9.4: Stoichiometry ya vitu vya gesi, Mchanganyiko, na athari

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Tumia sheria bora ya gesi ili kukokotoa msongamano wa gesi na raia wa molar
• Kufanya mahesabu ya stoichiometric yanayohusisha vitu vya gesi
• Sheria ya Dalton ya hali ya shinikizo la sehemu na uitumie katika mahesabu yanayohusisha mchanganyiko wa gesi

Utafiti wa tabia ya kemikali ya gesi ilikuwa sehemu ya msingi wa labda mapinduzi ya kimsingi ya kemikali katika historia. Mheshimiwa wa Kifaransa Antoine Lavoisier, anayeonekana sana kama “baba wa kemia ya kisasa,” alibadilisha kemia kutoka kwa ubora hadi sayansi ya kiasi kupitia kazi yake na gesi. Aligundua sheria ya uhifadhi wa suala, aligundua jukumu la oksijeni katika athari za mwako, aliamua muundo wa hewa, alielezea kupumua kwa suala la athari za kemikali, na zaidi. Alikuwa majeruhi ya Mapinduzi ya Ufaransa, guillotined katika 1794. Kati ya kifo chake, mwanahisabati na mwanaastronomia Joseph-Louis Lagrange alisema, “Ilichukua kundi hilo muda tu kuondoa kichwa chake; karne haitoshi kuizaliana.” ² Maarifa mengi tunayo kuhusu michango ya Lavoisier yanatokana na mkewe, Marie-Anne Paulze Lavoisier, ambaye alifanya kazi naye katika maabara yake. Msanii aliyefundishwa kwa lugha kadhaa, aliunda vielelezo vya kina vya vifaa katika maabara yake, na kutafsiriwa maandiko kutoka kwa wanasayansi wa kigeni ili kuimarisha ujuzi wake. Baada ya utekelezaji wake, alikuwa muhimu katika kuchapisha makala kuu ya Lavoisier, ambayo iliunganisha dhana nyingi za kemia na kuweka msingi wa utafiti mkubwa zaidi.

Kama ilivyoelezwa katika sura ya awali ya maandishi haya, tunaweza kurejea kwa stoichiometry ya kemikali kwa majibu ya maswali mengi ambayo yanauliza “Ni kiasi gani?” Mali muhimu kushiriki katika matumizi hayo ya stoichiometry ni kiasi cha dutu, kawaida kipimo katika moles (n). Kwa gesi, kiasi cha molar kinaweza kupatikana kutokana na vipimo vya majaribio rahisi vya shinikizo, joto, na kiasi. Kwa hiyo, vipimo hivi ni muhimu katika kutathmini stoichiometry ya gesi safi, mchanganyiko wa gesi, na athari za kemikali zinazohusisha gesi. Sehemu hii haitaanzisha nyenzo yoyote mpya au mawazo, lakini itatoa mifano ya maombi na njia za kuunganisha dhana zilizojadiliwa tayari.

Uzito wa gesi na Misa ya Molar

Sheria bora ya gesi iliyoelezwa hapo awali katika sura hii inahusiana na mali ya shinikizo P, kiasi V, joto T, na kiasi cha molar n. Sheria hii ni ya kawaida, inayohusiana na mali hizi kwa mtindo sawa bila kujali utambulisho wa kemikali wa gesi:

$$PV=nRT$$

Uzito d wa gesi, kwa upande mwingine, ni kuamua na utambulisho wake. Kama ilivyoelezwa katika sura nyingine ya maandishi haya, wiani wa dutu ni mali ya tabia ambayo inaweza kutumika kutambua dutu.

$$d=\frac{m}{V}$$

Kupanga upya usawa wa gesi bora ili kutenganisha V na kubadilisha katika mavuno ya usawa wa wiani

$$d=\frac{mP}{nRT}=\left(\frac{m}{n}\right)\frac{P}{RT}$$

Uwiano m/n ni ufafanuzi wa molekuli ya molar,:

$$ℳ=\frac{m}{n}$$

Equation wiani inaweza kisha kuandikwa

$$d=\frac{ℳP}{RT}$$

Uhusiano huu unaweza kutumika kwa kuhesabu wiani wa gesi za utambulisho unaojulikana kwa maadili maalum ya shinikizo na joto kama ilivyoonyeshwa katika Mfano 9.11.

Mfano 9.11

Kupima Wiani wa gesi

Je, ni wiani wa gesi ya nitrojeni ya Masi katika STP?

Suluhisho

Masi ya molar ya nitrojeni ya Masi, N ₂, ni 28.01 g/mol. Kubadilisha thamani hii pamoja na joto la kawaida na shinikizo katika mazao ya usawa wa wiani wa gesi

$$d=\frac{\mathcal{ℳ}P}{RT}=\frac{(28.01\text{g/mol})(1.00\text{atm})}{(0.0821{\text{L· ATM · mol}}^{\text{-1}}{\text{K}}^{\text{-}1})(273\text{K})}=1.25\text{g/l}$$

Angalia Kujifunza Yako

Ni wiani gani wa gesi ya hidrojeni yenye molekuli kwenye 17.0 °C na shinikizo la torr 760?

Jibu:

d = 0.0847 g/L

Wakati utambulisho wa gesi haijulikani, vipimo vya wingi, shinikizo, kiasi, na joto la sampuli vinaweza kutumika kuhesabu molekuli ya molar ya gesi (mali muhimu kwa madhumuni ya utambulisho). Kuchanganya bora gesi equation

$$PV=nRT$$

na ufafanuzi wa molekuli ya molar

$$ℳ=\frac{m}{n}$$

hutoa equation ifuatayo:

$$ℳ=\frac{mRT}{PV}$$

Kuamua molekuli ya molar ya gesi kupitia njia hii inaonyeshwa katika Mfano 9.12.

Mfano 9.12

Kuamua Mfumo wa Masi ya Gesi kutoka kwa Misa yake ya Molar na Mfumo wa Uempirical

Cyclopropane, gesi ambayo mara moja ilitumiwa na oksijeni kama anesthetic ya jumla, inaundwa na kaboni 85.7% na 14.3% ya hidrojeni kwa wingi. Pata formula ya maandishi. Ikiwa 1.56 g ya cyclopropane inachukua kiasi cha 1.00 L saa 0.984 atm na 50 °C, formula ya Masi ya cyclopropane ni nini?

Suluhisho

Kwanza kuamua formula ya empirical ya gesi. Fikiria 100 g na kubadilisha asilimia ya kila kipengele ndani ya gramu. Kuamua idadi ya moles ya kaboni na hidrojeni katika sampuli 100-g ya cyclopropane. Gawanya na idadi ndogo ya moles kuhusisha idadi ya moles ya kaboni kwa idadi ya moles ya hidrojeni. Katika hatua ya mwisho, tambua kwamba uwiano mdogo wa idadi nzima ni formula ya upimaji:

$$\text{85.7 g C}\times \frac{\text{1 ml C}}{\text{12.01 g C}}=\text{7.136 ml C}\frac{7.136}{7.136}=\text{1.00 ml C}$$

$$\text{14.3 g H}\times \frac{\text{1 ml H}}{\text{1.01 g H}}=\text{14.158 ml H}\frac{14.158}{7.136}=\text{1.98 ml H}$$

Fomu ya kimapenzi ni CH ₂ [molekuli ya kimapenzi (EM) ya 14.03 g/kitengo cha upimaji].

Kisha, tumia maadili yaliyotolewa kwa wingi, shinikizo, joto na kiasi ili kuhesabu molekuli ya molar ya gesi:

$$ℳ=\frac{mRT}{PV}=\frac{(1.56\text{g})(0.0821{\text{L· ATM · mol}}^{\text{-}1}{\text{K}}^{-1})(323\text{K})}{(0.984\text{atm})(1.00\text{L})}=42.0\text{g/mol}$$

Kulinganisha molekuli molar kwa molekuli empirical formula inaonyesha jinsi wengi empirical formula vitengo kufanya juu ya molekuli:

$$\frac{ℳ}{EM}=\frac{42.0\text{g/mol}}{14.0\text{g/mol}}=3$$

Fomu ya Masi hiyo inatokana na formula ya upimaji kwa kuzidisha kila moja ya michango yake kwa tatu:

$${({\text{CH}}_2)}_3={\text{C}}_3{\text{H}}_6$$

Angalia Kujifunza Yako

Asetilini, taa za kulehemu za mafuta, linajumuisha 92.3% C na 7.7% H kwa wingi. Pata formula ya maandishi. Ikiwa 1.10 g ya asetilini inachukua kiasi cha 1.00 L saa 1.15 atm na 59.5 °C, formula ya Masi ya asetilini ni nini?

Jibu:

Fomu ya kimapenzi, CH; Fomu ya molekuli, C ₂ H ₂

Mfano 9.13

Kuamua Misa ya Molar ya Liquid Tete

Masi ya molar ya takriban ya kioevu tete inaweza kuamua na:

1. Inapokanzwa sampuli ya kioevu kwenye chupa yenye shimo ndogo juu, ambayo hubadilisha kioevu ndani ya gesi ambayo inaweza kutoroka kupitia shimo
2. Kuondoa chupa kutoka joto kwa papo hapo wakati kidogo ya kioevu inakuwa gesi, wakati huo chupa itajazwa na sampuli tu ya gesi kwenye shinikizo la kawaida
3. Kuweka chupa na kuruhusu sampuli ya gesi ili kuimarisha kioevu, na kisha kupima chupa ili kuamua wingi wa sampuli (angalia Mchoro 9.19)

Kielelezo 9.19 Wakati kioevu kilicho na tete katika chupa kinapokanzwa baada ya kiwango chake cha kuchemsha, inakuwa gesi na hutoa hewa nje ya chupa. Katika$t_{l⟶g},$chupa imejaa gesi tete ya kioevu kwa shinikizo sawa na anga. Ikiwa chupa ni kilichopozwa kwa joto la kawaida, gesi hupungua na wingi wa gesi iliyojaza chupa, na sasa ni kioevu, inaweza kupimwa. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mark Ott)

Kwa kutumia utaratibu huu, sampuli ya gesi ya klorofomu yenye uzito wa 0.494 g inakusanywa kwenye chupa yenye kiasi cha 129 cm ³ saa 99.6 °C wakati shinikizo la anga ni 742.1 mm Hg. Je, ni molekuli ya karibu ya molar ya chloroform?

Suluhisho

Tangu$\text{ℳ}=\frac{m}{n}$na$n=\frac{PV}{RT},$badala na rearranging inatoa$\text{ℳ}=\frac{mRT}{PV},$

basi

$$\text{ℳ}=\frac{mRT}{PV}=\frac{\left(\text{0.494 g}\right)\times \text{0.08206 L · ATM/mol K}\times \text{372.8 KM}}{\text{0.976 atm}\times \text{0.129 L}}=120\text{g/mol}.$$

Angalia Kujifunza Yako

Sampuli ya fosforasi inayozidi 3.243$\times$10 ^-2 g ina shinikizo la 31.89 kPa katika bulb 56.0-ml saa 550 °C Je, ni molekuli ya molar na formula ya molekuli ya mvuke ya fosformula gani?

Jibu:

124 g/mol P ₄

Shinikizo la Mchanganyiko wa Gesi: Sheria ya Dalton

Isipokuwa kemikali hugusana, gesi za mtu binafsi katika mchanganyiko wa gesi haziathiri shinikizo la kila mmoja. Kila gesi ya mtu binafsi katika mchanganyiko ina shinikizo sawa kwamba ingekuwa exert kama walikuwa sasa peke yake katika chombo (Kielelezo 9.20). Shinikizo linalotumiwa na kila gesi ya mtu binafsi katika mchanganyiko huitwa shinikizo lake la sehemu. Uchunguzi huu umefupishwa na sheria ya Dalton ya shinikizo la sehemu: Shinikizo la jumla la mchanganyiko wa gesi bora ni sawa na jumla ya shinikizo la sehemu ya gesi za sehemu:

$$P_{Total}=P_A+P_B+P_C+\mathrm{...}={\text{Σ}}_{\text{i}}{P}_{\text{i}}$$

Katika equation P _Jumla ni shinikizo la jumla la mchanganyiko wa gesi, P _A ni shinikizo la sehemu ya gesi A; P _B ni shinikizo la sehemu ya gesi B; P _C ni shinikizo la sehemu ya gesi C; na kadhalika.

Kielelezo 9.20 Ikiwa silinda sawa na kiasi kilicho na gesi katika shinikizo la 300 kPa, 450 kPa, na 600 kPa zote zimeunganishwa katika silinda sawa, shinikizo la jumla la mchanganyiko wa gesi ni 1350 kPa.

Shinikizo la sehemu ya gesi A linahusiana na shinikizo la jumla la mchanganyiko wa gesi kupitia sehemu yake ya mole (X), kitengo cha mkusanyiko kinachojulikana kama idadi ya moles ya sehemu ya suluhisho iliyogawanywa na idadi ya jumla ya moles ya vipengele vyote:

$$P_A=X_A\times P_{Total}\text{wapi}{X}_A=\frac{n_A}{n_{Total}}$$

ambapo P _A, X _A, na n _A ni shinikizo la sehemu, sehemu ya mole, na idadi ya moles ya gesi A, kwa mtiririko huo, na n _Jumla ni idadi ya moles ya vipengele vyote katika mchanganyiko.

Mfano 9.14

Shinikizo la Mchanganyiko wa Gesi

Chombo cha 10.0-L kina 2.50$\times$10 ^—3 mol ya H ₂, 1.00$\times$10 ^1-3 mol ya Yeye, na 3.00$\times$10 ^—4 molo ya Ne saa 35 °C.

(a) Shinikizo la sehemu ya kila gesi ni nini?

(b) Shinikizo la jumla katika anga ni nini?

Suluhisho

Gesi hufanya kujitegemea, hivyo shinikizo la sehemu ya kila gesi linaweza kuamua kutoka kwa usawa bora wa gesi, kwa kutumia$P=\frac{nRT}{V}$:

$$P_{{\text{H}}_2}=\frac{\left(2.50\times {10}^{\text{1-3}}\sout{\text{mol}}\right)\left(0.08206\sout{\text{L}}\text{atm}\sout{{\text{mol}}^{\text{-1}}{\text{K}}^{\text{-1}}}\right)\left(308\sout{\text{K}}\right)}{10.0\sout{\text{L}}}=6.32\times {10}^{\text{1-3}}\text{atm}$$

$$P_{\text{Yeye}}=\frac{\left(1.00\times {10}^{\text{1-3}}\sout{\text{mol}}\right)\left(0.08206\sout{\text{L}}\text{atm}\sout{{\text{mol}}^{\text{-1}}{\text{K}}^{\text{-1}}}\right)\left(308\sout{\text{K}}\right)}{10.0\sout{\text{L}}}=2.53\times {10}^{\text{1-3}}\text{atm}$$

$$P_{\text{Ne}}=\frac{\left(3.00\times {10}^{\text{-4}}\sout{\text{mol}}\right)\left(0.08206\sout{\text{L}}\text{atm}\sout{{\text{mol}}^{\text{-1}}{\text{K}}^{\text{-1}}}\right)\left(308\sout{\text{K}}\right)}{10.0\sout{\text{L}}}=7.58\times {10}^{\text{-4}}\text{atm}$$

Shinikizo la jumla linatolewa kwa jumla ya shinikizo la sehemu:

$$P_{\text{T}}=P_{{\text{H}}_2}+P_{\text{Yeye}}+P_{\text{Ne}}=\left(0.00632+0.00253+0.00076\right)\text{atm}=9.61\times {10}^{\text{—3}}\text{atm}$$

Angalia Kujifunza Yako

Flaski 5.73-L saa 25 °C ina 0.0388 mol ya N ₂, 0.147 mol ya CO, na 0.0803 mol ya H ₂. Je! Shinikizo la jumla katika chupa katika anga ni nini?

Jibu:

1.137 atm

Hapa kuna mfano mwingine wa dhana hii, lakini kushughulika na mahesabu ya sehemu ya mole.

Mfano 9.15

Shinikizo la Mchanganyiko wa Gesi

Mchanganyiko wa gesi unaotumiwa kwa anesthesia una oksijeni 2.83 mol, O ₂, na 8.41 mol oksidi ya nitrous, N ₂ O. shinikizo la jumla la mchanganyiko ni 192 kPa.

(a) Sehemu za mole za O _{2 na N 2} O ni nini?

(b) Shinikizo la sehemu ya O ₂ na N ₂ O ni nini?

Suluhisho

Sehemu ya mole hutolewa na$X_A=\frac{n_A}{n_{Total}}$na shinikizo la sehemu ni P _A = X _A$\times$P _Jumla.

Kwa O ₂,

$$X_{O_2}=\frac{n_{O_2}}{n_{Total}}=\frac{\text{2.83 mol}}{\left(2.83+8.41\right)\text{mol}}=0.252$$

na$P_{O_2}=X_{O_2}\times P_{Total}=0.252\times \text{192 kPa}=\text{48.4 kPa}$

Kwa N ₂ O,

$$X_{N_{2}O}=\frac{n_{N_{2}O}}{n_{\mathrm{Jumla}}}=\frac{\text{8.41 ml}}{\left(2.83+8.41\right)\text{mol}}=0.748$$

na

$P_{N_{2}O}=X_{N_{2}O}\times P_{\mathrm{Jumla}}=0.748\times \text{192 kPa}=\text{144 kPa}$

Angalia Kujifunza Yako

Je, ni shinikizo la mchanganyiko wa 0.200 g ya H ₂, 1.00 g ya N ₂, na 0.820 g ya Ar katika chombo na kiasi cha 2.00 L saa 20 °C?

Jibu:

1.87 atm

Ukusanyaji wa Gesi juu ya Maji

Njia rahisi ya kukusanya gesi ambazo hazipatikani na maji ni kuzikamata kwenye chupa ambayo imejaa maji na kuingizwa ndani ya sahani iliyojaa maji. Shinikizo la gesi ndani ya chupa linaweza kufanywa sawa na shinikizo la hewa nje kwa kuinua au kupunguza chupa. Wakati kiwango cha maji ni sawa ndani na nje ya chupa (Kielelezo 9.21), shinikizo la gesi ni sawa na shinikizo la anga, ambalo linaweza kupimwa kwa barometer.

Kielelezo 9.21 Wakati mmenyuko hutoa gesi inayokusanywa juu ya maji, gesi iliyofungwa ni mchanganyiko wa gesi zinazozalishwa na majibu na mvuke wa maji. Ikiwa chupa ya ukusanyaji imewekwa vizuri ili kusawazisha viwango vya maji ndani na nje ya chupa, shinikizo la mchanganyiko wa gesi iliyofungwa itakuwa sawa na shinikizo la anga nje ya chupa (angalia majadiliano ya awali ya manometers).

Hata hivyo, kuna jambo lingine ambalo tunapaswa kuzingatia wakati tunapima shinikizo la gesi kwa njia hii. Maji hupuka na daima kuna maji ya gesi (mvuke wa maji) juu ya sampuli ya maji ya kioevu. Kama gesi inakusanywa juu ya maji, inakuwa imejaa mvuke wa maji na shinikizo la jumla la mchanganyiko ni sawa na shinikizo la sehemu ya gesi pamoja na shinikizo la sehemu ya mvuke wa maji. Kwa hiyo shinikizo la gesi safi ni sawa na shinikizo la jumla linakosa shinikizo la mvuke wa maji—hii inajulikana kama shinikizo la gesi “kavu” yaani shinikizo la gesi pekee, bila mvuke wa maji. Shinikizo la mvuke la maji, ambalo ni shinikizo linalotumiwa na mvuke wa maji katika usawa na maji ya kioevu kwenye chombo kilichofungwa, inategemea joto (Mchoro 9.22); Maelezo zaidi juu ya utegemezi wa joto la mvuke wa maji yanaweza kupatikana katika Jedwali 9.2, na shinikizo la mvuke litajadiliwa kwa undani zaidi katika sura inayofuata juu ya vinywaji.

Kielelezo 9.22 Grafu hii inaonyesha shinikizo la mvuke la maji kwenye usawa wa bahari kama kazi ya joto.

Mvuke shinikizo la barafu na maji katika joto mbalimbali katika ngazi ya bahari

Joto (°C)	Shinikizo (torr)	Joto (°C)	Shinikizo (torr)	Joto (°C)	Shinikizo (torr)
—10	1.95	18	15.5	30	31.8
—5	3.0	19	16.5	35	42.2
—2	3.9	20	17.5	40	55.3
0	4.6	21	18.7	50	92.5
2	5.3	22	19.8	60	149.4
4	6.1	23	21.1	70	233.7
6	7.0	24	22.4	80	355.1
8	8.0	25	23.8	90	525.8
10	9.2	26	25.2	95	633.9
12	10.5	27	26.7	99	733.2
14	12.0	28	28.3	100.0	760.0
16	13.6	29	30.0	101.0	787.6

Jedwali 9.2

Mfano 9.16

Shinikizo la gesi zilizokusanywa Juu ya Maji

Ikiwa 0.200 L ya argon hukusanywa juu ya maji kwenye joto la 26 °C na shinikizo la 750 torr katika mfumo kama ule ulioonyeshwa kwenye Mchoro 9.21, shinikizo la sehemu ya argon ni nini?

Suluhisho

Kwa mujibu wa sheria ya Dalton, shinikizo la jumla katika chupa (750 torr) ni jumla ya shinikizo la sehemu ya argon na shinikizo la sehemu ya maji ya gesi:

$$P_{\text{T}}=P_{\text{Ar}}+P_{{\text{H}}_2\text{O}}$$

Kurekebisha equation hii kutatua kwa shinikizo la argon inatoa:

$$P_{\text{Ar}}=P_{\text{T}}-P_{{\text{H}}_2\text{O}}$$

Shinikizo la mvuke wa maji juu ya sampuli ya maji kiowevu saa 26 °C ni 25.2 torr (Kiambatisho E), hivyo:

$$P_{\text{Ar}}=750\text{torr}-25.2\text{torr}=725\text{torr}$$

Angalia Kujifunza Yako

Sampuli ya oksijeni iliyokusanywa juu ya maji kwenye halijoto ya 29.0 °C na shinikizo la torr 764 ina kiasi cha 0.560 L. kiasi gani oksijeni kavu kutoka sampuli hii ingekuwa chini ya hali sawa ya joto na shinikizo?

Jibu:

0.537 L

Kemikali Stoichiometry na Gesi

Kemikali stoichiometry inaelezea uhusiano kiasi kati ya reactants na bidhaa katika athari za kemikali.

Hapo awali tumepima kiasi cha reactants na bidhaa kwa kutumia raia kwa yabisi na kiasi kwa kushirikiana na molarity kwa ufumbuzi; sasa tunaweza pia kutumia kiasi cha gesi kuonyesha kiasi. Ikiwa tunajua kiasi, shinikizo, na joto la gesi, tunaweza kutumia usawa bora wa gesi kuhesabu jinsi moles nyingi za gesi zilizopo. Ikiwa tunajua ngapi za gesi zinazohusika, tunaweza kuhesabu kiasi cha gesi kwa joto lolote na shinikizo.

Sheria ya Avogadro ilibadilishwa

Wakati mwingine tunaweza kuchukua faida ya kipengele kurahisisha ya stoichiometry ya gesi ambayo yabisi na ufumbuzi hazionyeshe: Gesi zote zinazoonyesha tabia bora zina idadi sawa ya molekuli kwa kiasi sawa (kwa joto sawa na shinikizo). Hivyo, uwiano wa kiasi cha gesi zinazohusika katika mmenyuko wa kemikali hutolewa na coefficients katika equation kwa mmenyuko, isipokuwa kwamba kiasi cha gesi kinapimwa kwa joto sawa na shinikizo.

Tunaweza kupanua sheria ya Avogadro (kwamba kiasi cha gesi ni moja kwa moja sawia na idadi ya moles ya gesi) kwa athari za kemikali na gesi: Gesi huchanganya, au kuguswa, kwa idadi ya uhakika na rahisi kwa kiasi, ikiwa ni pamoja na kwamba kila kiasi cha gesi kinapimwa kwa joto sawa na shinikizo. Kwa mfano, tangu gesi za nitrojeni na hidrojeni huguswa ili kuzalisha gesi ya amonia kulingana na${\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)⟶2{\text{NH}}_3(g),$kiasi fulani cha gesi ya nitrojeni humenyuka na mara tatu kiasi hicho cha gesi ya hidrojeni kuzalisha mara mbili kiasi hicho cha gesi ya amonia, ikiwa shinikizo na joto hubakia mara kwa mara.

Maelezo ya hili yanaonyeshwa kwenye Kielelezo 9.23. Kwa mujibu wa sheria ya Avogadro, kiasi sawa cha gesi N ₂, H ₂, na NH ₃, kwa joto sawa na shinikizo, zina idadi sawa ya molekuli. Kwa sababu molekuli moja ya N ₂ humenyuka na molekuli tatu za H ₂ kuzalisha molekuli mbili za NH ₃, kiasi cha H ₂ kinachohitajika ni mara tatu kiasi cha N ₂, na kiasi cha NH ₃ zinazozalishwa ni mara mbili kiasi cha N ₂.

Kielelezo 9.23 Kiasi kimoja cha N ₂ kinachanganya na kiasi cha tatu cha H ₂ ili kuunda kiasi cha NH ₃.

Mfano 9.17

Mitikio ya Gesi

Propane, C ₃ H ₈ (g), hutumiwa katika grills za gesi ili kutoa joto kwa kupikia. Ni kiasi gani cha O ₂ (g) kilichopimwa saa 25 °C na 760 torr kinachohitajika kuguswa na 2.7 L ya propane kupimwa chini ya hali sawa ya joto na shinikizo? Fikiria kwamba propane inakabiliwa na mwako kamili.

Suluhisho

Uwiano wa kiasi cha C ₃ H ₈ na O ₂ itakuwa sawa na uwiano wa coefficients yao katika usawa wa usawa kwa majibu:

$$\begin{array}{l}{\text{C}}_3{\text{H}}_8(g)+5{\text{O}}_2(g)⟶3{\text{USHIRIKIANO}}_2(g)+4{\text{H}}_2\text{O}\left(l\right)\\ \text{1 kiasi}+\text{Kiasi cha 5}\text{Kiasi cha 3}+\text{4 kiasi}\end{array}$$

Kutoka kwa usawa, tunaona kwamba kiasi kimoja cha C ₃ H _{8 kitaitikia} na kiasi cha tano cha O ₂:

$$2.7\sout{\text{L}{\text{C}}_3{\text{H}}_8}\times \frac{\text{5 L}{\text{O}}_2}{1\sout{\text{L}{\text{C}}_3{\text{H}}_8}}=\text{13.5 L}{\text{O}}_2$$

Kiasi cha 13.5 L cha O ₂ kitahitajika kuguswa na 2.7 L ya C ₃ H ₈.

Angalia Kujifunza Yako

Tangi ya asetilini kwa tochi ya kulehemu ya oksiasetilini hutoa 9340 L ya gesi ya asetilini, C _{2 H 2}, saa 0 °C na atm 1. Ni mizinga ngapi ya oksijeni, kila kutoa 7.00$\times$10 ³ L ya O ₂ kwenye 0 °C na atm 1, itahitajika kuchoma asetilini?

$$2{\text{C}}_2{\text{H}}_2+5{\text{O}}_2⟶4{\text{USHIRIKIANO}}_2+2{\text{H}}_2\text{O}$$

Jibu:

3.34 mizinga (2.34$\times$10 ⁽⁴ L)

Mfano 9.18

Kiasi cha Gesi zinazoitikia

Amonia ni mbolea muhimu na kemikali ya viwanda. Tuseme kwamba kiasi cha futi za ujazo bilioni 683 za amonia ya gesi, kipimo cha 25 °C na atm 1, kilitengenezwa. Ni kiasi gani cha H ₂ (g), kilichopimwa chini ya hali hiyo, kilihitajika kuandaa kiasi hiki cha amonia kwa majibu na N ₂?

$${\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)⟶2{\text{NH}}_3(g)$$

Suluhisho

Kwa sababu kiasi sawa cha H ₂ na NH ₃ zina idadi sawa ya molekuli na kila molekuli tatu za H ₂ ambazo huguswa zinazalisha molekuli mbili za NH ₃, uwiano wa kiasi cha H ₂ na NH ₃ itakuwa sawa na 3:2. Kiasi mbili cha NH ₃, katika kesi hii katika vitengo vya bilioni ft ³, zitaundwa kutoka kwa kiasi cha tatu cha H ₂:

$$683\sout{\text{bilioni}{\text{ft}}^3{\text{NH}}_3}\times \frac{\text{Bilioni 3}{\text{ft}}^3{\text{H}}_2}{2\sout{\text{bilioni}{\text{ft}}^3{\text{NH}}_3}}=1.02\times {10}^3\text{bilioni}{\text{ft}}^3{\text{H}}_2$$

Utengenezaji wa 683 bilioni ft ³ ya NH ₃ ulihitaji 1020 bilioni ft ³ ya H ₂. (Katika 25 °C na atm 1, hii ni kiasi cha mchemraba wenye urefu wa makali ya takriban maili 1.9.)

Angalia Kujifunza Yako

Ni kiasi gani cha O ₂ (g) kilichopimwa saa 25 °C na 760 torr inahitajika kuguswa na 17.0 L ya ethylene, C ₂ H ₄ (g), kipimo chini ya hali sawa ya joto na shinikizo? Bidhaa hizo ni CO ₂ na mvuke wa maji.

Jibu:

51.0 L

Mfano 9.19

Kiasi cha Bidhaa za Gesi

Ni kiasi gani cha hidrojeni katika 27 °C na 723 torr inaweza kutayarishwa na mmenyuko wa 8.88 g ya galliamu na ziada ya asidi hidrokloriki?

$$2\text{Ga}\left(s\right)+6\text{HCl}\left(aq\right)⟶2{\text{GaCl}}_3\left(aq\right)+3{\text{H}}_2(g)$$

Suluhisho

Badilisha molekuli iliyotolewa ya reactant kikwazo, Ga, kwa moles ya hidrojeni zinazozalishwa:

$$8.88\sout{\text{g Ga}}\times \frac{1\sout{\text{mol Ga}}}{69.723\sout{\text{g Ga}}}\times \frac{\text{3 mol}{\text{H}}_2}{2\sout{\text{mol Ga}}}=0.191{\text{mol H}}_2$$

Badilisha maadili yaliyotolewa ya joto na shinikizo kwa vitengo vinavyofaa (K na atm, kwa mtiririko huo), na kisha utumie kiasi cha molar cha gesi ya hidrojeni na usawa bora wa gesi ili kuhesabu kiasi cha gesi:

$$V=\left(\frac{nRT}{P}\right)=\frac{0.191\sout{\text{mol}}\times \text{0.08206 L}\sout{\text{atm}{\text{mol}}^{\text{-1}}{\text{K}}^{\text{-1}}}\times \text{300 K}}{0.951\sout{\text{atm}}}=\text{4.94 L}$$

Angalia Kujifunza Yako

Dioksidi ya sulfuri ni kati katika maandalizi ya asidi sulfuriki. Ni kiasi gani cha SO ₂ katika 343 °C na 1.21 atm huzalishwa kwa kuchoma l.00 kg ya sulfuri katika oksijeni ya ziada?

Jibu:

1.30$\times$10 ^{- 3} L

Jinsi Sayansi Kuunganisha

Gesi chafu na Mabadiliko ya Hali ya hewa

Ngozi nyembamba ya angahewa yetu inazuia dunia kuwa sayari ya barafu na kuifanya iweze kuishi. Kwa kweli, hii ni kutokana na chini ya 0.5% ya molekuli za hewa. Ya nishati kutoka jua kwamba fika dunia, karibu$\frac{1}{3}$inaonekana nyuma katika nafasi, na wengine kufyonzwa na anga na uso wa dunia. Baadhi ya nishati ambayo dunia inachukua hutolewa tena kama mionzi ya infrared (IR), sehemu ambayo hupita nyuma kupitia anga hadi angani. Wengi kama hii mionzi IR, hata hivyo, ni kufyonzwa na baadhi ya gesi anga, ufanisi mtego joto ndani ya anga katika jambo linalojulikana kama athari chafu. Athari hii inao joto duniani ndani ya mbalimbali zinazohitajika ili kuendeleza maisha duniani. Bila anga yetu, wastani wa halijoto duniani ungekuwa chini kwa zaidi ya 30 °C (karibu 60 °F). Gesi kubwa za chafu (GHGs) ni mvuke wa maji, dioksidi kaboni, methane, na ozoni. Tangu Mapinduzi ya Viwanda, shughuli za binadamu zimeongezeka viwango vya GHGs, ambazo zimebadilika usawa wa nishati na zinabadilisha hali ya hewa ya dunia (Kielelezo 9.24).

Kielelezo 9.24 Gesi za chafu mtego wa kutosha wa nishati ya jua ili kufanya sayari iweza-hii inajulikana kama athari ya chafu. Shughuli za kibinadamu zinaongeza viwango vya gesi ya chafu, joto la sayari na kusababisha matukio ya hali ya hewa kali zaidi.

Kuna ushahidi mkubwa kutoka vyanzo vingi kwamba viwango vya juu vya anga vya CO _{2 vinasababishwa} na shughuli za binadamu, na uhasibu wa mafuta ya mafuta ya mafuta kwa karibu$\frac{3}{4}$ya ongezeko la hivi karibuni katika CO ₂. Takwimu za kuaminika kutoka kwa vipande vya barafu zinaonyesha kuwa mkusanyiko wa CO ₂ katika angahewa ni kiwango cha juu zaidi katika kipindi cha miaka 800,000; ushahidi mwingine unaonyesha kuwa inaweza kuwa katika kiwango chake cha juu katika miaka milioni 20. Katika miaka ya hivi karibuni, mkusanyiko wa CO ₂ umeongeza viwango vya preindustrial ya ~ 280 ppm hadi zaidi ya 400 ppm leo (Kielelezo 9.25).

Kielelezo 9.25 CO ₂ ngazi katika kipindi cha miaka 700,000 walikuwa kawaida kutoka 200-300 ppm, na mwinuko, ongezeko mno katika kipindi cha miaka 50.

Unganisha na Kujifunza

Bonyeza hapa kuona video ya dakika 2 inayoelezea gesi za chafu na ongezeko la joto duniani.

Picha ya Kemia

Susan Sulemani

Anga na hali ya hewa mwanasayansi Susan Solomon (Kielelezo 9.26) ni mwandishi wa moja ya vitabu vya New York Times ya mwaka (The Cold Machi, 2001), mojawapo ya watu 100 wa magazine ya Time wenye ushawishi mkubwa zaidi duniani (2008), na kiongozi wa kikundi cha kazi cha Jopo la Kimataifa la Mabadiliko ya Tabianchi (IPCC), ambalo lilikuwa mpokeaji wa Tuzo ya Nobel ya Amani ya 2007. Alisaidia kuamua na kueleza sababu ya malezi ya shimo la ozoni juu ya Antaktika, na ameandika magazeti mengi muhimu juu ya mabadiliko ya hali ya hewa. Amepewa heshima ya juu ya kisayansi nchini Marekani na Ufaransa (Medali ya Taifa ya Sayansi na Grande Medaille, kwa mtiririko huo), na ni mwanachama wa Chuo cha Taifa cha Sayansi, Royal Society, Chuo cha Sayansi cha Kifaransa, na Chuo cha Sayansi cha Ulaya. Zamani profesa katika Chuo Kikuu cha Colorado, yeye sasa yuko katika MIT, na anaendelea kufanya kazi katika NOAA.

Kwa habari zaidi, angalia video hii kuhusu Susan Solomon.

Kielelezo 9.26 Utafiti wa Susan Solomon unalenga mabadiliko ya hali ya hewa na imekuwa muhimu katika kuamua sababu ya shimo la ozoni juu ya Antaktika. (mikopo: Utawala wa Taifa wa Bahari na Anga)

maelezo ya chini

• 2 “Nukuu za Joseph-Louis Lagrange,” iliyopita tarehe Februari 2006, kupatikana Februari 10, 2015, http://www-history.mcs.st-andrews.ac... /Lagrange.html