Läsanvisningar till läroboken, 4:e upplagan, 2008

Transkript

1 KOKA01 Läsanvisningar till läroboken, 4:e upplagan, 2008 Kapitel F A-B3 kursivt D läs även svensk version här D5 utgår F kursivt H läs även svensk version här J läses inför kap. 10 L3 viktigt inför laborationen Mohrs salt M3 utgår Nomenklatur För att kunna diskutera kemiska fenomen är det nödvändigt att kunna namnge grundämne och föreninagr av olika slag som t.ex. salter och och molekyler med kemiska tecken och formler dels med namn. Ett kemiskt tecken är en förkortning av grundämnets namn. En formel anger i detta sammanhang sammansättning av ett ett ämne. Ex. Formeln H 2 O anger att vatten består av två väteatomer och en syreatom. Detta är en molekylformel. Ex. Fe 2 O 3 anger att det finns en förening mellan järn och syre med proportionerna Fe:O=2:3. Detta är en jonförening. Ex. Natriumklorat har formeln NaClO 4, och består av natrium, klor och syre i proportionerna 1:1:4, och det är en jonförening som består av natriumjoner och perkloratjoner.

2 Grundämnen (urval) Svenskt namn kemiskt tecken svenskt namn kemiskt tecken bly Pb kvicksilver Hg bor B kväve N brom Br mangan Mn fluor F molybden Mo guld Au platina Pt järn Fe silver Ag kalium K svavel S kisel Si syre O klor Cl tenn Sn kol C volfram W koppar Cu väte H Föreningars stökiometriska sammansättning Ordet stökiometri kommer från grekiskan och betyder att mäta något som inte kan delas. I detta sammanhang är stökiometri olika ämnes sammansättning på en atomär nivå, dvs förhållandet mellan de olika atomerna i föreningen. Antalet atomer eller atomgrupper anges i formler med sifferindex. Antalet molekyler kristallvatten eller dylikt anges med siffror före dessas formel. Ex. NaCl, NaHSO 4, CO, O 2, H 2 SO 4, HCl, HNO 3, H 3 PO 4, NaOH, FeCl 2, CaSO 4. 2H 2 O I namn kan sammansättningrn anges på olika sätt: a) Genom att ange prefix: mono, di, tri, tetra, etc eller för sammansatta uttryck bis, tris, etc. Ex. S 8 oktasvavel O 2 disyre CaSO. 4 H 2 O kalciumsulfatmonohydrat b) Genom att ange oxidationstal Ex. FeCl 2 järn(ii)klorid c) Genom att ange jonladdning Ex. FeCl 2 järn(2+)klorid

3 Binära föreningar I en formel sätts den elektropositgiva beståndsdelen (katjonen) först. För att undvika osäkerhet om ordningen närdet gäller föreningar av två icke-metaller sätts den beståndsdel först, som kommer först i uppräkningen Si, C, P, N, H, Se, I, Br, Cl, O, F I ett namn anges den första beståndsdelen med grundämnets svenska namn den andra benämns med stammen (ev. latinsk) och ändelsen id. Föreningens sammansättning anges antingen med numeriska prefix eller med hjälp av oxidationstal, som anges inom parentes. Ex. NaCl natriunklorid CO kolmonoxid CO 2 koldioxid PH 3 fosfortrihydrid H 2 S divätesulfid För vissa vanliga föreningar föredras trivialnamn Ex. Ex. H 2 O kallas vatten istället för diväteoxid NH 3 kallas ammoniak istället för kvävetrihydrid. Katjoner (positiva joner) Enatomiga katjoner har formel enligt Fe 2+ Al 3+ Na + Cu 2+ H 3 O + NH 4 + järn(ii)jon eller järn(2+)jon aluminiumjon (det finns bara en katjon och då behöver varken oxidationstal eller jonladdning anges). natriumjon koppar(ii) jon eller koppar(2+)jon oxoniumjon (eller hydroniumjon) ammoniumjon Anjoner (negativa joner) En enatomig anjon benämns som den andra beståndsdelen i en binär förening. Ex. F - fluoridjon S 2- sulfidjon H - hydridjon O 2- oxidjon En del sammansatta anjoner har också namn på id Ex. HO - (OH - ) hydroxidjon O 2 2- peroxidjon

4 I 3 - trijodidjon HS - vätesulfidjon Övriga joner betraktas som komplex (se nedan) eller får trivialnamn. Exempel på trivialnamn: SO 4 2- PO 4 3- ClO 4 - sulfatjon SO 3 2- fosfatjon NO 3 - perkloratjon CO 3 2- sulfitjon nitratjon karbonatjon Salter (fasta föreningar) För såväl formel som namn gäller att katjonerna sätts först i bokstavsordning, därefter anjonerna i bokstavsordning och sist kristallvatten och andra solvatmolekyler. Undantag: H +, vätejon, sätts sist bland katjonerna. Syror I formler sätts vätena först och därefter anjonerna. Syrorna ges namn som binära föreninagr eller komplex (se nedan). Flertalet har dock trivialnamn. HCl saltsyra HClO 4 perklorsyra HNO 3 salpetersyra H 2 SO 4 svavelsyra H 2 CO 3 kolsyra H 3 PO 4 fosforsyra Komplex (koordinationsföreningar, sammansatta föreningar) Centralatomen M koordinerar (ordnar) liganderna X, som kan vara enkla atomer eller atomgrupper. I formler sätts centralatomen först och därefter liganderna i alfabetisk ordning. Ofta används hakeparenteser för att markera att en förening betraktas som ett komplex. Ex. [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ [SO 4 ] 2- I namn sätts liganderna först i alfabetisk ordning. Anjoniska ligander får ändelsen o eller förkortas enligt F - fluoro O 2- oxo Cl - kloro HO - hydroxo Neutrala eller kajoniska liganders namn används utan ändring. NH 3 kallas ammin och H 2 O akva. Efter liganderena följer centralatomen. I negativa komplex används stammen (ev. Latinsk) och ändelsen at. Centralatomens oxidationstal kan läggas till inom parentes.

5 Ex. [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ hexaakvajärn(iii)jon [SO 4 ] 2- [PtCl 2 (NH 3 ) 2 ] tetraoxosulfat(vi)jon (trivialnamn sulfatjon) diammindikloroplatina(ii) Följande exempel skall kunna omvandlas från formel till namn och från namn till formel: Ange namn för följande ämnen: NaCl, NaHSO 4, CO, Al 3+, F -, O 2-, SO 4 2-, HCl, HNO 3, H 2 SO 4, P 3- Ange formel för följande ämnen: koldioxid, fosfortrihydrid, ammoniumjon, sulfidjon, hydroxidjon, nitratjon, karbonatjon, perklorsyra, fosforsyra, kalciumkarbid, kalciumfosfid Reaktionsformler Reaktionsformeln är ett hjälpmedel, som ger oss möjlighet att kortfattat och lättöverskådligt beskriva kemiska förlopp. För att skriva en reaktionsformel måste man på förhand känna till a) reagerande ämnen (reaktanter) b) bildade ämnen (produkter) c) formlerna för dessa. Sedan innebär skrivandet av reaktionsformeln, att man tar reda på hur många formelenheter av de i reaktionen deltagande ämnena, som skall ingå i reaktionsformeln, dvs koefficienterna i denna. Formeln skall alltid uppfylla villkoren materiebalans, dvs säga antalet av varje atomslag skall vara lika båda sidor om pilen och laddningsbalans, dvs laddningssumman skall vara lika båda sidor om pilen. Endast de partikelslag som deltar i den aktuella reaktionen tas med i formeln; åskådarpartiklar utelämnas. Ex. En silvernitratlösning sätts till en natriumkloridlösning varvid det bildas silverklorid. Ag + + Cl - AgCl(s) Natriumjonerna och nitratjonerna är åskådarpartiklar och utelämnas.

6 Aggregationstillstånd, dvs om ämnena är i fasta, flytande, gasformiga eller upplösta anges vid behov inom parentes. Ex. Ag(aq) + + Cl(aq) - AgCl(s) där (aq) står för vattenlösning och (s) för fast fas. Formelskrivning för processer där inte elektronöverföringar förekommer som t ex neutralisationsprocesser och fällningsreaktioner balanseras genom enkel materiebalans. Förbränningsreaktioner med syrgas kan som regel behandlas på samma sätt trots att de är redoxprocesser. Redoxreaktioner En redoxprocess karakteriseras av att elektroner övergår från ett ämne till ett annat. Ex. Cd(s) + 2Fe 3+ Cd Fe 2+ Här har Cd(s) avgivet elektroner till Fe 3+ Redoxprocessen kan delas upp i två delprocesser: oxidation = avgivande av elektroner Cd(s) Cd e - Reduktion= upptagande av elektroner Fe 3+ + e - Fe 2+ Cd är här reduktionsmedel och Fe 3+ oxidationsmedel. Oxidation och reduktion sker alltid samtidigt. Det antal elektroner som avges vid oxidationsprocessen måste vara lika med det antal elektroner, som upptas vid den åtföljande reduktionsprocessen. Det kan vara besvärligt att balansera komplicerade redoxreaktioner om man inte gör det på ett systematiskt sätt. För detta ändamål finns flera metoder och vi skall belysa två av dom. OXIDATIONSTALSMETODEN (OT-metoden) Oxidationstalet (OT) är en formell räknestorhet, som används för att ta fram koefficienter för att balansera reaktionsformler. För beräkning av OT för en atom gäller följande konventioner:

7 1. Summan av OT = partikelns laddning. Härav följer att a) OT för en atom i ett fritt grundämne = 0 b) summan av OT för de i en neutral molekyl ingående atomerna = 0 c) summan av OT för de i en jon ingående atomerna = jonens laddning 2. Syre har i sina föreningar OT = -II, Undantag: peroxider, hyperoxider och syrefluorider. Ex. O i H 2 O har OT = -II, i H 2 O 2 I, i HO 2 1/2 och i OF 2 +II 3. Väte har i sina föreningar OT = +I. Undantag: metallhydrider där OT = -I Ex. CaH 2. OT tecknas med romerska siffror (noll och bråktal skrives med arabiska siffror). En redoxprocess medför en ändring av OT enligt följande princip: Oxidation = ökning av OT Reduktion = minskning av OT Oxidation och reduktion skall balansera varandra. Detta innebär att koefficienterna skall ha sådana värden att ökningen av OT-summan vid oxidationsprocessen = minskningen i OT-summan vid reduktionsprocessen. Koefficienterna för de partikelslag som inte deltar i redoxprocessen (deras OT ändras inte) erhålles genom materiebalans och laddningsbalans efter balanseringen av OT. Reaktionsformler enligt OT-metoden skrivs enligt följande steg 1. Formlerna för reaktanter och produkter skrivs upp med undantag av H +, OH - och H 2 O (såvida inte OT ändras hos dessa). 2. De i redoxprocessen deltagande atomernas OT skrivs upp och ändringarna beräknas. Detta ger koefficienterna för oxidations- och reduktionsmedlen. 3. Övriga atomslag, utom väte och syre, balanseras. 4. Laddningsbalans åstadkommes genom ett lämpligt syra-baspar I sur lösning H + /H 2 O I alkalisk lösning OH - /H 2 O I ammoniaklösning NH 4 + /NH 3 Etc. I från början neutral lösning balanseras med H + eller OH - i högra ledet.

8 5. Väte balanseras. 6. Formeln kontrolleras, t.ex. genom antalet syreatomer. Övningsexempel 1. Upplösning av zink i saltsyra. 2. Upplösning av koppar i utspädd salpetersyra. Det bildas Cu(II) och NO Till en surgjord jodidlösning sätts salpetersyrlighet (HNO 2 ). Det bildas I 2 och NO. 4. Upplösning av zink i natriumhydroxid. Det bildas H 2 och Zn(OH) Nitratjoner reduceras med zink i alkalisk lösning. Det bildas NH 3 och Zn(OH) 2-4. Svar: 1. Zn(s) + 2H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (g) 2. Cu(s) + 4H + (aq) + 2NO - 3 (aq) Cu 2+ (aq) + 2NO 2 (g) + 2H 2 O(l) 3. I - (aq) + HNO 2 (aq) + H + (aq) 0,5I 2 (aq) + NO(g) + H 2 O 4. Zn(s) + 2OH - (aq) + 2H 2 O Zn(OH) H 2 (g) 5. NO - 3 (aq) + 4Zn(s) + 7OH - (aq) + 6H 2 O 4Zn(OH) NH 3 METODEN MED DELREAKTIONER I metoden med delreaktioner delas reaktionen upp i två processer, oxidation och reduktion. Som exempel på metoden tar vi reduktion av nitratjoner med zink i alkalisk lösning. a) Reduktion av nitratjon till ammoniak i alkalisk miljö NO H 2 O + e- NH 3 + OH - OT för N går från +V till III dvs 8 steg 8 e- tillförs vänstra ledet, laddning balanseras med OH - och därefter balanseras H med H 2 O och kontroll sker med O NO H 2 O + 8e- NH 3 + 9OH - b) Oxidation av zink i alkalisk miljö

9 Zn + OH - Zn(OH) e - OT för Zn går från 0 till +II, dvs 2 steg 2e- tillförs högra ledet, laddning balanseras med OH- och väte balanseras och O kontrolleras enligt a). Zn + 4OH - Zn(OH) e - Addera delreaktionerna a) och b) med koefficienter så att elektronerna elimineras NO Zn(s) + 7OH - + 6H 2 O NH 3 + 4Zn(OH) 4 2- Kapitel ,8 utgår Radiella fördelningsfunktionen P Kvanttal, n, l, m l, m s Kvanttalens inbördes samband; vilken information bär dom? Atomorbitaler, deras form och utbredning, penetrering och skärmning Flerelektronsystem, aufbau-principen, Hunds regel och Pauliprincipen, degenererade orbitaler Energinivåer i flerelektronsystem (1s<2s<2p< etc för användning av aufbauprincipen) Valenselektroner och skalelektroner Atomradier och jonradier Joniseringsenergi och elektronaffinitet. Trender i periodiska systemet. Kapitel 2 Jonbindning och kovalent bindning Oktettregeln

10 Lewis-strukturer, resonans Formell laddning Elektronegativitet Bindningsstyrka, bindningslängd Kapitel utgår Koordinationstal-koordinationsfigur Koordinationsfigurer för koordinationstal 2-6 VSEPR för koordinationstal 2-6 Beräkna totala antalet valenselektroner och bestäm Lewisstruktur enligt: i. placera centralatom och ligander ii. rita bindande e-par iii. låt liganderna få oktetter genom fria e-par iv. placera resterande fria e-par på centralatomen v. om centralatomen ej uppnått oktett lånar man fria e-par från liganderna och bildar multipelbindningar så att centralaomen får oktett vi. antalet elektrontäta områden omkring centralatomen ger geometrin Förfining av VSEPR modellen, bundna e-par - fria e-par - multippelbindning VSEPR modellen fungerar bäst på p-element Dipolmoment: Skilj på en bindnings polaritet och en molekyls polaritet Valensbindningsteorin Hybridisering: s-p- och s-p-d-hybrider LCAO metoden Tre kriterier för LCAO: symmetri, överlappning, energi MO för H 2

11 Orbitaler in = orbitaler ut MO för X 2 i 2:a perioden, Li 2...F 2 MO för HF σ-bindningar π-bindningar BindningsTal (BT, BO på engelska) Paramagnetism och diamagnetism Bandteori Kapitel utgår Intermolekylära krafter i vätskor Definitioner av kristall, kristallstruktur och gitter: *En kristall är ett fast ämne i vilket materieenheterna är periodiskt anordnade i tre dimensioner. *Den geometriska anordningen av materieenheterna i en kristall kallas dess kristallstruktur. *Identiska punkter är punkter med exakt samma omgivning. *Mängden av alla med varandra identiska punkter kallas ett gitter Molekylära, nätverk-, jon- och metallstrukturer Strukturbeskrivningar för kol (olika modifikationer) Metallstrukturer: *Tätpackningar, hcp, ccp *Enhetscell, kubiska system: Primitiv, rymdcentrerad, ytcentrerad *Packningseffektivitet i kubiska strukturer Jonföreningar: Typstrukturer NaCl och CsCl

12 Översikt över strukturer Ej tätpackade; W, CsCl Tätpackade enligt tabell nedan Stökio- Strukturtyp Tätpackning Typ av hålrum Koord- Koordmetri (atomslag) för katjonen tal figur hcp ccp A Mg Mg 12 Cu Cu 12 AX Wurtzit S tetraedriskt 4:4 tetraeder: ZnS tetraeder Zinkblände S tetraedriskt 4:4 tetraeder: ZnS tetraeder NaCl Cl oktaedriskt 6:6 oktaeder: oktaeder Kapitel utgår 6.10 utgår System och omgivning Tillståndsfunktion Inre energi (U), 1:a huvudsatsen Tryck-volym-arbete Entalpi(H), standard-bildningsentalpi, gitterentalpi, bindningsdissociationsentalpi

13 Hess lag Värmekapacitet, C p och C v Kirchhoffs lag Kapitel utgår 7.11 utgår utgår Entropi (S), 2:a huvudsatsen Gibbs fria energi (G) Standardtillstånd, ΔG o Reaktionsriktning Samband ΔG o K Kapitel utgår utgår Ångtryck Kokpunkt, smältpunkt Fasdiagram för 1-komponentsystem Kapitel 9 Jämviktskonstant, K c och K p Termodynamisk konstant Koncentrationsenheter, M och bar i jämviktsuttrycket, aktivitet för rena ämnen och lösningsmedel

14 Jämviktsläge, Le Chateliers princip Katalys Kapitel Läs härledningarna kursivt, men studera noga figurerna och Syror och baser enligt Brønsted Starka syror och baser Svaga syror och baser Syrakonstant, baskonstant, deras samband i korresponderande syra/bas par Flerprotoniga syror ph- och poh- begreppen, deras samband K w och pk w pk a och pk b, deras samband Kapitel utgår utgår Buffertlösning, bufferteffekt Löslighet Löslighetsprodukt, K s Upplösningsprocesser Komplexbildning: stegvis och over-all, stabilitetskonstanter

15 Kapitel kursivt Galvanisk cell Cellschema Katodreaktion Anodreaktion Cellreaktion Standardvätgaselektrod Normalpotential ΔG = -nfe ΔG o = -nfe o Nernsts ekvation K för redoxförlopp ur normalpotentialer Elektrolys, Faradays lag Kapitel utgår utgår utgår Reaktionshastighet Reaktionsordning Integrerade hastighetslagar(ekvationer), 0:e, och 1:a ordningen Temperatureffekt, Arrheniusekvationen Aktiveringsenergi Katalys

16 Kapitel Dessa kapitel innehåller mängder av fakta av deskriptiv natur. Kapitlen är i princip kursiva men skall läsas så att mina frågor kan besvaras. På föreläsningen ges en översikt över trender i periodiska systemet i huvudgruppselementens egenskaper. 1. Hur brukar 2 H betecknas med en annan symbol? 2. Hur kan man framställa vätgas på laboratoriet? 3. Man brukar skilja mellan tre olika typer av hydrider. Vilka? 4. Vad bildas då natriumhydrid reagerar med vatten? 5. Vad är en vätebindning? Ge exempel. 6. Vilka binära väteföreningar bildas med elementen i grupp 17? 7. Hur framställes metalliskt natrium? 8. Hur reagerar alkalimetaller med vatten? 9. Vad är apatit? 10. Vad är osläckt respektive släckt kalk? 11. Beskriv begreppet diagonaltrend med hjälp av exempel. 12. Hur framställes aluminium? 13. Vad är borsyra? 14. Beskriv strukturen för aluminiumklorid i gasfas. 15. BCl 3 och AlCl 3 är Lewissyror. Vad innebär det? 16. Hur varierar metall-icke metall inom grupp 14? 17. Beskriv den kemiska bindningen i diamant och grafit. Hur överensstämmer bindningsmodellerna med ämnenas mekaniska och elektriska egenskaper? 18. Hur framställes kisel? 19. Vad vet du om nanorör ( nanotubes )? 20. Ange fullständig elektronkonfiguration för en tennatom i grundtillståndet? 21. Ange elektronformel för N Hur varierar karaktären metall-icke metall i grupp Redogör för industriell framställning av salpetersyra enligt Ostwald. 24. Hur kan man framställa fosforsyra? 25. Ge elektronstruktur och geometrisk form för SO Hur framställes svavelsyra industriellt? 27. Ge elektronstruktur och geometrisk form för SF Ange färg och aggregationstillstånd vid normalt tryck och temperatur för halogenerna. 29. Ange elektronstruktur och geometrisk form för XeF 4.

17 Kapitel viktigt läses i princip kursivt utgår kursivt Samband mellan d-elektronkonfiguration och egenskaper Metallkomplex, koordinationsförening, koordinationstal, koordinationsfigur Ligand, donatoratom, centralatom, acceptoratom d-orbitaler Elektronkonfigurationer för d-element: neutrala atomer och joner Entandade och flertandade ligander Kelat och kelatringar Isomerer: enbart cis-trans och mer-fac Kristallfältteori för oktaedriska komplex Färg och magnetiska egenskaper