Important formulas in general chemistry, Cheat Sheet of Chemistry

Download Important formulas in general chemistry and more Cheat Sheet Chemistry in PDF only on Docsity! KJ1000 Generell kjemi Formelark 2 Innholdsfortegnelse Innholdsfortegnelse …………………………………………………………………………………………………….. s. 2 Kap. 3: Støkiometri ………………………………………………………………………………………………………. s. 3 Kap. 4: Kjemiske reaksjoner i vandige løsninger …………………………………………………………… s. 3 Kap. 5: Gasser ………………………………………………………………………………………………………………. s. 3 Kap. 6: Termokjemi ………………………………………………………………………………………………………. s. 5 Kap. 7: Atomenes elektronstruktur ………………………………………………………………………………. s. 6 Kap. 8: Det periodiske system ………………………………………………………………………………………. s. 7 Kap. 9: Kjemisk binding I ………………………………………………………………………………………………. s. 7 Kap. 10: Kjemisk binding II ……………………………………………………………………………………………. s. 8 Kap. 12: Intermolekylære krefter i væsker og faste stoffer …………………………………………… s. 8 Kap. 13: Løsninger ………………………………………………………………………………………………………… s. 9 Kap. 14: Reaksjonskinetikk ……………………………………………………………………………………………………….. s. 11 Kap. 15: Kjemisk likevekt ………………………………………………………………………………………………………….. s. 12 Kap. 16: Syrer og baser …………………………………………………………………………………………………………….. s. 13 Kap. 17: Syre-base-likevekter. Løselighet. ………………………………………………………………………………… s. 14 Kap. 18: Termodynamikk …………………………………………………………………………………………………………. s. 14 Kap. 19: Redoks-reaksjoner og elektrokjemi …………………………………………………………………………….. s. 16 Kap. 21: Kjernekjemi ………………………………………………………………………………………………………………… s. 17 5 Van der Waals’ tilstandslikning: (𝑃 + 𝑎𝑛2 𝑉2 ) × (𝑉 − 𝑛𝑏) = 𝑛𝑅𝑇 𝑎 og 𝑏 er van der Waals‘-konstanter, se Table 5.3, s.166 Kapittel 6: Termokjemi Termodynamikkens første lov (energiloven): ∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤 ∆𝑈 er endring i indre energi 𝑞 er tilført varme 𝑤 er tilført arbeid Arbeid 𝑤 = 𝐹 × 𝑥 = 𝑃 × 𝐴 × 𝑥, hvis x har samme retning som kraften, utføres det et positivt arbeid på gassen ∆𝑉 = −𝐴 × 𝑥 Gassens volumendring (gassens volum minker) 𝑤 = 𝐹 × 𝑥 = 𝑃 × 𝐴𝑥 = −𝑃∆𝑉 Kompresjonsarbeidet Indre energi og entalpi ∆𝑈 = 𝑞𝑉 for prosesser med konstant volum ∆𝑈 = ∆(𝑈 + 𝑃𝑉) for prosesser med konstant trykk 𝐻 = 𝑈 + 𝑃𝑉 definisjonen av entalpi ∆𝐻 = 𝐻(𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑒𝑟) − 𝐻(𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟) endring i entalpi ∆𝑈 = ∆𝐻 − ∆(𝑃𝑉) ∆𝑈 og ∆𝐻 er ikke så forskjellige Kalorimetri 𝐶 = 𝑚 × 𝑠 hvor 𝐶 er varmekapasitet og 𝑠 er spesifikk varmekapasitet 𝑞 = 𝐶 × ∆𝑇 = 𝑚 × 𝑠 × ∆𝑇 ∆𝑇 = 𝑇𝑠𝑙𝑢𝑡𝑡 − 𝑇𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 6 Standard reaksjonsentalpi 𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷 ∆𝐻𝑓 0 finner man som ∆𝐻𝑟𝑥 0 = [𝑐∆𝐻𝑓 0(𝐶) + 𝑑∆𝐻𝑓 0(𝐷)] − [𝑎∆𝐻𝑓 0(𝐴) + 𝑏∆𝐻𝑓 0(𝐵)] regel i en tabell. ∆𝐻𝑟𝑥 0 = ∑ 𝑛∆𝐻𝑓 0(𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑒𝑟) − ∑ 𝑛∆𝐻𝑓 0(𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟) (Arbeidsbok s. 89) Kap. 7: Atomenes elektronstruktur 𝑢 = 𝜆 × 𝑣 Bølgens hastighet 𝐸 = ℎ𝑣 = ℎ 𝑐 𝜆 Sammenheng mellom strålingsenergi og elektromagnetiske bølger 𝐸 = 𝐾𝐸 + 𝑊 = ℎ𝑣 ⇒ 𝐾𝐸 = ℎ𝑣 − 𝑊 𝐸𝑛 = −𝑅𝐻 ( 1 𝑛2) 𝑅𝐻 Rydbergs konstant (for H = 2.18 × 10-18) 𝑛 avstand fra kjerne ∆𝐸 = ℎ𝑣 = 𝐸𝑠𝑙𝑢𝑡𝑡 − 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 𝑅𝐻 ( 1 𝑛𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 2 1 𝑛𝑠𝑙𝑢𝑡𝑡 2 ) En stående bølge må oppfylle kravet: 2𝜋 = 𝑛𝜆 𝜆 = ℎ 𝑚𝑢 Atomorbitaler • Hovedkvantetallet (𝑛) angir hvor langt elektronet er fra kjernen (orbitalets utstrekning) og i hovedsak hvilken energi den har. Hovedkvantetallet kan ha heltallverdiene 1, 2, 3, osv. • Banespinnkvantetallet (𝑙) angir orbitalets fasong. Den kan ha verdiene 0, 1, …, (𝑛 − 1). • Det magnetiske kvantetallet (𝑚𝑙) angir orbitalet retning. Den kan ha verdiene −𝑙, (−𝑙 + 1), … , 0, … , (𝑙 − 1), 𝑙) • Elektronspinnkvantetallet (𝑚𝑠) angir retningen på elektronets spinn. Den kan ha verdiene + 1 2 eller − 1 2 (opp/ned) Elektroner med samme verdi for 𝑛 utgjør et skall. Elektroner med samme verdi for 𝑛 og 𝑙 utgjør et underskall. Elektroner med samme verdi for 𝑛, 𝑙 og 𝑚𝑙 utgjør et orbital. 7 𝑙 = 0: s-orbital paramagnetisk: ett eller flere uparete elektronspinn 𝑙 = 1: p-orbital diamagnetisk: ingen uparete elektronspinn 𝑙 = 2: d-orbital Kap. 8: Det periodiske system Effektiv kjerneladning 𝑍𝑒𝑓𝑓 = 𝑍 − 𝜎 hvor 𝑍 er kjernens ladning (atomnr.) og 𝜎 er skjermingskonstanten Tabell for ioniseringenergi: arbeidsbok s. 116 Elektronaffinitet 𝐸𝐴 = −∆𝐻 Elektronaffinitet (EA) er endring i energi når et elektron tas opp av et atom i gassfase og danner et anion Kap. 9: Kjemisk binding I Gitterenergi 𝑢(𝑟) = 𝑄+𝑄− 𝑟 (tiltrekkende krefter) hvor 𝑢(𝑟) er bindingsenergi, 𝑄 er ladning og 𝑟 distanse mellom ladningene 𝑢(𝑟) = 𝑄+𝑄+ 𝑟 / 𝑢(𝑟) = 𝑄−𝑄− 𝑟 (frastøtende krefter) Krystallets totale gitterenergi er summen av alle bidragsenergiene. Formell ladning ( 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑒𝑙𝑙 𝑙𝑎𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔 ) = ( 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑠 − 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑟 𝑖 𝑓𝑟𝑖𝑡𝑡 𝑎𝑡𝑜𝑚 ) − ( 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑟 𝑠𝑜𝑚 𝑖𝑘𝑘𝑒 𝑖𝑛𝑛𝑔å𝑟 𝑖 𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 ) − 1 2 ( 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑟 𝑠𝑜𝑚 𝑖𝑛𝑛𝑔å𝑟 𝑖 𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 ) 10 Kokepunktforhøyelse ∆𝑇𝑏 = 𝑇𝑏 − 𝑇𝑏 ° ∆𝑇𝑏 = kokepunktforhøyelse 𝑇𝑏 = Kokepunkt til løsning 𝑇𝑏 ° = Kokepunkt til rent stoff ∆𝑇𝑏 = 𝐾𝑏𝑚 𝐾𝑏= ebullioskopisk konstant 𝑚 = molalitet Frysepunktdepresjon ∆𝑇𝑏 = 𝑇𝑓 ° − 𝑇𝑓 ∆𝑇𝑓 = Frysepunktdepresjon 𝑇𝑓 = Kokepunkt blanding 𝑇𝑓 ° = rent frysepunkt ∆𝑇𝑓 = 𝐾𝑓𝑚 𝐾𝑏= Frysepunktkonstant 𝑚 = molalitet Osmotisk trykk 𝜋 = 𝑀𝑅𝑇 𝜋 = osmotisk trykk 𝑀= konsentrasjon i molaritet 𝑅 = gasskonstanten 𝑇 = temperatur I elektrolyttløsninger 𝑣𝑎𝑛′𝑡ℎ𝑜𝑓𝑓 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 (𝑖) = 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙𝑙 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑘𝑙𝑒𝑟 𝑖 𝑙ø𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔 𝑒𝑡𝑡𝑒𝑟 𝑑𝑖𝑠𝑠𝑜𝑠𝑖𝑠𝑗𝑜𝑛 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙𝑙 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑙𝑒𝑛ℎ𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑙ø𝑠𝑡 ∆𝑇𝑏 = 𝑖 𝐾𝑏𝑚 ∆𝑇𝑓 = 𝑖 𝐾𝑓𝑚 𝜋 = 𝑖 𝑀𝑅𝑇 11 Kap. 14: Reaksjonskinetikk Reaksjonshastighet 𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷 𝑣 = − 1 𝑎 ∆[𝐴] ∆𝑡 = − 1 𝑏 ∆[𝐵] ∆𝑡 = − 1 𝑐 ∆[𝐶] ∆𝑡 = − 1 𝑑 ∆[𝐷] ∆𝑡 Reaksjonsorden 𝑣 = 𝑘 [𝐴]𝑥[𝐵]𝑦 𝑘 er hastighetskonstanten 𝑥 og 𝑦 må finnes eksperimentelt 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑗𝑜𝑛𝑠𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛 = 𝑥 + 𝑦 Hvordan konsentrasjon av reaktantene endrer seg med tiden Reaksjonsorden Hastighetslov [A] som funksjon av tiden Reaksjonens halveringstid 0 𝑣 = 𝑘 [𝐴]𝑡 = [𝐴]𝑜 − 𝑘𝑡 𝑡1/2 = [𝐴]0 2𝑘 1 𝑣 = 𝑘[𝐴] [𝐴]𝑡 = [𝐴]𝑜 × 𝑒−𝑘𝑡 𝑡1/2 = ln 2 𝑘 2 𝑣 = 𝑘[𝐴]2 1 [𝐴]𝑡 = 1 [𝐴]0 + 𝑘𝑡 𝑡1/2 = 1 2[𝐴]0 12 Arrhenius’ likning 𝑘 = 𝐴𝑒 −( 𝐸𝑎 𝑅𝑇 ) 𝑘 = hastighetskonstant Alternativt: 𝐴 = føreksponentiell faktor ln 𝑘 = − ( 𝐸𝑎 𝑅𝑇 ) + ln 𝐴 𝐸𝑎= aktiveringsenergi 𝑅 = gasskonstanten 𝑇 = temperatur Kap. 15: Kjemisk likevekt Likevektskonstanten 𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 ⇆ 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷 𝐾 = [𝐶]𝑐 × [𝐷]𝑑 [𝐴]𝑎 × [𝐵]𝑏 𝐾𝑃 = 𝑃𝐶 𝑐 × 𝑃𝐷 𝑑 𝑃𝐴 𝑎 × 𝑃𝐵 𝑏 Homogen likevekt: Likevekt der reaktanter og produkter er blandet i samme fase. Heterogen likevekt: Likevekt mellom der reaktanter og produkter er i forskjellige faser. Konsentrasjonen for rene faste stoffer og rene væsker inngår ikke i likevektskonstanten. Reaksjonskvotienten 𝐾 = [𝐶]𝑐×[𝐷]𝑑 [𝐴]𝑎×[𝐵]𝑏 ved likevekt 𝑄 = [𝐶]𝑐×[𝐷]𝑑 [𝐴]𝑎×[𝐵]𝑏 når som helst 𝑄 < 𝐾: reaksjonen går mot produkter for å nå likevekt 𝑄 > 𝐾: reaksjonen går mot reaktanter for å nå likevekt 𝑄 = 𝐾: reaksjonen er i likevekt 15 Termodynamikkens første lov Energi kan konverteres fra en form til en annen, men ikke skapes eller destrueres. ∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤 Endring i indre energi for et lukket system, 𝑞 = varme 𝑤 = arbeid Termodynamikkens andre lov Et isolert system vil gjennomgå en (spontan) prosess slik at systemets entropi vil øke inntil systemet er i likevekt. Irreversibel prosess: ∆𝑆𝑢𝑛𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑒𝑡 = ∆𝑆𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 + ∆𝑆𝑜𝑚𝑔𝑖𝑣𝑒𝑙𝑠𝑒𝑟 > 0 Reversibel prosess: ∆𝑆𝑢𝑛𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑒𝑡 = ∆𝑆𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 + ∆𝑆𝑜𝑚𝑔𝑖𝑣𝑒𝑙𝑠𝑒𝑟 = 0 Termodynamikkens tredje lov Ved 𝑇 = 0 er entropien for en perfekt krystall lik null. (Hjelpelov, hjelper oss å beregne absolutte entropier S) Standard entropiendring ∆𝑆rx ° = ∑ 𝑛𝑆produkter ° − ∑ 𝑚𝑆reaktanter ° ∆𝑆rx ° = 𝑆slutt − 𝑆start ∆𝑆𝑜𝑚𝑔𝑖𝑣𝑒𝑙𝑠𝑒𝑟 = − ∆𝐻𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑇 ∆𝑆𝑢𝑛𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑒𝑡 = ∆𝑆𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 − ∆𝐻𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑇 16 Gibbs (fri) energi 𝐺 = 𝐻 − 𝑇𝑆 Definisjon av Gibbs energi ∆𝐺𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 = ∆𝐻𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 − 𝑇∆𝑆𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 ved konstant trykk og temperatur ∆𝐺𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 = ∆𝐺° + 𝑅𝑇 ln 𝑄 ∆𝐺° = standard endring 𝑄 = [𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡] [𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛𝑡] ∆𝐺𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 < 0 spontan prosess ∆𝐺𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 > 0 ikke spontan prosess ∆𝐺𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 = 0 prosessen er i likevekt Standard fri dannnelsesenergi ∆𝐺rx ° = ∑ 𝑛𝐺𝑓,𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑒𝑟 ° − ∑ 𝑚𝐺𝑓,𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟 ° Fri energi i kjemisk likevekt ∆𝐺 = ∆𝐺° + 𝑅𝑇 ln 𝑄 Ved likevekt er ∆𝐺 = 0 og 𝑄 = 𝐾 } ⇒ 0 = ∆𝐺° + 𝑅𝑇 ln 𝐾 ⇒ ∆𝐺° = −𝑅𝑇 ln 𝐾 Kap. 19: Redoks-reaksjoner og elektrokjemi Termodynamikk for galvaniske celler 𝑙𝑎𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔 × 𝑠𝑝𝑒𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔 (𝑛𝐹 × 𝐸) = 𝐸𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑖𝑠𝑘 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 (𝑄 × 𝐸) 17 ∆𝐺 = −𝑛𝐹𝐸 ∆𝐺 = maks arbeid ut fra en prosess (Gibbs energi) 𝑛 = antall elektroner som flyttes i reaksjonen 𝐹 = 96485 𝐶 𝑚𝑜𝑙 = 96485 𝐽 𝑚𝑜𝑙 × 𝑉 Sammenheng mellom 𝐸°, ∆𝐺°og likevektskonstanten ln 𝐾 ⇒ ∆𝐺° = −𝑅𝑇 ln 𝐾 = −𝑛𝐹𝐸° 𝐸° = 𝑅𝑇 𝑛𝐹 ln 𝐾 Sammenheng mellom emf og konsentrasjon av reaktantene Nernsts likning: 𝐸 = 𝐸° − 𝑅𝑇 𝑛𝐹 ln 𝑄 𝑄 = reaksjonsquotient Sammenheng mellom strøm og masse i elektrolyse 𝑄 = 𝐼𝑡 ved konstant strømstyrke 𝑄 = ladning 𝐼 = strøm 𝑡 = tid Kap. 21: Kjernekjemi Masseenergien 𝐸 = 𝑚𝑐2 ∆𝐸 = ∆𝑚𝑐2