Podstawowe obliczenia w chemii nieorganicznej
Chemia nieorganiczna to zazwyczaj dział cieszący się nienajlepszą sławą wśród Was. Powodów ku temu jest wiele, ale myślę, że jeden z nich wysuwa się na pierwszy plan. Z pozoru może się wydawać, że trzeba się nauczyć na pamięć Bielańskiego i potem robić zadania. Na szczęście jest to prawda w dziesięciu procentach.
Owszem, musicie przyswoić sobie podstawową wiedzę o pierwiastkach, ale jest to wiedza naprawdę podstawowa. O tym będzie w innych wpisach, gdzie będę wrzucał m.in opracowania pierwiastków. Do tego będą przykładowe zadania ,,olimpijskie” mojego autorstwa celem utrwalenia wiedzy. Dokładnie o tym będę jeszcze pisał.
Póki co, musimy nauczyć się liczyć, bo to jest najważniejsze. Mając absolutnie elementarną wiedzę w połączeniu z silnym zapleczem obliczeniowym, zrobimy zadanie 2. na co najmniej 14- 16 pkt, co jest wynikiem bardzo dobrym.
Główna zasada – staraj się wyciągnąć maksimum informacji z danych w zadaniu! Nie zawsze olimpiada i kolejne podpunkty w zadaniu będą nas ,,prowadzić za rączkę”. Nie ukrywam, że często tak się zdarza, czyli :
a) najpierw oblicz to
b)potem oblicz to
c) a teraz, korzystając z tego co obliczyłeś wcześniej, policz tamto itd.
Czasem musimy sami wykazać się sprytem i zamiast wkuwać na pałę kolejne strony Bielańskiego, zaaplikuj trochę rozkminy w brudnopisie. Czas w domu poświęć na trzaskanie kolejnych zadań, nie na przyswajanie wiedzy, która i tak za chwilę wyleci. (Oczywiście po przerobieniu podstaw).
Zmierzmy się z następującym zadaniem.
ZADANIE 1.
Pewien tlenek X zawiera 27,64% masowych tlenu. (Podaj wzór tego tlenku).
Na Olimpiadzie wygląda to tak : będziecie mieli w większości przypadków podane tylko pierwsze zdanie, to w nawiasie powinniście od dziś dopowiadać sobie sami! Bo ten procent masowy posłuży im tylko do sprawdzenia czy rzeczywiście obliczyli dobrze. A więc po jakichś tam właściwościach tlenku X, czy jakiegoś pierwiastka w nim zawartego, zgadną sobie, jaki tam się skrywa metal/niemetal i nagle zadanie robi się licealne.
Kto ma taką ochotę – proszę bardzo, można czytać te 400 stron z Bielańskiego, naprawdę szanuję. Zresztą sam to kiedyś zrobiłem 2 razy, ale uważam, że niewiele to zmieniło w umiejętności rozwiązywania tych specyficznych, olchemowskich zadań w porównaniu do poprawy jaką uzyskałem z każdym kolejnym rozwiązanym zadaniem. Po prostu relacja : czas-efekt jest tutaj dużo bardziej korzystna.
Do rzeczy.
Rozwiązanie zadania :
Zadanie z pozoru może wydawać się trudne. Często przecież spotykamy się z zadaniem gdzie znamy cały skład pierwiastkowy wraz z odpowiadającymi zawartościami procentowymi, a tutaj rośnie nam poważny problem, ponieważ nie znamy pierwiastka.
Należy to zadanie rozwiązać metodą prób i błędów, ale nie zajmuje ona tutaj wiele czasu (i nie powinna!)
Niech wzór tlenku to \(E_{x}O_{y} \)
Uwaga! Należy wystrzegać się automatycznego zakładania stopnia utlenienia tlenu na (-II) ! Z uwagi chociażby na nadtlenki, ponadtlenki czy tlenki mieszane, gdzie przecież nie działa reguła krzyżowa! W licealnych podręcznikach można jednak trafić na takie sposoby zapisu.
Oczywistym jest, że :
\(0,2764 = \frac{masa \ tlenu}{masa \ tlenku} = \frac{16y}{xM_{E} + 16y} \)
Z tego wyznaczamy wzór na \(M_{E} \) czyli masę molową nieznanego pierwiastka E (uwaga, niuans : zalecam unikać zapisywania nieznanego pierwiastka jako X, żeby potem nie myliło się z ,,małym x”)
\(M_{E} \approx 41,887 \frac{y}{x} \)
Dlaczego wyznaczam wzór akurat na \(M_{E} \) ? Dlatego, że jest to wartość, którą zawsze mogę sobie sprawdzić w układzie okresowym! Jakaś kombinacja iksów i igreków musi dać pewną wartość, która jest w układzie okresowym.
Wiadomo też, że \(x,y \in C_{+} \) i teraz spójrzmy na to pod kątem chemicznym. Ile jesteśmy w stanie wymyślić sobie różnych wzorów tlenków o innej kombinacji \(x \) oraz \(y \) ? Może z osiem? Więc wystarczy tylko to sprawdzić i podstawić do naszego wzoru, szukając nieznanego pierwiastka.
Przypominamy sobie dowolne tlenki, np. azotu, siarki. Dodatkowo podstawowe informacje z zakresu chemii pierwiastków. Zawsze może się przydać!
- tak zwany tlenek obojętny : \(NO \) : \(x = 1 \) oraz \(y = 1\)
- podtlenek azotu, znany też jako gaz rozweselający : \(N_{2}O \) : \(x = 2 \) oraz \(y = 1\)
- brunatny tlenek, w przeciwieństwie do jego bezbarwnego dimeru : \(NO_{2} \) : \(x = 1 \) oraz \(y = 2\)
- bezwodnik kwasu azotowego (\(HNO_{2}\)) : \(N_{2}O_{3} \) : \(x = 2 \) oraz \(y = 3\)
- ciekawy tlenek, który w zależności od warunków, może mieć budowę jonową lub kowalencyjną : \(N_{2}O_{5} \) : \(x = 2 \) oraz \(y = 5\)
- tlenek o właściwościach utleniających : \(SO_{3} \) : \(x = 1 \) oraz \(y = 3\)
- mieszany tlenek ołowiu, zwany minią ołowianą : \(Pb_{3}O_{4} \) : \(x = 3 \) oraz \(y = 4\)
- jakieś jeszcze?
- zauważcie też, że dla tych obliczeń, tlenki \(NO_{2} \) czy \(N_{2}O_{4} \) są takie same, bo stosunek igreka do iksa nam się nie zmienia \(\frac{y}{x} = const \)
W ten oto sposób sprawdzamy te kombinacje i tu akurat mamy największego pecha – trafiamy za ostatnim razem! Zauważcie jednak, że samo ,,strzelanie nie trwa długo”. To bardzo ważne, ponieważ wiele osób ma odczucie, że na zawodach czasu jest za mało.
Dla \(x = 3 \) oraz \(y = 4\) mamy \(M_{E} \approx 55,85 \)
A więc nieznanym pierwiastkiem jest żelazo, a sam tlenek to \(Fe_{3}O_{4} \)
Zauważmy, że jest to tlenek mieszany : \(Fe_{3}O_{4} = Fe_{2}O_{3} \cdot FeO \) i dlatego też reguła krzyżowa tutaj nie działa!
*Przy okazji, zapamiętałbym trzy takie tlenki. Wymieniony już wcześniej tlenek ołowiu, tlenek żelaza z zadania oraz analogiczny tlenek kobaltu \(Co_{3}O_{4} \)
Podstawy obliczeń w chemii nieorganicznej
Poznaliście teraz zupełne podstawy obliczeń w nielubianym przez wielu dziale – chemii nieorganicznej. Warto zacząć od tego właśnie zadania i zrobić kolejny przykład, który pojawi się niżej.
Co dalej? Polecam udać się tutaj :
Życie to tylko chemia. Tu kropla, tam strużka, a wszystko się zmienia. Niewielki łyk sfermentowanych soków i nagle człowiek zdolny jest przeżyć kolejne parę godzin. – Terry Pratchett
PS Dopiero wdrażam się w techniczne aspekty pisania bloga, więc na razie wstawiam ,,chemię” w postaci zdjęcia. Mam jednak nadzieję, że szybko opanuję czytelniejszą formę.
*PS zostawiam zdjęcie celem pamiątki dla samego siebie, kiedy jeszcze nie wiedziałem co to LaTeX 🙂
PS 2 Dla samodzielnego treningu : pewien węglik zawiera około 30 procent masowych węgla. Podaj wzór tego związku. Piszcie odpowiedzi w komentarzach, najlepiej przedstawiając obliczenia.
Dodane komentarze (1)
Węglik ma ogólny wzór : ExCy. Czyli : 0,3 = 12y/xE + 12y i z tego wychodzi E = 28 y/x. Czyli mamy E = krzem i wzór SiC