je stvama kaloriena vrijednost: 0,96 ·32875 kl/kg ~ 31560 kl/kg.
141
ZADACl
12.1. Da bi se odredila toplota nastajanja cink~oksida Af{r(zno>~! sagoreno je 3,27 g
cinka u kalorimetrijskoj bombi., pri cemu se oslobodiJo 17,5 kJ. KoUka je toplota nastajanja cink~oksida ?
R: ~ 349,46 kJ,
12.2. Toplota nastajanja acelilena C~H2 iznosi 227,1 klImat, a toplota nastajanja benzena Cr,B!! iZllosi 83,6 kJ/rnoL Kolika je promjena cnlalp~je za reakciju 3C2H2C~) -,; C,H, ?
R: - 597,5 kJlmol.
1.2.3. Data je reakcija: H2(g) + Cb(g.l--7 2 HCI(gj,8H = R 185 kl/mot KoIiko 6e se !.Oplote osloboditi pri sagorijevanju 1 dm3 Illara pod normalnlm uslovima?
R, 8,26 kJ.
12.4. Ko1iko kg Cistog ugljika (graftta) treba, da se dobije koliciua !op1o!e od 100 000 leJ, IIH(C02.~ ~ - 393,5 kl.
R: 3,049 kg,
12.5. Kolika se kolicina toplote oslobodi pri sagorij~val\ju 1 kg zeljeza ? b..H(F~203,~) "" - 822 .. 2 kl/moL
R: 7361 kJ,
12.6. Odredi promjenu entalpije za reakciju: CH.,(g) -+ 2. 02(g') -t COJ.(s) + 2 H20(~), kada so zna da je toplota nastajaJ1ia CO"" .- 393,3 kJ/mo1, vodene pare - 242.2 kl/mal, a toplota nas1ajanja metl-U)<l - 91 klIma!.
R: -787,7kJlmol.
12.7. Glavni proces kojl tece u visokoj pcci izraienje zbirnomjcdnacinom: Fe20, + 3 CO -> 2 Fe + 3 CO2,
Odredi toplotni efekat ave rc;:J(cUc. Potrebne podatke uzcti iz predhodnih z.adataka !
R, 37,7 k.l/mol.
12.8. Za odredivanje stalldardne entalpije magnezij~oksida MgO, uzorak Illat,111ezjjeve "ike mase 0)22 g spaljen je u kalorimetTIl, pri cemll se faZ'vito 3030 J. Izrabmati s~(lndardnu entalpiju ~gO,
R: - 603,8 Id!moL
14-2
12.9. Standardna entalpija ozona 0 3 iznosi + 142 kJ/mol. Izrafunati toplotni efekat reakdje pretvaranja 1 kg ozona u kisik
12.10, Pri oksidaciji 12 g Ca oslobada se koli6ina top1otc ad 190,65 kJ. lzracunati standardnu entrupiju CaO,
R: - 635,5 kJ/mo!.
11.11. Odredi da li je reakcija: C2H6(g) + 2 HlOW -7 2 CO2(g) + 5 Hz,
endotcn1ma iIi eg;r.oternma. LlH~cm6,g) == ~ 89,7 kJ/mot.
R; endotennna,
12.12. Kolika se kolicin" toplote izdvoji pri sagorijevanju 100 kg 98 % etil-alkohola, ako se reakcija odvija prema jedna~ini:
C2HsOH{l) + 3 O2(11) '""'* 2 C0:J{j;~) + 3 HzO{g) IIH(C,HsOH) ~ - 277 ,6kJ/mol.
R, 2,631·10' MJ/moJ.
143
KANTONALNO TAKMICENJE IZ HEMlJE UC1T1VlKA SREDNJIH SKOLA
TuzZa, maj, 1997.
&lWPA "A"
1. U posudi zapramine 1 m} llalazi se gas kisik pri standardnim uslo\'ima. Koliko ima atoIDa kisika u toj zapremini ?
R: N(02) = n(02) ·NA : 2,689·](1" rnoleku]a; N(O): 5,377.]025 atoma,
2. Razlika rnaksimalnog broja elekt.rona na orbitmna, Ciji se glavni kvalltni brojev1 razlikuju za 2, iznosi 16, Kojc su to orbite ?
R n - n '02' 2 n 2 - 2n 2 .016 n' = J n : I . 2 ) '2 t ,2·, I
3. Koliko se maze dobiti zcljcza iz 2 t siderita sa 66 % FeC03, aka je iskoristenje 92%.
R: 111(FeC03) = 1,32 I; w(Fe) = 0,482; rn(Fe) = 0,585 t.
4. U 250 ml Ciste vade doda se jedna kap 98 % H2S04 Cija je guslina 1,8 g/enr', Kolika cc biti kolicillska koncentracija dobivenog rastvora ako 5 mI dodanog mstvora sadrit 100 kapi? '
5. U 300 g 15 % rastvora NaCl, Cije je gustiua 1,1 g/cm' doda se IQ{) ml vode i 50 g kuhinjske soli. Izracunati kolicinsku koncentraciju dobivenog rastvora, Gustina vade je 1 g/cm3, a gustina NaClje 2,1 glcm3
.
R. c, V, = c, V.,c cJ ~ 2,82 moL1; V, = 0.272 I; V,: 0,3961; C2 = 1,94 mol/i.
144
GRUPA "B"
1. U rastvoru mase m = 30 g rastvoreno je 1,5 g amonij~karbonata. Koliki je maseru udio mnonijMkarbonata u procentima, promilima i ppm?
R: w~ 5 %~ 50 %0= 50000 ppm.
2. Koliko se maze dobiti aluminija 12 150 kg rudc boksita koja sadrii 68,5 % glil1ice, aka je gubitak produXta 5,5 % ?
R. m(Al) = 51,38 kg,
3. Izracunati maseni udia, mascnu koncentrdciju i gustinu rastvora koji se dobiju mjeSanjem 450 g 28 % rastvord bakar-sulfata gustine 1,37 glcm3 i 150 ml vode. Gustina vade je 1 gJcm3 ..
R: meA) "'" 126 g; m(rastvani) "'" 6UO g; V(ra~tvora) '-".. 328,5 ml -{- 150 ml "'" 478,5 ml; w: 21 %; y = 263,4 gil; p ~ 1,254 glcm3
,
4. 100 g vade pri temperaturi 100°C i pritisku 1,01325 .105 Pa zauzima priblilno 100 mL Izracullaj koUka ~e puta poveca volumen pri prelasku vode u pam pri navedcllim uslovima.
R: V, = 0,11; V, = nRT/p; V2N, ~ 1700,
5. Reakcija cinka sa hloridnom Idselinom odvija se premajcdnacini: ZU(s) + 2 Hel --+ ZnCh + H2(g)
IzractUlati: a) zapreminu izdvojenog vodika na pritisku 104,5 kPa i temperaturi 25°C aka je izreagovalo 20 g cinka, b) koliko je potrebno ml 23 % h10ridne kiseline za polpunu reakiju, ako je gustina kisehne 1,15 g)cm3 ?
R a) V(H2): 7,251; 'b) n(HC1) ~ 0,612 mol; c(HC1) = 7,256 molll; V(HC1) ~ 84 mI.
145
GRUPA "C"
1. Fosfin (PH,) sagorijeva u kisiku dajuCi fosfor(V),oksid (P,O,) j vodu: 2 PHs(g) + 4 02(g}.-)- P 20S(6) +;3 H20(!).
Koliko so gmrna P,O, dobije kada se 'pomjesa 17,0 g fosfina Sll 16,0 g kisika (oksigena) i pusti da reakcija Ieee do kmja ? ,
R: n(02) "0,5 mol; n(pH3) ~ 0,5 mol; Fosfin jc u suvisku' Mjerodavan reaktant je kisik. m(P,O,)" 17,74 g,
2, Na II vode dodataje I kap 94 %HNO, cijaje gustina 1,5 glem'. Ako I ml dodate kiseline saddi 20 kapi izraeunati pH nastalog rastvora, Stepen disoeijacije nastalog rastvora kiseHne je 92 %.
R: 01 "22,38 mo],~; V, "0,05 ml; V,,, II', e2" 1,12 mol/l; c(1'!") " 1.03,10" mol!!; pH = 2,987.
3, Rastvor sadrZi- 1010 g KOH i 900 em3 vadc. Zaprel11ina raslvora je 9047 em3,
Odre?iti koiicinsku konccntraciju ras1vora i masene udjcle KOH i vode, Gustina vode Je I glem',
R: m(rastvora)" 910 g; w(KOH) " 1,1 %; w(H,O)" 98,9 %; e(KOH)" 0,197 mol/J,
4. Koliki su ~sl1lotski pritisci vodenih rastvora saharoze i natri}hlorida koncentrac~ja 0, I moVdm' na 25'C . Rastvor saharoze je neelektrolit, a rastvor natrij~h1oridaje jak elektrolit.
R: n(saharoze)" 247,8 kPa; n(NaCI)" 495,6 kPa,
5. Koliko grama cinka (Zn) izreaguje sa sulfatnom IdseIinom ako-se dobije 500 cm3
vodika(hidrogena) na 20'C i pritisku 102,6 kPa, ' Reakcija se odvija po jednacini:Zn(i) + H2S04 -;. ZnSQ'l + HZ(g)
R: n(Z11) " n(H,) " 0,021 mol; m(Zn) = 1,377 g,
Napomenn: U grupi "C" Be takmice uceniDi 3, i 4, razreda skola u kojima- se hemlja izucava 4 godine; u grupi "B" uccnici 1. i 2. razreda isiiil-skola; u grupi "A" ucenici astalih srednjib skola,
146
LlTERATURA
1. 1. Filipavi6 i SLiponovic. Opca i anorganska kem~ja, Skolska lmjiga, Zagreb, 1980,
2, C, Jela(;16, Hernijska veza I struktura malekula, Tellllicka lmjiga, Zagreb, 1982,
3, 1'. Petrovski, Opsta j neorganska hemija, Rudarsko-geoloSki fakultet, Tuzla, 1993,
4, Kallay-Cvitas, Novi pristup racunanju u kemiji, Skolska lmjiga, Zagreb, 1982,
5. M Sikirica, Stehiomtrija, Skolska klljiga, Zagreb, 1993,
6, Glinka NL. Zadaci ; uprainenla po opsee; himil, Leningrad, Himia, 1986,
7, M Mmalovic, Medicinska hemija I dio- Te()rijska nastava s hem;jskim raeunanjem, DB Preporod, Tuzla, 1995,
8, T. evita. i N, Kallay, Filickc vcUoine i jedinice Medunarodnog sustava, Hrvatsko kcmijsko c!ru,tvo i 5kolska knjiga, Zagreb,1981.
9. 1'1. Brenzi/;cak, Mjerenje j racunm1ie u tchnici i znanosti) Tehnicka knjiga, Zagreb, 1971.
10, M. Brezin§(;ak, Metrologija, Zakonska, Tehnicka enciklopedija, JLZ, 7 svezak, Zagreb, 1982,
11. Atomic weights of tile elements, Pure AppL Chem, 51(1979)405 12. Manual of Symbols and Terminology for Physico~Chel11ical
Quantities, Pure AppL Chem 51(1979)1.
147
DODATAK
MEDUNARODNI SISTEM JEDINICA (SI)
1. Osnovne jedinice
Velicina duZina rnasa vrijeme termodinamiCka temperatura jacina elcktr.struje jaclna svjetlosti kolicina supstance (tvari)
Oznaka
m t
T I I
n
2. Neke izvedene jedinice Sf
Jedinica metar kilogram sekunda
kelvin amper kandela
mol
Oznaka m kg s
K A cd
mol
VeliCina Jedinica Oznaka jedinice povrSiIla zapremina (volumen) brzina gustina sila pritisak, naprezanje energija, rad, top Iota snaga, energetski fluks e1ektricni nahoj , elektricni napon elek-tricni kapacitet elektdcru otpor Celzijeva temperatura akliVllost radioaktivne tvari specificm toplotni kapacitet kolicinska koncentracija masena koncentracija
kvadratni metar kubci metar metar u sekundi kilogram po kubnom metra njutn (newton) paskal (pascal) dzul Goule) vat (watt) kulon( coulomb) volt farad om (ohm) Cetzijev stepen bekerel dZul po kilogram kelvinu mol po kubnom metru kilogram po kubnom metro
m2
m' rn/s kgtmJ
N ~ kg·rn/s2
Pa=N/m2
J~Nm
W~J/s
C V F~CN
n~V/A
'C Bq Jlkg·K mol/m3
kg/m3
148
3. Mjerne jedinice izvan Sf koje se mogu upotrebljavati
VeliCina
zapremina masa
vrijeme pritisak energija
Jedinica
litar (I) tona (t) atomska jedipica mase (u) minuta(min).sat(b),dan(d) bar elek1:ronvolt (eV)
Vrijednost iskazana osnoynim jedinicama
1 ] ~ W'm' 1t~103kg . I u ~ 1,66057·10·27kg Imin=60s 1 bar ~ l05Pa I eV ~ 1,6021O'''J
4. Mjerne jedinice koje se ne mogu vise upotrebljavati
Velicina
dliZina
sila
pritisak
Jedinica
angstrem (A) mikron (~) din ki1opond (kp) tehnicka atmosfera (at) fizicka atmosfera (atm)
*milimetar zivinog stuba
Odnos sa .iedinicama 81
I A ~ IO"om IfF 10·6m 1 din ~ 1O,5N 1 kp ~ 9.8066 N I at ~ 998066 Pa I atln = 101325 Pa
(mmHg) 1 mmHg = 133,32 Pa* erg, kilopondmetar (kpui), 1 erg = 10,7J,1 kpm = energija,rad,
toplota radioaktivnost
kalorija (cal) 9,89665 J; 1 cal = 4.1868 J kiri (Ci) I Ci = 3.7'1010 Bq
5. Predmeci decimalnih mjernih jedinica
-Prefiks
I Oznaka 'I Vrijednost I Oznaka Prefiks , Vrijednost
Drefiksa prefiksa eksa E 10" deci d I 10" peta P 10 centi c I 10" tera T 1012 mili ill 10"
\---.giga G JO mikro --.;---+ 10"
M 10 ~nano 10·9' mega kilo k 10' 'Oiko 0 10'"
t hekio h. 10' fernte f 10'"' deka d la' ato a 10''' ... * Osrm u zdravstvu za odreazvafIJe hvnog pntlska (S{. hst RhrH, br. 14/93)
149
i
