Mundua helburu: Fisika eta Kimika 1. Batxilergoa (demoa)

Aurkibidea Ikasturteko oinarrizko jakintzak ITZALA UZTEN DUTEN ERRONKAK......................................................8

• Kimikaren detektibeak • Nire gorputza kimika-laborategi bat da • Fisika erabiltzen dut kirola egiten dudanean

eta lotura kimikoa

Hasierako unitatea Ikerketa zientifikoa

..........................................................

16

Zientziaren, teknologiaren eta gizartearen arteko harremanak 1. Metodo zientifikoa 2. Magnitude fisikoak. Nazioarteko unitate-sistema 3. Azterketa dimentsionala 4. Magnitudeak neurtzea 5. Erroreak neurketan 6. Ekuazioen esanahia fisikan eta kimikan IKTak. Kalkulu-orriak, problemak ebazteko Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

1 M ateria: propietateak eta transformazioak

................................................ 38

Erdieroaleak eta eguzki-energia fotovoltaikoa 1. Materia 2. Daltonen teoria atomikoa 3. Lege ponderalak 4. Lege bolumetrikoak. Avogadroren hipotesia 5. Masa atomikoa, masa molekularra eta formula-masa 6. Substantzia kantitatea 7. Formula kimikoak. Konposizio ehundarra 8. Analisi kimikoari aplikatutako espektrometria eta espektroskopia IKTak. Molekulen irudikapena Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

2 M ateriaren

agregazio-egoerak

......................................................... 70

Energia-iturriak eta garapen jasangarria 1. Materiaren agregazio-egoerak 2. Gas idealen egoera-ekuazioa 3. Teoria zinetiko molekularra: gas idealak eta gas errealak 4. Disoluzioak 5. Kontzentrazioa eta disolbagarritasuna 6. Disoluzioak prestatzea 7. Propietate koligatiboak IKTak. Kalkulu-orrietan sakontzea Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

2

3 M ateriaren egitura ....................................................... 98

Gatz urtuak, energia biltegiratzeko 1. Elementu kimikoen sistema periodikoa 2. Interakzioa erradiazio elektromagnetikoarekin 3. Bohrren eredu atomikoa 4. Orbital atomikoa eta konfigurazio elektronikoak 5. Atomoen eta ioien egonkortasuna 6. Lotura kimikoa eta indar intramolekularrak 7. Substantzien propietateak IKTak. Simulazioak: eredu molekularrak Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

4 Erreakzio kimikoak

................................................. 124

Ia guztia da kimika 1. Erreakzio eta ekuazio kimikoak 2. Kalkulu estekiometrikoak 3. Kalkulu estekiometrikoak masarekin 4. Gas-egoeran dauden erreaktiboak eta produktuak 5. Disoluzioan dauden erreaktiboak eta produktuak 6. Erreaktibo mugatzailea eta erreakzio-errendimendua 7. Prozesu kimikoak labe garai batean IKTak. Kalkulu estekiometrikoak Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

5 Termodinamika

.................................................................. 148

Motorrak, kutsadura eta klima-aldaketa 1. Termodinamikaren zero legea. Oreka termikoa 2. Energia-transferentzia 3. Barne-energia Termodinamikaren lehen legea 4. Makina termikoak eta hozteko makinak 5. Termodinamikaren bigarren legea Entropia IKTak. Carnoten zikloa Geogebrarekin Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

6 E nergia eta erreakzioen berezkotasuna

..................................................................... 176

Zer da, egia edo gehiegikeria bat?

1. Termokimika 2. Erreakzio-entalpia 3. Entalpia-kalkuluak 4. Errekuntza-erreakzioen efektuak 5. Entropia 6. Gibbsen energia askea IKTak. Berotegi-efektuaren simulazioa Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

7 K arbonoaren kimika

............................................ 200

......................................

11 Lana eta energia 230

Lekualdatze seguruak 1. Higiduraren erlatibotasuna 2. Posizioa eta desplazamendua 3. Ibilbidea eta ibilitako espazioa 4. Posizio-aldaketak: abiadura 5. Abiadura-aldaketak: azelerazioa 6. Higidura zuzenak 7. Higidura zuzenen konposizioa 8. Galileok higiduraren ikerketari egindako ekarpenak IKTak. Ekuazioen txantiloiak Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

9 Z inematika. Higidura

zirkularrak eta oszilatorioak

........................................ 272

Lurrikarak etorkizunean 1. Indarrak interakzioen neurri gisa 2. Dinamikaren printzipioak 3. Higidura kantitatea edo momentu lineala 4. Higidura batzuen dinamika 5. Ohiko egoeren azterketa dinamikoa 6. Estatika IKTak. Laborategi birtualak: fisika Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

8 Z inematika. Higidura zuzenak eta haien konposizioa

10 D inamika eta estatika. Indarrak eta haren ondorioak

Plastikoa erabiltzeari utzi behar al diogu?

1. Karbono-konposatuak 2. Karbono-konposatuen formula 3. Hidrokarburoak 4. Karbono-konposatu oxigenatuak 5. Karbono-konposatu nitrogenatuak 6. Talde funtzionalen lehentasuna 7. Karbonoaren forma alotropikoak 8. Isomeria 9. Petrolioa eta gas naturala IKTak. Formulazio organikoa mugikorrean Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

................................................... 304

Energia-iturriak eta garapen jasangarria 1. Lana 2. Energia 3. Energia zinetikoa 4. Energia potentziala 5. Energia mekanikoa Energiaren kontserbazioa 6. Potentzia IKTak. Funtzioak erabiltzea eta ekuazioak ebaztea Geogebrarekin Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

Laborategiko praktikak

......................................... 338

Formulazioa eta nomenklatura kimikoa

.....................................................................................................

350

.......... 252

Itsasoa eta higidura 1. Magnitude zinematiko angeluarrak 2. Higidura zirkular uniformea, HZRU 3. Higidura zirkular uniformeki azeleratua, HZRUA 4. Higidura harmoniko sinplea IKTak. Kontzeptu-mapak Problemak ebazteko estrategiak Landu ikasitakoa

3

Honelakoa da zure liburua

Itzala uzten duten erronkak

Ikaskuntza-egoera, bat hiruhileko bakoitzerako. Hiruhileko horretan landuko dituzun ezagutzak, trebetasunak eta jarrerak abian jarraraziko dizkizu, eta zure konpetentziak eskuratzen eta garatzen lagunduko dizu.

Proposatutako egoeraren ikaskuntza-sekuentzia.

UTZI ZURE ITZALA

KIMIKAREN IKERTZAILEAK

Ikerketa amaitutakoan, txosten zientifiko bat egin ohi da. Lortu dituzten emaitzak eta atera dituzten ondorioak ezagutarazteko, zientzialariek zientzia-aldizkarietan argitaratzen dituzte beren lanak. Horren haritik, editatu aldizkari digital bat, eta argitaratu han ikasturte honetan zehar egin behar dituzuen ikerketen emaitzak, bai banako ikerketenak, bai taldeko ikerketenak. Honako urrats hauei jarrai diezaiekezu:

Seguru irakurri duzuela istorioren bat edo ikusi duzuela filmen bat protagonistak, misterioren bat argitzeko, hainbat arrasto ikertzera behartzen dituena. Askotan eta askotan kimika izaten da istorio horren ardatza. Izan ere, eguneroko bizitzan, kimikaren berezko printzipioak eta metodoak erabiliz, arauak betetzen direla zaintzen duten ikertzaile asko daude. Eta askotariko arauak izan daitezke, dopinaren aurkakoak, edota ingurumen-legeak, esaterako.

1 Aldizkariaren izena eta azalaren diseinua.

Erronka: Ikaskuntza-egoera honetan, detektibe rola izango duzue. Ikerketa zientifikoaren printzipioak ikasi eta barneratu ondoren, hainbat gauza aztertuko dituzue: ingurumen-kutsadura, dopina kirolean, leherketak eta elikagai-segurtasuna. Oro har, materia aztertzeko aukera ematen diguten oinarrizko printzipioak ikertuko dituzue, eta, ondoren, testuinguruan jarriko dituzue, errealitatean dituen aplikazioekin.

2 Artikulu bakoitzaren gehieneko orrialde kopurua.

3 Artikuluen erredakzio-arauak (azala eta izenburua, sarrera, metodologia, emaitzak, emaitzen eztabaida eta bibliografia).

Aldizkariarekin lanean hasteko, idatzi gai hauei buruzko artikuluak:

• Lurzoruaren eta uraren kutsadura, zenbait elementu kimikok eraginda.

• Dopina kirolean.

• Ihesek edo gas-isurketek eragindako leherketak.

• Zenbait edaritako solutuak.

Beste alde batetik, ikerketa zientifikoaren metodoak eta ezaugarriak erabiliko dituzue, materiaren azterketa helburu duten gaietan.

BERRIKUSI ZURE KONPETENTZIAK ETA TALDE-LANA Landu dituzun konpetentziak eta zure taldeak proiektuan izan duen jarduna ebaluatzeko, bete anayaharitza.es webgunean dagoen errubrika.

IKASKUNTZA-SEKUENTZIA

Bildu informazioa kiroleko substantzia dopatzaileei buruz, direla naturalak, direla sintetikoak.

Deskribatu substantzia dopatzaileak identifikatzeko metodo analitikoak.

1. unitatea

Komunikazioko, hausnarketako eta gizarte-konpromisoko atazak, ikaskuntza-egoeran landutako alderdi bati buruzkoak.

Identifikatu substantzia lehergai motak, eta sailkatu giro-tenperaturan duten agregazioegoeraren arabera.

Arrazoitu nola aplikatzen diren gasen legeak leherketetan.

Zehaztu zein diren edarietako solutu ohikoenak, eta kalkulatu haien kontzentrazio molarrak.

2. unitatea

Adierazi zoruak kutsatzen dituzten metal astunen arteko antzekotasunak eta desberdintasunak.

Bilatu metal astun baten igorpen atomikoaren espektroa, eta arrazoitu, Bohr-en eredua erabiliz.

Idatzi aukeratutako metalaren konfigurazio elektronikoa, eta azaldu haren egonkortasuna.

Deskribatu nola kutsatzen duten ura metal astunek, azidotan solutu bihurtzearen ondorioz.

Egin infografia bat, zuen ondorioak eta ikerketa bakoitzaren emaitzak azaltzeko.

3. unitatea

10

11

Diagnosirako tresnen proposamenak (anayaharitza. es webgunean daude eskuragarri) honako hauen autoebaluazioa egin dezazun: konpetentziak zenbateraino eskuratu dituzun, nola planifikatu dituzun atazak, eta nola egin duzun lan taldean, ikaskuntza-sekuentzian zehar.

Unitatearen sarrera Zertarako ikasi...? Unitate bakoitzaren hasieran, testu labur bat dago, zientziaren, teknologiaren eta gizartearen arteko erlazioak jakiteko aukera emango dizuna. Eta nola egiten du hori? Unitateko edukiarekin lotuta dagoen aplikazio garrantzitsuren baten bidez, zientzia horiek gure bizitzan duten garrantzia aintzat har dezazun.

Zer deskubrituko duzu?

Unitate honetan • Ia guztia da kimika

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

4

•

anayaharitza.es webgunean

Erreakzio kimikoak IA GUZTIA DA KIMIKA Mendeetan zehar, substantzia batzuk beste batzuk bihurtuz, gizakiak aukera izan du ingurune naturala aldatzeko, lehengaietatik material berriak lortzeko, elikagaiak prestatzeko edota kontsumo-produktuak ekoizteko.

Pentsa genezake industria-arloa, edo kontsumoarena, dela erreakzio kimikoen ezagutzaren helburu nagusia, baina hori ez da horrela. Erreakzio kimikoak atomoen arteko elkarrekintzak dira, eta haiek modu batera edo bestera lotu, substantzia ezberdinak eratzen dituzte; horregatik, erreakzio kimikoen ezagutza hainbat alderditarako da garrantzitsua.

Biokimika substantziek materia bizian dituzten eraldaketak aztertzen dituen zientziaren adarra da. Erreakzio kimikoen ezagutzari esker, onura materiala lortzeaz gain, izaki bizidun bat osatzen duten substantzien artean gertatzen diren harreman intimoak argitu ahal izan dira. Horrek, besteak beste, gaixotasunak prebenitzeko eta sendatzeko balio izan du, bai eta organismoek ingurune kimikoarekiko duten portaera hobeto ezagutzeko ere.

Gogoeta, taldeka. Ikusi Garapen Jasangarrirako Helburuak eta parte hartu mundu berdinagoa eta bizitzeko hobea lortzeko dugun konpromisoarekin.

•

4

Bestalde, ingurumen-kimikari esker, ingurumenaren konposizioa nola aldatzen den jakin dezakegu, ingurunean modu naturalean ez zeuden substantziak tartean dituzten erreakzioengatik. Eta jakin egin behar da zein den substantzia horien erreaktibitate kimikoa, bai eta deskonposizioprozesuen abiadura ere.

124

Erreakzio eta ekuazio kimikoak Kalkulu estekiometrikoak Kalkulu estekiometrikoak masarekin Gas-egoeran dauden erreaktiboak eta produktuak Disoluzioan dauden erreaktiboak eta produktuak Erreaktibo mugatzailea eta erreakzio-errendimendua Prozesu kimikoak labe garai batean IKTak. Kalkulu estekiometrikoak Problemak ebazteko estrategiak

GJH KONPROMISOA

1 Bilatu 3. helburuari eta haren xede guztiei buruzko informazioa. Egin ikerketa-txosten bat, eta azaldu hartan nola lagundu dezaketen erreakzio kimikoek NBEk proposatzen duen guztia lortzen.

2 Herrialdeek akordioak egiten dituzte kutsadura desagerrarazteko eta ingurune garbia eta osasungarria lortzeko, eta ingurumen-kimikaren garapenak bete egin behar ditu akordio horietako erabakiak. 7.a xedea oinarri hartuta, egin gogoeta erreakzio kimiko garbiagoak lortzeko ikerketaren garrantziaz.

3 Garapen jasangarrirako zer beste helburu daude erreakzio kimikoak eraginkortasunez egitearekin lotuta? Azaldu labur-labur zuen ideiak eta jaso dokumentu batean.

NIRE GORPUTZA KIMIKA-LABORATEGI BAT DA Unitate honetako edukiak eta jarduerak oso erabilgarriak izan daitezke «Nire gorputza kimika-laborategi bat da» proiektua egiteko. Proiektu hori liburuaren hasierako orrialdeetan dagoen eranskinean planteatzen da.

Motibatzeko: • Bideoa: «Hasi baino lehen».

• Agiria: «Biologia molekularra lanbide izan nahi duzu?»

Ideiak aurretik hautemateko: • Aurkezpena: «Zer jakin behar duzun».

Ikasteko: • Simulazioa: «Ekuazio kimikoen balantza».

• Bideoak: «Amoniakoa lortzeko erreakzio kimikoa», «Ura lortzeko erreakzio kimikoa», «Metanoaren errekuntzaren erreakzio kimikoa».

• Agiria: «Txosten zientifikoa».

• Aurkezpena: «Ikasteko».

Ebaluatzeko: • Amaierako autoebaluazioa.

• Ariketen soluzioak.

Eta, horrez gain, proiektuko gakoak aplikatzeko beharrezkoa den dokumentazio guztia.

125

Unitateko edukiak eta baliabide digitalak.

Unitateari dagokion ikaskuntza-egoerari erreferentzia, lantzen diren edukiak non aplika ditzakezun jakin dezazun.

Informazioa adierazteko zenbait modu, testu bidezkoa, grafikoa, ikus entzunezkoa.

Ulertzen eta ongi adierazten lagunduko dizute eta zenbait esperientzia eskainiko dizkizu zure ikaskuntzan parte hartzeko motibazioa izan dezazun.

Oinarrizko jakintzak eta konpetentziak eskuratzea 66

U4

Erreaktibo mugatzailea eta erreakzioaren errendimendua 6.1. Erreaktibo mugatzailea Erreakzio kimikoak zenbait eremutan gerta daitezke, hala nola, izaki bizidunengan, ingurune naturalean, sukaldean, industrian eta laborategian. Gehien-gehienetan, erreakzioan parte hartzen duten erreaktiboen kantitateen arteko erlazioa ez dator bat espero den erlazio estekiometrikoarekin. Horrenbestez, gerta daiteke erreaktiboaren parte bat erreakzionatu gabe geratzea, sobera dagoen erreaktiboa, eta besteak guztiz erreakzionatzea, erreaktibo mugatzailea.

Erreakzio kimiko batean kantitate estekiometrikoen kalkulua egin behar dugunean, honako alderdi hauei erreparatuko diegu jakiteko erreaktibo bat sobera daukagun edo ez:

A erreaktiboaren magnitude behagarria

B erreaktiboaren magnitude behagarria

A erreaktiboaren kantitatea, nA

B erreaktiboaren kantitatea, nB

aA + bB 8 cC + dD

Hau da ekuazio kimiko doitua, haztamukako metodoa erabiliz kalkulatua:

c

Erreaktibo kantitateen arteko erlazio estekiometrikoa

nA m nB benetakoa

c

nA m nB estekiometrikoa

• Erreaktibo mugatzailea zein den jakiteko, erreakzioan

erreaktiboen zer kantitate dagoen eta substantzia horien kantitate estekiometrikoak zein diren izan behar da kontuan.

c

• Erreakzio kimikoa amaitzean, erreaktibo mugatzailea

6.2. Erreakzioaren errendimendua Erreakzio batean gehieneko kantitatea lortzen bada, erreakzioaren errendimendua % 100 da. Baina prozesu kimiko batean erreakzio baten errendimendua ez da inoiz horrelakoa, txikiagoa baizik. Ehuneko errendimendua, R, esaten zaio lortutako produktu kantitatearen eta teorikoki lortu beharko litzatekeen kantitatearen arteko erlazioari:

nA n m c Am nB ben. < nB estek.

c

nA n m c Am nB ben. > nB estek.

beraz

beraz

Erreaktibo mugatzailea A

Erreaktibo mugatzailea B

Ebatzitako ariketa

7 Erreakzio honen bidez sortzen da kloro trifluoruroa, haren elementuetatik (gas-egoeran) abiatuta: 3 F2 (g) + Cl2 (g) 8 2 ClF3 (g) Adierazpen grafikoa oinarri hartuta, esan zein den erreakzioaren erreaktibo mugatzailea:

Guztiz agerikoa denez, zenbat eta ehuneko errendimendu handiagoa izan erreakzioak, orduan eta eraginkortasun handiagoa izango du, eta orduan eta produktu kantitate handiagoa lortuko da.

Erreaktibo mugatzailea zein den zehazteko, bi erreaktiboen kantitateen erlazioa erlazio estekiometrikoarekin (substantzia kantitatean adierazia) alderatuko dugu. Horretarako, ekuazio kimiko doitutik abiatuta, hau lortzen dugu: nHCl 6 mol HCl d nFe2O3 nestek. = 1 mol Fe O 2 3 Orain, bi erreaktiboen substantzia kantitatea kalkulatuko dugu. Azido klorhidrikoa ur-disoluzioan dago, eta kontzentrazioa M = 3 mol/L da. Bolumena 100 mL = 0,1 L denez, hau da substantzia kantitatea: mol nHCl = M (HCl) · VHCl = 3 · 0, 1 L = 0, 3 mol L Burdina(III) oxidoaren magnitude behagarria masa da.

Beraz, Fe2O3-aren substantzia kantitatea masa molarraren bidez kalkulatuko dugu: M (Fe2O3) = 2 · 55,8 + 3 · 16,0 = 159,6 g/mol m (g) 12 g = n (mol) = . 0, 075 mol g 159, 6 g/mol m Mc mol Beraz, hau da bi erreaktiboen kantitateen arteko erlazioa: nHCl 0, 30 mol HCl d nFe2O3 nben. = 0, 075 mol Fe O = 4 2

3

Bi erreakzioak alderatzen baditugu: nHCl nHCl d n d n nFe2O3 ben. < nFe2O3 estek.

Horrenbestez, erreaktibo mugatzailea azido klorhidrikoa da, eta konposatu horren 0,3 mol ditugu. Horrekin, eta hau jakinda:

benetan lortutako produktu kantitatea R= · 100 produktu kantitate teorikoa Erlazio horretan benetan lortutako produktu kantitatea erreakzio kimiko doitua abiapuntu hartuta kalkulatzen da beti. Zenbakitzailearen zein izendatzailearen dimentsioak masa, bolumena edo substantzia kantitatea izan daitezke, baina beti unitate berean adierazita egon behar dute.

8 Azido klorhidrikoa duen disoluzio baten (kontzentrazioa, 3 M) 100 mL erreakzionarazi ditugu burdina(III) oxidoa ezpurutasunik gabe duen 12 g-ko lagin batekin, eta burdin trikloruroa eta ura sortu dira. Erreakzio kimikoa abiapuntu hartuta, kalkulatu zenbat burdin trikloruro sortu den.

Datuak: M (Fe) = 55,8 g/mol; M (Cl) = 35,5 g/mol; M (O) = 16,0 g/mol; M (H) = 1,0 g/mol.

Ebazpena

6 HCl + Fe2O3 8 2 FeCl3 + 3 H2O Erreakzioan parte hartzen duten erreaktiboen arteko erlazioa

lea, hori izango baita datu-substantzia, lortuko den produktu kantitatea erabakiko duena.

oinarri hartuta kalkulatutako produktuak eta sobera dagoen erreaktiboa izango ditugu. Erreaktiboaren soberakin hori honela kalkulatzen da: erreakzioaren hasieran zegoen kantitatea ken estekiometria betez erreakzionatu duen kantitatea.

Ariketak

Ebatzitako ariketa

Erreaktibo mugatzailea identifikatzeko eskema

• Ezinbestekoa da jakitea zein den erreaktibo mugatzai-

Lan-proposamenak, antolatzaile grafikoekin eta beste pentsamendu-teknika batzuekin, zure azterketa-, egituratze- eta dedukziogaitasuna hobetzeko.

Proiektuaren GAKOEKIN lotutako baliabideak

F2

ClF3

Cl2

Ebazpena Produktuetan agertzen diren molekulei erreparatzen badiegu, ikus dezakegu fluor molekula batek ez duela erreakzionatu, eta, beraz, hori da sobera dagoen erreaktiboa. Horrenbestez, erreakzioan lortutako produktu kantitatea kloroak erabakiko du, hori baita erreaktibo mugatzailea.

M (FeCl3) = 55,8 + 3 · 35,5 = 162,3 g/mol FeCl3-ari dagokion substantzia kantitatea kalkulatuko dugu: 2 mol FeCl3 162, 3 g FeCl3 · mFeCl3 = 0, 3 mol HCl · 1 mol FeCl3 6 mol HCl mFeCl3 . 16, 23 g FeCl3 Jakinda erreaktibo mugatzailea HCl-a dela, esan ea 4,0 g Fe2O3 (sobera dagoen erreaktiboa) geratuko diren erreakzionatu gabe.

16 Erreakzio hau dugu: 3 H2 (g) + N2 (g) 8 2 NH3 (g) Adierazi zein den erreaktibo mugatzailea kasu hauetan: a) 44,8 L H2-k, baldintza normaletan, 2 mol N2-rekin erreakzionatu dute. b) 42 g N2-k erreakzionatu dute 298 K-etan eta 0,98 atm-tan dagoen 1 dm3 H2-rekin. c) Erreaktibo bakoitzaren 2 L-k erreakzionatu dute, presio- eta tenperatura-baldintza beretan.

18 Kalkulatu zer molaritate duen NaOH-a duen disoluzio batek, jakinda disoluzio horren 250 mL-k guztiz erreakzionatzen dutela azido klorhidrikoaren 58 mL-ko disoluzio batean (kontzentrazioa, 0,02 M).

Ideia-jasa. Orain Ba(OH)2-a duen disoluzio bat erabili duzu. Zer molaritate du base horrek?

NaOH-aren molaritate bera al du? Erantzuna arrazoitzeko, alderatu bi neutralizazio-erreakzioen ekuazio kimikoak.

Datuak: M (Na) = 22,99 g/mol; M (O) = 15,99 g/mol; M (H) = 1,01 g/mol; M (Cl) = 35,45 g/mol; M (Ba) = 137,34 g/mol.

19 Nitrogeno dioxidoa, gas-egoeran, urarekin (likidoegoeran) erreakzionarazi dugu, eta produktu gisa azido nitrikoa eta nitrogeno monoxidoa lortu ditugu. a) Idatzi ekuazio kimiko doitua. b) 377 g NO2 eta 102,6 g ur ditugu. Zein da erreaktibo mugatzailea? Soberako erreaktiboaren zer masa geratzen da erreakzionatu gabe? c) Kalkulatu zer bolumen azido nitriko lortu den erreakzioan.

Datuak: M (N) = 14,01 g/mol; M (O) = 15,99 g/mol; M (H) = 1,01 g/mol.

Hezkuntza emozionala

Orientazio akademikoa eta profesionala

Pentsamenduaren garapena

Lankidetzako ikaskuntza

IKTak

Ebaluazioa

20 Fosforo zuriak, P4, sodio hidroxidoarekin eta urarekin erreakzionatzen du, erreakzio honi jarraituz: P4 + NaOH + H2O 8 Na2HPO4 + PH3. a) 438,7 g P4, 12,7 g NaOH eta 10,33 g ur baditugu, adierazi soberako erreaktiboak. b) Kalkulatu zer masa fosfato eratuko den. c) Zenbat Na2HPO4 lortzen da (moletan)?

Datuak: M (P) = 30,97 g/mol; M (Na) = 22,99 g/mol; M (O) = 15,99 g/mol; M (H) = 1,01 g/mol.

137

Ebatzitako ariketak, arrazoiketa-prozesuak eta problemak ebazteko estrategiak ikasteko.

Problemak ebazteko estrategiak

IKT

Zure konpetentziak garatzeko bereziki diseinatutako ariketak.

Ariketa batzuen ondoan dagoen ikonoak kasuan-kasuan aplika daitekeen proiektuko gakoa zein izan daitekeen adierazten du.

U 1

Kalkulu-orrietan sakontzea Hasierako unitatean aukera izan zenuen kalkulu-orriak erabiltzeko, eta orduan azaldu genuen nola erabili behar den formuletarako tresna eta nola adierazi behar diren emaitzak grafikoen bidez. Oraingoan, beste tresna lagungarri bat erabiliko dugu, datuak (teorikoak nahiz es-

perimentalak) doitu ahal izateko, eta, hala, zenbait aldagairen arteko proportzionaltasun-erlazioak ezarri ahal izateko.

Unitate hartan proposatutako problemak eta ariketak berrikustea komeni da, bai eta zenbait gelaxka aukeratzeko eta formulak sartzeko trebetasuna izatea ere.

Konposatu baten formula kimikoa zehaztea 2 Demagun aurreko ariketan, konposizio ehundarra eman beharrean, esaten digutela substantzia horren 1 g-en errekuntza osoak hau sortzen duela: • 1,9981 g CO2 • 0,8181 g H2O Kalkulatu konposatuaren formula enpirikoa eta konposizio ehundarra.

1. problema. Berrikusketa-ariketa

Fisika eta kimika ikastean, IKTen erabilerak tratamendu berezia merezi du.

Hizkuntzaplana

17 Bolumena 3 dm3 duen huts-kanpai hermetiko batean, oxigenoa sartu da, 1 atm-eko presiora arte, 12 g karbono guztiz erretzeko. Tenperatura konstantea bada prozesu osoan eta 31 °C bada, kalkulatu zenbat CO2 sortu den.

Datuak: M (O) = 15,99 g/mol; M (C) = 12,01 g/mol.

136

IKTak

GJH konpromisoa

Hasierako unitateko ebatzitako 5. ariketan, taula batean higikari bat zenbait unetan ibilitako distantzia neurtzean lortutako datuak zeuden adierazita. Bi aldagaien arteko proportzionaltasun-erlazioa koadratikoa zela ondorioztatu genuen.

Orain, berriz, kalkulu-orri bat erabiliz proportzionaltasun-konstantea erraz nola lortu dezakegun ikusiko dugu.

Adibidez, D2 gelaxkan klik egin, eta horrekin batera E2 gelaxka aukeratuko dugu:

Distantzia (cm)

Denbora (s)

Denbora

Planteamendua eta ebazpena 1. Konposatu organikoa denez, konposatuaren karbono guztia CO2-aren parte bihurtzen da, eta hidrogeno-masa guztia, berriz, H2O-aren parte. Beraz, errekuntzan sortutako CO2-an eta H2O-an zer C masa eta zer H masa dagoen kalkulatzen badugu, gramo bat konposatutan bi horien zer masa zegoen jakingo dugu, konposatu horretatik soilik baitatoz.

M (CO2) = 44,01 g · mol–1; M (H2O) = 18,02 g · mol–1 44,01 g CO2-tan 12,01 g C dagoenez, proportzio hau plantea dezakegu, 1,9981 g CO2-tan zer C masa dagoen jakiteko:

Denbora (s)

Formula-barran hau idatziko dugu: =ZENBATESPEN.LINEALA(A2:A5;C2:C5) Eta Enter tekla sakatu beharrean, konbinazio hau sakatuko dugu: Ktrl+Maiuskula+Enter. D2 eta E2 gelaxketan bi zenbaki azaldu direla ikusiko dugu:

Eta gauza bera hidrogenoarekin: 18,02 g H2O-an hau dago: 2 · 1,01 = 2,02 g H. Beraz,

Distantzia (cm)

ZENBATESPEN.LINEALA(A2:A5;C2:C5)}

Distantzia (cm)

=B2^2

Denbora (s)

Denbora (s)

Denbora

18, 02 g H2O 0, 8181 g H2O = 8 mH = 0, 0917 g H mH 2, 02 g H

d = 2 · x2 Orain emaitza hori bera lortzeko metodo errazago bat ikusiko dugu. Demagun ez dugula C zutabea sortu, eta distantziaren eta denboraren balioak soilik ditugula. D2 eta E2 gelaxketan formula hau idatziz gero, =ZENBATESPEN.LINEALA(A2:A5;B2:B5^2) balio berberak lortuko ditugu.

0, 5453 g C 12, 01 g · mol–1

= 0, 0908 mol H

= 0, 0229 mol O

0, 0908 H8 .4 0, 0229

O8

0, 0229 .1 0, 0229

Eta horrekin formula enpirikoa adieraz dezakegu: C2H4O .

5. Konposizio ehundarra formula enpirikotik zein formula molekularretik abiatuta kalkula daiteke, nahikoa baita atomoak zer proportziotan dauden jakitea. Oraingo honetan, formula enpirikoa erabiliko dugu.

Lehenik eta behin formula-masa adieraziko dugu: m (C2H4O) = 2 · 12,01 + 4 · 1,01 + 1 · 16,00 = 44,06 u

2. Lehen ere esan dugun bezala, karbono eta hidrogeno guztia jatorrizko konposatutik soilik dator, eta masaren gainerakoak, 1 g arte, oxigenoa izan behar du:

nC =

0, 3656 g O

0, 0454 C8 .2 0, 0229

Eta, ondoren, masak ehunekotan: 44, 06 u C2H4O 100 = x 8 x = % 54, 52 C 2 · 12, 01 u C 44, 06 u C2H4O 100 = y 8 x = % 9, 17 H 4 · 1, 01 u H

3. C, H eta O substantzien kantitate hauek daude gramo bat konposatutan: Lehen balioa proportzionaltasun-konstanteari dagokio, eta bigarrena, jatorriko ordenatuari; hau da, Y ardatzarekiko ebakidura-puntuaren balioari. Ikusiko duzunez, k-ren balioa 2 da ia-ia, ebatzitako ariketan aipatu bezala, eta emaitza honekin bateragarria da:

0, 0917 g H 1, 01 g · mol–1

16, 00 g · mol–1

4. Balio horietatik txikienaz zatitzen badugu, molekulan zer proportziotan dauden jakingo dugu:

mO = 1 – 0,5427 – 0,0917 = 0,3656 g O

2

C zutabean t dugu (x-ren balioak), eta A zutabean, distantzia, d (y-ren balioak).

nH = nO =

Ikus dezakegunez, datu gehiago izan gabe ezin da formula molekularra kalkulatu.

44, 01 g CO2 1, 9981 g CO2 = 8 mC = 0, 5453 g C mC 12, 01 g C

Beste zutabe bat sortuko dugu, denboraren berbidurarako.

Horretarako, C2 gelaxkan klik egin, eta hau idatziko dugu: Enter tekla sakatu, eta gelaxka hori aukeratuko dugu berriz ere. Kurtsorea beheko eskuineko izkinan jartzen badugu, itxura aldatu egiten zaiola ikusiko dugu; gurutze forma hartuko du. Klik egin, eta beherantz egingo dugu, C5 gelaxkaraino, eta formula hein osoan automatikoki kopiatzen dela ikusiko dugu:

Konposizio ehundarra formula molekularraren zein formula enpirikoaren bidez kalkula daiteke, molekulan atomoek duten proportzioa jakin behar baitugu, besterik ez. Hori baliatuko dugu enuntziatuari erantzuteko, ez baitzaizkigu nahiko datu ematen masa molekularra kalkulatzeko (eta, beraz, formula molekularra kalkulatzeko).

Orain, bi aldagaien arteko proportzionaltasun-konstantea kalkulatuko dugu.

Lehendabizi, datu-taula sortuko dugu, eta distantzia eta denbora adieraziko:

Distantzia (cm)

PROBLEMAREN AZTERKETA

Unitate bakoitzean, zenbait problema ebazten dira IKTak erabiliz, eta enuntziatuak aztertu eta lortutako emaitzak eztabaidatzen dira.

44, 06 u C2H4O 100 = z 8 z = % 36, 31 O 16, 00 u O

= 0, 0454 mol C

EMAITZEN EZTABAIDA

Ikus dezakezunez, ehunekoen batura % 100 da. Hala izan ez balitz, erroreren bat egongo zen.

Oraingo honetan, masak 4 hamartarrekin eman zaizkigu. Koherentziaz jokatzeko, masa atomikoak 2 hamartarrekin soilik adierazi baditugu ere, tarteko emaitzak 4 hamartarrekin adierazi ditugu.

Ohartu 1 g konposatutik hasieran zegoen masa baino masa handiagoa lortzen dela: 1,9981 + 0,8181 = 2,8162 g Itxura batean badirudi ez dela masaren kontserbazioaren legea betetzen, baina ez da hala. Pentsatu nondik datorren erreakzioko produktuetako masa gehigarria.

90

65

Landu ikasitakoa U4

Landu ikasitakoa Gas-egoeran dauden erreaktiboak eta produktuak

Erreaktiboak eta produktuak disoluzioan

16 Hidrogenoa petrolioaren deribatuak (erregai fosilak) baino energia-bektore hobetzat jotzen da, energia sortzean ez baitu karbono dioxidorik sortzen, ura soilik sortzen da eta. Transformazio hori irudian ikusten den bezalako erregai-gelaxketan gertatzen da. e–

Berrikusi eta ulertu. Unitatean landutako eduki guztiekin lotutako jarduerak, eduki horiek finkatzeko eta ikasitakoaren autoebaluazioa egiteko. Ariketa guztien soluzioak dituzu anayaharitza.es webgunean.

H2

Anodoa

O2

Mintza

a) Idatzi prozesuaren ekuazio kimikoa, eta sailkatu, oinarrizko entitateen berrantolatzea kontuan hartuta. b) Kalkulatu zer masa berun(II) ioduro lortzen den berun(II) nitratoa duen disoluzio baten (kontzentrazioa 0,8 M) 100 mL-k erreakzionatzean.

e– H+

18 Hauspeatze-erreakzioa disolbagarritasun txikiko solido bat sortzea da. Ikusgarrienetako bat berun(II) nitratotik eta potasio iodurotik berun(II) ioduroa hauspeatzea da.

e–

c) Kalkulatu zer masa potasio ioduro behar den 100 mL disoluzio prestatzeko, aurreko ataleko disoluzioaren 100 mL-ek guztiz erreakziona dezaten. d) Zer bereizketa-teknika erabiliko zenuke sortutako berun ioduroa berreskuratzeko?

Katodoa

Erregai-gelaxkak motor elektrikoak funtzionarazteko erabiltzen dira. Haien desabantaila nagusia da purutasun handiko hidrogenoa behar dutela, erabili ahal izateko. Hidrogenoa lortzeko moduetako bat metanoaren erreformatzea da. Hau da horren ekuazio kimikoa: CH4 + H2O 8 CO + 3 H2 a) Kalkulatu zer bolumen metano behar den 150 m3 hidrogeno sortzeko (100 °C-an eta 2 atm-tan neurtua). b) Zenbat CO sortzen da? c) Ikertu zer beste aukera dauden hidrogenoa beste lehengai batzuetatik sortzeko. d) Zuzena al da hidrogenoa erregai bat dela esatea?

Arrazoitu erantzuna.

17 Bada erreakzioan parte hartzen duten substantzia guztiak gas-egoeran dituen erreakzio bereizgarri bat: hidrogenotik eta nitrogenotik abiatuta amoniakoa sintetizatzea. Sintesi hori erreakzio motela da, eta, beraz, katalizatzaile bat behar du:

Datuak: M (I) = 126,90 g/mol; M (Pb) = 207,19 g/mol; M (N) = 14,01 g/mol; M (O) = 15,99 g/mol; M (K) = 39,10 g/mol.

19 Azido klorhidrikoa duen disoluzio baten kontzentrazioa jakin nahi dugu, azido-base bolumetria batetik abiatuta. Horretarako, sodio hidroxidoa duen disoluzio bat erabiliko dugu (kontzentrazioa, 0,25 M). a) Idatzi neutralizazioaren ekuazio kimikoa. b)

Kalkulurik egin gabe, esan zer kontzentrazio duen azido klorhidrikoaren disoluzioak, disoluzio horren 100 mL-k guztiz erreakzionatzen badute sodio hidroxido horren 50 mL-rekin.

c)

Pentsatu eta binaka jarrita komentatu.

Egiaztatu zuzena dela aurreko ataleko erantzuna.

Nola aldatuko litzateke emaitza azido-base erreakzioaren estekiometria 2:1 balitz azidoaren alde?

N2 (g) + 3 H2 (g) 8 2 NH3 (g) a) Definitu zer den katalizatzailea eta zer eginkizun duen erreakzio kimikoetan. b)

Bilatu Haber-Bosch prozesuari buruzko informazioa, eta, ongarriak sortzeko, atmosferako nitrogenoa finkatzeko garrantziari buruzkoa.

c) Kalkulatu zer bolumen lortzen den, Haber-Bosch prozesuaren baldintzetan (400 ºC eta 200 atm), 60 mol hidrogenorekin.

146

20 Kalkulatu azido sulfurikoa duen disoluzio baten (kontzentrazioa, 3 M) zer bolumen behar den sodio hidroxidoa duen disoluzio baten (kontzentrazioa, 2 M) 225 mL neutralizatzeko.

21 Nikel(II) kloruroaren eta sodio hidroxidoaren arteko erreakzioa desplazamendu bikoitzeko erreakzioa da. a) Idatzi ekuazio kimiko doitua. b) Kalkulatu zenbat nikel(II) hidroxido sortzen den nikel(II) kloruroa duen disoluzio baten (kontzentrazioa 0,100 M) 200 mL-k nahikoa sodio hidroxidorekin erreakzionatzen duenean.

Datuak: M (Cl) = 35,45 g/mol; M (Ni) = 58,71 g/mol; M (Na) = 22,99 g/mol; M (O) = 15,99 g/mol; M (H) = 1,01 g/mol.

Erreaktibo mugatzailea 22 Hauspeakin-ontzi batean 2 g aluminio-txirbil jarri ditugu. Ontzia estali ondoren, zulotxo batetik HCl-a duen disoluzio baten (kontzentrazioa 1,0 M) 100 mL bota ditugu. Erreakzioan sortutako gasa burbuilatze bidez jaso dugu beste ontzi batean. Erreakzioan hidrogenoa metalaz desplazatzen dela jakinda: a) Idatzi eta doitu erreakzio kimikoa. b) Kalkulatu zer masa aluminio trikloruro sortu den erreakzioan. c) Kalkulatu zer bolumen H2 bildu den, tenperatura 20 ºC eta presioa 1 atm badira. d) Zer substantzia kimiko geratu da hauspeakinontzian erreakzionatu gabe? e) Adierazi, marrazki baten bidez, erreakzioaren bi produktuak laborategian jasotzeko egin beharreko muntaia.

Datuak: M (Al) = 26,98 g/mol; M (H) = 1,01 g/mol; M (Cl) = 35,45 g/mol.

23 Aluminioak eta diiodoak erreakzionatu eta aluminio ioduroa sortzen da. Azaldu zein den erreaktibo mugatzailea kasu hauetan: a) 1. kasua: 2,40 mol Al eta 4,80 mol I2. b) 2. kasua: 2,40 mol I2 eta 4,80 mol Al. Kalkulatu zer masa aluminio ioduro sortzen den kasu bakoitzean.

Datuak: M (I) = 126,90 g/mol; M (Al) = 26,98 g/mol.

24 Hidrogenotik eta sodio metalikotik sodio hidruroa sintetizatzeko, 6,75 g sodio eta 3,03 g hidrogeno nahastu dira. a) Idatzi ekuazio kimiko doitua. b) Esan zein den erreaktibo mugatzailea. c) Kalkulatu zenbat NaH sortu den. d) Erreakzioan 4,00 g NaH lortu badira, zer errendimendu izan du erreakzioak?

Datuak: M (Na) = 22,99 g/mol; M (H) = 1,01 g/mol.

Zientzia, teknologia eta gizartea Femtokimika Errekzio kimiko bat, funtsean, hau da: erreaktiboak osatzen dituzten oinarrizko entitateen loturak haustea eta, gero, edo aldi berean, produktuen unitateen loturak eratzea.

Prozesu hori, denboran, pikosegundotan gertatzen da, eta, beraz, ezinezkoa da ikustea teknologia egokia izan ezean. Horrelako ekuazio baten bilakaeraren berri jakiteko, pultsu ultralaburrak sortzeko gai diren laserrak daude, 6 femtosegundoko pultsuak egiteko gai diren laserrak.

Molekula-sorta bat jaurtitzen da, horri laserraren pultsu batez erasotzen zaio, eta molekula bat jotzen du; molekula horri laserraren bigarren pultsu bat jaurtitzen zaio eta, islatu ondoren, detektorera iristen da. Hala, molekula horrek une horretan duen egoeraren argazki bat lotzen da. Prozesua denbora-tarte labur-laburretan errepikatuz erreakzio kimikoaren filma izango dugu.

Kimikaren adar horri esker, interes biologiko handiko erreakzioak ikusi ahal izan dira; esaterako, entzimasubstratu interakzioak, antigorputzen eta antigenoen arteko erreakzioak, eta DNArekin lotutako erreakzioak.

Irakurketak.

Unitatearen hasieran zientziarekin, teknologiarekin, gizartearekin eta ingurumenarekin lotutako atalaren osagarri moduan, hemen alderdi horien arteko erlazioari buruzko beste adibide bat dago.

Bilatu femtokimikari eta attokimikari buruzko informazioa. Zer hamarkadatan garatu zen bietako bakoitza. Idatzi erreakzio kimikoen hain kontrol zorrotzak industrian eta ikerketan izan ditzakeen aplikazioei buruzko gogoeta bat. Zure ustez, gaur egungo unibertsitate-ikasketak nahikoak al dira espezialitate horiek garatzeko? Bilatu arlo horretan abian dauden ikerketaproiektuei buruzko informazioa eta idatzi zer helburu dituzten.

147

5

Honelakoa da zure proiektu digitala

Proiektuak ikasturteko eduki guztiak eskaintzen dizkizu, baina, horrez gain, baita beste hainbat baliabide ere.

Ikasteko beste modu bat da, erraza, intuitiboa eta edozein plataforma eta gailurekin bateragarria.

66 66

Erreaktibo Erreaktibo mugatzailea mugatzailea etaeta erreakzioaren erreakzioaren errendimendua errendimendua 6.1.6.1.

Erreaktibo Erreaktibo mugatzailea mugatzailea Erreakzio Erreakzio kimikoak kimikoak zenbait zenbait eremutan eremutan gerta gerta daitezke, daitezke, halahala nola, nola, izakiizaki bizidunengan, bizidunengan, ingurune ingurune naturalean, naturalean, sukalsukaldean, dean, industrian industrian eta eta laborategian. laborategian.

GehienGehiengehienetan, gehienetan, erreakzioan erreakzioan parte parte hartzen hartzen duten duten erreaktiboen erreaktiboen kantitakantitateenteen arteko arteko erlazioa erlazioa ez dator ez dator bat bat espero espero denden erlazio erlazio es- estekiometrikoarekin. tekiometrikoarekin.

Horrenbestez, Horrenbestez, gerta gerta daiteke daiteke erreakerreaktiboaren tiboaren parte parte bat bat erreakzionatu erreakzionatu gabe gabe geratzea, geratzea, sobera sobera dagoen dagoen erreaktiboa, erreaktiboa, eta eta besteak besteak guztiz guztiz erreakzionaerreakzionatzea, tzea, erreaktibo erreaktibo mugatzailea. mugatzailea.

Erreakzio Erreakzio kimiko kimiko batean batean kantitate kantitate estekiometrikoen estekiometrikoen kal-kalkulua kulua eginegin behar behar dugunean, dugunean, honako honako alderdi alderdi hauei hauei erreerreparatuko paratuko diegu diegu jakiteko jakiteko erreaktibo erreaktibo bat bat sobera sobera daukagun daukagun edoedo ez: ez: • Ezinbestekoa • Ezinbestekoa da jakitea da jakitea zeinzein denden erreaktibo erreaktibo mugatzaimugatzai-

lea,lea, horihori izango izango baita baita datu-substantzia, datu-substantzia, lortuko lortuko denden pro-produktu duktu kantitatea kantitatea erabakiko erabakiko duena. duena.

Erreaktibo Erreaktibo mugatzailea mugatzailea identifikatzeko identifikatzeko eskema eskema A erreakA erreaktiboaren tiboaren magnitude magnitude behagarria behagarria

B erreakB erreaktiboaren tiboaren magnitude magnitude behagarria behagarria

aA +aA bB+ 8 bBcC 8+cC + dD dD

A erreakA erreakB erreaktiB erreaktitiboaren tiboaren boaren boaren kantikantikantitatea, kantitatea, nA nA tatea, tatea, nB nB

6 HCl 6 HCl + Fe+2O Fe O3 28FeCl 2 FeCl H23OH2O 3 28 3 +3 3 + Erreaktibo Erreaktibo kantitateen kantitateen arteko arteko erlazio erlazio estekioestekiometrikoa metrikoa

n n c A cm A m nB benetakoa nB benetakoa

n n c A cm A m nB estekiometrikoa nB estekiometrikoa

nA nA n n cm m< c <A cm A m nB ben nB. ben. nB este nB k.estek.

n n n n c A cm A m> c >A cm A m nB ben nB. ben. nB este nB k.estek.

Nola sartu?

Liburuaren lehen orrialdearen ondoan duzu hartara sartzeko beharrezkoak diren jarraibideak.

• Erreakzio • Erreakzio kimikoa kimikoa amaitzean, amaitzean, erreaktibo erreaktibo mugatzailea mugatzailea

oinarri oinarri hartuta hartuta kalkulatutako kalkulatutako produktuak produktuak eta eta sobera sobera da- dagoen goen erreaktiboa erreaktiboa izango izango ditugu. ditugu.

Erreaktiboaren Erreaktiboaren sobesoberakin rakin horihori honela honela kalkulatzen kalkulatzen da: da: erreakzioaren erreakzioaren hasieran hasieran zegoen zegoen kantitatea kantitatea kenken estekiometria estekiometria betez betez erreakzionaerreakzionatu duen tu duen kantitatea. kantitatea.

6.2.6.2.

Erreakzioaren Erreakzioaren errendimendua errendimendua Erreakzio Erreakzio batean batean gehieneko gehieneko kantitatea kantitatea lortzen lortzen bada, bada, erreakzioaren erreakzioaren errendimendua errendimendua % 100 % 100 da. da.

Baina Baina prozeprozesu kimiko su kimiko batean batean erreakzio erreakzio baten baten errendimendua errendimendua ez da ez da inoiz inoiz horrelakoa, horrelakoa, txikiagoa txikiagoa baizik. baizik.

Ehuneko Ehuneko errendimenerrendimendua,dua, R, esaten R, esaten zaiozaio lortutako lortutako produktu produktu kantitatearen kantitatearen eta eta teorikoki teorikoki lortu lortu beharko beharko litzatekeen litzatekeen kantitatearen kantitatearen arteko arteko erlazioari: erlazioari:

beraz beraz

beraz beraz

Erreaktibo Erreaktibo mugatzailea mugatzailea A A

Erreaktibo Erreaktibo mugatzailea mugatzailea B B

136 136

Erreaktibo Erreaktibo mugatzailea mugatzailea zeinzein denden zehazteko, zehazteko, bi erreakbi erreaktiboen tiboen kantitateen kantitateen erlazioa erlazioa erlazio erlazio estekiometrikoarekin estekiometrikoarekin (substantzia (substantzia kantitatean kantitatean adierazia) adierazia) alderatuko alderatuko dugu. dugu.

Ho- Horretarako, rretarako, ekuazio ekuazio kimiko kimiko doitutik doitutik abiatuta, abiatuta, hau hau lortzen lortzen dugu: dugu: nHCl nHCl 6 mol HCl HCl d d n n = 6=mol nFe2On3Fe2este O3 k.estek1 1 mol Fe2O Fe O . mol 32 3 Orain, Orain, bi erreaktiboen bi erreaktiboen substantzia substantzia kantitatea kantitatea kalkulatuko kalkulatuko dugu. dugu.

Azido Azido klorhidrikoa klorhidrikoa ur-disoluzioan ur-disoluzioan dago, dago, eta eta kon-kontzentrazioa tzentrazioa M =M3 =mol/L 3 mol/L da. da.

Bolumena Bolumena 100 100 mL mL = 0,1 = L0,1 L denez, denez, hau hau da substantzia da substantzia kantitatea: kantitatea: molmol nHCl n=HClM=(HCl) M (HCl) · VHCl· V=HCl3 = 3 · 0, 1· L0,=1 L0,= 0, 3 mol 3 mol L L

17

18

Burdina(III) Burdina(III) oxidoaren oxidoaren magnitude magnitude behagarria behagarria masa masa da. da.

Beraz, Beraz, Fe2O Fe substantzia substantzia kantitatea kantitatea masa masa molarramolarra2O3-aren 3-aren ren bidez ren bidez kalkulatuko kalkulatuko dugu: dugu: M2(Fe M (Fe O3)2= O32) = 2 · 55,8 · 55,8 +3+ 3 · 16,0 · 16,0 = 159,6 = 159,6 g/mol g/mol

Ebatzitako Ebatzitako ariketa ariketa

7 Erreakzio 7 Erreakzio honen honen bidez bidez sortzen sortzen da da kloro kloro trifluorutrifluoruroa,roa, haren haren elementuetatik elementuetatik (gas-egoeran) (gas-egoeran) abiatuta: abiatuta: 3 F23(g) F2 + (g)Cl+2 Cl (g)2 (g) 8 28ClF 2 3ClF (g)3 (g) Adierazpen Adierazpen grafikoa grafikoa oinarri oinarri hartuta, hartuta, esan esan zeinzein denden erreakzioaren erreakzioaren erreaktibo erreaktibo mugatzailea: mugatzailea:

benetan benetan lortutako lortutako produktu produktu kantitatea kantitatea R =R = · 100 · 100 produktu produktu kantitate kantitate teorikoa teorikoa Erlazio Erlazio horretan horretan benetan benetan lortutako lortutako produktu produktu kantitatea kantitatea erreakzio erreakzio kimiko kimiko doitua doitua abiapuntu abiapuntu hartuta hartuta kalkulatzen kalkulatzen da da beti.beti.

Zenbakitzailearen Zenbakitzailearen zeinzein izendatzailearen izendatzailearen dimentsioak dimentsioak masa, masa, bolumena bolumena edoedo substantzia substantzia kantitatea kantitatea izanizan daitezdaitezke, baina ke, baina betibeti unitate unitate berean berean adierazita adierazita egon egon behar behar dute. dute.

Guztiz Guztiz agerikoa agerikoa denez, denez, zenbat zenbat eta eta ehuneko ehuneko errendimenerrendimendu handiagoa du handiagoa izanizan erreakzioak, erreakzioak, orduan orduan eta eta eraginkortasun eraginkortasun handiagoa handiagoa izango izango du, du, eta eta orduan orduan eta eta produktu produktu kantitate kantitate handiagoa handiagoa lortuko lortuko da. da.

6

c

Ar

16

HauHau da ekuazio da ekuazio kimiko kimiko doitua, doitua, haztamukako haztamukako metodoa metodoa erabiliz erabiliz kalkulatua: kalkulatua:

Erreakzioan Erreakzioan parte parte hartzen hartzen duten duten erreaktierreaktiboen boen arteko arteko erlazioa erlazioa

• Erreaktibo • Erreaktibo mugatzailea mugatzailea zeinzein denden jakiteko, jakiteko, erreakzioan erreakzioan

erreaktiboen erreaktiboen zer zer kantitate kantitate dagoen dagoen eta eta substantzia substantzia ho- horienrien kantitate kantitate estekiometrikoak estekiometrikoak zeinzein diren diren izanizan behar behar da da kontuan. kontuan.

Ebatzitako Ebatzitako ariketa ariketa

8 8 Azido Azido klorhidrikoa klorhidrikoa duen duen disoluzio disoluzio baten baten (kontzen(kontzentrazioa, trazioa, 3 M) 3 M) 100100 mL mL erreakzionarazi erreakzionarazi ditugu ditugu bur-burdina(III) dina(III) oxidoa oxidoa ezpurutasunik ezpurutasunik gabe gabe duen duen 12 g-ko 12 g-ko lagin lagin batekin, batekin, eta eta burdin burdin trikloruroa trikloruroa eta eta ura ura sortu sortu dira.dira.

Erreakzio Erreakzio kimikoa kimikoa abiapuntu abiapuntu hartuta, hartuta, kalkulakalkulatu zenbat tu zenbat burdin burdin trikloruro trikloruro sortu sortu den.den.

Datuak: Datuak: M (Fe) M (Fe) = 55,8 = 55,8 g/mol; g/mol; M (Cl) M (Cl) = 35,5 = 35,5 g/mol; g/mol; M (O) M (O) = 16,0 = 16,0 g/mol; g/mol; M (H) M= (H)1,0 = 1,0 g/mol. g/mol.

Ebazpena Ebazpena

F2 F2 Cl2 Cl2

ClF3ClF3

Ebazpena Ebazpena Produktuetan Produktuetan agertzen agertzen diren diren molekulei molekulei erreparatzen erreparatzen badiegu, badiegu, ikusikus dezakegu dezakegu fluorfluor molekula molekula batek batek ez duela ez duela erreakzionatu, erreakzionatu, eta, eta, beraz, beraz, horihori da sobera da sobera dagoen dagoen erreakerreak-

tiboa. tiboa.

Horrenbestez, Horrenbestez, erreakzioan erreakzioan lortutako lortutako produktu produktu kantitatea kantitatea kloroak kloroak erabakiko erabakiko du, du, horihori baita baita erreaktibo erreaktibo mugatzailea. mugatzailea.

m (g)m (g) 12 g12 g = )= n (mol n ()mol = . 0,.075 0, 075 molmol g g= 159 ,159 , 6 g/mol 6 g/mol Mc Mc m m molmol Beraz, Beraz, hau hau da bi daerreaktiboen bi erreaktiboen kantitateen kantitateen arteko arteko erla-erlazioa:zioa: nHCl nHCl 0, 300,mol 30 mol HCl HCl d d n n= = = 4= 4 nFe2On3Fe2ben O3 . ben0 0, 075 molmol Fe2O Fe . , 075 3 2O3 Bi erreakzioak Bi erreakzioak alderatzen alderatzen baditugu: baditugu: nHCl nHCl n nHCl d d n n< d < HCl d n n nFe2On3Fe2ben n3Fe2este O3 . ben. nFe2O O3 k.estek.

Horrenbestez, Horrenbestez, erreaktibo erreaktibo mugatzailea mugatzailea azido azido klorhidriklorhidrikoa koa da, eta da, eta konposatu konposatu horren horren 0,3 mol 0,3 mol ditugu. ditugu.

Horrekin, Horrekin, eta hau eta hau jakinda: jakinda: M (FeCl M (FeCl ) = 55,8 +3+ 3 · 35,5 · 35,5 = 162,3 = 162,3 g/mol g/mol 3) = 355,8 FeClFeCl dagokion dagokion substantzia substantzia kantitatea kantitatea kalkulatuko kalkulatuko 3-ari3-ari dugu: dugu: 2 mol 2 mol FeClFeCl 162 ,162 3 g FeCl 3 g, FeCl 3 3 3 3 = 03 ,= mFeClm3 FeCl 0, 3 mol 3 mol HCl HCl · · · · 6 mol 6 mol HCl HCl 1 mol 1 mol FeClFeCl 3 3 mFeClm3 FeCl . 16 ., 23 16,g23 g FeCl FeCl 3 3 3 Jakinda Jakinda erreaktibo erreaktibo mugatzailea mugatzailea HCl-a HCl-a dela,dela, esanesan ea 4,0 ea 4,0 g Feg2O Fe O3 (sobera dagoen dagoen erreaktiboa) erreaktiboa) geratuko geratuko 3 2(sobera diren diren erreakzionatu erreakzionatu gabe. gabe.

19

20 2

Nolakoa da?

Erantzun global bat, hezkuntza-ingurune anitz baterako.

Intuitiboa Erabiltzen oso erraza.

Gailu anitzekoa Edozein gailu motatan (ordenagailuan, tabletan, smarphonean…) egokitzen eta ikuskatzen da, pantailaren edozein tamaina eta bereizmenetan.

Deskargagarria Aukera ematen du Interneteko konexiorik gabe lan egiteko eta gailu batean baino gehiagotan deskargatzeko.

Sinkronizagarria Erabiltzaileak egiten dituen aldaketak berez sinkronizatzen dira, lan egiteko erabilitako edozein gailu konektatzean.

U4

riketak Erreakzio hau dugu: 3 H2 (g) + N2 (g) 8 2 NH3 (g) Adierazi zein den erreaktibo mugatzailea kasu hauetan: a) 44,8 L H2-k, baldintza normaletan, 2 mol N2-rekin erreakzionatu dute. b) 42 g N2-k erreakzionatu dute 298 K-etan eta 0,98 atm-tan dagoen 1 dm3 H2-rekin. c) Erreaktibo bakoitzaren 2 L-k erreakzionatu dute, presio- eta tenperatura-baldintza beretan.

Zer eskaintzen dizu?

Hainbat baliabide ditu, paperezko liburuaren kopia bat baino askoz gehiago da.

3

Bolumena 3 dm duen huts-kanpai hermetiko batean, oxigenoa sartu da, 1 atm-eko presiora arte, 12 g karbono guztiz erretzeko. Tenperatura konstantea bada prozesu osoan eta 31 °C bada, kalkulatu zenbat CO2 sortu den.

Datuak: M (O) = 15,99 g/mol; M (C) = 12,01 g/mol.

Kalkulatu zer molaritate duen NaOH-a duen disoluzio batek, jakinda disoluzio horren 250 mL-k guztiz erreakzionatzen dutela azido klorhidrikoaren 58 mL-ko disoluzio batean (kontzentrazioa, 0,02 M).

Ideia-jasa. Orain Ba(OH)2-a duen disoluzio bat erabili duzu. Zer molaritate du base horrek?

NaOH-aren molaritate bera al du? Erantzuna arrazoitzeko, alderatu bi neutralizazio-erreakzioen ekuazio kimikoak.

Datuak: M (Na) = 22,99 g/mol; M (O) = 15,99 g/mol; M (H) = 1,01 g/mol; M (Cl) = 35,45 g/mol; M (Ba) = 137,34 g/mol.

Nitrogeno dioxidoa, gas-egoeran, urarekin (likidoegoeran) erreakzionarazi dugu, eta produktu gisa azido nitrikoa eta nitrogeno monoxidoa lortu ditugu. a) Idatzi ekuazio kimiko doitua. b) 377 g NO2 eta 102,6 g ur ditugu. Zein da erreaktibo mugatzailea? Soberako erreaktiboaren zer masa geratzen da erreakzionatu gabe? c) Kalkulatu zer bolumen azido nitriko lortu den erreakzioan.

Datuak: M (N) = 14,01 g/mol; M (O) = 15,99 g/mol; M (H) = 1,01 g/mol.

Fosforo zuriak, P4, sodio hidroxidoarekin eta urarekin erreakzionatzen du, erreakzio honi jarraituz: P4 + NaOH + H2O 8 Na2HPO4 + PH3. a) 438,7 g P4, 12,7 g NaOH eta 10,33 g ur baditugu, adierazi soberako erreaktiboak. b) Kalkulatu zer masa fosfato eratuko den. c) Zenbat Na2HPO4 lortzen da (moletan)?

Datuak: M (P) = 30,97 g/mol; M (Na) = 22,99 g/mol; M (O) = 15,99 g/mol; M (H) = 1,01 g/mol.

137

Hau egin ahal izango duzu: Lan egin jarduera interaktiboekin

Unibertsala Bateragarria da ikastetxeetan gehien erabiltzen diren sistema eragileekin, ikaskuntzako inguru birtualekin (IIB) eta hezkuntzaplataformekin (LMS).

Estudiatu laburpen interaktiboak, eskemak...

Ikasi bideoak, infografiak...

Ebaluatu autoebaluazioa, portfolioa...

7

Hasi baino lehen Ezagutu zure erronkak NOLAKOAK DIRA?

Ikaskuntza-egoeren hiru proposamen daude, bat hiruhileko bakoitzeko: • Ezagutzak, jarrerak eta trebetasunak abian jartzeko pentsatuta, eta jakintzen

trukea eta zure konpetentzien garapena sustatzeko.

• 2030ko Garapen jasangarrirako helburuekin konprometituak.

• Hurbilak eta zure benetako mundua eta esperientziak errespetatzen dituz-

tenak.

• Egitura argi eta soilekoak, ongi jakin dezazun zer ataza eta jarduera egin

behar dituzun.

NOLA LANDUKO DITUZU ERRONKAK?

ERRONKA BAKOITZEAN HAU IZANGO DUZU:

UNITATE BAKOITZAREN HASIERAN HAU TOPATUKO DUZU:

Zer deskubrituko duzu?

Unitate honetan • Uraren balioa

4. Disoluzioak 5. Kontzentrazioa eta disolbagarritasuna 6. Disoluzioak prestatzea

3 Artikuluen erredakzio-arauak (azala eta izenburua, sarrera, metodologia, emaitzak, emaitzen eztabaida eta bibliografia).

Aldizkariarekin lanean hasteko, idatzi gai hauei buruzko artikuluak:

• Dopina kirolean.

• Ihesek edo gas-isurketek eragindako leherketak.

• Zenbait edaritako solutuak.

2. unitatea

Zehaztu zein diren edarietako solutu ohikoenak, eta kalkulatu haien kontzentrazio molarrak.

Adierazi zoruak kutsatzen dituzten metal astunen arteko antzekotasunak eta desberdintasunak.

Bilatu metal astun baten igorpen atomikoaren espektroa, eta arrazoitu, Bohr-en eredua erabiliz.

Idatzi aukeratutako metalaren konfigurazio elektronikoa, eta azaldu haren egonkortasuna.

Deskribatu nola kutsatzen duten ura metal astunek, azidotan solutu bihurtzearen ondorioz.

Ura osatzen duten atomoen arteko lotura kobalentearen eta ur molekulen arteko hidrogeno-zubien ondorioz, urak oso propietate bereziak ditu, bizirako ezinbesteko bihurtzen duten propietateak: ia edozein substantzia disolbatzeko gai denez, erreakzio-bide eta garraiobide bikaina da ura. Adibidez, izaki bizidunengan gertatzen diren erreakzio kimiko guztiak ur-ingurunean gertatzen dira; mantenugaiek eta sendagaiek disolbatuta egon behar dute xurgatuak izateko; etab.

Egin infografia bat, zuen ondorioak eta ikerketa bakoitzaren emaitzak azaltzeko.

Urak, ordea, substantzia kaltegarriak edo kutsatzaileak ere disolbatzen ditu; industriako hondakinak edo bakterio eta birus infekziosoak, esate baterako. Eta hori oso arazo larria da herrialde azpigaratuetan, bertako biztanleek kutsatutako edo infektatutako ura hartzen baitute egunero.

Eta hori oso arriskutsua da.

3. unitatea

70

10

kin lotutako erronkak agerian jarriko dizkizuna.

• Ikaskuntza-egoera baten proposamena, GJH

batekin edo gehiagorekin lotutakoa.

• Proposatutako egoeraren ikaskuntza-sekuen-

8

«Hasi aurretik».

• Dokumentua:

Ideiak aurretik hautemateko:

GJH KONPROMISOA

• Aurkezpena:

«Zer jakin behar duzun».

1 Osatu taldeak eta bildu idatzi batean zer urrats egin behar diren, garapen jasangarrirako helburuen 3.3 xedea lortzeko.

2

Ur-araztegi batean lan egiteko, uraren azterketarekin eta kalitatearekin loturiko lanbide-heziketako ikasketa asko daude, unibertsitate-graduak (Kimika eta Ingeniaritza Kimikoa, adibidez), bai eta industria horretako makineria espezifikoa erabiltzen ikasteko ikastaroak ere. Garapen-bidean dauden herrialdeetan ere zenbait proiektu gauzatzen dira, eta haietan laguntzeko aukera egoten da, oinarrizko azpiegiturak sortzen.

Bilatu 9.1 eta 9.a xedeei buruzko informazioa, eta pentsatu nola lortu daitezkeen proiektu horien bidez.

Ikasteko: • Simulazioa:

«Gasen difusioa».

• Bideoak:

«Gasen legeak», «Disoluzioak eta disolbagarritasuna».

• Dokumentua:

«Txosten zientifikoa».

• Aurkezpena:

KIMIKAREN DETEKTIBEAK Unitate honetako edukiak eta jarduerak baliagarriak izan dakizkizuke «Kimikaren detektibeak» proiekturako. Proiektu hori liburuaren hasierako orrialdeetako eranskinean planteatzen da.

«Ikasteko».

Zeure burua ebaluatzeko: • Amaierako autoebaluazioa.

• Ariketen soluzioa.

Eta, horrez gain, proiektuko gakoak aplikatzeko beharrezkoa den dokumentazio guztia.

71

11

• Testu motibatzaile bat, hiruhilekoko unitatee-

tzia.

• Bideoa:

«Edateko uren araztegi batean lan egin nahi duzu?».

Inoiz galdetu al diozu zeure buruari zergatik dituzten prezio desberdinak botila urek? Edo zergatik ez den gomendagarria hiri edo herrialde batzuetan iturriko ura edatea? Ura gure planetako substantziarik baliotsuena eta ugariena da, baina gizaki guztiok ezin dugu uraz berdin gozatu.

Landu dituzun konpetentziak eta zure taldeak proiektuan izan duen jarduna ebaluatzeko, bete anayaharitza.es webgunean dagoen errubrika.

Arrazoitu nola aplikatzen diren gasen legeak leherketetan.

• Problemak ebazteko estrategiak

Motibatzeko:

URAREN BALIOA

BERRIKUSI ZURE KONPETENTZIAK ETA TALDE-LANA

Identifikatu substantzia lehergai motak, eta sailkatu giro-tenperaturan duten agregazioegoeraren arabera.

• IKT. Kalkulu-orrietan sakontzea

anayaharitza.es webgunean

Materiaren agregazio-egoerak

• Lurzoruaren eta uraren kutsadura, zenbait elementu kimikok eraginda.

IKASKUNTZA-SEKUENTZIA

7. Propietate koligatiboak

2

2 Artikulu bakoitzaren gehieneko orrialde kopurua.

Beste alde batetik, ikerketa zientifikoaren metodoak eta ezaugarriak erabiliko dituzue, materiaren azterketa helburu duten gaietan.

1. unitatea

3. Teoria zinetiko-molekularra.

Gas idealak eta gas errealak

1 Aldizkariaren izena eta azalaren diseinua.

Erronka: Ikaskuntza-egoera honetan, detektibe rola izango duzue. Ikerketa zientifikoaren printzipioak ikasi eta barneratu ondoren, hainbat gauza aztertuko dituzue: ingurumen-kutsadura, dopina kirolean, leherketak eta elikagai-segurtasuna. Oro har, materia aztertzeko aukera ematen diguten oinarrizko printzipioak ikertuko dituzue, eta, ondoren, testuinguruan jarriko dituzue, errealitatean dituen aplikazioekin.

Deskribatu substantzia dopatzaileak identifikatzeko metodo analitikoak.

2. Gas idealen egoera-ekuazioa

Ikerketa amaitutakoan, txosten zientifiko bat egin ohi da. Lortu dituzten emaitzak eta atera dituzten ondorioak ezagutarazteko, zientzialariek zientzia-aldizkarietan argitaratzen dituzte beren lanak. Horren haritik, editatu aldizkari digital bat, eta argitaratu han ikasturte honetan zehar egin behar dituzuen ikerketen emaitzak, bai banako ikerketenak, bai taldeko ikerketenak. Honako urrats hauei jarrai diezaiekezu:

Seguru irakurri duzuela istorioren bat edo ikusi duzuela filmen bat protagonistak, misterioren bat argitzeko, hainbat arrasto ikertzera behartzen dituena. Askotan eta askotan kimika izaten da istorio horren ardatza. Izan ere, eguneroko bizitzan, kimikaren berezko printzipioak eta metodoak erabiliz, arauak betetzen direla zaintzen duten ikertzaile asko daude. Eta askotariko arauak izan daitezke, dopinaren aurkakoak, edota ingurumen-legeak, esaterako.

Bildu informazioa kiroleko substantzia dopatzaileei buruz, direla naturalak, direla sintetikoak.

1. Materiaren agregazio-egoerak

UTZI ZURE ITZALA

KIMIKAREN IKERTZAILEAK

• Dagokion ikaskuntza-egoeraren erreferentzia

bat.

ZEIN DIRA?

• «Kimikaren detektibeak», lehen hiruhilekorako.

• «Nire gorputza kimika-laborategi bat da», bigarren hi-

ruhilekorako.

• «Fisika erabiltzen dut kirola egiten dudanean», hiruga-

rren hiruhilekorako.

ETA, HORREZ GAIN, ANAYAHARITZA.ES WEBGUNEAN:

• Ikaskuntza-sekuentziako urrats bakoitzari heltze• •

• •

ko beharrezkoak diren azalpenak.

Unitatean zehar ikaskuntza-egoeran egindako aurrerapenei buruzko gogoeta bat.

Zure konpetentzien ebaluazio-proposamen bat, unitate bakoitzerako. anayaharitza.es webgunean deskargatu dezakezu.

Komunikazioko eta gizarte-konpromisoko atazak, ikaskuntza-egoeran landutako alderdiren bati buruzkoak.

Zuretzat interesgarriak izan daitezkeen beste

erronka-proposamen batzuk.

• Diagnosirako tresnen proposamenak (anayaharitza.es webgunean daude eskuragarri), honako hauen autoebaluazioa egin dezazun: nola planifikatu dituzun atazak, eta nola egin duzun lan taldean, ikaskuntza-sekuentzian zehar.

• Irteera-profilaren errubrika bat (anayaharitza.es webgunean dago eskuragarri), autoebaluazioa egin dezazun, jakiteko zenbateraino eskuratu dituzun konpetentziak, ikaskuntza-sekuentzian zehar.

9

KIMIKAREN IKERTZAILEAK Seguru irakurri duzuela istorioren bat edo ikusi duzuela filmen bat protagonistak, misterioren bat argitzeko, hainbat arrasto ikertzera behartzen dituena. Askotan eta askotan kimika izaten da istorio horren ardatza. Izan ere, eguneroko bizitzan, kimikaren berezko printzipioak eta metodoak erabiliz, arauak betetzen direla zaintzen duten ikertzaile asko daude. Eta askotariko arauak izan daitezke, dopinaren aurkakoak, edota ingurumen-legeak, esaterako.

Erronka: Ikaskuntza-egoera honetan, detektibe rola izango duzue. Ikerketa zientifikoaren printzipioak ikasi eta barneratu ondoren, hainbat gauza aztertuko dituzue: ingurumen-kutsadura, dopina kirolean, leherketak eta elikagai-segurtasuna. Oro har, materia aztertzeko aukera ematen diguten oinarrizko printzipioak ikertuko dituzue, eta, ondoren, testuinguruan jarriko dituzue, errealitatean dituen aplikazioekin.

Beste alde batetik, ikerketa zientifikoaren metodoak eta ezaugarriak erabiliko dituzue, materiaren azterketa helburu duten gaietan.

IKASKUNTZA-SEKUENTZIA

Bildu informazioa kiroleko substantzia dopatzaileei buruz, direla naturalak, direla sintetikoak.

1. unitatea

10

Deskribatu substantzia dopatzaileak identifikatzeko metodo analitikoak.

Identifikatu substantzia lehergai motak, eta sailkatu giro-tenperaturan duten agregazioegoeraren arabera.

2. unitatea

Arrazoitu nola aplikatzen diren gasen legeak leherketetan.

Zehaztu zein diren edarietako solutu ohikoenak, eta kalkulatu haien kontzentrazio molarrak.

UTZI ZURE ITZALA Ikerketa amaitutakoan, txosten zientifiko bat egin ohi da. Lortu dituzten emaitzak eta atera dituzten ondorioak ezagutarazteko, zientzialariek zientzia-aldizkarietan argitaratzen dituzte beren lanak. Horren haritik, editatu aldizkari digital bat, eta argitaratu han ikasturte honetan zehar egin behar dituzuen ikerketen emaitzak, bai banako ikerketenak, bai taldeko ikerketenak. Honako urrats hauei jarrai diezaiekezu: 1 Aldizkariaren izena eta azalaren diseinua.

2 Artikulu bakoitzaren gehieneko orrialde kopurua.

3 Artikuluen erredakzio-arauak (azala eta izenburua, sarrera, metodologia, emaitzak, emaitzen eztabaida eta bibliografia).

Aldizkariarekin lanean hasteko, idatzi gai hauei buruzko artikuluak:

• Lurzoruaren eta uraren kutsadura, zenbait elementu kimikok eraginda.

• Dopina kirolean.

• Ihesek edo gas-isurketek eragindako leherketak.

• Zenbait edaritako solutuak.

BERRIKUSI ZURE KONPETENTZIAK ETA TALDE-LANA Landu dituzun konpetentziak eta zure taldeak proiektuan izan duen jarduna ebaluatzeko, bete anayaharitza.es webgunean dagoen errubrika.

Adierazi zoruak kutsatzen dituzten metal astunen arteko antzekotasunak eta desberdintasunak.

Bilatu metal astun baten igorpen atomikoaren espektroa, eta arrazoitu, Bohr-en eredua erabiliz.

Idatzi aukeratutako metalaren konfigurazio elektronikoa, eta azaldu haren egonkortasuna.

Deskribatu nola kutsatzen duten ura metal astunek, azidotan solutu bihurtzearen ondorioz.

Egin infografia bat, zuen ondorioak eta ikerketa bakoitzaren emaitzak azaltzeko.

3. unitatea

11

NIRE GORPUTZA KIMIKA-LABORATEGI BAT DA Esaldi hau egozten zaio Severo Ochoa (1905-1993) Nobel sariari: «Maitasuna fisika eta kimika da». Esaldi horrek ongi azaltzen du eguneroko hainbat eta hainbat alderdi, errealitatean, substantzia kimiko batzuk beste batzuk bihurtzearen ondorio direla.

Baina ikuspegi hori moderno samarra da. Gizateriaren historiaren zati handi batean, pentsamendu nagusia izan da materia geldoaren eraldaketa kimikoen oinarri diren printzipioak ezin zitzaizkiela aplikatu izaki bizidunei. xix. mendetik aurrera egiaztatu zen izaki bizidunek, konplexu-konplexuak izan arren, fisikaren eta kimikaren legeei jarraitzen dietela.

Erronka: Oraingo honetan, gure organismoko berezko erreakzio kimikoak aztertuko ditugu. Gizakiaren gorputzean ehunka erreakzio kimiko gertatzen dira zelula bakoitzean.

Erreakzio multzo horri metabolismo deritzo. Oro har, erreakzio metabolikoak bi multzotan banatzen dira: katabolismoa eta anabolismoa. Katabolismo deritzo molekula handiak molekula txikiago batzuetan banatzen dituen erreakzio multzoari. Eta anabolismoa aurkako prozesua da, molekula txikietatik molekula berri handiagoak sortzekoa. Prozesu horietan guztietan ez da nahikoa zer substantziak parte hartzen duten jakitea; beharrezkoa da, halaber, kontuan hartzea prozesuetan gertatzen diren trukeak (energia askatzen edo xurgatzen den) eta beste magnitude termodinamiko batzuen aldakuntzak.

IKASKUNTZA-SEKUENTZIA

Deskribatu gizakietan gertatzen diren erreakzio kimiko batzuk eta adierazi zer substantziak hartzen duten parte.

4. unitatea

12

Sailkatu erreakzio horiek, alderdi hauei erreparatuz: energia-trukea, produktuen egonkortasuna, eta oinarrizko entitateen berrantolaketa.

Bilatu giza gorputzaren portaera termodinamikoari buruzko informazioa.

5. unitatea

Adierazi gure gorputzak nola eusten dion konstante tenperaturari eta nola trukatzen duen beroa ingurunearekin.

Azaldu gure organismoak nola trukatzen duen energia lan-moduan ingurunearekin.

UTZI ZURE ITZALA Ikerketaren emaitzak agerian jarriko zuen gure organismoak kimikako laborategi baten portaera duela: substantzia batzuk sartzen dira (ura, airea, elikagaiak), gure gorputzeko organo eta sistemetako osagai bihurtzen dira, eta, ondoren, hondakin bihurtuta, iraitzi egiten dira. Materia-truke horiek dagokien energia-trukea dute. Bizi-truke horiek bizitzeko eta osasun-egoera onean egoteko aukera ematen digute, eta GJHekin lotuta daude.

1 Aukeratu alderdi hauekin lotutako GJHak eta haien xedeak: elikadura, urarekiko dugun mendekotasuna, airearen kalitatea, hondakinak desagerraraztea eta giza gorputzaren tenperaturari eustea.

2 Aztertu, denon artean, zer bizi-portaera eta -jarrera diren jasangarriak eta zein izan daitezkeen kaltegarriak, zuzenean edo zeharka, osasunerako, ingurumenerako eta planetaren jasangarritasunerako.

3 Egin infografia bat, lortutako ondorioak adierazteko.

BERRIKUSI ZURE KONPETENTZIAK ETA TALDE-LANA Landu dituzun konpetentziak eta zure taldeak proiektuan izan duen jarduna ebaluatzeko, bete anayaharitza.es webgunean dagoen errubrika.

Aztertu giza Aukeratu giza Aztertu aukeratutako gorputzean gertatzen gorputzean izan baden konposatuaren loturak, diren prozesuetan karbonoaren konposatu haren propietate entropia handitu egiten bat, idatzi haren kimikoak eta haren den ala ez. formula eta kalkulatu funtzio biologikoa. masa molekularra.

6. unitatea

Aztertu aukeratutako konposatuaren loturak, haren propietate kimikoak eta haren funtzio biologikoa.

Aurkeztu zuen ikerketaren emaitzak, horretarako baliabide digital egokiak erabiliz, eta azaldu ondorioak.

7. unitatea

13

FISIKA ERABILTZEN DUT KIROLA EGITEN DUDANEAN Jakina da kirola ongizate fisikoaren eta mentalaren iturri dela, bai eta kulturen arteko kohesio-faktore ere. Bada, ordea, agian hain agerikoa ez den gauza bat: fisikako kontzeptuak eta legeak daude egiten ditugun ia kirol-jarduera guztietan.

Kirol-diziplinen garapena ez litzateke posible izango kirola ikuspegi zientifikotik aztertu izan ez balitz. Horren haritik, fisika aplikatzeak kirol-markak hobetzeko aukera izan du, kirolean parte hartzen duten printzipio fisikoak hobetzeko aukera eman baitu. Horrez gain, fisikak eta kimikak kirolean erabiltzen diren ekipamenduak eta materialak hobetzen lagundu dute, eta diziplina berriak sortzeko aukera eman dute, esaterako: urpekaritza, paraxutismoa, parapentea eta motordun eta motorrik gabeko kirol guztiak.

Erronka: Oraingo honetan, fisikaren eta kirol-jardueren artean dagoen lotura ikertuko duzue. Horretarako, bildu talde txikitan, ikertzeko nola hartzen duten parte fisikaren zenbait funtsezko alderdik (printzipioek, legeek, ekuazio matematikoek eta abarrek) ikastetxean edo ikastetxetik kanpo egiten duzuen kirolen batean edo interesgarria iruditzen zaizuen besteren batean. Esate baterako, honelako galderak egin ditzakezue: Zein da jaurtiketaangelu egokiena, urrutiago iristeko? Nola eragiten du oinetakoen marruskadurak kiroletan? Zer potentzia dute motordun ibilgailuak erabiltzen diren kiroletako motorrek? Nolako garapena izan dute kirol-oinetakoek eta kirol-jantziek, emaitza hobeak lortzeko?

IKASKUNTZA-SEKUENTZIA

Aukeratu zer kiroljarduera izango diren azterketa honen aztergai.

8. unitatea

14

Identifikatu aukeratutako kirolaren bereizgarriak diren aldagai zinematikoak.

Aztertu ea aukeratutako kirolean higidura zuzenek edo higidura horien konposizioek hartzen duten parte.

Identifikatu higidura zirkularrei eta oszilazio-higidurei lotutako aldagai zinematikoak.

9. unitatea

Aztertu nola lortu dezakegun aldagaiak gure interesen aldekoak izatea.

UTZI ZURE ITZALA Informazio guztia bildu eta proiektua amaitu duzuenean, egin aurkezpen bat, zuen ikerketaren emaitza gainerako ikaskideei azaltzeko, eta idatzi ondorioak jasotzen dituen txosten bat.

Zuen ikerketaren emaitzak fisikaren eta kirol-jardueren artean dauden erlazioak azalduko ditu. Fisikan oinarrituta, jarduera horiek izan duten garapenak, bai ekipamenduari dagokionez, bai estrategiari dagokionez, kirol-markak hobetzea ekarri dute.

Beraz, ziurtasun osoz esan dezakegu kirola fisikari eta GJHei lotuta daudela.

1 Aukeratu alderdi hauekin lotutako GJHak eta haien xedeak: osasun fisikoa eta mentala, giza garapena, eta hiri jasangarrien bizigarritasuna, kirol-espazioak egoteko eta jarduera fisikoak eta kirol-jarduerak egiteko aukera ematen dutenak.

2 Aztertu ea zuen kirola inklusiboa den; hau da, kirol hori adina, generoa, etnia, osasun fisikoa edo mentala edozein dela ere egin daitekeen; eta, kasuren batean, aztertutako fisikaren legeak eta printzipioak inklusio hori errazteko erabiltzen diren.

BERRIKUSI ZURE KONPETENTZIAK ETA TALDE-LANA Landu dituzun konpetentziak eta zure taldeak proiektuan izan duen jarduna ebaluatzeko, bete anayaharitza.es webgunean dagoen errubrika.

Lotu jarduera Newtonen legeekin eta higidura kantitatearen kontserbazioaren printzipioarekin.

10. unitatea

Ikusi ea marruskadura-indarra egoteak aukeratutako kirolari eragin egiten dion.

Justifikatu aukeratutako kiroljardueran parte hartzen duten higiduren dinamika.

Aztertu nola erabiltzen duten beren alde kirolariek energiaren kontserbazioaren legea.

Egin lortutako emaitzak biltzen dituen txosten bat edo aurkezpen bat.

11. unitatea

15

1 Materia: propietateak eta transformazioak ERDIEROALEAK ETA EGUZKI-ENERGIA FOTOVOLTAIKOA Seguruenik, kimika ikasteak zertarako balio duen galdetuko diozu zeure buruari. Begiratu inguruari: irakurtzen ari zaren liburua, eskuetan duzun arkatza edo bolaluma, telefono mugikorra edo tableta... Gauza horiek guztiek kimikari esker erabilgarri diren propietateak dituzte. Izan ere, zientzia horren garapenak aldatu du gure gizartea, eta bizitzeko, bidaiatzeko eta komunikatzeko modua. Eta Industria Iraultzaren oinarrietako bat ere bada.

Kimikaren aplikazio nagusietako bat material berri ugari sortzea izan da, zalantzarik gabe. Gaur egun material horiek erabiltzen ohituta gauden arren, duela gutxiko aurkikuntzak dira gizateriaren historiari erreparatzen badiogu. Aurkikuntza horien artean erdieroaleak nabarmentzen dira, gauza askotarako erabiltzen baitira: elektronikan, eguzki-energia fotovoltaikoan, optikan eta optoelektronikan, eta beste hainbat gauzatan.

38

GJH KONPROMISOA

1 Bilatu eguzki-panel fotovoltaikoen funtzionamenduari buruzko informazioa eta azaldu lan batean. Adierazi, lan horretan, zer abantaila eta desabantaila dituen 13. helburua betetzeari dagokionez.

2 Euskal Autonomia Erkidegoan energia mota hori bultzatzeko ekimenak ere badaude. Bilatu eguzki-energiari buruzko informazioa Energiaren Euskal Erakundearen webgunean, eta adierazi zer garrantzi ematen zaion Euskadiko Energia Estrategia 2030 egitasmoan.

3 Orain bilatu Lurraren gainazaleko eguzki-irradiazioari buruzko informazioa. Zer lekutan dago eguzki-irradiazio handiena? Horietako asko Hirugarren Munduko herrialdeak dira. Zuen ustez, munduko energia-ekoizle handi bihur al daitezke? Eguzki-energia baliatzea garapen urriko egoeratik ateratzeko eta 10.1 xedea lortzeko baliabidea izan al daiteke haientzat? Nola eragingo luke eguzki-­energiaren garapenak kutsaduran eta berotze globalean? Idatzi zuen ondorioak eta egin 7.a eta 7.b xedeak betetzen laguntzen duten lankidetza-proposamenak.

Zer aurkituko duzu?

Unitate honetan • Erdieroaleak eta eguzki-

energia fotovoltaikoa 1. Materia 2. Daltonen teoria atomikoa 3. Lege ponderalak 4. Lege bolumetrikoak.

Avogadroren hipotesia 5. Masa atomikoa, masa molekularra eta formula-masa 6. Substantzia kantitatea 7. Formula kimikoak. Konposizio ehundarra 8. Analisi kimikoari aplikatutako espektrometria eta espektroskopia • IKT. Molekulen irudikapena • Problemak ebazteko estrategiak

anayaharitza.es webgunean Motibatzeko: • Bideoa:

«Hasi aurretik».

• Dokumentua:

«Nanoteknologian lan egin nahi duzu?»

Lehendik dakizuna detektatzeko: • Aurkezpena:

«Zer jakin behar duzun».

Ikasteko: • Simulazioak:

«Erreaktiboak, produktuak eta soberakinak», «Molekulak eraikitzea 3Dn», «Atomo bat eraikitzea», «Isotopoak eta masa atomikoak».

• Bideoa:

«Metanoaren eta propanoaren errekuntza», «Amoniakoa lortzea».

• Dokumentua:

«Mola».

• Aurkezpena:

KIMIKAREN DETEKTIBEAK Unitate honetako edukiak eta jarduerak baliagarriak izan dakizkizuke «Kimikaren detektibeak» proiekturako. Proiektu hori liburuaren hasierako orrialdeetako eranskinean planteatzen da.

«Ikasteko».

Zeure burua ebaluatzeko: • Amaierako autoebaluazioa.

• Ariketen soluzioa.

Eta, horrez gain, proiektuko gakoak aplikatzeko beharrezkoa den dokumentazio guztia.

39

1

Materia Hasi baino lehen, gure aztergaia zein den zehaztu behar dugu; hots, materia. Horretarako, lehenik eta behin, zer den, zer propietate nagusi dituen, nola osatuta dagoen eta nola sailkatzen den berrikusiko dugu.

Beste sailkapen mota bat ere erabiltzen da: • Propietate fisikoak. Objektuek beren konposizioa al-

datzen ez denean dituzten propietateak dira.

• Propietate kimikoak. Substantzia batzuk beste batzuk

bihurtzen direnean agerian jartzen diren propietateak dira.

1.1. Zer da materia?

Materia zer den zehatz-mehatz definitzea ez da lan erraza. Hasteko, hau esan dezakegu:

1.2. Zerez eginda dago materia?

Materia masa eta bolumena duen gauza oro da.

Atomoa elementu baten propietate kimikoei eusten dion materia-entitate txikiena da. Atomoak txiki-txikiak dira, 1 angstrom (1 Å = 10–10 m) ingurukoak.

Horrenbestez, materia definitzeko, haren propietateak hartu behar ditugu aintzat. Bi motatako propietateak bereizten dira:

Grezierazko atomon (zatiezina esan nahi du) hitzetik dator. Baina, egia esan, zatigarria da, beste elementu txikiagotan zatitu daiteke, nahiz eta hori metodo fisikoen bidez egin behar den, ezin baita metodo kimikoez egin.

• Propietate orokorrak. Materia dena eta materia ez

dena bereizteko aukera ematen du. Garrantzitsuenak masa eta bolumena dira.

• Propietate espezifikoak. Balio bereizgarria dute ma-

Atomoetan bi eremu bereiz daitezke argi eta garbi (beheko ezkerreko irudia):

teria bakoitzerako. Horrela bereiz daitezke, esaterako, burdina eta ura edota gatz arrunta. Propietate espezifikoetako batzuk urtze-puntua, irakite-puntua, uretan duen disolbagarritasuna eta gogortasuna dira.

• Nukleoa. Eremu barnekoena da, eta atomoaren ma-

saren zati handiena biltzen duena. Protoi batez edo gehiagoz eta antzeko neutroi kopuruaz osatuta dago.

Protoiek karga positiboa dute, eta neutroiek, berriz, ez dute karga garbirik.

Propietate espezifiko garrantzitsuenetako bat, gehien erabiliko duguna, dentsitatea da. Substantzia baten masaren eta bolumenaren arteko erlazioa da dentsitatea; hots, zenbat masa dagoen bolumen-unitateko:

• Elektroi-hodeia. Nukleoa inguratzen duen eremua da.

Hor daude elektroiak, karga negatiboko elementuak.

m d= V

Atomo batzuk elkartu egin daitezke, eta molekulak osatu (beheko eskuineko irudia). Molekulek beren ezaugarriak dituzte, haiek osatzen dituzten atomoenak ez bezalakoak.

Adibide batzuk: oxigeno molekularra (O2) eta ura (H2O).

Dentsitatearen dimentsioa M · L–3 da, eta SI sistemako unitatea, berriz, kilogramoa metro kubikoko (kg/m3).

Atomoa eta molekula

–

Elektroia

+

Protoia Neutroia

Atomo baten adierazpen eskematikoa. Hor nukleoa ikusten da, protoi eta neutroi eta guzti, eta elektroiak, haren inguruan biraka, orbital atomiko esaten zaien eremu batean, eta, horregatik, egokiagoa da «elektroi-hodei» esatea «elektroien azal» esatea baino. anayaharitza.es webgunean laborategi birtual bat duzu, zenbait atomo eraiki ahal izateko.

40

a)

b)

Hidrogeno atomoa

Oxigeno atomoa

Ur molekula

a) atalean ikusten diren atomoak beste batzuekin lot daitezke eta molekula bat sortu (b). Elkarketa horretan sortzen den substantziak jatorriko elementuenen guztiz bestelakoak diren propietateak ditu. Adibidez, giro-tenperaturan eta presio atmosferiko normalean, hidrogenoa eta oxigenoa (molekularrak) gasak dira, eta ura, berriz, likidoa.

U 1

1.3. Sailkapena

Nahasteak

Substantzia puruak

Nahasteak bi substantzia puruz edo gehiagoz osatuta daude. Beraz, haiek osatzen dituzten partikulak edo kristalak desberdinak dira.

Substantzia puruak partikula berdinez edo formula enpiriko zehaztuko kristalez osatuta daude.

Substantzia puruak ezin dira beste substantzia batzuetan bereizi prozesu fisikoen bidez. Horrez gain, nola osatzen diren ere, konposizio konstantea dute. Esaterako, oxigeno molekularra, uraren hidrolisitik lortu, ozonoaren (O3) disoziaziotik lortu, edo fotosintesiaren bidez lortu, beti izango da O2.

Honela sailkatzen dira (eskemako ezkerreko adarra):

Oso garrantzitsua da azpimarratzea nahaste bat osatzen duten substantziek ez dutela kimikoki erreakzionatzen elkarren artean. Horrez gain, jatorrizko osagaitan bereiz daitezke metodo fisikoen bidez.

Honela sailkatzen dira nahasteak (eskemako eskuineko adarra): • Nahaste

homogeneoak. Nahastea osatzen duten substantziak ez dira bereizita ikusten, ez begi hutsez, ez mikroskopioz.

• Substantzia sinpleak. Haiek osatzen dituzten parti-

kulak elementu beraren atomoak dira, edo elementu bakarraz osatutako molekulak edo kristalak. Ezin dira substantzia sinpleagotan deskonposatu prozesu kimikoen bidez. Esaterako: hidrogeno molekularra (H2), oxigeno molekularra (O2) eta burdina (Fe).

Nahaste bat homogeneoa dela esan daiteke propietate eta konposizio homogeneoa badu nahastearen leku orotan.

• Nahaste heterogeneoak. Hura osatzen duten substantzia

• Konposatuak. Osatzen dituzten partikulak elementu ba-

tez baino gehiagoz osatutako molekulak dira, edo formula enpiriko zehaztuko kristalak. Adibidez: ura (H2O), karbono dioxidoa (CO2) eta sodio kloruroa (NaCl).

sinpleak begi hutsez edo mikroskopioz hautematen dira.

Beraz, nahaste bat heterogeneoa da konposizio edo propietate desberdinak baditu lekuren edo eremuren batean.

Materiaren sailkapena Partikula berdinak

Materia

Partikula desberdinak

Substantzia purua

Metodo fisikoen bidez bereizi

Nahastea

Elementu bereko atomoak, molekulak edo kristalak

Elementu desberdinez osatutako molekulak edo kristalak

Osatzen dituzten substantziak ez dira begi hutsez hautematen

Osatzen dituzten substantziak begi hutsez hautematen dira

Substantzia sinplea

Substantzia konposatua

Nahaste homogeneoa

Nahaste heterogeneoa

Adibideak: kaltzioa (Ca), oxigenoa (O2), hidrogenoa (H2),

Adibideak: gatza (NaCl), karbono dioxidoa (CO2)

Adibideak: airea, gatzdun ura, altzairua

Adibideak: ur uherra, granitoa, kea

Metodo kimikoen bidez bereizi

Ariketak

1

Eskema. Marraztu eskema bat material hauek epigrafe honetan ikasitakoaren arabera sailkatzeko.

Substantzia sinpleagotan deskonposa badaitezke, esan zer metodo aukeratuko zenukeen, fisikoa edo kimikoa.

a) Kobrezko haria. b) Alkohol etilikoa (C2H5OH). c) Metanoa (CH4). d) Ur zikina. e) Airea.

41

2

Daltonen teoria atomikoa Historian zehar materiaren konposizioari buruzko zenbait hipotesi egin dira. Hauek dira korronte garrantzitsuenak: • Materia jarraitua zela ziotenak; hots, modu mugaga-

bean zatitu zitezkeela, gero eta zati txikiagotan, eta zati guztiek propietate berak izaten jarraituko zutela.

Atomoak eta molekulak a)

• Materia diskretua zela ziotenak; hau da, oinarrizko

osagai zatiezin batzuk izan behar zituztela ziotenak.

1808. urtean, John Dalton ingeles zientzialariak bere teoria atomikoa azaldu zuen, bigarren korrontearen barruan.

Eta teoria horren bidez materiaren zenbait propietate azaldu ahal izan ziren.

2.1. Daltonen teoriaren postulatuak

Karbono atomoak.

b)

Daltonen teoria postulatu hauetan oinarritzen zen: 1. Elementu kimikoak atomo deritzen partikula oso txiki, zatiezin eta aldaezinez osatuta daude.

2. Elementu baten atomo guztiak berdin-berdinak dira, eta, beraz, masa, neurri eta propietate berberak dituzte.

3. Elementu baten atomoak gainerako elementu guztien atomoak ez bezalakoak dira, eta, beraz, masa eta propietate desberdinak dituzte (eskuineko irudia, a) eta b) atalak).

Oxigeno atomoak.

c)

4. Konposatu kimikoak elementu desberdinen atomoak elkartuz sortzen dira. Atomo horiek zenbakizko erlazio erraz bati jarraituz konbinatzen dira (eskuineko irudia, c) atala).

5.º Erlazio kimiko batean, atomoak ez dira ez sortzen ez deuseztatzen, beste modu batean biltzen dira.

Teoria zientifiko guztiak bezala, Daltonen teoriak oraindik ere iraun egiten duten ideiak ditu, baina beste batzuk zuzentzen joan dira urteek aurrera egin ahala, beste zientzialari batzuen lanari esker.

Karbono eta oxigeno atomoz osatutako konposatua. C atomo kopuruaren eta O atomo kopuruaren arteko erlazioa 2:1 da.

Atomoen irudikapena

Elementu beraren atomoak berdin irudikatzen dira, eta beste elementuenak, berriz, beste neurri eta kolore batzuez.

Baina kontuan izan behar da, ez neurriak ez koloreak ez direla benetakoak (atomoek ez dute kolorerik), baina horrela irudikatzen dira elkarrengandik bereizteko eta azpimarratzeko elementu desberdinen atomoek propietate desberdinak dituztela.

Gauza bera gertatzen da mikroskopiarekin ere: irudiek ez dute kolorerik, baina eman egiten zaie, errazago interpretatzeko (eskuineko beheko irudia).

42

Grafeno-sare baten (C) tunel-efektuaren mikroskopia (STM).

U 1

2.2. Daltonen teoriatik irauten duten ideiak • Gaur egun badakigu, Daltonek proposatu bezala, materia ez dela jarraitua, diskretua baizik.

Masa atomiko erlatiboak

+

• Eta onartzen da elementu desberdinen atomoak des-

berdinak direla, eta horregatik ez dago propietate espezifiko guztiak berdin-berdinak dituzten bi substantzia sinple.

• Garai hartan ezagutzen zen materia kopuru ugari-­

ugaria honela sailkatzea lortu zuen Daltonek: substantzia ­sinpleak (atomo mota bakarrez osatutakoak), substantzia konposatuak (elementu desberdinen atomoz osatutakoak) eta nahasteak (atomo desberdinez osatutakoak eta elkarrekiko proportzio bati eusten ez diotenak).

35,5 gramo kloro

1 gramo hidrogeno

36,5 gramo de hidrogeno kloruro

Jakin badakigu 35,5 gramo klorok hidrogeno gramo 1ekin erreakzionatzen dutela. Eta jotzen baldin badugu hidrogeno kloruroak mota bakoitzeko atomo bat duela, 1:35,5 erlazioa dago H-aren masaren eta Cl-aren masaren artean.

Modu arbitrarioan 1 balioa ematen baldin badiogu H atomoari, Cl-aren masa erlatiboa 35,5 da. Horrela lortu zuen, hain zuzen, Daltonek masa atomiko erlatiboen lehen taula hidrogenoarekiko.

• Atomoak zatiezinak direnez, postulatu zuen zenba-

ki osoen arrazoi soilez konbinatu behar zutela. Hori kasu batzuetan gertatzen da. Esate baterako, sodioa eta kloroa 1:1 proportzioan nahasten dira gatz arrunta (NaCl) osatzeko. Eta, horrenbestez, ez luke zentzurik izango Na0,5Cl0,5 idaztea, atomo bat ezin delako erditik zatitu.

• Bere teoriak aukera eman zion pisu atomiko erlatiboen

taula bat argitaratzeko, hidrogenoa oinarri hartuta (eskuineko argazkian ikusten da nola kalkula daitezkeen masa erlatiboak).

Dena den, urte asko igaro arte ezin izan zen neurtu atomoen masa absolutua: hain ziren txikiak atomoak ezin baitzen haien masa zehaztu garai hartan zeuden bitartekoekin.

Ariketak

2 Oxigenoa (O) eta karbonoa (C) 4:3 proportzioan konbinatzen dira. Karbonoaren masa erlatiboa 12 bada, kalkulatu oxigenoarena, Daltonen teoriaren postulatuak erabiliz. Erreakzio horretan zer konposatu uste dugu osatu dela? Kontsultatu ariketa guztien soluzioak anayaharitza.es webgunean.

4 Oxigenoa (O) Hidrogenoarekin (H) konbinatzen da 8:1 proportzioan. Kalkulatu oxigenoaren masa erlatiboa Daltonen 4. postulatua zorrotz aplikatuz. Zuzena al da emaitza? Azaldu zergatik, eta adierazi zer konposatu suposatu den erreakzio horretarako eta zer konposatu sortzen den benetan.

3 Kloroa (Cl) eta sodioa (Na) 35,5:23 erlazioan konbinatzen dira sodio kloruroa (NaCl) sortzeko. Jakinda kloro atomoaren masa erlatiboa 35,5 dela, kalkulatu sodio atomoarena, Daltonen teoriaren postulatuak erabiliz.

5 Erreakzio kimiko batean sufrea (S) oxigenoarekin (O) konbinatzen da 1:1 proportzioan. Kalkulatu sufrearen masa erlatiboa Daltonen 4. postulatua zorrotz aplikatuz. Zuzena al da emaitza? Azaldu zergatik.

+ Cl

+ Na

NaCl

S

O

SO2

43

Daltonen teoria atomikoa

2

2.3. Daltonen teoriatik aldatu egin diren ideiak • Gaur egun badakigu atomoak partikula txikiagoz osa-

tuta daudela, 1.2 atalean adierazi bezala. Horrenbestez, atomoak zatigarriak dira.

• Daltonek ez zekien isotopoak zeudenik; hots, elementu

beraren masa desberdineko atomoak zeudenik (neutroi kopuru desberdina dutelako dute masa desberdina).

Esate baterako, hidrogenoak 3 isotopo ditu: protioa (protoi bakarrak osatutakoa), deuterioa (protoi batez eta neutroi batez osatutakoa) eta tritioa (protoi bat eta bi neutroi).

A new system of Chemical Philosophy Daltonek bere lan nagusian, A new system of Chemical Philosophy (Filosofia kimikoaren sistema berri bat) izenekoan, bere teoria atomikoa proposatzeaz gain, zirkulutan oinarritutako sinbologia bat erabili zuen elementuak adierazteko. Eta, horiekin, erreakzio kimikoak paperean adierazteko modu erraz bat ere topatu zuen. Beheko irudian ikus ditzakezu Daltonek liburu horretan irudikatutako zenbait atomo eta molekula.

• Substantzia sinple guztiak ez dira atomobakarrak. Gas

askotan, adibidez, oinarrizko entitatea, zenbait presio eta tenperaturatan, molekula da. Hori gertatzen da, adibidez, hauekin: O2, H2, N2.

• Eta molekula guztiak atomo-proportzio ahalik sinplee-

naren bidez osatzen direla ere ez da beti betetzen. Horren adibide garrantzitsuenetako bat uraren formula kimikoa da: H2O. Izan ere, postulatu horri jarraituz, HO izan beharko luke (beheko irudia). Eta metanoaren formula kimikoa ere ez da sinpleena, CH, baizik eta CH4.

Denboran zehar substantzia gehienen formula zientifiko zuzenak identifikatuz joan dira, eta horrek hipotesi hori zuzentzeko aukera eman du. Eta aldaketa gehien izan dituen postulatuetako bat da.

• Aurreko guztiak masa erlatibo batzuk oker adieraz-

tea ekarri zion Daltoni. Esate baterako, hidrogenoa eta oxigenoa, ura osatzeko, 1:8 erlazioan konbinatzen badira, eta molekula bakoitza mota bakoitzeko atomo batez osatuta balego, oxigenoaren masa 8 izango ­litzateke. Baina hori ez da horrela, 4. ariketan ikusi ahal izan duzun bezala. Ur molekula 2 H atomoz eta O atomo batez osatuta dago, eta 1:8 proportzioa lortzeko, oxigenoaren masa erlatiboak 16 izan beharko luke. Horrela, konposatuen formula zuzenak aurkitzen joan ziren heinean, atomoen masa erlatiboak zehaztu ahal izan ziren.

Ur molekula Daltonen arabera H

O

H

Ariketak O

Daltonek ur molekula irudikatzeko erabilitako sinboloa.

44

6 Epigrafe honetan ikusi dugu Daltonen masa atomikoaren teoriak gauza zuzen asko dituela baina beste hipotesietako batzuk gerora berrikusi egin zirela. «Ikerketa zientifikoa» unitateko zer alderdirekin lotuko zenuke hori?

7 Substantzia konposatu baten konposizio kimikoa konstantea da beti. Adierazi horren zergatia Daltonen masa atomikoaren teorian oinarrituta.

U 1

Ebatzitako ariketak

1 Karbono kantitate jakin bat erre ondoren, substantzia baten 14 gramo eta desberdina dirudien substantzia baten 11 gramo lortu dira. Analisi kimikoak adierazten duenez, substantzia horiek 3,78 gramo eta 4,73 gramo karbono dituzte, hurrenez hurren.

Konposatu berbera al da?

Ebazpena Konposatu bakoitzean dagoen oxigenoaren masa honela kalkulatzen da:

2 Esperimentu batean, 45 gramo karbono oxigenoarekin erreakzionarazi dugu eta aurreko bi substantzietako baten 165 gramo lortu ditugu. Bi substantzietako zein da?

Ebazpena C-a eta O-a soilik dituen substantzia baten 165 gramo lortu ditugu. Beraz, oxigeno-masa hau izango du substantzia horrek: mO = 165 – 45 = 120 g

mO,1 = 14,00 – 3,78 = 10,22 g

eta hau da masen arteko proportzioa:

mO,2 = 11,00 – 4,73 = 6,27 g

mO 120 mC = 45 = 2, 67

Daltonen teoriaren laugarren postulatuak dioenez, konposatuak elementu desberdinen atomoak elkartzean osatzen dira. Horrez gain, zenbakizko erlazio soil bati jarraituz egiten dute, eta erlazioa beti berdina da substantzia konposatu bakoitzerako.

Beraz, horietako bakoitzak oxigenoaren eta karbonoaren masen proportzio jakin bat izan behar du, eta proportzioek, nahitaez, berdinak izan behar dute, bi konposatuak berak baldin badira. Ikus dezagun erlazioa, kasu bakoitzean:

Ikus dezakegunez, beraz, 1. konposatua da, hau da, CO2-a.

Ariketa honetan, oinarritzat hartu dugu konposatu bat osatzen duten elementuen masen arteko erlazioa finkoa dela, eta horrek aukera eman digu zer konposatu den jakiteko.

Hau da C-aren masaren eta CO2-aren masaren arteko erlazioa: mC 45 3 mCO2 = 165 = 11

3 Datu hauek lortu ditugu oxigenoa (O) eta nitrogenoa (N) erreakzionarazita:

mO, 1 10, 22 mC, 1 = 3, 78 = 2, 67 mO, 2 6, 27 mC, 2 = 4, 73 = 1, 33 Proportzioak desberdinak direnez, bi konposatu desberdin dira.

Lehenengoa karbono dioxidoa da (CO2), eta bigarrena, berriz, karbono monoxidoa (CO). Lehenengoan, C:O erlazioa (masa-erlazioa) 12:32 edo, sinplifikatuta, 3:8 da. Bigarrenean, C:O erlazioa 12:16 da, hots, 3:4.

Esperimentua

1

2

Oxigeno-masa, mO/g

8,16

9,32

Nitrogeno-masa, mN/g

1,64

3,75

Konposatu bera al dira?

Ebazpena Ez. N:O erlazioa 0,876 da lehenengoan (≈ 7:8), eta bigarrenean, berriz, 0,437 (≈ 7:16).

Ariketak

8 Bi lagin metano (CH4) deskonposatzean karbonoa eta hidrogenoa sortzen dira. Taula honetan dituzu emaitzak: Lagina

1

2

Metano-masa, m CH 4 /g

16

11,2

Karbono-masa, mC/g

12

8,4

Hidrogeno-masa, mH/g

4

2,8

Aztertu ea C-aren eta H-aren proportzioa berdina den bi kasuetan.

9 Ebatzitako lehenengo ariketako substantzietako baten 20 g-ko masa dugu. 5,4 g karbono baditu, bietako zein da?

10 Hidrogenoa (H) eta sufrea (S) erreakzionarazita, datu hauek lortu dira: Esperimentua

1

2

Hidrogeno-masa, mH/g

1,92

49,30

Sufre-masa, mS/g

0,12

3,08

Aztertu konposatu bera den ala ez.

45

3

Lege ponderalak Nahiz eta lege ponderaletako batzuk Daltonek bere teoria proposatu baino lehen enuntziatu ziren, teoria horrek azaldu egiten ditu eta hobeto ulertzeko aukera ematen digu. Horregatik ikasiko ditugu teoria horren ondoren.

3.1. Lavoisierren legea (masaren kontserbazioaren legea) Lavoisier xviii. mendeko zientzialari frantziar bat izan zen.

Kimikari buruzko lehen liburu modernoaren egiletzat jotzen da, eta hainbat ekarpen egin zizkion zientziari.

Agian, ezagunena 1773. urtean aurkitu zuen legea da, haren izena daraman legea. Substantzia baten pisuaz baziharduen ere, hizkera modernoan honela enuntzia dezakegu: Erreakzio kimiko orotan, guztizko masak bere horretan jarraitzen du, ez da aldatzen.

Hau da, erreaktiboen guztizko masa produktuen guztizko masaren berdina da, edo beste modu batean esanda: «masa ez da ez sortzen ez suntsitzen, transformatu egiten da».

Lege hori erraza da azaltzen Daltonen teorian oinarrituta, ezartzen baitu atomoak zatiezinak direla eta ezin direla suntsitu (lehen postulatua), eta erreakzio kimiko batean atomoak ez direla desagertzen, baizik eta berrantolatu egiten direla eta beste substantzia batzuk sortzen dituztela (bosgarren postulatua).

3.2. Prousten legea (edo proportzio finkoen legea) 1799. urtean, Louis Proust kimikari eta farmazialariak proportzio finkoen legea ezarri zuen: Bi substantzia, edo gehiago, konposatu jakin bat sortzeko konbinatzen direnean, beti masa proportzio finko batekin egiten dute.

Esate baterako, hidrogenoak (H) eta kloroak (Cl) erreakzionatu eta hidrogeno kloruroa (HCl) sortzen badute, ez dute edozein kantitatetan egingo, beti proportzio berean egingo dute: gramo 1 H-k 35,5 g Cl-arekin erreakzionatuko du. 2 g H-k 71 g Cl beharko dituzte 73 g HCl emateko.

Proportzio horretatik kanpo erreaktiboetako baten soberakina egongo da. Izan ere, 2 g H eta 98 g Cl nahasten baditugu ez ditugu 100 g HCl lortuko, 73 g baizik, eta 98 – 71 = 27 g kloro geratuko dira sobera eta hidrogeno guztia kontsumituko da.

Ikus dezakezunez, lege hori Daltonen teoriaren ondorio zuzena da. Beheko irudian, ikusten da Daltonen teoriak aukera ematen duela azaltzeko bi substantziak konbinatzean duten proportzioak finko irauten duela: substantzietako baten atomo bakoitzak bestearen atomo bakarrarekin soilik erreakzionatzen badu, masen arteko proportzioa atomoen masen arteko zatidurak ematen du. Kasu honetan: mCl 1 mH = 35, 5 esperimentu bidez topatutako kantitatea, hain zuzen ere.

Erreakzio kimikoaren adibidea

+

Kloroa

+

Hidrogenoa

Hidrogeno atomo bakoitzak kloro atomo batekin erreakzionatzen du. Irudian horietako bakoitzaren molekula diatomikoak irudikatu dira. 6 atomo H konbinatzen direnean 6 atomo Cl-rekin, 4 atomo kloro geratuko dira erreakzionatu gabe. Horrela, HCl konposatuan mCl/mH proportzioa beti berdina izango da. Gainera, elementuek zer proportzio-

46

Hidrogeno kloruroa

Kloroa

tan erreakzionatzen duten neurtuta, haien masa erlatiboa zehaztu daiteke. Hain zuzen ere, horixe egin zuen Daltonek masak kalkulatzeko, unitate moduan elementu arinenaren, hidrogenoaren, masa hartuta. anayaharitza.es webgunean lege ponderalak praktikatzeko aukera ematen dizun laborategi birtuala duzu.

U 1

Proportzio finkoen legea

+

7 atomo S

+

5 atomo Fe

Ikus zer modu errazean azaltzen duen Daltonen teoriak azken produktuaren (kasu honetan FeS) masa ez dela hasierako masen batura soila. Erreakzionatzen duten masek proportzio

5 molekula FeS

2 atomo S

jakin bat izan behar dute, eta hortik kanpo beti geratuko da sobera erreaktiboetako bat. Kasu honetan, sufrea da sobera dagoena, behar baino gehiago dago eta.

Ebatzitako ariketak

4 Esperimentu bidez, ikusi da 10 g sufre 17,5 g burdinarekin konbinatuta 27,5 g burdina sulfuro lortzen direla (ikusi goiko irudia). a) Kalkulatu erreakzionatzen duten masen arteko proportzioa. b) 2,4 g Fe eta 3 g S konbinatzen badira, zer masa sulfuro sortzen da?

b) Zer masa magnesio oxido lortzen dira 10 g magnesio 7 g oxigenorekin konbinatuta?

Ebazpena a) Hau da magnesio-masaren eta burdina-masaren arteko erlazioa: mMg 15 = 1, 5 R= m = 10 O Beraz, 48 g Mg baditugu, hau beharko dugu:

Ebazpena a) Hau da burdina-masaren eta sufre-masaren arteko erlazioa: mFe 17, 5 7 = 1, 75 = R= m = 4 10 S b) 2,4 g Fe eta 3 g S baditugu, hau da masen arteko erlazioa: mFe 2, 4 mS = 3 = 0, 8 < 1, 75 Beraz, sufrea sobera egongo da. Honek zehaztuko du zer sufre-masak erreakzionatuko duen: 17, 5 g de Fe 2, 4 g de Fe 8 x = 1, 37 g de S = 10 g de S x g de S Beraz, 2,4 + 1,37 = 3, 74 g FeS lortu eta hau geratuko da sobera: 3 – 1,37 = 1,63 g de S.

5 Esperimentu bidez, ikusi da 15 gramo magnesiok 10 g oxigenorekin erreakzionatu eta magnesio oxidoa sortzen dela. a) Zer masa oxigenok erreakzionatuko du 48 g magnesiorekin? Zer masa oxido sortzen da?

mMg 15 g de Mg 48 g de Mg 8 x = 32 g O mO = 10 g de O = x g de O Sortutako oxido-masa hasierako masen baturak emango digu (masaren kontserbazioaren legea): mMgO = mMg + mO = 48 + 32 = 80 g MgO b) Proportzio honetan daude masak: 10 = 1, 43 < 1, 5 7 1,5 baino txikiagoa da, eta, beraz, sobera izango dugu oxigenoa. Ikus dezagun zer masa oxigeno behar dugun: R=

15 g de Mg 10 g de Mg 8 x = 6, 67 = 10 g de O x g de O Horrenbestez, hau osatuko da: mMgO = mMg + mO = 10 + 6,67 = 16, 67 g MgO eta sobera egongo dira: 7,00 – 6,67 = 0,33 g de O erreakzionatu gabe.

47

Lege ponderalak

3

3.3. Daltonen legea (edo proportzio anizkoitzen legea) Claude Louis Berthollet kimikari frantziarrak eztabaida publikoa izan zuen Proustekin, okerra iruditzen baitzitzaion proportzio finkoen legea. Izan ere, uste zuen konposatuen konposizioak aldatu egin zitezkeela, sintetizatzeko modua zein zen.

Eztabaida erabakita geratu zen Dalton ohartu zenean bi elementu elkarrekin konbina daitezkeela konposatu desberdinak osatzeko. Konposatu bakoitzak proportzio finkoen legea betetzen duenez, ezinbestean bete egin behar du proportzio anizkoitzen legea: Bi elementu elkarrekin proportzio batean baino gehiagotan konbina daitezke, eta konposatu desberdinak sortzen dituzte. Hala bada, haietako baten masa finko bat bestearen masa kantitate ez berdinekin konbinatzen da, elkarren artean zenbakizko erlazio sinplea dutela.

Adibide moduan, har dezagun sufrearen eta oxigenoaren erreakzioa: sufre oxido bat sortzen da. Erreakzioa zer baldintzatan gertatzen den, hiru konposatu desberdin sor daitezke (ikusi alboko irudia). Sufre-masa finko batekin (har dezagun, adibide moduan, 16 g direla), 24 g SO, 32 g SO2 eta 40 g SO3 lortzen dira. Oxigeno-masa 8, 16 eta 24 g izango da, hurrenez hurren. Zatiketak eginez, proportzio hauek lortuko ditugu: m mOO,en SOSO 2 2 -n =2 mOO,en SOSO -n m

m mOO,en SOSO 3 3 -n =3 mOO,en SOSO -n m

m mOO,en SOSO 3 3 3 -n = mOO,en SOSO -n 2 m 2 2

Hiruretan ere, emaitza bi zenbaki arrunten arteko zatiketa da.

Daltonen teoriari jarraituz oso erraza da lege hori interpretatzea. Nahikoa da kontuan izatea S atomo bat O atomo batekin, birekin edo hirurekin konbina daitekeela, eta emaitza SO-a, SO2-a eta SO3-a izango dela, hurrenez hurren. Sufre-masari konstante eusten bazaio (eta, beraz, atomo kopuruari), hau da oxigeno-proportzioa konposatu bakoitzerako: 2:1, 3:1 eta 3:2.

Lege horrek kimikariek teoria atomikoa onar zezaten lagundu zuen, eta behin betiko konponbidea eman zion Prousten eta Bertholleten arteko eztabaidari. Baina azken hori ez zebilen guztiz oker, badirelako proportzio finkoaren legea betetzen ez duten zenbait salbuespen: konposatu ez-estekiometrikoak (bertolidoak ere esaten zaie).

Konposatu ez-estekiometrikoek egitura kristalinoa izaten dute, eta horren ondorioz proportzioak aldatu egiten dira zenbait mugaren barruan.

48

Daltonen interpretazioa proportzio anizkoitzen legeari Daltonen teoria atomikoak aukera ematen zuen proportzio anizkoitzen legea modu errazean azaltzeko: sufre atomo bakoitza oxigeno atomo batekin, birekin edo hirurekin konbina daiteke eta hiru konposatu desberdin sortu. Hauek dira oxigeno-masaren eta sufre-masaren proportzioak konposatu bakoitzean: SO 8

m (O) m (S) SO3 8

SO2 8

2 · m (O) m (S)

3 · m (O) m (S)

+

+

+

Beraz, oxigeno-masaren proportzioa, konposatu pare bakoitzerako, zenbaki arrunt errazak izango dira SO3 SO2 2 · m (O) 3 · m (O) =2 =3 8 8 SO SO m (O) m (O) SO3 3 · m (O) 3 = 8 2 SO2 2 · m (O)

+ O atomo 1

S atomo 1

SO molekula 1

+ S atomo 1

2 atomo O

SO2 molekula 1

+ S atomo 1

3 atomo O

SO3 molekula 1

U 1

Ebatzitako ariketa

6 Oxigenoak (O) eta nitrogenoak (N) erreakzionatzean, datu hauek lortu ditugu: Esperimentua

1

2

3

Nitrogeno-masa, mN/g

1,25

2,40

0,88

Oxigeno-masa, mO/g

1,43

5,49

1,50

Konposatu bera al da? Hala ez bada, aztertu ea betetzen den proportzio anizkoitzen legea, eta identifikatu konposatua.

mOO,en compuesto 3 3. konposatuan 3 12 = = 1. konposatuan mO , en compuesto 1 2 8 mOO,en compuesto 3 3. konposatuan 3 12 = = 2. konposatuan 4 16 mOO,en compuesto 2 Ikus dezakegunez, hiru masen proportzioak zenbaki arruntak dira.

Demagun ezin izan ditugula zatikiak kalkulatu. Nahikoa izango litzateke gramo bat N hartzea: 1. konposatuan mO, en compuesto 1 =

1 = 1, 144 g 0, 874

mOO,en 2. compuesto konposatuan m 2=

1 = 2, 288 g 0, 437

mOO,en 3. compuesto konposatuan3 = m

1 = 1, 704 g 0, 587

Ebazpena Ikus dezagun, zer proportzio dagoen, kasu bakoitzean, ­nitrogeno-masaren eta oxigeno-masaren artean: mN 7 1: m = 0, 874 .

Comp.

1.konp.: 8 O mN 7 2: m = 0, 437 .

Comp.

2.konp.: 16 O mN 7 3: m = 0, 587 .

Comp.

3.konp.: 12 O

Hauek izango lirateke proportzioak hiru pareetarako: compuesto 2 mO, en 2. konposatuan 2, 288 = =2 mO, en 1. konposatuan 1, 144 compuesto 1 compuesto 3 mO, en 3. konposatuan 1, 704 3 = - 1, 5 = mO, en 1. konposatuan 1, 144 compuesto 1 2

Hiru proportzioak desberdinak dira, eta, beraz, hiru konposatu desberdin dira. Ez da beharrezkoa zatiki laburtezinak lortzea; nahikoa da ikustea hiru proportzioak, 0,874, 0,437 eta 0,587, desberdinak direla.

Azter dezagun, orain, ea betetzen den proportzio anizkoitzen legea. Horretarako, nitrogeno-masa jakin bat hartuko dugu, 7 g, esaterako. N:O proportzioak 7/8, 7/16 eta 7/12 direnez, oxigeno-masa hauek izango ditugu: mO, 1. konposatuan= 8 g mO, 2. konposatuan =16 g mO, 3. konposatuan =12 g Hauek izango dira oxigeno-proportzioak pare bakoitzean: mO , en compuesto 2 2. konposatuan 16 = =2 mO, en 3. konposatuan compuesto 1 8

mO , en compuesto 3 3. konposatuan 1, 704 3 = - 0, 75 = mO , en 2. konposatuan 4 2, 288 compuesto 2 Ikusten duzunez, emaitza bera izango genuke. Saia gaitezen konposatuak identifikatzen: mO, 2. konp. mO, 3. konp. mO, 3. konp. > > mO, 1. konp. mO, 1. konp. mO, 2. konp. denez, ondorioztatuko dugu oxigeno-masa txikiena duena lehenengoa dela. Suposatzen badugu horretan proportzioa ahalik soilena dela, Daltonek zioen bezala, NO-a izango litzateke. Orduan, bigarrena NO2-a izango da. Hirugarrenaren eta lehenengoaren arteko proportzioa 3/2 denez, hirugarren konposatua NO1,5-a izango litzateke.

Horrelakorik ez dago, eta, beraz, N2O3-a izango da.

Ariketak

11 Karbonoak oxigenoarekin erreakzionatzen duenean, bi konposatu sortu daitezke. Laborategian bi esperimentu egin, eta taulan adierazitako emaitzak lortu dira: Esperimentua

1

Badakizu sufrea oxigenoarekin konbinatzean hiru konposatu desberdin sortzen direla. Horietako bakoitzaren konposizioa aztertu, eta emaitza hauek lortu ditugu:

2

Konposatua

mS/g

mO/g

1,20

1,80

Karbono-masa, mC/g

12

5

A

(Konposatu-masa)/g

28

18,3

B

1,73

0,87

C

0,20

0,20

Konposatu bera al da? Hala ez bada, aztertu ea betetzen den proportzio anizkoitzen legea. Zer bi substantzia sortu dira?

Aztertu ea betetzen den proportzio anizkoitzen legea, eta identifikatu konposatuak.

49

4

Lege bolumetrikoak. avogadroren hipotesia 4.1. Konbinazio-bolumenen legea (edo Gay-Lussacen legea) Joseph Louis Gay-Lussac kimikari frantziarrak, xix. mendearen hasieran, zenbait esperimentu egin zituen gasekin. a) eta b) irudietan adierazitakoen antzekoak dira.

Esperimentuetan lortutako emaitzetan oinarrituta, konbinazio-bolumenen legea enuntziatu zuen:

4.2. Avogadroren legea Konponbidea Amadeo Avogadro fisikari eta kimikari italiarrak ekarri zuen. 1811. urtean, bere izena daraman legea enuntziatu zuen, bi hipotesitan oinarrituta:

Presio eta tenperatura berean, erreakzio kimiko batean parte hartzen duten gasen bolumenek zenbakizko erlazio sinplea dute elkarren artean.

2. Presio- eta tenperatura-baldintza beretan, gas desberdinen bolumen berdinek partikula kopuru berbera dute..

1. Gasen oinarrizko partikulak ez dira atomoak, molekulak dira. Gure adibideetan, honako hauek: O2, H2, N2, Cl2...

Beheko irudian dituzu bi adibide: a) irudian, ikusten dugu bolumen 1 klorok bolumen 1 hidrogenorekin erreakzionatzen duela eta 2 bolumen HCl lortzen direla; b) irudian, ikusten da bolumen 1 oxigeno 2 bolumen hidrogenorekin konbinatzean 2 bolumen ur lortzen direla.

Beraz, hau ondorioztatu zuen Avogadro:

Lege hori eragozpen handia izan zen Daltonen teoria atomikorako, ezin baitzuen azaldu. Esperimentu horietatik abiatuta, ondorioztatu beharko litzateke O atomoak ezerezetik sortzen direla, eta hori ez dator bat masaren kontserbazioaren legearekin. Horregatik, Daltonek zenbait esperimentu asmatu zituen Gay-Lussacen legea ezeztatzeko.

Avogradoren bi postulatu horiekin, Gay-Lussacen legea azaldu ahal izan zen, baina Daltonen teoria ezeztatu gabe.

Presio eta tenperatura berean, gas desberdinen bolumen berdinek molekula kopuru bera dute.

Hurrengo orrialdeko irudian, bi adibidetan aplikatzen dira Avogradoren legearen postulatuak: uraren eraketan eta hidrogeno kloruroaren eraketan.

Konbinazio-bolumenen legea b)

a)

+

+ 1 Cl

1H

2 HCl

1O

2H

2 ur

Bolumen 1 kloro bolumen 1 hidrogenorekin erreakzionaraztean, 2 bolumen hidrogeno kloruro lortzen dira. Hauek dira bolumenen arteko erlazioak:

Bolumen bat oxigeno 2 bolumen hidrogenorekin erreakzionaraztean, 2 bolumen ur-lurrun lortzen dira. Hauek dira bolumenen arteko erlazioak:

VCl VHCl VHCl = 1, = 2, =2 VH VH VCl

VVagua VVagua VH ura ura = 2, = 1, =2 VO VH VO

Daltonek lege horri egindako kritika

+ O

2H

Irudi honetan eskematikoki adierazi dira bolumenak kaxen bidez eta atomoak esferen bidez. Ikusten da kaxa bakoitzari esfera bat dagokiola, eta alderantziz. Konbinazio-bolumenen legearen arabera, bolumen 1 oxigeno (eta beraz atomo bat oxigeno) 2 bolumen hidrogenorekin (bi atomorekin) konbina-

50

2 HO

tzen da eta 2 bolumen (bi atomo) ur lortzen dira. Daltonen ustez, ur atomo konposatuaren formula kimikoa HO-a zen, eta hortik ondorioztatzen zen O atomo bat agertzen zela ezerezetik, eta hori ezinezkoa da.

U 1

Avogadrok konbinazio-bolumenen legeari egiten dion interpretazioa

+ 1 molekula oxigeno

+ 2 molekula hidrogeno

2 molekula ur

Ura sortzeko erreakzioan, molekula 1 oxigenok 2 molekula hidrogenorekin erreakzionatu eta 2 molekula ur sortzen dira.

Uraren formula ez denez HO, Daltonek uste zuen bezala, baizik eta H2O, amaierako atomo kopurua hasierako atomo

1 molekula kloro

1 molekula hidrogeno

2 molekula hidrogeno kloruro

kopuruaren berdina da. Ikus dezagun gauza bera gertatzen dela kloroak hidrogenoarekin erreakzionatzean. Oraingo honetan mota bakoitzeko molekula batek parte hartzen du bi molekula hidrogeno kloruro lortzeko.

Ebatzitako ariketak

7 Hidrogenoa oxigenoarekin erreakzionarazi eta 40 litro ur-lurrun lortu ditugu. Erreaktibo bakoitzeko zer bolumen erabili dugu?

Beraz: 2 · N · M (propano) = 10 g

N · M (oxigeno) = 3,64 g

non M masa molekularra den.

Ebazpena

Bi ekuazioen arteko zatiketa eginda:

O2-aren eta H2O-aren bolumenen erlazioa 1:2 da, eta H2-aren eta H2O-aren artekoa, 1:1. Beraz: 1 L de O 12L O2 VV = = 8 2 L de H22LOH2O40 L40deL H2O

V = 20 L O2

1 L de O12L H2 VV = = 8 2 L de H12LOH2O40 L40deL H2O

V = 40 L H2

propano) 22 ·· N M (propano) (propano) N· M M ((propano) M 10 = 8 == 1, 374 N· M M ((oxigeno) M 3, 64 oxígeno) N M (oxigeno) (oxígeno)

9 Badakigu 1 L metanok 2 L oxigenorekin erreakzionatzean 1 L CO2 eta 2 L ur-lurrun lortzen direla (denak presio- eta tenperatura-baldintza beretan neurtuta).

Adierazi metanoaren formula kimikoa.

Ebazpena Denak baldintza beretan daudenez, berdina da bolumenen arteko erlazioa eta erreakzionatzen duten molekulen kopuruaren artean dagoen erlazioa:

8 Ontzi batean 10 g propano ditugu, eta beste ontzi batean, presio- eta tenperatura-baldintza beretan, 3,64 g oxigeno eta bolumenaren erdia. Kalkulatu bi molekula horien masen arteko erlazioa.

Ebazpena

Molekulak: 1 metano

+

2 O2 8

Atomoak:

+

4O

?

1 CO2

+ 2 H2O

8 1C+4O +

4H

Atomo kopurua aldatzen ez denez, ezkerrean karbono atomo bat eta lau atomo hidrogeno egon behar dira. Beraz, hau da metanoaren formula kimikoa: CH4

Bi ontziak presio- eta tenperatura-baldintza beretan daudenez, propano molekulen kopuruak oxigeno molekulen kopuruaren (N) bikoitza izan behar du (2 · N).

Ariketak

12 Badakigu bolumen 1 nitrogenok 3 bolumen hidrogenorekin erreakzionatzean 2 bolumen amoniako lortzen direla, denak ere presio- eta tenperatura-­ baldintza beretan neurtuta. Datu horiek kontuan izanda, adierazi amoniakoaren formula kimikoa.

13 Litro bat kloro litro-erdi hidrogenorekin nahastu dugu (biak ere presio- eta tenperatura-­baldintza beretan zeuden), eta hidrogeno kloruroa lortu dugu.

Kalkulatu lortutako gasen bolumena.

14

Badakigu 2 L butanok 13 L oxigenorekin erreakzionatzean 8 L karbono dioxido eta 10 L urlurrun lortzen direla. Adierazi butanoaren formula kimikoa eta ikertu zergatik murriztu den erregai horren kontsumoa hiri handietan eta zer lotura duen garapen jasangarrirako helburuen 7. helburuarekin. anayaharitza.es webgunean amoniakoaren eraketari eta metanoaren eta propanoaren errekuntzari buruzko bideo batzuk dituzu.

51

5

Masa atomikoa, masa molekularra eta formula-masa 5.1. Masa atomikoa eta masa molekularra Masa atomikoa

X atomo baten masari masa atomiko deritzo. m(X) adierazten da eta kg-a da haren SIko unitatea.

Baina beste unitate bat ere erabiltzeko aukera ematen da. Bi izen ditu beste unitate horrek: Daltona (Da) eta masa atomikoaren unitate bateratua (edo, besterik gabe, masa atomikoaren unitatea, u).

Eta 12C atomoaren masaren hamabiren bat da: m (12 C) 1 Da = 1 u = . 1, 660 · 10–27 kg 12 Biak erabiltzeko aukera badago ere, daltonak soilik onartzen ditu aurrizkiak. Adibidez: kDa eta mDa. Elementu kimiko beraren atomoek masa atomiko desberdina badute, isotopo esaten zaie.

Isotopo jakin batez ari garenean, elementuaren ezkerrean goi-indize bat jartzen da (Esate baterako, 12C, 16O...). Zenbaki horri masa-zenbakia esaten zaio eta A letraz adierazten da.

Masa atomiko erlatiboa eta masa atomikoa A

X atomo baten masa atomiko erlatiboa atomo horren masaren eta masa atomikoaren unitatearen arteko zatidura da. Ar erabiltzen da, adierazteko. m (A X) m (A X) = Ar ^ A X h = 1u m (12 C) /12 Oxigenoaren masa atomiko erlatiboa 16 dela esaten dugunean, adierazten ari gara horren masa 16 aldiz handiagoa dela 12C atomoaren hamabirena baino.

Batez besteko masa atomikoa

Taula periodiko bat aztertzen baduzu, ikusiko duzu elementuen masa atomikoak, u bidez adieraziak, ez direla zenbaki arruntak. Elementuen zenbait isotopo daudelako eta isotopo horietako bakoitzaren ugaritasun erlatiboa desberdina delako gertatzen da. Ikus dezagun, adibidez, oxigenoarena: Isotopoa

Masa atomikoa

Ugaritasuna

16

15,9949 u

99,762 %

17

16,9991 u

0,038 %

18

17,9992 u

0,2 %

O O O

Elementu baten batez besteko masa atomikoa elementu horren isotopo guztien masa atomikoen batez besteko haztatua da.

Taula periodikoan batez besteko masa agertzen da, ez atomo bakoitzarena banaka adierazia (ebatzitako 10. ariketa).

Masa molekularra

Molekula baten masa masa molekularra da, eta molekula osatzen duten atomo guztien masa atomikoen baturaren berdina da.

Esate baterako: • Karbono dioxidoa (CO2):

m (CO2 ) = 1 · 12,01 + 2 · 16,00 = 44,01 u • Butanoa (C4H10 ):

m (C4H10 ) = 4 · 12,01 + 10 · 1,01 = 58,1 u

Masa atomiko erlatiboak

12 atomo 1 H

1 atomo 12 C

Balantza batean isotopo baten atomoak banan-banan jartzeko aukera izango bagenu, 12C atomo bat orekatzeko zenbat beharko genituzkeen ikusiko genuke. Adibidez: a) Atomo bat 12C-k

52

3 atomo 4 He

1 atomo 12 C

12 atomo 1H orekatzen ditu. Beraz 1H-ren masa atomiko erlatiboa 12/12 = 1 da; b) Atomo bat 12C-k 3 atomo 4He orekatzen ditu. Beraz, 4He-aren masa atomiko erlatiboa 12/4 = 3 da.

U 1

Formula-masa

Badira molekulez eratuta ez dauden substantzia batzuk, kristalak, esate baterako. Substantzia horietarako formula-­masa erabiltzen da; hau da, substantziaren formula enpirikoan agertzen diren atomoen masaren batura. Adibidez, sodio kloruroaren formula enpirikoa hau da: NaCl (1:1) (beheko irudia), eta, horrenbestez, hau da haren formula-masa: m (NaCl) = 22,99 + 35,45 = 58,44 u

5.2. Avogadroren zenbakia Laborategietan benetako substantziekin lan egiten denean, masa atomikoaren unitatea ez da oso egokia. Hobe da gramoa erabiltzea masak adierazteko. Horretarako, aproposa da Avogradoren zenbakia haintzat hartzea: NA = 6, 022 140 76 · 1023 mol–1

Ebatzitako ariketak

10 Kloroa bi isotopotan agertzen da naturan. Taulan adierazten den ugaritasuna du haietako bakoitzak: Isotopoa

Masa atomikoa

Ugaritasuna

35

34,969 u

75,76 %

37

36,966 u

24,24 %

Cl Cl

Kalkulatu batez besteko masa atomikoa.

Ebazpena Batez besteko haztatua kalkulatu behar dugu, ugaritasuna kontuan hartuta: m (Cl) =

34, 969 · 0, 7576 + 36, 966 · 24, 24 = 35, 45 u 100

Hori da, hain zuzen, taula periodikoetan agertzen den balioa.

11 Kalkulatu azido nitrikoaren masa molekularra eta potasio kloruroaren formula-masa. Azken horretan, hitz egin al daiteke masa molekularraz?

Propietate hauek dituelako da egokia:

Ebazpena

• NA atomoren masa, gramotan adierazia, eta masa ato-

Azido nitrikoa molekula moduan agertzen da; haietako bakoitzak atomo bat nitrogeno, hiru atomo oxigeno eta atomo bat hidrogeno ditu. Masa molekular hau du:

mikoa, u-tan adierazia, berdina da zenbakitan.

• NA molekularen masa, gramotan adierazia, eta masa

molekularra, u-tan adierazia, berdina da zenbakitan.

Molekula bat oxigenok 32 u-ko masa du.

Molekula bat CO2-k 44,01 u-ko masa du.

NA molekula oxigenok 32 g-ko masa dute.

NA molekula CO2-k 44,01 g-ko masa dute.

m (HNO3) = 1 · 14,01 + 3 · 16,00 + 1 · 1,01 = 63, 02 u KCl-ari dagokionez, ezin da masa molekularraz hitz egin, kristal-sare bat sortzen duen konposatu ioniko bat delako. Hartan, 1:1 proportzioan daude Cl-a eta K-a. Horregatik, formula-masa erabiltzen da. m (KCl) = 1 · 35,45 + 1 · 39,10 = 74, 55 u

12 Zerk izango ditu molekula gehiago, 5 g oxigenok (O2) edo 2 g urek (H2O)?

Datuak: m(H) = 1,01 u; m(O) = 16,00 u Ebazpena Lehenik eta behin, bi konposatuen masa molekularrak kalkulatuko ditugu:

NaCl-aren kristal-sarea

m (O2) = 1 · 16,00 = 32,00 u m (H2O) = 2 · 1,01 + 1 · 16,00 = 18,02 u Horrenbestez, substantzia bakoitzaren molekula kopurua hau izango da: 32, 00 g O2 6, 022 · 10 Cl– Na+

molekula O2

8 N = 9, 41 · 10

22

18, 02 g H2O 6, 022 · 10

Sodio kloruroa proportzio berdinean dauden bi atomo motaz osatuta dago, kloroz eta sodioz, eta kristal-egitura osatzen dute.

23

23

molekula H2O

=

5, 00 g O2 N molekula O2

molekula O2 =

2, 00 g H2O Nl molekula H2O

8 Nl = 6, 68 · 1022 molekula H2O 5 g O2-n molekula gehiago dago 2 g H2O-n baino.

53

6

Substantzia kantitatea 6.1. Substantzia kantitatea. Mola X entitate (atomo, molekula, elektroia, etab.) baten substantzia kantitatea X-ren oinarrizko entitateen, N (X), eta Avogadroren zenbakiaren arteko zatidura da: n (X) =

N (X) NA

(1)

Horregatik, SIren azken berrikusketa egin aurretik, molaren definizioa hau zen: 12 g 12C-n dagoen oinarrizko entitate adina dituen substantzia kantitatea.

6.2. Masa molarra 12 C-rekin gertatzen den bezala, m (X) masa atomikoko substantzia baten N (X) entitate elemental baditugu, masa hau izango du: mX = N (X) · m (X)

Substantzia kantitatea SI sistemako oinarrizko zazpi magnitudeetatik bat da. Haren unitatea mola da.

Mol bat substantzia baten 6,022 140 76 · 1023 oinarrizko entitate dituen substantzia kantitatea da. Haren dimentsioa N moduan adierazten da.

Mola erabiltzean, azaldu egin behar da zein diren oinarrizko entitateak. Adibidez: • 1 mol atomo 6,022 · 10

23

atomo dituen substantzia kantitatea da. Zenbakitan, berdinak dira haren masa eta masa atomikoa gramotan adierazita.

• 1 mol molekulak (edo formula-unitatek) 6,022 · 10

23

molekula ditu (edo formula-unitate). Zenbakitan, berdinak dira haren masa eta masa molekularra (edo formula-­ masa) gramotan adierazita.

Esaterako, mol bat klorok (atomikoa) 35,45 g-ko masa du, eta mol bat CO2-k, 44,01 g-ko masa.

12

C-aren masa atomikoa 1,992 646 88 · 10–26 kg denez, hau da mol bat 12C-ren masa: m = NA · m (12C) m = 6,022 140 76 · 1023 · 1,992 646 88 · 10–26 = 0,012 kg

(2)

X substantzia baten masa molarra, M (X), X-ren mol bat entitateren masa da; hau da, X-ren 6,022 140 76 · 1023 entitate elementalen masa. SIko unitatea kg/mol da.

Adibidez, ikusi dugun bezala, 12C-ren masa molarra 0,012 kg/mol = 12 g/mol da. Ikus dezakegunez, substantzia baten masa molarra haren masa atomikoaren zenbakizko balioa da, baina gramoko moletan neurtua.

Definizio horri jarraituz, NA entitate elemental badaude, substantziaren masa haren masa molarrarekin bat etorriko da: N (X) = NA 8 n (X) = 1 y mX = M (X) (2) ekuazioan ordezkatuz: M (X) = NA · m (X)

(3)

Beste alde batetik , (2) ekuazioan bider NA eta zati NA egiten badugu, hau daukagu: N (X) mX = N (X) · m (X) = · m (X) · NA NA (1) eta (3) ekuazioak kontuan hartuz, hau lortuko dugu: mX = n (X) · M (X) 5 n (X) =

mx M (X)

(4)

Ebatzitako ariketa

13 Kalkulatu zenbat atomo dauden 30 g burdinetan. Zer substantzia kantitate da?

Ebazpena Bi modutan ebatziko dugu.

1. modua: Burdinaren masa atomikoa hau da: m (Fe) = 55,85 u. Beraz, NA burdina atomok 55,85 g-ko masa izango dute. Horrenbestez: 55, 85 g Fe 6, 022 · 10

23

atomo Fe

=

30 g Fe N atomo Fe

N = 3, 235 · 1023 atomo Fe

54

Hau da substantzia kantitatea: 30 g m = = 0, 54 mol n= M 55, 85 g · mol–1 2. modua: mFe mFe = N · m (Fe) 8 N = m (Fe) Eta: 1, 660 · 10–27 kg = 9, 271 · 10–26 kg m (Fe) = 55, 85 u · 1u denez, orduan: 0, 030 kg = 3, 236 · 1023 N= 9, 271 · 10–26 kg Substantzia kantitatea lehen moduan bezala kalkulatzen da hemendik aurrera.

U 1

6.3. Bolumen molarra Gogora dezagun, Avogadroren hipotesiari jarraituz, gas desberdinen bolumen berdinek, presio- eta tenperatura-­ baldintza beretan, molekula kopuru berdina dutela. Horrenbestez, presio eta tenperatura berean, edozein gasen mol batek bolumen berbera okupatzen du. Propietate hori erabiliz, hau definitzen da: Gas baten bolumen molarra, Vm, gas horren mol batek okupatzen duen bolumena da, presio- eta tenperatura-baldintza jakin batzuetan neurtuta.

–B aldintza normaletan (T = 0 ºC = 273,15 K eta p = 1 atm = 101 300 Pa), bolumen molarra 22,4 L da.

–B aldintza estandarretan (T = 0 ºC = 273,15 K eta presio estandarrean p = 1 bar = 105 Pa), bolumen molarra 22,7 L da.

Unitate honetan baldintza normalak zein baldintza estandarrak erabiliko ditugu, eta, beraz, arreta handiz irakurri beharko dituzu ariketen enuntziatuak.

Honako hau da edozein substantziaren mol kopuruaren (n), bolumenaren (V) eta bolumen molarraren (Vm) arteko erlazioa (presio- eta tenperatura-baldintza berean ­neurtuak): V (5) n= Vm Likido baten edo solido baten bolumen molarra ere defini daiteke, baina substantzia bakoitzak bere balioa du.

Gasetan bai defini daiteke bolumen bat substantzia kantitate finko baterako, gasa edozein dela ere (Avogadroren hipotesiari jarraituz), baina ez dago antzeko legerik likidoetarako eta gasetarako.

Ariketak

15 Sakarosa edo azukre arruntaren formula C12H22O11 da. Azukre-zorro baten masa 5,00 g sakarosa bada, kalkulatu zer substantzia kantitate dagoen eta zenbat molekula dauden zorroan.

16 Ontzi batean 1,5 · 103 mol ur ditugu.

Datua: d (ura) = 1 g/L. Kalkulatu: a) Ontziak duen ur-masa. b) Zenbat molekula dituen. c) Erantzun aurreko galderei, ura beharrean ur oxigenatua (hidrogeno peroxidoa, H2O2) dagoela jota. d)

NBEren azken txostenaren arabera, munduan 2 000 milioi pertsonak baino gehiagok ez dute oinarrizko ur- eta saneamendu-zerbitzurik.

Ura hornitzeko eta biltzeko sistema bat diseinatu behar bazenu garapen jasangarrirako helburuetako 6.1 eta 6.4 xedeak betetzeko, nola egingo zenuke? 10 L-ko bidoiak dituzu ura biltzeko. Zenbat bidoi beharko zenituzke?

17 Taulan nitrogeno trifluoruroaren (NF3) hiru kantitateri buruzko datuak daude, baldintza estandarretan. Osatu taula.

V/L A

n (NF3)/mol

Molekula kopurua

mNF3/g

mN/g

6 15

B 2,6

C

Ebatzitako ariketa

14 Kalkulatu zer substantzia kantitate eta zenbat atomo dauden baldintza normaletan 1 L-eko bolumena okupatzen duen helio-globo batean. Eta baldintza estandarretan badago? Eta gasa hidrogenoa bada (H2)?

Ebazpena (5) ekuazioa erabiliz, hau daukagu: V 1L = = 0, 0446 mol n= Vm 22, 4 L · mol–1 Eta atomoen kopurua kalkula dezakegu: Nnor. = n · NA = 0,0446 · 6,022 · 1023 = 2,686 · 1022 Ikus dezakezunez, helioa gas atomobakarra da, eta, horregatik, atomoen kopurua kalkulatzeko esaten du, eta ez molekulena..

Gasa baldintza estandarretan badago, bolumen molarra 22,7 L izango da, eta substantzia kantitatea: n=

V 1L = = 0, 0441 mol Vm 22, 7 L · mol–1

Beraz, atomo kopuru desberdina izango genuke: Nest. = n · NA = 0,0441 · 6,022 · 1023 = 2,656 · 1022 Gas ideal guztiek bolumen bera okupatzen dutenez presio- eta tenperatura-baldintza beretan daudenean, hidrogenoaren, H2-a, substantzia kantitatea helioarenaren berdina da, baina H2-a diatomikoa denez: Nnor. = 2,686 · 1022 molekula H2 Ò 2 = 5,372 · 1022 atomo H. Nest. = 2,656 · 1022 molekula H2 Ò 2 = 5,312 · 1022 atomo H.

55

7

Formula kimikoak. Konposizio ehundarra 7.1. Formula kimikoa Aurreko ataletan hainbat formula kimikorekin egin dugu lan. Orain, kontzeptu hori zehatz definituko dugu: Formula kimikoa adierazpen bat da, substantzia osatzen duten elementuen ikurrak eta haiei itsatsita zer proportziotan konbinatzen diren adierazten duten azpiindizeak dituena.

Beraz, substantzia baten (izan substantzia sinplea, izan konposatua) konposizioari buruzko informazioa ematen du. Hona hemen jada ikusi ditugun adibide batzuk: Cl2, H2O eta NH3.

Formula enpirikoa

Formula enpirikoa konposatu bat osatzen duten elementu kopuruen arteko proportzio sinpleena adierazten duen formula da.

Esate baterako, ikusi dugu butanoaren formula C4H10 dela. Formula sinplifikatzen badugu, erlazio sinpleena adierazteko, hau lortuko genuke: C2H5, formula enpirikoa alegia.

Bada kasu berezi bat: konposatu ionikoetarako ematen diren formulak (5.1 atalean ikusi genituen). Horietan kristal-­egitura osatzen duten elementuen atomoen arteko proportzioa adierazten da; esaterako, sodio kloruroarena: NaCl.

Formula molekularra

Molekula bat osatzen duten atomo mota bakoitzeko benetako kantitatea adierazten duen formula.

Aurreko adibideari jarraituz, butanoaren formula C4H10 da. Hona hemen beste batzuk: H2O, H4SO3, H2O2 eta C12H22O11. Gai zara konposatu horietako bakoitzaren formula enpirikoa idazteko?

Kasu berezi bat egitura-formula edo formula garatua da: molekularen barruan atomoak elkarrekin nola lotzen diren adierazten du. Formula mota hori oso garrantzitsua da, aukera ematen baitu formula molekular bera duten baina desberdinak diren konposatuak bereizteko. Hala gertatzen da, adibidez, etanolarekin eta dimetileterrarekin: bien formula C2H6O da (ikusi beheko irudia). Horrelako konposatuei isomero deritze.

7.2. Konposizio ehundarra eta konposatu baten formula zehaztea Zer konposizio duen ez dakigun substantzia bat dugunean, egin beharreko lehenengo gauza da haren formula zehazten ahalegintzea; hots, zehaztu behar da zer elementuk osatzen duten, eta zer masa-proportziotan, ehunekotan adierazia.

Konposizio ehundarra elementu bakoitzak konposatu baten masari egiten dion ekarpena da, ehunekotan adierazita.

Konposizio ehundarretik abiatuta formula enpirikoa zehaztu daiteke, eta horrekin eta beste zenbait daturekin, hala nola masa molekularra edo dentsitate molarra, formula molekularra kalkulatu ahal izango dugu. Lagina erretzen erraza bada, errekuntza-bidezko azterketak aukera ematen du zer masa karbono eta zer masa hidrogeno zuen jakiteko, eta hortik abiatuta, formula enpirikoa kalkula daiteke. Ebatzitako ariketetan teknika horien adibideak daude.

Egitura-formula Etanola Dimetileterra

Ariketak

H

H

H

C

C

H

H

Alkohol etilikoa

56

H O

H

H

C H

H O

C H

Eter dimetilikoa edo dimetileterra

H

18 C, H eta O elementuez osatutako konposatu organiko baten 2 g guztiz erretzean, 4,5418 g CO2 eta 1,8586 g H2O lortu dira. Kalkulatu konposatuaren formula enpirikoa eta konposizio ehundarra.

19 C bitamina C, H eta O elementuez osatuta dago eta masa molarra 176,14 g/mol da. Konposatu horren 0,5 g erretzean 0,750 g CO2 eta 0,205 g H2O lortzen dira. Adierazi C bitaminaren formula molekularra eta konposizio ehundarra.

U 1

Ebatzitako ariketak

15 Kalkulatu azido fosforikoaren (H3PO4) konposizio ehundarra.

Ebazpena Lehenik eta behin, masa molekularra zehaztuko dugu: m (H3PO4)=3 · 1,01 + 1 · 30,97 + 4 · 16,00 = 98,00 u Eta, orain, masa atomikoak erabiliz, elementu bakoitzak masan zer proportzio duen kalkulatuko dugu: 98, 00 u H4PO3 100 = x 3 · 1, 01 u H x = % 3, 09 H 98, 00 u H4PO3 100 = y 30, 97 u P y = % 31, 60 P 98, 00 u H4PO3 100 = z 4 · 16, 00 u P z = % 65, 31 O

16 Gas batek konposizio ehundar hau du: % 81,68 C eta % 18,32 H. Baldintza normaletan haren dentsitate molarra 1,97 g/L da. Kalkulatu gas horren formula molekularra.

Ebazpena 1. Konposizio ehundarretik abiatuta, badakigu 100 g konposatuk 81,68 g C eta 18,32 g H dituela. Beraz, horietako bakoitzaren substantzia kantitatea hau izango da: nC = nH =

81, 68 g C 12, 01 g · mol

–1

18, 32 g H 1, 01 g · mol–1

= 6, 80 mol C = 18, 14 mol H

2. Orain, txikienaz zatitu, eta atomo kopuruen arteko erlazioa kalkulatuko dugu, formula enpirikoa lortzeko: 6, 80 18, 14 = 1; H 8 = 2, 67 C 8 6, 80 6, 80 Ikus dezakegunez, ez ditugu bi zenbaki arrunt lortu.

Baina biak 3z biderkatzen baldin baditugu, bi zenbaki arrunt lortuko ditugu: C:3, H:8 8 C3H8; m (C3H8) = 44,11 u 3. Dentsitate molarraren balioa ematen denez baldintza normaletan: m M 8 dm = V Vm lortu dezakegu masa molarra: d=

M = d m · Vm = 1, 97 · 22, 4 = 44, 13 g · mol –1

Balio hori bat dator formula enpirikoko masaren balioarekin, eta, beraz, biak bat datoz: C3H8 da.

17 Etanola C, H eta O elementuez osatuta dago, eta 46,08 u-ko masa molekularra du. 5 g etanolen lagin baten errekuntzak 9,5502 g CO2 eta 5,8655 g H2O sortzen ditu. Kalkulatu konposatu horren formula molekularra.

Ebazpena 1. Lehenik eta behin, lagineko elementuetako bakoitzaren masa kalkulatu behar dugu. Etanola konposatu organikoa denez, karbono guztia CO2-aren parte izatera pasatuko da, eta hidrogeno guztia, berriz, H2O-aren parte izatera.

CO2-aren masa molekularra 44,01 u da, eta hartatik, 12,01 u C-ari dagozkio. Beraz: 44, 01 g CO2 9, 5502 g CO2 = mC 12, 01 g C mC = 2, 6062 g C Beste alde batetik, H2O-aren masa molekularra 18,02 u da, eta hartatik, 2,02 u H-ari dagozkio. Beraz: 18, 02 g H2O 5, 8655 g H2O = mH 2, 02 g H mH = 0, 6575 g H Hasieran genuen etanol-masaren gainerakoak oxigenoa izan behar du. Beraz: mO = 5 – 2,6062 – 0,6575 = 1,7363 g O 2. Ondoren, jatorrizko etanol-laginaren C, H eta O elementuen substantzia kantitatea kalkulatuko dugu. nC =

nH =

nO =

2, 6062 g C 12, 01 g · mol–1 0, 6575 g H 1, 01 g · mol–1 1, 7363 g O 16, 00 g · mol–1

= 0, 2170 mol C

= 0, 6510 mol H

= 0, 1085 mol O

3. Kantitate horietako txikienaz zatituz, konposatua osatzen duten mota bakoitzeko atomoen kopuruaren proportzioa lortuko dugu.

C8

0, 2170 =2 0, 1085

H8

0, 6510 =6 0, 1085

O8

0, 1085 =1 0, 1085

Beraz, formula enpirikoa C2H6O da. Horren masa molekularra 46,08 u da, eta, beraz, formula hori bat dator formula molekularrarekin: C2 H6O.

57

8

Analisi kimikoari aplikatutako espektrometria eta espektroskopia 8.1. Masa-espektrometria 5.1 epigrafean ikusi genuen elementu kimiko guztiek zenbait isotopo dituztela: zenbaki atomiko berdina (protoi kopuru berdina) eta masa-zenbaki desberdina duten atomoak (neutroi kopuru desberdina dutelako). Masen espektrometria isotopoen propietateak aztertzeko aukera ematen duen teknika bat da. m masa eta q karga duen partikula bat eremu magnetiko batekiko zut v abiaduran higitzen denean, ibilbide zirkularra egiten du. Ibilbide horren erradioa masaren eta kargaren arteko erlazioaren (m/q) araberakoa da, eta adierazpen honen bidez kalkulatzen da: R=

m·v q ·B

Ekuazioan, B eremu magnetikoaren intentsitatea da.

Lagin bat aztertzeko, lurrundu eta ionizatu egiten da (atomoek azaleko elektroi bat galtzen dute, eta, beraz, karga positiboa dute). Ioiak azeleratu egiten dira, eta eremu

magnetiko batean sartzen dira, non desbideratu egiten diren (ikusi beheko ezkerreko irudia).

Elementuaren isotopoek erradio desberdineko ibilbide zirkularra egiten dute, ioi guztiek karga bera izan arren (guztiek elektroi bat galdu dute, eta protoi kopuru bera dute), masa desberdina dutelako. Masa zenbaki handiena duten isotopoak erradio handiagoko zirkunferentziatan higituko dira, eta desbideratze txikiagoa izango dute, beheko ezkerreko irudian ikusten den bezala.

Teknika horren bidez banandutako isotopoen ioiak detektagailu elektriko batera iristen dira, eta han haien posizioak erregistratzen dira. Posizio horietako bakoitzean, han dagoen ioi kopuruarekiko proportzionala den korronte elektrikoa sortzen da, eta, beraz, espektrometroak isotopo bakoitzaren ugaritasun erlatiboa zein den jakiteko aukera ere ematen du (ikusi beheko eskuineko irudia).

Horri jarraituz sortutako grafikoari masa-espektroa esaten zaio.

Masa-espektrometria Masa-espektrometro baten eskema Berogailua (lagina lurruntzen du)

100,00 Seinalearen intentsitatea (%)

Lagin injektatua

Neonaren masa-espektroa

Eremu magnetiko batek partikulak masaren eta kargaren arabera banatzen ditu.

Elektroiiturria (lagina ionizatzen du) Partikulak eremu elektromagnetiko batek azeleratzen ditu.

Masa handieneko partikulak

20 10

90,00

Ne (90,48 %)

80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00

22 10 Ne

10,00 Masa txikieneko partikulak

0,00 Detektagailua

Masa-espektrometro batean, masa handieneko partikulak gutxiago desbideratzen dira, erradio handiagoko ibilbide zirkularrak dituztelako.

21 10 Ne

19

(9,25 %)

(0,27 %)

20 21 22 Masa atomikoaren unitatea

23

21

Ne-ari dagokion barra ez da ongi ikusten grafikoan, oso ugaritasun erlatibo txikia baitu, % 0,27 besterik ez.

Ariketak

20

58

Masa-espektrometriak zehaztasun handi-­handia duenez, analisi isotopikoak egiteko erabiltzen da.

Bilatu teknika horri buruzko informazioa eta jaso idatzita haren aplikazioetako batzuk.

21

Bilatu neonaren hiru isotopo egonkorren masa atomikoa, eta goian erakutsitako espektroan oinarrituta, kalkulatu neonaren batez besteko masa atomikoa.

U 1

8.2. Espektroskopia Espektroskopia uhin elektromagnetikoen eta materiaren arteko interakzioaren azterketa da. Horrenbestez, eta hasteko, uhin mota horien oinarrizko propietateak berrikusiko ditugu.

Maiztasunaren dimentsioa T–1 da, eta nazioarteko sistemako unitatea, hertza (1 Hz = 1 s–1).

Uhin elektromagnetikoetan, hutsean duen hedatze-­ abiadura finkoa da. c edo c0 idazten da eta honako balio hau du: c 0 . 300 000 km/s

Uhin elektromagnetikoak

Espazio hutsean hedatzeko gai diren uhin mota batzuk dira, eremu elektriko eta magnetiko oszilatzaileak baitira, eta ez dute euskarri materialik behar ez existitzeko ez eta elkarri eragiteko ere.

Argi ikusgaia 380 nm eta 780 nm arteko uhin-luzerako uhin elektromagnetikoa da (1 nm = 10–9 m). Kolore gorria maiztasun txikieneko uhinei dagokie, eta urdina, berriz, maiztasun handienekoei (beheko irudian ikus daiteke).

Uhin guztiek, bereizgarri egiten dituzten hiru magnitude dituzte, gutxienez: uhin-luzera, elkarren ondoko bi gailurren edo sakonguneren artean dagoen distantzia, m letra grekoaz adierazi ohi dena; maiztasuna, f, uhin horrek segundo batean egiten dituen oszilazioen edo zikloen kopurua; eta hedatze-abiadura, v, oszilazioak espazioan higitzean duen abiadura (beheko irudian adierazita dago). Hiru magnitudeak erlazionatuta daude, adierazpen honen bidez:

Espektro elektromagnetikoak uhin-luzera posible guztiak hartzen ditu. Maiztasunaren arabera, txikienetik handienera, hauek ditugu: irrati-uhinak edo irrati-frekuentzia, mikrouhinak, infragorriak, argi ikusgaia, argi ultramorea, X izpiak eta gamma izpiak.

v =m·f

Osasunari kalte handiena egiten dioten uhinak erradiazio ionizatzaileak dira: UV argia eta X eta c izpiak.

Erradiazio horiek materia ionizatzeko adinako energia dutelako dira kaltegarriak; izan ere, egokiak ez diren erreakzio kimikoak eragin ditzakete ehunetan.

Espektro elektromagnetikoa 4 · 1014

6 · 1014

8 · 1014

Irratia ELF

VLF

Mikrouhinak l

10

102

104

106

108

1010

1012

Espektro elektromagnetikoa. Uhinak maiztasunaren arabera ordenatuta daude, txikienetik handienera. ELF eta VLF (ingeleseko siglak dira) muturreko behe-maiztasuneko uhinak eta oso maiztasun txikiko uhinak dira.

Argi ikusgaia

Infragorriak

f (Hz)

1014

Ultramorea X izpiak

1016

1018

1020

Gamma izpiak

1022

1024

1026 f (Hz)

Mikrouhinak irrati-uhinen barruko maiztasun handiko uhinak dira.

Ohartuko zinenez, argi ikusgaiak eremu txiki-txikia hartzen du espektro osoan.

Ariketak

22 Goian esan bezala, argi ikusgaiak 380 eta 780 nm arteko uhin-luzera du. Kalkulatu muga horiei dagozkien maiztasunak.

23 Aztertu m · f biderketaren dimentsioak.

24 Mikrouhin-labeek 2,45 GHz inguruko maiztasuneko uhinak erabiltzen dituzte (1 GHz = 109 Hz). Hori jakinda, kalkulatu erradiazio elektromagnetiko horren uhin-luzera.

59

8

Analisi kimikoari aplikatutako espektrometria eta espektroskopia

Espektroskopia atomikoa

Atomoak erradiazio elektromagnetikoa xurgatu eta igortzeko gai dira. Baina ez dute edozein maiztasunetan egiten, baizik eta atomo bakoitzaren bereizgarriak diren maiztasun jakin batzuetan. Erradiazioa igortzen edo xurgatzen duten maiztasunen (edo uhin-luzeren) multzo horri espektro atomikoa esaten zaio. Multzo horretan zenbait maiztasun soilik daudenez, esaten da diskretuak direla, eta haietako bakoitzari espektroaren lerroa esaten zaio (ikusi beheko irudia).

Atomo isolatuek energia jasotzen dutenean, erradiazio elektromagnetiko konposatua igortzen dute. Erradiazio hori zenbait uhin-luzeraz osatuta dago, eta banatu egin daitezke, prisma bat edo difrakzio-sare bat erabiliz, esate baterako. Horren bidez, igorpen-espektro bat lortzen da; hau da, ongi bereizitako lerro distiratsu batzuk (ikusi beheko irudia).

Lagin bat argiztatzen denean eta hura zeharkatu duen argia aztertzen denean, lerro ilun batzuk ikusten dira (erradiazioa xurgatu den uhin-luzerari dagozkienak).

Xurgatze-­espektroa da. Beheko irudian daude adierazita bi espektro motak.

Espektroak atomo bakoitzaren bereizgarriak direnez, haiek aztertuz lagin jakin batean zer elementu dauden jakin daiteke, eta elementu horietatik, zer isotopo dauden.

Horrez gain, lerroen intentsitatea atomo kopuruaren araberakoa da, eta, horrenbestez, haien kontzentrazio erlatiboa zenbatekoa den ere jakin daiteke.

Teknika hori iraultza handia izan zen zenbait arlotan, astrofisikan, esate baterako. Izan ere, Eguzkiaren eta gainerako izarren konposizioa jakiteko aukera eman zuen, baita eguzki-sistemako planeten atmosferaren berri izateko ere. Horrez gain, konposatu berrien konposizioa jakiteko ere erabili izan da.

Espektro elektromagnetikoa Difrakzio-sarea Material dentso beroa

Espektro jarraitua

Gas beroa

Igorpen-espektroa (diskretua)

Espektroaren lerroak Gas hotza

Materia egoera solidoan edo likidoan dagoenean, berotzean, uhin-luzera guztietan igortzen du erradiazio elektromagnetikoa. Igortzen duen argia prisma batetik edo difrakzio-sare batetik igaroarazten denean, deskonposatu egiten da eta espektro jarraitua sortzen da. Baina materia gas-egoeran badago, atomoak elkarrengandik oso urrunduta, igortzen duen

60

Xurgapen-espektroa (diskretua)

maiztasun multzoa, igorpen-espektro izenekoa, diskretua da, irudiaren erdian ikusten den bezala. Gasa hotz baldin badago eta argia jasotzen badu, zenbait uhin-luzera xurgatzen ditu, eta lerro ilun batzuk sortzen dira hondoko espektro jarraituan, irudiaren behealdean ikusten den bezala. Horri xurgapen-­ espektro deritzo.

U 1

Beste espektroskopia mota batzuk

Atomoek ez ezik, molekulek ere igortzen dute erradiazio elektromagnetikoa. Horrenbestez, espektroen azterketak lagin batean zer elementu dauden jakiteko aukera emateaz gain, haien konposizio molekularra jakiteko aukera ere ematen dute.

Molekulek oso interakzio handia dute erradiazio infragorriarekin (IG), eta horrek teknika berri bat sorrarazi du: espektroskopia infragorria. Hona hemen haren oinarri fisikoa:

Espektroskopia mota

Erabilitako erradiazioa

Aplikazioa

Espektroskopia atomikoa

Ikusgarria eta UV

Oinarrizko azterketa

Raman espektroskopia

Ikusgarria

Multzoen eta molekulen identifikazioa: egoera solidoa

Kolorimetria

Ikusgarria eta UV

Ioien eta molekulen azterketa kuantitatiboa disoluzioan

Molekulak ez dira egitura zurrunak, bibratu egiten dute, flexionatu egiten dira, eta biratu. Mugimendu horiek areagotu egiten dira molekulei energia igortzen zaienean, hala nola erradiazio elektromagnetikoa, eta, zehazki, infragorrien maiztasunean igortzen zaienean. Molekularen barruko atomoen arteko elkarketa bakoitzak (lotura) maiztasun bereizgarri bat du, eta, horren ondorioz, horietako bakoitzak identifikagarri egiten duen xurgatze-espektro bat du (beheko irudia).

X izpien espektroskopia

X izpiak

Solidoen eta kristalegituren azaleko azterketa

Erresonantzia magnetiko nuklearra (EMN)

Irrati-uhinak

Molekula inorganikoak, organikoak, eta interes biologikokoak

Espektroskopia infragorria

IG

Loturak, multzo funtzionalak, molekulak, polimeroak eta makromolekuak

Espektro elektromagnetikoko eremu desberdinekoak diren erradiazioak erabiliz, teknika elektroskopiko desberdinak lortzen dira, taulan ikus daitekeen bezala.

Mössbauer espektroskopia

c izpiak

Azterketa nuklearra, isotopoak hautematea

Infragorrien xurgatze-espektroak 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0

Ur-lurrunaren (H2O ) xurgapen-espektroa

0

500

1 000

1500 2000 /cm–1 y

2500

3 000

3500

Abzisa-ardatzean uhinen kopurua agertzen da, uhin-luzera = 1/m), eta ordenatu-ardatzean, ren aurkakoaren berdina ( y

1, 0 0, 9 0, 8 0, 7 0, 6 0, 5 0, 4 0, 3 0, 2 0, 1 0, 0

Karbono dioxidoaren (CO2) xurgapen-espektroa

0

500

1000 1500 2000 2500 3 000 3500 4 000 /cm–1 y

xurgatze-koefizientea, uhin-luzera bakoitzean xurgatzen den erradiazio kantitatea neurtzen duen koefizientea.

Ariketak

25

Batu. Aztertu ur-lurrunaren eta CO2-aren xurgatze-­espektroak. Zer uhin-luzeratan sortzen da xurgatze handiena. Espektro elektromagnetikoaren zer eremuri dagokio? Taldeka, eta espektro horietatik abiatuta, azaldu nola sortzen den Lurraren

­ tmosferan berotegi-efektua eta nola eragiten dion a klima-aldaketari. Garapen jasangarrirako helburuetako 13.3 xedeari jarraituz, zer egin dezake gutako bakoitzak jendea sentsibilizatzeko eta gas kutsatzaileen isurketa murrizteko?

61

IKT Molekulen irudikapena Seguruenik, ohartuko zinen unitate honetako irudietan agertzen diren molekulen itxura errealista samarra dela (zenbait xehetasun aipatu ditugu, hala nola mikroskopioan begiratzean ez dutela kolorerik). Hiru dimentsiotan daude, atomoak eskalan irudikatuta daude, eta molekularen benetako geometria erakusten dute, hura osatzen duten atomoek eta haien arteko lotura motek baldintzatzen duten

geometria, hain zuzen ere. Agian, zeure buruari galdetuko zenion ea badagoen irudikapen horiek egiteko modu errazik. Atal honetan, doako bi tresna erabiliko ditugu: Avogadro eta Jmol. Bi aplikazio horiek molekulen geometria eta atomoen arteko loturak aztertzeko aukera ematen dute, eta irudikatzeko modu bat baino gehiago dute: elkarri gainjartzen zaizkien bola moduan edo esfera eta haga moduan. Azken hori oso erabilgarria da loturak aztertzeko, direla sinpleak, direla bikoitzak.

Avogadro Lehenik eta behin, joan aplikazioaren webgunera: https://avogadro.cc/. Ikusiko duzun bezala, ingelesez dago, programa bezalaxe. «Downloads» atalean sartu, deskargatzeko. Ordenagailuan instalatu ondoren, erabiltzeko moduan zaude.

Orain, zure molekulak egiteko modua ikusiko dugu: Hasteko, sakatu arkatz itxurako ikonoa (Draw tool). Ezkerrean dituzu lehenetsita dauden marrazki-aukerak:

Lehendabizi, existitzen den molekula bat kargatuko dugu.

Horretarako, joan hona: File 8 Import 8 Fetch by chemical name, eta agertzen den elkarrizketa-koadroan, idatzi «Butane». Berehala, butano molekula (C4H10) agertuko zaizu pantailan.

Oihalaren (hondoa beltza duen leihoa) edozein lekutan klikatzen baduzu, karbono atomo bat agertuko da 4 hidrogeno lotuta dituela. Saiatu batzuk marrazten. Hala ere, horrela eginda, banatuta sortuko ditugu, loturarik gabe, alegia. Existitzen den batean sakatzen baduzu eta sagua lekuz aldatzen baduzu ezkerreko botoia askatu gabe, aurrekoari lotutako beste CH3 multzo bat sortzen dela ikusiko duzu (beheko ezkerreko irudia). Ikus dezakezun bezala, C-aren balentzia guztiak H-arekin betetzen dira automatikoki, hori baita programaren aukera lehenetsia.

Tresna-barran, zenbait ikono ditugu, molekula manipulatzeko aukera ematen dituten tresnekin:

Esate baterako, eskuak (Manipulation tool) aukera ematen du atomoak banan-­banan aukeratu eta mugitzeko. Molekularen geometria itxuraldatzen dela ikusten baduzu, ez kezkatu Extensions 8 Optimize geometry eginda automatikoki konponduko duzu eta. «Navigation tool» (izarra) aukeratuta, irudia biratu eta lekualdatu ahal izango duzu.

Menuko View 8 Properties sarreran, hainbat informazio eskuratu ahal izango duzu: molekulari buruzkoa, haren atomoei buruzkoa, elkarren arteko loturei buruzkoa eta askoz gehiago.

Eskuineko botoiarekin edozein elementutan klik eginda (C atomoa edo lotura), ezabatu egiten da.

62

Beste elementuren bat sartu nahi baduzu, gehitu beste C atomo batzuk molekulari lotuta. Hori egindakoan, aukeratu ezkerreko menuan «Oxygen», esate baterako, eta egin klik sortu berri duzun atomoan. Oxigeno bihurtzen direla ikusiko duzu (esfera gorriak dira). Behin geometria konponduta duzula, beheko eskuineko irudiaren antzeko zerbait izango duzu.

Zure emaitzak gordetzeko, erabili menuko sarrera hau: File 8 Save As … (.mol2 formatua aukeratu dezakezu, gerora berriro editatzeko). Edo, bestela, esportatu File 8 Export eginez, irudi moduan izateko, adibidez. Gero testu-dokumentu batean edo aurkezpen batean txertatzeko aukera egokia da hori.

U 1

Jmol Orain Jmol aplikazioarekin egingo dugu lan. Sartu http://jmol.sourceforge.net/ helbidean. «Download» atalean klikatuta, aplikazioa zure ordenagailuan instalatzeko informazioa lortuko duzu. Izan kontuan, programak funtziona dezan, Java izan behar duzula instalatuta ordenagailuan. Exekutagarriak «Jmol.jar» du izena eta programa deskonprimatu duzun karpetan egongo da.

Irudi hau agertuko zaizu:

Programa zabaldutakoan, Joan Archivo 8 Conseguir un MOL. Agertzen den leihoan, idatzi «Butane».

Oharra: programa gazteleraz dago, baina izenak ingelesez idatzi behar dira, hala baitaude datu-basean.

Segundo batzuk geroago, butanoaren molekula ikusiko duzu leihoan:

Ikus dezakezunez, kasu honetan geometria konponduta dago, baina modu lehenetsia atomoak esfera moduan eta loturak hagatxo moduan agertzea da.

Badago irudikapena aldatzeko aukera. Sakatu leiho nagusian eskuineko botoiarekin, eta agertzen zaizun zerrendan, aukeratu: Estilo 8 Átomos 8 75 % Van der Waals.

Molekularen muga hodei-puntu moduan edo Van der Waals gainazal moduan irudikatzeko aukera dago (sakatu eskuineko botoiarekin eta ikertu Superficies aukeran):

Horrez gain, eskuineko botoia sakatuz, ikusiko duzu menuaren sarrera batek (C4H10) molekularen atomoei buruzko informazioa ematen dizula.

Sortzen dituzun molekulak, irudi moduan ez ezik, STL formatuan ere gorde ditzakezu (Eskuineko botoia sakatu eta 8 Archivo 8 Exportar 8 Exportar modelo 3D STL). Horrela gordetzen baduzu, 3D inprimagailuan inprimatu ahal izango duzu.

Jarduerak

1 Irudikatu, Avogadro programa erabiliz, etanol eta dimetileter molekulak, unitatean ikasitakoak (aurretik, ingelesez duten izena jakin beharko duzu). Gorde irudi moduan. Zer ikusten duzu?

Etanola

2 Zabaldu Jmol programa, joan Archivo 8 Conseguir un MOL eta lortu glukosa molekula bat. Irudikatu eta gorde hiru dimentsioko irudi moduan (Horretarako: eskuineko botoiarekin, arakatu Estilo aukeran).

Dimetileterra

63

Problemak ebazteko estrategiak Konposatu baten formula zehaztea 1 Hona hemen konposatu organiko baten konposizio ehundarra: C: 54,52 %; H: 9,17 %; O: 36,31 %.

Konposatu horren masa molekularra 44,06 u da.

Adierazi konposatuaren formula molekularra.

Planteamendua eta ebazpena 1. Lehenik eta behin, formula enpirikoa lortu behar da. Horretarako, konposatua osatzen duten elementu bakoitzaren kantitate erlatiboa kalkulatu behar da. Kalkuluak errazagoak izan daitezen, 100 g hartzen dira, arbitrarioki.

Ehunekoak baditugunez, C, H eta O kantitateak kalkulatuko ditugu: mC = 54,52 g; mO = 36,31 g; mH = 9,17 g Kantitate horietako bakoitza zati elementuari dagokion masa molarra eginda, 100 g konposatutan substantzia bakoitzaren zer kantitate dagoen zehaztuko dugu. nC = nH = nO =

54, 52 g C 12, 01 g · mol–1 9, 17 g H 1, 01 g · mol–1 36, 31 g O 16, 00 g · mol–1

PROBLEMAREN AZTERKETA

Ohartuko zinenez, datu askotxo behar dira konposatu baten formula kimikoa kalkulatzeko. Oso garrantzitsua da datu horiekin ez galtzea, eta ebazpen-­ jarraibide batzuk ezartzea, kontuan izan behar baita enuntziatuak emandako datuek ez dutela zertan ordenan egon.

Bi datu mota nagusi daude: batzuk formula enpirikoa lortzekoak dira; hau da konposatua osatzen duten atomoak zer proportziotan dauden konposatuan (1. eta 2. atalak); beste datuak konposatuaren masa molekularraren berri ematen du, formula kimikoa lortu ahal izateko (3. atala).

Bi hamartarrekin adierazi dira datuak, eta, beraz, oso garrantzitsua da egoki biribiltzea, emaitza guztiek zifra adierazgarri kopuru bera izan dezaten.

Gogoratu:

= 4, 54 mol C

Honelako ariketaren bat ebatzi behar duzunean, jarraitu urrats hauei:

= 9, 08 mol H

1 Kalkulatu substantzia kantitatea, ematen dizkizuten datuetan oinarrituta.

= 2, 27 mol O

2. Orain, kantitate horiek kantitate txikienaz zatituta, elementu horietako bakoitza molekulan zer proportziotan dagoen zehaztu ahal izango dugu: C8

4, 54 =2 2, 27

H8

9, 08 =4 2, 27

O8

2, 27 =1 2, 27

2 Zatitu lortutako datu txikienaz, zer proportziotan dauden jakiteko.

3 Horrela eginda, formula enpirikoa lortuko duzu.

Batzuetan bat dator formula molekularrarekin, baina ez beti.

4 Formula enpirikoa eta formula molekularra berdinak ez badira, daturen bat emango zaizu masa molekularra kalkulatzeko. Horrekin formula molekularrak formula enpirikoa zenbat aldiz duen zehaztu ahal izango duzu. Horrela lortuko duzu azken ­emaitza.

3. Horrenbestez, hau da formula enpirikoa: C2H4O. Gogoratu formula molekularra formula enpirikoaren multiplo oso bat dela. Beraz, (C2H4O)n formakoa izan beharko du. Baina n-ren balioa kalkulatu ahal izateko, masa molekularra kalkulatzeko aukera ematen digun informazioren bat eman behar digute. Kasu honetan, zuzenean ematen digute.

Ikus dezagun zer masa duen C2H4O unitate batek: m (C2H4O) = 2 · 12,01 + 4 · 1,01 + 1 · 16,00 = 44,06 u Balio hori bat dator konposatuaren masa molekularrarekin, eta, horregatik, esan dezakegu n = 1 dela. Beraz, formula kimiko osoa formula enpirikoaren berdina da: C2H4O

64

EMAITZEN EZTABAIDA

Alderantzizko bidea ere egin daiteke: formula molekularretik abiatuta konposizio ehundarra kalkulatu.

Horrela egiten baduzu, hasierako datuak lortuko dituzula ikusiko duzu. Oso modu egokia da emaitza zuzena dela egiaztatzeko.

U 1

Konposatu baten formula kimikoa zehaztea 2 Demagun aurreko ariketan, konposizio ehundarra eman beharrean, esaten digutela substantzia horren 1 g-en errekuntza osoak hau sortzen duela: • 1,9981 g CO2 • 0,8181 g H2O Kalkulatu konposatuaren formula enpirikoa eta konposizio ehundarra.

PROBLEMAREN AZTERKETA

Konposizio ehundarra formula molekularraren zein formula enpirikoaren bidez kalkula daiteke, molekulan atomoek duten proportzioa jakin behar baitugu, besterik ez. Hori baliatuko dugu enuntziatuari erantzuteko, ez baitzaizkigu nahiko datu ematen masa molekularra kalkulatzeko (eta, beraz, formula molekularra kalkulatzeko).

Planteamendua eta ebazpena 1. Konposatu organikoa denez, konposatuaren karbono guztia CO2-aren parte bihurtzen da, eta hidrogeno-masa guztia, berriz, H2O-aren parte. Beraz, errekuntzan sortutako CO2-an eta H2O-an zer C masa eta zer H masa dagoen kalkulatzen badugu, gramo bat konposatutan bi horien zer masa zegoen jakingo dugu, konposatu horretatik soilik baitatoz.

M (CO2) = 44,01 g · mol–1; M (H2O) = 18,02 g · mol–1 44,01 g CO2-tan 12,01 g C dagoenez, proportzio hau plantea dezakegu, 1,9981 g CO2-tan zer C masa dagoen jakiteko: 44, 01 g CO2 1, 9981 g CO2 = 8 mC = 0, 5453 g C mC 12, 01 g C Eta gauza bera hidrogenoarekin: 18,02 g H2O-an hau dago: 2 · 1,01 = 2,02 g H. Beraz, 18, 02 g H2O 0, 8181 g H2O = 8 mH = 0, 0917 g H mH 2, 02 g H 2. Lehen ere esan dugun bezala, karbono eta hidrogeno guztia jatorrizko konposatutik soilik dator, eta masaren gainerakoak, 1 g arte, oxigenoa izan behar du: mO = 1 – 0,5427 – 0,0917 = 0,3656 g O 3. C, H eta O substantzien kantitate hauek daude gramo bat konposatutan: nC =

0, 5453 g C 12, 01 g · mol

–1

= 0, 0454 mol C

EMAITZEN EZTABAIDA

Ikus dezakezunez, ehunekoen batura % 100 da. Hala izan ez balitz, erroreren bat egongo zen.

Oraingo honetan, masak 4 hamartarrekin eman zaizkigu. Koherentziaz jokatzeko, masa atomikoak 2 hamartarrekin soilik adierazi baditugu ere, tarteko emaitzak 4 hamartarrekin adierazi ditugu.

nH = nO =

0, 0917 g H 1, 01 g · mol–1 0, 3656 g O 16, 00 g · mol–1

= 0, 0908 mol H

= 0, 0229 mol O

4. Balio horietatik txikienaz zatitzen badugu, molekulan zer proportziotan dauden jakingo dugu: C8

0, 0454 .2 0, 0229

H8

0, 0908 .4 0, 0229

O8

0, 0229 .1 0, 0229

Eta horrekin formula enpirikoa adieraz dezakegu: C2H4O .

Ikus dezakegunez, datu gehiago izan gabe ezin da formula molekularra kalkulatu.

5. Konposizio ehundarra formula enpirikotik zein formula molekularretik abiatuta kalkula daiteke, nahikoa baita atomoak zer proportziotan dauden jakitea. Oraingo honetan, formula enpirikoa erabiliko dugu.

Lehenik eta behin formula-masa adieraziko dugu: m (C2H4O) = 2 · 12,01 + 4 · 1,01 + 1 · 16,00 = 44,06 u Eta, ondoren, masak ehunekotan: 44, 06 u C2H4O 100 = x 8 x = % 54, 52 C 2 · 12, 01 u C 44, 06 u C2H4O 100 = y 8 x = % 9, 17 H 4 · 1, 01 u H 44, 06 u C2H4O 100 = z 8 z = % 36, 31 O 16, 00 u O

Ohartu 1 g konposatutik hasieran zegoen masa baino masa handiagoa lortzen dela: 1,9981 + 0,8181 = 2,8162 g Itxura batean badirudi ez dela masaren kontserbazioaren legea betetzen, baina ez da hala. Pentsatu nondik datorren erreakzioko produktuetako masa gehigarria.

65

Landu ikasitakoa

Gogoratu unitate honetako materiala zure porfoliorako aukeratu behar duzula.

Daltonen teoria atomikoa 1 Hiru lagin kobre eta kloro aztertu, eta emaitza hauek lortu ditugu: Lagina

mCu/g

mCl/g

A

2,30

1,28

B

4,00

2,22

C

1,56

1,74

Aztertu ea Cu eta Cl proportzioa berdina den konposatu guztietan.

2 Hidrogenoa eta oxigenoa erreakzionarazi ditugu eta itxuraz desberdinak diren bi substantziaren 2,45 g eta 1,53 g lortu ditugu. Azterketa kimikotik ondorioztatzen denez, 2,18 g eta 1,44 g oxigeno dituzte, hurrenez hurren. Konposatu bera al dira?

3 Hiru lagin burdina sulfuro ditugu. Taulako lehen errenkadako datuak oinarri hartuta, osatu gainerakoak: Lagina

mFe/g

mS/g

A

6,00

3,43

B

2,21

C

mFeS/g

5,12

Lege ponderalak 4 Burdinazko iltze bat utzi dugu aire zabalean. Denbora igarotakoan, ikusi dugu herdoildu egin dela, eta pisatutakoan, ikusi dugu hasieran baino pisu handiagoa duela. Ez al du betetzen masaren kontserbazioaren legea?

5 Esperimentu bidez, ikusi dugu 10,85 g kromok 5,00 g oxigenorekin erreakzionatzean kromo (III) oxidoa lortzen dela. a) Zenbat oxigenok erreakzionatuko du 17,32 g kromorekin? Zenbat oxido lortuko da? b) Zenbat oxido lortzen da 2,00 g oxigeno eta 1,50 g kromo konbinatzen badira?

6 Esperimentu bidez, ikusi dugu 2,98 g litiok 2,00 g nitrogenorekin erreakzionatzean litio nitruroa lortzen dela. a) Zenbat litiok erreakzionatuko du 8,05 g nitrogenorekin? Zenbat nitruro lortuko da? b) Zenbat oxido lortzen da 3,07 g litio eta 1,85 g nitrogeno konbinatzen badira?

66

7 Esperimentu batean, 2,50 g zink 2,50 g oxigenorekin erreakzionarazi ditugu, eta 1,89 g oxigeno geratu zaizkigu sobera. Orain 1,80 g zink 0,32 g oxigenorekin erreakzionarazten baditugu, substantziarik geratuko al da sobera? Zer masa oxido eratuko da?

8 Oxigenoa kromoarekin konbinatzean, zenbait konposatu sortzen dira. Taulan adierazitako oxigeno-­ masaren proportzioa duten konposatu horietako lau ditugu: Lagina

Oxigeno-proportzioa

A

23,53 %

B

31,58 %

C

38,10 %

D

48,00 %

Egiaztatu proportzio anizkoitzen legea betetzen dela.

9 Laborategiko esperimentu batean, 1,54 sufre 2,70 g burdinarekin konbinatu dira, eta burdina sulfuro kantitate jakin bat eratu da, erreaktiborik sobera geratu gabe. a) 5 g S eta 6 g Fe konbinatzen badira, zenbat sulfuro eratuko da? b) Beste esperimentu batean, ikusi da 4,20 g S-k eta 3,68 g Fe-k erreakzionatzean sufrerik ez dela sobera geratu. Aurreko esperimentuko konposatu bera lortzen al da? Egiaztatu proportzio anizkoitzen legea betetzen dela.

Lege bolumetrikoak. Avogadroren hipotesia 10 Esperimentu bidez, ikusi dugu 1 L propanok 5 L oxigenorekin erreakzionatzean 3 L CO2 eta 4 L ur-­ lurrun lortzen direla (denak presio- eta tenperatura-­ baldintza beretan neurtuta). Adierazi propanoaren formula kimikoa.

11 Ontzi batean 2 kg metano ditugu, eta bolumen bikoitzeko beste batean, presio- eta tenperatura-­ baldintza-beretan, 7,98 kg oxigeno. Kalkulatu zer erlazio dagoen metano molekula baten eta oxigeno molekula baten artean.

12 V bolumeneko ontzi batean, 10 g nitrogeno dioxido ditugu, eta bolumena V/2 duen beste batean, 8,26 g dinitrogeno trioxido (biak presio- eta tenperaturabaldintza beretan neurtuta). Kalkulatu lehen konposatuaren molekula baten eta bigarren konposatuaren molekula baten masen arteko erlazioa.

U 1

13 Esperimentu batean, 0,5 L nitrogeno 2 L hidrogenorekin erreakzionarazi ditugu. Zer produktu geratuko dira erreakzioaren amaieran? Kalkulatu haien bolumena? Zenbat molekula amoniako lortu dira, elementuen bolumenak baldintza normaletan neurtuta badaude?

14 Esperimentu bidez, ikusi dugu 0,25 L N2-k 0,25 L O2rekin erreakzionatzean 0,5 L oxido nitriko lortzen direla (denak ere presio- eta tenperatura-baldintza beretan neurtuta). Kalkulatu oxidoaren formula molekularra.

15 Bi ontzitan, bolumen berak ditugu presio- eta tenperatura-baldintza beretan. Batean, 15,46 g metano daude, eta bestean, 56,04 g butano. Metanoaren masa molekularra 16 u dela jakinda, kalkulatu butanoarena.

16 Bi ontzi ditugu presio- eta tenperatura-baldintza beretan. Bat 2 L-koa da eta 3,929 g propano ditu. Besteak 6,473 g butano ditu. Jakinda propanoaren masa molekularra 44 u eta butanoarena 58 u direla, kalkulatu bigarren ontziaren bolumena.

Masa atomikoa, masa molekularra eta formula-masa 17 Kalkulatu zenbat atomo dauden kilo bateko urre-lingote batean. Lingoteak 35 441,96 euroko prezioa badu, kalkulatu 2 · 1017 atomo urreren masa eta prezioa. Hartu balio hau urrearen masa atomikorako: m (Au) = 196,97 u.

18 Zerk izango ditu molekula gehiago, 3 g fluorrek (F2) edo 2 g amoniakok (NH3)? Erabili masa atomikoaren balio hauek: m (H) = 1,01 u; m (N) = 14,01 u; m (F) = 19,00 u.

19 Kalkulatu zenbat molekula dituen 25 g metanok (CH4).

Erabili masa atomikoaren balio hauek: m (C) = 12,01 u; m (H) = 1,01 u.

20 Kalkulatu zenbat molekula dituen 30 g propanolek (C3H8O). Kalkulatu zenbat atomo C, H eta O izango dituen.

Datuak: m (H) = 1,01 u; m (O) = 16,00 u; m (C) = 12,01 u

Substantzia kantitatea 21 Zenbat molekula irentsi dituzu, 200 mL ur edan badituzu? Jo hau dela uraren dentsitatea, d (ura) = 1 g/cm3.

22 Arnastean minutuko 450 mL CO2 kanporatzen ditugu, batez beste. Kalkulatu, baldintza normaletan, zenbat CO2 isurtzen dugun eta zer masa duen.

23 Kalkulatu hidrogenoz betetako 3 L-ko puxika batean zenbat masa eta zer substantzia kantitate eta atomo kopuru dagoen, baldintza normaletan.

24 Fruktosa frutan dagoen azukre mota bat da, eta C6H12O6 formula du. Kalkulatu zer substantzia kantitate dagoen 2 g fruktosatan eta zenbat atomo hidrogeno duen.

25 Beheko taula honetan, hidrogeno sulfuroaren (H2S) lau kantitateri buruzko informazioa dago, denak ere baldintza normaletan neurtutakoak. Hartu balio hau sufrearen masa atomikorako: m (S) = 32,06 u.

V/L A

n (H2S)/mol

Molekula kopurua

m H 2 S /g

4

B

25

C D

mS/g

3 0,23

26 Adierazi zer substantzia kantitate dagoen 1,5 g-ko masako burdinazko iltze batean. Kalkulatu zenbat atomo dituen. Hartu balio hau burdinaren masa atomikorako: m (Fe) = 55,86 u.

27 Ontzi batean 25 g ur ditugu. Kalkulatu: a) Substantzia kantitatea. b) Molekula kopurua. c) Erantzun aurreko galdera berberei, baina kontuan izanda ura beharrean ur astuna, D2O, dagoela ontzian (D deuterioa da, hidrogenoaren isotopoa).

Datua: m (D) = 2,0141 u.

28 Gas ezezagun baten 87,55 g ditugu 27,66 L-ko edukierako ontzi batean, 0 ºC-an eta atmosfera bateko presioan. Esan hauetako zein gas den: O2, H2, Cl2, N2, CH4.

Datuak: m (H) = 1,01 u; m (O) = 16,00 u; m (Cl)=35,45 u; m (N) = 14,01 u; m (C) = 12,01 u.

29 Ontzi batean, gas baten 24,08 g ditugu. Gas horren molekulak, guztira, 9,033 · 1023 dira. Esan hauetako zein gas duen ontziak: a) O2, b) H2, c) Cl2, d) N2, e) CH4. Kalkulatu ontziaren bolumena baldintza estandarretan.

Datuak: m (H) = 1,01 u; m (O) = 16,00 u; m (Cl) = 35,45 u; m (N) = 14,01 u; m (C) = 12,01 u.

30 Ontzi batean 2 L oxigeno ditugu, baldintza normaletan neurtuta. Kalkulatu gasaren substantzia kantitatea eta masa. Ontziak oxigenoa izan beharrean ozonoa (O3) baldin badu, zer substantzia kantitate eta masa du. Bi gas horietako zeinek du dentsitate handiena?

67

Landu ikasitakoa 31 Ontzi batean 2 mol azido sulfuriko (H2SO4) daude.

Kalkulatu: a) Masa, gramotan. b) Bolumena, baldintza estandarretan. c) Ontzian dagoen S, O eta H substantzien kantitatea eta masa.

38 Azido azetilsalizilikoa aspirinaren osagai nagusia da.

Karbonoa (% 60), hidrogenoa (% 4,48) eta oxigenoa dituen konposatu organikoa da. Kalkulatu azido azetilsalizilikoaren formula enpirikoa, eta jakinda haren masa molekularra 180,17 u dela, adierazi formula molekularra.

Erabili balio hau sufrearen masa atomikorako: m (S) = 32,06 u.

39 Butanoak % 82,76 karbono du, eta gainerakoa hidrogenoa da. Kalkulatu butanoaren formula kimikoa, masa molarra 58,14 g/mol dela jakinda.

32 Oxigenoa dago 125 mL-ko ontzi batean, baldintza estandarretan. Kalkulatu zer masa oxigeno dagoen eta zenbat molekula dauden. Kalkulatu zenbat hidrogenok erreakzionatuko duen oxigeno kantitate horrekin eta zer masa ur eratuko den.

40 Glukosa C, O eta H dituen konposatu organikoa da.

0,2 g glukosa guztiz erretzen direnean 0,2931 g CO2 eta 0,1200 g ur-lurrun lortzen dira. Masa molekularra 180,18 u dela jakinda, adierazi glukosaren formula molekularra eta konposizio ehundarra.

Formula kimikoak. Konposizioa 33 Metal jakin bat erauztea errentagarria izan dadin, beharrezkoa da aurretik metal hori duen mineralaren konposizio ehundarra kalkulatzea. Kobrea duten hiru mineral ditugu: kalkopirita (CuFeS2), kalkozita (Cu2S) eta kuprita (Cu2O2). Kobrea erauzi nahi bada, hiruretako zeinetatik ateratzea izango da errentagarriena?

Eta sufrea lortu nahi bada?

Datuak: m (Cu) = 63,55 u; m (Fe) = 55,85 u; m (S) = 32,06 u; m (O) = 16,00 u.

34 Kromita (FeCr2O4), zinkokromita (ZnCr2O4) eta zafiroa (Al2O3CrTi) mineral interesgarriak dira gizakiarentzat.

Ordenatu kromo-masaren ehunekoaren arabera, txikienetik handienera.

Datuak: m (Fe) = 55,85 u; m (Cr) = 52,00 u; m (O) = 16,00 u; m (Zn) = 65,38 u; m (Al) = 26,98 u; m (Ti) = 47,87 u.

35 Hona hemen altzairu mota baten konposizio ehundarra: % 98 burdina eta % 2 karbonoa. Kalkulatu zenbat atomo burdina dauden karbono atomo bakoitzeko. Hartu balio hau burdinaren masa atomikorako:­ m­(Fe) = 55,85 u.

36 Brontzearen konposizio ehundarra % 88 kobre eta % 12 eztainu da. Kalkulatu zer proportziotan dauden atomo horiek.

Datuak: m (Cu) = 63,55 u; m (Sn) = 118,71 u.

37 Hidrokarburo batek % 80,0 karbono du, eta gainerakoa hidrogenoa da. Kalkulatu haren formula enpirikoa. Hidrokarburo horren masa molarra 30,08 g/mol bada, adierazi formula molekularra.

68

41 Bentzenoa karbonoa eta hidrogenoa soilik dituen konposatu organikoa da. 2,5 g bentzeno erretzean 8,4499 g CO2 eta 1,7299 g H lortzen dira. Badakigu gramo bat bentzenok, baldintza estandarretan, 0,291 L-ko bolumena okupatzen duela. Kalkulatu bentzenoaren formula molekularra.

42 Kloroformoak konposizio ehundar hau du: C: % 10,06, H: % 0,85, Cl: gainerakoa. Jakinda, baldintza normaletan, kloroformoaren dentsitatea 5,33 g/L dela, kalkulatu formula molekularra. Erabili balio hau kloroaren masa atomikorako: m (Cl) = 35,45 u.

43 Nitrogeno oxido baten nitrogenoaren masa-ehunekoa % 30,43 da. Kalkulatu oxido horren formula enpirikoa.

Analisi kimikoari aplikatutako espektrometria eta espektroskopia 44 Masa-espektrometria bidez, xenon-lagin baten ugaritasun isotopikoa aztertu, eta datu hauek lortu ditugu: Isotopoa

Ugaritasun erlatiboa (%)

126

0,09

128

1,91

129

26,4

130

4,1

131

21,29

132

26,9

134

10,4

136

8,9

Xe Xe Xe Xe Xe Xe Xe Xe

Datu horiekin, kalkulatu batez besteko masa atomikoa. Ondoren, Irudikatu lortuko litzatekeen masa-­ espektroa.

U 1

45 Irudi honek elementu baten masa-espektroa erakusten du. Kalkulatu batez besteko masa atomikoa.

Esan al dezakezu zer elementu den?

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 6,73 %

0,1 39

40

41

46 Masa-espektrometria bidez, burdin lagin baten ugaritasun isotopikoa aztertu da eta emaitza hauek lortu ditugu: Isotopoa

Isotopoak eguneroko bizitzan Desintegratzean erradioaktibitatea igortzen duten isotopo ezegonkor guztiek ez diote kaltea eragiten gizakiari. Haietako batzuek aplikazio garrantzitsuak dituzte eguneroko bizitzan, eta badira gaixotasunak diagnostikatzeko eta sendatzeko erabiltzen direnak ere. Teknezio 99-a da horietako bat. Fotoien igorpenezko ordenagailu bidezko tomografia deritzon teknikan erabiltzen da. Teknika horren bidez, hezurren eta ehun bigunen hiru dimentsioko irudiak sortzen dira.

93, 26 %

0,0

Zientzia, teknologia eta gizartea

Ugaritasun erlatiboa (%)

54

5,845

56

91,720

57

2,119

58

0,282

Fe Fe Fe Fe

Datu horiekin, kalkulatu batez besteko masa atomikoa. Hori egin eta gero, irudikatu lortuko litzatekeen masa-­espektroa.

Teknezioak oso irudi garbiak lortzeko aukera ematen du, eta horietan oinarrituta zenbait gaixotasun hautematekoa: tumoreak, tiroidearen desorekak, giltzurrun-­ arazoak, zirkulazio-sistemako arazoak eta abar. Horrez gain badu beste abantaila bat: oso erradiazio gutxi igortzen du, eta, beraz, pazienteak ez du erradiazio-­ dosi handien eraginpean egon behar.

Hori dela eta, mundu osoko ospitaleetan erabiltzen dute. Molibdeno 99 isotopotik ateratzen da, zentral nuklearretan gertatzen diren erreakzioetan sortzen den isotopo ezegonkor batetik.

Azken urteetan zentral nuklear asko itxi dira hainbat herrialdetan, eta horrek teknezio 99-a urria izatea eragin du. Horrek arriskuan jarri du teknika diagnostiko hori, eta, horregatik, zientzialariak beste estrategia batzuk ari dira bilatzen, fisikan eta kimikan izan diren aurrerapenak baliatuz, hain erabilgarria den isotopo horren eskaria asetzeko behar adina kantitate lortzeko.

Ikusten duzunez, erradioaktibitate oro ez da kaltegarria: ongi erabiliz gero, hainbat eta hainbat bizitza salba ditzake.

47 Beheko irudian metanoaren espektro infragorria dago adierazita. Eztabaidatu zer eginkizun duen gas horrek berotegi-­efektuan.

1, 0 0, 9 0, 8 0, 7 0, 6 0, 5 0, 4 0, 3 0, 2 0, 1 0, 0

0

500

1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3500 4000 y/cm–1 69

2 Materiaren agregazio-egoerak URAREN BALIOA Inoiz galdetu al diozu zeure buruari zergatik dituzten prezio desberdinak botila urek? Edo zergatik ez den gomendagarria hiri edo herrialde batzuetan iturriko ura edatea? Ura gure planetako substantziarik baliotsuena eta ugariena da, baina gizaki guztiok ezin dugu uraz berdin gozatu.

Ura osatzen duten atomoen arteko lotura kobalentearen eta ur molekulen arteko hidrogeno-zubien ondorioz, urak oso propietate bereziak ditu, bizirako ezinbesteko bihurtzen duten propietateak: ia edozein substantzia disolbatzeko gai denez, erreakzio-bide eta garraiobide bikaina da ura. Adibidez, izaki bizidunengan gertatzen diren erreakzio kimiko guztiak ur-ingurunean gertatzen dira; mantenugaiek eta sendagaiek disolbatuta egon behar dute xurgatuak izateko; etab.

Urak, ordea, substantzia kaltegarriak edo kutsatzaileak ere disolbatzen ditu; industriako hondakinak edo bakterio eta birus infekziosoak, esate baterako. Eta hori oso arazo larria da herrialde azpigaratuetan, bertako biztanleek kutsatutako edo infektatutako ura hartzen baitute egunero.

Eta hori oso arriskutsua da.

70

GJH KONPROMISOA

1 Osatu taldeak eta bildu idatzi batean zer urrats egin behar diren, garapen jasangarrirako helburuen 3.3 xedea lortzeko.

2

Ur-araztegi batean lan egiteko, uraren azterketarekin eta kalitatearekin loturiko lanbide-heziketako ikasketa asko daude, unibertsitate-graduak (Kimika eta Ingeniaritza Kimikoa, adibidez), bai eta industria horretako makineria espezifikoa erabiltzen ikasteko ikastaroak ere. Garapen-bidean dauden herrialdeetan ere zenbait proiektu gauzatzen dira, eta haietan laguntzeko aukera egoten da, oinarrizko azpiegiturak sortzen.

Bilatu 9.1 eta 9.a xedeei buruzko informazioa, eta pentsatu nola lortu daitezkeen proiektu horien bidez.

Zer aurkituko duzu?

Unitate honetan • Uraren balioa

1. Materiaren agregazio-egoerak 2. Gas idealen egoera-ekuazioa 3. Teoria zinetiko-molekularra.

Gas idealak eta gas errealak 4. Disoluzioak 5. Kontzentrazioa eta disolbagarritasuna 6. Disoluzioak prestatzea 7. Propietate koligatiboak • IKT. Kalkulu-orrietan sakontzea • Problemak ebazteko estrategiak

anayaharitza.es webgunean Motibatzeko: • Bideoa:

«Hasi aurretik».

• Dokumentua:

«Edateko uren araztegi batean lan egin nahi duzu?».

Lehendik dakizuna detektatzeko: • Aurkezpena:

«Zer jakin behar duzun».

Ikasteko: • Simulazioa:

«Gasen difusioa».

• Bideoak:

«Gasen legeak», «Disoluzioak eta disolbagarritasuna».

• Dokumentua:

«Txosten zientifikoa».

• Aurkezpena:

KIMIKAREN DETEKTIBEAK Unitate honetako edukiak eta jarduerak baliagarriak izan dakizkizuke «Kimikaren detektibeak» proiekturako. Proiektu hori liburuaren hasierako orrialdeetako eranskinean planteatzen da.

«Ikasteko».

Zeure burua ebaluatzeko: • Amaierako autoebaluazioa.

• Ariketen soluzioa.

Eta, horrez gain, proiektuko gakoak aplikatzeko beharrezkoa den dokumentazio guztia.

71

1

Materiaren agregazio-egoerak 1.1. Agregazio-egoerak Materiaren agregazio-egoerak materia osatzen duten partikulen bi portaeraren —nolabait kontrakoak diren bi portaeraren— ondorioz sortzen dira:

gehiegi bereizi (beheko erdiko irudia). Horren guztiaren ondorioz, likidoek propietate hauek dituzte:

• Partikulen artean sortzen diren molekularteko indarrak

– Grabitatearen eraginez, barne hartzen dituen ontziaren forma hartzen dute, eta, beraz, ez dute berezko formarik.

erakarpen-indarrak dira, eta, horregatik, partikulek elkarrengandik oso gertu egoteko joera izango dute.

• Bestalde, agitazio termikoak partikulak elkarrengan-

dik ahalik eta gehien urruntzea eragingo du.

Presio- eta tenperatura-baldintzen arabera, substantzia batean bi portaera horietatik bat nagusituko da, eta hala sortzen dira agregazio-egoerak. Hiru dira: • Egoera solidoa: partikulak elkarri sendo lotuta daude, eta

egitura zurruna osatzen dute (beheko ezkerreko irudia).

Horrenbestez, kanpoko indar moderatuen aurrean for­ mari eta bolumenari eusten diete (konprimagarritasun txikia dutela esaten da).

• Egoera likidoa: agitazio termikoaren eraginez, partiku-

len arteko loturak ez dira hain sendoak. Partikulen arteko distantzia handitzen denean, molekularteko indarrak oso azkar txikitzen dira, eta, beraz, partikulek higitzeko nolabaiteko askatasuna izaten dute. Horrela, partikulak biratu eta elkarrekiko higi daitezke, nahiz eta ezin diren

– Jariakorrak dira, partikulek nahiko higikortasun handia dute-eta.

– Partikulak elkarrengandik oso gertu daudenez, likidoek ere oso konprimagarritasun txikia dute (oso zaila da likidoen bolumena txikitzea).

• Gas-egoera: partikulak elkarrengandik oso aparte dau-

de, eta, beraz, ez diote elkarri eragiten; aldizka talka batzuk izaten dituzte elkarren aurka, hori baino ez (beheko eskuineko irudia). Gasen propietate nagusiak hauek dira: – Likidoak bezala, jariakorrak dira, eta ez dute berezko formarik. Horregatik, ontziaren forma hartzen dute.

– Higikortasun handia dutenez, partikulek elkarrengandik urrun egoteko joera dute, eta, horregatik, gasek ahalik eta espazio handiena hartzen dute. Horrenbestez, ez dute bolumen mugatua izaten, ontziarena baizik.

– Molekularteko distantziak oso handiak izaten direnez, gasak oso erraz konprima daitezke.

Materiaren agregazio-egoerak Egoera likidoa

Gas-egoera

Egoera solidoa

Solidoetan, partikulek posizio finkoak izaten dituzte espazioan, eta bibratu egiten dute haien inguruan, agitazio termikoa dela-eta. Askotan, ordenatu egiten dira, eta sare kristalino bat osatzen dute.

72

Likidoetan, partikulak elkarrengandik oso gertu daude, baina solidoetan baino gutxiago. Horregatik, askatasun handiagoz higi daitezke, eta jariakorrak direla esaten da.

Gasetan, partikulen arteko erakarpen-­ indarra oso ahula da, molekularteko indarrak irismen txikikoak direlako.

Horregatik, bolumen osoan hedatzen dira.

U2

1.2. Fase-aldaketak Presio- eta tenperatura-baldintza jakin batzuetan, substantziak agregazio-egoera batetik beste batera pasatzen dira, eta egoera-aldaketa edo fase-aldaketa esaten zaio prozesu horri (beheko ezkerreko irudia). Bi alderdi garrantzitsu aipatu behar dira: • Egoera-aldaketa bakoitza eta haren kontrakoa ten-

peratura berean gertatzen dira. Esate baterako, presioa 1 atm-ekoa denean, izotzaren fusioa eta ur likidoaren solidotzea 0 °C-an gertatzen dira, eta uraren irakitea eta kondentsazioa, halaber, 100 °C-an gertatzen dira.

• Egoera-aldaketetan, bi fase desberdin batera daude-

nean, tenperaturak konstante eusten dio.

Beheko eskuineko irudian, uraren beroketaren grafikoa dago adierazita. Hasiera batean, izotz-masa bat dugu, eta energia eman diogu. Horren eraginez, izotzaren tenperatura igo egin da, 0 ºC-ra iritsi arte. Orduan, izotzaren fusioa hasiko da. Fase-aldaketak iraun bitartean, T-ren balioa konstantea izango da («izotza + ura» adierazita duen lerro horizontala).

konstantea izango da orduan ere, ur guztia gas-egoerara pasatu arte («ura + lurruna» adierazita duen lerro horizontala).

Lerro gorriari kontrako noranzkoan begiratzen badiogu (eskuinetik ezkerrera), alderantzizko fase-aldaketak ikusiko ditugu (kondentsazioa eta solidotzea), eta garbi ikusten denez, beste prozesuen tenperatura berberetan gertatzen dira: 100 ºC-an eta 0 ºC-an, hurrenez hurren.

Azkenik, azpimarratu egin behar dugu izotz kantitate jakin bat urtzeko eman behar den energia kantitatea ur likidoaren masa bera izozteko kendu behar den energia kantitate bera dela, balio absolututan. Fusio-bero esaten zaio, Lf .

Halaber, ur likidoa lurruntzeko behar den energia kantitatea gas kantitate bera kondentsatzeko kendu behar den energia kantitate bera da, balio absolututan. Lurrunketa-­ bero esaten zaio, Ll .

Ur guztia egoera likidoan dagoenean, energia ematen jarraituz gero, tenperaturak gora egingo du, 100 ºC-ra iritsi arte. Orduan, ura lurruntzen hasiko da, eta T-ren balioa

Ez ditugu irakitea eta lurrunketa nahasi behar. Prozesu batean zein bestean, likidoa gas-egoerara pasatzen da.

Hala ere, lehenengo prozesua tenperatura finko batean gertatzen da, eta substantziaren bolumen osoari aldi berean eragiten dio. Bigarren prozesua, aldiz, azaleko fenomeno bat da, eta edozein tenperaturatan gerta daiteke.

Fase-aldaketak

Uraren beroketaren grafikoa T/ °C

SUBLIMAZIOA

125

lurruna ura+lurruna

100 FUSIOA

LURRUNKETA

75 ura

50

SOLIDOA

LIKIDOA

LURRUNA

25 0

izotza+ura izotza

SOLIDOTZEA

KONDENTSAZIOA

ALDERANTZIZKO SUBLIMAZIOA

–25

Q /J

Grafikoan tenperatura konstanteko bi zati horizontal daude: bat fusioari dagokiona, eta bestea, irakiteari dagokiona. Bi zati horietan, energia ez da tenperatura aldatzeko erabiltzen, partikulei lotuta eusten dieten elkarrekintzak ahultzeko baizik. Prozesua amaitzen denean, tenperaturak gora egiten du berriz ere.

73

2

Gas idealen egoera-ekuazioa Materiaren hiru agregazio-egoeretatik, aztertzeko errazena gas-egoera da. Izan ere, xvii. mendean, jada, hainbat zientzialarik gasen portaera aztertu zuten, eta lege enpiriko asko aurkitu zituzten, itxuraz elkarren artean zerikusirik ez zutenak. Geroago, xix. mendean, gas idealen egoera-­ ekuazioa lortu zuten, eta hari esker, aurreko guztiak adierazpen matematiko bakar batean bildu ahal izan ziren.

Gasen legeak egoera-ekuazio horretan oinarrituta nola lortu ditzakegun ikusiko dugu.

Orduan, hau beteko da: p ·V =n·R ·T /k Beste proportzionaltasun-konstante bat definituko dugu: k. Hala, Boyleren legea lortuko dugu: Gas batean, tenperaturak eta substantzia kantitateak konstante irauten badute, bolumena presioarekiko alderantziz proportzionala izango da:

2.1. Egoera-ekuazioa Egoera-ekuazio esaten zaio presioa, p, tenperatura, T, bolumena, V, eta substantzia kantitatea, n, aldagai termodinamikoak lotzen dituen edozein adierazpen matematikori.

Gas idealetarako, hauxe da ekuazioa:

p ·V =k 5 p =

k 8 p1 · V1 = p2 · V2 V

1 eta 2 azpi-indizeek gasaren bi egoera adierazten dituzte, eta p · V biderkadura konstantea da bi egoeretan. k ~ n · R · T denez, biderkadura horren balioak gora egingo du tenperaturak gora egin ahala (beheko ezkerreko irudia).

• Avogadroren legea. Orain, demagun presioak eta ten-

peraturak konstante irauten dutela. Orduan:

p ·V =n·R ·T R gasen konstantea izenekoa da. SI sisteman, R-ren balioa 8,314 J · mol–1 · K–1 da. Presioa atmosferatan neurtzen bada, eta bolumena, berriz, litrotan, honako balio hau du: 0,082 atm · L · mol–1 · K–1. Tenperatura kelvinetan neurtzen da beti, eta substantzia kantitatea, berriz, moletan.

2.2. Gas idealen legeak ondorioztatzea Egoera-ekuaziotik abiatuta, gas idealen lege guztiak matematikoki ondoriozta daitezke.

V R ·T n = p / k' k' beste konstante bat da. Hala, Avogadroren legea ondorioztatuko dugu (beheko eskuineko irudia): Gas baten tenperaturak eta presioak konstante irauten badute, bolumena substantzia kantitatearekiko zuzenki proportzionala izango da: V1 V2 V = = = k ' 5 V k ' · n 8 n2 n n1

• Boyleren legea. Demagun substantzia kantitateak eta

1 eta 2 azpi-indizeek gasaren bi egoera adierazten dituzte.

tenperaturak konstante irauten dutela.

Gas idealen legeak (I) p/kPa

V/ m3

5

1,5 1

1

0,5 1

2

3

4

5

6

7

8

V/m3

Boyleren legea: p-V kurba hiperbola baten adar bat da, eta haren posizioa k konstantearen araberakoa da.

74

Gasa T3 tenperaturan

2

100 K

2

0

T2T<2 > T3T3 T1T<1 >

2,5

300 K 3

Gasa T2 tenperaturan

3

500 K

4

Gasa T1 tenperaturan

0

1

2

3

4

5

6

7

n/mol

Avogadroren legea: kasu honetan, malda k' duen lerro zuzen bat lortuko dugu.

U2

• Charles eta Gay-Lussacen lehenengo legea. Presioak eta

substantzia kantitateak konstante irauten badute, orduan: V n·R = p / k'' T k'' beste konstante bat da. Horrenbestez: Gas batean, presioak eta substantzia kantitateak konstante irauten badute, bolumena tenperaturarekiko zuzenki proportzionala izango da:

Ebatzitako ariketa

1 Demagun 1 L-eko ontzi batean, gas bat 1 atm-eko presioan dagoela. Ontzi hori 2 L-ko beste ontzi batekin konektatuta dago, eta hutsa egin dugu bigarren ontzian. Zer presio izango du gasak balbula irekitzean, tenperatura aldatzen ez bada? Eta amaierako tenperatura hasierakoaren erdia izango balitz?

Ebazpena

V1 V2 V = k'' 5 V = k'' · T 8 = T1 T T2

Tenperatura aldatzen ez bada, Boyleren legea erabil dezakegu:

V bolumena T tenperaturarekiko adieraztean, lerro zuzen bat lortzen da (beheko ezkerreko irudia). Malda aldatu egin daiteke, baina zuzen guztietan, T = 0 K denean, bolumena nulua da. Praktikan, puntu hori ez da inoiz lortzen.

p1 · V1 = p2 · V2 Gasak amaieran 3 L-ko bolumena izango duenez: p2 =

• Charles eta Gay-Lussacen bigarren legea:

p1 · V1 1 atm · 1 L = = 0, 333 atm V2 3L

Bigarren kasuan, amaierako tenperatura hasierakoaren erdia da. Hiru magnitude aldi berean aldatuko direnez, lege konbinatua erabili beharko dugu:

Gas batean, bolumenak eta substantzia kantitateak konstante irauten badute, presioa tenperaturarekiko zuzenki proportzionala izango da:

p1 · V1 p2 · V2 = T1 T2

p2 p1 = T1 T2

p2 = p1 ·

• Gasen lege konbinatua. Substantziaren masa soilik

V1 T2 1L = 1· · · 0, 5 = 0, 167 atm V2 T1 3L

Boyleren legeak aplikazio asko ditu eguneroko bizitzan; esate baterako, autoetako airbagak, eta biriken funtzionamendua, zenbait altueratan edo sakoneratan arnasa hartu behar dugunean. Bilatu adibide horiei eta beste batzuei buruzko informazioa, eta azaldu zer garrantzi duen aipatutako legeak kasu horietan. Taldeka jarrita, egin eskema grafiko bat, funtzio horiek adierazteko. anayaharitza.es webgunean gasen legeei buruzko zenbait bideo ikus ditzakezue.

konstantea izanik, hau lortuko dugu: p ·V =n·R /K T K konstantea bolumenarekiko eta presioarekiko zuzenki proportzionala da, eta tenperaturarekiko alderantziz proportzionala (beheko eskuineko irudia). Beraz: p1 · V1 p2 · V2 p ·V =K 5 = T T1 T2

Gas idealen legeak (II) V/m3 50

Gasa p1 presioan Gasa p2 presioan Gasa p3 presioan

p1 < p2 < p3

p/atm 50

40

40

30

30

20

20

10

10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 T /K

Charles-Gay Lussacen 1. legea: V-T zuzenek presioaren araberako malda dute; V = 0, T = 0 K puntuan ebakitzen dute elkar.

Bolumena: V1 Bolumena: V2 Bolumena: V3

V1 < V2 < V3

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

T/K

Charles-Gay Lussacen 2. legea: adierazpenak V-ren mende dauden lerro zuzenak dira, eta koordenatu-jatorritik pasatzen dira.

75

Gas idealen egoera-ekuazioa

2

2.3. Daltonen legea, presio partzialei buruzkoa Orain arte ikusi ditugun lege guztiak gas bakarra dagoenean eta zenbait gas batera daudenean aplika daitezke, erreakzionatzen ari ez badira, behintzat. Horregatik erabil ditzakegu, hain zuzen ere, ebatzitako 2. ariketan, airearekin, nahiz eta nahaste homogeneo bat izan.

Bada, ordea, arazo bat: zer presio erabili behar dugun nahaste batez ari garenean, gas bakoitzak berea izango baitu. 1801. urtean, Daltonek lege bat enuntziatu zuen, arazo hori konpontzen zuena. Hona hemen: Gas ez-erreaktiboen nahaste batean, nahasteak egiten duen guztizko presioa gasek isolatuta egonik eta ontziaren bolumen guztia hartuta egingo lituzketen presio partzialen arteko batura da.

Ebatzitako ariketak

2 Urpekari baten botilan 10 L aire daude, 5 atm-ko presioan eta 10 ºC-ko tenperaturan. Botilako hormek 15 atm-ko presioa jasan dezakete lehertu gabe. Zer tenperaturatara berotu daiteke airea gehienez?

Ebazpena Airea elkarren artean erreakzionatzen ez duten gasen nahaste bat da. Horregatik, gas idealen legeak erabil ditzakegu. Prozesu horretan bolumena aldatzen ez denez, Charles eta Gay-Lussacen bigarren legea erabiliko dugu: p/T = kte., T kelvinetan emanik. p1 p2 p2 15 = = 849 K 8 T2 = T1 · p = (10 + 273) · T1 T2 5 1 Hau da: 849 – 273 = 576 ºC.

Lege hori hobeto ulertzeko, demagun bi gasen bi kantitate ditugula (n1 eta n2), V bolumeneko ontzi batean, T tenperaturan. Gas bakoitza isolatuta egongo balitz, bi gasen presio partzialak hauek izango lirateke: p1 =

n1 · R · T ; V

p2 =

n2 · R · T V

Beraz, Daltonen legeak adierazi bezala, guztizko presioa bi presio horien arteko batura izango da: p = p1 + p2 =

n1 · R · T n2 · R · T + V V

Nahasteak bi osagai baino gehiago izango balitu, presio partzialak berdin definituko lirateke, eta guztizko presioa, berriz, presio partzial guztien arteko batura izango litzateke.

Presio partziala eta frakzio molarra

Gas-nahaste bateko gas baten frakzio molarra zatidura hau da: ni Xi = n ni i gasaren substantzia kantitatea da, eta n, nahaste osoaren substantzia kantitatea: n = n1 + n2 + …

Gas bakoitzaren presio partziala frakzio molarrarekin lotuta dago, honela: pi =

ni · R · T ni R ·T = ni · ·p= n ·p p ·V V pi = Xi · p

76

3 Butano-bonbona batek 13 L-ko bolumena du, 8 atm-ko presioan eta 25 ºC-ko tenperaturan. Zenbat butano egongo litzateke bonbonan, butanoa gas-egoeran egongo balitz?

Ebazpena Bonbonaren barruko butanoa gas-egoeran dagoela jota, substantzia kantitatea gas idealen egoera-­ ekuazioaren bidez kalkula dezakegu: p ·V p ·V =n·R ·T 8 n = R ·T 8 atm · 13 L = 4, 26 mol n= 0, 082 atm · L · mol–1 · K–1 · (25 + 273) · K Butanoaren masa molarra 58,12 g·mol–1 denez, bonbonak kantitate hau izango du: m = n · M = 4,26 · 58,12 = 247,6 g Horregatik, bonbonetan butanoa egoera likidoan egoten da, hala askoz ere masa handiagoa sartzen delako; 12,5 kg, gutxi gorabehera.

4 Gas idealen ekuaziotik abiatuta, ondorioztatu adierazpen hau, kontuan izanda dentsitatea kalkulatzeko balio duela, presioaren eta tenperaturaren balioak zein diren jakinik: d=

p·M R ·T

M gasaren masa molarra da.

Ebazpena Gas idealen egoera-ekuaziotik abiatuko gara: p ·V p ·V =n·R ·T 8 n = R ·T Hau jakinik: m m n= ; d= M V Ekuazioak honela lotuko ditugu: p ·V M p·M m M =n· = = d= · R ·T V R ·T V V

U2

Ebatzitako ariketak

Ariketak

5 Badakigu 3 L-ko ontzi batean nitrogenoa 3 ºC-an dagoela. Presioa manometro baten bidez neurtu dugu: 800 mmHg. Zer masa du ontziko nitrogenoak? Kalkulatu zer bolumen hartuko lukeen gasak baldintza normaletan.

Ebazpena Presioa atmosferatan adieraziko dugu: p = 800 mmHg = 800 mmHg ·

1 atm = 1, 05 atm 760 mmHg

Nitrogenoaren substantzia kantitatea kalkulatuko dugu: n=

p ·V 1, 05 atm · 3 L = = R ·T 0, 082 atm · L · mol–1 · K–1 · (3 + 273) K = 0, 14 mol

Masa molarra 28,02 g · mol–1 dela jakinda: m = n · M = 0,14 · 28,02 = 3,92 g Baldintza normaletan (p = 1 atm eta T = 273 K), bolumena hauxe izango litzateke: p1 · V1 p2 · V2 p1 T2 = 8 V2 = V1 · p · T2 T1 T1 2 1, 05 atm 273 K = 3, 12 L V2 = 3 L · · 1 atm 276 K

6 Hamar litroko ontzi bat 40 ºC-an dago. 20 g He eta 45 g H2 daude ontzian. Kalkulatu guztizko presioa, eta gasen presio partzialak eta frakzio molarrak.

Ebazpena Lehendabizi, gas bakoitzaren substantzia kantitatea kalkulatuko dugu, eta, gero, guztizkoa: nH =

45 g 2, 02 g · mol–1

nHe =

= 22, 28 mol H2

20 g 4, 00 g · mol–1

= 5 mol He

n = 22,28 + 5 = 27,28 mol Eta horren ondoren, frakzio molarrak kalkulatuko di­ tugu: 22, 28 = 0, 8167 = % 81, 67 XH2 = 27, 28 5 = 0, 1833 = % 18, 33 XHe = 27, 28

anayaharitza.es webgunean ariketa guztien soluzioak dituzu.

1 Ondorioztatu Boyleren legea eta Gay Lussacen bi legeak, gasen lege konbinatutik abiatuta.

2 Egiaztatu p · V eta n · R · T biderkadurek dimentsio berberak dituztela.

3 Gas baten dentsitatea 1,09 g/L da baldintza normaletan. Tenperatura 23 ºC-koa bada eta presioak konstante irauten badu, zer dentsitate izango du orain?

4 Ebatzitako 2. ariketako botilako hormak dilatatu ahal izango balira, bolumena hasierakoa baino % 10 handiagoa izateko moduan, zer tenperatura hartuko luke gasak, botila lehertu gabe?

5 Kalkulatu zer masa amoniako egongo litzatekeen 3 L-ko ontzi batean, 22 ºC-an eta 713 mmHg-ko presioan. Eta CO-a izango balitz?

6 Hau da airearen bolumen-konposizioa: N2-a, % 78,08; O2-a, % 20,95; Ar-a, % 0,93; CO2-a, % 0,04.

Kalkulatu gasen frakzio molarrak eta presio partzialak. Halaber, kalkulatu guztizko zer presio egingo duten 150 mol airek 5 m3-ko ontzi batean, 60 ºC-an.

7

Orri birakaria. Ikusi duzunez, atmosferako CO2-aren ehunekoa oso txikia da. Hain zuzen ere, 400 ppm adierazi ohi da; hots, airean 400 CO2 molekula daude milioi partikulako. Kutsadura atmosferikoari buruzko berriak bilatzen badituzu, aurkituko duzu zein den egun CO2-aren isurpenen baimendutako gehieneko kantitatea, eta zein zen Industria Iraultzaren aurretik zegoen kontzentrazioa. Zure ustez, zergatik dago alde hori? Taldeka jarrita, azaldu infografia batean zer neurri hartu daitezkeen banaka nahiz gizartean, CO2-aren gehieneko isurpenak ez gainditzeko. Erabili garapen Jasangarrirako helburuen 13.3 xedean jasotako datuak.

Guztizko presioa nahastearen substantzia kantitatearen bidez lortuko dugu: 27, 28 · 0, 082 · 313 n·R ·T = = 70, 02 atm V 10 Beraz, hauek izango dira presio partzialak: p=

pH2 = 0, 8167 · 70, 02 = 57, 18 atm pHe = 0, 8133 · 70, 02 = 12, 84 atm

77

3

Teoria zinetiko-molekularra. Gas idealak eta gas errealak Besteak beste, Maxwellek eta Boltzmannek garatutako teoria zinetiko-molekularrari (TZM) esker, gasen legeak ulertu eta gas idealen egoera-ekuazioa ondorioztatu ahal izan ziren. Jarraian aztertuko dugu zer hipotesitan oinarrituta dagoen teoria hori, eta zer muga dituen. Muga horiek zuzendu egin ziren gerora, zientziaren garapenean beste batzuetan gertatu den bezala.

3.1. TZMaren hipotesiak Hauek dira teoria zinetiko-molekularraren hiru hipotesi nagusiak: • 1.a: Gasak partikula txiki-txikiz osatuta daude (atomoz,

molekulaz edo ioiz), eta partikula horiek norabide guztietan etengabe higitzen dira, lerro zuzenean eta ausaz.

• 2.a: Partikulen arteko distantzia oso handia da haien

tamainarekin alderatuta, eta, horregatik, partikulek ez diote elkarri indarrik egiten. Hots, partikula askeak direla esaten da. Hau teoriaren hurbilketa sendoenetako bat da.

• 3.a: Higitzen ari direnean, gasaren partikulek ontziaren

hormak jotzen dituzte. Elkar ere jotzen dute, noizean behin. Talka horiek erabat elastikoak dira; hau da, energia zinetikoa eta higidura kantitatea kontserbatu egiten dira.

3.2. TZMaren hipotesien erabilgarritasuna Postulatu hauek oso garrantzitsuak dira, gas idealen partikulen propietate mikroskopikoetatik abiatuta gas horien magnitude fisiko makroskopiko nagusiak azaltzeko eta kalkulatzeko balio dutelako: • Partikulen bolumena baztergarria da partikulak barne

hartzen dituen ontziaren bolumenaren aldean. Horrenbestez, partikulak libre dagoen espazio guztian aske higitzen direla jo daiteke. Horregatik, gasen bolumena ahalik eta handiena izaten da beti.

• Gas baten barruko presioa partikulek ontziaren hormak

jotzean sorturiko talken mende dago. Partikulek zenbat eta talka gehiago egin eta hormen kontra zenbat eta indar handiagoa egin, orduan eta handiagoa izango da presioa.

• Partikula guztiek, higitzen egoteagatik, energia zineti-

ko bat dute, zero ez dena. Ausazko higidura dutenez, partikula bakoitzak energia zinetiko jakin bat izango du.

Energia horren batez besteko balioa gasaren tenperaturarekiko proportzionala da.

Gainera, eredu honek aukera ematen zuen ordura arte ezagutzen ziren legeak azaltzeko: • Boyleren legea. Ontziaren bolumena txikitzen bada,

partikulek distantzia txikiagoa egingo dute ontziaren hormak jo aurretik. Horrela, talkak sarriago gertatuko dira, eta, horrenbestez, presioak gora egingo du.

Teoria zinetiko-molekularra 2

4 p (mmHg)

1

p (mmHg)

3 p (mmHg)

p (mmHg)

0K

1. irudian ikusten denez, tenperatura T = 0 K-ekoa izanez gero (zero absolutua), gasa osatzen duten partikulak erabat geldirik egongo lirateke, eta haien energia zinetikoa nulua izango litzateke. Tenperaturak gora egin ahala, partikulen abiadurak ere gora egingo du,

78

eta partikulak ausaz banatuko dira (2., 3. eta 4. irudiak); beraz, tenperatura zenbat eta handiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da batez besteko energia zinetikoa. anayaharitza.es webgunean gasen difusioari buruzko simulazio bat kontsultatu dezakezu.

U2

• Charles eta Gay-Lussacen lehenengo legea: ikusi dugu-

nez, presioa bolumenarekiko alderantziz proportzionala da, eta tenperaturarekiko zuzenki proportzionala. Horrenbestez, tenperatura behar bezala igotzen badugu (p-k ere gora egingo du), bai eta bolumena ere (p-k behera egingo du), presioak konstante irautea lortu daiteke.

Laburbilduz, egiaztatu egiten da presioa konstantea bada eta tenperaturak gora egiten badu, bolumenak ere gora egin behar duela.

• Charles eta Gay-Lussacen bigarren legea: gas baten

tenperatura igotzea partikulen batez besteko energia zinetikoa igotzearen baliokidea da. Orduan, tenperatura igoz gero, partikulak azkarrago higituko dira, batez beste. Eta sarriago joko dituzte hormak eta talka horiek energia handiagokoak izango dira; horrenbestez, presioak gora egingo du.

3.3. TZMaren mugak Gas errealek ez dituzte TZMaren baldintzak zorrozki betetzen. Izan ere: • Partikulek erakarpen-indarra egiten diote elkarri, nahi-

koa hurbiltzen direnean. Elkarrekintza horren forma Van der Waalsek proposatu zuen 1873. urtean.

• Partikulen tamaina ez da beti baztergarria.

Portaera erreala portaera idealetik gertu dago presioak baxuak direnean (1 atm-etik beherakoak, gutxi gorabehera), eta tenperaturak neurrizkoak direnean (beheko irudia): • Presio baxuetan, partikulak elkarrengandik oso bereizita

egoten dira, eta erakarpen-indarrak baztergarriak izaten dira. Baina presioak gora egiten badu, eta bolumenak, behera, txikitu egiten da partikulen arteko distantzia, eta erakarpen-­indarrek gasaren portaera aldatzen dute.

• Avogadroren legea. Partikula kopuruak gora egiten

• Tenperatura altuetan, partikulek batez besteko energia

badu, talka kopuruak gora egingo du proportzionalki, eta, beraz, baita presioak ere. Presioak eta tenperaturak konstante irautea nahi izanez gero, gasaren bolumena handitu behar da.

zinetiko altua dutenez, elkarrengandik aldentzeko joera izaten dute. Tenperaturak behera egiten duenean, partikulen higidura moteldu, eta gasaren dentsitatea handitu egiten da. Beraz, erakarpen-indarrak agerian jartzen dira berriz ere.

Hipotesi horiei esker, beraz, gasen portaerari buruzko alderdi asko azaldu ahal izan ziren. Horixe izan zen, hain zuzen ere, teoriaren arrakasta handietako bat. Teoria proposatu zen garaian, gainera, zientzialari askok eta askok baztertu egiten zuten hipotesi atomikoa.

• Gas idealen hipotesien bidez ezin da azaldu gas errea-

len kondentsazioa. Izan ere, fase-aldaketa, ikusi dugunez, molekularteko indarrak partikulek bereizteko duten joera baino handiagoak direnean gertatzen da.

Gas errealak eta gas idealak

Presio baxuetan, partikulak elkarrengandik oso bereizita egoten direnez, ez diote elkarri erakarpen-indarrik egiten.

Presioak gora egin ahala, dentsitateak ere gora egiten du, eta, beraz, partikulak hurbilago daude, eta molekularteko erakarpen-indarrak hautematen dira.

Partikulak oso hurbil daudenean edo oso higidura motela dutenean, indarrek partikulei elkartuta eusten diete, eta gasa kondentsatu egiten da.

79

4

Disoluzioak 4.1. Definizioa eta osagaiak Nahaste homogeneo bat elkarren artean erreakzionatzen ez duten eta fase bakarra osatzen duten zenbait substantzia puruz osatuta dago. Partikulen tamaina ezin bada bereizi ez begi hutsez ez mikroskopioz (partikulak 1 nm-etik beherakok direnean), disoluzio bat dela esango dugu.

Solutuaren partikulen arteko elkarrekintza edo disolba­ tzailearen partikulen arteko elkarrekintza zenbat eta handiagoa izan, orduan eta zailagoa izango da bien partikulak sakabanatzea. Aldiz, elkarrekintza horiek ahulak badira, eta solutuaren eta disolbatzailearen partikulen arteko erakarpen-indarrak handiak badira, prozesua errazago gertatuko da.

Hauek dira disoluzio baten osagaiak:

TZMa gasen arloan soilik aztertu dugun arren, teoria horren ia hipotesi guztiak bere horretan edo aldaketa txiki batzuekin likidoei eta solidoei aplika dakizkieke. Horri esker, substantzia batzuk beste batzuetan disolbatzeko mekanismoaren propietate nagusiak azaldu daitezke:

• Disolbatzailea: beste substantzia disolbatuta duen in-

gurunea. Proportzio handienean dagoen substantzia izaten da, oro har.

• Solutua:

disolbatzailean disolbatutako substantzia.

Pro­portzio txikienean dagoen substantzia da.

Ur-disoluzio batean, ura disolbatzailetzat hartzen da beti, eta beste substantzia, berriz, solutua izaten da, bakoitzak zenbateko masa duen kontuan izan gabe.

4.2. Disoluzio-prozesua, TZMaren arabera Disoluzio-prozesua hiru etapatan bereizi daiteke (beheko irudia): 1. fasea. Solutuaren partikulak banatu egiten dira.

2. fasea. Disolbatzailearen partikulak banatu egiten dira.

3. fasea. Solutuaren partikulak disolbatzailearen partikulen artean sakabanatzen dira.

Horrenbestez, hiru motatako elkarrekintzak bereizi behar dira: solutua-solutua, disolbatzailea-disolbatzailea eta solutua-disolbatzailea.

• Tenperatura-igoerak prozesua azkartzen du, bi arrazoi

hauek direla-eta: – Solutuaren eta disolbatzailearen partikulen agitazio handiagoa eragiten du, eta, hala, partikulen bibrazio-­ abiadurek ere gora egiten dute. Horren ondorioz, solutua-solutua eta disolbatzailea-disolbatzailea elka­rrekintzak ahuldu egiten dira.

– Tenperatura zenbat eta altuagoa izan, orduan eta banatuagoak egongo dira solutuaren partikulak, batetik, eta disolbatzailearen partikulak, bestetik. Solutua-­ disolbatzailea elkarrekintzak indartsuagoak izango dira, eta solutua errazago disolbatuko da disolbatzailean.

• Solutuaren eta disolbatzailearen arteko ukipen-azalera

zenbat eta handiagoa izan, orduan eta azkarrago gertatuko da disoluzio-prozesua, bien partikula gehiagok eragingo baitiote elkarri. Beraz, prozesua errazago gertatuko da solutua birrinduta dagoenean.

Disoluzio-prozesuaren etapak

Solutua

Solutuaren partikulak banatzea

Partikulak nahastea

Disolbatzailearen partikulak banatzea

Disolbatzailea

Disoluzio-prozesuaren etapak. Denak aldi berean gertatzen dira, eta ez bat bestearen ondoren.

80

Hala ere, bereizketa hau egitea komeni da, prozesuan zehar molekulen mailan zer gertatzen den ulertzeko.

5

U2

Kontzentrazioa eta disolbagarritasuna Disoluzio baten ezaugarriak zehazteko, ez da nahikoa solutua eta disolbatzailea zer partikulak osatzen dituzten esatea.

Horrez gain, disoluzioaren kontzentrazioa eman behar da: Disoluzio baten kontzentrazioa disolbatzaile edo disoluzio kantitate jakin batean disolbatutako solutu kantitatea da.

Ikus dezagun zein diren magnitude hori adierazteko unitate nagusiak.

Esate baterako, ur oxigenatuaren disoluzio batean, masa-­ ehunekoa % 3koa baldin bada, 3 g H2O2 egongo dira 97 g ur bakoitzeko.

• Bolumen-ehunekoa: disoluzio-bolumen jakin batean

dagoen solutu-bolumena, ehunekotan adierazita.

Vsolutua · 100 % (bolumena) = Vdisoluzioa Hau ere dimentsiorik gabeko unitate bat da, eta bi bolu­ menak unitate berean adierazi behar dira.

5.1. Masa-ehunekoa eta bolumen-ehunekoa • Masa-ehunekoa: disoluzio-masa jakin batean dagoen solutu-masa, ehunekotan adierazita: msolutua · 100 % (masa) = m disoluzioa

Masen kasuan ez bezala, bolumenak ezin dira batu.

Baina kalkuluak egin ahal izateko, hurbilketa hau egingo dugu: disoluzioak idealak direla joko dugu; hau da, solutuaren partikulen eta disolbatzailearen partikulen arteko elkarrekintzak berdinak direla eta elkarren artean ordezka daitezkeela joko dugu.

Dimentsiorik gabeko unitate bat da, solutu-masa eta disoluzio-masa unitate beretan adierazten direlako.

Abantaila handiena da ez dela jakin behar zenbat den solutuaren masa molarra.

Hala ere, gehienetan ez da hurbilketa hori betetzen.

Esperimentu bidez egiazta daiteke alkohola urarekin nahasita. Nahaste horretan, bi likidoen bolumenen arteko batura amaierako bolumena baino handiagoa da: Valkohola + Vura > Vamaierakoa. Esate baterako, % 96ko bolumen-­kontzentrazioa duen alkohol antiseptiko batean, 96 mL al­ ko­ hol daude 100 mL disoluzioko, eta 4 mL ur daudela jotzen da.

Disoluzio-masa solutu-masaren eta disolbatzaile-masaren arteko batura da: mdisoluzioa = msolutua + mdisolbatzailea Ebatzitako ariketak

7 Disoluzio batean, 12 g azukre daude 225 g uretan.

Kalkulatu masa-ehunekoa.

Ebazpena Disoluzioaren masa hau izango da: mdisoluzioa = 12 + 225 = 237 g Beraz, hauxe da masa-ehunekoa: 12 % (masa) = · 100 = % 5, 06 237 anayaharitza.es webgunean disoluzioen kontzentrazioari buruzko azalpen-bideo bat kontsultatu dezakezu.

8 Disoluzio batean, 2 mL tolueno daude 20 mL bentzenotan. Kalkulatu disoluzioaren zer bolumen behar den, 15 mL tolueno izateko.

Ebazpena Demagun disoluzioa ideala dela. Bolumena hau izango da: Vdisoluzioa = 2 + 20 = 22 mL Beraz, hauxe da bolumen-ehunekoa: 2 % (bolumena) = · 100 = % 9, 09 22 Balio hori jakinda, disoluzioaren bolumena kalkula dezakegu: Vsolutua 15 · 100 = · 100 = 165, 02 mL Vdisoluzioa = 9, 09 % (bolumena)

9 Ur-disoluzio batean, NaCl-aren masa-ehunekoa % 15ekoa da. Disoluzioaren dentsitatea 1,02 g/cm3 dela jakinda, kalkulatu: a) Solutuaren zer masa egongo den litro-erdi disolu­ ziotan. b) Disoluzioaren zer bolumen behar den, 1 g gatz iza­teko.

Ebazpena a) Dentsitatea eta bolumena erabiliz, disoluzioaren masa zehaztuko dugu: V = 0,5 L = 500 mL= 500 cm3 m = d · V = 1,02 · 500 = 510 g Masa-ehunekoaren formula erabiliz, solutuaren masa kalkulatuko dugu: mdisoluzioa · % (masa) 510 · 15 = = 76, 50 g msolutua = 100 100 b) 1 g gatz izateko, hau behar dugu: msolutua 1 mdisoluzioa = · 100 = · 100 = 6, 67 g 15 % (masa) Eta dentsitatea erabiliz, disoluzioaren bolumena kalkulatuko dugu: 6, 67 g m = = 6, 54 mL V = 1, 02 g/mL d

81

5

Kontzentrazioa eta disolbagarritasuna

5.2. Masa-kontzentrazioa Masa-kontzentrazioa disoluzio-bolumen jakin batean dagoen solutu-masa da: msolutua (g) k= Vdisoluzioa (L) –3

SI sisteman, unitatea kg · m da, baina erabilgarriagoa da g · L–1 unitatea erabiltzea.

Masa-kontzentrazioak eta dentsitateak unitate berak izan arren, magnitude desberdinak dira, dentsitateak substantzia bakar baten masa eta bolumena lotzen dituelako.

Disoluzio baten dentsitatea hau da: d=

mdisoluzioa Vdisoluzioa

5.3. Molaritatea Molaritatea edo kontzentrazio molarra disoluzio-bolumen jakin batean dagoen solutu kantitatea da: nsolutua (mol) M= Vdisoluzioa (L) SI sisteman, unitatea mol/m3 da, baina ohikoena mol · L–1 edo M da.

Esate baterako, 2 M den sodio kloruroaren disoluzio baten 0,25 L-an 0,5 mol NaCl daude; hots, hauxe da disolbatutako NaCl-aren masa: m = nNaCl · M (NaCl) = 0,5 · 58,45 = 29,23 g

5.4. Molalitatea Kontzentrazio molala edo molalitatea disolbatzaile-masa jakin batean dagoen solutu kantitatea da: m=

nsolutua (mol) mdisolbatzailea (kg)

=

msolutua (g) M (solutua) · mdisolbatzailea (kg)

SI sisteman, unitatea mol · kg–1 edo m da.

Molaritatea baino gutxiago erabiltzen da, baina abantaila bat du harekin alderatuta: bolumena erabiltzen ez denez, haren balioari ez diote eragiten presio- eta tenperatura-­ aldaketek. Beraz, zehaztasun handiagoz neur daiteke.

5.5. Frakzio molarra Solutuaren edo disolbatzailearen frakzio molarra lortzeko, horietako bakoitzaren substantzia kantitatea zati disoluzioaren guztizko substantzia kantitatea egin behar da: nsolutua Xsolutua = n + ndisolbatzailea solutua ndisolbatzailea Xdisolbatzailea = n + ndisolbatzailea solutua Xsolutua + Xdisolbatzailea = 1 Dimentsiorik gabeko unitate bat da. Frakzio molar bakoitzaren balioa bat baino txikiagoa da beti.

Adibidez, 4 mol etanol 6 mol uretan disolbatuta badaude, etanolaren frakzio molarra 0,4 izango da, eta urarena, 0,6.

Argi ikusten da bien arteko batura 1 dela.

Ebatzitako ariketak

10 Uretan 50 g kobre (II) sulfato (CuSO4) disolbatu, eta 1,2 g/cm3-ko dentsitateko 1 L disoluzio lortu dugu.

Kalkulatu molaritatea eta molalitatea.

Ebazpena

Ebazpena

CuSO4-aren masa molarra 159,7 g/mol da. Beraz:

Kontzentrazioa 0,5 M denez 0,5 mol H2SO4 daude ur puruaren kilo bakoitzeko. Beraz 1 kg ur izango bagenu, hau izango litzateke disoluzioaren guztizko masa:

nCuSO4 =

50 = 0, 313 mol 159, 7

Eta molaritatea hau izango da: nsolutua (mol) 0, 313 = = 0, 313 mol · L–1 M= 1 Vdisoluzioa (L) Dentsitatea 1,2 g/cm3 denez, disoluzioaren guztizko masa hau izango da: m = d · V = 1,2 · 1 000 = 1 200 g. Horrenbestez, uraren masa hau izango da: 1 200 – 50 = 1 150 g. Eta kontzentrazio molala: m=

82

11 Uretan 0,5 M azido sulfuriko disolbatu ditugu. Dentsitatea 1,18 g/cm3 dela jakinda, kalkulatu masa-kontzentrazioa eta molaritatea.

nsolutua (mol) 0, 313 = = 0, 272 mol · kg–1 1, 15 mdisolbatzailea (kg)

M = 1 000 g + 98 g/mol · 0,5 mol = 1 045 g Eta bolumena: Vdisoluzioa =

1 045 m = = 885, 6 cm3 . 0, 886 L 1, 18 d

Beraz, molaritatea hau da: M=

nsolutua (mol) 0, 5 = = 0, 564 mol · L–1 0, 886 Vdisoluzioa (L)

Eta masa-kontzentrazioa: k=

msolutua (g) 45 = = 50, 8 g · L–1 0, 886 Vdisoluzioa (L)

U2

5.6. Disolbagarritasuna Disoluzio batek kontzentrazioa nahiko txikia baldin badu, disoluzio diluitua dela esaten da. Solutua gehituz gero, kontzentrazioak gora egingo du, eta kontzentrazioa nahiko handia baldin bada, disoluzio kontzentratua dela esango dugu.

Eta solutua gehitzen jarraituz gero, une batean ez da solutu gehiago disolbatuko. Disoluzioak disolba daitekeen gehieneko solutu kantitatea duenean, disoluzio asea dela esaten da, eta muga hori gaindituz gero, disoluzio gainasea dela.

Ebatzitako ariketa

12 Kalkulatu potasio nitratoaren zer masa disolba daitekeen 1 L uretan, 50 ºC-an (erabili uraren dentsitate hau: 1 g/cm3). Tenperatura horretan disoluzioa ase egonik, tenperatura 40 ºC-ra jaitsiko dugu. Zenbat nitrato geldituko da disolbatu gabe?

Ebazpena dura = 1 g/cm3 baldin bada, 1 L-ek 1 000 g-ko masa izango du. Beraz, 50 ºC-an, gehienez 800 g KNO3 disolbatu ahal izango dira (ikusi grafikoa).

Solutu batek disolbatzaile batean duen disolbagarritasuna disolbatzaile horrek gehienez onartzen duen solutu kantitatea da; hots, disoluzio asean, solutuak disolbatzaile horretan duen kontzentrazioa.

Orduan, 50 ºC-an 800 g potasio nitrato 1 L uretan baldin baditugu, disoluzioa ase egongo da. Tenperatura 40 ºC-ra jaitsiz gero, KNO3-aren disolbagarritasuna 600 g KNO3 izango da, eta gainerako kantitatea (200 g) kristaldu, eta ontziaren hondoan hauspeatuko da.

Solutu bat ez da disolbatzaile batean oso disolbagarria izango, disolbagarritasuna txikia baldin bada; hots, gehienez disolba daitekeen solutuaren kontzentrazioa nahiko txikia bada. Kontrako kasuan, berriz, solutua oso disolbagarria izango da. Disolbagarritasuna disoluzioaren presioaren eta tenperaturaren mende dago (beheko irudia).

Horrenbestez, disoluzio gainase bat lortu dezakegu solutu gehiago bota gabe; nahikoa da tenperatura aldatzea. Gauza bera gertatzen da gas batek likido batean duen presioa aldatuta. Bilatu urpekariek egiten duten deskonpresio-prozesuari buruzko informazioa, eta idatzi txosten batean zer ondorio kaltegarri izan ditzakeen prozesu hori ez egiteak.

Esperimentu bidez egiaztatuta dagoenez: • Oro har, solido batek likido batean duen disolbagarrita-

sunak gora egiten du tenperaturak gora egiten duenean.

• Gas batek likido batean duen disolbagarritasunak beti

behera egiten du tenperaturak gora egiten duenean.

• Tenperatura konstantea bada, gas batek likido batean

duen disolbagarritasunak gora egiten du presioak gora egiten duenean, eta lege hau betetzen da:

Solubilidad (g(solutuaren de soluto g-ak en 100 H2O) Disolbagarritasuna 100ggde H2O-tan)

Henryren legea: tenperatura konstantea bada, gas batek likido batean duen disolbagarritasuna gasak disoluzioari egiten dion presio partzialarekiko zuzenki proportzionala da.

120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

KOH

NaNO3

KNO3

Na2SO4

KCl NaCl

Ce2(SO4)3

20

30

8 Azido klorhidrikoaren 0,40 L disoluzio prestatu ditugu. Dentsitatea 1,18 g/mL da, eta disoluzioak 4,62 g HCl ditu. Kalkulatu: a) Molaritatea. b) Molalitatea. c) Masa-ehunekoa. d) Solutuaren eta disolbatzailearen frakzio molarrak.

9 Azido nitrikoaren ur-disoluzio baten masa-ehunekoa % 40koa da, 0,5 L-ko bolumenean. Disoluzioaren dentsitatea 1 513 g/L baldin bada, kalkulatu: a) Azido nitriko puruaren masa. b) Molaritatea. c) Molalitatea.

KBr

10

Ariketak

40 50 60 70 Temperatura (°C) Tenperatura (°C)

80

90

100

10

Solidoek likidoetan duten disolbagarritasunari buruz ikasi duzuna baliatuz, diseinatu laborategiko praktika bat. Helburua gutxienez hiru konposaturen disolbagarritasun-grafikoak marraztea izango da.

Horretarako, jaso alderdi hauek laborategiko gidoi batean: izenburua, sarrera, helburuak, materiala, prozedura, emaitzak eta emaitzei buruzko eztabaida, eta ondorioak.

83

6

Disoluzioak prestatzea Laborategian lana egiten denean, kontzentrazio jakin bateko disoluzioak prestatu behar izaten dira askotan. Prozesu hori bi zatitan banatzen da: • Lehendabizi, kalkulu teorikoak egin behar dira, erabili-

ko den substantzia bakoitzetik zer kantitate hartuko den zehazteko.

• Horren ondoren, zati esperimentalean, neurketak egin,

eta substantziak nahasi behar dira.

Solutua solidoa izan daiteke, edo likidoa. Bi kasuak azalduko ditugu.

Solutua solidoa bada

Oro har, beheko argazkietan erakusten den prozedura burutzen da: 1. Lehendabizi, solutua pisatzen da, aurretik kalkulatutako kantitatea lortu arte.

2. Gero, kantitate hori eta ur destilatua hauspeakin-ontzi batera bota, eta hagatxo batekin nahasi behar da. Nahi den kontzentrazioa lortzeko behar den ur kantitatea baino pixka bat gutxiago bota behar da, baina nahikoa, solutu guztia disolbatzeko.

3. Inbutu bat erabiliz, disoluzioa behar den bolumenaren adinako edukiera duen matraze aforatu batera bota behar da. Nahastea homogeneizatzeko, matrazea astindu behar da.

4. Matrazea arras betetzeko, ur destilatua tanta-kontagailu batekin gehitu behar da, nahi den bolumena lortu arte. Kontu handiz ibili, eta likidoaren meniskoari behar bezala erreparatu behar zaio.

Solutua likidoa bada. Disoluzio bat kontzentrazio handiagoko beste bat erabiliz prestatzea

Solutua bakarra bada eta egoera likidoan badago, diso­ luzioa prestatzeko egin beharreko prozedurari diluzio esaten zaio, eta prozedura hori bera erabiltzen da disoluzio bat kontzentrazio handiagoko beste bat erabiliz prestatzeko. Horregatik, bi kasuak batera azalduko ditugu.

Lehendabizi, likido kontzentratuaren zer bolumen diluitu behar den kalkulatu behar da, hasierako disoluzioa baino kontzentrazio txikiagoko bat lortzeko. Hurrengo orrialdeko ebatzitako ariketan datoz egin beharreko urratsak. Zati praktikoa azaltzeko, hurrengo orrialdeko prozedura proposatzen dugu, ohikoena eta soilena baita.

Solutu solidoko eta kontzentrazio jakineko disoluzio bat prestatzeko prozedura 1

2

3

4

84

U2

Diluzio bat prestatzeko prozedura 1. Disoluzio komertzialaren bolumena zenbat den jakin ondoren (ebatzitako 13. ariketa), esperimentuarekin jarraitu behar da. Aurretik kalkulatutako bolumena probeta edo pipeta batekin neurtu behar da.

Ebatzitako ariketa

13 1,0 M izango den disoluzio baten 0,5 L prestatu nahi ditugu, % 30eko masa-ehunekoko eta 1,15 g/mL-ko dentsitateko azido klorhidriko komertziala erabiliz.

HCl kontzentratuaren zer bolumen beharko dugu?

Ebazpena Zenbat solutu behar den kalkulatuko dugu, prestatu beharreko disoluzioaren bolumena eta kontzentrazioa erabiliz: nsolutua M= 8 nsolutua = M · Vdis.dil = Vdis.dil = 1, 0 mol · L–1 · 0, 5 L = 0, 5 mol HCl Disoluzio komertzialetik zer masa behar dugun kalkulatuko dugu. Horretarako, gogoan izan behar dugu HCl puruaren 0,5 mol behar ditugula; hots: m n= 8 m = n · M (HCl) M (HCl)

250 mL

m = 0, 5 mol · 36, 46 g/mol = 18, 23 g HCl 2. Matraze aforatu batera bota, eta ur destilatua gehitu behar da, arrasetik 1 cm beheraino, gutxi gorabehera. Gero, arin astindu behar da. Arrasearen seinalea gaindituz gero, prestakinak ez du balioko, eta berriro hasi beharko da.

Eta disoluzioak % 30eko purutasuna duenez: mdis.kon.

100 g disoluzio = 8 30 g HCl 18, 23 g HCl 8 mdis.kon. = 60, 77 g Gero, dentsitatea zenbat den badakigunez, bolumena kalkulatuko dugu: Vdis.kon. =

mdis.kon. d

=

60, 77 g = 52, 84 mL . 53 mL 1, 15 g/mL

Hortaz, halaxe kalkulatu behar da HCl kontzentratuaren zer bolumen diluitu behar den uretan: 53 mL. 250 mL

250 mL

Ariketak 3. Tanta-kontagailuarekin ur destilatu gehiago bota behar da, arras bete arte. Oso garrantzitsua da meniskoaren beheko aldeak zer markatzen duen ondo ikustea. Bestela neurtuz gero, errore bat egingo dugu bolumena zehazterakoan.

Tanta-kontagailua

11 Azido nitrikoaren disoluzio komertzial baten masa-­ ehunekoa % 65ekoa da, eta dentsitatea, 1,45 g/mL. Kalkulatu zer bolumen beharko den, 0,5 M izango den disoluzio baten 125 mL prestatzeko.

12 Azaldu zer prozedurari jarraitu behar zaion, glukosaren (C6H12O6) disoluzio baten 100 mL prestatzeko, disoluzioak 0,8 M izan behar duela kontuan izanik.

Substantzia horren 1,5 g disolbatu nahi baditugu, diso­luzioaren zer bolumen hartu behar dugu?

13

250 mL

Edari karbonatatuak (freskagarriak) edo itsasoko uretan disolbatutako oxigenoa gas bat likido batean disolbatuta duten disoluzioen adibideak dira. Bilatu nola prestatu daitekeen halako disoluzio bat laborategian, eta azaldu zure proposamena ikaskideei. Zer gertatuko litzateke uretan O2-a disolbatu beharrean CO2-a disolbatuko balitz? Erabili Batu teknika.

85

7

Propietate koligatIboak Disoluzioen propietateak bi multzotan banatzen dira: • Propietate konstitutiboak. Nahastearen osaketaren

eta kontzentrazioaren mende daudenak dira; adibidez, dentsitatea, kolorea eta biskositatea.

• Propietate koligatiboak. Solutu partikulen kopuruaren

mende dauden propietateak dira, eta ez partikula horien izaera kimikoaren mende. Garrantzitsuenak lurrun-­ presioa, izozte- eta irakite-­tenperaturak eta presio osmo­ tikoa dira.

Atal honetan disoluzioen propietate koligatiboak aztertuko ditugu.

7.1. Lurrun-presioa Ikusi dugunez, likido guztiak lurrundu egiten dira tenperatura batean edo beste batean. Partikula batzuek molekularteko indarrak gainditu eta gas-fasera pasatzeko nahikoa energia izaten dutelako gertatzen da lurrunketa-­ prozesua.

Likido bat ontzi itxi baten barruan jartzen bada, partikula batzuk gas-egoerara pasatuko dira, baina gas-egoeran zeuden beste partikula batzuk, aldiz, fase likidora itzuliko dira (beheko ezkerreko irudia). Bi prozesu horien abiadurak berdindu egiten direnean, oreka sortzen da. Eta oreka-egoera horretan, lurrunak egiten duen presioari lurrun-presio esaten zaio.

Likido baten lurrun-presioa gas-faseak egiten duen presioa da, likidoa eta lurruna orekan daudenean.

Lurrun-presioak gora egiten du tenperaturak gora egiten duenean (beheko eskuineko irudia), eta gertakari hori teoria zinetiko-molekularrak aldi berean gertatzen diren bi efekturen bidez azaltzen du: alde batetik, partikulen energia zinetikoak gora egiten du; eta, bestetik, gas-egoerara pasatzen diren partikulen kopuruak ere gora egiten du.

Solutu ez-lurrunkor bat disolbatzaile batean disolbatzen denean, lurrun-presioak behera egiten du beti. Presio horrek behera zenbat egiten duen jakiteko, lege hau aplikatu behar da: Raoulten legearen arabera, disoluzioaren lurrun-­ presioaren murrizketa, Dp, zuzenki proportzionala da solutuaren frakzio molarrarekiko, Xs: ∆p = p° – p = p° · Xs p° disolbatzaile puruaren lurrun-presioa da, eta p, disoluzioaren lurrun-presioa. p° > p denez, Dp positiboa da beti.

Raoulten legea gutxi gorabehera soilik betetzen da solutu ez-ionikoak dituzten disoluzio diluituetarako. Legea zehatz-mehatz betetzen duten disoluzioei disoluzio ideal esaten zaie.

Lurrun-presioa Molekulak lurrun-egoeran 100 Molekulak egoera likidorantz Molekulak lurrun-egoerarantz

Uraren lurrun-presioa/ mmHg

80 Gas-fasea 60

40 Fase likidoa

20

Ur molekulak 10

Ontzi itxi batean, partikula batzuk fase likidotik gas-fasera pasatuko dira, eta beste batzuek, aldiz, alderantzizkoa egingo dute. Partikula horien kopuruak berdindu egiten direnean, oreka dinamikoa lortzen da.

86

20

30

40

50

70

T/ºC

Tenperaturak gora egiten duenean, gas-fasera pasatzen diren partikulen kopuruak eta partikula horien batez besteko energia zinetikoak gora egiten dute. Horrenbestez, substantziaren lurrun-presioak ere gora egiten du.

U2

TZMaren araberako azalpena

Disolbatzaile batean solutu ez-lurrunkor bat dagoenean, bien partikulak tartekatu egiten dira, eta oztopatu egiten dute elkarren higidura. Beraz, gas-fasera pasatzen diren partikulen kopuruak behera egiten du, eta, horrenbestez, lurrun-presioak ere behera egiten du.

Ebatzitako ariketak

14 Disoluzio batek 10 g NaCl eta 100 g ur ditu. Kalkulatu disoluzioaren lurrun-presioa, 25 ºC-an.

Datua: p° (25 °C) = 23,78 mmHg. Ebazpena Osagai bakoitzaren substantzia kantitatea kalkulatuko dugu, datu hauek kontuan izanik: M (NaCl) = 58,44 g/mol; M (H2O) = 18,02 g/mol: nNaCl =

Disolbatzaile molekulak

nH2O =

mNaCl M (NaCl) mH2O M (H2O)

10 g

=

=

58, 44 g · mol–1 100 g 18, 02 g · mol–1

= 0, 171 mol

= 5, 549 mol

NaCl-aren frakzio molarra hau izango da: Xs =

0, 171 = 0, 03 0, 171 + 5, 549

Raoulten legea aplikatuta eta uraren lurrun-presioa 25 °C-an zenbat den kontuan hartuta, hau lortuko dugu: Solutu ez-lurrunkorraren molekulak

Ariketak

14 Kalkulatu zer masa urea egongo den 250 g uretan, ur puruaren lurrun-presioa 24,00 mmHg baldin bada, eta urearen ur-disoluzio batena, berriz, 22,87 mmHg. Datua: M (urea) = 60,07 g/mol.

15 Demagun 100 g sakarosa 200 g uretan disolbatu ditugula. Disoluzio horren lurrun-presioa 23,17 mmHg da, 25 ºC-an. Kalkulatu sakarosaren masa molekularra. 200 g sakarosa 100 g uretan disolbatuz gero, zenbat izango da disoluzio horren lurrun-presioa, 40 ºC-an?

Δp = p° · Xs = 23,78 · 0,03 = 0,71 mmHg Hortaz, hau izango da disoluzioaren lurrun-presioa: p = p° – Δp = 23,78 – 0,71 = 23,07 mmHg

15 Substantzia ezezagun baten 40 g 250 mL uretan disolbatu ditugu, 25 ºC-an. Disoluzioaren lurrun-­ presioa 22,69 mmHg baldin bada, zenbat izango da substantzia horren masa molarra?

Ebazpena Disoluzioaren eta ur puruaren lurrun-presioak zenbat diren badakigunez (biak 25 ºC-an), orduan: Δp = p° – p = 23,78 – 22,69 = 1,09 mmHg Raoulten legea aplikatuta, solutuaren frakzio molarra kalkulatuko dugu: Dp = p° · Xs 8 Xs =

Demagun ur puruaren dentsitatea 1 g/mL dela. Beraz, 250 g ur izango ditugu; hots:

Datua: p° (ura, 40 °C-an) = 55,32 mmHg.

16

Substantzia baten lurrunkortasunak substantzia horrek fase likidotik gas-fasera pasatzeko zenbateko joera duen adierazten du. Lurrunketa da igorpen atmosferiko nagusia isurpen toxikoak dauden eremu gehienetan eta zerbitzuguneetan. Bilatu horri buruzko informazioa eta proposatu arazo hori arintzeko konponbideren bat. Erabili Lauren arteko soluzioa teknika.

Dp 1, 09 = = 0, 046 p° 23, 78

nH O = 250 g/(18,02 g · mol–1) = 13,87 mol 2

Hau izango da solutuaren substantzia kantitatea: ns Xs = n ; T

0, 046 =

ns 8 ns = 0, 669 mol ns + 13, 87

Eta masa molarra: ns = 0, 669 =

m M (solutua)

40 40 = 59, 8 g/mol 8 M (solutua) = 0, 669 M (solutua)

87

Propietate koligatiboak

5

7.2. Irakite- eta solidotze-tenperaturak Ikusi dugunez, lurrun-presioak gora egiten du tenperaturak gora egiten duenean. Adibidez, ura 100 ºC-an dagoenean, bere lurrun-presioa presio atmosferikoaren (760 mmHg) berdina da, eta urak irakin egiten du.

Ebatzitako ariketak

16 Etilen glikola (C2H6O2) autoetako erradiadoreko urari gehitzen zaion substantzia bat da. Izotz-­ kontrako horren 250 g 1 L urekin nahasi ditugu. Kalkulatu lortutako disoluzioaren izozte-tenperatura.

Ebazpena

Likido baten irakite-tenperatura likidoaren lurrun-­ presioa kanpoko presioarekin berdintzen duen tenperatura da, eta likidoak irakin egiten du.

Gehitutako etilen glikolaren substantzia kantitatea hau da: netilen g. =

Horregatik, irakite-tenperatura kanpoko presioaren mende dago, eta presio hori, ontzi ireki batean, presio atmosferikoa da. Egiaztatuta dago urak, mendi baten tontorrean, 100 °C-tik behera irakiten duela, presioak behera egiten duelako altitudeak gora egitean.

Azaldu bezala, likido batean substantzia ez-lurrunkorrak disolbatuta badaude, lurrun-presioak behera egiten du, eta horrek irakite-tenperaturari eragiten dio, bai eta solidotze-­tenperaturari ere: • Igoera

ebuilioskopikoa edo irakite-tenperaturaren igoera gertatzen da, eta igoera hori disolbatzailearen ezaugarrien eta solutuaren kontzentrazioaren mende dago. Formula honen bidez adierazten da:

metilen glikola M (etilen glikola)

=

250 g 62, 08 g · mol–1

= 4, 03 mol

Uraren dentsitatea 1 g/mL dela jota, 1 kg ur izango dugu. Hortaz, molalitatea hau izango da: m=

netilen glikola 4, 03 mol = 4, 03 mol · kg–1 mH2O = 1 kg

Uraren konstante krioskopikoaren balioa erabiliz, hauxe lortuko dugu: DTk = Kk · m = 1,86 · 4,03 ≈ 7,5 °C 8 Tk = –7,5 °C

17 Demagun 100 g glukosa (C6H12O6) 200 g uretan disolbatu ditugula. Kalkulatu disoluzioaren izozte-­ tenperatura eta irakite-tenperatura.

Ebazpena Glukosaren masa molarra 180,18 g/mol dela jakinik, diso­luzioaren molalitatea hau da: mglukosa 100 g = = 0, 555 mol nglukosa = M (glukosa) 180, 18 g · mol–1

∆Te = Ke · m Ke konstante ebuilioskopikoa da (disolbatzailearen mende dago), eta m, molalitatea.

nglukosa 0, 555 mol = = 2, 78 mol · kg–1 m= m H2O 0, 200 kg

• Murrizketa krioskopikoa edo solidotze-tenperaturaren

murrizketa ere gertatzen da. Formula honen bidez adierazten da:

Uraren konstante krioskopikoaren eta ebuilioskopikoaren balioak erabiliz:

∆Tk = Kk · m

DTk = Kk · m = 0,512 · 2,78 = 1,42 °C 8 Tk = –1,42 °C

Kk konstante krioskopikoa da (disolbatzailearen mende dago), eta m, molalitatea.

DTe = Ke · m = 1,86 · 2,78 = 5,17 °C 8 Te = 105,17 °C

Ariketak Disolbatzaile batzuen konstante krioskopikoak eta ebuilioskopikoak Substantzia Tk / ºC Kk / (°C · kg · mol–1) Te / ºC Ke / (°C · kg · mol–1)

17 Badakigu 20 g glukosa 60 mL uretan disolbatuz gero, disoluzioa –3,44 ºC-ko tenperaturan izoztuko dela. Kalkulatu solutuaren masa molekularra eta disoluzioaren irakite-­tenperatura.

Ura

0

1,86

100

0,512

Bentzenoa

5,5

5,07

80,1

2,53

Kanforra

179,8

39,7

204,0

5,95

18 Izotza oso arriskutsua izaten da errepideetan.

Halakoetan, ahal dela, arazorik ez izateko, gatza botatzen da. Zenbat gatz nahasi behar da kilogramo-­ erdi urekin, izozte-tenperatura –12 ºC-ra jaits dadin?

Ziklohexanoa

6,5

20,8

80,7

2,92

19

4,68

61,2

3,88

Kloroformoa –63,5

88

Bilatu zer diren izotz-kontrakoak eta zer konposizio duten. Zertarako erabiltzen dira autoetan?

Erabili 6 W-ak teknika.

U2

7.3. Presio osmotikoa Disoluzio likidoetan, solutu partikulak aske higitzen dira disolbatzailean, eta, hala, presioa egiten dute ontziaren hormetan. Disoluzio diluitu bat eta disoluzio kontzentratu bat mintz erdiiragazkor batez bereizita daudenean, hau da, disolbatzailearen molekulek mintza zeharkatu dezaketenean, baina solutuaren molekulek ez, osmosi izeneko efektua sortzen da: Osmosi esaten zaio disolbatzailearen molekulak, mintz erdiiragazkor bat zeharkatuz, disoluzio diluituenetik disoluzio kontzentratuenera pasatzeari, bi disoluzioen kontzentrazioak berdindu arte.

Beheko irudian ikusten denez, disolbatzailearen zati bat disoluzio kontzentratuenerantz pasatzen denean, disoluzio horrek gora egiten du U formako hoditik, eta nolabaiteko presio hidrostatikoa egiten dio beste adarrari. Presio hori eta solutuaren molekulek egiten duten presioa berdintzen direnean, igoera gelditu egiten da.

Presio horri presio osmotiko esaten zaio.

Egoera honen eta gasen egoeraren arteko analogiari esker, Van’t Hoff zientzialari holandarrak honako adierazpen hau proposatu zuen, presio osmotikoaren balioa kalkulatzeko: r·V=n·R·T π presio osmotikoa da; n, solutuaren substantzia kantitatea; V, disoluzioaren bolumena; R, gasen konstantea; eta T, tenperatura absolutua.

Ekuazio horren bidez disoluzio baten kontzentrazio molarra kalkula daiteke. Izan ere: r=

n ·R ·T 8 V

r =M ·R ·T

Ebatzitako ariketa

18 Lau gramo sakarosa (C12H22O11) 50 mL uretan disolbatu ditugu, 20 ºC-an. Kalkulatu disoluzioaren presio osmotikoa. Zer altuera izango luke presio hori bera egingo lukeen ur-zutabe batek?

Ebazpena Sakarosaren masa molarra 342,34 g/mol da. Beraz, hau izango da molaritatea: n=

0, 0117 4 = 0, 0117 mol 8 M = = 0, 234 mol/L 342, 34 0, 050

Hala, presio osmotikoa kalkulatuko dugu: r = M · R · T = 0,234 · 0,082 · (20 + 273) = 5,62 atm Izan gogoan adierazpen hau erabili behar dela, presio hori bera egingo duen ur-zutabe baten altuera kalkulatzeko: p=d·g·h 1 000 kg/m3-ko dentsitatea hartu, eta kontuan izango dugu berdintza hau: 1 atm = 101 300 Pa. Orduan: h=

p 5, 62 · 101 300 = = 58, 09 m 1 000 · 9, 8 d ·g

Sakarosa edo mahaiko azukrea glukosaz eta fruktosaz osatutako disakarido bat da. Dakizun bezala, zenbat azukre hartzen dugun, osasunerako onuragarria edo kaltegarria izan daiteke, beste substantzia askorekin gertatzen den bezala. Zure ustez, garrantzitsua al da osmosia gure gorputzean? Bilatu osmosiak gure metabolismoan betetzen dituen funtzioen adibideak eta azaldu zure ondorioak taldekideei. Horretarako, bildu osmorregulazioari buruzko informazioa, eta izan gogoan, gure barruan, erreakzio eta garraio-ekintza gehienak ingurune likido batean gertatzen direla. Erabili Ondorioak teknika.

Ariketak Disoluzio kontzentratua

Hasierako maila

Disoluzio diluitua Presio osmotikoak alde hau eragiten du

Mintz erdiiragazkorra

20 Disoluzio baten litro-erdian 25 g glukosa (C6H12O6) daude, 40 ºC-an. Kalkulatu zer presio osmotiko egingo duen disoluzioaren litro-erdi horrek.

Zer altuera izango luke presio hori bera egingo lukeen merkurio-zutabe batek?

Datua: dHg = 13,69 g/cm3.

21 Solutu ezezagun baten 10 g daude disoluzio baten 0,50 L-an. Disoluzioak 1 079 mm-ko altuerako merkurio-zutabe baten presioa baliogabetzeko moduko presio osmotikoa egiten du. Zein solutu da, glukosa (C6H12O6) edo sakarosa (C12H22O12)?

89

IKT Kalkulu-orrietan sakontzea Hasierako unitatean aukera izan zenuen kalkulu-orriak erabiltzeko, eta orduan azaldu genuen nola erabili behar den formuletarako tresna eta nola adierazi behar diren emaitzak grafikoen bidez. Oraingoan, beste tresna lagungarri bat erabiliko dugu, datuak (teorikoak nahiz es-

perimentalak) doitu ahal izateko, eta, hala, zenbait alda­ gairen arteko proportzionaltasun-erlazioak ezarri ahal izateko.

Unitate hartan proposatutako problemak eta ariketak berrikustea komeni da, bai eta zenbait gelaxka aukeratzeko eta formulak sartzeko trebetasuna izatea ere.

1. problema. Berrikusketa-ariketa Hasierako unitateko ebatzitako 5. ariketan, taula batean higikari bat zenbait unetan ibilitako distantzia neurtzean lortutako datuak zeuden adierazita. Bi aldagaien arteko proportzionaltasun-erlazioa koadratikoa zela ondorioztatu genuen.

Orain, berriz, kalkulu-orri bat era­biliz proportzionaltasun-konstantea erraz nola lortu dezakegun ikusiko dugu.

Orain, bi aldagaien arteko proportzionaltasun-konstantea kalkulatuko dugu.

Adibidez, D2 gelaxkan klik egin, eta horrekin batera E2 gelaxka aukeratuko dugu:

Distantzia (cm)

Denbora (s)

Denbora

Lehendabizi, datu-taula sortuko dugu, eta distantzia eta denbora adieraziko:

Distantzia (cm)

Denbora (s)

Formula-barran hau idatziko dugu: =ZENBATESPEN.LINEALA(A2:A5;C2:C5) Eta Enter tekla sakatu beharrean, konbinazio hau sakatuko dugu: Ktrl+Maiuskula+Enter. D2 eta E2 gelaxketan bi zenbaki azaldu direla ikusiko dugu:

Beste zutabe bat sortuko dugu, denboraren berbidurarako.

Horretarako, C2 gelaxkan klik egin, eta hau idatziko dugu: =B2^2 Enter tekla sakatu, eta gelaxka hori aukeratuko dugu berriz ere. Kurtsorea beheko eskuineko izkinan jartzen badugu, itxura aldatu egiten zaiola ikusiko dugu; gurutze forma hartuko du. Klik egin, eta beherantz egingo dugu, C5 gelaxkaraino, eta formula hein osoan automatikoki kopiatzen dela ikusiko dugu:

Distantzia (cm)

Denbora (s)

ZENBATESPEN.LINEALA(A2:A5;C2:C5)}

Distantzia (cm)

Denbora (s)

Denbora

Lehen balioa proportzionaltasun-konstanteari dagokio, eta bigarrena, jatorriko ordenatuari; hau da, Y ardatzarekiko ebakidura-puntuaren balioari. Ikusiko duzunez, k-ren balioa 2 da ia-ia, ebatzitako ariketan aipatu bezala, eta emaitza honekin bateragarria da: d = 2 · x2 Orain emaitza hori bera lortzeko metodo errazago bat ikusiko dugu. Demagun ez dugula C zutabea sortu, eta distantziaren eta denboraren balioak soilik ditugula. D2 eta E2 gelaxketan formula hau idatziz gero,

C zutabean t 2 dugu (x-ren balioak), eta A zutabean, distantzia, d (y-ren balioak).

90

=ZENBATESPEN.LINEALA(A2:A5;B2:B5^2) balio berberak lortuko ditugu.

U2

2. problema. Boyleren legearen egiaztapen esperimentala Demagun esperimentu batzuk egin ditugula laborategian, Boyleren legea egiaztatzeko:

Orain, adierazpen grafikoa hau izango litzateke:

p·V=k

Datu esperimentalak

Gas baten zenbait bolumenen presioak neurtu ondoren, taula hau osatu dugu:

Hauxe izango litzateke datu horien adierazpen grafikoa:

Doikuntza lineal bat egingo dugu, zuzen honen ekuazioa lortu ahal izateko:

Datu esperimentalak

p=k ·

1 +b V

D2 eta E2 gelaxkak aukeratu, eta hau idatziko dugu formula-­ barran: =ZENBATESPEN.LINEALA(A2:A7;C2:C7) Emaitza hauek azaldu direla ikusiko dugu: k ≈ 2,85; b ≈ 0,006 Proportzionaltasun-erlazioa alderantzizkoa izango dela sumatu dugunez, 1/V kalkulatu, eta emaitzak beste zutabe batean jarriko ditugu (gelaxken formatua aldatu egin behar da, bi hamartar bakarrik azaldu daitezen):

Horrela, beraz, Boyleren legea egiaztatuko dugu. Esperimentu honetan, hain zuzen, forma hau du: p · V = 2,85 atm · L Demagun gasa prozesu osoan tenperatura konstante honetan egon dela: T = 22 °C = 295 K. Emaitza horiek kontuan hartuta, gas horren substantzia kantitatea lortu ahal izango dugu: p · V = n · R · T = 2,85 atm · L n=

2, 85 2, 85 = = 0, 118 mol R ·T 0, 082 · 295

Horrenbestez, argi dago tresna hau oso lagungarria dela zenbait aldagai elkarren artean erlazionatu eta zer-nolako mendetasuna (zuzena, alderantzizkoa, koadratikoa, etab.) duten jakin nahi izaten dugunean.

Jarduerak

1 Berrikusi hasierako unitateko IKT ataleko 1. problema. Han ikusi zenuen masaren eta luzapenaren arteko lotura lineala zela. Erabili datu haiek berak,

bien arteko proportzionaltasun-konstantea lortzeko. Pentsatu beste zer lege fisikotan edo kimikotan erabil zenezakeen tresna hau.

91

Problemak ebazteko estrategiak Disoluzio bat prestatzeko egin behar diren kalkuluak 1 Azido nitrikoaren disoluzio komertzial baten masa-ehunekoa % 75ekoa da, eta dentsitatea, 1,46 g/mL. Kalkulatu disoluzio horren zer bolumen behar den, 1,75 M izango den azido horren disoluzio baten 125 mL prestatzeko. Disoluzio diluitutik 10 mL hartuz gero, azido nitriko puruaren zer masa izango du?

Datuak: M (H) = 1,008 g/mol; M (N) = 14,007 g/mol; M (O) = 15,999 g/mol.

Planteamendua eta ebazpena 1,75 M-eko kontzentrazioko 125 mL disoluzio prestatu nahi ditugu. Informazio hori behar dugun solutuaren kantitatea kalkulatzeko erabiliko dugu: nsolutua = M · Vdisoluzioa =1,75 mol · L–1 · 0,125 L nsolutua = 0,219 mol de HNO3 Balio hori azido puruaren substantzia kantitateari dagokio. HNO3-aren masa molarra 63,012 g/mol dela jakinda, masa hau beharko dugu: msolutua nsolutua = 8 msolutua = nsolutua · M = 0, 219 mol · 63, 012 g/mol M msolutua = 13, 800 g HNO3 Solutuaren masa zenbat den jakinda, kalkulatu egingo dugu zer masa behar dugun disoluzio komertzialetik. Masa-ehunekoa % 75ekoa denez, 100 g disoluziotatik 75 g azido nitrikoari dagozkio. Beraz: mdisoluzioa 100 g disoluzio = 75 g HNO3 13, 800 g HNO3 mdisoluzioa = 18, 400 g Disoluzio komertzialaren masa hori erabili beharko genuke. Azido nitrikoa likido bat denez, dentsitatearen datua erabiliko dugu, bolumena kalkulatzeko: V =

18, 400 g m = = 12, 603 mL 1, 46 g/mL d

Bestalde, disoluzio horren 10 mL-an dagoen HNO3-aren masa kalkulatzeko, azidoaren substantzia kantitatea kalkulatuko dugu. Izan gogoan kontzentrazioa disoluzio diluituarena dela: 1,75 M. Hortaz: nsolutua = M · Vdisoluzioa =1,75 mol · L–1 · 0,01 L nsolutua = 0,017 5 mol de HNO3 Orain, HNO3-aren masa molarra erabiliz, azido nitriko puruaren masa kalkulatuko dugu: m = n · M = 0,017 5 mol · 63,012 g/mol = 1,103 g de HNO3 EMAITZEN EZTABAIDA

Izan gogoan alderantzizko kalkuluak egin ditzakezula emaitza egiazta­ tzeko; hau da, 1,103 g HNO3 dituen disoluzio baten 10 mL-ren kontzentrazioa kalkula dezakezu. Hori eginez gero, hau lortu behar duzu: M = 1,75 M. Halako kalkuluak laborategiko praktika burutu aurretik egin behar izaten dira beti. Praktika egin ahal izateko, kontuan izan behar da zer errore egin daitezkeen, laborategiko tresnek, agian, ez dutelako behar adina zehaztasun izango ariketan lortutako bolumenak eta masak neurtu ahal izateko. Beraz, oso garrantzitsua da errore horiek kalkulatzen jakitea eta hurbilketa egokiak egitea, lortutako disoluzioa problemako datuekiko ahalik eta fidaga­rriena izan dadin.

92

PROBLEMAREN AZTERKETA

Halako problemetan, unitate desberdinak erabili ohi dira kontzentrazioetarako, eta, beraz, unitate horiek erraz erabiltzea eta unitate batzuk beste batzuetan erraz adieraztea komeni da.

Gainera, solutuaren eta disoluzio komertzialaren masak kalkulatu behar dira. Halaber, zenbait bolumen erabili behar dira: disoluzio komertzialarena eta disoluzio diluituarena. Horregatik, oso garrantzitsua da kasu bakoitzean magnitude egokia erabiltzea.

Azkenik, izan kontuan prozedura problemaren enuntziatuaren mende dagoela, kontzentrazioa masa-ehunekotan emanda egon daitekeelako (kasu honetan bezala) edo beste unitate batzuetan. Adibidez, kontzentrazioa mol/L-etan emanez gero, bolumena zuzenean kalkulatu ahal izango genuke, honela: nsolutua Vdisoluzioa = M Urrats hori aldatu egingo litzateke kontzentrazioaren unitatearen arabera.

ETA HORREZ GAIN…

Eguneroko bizitzan, disoluziotan datozen konposatu asko izaten ditugu inguruan; adibidez, garbiketako produktuak, elikagaiak, edariak eta sendagaiak.

Osagaiei erreparatzen badiezu, bakoitzaren proportzioa zein den ikusiko duzu. Kasu batzuetan bolumen-ehunekoa ematen dute; beste batzuetan, masa-ehunekoa; eta beste zenbaitetan, balio energetiko bat. Emango al duzu bakoitzaren adibide bat? Zure ustez, zergatik ez dute kontzentrazio molarra edo molala ematen? Adierazi zure iritzi arrazoitua.

U2

Konposatu baten masa molekularra zehaztea, propietate koligatiboak kontuan izanik 2 Disoluzio baten 750 cm3-an substantzia baten 20 g daude. Disoluzioaren presio osmotikoa 1,94 atm-koa da, 30 °C-an. Adierazi substantzia hauetako zein izango den solutua: sodio kloruroa (NaCl), glukosa (C6H12O6), sakarosa (C12H22O11) edo kobre sulfatoa (CuSO4).

Datuak: M (Na) = 22,99 g/mol; M (Cl) = 35,453 g/mol; M (C) = 12,011 g/mol; M (H) = 1,008 g/mol; M (O) = 15,999 g/mol; M (Cu) = 63,54 g/mol; M (S) = 32,064 g/mol.

Planteamendua eta ebazpena Substantzia zein den zehazteko, haren masa molarra kalkulatu behar da. Horretarako, disoluzioaren kontzentrazioa lortuko dugu, presio osmotikoaren balioa erabiliz: r =M ·R ·T 8 M =

1, 94 r = = 0, 078 1 mol/L R ·T 0, 082 · (30 + 273)

Emaitza hori eta disoluzioaren bolumena jakinda, solutuaren substantzia kantitatea kalkulatuko dugu: nsolutua = M · Vdisoluzioa = 0,078 1 mol · L–1 · 0,750 L = 0,058 6 mol Enuntziatuan 20 g substantzia daudela datorrenez, haren masa molarra jakin dezakegu, aurreko emaitza kontuan izanik: n=

20 m m = 341, 3 g/mol 8M= n = M 0, 058 6

Aipatutako substantzietatik zein den jakiteko, haien masa molarrak kalkulatu, eta aurreko kalkuluetan lortutakoarekin alderatuko ditugu:

PROBLEMAREN AZTERKETA

Ikusi duzunez, disoluzioen propietate koligatiboak solutuaren masa molarra kalkulatzeko erabil daitezke, solutu hori ezezaguna denean.

Saiatu nahikoa hamartar erabiltzen, biribiltze-errore gehiegi ez egiteko. Kasu honetan, masa molarrak oso desberdinak dituzten lau substantzia proposatu dira, baina hori ez da beti hala izaten, eta, horregatik, ahalik zehaztasun handiena lortzea komeni da. Problemaren ebazpenean lau hamartar erabili dira.

Kontu handiz ibili behar da, erabili beharreko magnitude fisikoen unitateak behar bezala erabiltzeko. Presio osmotikoa atmosferatan baldin badago, balio hau erabili behar duzu: R = 0,082 atm·L/(mol · K)

M (C6H12O6) = 12,011 · 6 + 1,008 · 12 + 15,999 · 6 = 180,156 g/mol

Baina mmHg-tan egongo balitz, atm-tan adierazi beharko zenuke. Eta pascaletan egonez gero, hau erabili ahal izango zenuke:

M (C12H22O11) = 12,011 · 12 + 1,008 · 22 + 15,999 · 11 = 342,297 g/mol

R = 8,314 J · mol–1 · K–1

M (CuSO4) = 63,54 + 32,064 + 15,999 · 4 = 159,600 g/mol

R hori gasen konstantearen balioa da SI sisteman.

M (NaCl) = 22,99 + 35,453 = 58,443 g/mol

Kalkulatu dugun masa molarraren antzekoenena sakarosarena da. Horrenbestez, substantzia ezezaguna sakarosa izango da ia ziur.

ETA HORREZ GAIN… EMAITZEN EZTABAIDA

Alderantzizko bidea egin dezakezu emaitza zuzena lortu duzula egiaztatzeko; hots, disoluzioan zer substantzia kantitate egongo den kalkulatu, eta balio horretan oinarrituta, kontzentrazioa lortu dezakezu. Kontzentrazioa zenbat den jakinda, presio osmotikoa lortu ahal izango duzu.

1,94 atm-tik gertuko emaitza bat lortu beharko zenuke (alde txiki hori biribiltze-erroreen eraginez sortuko da).

Halaber kalkula dezakezu zer altuera izango duen presio hori bera egingo lukeen ur-zutabe batek. Horretarako, erabili formula hau: p=d·g·h 3

2

d = 1 g/cm eta g = 9,81 m/s izanik. Gogoratu 1 atm = 101 300 Pa dela. Kontuz ibili unitateekin, sistema bera erabili behar baituzu. Adibidez, g = 9,81 m/s2 balioa erabiltzen baduzu, presioaren SI sistemako unitatea erabili behar duzu (Pa, alegia), eta g/mL-tan adierazitako dentsitatea kg/m3-tan adierazi.

Bada R konstantearen beste balio bat, ez oso ohikoa, baina erabilia: R = 1,98 cal / (mol · K) Orain, presioa pascaletan eman behar da, baina energia-­unitatea beste bat da, eta ez SI sistemakoa. R-ren balioak erlazionatzen badituzu, joulearen eta kaloriaren arteko baliokidetasunak lortuko dituzu, bai eta joulearen eta atm · L biderkagaiaren artekoak ere. Oso lagungarriak izango zaizkizu hurrengo unitateetan. Hitz egin ikaskideekin horri buruz, eta erabili Mahai-­ingurua teknika.

93

Landu ikasitakoa

Gogoratu unitate honetako materiala zure «portfolioa» aukeratu behar duzula.

Agregazio-egoerak. Gasen legeak 1 Kalkulatu zer masa amoniako dagoen 2,55 L-ko ontzi batean, 30 °C-ko tenperaturan eta 725 mmHg-ko presioan. Beste 25 g amoniako gehituz gero, presioa eta tenperatura aldatu gabe, zer bolumen hartuko du gasak?

2 Oxigenoa dago 5 L-ko ontzi batean, 0 °C-an. Presioa 1 000 mmHg-koa da ontziaren barruan. Kalkulatu oxigenoaren masa eta zer bolumen hartuko lukeen baldintza normaletan.

3 Gas bat dugu, baldintza normaletan.

b) Horren ondoren, presioa nahiz bolumena erdira jaitsi dira. Kalkulatu zer tenperatura izango duen gasak prozesuaren amaieran.

4 Pneumatiko bat 15 °C-ko tenperaturan eta 2,2 atm-ko presioan dago. Ibilgailuak higitzen denbora bat eman ondoren, pneumatikoaren tenperatura 55 °C-raino igo da. Bolumena aldatu ez bada, zenbatekoa izango da presioa? Pneumatikoen presioa hotz daudela begiratzea komeni izaten da. Zergatik ote da?

5 Gas ideal batek irudi honetan ikusten den ABCD zikloa du:

D

8

B

A

2

2

4

6

8

10

V/L

Kalkulatu lau puntu horiei dagozkien presioaren, tenperaturaren eta bolumenaren balioak. Horretarako, kontuan izan beharko dituzu grafikoan datozen datuak eta balio hauek: p (A) = 5 atm, T (A) = 60 °C eta V (B) = 5 L. 94

14 B

12

8 D

6 A

4 2 0

80

100

120

140

160

T/K

Kalkulatu lau puntu horiei dagozkien presioaren, tenperaturaren eta bolumenaren balioak, grafikoan datozen datuak kontuan izanik eta p(A) = 5 atm dela jakinik.

9 C-a, H-a eta N-a soilik dituen substantzia baten kanti­ tate bat erretzean, 2,400 0 g CO2, 1,473 1 g H2O eta 0,823 6 g NO2 lortu ditugu. Gas horrek 5,76 L-ko bolumena hartzen du, 350 °C-ko tenperaturan eta 1,5 atm-ko presioan. Zehaztu bere formula molekularra.

6

0

C

16

8 Etileno kantitate bat erretzean, 4,462 6 g CO2 eta 0,913 6 g H2O lortu ditugu. Etilenoaren dentsitatea 0,001 97 g/cm3 da, 50 ºC-ko tenperaturan eta 2 atm-ko presioan. Zehaztu bere formula molekularra.

T1 = cte

T2 = cte

4

18

7 Egiaztatu (p · M)/(R · T) zatidurak dentsitatearen dimentsioa duela.

p/atm C

p/ atm

10

a) Gasaren tenperatura 100 °C-raino igotzen bada, bolumenari konstante eutsiz, zer presio izango du orduan?

10

6 Gas ideal baten mol batek irudi honetan ikusten den ABCD zikloa du:

10 Badakigu 1,1 g propanol erretzean 1,270 L CO2 eta 1,690 L H2O lortzen direla, 150 °C-an eta 1,5 atm-n neurtuta, gas-­ egoeran biak. 2,0 g propanolek 1,114 L-ko bolumena hartzen dute, 0,98 atm-ko presioan eta 127 °C-an. Zehaztu bere formula molekularra.

11 Gas batek konposizio ehundar hau du: % 81,68 C-a eta % 18,32 H-a. Dentsitate molarra 2,26 g/L da, 1,25 atm-ko presioan eta 25 ºC-ko tenperaturan.

Zehaztu gasaren formula molekularra.

U2

12 Badakigu 2,23 g etanol erretzean 4,260 2 g CO2 eta 2,616 5 g H2O lortzen direla. 7,533 g etanol gaseosok 2,5 L hartzen dituzte, 100 °C-ko tenperaturan eta 2 atm-ko presioan. Kalkulatu formula molekularra.

13 Hamar litroko ontzi batean 10 g O2 eta 10 g N2 daude, 25 ºC-ko tenperaturan. Kalkulatu gas bakoitzaren presio partziala eta nahasteak egiten duen guztizko presioa.

14 Ontzi batean 45 g CO2 eta 60 g N2 daude. Guztizko presioa 500 mmHg-koa da. Kalkulatu gas bakoitzaren presio partziala eta frakzio molarra.

Teoria zinetiko-molekularra. Gas idealak eta gas errealak 15

Gas idealen egoera-ekuazioa hurbilketa egokia da, tenperaturak altuak eta presioak nahiko baxuak direnean. Ekuazio horren zuzenketa nagusietako bat Van der Waals fisikariari zor zaio. Fisikari hark adierazpen hau proposatu zuen, 1 873. urtean: dp +

a · n2 n · (V – n · b) = n · R · T V2

V substantziaren n molek hartzen duten bolumena da, eta a eta b, berriz, gasen konstante bereiz­ga­ rriak.

Egin kalkuluak gas idealen ekuazioaren bidez eta Van der Waalsen ekuazioaren bidez, eta adierazi taula batean zer presio egingo luketen 7,5 L hartuko luketen 1,5 mol airek, tenperatura hauetan: –150 °C, –100 °C, –50 °C, 0 °C, 25 °C, 50 °C. Kalkulatu presioaren bi balioen arteko errore erlatiboak, ehunekotan, eta hitz egin emaitzei buruz. Kalkulu-­ orri bat erabil dezakezu, eragiketak automati­ zatzeko.

Kontzentrazioa

a) Solutu bakoitzaren frakzio molarra. b) Sodio kloruroaren kontzentrazioa, g/L-tan, kontuan izanda disoluzioari ura gehitu zaiola, litro bat osatu arte.

19 18,2 g sodio kloruro (NaCl) 0,5 kg uretan disolbatu ditugu, eta lortutako disoluzioak 1,025 g/mL-ko dentsitatea du. a) Kalkulatu masa-kontzentrazioa, molaritatea, molalitatea eta sodio kloruroaren frakzio molarra. b) Zenbat gramo NaCl egongo dira 225 mL disoluziotan?

20 Alkohol antiseptikoak 96°-ko kontzentrazioa du; hots, alko­hol horren bolumen-ehunekoa % 96koa da.

Kalkulatu, 250 mL-ko botila baterako: a) Izango duen alkohol puruaren bolumena. b) Demagun ur destilatua gehitu dugula, 1 L disoluzio osatu arte. Kalkulatu alkoholaren oraingo bolumen-ehunekoa.

21 HCl-a duen disoluzio baten 300 mL ditugu. Masa-­ ehunekoa % 25ekoa da, eta dentsitatea, 1,05 g/cm3.

Kalkulatu: a) Masa-kontzentrazioa. b) Molaritatea eta molalitatea. c) Solutuaren frakzio molarra. d) HCl-aren zer masa egongo da 25 mL disoluziotan?

22 Iodo-tindua lortzeko, iodo molekularra eta potasio ioduroa etanoletan disolbatu behar dira. Disoluzio hori antiseptiko gisa erabili izan da aspaldi-aspalditik, zauri arinak tratatzeko. Larruazala desinfektatzeko edo zauriak garbitzeko ere erabili ohi da. Iodo-­tindua prestatzeko, 2 g I2 solido eta 2 g potasio ioduro 100 mL etanoletan (C2H6O) disolbatu ditugu. Badakigu etanol puruaren dentsitatea 0,790 g/mL dela.

Kalkulatu:

16 Disoluzio batek 12 g kaltzio hidroxido eta 100 g ur ditu. Disoluzioaren dentsitatea 1 050 kg/m3 dela jakinda, kalkulatu molaritatea, molalitatea eta solutuaren frakzio molarra.

a) Molaritatea, molalitatea eta bi solutuen frakzio molarrak.

17 Ca(OH)2-a duen ur-disoluzio baten masa-ehunekoa % 6koa da. Disoluzioaren dentsitatea 1,050 g/cm3 dela jakinda, kalkulatu molaritatea, molalitatea eta solutuaren frakzio molarra.

23 Garbiketako produktu baten litro-erdi prestatu dugu.

Produktua, hain zuzen ere, azido klorhidrikoa duen eta 0,5 M den disoluzio bat da.

18 Demagun 750 mL uretan 500 mg sodio bikarbonato (NaHCO3), 500 mg sodio kloruro (NaCl) eta 50 g glukosa (C6H12O6) disolbatu ditugula. Kalkulatu:

b) Disoluzio hori HCl-a duen eta 2 M den beste disoluzio baten litro-erdirekin nahasiz gero, zer molaritate izango du lortutako disoluzioak?

b) Disoluzioko substantzia guztien masa-ehunekoak.

a) HCl-aren zer masa izango du disoluzioak?

95

Landu ikasitakoa

Disolbagarritasuna (solutu-gramoak/100 g ur)

24 Grafiko honetan adierazita dago nola aldatzen den uretan disolbatutako solutu baten disolbagarritasuna, tenperatura aldatzen denean:

29 Litro bateko botila batean azido nitriko komertziala dugu. Azidoaren purutasuna masaren % 96koa da, eta dentsitatea, 1,50 g/cm3. a) Kalkulatu HNO3-aren zer substantzia kantitate egongo den azido nitriko komertzialeko botila batean.

40 35

b) Kalkulatu zer bolumen hartu behar den, azido nitri­ koa izango duen eta 1,25 M izango den disoluzio baten 125 mL prestatzeko.

30 25

30 Demagun 22 g etanol (C2H6O, d = 0,791 g/cm3) 110 g urekin nahasi, eta 135 mL disoluzio lortu ditugula.

20 15

a) Kalkulatu molaritatea, molalitatea, masa-kontzentrazioa, bolumen-ehunekoa eta solutuaren frakzio molarra.

10 5

b) Zenbat da disoluzioaren dentsitatea?

0

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 T/°C

a) 40 g solutu 250 g urekin 30 °C-an nahasiz gero, solutu guzti-guztia disolbatuko al da? Eta 0 °C-ko tenperaturan? b) Azaldu zer gertatuko den 50 g solutu 200 g uretan 40 °C-an disolbatu eta disoluzioa 20 °C-raino hozten uzten bada.

c) 1,2 M izango den disoluzio diluitu baten 125 mL prestatu nahi ditugu, aurreko disoluzioa erabiliz.

Disoluzio kontzentratuaren zer bolumen hartu beharko da? d) Erreakzio kimiko baterako 3,00 g etanol behar dira.

Disoluzio diluituaren zer bolumen hartu beharko da? Eta disoluzio kontzentratuaren zer bolumen?

25 Bosgarren epigrafean datozen disolbagarritasun-­ grafikoak erabiliz, kalkulatu zer ur-bolumen beharko den (litrotan), 3 kg potasio bromuro 30 °C-ko tenperaturan disolbatzeko. Demagun disoluzio ase bat dugula. Tenperatura 10 °C-raino jaisten bada, solutuaren zer masa hauspeatuko da?

Propietate koligatiboak

Disoluzioak prestatzea

32 Solutu ez-lurrunkor baten 20 g hartu, eta 500 g urekin nahasi ditugu. Hala, izozte-tenperatura 0,41 °C jaitsi da. Zehaztu substantzia hauetako zein den solutua: glukosa (C6H12O6), sodio kloruroa (NaCl) edo etilen glikola (C2H6O2).

26 Azaldu nola prestatuko zenituzkeen sodio sulfatoa duen disoluzio baten 250 mL, disoluzioa 0,4 M eta solutua solidoa direla jakinda. Erreakzio kimiko baterako substantzia horren 5 g behar izanez gero, disoluzioaren zer bolumen hartu beharko dugu?

27 350 mL salfuman ditugu (azido klorhidrikoa uretan). Disoluzioaren masa-ehunekoa % 37koa da, eta dentsitatea, 1,19 g/cm3. Disoluzio horren zer bolumen beharko da, 0,18 M izango den disoluzio baten 250 mL prestatzeko? Kalkulatu HCl-aren zer masa dagoen 1 mL disoluzio kontzentratutan eta 1 mL disoluzio diluitutan.

28 Azido klorhidriko kontzentratua dugu. Azidoaren masa-­ ehunekoa % 38koa da, eta dentsitatea, 1,181 g/cm3.

5,00 mL azido uretan disolbatu ditugu, 120,00 g-ko guztiko masa lortu arte. Kalkulatu, gutxi gorabehera, disoluzio diluituaren molaritatea eta molalitatea.

96

31 Litro bat uretan 50 g gatz disolbatu ditugu. Kalkulatu disoluzioaren irakite-tenperatura eta izozte-tenperatura (hartu uraren dentsitatearen balio hau: 1 g/mL). Erabili unitate honetan emandako Kk eta Ke konstanteen balioak.

33 Glizerina (C3H8O3) kantitate bat 250 mL urekin nahasi dugu, eta, hala, disoluzioaren izozte-tenperatura 7 °C jaitsi da. Kalkulatu solutuaren zer masa disolbatu den disoluzio horretan.

34 Izotzaren kontrako substantzia baten 500 g 2 L urekin nahasi ditugu. Disoluzioaren izozte-tenperatura –7,5 °C-koa da. a) Kalkulatu substantzia horren masa molarra. b) Solutuaren zer masa gehitu beharko zitzaion urari, –20 °C-an ez izoztea nahi izanez gero? c) Kalkulatu bi kontzentrazioetako disoluzioen irakite-­ tenperaturak.

U2

35 Ur-disoluzio bat prestatu dugu solutu ez-lurrunkor batekin, 40 °C-an. Disoluzioaren kontzentrazioa 2,50 m da. Kalkulatu disoluzioaren lurrun-presioa tenperatura horretan, eta irakite-tenperatura eta izozte-­ tenperatura.

Datua: p° (ura, 40 °C-an) = 55,32 mmHg.

36 Disoluzio batek solutu baten 0,75 mol ditu 5 ºC-an, litro-erdiko bolumeneann. a) Kalkulatu disoluzioaren presio osmotikoa. b) Zer bolumen izan beharko luke disoluzioak, presio osmotikoa erdia izateko? c) Kalkulatu disoluzio berriaren presio osmotikoa, 30 °C-ko tenperaturan.

37 Metanolaren (CH4O) lurrun-presioa 159,76 mmHg da. Kalkulatu zer masa glizerol (C3H8O3) behar den, 500 g metanolen lurrun-presioa 129,76 mmHg-raino jaisteko.

38 Ontzi batean, 25 g bentzenoz (C6H6) eta 30 g toluenoz (C7H8) osatutako disoluzio bat dago, 50 °C-ko tenperaturan. Kalkulatu: a) Osagai bakoitzaren lurrun-presioa (konposatu lurrun­korrak izan arren, erabili Raoulten legea). b) Gas-nahastearen guztizko presioa. c) Osagai bakoitzaren frakzio molarra, lurrun-fasean.

Datuak: p° (C6H6) = 271 mmHg; p° (C7H8) = 92,6 mmHg.

39 Arrautza-albuminaren 100 g proteina 2 L uretan disolbatu ditugu. Disoluzio horrek 27,46 atm-ko presio osmotikoa egiten du, 30 °C-ko tenperaturan. Kalkulatu proteinaren masa molarra.

Zientzia, teknologia eta gizartea Disoluzioak izaki bizidunengan Izaki bizidun guztiok zelulaz osatuta gaude. Zelulak urez eratuta daude, batik bat, eta hartan disolbatuta daude, hain zuzen ere, bizi-funtzioak egin ahal izateko behar diren erreakzio kimikoetan parte hartzen duten substantzia guztiak. Hala izango ez balitz, erreakzioak ez lirateke gertatuko, edo oso poliki gertatuko lirateke, edo izugarrizko energia kantitatea beharko lukete.

Horrez gain, zelulek substantzia horiek beren barruan duten kontzentrazioa kontrolatzen dute etengabe. Izan ere, substantzia bat gehiegi edo gutxiegi egoteak kalte handiak eragin ditzake, konponezinak batzuetan. Horretarako, zelula-mintzean dauden proteina batzuk erabiltzen dituzte: ioiak barrutik kanpora pasatzea erregulatzen dute, eta alderantziz.

Bilatu kolera gaixotasunari buruzko informazioa, eta nola aritzen den organismoan gaixotasun hori eragiten duen bakterioa (Vibrio cholerae). Gaixotasun horrek milaka heriotza eragiten ditu urtean, Hirugarren Munduko herrialdeetan, batez ere. Lotu zure erantzuna Garapen Jasangarrirako 1. helburuarekin eta 1.3 xedearekin.

Tarteko ikasketa nahiz unibertsitate-ikasketa asko mikrobiologiarekin, nanoteknologiarekin eta medikuntzarekin lotuta daude. Zer lanbidetan garatzen dira zientziaren adar horiek? Izan gogoan elikadura-industriak, laborategi biosanitarioak eta material berrien ikerketa, adibidez.

Proteina horiek aktibatzen edo desaktibatzen dituen magnitude fisikoetako bat presio osmotikoa da, eta, ikusi dugunez, gora egiten du disolbatutako substantziaren kontzentrazioak gora egiten duenean.

Ezinbestekoa da organismoan ditugun ioien kontzentrazioa egokia izatea, prozesu askotan parte hartzen dutelako: nerbioen eta muskuluen funtzionamenduan, elikagaien hestearen bidezko xurgapenean, seinaleen neuronetan zeharreko zabalkundean…

Adibidez, serum fisiologikoa hidratatzeko erabiltzen da, eta edari isotonikoak, berriz, ariketa fisikoa egitean galdutako elektrolitoak berreskuratzeko.

97