PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 1

Transkrypt

1 PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykłd 1

2 PODSTAWY CHEMII Wykłdow Prof. dr hb. inż. Mrt Rdek, B-6, III. 306, tel (1) (617) 5-6 e-mil: Stron www: htt://glxy.ui.gh.edu.l/~rdek/ htt:// Prowniy Strony domowe rowników Mrt Rdek Inżynieri Biomedyzn, I rok

3 PODSTAWY CHEMII Do zego służą wykłdy i jk się zdje egzmin? Progrm wykłdów i lbortorium odowid dokłdnie zwrtośi egzminu Egzmin isemny żeby do niego rzystąić, trzeb zlizyć lbortorium kżdy m rwo zdwć egzmin trzykrotnie Student m rwo do trzykrotnego rzystąieni do egzminu w zlnownyh terminh, w tym jeden rz w terminie odstwowym i dw rzy w terminie orwkowym. Nieusrwiedliwion nieobeność n egzminie w dnym terminie owoduje utrtę tego terminu. Student, który nie uzyskł zlizeni w terminie odstwowym m rwo o jego uzyskniu rzystąić do egzminu w terminh orwkowyh. Jeżeli student nie uzyskł zlizeni do zsu terminów orwkowyh egzminu, brk zlizeni nie usrwiedliwi nieobenośi n egzminie i skutkuje utrtą wszystkih terminów egzminów, które odbyły się rzed uzyskniem zlizeni. Jeżeli z rzyzyn losowyh student nie wykorzystł rzysługująyh mu terminów, Dziekn w orozumieniu z rowdząym rzedmiot, wyznz dodtkowe terminy egzminów. Regulmin studiów kdemii Górnizo-Hutnizej Im. Stnisłw Stszi (obowiązująy od 1 ździernik 015 r) Inżynieri Biomedyzn, I rok 3

4 Zlizenie rzedmiotu Skl oen Przy zlizenih zjęć i egzminh orz wystwiniu oeny końowej stosuje się i wisuje do indeksu nstęująe oeny: ) % brdzo dobry (5.0); b) 81 90% lus dobry (4.5); ) 71 80% dobry (4.0); d) 61 70% lus dosttezny (3.5); e) 50 60% dosttezny (3.0); f) oniżej 50% niedosttezny (.0). Oen końow 0.6 oeny egzminu oeny lbortorium Inżynieri Biomedyzn, I rok 4

5 Njwżniejsze odręzniki * A.Bielński - Chemi ogóln i nieorgnizn * A.Bielński - Podstwy hemii nieorgniznej * F.A.Cotton, G. Wilkinson, P.L.Gus - Chemi nieorgnizn. Podstwy. * J.D.Lee - Zwięzł hemi nieorgnizn * P.A. Cox Chemi nieorgnizn. rótkie wykłdy * dl brdziej mbitnyh: * R.G.Wells - Strukturln hemi nieorgnizn * L. Jones, P. Atkins Chemi ogóln * Wszelkie inne odręzniki mjąe w nzwie - hemi ogóln lub hemi nieorgnizn Inżynieri Biomedyzn, I rok 5

6 Chemi jest nuką rzyrodnizą Definij: hemi jest nuką, któr zjmuje się skłdem, strukturą i włśiwośimi substnji orz rekjmi, w któryh jedn substnj zmieni się w inną Zsdy nowozesnej hemii: oszukiwnie rwidłowośi w zhowniu się różnyh substnji oszukiwnie modeli, które tłumzą obserwje modele owinny tłumzyć zhownie innyh substnji i jeśli to możliwe obejmowć relje ilośiowe modele owinno dć się weryfikowć doświdzlnie Inżynieri Biomedyzn, I rok 6

7 Progrm wykłdów Równowgi w roztworh elektrolitów Elementy termodynmiki Elementy elektrohemii Trohę mehniki kwntowej budow tomu, ząstezki, wiązni hemizne Stny mterii, reguł fz inetyk rekji Inżynieri Biomedyzn, I rok 7

8 Progrm lbortorium Część rhunkow 1. stężeni roztworów + stehiometri olokwium nr1; równowg hemizn + dysojj elektrolityzn olokwium nr; H roztworu + równowgi w roztworh związków trudnorozuszzlnyh, olokwium nr3; roztwory buforowe+hydroliz; elementy nlizy hemiznej, obrnie i rzygotownie szkł Część ekserymentln Elementy nlizy jkośiowej Elementy nlizy ilośiowej Inżynieri Biomedyzn, I rok 8

9 HARMONOGRAM ZAJĘĆ htt://glxy.ui.gh.edu.l/~rdek/ Gru 1,,3,6, ; 4.10; 7.11; 1.11; 5.1; ; Gruy 1,,3 godzin Gruy 6,7, godzin 11: Gru 4,5,8,9, ; 31.10; 14.11; 8.11; ;9.01; Gruy 4,5,8 godzin Gruy 9,10 godzin 11: Inżynieri Biomedyzn, I rok 9

10 Podził rekji Wszystkie rekje hemizne możn odzielić n odwrlne i nieodwrlne: Rekj nieodwrln rzebieg tylko w jednym kierunku - od substrtów do roduktów ( ) Rekje nieodwrlne rzebiegją tk długo, ż wyzerie się jeden lub kilk substrtów Inżynieri Biomedyzn, I rok 10

11 A rekje odwrlne? Rekj odwrln może rzebiegć w obu kierunkh () Równowg Inżynieri Biomedyzn, I rok 11

12 Szybkość rekji hemiznej Dl rekji hemiznej oisnej równniem: A bb C dd Szybkość rekji: v 1 d dt A 1 b d B dt 1 d C dt 1 d d D dt Gdzie d i dt szybkość zmin stężeni regent i Szybkość rekji zęsto możn rzedstwić z omoą równni (emiryznego) kinetyznego: Inżynieri Biomedyzn, I rok k- stł rekji,, b - rząd rekji v k b A B 1

13 SZYBOŚĆ REACJI Szybkość rekji odwrlnej A bb 1v v C dd b 1 1AB v k 1v v V1 V d C D v k gdzie k 1 i k - stłe szybkośi rekji, zleżne tylko od rodzju rekji, temertury i iśnieni łkowitego (dl rekji w fzie gzowej) CZAS Inżynieri Biomedyzn, I rok 13

14 Prwo równowgi A bb C dd W stnie równowgi termodynmiznej ustl się stn równowgi dynmiznej: rędkość rekji rostej i odwrotnej jest tk sm k v1 v b d 1A(R) B(R) k C(R) D(R) k k 1 C(R) A(R) d D(R) b B(R) α i(r) Stężenie regent i w stnie równowgi Inżynieri Biomedyzn, I rok 14

15 Prwo równowgi C(R) A(R) d D(R) b B(R) W stnie równowgi, W STAŁEJ TEMPERATURZE, dl rekji odwrlnej, stosunek ilozynu stężeń roduktów do ilozynu stężeń substrtów jest stły, rzy zym wszystkie stężeni są odniesione do otęg będąyh wsółzynnikmi stehiometryznymi. Stł, zwn stłą równowgi, zleży tylko od temertury. Nie zleży od ilośi (stężeń) substrtów/roduktów WAŻNE Inżynieri Biomedyzn, I rok 15

16 Stł równowgi (różny zis) A b B C d D C A C A d D b B d D b B to jest ogólne rwo równowgi...(rwo dziłni ms, -ktywność) to jest rwo równowgi dl rekji w gzh, rzy niezbyt wysokih iśnienih ( A, B, C, D iśnieni ząstkowe oszzególnyh gzów) [C] [A] [D] [B] d b to jest rwo równowgi dl rekji w mieszninh (roztworh), rzy niezbyt wysokih stężenih ([A], [B], [C], [D] - stężeni oszzególnyh skłdników) Inżynieri Biomedyzn, I rok 16

17 Prwo Dlton (iśnienie ząstkowe gzu) Dl mieszniny gzów, iśnienie łkowite jest sumą iśnień jkie wywierłby kżdy gz, gdyby znjdowł się sm w tym nzyniu: n-lizb moli R- stł gzow R=8.314 J/(mol ) T-temertur bezwzględn [] ł 1 4 n V RT, 1 1 ł n V ł... RT 1, iśnieni ząstkowe (rjlne)

18 Zisywnie stłej równowgi Ukłd homogenizny (substrty i rodukty rekji wystęują w tym smym stnie skuieni) N O 4NO 5 O (g) (g) (g) Ukłd heterogenizny (substrty i rodukty rekji wystęują w różnym stnie skuieni) C (s) [CO] [C] [O ] [NO ] 4 [NO 5] O (g) [O ] CO (g) [CO] [O ] Cił stłe i ieze nigdy nie wystęują w wyrżeniu n stłą równowgi CO O Inżynieri Biomedyzn, I rok 18

19 Włsnośi równowgi Ukłdy w równowdze są DYNAMICZNE (stł i tk sm rędkość rekji rostej i odwrotnej) ODWRACALNE Równowgę możn osiągnąć z kżdego kierunku W stnie równowgi wystęują wszystkie regenty Jeżeli >>1 w stnie równowgi dominują rodukty Jeżeli znmy wrtość i stężeni ktulne to możn określić: Czy ukłd jest w stnie równowgi W którą stronę biegnie rekj Inżynieri Biomedyzn, I rok 19

20 Równowżnik rekji A bb C dd Q Co Ao d Do b Bo Pozwl rzewidzieć w któr stronę rzebieg rekj Jeżeli >Q to rekj biegnie w stronę roduktów Jeżeli <Q to rekj biegnie w stronę substrtów Jeżeli =Q to rekj w stnie równowgi Inżynieri Biomedyzn, I rok 0

21 Jeszze o stłej równowgi Jednostki stężeni: [ ] mol/dm 3 otrzymujemy Dl skłdników gzowyh, =(n/v) RT jest roorjonlne do stężeni, Jeżeli wyrżone jest w tmosferh otrzymujemy i mją różne wrtośi (hoiż ilośi skłdników są tkie sme) Jednostk stłej zleży od wsółzynników stehiometryznyh rekji orz sosobu wyrżeni konentrji skłdników ( ) (1) H O H O 3 m o l dm 1 [HO], [ ] [H] [O] 1 H O H O [HO], [ 1/ ] m o l dm [H ] [O ] 3 1/ ( ) ( 1 ) ( ) Inżynieri Biomedyzn, I rok 1

22 Jk jest relj omiędzy i? A g b B g C g d D g [C] [A] [D] [B] d b A n A V RT, B n B V RT C nc V RT, D n V [A] [B] [C] [D] D RT C A d D b B C C A (RT) d D b B (RT) (db) (db) ( R T ) Δ n gdzie n=(+d)-(+b) Jeżeli n=0 to = Inżynieri Biomedyzn, I rok

23 O równowdze rz jeszze: wrtość (1) iedy rekj fworyzuje tworzenie roduktów kiedy substrtów? H O H O (g) (g) (g) H H O O T=300 >>1 W stnie równowgi konentrj roduktów jest dużo większ niż konentrj substrtów Rekj silnie fworyzuje tworzenie roduktów Inżynieri Biomedyzn, I rok 3

24 O równowdze rz jeszze () A gcl (s) Ag Cl ] [Ag ] [Cl <<1 W stnie równowgi konentrj roduktów jest mniejsz niż substrtów Rekj silnie fworyzuje tworzenie substrtów 1 4 odw w rzydku rekji odwrotnej? Ag Cl AgCl Rekj silnie fworyzuje tworzenie roduktów (s) Inżynieri Biomedyzn, I rok 4

25 Równowg i bodźe zewnętrzne Stn równowgi może być rzesunięty jeżeli zmienimy: konentrję skłdników iśnienie zewnętrzne (w rzydku regentów gzowyh) temerturę Reguł rzekory Le Chtelier Jeśli w wrunkh równowgi zmienimy jeden z rmetrów rekji (temerturę lub iśnienie), to równowg rekji rzesunie się w tki sosób, by zmniejszyć dziłnie bodź (ukłd rzeiwstwi się zminie)... Henri Le Chtelier Inżynieri Biomedyzn, I rok 5

26 Przesunięie stnu równowgi: zmin konentrji Jeżeli konentrj jednego ze skłdników ulegnie zminie konentrj ozostłyh regentów zmieni się tk by wrtość stłej równowgi ozostł niezmienion (w T=onst) jest stłe-jedynie rzesunięie ołożeni stnu równowgi DODANIE PRODUTÓW równowg rzesuw się w stronę tworzeni substrtów C (s) O (g) CO (g) DODANIE SUBSTRATÓW równowg rzesuw się w stronę tworzeni roduktów [CO] [O ] USUWANIE PRODUTÓW TWORZENIE GAZU, STRĄCANIE - zęsto stosowne jko sił nędow zkońzeni rekji Inżynieri Biomedyzn, I rok 6

27 Efekt zminy iśnieni (równowg w gzh) N (g) 3H (g) NH 3(g) N NH 3 3 H Wzrost iśnieni (zmniejszenie objętośi) 4 mole gzu mole gzu rzesunięie w rwo w stronę mniejszej ilośi moli gzów 7

28 Efekt zminy iśnieni (równowg w gzh) N (g) 3H (g) NH 3(g) N NH 3 3 H sdek iśnieni (zwiększenie objętośi) 4 mole gzu mole gzu rzesunięie w lewo w stronę większej ilośi moli gzów 8

29 Wływ temertury n równowgę hemizną (1) rekje egzotermizne (Q<0) Zmin temertury zmin C O C O ( g ) ( g ) ( s ) Q Obniżenie T [CO [O (g) (g) ] ] Wzrost T Zmin T: nowe ołożenie stnu równowgi, nowe!!! Wzrost temertury stn równowgi rzesuw się w lewo (w kierunku tworzeni substrtów): mleje jk T rośnie [O ], [ C O ] ( g ) ( g ) Sdek temertury stn równowgi rzesuw się w rwo [O ], [ C O ] ( g ) ( g ) (w kierunku tworzeni roduktów): rośnie jk T mleje Inżynieri Biomedyzn, I rok 9

30 Wływ temertury n równowgę hemizną () rekje endotermizne (Q>0) N O NO 4 Q bezbrwny brązowy [NO ] [N O ] 4 Ze wzrostem T stn równowgi rzesuw się w stronę tworzeni roduktów ( w kierunku rekji endotermiznej). Ze wzrostem T dl rekji endotermiznej nstęuje wzrost stłej równowgi Inżynieri Biomedyzn, I rok 30