Repetition F4. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Relevanta dokument
Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Fast fas Flytande fas Gasfas

Kapitel 5. Gaser. är kompressibel, är helt löslig i andra gaser, upptar jämt fördelat volymen av en behållare, och utövar tryck på sin omgivning.

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

Temperatur T 1K (Kelvin)

10. Kinetisk gasteori

Repetition F6. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

4 rörelsemängd. en modell för gaser. Innehåll

Repetition. Termodynamik handlar om energiomvandlingar

Då du skall lösa kemiska problem av den typ som kommer nedan är det praktiskt att ha en lösningsmetod som man kan använda till alla problem.

Idealgasens begränsningar märks bäst vid högt tryck då molekyler växelverkar mera eller går över i vätskeform.

Gaser. Förväntade studieresultat. Kapitel 5. Gaser. Kapitel 5

KEMISK TERMODYNAMIK. Lab 1, Datorlaboration APRIL 10, 2016

Repetition F7. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Repetition F12. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Termodynamik Föreläsning 4

Kap 4 energianalys av slutna system

Jämviktsuppgifter. 2. Kolmonoxid och vattenånga bildar koldioxid och väte enligt följande reaktionsformel:

Kinetisk Gasteori. Daniel Johansson January 17, 2016

Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin

Termodynamik FL4. 1:a HS ENERGIBALANS VÄRMEKAPACITET IDEALA GASER ENERGIBALANS FÖR SLUTNA SYSTEM

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Allmän kemi. Läromålen. Viktigt i kapitel 11. Kap 11 Intermolekylära krafter. Studenten skall efter att ha genomfört delkurs 1 kunna:

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Kap 3 egenskaper hos rena ämnen

Föreläsning 4. Koncentrationer, reaktionsformler, ämnens aggregationstillstånd och intermolekylära bindningar.

Repetition F10. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Allmän Kemi 2 (NKEA04 m.fl.)

Repetition F11. Molär Gibbs fri energi, G m, som funktion av P o Vätska/fasta ämne G m G m (oberoende av P) o Ideal gas: P P. G m. + RT ln.

Räkneuppgifter i matematik, kemi och fysik för repetition av gymnasiet. Farmaceutiska Fakulteten

Sammanfattning av räkneövning 1 i Ingenjörsmetodik för ME1 och IT1. SI-enheter (MKSA)

Tentamen, Termodynamik och ytkemi, KFKA01,

Tentamen KFKA05 och nya KFK080,

Innehållsförteckning

Termodynamik FL1. Energi SYSTEM. Grundläggande begrepp. Energi. Energi kan lagras. Energi kan omvandlas från en form till en annan.

Aggregationstillstånd

Materiens tillstånd. Bohrs atommodell. Bohrs atommodell. Grundämnen. Idag kan vi se atomer. Atomer Materiens minsta byggstenar.

Räkna kemi 1. Kap 4, 7

1. Ett grundämne har atomnummer 82. En av dess isotoper har masstalet 206.

Tentamen i KFK080 Termodynamik kl 08-13

Tentamen i KEMI del A för basåret GU (NBAK10) kl Institutionen för kemi, Göteborgs universitet

Repetition F3. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Kap 3 egenskaper hos rena ämnen

Övningstentamen i KFK080 för B

Räkneövning 2 hösten 2014

Repetition F8. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Övningar Homogena Jämvikter

jämvikt (där båda faserna samexisterar)? Härled Clapeyrons ekvation utgående från sambandet

Arbetet beror på vägen

Termodynamik och inledande statistisk fysik

Stökiometri IV Blandade Övningar

Termodynamik Av grekiska θηρµǫ = värme och δυναµiς = kraft

Linnéuniversitetet Institutionen för fysik och elektroteknik

Kemisk jämvikt. Kap 3

@

Beräkna en förenings empiriska formel och molekylformel. Niklas Dahrén

Kapitel 3. Stökiometri. Kan utföras om den genomsnittliga massan för partiklarna är känd. Man utgår sedan från att dessa är identiska.

Lite kinetisk gasteori

Hur förändras den ideala gasens inre energi? Beräkna också q. (3p)

VI. Reella gaser. Viktiga målsättningar med detta kapitel

Tentamen i Termodynamik för K och B kl 8-13

4. Kemisk jämvikt när motsatta reaktioner balanserar varandra

Kapitel 3. Stökiometri

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

LABORATION 3 FYSIKLINJEN AK1. Denna laboration gar ut pa att studera sambandet mellan tryck och temperatur,

Alla papper, även kladdpapper lämnas tillbaka.

Kapitel 3. Stökiometri. Kan utföras om den genomsnittliga massan för partiklarna är känd. Man utgår sedan från att dessa är identiska.

Termodynamik Föreläsning 1

Temperaturbegrebet

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

VI. Reella gaser. Viktiga målsättningar med detta kapitel. VI.1. Reella gaser

Kapitel 3. Stökiometri. Kan utföras om den genomsnittliga massan för partiklarna är känd. Man utgår sedan från att dessa är identiska.

Föreläsning 2.3. Fysikaliska reaktioner. Kemi och biokemi för K, Kf och Bt S = k lnw

Kap. 1. Gaser Ideala gaser. Ideal gas: För en ideal gas gäller: Allmänna gaslagen. kraft yta

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

KEMIOLYMPIADEN 2009 Uttagning

TENTAMEN I KEMI TFKE16 (4 p)

Galenisk och Fysikalisk kemi för Receptarieprogrammet. Övningsexempel i Fysikalisk kemi

System. Repetition. Processer. Inre energi, U

PTG 2015 övning 1. Problem 1

Kemi Grundläggande begrepp. Kap. 1. (Se även repetitionskompendiet på hemsidan.)

Arbete är ingen tillståndsstorhet!

Hjälpmedel: räknare, formelsamling, periodiska system. Spänningsserien: K Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au. Kemi A

a) Atommassan hos klor är 35,5 u. En klormolekyl,cl 2, består av två kloratomer varför formelmassan blir 2 35,5 u = 71,0 u.

Vilken av följande partiklar är det starkaste reduktionsmedlet? b) Båda syralösningarna har samma ph vid ekvivalenspunkten.

Materiens Struktur. Lösningar

Kapitel 11. Egenskaper hos lösningar

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Tentamen i Allmän kemi 7,5 hp 5 november 2014 ( poäng)

Kinetik. Föreläsning 2

Homogen gasjämvikt: FYSIKALISK KEMI. Laboration 2. Dissociation av dikvävetetraoxid. N2O4(g) 2 NO2(g)

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi. Spontanitet Entropi Fri energi Jämvikt

REPETITIONSKURS I KEMI LÖSNINGAR TILL ÖVNINGSUPPGIFTER

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi

Kapitel 12. Kemisk kinetik

Kapitel 11. Egenskaper hos lösningar. Koncentrationer Ångtryck Kolligativa egenskaper. mol av upplöst ämne liter lösning

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Godkänt-del A (uppgift 1 10) Endast svar krävs, svara direkt på provbladet.

K En modell för gaser

Transkript:

Repetition F4 VSEPR-modellen elektronarrangemang och geometrisk form Polära (dipoler) och opolära molekyler Valensbindningsteori σ-binding och π-bindning hybridisering Molekylorbitalteori

F6 Gaser Materien är rastlös, dvs. i ständig rörelse (gäller elektroner, atomer och molekyler) Hur kan vi beskriva en gas? fyller en volym komprimerbar enskilda atomer eller molekyler på stora avstånd

Exempel på gaser 11 grundämnen (vid rumstemperatur och atmosfärstryck) Utmärkande egenskaper lätta svag intermolekylär växelverkan

Tillståndsvariabler Karakteriserar tillståndet hos vilket ämne som helst (inte bara gaser) Tryck, P Volym, V Temperatur, T Substansmängd, n

Tryck, P Tryck = kraft / area: P = F / A Enheter 1 Pa = 1 kg/ms 2 = 1 N/m 2 (SI) 1 bar = 100 kpa = 10 5 Pa 1 atm = 101,325 kpa 760 torr = 1 atm 1 mmhg 1 torr Gaspartiklar utövar tryck genom kollisioner Vid elastisk kollision med stationär vägg endast byte av riktning A F P

Gaslagar Gaslagar kopplar ihop tillståndsvariabler

Boyles lag Vid konstant T och n är P omvänt proportionellt mot V P 1 V PV = konstant (konstant T, n)

Charles lag Vid konstant P och n varierar V linjärt med temperaturen Om absolut temperaturskala används, är V proportionell mot temperaturen V T (konstant P, n)

Absolut temperatur, T Plotta volym mot temperatur för olika gaser ger rät linje enligt Charles lag Extrapolera till V = 0 ger gemensam lägsta temperatur, -273,15 C Om denna temperatur, används som nollpunkt erhålls en absolut temperaturskala, dvs. T alltid 0 Kelvin [K] absolut temperaturskala med samma gradstorlek som celciusskalan (motsvarande för Fahrenheit heter Rankine [ R])

Tryckets temperaturberoende Vid konstant V och n är P proportionellt mot absoluta temperaturen P T (konstant V, n)

Avogadros princip Vid samma P och T innehåller en given volym samma antal molekyler oavsett vad det är för gas Molvolym V m = V / n = en konstant för alla gaser (konst. P, T) Experimentellt: Vid 0 C och 1 atm är V m 22,4 liter för många gaser

Allmänna gaslagen Kombination av nämnda empiriska lagar, men kan också härledas ur modeller PV = nrt Allmänna gaskonstanten R = 8,314 J K -1 mol -1 Tillståndsekvation beskriver sambandet mellan tillståndsvariabler Gäller exakt för ideal gas ingen växelverkan mellan gaspartiklar Approximation för reella gaser vid normala tryck, men blir exakt då P 0

Kombinerade gaslagen Ger förhållandet mellan två tillstånd 1 och 2 P 1 V 1 n 1 T 1 = P 2 V 2 n 2 T 2 (= R) P 1 V 1 n 1 T 1 Tillstånd 1 P 2 V 2 n 2 T 2 Tillstånd 2

Övning En luftbubbla med en volym på 1,0 mm 3 stiger till ytan från en sjöbotten där trycket är 3,5 atm. Vilken volym har bubblan när den når ytan? Atmosfärstrycket är 780 torr.

Svar Tillämpa kombinerade gaslagen Använd SI enheter: 1 mm 3 = 1 10-9 m 3 1 atm = 1,013 10 5 Pa 1 torr = 133,3 Pa P 1 V 1 n 1 T 1 = P 2 V 2 n 2 T 2 V 2 = PV 1 1 = 3,5 atm 1,013 105 Pa/atm 1,0 10 9 m 3 P 2 780 torr 133,3 Pa/torr = = 3,4 10 9 m 3 = 3,4 mm 3 Svar: Vid ytan har bubblan volymen 3,4 10-9 m 3 (3,4 mm 3 ).

Övning För att ta bort vätesulfid från naturgas låter man gasen reagera med svaveldioxid. 2 H 2 S(g) + SO 2 (g) 3 S(s) + 2 H 2 O(g) Vilken volym SO 2 vid 1,00 atm och 298 K behövs för att göra 1,00 kg svavel?

Svar 1 mol SO 2 3 mol S 1/3 mol SO 2 1 mol S n = m M M S = 32,07 g/mol n SO2 = n S 3 = m s 3M S = PV = nrt V = nrt P 1,00 103 g 3 32,07 g/mol =10.39 mol = 10.39 mol 8,314 J K-1 mol -1 298 K 1,00 atm 1,013 10 5 Pa/atm = 0,254 m 3 Svar: 0,254 m 3 SO 2 (g) behövs.

Gasers densitet Densitet : ρ = m V Allmänna gaslagen : PV = nrt V = nrt P (ideal gas) Molmassa : M = m n m = nm Densiteten hos en gas : ρ = m V = mp nrt = MP RT

Stökiometri för gasreaktioner N 2 (g) + 2 O 2 (g) 2 NO 2 (g) 1 mol + 2 mol 2 mol Ideal gas vid konstant P och T: n V 1 liter + 2 liter 2 liter

Volymsförändring 4 C 3 H 5 (NO 3 ) 3 (l) 6 N 2 (g) + O 2 (g) + 12 CO 2 (g) + 10 H 2 O(g) 4 mol nitroglycerin (0,57 liter) 29 mol gas (710 liter) Volymen vätska (eller fast ämne) är liten jämfört med volymen av samma mängd gas Totala volymsförändringen motsvarar ändringen i gasvolym, dvs. V V(g)

Gasblandningar Daltons lag Totaltrycket hos en gasblandning är summan av gasernas partialtryck beräknade som om varje gas var ensam P tot = P A + P B + Gäller för ideala gaser P A = n ART V P tot = n ART V + n BRT V + = (n A + n B + ) RT V = n totrt V

Molbråk, x Molbråk: x A = n A n tot = n A n A + n B + X röd = 0,1 Ideal gas n A = P A V RT n tot = P tot V RT X röd = 0,5 x A = P A P tot P A = x A P tot X röd = 0,9

Övning 1,0 mol N 2 och 3,2 mol H 2 blandas i en behållare vars volym är 8,9 liter. Totaltrycket är 9,7 bar. Beräkna partialtrycket för N 2.

Svar P N2 = x N2 P tot = n N2 n N2 + n H2 P tot = 1,00 9,7 bar = 2,3 bar 1,00 + 3,2 Svar: Partialtrycket för N 2 är 2,3 bar.

Övning Svaveldioxid och syrgas bildar svaveltrioxid enligt formeln 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) En behållare med volymen 14,8 liter innehåller från början 0,1332 mol SO 2 (g) och 0,0771 mol O 2 (g). Efter reaktion uppmäts totaltrycket 1,134 bar och temperaturen 997,2 K. Beräkna substansmängden bildad SO 3 (g).

Svar 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) 2 mol 1 mol 2 mol 1 mol ½ mol 1 mol Före 0,1332 mol 0.0771 mol Efter 0,1332 mol x 0.0771 mol x/2 x [mol] n tot = (0,1332 mol x) + (0,0771 mol x 2 ) + x = 0,2103 mol x 2

Svar forts. pv = nrt PV RT = n = 0,2103 mol x 2 Använd SI enheter: 1 liter = 1 dm 3 = 10-3 m 3 1 bar = 10 5 Pa x = 0,2103 mol 1,134 105 Pa 14,8 10 3 m 3 2 = 8,314 J K -1 mol -1 997,2 K = 0,0157 mol Svar: Det bildas 0,0157 mol SO 3 (g). PV x = 0,2103 mol 2 RT

Kinetisk gasteori modell En gas är en samling molekyler i ständig, slumpmässig rörelse Partikelstorleken är försumbar (jämfört med transportsträckan mellan kollisioner) Ingen växelverkan mellan partiklarna, förutom vid kollison Partiklarna rör sig i räta banor tills de kolliderar med varandra eller väggen Kollisionerna är elastiska (ingen energiförlust)

Kinetisk gasteori resultat Kvadratmedelvärdet av gaspartiklarnas hastigheter beror på temperaturen T och molmassan M v 2 = 3RT M dvs. medelhastigheten (T / M) 1/2 Omvänt gäller också att temperaturen ges av kvadratmedelvärdet av partiklarnas hastigheter, vilket följer av att partiklarna inte har någon annan energi än rörelseenergi, dvs. utan rörelse, ingen temperatur (T = 0)! (Begreppet temperatur är kopplat till fördelningen av energitillstånd.)

Kinetisk gasteori och gaslagarna Trycket (P) är ett resultat av den samlade kraften (F) från kollisioner med ytan (A) där trycket mäts (P = F / A) Kraften i en kollision beror på partikelns massa och hastighet, men massans inverkan kompenseras av medelhastighetens massberoende Jämför med Boyles lag: Mindre V med samma n ger fler kollisioner per tidsenhet och därmed högre P Tryckets temperaturberoende: Lägre T ger lägre medelhastighet och därmed färre och mindre kraftfulla kollisioner, vilket ger lägre P

Kinetisk gasteori och gaslagarna Trycket (P) är ett resultat av den samlade kraften (F) från kollisioner med ytan (A) där trycket mäts (P = F / A) Kraften i en kollision beror på partikelns massa och hastighet, men massans inverkan kompenseras av medelhastighetens massberoende Jämför med Charles lag: Vid lägre T, men fixt P, måste de färre och mindre kraftfulla kollisionerna kompenseras med fler kollisioner per tidsenhet, vilket uppnås med mindre V för fixt n

Reella gaser Intermolekylär växelverkan repulsion (egenvolym) attraktion Kompressionsfaktorn ideal gas: Z=1 Z = V m V m ideal = PV nrt Z<1: lättare att komprimera än ideal gas (attraktion dominerar) Z>1: svårare att komprimera än ideal gas (repulsion dominerar)

Intermolekylär växelverkan Korta avstånd repulsion Längre avstånd attraktion

Van der Waals ekvation P + a n 2 V 2 V nb ( ) = nrt P = nrt V nb a n 2 V 2 Parametrar (olika värden för olika gaser) a attraktion håller ihop gasen minskar trycket parvis växelverkan, effekten proportionell mot gaskoncentrationen i kvadrat, (n / V) 2 b repulsion egenvolym minskar tillgänglig volym effekten proportionell mot antalet gasmolekyler, n

Virialekvationen PV = nrt 1+ B n V + C n 2 V + 2 Parametrar (temperaturberoende, gasberoende) B andra virialkoefficienten parvis växelverkan C tredje virialkoefficienten växelverkan mellan tre partiklar Formellt exakt ekvation eftersom summan kan gå till oändligheten