1. CALCULE CU MĂRIMI sI UNITĂŢI IMPORTANTE ÎN CHIMIE 

            Executarea corecta a calculelor în cadrul diverselor operatii de laborator si aplicatii de chimie, presupune cunoasterea principalelor notiuni care stau la baza evaluarii cantitative a transformarilor fizico-chimice. Aceste notiuni vor fi prezentate mai jos:

·        substanta chimica, element chimic, compus chimic;

·        masa atomica; atom-gram; kiloatom-gram;

·        masa moleculara; molecula-gram;  milimol, kilomol;

·        masa echivalenta sau echivalent-gram;

·        calcul de numar de moli sau atom-gram cunoscând masa substantei;

·        raportul de masa;

·        compozitia procentuala.

SUBSTANTA CHIMICA, ELEMENT CHIMIC, COMPUS CHIMIC

Substanta chimica este definita ca fiind un tip omogen de materie, cu o compozitie chimica bine definita.

Substantele chimice pot fi subîmpartite în doua categorii: substante elementare (elemente chimice) si substante compuse (compusi chimici).

Elementul chimic poate fi definit ca fiind tipul de materie care consta din atomi de acelasi fel (adica din atomi ale caror nuclee au toate aceeasi sarcina electrica).

Elementele sunt reprezentate printr-un simbol, compus dintr-o litera sau doua, de exemplu, simbolul hidrogenului este H, al oxigenului O, al clorului Cl etc. Simbolurile tuturor elementelor chimice sunt trecute în sistemul periodic al lui Mendeleev.

Elementele chimice pot fi formate din unul sau mai multi atomi. Astfel gazele rare (argonul, neonul etc.) sunt elemente monoatomice, notându-se cu Ar, Ne etc. În timp ce majoritatea gazelor obisnuite (oxigenul, clorul, azotul etc.) sunt biatomice, notându-se cu O2, H2, Cl2, N2 etc. Exista si elemente poliatomice, ca de exemplu fosforul, P4, sulful, S8 etc.

Gradul de asociere al atomilor într-un element poate sa varieze în functie de conditiile în care se afla elementul respectiv. De exemplu, în intervalul de temperatura  20 - 10000C, sulful octoatomic S8 trece succesiv, pe masura cresterii temperaturii, în S6, S4 si S2. De aceea, trebuie retinut faptul ca denumirea de element biatomic, triatomic, tetratomic etc. se refera la starea elementului respectiv în conditii obisnuite de temperatura si presiune.

1

Compusul chimic  poate fi definit ca fiind substanta rezultata prin combinarea, în anumite proportii, a doua sau mai multe elemente chimice. Compusul chimic rezultat are proprietati diferite de ale elementelor care îl compun.

Orice compus chimic se reprezinta printr-o formula chimica, care indica numarul de atomi ai diferitelor elemente care intra în compozitia sa. De exemplu, formula acidului azotic HNO3, a oxidului de magneziu MgO, a clorurii de zinc ZnCl2 etc.

Moleculele chimice rezulta prin unirea (în anumite conditii  si dupa anumite reguli) a doi sau mai multi atomi. Atomii pot fi de acelasi fel sau diferiti. În primul caz se obtin molecule de substante elementare, ca de exemplu Cl2, O2, P4 etc, în timp ce în al doilea caz se obtin molecule de substante compuse cum sunt MgO, ZnCl2, SO2, H2O etc.

MASA ATOMICA, ATOM-GRAM,     KILOATOM-GRAM

Masa atomica este o marime relativa care arata de câte ori atomul unui element este mai mare decât unitatea atomica de masa (u.a.m). Drept unitate atomica de masa s-a ales daltonul, care reprezinta a douasprezecea parte din masa atomului de carbon. Rezulta ca masa atomica este un numar fara dimensiuni. De exemplu, masa atomica a hidrogenului este 1,008, a oxigenului 16, a clorului 35,453 etc. Masele atomice se noteaza cu litera A urmata de indicele care indica substanta.

Exemple:

                        AH = 1,            AC = 12,          AFe = 56

Atomul-gram (atom-g) este o marime dimensionala ce reprezinta cantitatea în grame dintr-un element, numeric egala cu masa lui atomica. Se calculeaza exprimând masa atomica în g.

Exemple:

                        1 atom-g O = 16g,                  1 atom-g Al = 27g

Kiloatom-gram (katom-g) este o marime derivata: 1 Katom-g = 103 atom-g, si se defineste ca marime dimensionala ce reprezinta cantitatea în kg dintr-un element, numeric egala cu masa lui atomica. Se calculeaza exprimând masa atomica în kg.

Exemple:

                        1 katom-g Cu = 64 kg,                        1 katom-g C = 12 Kg

MASA MOLECULARA, MOLECULA-GRAM,     MILIMOL, KILOMOL

 

2

Masa moleculara, M, este o marime relativa ce arata de câte ori molecula unui e 555j92f lement poliatomic sau molecula unei combinatii este mai mare decât u.m.a.

            Masa moleculara reprezinta suma maselor atomice ale elementelor componente (tinând cont de coeficientii stoechiometrici). În calcule masele moleculare se rotunjesc.

            Exemple:

                        MHCl = 1 + 35,5 = 36,5                      MNaOH = 23 + 16 + 1 = 40

            Molecula-gram, mol, este cantitatea în grame dintr-o substanta numeric egala cu masa moleculara a substantei.

            Molul reprezinta cantitatea în grame dintr-o substanta egala cu suma maselor absolute a N particule, reprezentate printr-o formula chimica.

            Se calculeaza exprimând masa moleculara în g.

Termenul de mol se aplica la:

-         substante cu formule moleculare cunoscute: H2O, HCl etc.;

-         substante ce nu formeaza molecule: NaCl, CaCl2 etc.;

-         la atomii liberi: H, Cl etc.;

-         la ioni: Na+, Cl- etc.;

-         la particule subatomice: e-.

            Exemple:

                        1 mol O2 = 32 g,          1 mol CaO = 56g

            Milimol, mmol, este o marime derivata:

                        1 mmol = 10-3 mol

si reprezinta cantitatea în mg dintr-o substanta, numeric egala cu masa ei moleculara. Se calculeaza exprimând masa moleculara în mg.

            Exemple:

                        1 mmol F2 = 38 mg,                 1 mmol H3PO4 = 98 mg

            Kilomol, kmol, este o marime derivata:

                        1 kmol = 103 mol

3

si reprezinta cantitatea în kg dintr-o substanta, numeric egala cu masa ei moleculara. Se calculeaza exprimând masa moleculara în kg.

            Exemple:

                        1 kmol Cl2 = 71 kg,                 1 kmol HNO3 = 63 kg

            MASA ECHIVALENTA SAU ECHIVALENT-GRAM

Echivalent chimic (gram) al unui element, este acea cantitate, exprimata în grame, din acest element care se combina cu 1 g de hidrogen sau 8 g oxigen.

            În sensul teoriei atomice, echivalentii chimici reprezinta mase relative ale atomilor care se combina, raportate la masa atomului de hidrogen (cel mai usor atom).

            Echivalentul gram:

-         la elemente se calculeaza prin împartirea masei atomice la valenta.

-         la saruri se calculeaza împartind masa moleculara la produsul dintre valenta metalului si numarul atomilor de metal;

-         la oxizi se obtine împartind masa moleculara a oxidului la produsul dintre numarul atomilor de metal sau nemetal si valenta acestuia;

-         la acizi si baze, se calculeaza împartind masa moleculara la numarul atomilor de hidrogen care se pot înlocui prin metale, respectiv numarul gruparilor oxidril, (OH).

Exemple:

 =   g/echivalent

 =   g/echivalent

 g/echivalent

 g/echivalent

 g/echivalent

CALCUL DE NUMAR DE MOLI SAU DE ATOM-GRAM CUNOSCÂND MASA SUBSTANTEI

4

Numar de moli: se calculeaza împartind masa substantei, exprimata în grame, la masa ei molara.

Numar de atomi-gram, se calculeaza împartind masa substantei elementare exprimata în grame la masa atomica a elementului.

            RAPORTUL DE MASA

- reprezinta raportul cantitativ al elementelor care compun unitatea de structura a substantei chimice compuse.

   COMPOZITIA PROCENTUALA

            A calcula compozitia procentuala a unei substante compuse înseamna a calcula % în care sunt continute elementele respective în unitatea de structura.

PROBLEME REZOLVATE:

            Problema nr.1

            Câti atom-g reprezinta: 60 g C; 0,4 katom-g N?

            60 g C = 60 : 12 = 5 atom-g C

            0,4 katom-g N = 0,4 × 103 =  400 atom-g N

            Problema nr.2

            Câte grame reprezinta: 8 mol H2; 500 mmol CaO; 0,02 kmol H2SO4?

            8 mol H2 = 8 × 2 = 16 g H2

            500 mmol CaO = 500 × 55 × 10-3 = 27,5 g CaO

            0,02 kmol H2SO4 = 0,02 × 103 × 98 = 196 g H2SO4

            Problema nr.3

            Câti moli reprezinta: 4 g CuSO4; 300 mmol KOH; 0,4 kmol HNO3?

            4 g CuSO4 = 4 : 160 = 0,025 mol CuSO4

            300 mmol KOH = 300 × 10-3 = 0,3 mol KOH

            0,4 kmol HNO3 = 0,4 × 103 = 400 mol HNO3

            Problema nr.4

            Sa se calculeze masa molara pentru: H2O, CaCO3?

5

               = (1 × 2) + 16 = 18 g H2O

             = 40 + 12 + (3 × 16) =100 g CaCO3

            Problema nr. 5

            Sa se calculeze raportul de masa al apei.

              = (2 × 1) + 16 = 18

            H : O = 2 : 16 = 1 : 8

            Problema nr. 6

            Sa se calculeze raportul de masa pentru CaCO3.

             = 40 + 12 + (3 × 16) = 100

            Ca : C : O = 40 : 12 : 48 = 10 : 3 : 12

            Problema nr. 7

            Sa se calculeze compozitia procentuala a apei.

              = (2 × 1) + 16 = 18

            18 g H2O ............................ 2 g H

            100 g   H 2O ............................ x

            x = 11,11% H

            y = 100 - x = 100 - 11,11 = 88,89 % O

            Problema nr.8

            Sa se calculeze masa de sulf existenta în 680 g de CaSO4 anhidru.

             = 40 + 32 + (16 × 4) = 136

            136 g CaSO4 ..................................... 32 g S

            680 g   CaSO 4  ..................................... x

            x = 160 g S

            Problema nr.9

6

Determinati formula unei substante care contine : 43,39% Na, 11,32% C si 45,28% O.

            NaxCyOz

            x = 43,39 : 23 = 1,89 atom-g Na        1,89 : 0,94 = 2,01

            y = 11,32 : 12 = 0,94 atom-g C          0,94 : 0,94 = 1

            z = 45,28 : 16 = 2,83 atom-g O          2,83 : 0,94 = 3,01

            x : y : z = 2 : 1 : 3

            NaxCyOz = Na2CO3

PROBLEME PROPUSE:

            1. Câte grame reprezinta:

 10 atom-g Ca; 5 atom-g Al; 2 atom-g S; 0,5 katom-g O; 0,2 katom-g C; 0,1 katom-g Fe?

2. Câti atom-g reprezinta:

70 g N; 80 g O; 3,55 g Cl; 0,5 katom-g Cu; 0,4 katom-g Ag; 0,3 katom-g Au?

3. Câti katom-g reprezinta:

200 g H; 420 g O; 660 g N; 50 atom-g Zn; 40 atom-g Cd; 30 atom-g Hg?

            4. Câti mol reprezinta:

6,2 g C2H2; 30 mmol Fe2O3; 0,6 kmol CO2?

5. Câte kg reprezinta:

0,4 kmol Ca(OH)2;  5 kmol CaCO3; 0,06 kmol HNO3?

6. Câti kmol reprezinta:

1,2 kg FeS2; 3,4 kg Fe2O3; 0,23 kg C2H5OH?

7.  Calculati masa molara pentru:

Ca3(PO4)2; Na2S; CaCl2; AlCl3; Na3PO4; NH4H2PO4; Al2(SO4)3?

8.      Calculati echivalentul-gram pentru:

Na; Al; SO2; Al2O3; HCl; H3PO4; Ca(OH)2; Al(OH)3; CuSO4; Al2(SO4)3; HNO3; KOH; Ba(OH)2; Fe(OH)3; MgO; Fe2O3.

9.   Sa se calculeze raportul de masa al elementelor care compun CaCO3.

10.  Sa se calculeze raportul de masa al elementelor care compun CaO.

11. Sa se calculeze raportul de masa al elementelor care compun Al2(SO4)3.

7

12.  Sa se calculeze compozitia procentuala a Ca3(PO4)2.

13. Sa se calculeze compozitia procentuala a Na2SO4.

14.Sa se calculeze compozitia procentuala a Al2(SO4)3.

15.  Sa se afle compozitia procentuala a unui aliaj format din 140 g argint si 260 g aur.

16. La analiza a 2 g aliaj Cu-Au-Ag s-a gasit 0,4Au; 1,2 gCu si 0,02 g impuritati. Determinati compozitia procentuala a aliajului.

17. Determinati masa fierului existent în 111,2 kg calaican (FeSO4 ∙ 7 H2O).

18. Determinati masa fosfatului monoacid de amoniu în care se gasesc 4,5 kg hidrogen.

19. Aflati formula substantei care contine: 28,67 % K; 1,47 % H si 22,8 % P.

20.  Sa se afle formula substantei al carui raport de masa este: H : S : O = 1 : 16 : 24.

21.  Determinati formula chimica a substantei al carui raport de masa este:

Ca : H : P : O = 20 : 2 : 31 : 64

22.  Determinati formulele combinatiilor cu compozitia procentuala:

a). 43,09% K; 39,21 % Cl; 17,7 % O

b). 36,67 % K; 33,33%; 30 % O

c). 31,8 % K; 28,9 % Cl; 39,3 % O

d). 28 % K; 25,7 % Cl; 46,3 % O

23. Determinati formulele substantelor în care raportul de masa al elementelor componente este:

a). Ca : S : O = 5 : 4 : 6

b). Ca : S : O = 5 : 4 : 8

c). Ca : P : O = 60 : 31 : 48

d). Ca : P : O = 60 : 31 : 64

e). Ca : H : P : O = 40 : 1 : 31 : 64

8