Bumerlovy chemické tabulky

Transkript

1 Bumerlovy chemické tabulky Ing. Milan BUMERL, Sc. Veselí nad Lužnicí, L.P Milan Bumerl text je možné šířit pouze se svolením autora

2 Tabulky obsahují základní údaje pro chemické výpočty. V 8 tabulkách jsou uvedeny nejdůležitější konstanty pro chemické a fyzikálně chemické výpočty odpovídající požadavkům učiva SŠ TŽP. Dále je uveden přehled základního názvosloví organické chemie a základní sloučeniny se svými triviálními názvy a základní sloučeniny probírané v organické chemii a biochemii. Text nenahrazuje učebnice, ale umožňuje rychlou orientaci při výpočtech a řešení úkolů středoškolské chemie. Milan Bumerl 2

3 Tabulka 1: Periodická tabulka prvků 3

4 Tabulka 2.: Hodnoty elektronegativity [5] Atomový poloměr se zmenšuje Ionizační energie vzrůstá Elektronegativita vzrůstá Skupina Perioda H 2.20 Li Be Na Mg K 0.82 Rb 0.82 a 1.00 Sr 0.95 s Ba Fr 0.7 Ra 0.9 Sc 1.36 Y 1.22 Ti 1.54 Zr 1.33 * Hf 1.3 V 1.63 Nb 1.6 Ta 1.5 r 1.66 Mo 2.16 W 2.36 Mn 1.55 Tc 1.9 Re 1.9 Fe 1.83 Ru 2.2 s 2.2 o 1.88 Rh 2.28 Ir 2.20 Ni 1.91 Pd 2.20 Pt 2.28 u 1.90 Ag 1.93 Au 2.54 Zn 1.65 d 1.69 Hg 2.00 B 2.04 Al 1.61 Ga 1.81 In 1.78 Tl Si 1.90 Ge 2.01 Sn 1.96 Pb 2.33 N 3.04 P 2.19 As 2.18 Sb 2.05 Bi S 2.58 Se 2.55 Te 2.1 Po 2.0 F 3.98 l 3.16 Br 2.96 I 2.66 At 2.2 He Ne Ar Kr 3.00 Xe 2.6 ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo Rn Lanthanoidy Aktinoidy * La 1.1 ** Ac 1.1 e 1.12 Th 1.3 Pr 1.13 Pa 1.5 Nd 1.14 U 1.38 Pm 1.13 Np 1.36 Sm 1.17 Pu 1.28 Eu 1.2 Am 1.13 Gd 1.2 m 1.28 Tb 1.1 Bk 1.3 Dy 1.22 f 1.3 Ho 1.23 Es 1.3 Er 1.24 Fm 1.3 Tm 1.25 Md 1.3 Yb 1.1 No 1.3 Lu 1.27 Lr 4

5 Tabulka 3 : Disociační energie vazeb v [ kj. mol -1 ] [2] Vazba Disociační energie Vazba Disociační energie Vazba Disociační energie 346 H H 436 F F 271 H 415 H N 391 l l 243 N 305 H 463 Br Br H S 348 I I 151 S 272 H F 624 l Br 218 l 339 H l 432 l I 209 Br 285 H Br 366 Br I 178 I 214 H I 299 F 448 N 222 N N 163 N l Br 201 l 218 = 648 N = N 419 = N 616 N = 607 = = 499 Ν 890 N Ν 946 5

6 Tabulka 4 : Součin rozpustnosti anorganických látek při 25 o [1,2,3] Sloučenina pks Sloučenina pks Sloučenina pks AgBr 12,31 a 3 (P 4 ) 2 26,00 NiS 18,50 AgBr 3 4,27 d 3 11,28 Pb 3 13,13 AgN 15,92 d(h) 2 14,40 Pbl 2 4,79 Agl 9,75 ds 26,10 PbF 2 7,57 Ag I 16,08 ul 6,73 PbHP 4 9,90 AgN 2 3,22 u I 11,96 Pb I 2 8,15 Ag ,09 u(h) 2 18,80 Pb(H) 2 16,79 Ag 2 S 49,20 us 47,60 PbS 26,60 Ag 2 S 4 4,77 Fe 3 10,68 PbS 4 7,82 Ag 3 P 4 15,84 Fe(H) 3 39,43 Pb 3 (P 4 ) 2 42,10 Al(H) 3 32,43 FeS 17,20 Sn(H) 2 26,20 AlP 4 18,24* Hg I 2 28,50* Sn(H) 4 56,00 Ba 3 8,29 Hg(H) 2 25,40 SnS 25,50 BaF 2 5,98 HgS 51,8 SrF 2 8,61 BaS 4 9,96 Mg 3 7,63 TlBr 5,47 Bi(H) 3 30,37 # MgF 2 8,19 Tll 3,76 a 3 (kalcit) 8,35 Mg(H) 2 10,95 Tl(H) 3 45,20 a 2 4. H 2 8,58* Mn 3 9,30 Zn 3 10,78 af 2 10,57 Mn(H) 2 12,80* Zn(H) 2 16,50 ahp 4 6,56 MnS 12,60 Zn(H) 2 16,50 a(h) 2 5,43 Ni 3 6,87 ZnS 23,80 as 4 5,04 Ni(H) 2 15,50 Zn 3 (P 4 ) 2 32,04* * - při 20 o # - při 18 o 6

7 Tabulka 5 : Disociační konstanty kyselin a zásad při teplotě 25 o [1,2,3] kyselina pka zásada pkb benzoová 4,20 aminoethan 3,19 boritá 9,24 amoniak 4,75 fosforečná pk1 2,16 anilin 9,38 fosforečná pk2 7,21 diethylamin 3,50 fosforečná pk3 12,32 hydrazin 5,77 chlorná 7,53 o-chloranilin 11,35 kyanovodíková 9,22 m-chloranilin 10,54 mléčná 3,86 p-chloranilin 9,85 mravenčí 3,75 pyridin 8,75 octová 4,75 pyrrolidin 2,73 propionová 4,87 uhličitá pk1 6,35 uhličitá pk2 10,33 7

8 Tabulka 6 : Hodnoty standardních spalných a slučovacích entalpií v [kj.mol -1 ] [2,3] Sloučenina H spal H sluč Sloučenina H spal H sluč Acetaldehyd ,3-165,98 Ethandiol ,6-454,93 Aceton ,8-246,8 Ethanol ,58-276,98 Amoniak -46,19 Fenol ,48-165,10 Anilin ,0 31,25 Glycerol ,3-668,60 Benzen ,6 49,028 Heptan ,9-535,20 Benzylalkohol ,9-161,04 Hexan ,12-198,82 Brombenzen ,0 69,04 Hexen ,75-72,30 Bromethan 1 402,0 90,0 hloroform - 402,0-134,5 Butan -124,3 Kyselina máselná 2 180,0-535,1 Butan-1-ol ,9-328,4 Kyselina mravenčí -254,6-424,76 Buten ,2-5,81 Kyselina octová - 874,5-484,1 yklohexan ,4-156,23 Methanol - 725,72-239,49 yklohexanol ,0 349,16 Naftalen , ,70 yklohexen ,5-38,20 p-xylen yklohexanon ,9-271,29 Toluen , ,996 Diethyléter ,7-279,62 8

9 Tabulka 7 : Konstanty Antoineovy rovnice [2,3] Kapalina A B Mr Aceton 6, ,03 237,23 58,081 Anilin 6, ,7 230,00 93,129 Benzen 6, , ,790 78,115 Benzylalkohol 8, ,00 273,20 108,141 Butan-1-ol 6, ,39 178,77 74,124 Butan-2-ol 6, ,19 186,55 74,124 yklohexan 5, , ,863 84,162 yklohexanol 5, ,10 145,00 100,162 yklohexanon 6, ,20 244,20 98,146 Diethyléter 6, ,64 231,20 74,124 Ethandiol 7, ,4 244,9 62,069 Ethanol 7, ,10 237,52 46,070 Glycerol 10, ,5 273,2 92,095 Heptan 6, , ,90 100,206 Hexan 6, , ,366 86,178 hloroform 6, ,03 227,40 119,378 Kyselina máselná 6, ,04 202,60 88,107 Kyselina mravenčí 6, ,28 247,06 46,026 Kyselina octová 6, ,03 224,79 60,053 Methanol 7, ,08 229,49 34,042 2-methyl-propan-2-ol 6, ,48 177,65 74,124 p-xylen 6, , , ,17 Toluen 6, ,80 219,482 92,142 9

10 ANALYTIKÁ HEMIE Základní vztahy c(x) - látková koncentrace látky X v [ mol l -1 ] c m (X) - hmotnostní koncentrace látky X v [ g l -1 ] m(x) - navážka (hmotnost) látky X v [ g ] MX) - molární hmotnost látky X v [ g mol -1 ] n(x) - látkové množství látky (složky) X [ mol ] V - objem roztoku, vzorku, činidla, roztoku složky atd. v [ l ] w(k) - hmotnostní zlomek složky K X(A) - molární zlomek Φ(A) - objemový zlomek Látkové množství m(kx) = n(kx) M(KX) m(kx) n(kx) = M(KX) hmotnost [g] látkové množství [mol] Hmotnostní, molární a objemový zlomek m(k) M(K) w(k) = = m(kx) M(KX) x M(X) w(x) = M(X x Y y Z z ) n(a) X(A) = n(a)+n(b)+ +n(x) V(A) Φ(A) = V(A)+V(B)+ +V(X) p(a) Φ(A) = hmotnostní zlomek z molárních hmotností sloučeniny X x Y y Z z molární zlomek objemový zlomek objemový zlomek z parciálních tlaků Σp i 10

11 Výpočty koncentrací roztoků n(kx) c(kx) = látková koncentrace látky KX v [ mol l -1 ] V(rozt.) m(kx) c m (KX) = hmotnostní koncentrace látky KX v [ g l -1 ] V(rozt.) c m (KX) = c(kx) M(KX) c m (KX) w(kx) = přepočet hmotnostní a látkové koncentrace hmotnostní zlomek, PZR na jednotky ρ roztoku n(kx) [c m (KX)] = molální koncentrace v [mol kg -1 ] m(rozpouštědla) Výpočty navážky pro přípravu roztoků: m(x) = c(x) V(rozt.) M(X) M(K k X) m (K k X) = c m (K) V(rozt) k M(K) roztok o určité molární koncentraci látky X navážka látky K k X pro přípravu roztoku o koncnetraci c m (K) Ředění roztoků c 1 V 1 + c 2 V = c (V 1 + V ) c 1 V 1 = c 2 V 2 zřeďovací rovnice zřeďování čistým rozpouštědlem dměrná analýza A - analyzovaná látka nebo analytický standard T - titrační činidlo X,Y - reaktanty a,t,x,y - stechiometrické koeficienty chemické rovnice a A + t T x X + y Y c(a) V(A) a = c(t) V(T) t a c(t) V(T) c (A) = koncentrace analyzované látky v [mol l -1 ] t V(A) 11

12 Navážka analytického standardu pro stanovení přesné koncentrace odměrného roztoku a m(a) = c(t) V(T) M(A) navážka analytického standardu [ g ] t t m(a) c(t) = přesná konc. odměrného roztoku [mol l -1 ] a V(T) M(A) Výpočet výtěžku s S p P p M(P) m(p) m(p) = s M(S) S surovina, P produkt výtěžek produktu z navážky s M(S) m(p) m(s) = p M(P) potřeba suroviny na výrobu množství 12

13 FYZIKÁLNÍ HEMIE IDEÁLNÍ PLYN Stavová rovnice ideálního plynu p V = n R T p 1 V 1 = p 2 V 2 V 1 / T 1 = V 2 / T 2 p 1 / T 1 = p 2 / T 2 Izotermický děj - Boyleův zákon Izobarický děj - Gay-Lussacův zákon Izochorický děj harlesův zákon x i = n i / n = p i / p = V i / V molární zlomek ideálního plynu ve směsi REÁLNÝ PLYN Stavová rovnice reálného plynu a n 2 ( p ) (V - n b) = n R T V 2 p V = n [ R T + p ( b - a / (R T))] a T B = R b Boyleova teplota 2 a T i = R b a, b - konstanty inverzní teplota 13

14 KAPALINY Sytá pára nad kapalinou lausius lapeyronova rovnice ln ( p / p 0 ) = - ( H výp / R ) (1 / T - 1 / T 0 ) Augustova rovnice b B ln {p} = a nebo log {p} = A T T {p} - tlak v [kpa], a, b, A, B konstanty pro danou látku Antoineova rovnice B log {p} = A t + {p} - tlak v [kpa], t teplota ve, pro Augustovu rovnici A, B, konstanty pro danou látku, jiné než 14

15 TERMDYNAMIKA První věta termodynamická U = Q + W U změna vnitřní energie, Q teplo, W práce Děj izotermický - T = konst. U = 0, => Q = - W W irev = - p 2 (V 2 V 1 ) objemová práce nevratná W irev W rev = - n R T ln (V 2 / V 1 ) = - n R T ln ( p 1 / p 2 ) objemová práce vratná Děj izochorický V = konst W = 0, => U = Q U = n V T změna vnitřní energie Děj izobarický p = konst. Q = H = n p T změna entalpie H = U + p V p V = R Děj adiabatický Q = 0 ; U = W = n V T Poissonovy rovnice p V κ = konst. T V κ 1 = konst. p 1 κ T κ = konst. p / V = κ κ = 1,67 pro jednoatomové molekuly ideálních plynů jako Ar, He, Ne atd. κ = 1,40 pro dvouatomové molekuly ideálních plynů jako H 2, N 2 atd. Druhá věta termodynamická T 2 - T 1 η = T 2 účinnost tepelného stroje T 1 teplota chladiče T 2 pracovní teplota 15

16 Entropie Q rev S = T p 1 V 2 S = n R ln = n R ln p 2 V 1 děj izotermický T 2 p 2 S = n V ln = n V ln T 1 p 1 děj izochorický T 2 V 2 S = n p ln = n p ln T 1 V 1 děj izobarický S = 0 děj adiabatický Gibbsova energie a rovnováha G = H - T S G = 0 G < 0 G > 0 rovnováha exergonická reakce, probíhá samovolně endergonická reakce, neprobíhá samovolně TERMHEMIE Hessův zákon H r 0 = Σ( H sluč ) produkty - Σ( H sluč ) reaktanty ze slučovacích entalpií H r 0 = Σ( H spal ) reaktanty - Σ( H spal ) produkty ze spalných entalpií Kirchhoffův zákon H r (T 2 ) = H r (T 1 ) + Σ[n i ( p ) i (T 2 T 1 )] 16

17 HEMIKÉ RVNVÁHY a A + b B +... <====> p P + q Q +... p q [ P ] R [ Q ] R... Guldberg-Waageův zákon K R = rovnovážná konstanta a b [ A ] R [ B ] R... [P] p [Q] q... X = [A] a [B] b... okamžitý, obecně nerovnovážný stav a) X = K R - reakční směs je ve stavu chemické rovnováhy; její složení se tedy nebude měnit. b) X < K R - reakční směs není ve stavu chemické rovnováhy - reakce bude probíhat ve prospěch produktů, tj, zleva doprava. c) X > K R - reakční směs není ve stavu chemické rovnováhy - reakce bude probíhat ve prospěch reaktantů -(rozklad produktů ) - tedy zprava doleva. FÁZVÉ RVNVÁHY v + f = s + 2 Gibbsův zákon fází v počet stupňů volnosti; f počet fází; s počet složek v soustavě Rovnováha kapalina - plyn p i x i = H i Henryho zákon x i molární zlomek plynu v kapalině; p i parciální tlak plynu nad kapalinou [Pa]; H i Henryho konstanta pro daný plyn, kapalinu a teplotu v [Pa] Koligativní vlastnosti T V = K E [c m (A)] ebulioskopie zvýšení teploty varu K E m(a) M(A) = stanovení molární hmotnosti T V m(rozpouštědla) K E ebulioskopická konstanta; T V zvýšení teploty varu; [c m (A)] - molální koncentrace - T T = K K [c m (A)] kryoskopie snížení teploty tuhnutí 17

18 K K m(a) M(A) = stanovení molární hmotnosti - T T m(rozpouštědla) K K kryoskopická konstanta; - T T snížení teploty tuhnutí; [c m (A)] - molální koncentrace Π = c(a) R T osmotický tlak m(a) R T m(a) R T M(A) = = molární hmotnost pomocí osmózy Π V h ρ g V Π - osmotický tlak; h rozdíl hladin; ρ - hustota; g - gravitační konstanta Vytřepávání m i = m V i A 0 zbytek po i-tém vytřepávání K VB + VA m i - zbytek po i-tém vytřepávání; m 0 původní obsah složky; V A objem roztoku; V B objem extrakčního činidla; K Nernstův rozdělovací koeficient 18

19 ELEKTRHEMIE Srážecí reakce K k A a (s) <====> k K a+ (aq) + a A k- (aq) K S (K k A a ) = [K a+ ] k [A k- ] a zdánlivý součin rozpustnosti Protolytické reakce K V = [H 3 + ] [H - ] iontový součin vody pk V = - log K V = ph + ph = 14 při 25 ph = - log[h 3 + ] [H 3 + ] = 10 -ph pro výpočet ph silných kyselin platí přímo ph = - log [H - ] [H - ] = 10 -ph pro výpočet ph silných zásad platí přímo Disociace v roztocích kyselin HA + H 2 <====> A - + H 3 + ph = - log c(ha) c(ha) = 10 -ph ph = - log (2 c(h2a)) c(h2a) = 2 10-pH disociace jednosytných kyselin silná jednosytná kyselina silná dvojsytná kyselina + [A ] [ H 3 ] Ka = [ HA] disociační konstanta kyselin [HA] = c(ha) - [H 3 + ] platí pro jednosytnou kyselinu pka = - log Ka + 2 [ H 3 ] Ka = částečně disociovaná kyselina + c( HA) [ H ] 3 [H 3 + ] 2 + Ka [H 3 + ] - Ka c(ha) = 0 středně silná kyselina + 2 [ H 3 ] Ka = pro slabé kyseliny [H 3 + ]<<c(ha) c( HA) ph = log Ka c( HA) = ½ [pka log(c(ha)] [A - ]; [H 3 + ] rovnovážné koncentrace iontů; [HA] rovnovážná koncentrace nedisociované kyseliny, c(ha) počáteční koncentrace kyseliny 19

20 Disociace v roztocích zásad B + H 2 <====> H - + BH + ph = -log c(b) c(b) = 10-pH silná zásada + 2 [ H ] [ BH ] [ H ] Kb = = částečně disociovaná zásada [ B] c( B) [ H ] [H - ] 2 + Kb [H - ] - Kb c(b) = 0 pro středně silné zásady ph = log Kb c( B) = ½ [pkb - log c(b)] platí pro slabé zásady Disociace v roztocích solí Ka Kb = Kv pka + pkb = 14 ph = ½ (pka - log c(sole) ) pka disociační konstanta např. NH + 4 ) disociační konstanty konjugovaného páru kyselina zásada sůl silné kyseliny a slabé zásady (NH 4 l) ph = 14 ½ (pkb - log c(sole) ) pkb disociační konstanta např. octanového aniontu) sůl slabé kyseliny a silné zásady (octan Na) Tlumivé roztoky pufry Henderson Hasselbalchova rovnice c( HA) ph = pka log c( sole) kyselý pufr c(ha) koncentrace slabé kyseliny, c(sole) koncentrace sole slabé kyseliny a silné zásady c( B) ph = pkb log c( sole) zásaditý pufr c(b) koncentrace slabé zásady; c(sole) koncentrace sole slabé zásady a silné kyseliny 20

21 Elektrodové děje Me n+ + n e - <====> Me Nernstova rovnice R T 1 EMe = EMe ln n F a 0 0 n+ = EMe Me n+ R T + ln[ Me n F ] potenciál kovové elektrody E a c R T red R T red E 0 = red ox ln E 0 / = Me ln ln potenciál redox elektrody n F aox n F cox E potenciál; E 0 standardní elektrodový potenciál; n počet přenášených elektronů; -1 a aktivity iontů; T termodynamická teplota; R plynová konstanta...r = 8,314 J mol -1 K F Faradayova konstanta... F = mol -1 Elektrolýza I t M m = Faradayův zákon z F m hmotnost elektrolyzované složky; I elektrický proud; t doba průchodu proudu; z počet elektronů vyměňovaných při ději; M molární hmotnost; F Faradayova konstanta FTMETRIE Φ T = transmitance Φ 0 A = - log T A = ε λ c l absorbance Lambert - Beerův zákon ε λ - absorpční koeficient konstanta; c- koncentrace; l síla absorpční vrstvy 21

22 RGANIKÁ HEMIE [4] Karboxylové kyseliny H H kyselina mravenčí (methanová) H 3 H 2 H 2 H kyselina máselná (butanová) H 3 H kyselina octová (ethanová) H 3 H 2 H 2 H 2 kyselina valerová (pentanová) H H 3 H 2 H 3 H 2 H 2 H 2 H 2 H H kyselina propionová (propanová) kyselina kapronová (hexanová) H 3 (H 2 ) 14 H kyselina palmitová (hexadekanová) H 2 H H kyselina propenová (akrylová) H 3 (H 2 ) 16 H kyselina stearová (oktadekanová) H kyselina benzoová (benzenkarboxylová) Dikarboxylové kyseliny H H kyseliny šťavelová (oxalová; ethandiová) H (H 2 ) 4 H kyselina adipová (hexandiová) H H 2 H kyselina malonová (propandiová) H H kyselina tereftalová (benzen-1,4-dikarboxylová) H 2 H H H 3 H H H H 3 H kyselina glykolová kyselina mléčná kyselina pyrohroznová 22

23 2-hydroxyethanová k. 2-hydroxypropanová 2-oxopropanová H H 2 H H H H H H H H H kyselina jablečná (2-hydroxy-butandiová) kyselina vinná (2,3-dihydroxy-butandiová) H H H 2 H 2 H H kyselina citronová (2-hydroxy-propan-1,2,3-trikarboxylová) Estery H 2 H 3 ethylester kyseliny octové H 3 ethylacetát octan ethylnatý Halogenidy kyselin H 3 l acetylchlorid chlorid kyseliny octové Anhydridy kyselin H 3 acetanhydrid anhydrid kyseliny octové H 3 Amidy NH H 3 N-methylamid kyseliny octové H 3 acetyl-n-methylamid 23

24 BIHEMIE Základní aminokyseliny Triviální název Systematický název Struktura alanin (S)-2-aminopropanová kyselina arginin kyselina 2-amino-5- (diaminomethylideneamino)pentanová asparagin kyselina (2S)-2-amino-3-karbamoylpropanová cystein kyselina (2R)-2-amino-3-sulfanylpropanová fenylalanin kyselina 2-amino-3-fenyl-propanová glycin kyselina aminoethanová glutamin kyselina (2S)-2-amino-4-karbamoylbutanová histidin kyselina 2-amino-3-(3H-imidazol-4- yl)propanová 24

25 isoleucin (2S,3S)-2-amino-3-methylpentanová kyselina kyselina asparagová kyselina (2S)-2-aminobutanediová kyselina glutamová kyselina (2S)-2-aminopentandiová leucin (S)-2-amino-4-methylpentanová kyselina lysin kyselina (S)-2,6-diaminohexanová prolin (S)-pyrrolidin-2-karboxylová kyselina serin kyselina (S)-2-amino-3- hydroxypropanová treonin kyselina (2S,3R)-2-amino-3- hydroxybutanová tryptofan kyselina (S)-2-amino-3-(1H-indol-3- yl)-propanová 25

26 tyrosin kyselina (S)-2-amino-3-(4-hydroxyfenyl)-propanová valin (S)-2-amino-3-methylbutanová kyselina Nukleové kyseliny NH 2 N N N NH NH N NH N NH 2 adenin guanin NH 2 N H 3 NH NH NH NH NH cytosin thymin uracil H H H H H P H H H H H H H riboza deoxyriboza ribozo-5-fosfát 26

27 SAHARIDY D-glukopyranoza D- glukoza H H H H H H H H H 2 H H H H 2 H H D-fruktoza D-fruktofuranoza H H H 2 H H H sacharoza škrob (α glykosidická vazba) celuloza (β glykosidická vazba) 27

28 Použitá literatura: [1] Fogl, J.-Volka,K.: Analytické tabulky, VŠHT Praha, 1994 [2] Vohlídal, J. a kol.: hemické tabulky, SNTL Praha, 1982 [3] Klouda, P.: Fyzikální chemie, nakl. Pavel Klouda strava, 2002 [4] Panico, R.-Powell, W.H.-Richter, J.-.: Průvodce názvoslovím organických sloučenin podle IUPA, Academia Praha, 2000 [5] Wikipedia 28