Æfingar

Á myndinni hér á eftir tákna grænu kúlurnar frumeindir ákveðins frumefnis. Fjólubláu kúlurnar tákna frumeindir annars frumefnis. Ef kúlur mismunandi frumefna snertast, eru þær hluti af einni einingu efnasambands. Efnabreytingin sem kúlurnar tákna gæti brotið í bág við eina af hugmyndum atómkenningar Daltons. Hverja þeirra?

Hvaða forsenda í kenningu Daltons er í samræmi við eftirfarandi athugun á massa hvarfefna og myndefna? Þegar 100 grömm af föstu kalsíumkarbónati eru hituð, myndast 44 grömm af koldíoxíði og 56 grömm af kalsíumoxíði.

Tilgreindu þá forsendu í kenningu Daltons sem eftirfarandi athuganir brjóta í bág við: 59,95% af einu sýni af títandíoxíði er títan; 60,10% af öðru sýni af títandíoxíði er títan.

Sýni af efnasamböndum X, Y og Z eru greind og niðurstöðurnar sýndar hér.

Eru þessi gögn dæmi um lögmálið um föst hlutföll, lögmálið um margföld hlutföll, hvorugt eða bæði? Hvað segja þessi gögn þér um efnasambönd X, Y og Z?

Tilvist samsæta brýtur í bág við eina af upprunalegu hugmyndunum í atómkenningu Daltons. Hverja þeirra?

Hvernig eru rafeindir og róteindir líkar? Hvernig eru þær ólíkar?

Hvernig eru róteindir og nifteindir líkar? Hvernig eru þær ólíkar?

Spáðu fyrir um og prófaðu hegðun α-einda sem skotið er á frumeind samkvæmt rúsínukökulíkaninu.

(a) Spáðu fyrir um ferla α-einda sem skotið er á frumeindir með byggingu samkvæmt rúsínukökulíkani Thomsons. Útskýrðu hvers vegna þú býst við að α-eindirnar fari eftir þessum ferlum.

(b) Ef α-eindum með meiri orku en þeim í (a) er skotið á rúsínukökufrumeindir, spáðu þá fyrir um hvernig ferlar þeirra verði frábrugðnir ferlum α-eindanna með minni orku. Útskýrðu rökhugsun þína.

(c) Prófaðu nú spár þínar úr (a) og (b). Opnaðu hermunina fyrir Rutherford-dreifingu (Rutherford Scattering) og veldu flipann „Plum Pudding Atom“. Stilltu „Alpha Particles Energy“ á „min“ og veldu „show traces“. Smelltu á byssuna til að byrja að skjóta α-eindum. Er þetta í samræmi við spá þína úr (a)? Ef ekki, útskýrðu hvers vegna raunverulegi ferillinn er sá sem sýndur er í hermuninni. Smelltu á hlé-hnappinn eða „Reset All“. Stilltu „Alpha Particles Energy“ á „max“ og byrjaðu að skjóta α-eindum. Er þetta í samræmi við spá þína úr (b)? Ef ekki, útskýrðu áhrif aukinnar orku á raunverulegu ferlana eins og þeir birtast í hermuninni.

Spáðu fyrir um og prófaðu hegðun α-einda sem skotið er á frumeind samkvæmt Rutherford-líkaninu.

(a) Spáðu fyrir um ferla α-einda sem skotið er á frumeindir með byggingu samkvæmt frumeindalíkani Rutherfords. Útskýrðu hvers vegna þú býst við að α-eindirnar fari eftir þessum ferlum.

(b) Ef α-eindum með meiri orku en þeim í lið (a) er skotið á Rutherford-frumeindir, spáðu þá fyrir um hvernig ferlar þeirra verði frábrugðnir ferlum α-eindanna með minni orku. Útskýrðu rökhugsun þína.

(c) Spáðu fyrir um hvernig ferlar α-eindanna verða frábrugðnir ef þeim er skotið á Rutherford-frumeindir annarra frumefna en gulls. Hvaða þáttur telur þú að valdi þessum mun á ferlum og hvers vegna?

(d) Prófaðu nú tilgátur þínar úr liðum (a), (b) og (c). Opnaðu hermunina fyrir Rutherford-dreifingu (Rutherford Scattering) og veldu flipann „Rutherford Atom“. Vegna kvarða hermunarinnar er best að byrja á litlum kjarna. Veldu því „20“ fyrir bæði róteindir og nifteindir, „min“ fyrir orku, sýndu ferla (show traces) og byrjaðu síðan að skjóta α-eindum. Stemmir þetta við tilgátu þína úr lið (a)? Ef ekki, útskýrðu hvers vegna raunverulegi ferillinn er sá sem sýndur er í hermuninni. Gerðu hlé eða endurstilltu, stilltu orkuna á „max“ og byrjaðu að skjóta α-eindum. Stemmir þetta við tilgátu þína úr lið (b)? Ef ekki, útskýrðu áhrif aukinnar orku á raunverulega ferilinn eins og hann birtist í hermuninni. Gerðu hlé eða endurstilltu, veldu „40“ fyrir bæði róteindir og nifteindir, „min“ fyrir orku, sýndu ferla og skjóttu. Stemmir þetta við tilgátu þína úr lið (c)? Ef ekki, útskýrðu hvers vegna raunverulegi ferillinn er sá sem sýndur er í hermuninni. Endurtaktu þetta með meiri fjölda róteinda og nifteinda. Hvaða alhæfingu getur þú gert varðandi tegund frumeindar og áhrif á feril α-einda? Vertu skýr og nákvæmur.

Á hvaða hátt eru samsætur tiltekins frumefnis alltaf ólíkar? Á hvaða hátt eru þær alltaf eins?

Skrifaðu táknið fyrir hverja af eftirfarandi jónum:

(a) jónin með 1+ hleðslu, sætistöluna 55 og massatöluna 133

(b) jónin með 54 rafeindir, 53 róteindir og 74 nifteindir

(c) jónin með sætistöluna 15, massatöluna 31 og hleðsluna 3−

(d) jónin með 24 rafeindir, 30 nifteindir og 3+ hleðslu

Skrifaðu táknið fyrir hverja af eftirfarandi jónum:

(a) jónin með 3+ hleðslu, 28 rafeindir og massatöluna 71

(b) jónin með 36 rafeindir, 35 róteindir og 45 nifteindir

(c) jónin með 86 rafeindir, 142 nifteindir og 4+ hleðslu

(d) jónin með 2+ hleðslu, sætistöluna 38 og massatöluna 87

Opnaðu hermunina „Build an Atom“ og smelltu á frumeindartáknið.

(a) Veldu eitt af fyrstu 10 frumefnunum sem þú vilt smíða og tilgreindu efnatákn þess.

(b) Dragðu róteindir, nifteindir og rafeindir á frumeindasniðmátið til að búa til frumeind af frumefninu þínu. Tilgreindu fjölda róteinda, nifteinda og rafeinda í frumeindinni, auk nettóhleðslu og massatölu.

(c) Smelltu á „Net Charge“ og „Mass Number“, farðu yfir svörin þín við (b) og leiðréttu ef þörf krefur.

(d) Spáðu fyrir um hvort frumeindin þín verði stöðug eða óstöðug. Rökstuddu svarið.

(e) Hakaðu í reitinn „Stable/Unstable“. Var svarið þitt við (d) rétt? Ef ekki, spáðu þá fyrst fyrir um hvað þú getur gert til að gera frumeindina stöðuga, framkvæmdu það síðan og athugaðu hvort það virki. Útskýrðu rökhugsun þína.

Opnaðu hermunina „Build an Atom“.

(a) Dragðu róteindir, nifteindir og rafeindir á frumeindasniðmátið til að búa til hlutlausa frumeind af súrefni-16 og tilgreindu tákn samsætunnar fyrir þessa frumeind.

(b) Bættu nú við tveimur rafeindum í viðbót til að mynda jón og skrifaðu táknið fyrir jónina sem þú hefur búið til.

Opnaðu hermunina „Build an Atom“.

(a) Dragðu róteindir, nifteindir og rafeindir yfir á frumeindasniðmátið til að búa til hlutlausa frumeind af litíum-6 og skrifaðu samsætutáknið fyrir þessa frumeind.

(b) Fjarlægðu nú eina rafeind til að mynda jón og skrifaðu táknið fyrir jónina sem þú hefur búið til.

Ákvarðaðu fjölda róteinda, nifteinda og rafeinda í eftirfarandi samsætum sem notaðar eru við sjúkdómsgreiningar:

(a) sætistala 9, massatala 18, hleðsla 1−

(b) sætistala 43, massatala 99, hleðsla 7+

(c) sætistala 53, massatala 131, hleðsla 1−

(d) sætistala 81, massatala 201, hleðsla 1+

(e) Nefndu frumefnin í liðum (a), (b), (c) og (d).

Eftirfarandi eru eiginleikar samsæta tveggja frumefna sem eru nauðsynleg í mataræði okkar. Ákvarðaðu fjölda róteinda, nifteinda og rafeinda í hverri um sig og nefndu þær.

(a) sætistala 26, massatala 58, hleðsla 2+

(b) sætistala 53, massatala 127, hleðsla 1−

Gefðu upp fjölda róteinda, rafeinda og nifteinda í hlutlausum frumeindum eftirfarandi samsæta:

(a) ¹⁰₅B

(b) ¹⁹⁹₈₀Hg

(c) ⁶³₂₉Cu

(d) ¹³₆C

(e) ⁷⁷₃₄Se

Gefðu upp fjölda róteinda, rafeinda og nifteinda í hlutlausum frumeindum eftirfarandi samsæta:

(a) ⁷₃Li

(b) ¹²⁵₅₂Te

(c) ¹⁰⁹₄₇Ag

(d) ¹⁵₇N

(e) ³¹₁₅P

Smelltu á tengilinn og veldu flipann „Mix Isotopes“, feldu reitina „Percent Composition“ og „Average Atomic Mass“ og veldu síðan frumefnið bór.

(a) Skrifaðu tákn þeirra samsæta bórs sem koma fyrir í náttúrunni í verulegu magni.

(b) Spáðu fyrir um hlutfallslegt magn (prósentur) þessara bórsamsæta í náttúrunni. Útskýrðu rökin að baki valinu.

(c) Bættu samsætum við í svarta reitinn til að búa til blöndu sem passar við spá þína í (b). Þú getur dregið samsætur úr hólfum þeirra eða smellt á „More“ og fært sleðana á viðeigandi magn.

(d) Birtu reitina „Percent Composition“ og „Average Atomic Mass“. Hversu vel passar blandan þín við spána? Ef þörf krefur skaltu stilla magn samsætanna svo það passi við spá þína.

(e) Veldu „Nature’s“ blöndu af samsætum og berðu hana saman við spá þína. Hversu vel passar spáin við náttúrulegu blönduna? Útskýrðu. Ef þörf krefur skaltu stilla magnið þitt svo það passi sem best við „Nature’s“ magnið.

Endurtaktu æfingu 2.20 með því að nota frumefni sem hefur þrjár náttúrulegar samsætur.

Frumefni hefur eftirfarandi náttúrulega algengni og samsætumassa: 90,92% algengni með 19,99 amu, 0,26% algengni með 20,99 amu og 8,82% algengni með 21,99 amu. Reiknaðu meðalatómmassa þessa frumefnis.

Meðalatómmassar sem IUPAC gefur upp byggjast á rannsóknum á niðurstöðum tilrauna. Bróm hefur tvær samsætur, ⁷⁹Br og ⁸¹Br, en massar þeirra (78,9183 og 80,9163 amu, í þessari röð) og algengni (50,69% og 49,31%, í þessari röð) voru ákvarðaðir í fyrri tilraunum. Reiknaðu meðalatómmassa bróms á grundvelli þessara tilrauna.

Breytileiki í meðalatómmassa getur komið fram hjá frumefnum sem fengin eru úr mismunandi uppsprettum. Litíum er dæmi um þetta. Samsætusamsetning litíums úr náttúrulegum steindum er 7,5% ⁶Li og 92,5% ⁷Li, sem hafa massann 6,01512 amu og 7,01600 amu, í þessari röð. Verslunarheimild litíums, endurunnin úr hergagnaheimild, var 3,75% ⁶Li (og afgangurinn ⁷Li). Reiknaðu meðalatómmassa fyrir hvora þessara tveggja uppspretta.

Meðalatómmassi sumra frumefna getur verið breytilegur, allt eftir uppruna málmgrýtis þeirra. Náttúrulegt bór samanstendur af tveimur samsætum með nákvæmlega þekktum massa ( ¹⁰B, 10,0129 amu og ¹¹B, 11,00931 amu). Raunverulegur atómmassi bórs getur verið frá 10,807 til 10,819, eftir því hvort steindin kemur frá Tyrklandi eða Bandaríkjunum. Reiknaðu hlutfallslegt algengi sem leiðir til þessara tveggja gilda á meðalatómmassa bórs frá þessum tveimur löndum.

Hlutfall algengis ¹⁸O: ¹⁶O í sumum loftsteinum er hærra en það sem notað er til að reikna meðalatómmassa súrefnis á jörðinni. Er meðalatómmassi súrefnis í þessum loftsteinum meiri, minni eða jafn mikill og meðalmassi jarðneskrar súrefnisfrumeindar?

Útskýrðu hvers vegna táknið fyrir súrefnisfrumeind og formúlan fyrir sameind súrefnis eru ólík.

Útskýrðu hvers vegna táknið fyrir frumefnið brennistein og formúlan fyrir sameind brennisteins eru ólík.

Skrifaðu sameinda- og reynsluformúlur eftirfarandi efnasambanda:

(a)

(b)

(c)

(d)

Skrifaðu sameinda- og reynsluformúlur eftirfarandi efnasambanda:

(a)

(b)

(c)

(d)

Ákvarðaðu reynsluformúlur eftirfarandi efnasambanda:

(a) koffín, C₈H₁₀N₄O₂

(b) súkrósi, C₁₂H₂₂O₁₁

(c) vetnisperoxíð, H₂O₂

(d) glúkósi, C₆H₁₂O₆

(e) askorbínsýra (C-vítamín), C₆H₈O₆

Ákvarðaðu reynsluformúlur eftirfarandi efnasambanda:

(a) ediksýra, C₂H₄O₂

(b) sítrónusýra, C₆H₈O₇

(c) hýdrasín, N₂H₄

(d) nikótín, C₁₀H₁₄N₂

(e) bútan, C₄H₁₀

Skrifaðu reynsluformúlur eftirfarandi efnasambanda:

(a)

(b)

Opnaðu hermunina „Build a Molecule“ og veldu flipann „Larger Molecules“. Veldu viðeigandi „Kit“ frumeindar til að smíða sameind með tveimur kolefnis- og sex vetnisfrumeindum. Dragðu frumeindir inn í svæðið fyrir ofan „Kit“ til að mynda sameind. Nafn birtist þegar þú hefur búið til raunverulega sameind sem til er (jafnvel þótt það sé ekki sú sem þú stefndir að). Þú getur notað skæratólið til að aðskilja frumeindir ef þú vilt breyta tengingunum. Smelltu á „3D“ til að skoða sameindina og athugaðu bæði rúmfyllingarlíkanið og kúlu- og stafalíkanið.

(a) Teiknaðu byggingarformúlu þessarar sameindar og tilgreindu nafn hennar.

(b) Getur þú raðað þessum frumeindum á einhvern hátt til að mynda annað efnasamband?

Notaðu hermunina Build a Molecule til að endurtaka æfingu 2.34, en smíðaðu sameind með tveimur kolefnisfrumeindum, sex vetnisfrumeindum og einni súrefnisfrumeind.

(a) Teiknaðu byggingarformúlu þessarar sameindar og tilgreindu nafn hennar.

(b) Getur þú raðað þessum frumeindum þannig að þær myndi aðra sameind? Ef svo er, teiknaðu byggingarformúlu hennar og tilgreindu nafn hennar.

(c) Að hvaða leyti eru sameindirnar sem teiknaðar voru í (a) og (b) eins? Hvernig eru þær ólíkar? Hvað kallast þær (hvers konar samband er á milli þessara sameinda, ekki nöfn þeirra)?

Notaðu hermunina „Build a Molecule“ til að endurtaka æfingu 2.34, en búðu til sameind með þremur kolefnum, sjö vetnum og einu klóri.

(a) Teiknaðu byggingarformúlu þessarar sameindar og tilgreindu nafn hennar.

(b) Getur þú raðað þessum frumeindum þannig að þær myndi aðra sameind? Ef svo er, teiknaðu byggingarformúlu hennar og tilgreindu nafn hennar.

(c) Að hvaða leyti eru sameindirnar sem teiknaðar voru í (a) og (b) eins? Hvernig eru þær ólíkar? Hvað kallast þær (hvers konar samband er á milli þessara sameinda, ekki nöfn þeirra)?

Notaðu lotukerfið til að flokka hvert eftirfarandi frumefna sem málm eða málmleysingja, og flokkaðu þau síðan nánar sem aðalflokksfrumefni, hliðarmálm eða innri hliðarmálm:

(a) úran

(b) bróm

(c) strontíum

(d) neon

(e) gull

(f) ameríkín

(g) ródín

(h) brennisteinn

(i) kolefni

(j) kalíum

Með hjálp lotukerfisins skaltu flokka hvert eftirfarandi frumefna sem málm eða málmleysingja, og flokka þau síðan nánar sem aðalflokksfrumefni, hliðarmálm eða innri hliðarmálm:

(a) kóbalt

(b) evrópín

(c) joð

(d) indín

(e) litíum

(f) súrefni

(g) kadmíum

(h) terbíum

(i) reníum

Notaðu lotukerfið til að finna léttasta frumefnið í hverjum af eftirfarandi flokkum:

(a) eðalgös

(b) jarðalkalímálmar

(c) alkalímálmar

(d) kalkógenar

Notaðu lotukerfið til að finna þyngsta frumefnið í hverjum af eftirfarandi flokkum:

(a) alkalímálmar

(b) kalkógenar

(c) eðalgös

(d) jarðalkalímálmar

Notaðu lotukerfið til að gefa upp nafn og efnatákn hvers af eftirfarandi frumefnum:

(a) eðalgasið í sömu lotu og germaníum

(b) jarðalkalímálmurinn í sömu lotu og selen

(c) halógenið í sömu lotu og litíum

(d) kalkógenið í sömu lotu og kadmíum

Notaðu lotukerfið til að gefa upp nafn og efnatákn hvers af eftirfarandi frumefnum:

(a) halógenið í sömu lotu og alkalímálmurinn með 11 róteindir

(b) jarðalkalímálmurinn í sömu lotu og hlutlausa eðalgasið með 18 rafeindir

(c) eðalgasið í sömu lotu og samsæta með 30 nifteindir og 25 róteindir

(d) eðalgasið í sömu lotu og gull

Skrifaðu tákn fyrir hverja af eftirfarandi hlutlausum samsætum. Tilgreindu sætistölu og massatölu fyrir hverja þeirra.

(a) alkalímálmurinn með 11 róteindir og massatöluna 23

(b) eðalgasið með 75 nifteindir í kjarnanum og 54 rafeindir í hlutlausri frumeind

(c) samsætan með 33 róteindir og 40 nifteindir í kjarnanum

(d) jarðalkalímálmurinn með 88 rafeindir og 138 nifteindir

Skrifaðu tákn fyrir hverja af eftirfarandi hlutlausum samsætum. Tilgreindu sætistölu og massatölu fyrir hverja þeirra.

(a) kalkógenið með massatöluna 125

(b) halógenið þar sem langlífasta samsætan er geislavirk

(c) eðalgasið, sem notað er í lýsingu, með 10 rafeindir og 10 nifteindir

(d) léttasti alkalímálmurinn með þrjár nifteindir

Notaðu lotukerfið til að spá fyrir um hvort eftirfarandi klóríð séu jónaefni eða sameindaefni: KCl, NCl₃, ICl, MgCl₂, PCl₅ og CCl₄.

Notaðu lotukerfið til að spá fyrir um hvort eftirfarandi klóríð séu jónaefni eða sameindaefni: SiCl₄, PCl₃, CaCl₂, CsCl, CuCl₂ og CrCl₃.

Fyrir hvert af eftirfarandi efnasamböndum skaltu tilgreina hvort það sé jónaefni eða sameindaefni. Ef það er jónaefni skaltu skrifa tákn þeirra jóna sem mynda það:

(a) NF₃

(b) BaO

(c) (NH₄)₂CO₃

(d) Sr(H₂PO₄)₂

(e) IBr

(f) Na₂O

Fyrir hvert af eftirfarandi efnasamböndum skaltu tilgreina hvort það sé jónaefni eða sameindaefni, og ef það er jónaefni skaltu skrifa tákn þeirra jóna sem mynda það:

(a) KClO₄

(b) Mg(C₂H₃O₂)₂

(c) H₂S

(d) Ag₂S

(e) N₂Cl₄

(f) Co(NO₃)₂

Fyrir hvert af eftirfarandi jónapörum skal skrifa formúlu efnasambandsins sem þau mynda:

(a) Ca²⁺, S²⁻

(b) NH₄⁺, NH₄⁺, SO₄²⁻

(c) Al³⁺, Br⁻

(d) Na⁺, HPO₄²⁻

(e) Mg²⁺, PO₄³⁻

Fyrir hvert af eftirfarandi jónapörum skal skrifa formúlu efnasambandsins sem þau mynda:

(a) K⁺, O²⁻

(b) NH₄⁺, NH₄⁺, PO₄³⁻

(c) Al³⁺, O²⁻

(d) Na⁺, CO₃²⁻

(e) Ba²⁺, PO₄³⁻

Nefndu eftirfarandi efnasambönd:

(a) CsCl

(b) BaO

(c) K₂S

(d) BeCl₂

(e) HBr

(f) AlF₃

Nefndu eftirfarandi efnasambönd:

(a) NaF

(b) Rb₂O

(c) BCl₃

(d) H₂Se

(e) P₄O₆

(f) ICl₃

Skrifaðu formúlur eftirfarandi efnasambanda:

(a) rúbidíumbromíð

(b) magnesíumseleníð

(c) natríumoxíð

(d) kalsíumklóríð

(e) vetnisflúoríð

(f) gallíumfosfíð

(g) álbromíð

(h) ammóníumsúlfat

Skrifaðu formúlur eftirfarandi efnasambanda:

(a) litíumkarbónat

(b) natríumperklórat

(c) baríumhýdroxíð

(d) ammóníumkarbónat

(e) brennisteinssýra

(f) kalsíumasetat

(g) magnesíumfosfat

(h) natríumsúlfít

Skrifaðu formúlur eftirfarandi efnasambanda:

(a) klórdíoxíð

(b) tvíköfnunarefnistetraoxíð

(c) kalíumfosfíð

(d) silfursúlfíð

(e) álflúoríðþríhýdrat

(f) kísildíoxíð

Skrifaðu formúlur eftirfarandi efnasambanda:

(a) baríumklóríð

(b) magnesíumnítríð

(c) brennisteinsdíoxíð

(d) köfnunarefnisþríklóríð

(e) tvíköfnunarefnisþríoxíð

(f) tin(IV)klóríð

Hvert eftirfarandi efnasambanda inniheldur málm sem getur haft fleiri en eina jónahleðslu. Nefndu þessi efnasambönd:

(a) Cr₂O₃

(b) FeCl₂

(c) CrO₃

(d) TiCl₄

(e) CoCl₂·6H₂O

(f) MoS₂

Hvert eftirfarandi efnasambanda inniheldur málm sem getur haft fleiri en eina jónahleðslu. Nefndu þessi efnasambönd:

(a) NiCO₃

(b) MoO₃

(c) Co(NO₃)₂

(d) V₂O₅

(e) MnO₂

(f) Fe₂O₃

Eftirfarandi jónaefni finnast í algengum heimilisvörum. Skrifaðu formúluna fyrir hvert efnasamband:

(a) kalíumfosfat

(b) kopar(II)súlfat

(c) kalsíumklóríð

(d) títan(IV)oxíð

(e) ammóníumnítrat

(f) natríumbísúlfat (almennt heiti á natríumvetnissúlfati)

Eftirfarandi jónaefni finnast í algengum heimilisvörum. Nefndu hvert efnasamband:

(a) Ca(H₂PO₄)₂

(b) FeSO₄

(c) CaCO₃

(d) MgO

(e) NaNO₂

(f) KI

Hver eru IUPAC-heiti eftirfarandi efnasambanda?

(a) mangantvíoxíð

(b) kvikasilfur(I)klóríð (Hg₂Cl₂)

(c) járn(III)nítrat [Fe(NO₃)₃]

(d) títantetraklóríð

(e) kopar(II)brómíð (CuBr₂)