Как определить эквивалент металла


Кафедра «Химия и технология материалов современной энергетики»

Химическая и ядерно-химическая технология относятся к числу наиболее быстро развивающихся отраслей России и по темпам своего развития намного опережают другие отрасли.

Для работы на всех отраслевых предприятиях необходимы инженеры-химики, специализирующиеся в области химической и радиохимической технологий, разбирающиеся в методах и процессах переработки природного сырья и отработавшего ядерного топлива, постигшие законы экологии.

Как и на многих наукоемких специальностях, на этой предусмотрен расширенный до пяти с половиной лет срок обучения на дневном отделении. В рамках инженерной подготовки студенты изучают инженерную графику, механику, моделирование химико-технологических процессов. В качестве специальных дисциплин проходят процессы и аппараты химической технологии, радиохимию, системы управления химико-технологическими процессами, технологию основных материалов современной энергетики и основы радиационной безопасности, химические реакторы, экономику ядерной отрасли и др. Учебный план Перечень преподаваемых дисциплин

Как определить плотность металла - Канадский институт охраны природы (CCI) Примечания 9/10

Введение

Плотность объекта - это масса объекта, деленная на его объем. Плотность является характеристикой материала, из которого изготовлен объект, и ее значение может помочь идентифицировать материал.

За исключением объектов простой формы, напрямую определить объем сложно. Простой способ определить плотность металлического объекта - взвесить его в воздухе, а затем снова взвесить при погружении в жидкость, как описано в разделе «Наука, лежащая в основе измерений плотности».Вода - самая удобная жидкость для использования, но если объект нельзя погрузить в воду, можно использовать органические растворители, такие как этанол или ацетон. Плотность объекта можно рассчитать по двум измерениям веса и плотности жидкости.

При правильном балансе и контейнере подходящего размера этот метод можно использовать для различных объектов: больших или малых, металлических или неметаллических. Этот метод работает для сложных форм, даже для объектов с отверстиями, если жидкость может проникать и заполнять отверстия.Как только плотность определена, ее можно сравнить с плотностями известных материалов, чтобы сузить круг вопросов, из которых может быть сделан объект.

В этом примечании описывается процедура и необходимые материалы для определения плотности металлического объекта. Первым шагом является выполнение процедуры на одном или нескольких металлических объектах известного состава, будь то чистый металл или сплав, чтобы получить опыт использования метода и убедиться, что он используется правильно. Затем можно определить плотность неизвестных металлов.

Методика определения плотности металла

Оборудование и материалы, необходимые для определения плотности

  • Мелкие металлические предметы, которые можно погружать в воду
  • Весы с возможностью взвешивания под весами (т. баланс)
  • Металлическая проволока для крепления к крючку внутри баланса (хорошо подойдет изогнутая скрепка)
  • Поддерживающая подставка или платформа для удержания весов, чтобы под них можно было подвешивать предметы на крючке
  • Стаканы, достаточно большие, чтобы предметы можно было полностью погрузить без перелива жидкости
  • Опоры для удержания стаканов на нужной высоте под весами
  • Водопроводная вода
  • Калькулятор
  • Нейлоновая нить (e.грамм. леска или аналогичный легкий материал) для подвешивания предметов под весами
  • Перчатки нитриловые одноразовые
  • Дополнительно: зажимы для крепления опоры баланса к краю счетчика

Методика определения плотности при взвешивании ниже весов

  1. Снимите крышку с нижней стороны весов, чтобы открыть крючок внутри.
  2. Поместите весы на подставку с отверстием для доступа к внутреннему крючку.
  3. Присоедините проволочный крюк к внутреннему крюку и затем тарируйте весы (установите на ноль).
  4. Подвесьте какой-либо предмет на крючок под весами, используя нейлоновую нить или аналогичный предмет, и взвесьте его в воздухе. Надевайте перчатки при работе с металлическими предметами, особенно с теми, которые предположительно содержат свинец.
  5. Наполните стакан водой и поместите его под весы.
  6. Поднимите стакан до полного погружения объекта. Установите подставку под стакан, чтобы удерживать его на нужной высоте.Убедитесь, что под объектом или в пустотах внутри объекта нет пузырей.
  7. Взвесьте погруженный объект.
  8. Рассчитайте плотность, используя приведенное ниже уравнение.
  9. Сравните рассчитанную плотность с известными значениями плотности металлов и сплавов, используя приведенную ниже таблицу или более полные списки, доступные в справочных материалах.
  10. Повторите шаги 4–9 с остальными объектами.

Расчет плотности

Плотность ρ объекта или материала определяется как масса m, деленная на объем V; в символах ρ = m / V.Если объект взвешивается в воздухе, чтобы определить его фактическую массу, и взвешивается в жидкости, чтобы определить его (кажущуюся) массу в жидкости, то плотность объекта определяется по формуле:

Плотность воды 0,998 г / см 3 при 20 ° C и 0,997 г / см 3 при 25 ° C.

Результаты процедуры

Примеры объектов

На рис. 1 показаны примеры восьми различных металлических образцов, использованных для демонстрации этой процедуры.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы.CCI 120260-0358
Рис. 1. Металлические предметы, используемые для демонстрации процедуры.

Измеренные плотности металлических образцов на Рисунке 1 представлены ниже.

В верхнем ряду слева направо:

  1. Вероятно, чугун (7,13 г / см 3 )
  2. Алюминий высокой чистоты (2,70 г / см 3 )
  3. Красноватый медный сплав (возможно, 85% меди и 15% цинка, 8,23 г / см 3 )
  4. Медь высокой чистоты (8.88 г / см 3 )

В нижнем ряду слева направо:

  1. Цинковое литье (сплав неизвестен, 7,09 г / см 3 )
  2. Свинец высокой чистоты (11,20 г / см 3 )
  3. Олово высокой чистоты (7,27 г / см 3 )
  4. Желтый картридж, латунь (70% меди и 30% цинка, 8,45 г / см 3 )

В каждом образце плотность определялась по приведенной выше формуле. Например, для алюминиевого объекта (б) масса оказалась равной 110.18 г в воздухе и 69,45 г в воде, что дает плотность 2,70 г / см 3 . Для чугунного объекта (а) масса составила 209,47 г в воздухе и 180,13 г в воде, что дает 7,13 г / см 3 . Для свинцового объекта (f) масса составила 102,44 г в воздухе и 93,31 г в воде, что дает 11,20 г / см 3 .

Измеренные плотности алюминия, чугуна и свинца (2,70, 7,13 и 11,20 г / см 3 ) близки к известным значениям плотности (2,71, 7,20 и 11,33 г / см 3 из таблицы 1).Таким образом, предметы из алюминия и свинца легко идентифицируются по плотности.

Для изделия из чугуна одной плотности недостаточно, чтобы исключить другие металлы, такие как цинк (известная плотность 7,13 г / см 3 ). Когда плотность неизвестного металла приближается к плотности нескольких металлов и сплавов (например, цинка, железа и олова), тогда необходимо определить другие свойства, такие как магнетизм и цвет, чтобы помочь идентифицировать его.

Известная плотность выбранных металлов и сплавов

Известная плотность выбранных металлов и сплавов приведена в таблице 1 в порядке увеличения плотности (ASTM 2006, Lide 1998).

Таблица 1: известная плотность выбранных металлов и сплавов
Металл или сплав Плотность (г / см 3 )
Алюминий 2,71
Алюминиевые сплавы 2,66–2,84
цинк 7,13
Чугун (серое литье) 7,20
Олово 7.30
Сталь (углеродистая) 7,86
Нержавеющая сталь 7,65–8,03
Латунь (картридж: 70% меди, 30% цинка) 8,52
Латунь (красный: 85% меди, 15% цинка) 8,75
Нейзильбер (65% меди, 18% никеля, 17% цинка) 8,75
Бронза (85% меди, 5% олова, 5% цинка, 5% свинца) 8.80
Никель 8,89
Медь 8,94
Серебро 10,49
Свинец 11,33
Золото 19,30
Реквизиты баланса

Весы с возможностью взвешивания под весами обычно поставляются с крышкой под внутренним крючком.На рис. 2 показан пример расположения крышки на дне весов.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0359
Рис. 2. Весы с возможностью взвешивания под весами.

На рис. 3 показан увеличенный вид с закрытой крышкой; на рис. 4 крышка открыта, чтобы обнажить внутренний крючок.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0360
Рис. 3. Деталь нижней стороны весов, демонстрирующая подвижную металлическую крышку, закрывающую внутренний крючок.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0361
Рис. 4. Деталь нижней стороны весов, показывающий внутренний крюк после поворота металлической крышки.

На рис. 5 показана металлическая проволока, изогнутая в виде крючков на обоих концах. На рисунке 6 показан крючок на одном конце проволоки, прикрепленный к внутреннему крючку внутри весов.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0363
Рис. 5. Проволока с загнутыми концами в виде крючка.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0362
Рис. 6. Деталь проволоки, загнутой в крючки с обоих концов. Верхний конец крючка прикреплен к другому крючку внутри весов.

На рис. 7 показаны весы, которые устанавливаются на подставку из оргстекла с прорезью в верхней части. Отверстие обеспечивает доступ к крючку на нижней стороне весов.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0365
Рисунок 7.Весы устанавливаются на подставку из оргстекла с крюком, который вот-вот пройдет через отверстие в подставке.

На рис. 8 показаны весы на подставке из оргстекла с прямоугольным купоном из чистой меди, взвешиваемым на воздухе. На рисунке 9 показаны весы на стенде из оргстекла с прямоугольным купоном из чистой меди, взвешиваемым в воде. Меньшая подставка из оргстекла используется для поддержки стакана на нужной высоте.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы.CCI 120260-0366
Рис. 8. Прямоугольный купон чистой меди, взвешиваемой на воздухе.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0367
Рис. 9. Прямоугольный купон из чистой меди, погруженной в воду.

На рисунке 10 показан пример объекта с отверстием, в котором застряли пузырьки воздуха. Будьте осторожны, чтобы не захватить предметом пузырьки воздуха, так как это приведет к неточному показанию.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы.CCI 120260-0375
Рис. 10. Три пузырька воздуха застряли в отверстии.

Дополнительная информация

Использование других растворителей, кроме воды

Если погружать какой-либо предмет в воду, например железо, нецелесообразно, поскольку он очень подвержен коррозии, можно использовать органический растворитель, такой как ацетон или безводный этанол. Необходимо использовать надлежащую вентиляцию и соответствующие средства индивидуальной защиты. Обратитесь к паспорту безопасности (SDS) конкретного растворителя для рекомендованного оборудования.Плотность ацетона составляет 0,790 г / см 3 , а плотность безводного этанола составляет 0,789 г / см 3 , оба при 20 ° C. Тем, кому может потребоваться использовать одну из этих жидкостей, попробуйте измерить плотность объекта, используя воду и одну из этих жидкостей, и сравните результаты.

Советы по настройке весов
Альтернативная подставка для весов

Лист фанеры с отверстием можно прижать к краю прилавка, если нет подставки для балансировки (Рисунок 11).

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0296
Рис. 11. Платформа для весов, сделанная из фанеры и зажимов.

Весы без взвешивания под весами

Весы без крюка для взвешивания можно использовать для определения плотности, но для этого требуется рама, чтобы подвешивать объект под весами и переносить вес объекта на весы. Баланс должен быть установлен на платформе; может использоваться установка, аналогичная показанной на рисунке 11.(В этом случае отверстие в дереве на Рисунке 11 не требуется.) Затем вокруг весов и платформы устанавливают четырехстороннюю рамку (имеющую форму рамки для рисунка), опираясь только на чашу весов и не касаясь ее. другая часть баланса (рисунок 12). Весы тарируют с установленными рамой и крюком, затем объект прикрепляют к крюку на раме и взвешивают в воздухе и в жидкости, как в этапах 4–9 процедуры «Определение плотности металла».

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы.CCI 120260-0298
Рис. 12. Вид спереди (левая часть рисунка) и вид сбоку (правая сторона), показывающие весы без возможности взвешивания ниже весов. Верхний сегмент прямоугольной рамки опирается на чашу весов, а предмет прикрепляется к нижнему сегменту.

Наука, лежащая в основе измерений плотности

Плавучесть и принцип Архимеда

Техника этой процедуры датируется третьим веком до нашей эры. В своей книге «Плавающие тела» Архимед Сиракузский предположил, что если объект погрузить в жидкость и взвесить, он будет легче, чем его истинный вес, на вес жидкости, которую он вытесняет.История гласит, что Архимед использовал эту идею, чтобы показать, что корона не была чистым золотом, а скорее смесью золота и серебра (Heath 1920).

Объект кажется более легким в жидкости, потому что на него действует сила, называемая выталкивающей силой. Сила возникает из-за того, что давление в жидкости увеличивается с глубиной, поэтому давление на нижнюю часть объекта (толкая объект вверх) выше, чем давление сверху (толкающее его вниз). Разница между давлением, направленным вверх и вниз, дает подъемную силу.Выталкивающая сила, толкая объект вверх, действует против силы тяжести, которая тянет объект вниз. Если подъемная сила меньше силы тяжести, объект утонет, но будет казаться, что в жидкости он весит меньше, чем в воздухе. Если выталкивающая сила больше силы тяжести, объект всплывет к поверхности жидкости.

Плотность объекта рассчитывается по формуле, приведенной ранее

Когда плотность известна, ее можно использовать для расчета объема объекта по следующей формуле:

Объем объекта = (масса в воздухе) / (плотность объекта)

Подобно воде, воздух также производит подъемную силу.(Вот почему гелиевые шары плавают вверх.) Выталкивающая сила воздуха слишком мала, чтобы иметь значение в этой процедуре, но ее необходимо учитывать, когда требуется высокая точность взвешивания (Skoog et al. 2014).

Плотность определяется по вытесненному объему

Более простой, но менее точный способ измерения плотности - поместить объект в жидкость и измерить объем вытесненной жидкости. Это можно использовать для небольших объектов, которые помещаются в градуированный цилиндр, например, чтобы решить, сделан ли объект из свинца или менее плотного металла.

Порядок действий следующий. Найдите градуированный цилиндр диаметром не намного больше, чем объект. Определите массу объекта с помощью подходящих весов. Добавьте воду в мерный цилиндр и запишите начальный объем. Полностью погрузите объект в воду, стараясь не образовывать пузырьков, а затем запишите объем во второй раз. Объем объекта равен разнице конечного и начального объемов, считываемых с градуированного цилиндра, а плотность - это масса, деленная на объем объекта.

В качестве примера была измерена фигурка лося. Масса 4,088 г. На рис. 13 фигурка показана за пределами градуированного цилиндра, а на рис. 14 - в погруженном состоянии. Вода в градуированном цилиндре увеличилась с 5,0 мл до 5,6 мл, когда фигурка была погружена, что дало изменение объема на 0,6 мл. Без учета ошибок измерения объема плотность рассчитывается и составляет 4,088 г / 0,6 мл = 6,8 г / см 3 . (Примечание: 1 мл = 1 см 3 .) Это меньше плотности цинка и может указывать на сплав цинка и более легкого металла, возможно, магния или алюминия.Но, учитывая небольшой объем, есть неточности в измерениях. Объем может быть измерен только с точностью до 0,1 мл с помощью градуированного цилиндра, поэтому объем может составлять от 0,5 до 0,7 мл. Таким образом, плотность может составлять от 4,088 г / 0,7 мл = 5,8 г / см 3 до 4,088 г / 0,5 мл = 8,2 г / см 3 . В этом диапазоне измерений фигурка может быть из цинка, железа, олова, стали или других сплавов, но не из чистого алюминия или чистого свинца. Фактически анализ показал, что это олово, имеющее плотность 7.30 г / см 3 .

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0373
Рис. 13. Небольшой металлический предмет перед погружением в воду в мерном цилиндре на 25 мл. Обратите внимание на уровень воды.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы. CCI 120260-0374
Рис. 14. Небольшой металлический предмет после погружения в воду в мерном цилиндре объемом 25 мл. Уровень воды примерно на 0,6 мл больше, чем до погружения объекта.

Другое применение

Вышеуказанные процедуры можно использовать не только для идентификации металлов по их плотности.

Вес для литья металлов

При отливке скульптуры необходимо оценить количество металла, необходимого для заполнения формы модели скульптуры. Если отливаемая модель может быть погружена в воду, объем модели можно определить с помощью описанных выше методов. Тогда необходимую массу металла m можно рассчитать из объема V модели и плотности металла ρ по формуле m = ρV.(Имейте в виду, что обычно требуется дополнительный металл для заполнения каналов, которые направляют расплавленный металл в форму.)

Благодарности

Особая благодарность Миган Уолли, Люси 'т Харт и Кэтрин Мачадо, бывшим стажерам CCI, за их помощь в разработке этой заметки.

Список литературы

ASTM G1-03. «Стандартная практика подготовки, очистки и оценки образцов для испытаний на коррозию». В Ежегодной книге стандартов ASTM, т. 03.02. Вест Коншохокен, Пенсильвания: Американское общество испытаний и материалов, 2006, стр.17–25.

Heath, T.L. Архимед. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макмиллан, 1920.

Lide, D.R., ed. CRC Справочник по химии и физике, 79-е изд. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 1998, стр. 12-191–12-192.

Скуг, Д.А., Д.М. Вест, Ф.Дж. Холлер и С. Присядь. Основы аналитической химии, 9 изд. Бельмонт, Калифорния: Брукс / Коул, 2014 г., стр. 22–23.

Автор Линдси Селвин

Également publié en version française.

© Правительство Канады, Канадский институт охраны природы, 2016

ISSN 1928-1455

.

Как определить степень окисления элементов в соединении

[Депонировать фотографии]

В увлекательной химии есть понятие степени окисления, которое представляет собой число для формулировки окислительно-восстановительных реакций.

Чтобы быть кратким, в этой науке степень окисления означает условный заряд в атоме, который теряет или приобретает электроны, и эта цифра представляет собой метод расчета переноса электронов.Это число присваивается одному атому или группе атомов, и характеризует количество перераспределенных электронов, а также показывает принцип переноса электронов в результате определенной химической реакции.

[Депонировать фотографии]

Определить степень окисления одновременно легко и сложно - она ​​зависит от атомов и молекул, которые их составляют.Часто бывает, что атомы некоторых химических элементов могут иметь совершенно разную степень окисления.

Чтобы упростить процесс определения степени окисления, используются специальные простые правила, и любой, кто знает основы химии и математики, сможет без труда использовать их для определения определенной степени окисления. Мы всегда должны помнить, что часто степень окисления и валентность элемента равны друг другу.

Эта научная тема широко изучается в школе, поэтому, чтобы понять, как определить степень окисления, мы предлагаем вам прочитать эту статью.

Первый этап: определяем, является ли химическое вещество элементарным.

Степень окисления атомов, которые никак не взаимодействуют с другими атомами в результате химических процессов, равна нулю.

Этот принцип применяется к группе веществ, состоящей из отдельных свободных атомов.Это правило также применяется к химическим элементам, которые состоят из двухатомных или многоатомных молекул только одного элемента.

[Депонировать фотографии]

Например, железо Fe и кальций Ca имеют степень окисления ноль, потому что они состоят из одного элемента, который не связан химически с другими, как и многоатомные молекулы с одним и тем же типом атома, например, для озона O ₃ степень окисления также будет 0.

Расчет степени окисления в ионных соединениях

Степень окисления идентична заряду атомов или группы атомов. Этот принцип применим как к свободным ионам, так и к тем, которые входят в структуру химических соединений.

Например, степень окисления иона хлора равна -1, и если мы исследуем хлор в химическом соединении, например в соляной кислоте HCl, степень окисления этого элемента также будет -1.Так как ион водорода имеет степень окисления +1, заряд иона хлора равен -1, что означает, что его степень окисления равна -1.

[Депонировать фотографии]

Ионы металлов могут иметь много степеней окисления

Мы рассмотрим это на примере железа (Fe), потому что его ион может иметь заряд +2 и +3. Заряд ионов металлических элементов можно определить по заряду других ионов в химическом соединении, и в формулах записи этот заряд обозначается римскими цифрами, например, железо (II) имеет степень окисления +2.Здесь вы найдете потрясающие безопасные эксперименты с железом.

Как определить степень окисления соединения?

Как мы уже установили, соединение должно быть нейтральным. Рассмотрим AlCl₃.

[Викимедиа]

Как мы уже говорили выше, заряд ионов в хлоре равен -1, а в этом соединении есть три атома хлора.Соответственно для компенсации минусов заряд алюминия должен быть +3.

Как определить степень окисления O₂?

Когда кислород находится в свободном состоянии (не вступая в реакцию с какими-либо элементами), степень окисления равна нулю (фактически, как и другие элементарные элементы).

Если кислород входит в состав любого гидроксида, например гидроксида водорода h3O2, он будет иметь степень окисления -1.

Если кислород взаимодействует с фтором (F), он будет иметь степень окисления +2.

Рассмотрим степень окисления водорода H

Этот химический элемент имеет степень окисления +1 (кроме молекулярного состояния водорода), но в исключительных случаях.

via GIPHY

Например, в воде HO степень окисления водорода будет +1, потому что степень окисления кислорода равна -2, и поэтому все соединение, согласно правилам, имеет нейтральный заряд.

Но если мы возьмем NaH, степень окисления H будет -1, так как у натрия заряд +1.

Как определить степень окисления фтора (F)

Хотя степень окисления химических элементов зависит в большинстве случаев от множества факторов, фтор всегда будет иметь степень окисления -1. Это связано с тем, что фтор имеет низкую электрическую отрицательность, то есть атомы F неохотно вырываются из собственных электронов, но интенсивно притягивают электроны других элементов.

Правило: сумма степеней окисления равна заряду химического элемента.

Сумма степеней окисления всех атомов соединения должна быть нейтральной. С помощью этого правила мы можем проверить, ошиблись ли мы при решении химической задачи.

Как определить степень окисления? Вот несколько полезных советов, которые помогут в решении проблем:

Таблица Менделеева пригодится, чтобы сделать расчет точным. Вы должны научиться правильно пользоваться им и различать, где находятся металлы и неметаллы.

Чтобы найти степень окисления металлов, которая часто имеет несколько соответствующих значений, вы должны определить их по степени окисления других атомов в соединении.

Если вы сложите все величины окисления атомов в химической связи, вы всегда получите нулевую степень окисления.

Наивысшая степень окисления элемента определяется с помощью таблицы Менделеева по группе, в которой он находится.

Металлы во всех соединениях имеют положительную степень окисления.

В соединениях с неметаллами водород имеет степень окисления +1, а степень окисления металлов - -1.

В соединениях кислород имеет степень окисления -2, за исключением H₂O₂, OF₂, K₂O₂.

[Депонировать фотографии]

Степени окисления неметаллов при соединении с атомами металлов всегда будут отрицательными, но при взаимодействии с атомами неметаллов они могут иметь положительную или отрицательную степень окисления.

Чтобы найти наивысшую степень окисления неметаллов, из числа 8 вычтите номер группы, в которой находится элемент, и наивысшая степень окисления со знаком плюс будет равна количеству электронов на внешнем слое. . Чтобы узнать количество электронов во внешнем слое, посмотрите на номер группы в периодической таблице.

.

Как определить степени ненасыщенности молекулы

  1. Образование
  2. Наука
  3. Химия
  4. Как определить степени ненасыщенности молекулы

Знание числа ненасыщенности

Артур Винтер

в молекуле полезно, потому что это число связано с тем, сколько кратных связей или колец присутствует в неизвестном соединении. (Этот кусочек информации становится очень полезным, когда вы хотите определить структуру неизвестного соединения.)

Степени ненасыщенности в молекуле аддитивны - молекула с одной двойной связью имеет одну степень ненасыщенности, молекула с двумя двойными связями имеет две степени ненасыщенности и так далее. Подобно тому, как образование двойной связи вызывает потерю двух атомов водорода, образование кольца также приводит к потере двух атомов водорода, поэтому каждое кольцо в молекуле также добавляет одну степень ненасыщенности. Для каждой тройной связи к молекуле добавляются две степени ненасыщенности, потому что молекула должна потерять четыре атома водорода, чтобы образовалась тройная связь.Здесь показаны некоторые примеры трехуглеродных молекул с различным числом степеней ненасыщенности.

Степени ненасыщенности трехуглеродных молекул.

Чтобы определить количество степеней ненасыщенности для любой произвольной структуры, вы суммируете все отдельные элементы ненасыщенности в молекуле. На следующем рисунке показана молекула, состоящая из одного кольца, одной двойной связи и одной тройной связи. Таким образом, эта молекула имеет четыре степени ненасыщенности, потому что двойная связь и кольцо добавляют по одной степени ненасыщенности, а тройная связь добавляет две степени, всего четыре.

Молекула с четырьмя степенями ненасыщенности.

Более важным, чем определение количества степеней ненасыщенности по молекулярной структуре, является возможность определить количество степеней ненасыщенности по молекулярной формуле. Число степеней ненасыщенности можно определить по молекулярной формуле с использованием следующего уравнения.

С помощью этого уравнения можно определить число степеней ненасыщенности для любого углеводорода, молекулярная формула которого известна.(Для соединений, структура и формула которых неизвестны, химики используют инструментальный метод, называемый масс-спектрометрией , чтобы определить молекулярную формулу соединения.)

Но как насчет молекул, которые содержат атомы, отличные от водорода и углерода? В таких случаях вам необходимо преобразовать эти многоатомные молекулярные формулы в эквивалентные формулы, содержащие только углерод и водород, чтобы их можно было вставить в предыдущее уравнение. Для этого используются следующие коэффициенты пересчета:

  • Галогены (F, Cl, Br, I): Добавьте один водород в молекулярную формулу для каждого присутствующего галогена.

  • Азот: Отнимите один водород для каждого присутствующего азота.

  • Кислород или сера: Игнорировать.

Например, чтобы определить количество степеней ненасыщенности в формуле C 8 H 6 F 3 NO 2 , вы сначала сделаете правильные замены для всех атомов, которые не являются водородом и углеродом. Фтор - это галоген, поэтому вы добавляете три атома водорода к молекулярной формуле (по одному на каждый F).Молекула содержит один азот, поэтому вы вычитаете один водород из молекулярной формулы. Два атома кислорода в молекуле, которые вы игнорируете. Это дает сокращенное уравнение C 8 H 6 + 3–1 = C 8 H 8 . Другими словами, как формула C 8 H 6 F 3 NO 2 , так и формула C 8 H 8 имеют одинаковое количество степеней ненасыщенности. Подстановка этой сокращенной формулы в предыдущее уравнение дает пять степеней ненасыщенности для молекулярной формулы C 8 H 6 F 3 NO 2 .

Об авторе книги

Артур Винтер - выпускник Фростбургского государственного университета, где получил степень бакалавра химии. Он получил докторскую степень в Университете Мэриленда в 2007 году. В настоящее время он является профессором химии в Университете штата Айова.

.

Глава 8 - Твердые тела

Введение

Твердые тела характеризуются упорядоченным расположением частиц. Если заказ распространяется только на короткие расстояния (местный заказ), твердое тело представляет собой аморфное твердое тело . Древесный уголь и стекло - твердые аморфные вещества. Если порядок существует во всем твердом теле (дальний порядок), твердое тело называется кристаллическим твердым телом . Поваренная соль и сахар - два распространенных примера твердых кристаллических веществ.Эта глава посвящена изучению кристаллических твердых тел. Даже маленький кристалл содержит миллионы и миллионы частиц. Таким образом, изучение твердого тела может быть сложной задачей.

8.1 Единичные ячейки

Введение

Однако дальний порядок, который характеризует кристаллические твердые тела, означает, что существует небольшая повторяющаяся единица, называемая элементарной ячейкой, которую можно использовать для создания всего кристалла. Наше исследование упрощено, потому что вместо изучения положения огромного числа частиц, составляющих весь кристалл, нам нужно изучать только небольшое количество частиц, составляющих элементарную ячейку.В этом разделе мы определяем элементарную ячейку и обсуждаем, как она заполнена атомами.
Цели
  • Определите элементарную ячейку и решетку .

8.1-1. Определение

Элементарная ячейка - это наименьшая повторяющаяся единица кристаллической решетки, которая генерирует всю решетку с трансляцией.

Кристаллические твердые тела представляют собой упорядоченные повторяющиеся трехмерные массивы частиц, которые могут быть атомами, ионами или группами атомов, такими как многоатомные ионы или молекулы.Узор массива называется решетки кристалла, а отдельные позиции называются узлами решетки . Простейшая часть решетки, составляющая повторяющийся блок, называется элементарной ячейкой . Когда элементарная ячейка повторяется во всех трех направлениях, она генерирует всю кристаллическую решетку. На рисунке показаны две разные, но эквивалентные элементарные ячейки в двумерном массиве. Одна элементарная ячейка состоит из четырех A по углам и B в центре грани, а другая состоит из B по углам с A в центре.Сдвиг на длину одного из краев любой ячейки в любом из четырех направлений дает соседнюю ячейку. Продолжение операций перевода создает полную кристаллическую решетку. Трехмерная решетка образуется путем перемещения трехмерной элементарной ячейки в трех направлениях.

8.1-2. Параметры элементарной ячейки

Все элементарные ячейки могут быть однозначно охарактеризованы тремя длинами их ребер ( a , b и c ) и углами ( α , β и γ ), определенными на рисунке 8.2. Они должны быть шестигранными многоугольниками, полностью заполняющими пространство; то есть дырки отсутствуют, когда многоугольники элементарной ячейки упакованы в трех измерениях. В результате существует всего семь различных типов элементарных ячеек. Мы ограничиваем наше обсуждение простейшим типом элементарной ячейки - кубической элементарной ячейкой. Кубическая элементарная ячейка - это ячейка, в которой

a = b = c

и

α = β = γ = 90 ° .

Есть три типа кубических элементарных ячеек, которые различаются только способом, которым частицы заполняют ячейку.
  • простой кубический (стбн)
  • объемно-центрированный кубический (bcc)
  • гранецентрированная кубическая (ГЦК)

8.2 Кубические элементарные ячейки и металлические радиусы

Введение

Элементарные ячейки должны быть шестигранными многоугольниками, которые полностью заполняют пространство (без промежутка между элементарными ячейками), и есть только семь типов элементарных ячеек, которые удовлетворяют этому требованию.Однако наше обсуждение ограничивается только одним типом - кубической элементарной ячейкой.
Цели
  • Различают простые объемноцентрированные и гранецентрированные кубические элементарные ячейки.
  • Определите атомные радиусы по длине края элементарной ячейки или длину края по атомным радиусам.

8.2-1. Кубические элементарные ячейки

Есть три кубические элементарные ячейки, которые различаются тем, как частицы заполняют куб.В каждой кубической элементарной ячейке один и тот же тип атома занимает каждый из восьми углов куба. Тогда тип элементарной ячейки определяется тем, где еще в элементарной ячейке находится этот тип атома. Обратите внимание, что на изображениях ниже все сферы представляют собой атомы одного и того же типа - различия в цвете используются только для того, чтобы различать разные позиции в ячейке. Есть три различных типа кубических элементарных ячеек.
Тип кубической элементарной ячейки Расположение идентичных частиц Изображение
простой куб (sc) по углам, а больше нигде в ячейке
объемно-центрированная кубическая (ОЦК) по углам и в центре ячейки
гранецентрированная кубическая (ГЦК) по углам и в центрах шести граней ячейки

Таблица 8.1. Кубические элементарные ячейки

8.2-2. Металлический или атомный радиус

Атомы не являются твердыми сферами с четкими границами, поэтому их размеры напрямую не определяются. Однако положения атомов в твердом теле можно определить с помощью дифракции рентгеновских лучей, а размеры атомов - на основании этих расстояний. В этом методе радиус атома определяется из длины края элементарной ячейки ( a ), которая определяется по местоположению атомов, и предположения, что атомы соприкасаются, как показано на рисунках 8.3a, 8.3b и 8.3c. 21066 21066
fd = 4r
fd 21066 a
(4r) 2 = 2a 2

ГЦК

.

Смотрите также