ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Ածխաթթու գազ (ածխածնի երկօքսիդ (IV), ածխածնի երկօքսիդ, ածխաթթու գազ) նորմալ պայմաններում անգույն գազ է, օդից ծանր, ջերմային կայուն, սեղմվելիս և սառչելիս հեշտությամբ վերածվում է հեղուկ և պինդ («չոր սառույց») վիճակի։

Այն վատ է լուծվում ջրի մեջ՝ մասամբ արձագանքելով դրա հետ։

Ածխածնի երկօքսիդի հիմնական հաստատունները տրված են ստորև բերված աղյուսակում:

Աղյուսակ 1. Ածխածնի երկօքսիդի ֆիզիկական հատկությունները և խտությունը:

Ածխածնի երկօքսիդը կարևոր դեր է խաղում կենսաբանական (ֆոտոսինթեզ), բնական (ջերմոցային էֆեկտ) և երկրաքիմիական (օվկիանոսներում տարրալուծում և կարբոնատների առաջացում) գործընթացներում։ Մեծ քանակությամբ այն մտնում է միջավայրըհանածո վառելիքի այրման, փտած թափոնների և այլնի արդյունքում։

Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլի քիմիական կազմը և կառուցվածքը

Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլի քիմիական բաղադրությունը արտահայտվում է CO 2 էմպիրիկ բանաձևով։ Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլը (նկ. 1) գծային է, որը համապատասխանում է կապող էլեկտրոնային զույգերի նվազագույն վանմանը, C=H կապի երկարությունը 0,116 նմ է, իսկ միջին էներգիան՝ 806 կՋ/մոլ։ Վալենտային կապերի մեթոդի շրջանակներում երկու ս -C-O միացումներձևավորվել է ածխածնի ատոմի sp-հիբրիդացված օրբիտալ և 2p z՝ թթվածնի ատոմների ուղեծրեր։ Ածխածնի ատոմի 2p x և 2p y ուղեծրերը, որոնք չեն մասնակցում sp հիբրիդացմանը, համընկնում են թթվածնի ատոմների նմանատիպ ուղեծրերի հետ։ Այս դեպքում ձևավորվում են երկու π-օրբիտալներ, որոնք տեղակայված են փոխադարձ ուղղահայաց հարթություններում։

Բրինձ. 1. Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլի կառուցվածքը.

Թթվածնի ատոմների սիմետրիկ դասավորության շնորհիվ CO 2 մոլեկուլը ոչ բևեռ է, հետևաբար երկօքսիդը փոքր-ինչ լուծելի է ջրում (CO 2-ի մեկ ծավալ H 2 O-ի մեկ ծավալում 1 ատմ և 15 o C ջերմաստիճանում): Մոլեկուլի ոչ բևեռականությունը հանգեցնում է թույլ միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների և եռակի կետի ցածր ջերմաստիճանի՝ t = -57,2 o C և P = 5,2 ատմ:

Ածխածնի երկօքսիդի քիմիական հատկությունների և խտության համառոտ նկարագրությունը

Քիմիապես ածխաթթու գազը իներտ է, ինչը պայմանավորված է O=C=O կապերի բարձր էներգիայով։ Բարձր ջերմաստիճաններում ուժեղ վերականգնող նյութերի դեպքում ածխաթթու գազը դրսևորվում է օքսիդացնող հատկություններ. Ածուխով այն կրճատվում է մինչև ածխածնի երկօքսիդ CO:

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

Օդում բռնկված մագնեզիումը շարունակում է այրվել ածխաթթու գազի մթնոլորտում.

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

Ածխածնի երկօքսիդը (IV) մասամբ փոխազդում է ջրի հետ.

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

Դրսեւորվում է թթվային հատկություններ:

CO 2 + NaOH նոսր = NaHCO 2;

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

CO 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 ↓ + H 2 O;

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

2000 o C-ից բարձր ջերմաստիճանում տաքացնելիս ածխաթթու գազը քայքայվում է.

2CO 2 \u003d 2CO + O 2:

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

Զորավարժություններ	Այրման վրա 0,77 գ օրգանական նյութեր, կազմված ածխածնից, ջրածնից և թթվածնից, առաջացել են 2,4 գ ածխաթթու գազ և 0,7 գ ջուր։ Նյութի գոլորշիների խտությունը թթվածնով 1,34 է։ Որոշե՛ք նյութի մոլեկուլային բանաձևը.
Լուծում	m(C) = n(C)×M(C) = n(CO 2)×M(C) = ×M(C); m(C)=×12=0,65 գ; m (H) \u003d 2 × 0,7 / 18 × 1 \u003d 0,08 գ: m(O) \u003d m (C x H y O z) - m (C) - m (H) \u003d 0.77 - 0.65 - 0.08 \u003d 0.04 գ: x:y:z = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H)` m(O)/Ar(O); x:y:z = 0.65/12:0.08/1: 0.04/16; x:y:z = 0.054: 0.08: 0.0025 = 22:32:1: Միջոցներ ամենապարզ բանաձեւըմիացություններ C 22 H 32 O, և դրա մոլային զանգվածհավասար է 46 գ/մոլի: Օրգանական նյութի մոլային զանգվածի արժեքը կարելի է որոշել՝ օգտագործելով թթվածնի խտությունը. M նյութ = M(O 2) × D(O 2); M նյութ \u003d 32 × 1,34 \u003d 43 գ / մոլ: M նյութ / M (C 22 H 32 O) \u003d 43 / 312 \u003d 0.13: Այսպիսով, բանաձևի բոլոր գործակիցները պետք է բազմապատկվեն 0,13-ով: Այսպիսով, նյութի մոլեկուլային բանաձևը նման կլինի C 3 H 4 O:
Պատասխանել	C 3 H 4 O նյութի մոլեկուլային բանաձևը

ՕՐԻՆԱԿ 2

Զորավարժություններ	10,5 գ կշռով օրգանական նյութեր այրելիս ստացվել է 16,8 լիտր ածխաթթու գազ (N.O.) և 13,5 գ ջուր։ Օդում նյութի գոլորշիների խտությունը 2,9 է։ Ստացե՛ք նյութի մոլեկուլային բանաձևը.
Լուծում	Կազմենք այրման ռեակցիայի սխեման օրգանական միացությունածխածնի, ջրածնի և թթվածնի ատոմների թիվը համապատասխանաբար նշանակում է «x», «y» և «z». C x H y O z + O z →CO 2 + H 2 O: Եկեք որոշենք այս նյութը կազմող տարրերի զանգվածները: Հարաբերական արժեքներ ատոմային զանգվածներվերցված ինչ - որ տեղից Պարբերական աղյուսակԴ.Ի. Մենդելեև, կլորացված մինչև ամբողջ թվեր՝ Ar(C) = 12 am.u., Ar(H) = 1 a.m.u., Ar(O) = 16 a.m.u. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO 2)×M(C) = ×M(C); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H 2 O)×M(H) = ×M(H); Հաշվե՛ք ածխաթթու գազի և ջրի մոլային զանգվածները: Ինչպես հայտնի է, մոլեկուլի մոլային զանգվածը հավասար է մոլեկուլը կազմող ատոմների հարաբերական ատոմային զանգվածների գումարին (M = Mr). M(CO 2) \u003d Ar (C) + 2 × Ar (O) \u003d 12+ 2 × 16 \u003d 12 + 32 \u003d 44 գ / մոլ; M(H 2 O) \u003d 2 × Ar (H) + Ar (O) \u003d 2 × 1 + 16 \u003d 2 + 16 \u003d 18 գ / մոլ: m (C) = ×12 = 9 գ; m(H) \u003d 2 × 13,5 / 18 × 1 \u003d 1,5 գ: m(O) \u003d m (C x H y O z) - m (C) - m (H) \u003d 10.5 - 9 - 1.5 \u003d 0 գ: Եկեք սահմանենք քիմիական բանաձեւկապեր: x:y = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H); x:y = 9/12: 1,5/1; x:y = 0,75: 1,5 = 1: 2: Սա նշանակում է, որ միացության ամենապարզ բանաձևը CH 2 է, իսկ մոլային զանգվածը՝ 14 գ/մոլ։ Օրգանական նյութի մոլային զանգվածի արժեքը կարելի է որոշել՝ օգտագործելով նրա խտությունը օդում. Msubstance = M (օդ) × D (օդ) ; M նյութ \u003d 29 × 2,9 \u003d 84 գ / մոլ: Օրգանական միացության իրական բանաձևը գտնելու համար մենք գտնում ենք ստացված մոլային զանգվածների հարաբերակցությունը. M նյութ / M (CH 2) \u003d 84 / 14 \u003d 6. Սա նշանակում է, որ ածխածնի և ջրածնի ատոմների ցուցանիշները պետք է լինեն 6 անգամ ավելի, այսինքն. նյութի բանաձևը նման կլինի C 6 H 12-ին:
Պատասխանել	C 6 H 12 նյութի մոլեկուլային բանաձևը

Այժմ համառոտ ծանոթանանք մոլեկուլների կառուցվածքին, այսինքն՝ մասնիկների, որոնցում միացված են մի քանի ատոմներ։ Հիմնականում ատոմներից մոլեկուլներ ձևավորելու երկու եղանակ կա.

Այս մեթոդներից առաջինը հիմնված է չեզոք ատոմից էլեկտրական լիցքավորված մասնիկի առաջացման վրա։ Վերևում մենք արդեն նշել ենք, որ ատոմը չեզոք է, այսինքն՝ նրա միջուկում դրական լիցքերի քանակը (պրոտոնների քանակը) հավասարակշռված է բացասական լիցքերի քանակով, այսինքն՝ միջուկի շուրջ պտտվող էլեկտրոնների քանակով։

Եթե ​​ինչ-ինչ պատճառներով ատոմը կորցնում է մեկ կամ մի քանի էլեկտրոն, ապա նրա միջուկում կա դրական լիցքերի որոշակի ավելցուկ, որոնք չեն հավասարակշռվում բացասական լիցքավորված էլեկտրոններով, և այդպիսի ատոմը դառնում է դրական լիցքավորված մասնիկ։

Այս էլեկտրական լիցքավորված մասնիկները կոչվում են իոններ: Դրանք նպաստում են ատոմներից մոլեկուլների առաջացմանը։

Տարբեր քիմիական տարրերի հատկությունների ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ բոլոր դեպքերում ամենակայունը նրանք են, որոնցում արտաքին էլեկտրոնային ուղեծիրն ամբողջությամբ լցված է, կամ պարունակում է էլեկտրոնների ամենակայուն թիվը՝ 8։

Սա փայլուն կերպով հաստատում է պարբերական աղյուսակը, որտեղ զրոյական խումբը պարունակում է ամենաիներտ (այսինքն՝ կայուն և չմտնող) քիմիական ռեակցիաներայլ նյութերի հետ) տարրեր.

Սրանք, առաջին հերթին, հելիումն են, որն ունի մեկ ուղեծր՝ լցված երկու էլեկտրոններով, և գազերը՝ նեոն, արգոն, կրիպտոն, քսենոն և ռադոն, որոնք ունեն ութ էլեկտրոն արտաքին ուղեծրում։

Ընդհակառակը, եթե ատոմների արտաքին ուղեծրն ունի ընդամենը մեկ կամ երկու էլեկտրոն, ապա այդպիսի ատոմները հակված են այդ էլեկտրոնները տալու այլ ատոմներին, որոնք արտաքին ուղեծրում պակասում են 1-2 էլեկտրոն մինչև ութ թիվը։ Նման ատոմներն ամենաակտիվն են միմյանց հետ փոխազդելու համար:

Օրինակ վերցրեք աղի մոլեկուլ, որը քիմիայում կոչվում է նատրիումի քլորիդ և առաջացել է, ինչպես իր անունն է հուշում, նատրիումի և քլորի ատոմներից։ Նատրիումի ատոմն իր արտաքին ուղեծրում ունի մեկ էլեկտրոն, իսկ քլորի ատոմը՝ յոթ էլեկտրոն։

Եթե ​​այս երկու ատոմները մոտենան միմյանց, ապա նատրիումի մեկ էլեկտրոնը, որը գտնվում է արտաքին ուղեծրում և թույլ «կցված» իր ատոմին, կարող է պոկվել նրանից և գնալ դեպի քլորի ատոմը, որտեղ այն կլինի ութերորդ էլեկտրոնը։ արտաքին ուղեծիր (նկ. 4, ա):

Այս անցման արդյունքում ձևավորվում են երկու իոններ՝ դրական նատրիումի իոն և բացասական քլորի իոն (նկ. 4բ), որոնք ձգվում են միմյանց և ձևավորում նատրիումի քլորիդի մոլեկուլ, որը կարող է ներկայացվել որպես երկու գնդիկներ, որոնք իրար են ձգում։ զսպանակ (նկ. 4c) .

Ատոմներից մոլեկուլներ ձևավորելու երկրորդ եղանակն այն է, որ երբ երկու կամ ավելի ատոմներ մոտենում են միմյանց, արտաքին ուղեծրերում գտնվող այս ատոմներում գտնվող էլեկտրոնները վերադասավորվում են այնպես, որ դրանք կապված են երկու կամ ավելի ատոմների հետ: Ներքին ուղեծրերում տեղակայված էլեկտրոնները շարունակում են կապված լինել միայն այս ատոմի հետ։

Այս դեպքում կրկին ցանկություն է առաջանում ձեւավորել ութ էլեկտրոնների ամենակայուն ուղեծրերը։

Բերենք նման մոլեկուլների մի քանի օրինակ։

Վերցնենք ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլ՝ բաղկացած ածխածնի ատոմից և երկու թթվածնի ատոմից։ Այս մոլեկուլի ձևավորման ժամանակ տեղի է ունենում այս ատոմների արտաքին ուղեծրերի էլեկտրոնների հետևյալ վերադասավորումը (նկ. 5).

Ածխածնի ատոմն իր ներքին ուղեծրում թողնում է երկու էլեկտրոն՝ կապված իր միջուկին, իսկ արտաքին ուղեծրի չորս էլեկտրոնները բաշխվում են երկու էլեկտրոններով թթվածնի յուրաքանչյուր ատոմի վրա, որն իր հերթին յուրաքանչյուրը երկու էլեկտրոն է նվիրաբերում ածխածնի ատոմի ընդհանուր կապի համար։

Այսպիսով, յուրաքանչյուր ածխածին-թթվածին կապին փոխադարձաբար մասնակցում են երկու զույգ էլեկտրոններ, ինչի արդյունքում նման մոլեկուլի երեք ատոմներից յուրաքանչյուրն ունի կայուն արտաքին ուղեծիր, որի երկայնքով պտտվում են ութ էլեկտրոններ։

Կան, ինչպես հայտնի է, մոլեկուլներ ոչ միայն առաջացած տարբեր տարրեր, այլեւ նույն ատոմներից։

Նման մոլեկուլների առաջացումը բացատրվում է նաև արտաքին ուղեծրում էլեկտրոնների ամենակայուն ութապատիկ թվի ցանկությամբ։

Այսպես, օրինակ, թթվածնի ատոմին, որն ունի երկու էլեկտրոն ներքին ուղեծրում և վեց էլեկտրոն՝ արտաքին ուղեծրում, երկու էլեկտրոն է պակասում ութ ծավալային միջավայր ձևավորելու համար:

Ուստի այս ատոմները զույգերով միացված են՝ առաջացնելով թթվածնի մոլեկուլ O 2, որում ընդհանրացված են յուրաքանչյուր ատոմից երկու էլեկտրոն, որից հետո ութ էլեկտրոն կպտտվի նրանց շուրջը արտաքին ուղեծրում։

Երբ մոլեկուլները ձևավորվում են երկրորդ մեթոդի համաձայն, երբ ատոմների միջև տեղի է ունենում էլեկտրոնների փոխանակում, ատոմների կենտրոնները պետք է մոտենան, քան առաջին մեթոդով, երբ տեղի է ունենում միայն հակառակ լիցքավորված իոնների փոխադարձ ներգրավում:

Հետևաբար, եթե առաջին մեթոդով կարելի է նման մոլեկուլ պատկերացնել երկու շփվող իոնային գնդիկների տեսքով (նկ. 4, գ), որոնք չեն փոխում իրենց չափն ու ձևը, ապա երկրորդ մեթոդով գնդաձև ատոմները կարծես թե լինեն. հարթեցված.

Ժամանակակից մեթոդներՆյութերի կառուցվածքի ուսումնասիրությունները հնարավորություն են տալիս ոչ միայն իմանալ, թե ինչ ատոմներից են բաղկացած տարբեր մոլեկուլները, այլ նաև ինչպես են ատոմները դասավորված մոլեկուլներում, այսինքն՝ այդ մոլեկուլների կառուցվածքը մինչև ատոմների միջուկների միջև եղած հեռավորությունները, որոնք կազմում են մոլեկուլները։ մոլեկուլները.

Նկ. Նկար 6-ը ցույց է տալիս թթվածնի և ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլների կառուցվածքը, ինչպես նաև ատոմային միջուկների դասավորությունը այդ մոլեկուլներում՝ ցույց տալով միջմիջուկային հեռավորությունները անգստրոմներում:

Թթվածնի մոլեկուլը, որը բաղկացած է երկու ատոմից, ունի երկու սեղմված գնդիկների ձև, որոնց ատոմների միջուկների միջև հեռավորությունը 1,20 Ա է։ Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլը, որը բաղկացած է երեք ատոմից, ունի ուղղագիծ ձև, որի մեջտեղում կա ածխածնի ատոմ, իսկ երկու կողմերում՝ ուղիղ գծով՝ 1,15 Ա միջմիջուկային հեռավորություններ ունեցող թթվածնի երկու ատոմ։

Բրինձ. 6. Մոլեկուլների կառուցվածքները՝ ա - ատոմների դասավորվածություն; բ - ատոմային միջուկների դասավորություն; 1 - թթվածնի մոլեկուլ O 2; 2 - ածխածնի երկօքսիդի CO 2 մոլեկուլ:

Բայց եթե միևնույն ատոմներից մոլեկուլներն այդքան շատ են տարբերվում, ապա ինչպիսի՜ բազմազանություն պետք է լինի տարբեր ատոմներից մոլեկուլների միջև։ Եկեք նորից նայենք օդում, միգուցե այնտեղ էլ գտնե՞նք նման մոլեկուլներ։ Իհարկե մենք կանենք:
Գիտե՞ք, թե ինչ մոլեկուլներ եք արտաշնչում օդ։ (Իհարկե, ոչ միայն դուք, բոլոր մարդիկ և բոլոր կենդանիները:) Ձեր հին ընկերոջ մոլեկուլները՝ ածխաթթու գազ: Ածխածնի երկօքսիդի փուչիկները հաճելիորեն ցնցում են ձեր լեզուն, երբ դուք գազավորված ջուր կամ լիմոնադ եք խմում: Չոր սառույցի կտորները, որոնք դրվում են պաղպաղակի տուփերի մեջ, նույնպես պատրաստված են այդպիսի մոլեկուլներից. չոր սառույցը պինդ ածխաթթու գազ է:
Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլում թթվածնի երկու ատոմ հակառակ կողմերից կցվում են մեկ ածխածնի ատոմին։ «Կարբոն» նշանակում է «ածուխ ծնող»։ Բայց ածխածինը ծնում է ավելին, քան պարզապես ածուխ: Պարզ մատիտով նկարելիս գրաֆիտի փոքր փաթիլները մնում են թղթի վրա՝ դրանք նույնպես բաղկացած են ածխածնի ատոմներից։ Դրանցից «պատրաստվում են» ադամանդն ու սովորական մուրը։ Կրկին նույն ատոմները - և բոլորովին նման նյութեր:
Երբ ածխածնի ատոմները միավորվում են ոչ միայն միմյանց, այլև «օտար» ատոմների հետ, ապա այնքան տարբեր նյութեր են ծնվում, որ դժվար է դրանք հաշվել։ Հատկապես շատ նյութեր են ծնվում, երբ ածխածնի ատոմները միավորվում են աշխարհի ամենաթեթև գազի՝ ջրածնի ատոմների հետ։Այս բոլոր նյութերը կոչվում են ընդհանուր անունով՝ ածխաջրածիններ, բայց յուրաքանչյուր ածխաջրածին ունի իր անունը։
Ածխաջրածիններից ամենապարզը խոսվում է ձեր իմացած համարներում. «Բայց մենք գազ ունենք մեր բնակարանում, սա է»: Խոհանոցում այրվող գազի անվանումը մեթան է։ Մեթանի մոլեկուլն ունի մեկ ածխածնի ատոմ և չորս ջրածնի ատոմ։ Խոհանոցային այրիչի բոցում մեթանի մոլեկուլները ոչնչացվում են, ածխածնի ատոմը միավորվում է թթվածնի երկու ատոմների հետ, և դուք ստանում եք արդեն ծանոթ ածխաթթու գազի մոլեկուլը: Ջրածնի ատոմները նույնպես միանում են թթվածնի ատոմներին, և արդյունքում ստացվում են աշխարհի ամենակարևոր և անհրաժեշտ նյութի մոլեկուլները։
Այս նյութի մոլեկուլները նույնպես օդում են, դրանք այնտեղ շատ են: Ի դեպ, ինչ-որ չափով դուք նույնպես զբաղվում եք դրանով, քանի որ այդ մոլեկուլները ածխաթթու գազի մոլեկուլների հետ միասին արտաշնչում եք օդ։ Ի՞նչ է այս նյութը: Եթե ​​չեք գուշակել, շնչեք սառը ապակու վրա, և ահա այն ձեր առջև է՝ ջուր:

Հետաքրքիր է.
Մոլեկուլն այնքան փոքր է, որ եթե մենք իրար հետևից շարենք հարյուր միլիոն ջրի մոլեկուլ, ապա այս ամբողջ գիծը հեշտությամբ կտեղավորվի ձեր նոթատետրի երկու հարակից քանոնների միջև: Սակայն գիտնականներին, այնուամենայնիվ, հաջողվել է պարզել, թե ինչ տեսք ունի ջրի մոլեկուլը: Ահա նրա դիմանկարը. Ճիշտ է, այն կարծես արջի քոթոթ Վինի Թուխի գլուխ լինի: Տեսեք, թե ինչպես եք ականջներդ ծակել։ Իհարկե, դրանք ականջներ չեն, այլ «գլխին» կցված ջրածնի երկու ատոմ՝ թթվածնի ատոմ: Բայց կատակները կատակ են, բայց իրոք. արդյո՞ք այս «վերևի ականջները» որևէ կապ ունեն ջրի արտասովոր հատկությունների հետ:

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Ածխածնի երկօքսիդ (IV) (ածխածնի երկօքսիդ)նորմալ պայմաններում այն ​​անգույն գազ է, օդից ծանր, ջերմային կայուն, սեղմվելով և սառչելիս հեշտությամբ վերածվում է հեղուկ և պինդ («չոր սառույց») վիճակի։

Մոլեկուլի կառուցվածքը ներկայացված է նկ. 1. Խտությունը՝ 1,997 գ/լ: Վատ է լուծվում ջրում, մասամբ արձագանքում դրա հետ։ Ցույց է տալիս թթվային հատկությունները: Վերականգնում ակտիվ մետաղներ, ջրածին և ածխածին։

Բրինձ. 1. Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլի կառուցվածքը.

Ածխածնի երկօքսիդի համախառն բանաձևը CO 2 է: Ինչպես հայտնի է, մոլեկուլի մոլեկուլային զանգվածը հավասար է մոլեկուլը կազմող ատոմների հարաբերական ատոմային զանգվածների գումարին (Դ.Ի. Մենդելեևի Պարբերական աղյուսակից վերցված հարաբերական ատոմային զանգվածների արժեքները կլորացվում են մինչև ամբողջ թվեր. )

Mr(CO 2) = Ar(C) + 2×Ar(O);

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

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Մոլային զանգված (M)նյութի 1 մոլի զանգվածն է։

Հեշտ է ցույց տալ, որ մոլային զանգվածի թվային արժեքները M և հարաբերական են մոլեկուլային քաշը M r-ը հավասար են, սակայն առաջին արժեքն ունի չափ [M] = գ/մոլ, իսկ երկրորդը՝ անչափ.

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

Դա նշանակում է որ ածխաթթու գազի մոլային զանգվածը 44 գ/մոլ է.

Գազային վիճակում գտնվող նյութի մոլային զանգվածը կարելի է որոշել՝ օգտագործելով նրա մոլային ծավալը: Դա անելու համար գտե՛ք նորմալ պայմաններում տվյալ նյութի որոշակի զանգվածի զբաղեցրած ծավալը, այնուհետև նույն պայմաններում հաշվարկե՛ք այս նյութի 22,4 լիտր զանգվածը։

Այս նպատակին հասնելու համար (մոլային զանգվածի հաշվարկ) հնարավոր է օգտագործել իդեալական գազի վիճակի հավասարումը (Մենդելեև-Կլապեյրոնի հավասարում).

որտեղ p-ը գազի ճնշումն է (Pa), V-ը՝ գազի ծավալը (m 3), m-ը՝ նյութի զանգվածը (g), M-ը՝ նյութի մոլային զանգվածը (գ/մոլ), T-ը՝ բացարձակ ջերմաստիճանը։ (K), R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է, որը հավասար է 8,314 Ջ / (մոլ × Կ):

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

Զորավարժություններ	Կազմե՛ք պղնձի և թթվածնի համադրման բանաձևը, եթե դրանում գտնվող տարրերի զանգվածների հարաբերակցությունը m (Cu) է: m (O) = 4:1:
Լուծում	Եկեք գտնենք պղնձի և թթվածնի մոլային զանգվածները (Դ.Ի. Մենդելեևի Պարբերական աղյուսակից վերցված հարաբերական ատոմային զանգվածների արժեքները կկլորացվեն մինչև ամբողջական թվեր): Հայտնի է, որ M = Mr, որը նշանակում է M(Cu) = 64 գ/մոլ, իսկ M(O) = 16 գ/մոլ: n (Cu) = m (Cu) / M (Cu); n (Cu) \u003d 4 / 64 \u003d 0,0625 մոլ: n (O) \u003d m (O) / M (O); n (O) \u003d 1/16 \u003d 0,0625 մոլ. Գտեք մոլային հարաբերակցությունը. n(Cu) :n(O) = 0.0625: 0.0625 = 1:1, դրանք. Պղնձը թթվածնի հետ համատեղելու բանաձևը CuO է: Պղնձի (II) օքսիդ է։
Պատասխանել	CuO

ՕՐԻՆԱԿ 2

Զորավարժություններ	Կազմեք երկաթի միացության բանաձև ծծմբի հետ, եթե դրանում գտնվող տարրերի զանգվածների հարաբերակցությունը m է (Fe): m (S) \u003d 7: 4:
Լուծում	Որպեսզի պարզվի, թե ինչպիսի հարաբերություններ քիմիական տարրերմոլեկուլի բաղադրության մեջ անհրաժեշտ է գտնել դրանց նյութի քանակությունը։ Հայտնի է, որ նյութի քանակությունը գտնելու համար պետք է օգտագործել բանաձեւը. Եկեք գտնենք երկաթի և ծծմբի մոլային զանգվածները (Դ.Ի. Մենդելեևի Պարբերական աղյուսակից վերցված հարաբերական ատոմային զանգվածների արժեքները կկլորացվեն մինչև ամբողջական թվեր): Հայտնի է, որ M = Mr, որը նշանակում է M(S) = 32 գ/մոլ, իսկ M(Fe) = 56 գ/մոլ: Այնուհետև այս տարրերի նյութի քանակը հավասար է. n (S) = m (S) / M (S); n (S) \u003d 4 / 32 \u003d 0,125 մոլ: n (Fe) = m (Fe) / M (Fe); n (Fe) \u003d 7 / 56 \u003d 0,125 մոլ: Գտեք մոլային հարաբերակցությունը. n(Fe): n(S) = 0.125: 0.125 = 1:1, դրանք. Պղնձը թթվածնի հետ համատեղելու բանաձևը FeS է: Երկաթի (II) սուլֆիդ է։
Պատասխանել	FeS

Սանկտ Պետերբուրգի պետական ​​պոլիտեխնիկական համալսարան

Կիրառական մաթեմատիկայի և մեխանիկայի ինստիտուտ
Տեսական մեխանիկայի բաժին

ԱԾխածնի երկօքսիդի ՄՈԼԵԿՈՒԼ

դասընթացի նախագիծ

Բակալավրիատ. 010800 Մեխանիկա և մաթեմատիկական մոդելավորում

Խումբ 23604/1

Ծրագրի ղեկավար:

Պաշտպանության մեջ ընդունվեց.

Սանկտ Պետերբուրգ

Գլուխ 1 Մոլեկուլային դինամիկան 3

1.2 Զույգ պոտենցիալներ 5

1.2.1 Մորզեի ներուժ. 5

1.2.2 Լենարդ-Ջոնսի ներուժը. 6

1.2.3 Մորզեի և Լենարդ-Ջոնսի պոտենցիալների համեմատությունը 7

1.2.4 Պոտենցիալների և ուժերի համեմատության գրաֆիկներ. 7

1.2.5 Եզրակացություն 9

1.2 Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլ 9

Գլուխ 2 Գրավոր ծրագիր 10

2.1 Ծրագրի պահանջներ 10

2.2 Ծրագրի կոդը. տասնմեկ

2.2.1 Փոփոխականներ. տասնմեկ

2.2.2 Մասնիկների ստեղծման ֆունկցիա 12

2.2.3 Ֆիզիկայի ֆունկցիա 14

2.2.4 Power 18 ֆունկցիա

2.3 Օպտիմալ պարամետրերի ընտրություն 19

Աշխատանքի արդյունքներ 20

Հղումների ցուցակ 21

Ներածություն և խնդրի ձևակերպում

Մոլեկուլների մոդելավորումը, նույնիսկ ամենապարզը, բարդ խնդիր է։ Դրանց մոդելավորման համար անհրաժեշտ է օգտագործել բազմաթիվ մասնիկային պոտենցիալներ, սակայն դրանց ծրագրավորումը նույնպես շատ բարդ խնդիր է։ Հարց է առաջանում, թե արդյոք հնարավո՞ր է գտնել ամենապարզ մոլեկուլները մոդելավորելու ավելի հեշտ ճանապարհ։

Զուգակցված պոտենցիալները լավ պիտանի են մոդելավորման համար, քանի որ դրանք ունեն պարզ ձև և հեշտ է ծրագրավորվել: Բայց ինչպե՞ս կարող են դրանք կիրառվել մոլեկուլային մոդելավորման մեջ: Իմ աշխատանքը նվիրված է այս խնդրի լուծմանը։

Հետևաբար, իմ նախագծի առջև դրված առաջադրանքը կարող է ձևակերպվել հետևյալ կերպ՝ մոդելավորել ածխաթթու գազի մոլեկուլ՝ օգտագործելով զույգ պոտենցիալ (2D մոդել) և դիտարկել դրա ամենապարզ մոլեկուլային դինամիկան:

Գլուխ 1 Մոլեկուլային դինամիկան

Դասական մեթոդ մոլեկուլային դինամիկա

Մոլեկուլային դինամիկայի մեթոդը (MD մեթոդ) մեթոդ է, որի ժամանակ փոխազդող ատոմների կամ մասնիկների համակարգի ժամանակավոր էվոլյուցիան հետևվում է՝ ինտեգրելով նրանց շարժման հավասարումները։

Հիմնական դրույթներ.

Ատոմների կամ մասնիկների շարժումը նկարագրելու համար. դասական մեխանիկա. Մասնիկների շարժման օրենքը հայտնաբերվում է վերլուծական մեխանիկայի միջոցով: Միջատոմային փոխազդեցության ուժերը կարող են ներկայացվել դասական պոտենցիալ ուժերի տեսքով (որպես համակարգի պոտենցիալ էներգիայի գրադիենտ)։ Մակրոսկոպիկ (թերմոդինամիկ) բնույթի արդյունքներ ստանալու համար անհրաժեշտ չէ համակարգի մասնիկների շարժման հետագծերի ճշգրիտ իմացությունը երկար ժամանակային ընդմիջումներով: Մոլեկուլային դինամիկայի մեթոդով հաշվարկների ընթացքում ստացված կոնֆիգուրացիաների հավաքածուները բաշխվում են որոշ վիճակագրական բաշխման ֆունկցիայի համաձայն, օրինակ՝ միկրոկանոնիկ բաշխմանը համապատասխան։

Մոլեկուլային դինամիկայի մեթոդը կիրառելի է, եթե ատոմի (կամ մասնիկի) Դե Բրոլի ալիքի երկարությունը շատ ավելի փոքր է, քան միջատոմային հեռավորությունը։

Նաև դասական մոլեկուլային դինամիկան կիրառելի չէ թեթև ատոմներից բաղկացած մոդելավորման համակարգերի համար, ինչպիսիք են հելիումը կամ ջրածինը: Բացի այդ, ցածր ջերմաստիճաններում քվանտային էֆեկտները դառնում են որոշիչ, և նման համակարգերը դիտարկելու համար անհրաժեշտ է օգտագործել քվանտներ. քիմիական մեթոդներ. Անհրաժեշտ է, որ ժամանակները, երբ դիտարկվում է համակարգի վարքագիծը, ավելի երկար լինեն, քան ուսումնասիրված ֆիզիկական մեծությունների թուլացման ժամանակը:

Մոլեկուլային դինամիկայի մեթոդը, որն ի սկզբանե մշակվել է տեսական ֆիզիկայում, լայն տարածում է գտել քիմիայում, իսկ 1970-ական թվականներից՝ կենսաքիմիայում և կենսաֆիզիկայում։ Այն կարևոր դեր է խաղում սպիտակուցի կառուցվածքի որոշման և նրա հատկությունների ճշգրտման գործում, եթե առարկաների միջև փոխազդեցությունը կարող է նկարագրվել ուժային դաշտով։

1.2 Զույգ պոտենցիալներ

Իմ աշխատանքում ես օգտագործել եմ երկու պոտենցիալ՝ Լենարդ-Ջոնս և Մորզ: Դրանք կքննարկվեն ստորև:

1.2.1 Մորզեի ներուժ.

D-ը կապի էներգիան է, a-ն կապի երկարությունն է, b-ը պոտենցիալ հորի լայնությունը բնութագրող պարամետր է:

Պոտենցիալն ունի մեկ անչափ պարամետր ba. ba=6-ում Մորզի և Լենարդ-Ջոնսի փոխազդեցությունները մոտ են: Երբ ba-ն մեծանում է, Մորզեի փոխազդեցության համար պոտենցիալ հորի լայնությունը նվազում է, և փոխազդեցությունը դառնում է ավելի կոշտ և փխրուն:

Ba-ի նվազումը հանգեցնում է հակառակ փոփոխությունների. պոտենցիալ ջրհորն ընդլայնվում է, կոշտությունը նվազում է:

Մորզեի պոտենցիալին համապատասխանող ուժը հաշվարկվում է բանաձևով.

Կամ վեկտորային ձևով.

1.2.2 Լենարդ-Ջոնսի ներուժը.

Փոխազդեցության զուգակցված ուժային ներուժ: Սահմանվում է բանաձևով.

r-ը մասնիկների միջև հեռավորությունն է, D-ն կապի էներգիան է, a-ն կապի երկարությունն է:

Պոտենցիալը Mie ներուժի հատուկ դեպք է և չունի չափազերծ պարամետրեր:

Լենարդ-Ջոնսի պոտենցիալին համապատասխանող փոխազդեցության ուժը հաշվարկվում է բանաձևով

Լենարդ-Ջոնսի պոտենցիալի համար կապի կոշտությունը, կապի կրիտիկական երկարությունը և կապի ամրությունը համապատասխանաբար հավասար են.

Փոխազդեցության վեկտորային ուժը որոշվում է բանաձևով

Այս արտահայտությունը պարունակում է միայն r միջատոմային հեռավորության զույգ հզորություններ, ինչը հնարավորություն է տալիս չօգտագործել արմատի արդյունահանման գործողությունը թվային հաշվարկներում մասնիկների դինամիկայի մեթոդով։

1.2.3 Մորզեի և Լենարդ-Ջոնսի պոտենցիալների համեմատությունը

Պոտենցիալը որոշելու համար յուրաքանչյուրը դիտարկեք ֆունկցիոնալ տեսանկյունից:

Երկու պոտենցիալներն էլ ունեն երկու տերմին, մեկը պատասխանատու է գրավչության համար, իսկ մյուսը գրավչության համար:

Մորզեի պոտենցիալը պարունակում է բացասական ցուցիչ՝ ամենաարագ նվազող ֆունկցիաներից մեկը։ Հիշեցնեմ, որ արտահայտիչն ունի վանման համար պատասխանատու տերմինի ձևը, գրավչության համար պատասխանատու տերմինը։

Առավելությունները:

Լենարդ Ջոնսի ներուժն իր հերթին պարունակում է հզորության գործառույթըբարի

Որտեղ n = 6՝ ներգրավման համար պատասխանատու տերմինի համար, և n = 12՝ վանման համար պատասխանատու տերմինի համար:

Առավելությունները:

արդյունահանման կարիք չկա քառակուսի արմատ, քանի որ հզորությունները նույնիսկ ծրագրավորված են: Ավելի հարթ նվազում և ավելանում է Մորզեի պոտենցիալի համեմատ

1.2.4 Պոտենցիալների և ուժերի համեմատության գրաֆիկներ.

1.2.5 Եզրակացություն

Այս գրաֆիկներից կարելի է 1 եզրակացություն անել՝ Մորզեի ներուժն ավելի ճկուն է, հետևաբար այն ավելի հարմար է իմ կարիքների համար, քանի որ անհրաժեշտ է նկարագրել երեք մասնիկների միջև փոխազդեցությունները, և դա կպահանջի 3 տեսակի ներուժ.

Թթվածնի և ածխածնի փոխազդեցության համար (նույնն է մոլեկուլի յուրաքանչյուր թթվածնի համար) Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլում թթվածնի փոխազդեցության համար (եկեք այն անվանենք կայունացնող) Տարբեր մոլեկուլների մասնիկների փոխազդեցության համար.

Ուստի ապագայում ես կօգտագործեմ միայն Մորզեի պոտենցիալը, իսկ անունը բաց կթողնեմ։

1.2 Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլ

Ածխածնի երկօքսիդը (ածխաթթու գազ) անհոտ և անգույն գազ է։ Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլն ունի գծային կառուցվածք և կովալենտ բևեռային կապեր, թեև մոլեկուլն ինքնին բևեռային չէ։ Դիպոլի մոմենտ = 0: