Podstawy obliczeń chemicznych 1, Nauka, Chemia, Różne
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Podstawy Obliczeń Chemicznych
Autor rozdziału: Stanisław Konieczny
Rozdział 1. Podstawowe pojęcia chemiczne
1.1. Jednostki miar
1.1.1. Układ SI
1.1.2. Inne jednostki miar
1.1.3. Przeliczanie jednostek
1.1.4. Zapis liczb w notacji naukowej
1.1.5. Cyfry znaczące oraz zasady zaokrąglania liczb
1.2. Wzory związków chemicznych
1.2.1. Wzory Lewisa
1.2.2. Wzory związków jonowych
1.2.3. Wzory związków kowalencyjnych
1.2.4. Ładunek formalny – kryterium prawdopodobieństwa struktur Lewisa
1.3. Mol, masa atomowa, masa cząsteczkowa i masa molowa
1.3.1. Definicja mola
1.3.2. Masa atomowa oraz masa molowa pierwiastków
1.3.3. Masa cząsteczkowa oraz masa molowa cząsteczek
1.1.
Jednostki miar
Jednostką miary danej wielkości jest określona miara tej wielkości służąca za miarę
podstawową, czyli wzorzec do ilościowego wyrażania za pomocą liczb innych miar danej
wielkości przez porównanie tych miar. Jednostki miar są ustalone arbitralnie – zwyczajowo
lub w wyniku porozumień międzynarodowych. W rozdziale niniejszym omówione zostaną
jedynie te jednostki, które stosuje się w skrypcie oraz w trakcie kursu chemii ogólnej
i nieorganicznej. Definicje wszystkich jednostek można znaleźć w większości podręczników
fizyki.
1.1.1. Układ SI
Obowiązującym obecnie w Polsce (od 1966 roku) układem jednostek jest
Międzynarodowy Układ Jednostek Miar – dalej nazywany w skrócie
układem SI
(z franc.
S
ystème
I
nternational d'Unites). Układ ten zdefiniuje siedem wielkości podstawowych wraz
z ich jednostkami. Symbole jednostek wielkości podstawowych są obowiązkowe, piszemy je
literami prostymi. Przy podawaniu wymiarów wszystkich jednostek nie należy ich odmieniać
przezprzypadki ani modyfikować w żaden inny sposób. Nie są one również skrótami, a więc
nie należy za nimi stawiać kropki, chyba że kończy ona zdanie. W układzie SI zaleca się
również (ale zalecenia nie są obowiązkowe), aby symbole dla wielkości podstawowych
i pochodnych pisać pismem pochyłym (zalecane symbole dla wielkości podstawowych
podano poniżej w nawiasie bezpośrednio za ich nazwami).
•
Długość (l, x, r,
itp
)
, której jednostką podstawową jest
metr (m)
. Metr jest obecnie
zdefiniowany następująco: jest to długość drogi przebytej w próżni przez światło
w czasie 1/299792458 s.
•
Masa (m)
, której jednostką podstawową jest
kilogram (kg)
. Kilogram jest to masa
wzorca wykonanego ze stopu platyny z irydem, przechowywanego
w Międzynarodowym Biurze Miar w Sevres.
•
Czas (t)
, mierzony w
s
ekundach (s)
. Sekunda jest to czas równy 9192631770
okresom promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma nadsubtelnymi
poziomami (F = 3 i F = 4) stanu podstawowego (
2
S
1/2
) atomu cezu
133
Cs.
•
Temperatura
(T)
mierzona jest w
kelwinach (K)
. Kelwin jest zdefiniowany jako
1/273,16 część temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody.
•
liczność (ilość) materii (n)
, mierzona jest w
molach (mol)
. Mol jest to liczność
materii układu zawierającego liczbę cząstek równą liczbie atomów zawartych w masie
0,012 kg
12
C – przy stosowaniu mola koniecznie należy określić rodzaj cząstek,
których w danym momencie określenie mola dotyczy. Tymi cząstkami mogą być
tylko atomy, cząsteczki, jony, elektrony oraz inne cząstki lub określone zespoły takich
cząstek.
•
jednostką podstawową
natężenia prądu
(I
lub
i)
jest
amper
(A)
. Amper jest to prąd
elektryczny niezmieniający się, który płynąc w dwóch równoległych prostoliniowych,
- 2 -
nieskończenie długich przewodach o przekroju kołowym znikomo małym,
umieszczonych w próżni w odległości 1 metra od siebie, wywołałby między tymi
przewodami siłę 2·10
-7
niutona na każdy metr długości.
•
jednostką podstawową
światłości (I
v
)
jest
kandela
(cd)
. Kandela jest to światłość
źródła emitującego w określonym kierunku promieniowanie monochromatyczne
o częstotliwości 540·10
12
herców i o natężeniu promieniowania w tym kierunku
równym 1/683 wata na steradian.
Podane wyżej definicje obowiązują na podstawie rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 30
listopada 2006 r. (Dz.U.06.225.1638).
Twórcy układu SI zdefiniowali również klasę jednostek uzupełniających. Były to dwie
jednostki o charakterze matematycznym: jednostka miary łukowej kąta
– radian
(
rad
) oraz
jednostka miary kąta bryłowego –
steradian
(
sr
). W 1995 roku decyzją XX Konferencji
Generalnej Miar i Wag klasa jednostek uzupełniających została połączona z jednostkami
pochodnymi.
Jednostkami pochodnymi są jednostki wszystkich innych wielkości fizycznych
i chemicznych (oraz od 1995 roku – radian i steradian). Niektóre z nich mają swoje własne
nazwy i oznaczenia, na przykład jednostkę ciśnienia obowiązującą w układzie SI nazywamy
paskalem
Pa
. Jest również wiele jednostek, które nie mają własnych nazw, np. jednostkę
przyspieszenia zapisujemy jako kombinację jednostek podstawowych
m/s
2
.
Oprócz jednostek podstawowych i pochodnych w fizyce i chemii używa się również
jednostek wtórnych, które są wielokrotnościami lub podwielokrotnościami jednostek
podstawowych lub pochodnych. Jednostki wtórne tworzy się przez dodanie do nazwy
jednostki podstawowej (pochodnej) odpowiedniego przedrostka, który odpowiada
odpowiedniemu mnożnikowi. Wszystkie używane mnożniki są potęgami liczby 10; zaleca się
stosować wykładniki potęg podzielne przez 3. Wyjątkiem w zasadzie tworzenia jednostek
wtórnych jest
kilo
gram, dla którego podstawą tworzenia nazw jednostek wtórnych jest gram.
Jest to niewątpliwa niekonsekwencja autorów układu SI, ale wynika ona z uznania za
nadrzędną zasady stosowania jednego przedrostka zwielokrotniającego; w związku z tym
1000 kg zapisuje się nie jako
1 kkg
, a jako
1 Mg (megagram)
.
Listę przedrostków i odpowiadających im mnożników zamieszczono w Tabeli 1.1.
- 3 -
Tabela 1.1.
Przedrostki służące do tworzenia jednostek wtórnych układu SI.
Przedrostek
Symbol*
Mnożnik
jotta
Y
10
24
zetta
Z
10
21
eksa
E
10
18
penta
P
10
15
tera
T
10
12
giga
G
10
9
mega
M
10
6
kilo
k
10
3
hekto
h
10
2
deka
da
10
1
decy
d
10
−1
centy
c
10
−2
mili
m
10
−3
mikro
μ
10
−6
nano
n
10
−9
piko
p
10
−12
femto
f
10
−15
atto a
10
−18
zepto z 10
–21
jokto y 10
–24
*Symbole przedrostków zwielokrotniających począwszy od 10
6
pisze się dużymi literami.
1.1.2. Inne jednostki miar
Oprócz jednostek układu SI w literaturze spotykamy się z jednostkami należącymi do
innych układów. Umiejętność czytania i przeliczania danych zapisanych przy pomocy
rozmaitych jednostek jest umiejętnością dość istotną. Wybrane jednostki układów innych niż
układ SI zamieszczono w Tabeli 1.2.
- 4 -
Tabela 1.2.
Wybrane wielkości fizyczne i chemiczne i ich jednostki w układach innych niż
układ SI.
Wielkość
jednostka (układ)
symbol
przeliczenia
jednostki
Długość
angstrem
Å
1 Å = 10
−10
m
cal (inch)
in.,"
1 in. = 0,0254 m
stopa (foot)
jard (yard)
ft.
yd.
1 ft. = 0,304800 m
1 yd. = 0,91440 m
1 n.mile = 1853,18 m
mila morska (angielska)
n.mile
Czas
minuta
min
1 min = 60 s
godzina
doba
h
d
1 h = 3600 s
1 d = 86400s
rok
a
1 a = 31 556925,975 s
masa
karat metryczny
ct
1 ct = 0,0002 kg
cetnar
cetnar
1 cetnar = 50 kg
kwintal
tona
q
t
1 q = 100 kg
1 t = 1000kg
uncja (handlowa)
oz.av.
1 oz.av. = 0,028350 kg
funt (handlowy)
lb.av.
1 lb.av. = 0,453592 kg
uncja (aptekarska)
funt (aptekarski)
oz.ap.
lb.ap.
1 oz.ap. = 0,031103 kg
1 lb.ap. = 0,37324 kg
pole
(powierzchnia)
ar
hektar
a
ha
1 a = 100 m
2
1 ha = 10000 m
2
1 akr = 4046,9 m
2
akr (acre)
objętość
(pojemność)
mililitr
litr
ml
l, L
1 ml = 1 cm
3
= 0,000001 m
3
1 l = 1 dm
3
= 0,001 m
3
1 pt. = 0,5682 l = 0,0005682 m
3
pint (angielska)
pt.
pint (amerykańska)
U.S.pt.
1 U.S.pt. = 0,4732 l
= 0,0004732 m
3
1 Imp.gal. = 4,546 l = 0,004546 m
3
galon (angielski)
Imp.gal.
galon (amerykański)
U.S.gal.
1 U.S.gal. = 3,7853 l
= 0,0037853 m
3
1 U.S.bbl = 158,99 l = 0,15899 m
3
beczka (amerykańska –
U.S.bbl
- 5 -
[ Pobierz całość w formacie PDF ]