Enkele afspraken... Grootheden; Ter aanvulling; Nog dit. Grootheden. Grootheid Symbool Eenheid en/of getalwaarde

Transcriptie

1 Enkele afspraken... Grootheden; Ter aanvulling; Nog dit Grootheden Voor de volgende veelgebruikte grootheden worden de onderstaande symbolen en (samengestelde) eenheden gebruikt: Grootheid Symbool Eenheid en/of getalwaarde Relatieve atoommassa (mono-atomig deeltje) Relatieve moleule- of formulemassa (poly-atomig deeltje) A r M r onbenoemd onbenoemd Molaire massa M g mol -1 kg mol -1 in SI-eenheden Getal of onstante van Avogadro N A 6,02 x mol -1 Stofhoeveelheid n mol Volume V m 3 - dm 3 - m 3 - ook nog L - ml - µl Conentratie mol dm -3 - mol L -1 - mmol ml -1 Molaliteit mol kg -1 - molal Molariteit mol dm -3 - mol L -1 - mmol ml -1 ook nog met het symbool M 1

2 Molfratie χ onbenoemd Druk P Pa - kpa - hpa soms mm Hg-druk torr - atm Standaarddruk p = 1,00 x 10 5 Pa = 1 bar Universele gasonstante R 8,314 Pa m 3 mol ,314 kpa dm 3 mol ,314 J mol ,08314 bar dm 3 mol -1-1 Temperatuur T C (thermodynamishe temp.) inetishe energie E k J - kj Potentiële energie E p J - kj Ionisatie-energie I (1) J mol -1 - kj mol -1 Elektronaffiniteit E ea (1) J mol -1 - kj mol -1 Inwendige energie U J - kj Enthalpie H J - kj Entropie S J -1 kj -1 Gibbs vrije energie G J - kj Enthalpieverandering H J - kj Enthalpieverandering bij een hemishe reatie H of r H J mol -1 - kj mol -1 keer dat de opgegeven reatie wordt uitgevoerd 2

3 Gemiddelde bindingsenthalpie D (2) J mol -1 - kj mol -1 Roosterenergie Standaardvormingswarmte R H J mol -1 - kj mol -1 J mol-1 - kj mol -1 f H Elektrishe potentiaal E V - mv Celspanning E el V - mv Faraday F 1 F = C mol -1 Evenwihtsonstante onbenoemd (3) Nota s: (1) Als symbool voor ionisatie-energie wordt hier I gebruikt waarbij de waarden gegeven zijn in kj mol -1, zoals in vele handboeken algemene hemie. Ionisatie-energieën zijn in feite U-waarden geldig bij T = 0. Om ionisatie-energieën te gebruiken in een thermodynamishe ylus in ombinatie met enthalpieveranderingen van andere stappen in deze ylus, zouden deze U-waarden moeten omgerekend worden naar H-waarden geldig bij T = 298. Dit kan met de formule H 298 = U 0 + 5/2 R*298. Een bedrag van 6,20 kj mol -1 moet dan bijgeteld worden bij de U 0 -waarde. Dit bedrag is ehter klein t.o.v. de U 0 -waarde zelf, waardoor hier gewoonlijk slehts rekening mee wordt gehouden bij het meer preieze rekenwerk. Hetzelfde geldt voor de elektronaffiniteit waarvoor hier het symbool E ea wordt gebruikt. De elektronaffiniteit van individuele atomen wordt uitgedrukt in ev. Hierbij zijn de E ea -waarden positief indien het anion een lagere inwendige energie heeft dan het neutrale atoom. In de meeste handboeken algemene hemie worden elektronaffiniteiten gegeven in kj mol -1, waarbij de waarden een negatief teken hebben als het proes van elektronopname exotherm is. Daarenboven zijn de waarden opnieuw U 0 -waarden en moeten ze in feite omgerekend worden naar H 298 -waarden voor gebruik in thermodynamishe enthalpieyli. In vele enthalpieyli komen ionisatie- en elektronopnamestappen in de gasfase ehter samen voor, zodat de orretietermen 5/2 R*298 elkaar geheel of gedeeltelijk opheffen. Om al deze redenen wordt er hier in de oefeningen gewerkt met de waarden voor ionisatie-energieën en elektronaffiniteiten in kj mol -1 die u kunt vinden in uw handboek algemene hemie. leine vershillen tussen de 3

4 getabelleerde waarden in uw handboek en waarden gebruikt in de oefeningen hier zullen het eindresultaat slehts weinig beïnvloeden. (2) In vele handboeken algemene hemie spreekt men over bindingsenergieën, terwijl de getabelleerde waarden in feite bindingsenthalpieën zijn. Het symbool dat hiervoor gebruikt wordt, varieert van handboek tot handboek. Voor ovalente bindingen zoals C-C, C-O of C-N, zijn de bindingsenergieën gemiddelde waarden en kan men spreken van de gemiddelde bindingsenergie van de C-C-, C-O- of C-N-binding. Hiervoor wordt soms het symbool D gebruikt. De waarden voor de bindingsenergieën in diatomige moleulen zoals diwaterstof, dihloor of distikstof zijn uiteraard geen gemiddelde waarden. Daarom wordt er in bepaalde handboeken voor de bindingsenergie in diatomige moleulen het symbool D gebruikt. In de oefeningen hier zal dit ondersheid in het symbool niet gemaakt worden en zal steeds D gebruikt worden, waardoor verwezen wordt naar de dissoiatie van de betrokken ovalente binding. De D-waarden zijn gegeven in kj mol -1 en zijn positief. Als u hier meer over wil weten, kijk dan in Inorgani Chemistry van J.E. Huheey en o, 4 de editie, HarperCollins- CollegePublishers, in Chemistry van C.E. Houseroft en E.C. Constable, 3 de editie, Pearson Prentie Hall, of in Physial Chemistry van P. Atkins en J. de Paula, 7 de editie, Oxford Press. Gebruik bond strength als zoekterm. Opnieuw zullen kleine vershillen tussen de getabelleerde waarden in uw handboek algemene hemie en de hier gebruikte waarden het eindresultaat van een oefening slehts weinig beïnvloeden. (3) De -waarde van een evenwihtsreatie bij een temperatuur T is onbenoemd en gelijk aan e rg RT met r G de Gibbs vrije-energieverandering bij temperatuur T voor 100% omzetting van de genoteerde evenwihtsreatie van links naar rehts onder standaardondities. We nemen als typevoorbeeld voor de verdere disussie de reatie aa + bb C. Als ingevoerd wordt in de evenwihtsuitdrukking voor deze reatie, dan komt er in het rehterlid van de evenwihtsuitdrukking een quotiënt te staan van ativiteiten (zie thermodynamia, zie fysishe hemie): ( ac ) a ( a ) ( a ) = (1) A B b De ativiteit a i van een omponent i in het evenwihtsmengsel is gelijk aan: 4

5 i γ i ai= met [i] de onentratie van omponent i in een oplossing; of gelijk aan: a i p i γ i = met p i de partieeldruk van omponent i in een gasmengsel. p Hierbij is de referentie- of standaardonentratie (= 1 mol dm -3 ) en p de referentie- of standaarddruk (= 1 bar) (zie thermodynamia). γ i is de ativiteitsoëffiiënt van omponent i. De ativiteitsoëffiiënt γ i is dimensieloos en gelijk aan 1 in het geval van ideale oplossingen of ideale gasmengsels. In alle opgaven hier wordt verondersteld dat de oplossingen of gasmengsels ideaal zijn. De ativiteit van een omponent als een verhouding van 2 onentraties of als een verhouding van 2 drukken is dus dimensieloos. Bij een ideale oplossing kan de evenwihtsuitdrukking (1) hershreven worden als: ( ) = a+b- C a A B b waarbij de getalwaarde van ( ) a+b- gelijk is aan 1 en zijn dimensie (mol dm -3 ) a+b- is. Bij een ideaal gasmengsel kan de evenwihtsuitdrukking (1) hershreven worden als: p a+b- C = ( p ) waarbij de getalwaarde van ( ) a+b- p a A p b B p gelijk is aan 1 en zijn dimensie (bar) a+b- is. Het is ehter in de meeste handboeken algemene hemie niet gebruikelijk de referentiefator ( ) a+b- of ( ) a+b- p op te nemen in de evenwihtsuitdrukking, noh systematish te werken met ativiteiten. In de plaats daarvan noteert men als evenwihtsuitdrukking 5

6 C = a b A B of pc a b A B = p p en worden de waarden voor de onentraties of partieeldrukken van de betrokken omponenten als dimensieloze getallen ingevoerd. Op deze manier blijft de evenwihtsuitdrukking dimensieloos. Deze werkwijze zal ook hier toegepast worden. Ook noteren we nog: C = A B a b of pc p = a b p A pb Voor evenwihtssystemen in waterige oplossingen wordt er naargelang het type van evenwihtsreatie een bepaalde subsript toegevoegd aan het -symbool. Zo gebruiken we w voor de eigendissoiatie van water, a voor een zuuronstante, b voor een basiiteitsonstante, h voor een hydrolyseonstante, s voor een oplosbaarheidsprodut en n voor de n de stabiliteitsonstante. De titratieurven in bepaalde oefeningen uit het thema Titraties, neerslag- en omplexvorming zijn berekend met de software HySS2006 van Protoni Software. Deze software is vrij te downloaden. De titratieurven werden verder bewerkt met Exel. De ph-berekeningen van oplossingen van zwakke zuren of zwakke basen werden ook met deze software geontroleerd. Ter aanvulling... Atoommassa (A r ), moleuulmassa of formulemassa (M r ) worden als onbenoemde getallen gegeven. De waarden zijn dus relatief ten opzihte van de massa van preies één twaalfde van de massa van isotoop-12 van koolstof. Moleuulmassa s en formulemassa s worden berekend tot op 2 deimalen, tenzij voor bepaalde oefeningen een grotere nauwkeurigheid nodig is. De massa van 1 mol eenheden of de molaire massa (M) wordt uitgedrukt in gram per mol (g mol -1 ). Volumes worden in L, ml, µl, m 3, dm 3 of m 3 gegeven naargelang de aard van het probleem. U moet vlot kunnen omrekenen. De onentratie wordt uitgedrukt in mol dm -3 of mol L -1 of in mmol ml -1. Als symbool voor deze onentratie-eenheid wordt nog M gebruikt. Gasdruk wordt in bar, in pasal (Pa) of in kilopasal (kpa) uitgedrukt, alhoewel soms ook mm Hg-druk (torr) of (zelden) atmosfeer gebruikt worden. 6

7 In de algemene gaswet voor een ideaal gas wordt systematish de druk in kpa en het volume in dm 3 ingevuld. De getalwaarde van de universele gasonstante is dan 8,314 kpa dm 3 mol De standaarddruk (IUPAC-aanbeveling) is een druk van 1 bar (= 1,00 x 10 5 Pa = 100,0 kpa = 0,987 atm). De thermodynamishe standaardtoestand van een vaste stof of een vloeistof is het zuivere element of de zuivere verbinding onder een druk van 1 bar en bij de beshouwde temperatuur. De temperatuur hoeft dus niet dwingend 25 C te zijn voor een standaardtoestand! De standaardtoestand van een gas is het zuivere gas dat beshouwd wordt als een ideaal gas onder een druk van 1 bar en bij 273,15. Het molaire volume van een perfet gas onder deze omstandigheden (SPT) bedraagt 22,71 dm 3. De temperatuur waarvoor de meeste thermodynamishe gegevens worden gepublieerd zoals vormingswarmten, is 25 C (= 298,15 ). De symbolen voor thermodynamishe grootheden geldig onder de standaarddruk van 1 bar (100 kpa) én bij 298,15 dragen de supersript zonder vermelding van de temperatuur als subsript, bv. f H, S, f G. Voor een temperatuur vershillend van 298,15 wordt deze temperatuur als subsript toegevoegd aan het symbool, bv. G 373. De thermodynamishe data gebruikt in deze oefeningen zijn afkomstig van: (1) NBS tables of hemial thermodynami properties, gepublieerd in J. Phys. and Chem., Referene Data, 11, Supplement 2 (1982); (2) Thermohemial data of organi ompounds, J.B. Pedley, J.D. Naylor and S.P. irby, Chapman & Hall, London (1986). De meeste data zijn online te vinden op: Op de homepage onder Searh Options: ies Formula of Name om een stof op te zoeken; Vink onder <Thermodynami data> gas phase, ondensed phase en phase hange aan om de nodige data te bekomen; Srol door de lijst tot u het gevraagde vindt. f H 7

8 In de gebruikte handboeken algemene hemie of fysishe hemie zijn eveneens lijsten met thermodynamishe data opgenomen voor een toestand bij 25 C en onder een druk van 1 atm of 1 bar. Het vershil in standaarddruk is verwaarloosbaar. Deze data komen ook van hoger vernoemde bronnen. Soms kunnen bepaalde waarden lihtjes afwijken van de waarden die hier bij de oefeningen gebruikt zijn. Enkele voorbeelden van variaties in f H -waarden in kj mol-1 : Stof NIST-waarde Waarden gegeven in enkele handboeken Algemene Chemie Petrui (1) Brown (2) Zumdahl (3) Atkins (4) H 2 O(g) - 241,83-241,8-241, ,82 CO 2 (g) - 393,51-393,5-393,5-393,5-393,51 CH 4 (g) - 74,87-74,81-74, ,81 NO(g) 90,29 90,25 90, ,25 NH 3 (g) - 45,94-46,11-46, ,11 CS 2 (vl) 89,41 89,70 89,70 (1) Petrui et al., General Chemistry, 9 de editie, Pearson Eduation. (2) Brown et al., Chemistry, 10 de editie, Pearson Eduation. (3) Zumdahl et al., 6 de editie, Houghton Mifflin. (4) Atkins et al., 7 de editie, Oxford Press. De vershillen van handboek tot handboek in gepublieerde -waarden zijn zo beperkt dat voor alle opgaven hier de f H thermodynamishe waarden kunnen gebruikt worden die gegeven zijn in het handboek algemene hemie dat u zelf gebruikt. De waarden kunnen zelfs afgerond worden tot op 1 kj mol -1. Denk dus niet dat uw resultaat verkeerd is als een energiebedrag dat u hebt berekend in een bepaalde oefening een beetje afwijkt van het resultaat gegeven in e-chemie. Dezelfde opmerking geldt voor evenwihtsonstanten, standaardredutiepotentialen... 8

9 Nog dit In vergelijkingen met een zekere omplexiteit wordt per grootheid de getalwaarde met zijn dimensie tussen ronde haken geplaatst. Als in een vergelijking voor de duidelijkheid een vermenigvuldigingsteken expliiet gewenst is, wordt een * gebruikt. In getalwaarden voor bv. evenwihtsonstanten wordt het karakter gebruikt. Bv. = 4, Het x -karakter (de letter x) wordt alleen gebruikt om een onbekende voor te stellen in een vergelijking. In vergelijkingen of tekst worden onbekenden zoals x of y niet shuin geplaatst. De symbolen voor grootheden zoals T (de temperatuur), V (het volume)... worden wel shuin geplaatst. In formules waarin een logaritme voorkomt, bv. in de formule van Clausius Clapeyron, wordt bij voorkeur de natuurlijke logaritme genomen. 9