I.3. Valența. Formule Chimice. Calcule pe Baza Formulei Chimice

a)

Identificarea poziției potasiului în Tabelul Periodic

Potasiul are simbolul chimic \( \text{K} \) și numărul atomic \( Z = 19 \). Configurația electronică pe straturi este: \[ K: 2e^- \] \[ L: 8e^- \] \[ M: 8e^- \] \[ N: 1e^- \] Deoarece are \( 4 \) straturi ocupate cu electroni, potasiul se află în perioada a 4-a. Deoarece are \( 1 \) electron pe ultimul strat (electron de valență), potasiul se află în grupa 1 (I A) (grupa metalelor alcaline).

b)

Procesul de ionizare și caracteristicile chimice ale potasiului

Atomul de potasiu cedează electronul de pe ultimul strat pentru a căpăta configurația stabilă de octet pe stratul \( M \), transformându-se în cation monovalent: \[ \text{K} - 1e^- \rightarrow \text{K}^+ \] - Valența: I (monovalent); - Caracterul electrochimic: electropozitiv (cedează electroni și formează ioni pozitivi); - Caracterul chimic: metalic pronunțat (metal alcalin foarte reactiv).

c)

Proprietăți fizice ale potasiului

Două proprietăți fizice ale potasiului sunt: - este un metal moale, care poate fi tăiat ușor cu cuțitul, de culoare alb-argintie (cu luciu metalic în tăietură proaspătă); - are densitate mică (este mai ușor decât apa, plutind pe suprafața acesteia) și punct de topire scăzut (\( 63,5^\circ\text{C} \)).

d)

Calculul numărului ionilor de sodiu din 1 mol de săpun

Masa unui mol de săpun este egală numeric cu masa sa molară: \[ M_{\text{săpun}} = 250\text{ g/mol} \implies m_{\text{săpun}} = 250\text{ g} \] Aflăm masa de sodiu dintr-un mol de săpun folosind procentul masic de \( 9,2\% \): \[ \begin{array}{ll} 100\text{ g săpun} & \dots\ 9,2\text{ g Na} \\ 250\text{ g săpun} & \dots\ m_{\text{Na}} \end{array} \] \[ m_{\text{Na}} = \frac{250 \cdot 9,2}{100} = \frac{\cancel{250}^{5} \cdot 9,2}{\cancel{100}_2} = \frac{46}{2} = 23\text{ g Na} \] Masa atomică relativă a sodiului este \( A_{\text{Na}} = 23\text{ g/mol} \). Numărul de moli de atomi (ioni) de sodiu din 1 mol de săpun este: \[ n_{\text{Na}} = \frac{m_{\text{Na}}}{A_{\text{Na}}} = \frac{23}{23} = 1\text{ mol de ioni Na}^+ \] Numărul de particule se calculează cu relația: \[ N = n \cdot N_A \] unde numărul lui Avogadro este \( N_A = 6,022 \cdot 10^{23}\text{ particule/mol} \). \[ N_{\text{Na}^+} = 1 \cdot 6,022 \cdot 10^{23} = 6,022 \cdot 10^{23}\text{ ioni Na}^+ \]

e)

Determinarea formulei chimice a săpunului de potasiu

Fie formula generală a săpunului: \[ \text{C}_x\text{H}_y\text{O}_z\text{K}_w \] Știm masa molară a săpunului \( M = 266\text{ g/mol} \) și procentul masic de potasiu \( 14,66\% \). Calculăm masa de potasiu dintr-un mol de săpun (\( 266\text{ g} \)): \[ \begin{array}{ll} 100\text{ g săpun} & \dots\ 14,66\text{ g K} \\ 266\text{ g săpun} & \dots\ m_{\text{K}} \end{array} \] \[ m_{\text{K}} = \frac{266 \cdot 14,66}{100} = \frac{3899,56}{100} \approx 39\text{ g K} \] Deoarece masa atomică a potasiului este \( A_{\text{K}} = 39\text{ g/mol} \), numărul de atomi de potasiu per moleculă este: \[ w = \frac{m_{\text{K}}}{A_{\text{K}}} = \frac{39}{39} = 1 \] Folosim raportul de masă dat, \( \text{C} : \text{H} : \text{K} = 56 : 9 : 13 \): Deoarece raportul masic dintre carbon și potasiu este: \[ \frac{m_{\text{C}}}{m_{\text{K}}} = \frac{56}{13} \] Aflăm masa de carbon din compus folosind \( m_{\text{K}} = 39\text{ g} \): \[ m_{\text{C}} = \frac{56 \cdot m_{\text{K}}}{13} = \frac{56 \cdot \cancel{39}^3}{\cancel{13}_1} = 56 \cdot 3 = 168\text{ g C} \] Numărul de atomi de carbon (\( x \)), știind \( A_{\text{C}} = 12\text{ g/mol} \): \[ x = \frac{m_{\text{C}}}{A_{\text{C}}} = \frac{168}{12} = 14 \] Aflăm masa de hidrogen din compus: \[ \frac{m_{\text{H}}}{m_{\text{K}}} = \frac{9}{13} \implies m_{\text{H}} = \frac{9 \cdot \cancel{39}^3}{\cancel{13}_1} = 27\text{ g H} \] Numărul de atomi de hidrogen (\( y \)), știind \( A_{\text{H}} = 1\text{ g/mol} \): \[ y = \frac{m_{\text{H}}}{A_{\text{H}}} = \frac{27}{1} = 27 \] Determinăm masa de oxigen dintr-un mol de săpun prin diferență: \[ m_{\text{O}} = M - (m_{\text{C}} + m_{\text{H}} + m_{\text{K}}) \] \[ m_{\text{O}} = 266 - (168 + 27 + 39) = 266 - 234 = 32\text{ g O} \] Numărul de atomi de oxigen (\( z \)), știind \( A_{\text{O}} = 16\text{ g/mol} \): \[ z = \frac{m_{\text{O}}}{A_{\text{O}}} = \frac{32}{16} = 2 \] Formula chimică a săpunului este: \[ \text{C}_{14}\text{H}_{27}\text{O}_2\text{K} \text{ (sau } \text{C}_{13}\text{H}_{27}\text{COOK)} \]

a) Grupa 1 (I A), perioada a 4-a. b) \( \text{K} - 1e^- \rightarrow \text{K}^+ \); valența: I; electropozitiv; metalic. c) Moale, alb-argintiu, densitate mică. d) \( m_{\text{Na}} = \frac{9,2 \cdot 250}{100} = 23\text{ g} \implies n = 1\text{ mol} \implies N = 6,022 \cdot 10^{23}\text{ ioni Na}^+ \). e) \( m_{\text{K}} = \frac{14,66 \cdot 266}{100} \approx 39\text{ g} \implies w = 1 \) \( m_{\text{C}} = \frac{56 \cdot 39}{13} = 168\text{ g} \implies x = 14 \) \( m_{\text{H}} = \frac{9 \cdot 39}{13} = 27\text{ g} \implies y = 27 \) \( m_{\text{O}} = 266 - (168 + 27 + 39) = 32\text{ g} \implies z = 2 \) Formula: \( \text{C}_{14}\text{H}_{27}\text{O}_2\text{K} \).