Keemia aluste praktikumi arvestustöö (1)

Keemia aluste praktikum
Mõisted ja teooria küsimused
I.Ideaalgaaside seadused
Mool on ainehulk, mis sisaldab 6,02·1023 ühesugust osakest.
Molaarmass (M, g/mol) on ühe mooli aine molekulide (aatomite,ühe mooli ioonide) mass grammides.
Avogadro seadus. Kõikide gaaside võrdsed ruumalad sisaldavad ühesugusel temperatuuril ja rõhul võrdse arvu molekule (või väärisgaaside korrla aatomeid).
Daltoni seadus. Keemileselt inaktiivsete gaaside segu üldrõhk võrdub segu moodustavate gaaside osarõhkude summaga , Osarõhk on rõhk, mis avaldaks gaas , kui teise gaase segus pooleks.
-vastava gaasi moolimurd segus
Gaasi suhteline tihedus on ühe gaasi massi suhe teise gaasi massi samadel tingimustel (P,V, T) . GST on ühikuta suurus ja näitab, mitu korda on antud gaas teisest raskem või kergem
Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel e 1 dm3 gaasi mass normaaltingimustel
Ideaalgaaside seadused. Ideaalgaas -gaasilises olekus aine molekulidevahelised kaugused on suured, mistõttu jõud nende vahel on väikesed ja jäetakse arvestamata. Gaaside maht sõltub temperatuurist ja rõhust. Gaasiliste ainete mahtu väljendatakse nn normaaltingimustel:
temperatuur 273,15 K (0 C)
rõhk 101 325 Pa (1 atm; 760 mmHg)
või standartingimustel:
temperatuur 273,15 K
rõhk 100 000 Pa ( 0,987 atm; 750 mmHg)
Põhilised ideaalgaaside seadused:
Boyle ´i- Mariotte´i seadus
Konstantsel temperatuuril on kindla koguse gaasi maht pöördvõrdelises sõltuvuses rõhuga.
Gay- Lussac ´i seadus
Konstantsel rõhul on kindla koguse gaasi maht võrdelises sõltuvuses temperatuuriga.
Kombineerides saab
Seda seost kasutatakse gaaside mahu viimiseks ühtedelt tingimustelt (rõhk P1, te-ur T2) teistele (P2, T2), sealhulgas ka normaal -või standartingimustele
kus V0- gaasi maht normaal-või standaarttingimustel
P0- normaal- või standardtingimustele vastav rõhk (sõltuvalt valitud ühikutest)
T0- normaal- või standardtingimustele vastav te-ur kelvinites
P ja T- rõhk ja te-ur, mille juures maht V on antud või oli mõõdetud
Ühe mooli gaasilise aine korral
n mooli gasi kohta kehtib seos
ehk
Clapeyroni võrrand
R- universaalne gaasikonstant
Neid valemaid kasuatakse gaasi mahu leidmiseks temperatuuril T ja rõhul P, kui on teada gaasi moolide arv või mass.
Gaasilise konstandi R arvuline väärtus sõltub valitud ühikutest ja omab järgmisi väärtusi:
1. Kippi aparaadi tööpõhimõte:
2. Kippi aparaadi abil on võimalik saada gaase, mida võib saada tahkete ainete reageerimisel happega.
3.Co2 suhtelise tiheduse õhu suhtes määramine:vt. esimest protokolli
4.Kui mõõdetakse gaasi mahtu, tuleb alati märkida temperatuuri ja rõhu, sest gaaside maht sõltub endest parameetritest.
5.Gaasi rõhk, te-ur ja 1 mooli maht
a. noormaaltingimustel: P=101 325 Pa, T=273,15 K, V=22,4 dm3/mol
b. standaartingimustel: P=100 000 Pa, T= 273,15 K, V= 22,7 dm3/mol
6.Õhu keskmine molaarmass on 29 g/mol ja seda leiti arvestades lämmastiku ja hapniku massivahekorda õhus(28,96 29,0 g/mol)
7.Ku igaasi rõhk ja mass ei muutu, aga temperatuur tõuseb, siis gaasi maht muutub järgmiselt: vt kippi aparaadi juures
8.Kui gaasi t-ur ja mass ei muutu, aga rõhk tõuseb, siis gaasi maht muutub järgmiselt: vt kippi aparaadi juures
14.Metalli reageerimisel happega määrati eraldanud vesiniku ruumala järgmiselt:
Peale katsekalssi eemaldamist ja pesemist ,viidi büretid ühele kõrgusele.Siis eemaldati katseklaas, valati happe katseklaasi ning kinnitati metallitükk katseklaasi seina külge ja sulgeti katseklaas hermeetiliselt kinni.Seejärel liigutati bürette üles-alla, et vee nivood oleksid mõlemas büretis ühes tasapinnas ja märgiti üles näit ühelt büretilt. Kukkutati metallitüükk happesse ja toimus reaktsioon ning samal ajal muutus vee nivoo bürettides. Peale re-ni lõppemist, anti vesinikul jahtuda ja jälgiti, et vee nivoo enam ei muutuks. Liigutati bürette üles-alla, et vee nivoood oleksid mõlemas büretis silma järgi ühes tasapinnas ja lugeti samalt bürretilt uus vee nivoo näit. Esimese ja teise vee nivoo näidu vahe on eraldanud vesiniku maht, aga kuna vesiniku koguti vee kohale, siis vesinik sisaldas ka veeauru. Selleks, et saada puhta vesiniku maht, tuli kasutades Daltoni seadust arvutada järgmise seose järgi:
Saadud V0 ongi eraldunud vesiniku ruumala.
15.Küllastaud veearu osarõhu suurus süsteemis leiti temperatuuri järgi, mida fikseeriti katse sooritamise ajal, tabelist.
17.Mg hulga määramisel katse alguses peavad vee nivood mõlemas büretis olema ühekõrgusel, sest on vaja, et rõhk büretides oleks võrdne välisrõhuga, kuna me arvutame eraldanud vesiniku maht, kasutades baromeetri näide,mis näitab rõhu ruumis katse sooritamise ajal.
II.Lahuste valmistamine, kontsentratsiooni määramine
Lahus-on kahest või enamast komponendist (lahustunud ained ja lahusti) koosnev homogeenne süsteem.
Lahusti-mittevesilahuste korral aine, mida on lahuses rohkem ja/või mis ei muuda oma agregaatolekut. Vesilahuste korral lahustiks on alati vesi.
Lahustunud aine-aine, mis kuulub lahuse kostisesse,aga ei ole lahistiks.
Küllastanud lahus-lahus, mis sisaldab antud temperatuuril ja rõhul maksimaalse koguse lahustunud ainet ( tasakaaluolek )
Üleküllastanud lahus-aeglasel jahutamisel saadus ebapüsiv süsteem, mis sisaldab lahustunud ainet üle lahustuvusega määratud koguse.Vähesel mõjutamisel liigne ainehulk eraldub.
Massiprotsent näitab lahustunud aine massi sajas massiosas lahuses.
Molaarsus näitab lahustunud aine moolide arvu ühes liitris lahuses
Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis
Moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse.
Mooliprotsent näitab lahustunud aine moolide arvu sajas moolis lahuses
Normaalsus näitab lahustunud aine gramm -ekvivalentide arvu ühes liitris lahuses
kus
1.Tahket lahustavat ainet saab earldada segust mittelahustuva ainega, kui lahustada segu vees.Lahustunud aine lahustub, mittelahustuv aine aga mitte. Siis jääb ainult filtrida lahust, at eraldada mittelahustavat ainet.
2. Soola mass liiva-soola segus määrati järgmiselt: vt. protokolli
3. Areomeeter -mõõteriist vedeliku tihedusemääramiseks. Areomeeter koosneb õhuga täidetud klaastorust , mille ühte otsa on asetatud koormis . Kui mõõteriist asetatakse lahusesse, ujub see kas kõrgemal või madalamal, olenevalt vedeliku tihedusest. Tihedus loetakse areomeetri skaalalt vedeliku pinna kõrguselt.
7. Bürett on vertikaalne, laboriseade , mis koosneb gradueeritud mõõteskaalaga klaastorust ja selle alumises osas olevast kraanist või näpitsast.Bürett võimaldab viia uuritavasse proovi täpse ruumalaga vedelikukoguse. Seadet kasutatakse näiteks tiitrimisel. Lugem tuleb võtta täpsusega ± 0,05 cm3.
8. Pipett on ühest otsast peeneks tõmmatud klaastorud. Neid kasutatakse vedeliku mõõtmiseks mistahes rummla gradueeritud osa piirides. Pipetid ja bürett loputatakse eelnevalt töölahusega-lahusega, mida hakatakse pipeteerima või büretist lisama. See on vajalik selleks, et vee- või teistsuguse kontsentaratsiooniga lahuse piisad pipeti ja büreti seintel ei muudaks mõõdetava lahuse kontsentratsiooni.
9.Tiitrimine on protseduur , kus reaktsiooniks kuulunud ühe aine täpse kontsentratsiooniga lahuse koguse järgi leitakse teise aine lahuse kontsentratsioon. Meie katses ma otsisin soolhappe kogust HCl ja NaOH vahelise reaktsiooni abil
kusjuures ma teadsin NaOH lahuse täpset kontsentratsiooni ja HCl lahuse mahtu.
Tiitrimisel pipeteerisin koonilisse kolbi täpne kogus soolhapet, lisasin indikaator ning kolbi ringikujuliste liigutustega pidevalt segased, lisasin büretist tilkhaaval NaOH lahust kuni värvuse muutuseni. Katsest kordsin kolm korda kuni saavutasin kolm tulemust NaOH mahtude erinevusega 0,05 ml. Saadud tulemustest võtsin keskmine.
Reaktsioonivõrrandist on näha, et soolhappe ja naatriumhüdroksiidi moolsuhe on 1:1 ja seepärast soolhappe molaarset kontsentratsiooni võib leida jäergmiselt:
Kus VNaOH - NaOH lahuse amht ml (loetakse büretilt)
Cm NaOH- NaOH lahuse täpne kontsentratsioon mol/l
VHCl - HCL lahuse täpne maht ml (pipeti maht)
10. Stöhhiomeetriline punkt on seotud tiitrimisega . See on punkt, milles kogu soolhape on ära reageerinud ja indikaator muudab juba ühest liiaga lisatud NaOH tilgast tekkinud aluselises lahuses värvust.
Happe ja aluse tiitrimisel seda leitakse ükshaaval lisades aluse lahust happe lahusesse ja valvades tilga täpsusega, millal lahus muudab oma värvi, sest kogu soolhape on ära reageerinud ja lahuses on liias alust.
Indikaator on keemiline aine, millega määratakse kindlaks lahuse pH. Indikaator saatudes lahusesse, sõltuvalt lahuse pH-lt, muudab oma värvust. Antud töös kasutati fenoolftaleiini. Selle värvus erinevates keskkondades on järgmine:
aluselises keskkonnas- punakasroosa
happelise ja neutraalse keskonnas- värvitu
Indikaatori pöördeala-värvuse muutumise pH vahemik. Ff pöördeala on 8,3–9,9 (sellest väiksema pH juures värvitu, suurema juures punane).
III.Keemiline tasakaal ja reaktsioonikiirus
Keemiline tasakaal- on pöörduva reaktsiooni olek, mille korral päri- ja vastassuunaliste reaktsioonide kiirused on võrdsed. Keemiline tasakaal on nn dünaamiline tasakaal, sest protsessid ei ole lõppenud, vaid nad kulgevad vastasssundades ühesushuse kiirusega.
Le Chatelier ´printsiip. Tingimuste muutmisega saab tasakallu nihutada päri- ja vastassuunas, st. lähteainete või saaduste tekke suunas. Reaktsiooni tasakaalu nihkumisele annab hinnang Le Chatelier´printsiip:
tingimuste muutmine tasakaalusüsteemis kutsub esile tasakaalu nihkumise suunas, mis paneb süsteemi avaldama vastupanu tekitatud muutustele.
Keemilise reaktsiooni kiirus. Reaktsioonikiirus homogeenses süsteemis näitab reageerivate ainete kontsentratsioonide muutust ajaühikus (mol·dm-3·s-1)
Reaktsioonikiirust mõjutavad tegurid

• temperatuur- mida kõrgem on te-ur, seda intensiivsem on molekulide soojusliikumine ja suurem nende kineetiline energia. See suurendab molekulode efektiivste kokkupõrgete tõenäosust ning koos sellega reaktsioonikiirust. Temperatuuri mõju võimaldab liigikaudu hinnata van´t Hoffi reegel:
  

temperatuuri tõstmine 10 C võrra suurendab reaktsioonikiirust kaks kuni neli korda. Matemaatiliselt või seda kirja panna

• katalüsaatorite toime,
  
• reageerivate ainete kokkupuutepinna suurus:
  

1.tahkete ainete reageerimise kiirust saab oluliselt tõsta neid peenestades,
2. vedelikke reageerimise kiirust saab oluliselt tõsta neid pihustades.
Massitoimeseadus .
Reaktsiooni tasakaalu nihkumist põhjustavad tegurid
Tasakaal nihkub
a.lahteaine kontsentratsiooni

• suurendamisel saaduste tekke suunas,
  
• vähendamisel lähteainete tekke suuns.
  

b.saaduse kontsentratsiooni

• suurendamisel lähteainete tekke suunas,
  
• vähendamisel saaduste tekke suunas.
  

c.rõhu

• tõstmisel väiksema gaasi molekulide arvu suunas,
  
• alandamisel suurema gaasi molekulide arvu suunas.
  

Kui võrrandi mõlemal poolel on gaasiliste ainete molekulide arv võrdne, siis rõhu muutmine tasakaalu ei mõjuta.
d. temperatuuri

• tõstmisel endotermilise protsessi suunas (deltaH>0),
  
• alandamisel eksotermilise protsessi suunas (deltaH