Skok do strony tytułowej serwisu
 

W zasadzie trudno powiedzieć,  że istnieje coś takiego jak specyfika obliczeń chemicznych. Wszelkie obliczenia dotyczące zjawisk chemicznych mają taką samą naturę jak wszelkie pozostałe i należą do matematyki i rachunków a nie do chemii. Istnieje jednak parę szczególnie często dokonywanych obliczeń, które mamy zazwyczaj na myśli mówiąc o obliczeniach chemicznych. Dotyczą one głównie obliczeń związanych ze stężeniami roztworów, ilościowym przebiegiem reakcji chemicznych czy składem pierwiastkowym substancji. Do obliczeń tych wystarczy oczywiście odrobina wiedzy chemicznej i inteligencji, a podane dalej zasady i sposoby mają jedynie ułatwić wykonywanie tych najpopularniejszych działań rachunkowych w chemii. 

Do sprawnego dokonywania obliczeń chemicznych, prócz tej podstawowej wiedzy matematyczno-rachunkowej, potrzebna jest też odpowiednia ilość wiadomości czysto chemicznych (np. o przebiegu danej reakcji) jak i dobra znajomość prawdefinicji - szczególnie tych, dotyczących stężeń, rozpuszczalności, elektrolitów, szybkości reakcji itp.

W większości przypadków szkolne nauczanie chemii sprowadza się do wymuszenia na uczniu dość biernej znajomości reguł, formułek, równań reakcji itp. Takie podejście najczęściej powoduje, że młody adept sztuk tajemnych albo się zniechęca, nie widząc w takiej nauce większego sensu (i słusznie), albo dochodzi do wniosku, że ta tajemna wiedza go przerasta i nigdy chemii nie zrozumie (niesłusznie!!). Nie pochwalam takiego sposobu nauczania chemii, ale trzeba pamiętać, że i taka sucha, encyklopedyczna wiedza też może być przydatna (a niekiedy wręcz konieczna) w zdobywaniu prawdziwej wiedzy chemicznej. Trzeba tylko umieć z niej korzystać!!  

Zadania chemiczne są najczęściej konstruowane tak, że z ich treści musisz zorientować się o jakie zjawisko czy proces w zadaniu chodzi i przypomnieć sobie wszystko, co z tym procesem ci się kojarzy - jakie prawa tym procesem kierują, jakie definicje i dane są ci potrzebne do przeprowadzenia obliczeń, itp. itd.

Na podstawie moich wieloletnich doświadczeń dydaktycznych proponuję ci następujący schemat postępowania (szczególnie w przypadku, gdy nie bardzo wiesz jak "ugryźć" problem).

  1. Powoli i ze zrozumieniem przeczytaj tekst zadania. Dobrze jest zrobić to dwa razy: pierwsze czytanie pozwoli nam zorientować się w ogólnej tematyce zadania i poznać pytanie, drugie czytanie pozwoli wyłowić ważne dla rozwiązania zadania szczegóły.
  2. Zastanów się, jakie dane są zawarte w zadaniu. Jedne z nich będą dane wprost (np.  wzięto 25 cm3 roztworu wodnego NH3), innych będziemy się musieli domyślić, i jeśli będzie taka potrzeba, wykorzystać do rozwiązania zadania – wprost mamy dane, że objętość roztworu amoniaku wyniosła 25 cm3, wśród danych ukrytych będą właściwości fizyczne i chemiczne amoniaku (gaz, w roztworze wodnym tworzy wodorotlenek amonu o charakterze zasady).
  3. Teraz zastanów się, o co tak naprawdę pytają się w zadaniu.  Jeśli te 25 cm3 roztworu amoniaku z poprzedniego punktu wprowadzono do określonej objętości roztworu chlorowodoru w wodzie o znanym stężeniu i pytanie jest o kolor papierka uniwersalnego zwilżonego tym nowym roztworem, to pytanie jest przede wszystkim o odczyn roztworu (kwaśny? obojętny? zasadowy?).  Jeśli potrafisz go prawidłowo określić, to już tylko musisz skojarzyć tę odpowiedź z wiedzą o kolorach jakie przyjmuje papierek uniwersalny w roztworach o poszczególnych odczynach i prawidłowa odpowiedź gotowa. Jak widzisz wiedza encyklopedyczna też była konieczna do uzyskania prawidłowej odpowiedzi na pytanie sformułowane w zadaniu.
  4.  Zastanów się co łączy dane (te wprost i te ukryte) z tym, o co pytają się w zadaniu  i jak można przejść od danych do odpowiedzi (przypomnij sobie wszystkie potrzebne reakcje, procesy, reguły, prawa, wzory, stałe ...). To jest rzeczywisty sprawdzian twojej wiedzy chemicznej  i inteligencji.
    To jest główny proces rozwiązywania zadania.
     
          JEŚLI W ZADANIU BĘDZIE  MOWA  O  REAKCJACH  CHEMICZNYCH,   KONIECZNIE NAPISZ ICH RÓWNANIA !! 

     
  5. Reszta to już tylko przeprowadzenie ewentualnych obliczeń (pamiętaj, najczęściej są to proste przeliczenia, do których nawet kalkulator nie zawsze jest konieczny) i na podstawie wyniku tych obliczeń udzielenie odpowiedzi na postawione w zadaniu pytanie.

A ponieważ nic tak dobrze nie wyjaśnia problemu jak jasny przykład - przejdźmy do rozwiązania prostego zadania.

A oto jego treść:

Do 25 cm3 roztworu węglanu sodu dodano 0,11 g chlorku wapnia. Po zakończeniu reakcji odsączono powstały osad i po wysuszeniu oznaczono jego masę, która wyniosła 0,05 g. Jakie było molowe stężenie roztworu węglanu sodu?

Dane, które mamy w zadaniu podane wprost:
objętość roztworu węglanu sodu - 25 cm3
ilość dodanego chlorku wapnia - 0,11 g
te dwie substancje reagują ze sobą, dając związek nierozpuszczalny w wodzie (osad)
masa osadu po wysuszeniu - 0,05 g

 

Dane, które mamy w zadaniu podane nie wprost (musimy je znać lub wywnioskować z treści zadania):
przebieg reakcji między węglanem sodu a chlorkiem wapnia (równanie reakcji)

           Na2CO3 + CaCl2 —→ CaCO3 ↓ + 2NaCl

Oznacza to, że 1 mol węglanu sodu daje w reakcji z 1 molem chlorku wapnia 1 mol nierozpuszczalnego w wodzie węglanu wapnia (osad).

 

Pytanie zaś dotyczy wartości molowego stężenia wziętego do reakcji roztworu węglanu sodu.
Ponieważ znamy objętość tego roztworu (25 cm3), to w celu obliczenia jego stężenia musimy znać zawartą w tej objętości ilość substancji (węglanu sodu), a ponieważ stężenie mamy wyrazić w molach/dm3 (stężenie molowe) ilość tę musimy wyrazić w molach.

Analiza zadania:
Analizę zadania, prowadzącą do ustalenia drogi jego rozwiązania, zazwyczaj zaczynamy "od końca":
Ponieważ pytają nas o ilość moli węglanu sodu w roztworze wziętym do reakcji, a ta musi być co najmniej taka jak ilość moli powstałego węglanu wapnia (patrz równanie reakcji), konieczne będzie przeliczenie masy osadu na ilość moli. Także pozostałe ilości reagentów muszą być wyrażone w molach.

Obliczamy zatem::
dla
CaCO3 - masa molowa to 40 + 12 + 3·16 = 100, zatem 0,05 g to 0,05/100 = 0,0005 mola
dla
CaCl2 - masa molowa to 40 + 2·35,5 = 111, zatem 0,11 g to 0,11/111 = 0,001 mola
dla
Na2CO3 - masa molowa to 2·23 + 12 + 3·16 = 106

 

Skoro w wyniku reakcji między węglanem sodu a chlorkiem wapnia powstało 0,0005 mola węglanu wapnia, to oznacza, że węglanu sodu musiało być też co najmniej 0,0005 mola (patrz równanie reakcji).
Skoro w 25 cm3 roztworu było 0,0005 mola węglanu sodu, to w 1000 cm3 (1 dm3) roztworu byłoby: (0,0005/25)·1000 = 0,2 mola, a to oznacza roztwór 0,2 molowy.

W tym miejscu można by dać już odpowiedź na postawione w zadaniu pytanie, gdyby nie drobny szczegół, dotąd przez nas "przeoczony".
Otóż z równania reakcji wynika, że w reakcji n moli węglanu sodu i n moli chlorku wapnia powstaje n moli węglanu wapnia. A co będzie, gdy do reakcji weźmiemy różne ilości moli reagentów? Wówczas ilość moli produktu (węglanu wapnia) będzie równa (licząc w molach) tej ilości substratu, którego jest mniej. Substrat, którego będzie więcej pozostanie częściowo nieprzereagowany (mówimy, że został użyty w nadmiarze).
Sprawdźmy szybko jak to jest w naszym przypadku:

 

Sprawdzić możemy tylko ilość moli chlorku wapnia, którego użyto w reakcji - jest to 0,001 mola (patrz wyżej), z czego wypływa logiczny wniosek, że skoro węglanu wapnia powstało w reakcji mniej niż użyto chlorku wapnia, to chlorek wapnia był w nadmiarze w stosunku do węglanu sodu i nasze rozwiązanie jest prawidłowe. Gdyby się jednak okazało, że chlorku wapnia było tyle samo co węglanu wapnia, nie potrafilibyśmy nic powiedzieć o dokładnej ilości węglanu sodu (prócz tego, że było go równo lub więcej niż 0,0005 mola) i zadanie pozostało by bez jednoznacznego rozwiązania.

 

A więc jak z powyższego widać, rozwiązywanie zadań to nie żonglerka wzorami lecz wiedza chemiczna, "żelazna" logika i czasem trochę matematyki (choć częściej to proste rachunki).

 

Kilka prostych przykładów zadań różnych typów załączam na osobnych stronach (linki u góry, nad tytułem rozdziału).