budivel.ru За изолацията и отоплението на къщата.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Въглероден оксид (IV) (въглероден диоксид)при нормални условия е безцветен газ, по-тежък от въздуха, термично стабилен и при компресиране и охлаждане лесно преминава в течно и твърдо („сух лед“) състояние.
Структурата на молекулата е показана на фиг. 1. Плътност - 1,997 g / l. Слабо разтворим във вода, частично реагиращ с нея. Показва киселинни свойства. Възстановява се от активни метали, водород и въглерод.
Ориз. 1. Структурата на молекулата на въглеродния диоксид.
Брутната формула на въглеродния диоксид е CO 2 . Както е известно, молекулната маса на молекулата е равна на сумата от относителните атомни маси на атомите, които съставляват молекулата (стойностите на относителните атомни маси, взети от Периодичната таблица на Д. И. Менделеев, се закръглят до цели числа ).
Mr(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O);
Mr(CO 2) \u003d 12 + 2 × 16 \u003d 12 + 32 = 44.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Моларна маса (M)е масата на 1 мол вещество.
Лесно е да се покаже, че числените стойности на молната маса M и относителната молекулна маса M r са равни, но първата стойност има размер [M] = g/mol, а втората е безразмерна:
M = N A × m (1 молекула) = N A × M r × 1 a.m.u. = (N A ×1 amu) × M r = × M r .
Означава, че моларната маса на въглеродния диоксид е 44 g/mol.
Моларната маса на вещество в газообразно състояние може да се определи, като се използва концепцията за неговия моларен обем. За да направите това, намерете обема, зает при нормални условия от определена маса на дадено вещество, и след това изчислете масата на 22,4 литра от това вещество при същите условия.
За постигане на тази цел (изчисляване на моларната маса) е възможно да се използва уравнението на състоянието на идеален газ (уравнението на Менделеев-Клапейрон):
където p е налягането на газа (Pa), V е обемът на газа (m 3), m е масата на веществото (g), M е молната маса на веществото (g / mol), T е абсолютната температура (K), R е универсалната газова константа, равна на 8,314 J / (mol × K).
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
| Упражнение | Направете формула за комбиниране на мед с кислород, ако съотношението на масите на елементите в нея е m (Cu) : m (O) = 4: 1. |
| Решение | Нека намерим моларните маси на медта и кислорода (стойностите на относителните атомни маси, взети от периодичната таблица на Д. И. Менделеев, ще бъдат закръглени до цели числа). Известно е, че M = Mr, което означава M(Cu) = 64 g/mol и M(O) = 16 g/mol. n (Cu) = m (Cu) / M (Cu); n (Cu) \u003d 4 / 64 \u003d 0,0625 mol. n (O) \u003d m (O) / M (O); n (O) \u003d 1/16 \u003d 0,0625 mol. Намерете моларното съотношение: n(Cu) :n(O) = 0,0625: 0,0625 = 1:1, тези. формулата за комбиниране на мед с кислород е CuO. Това е меден (II) оксид. |
| Отговор | CuO |
ПРИМЕР 2
| Упражнение | Направете формула за съединението на желязо със сяра, ако съотношението на масите на елементите в него е m (Fe): m (S) \u003d 7: 4. |
| Решение | За да разберем в какво отношение са химичните елементи в състава на една молекула, е необходимо да се намери тяхното количество вещество. Известно е, че за да се намери количеството на веществото, трябва да се използва формулата: Нека намерим моларните маси на желязото и сярата (стойностите на относителните атомни маси, взети от Периодичната таблица на Д. И. Менделеев, ще бъдат закръглени до цели числа). Известно е, че M = Mr, което означава M(S) = 32 g/mol и M(Fe) = 56 g/mol. Тогава количеството вещество на тези елементи е равно на: n(S) = m(S) / M(S); n (S) = 4 / 32 = 0,125 mol. n (Fe) = m (Fe) / M (Fe); n (Fe) \u003d 7 / 56 \u003d 0,125 mol. Намерете моларното съотношение: n(Fe):n(S) = 0,125: 0,125 = 1:1, тези. формулата за комбиниране на мед с кислород е FeS. Това е железен (II) сулфид. |
| Отговор | FeS |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Въглероден двуокис(въглероден оксид (IV), въглероден диоксид, въглероден диоксид) при нормални условия е безцветен газ, по-тежък от въздуха, термично стабилен и при компресиране и охлаждане лесно преминава в течно и твърдо („сух лед“) състояние.
Той е слабо разтворим във вода, частично реагира с нея.
Основните константи на въглероден диоксид са дадени в таблицата по-долу.
Таблица 1. Физични свойства и плътност на въглеродния диоксид.
Въглеродният диоксид играе важна роля в биологичните (фотосинтеза), природните (парников ефект) и геохимичните (разтваряне в океаните и образуване на карбонати) процеси. В големи количества попада в околната среда в резултат на изгаряне на изкопаеми горива, гниещи отпадъци и др.
Химичен състав и структура на молекулата на въглеродния диоксид
Химичният състав на молекулата на въглероден диоксид се изразява с емпиричната формула CO 2 . Молекулата на въглеродния диоксид (фиг. 1) е линейна, което съответства на минималното отблъскване на свързващите електронни двойки, дължината на връзката C=H е 0,116 nm, а средната й енергия е 806 kJ/mol. В рамките на метода на валентните връзки се образуват две σ-връзки С-О от sp-хибридизираната орбитала на въглеродния атом и 2p z - орбитали на кислородните атоми. Орбиталите 2p x и 2p y на въглеродния атом, които не участват в sp хибридизация, се припокриват с подобни орбитали на кислородни атоми. В този случай се образуват две π-орбитали, разположени във взаимно перпендикулярни равнини.
Ориз. 1. Структурата на молекулата на въглеродния диоксид.
Поради симетричното подреждане на кислородните атоми, молекулата на CO 2 е неполярна, поради което диоксидът е слабо разтворим във вода (един обем CO 2 в един обем H 2 O при 1 atm и 15 o C). Неполярността на молекулата води до слаби междумолекулни взаимодействия и ниска температура на тройната точка: t = -57,2 o C и P = 5,2 atm.
Кратко описание на химичните свойства и плътността на въглеродния диоксид
Химически въглеродният диоксид е инертен, което се дължи на високата енергия на връзките O=C=O. Със силни редуциращи агенти при високи температури въглеродният диоксид проявява окислителни свойства. С въглищата той се редуцира до въглероден оксид CO:
C + CO 2 \u003d 2CO (t = 1000 o C).
Магнезият, запален във въздуха, продължава да гори в атмосфера на въглероден диоксид:
CO 2 + 2Mg \u003d 2MgO + C.
Въглеродният оксид (IV) частично реагира с вода:
CO 2 (l) + H 2 O \u003d CO 2 × H 2 O (l) ↔ H 2 CO 3 (l).
Показва киселинни свойства:
CO2 + NaOH разреден = NaHCO2;
CO 2 + 2NaOH conc \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O;
CO2 + Ba(OH)2 = BaCO3 ↓ + H2O;
CO 2 + BaCO 3 (s) + H 2 O \u003d Ba (HCO 3) 2 (l).
При нагряване до температура над 2000 o C въглеродният диоксид се разлага:
2CO 2 \u003d 2CO + O 2.
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
| Упражнение | При изгарянето на 0,77 g органична материя, състояща се от въглерод, водород и кислород, се образуват 2,4 g въглероден диоксид и 0,7 g вода. Плътността на парите на веществото по отношение на кислорода е 1,34. Определете молекулната формула на веществото. |
| Решение |
m(C) = n(C)×M(C) = n(CO2)×M(C) = ×M(C); m(C)=×12=0,65 g; m (H) \u003d 2 × 0,7 / 18 × 1 = 0,08 g. m(O) = m (C x H y O z) - m (C) - m (H) = 0,77 - 0,65 - 0,08 \u003d 0,04 g. x:y:z = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H): m(O)/Ar(O); x:y:z = 0,65/12:0,08/1: 0,04/16; x:y:z = 0,054: 0,08: 0,0025 = 22:32:1. Това означава, че най-простата формула на съединението е C 22 H 32 O, а моларната му маса е 46 g / mol. Стойността на моларната маса на органичното вещество може да се определи с помощта на неговата кислородна плътност: M вещество = M(O 2) × D(O 2) ; M вещество \u003d 32 × 1,34 = 43 g / mol. M вещество / M (C 22 H 32 O) = 43 / 312 = 0,13. Така че всички коефициенти във формулата трябва да се умножат по 0,13. Така молекулярната формула на веществото ще изглежда като C 3 H 4 O. |
| Отговор | Молекулна формула на веществото C 3 H 4 O |
ПРИМЕР 2
| Упражнение | При изгаряне на органична материя с тегло 10,5 g се получават 16,8 литра въглероден диоксид (N.O.) и 13,5 g вода. Плътността на парите на веществото във въздуха е 2,9. Изведете молекулната формула на веществото. |
| Решение | Нека изготвим схема за реакцията на горене на органично съединение, обозначаваща броя на въглеродните, водородните и кислородните атоми съответно като "x", "y" и "z": C x H y O z + O z →CO 2 + H 2 O. Нека определим масите на елементите, които изграждат това вещество. Стойностите на относителните атомни маси, взети от периодичната таблица на D.I. Менделеев, закръглено нагоре до цели числа: Ar(C) = 12 a.m.u., Ar(H) = 1 a.m.u., Ar(O) = 16 a.m.u. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO2)×M(C) = ×M(C); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H2O)×M(H) = ×M(H); Изчислете моларните маси на въглероден диоксид и вода. Както е известно, моларната маса на една молекула е равна на сумата от относителните атомни маси на атомите, които съставляват молекулата (M = Mr): M(CO 2) \u003d Ar (C) + 2 × Ar (O) = 12+ 2 × 16 = 12 + 32 = 44 g / mol; M(H 2 O) \u003d 2 × Ar (H) + Ar (O) = 2 × 1 + 16 = 2 + 16 = 18 g / mol. m(C) = ×12 = 9 g; m(H) \u003d 2 × 13,5 / 18 × 1 = 1,5 g. m(O) = m (C x H y O z) - m (C) - m (H) = 10,5 - 9 - 1,5 \u003d 0 g. Нека дефинираме химичната формула на съединението: x:y = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H); x:y = 9/12: 1,5/1; x:y = 0,75: 1,5 = 1: 2. Това означава, че най-простата формула на съединението е CH 2, а моларната му маса е 14 g / mol. Стойността на моларната маса на органичното вещество може да се определи чрез неговата плътност във въздуха: Mвещество = M(въздух) × D(въздух); M вещество \u003d 29 × 2,9 = 84 g / mol. За да намерим истинската формула на органично съединение, намираме съотношението на получените моларни маси: M вещество / M (CH 2) \u003d 84 / 14 = 6. Това означава, че индексите на въглеродните и водородните атоми трябва да бъдат 6 пъти по-високи, т.е. формулата на веществото ще изглежда като C 6 H 12. |
| Отговор | Молекулна формула на веществото C 6 H 12 |
Нека сега накратко да се запознаем със структурата на молекулите, тоест частиците, в които са комбинирани няколко атома. По принцип има два начина за образуване на молекули от атоми.
Първият от тези методи се основава на появата на електрически заредена частица от неутрален атом. Вече посочихме по-горе, че атомът е неутрален, т.е. броят на положителните заряди в неговото ядро (броят на протоните) се балансира от броя на отрицателните заряди, т.е. броя на електроните, въртящи се около ядрото.
Ако по някаква причина атомът загуби един или повече електрони, тогава в ядрото му има известен излишък от положителни заряди, които не са балансирани от отрицателно заредени електрони, и такъв атом се превръща в положително заредена частица.
Тези електрически заредени частици се наричат йони. Те допринасят за образуването на молекули от атоми.
Изследването на свойствата на различните химични елементи показва, че във всички случаи най-стабилни са тези, при които външната електронна орбита е напълно запълнена, или съдържа най-стабилен брой електрони - 8.
Това се потвърждава блестящо от периодичната таблица, където най-инертните (т.е. стабилни и не влизащи в химични реакции с други вещества) елементи са разположени в нулевата група.
Това са, първо, хелият, който има една орбита, изпълнена с два електрона, и газовете неон, аргон, криптон, ксенон и радон, които имат осем електрона във външната орбита.
Напротив, ако външната орбита на атомите има само един или два електрона, тогава такива атоми имат тенденция да дават тези електрони на други атоми, на които във външната орбита им липсват 1-2 електрона до числото осем. Такива атоми са най-активни за взаимодействие помежду си.
Вземете за пример молекула на солта, наречен в химията натриев хлорид и образуван, както подсказва името му, от натриевите и хлорните атоми. Натриевият атом има един електрон във външната си орбита, а хлорният атом има седем електрона.
Ако тези два атома се доближат един до друг, тогава един натриев електрон, разположен във външната орбита и слабо „прикрепен“ към неговия атом, може да се откъсне от него и да отиде до хлорния атом, в който ще бъде осмият електрон в външна орбита (фиг. 4, а).
В резултат на този преход се образуват два йона: положителен натриев йон и отрицателен хлорен йон (фиг. 4б), които се привличат един към друг и образуват молекула на натриев хлорид, която може да бъде представена като две топки, издърпани заедно от пружина (фиг. 4в).
Вторият начин за образуване на молекули от атоми е, че когато два или повече атома се приближат един до друг, електроните, разположени при тези атоми във външни орбити, се пренареждат по такъв начин, че се свързват с два или повече атома. Електроните, разположени във вътрешните орбити, продължават да бъдат свързани само с този атом.
В този случай отново има желание да се формират най-стабилните орбити от осем електрона.
Нека дадем няколко примера за такива молекули.
Да вземем молекула на въглероден диоксид, състояща се от въглероден атом и два кислородни атома. При образуването на тази молекула се получава следното пренареждане на електроните на външните орбити на тези атоми (фиг. 5)
Въглеродният атом оставя два електрона във вътрешната си орбита, свързани с неговото ядро, а четирите електрона във външната му орбита се разпределят от два електрона към всеки кислороден атом, които от своя страна даряват по два електрона за общата връзка на въглеродния атом.
Така във всяка връзка въглерод-кислород участват взаимно две двойки електрони, в резултат на което всеки от трите атома на такава молекула има стабилна външна орбита, по която се въртят осем електрона.
Както знаете, има молекули, образувани не само от различни елементи, но и от еднакви атоми.
Образуването на такива молекули се обяснява и с желанието за най-стабилен осемкратен брой електрони във външната орбита.
Така например, кислороден атом, който има два електрона във вътрешната орбита и шест електрона във външната орбита, няма два електрона, за да образува осеммерна среда.
Следователно тези атоми са свързани по двойки, образувайки кислородна молекула O 2, в която се обобщават два електрона от всеки атом, след което осем електрона ще се въртят около тях във външната орбита.
Когато молекулите се образуват по втория метод, когато има обмен на електрони между атомите, центровете на атомите трябва да се доближат по-близо, отколкото според първия метод, когато се получава само взаимно привличане на противоположно заредени йони.
Следователно, ако при първия метод може да си представим такава молекула под формата на две контактуващи йонни топки (фиг. 4, в), които не променят размера и формата си, то при втория метод сферичните атоми изглежда са сплескан.
Съвременните методи за изследване на структурата на веществата позволяват не само да се знае от какви атоми се състоят различните молекули, но и как атомите са подредени в молекули, тоест структурата на тези молекули до разстоянията между ядрата на атомите, които изграждат молекулите.
На фиг. Фигура 6 показва структурите на молекулите на кислорода и въглеродния диоксид, както и подреждането на атомните ядра в тези молекули, което показва междуядрени разстояния в ангстрьоми.
Кислородна молекула, състояща се от два атома, има формата на две компресирани топки с разстояние между ядрата на атомите 1,20 A. Молекула на въглероден диоксид, състояща се от три атома, има праволинейна форма с въглероден атом в средата и два кислородни атома, разположени от двете му страни в права линия с междуядрени разстояния 1,15 A.
Ориз. 6. Структури на молекулите: а - подреждане на атомите; б - подреждане на атомните ядра; 1 - кислородна молекула O 2; 2 - молекула въглероден диоксид CO 2.
Градуси по Целзий до края на века и ако няма увеличение на притока на въглерод в почвата. В съответствие с получените данни изследователите заключават, че за да се компенсират емисиите въглероден двуокис газот почвата е необходимо да се увеличи количеството горска биомаса два до три пъти, а не със 70–80%, както беше посочено по-горе. Проучването е проведено от Финландския институт по околна среда, финландски...
https://www.site/journal/123925
въглероден двуокис газ въглероден двуокис газ
https://www.site/journal/116900
От Университета на Пенсилвания (САЩ) в статия, публикувана в Nano Letters. Страхотно количество въглероден двуокис газ, излъчен в атмосферата от промишлеността и транспорта, учените смятат, че причиняват глобалното затопляне. Обсъждат се много методи... и платина. Инсталацията, сглобена с помощта на този наноматериал, направи възможно трансформирането на сместа под въздействието на слънчева светлина въглероден двуокис гази водна пара в метан, етан и пропан 20 пъти по-ефективни, отколкото с...
https://www.site/journal/116932
Целта е да се стимулира фотосинтетичната активност на водораслите и фитопланктона или инжектирането на втечнен CO2 под земята. Преобразуване въглероден двуокис газвъв въглеводороди с помощта на наночастици от титанов диоксид вече беше предложен от учените като друг метод за решаване на... мед и платина. Инсталацията, сглобена с помощта на този наноматериал, направи възможно трансформирането на сместа под въздействието на слънчева светлина въглероден двуокис гази водна пара в метан, етан и пропан 20 пъти по-ефективни от конвенционалните катализатори...
https://www.site/journal/122591
САЩ, думите на които се цитират от пресслужбата на тази научна институция. Учените обърнаха внимание на факта, че усвояването на растенията въглероден двуокис гази изпаряването на водата от повърхността на листата им става през същите пори, наречени устицата. Това е ... твърде много CO2 във въздуха, листата на стоматите се стесняват, вероятно за ограничаване на количеството входящи въглероден двуокис газизползвани от растенията за растеж. Това води до забавяне на изпарението и намаляване на ефективността на "естествените ...
https://www.site/journal/126120
Кристалите са разработени с помощта на прост метод, който разчита на три налични химикала. Естествено газчесто съдържа въглероден гази други примеси, които намаляват ефективността на това гориво. Индустриите се нуждаят от материал, който премахва въглероден газ. Идеалният материал трябва да бъде достъпен, селективен и с висок капацитет и да може да се презарежда. Презареждащ се материал...
https://www.site/journal/126326
И те стигнаха до заключението, че, оказва се, мъжете годишно „изхвърлят“ два тона в атмосферата въглероден двуокис газповече от жените. Изследователите обясняват това с факта, че мъжете използват по-често кола и съответно ... половите различия, авторите на изследването предлагат, следователно, малко по-различен начин при определяне на източниците въглероден двуокис газ(един от газовекоито влияят на глобалното затопляне) и по-специално потребителските навици и доходи, които не се вземат предвид в официалните...
https://www.site/journal/126887
Във въглищни геоложки образувания в Луизиана. Изследователите установиха, че широко разпространени бактерии, които използват въглероден гази самите въглища като храна, в присъствието на вода, те могат допълнително да преработват CO2 и да отделят метан в ... изследователи, за да работи този процес, микроорганизми, които преработват CO2 в метан, в допълнение към въглероден двуокис гази въглищата се нуждаят от допълнителни хранителни вещества - водород, соли на оцетна киселина и, най-важното, ...
Но ако молекулите от едни и същи атоми се различават толкова много, какво разнообразие трябва да има между молекулите от различни атоми! Да погледнем отново във въздуха – може би и там ще открием такива молекули? Разбира се, че ще го направим!
Знаете ли какви молекули издишвате във въздуха? (Разбира се, не само вие - всички хора и всички животни.) Молекули на вашия стар приятел - въглероден диоксид! Мехурчетата въглероден диоксид приятно изтръпват езика ви, когато пиете газирана вода или лимонада. Парчета сух лед, които се слагат в кутии за сладолед, също са направени от такива молекули; сухият лед е твърд въглероден диоксид.
В молекула на въглероден диоксид два кислородни атома са прикрепени от противоположните страни към един въглероден атом. „Въглерод“ означава „този, който ражда въглища“. Но въглеродът ражда нещо повече от въглища. Когато рисувате с обикновен молив, върху хартията остават малки люспи от графит - те също се състоят от въглеродни атоми. От тях са „направени“ диаманти и обикновени сажди. Отново същите атоми - и напълно различни вещества!
Когато въглеродните атоми се комбинират не само помежду си, но и с „чужди” атоми, тогава се раждат толкова много различни вещества, че е трудно да ги преброим! Особено много вещества се раждат, когато въглеродните атоми се съчетаят с атомите на най-лекия газ в света - водорода.Всички тези вещества се наричат с общо име - въглеводороди, но всеки въглеводород има свое име.
Най-простият от въглеводородите се говори в стиховете, които знаете: „Но ние имаме газ в нашия апартамент - това е той!“ Името на газа, който гори в кухнята, е метан. Молекулата на метана има един въглероден атом и четири водородни атома. В пламъка на кухненска горелка молекулите на метан се унищожават, въглероден атом се комбинира с два кислородни атома и получавате вече познатата молекула на въглероден диоксид. Водородните атоми също се комбинират с кислородни атоми и в резултат се получават молекули от най-важното и необходимо вещество в света!
Молекулите на това вещество също са във въздуха - има много от тях. Между другото, до известна степен и вие участвате в това, защото издишвате тези молекули във въздуха заедно с молекулите на въглеродния диоксид. Какво е това вещество? Ако не сте се досетили, дишайте върху студената чаша и ето я пред вас - вода!
интересно:
Молекулата е толкова малка, че ако подредим сто милиона водни молекули една след друга, тогава цялата тази линия лесно ще се побере между две съседни линийки във вашия бележник. Но учените все пак успяха да разберат как изглежда една водна молекула. Ето нейния портрет. Вярно, изглежда като главата на мече Мечо Пух! Виж как си наостри уши! Разбира се, това не са уши, а два водородни атома, прикрепени към „главата“ - кислородния атом. Но шегите са си шеги, но наистина - тези „уши отгоре“ имат ли нещо общо с изключителните свойства на водата?
