Kemia perustuu yllättävän pieneen joukkoon ydinkaavoja. Hallitse nämä ja voit käsitellä suurimman osan A-tason, AP:n ja ensimmäisen vuoden yliopisto-ongelmista. Tämä opas kattaa tärkeimmät yhtälöt – mitä ne tarkoittavat, kuinka niitä käytetään ja oppilaiden useimmin tekemät virheet.

Myyrä ja molaarisuus

Kaikki kvantitatiivisessa kemiassa alkaa myyristä. Yksi mooli mitä tahansa sisältää 6,022 × 10²³ hiukkasia (Avogadron luku). Massan, moolien ja moolimassan välinen suhde on:

n = m / M

Missä n on moolia, m on massa grammoina ja M on moolimassa g/mol (löytyy summaamalla atomimassat jaksollisesta taulukosta).

Molarity laajentaa tämän ratkaisuihin:

M = n / V

Pitoisuus mol/l on yhtä kuin moolit jaettuna tilavuudella litroina. 0,1 M NaCl-liuos sisältää 0,1 moolia natriumkloridia litrassa liuosta.

Yleinen virhe: Oppilaat unohtavat usein muuntaa tilavuuden litroiksi ennen jakamista. 500 ml on 0,5 l, ei 500.

Laimennuskaava

Kun lisäät liuotinta liuokseen, liuenneen aineen moolit pysyvät vakiona, vaikka pitoisuus laskee:

C₁V₁ = C₂V₂

Esimerkki: Sinulla on 50 ml 2 M HCl-liuosta ja tarvitset 0,5 M HCl:a. Minkä lopullisen volyymin tarvitset?

2 × 50 = 0.5 × V₂
V₂ = 200 mL

Lisää 150 ml vettä alkuperäiseen 50 ml:aan. Lisää aina happoa veteen – ei koskaan päinvastoin – lämmön turvallisesti haihduttamiseksi.

Kaasulait

Kolme klassista kaasulakia yhdistyvät yhdeksi tehokkaaksi yhtälöksi:

P₁V₁ / T₁ = P₂V₂ / T₂

Tämä on yhdistetty kaasulaki, ja pitämällä yhtä muuttujaa vakiona saat jokaisen yksittäisen lain:

laki Vakio Suhde
Boylen Lämpötila P1V1 = P2V2
Charlesin Paine V1/T1 = V2/T2
Gay-Lussac's Äänenvoimakkuus P1/T1 = P2/T2

Kriittinen sääntö: Lämpötilan on oltava aina kelvineissä. Muunna käyttämällä K = °C + 273,15. Celsiuksen käyttö on yksi yleisimmistä kokeen virheistä.

Ihanteellinen kaasulaki yhdellä ehdolla:

PV = nRT

Missä R = 8,314 J/mol·K (tai 0,08206 L·atm/mol·K). Käytä toista arvoa, kun paine on ilmakehässä ja tilavuus litroina.

Stökiömetria: moolisuhteen menetelmä

Stökiometria muuntaa lähtöaineiden massojen ja tuotteiden välillä tasapainotettujen yhtälöiden avulla. Menetelmä on aina sama neljä vaihetta:

  1. Tasapainota yhtälö
  2. Muunna annettu massa → moolia (jaa moolimassalla)
  3. Skaalaa käyttämällä yhtälön moolisuhdetta
  4. Muunna takaisin → massa (kerroi moolimassalla)

Esimerkki: Kuinka monta grammaa vettä muodostuu, kun 18 g H2 reagoi ylimääräisen O₂:n kanssa?

2H₂ + O₂ → 2H₂O
  • 18 g H2 ÷ 2 g/mol = 9 mol H2
  • Suhde on 2:2, joten 9 mol H2 → 9 mol H2O
  • 9 mol × 18 g/mol = 162 g H2O

Prosenttituotto

Todelliset reaktiot eivät koskaan anna 100 %:n saantoa sivureaktioiden, epätäydellisen konversion ja käsittelyhäviöiden vuoksi:

% yield = (actual yield / theoretical yield) × 100

Jos stoikiometrisi ennustaa 162 g vettä, mutta keräät 145 g:

% yield = (145 / 162) × 100 = 89.5%

Entalpia ja Hessin laki

Entalpiamuutos (ΔH) mittaa vakiopaineessa vapautuvaa tai absorboitua lämpöä. Kalorimetriaa varten:

q = m × c × ΔT

Missä c vesi = 4,18 J/g·°C.

Hessin laki sanoo, että ΔH on polusta riippumaton – voit lisätä yhtälöitä (ja niiden ΔH-arvoja) löytääksesi reaktion entalpian, jota et voi mitata suoraan. Jos käännät yhtälön, muuta ΔH:n etumerkkiä. Jos kerrot kertoimella, kerro ΔH samalla kertoimella.

Gibbs Free Energy

Tehokkain yksittäinen yhtälö termodynamiikassa:

ΔG = ΔH - TΔS
  • ΔG < 0: Reaktio on spontaani (etenee ilman lisäenergiaa)
  • ΔG > 0: Ei-spontaani (vaatii energian syötön)
  • ΔG = 0: Järjestelmä on tasapainossa

Entalpian ja entropian välinen vuorovaikutus tarkoittaa, että lämpötila määrittää spontaanisuuden, kun ΔH ja TΔS osoittavat vastakkaisiin suuntiin.

ΔH ΔS Spontaani?
− + Aina
+ − Ei koskaan
− − Vain matalalla T
+ + Vain korkealla T

Tasapainovakio

Reversiibelille reaktiolle aA + bB ⇌ cC + dD:

Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / [A]ᵃ[B]ᵇ
  • Kc >> 1: suositellut tuotteet (reaktio on melkein valmis)
  • Kc << 1: Reagenssit suosivat (tuotemuotoja ei juuri lainkaan)
  • Puhtaat kiinteät aineet ja nesteet on suljettu pois lausekkeesta

reaktioosamäärä Q on samassa muodossa kuin Kc, mutta se käyttää mitä tahansa pitoisuuksia, ei tasapainoarvoja. Jos Q < Kc, reaktio etenee eteenpäin; jos Q ​​> Kc, se menee taaksepäin.

Henderson-Hasselbalch puskureille

Puskurit kestävät pH-muutoksia sisältämällä sekä heikkoa happoa että sen konjugaattiemästä:

pH = pKa + log([A⁻] / [HA])

Kun [A-] = [HA] (yhtäsuuret pitoisuudet), log(1) = 0, joten pH = pKa. Tämä on puskurin toiminta-alueen keskipiste. Puskurit toimivat tehokkaasti ±1 pH-yksikön sisällä pKa:sta.

Blood käyttää hiilihappo/bikarbonaattijärjestelmää (pKa 6,1) ylläpitämään pH-arvoa 7,4 – esimerkki Henderson-Hasselbalchista, jonka spesifinen [A⁻]/[HA]-suhde on noin 20:1.

Nernstin yhtälö

Kennojännite epästandardeissa olosuhteissa:

E = E° - (0.0592/n) × log Q     (at 25°C)

Missä n on siirtyneet elektronit ja Q on reaktioosamäärä. Kun akku purkautuu, Q kasvaa ja E putoaa - saavuttaen lopulta nollan täydellä purkautumisella.

Muistettavat avainnumerot

Vakio Arvo
Avogadron numero 6,022 × 10²³ /mol
Kaasun vakio R 8,314 J/mol·K
Faradayn vakio F 96 485 C/mol
Valon nopeus c 3,00 × 108 m/s
Kw (vesi, 25°C) 1,0 × 10-114

Laita kaikki yhteen

Tärkein tapa kemiassa on yksiköiden seuranta. Kirjoita jokainen yksikkö jokaisessa vaiheessa. Kun yksiköt peruuttavat oikein, menetelmä on melkein varmasti oikea. Jos he eivät peruuta, huomaat virheen ennen kuin menetät arvosanat.

Käytä [Molarity Calculator] (/en/praktinen/kemia/molaarisuus), [Stoichiometry Calculator] (/en/praktinen/kemia/stoikiometria), [Gibbs Free Energy Calculator] (/en/praktinen/kemia/gibbs-free-energy) ja Henderson-Hasselbalch Laskin tarkistaaksesi työsi.