Aggregationstillstånd

Transkript

1 4. Gaser

2 Aggregationstillstånd

3 4.1 Förbränning En kemisk reaktion mellan ett ämne och syre. Fullständig förbränning (om syre finns i överskott), t.ex. etanol + syre C2H6OH (l) +3O2 (g) 3H2O (g) + 2CO2 (g) Om det finns för lite syre blir förbränningen ofullständig och giftig kolmonoxid (CO) bildas.

4 4.2 Gaser Den luft vi andas består av:

5 Idealgasmodellen

6 Gasens tryck, p Kraft per ytenhet av kärlet. Enhet: pascal, Pa (använd N m-2 i beräkningarna) Normalt lufttryck: 101,325 kpa

7 Gasens volym, V En gas fyller alltid helt och hållet ett kärl och gasens volymen är därför alltid samma som kärlets volym. Enhet: m3 (dm3)

8 Gasens temperatur, T Enhet: kelvin, K

9 Boyles lag PV = k volymen av en gas är omvänt proportionell mot dess tryck.

10 Charles lag V = k3 T Volymen av en gas är direkt proportionell mot dess temperatur.

11 Gay-Lussac's lag P = k 2T Temperaturen av en gas är direkt proportionell mot dess tryck.

12 Avogadro s lag Vid samma tryck och temperatur innehåller lika stora volymer av vilken gas som helst samma antal partiklar (=samma substansmängder). Vid normalt tryck och temperatur, NTP (273 K och 101,3 kpa) har en mol gas volymen 22,4 dm3. Molvolymen för en ideal gas vid NTP: 22,41 dm3/mol

13 Gasernas allmänna tillståndsekvation p = gasens tryck V = gasens volym n = gasens substansmängd R = den allmänna gaskonstanten 8,31451 J K-1 mol-1 T = gasens temperatur

14 Läxa Läs. s i boken + uppgifterna på utdelade pappret (Uppg. 79 s. 94)

15 Ex. Trinitrotoluen (TNT) är ett av de vanligaste sprängämnena. Vid en explosion sönderfaller det till kolmonoxid, väte,kväve och kol enligt: C7H5N3O6 (s) CO (g) + H2 (g) + N2 (g) + C(s) a) Bestäm koefficienterna för reaktionslikheten. b) Hur många gram TNT exploderade, då det bildades 2,76 liter gasfasprodukter (NTP)?

16 5. Energiförändringar i kemiska reaktioner 5.1 Reaktioner och energi I kemiska reaktioner binds eller frigörs det energi. Att bryta bindningar kräver energi, medan energi friges då bindningar bildas.

17 5.2 Energityper i kemiska reaktioner

18 Då värmeenergi tillförs börjar partiklarna röra sig fortare i slumpmässig riktning. Värme: Den totala mängden energi i en given mängd substans (är beroende av mängden substans). Temperatur: Ett medeltal av de enskilda partiklarnas kinetiska energi ett ämne (är oberoende av mängden substans). Båda bägarna har samma temperatur, men den med 1l innehåller dubbelt så mycket värme jämfört med den med 500 ml.

19 Entalpi, H Entalpi: Värmeinnehållet hos en substans värme inuti.

20 Entalpiförändring, kj Det är omöjligt att mäta den verkliga entalpin hos utgångsämnen och produkter, men däremot kan entalpiförändringen (ΔH) för en reaktion mätas. Förändring i värmeinnehåll mäts med en kalorimeter.

21 5.4 Reaktionsentalpi, ΔHº (kj/mol) Den värme som binds (+) eller frigörs (-) i en kemisk reaktion. Referenstillstånd: 298,15 K och 101,325 kpa

22 5.4.1 Exoterm reaktion Energi frigörs. Produkterna är stabilare än reaktanterna. känns varm

23 Exoterma reaktioner: - förbränning - neutralisation Exoterma processer: - stelning (l s) - kondensation (g l) - sublimering (g s)

24 Endoterm reaktion Värme binds. Produkterna är mindre stabila än utgångsämnena. Känns kall

25 Endoterma reaktioner: - fotosyntes Endoterma processer: - smältning (s l) - sublimering (s g) - förångning (l g)

26 Läxa Läs s , Uppg. 102, 103 s. 139.

27 Exoterm reaktion: bindningarna i produkterna är starkare än i utgångsämnena (= produkterna har lägre energi och överloppsenergin avges). Endoterm reaktion: bindningarna i utgångsämnena är starkare än i produkterna (= produkterna har högre energi och extra energi måste tillföras).

28 Demo 1 Mg (s) + 2HCl (aq) Mg2+ (aq)+ 2 Cl- (aq) + H2 (g)

29 Demo 2 NH4NO3 (s) NH4+ (aq) + NO3- (aq)

30 5.3 Energin hos byggstenarna i ett ämne

31 Mikro- och makronivå Byggstenarna i ett ämne (atomer, joner, molekyler) Egenskaper som kan iakttas och mätas Då man tillför värme ökar partiklarnas rörelseenergi.

32 Byggstenarna i ett ämne har: Potentiell energi lagrad i bindningar (= kemisk energi) Rörelseenergi (ökar då man tillför värme)

33 Vattnets entalpi Då is smälter brister endast en del av vätebindningarna mellan vattenmolekylerna. Då vatten förångas brister alla återstående vätebindningar. Att förånga vatten kräver mycket energi = förångningen binder mycket energi (vatten används därför till att släcka bränder.

34 Vattnets aggregationstillståndsentalpi s. 111

35 En revesibel (omvänd) process är exoterm (-) i ena riktningen och endoterm (+) i andra riktningen. Ångbildningsentalpin för vatten är kj/mol (100ºC) och vattnets kondenseringsvärme är då kj/mol. Smältentalpin för vatten är kj/mol (0ºC) och vattnets kristallisationsvärme kj/mol. s. 114 ex. 2

36 5.5 Bildningsentalpi, ΔH Of Reaktionsentalpin då 1 mol av en bestämd substans i grundtillstånd bildas från sina grundämnen i grundtillstånd. Ag(s) + ½ Br2(l) 1 AgBr(s) Hf = kj mol-1

37 Vid bildning av den mest stabila formen av ett grudämne är bildningsentalpin noll. O2 (g) O2 (g) HfƟ = 0 kj mol-1

38 Beräkning av reaktionsentalpi med hjälp av bildningsentalpi Om man känner till utgångssubstansernas och produkternas bildningsentalpier kan man beräkna reaktionsentalpin för vilken reaktion som helst. Ex. Beräkna reaktionsentalpin för förbränning av metan:

39 5.6 Bindningsenergi (kj/mol) Den mängd energi som behövs för att bryta ned 1 mol av en kovalent bindning i gasfas. Ju större bindningsenergi, desto starkare bindning. H2 (g) 2H (g) ΔHϴ = kj mol-1

40 Förbränning av metan Vid förbränning har utgångssubstanserna lägre energi än produkterna. Överloppeenergin friges i form av ljus och värme.

41 Läxa s. 140 uppg. 106, 111, 122 Läs s ,

42 Hess lag: Entalpiförändringen i en kemisk reaktion är oberoende av vilka mellansteg reaktionen har. Om en reaktion består av flera mellansteg, är den totala entalpiförändringen lika med summan av ΔH för alla enskilda steg. ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 + ΔH4 ΔH1 ΔH2 ΔH4 ΔH3

43 Läxa Läs s Uppg. 123, 131

44 5.8 Reaktionshastighet Snabba och långsamma reaktioner

45 Reaktionshastighet: - förändring i substansmängd (eller koncentration) hos ett reagerande ämne under en bestämd tid ELLER - förändring i substansmängd (eller koncentration) hos reaktionsprodukter under en bestämd tid H2 (g) + I2 (g) 2HI (g)

46 Hastighetsfördelningen hos partiklar

47 Aktiveringsenergi, Ea Den lägsta kinetiska energi som utgånssubstanserna i en reaktion måste ha för att en kemisk reaktion skall kunna ske.

48 Övergångstillstånd: ett instabilt momentant tillstånd där gamla bindningar är delvis upplösta och nya bindningar håller på att bildas.

49 Kollisionsteori För att en reaktion skall kunna måste partiklarna: kollidera med varandra i lämplig riktning ha högre energi än aktiveringsenergin då de kolliderar

50 Temperaturens inverkan på reaktionshastigheten Då partiklar (i gas, vätska eller fast form) upphettas: - rör de sig snabbare och kolliderar oftare - en större andel av de kolliderande partiklarna har tillräcklig kinetisk energi för att åstadkomma en reaktion.

51

52 Koncentration Antalet kollisioner mellan byggstenar tilltar då koncentrationen i en reaktionsblandning ökar. Zn + 2 HCl ZnCl2 + H2

53 Tryck Ifall en eller flera av reaktanterna är gaser, tvingar ett högre tryck partiklarna närmare varandra (= koncentrationen ökar).

54 Partikelstorlek Ifall utgångsämnet är fast sker reaktionen på ytan. Reaktionshastigheten är snabbare för ett finfördelat ämne. CaCO3 (s) + 2HCl (aq) CaCl2 + H2O (l) + CO2 (g)

55 Katalysator En katalysator är ett ämne som försnabbar en kemisk reaktion utan att själv förbrukas i reaktionen.

56 Läxa Läs s s.145 uppg. 135 s.146 uppg. 138

57 Till provförberedelsen 27.3 kl Gör alla uppgifter på de utdelade uppgiftspappren: - KE03 Övningsuppgifter Kap3 - PROV I KE (förra årets kursprov) - Studentexamensuppgifter uppg.2,7,8 c) och d)

58 Till provet Läs boken kap. 1-5 (inte blåa rutorna och endast det vi gått igenom under lektionerna) Anteckningarna (s.1-15) + Utdelade uppgiftspapper

59 Provet består av: En definitionsuppgift Reaktionsformler a) balansera b) hur många gram produkt bildas c) begränsande reagens d) utbyte PV = nrt Hur stor volym gas bildas Organiska reaktionstyper (Rita strukturformler för reaktanter ELLER produkter) Beräkna reaktionsentalpin m.h.a a) bindningsenergier b) bildningsentalpier Addera ihop reaktionslikheter och reaktionsentalpier Entalpidiagram