Proprietile chimice ale metalelor. Seria activitii

1. Consideraii teoretice

Seria activitii metalelor constituie o clasificare a metalelor din punct de vedere

electrochimic. La aceast clasificare s-a ajuns n urma studierii reaciilor redox de

dizlocuire a ionilor din soluii de ctre metale.

Seria de activitate se poate exprima sub aspect calitativ, cnd se ordoneaz

metalele dup capacitatea de a deplasa ionul unui alt metal din soluie. Ordonarea este:

Li, Ca, K, Ba, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Au

Fiecare dintre ionii metalelor situate n stnga metalului considerat din aceast

serie poate fi dezlocuit n soluie de metalul considerat. Dei nu este metal, hidrogenul

apare n aceast serie drept etalon, pentru abilitatea hidracizilor HX de a dizolva

metalele situate n dreapta hidrogenului n serie.

Seria de activitate se poate exprima sub aspect cantitativ, cnd se exprim

tendina de ionizare a metalelor prin potenialul normal de electrod, care se coreleaz

direct cu viteza de reacie:

Me(N) MeN+ + Ne- (1)

i invers cu viteza de reacie:

MeN+ + Ne- Me(N) (2)

Valorile potenialelor standard de oxidare (1) sau reducere (2) se pot lua din tabele.

2. Montajul experimental

Cu ajutorul unui montaj simplu, prezentat n Fig.1 se poate determina fora

electromotoare a unei pile galvanice (Fig. 1):

electrod de referin

Me

MeN+

V

Fig. 1. Pil galvanic pentru determinarea forei electromotoare

Fora electromotoare ce rezult din montajul prezentat n Fig.1 ne ajut s

stabilim ordinea metalelor notate generic Me n seria activitii chimice.

3. Aparatur i reactivi

- Voltmetru;

- Fire de contact;

- Electrod de referin;

- Soluii MeN+ (Fe2+, Zn2+, Pb2+, Ni2+, Mg2+, Al3+, Cu2+) de concentraii cunoscute (de

preferin egale);

- Plcue metalice Me (Fe, Zn, Pb, Ni, Mg, Al, Cu);

- Pahar Berzelius;

4. Mod de lucru

Pentru fiecare sistem Me(N)/MeN+ se urmeaz succesiunea de pai:

1. Se spal electrodul de referin i paharul Berzelius;

2. Se introduce soluia MeN+ n pahar;

3. Se realizeaz montajul din Fig. 1;

4. Se msoar fora electromotoare cu ajutorul voltmetrului;

5. Se recupereaz soluia.

Se ordoneaz apoi metalele n ordinea activitii chimice folosind fora

electromotoare a fiecrui sistem Me(N)/MeN+.

Cu ajutorul formulei:

= 0 + ]Melog[N059.0 N+

se calculeaz potenialele normale 0 i se prezint rezultatele.

5. ntrebri de verificare

5.1 De ce ordonarea n seria de activitate a potenialelor msurate nu este afectat de

potenialul electrodului de referin?

5.2 Ce semnificaie au valorile negative i ce semnificaie au valorile pozitive pe

indicaia voltmetrului, tiind c electrodul de referin se bazeaz pe echilibrul Cu2+/Cu?

5.3 Ce semnificaie are valoarea 0 pe indicaia voltmetrului?

5.4 Cum influeneaz concentraia indicaia voltmetrului?

6. Probleme

6.1 Dou experimente de tipul celui prezentat n Fig.1 dau urmtoarele rezultate:

M1/M1+: = 1.3V; [M1+] = 0.1M; M2/M23+: = 1.32V; [M2+] = 1M.

Care dintre cele dou metale va dizlocui ionul celuilalt din soluie?

6.2 Se cufund un electrod de Ag ntr-o soluie de AgNO3 de concentraie 0.001M i un

alt electrod de Ag ntr-o soluie de AgNO3 de concentraie 0.1M. Cei doi electrozi se

leag la un voltmetru. Care va fi indicaia voltmetrului i care este sensul curentului ce

se stabilete prin circuit. n ce sens circul electronii prin firele de legtur?

6.3 Pentru un metal necunoscut se realizeaz montajul din Fig.1 n dou cazuri:

(a) pentru o concentraie a soluiei de 0.436M,

(b) pentru o concentraie a soluiei de 0.02M.

i se obin urmtoarele fore electromotoare: (a) = 1.2V i (b) = 1.21V.

Care este sarcina ionului metalic din soluii?

6.4 Pentru un metal necunoscut se cufund metalul n dou soluii ale sale de

concentraii 0.436M i 0.02M. Cei doi electrozi metalici se leag prin intermediul unei

rezistene de 2. Se msoar cu un ampermetru un curent de 5 mA.

Care este valena metalului?

VOLUMUL MOLAR AL OXIGENULUI

1. Consideraii generale

Molul este cantitatea de substan care conine attea specii (atomi, molecule, ioni,

uniti de formule, electroni sau alte entiti specificate) ci atomi exist n 12g din izotopul 12C. Adic, NA 6.021023, unde NA este numrul lui Avogadro iar numrul de moli n = N/NA

este cantitatea de substan ce conine N entiti specificate.

Proprietile substanelor sunt extensive i intensive; proprieti extensive depind de

dimensiunea probei; exemple: masa i volumul; proprieti intensive independente de

dimensiunea probei; exemple: temperatura, densitatea, presiunea;

Proprietile molare se calculeaz pe baza proprietilor extensive cu formula:

Xm=X/n (1)

unde X proprietate extensiv, n numr de moli n prob, Xm proprietatea molar

corespunztoare; proprietile molare sunt mrimi intensive.

Aadar, volumul molar n condiii normale se calculeaz cu formula:

Vm = Vo/n (2)

unde Vo volumul substanei, n condiii normale i n numrul de moli.

Cea mai simpl stare a materiei este starea gazoas. Aceasta se caracterizeaz prin

faptul c umple orice vas pe care-l ocup. Din punctul de vedere al modelului matematic,

avem gaze ideale i gaze reale; din punctul de vedere al compoziiei avem gaze pure i

amestecuri de gaze.

Spaiul ocupat de o prob de gaz este volumul su V; numrul de molecule se exprim

prin cantitatea de substan (numrul de moli) n; caracterizarea unui gaz mai impune

specificarea presiunii p i a temperaturii T.

Starea fizic a unei probe se caracterizeaz prin proprietile sale fizice; dou probe

ale unei aceleiai substane care au aceleai proprieti fizice sunt n aceeai stare.

Starea unui gaz pur este specificat prin valorile a 3 parametrii de stare independeni

dintre presiune, temperatur, volum, densitate, cantitate de substan, numr de molecule,

.a.m.d.

Starea unui gaz oarecare este specificat de regul prin valorile a 3 sau 4 parametrii

de stare.

O prim consecin este c nu toi parametrii de stare sunt independeni, aa cum o

dovedete i ecuaia de stare a gazului ideal, care descrie un gaz la presiuni sczute:

VnRTp = (3)

Pentru un gaz aflat ntr-un sistem nchis, se aplic conservarea numrului de moli,

astfel nct:

TpV = const. (4)

Gazele reale comport abateri de la modelul gazului ideal se observ ndeosebi la

presiuni mari i temperaturi sczute. Se consider raportul:

nRTpV

=Z iar pentru n = 1, RT

pVZ m=

La presiuni mari avem Z>1; la presiuni foarte sczute Z1; la presiuni intermediare Z

7. Se msoar volumul de ap care este dezlocuit de oxigen n balon cu un cilindru gradat; fie

acesta V1;

8. Se recupereaz apa din pahar n balon prin ridicarea paharului peste nivelul balonului

(principiul vaselor comunicante);

9. Se cntrete eprubeta cu KCl i MnO2 (catalizatorul); fie masa reziduului m4.

Oxigenul se va obine dintr-o reacie de descompunere termic de tipul:

KClO3 KCl + 3/2O2 care se desfoar n eprubet, ca n desen:

Fig. 1. Instalaia de laborator pentru determinarea volumului molar

Fig. 2. Instalaia de laborator dup desfurarea reaciei chimice

4. Prelucrarea datelor

Se efectueaz calculele dup schema general:

m1 mt KClO3 KCl + 3/2O2

M1 3/2M(O2)

unde M1 = M(K) + M(Cl) + 3M(O); M(O2) = 2.16 = 32, mt masa teoretic de oxigen din

reacie, de unde:

mt = m11

2

M

)O(M23

Se calculeaz masa real de oxigen din cntriri cu formula:

mr = m3 m4

Se calculeaz randamentul cu masa teoretic:

= 100mr/mt

Numrul de moli de oxigen rezultai n urma reaciei dezlocuiesc volumul de ap V1

egal cu volumul ocupat de gaz n condiiile de presiune i temperatur din laborator; fie aceste

condiii [p1, T1]. Acestea se iau de pe barometrul instalat n laborator i termometru. Volumul

molar n condiiile de laborator este deci:

V1,m =r

21

1

m)O(MV

nV

=

Condiiile normale de presiune i temperatur sunt p0 = 760 torr (1 atm.)i T0 = 273K.

n condiii normale, volumul molar msurat al oxigenului este:

V01,m = V1,m1

0

0

1

TT

pp

5. Interpretarea datelor

Se compar aceast valoare V01,m cu valoarea teoretic a volumului molar a gazului

ideal, V0,m = 22.4 l, se calculeaz eroarea absolut [l] a determinrii experimentale i

valoarea relativ r[%] conform urmtoarelor relaii:

= | V0,m V01,m|

100V m,01

r

=

Se compar abaterea de la gazul ideal Zm obinut din datele experimentale cu Zt = 1

(corespunztor gazului ideal):

Zm = 0

m,010

RTVp

; Zt = 0

m,00

RTVp

; Zm/Zt = V01,m/V0,m.

6. Probleme

1. Ce volum de oxigen msurat la 2000C i 4 atm este necesar pentru a arde la dioxid de

carbon 25 kg cocs tiind c aceasta conine 96% carbon?

R: . 3O m393,19V 2 =

2. Ce puritate are piatra de var tiind c prin descompunerea teoretic a 200kg au rezultat 1,5

kmoli dioxid de carbon msurat n condiii standard.

R: 75%.

3. Ce volum de aer este necesar pentru combustia unui amestec gazos format din (v/v)

50%H2, 35% CH4, 8% CO, 2% C2H4, i 5% amestec necombustibil (aerul conine 21% O2, n

volume).

R: 5m3.

4. n urma reaciei dintre acidul clorhidric i 1,2 g aliaj format din magneziu i aluminiu s-au

degajat 1,42 l O2, msurai la 230C i 760mm coloan de mercur. S se calculeze compoziia

procentual a aliajului.

R: 51,67% Mg, 48,33% Al.

5. 5,1g pulbere de magneziu parial oxidat se supune reaciei cu HCl. tiind c s-au degajat

3,74 l H2 msurai n condiii standard, s se calculeze coninutul procentual de magneziu n

pulbere.

R: 72%.

Determinarea formulei unui cristalohidrat

1. Consideraii teoretice

n natur srurile anorganice exist sub form anhidr i sub form de cristalohidrai.

Acetia din urm sunt combinaii complexe coordinative ale srurilor anhidre cu apa.

Cantitatea de sare din prob se poate determina cu exactitate numai n forma anhidr. Din

acest motiv, deshidratarea cristalohidrailor este necesar.

Cristalohidraii cristalizeaz cu numr variabil de molecule de ap. Iat cteva exemple:

FeSO47H2O, NiSO47H2O, MgSO47H2O, CuSO45H2O, CaCl210H2O, FeSO44H2O,

CoCl26H2O, CaCl22H2O.

Exist i compui rezultai prin cristalizarea mai multor sruri, cum ar fi:

AlNa(SO4)212H2O, CrK(SO4)212H2O

De asemenea, sunt substane cu mare capacitate higroscopic, acestea absorb un numr

mare de molecule de ap.

Pentru determinrile cantitative, toate acestea necesit deshidratare pn la forma

anhidr, cum este cazul sulfailor de nichel:

NiSO4nH2O(s) NiSO4(s) + nH2O(g)

2. Scopul lucrrii

Practic, se va deshidrata un cristalohidrat al sulfatului de cupru sau de magneziu.

Considernd formula cristalohidratului ca fiind MXnH2O, deshidratarea are loc dup

reacia:

MXnH2O(s) MX(s) + nH2O(g)

Obiectivul lucrrii este determinarea numrului de molecule de cristalizare, n, din

formula cristalohidratului.

3. Aparatur i reactivi

- creuzet de porelan

- trepied

- triunghi de porelan

- bec de gaz

- clete de laborator

- exicator

- balan analitic sau farmaceutic

- spatule

- cristalohidraii de cupru sau magneziu

4. Mod de lucru

1. Se calcineaz creuzetul gol, pentru ndeprtarea umiditii;

2. Se cntrete creuzetul gol; fie m1 masa acestuia;

3. Se introduce n creuzet proba de cristalohidrat (aprox. 3-5g);

4. Se cntrete creuzetul cu cristalohidrat; fie m2 masa acestuia;

5. Se calcineaz creuzetul cu cristalohidrat, pn cnd nu se mai observ evaporarea apei.

6. Se las la rcit n exicator;

7. Se cntrete creuzetul mpreun cu sarea anhidr obinut; fie m3 masa acestuia;

8. Se prelucreaz datele.

5. Model de calcul i prelucrarea datelor

Fie reacia:

MXnH2O(s) MX(s) + nH2O(g)

Masa de cristalohidrat se obine din diferena m2-m1; masa de sare anhidr se obine din

diferena m3-m1; masa de ap este m3-m2.

m3-m1 m2-m1 m3-m2 MXnH2O(s) MX(s) + nH2O(g)

M(MXnH2O) M(MX) nM(H2O)

M(MXnH2O) = M(M) + M(X) + 18n; M(MX) = M(M) + M(X); M(H2O) = 18;

Pe baza ecuaiei reaciei chimice rezult:

n18mm

)X(M)M(Mmm

n18)X(M)M(Mmm 231213 =

+

=++

Oricare doi membrii ai expresiei se consider, rezultatul se obine la fel. Fie:

n18mm

)X(M)M(Mmm 2312 =

+

de unde rezult n:

)X(M)M(M18

mmmmn

12

23

+

=

Se rotunjete n la cel mai apropiat ntreg. Se scrie formula cristalohidratului.

6. Probleme

1. S-au dizolvat n ap 50g FeSO47H2O. tiind c s-au folosit 250g H2O s se calculeze

concentraia procentual a soluiei raportat la cristalohidrat, respectiv la sarea anhidr.

R. 16.7% cristalohidrat, 9.1% s.anhidr.

2. S se calculeze formula cristalohidratului clorurii de bariu, tiind c prin calcinarea a

36.6g sare se pierd 5.4g.

R. BaCl22H2O

3. Ce cantitate de azotat de cupru (II) trihidrat se obine prin dizolvarea a 10g Cu n acid

azotic, urmat de evaporarea soluiei?

R. 38g Cu(NO3)23H2O

4. S se calculeze masa de ap i de CuSO45H2O necesare preparrii unui litru de soluie

care conine 8% sare anhidr, tiind c densitatea soluiei rezultate este 1.08g/ml.

R. 135.6 g CuSO4; 948,4 ml H2O.

5. Ci moli de MgSO47H2O trebuie adugai la 100 moli de ap pentru a obine o soluie

de 10% n MgSO4.

R. 1.88 moli.

VolumMolar.pdfVOLUMUL MOLAR AL OXIGENULUI1. Consideratii generale2. Scopul lucrarii