Quali atomi compongono una molecola di anidride carbonica. Diossido di carbonio. Grafici di confronto di potenziali e forze

DEFINIZIONE

Monossido di carbonio (IV) (anidride carbonica) in condizioni normali è un gas incolore, più pesante dell'aria, termicamente stabile e, quando compresso e raffreddato, si trasforma facilmente in uno stato liquido e solido ("ghiaccio secco").

La struttura della molecola è mostrata in fig. 1. Densità - 1,997 g / l. Poco solubile in acqua, reagisce parzialmente con essa. Mostra proprietà acide. Viene ripristinato da metalli attivi, idrogeno e carbonio.

Riso. 1. La struttura della molecola diossido di carbonio.

La formula lorda dell'anidride carbonica è CO 2 . Come è noto, la massa molecolare di una molecola è uguale alla somma delle masse atomiche relative degli atomi che compongono la molecola (i valori delle masse atomiche relative presi dalla Tavola Periodica di D.I. Mendeleev sono arrotondati ai numeri interi ).

Mr(CO 2) = Ar(C) + 2×Ar(O);

Mr(CO 2) \u003d 12 + 2 × 16 \u003d 12 + 32 \u003d 44.

DEFINIZIONE

Massa molare (M)è la massa di 1 mole di una sostanza.

È facile dimostrare che i valori numerici della massa molare M e della massa molecolare relativa M r sono uguali, tuttavia, il primo valore ha dimensione [M] = g/mol, e il secondo è adimensionale:

M = N A × m (1 molecole) = N A × M r × 1 a.m.u. = (NA × 1 amu) × M r = × M r .

Significa che massa molare l'anidride carbonica è 44 g/mol.

La massa molare di una sostanza allo stato gassoso può essere determinata utilizzando il concetto del suo volume molare. Per fare ciò, trova il volume occupato da condizioni normali una certa massa di una data sostanza, e quindi calcolare la massa di 22,4 litri di questa sostanza nelle stesse condizioni.

Per raggiungere questo obiettivo (calcolo della massa molare), è possibile utilizzare l'equazione di stato di un gas ideale (equazione di Mendeleev-Clapeyron):

dove p è la pressione del gas (Pa), V è il volume del gas (m 3), m è la massa della sostanza (g), M è la massa molare della sostanza (g / mol), T è la temperatura assoluta (K), R è la costante universale del gas pari a 8,314 J / (mol × K).

Esempi di problem solving

ESEMPIO 1

Esercizio	Crea una formula per combinare il rame con l'ossigeno se il rapporto tra le masse degli elementi in esso contenuti è m (Cu): m (O) = 4: 1.
Soluzione	Troviamo le masse molari del rame e dell'ossigeno (i valori delle relative masse atomiche presi dalla Tavola Periodica di D.I. Mendeleev verranno arrotondati per eccesso ai numeri interi). È noto che M = Mr, che significa M(Cu) = 64 g/mol, e M(O) = 16 g/mol. n (Cu) = m (Cu) / M (Cu); n (Cu) \u003d 4 / 64 \u003d 0,0625 mol. n (O) \u003d m (O) / M (O); n (O) \u003d 1/16 \u003d 0,0625 mol. Trova il rapporto molare: n(Cu) :n(O) = 0,0625: 0,0625 = 1:1, quelli. la formula per combinare il rame con l'ossigeno è CuO. È ossido di rame (II).
Risposta	CuO

ESEMPIO 2

Esercizio	Crea una formula per il composto di ferro con zolfo se il rapporto tra le masse degli elementi in esso contenuti è m (Fe): m (S) \u003d 7: 4.
Soluzione	Per scoprire in che relazione si trovano gli elementi chimici nella composizione di una molecola, è necessario trovare la loro quantità di sostanza. È noto che per trovare la quantità di una sostanza si deve usare la formula: Troviamo le masse molari di ferro e zolfo (i valori delle relative masse atomiche presi dalla Tavola Periodica di D.I. Mendeleev verranno arrotondati per eccesso ai numeri interi). È noto che M = Mr, che significa M(S) = 32 g/mol, e M(Fe) = 56 g/mol. Quindi, la quantità di sostanza di questi elementi è uguale a: n(S) = m(S) / M(S); n (S) \u003d 4 / 32 \u003d 0,125 mol. n (Fe) = m (Fe) / M (Fe); n (Fe) \u003d 7 / 56 \u003d 0,125 mol. Trova il rapporto molare: n(Fe):n(S) = 0,125: 0,125 = 1:1, quelli. la formula per combinare il rame con l'ossigeno è FeS. È solfuro di ferro (II).
Risposta	FeS

DEFINIZIONE

Diossido di carbonio(monossido di carbonio (IV), anidride carbonica, anidride carbonica) in condizioni normali è un gas incolore, più pesante dell'aria, termicamente stabile e, una volta compresso e raffreddato, si trasforma facilmente in uno stato liquido e solido ("ghiaccio secco").

È scarsamente solubile in acqua, reagendo parzialmente con essa.

Le principali costanti di anidride carbonica sono riportate nella tabella seguente.

Tabella 1. Proprietà fisiche e densità di anidride carbonica.

L'anidride carbonica svolge un ruolo importante in biologico (fotosintesi), naturale ( Effetto serra) e geochimici (dissoluzione negli oceani e formazione di carbonati). In grandi quantità, entra nell'ambiente a causa della combustione di combustibili fossili, rifiuti in decomposizione, ecc.

Composizione chimica e struttura della molecola di anidride carbonica

La composizione chimica di una molecola di anidride carbonica è espressa dalla formula empirica CO 2 . La molecola di anidride carbonica (Fig. 1) è lineare, che corrisponde alla repulsione minima delle coppie di elettroni leganti, la lunghezza del legame C=H è 0,116 nm e la sua energia media è 806 kJ/mol. Nell'ambito del metodo dei legami di valenza, due σ -Connessioni CO formato sp-orbitale ibridato dell'atomo di carbonio e 2p z - orbitali degli atomi di ossigeno. Gli orbitali 2p x e 2p y dell'atomo di carbonio che non partecipano all'ibridazione sp si sovrappongono con orbitali simili di atomi di ossigeno. In questo caso si formano due orbitali π, posti su piani reciprocamente perpendicolari.

Riso. 1. La struttura della molecola di anidride carbonica.

A causa della disposizione simmetrica degli atomi di ossigeno, la molecola di CO 2 non è polare, quindi il biossido è leggermente solubile in acqua (un volume di CO 2 in un volume di H 2 O a 1 atm e 15 o C). La non polarità della molecola porta a deboli interazioni intermolecolari e una bassa temperatura del punto triplo: t = -57,2 o C e P = 5,2 atm.

Breve descrizione delle proprietà chimiche e della densità dell'anidride carbonica

Chimicamente, l'anidride carbonica è inerte, il che è dovuto all'elevata energia dei legami O=C=O. Con forti agenti riducenti alle alte temperature, l'anidride carbonica mostra proprietà ossidanti. Con il carbone, si riduce a monossido di carbonio CO:

C + CO 2 \u003d 2CO (t \u003d 1000 o C).

Il magnesio, acceso nell'aria, continua a bruciare in un'atmosfera di anidride carbonica:

CO 2 + 2Mg \u003d 2MgO + C.

Il monossido di carbonio (IV) reagisce parzialmente con l'acqua:

CO 2 (l) + H 2 O \u003d CO 2 × H 2 O (l) ↔ H 2 CO 3 (l).

Mostra proprietà acide:

CO 2 + NaOH diluito = NaHCO 2 ;

CO 2 + 2NaOH conc \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O;

CO 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 ↓ + H 2 O;

CO 2 + BaCO 3 (s) + H 2 O \u003d Ba (HCO 3) 2 (l).

Se riscaldato a una temperatura superiore a 2000 o C, l'anidride carbonica si decompone:

2CO 2 \u003d 2CO + O 2.

Esempi di problem solving

ESEMPIO 1

Esercizio	Durante la combustione di 0,77 g di materia organica, costituita da carbonio, idrogeno e ossigeno, si sono formati 2,4 g di anidride carbonica e 0,7 g di acqua. La densità di vapore della sostanza in termini di ossigeno è 1,34. Determina la formula molecolare della sostanza.
Soluzione	m(C) = n(C)×M(C) = n(CO2)×M(C) = ×M(C); m(C)=×12=0,65 g; m (H) \u003d 2 × 0,7 / 18 × 1 \u003d 0,08 g. m(O) \u003d m (C x H y O z) - m (C) - m (H) \u003d 0,77 - 0,65 - 0,08 \u003d 0,04 g. x:y:z = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H): m(O)/Ar(O); x:y:z = 0,65/12:0,08/1: 0,04/16; x:y:z = 0,054: 0,08: 0,0025 = 22:32:1. Ciò significa che la formula più semplice del composto è C 22 H 32 O e la sua massa molare è 46 g / mol. Il valore della massa molare di una sostanza organica può essere determinato utilizzando la sua densità di ossigeno: M sostanza = M(O 2) × D(O 2) ; Sostanza M \u003d 32 × 1,34 \u003d 43 g / mol. Sostanza M / M (C 22 H 32 O) \u003d 43 / 312 \u003d 0,13. Quindi tutti i coefficienti nella formula devono essere moltiplicati per 0,13. Quindi la formula molecolare della sostanza assomiglierà a C 3 H 4 O.
Risposta	Formula molecolare della sostanza C 3 H 4 O

ESEMPIO 2

Esercizio	Quando si bruciava materia organica del peso di 10,5 g, si ottenevano 16,8 litri di anidride carbonica (N.O.) e 13,5 g di acqua. La densità di vapore della sostanza nell'aria è 2,9. Ricavare la formula molecolare della sostanza.
Soluzione	Facciamo uno schema della reazione di combustione composto organico indicando rispettivamente il numero di atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno come "x", "y" e "z": C x H y O z + O z → CO 2 + H 2 O. Determiniamo le masse degli elementi che compongono questa sostanza. I valori delle masse atomiche relative tratti dalla Tavola Periodica di D.I. Mendeleev, arrotondato ai numeri interi: Ar(C) = 12 a.m.u., Ar(H) = 1 a.m.u., Ar(O) = 16 a.m.u. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO2)×M(C) = ×M(C); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H 2 O)×M(H) = ×M(H); Calcola le masse molari di anidride carbonica e acqua. Come è noto, la massa molare di una molecola è uguale alla somma delle masse atomiche relative degli atomi che compongono la molecola (M = Mr): M(CO 2) \u003d Ar (C) + 2 × Ar (O) \u003d 12+ 2 × 16 \u003d 12 + 32 \u003d 44 g / mol; M(H 2 O) \u003d 2 × Ar (H) + Ar (O) \u003d 2 × 1 + 16 \u003d 2 + 16 \u003d 18 g / mol. m(C) = ×12 = 9 g; m(H) \u003d 2 × 13,5 / 18 × 1 \u003d 1,5 g. m(O) \u003d m (C x H y O z) - m (C) - m (H) \u003d 10,5 - 9 - 1,5 \u003d 0 g. Definiamo formula chimica connessioni: x:y = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H); x:y = 9/12: 1,5/1; x:y = 0,75: 1,5 = 1: 2. Ciò significa che la formula più semplice del composto è CH 2 e la sua massa molare è 14 g / mol. Il valore della massa molare di una sostanza organica può essere determinato utilizzando la sua densità in aria: Msostanza = M(aria) × D(aria) ; Sostanza M \u003d 29 × 2,9 \u003d 84 g / mol. Per trovare la vera formula di un composto organico, troviamo il rapporto tra le masse molari ottenute: Sostanza M / M (CH 2) \u003d 84 / 14 \u003d 6. Ciò significa che gli indici degli atomi di carbonio e di idrogeno dovrebbero essere 6 volte più alti, cioè la formula della sostanza assomiglierà a C 6 H 12.
Risposta	Formula molecolare della sostanza C 6 H 12

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Anidride carbonica, monossido di carbonio, anidride carbonica sono tutti nomi della stessa sostanza che conosciamo come anidride carbonica. Quindi quali sono le proprietà di questo gas e quali sono le sue applicazioni?

Anidride carbonica e sue proprietà fisiche

L'anidride carbonica è composta da carbonio e ossigeno. La formula dell'anidride carbonica è CO₂. In natura si forma bruciando o marcendo. materia organica. Anche nell'aria e nelle sorgenti minerali, il contenuto di gas è piuttosto elevato. inoltre, anche gli esseri umani e gli animali rilasciano anidride carbonica quando espirano.

Riso. 1. Molecola di anidride carbonica.

L'anidride carbonica è un gas completamente incolore e non può essere visto. Inoltre non ha odore. Tuttavia, con la sua alta concentrazione, una persona può sviluppare ipercapnia, cioè soffocamento. La mancanza di anidride carbonica può anche causare problemi di salute. A causa della mancanza di questo gas, può svilupparsi lo stato inverso di soffocamento: l'ipocapnia.

Se l'anidride carbonica viene posta in condizioni di bassa temperatura, a -72 gradi cristallizza e diventa come la neve. Pertanto, l'anidride carbonica allo stato solido è chiamata "neve secca".

Riso. 2. La neve secca è anidride carbonica.

L'anidride carbonica è 1,5 volte più densa dell'aria. La sua densità è di 1,98 kg / m³ Il legame chimico nella molecola di anidride carbonica è polare covalente. È polare perché l'ossigeno lo ha più valore elettronegatività.

Un concetto importante nello studio delle sostanze è la massa molecolare e molare. La massa molare dell'anidride carbonica è 44. Questo numero è formato dalla somma delle masse atomiche relative degli atomi che compongono la molecola. I valori delle masse atomiche relative sono presi dalla tabella di D.I. Mendeleev e arrotondato per eccesso ai numeri interi. Di conseguenza, la massa molare di CO₂ = 12+2*16.

Per calcolare le frazioni di massa degli elementi in anidride carbonica, è necessario seguire la formula di calcolo frazioni di massa tutti elemento chimico in sostanza.

nè il numero di atomi o molecole.
UN r- parente massa atomica elemento chimico.
Sigè il peso molecolare relativo della sostanza.
Calcolare il peso molecolare relativo dell'anidride carbonica.

Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0,27 o 27% Poiché l'anidride carbonica contiene due atomi di ossigeno, n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 o 73%

Risposta: w(C) = 0,27 o 27%; w(O) = 0,73 o 73%

Proprietà chimiche e biologiche dell'anidride carbonica

L'anidride carbonica ha proprietà acide, poiché è un ossido acido e quando disciolto in acqua forma acido carbonico:

CO₂+H₂O=H₂CO₃

Reagisce con gli alcali, provocando la formazione di carbonati e bicarbonati. Questo gas non è infiammabile. Solo alcuni metalli attivi, come il magnesio, bruciano al suo interno.

Quando riscaldato, l'anidride carbonica si scompone in monossido di carbonio e ossigeno:

2CO₃=2CO+O₃.

Come gli altri ossidi acidi, questo gas reagisce facilmente con altri ossidi:

СaO+Co₃=CaCO₃.

L'anidride carbonica è un costituente di tutte le sostanze organiche. La circolazione di questo gas in natura viene effettuata con l'aiuto di produttori, consumatori e decompositori. Nel corso della vita, una persona produce circa 1 kg di anidride carbonica al giorno. Quando inspiriamo, otteniamo ossigeno, ma in questo momento si forma anidride carbonica negli alveoli. A questo punto avviene uno scambio: l'ossigeno entra nel sangue e l'anidride carbonica esce.

L'anidride carbonica viene prodotta durante la produzione di alcol. Inoltre, questo gas è un sottoprodotto nella produzione di azoto, ossigeno e argon. L'uso di anidride carbonica è necessario in Industria alimentare, dove l'anidride carbonica funge da conservante e l'anidride carbonica sotto forma di liquido è contenuta negli estintori.

Riso. 3. Estintore.

Cosa abbiamo imparato?

L'anidride carbonica è una sostanza che in condizioni normali è incolore e inodore. Oltre al suo nome comune, anidride carbonica, è anche chiamato monossido di carbonio o anidride carbonica.

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Ma se le molecole degli stessi atomi differiscono così tanto, che varietà ci deve essere tra le molecole di atomi diversi! Guardiamo di nuovo nell'aria - forse troveremo queste molecole anche lì? Certo che lo faremo!
Sai quali molecole espiri nell'aria? (Naturalmente, non solo tu - tutte le persone e tutti gli animali.) Molecole del tuo vecchio amico - anidride carbonica! Bolle di anidride carbonica formicolano piacevolmente la lingua quando si beve acqua frizzante o limonata. Anche i pezzi di ghiaccio secco che vengono messi nelle scatole del gelato sono fatti di tali molecole; il ghiaccio secco è anidride carbonica solida.
In una molecola di anidride carbonica, due atomi di ossigeno sono attaccati da lati opposti a un atomo di carbonio. "Carbon" significa "colui che partorisce il carbone". Ma il carbonio dà vita a qualcosa di più del semplice carbone. Quando disegni con una matita semplice, sulla carta rimangono piccoli fiocchi di grafite, anch'essi costituiti da atomi di carbonio. Il diamante e la fuliggine ordinaria ne sono "fatti". Di nuovo gli stessi atomi - e sostanze completamente dissimili!
Quando gli atomi di carbonio si combinano non solo tra loro, ma anche con atomi "stranieri", allora nascono così tante sostanze diverse che è difficile contarle! Soprattutto molte sostanze nascono quando gli atomi di carbonio si combinano con gli atomi del gas più leggero del mondo: l'idrogeno Tutte queste sostanze sono chiamate con un nome comune: idrocarburi, ma ogni idrocarburo ha il suo nome.
Il più semplice degli idrocarburi è parlato nei versi che conosci: "Ma abbiamo il gas nel nostro appartamento - eccolo!" Il nome del gas che brucia in cucina è metano. La molecola del metano ha un atomo di carbonio e quattro atomi di idrogeno. Nella fiamma di un fornello da cucina, le molecole di metano vengono distrutte, un atomo di carbonio si combina con due atomi di ossigeno e si ottiene la già familiare molecola di anidride carbonica. Gli atomi di idrogeno si combinano anche con gli atomi di ossigeno e, di conseguenza, si ottengono molecole della sostanza più importante e necessaria al mondo!
Anche le molecole di questa sostanza sono nell'aria - ce ne sono molte lì. A proposito, in una certa misura anche tu sei coinvolto in questo, perché espiri queste molecole nell'aria insieme alle molecole di anidride carbonica. Cos'è questa sostanza? Se non hai indovinato, respira sul vetro freddo, ed eccolo di fronte a te: l'acqua!

Interessante:
La molecola è così piccola che se allineassimo cento milioni di molecole d'acqua una dopo l'altra, l'intera linea si adatterebbe facilmente tra due righelli adiacenti nel tuo quaderno. Ma gli scienziati sono comunque riusciti a scoprire che aspetto ha una molecola d'acqua. Ecco il suo ritratto. È vero, sembra la testa di un cucciolo di orso Winnie the Pooh! Guarda come hai teso le orecchie! Naturalmente, queste non sono orecchie, ma due atomi di idrogeno attaccati alla "testa" - l'atomo di ossigeno. Ma le battute sono battute, ma davvero - queste "orecchie in cima" hanno qualcosa a che fare con le straordinarie proprietà dell'acqua?