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DEFINICIÓN
Monóxido de carbono (IV) (dióxido de carbono) en condiciones normales, es un gas incoloro, más pesado que el aire, térmicamente estable, y cuando se comprime y se enfría, se convierte fácilmente en un estado líquido y sólido ("hielo seco").
La estructura de la molécula se muestra en la fig. 1. Densidad - 1.997 g / l. Poco soluble en agua, reaccionando parcialmente con ella. Muestra propiedades ácidas. Es restaurado por metales activos, hidrógeno y carbono.
Arroz. 1. La estructura de la molécula de dióxido de carbono.
La fórmula bruta del dióxido de carbono es CO 2 . Como se sabe, la masa molecular de una molécula es igual a la suma de las masas atómicas relativas de los átomos que componen la molécula (los valores de las masas atómicas relativas tomados de la Tabla Periódica de D.I. Mendeleev se redondean a números enteros ).
Mr(CO 2 ) = Ar(C) + 2×Ar(O);
Señor(CO 2) \u003d 12 + 2 × 16 \u003d 12 + 32 \u003d 44.
DEFINICIÓN
Masa molar (M) es la masa de 1 mol de una sustancia.
Es fácil demostrar que los valores numéricos de la masa molar M y la masa molecular relativa M r son iguales, sin embargo, el primer valor tiene la dimensión [M] = g/mol, y el segundo es adimensional:
METRO = N UN × m (1 moléculas) = N UN × METRO r × 1 a.m.u. = (NA × 1 amu) × METRO r = × METRO r .
Esto significa que la masa molar del dióxido de carbono es 44 g/mol.
La masa molar de una sustancia en estado gaseoso se puede determinar utilizando el concepto de su volumen molar. Para hacer esto, encuentre el volumen ocupado en condiciones normales por cierta masa de una sustancia dada, y luego calcule la masa de 22.4 litros de esta sustancia en las mismas condiciones.
Para lograr este objetivo (cálculo de la masa molar), es posible utilizar la ecuación de estado de un gas ideal (la ecuación de Mendeleev-Clapeyron):
donde p es la presión del gas (Pa), V es el volumen del gas (m 3), m es la masa de la sustancia (g), M es la masa molar de la sustancia (g/mol), T es la temperatura absoluta (K), R es la constante universal de los gases igual a 8.314 J / (mol × K).
Ejemplos de resolución de problemas
EJEMPLO 1
| Ejercicio | Haz una fórmula para combinar cobre con oxígeno si la relación de las masas de los elementos es m (Cu) : m (O) = 4: 1. |
| Decisión | Encontremos las masas molares de cobre y oxígeno (los valores de las masas atómicas relativas tomadas de la Tabla Periódica de D.I. Mendeleev se redondearán a números enteros). Se sabe que M = Mr, lo que significa M(Cu) = 64 g/mol y 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. Encuentre la relación molar: n(Cu) :n(O) = 0,0625: 0,0625 = 1:1, aquellas. la fórmula para combinar cobre con oxígeno es CuO. Es óxido de cobre (II). |
| Responder | CuO |
EJEMPLO 2
| Ejercicio | Haga una fórmula para el compuesto de hierro con azufre si la relación de las masas de los elementos es m (Fe): m (S) \u003d 7: 4. |
| Decisión | Para saber en qué relación se encuentran los elementos químicos en la composición de una molécula, es necesario encontrar su cantidad de sustancia. Se sabe que para encontrar la cantidad de una sustancia, se debe usar la fórmula: Encontremos las masas molares de hierro y azufre (los valores de las masas atómicas relativas tomadas de la Tabla Periódica de D.I. Mendeleev se redondearán a números enteros). Se sabe que M = Mr, lo que significa que M(S) = 32 g/mol y M(Fe) = 56 g/mol. Entonces, la cantidad de sustancia de estos elementos es igual a: n(S) = m(S) / M(S); n (S) \u003d 4 / 32 \u003d 0,125 mol. n (Fe) = m (Fe) / M (Fe); n (Fe) \u003d 7 / 56 \u003d 0,125 mol. Encuentre la relación molar: n(Fe):n(S) = 0,125: 0,125 = 1:1, aquellas. la fórmula para combinar cobre con oxígeno es FeS. Es sulfuro de hierro (II). |
| Responder | FeS |
DEFINICIÓN
Dióxido de carbono(monóxido de carbono (IV), dióxido de carbono, dióxido de carbono) en condiciones normales es un gas incoloro, más pesado que el aire, térmicamente estable, y cuando se comprime y enfría, se convierte fácilmente en un estado líquido y sólido ("hielo seco").
Es poco soluble en agua, reaccionando parcialmente con ella.
Las principales constantes de dióxido de carbono se dan en la siguiente tabla.
Tabla 1. Propiedades físicas y densidad del dióxido de carbono.
El dióxido de carbono juega un papel importante en los procesos biológicos (fotosíntesis), naturales (efecto invernadero) y geoquímicos (disolución en los océanos y formación de carbonatos). En grandes cantidades, ingresa al medio ambiente como resultado de la quema de combustibles fósiles, desechos en descomposición, etc.
Composición química y estructura de la molécula de dióxido de carbono.
La composición química de una molécula de dióxido de carbono se expresa mediante la fórmula empírica CO 2 . La molécula de dióxido de carbono (Fig. 1) es lineal, lo que corresponde a la repulsión mínima de los pares de electrones de enlace, la longitud del enlace C=H es de 0,116 nm y su energía promedio es de 806 kJ/mol. En el marco del método de los enlaces de valencia, se forman dos enlaces σ C-O mediante el orbital hibridado sp del átomo de carbono y los orbitales 2p z de los átomos de oxígeno. Los orbitales 2p x y 2p y del átomo de carbono que no participan en la hibridación sp se superponen con orbitales similares de átomos de oxígeno. En este caso, se forman dos orbitales π, ubicados en planos perpendiculares entre sí.
Arroz. 1. La estructura de la molécula de dióxido de carbono.
Debido a la disposición simétrica de los átomos de oxígeno, la molécula de CO 2 no es polar, por lo que el dióxido es ligeramente soluble en agua (un volumen de CO 2 en un volumen de H 2 O a 1 atm y 15 o C). La no polaridad de la molécula conduce a interacciones intermoleculares débiles ya una baja temperatura del punto triple: t = -57,2 o C y P = 5,2 atm.
Breve descripción de las propiedades químicas y la densidad del dióxido de carbono.
Químicamente, el dióxido de carbono es inerte, lo que se debe a la alta energía de los enlaces O=C=O. Con fuertes agentes reductores a altas temperaturas, el dióxido de carbono exhibe propiedades oxidantes. Con el carbón, se reduce a monóxido de carbono CO:
C + CO 2 \u003d 2CO (t \u003d 1000 o C).
El magnesio, encendido en el aire, continúa ardiendo en una atmósfera de dióxido de carbono:
CO2 + 2Mg \u003d 2MgO + C.
El monóxido de carbono (IV) reacciona parcialmente con el agua:
CO 2 (l) + H 2 O \u003d CO 2 × H 2 O (l) ↔ H 2 CO 3 (l).
Muestra propiedades ácidas:
CO2 + NaOH diluido = 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).
Cuando se calienta a una temperatura superior a 2000 o C, el dióxido de carbono se descompone:
2CO 2 \u003d 2CO + O 2.
Ejemplos de resolución de problemas
EJEMPLO 1
| Ejercicio | Durante la combustión de 0,77 g de materia orgánica, compuesta por carbono, hidrógeno y oxígeno, se formaron 2,4 g de dióxido de carbono y 0,7 g de agua. La densidad de vapor de la sustancia en términos de oxígeno es 1,34. Determine la fórmula molecular de la sustancia. |
| Decisión |
m(C) = n(C)×M(C) = n(CO2)×M(C) = ×M(C); m(C)=x12=0,65 g; m (H) \u003d 2 × 0,7 / 18 × 1 \u003d 0,08 g. m(O) \u003d m (C x H y O z) - m (C) - m (H) \u003d 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. Esto significa que la fórmula más simple del compuesto es C 22 H 32 O, y su masa molar es de 46 g/mol. El valor de la masa molar de una sustancia orgánica se puede determinar utilizando su densidad de oxígeno: M sustancia = M(O 2) × D(O 2) ; Sustancia M \u003d 32 × 1.34 \u003d 43 g / mol. Sustancia M / M (C 22 H 32 O) \u003d 43 / 312 \u003d 0.13. Entonces, todos los coeficientes en la fórmula deben multiplicarse por 0.13. Entonces, la fórmula molecular de la sustancia se verá como C 3 H 4 O. |
| Responder | Fórmula molecular de la sustancia C 3 H 4 O |
EJEMPLO 2
| Ejercicio | Al quemar materia orgánica con un peso de 10,5 g se obtuvieron 16,8 litros de dióxido de carbono (N.O.) y 13,5 g de agua. La densidad de vapor de la sustancia en el aire es 2,9. Deducir la fórmula molecular de la sustancia. |
| Decisión | Dibujemos un esquema para la reacción de combustión de un compuesto orgánico, indicando el número de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno como "x", "y" y "z", respectivamente: C x H y O z + O z →CO 2 + H 2 O. Determinemos las masas de los elementos que componen esta sustancia. Los valores de masas atómicas relativas tomados de la Tabla Periódica de D.I. Mendeleev, redondeado a números enteros: 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(H 2 O)×M(H) = ×M(H); Calcular las masas molares de dióxido de carbono y agua. Como es sabido, la masa molar de una molécula es igual a la suma de las masas atómicas relativas de los átomos que la componen (M = Mr): M(CO 2) \u003d Ar (C) + 2 × Ar (O) \u003d 12+ 2 × 16 \u003d 12 + 32 \u003d 44 g / mol; M(H 2 O) \u003d 2 × Ar (H) + Ar (O) \u003d 2 × 1 + 16 \u003d 2 + 16 \u003d 18 g / mol. m(C) = ×12 = 9 g; m(H) \u003d 2 × 13,5 / 18 × 1 \u003d 1,5 g. m(O) \u003d m (C x H y O z) - m (C) - m (H) \u003d 10.5 - 9 - 1.5 \u003d 0 g. Definamos la fórmula química del compuesto: 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. Esto significa que la fórmula más simple del compuesto es CH 2, y su masa molar es de 14 g/mol. El valor de la masa molar de una sustancia orgánica se puede determinar utilizando su densidad en el aire: Msustancia = M(aire) × D(aire) ; Sustancia M \u003d 29 × 2.9 \u003d 84 g / mol. Para encontrar la fórmula verdadera de un compuesto orgánico, encontramos la relación de las masas molares obtenidas: Sustancia M / M (CH 2) \u003d 84 / 14 \u003d 6. Esto significa que los índices de los átomos de carbono e hidrógeno deberían ser 6 veces más altos, es decir la fórmula de la sustancia se verá como C 6 H 12. |
| Responder | Fórmula molecular de la sustancia C 6 H 12 |
Ahora conozcamos brevemente la estructura de las moléculas, es decir, las partículas en las que se combinan varios átomos. Básicamente, hay dos formas de formar moléculas a partir de átomos.
El primero de estos métodos se basa en la aparición de una partícula cargada eléctricamente a partir de un átomo neutro. Ya hemos indicado anteriormente que el átomo es neutro, es decir, el número de cargas positivas en su núcleo (el número de protones) se equilibra con el número de cargas negativas, es decir, el número de electrones que giran alrededor del núcleo.
Si por alguna razón un átomo pierde uno o más electrones, entonces en su núcleo hay un exceso de cargas positivas que no están balanceadas con electrones cargados negativamente, y tal átomo se convierte en una partícula cargada positivamente.
Estas partículas cargadas eléctricamente se llaman iones. Contribuyen a la formación de moléculas a partir de átomos.
El estudio de las propiedades de varios elementos químicos muestra que, en todos los casos, los más estables son aquellos en los que la órbita electrónica externa está completamente llena o contiene la cantidad más estable de electrones: 8.
Esto está brillantemente confirmado por la tabla periódica, donde los elementos más inertes (es decir, estables y que no entran en reacciones químicas con otras sustancias) se encuentran en el grupo cero.
Estos son, en primer lugar, el helio, que tiene una órbita ocupada por dos electrones, y los gases neón, argón, criptón, xenón y radón, que tienen ocho electrones en la órbita exterior.
Por el contrario, si la órbita exterior de los átomos tiene sólo uno o dos electrones, entonces dichos átomos tienden a ceder estos electrones a otros átomos, que en la órbita exterior carecen de 1-2 electrones hasta el número ocho. Dichos átomos son los más activos para interactuar entre sí.
Toma por ejemplo molécula de sal, llamado en química cloruro de sodio y formado, como su nombre lo indica, a partir de átomos de sodio y cloro. El átomo de sodio tiene un electrón en su órbita exterior y el átomo de cloro tiene siete electrones.
Si estos dos átomos se acercan, entonces un electrón de sodio, ubicado en la órbita exterior y débilmente "unido" a su átomo, puede desprenderse de él y dirigirse al átomo de cloro, en el que será el octavo electrón en el órbita exterior (Fig. 4,a).
Como resultado de esta transición, se forman dos iones: un ion de sodio positivo y un ion de cloro negativo (Fig. 4b), que se atraen entre sí y forman una molécula de cloruro de sodio, que se puede representar como dos bolas unidas por un resorte (Fig. 4c) .
La segunda forma de formar moléculas a partir de átomos es que cuando dos o más átomos se acercan entre sí, los electrones ubicados en estos átomos en órbitas externas se reorganizan de tal manera que se asocian con dos o más átomos. Los electrones ubicados en las órbitas internas siguen estando asociados únicamente a este átomo.
En este caso, nuevamente, existe el deseo de formar las órbitas más estables de ocho electrones.
Demos algunos ejemplos de tales moléculas.
Tomemos una molécula de dióxido de carbono, que consta de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno. Durante la formación de esta molécula se produce el siguiente reordenamiento de los electrones de las órbitas exteriores de estos átomos (Fig. 5)
El átomo de carbono deja dos electrones en su órbita interna unidos a su núcleo, y los cuatro electrones en su órbita externa son repartidos por dos electrones a cada átomo de oxígeno, que a su vez cada uno dona dos electrones para el enlace común del átomo de carbono.
Por lo tanto, dos pares de electrones participan mutuamente en cada enlace carbono-oxígeno, como resultado de lo cual cada uno de los tres átomos de dicha molécula tiene una órbita exterior estable, a lo largo de la cual giran ocho electrones.
Hay, como saben, moléculas formadas no sólo a partir de diferentes elementos, sino también a partir de átomos idénticos.
La formación de tales moléculas también se explica por el deseo de un número ocho veces más estable de electrones en la órbita exterior.
Entonces, por ejemplo, un átomo de oxígeno, que tiene dos electrones en la órbita interna y seis electrones en la órbita externa, carece de dos electrones para formar un entorno de ocho dimensiones.
Por lo tanto, estos átomos están conectados en pares, formando una molécula de oxígeno O 2, en la que se generalizan dos electrones de cada átomo, después de lo cual ocho electrones rotarán alrededor de ellos en la órbita exterior.
Cuando las moléculas se forman de acuerdo con el segundo método, cuando hay un intercambio de electrones entre los átomos, los centros de los átomos deben estar más cerca que de acuerdo con el primer método, cuando solo ocurre la atracción mutua de iones con carga opuesta.
Por lo tanto, si en el primer método uno puede imaginar una molécula de este tipo en forma de dos bolas de iones en contacto (Fig. 4, c), que no cambian su tamaño y forma, entonces en el segundo método, los átomos esféricos parecen ser aplanado
Los métodos modernos para estudiar la estructura de las sustancias permiten no solo saber en qué átomos consisten varias moléculas, sino también cómo se organizan los átomos en las moléculas, es decir, la estructura de estas moléculas hasta las distancias entre los núcleos de los átomos que componen las moléculas.
En la fig. La Figura 6 muestra las estructuras de las moléculas de oxígeno y dióxido de carbono, así como la disposición de los núcleos atómicos en estas moléculas, indicando las distancias internucleares en angstroms.
Una molécula de oxígeno, que consta de dos átomos, tiene la forma de dos bolas comprimidas con una distancia entre los núcleos de los átomos de 1,20 A. Una molécula de dióxido de carbono, que consta de tres átomos, tiene una forma rectilínea con un átomo de carbono en el medio y dos átomos de oxígeno ubicados a ambos lados en línea recta con distancias internucleares de 1.15 A.
Arroz. 6. Estructuras de las moléculas: a - disposición de los átomos; b - disposición de los núcleos atómicos; 1 - molécula de oxígeno O 2; 2 - una molécula de dióxido de carbono CO 2.
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Estados Unidos, cuyas palabras cita el servicio de prensa de esta institución científica. Los científicos llamaron la atención sobre el hecho de que la absorción de las plantas dióxido de carbono gas y la evaporación del agua de la superficie de sus hojas se produce a través de los mismos poros, llamados estomas. Esto es... demasiado CO2 en el aire, las hojas del estoma se estrechan, probablemente para limitar la cantidad de entrada dióxido de carbono gas utilizado por las plantas para el crecimiento. Esto conduce a una ralentización de la evaporación y a una disminución de la eficacia del "natural...
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Y concluyeron que resulta que los hombres anualmente “tiran” dos toneladas a la atmósfera. dióxido de carbono gas más que mujeres. Los investigadores explican esto por el hecho de que los hombres usan un automóvil con más frecuencia y, en consecuencia ... las diferencias de género, los autores del estudio sugieren, por lo tanto, una forma ligeramente diferente de determinar las fuentes. dióxido de carbono gas(uno de gases que inciden en el calentamiento global) y, en particular, hábitos de consumo e ingresos que no se tienen en cuenta en el oficial...
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En formaciones geológicas carboníferas en Luisiana. Los investigadores encontraron que las bacterias generalizadas que usan carbónico gas y el carbón como alimento, en presencia de agua, además pueden procesar CO2 y liberar metano en... investigadores, para que este proceso funcione, microorganismos que procesan CO2 en metano, además de dióxido de carbono gas y el carbón necesitan nutrientes adicionales: hidrógeno, sales de ácido acético y, lo que es más importante, ...
Pero si las moléculas de los mismos átomos difieren tanto, ¡qué variedad debe haber entre las moléculas de diferentes átomos! Miremos nuevamente en el aire, ¿tal vez encontremos esas moléculas allí también? ¡Por supuesto que lo haremos!
¿Sabes qué moléculas exhalas en el aire? (Por supuesto, no solo usted, todas las personas y todos los animales). Moléculas de su viejo amigo: ¡dióxido de carbono! Las burbujas de dióxido de carbono hormiguean agradablemente en la lengua cuando bebe agua con gas o limonada. Los pedazos de hielo seco que se colocan en cajas de helado también están hechos de tales moléculas; El hielo seco es dióxido de carbono sólido.
En una molécula de dióxido de carbono, dos átomos de oxígeno están unidos por lados opuestos a un átomo de carbono. "Carbono" significa "el que da a luz al carbón". Pero el carbono da a luz a algo más que carbón. Cuando dibuja con un lápiz simple, quedan pequeñas escamas de grafito en el papel, que también consisten en átomos de carbono. El diamante y el hollín común están "hechos" de ellos. Nuevamente los mismos átomos, ¡y sustancias completamente diferentes!
Cuando los átomos de carbono se combinan no solo entre sí, sino también con átomos "extraños", ¡entonces nacen tantas sustancias diferentes que es difícil contarlas! Especialmente, muchas sustancias nacen cuando los átomos de carbono se combinan con átomos del gas más liviano del mundo: hidrógeno.Todas estas sustancias reciben un nombre común: hidrocarburos, pero cada hidrocarburo tiene su propio nombre.
El más simple de los hidrocarburos se menciona en los versos que conoces: "Pero tenemos gas en nuestro apartamento, ¡esto es todo!" El nombre del gas que se quema en la cocina es metano. La molécula de metano tiene un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno. En la llama de un quemador de cocina, las moléculas de metano se destruyen, un átomo de carbono se combina con dos átomos de oxígeno y se obtiene la ya familiar molécula de dióxido de carbono. Los átomos de hidrógeno también se combinan con los átomos de oxígeno y, como resultado, ¡se obtienen moléculas de la sustancia más importante y necesaria del mundo!
Las moléculas de esta sustancia también están en el aire, hay muchas allí. Por cierto, hasta cierto punto también estás involucrado en esto, porque exhalas estas moléculas en el aire junto con las moléculas de dióxido de carbono. ¿Qué es esta sustancia? Si no lo adivinó, respire en el vaso frío, y aquí está frente a usted: ¡agua!
Interesante:
La molécula es tan pequeña que si alineáramos cien millones de moléculas de agua una tras otra, toda esta línea cabría fácilmente entre dos reglas adyacentes en su cuaderno. Pero los científicos aún lograron descubrir cómo se ve una molécula de agua. Aquí está su retrato. Cierto, ¡parece la cabeza de un cachorro de oso Winnie the Pooh! ¡Mira cómo aguzaste las orejas! Por supuesto, estos no son oídos, sino dos átomos de hidrógeno unidos a la "cabeza": el átomo de oxígeno. Pero las bromas son bromas, pero en realidad, ¿estas "orejas en la parte superior" tienen algo que ver con las extraordinarias propiedades del agua?
