Képletek - összetételek - mennyiségek

A napokban kaptam egy levelet:
"...találtam furcsaságot az Energiatermelés és környezetszennyezés c. leírásban gondoltam szólok:
1 kg szén elégetésekor 3,7 kg (kb. 2 m3) szén-dioxid keletkezik.
1 kg-ból hogy lesz 3,7 kg? vagy nekem hiányosak az ismereteim?"

Úgy tűnik tényleg hiányosak az ismeretei és valószínűleg még sokan mások is elfelejtették a kémiai alapismereteket.

 

Ennek kapcsán úgy gondoltam érdemes kicsit "szétnézni" ebből a szempontból környezetünkben a "kémia szemüvegén keresztül".

Először is nézzük meg mit jelent egy kémiai képlet.

A víz képlete - H2O, azt jelenti például, hogy a vízmolekula 2 hidrogén (H) és 1 oxigén (O) atomból áll.

A molekulaképen a vízmolekula látható, a hidrogénatom fehér, az oxigén piros színnel jelenik meg.

Mivel a vegyjel egyúttal az adott elem mólnyi mennyiségét is jelenti, ezért a vízmolekula képlete azt is jelzi, hogy a vízben 16 g oxigén vegyül 2 g hidrogénnel.

Nézzük meg mi minden következik ebből a fenti példára visszatérve.

Amikor a szenet elégetjük a következő reakció játszódik le:

C + O2 = CO2

Ez a reakció a képletre vonatkozó definíciók szerint a következőket jelenti:
- Egy szénatom (C) egyesül egy oxigénmolekulával (O2) és egy szén-dioxidmolekula (CO2) keletkezik.
- 12 g szén egyesül 32 g oxigénnel és 44 g szén-dioxid keletkezik.
Az Avogadro-tételből következően még azt is mondhatjuk, hogy 12 g szén elégetéséhez 24 liter (20°C 1 atm) oxigén (kb. 120 liter levegő) szükséges és 24 liter szén-dioxid keletkezik. (Ez persze arányokat is jelöl és a többszörösére is igaz, vagyis például 12 kg - egy vödörnyi - szén elégetéséhez 32 kg /24 m3/ oxigén /120 m3 levegő!/ szükséges és 44 kg /24 m3/ szén-dioxid keletkezik.)

(Azt azért meg kell jegyezni, hogy a szén az nem szén, vagyis a kőszén, amit eltüzelünk az nem C-atomokból áll, hanem különféle szénvegyületek keveréke, vagyis a fenti egyenlet elemi szén - mondjuk faszén vagy koksz elégetésekor igaz.)

Nézzük meg ugyanezt földgáz esetén, ami nagyrészt metánból áll, ezért a számítást arra végezzük el.
A metán égésekor a következő történik:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Ez a reakció a képletre vonatkozó definíciók szerint a következőket jelenti:
- Egy metánmolekula (CH4) elégetésekor a benne lévő 1 szénatom (C) egyesül 1 molekulányi oxigénnel (O2) és 1 szén-dioxidmolekula (CO2) keletkezik, a 4 hidrogénatomból (H) pedig 1 oxigénmolekulával (O2) 2 vízmolekula (H2O) keletkezik
- 16 g metán egyesül 64 g oxigénnel és 44 g szén-dioxid, illetve 36 g víz keletkezik.
Az Avogadro-tételből következően még azt is mondhatjuk, hogy 24 liter metán elégetéséhez 48 liter (20°C 1 atm) oxigén (kb. 240 liter levegő) szükséges és 24 liter szén-dioxid, valamint 48 liter vízgőz keletkezik.
(Ez persze a többszörösére is igaz, vagyis például egy m3 metán elégetéséhez 2 m3 (20°C 1 atm) oxigén (kb. 10 m3 levegő) szükséges és 1 m3 szén-dioxid, valamint 2 m3 vízgőz keletkezik.)

A nagyobb mennyiségekre vonatkozó példákon azért érdemes elgondolkodni.
Egyetlen m3 gáz elégetése elhasználja egy kisebb fürdőszoba összes oxigénjét, ha a fűtés kazánja is a lakásban van, egy hideg napon az egész lakás oxigénjét elhasználhatja! Ezért lényeges a szellőzés!

 

Nézzünk más példákat.

* Itt vannak például a mészkőhegyek.
Hatalmas mennyiségű kalcium-karbonát (CaCO3) halmozódott fel bennük. Mondhatjuk persze azt is, hogy hatalmas mennyiségű szén-dioxid (CO2) halmozódott fel bennük, hiszen ezek az egykori mészvázas élőlények által a levegőből megkötött szén-dioxidot "raktározzák".

Induljunk ki itt is a képletből (CaCO3):
- Egy kalciumatomból (Ca), egy szénatomból (C) és három oxigénatomból (O) áll
- Az atomtömegek alapján egy mól kalcium-karbonát 40 g kalciumból (Ca), 12 g szénből (C) 48 g oxigénből (O) áll. (Molekulatömege 100.)

Ennek alapján látható, hogy 100 g mészkőben egy mólnyi, vagyis 44 g (24 liter) szén-dioxid kötődik meg.

* Nézzük meg még a földkéreg leggyakoribb vegyületét a kvarcot (szilícium-dioxid, SiO2). Ez szinte mindenütt előfordul kisebb-nagyobb mennyiségben a homoktól kezdve a különböző vulkáni és egyéb kőzetekig.

Induljunk ki itt is a képletből (SiO2):
- Egy szilíciumatomból (Si) és két oxigénatomból (O) áll
- Az atomtömegek alapján egy mól szilícium-dioxid 28 g szilíciumból (Si) 32 g oxigénből (O) áll. (Molekulatömege 60.)

Ennek alapján látható, hogy 60 g (kb. 3 evőkanálnyi) kvarchomokban 24 liter oxigén "rejtőzik" és egy csomó mikrocsip gyártható belőle.

 

Nézzünk még egy "konyhai példát".

1 mól (84 g) nátrium-hidrogén-karbonátból (NaHCO3) 1 mól (44g) szén-dioxid (CO2) keletkezik. Ennek térfogata szobahőmérsékleten 24 liter.
Vagyis egy kis zacskó - mindössze 12 g, kockacukornyi térfogatú - sütőpor melegítésekor csaknem három és fél liternyi, (szobahőmérsékletű) szén-dioxid gáz keletkezik! A sütés hőmérsékletén persze ennél is több a térfogata. Egy része nyilván "elillan", de azért tényleg jól "felfújhatja" a sütit.

 

Ez csak néhány példa volt arra mennyi érdekes dolog számolható ki, akár fejben is, néhány alapismeret (képlet, atomtömegek, Avogadro-tétel) birtokában.
Sok esetben konkrét számokra egyáltalán nincs is szükség, hiszen például a földgáz égetése esetén az egyenletre nézve azonnal látszik, hogy egységnyi mennyiségű földgáz elégetéséhez két egységnyi oxigén, vagyis durván 10-szeres mennyiségű levegő szükséges hozzá. (A levegő kb. 21% oxigént tartalmaz.)

 

További jó számolgatást kívánok az érdeklődőknek! (Lexikonomban minden szükséges adat megtalálható hozzá.)


Felhasznált irodalom