1. Wyjaśnij pojęcia

a- katalizator : Substancja powodująca wzrost szybkości reakcji chemicznej

b/ reakcja egzoenergetyczna – reakcja powodująca przepływ energii z układu do otoczenia

c/ anion – jon obdarzony ładunkiem ujemnym

d/ nieelektrolit – substancja nie przewodząca prądu elektrycznegoi nie rozpadająca się na jony w roztworze wodnym

e/ skala pH – jest to miernik kwasowości

3. jakie będzie pH roztworu zawierającego jony wodorotlenkowe o stężeniu10⁻⁹ mol/ dm³

Podaj nazwę lub napisz wzór strukturalny następujących kwasów

a/ kwas azotowy (III) HNO₂

b- kwas jodowodorowy HJ

c- kwas siarkowy (IV)  H₂SO₃

d/ kwas węglowy IV H₂CO₃

_e-

e- kwas fluorowodorowy HF

Wzór	Nazwa systematyczna	Nazwa zwyczajowa
H2SO4	Kwas siarkowy (VI)	Kwas siarkowy
H2SO3	Kwas siarkowy (IV)	Kwas siarkawy
H2SO2	Kwas siarkowy (II)	Kwas sulfoksylowy
HNO3	Kwas azotowy (V)	Kwas azotowy
HNO2	Kwas azotowy (III)	Kwas azotawy
H3PO4	Kwas fosforowy(V) lub ortofosforowy (V)	Kwas fosforowy lub ortofosforowy
H4P2O7	Kwas dwufosforowy(V) lub pirofosforowy (V)	Kwas dwufosforowy lub pirofosforowy
H2CO3	Kwas węglowy
H2SiO3	Kwas metakrzemowy	Kwas krzemowy
H4SiO4	Kwas ortokrzemowy
H2BO3	Kwas borowy lub Kwas ortoborowy
HClO	kwas chlorowy (I)	[Kwas podchlorawy]
HClO2	kwas chlorowy (III)	[Kwas chlorawy]
HClO3	kwas chlorowy (V)	Kwas chlorowy
HClO4	kwas chlorowy (VII)	[Kwas nadchlorowy]

Podaj nazwę jonów lub napisz ich wzór

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNEJ

Szybkość reakcji .chemicznej .- ilość przekształconego substratu lub powstającego produktu w jednostce czasu i w określonej przestrzeni reakcyjnej.

Czynniki wpływające na szybkość reakcji to: 
a) temperatura – s.r. ze wzrostem temp. Rośnie wykładniczo.
b)stężenie – s.r. rośnie ze wzrostem stężenia przynajmniej jednego substratu.
c)powierzchnia międzyfazowa w reakcjach heterofazowych – im większa powierzchnia styku substratów tym większa jest szybkość reakcji.
d)inne czynniki – światło, rodzaj rozpuszczalnika, ciśnienie, katalizatory, inhibitory.

Katalizator – substancja zwiększająca szybkość reakcji, inhibitor zmniejsza szybkość reakcji.

Katalizator homogeniczny – katalizator występuje w tej samej fazie co substraty (ma przyspieszać proces).

Katalizator heterogeniczny – katalizator występuje w innej fazie niż substraty. 

Autokataliza – szczególny przypadek katalizy, gdzie produkty reakcji katalizują proces.
Reguła przekory( Le Chateliera i Brauna) - jeżeli stan równowagi zostanie zakłócony, to w układzie rozpocznie się taka przemiana, która będzie przeciwdziałać zakłóceniom, prowadząc do ponownego osiągnięcia stanu równowagi.

pH

Rozwiązując problemy związane z pH roztworu elektrolitu należy mieć na względzie przede wszystkim dwie sprawy:. 

Po pierwsze należy pamiętać, że roztwór obojętny to taki, który zawiera równe stężenia jonów wodorowych (hydroniowych) i wodorotlenowych. Ponieważ najczęściej rozpatrywane roztwory to roztwory wodne w temperaturze 25°C, przyzwyczailiśmy się uważać, że roztwór obojętny ma pH=7, bo tak jest w tym najczęściej spotykanym przypadku. Nie należy jednak nigdy zapominać, że prawdziwym wyznacznikiem obojętności roztworu jest wspomniana równość ilości jonów H⁺ i OH^-. 

Drugi pewnik to iloczyn jonowy wody. Ponieważ iloczyn ten ma stałą wartość w stałej temperaturze (10^-14  w temp. 25°C), zatem zmiana stężenia jonu hydroniowego (np. przez dodanie do roztworu pewnej ilości silnego kwasu) automatycznie powoduje odpowiednią zmianę w roztworze (w tym przypadku spadek stężenia jonów hydroksylowych), tak by iloczyn ich nowych stężeń znów dał stałą wartość 10^-14. W roztworach wodnych o innej temperaturze niż 25°C wartość ta będzie nieco większa (w wyższych temperaturach) lub nieco mniejsza (w temperaturach niższych).

Jeżeli przyjmiemy, że iloczyn jonowy wody wynosi 10^-14 (nie zapominając jednak o poczynionych wyżej zastrzeżeniach), możemy bez trudu wyznaczyć stężenie jonów wodorotlenowych w danym roztworze, znając wartość stężenia jonów wodorowych i vice versa. Dla celów praktycznych pH najczęściej obliczamy korzystając z klasycznej definicji Sørensena, prawdziwej dla niezbyt stężonych roztworów (a z takimi najczęściej mamy do czynienia):

pH = -log [H⁺]

stężenie jonów wodorowych wyrażamy w jednostkach stężenia molowego. Do obliczenia stężenia jonów wodorowych na podstawie wartości pH i odwrotnie potrzebować najczęściej będziemy kalkulatora z możliwością przeliczania logarytmów. W wielu jednak przypadkach wystarczy nam podstawowa znajomość właściwości logarytmów dziesiętnych:

log 1 = 0 
log 10 = 1 
log 10ⁿ = n  

(w przypadku pH n najczęściej będzie ujemne, dlatego wprowadziliśmy w definicji pH wartość minus przed logarytmem, by wartości pH były liczbami dodatnimi. Prowadzi to czasem do nieporozumień, bo wyższe  stężenie jonów wodorowych to niższa liczbowo wartość pH. Bardziej kwaśny jest roztwór o pH=1 - stężenie 0,1 mol/l, niż roztwór o pH=3 - stężenie 0,001 mol/l).

Rozwiązując zadania dotyczące obliczania pH należy, jak już wspomnieliśmy, pamiętać również o iloczynie jonowym wody - szczególnie wtedy gdy np. rozcieńczając roztwór kwaśny zbliżamy się do pH = 7. W przypadku stężeń kwasów i zasad bliskich wartości 10^-7 mol/l (a więc pH bliskiego 7) woda staje się dodatkowym kwasem (bo odłącza H⁺) lub zasadą (bo odłącza OH^-) wpływającą na sumaryczne stężenie jonów wodorowych w roztworze. Jej wpływ występuje również w przypadku wyższych stężeń roztworu, wtedy jednak jest tak nikły w porównaniu ze stężeniem roztworu, że praktycznie nie wpływa na jego pH, i proces dysocjacji wody w obliczeniach można pominąć.

W życiu codziennym, szczególnie zaś w interesującej nas dziedzinie kosmetyki, pojawiają się określenia "współczynnik pH" w odniesieniu do układów niejednorodnych, nie zdefiniowanych, takich jak: skóra, jama ustna, szampon, krem itp. Pamiętając, że współczynnik pH to pochodna stężenia - a więc odnosi się wyłącznie do roztworów, tak więc mówienie o pH skóry czy kremu jest pewnym nadużyciem. Trzeba jednak przyznać, że choć takie używanie współczynnika pH nie jest zgodne z jego zdefiniowaną wartością, to dla celów czysto praktycznych jest dość wygodne i zapewne dlatego pojawił się w reklamach i opisach kosmetyków. Dla każdego, nawet nie mającego pojęcia o chemii, zestawienie: skóra ma pH 5,5 i krem czy szampon ma pH 5,5 będzie się kojarzyć pozytywnie, jako pożądana zgodność. 
O ile stosowanie takiego nieprecyzyjnego określenia w reklamie możemy jeszcze tolerować, o tyle w opisach kosmetyków, technologii, kontroli jakości już nie. W tych przypadkach należy dokładnie określić co rozumiemy i jak mamy mierzyć pH skóry, szamponu czy kremu. Może to być pomiar bezpośredni np. kremu jako emulsji O/W - oznaczać będzie wówczas pH wodnej fazy ciągłej emulsji, lub może oznaczać pH fazy rozproszonej w układach W/O lub pH wodnego ekstraktu (wówczas trzeba dokładnie podać przepis jego przygotowania). W przypadku skóry może oznaczać pH warstewki potu na skórze (też ważne w jakich warunkach mierzone i w jakim stanie fizjologii), pH roztworu powstałego przez zwilżenie skóry wodą lub pH roztworu powstałego przez spłukanie skóry wodą - wtedy ważna będzie wielkość opłukanej powierzchni i ilość wody do tego użyta. Natomiast jest dla nas oczywistym, że określenie "pH skóry" to olbrzymi skrót myślowy, i bez bliższego sformułowania o co w nim chodzi nie ma żadnej wartości naukowej technicznej czy analitycznej. 

A.  Jakie jest pH treści żołądka, jeżeli na zmiareczkowanie (zobojętnienie) 10 ml tej treści zużyto  2,5 ml 0,001 M roztworu ługu sodowego ?

Rozwiązanie:
0,001 M roztwór NaOH zawiera w 1000 ml 0,001 mola NaOH, zatem w 2,5 ml będzie zawierał:

(0,001/1000)·2,5 = 2,5·10^-6 mola. 

Oznacza to, że taka sama ilość jonów wodorowych była zawarta w 10 ml treści żołądkowej. Zatem w 1000 ml tej treści zawartość jonów wodorowych wynosi 100 razy więcej, tzn. 2,5·10^-4 mola. Jest to jednocześnie wartość stężenia molowego jonów H⁺ w badanej treści żołądkowej. Zatem pH badanej próbki wynosi lg( 2,5·10^-4)=3,6
Bez dokładnego wyznaczania wartości logarytmu można oszacować wartość pH płynu żołądkowego - ponieważ wartość liczby logarytmowanej (2,5·10^-4) jest zawarta w przedziale <10^-3 ;10^-4> to wartość logarytmu dziesiętnego wzięta z odwrotnym znakiem będzie zawarta w przedziale <3;4>

B.  Jakie będzie pH roztworu kwasu solnego powstałego przez 100-krotne rozcieńczenie roztworu o stężeniu HCl równym 10^-5 ?

Rozwiązanie:

Przy mechanicznym podejściu do problemu można stwierdzić, że stężenie po 100-krotnym rozcieńczeniu będzie 100-krotnie niższe, czyli wyniesie 10^-5/100 = 10^-7. W praktyce oznaczałoby to, że kwas po rozcieńczeniu daje nam obojętny roztwór kwasu solnego!! To ta pułapka, na którą zwracałem uwagę powyżej - nie uwzględniliśmy dysocjacji wody i jej iloczynu jonowego.

Spójrzmy na problem nieco szerzej. W roztworze, uwzględniając dysocjację wody, będą znajdować się aniony hydroksylowe (o stężeniu x) oraz aniony chlorkowe (o stężeniu takim jak kwasu solnego tzn. 10^-7). W roztworze musi być dokładnie tyle samo dodatnich ładunków kationów co ujemnych ładunków anionów. Anionów mamy (10^-7 + x), zatem tyle samo jest jonów wodorowych (bo tylko takie kationy są w naszym roztworze). Jednocześnie iloczyn stężeń jonów wodorowych i wodorotlenowych musi wynosić 10^-14 (iloczyn jonowy wody). Możemy zatem napisać:

[H⁺][OH^-]=(10^-7 + x)·x
[H⁺][OH^-] = 10^-14

zatem:  (10^-7 + x)·x = 10^-14

co po rozwinięciu daje:  x² + 10^-7x - 10^-14  = 0             czyli równanie kwadratowe, gdzie niewiadoma x to stężenie jonów wodorotlenowych. Zatem stężenie jonów wodorowych wyniesie 10^-14/x, a  pH = -lg (10^-14/x).

Zatem należy teraz tylko rozwiązać równanie kwadratowe:

Δ = b² - 4ac = (10^-7)² - 4(- 10^-14) = 10^-14 + 4·10^-14 = 5·10^-14

z obliczenia drugiego pierwiastka równania rezygnujemy, bo miałby on wartość ujemną, co nie ma sensu fizycznego (stężenie nie może być ujemne).

pH = -lg (10^-14/0,618·10^-7) = -(lg 1,6·10^-7) = 6,8

Zgodnie z naszymi przewidywaniami roztwór jest już bardzo słabo kwaśny, ale nie obojętny!!.

Obliczenia chemiczne

 W zasadzie trudno powiedzieć,  że istnieje coś takiego jak specyfika obliczeń chemicznych. Wszelkie obliczenia dotyczące zjawisk chemicznych mają taką samą naturę jak wszelkie pozostałe i należą do matematyki i rachunków a nie do chemii. Istnieje jednak parę szczególnie często dokonywanych obliczeń, które mamy zazwyczaj na myśli mówiąc o obliczeniach chemicznych. Dotyczą one głównie obliczeń związanych ze stężeniami roztworów, ilościowym przebiegiem reakcji chemicznych czy składem pierwiastkowym substancji. Do obliczeń tych wystarczy oczywiście odrobina wiedzy chemicznej i inteligencji, a podane dalej zasady i sposoby maja jedynie ułatwić wykonywanie tych najpopularniejszych działań rachunkowych w chemii. 

Do sprawnego dokonywania obliczeń chemicznych, prócz tej podstawowej wiedzy matematyczno-rachunkowej, potrzebna jest też odpowiednia ilość wiadomości czysto chemicznych (np. o przebiegu danej reakcji) jak i dobra znajomość praw i definicji - szczególnie tych, dotyczących stężeń, rozpuszczalności, elektrolitów, szybkości reakcji itp.

Ponieważ większość obliczeń można przeprowadzić w różny sposób - czasem rzeczą dość istotną jest umiejętność przeprowadzenia ich w sposób jak najkrótszy. Z jednej strony pozwala to zmniejszyć prawdopodobieństwo pomyłki (im mniej operacji tym łatwiej zapanować nad całością), z drugiej zaś oszczędza czas - co przy obliczeniach często wykonywanych jest nie bez znaczenia. Dobrym przykładem (wartym od razu zapamiętania) jest obliczanie stężeń w trakcie rozcieńczania. Rozpatrzmy następujący przykład:

Jak z roztworu o stężeniu 0,125 mol/l otrzymać 25 ml roztworu o stężeniu 0,025 mol/l.

Sposób klasyczny:

roztwór o stężeniu 0,025 mola/l zawiera 0,025 mola w 1000 ml, zatem w 25 ml musi zawierać:

(0,025/1000)·25 = 0,000625 mola

wyjściowy roztwór ma stężenie  0,125 M, czyli w 1000 ml zawiera 0,125 mola; my potrzebujemy do uzyskania nowego roztworu 0,000625 mola, czyli musimy wziąć z roztworu wyjściowego:

w 1000 ml jest 0,125 mola;   w 1 ml jest zatem 0,125/1000 = 0,000125 mola
my potrzebujemy 0,000625 mola , czyli 0,000625/0,000125 = 5 razy więcej, a więc 5 ml

Należy pobrać 5 ml roztworu wyjściowego i rozcieńczyć rozpuszczalnikiem do objętości 25 ml.

 

 Sposób uproszczony:

korzystamy z prostej, łatwej do zapamiętania zależności  c₁V₁ = c₂V₂ , gdzie c oznacza stężenie roztworu, V - jego objętość a indeksy 1 i 2 oznaczają odpowiednio roztwór wyjściowy i roztwór końcowy. Z zależności tej łatwo wyznaczyć nie tylko V₁ (ile wziąć roztworu wyjściowego - jak w naszym przykładowym zadaniu) ale również każdą z pozostałych wartości. Można zatem jedną zależność wykorzystać do prostego rozwiązywania aż czterech typów problemów związanych z rozcieńczeniami. Proszę również zauważyć, że gdybyśmy nie wiedzieli co oznacza pojęcie stężenie molowe (co nigdy nie ma prawa się zdarzyć!!) to i tak poprawnie rozwiążemy nasz przykładowy problem:

 

Należy pobrać 5 ml roztworu wyjściowego i rozcieńczyć rozpuszczalnikiem do objętości 25 ml.

Ponieważ w praktyce mamy do czynienia najczęściej z "okrągłymi" wartościami stężeń i objętości, w większości przypadków nie będziemy musieli korzystać nawet z kartki i długopisu - wystarczy nam liczenie w pamięci.