4. Gaser Aggregationstillstånd 4.1 Förbränning ● ● En kemisk reaktion mellan ett ämne och syre. Fullständig förbränning (om syre finns i överskott), t.ex. etanol + syre C2H6OH (l) +3O2 (g) → 3H2O (g) + 2CO2 (g) ● Om det finns för lite syre blir förbränningen ofullständig och giftig kolmonoxid (CO) bildas. 4.2 Gaser ● Den luft vi andas består av: Idealgasmodellen Gasens tryck, p ● Kraft per ytenhet av kärlet. ● Enhet: pascal, Pa (använd N m-2 i beräkningarna) ● Normalt lufttryck: 101,325 kPa Gasens volym, V ● ● En gas fyller alltid helt och hållet ett kärl och gasens volymen är därför alltid samma som kärlets volym. Enhet: m3 (dm3) Gasens temperatur, T ● Enhet: kelvin, K Boyles lag ● PV = k volymen av en gas är omvänt proportionell mot dess tryck. Charles lag ● V = k3 T Volymen av en gas är direkt proportionell mot dess temperatur. Gay-Lussac's lag ● P = k 2T Temperaturen av en gas är direkt proportionell mot dess tryck. Avogadro´s lag ● ● ● Vid samma tryck och temperatur innehåller lika stora volymer av vilken gas som helst samma antal partiklar (=samma substansmängder). Vid normalt tryck och temperatur, NTP (273 K och 101,3 kPa) har en mol gas volymen 22,4 dm3. Molvolymen för en ideal gas vid NTP: 22,41 dm3/mol Gasernas allmänna tillståndsekvation p = gasens tryck V = gasens volym n = gasens substansmängd R = den allmänna gaskonstanten 8,31451 J K-1 mol-1 T = gasens temperatur Läxa ● Läs. s. 84-89 i boken + uppgifterna på utdelade pappret ● (Uppg. 79 s. 94) Ex. Trinitrotoluen (TNT) är ett av de vanligaste sprängämnena. Vid en explosion sönderfaller det till kolmonoxid, väte,kväve och kol enligt: C7H5N3O6 (s) → CO (g) + H2 (g) + N2 (g) + C(s) a) Bestäm koefficienterna för reaktionslikheten. b) Hur många gram TNT exploderade, då det bildades 2,76 liter gasfasprodukter (NTP)? 5. Energiförändringar i kemiska reaktioner 5.1 Reaktioner och energi ● ● I kemiska reaktioner binds eller frigörs det energi. Att bryta bindningar kräver energi, medan energi friges då bindningar bildas. 5.2 Energityper i kemiska reaktioner ● ● ● Då värmeenergi tillförs börjar partiklarna röra sig fortare i slumpmässig riktning. Värme: Den totala mängden energi i en given mängd substans (är beroende av mängden substans). Temperatur: Ett medeltal av de enskilda partiklarnas kinetiska energi ett ämne (är oberoende av mängden substans). Båda bägarna har samma temperatur, men den med 1l innehåller dubbelt så mycket värme jämfört med den med 500 ml. Entalpi, H ● Entalpi: Värmeinnehållet hos en substans “värme inuti”. Entalpiförändring, kJ ● ● Det är omöjligt att mäta den verkliga entalpin hos utgångsämnen och produkter, men däremot kan entalpiförändringen (ΔH) för en reaktion mätas. Förändring i värmeinnehåll mäts med en kalorimeter. 5.4 Reaktionsentalpi, ΔHº (kJ/mol) ● ● Den värme som binds (+) eller frigörs (-) i en kemisk reaktion. Referenstillstånd: 298,15 K och 101,325 kPa 5.4.1 Exoterm reaktion ● Energi frigörs. ● Produkterna är stabilare än reaktanterna. känns varm Exoterma reaktioner: - förbränning - neutralisation Exoterma processer: - stelning (l → s) - kondensation (g → l) - sublimering (g → s) 5.4.2. Endoterm reaktion ● Värme binds. ● Produkterna är mindre stabila än utgångsämnena. Känns kall Endoterma reaktioner: - fotosyntes Endoterma processer: - smältning (s → l) - sublimering (s → g) - förångning (l → g) Läxa ● Läs s. 100-102, 108-109 ● Uppg. 102, 103 s. 139. ● ● Exoterm reaktion: bindningarna i produkterna är starkare än i utgångsämnena (= produkterna har lägre energi och överloppsenergin avges). Endoterm reaktion: bindningarna i utgångsämnena är starkare än i produkterna (= produkterna har högre energi och extra energi måste tillföras). Demo 1 Mg (s) + 2HCl (aq) → Mg2+ (aq)+ 2 Cl- (aq) + H2 (g) Demo 2 NH4NO3 (s) → NH4+ (aq) + NO3- (aq) 5.3 Energin hos byggstenarna i ett ämne Mikro- och makronivå Byggstenarna i ett ämne (atomer, joner, molekyler) ● Egenskaper som kan iakttas och mätas Då man tillför värme ökar partiklarnas rörelseenergi. ● Byggstenarna i ett ämne har: – Potentiell energi lagrad i bindningar (= kemisk energi) – Rörelseenergi (ökar då man tillför värme) Vattnets entalpi ● ● Då is smälter brister endast en del av vätebindningarna mellan vattenmolekylerna. Då vatten förångas brister alla återstående vätebindningar. Att förånga vatten kräver mycket energi = förångningen binder mycket energi (vatten används därför till att släcka bränder. https://www.youtube.com/watch?v=CDTZoFGmZoc http://www.youtube.com/watch?v=PcoiLAsUvq Vattnets aggregationstillståndsentalpi s. 111 En revesibel (omvänd) process är exoterm (-) i ena riktningen och endoterm (+) i andra riktningen. ● Ångbildningsentalpin för vatten är +40.7 kJ/mol (100ºC) och vattnets kondenseringsvärme är då -40.7 kJ/mol. ● Smältentalpin för vatten är + 6.01 kJ/mol (0ºC) och vattnets kristallisationsvärme -6.01 kJ/mol. ● s. 114 ex. 2 ● 5.5 Bildningsentalpi , ΔH Of ● Reaktionsentalpin då 1 mol av en bestämd substans i grundtillstånd bildas från sina grundämnen i grundtillstånd. Ag(s) + ½ Br2(l) → 1 AgBr(s) ∆Hf = -99.5 kJ mol-1 ● Vid bildning av den mest stabila formen av ett grudämne är bildningsentalpin noll. O2 (g) → O2 (g) ∆HfƟ = 0 kJ mol-1 Beräkning av reaktionsentalpi med hjälp av bildningsentalpi ● ● Om man känner till utgångssubstansernas och produkternas bildningsentalpier kan man beräkna reaktionsentalpin för vilken reaktion som helst. Ex. Beräkna reaktionsentalpin för förbränning av metan: 5.6 Bindningsenergi (kJ/mol) ● ● Den mängd energi som behövs för att bryta ned 1 mol av en kovalent bindning i gasfas. Ju större bindningsenergi, desto starkare bindning. H2 (g) → 2H (g) ΔHϴ = + 436 kJ mol-1 Förbränning av metan ● ● Vid förbränning har utgångssubstanserna lägre energi än produkterna. Överloppeenergin friges i form av ljus och värme. Läxa ● s. 140 uppg. 106, 111, 122 ● Läs s. 104-111, 120-121 Hess lag: ● ● Entalpiförändringen i en kemisk reaktion är oberoende av vilka mellansteg reaktionen har. Om en reaktion består av flera mellansteg, är den totala entalpiförändringen lika med summan av ΔH för alla enskilda steg. ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 + ΔH4 ΔH1 ΔH2 ΔH4 ΔH3 Läxa ● Läs s. 112-120 ● Uppg. 123, 131 5.8 Reaktionshastighet ● Snabba och långsamma reaktioner ● Reaktionshastighet: - förändring i substansmängd (eller koncentration) hos ett reagerande ämne under en bestämd tid ELLER - förändring i substansmängd (eller koncentration) hos reaktionsprodukter under en bestämd tid H2 (g) + I2 (g) → 2HI (g) Hastighetsfördelningen hos partiklar Aktiveringsenergi, Ea ● Den lägsta kinetiska energi som utgånssubstanserna i en reaktion måste ha för att en kemisk reaktion skall kunna ske. Övergångstillstånd: ett instabilt momentant tillstånd där gamla bindningar är delvis upplösta och nya bindningar håller på att bildas. Kollisionsteori ● För att en reaktion skall kunna måste partiklarna: – kollidera med varandra i lämplig riktning – ha högre energi än aktiveringsenergin då de kolliderar Temperaturens inverkan på reaktionshastigheten ● Då partiklar (i gas, vätska eller fast form) upphettas: - rör de sig snabbare och kolliderar oftare - en större andel av de kolliderande partiklarna har tillräcklig kinetisk energi för att åstadkomma en reaktion. Koncentration ● Antalet kollisioner mellan byggstenar tilltar då koncentrationen i en reaktionsblandning ökar. Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 Tryck ● Ifall en eller flera av reaktanterna är gaser, tvingar ett högre tryck partiklarna närmare varandra (=”koncentrationen” ökar). Partikelstorlek ● ● Ifall utgångsämnet är fast sker reaktionen på ytan. Reaktionshastigheten är snabbare för ett finfördelat ämne. CaCO3 (s) + 2HCl (aq) → CaCl2 + H2O (l) + CO2 (g) Katalysator ● En katalysator är ett ämne som försnabbar en kemisk reaktion utan att själv förbrukas i reaktionen. Läxa ● Läs s. 130-138 ● s.145 uppg. 135 ● s.146 uppg. 138 Till provförberedelsen 27.3 kl 13.45-15 ● Gör alla uppgifter på de utdelade uppgiftspappren: - KE03 Övningsuppgifter Kap3 - PROV I KE03 31.03.2014 (förra årets kursprov) - Studentexamensuppgifter 20.3.2015 uppg.2,7,8 c) och d) Till provet 30.3.2015 ● Läs boken kap. 1-5 (inte blåa rutorna och endast det vi gått igenom under lektionerna) ● Anteckningarna (s.1-15) ● + Utdelade uppgiftspapper Provet består av: ● En definitionsuppgift ● Reaktionsformler a) balansera b) hur många gram produkt bildas c) begränsande reagens d) utbyte ● ● ● PV = nRT Hur stor volym gas bildas Organiska reaktionstyper (Rita strukturformler för reaktanter ELLER produkter) Beräkna reaktionsentalpin m.h.a a) bindningsenergier b) bildningsentalpier ● Addera ihop reaktionslikheter och reaktionsentalpier ● Entalpidiagram