HEMIJSKI ZAKONI

OSNOVNI HEMIJSKI ZAKONI

Zakon o odranju mase Zakon stalnih masenih odnosa Zakon umnoenih masenih odnosa Zakon ekvivalentnih masenih odnosa Gej Lisakov zakon zapreminskih odnosa Avogadrov zakon

Zakon o odranju mase

Antoan-Loren de Lavoazje 1743 -1794 otac savremene hemije

Lavoazije uveo u hemiju vagu i druge postupke merenja osniva savremene hemije - Mihail Vasilevi Lomonosov, 1756 - Antoan Lavoazije, 1774

Ukupna masa supstanci koje uestvuju u hemijskoj reakciji ostaje konstantnaUkupna masa reaktanata jednaka je ukupnoj masi produkata reakcije m reaktanata = m produkata

Eksperimentalna potvrda:Hans Landolt, 1908 Roland Etve, 1909 masa reakranata = masa produkata merena je masa reakcione posude pre i posle reakcije Tanost merenja 1 x 107 g 10 g promena mase 1 x 10-6 g

Primer 1:

2H2 + O2 2 H2O 2g + 16g = 18 g 18g = 18g

Primer 2: 4 NH3 + 5 O2228g

=

4.14g + 12.1g + 10.16g

4 .14g +2. 11g + 10.16g

4 NO + 6 H2O228 g

=

Primer 3:CH 4 2O2 CO2 2 H 2O

Nepromenjen odnos masa.

Zakon o ekvivlenciji mase i energijeMasa i energija se ne mogu ouvati odvojeno, ve se moe govoriti samo o ouvanju ukupne mase i energije sistema

Albert Ajntajn 1879 - 1955

- Masa se moe pretvarati u energiju i obrnuto - U svakoj reakciji u kojoj dolazi do promene energije mora doi i do promene mase Ajntajnova jednainom:

E mc

2

Albert Ajntajn (1905)

Kokroft i Valton (1932.) su prvi dokazali ispravnost Ajntajnove jednaine.Primer:sagorevanjem 10 g fosfora oslobadja se 2,4 x 105 J toplote Promena mase je:

E m= 2 = = 2,7 x 10-12 kg c (3 x 109 m/s)2

2,4 x 105 J

Ne moemo meriti promenu mase

Zakon stalnih masenih odnosaElementi se jedine u stalnim masenim odnosima zbog ega je sastav jedinjenja stalan, bez obzira kako je to jedinjenje dobijeno

ozef Prust (1799)

Jedno odreeno hemijsko jedinjenje sadri uvek iste elemente meusobno sjedinjene u istim masenim (teinskim) odnosima.

1 g vodonika + 8 g kiseonika 9 g vode2 g vodonika + 8 g kiseonika 9 g vode 1 g vodonika nije reagovao viak vodonika

11,19 g vodonika + 88,81 g kiseonika 100 g vode

11,19 g vodonika + 100 g kiseonika 100 g vode11,19 g kiseonika u viku

H2O

2:16H:O = 1:87 g gvodja + 4 g sumpora 11 g gvodje(II)-sulfida

Eksperimentalna potvrda: J. S. Stas, 1860 Na 4 naina sintetizovao je AgCl132,843g AgCl 100 g srebra 132,848 g AgCl 132,842 g AgCl 132,849 g AgClGreka: 6g na 100000g srebra eksperimentalna greka

ematski ovaj zakon se moe prikazati na primeru metana, CH4

Bertole protivnik zakona prouavao je legureBertolidi jedinjenja sa nestehiometrijskim sastavom (C. L. Bertholletu)Cela klasa jedinjenja, tzv nestehiometrijska jedinjenja ili Bertolidi su izuzeci od ovog zakona. Kod tih jedinjenja, odnos elemenata se kree u odreenim granicama. Primer:

idealna formula gvoe oksida je FeO, ali je zbog kristalografskih upljina ona zapravo Fe0,95O.

iste supstance - stalan hemijski sastav

Daltonidi jedinjenja koje imaju stalan hemijski sastav (Johnu Dalton)

Primer: H2O

2 H 2 + O2 2 H 2 O 4 g : 32 g 36 g / :4 1g : 8g 9g

4 grama H2 + 4 grama O2 1 g (H2)..8 g (O2) x g (H2). 4 g (O2) x = 0,5 g (H2) se jedini sa 4 g O2 4 g 0,5 g = 3,5 g (H2) u viku 0,5 g (H2) + 4 g (O2) 4,5 g (H2O)

?

Zakon umnoenih masenih odnosaAko se sjedinjavanjem dva elementa gradi vie jedinjenja, onda razliite mase jednog elementa koje se jedine sa istom masom drugog elementa stoje meusobno u odnosu malih (jednostavnih) celih brojeva.

Don Dalton 1766 1844 1802.

Najei primeri su oksidi

Primer 1 : azot i kiseonik grade 5 oksidaN2O = 28 : 16 = 14 : 8 = 14 :1 x 8 NO = 14 : 16 = 14 : 16 = 14 : 2 x 8 N2O3 = 28 : 48 = 14 : 24 = 14 : 3 x 8 NO2 = 14 : 32 = 14 : 32 = 14 : 4 x 8 N2O5 = 28 : 80 = 14 : 40 = 14 : 5 x 8masa azota stalna masa kiseonika - promenljiva8 : 16 : 24 : 32 : 40 = 1 : 2 : 3 : 4 : 5

Primer 2:H2O = 2 : 16 = 1 : 8 = 1 : 1 x 8 H2O2 = 2 : 32 = 1 : 16 = 1 : 2 x 88 : 16 = 1 : 2

Provera zakona: Berzelius potvrdio ispravnost sa tanou od 1% Stas tanost 0,02% (oksidi ugljenika)1 g ugljenika + 1,3333g kiseonika = CO

1 g ugljenika + 2,6660 g kiseonika = CO2 mkiseonik (CO) : mkiseonik (CO2) = 1 : 1,9996

Zakon ekvivalentnih masaDEFINICJA ZAKONA:Mase dveju supstanci koje reaguju bez ostatka sa jednakom masom neke tree supstance su meusobno ekvivalentne Jeremias Benjamin Richter (1762 1807)

Primer:3 g ugljenika = CH4

1 g vodonika8 g kiseonika = H2O

3 g ugljenika + 8 g kiseonika = 11 g CO2

Primer:

CH412 g C : 4 g H /:4 3gC:1gH

H2O2 g H : 16 g O /:2 1gH: 8gO

12 g C : 32 g O/: 4 3 g C : 8 g O

CO2

Hemijski elementi jedine se medjusobno i jedan drugog zamenjuju u odnosu svojih ekvivalenata

Ekvivalentna masa masa hemijske supstance (elementa ili jedinjenja) koje medjusobno reaguju u potpunosti bez ostatkaEkvivalentna masa - masa elemenata koja se jedini sa jednim mol-atoma vodonika (1,008 g) ili ga zamenjuje u hemijskim reakcijama

ma(H) = 1

H2O 2:16 H:O = 1:8

ekvivalentna masa kiseonikama(O) = 8

Daltonova atomska teorijaPostulati (postavke): 1. Najsitniji deo elementarne supstance je atom atom je nedeljiv.

2. Atomi jedne proste supstance (elementa) imaju iste mase

3. Atomi razliitih elemenata imaju razliita osobine i razliite mase

4. Hemijska jedinjenja nastaju spajanjem atoma odgovarajuih elemenata

U toku hemijske reakcije atomi se samo pregrupisavaju. Oni niti nastaju niti nestaju.

Atomi male esticeNe moemo meriti apsolutnu masu atoma Dalton uveo pojam relativne atomske mase (Ar) (atomska teina)

Ar =

ma ma(H)

GejLisakov zakon zapreminskih odnosaZapremine gasova koji medjusobno reaguju ili nastaju tokom hemijske reakcije stoje u odnosu malih celih brojeva ako su merenja vrena pri istim uslovima pritiska i temperature.

Joseph Louis Gay-Lussac (1778 1850)

Kako je Gej-Lisak doao do ovog zakona?

Odredjivao je zapreminski % kiseonika u vazduhu1 dm3 kiseonika + 2 dm3 vodonika 2 dm3 vodene pare1 : 2 : 2 1 dm3 azota + 1 dm3 kiseonika 2 dm3 azot(II)-oksida 1 : 1 : 2

1 dm3 azota + 2 dm3 kiseonika 2 dm3 azot(IV)-oksida 1 : 2 : 2

1 dm3 kiseonika + 2 dm3 ugljenik(II)-oksida 2 dm3 ugljenik(IV)-oksida 1 : 2 : 2 1 dm3 hlorovodonika + 1 dm3 amonijaka vrst amonijum-hlorid 1 : 1

Bercelijusova hipoteza Jednake zapremine razliitih gasova pri istim uslovima sadre jednak broj atoma Primer:VODONIK + HLOR HLOROVODONIK 1 dm3 + 1 dm3 2 dm3

Gej-Lisak Bercelijus

N atoma + N atoma 2 N estica 1 atom + 1 atom 2 estice

+

Daltonova atomska teorija atom nedeljiv Problem je reio 1811. god. Avogadro

1811. g Avogadro je uveo pojam molekula

Avogadrov hipoteza o molekulima (zakon)Najmanja estica gasa molekul Molekuli gasa = 2 atoma U jednakim zapreminama razliitih gasova pri istim uslovima pritiska i temperature nalazi se isti broj molekula

Amadeo Avogadro (1776 1856)

1 dm3 vodonika + 1 dm3 hlora 2 dm3 hlorovodonikaN molekula vodonika+ N molekula hlora 2 N molekula hlorovodonika 1 molekula vodonika + 1molekula hlora 2 molekula hlorovodonika2 zapremina 1 zapremina 1 zapremina

+vodonik hlor hlorovodonik

1858. god. Stanislao Cannizzaro, molekul kiseonika i molekul vodonika dvoatomni molekuliStanislao Cannizzaro

Avogadrova hipoteza Avogadrov zakon

Avogadrov zakon vai za sve supstance u gasovitom agregatnom stanju

Avogadrov zakon ne vai za plemenite gasove (elemente 18. grupe)najsitnija estica -ATOM

U jednakim zapremina razliitih supstanci u gasovitom stanju pod istim uslovima nalazi se isti broj estica

NA Avogadrov brojNA = 6,023 x 1023

Gej-Lisakov zakon

Avogadrova hipoteza

Moe se odrediti broj atoma u molekulu gasa Ekvivalentna masa ArN

Mr

Mr = Ar,ii

Mr(HCL) = Ar(H) + Ar(Cl) Mr(HCL) = 1.008 + 35.453 = 36.461

Iz Avogadrovog zakona sledi:1. Iz gustine gasa moemo odrediti molekulsku masu gasaD(B) = M(A) M(B)

2. T = 273 K (t = 0oC), p = 101,325 kPa 1 mol gasa Vm = 22,4 dm3 (molarna zapremina gasa)

1 mol = 6,023 x 1023 molekula

1 mol bilo kog gasa pod normalnim uslovima zauzima zapreminu Vm = 22,4 dm3

Vm = Vm = 22,4 dm3 1 mol, T = 273 K, p = 101,325 kPa

Pojam relativne gasne gustine (D)Odnos masa istih zapremina dva razliita gasa pri istim uslovima temperature i pritiska naziva se relativnom gasnom gustinom

D(B) =

m(A) m(B)gas A VA

m(A) = masa gasa Am(B) = masa gasa B

gas B (poznate mase) =nA = nB

VB

NA(molekula) = NB(molekula)

mA MA

=

mB MB

m(A) m(B)

=

M(A) M(B)

M(A) = molekulska masa gasa AM(B) = molekulska masa gasa B

D(B) =

M(A) M(B)

M(B) = poznata molekulska masa nekog gasa (B)

molekulska masa vazduha M(vaz.) = 29 g/mol

D(B) =

M(A) 29 g/mol

M(A) = 29 g/mol x D(vaz.)

MA = MB x DBPrimer:Relativna gustina gasa prema vodoniku je 22. Izraunati molarnu masu nepoznatog gasa. Ar(H) = 1 MX = DH x MH

MX = 22 x 2 g mol-1 = 44 g mol-1

Gasni zakoni i jednaina stanja idealnog gasa

Idealni

gas Zapremina atoma ili molekula zanemarljiva Ne postoje van der Waalso-ove privlane sile Ne moe se pretvoriti u teno ili vrsto agregatno stanje Realni gas Moe se pretvoriti u teno ili vrsto agregatno stanje

Bojl-Mariotov zakon (Boyl-Mariott)

Robert Bojl 1627 -1691 1662 godine

Edme Mariot (1620 -1684)

def: Pri konstantnoj temperaturi zapremina gasa obrnuto je proporcionalna pritisku.

T = konstantnoPV = konstanta

V=

konstanta

Pkonstanta

P=

V

P1V1 = P2V2

Primer:

P1V1 = P2V2 P1V1 = 694 l V2 = P2 Vtank = 994 l 50 l =644 l

arl-Gej Lisakov zakon (Charles-Gay-Lussac)1787. god. J. A. arl pri

istom porastu temperature zapremina razliitih gasova poveava se za isti iznos1802. god. Gej-Lisak

je poveanje zapremine gasa pri poveanju temperature za 1oC

odredio

def: Pri konstantnom pritisku i konstantnoj koliini gasa kada temperatura gasa poraste (ili padne ) za 1oC zapremina gasa raste (ili opada) za 1/273,15 deo zapremine koji je gas imao na 0oC.P = konstantan Vo = zapremina gasa na 0oC V = zapremina gasa na t Vo V = Vo + oV= Vo273,15

.

273,15 C

t

(273,15 + t)

273,15oC + t = T (apsolutna temperatura)

Vo273,15

= konstanta

V = konstanta x T

V T

= const.

T=0K

T = 10-3 K najnia postignuta temperatura

Jednaina idealnog gasnog stanjaBojl-Mariotovkonstanta

arl-Gej-Lisakov V = konstanta x T

Avogadrov zakon Vgasa = konsatanta x n

V=

P

V = konstanta

.

nT p

p V = konstanta n T

konstanta = R

pV=nRT

Jednaina stanja idealnog gasa

R = univerzalna gasna konstanta101325 Pa . 22,4 dm3 273,15 K . 1 mol J K-1mol-1

R=

PoVo nTo

=

R = 8,3144

Normalni uslovi: po = 101,325 kPa

R = 8,3144 Pa m3K-1mol-1P1V1 T1 = P2V2 T2

Vo = 22,4 dm3To = 273,15 K

Primer:

Normalni atmosferski pritisak1.00 atm 760 mm Hg, 760 torr 101.325 kPa 1.01325 bar

1013.25 mbar

Iz jednaine stanja idealnog gasa moemo odrediti:1. Molarnu masu gasa:

PV = nRT m RT PV = M

m RT M= PV

2 Gustinu gasa:

PV = nRT

and

m m , n= d= M V

m RT PV = M m MP =d= V RT

Van der Walsova jednaina stanja realnog gasa-privlane sile medju molekulima realnog gasa - zapreminu molekula realnog gasa Idealni gas PV/nRT = 1 Realni gasovi PV/nRT > 1 molekuli imaju svoju zapreminu PV/nRT < 1 intermolekulske privlane sile

privlane medjumolekulske sile

zapremina molekula idealnog gasa

an p+ 2 V

2

V - bn = nRT

a, b - konstante

n2 a P+ V2

V nb

= nRT

(pV)real. > (pV)ideal. medjumolekulske sile male Vr > Vi

(pV)real. < (pV)ideal. Vr < Vi

Daltonov zakon parcijalnih pritisaka1801. god. Don Dalton -meanjem dva gasa pod istim uslovima p zapremina smee ostaje ista

def: Pritisak smee gasova jednak je sumi parcijalnih pritisaka svih gasova prisutnih u smei. Matemetiki se moe predstaviti: Puk = P1+P2+ ... +PnZakon je apsolutno taan samo za idealne gasove, dok za realne gasove postoji odstupanje.