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Week 9 Notes

by: Cassidy Zirko

Week 9 Notes Chem 143

Cassidy Zirko

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Covers Environmental chemistry and a little bit on solubility
General Chemistry 2
Dr. Cracolice
Class Notes
Chemistry, Gen Chem, Chem
25 ?




Popular in General Chemistry 2

Popular in Chemistry

This 8 page Class Notes was uploaded by Cassidy Zirko on Sunday March 27, 2016. The Class Notes belongs to Chem 143 at University of Montana taught by Dr. Cracolice in Spring 2016. Since its upload, it has received 11 views. For similar materials see General Chemistry 2 in Chemistry at University of Montana.


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Date Created: 03/27/16
Chem 143, Prof. Cracolice, Week 9 book notes Chapter 62: What Factors Affect Solubility of Low Solubility Salts? 3/21/16 62.1 What is a low solubility Salt?  Insoluble salt­ so little solute dissolves into solution  ionic concentration will be small  but important at equilibrium   How do Low solubility Salts Dissolve? o Low solubility salt, M X ainbwater, dissolves until equilibrium is established,  o M X a b(s) X a equibibrium expression is Ksp= [M ][ X ] a+ b o Remember, solids and liquids have a constant concentration and are never  included in an equilibrium expression  o Solubility product constant­ Ksp most useful for solids in where both ions are  monovalent  o Polyvalent/ spectator ions­ can have an effect on solution  o Assumed equilibrium phenomena depends on molarity of species only  o Ksp is temperature dependent, most found at 25 degrees Celsius  o Changes in temperature cause problems  o 2 steps in solving solubility constant problem:  1­ write equilibrium equation for reaction   2­ write solubility constant product expression  o Solubility for ions will determine Ksp by multiplication  o Usually have to find concentration of ions to and find Ksp  o Remember to break down compounds into ions and find molarity of each of the  ions using stoichiometry   How can Solubility be Determined from Ksp? o Need to determine solubility of substance from Ksp value  o Finding solubility from Ksp in reverse procedure  o Solubility and Ksp are different, Ksp is a constant that is experimentally  determined   1­ assign a variable to one of the ionic species in terms of same variable   2­ determine concentration of other ionic species in terms of same variable  3­ substitute concentration from 1 and 2 into Ksp, equate to given Ksp  value and solve for x  62.2 How Does the Presence of Additional Solutes Affect the Solubility of Low Solubility Salts?  How is solubility affected by a common ion?  o Equilibrium constant for every solubility has same form  o Product of 2 ion concentrations with each concentrations raised to a power  o Le chateliers principle comes into play when more of an ion is added  o This creates a lower solubility of reactant  Chem 143, Prof. Cracolice, Week 9 book notes o Solubility of a low solubility ionic compound is reduced with additional of  soluble compound with a common ion with slightly soluble compound  o Example of common ion effect  o Can change solubility equation to find concentration of an ion  o Can use ICE table to solve for equilibrium equation of a soluble salt, use common ion effect to find starting values of each of the species in solution  o When checking assumption­ make sure you use appropriate stoichiometry and  know what you are solving for   How is Solubility Affected by Solution pH? o When solid placed in buffered solution with excess of hydrogen, a water forming  reaction occurs  o More addition of hydrogen or hydroxide ions can cause and increase in water   leads to a more soluble ionic compound  o Greater acidity of solution, more soluble compound will be  o Anions in ionic compounds react with hydronium ion   greater solubility in  acidic solution  o More acid in solution, greater solubility  o Anions that are conjugate bases of weak acids react with hydronium ion  increasing solubility of compound  o Conjugate base of strong acids  no effect on solubility because it wont react with the hydronium ion   How is Solubility Affected by complex ion formation? o Complex ion­  contains metal ions bonded chemically to molecules or anions  o Charge is algebraic sum of metal ion and anion  o Have measurable tendency to dissociate into component   equilibrium  o Dissociation constants­ K ­dinstability constants o Relative values of constant indicates much less of a tendency to dissociate  o Very small K  vdlues indicate complex ions relatively stable in solution  o Based on le chateliers principle again  o Multiple equilibrium rule­ overall equilibrium constant for sequential equilibrium  is produced  with stepwise equilibrium constants  o Greater solubility of substance with complexing anions   allows to prevent  unwanted precipitations  Chapter 63: How are Solubility and complex Ion Equilibria Applied? 3/23/16 63.1 How can Precipitate Formation be Predicted and Manipulated?  Ksp­ equilibrium constant­ when equilibrium exist  product of ionic concentrations in a  Ksp expression has a certain value   No requirements that ionic concentrations are equal  Chem 143, Prof. Cracolice, Week 9 book notes  Product of Ksp may not equal the actual value of Ksp ions come from different sources   Use ion product (IP)­ a modified Ksp used when concentration being manipulated  together doesn’t equal Ksp   Ksp is max ion product that a solution can have without precipitating   IP> Ksp – precipitation should occur and continue until IP=Ksp   IP<Ksp­ unsaturated solution, rate of dissolving will exceed the rate of crystallization   concentration of ions increases over time so there is an increase in IP   Solute still remains at IP=Ksp, saturation reached at equilibrium established   No solute and IP will not equal Ksp  solution remains unsaturated   When a given solute is diluted by water and doesn’t react with first solution, diluted  concentration of solute can be obtained by multiplying initial concentration by ratio of  initial volume over diluted volume   Dilution factor­ initial volume/ diluted volume   IP­Ksp inequality can be stated at conclusion of problem in procedure  Procedure  o Calculate molarities of potentially precipitating ions in final solution  o Determine ion product  o Compare ion product with solubility product constant  63.2 How Can Precipitation and Complex Ion Formation Be used to Detect the Presence of  Metal Ions in Solution?  Qualitative analysis­  process of testing an unknown sample to determine what ions are  present with no effort directed toward chemical analysis on of the amount of ions   Separating mixture of cations is based on separation of anions   First step is broad separation where they refer to each precipitate in a numbered group   Group 1: Insoluble Chlorides  o Only 3 cations precipitate with chloride ions  ions, mercury, lead  o Based on Ksp values very small­ leads to easy separation of chloride ions  o Most common reactant is usually HCl   Group 2: Acid insoluble sulfides  o Solution remaining after treatment with HCl  very acidic  o Group of cations form precipitates with sulfide at low pH  o Solution treated with hydrogen sulfide  o Concentration of sulfide ion is very low  doesn’t need to be large because the  Ksp’s are very low  o Bismuth, cadmium, cobalt, mercury (I), antimony I and II, tin(I) and tin(II)  Group 3: Base Insoluble Hydroxides and Sulfides  o Make solution alkaline by adding NH 3 o NH  n3utralized acid  NH  fo4med  o Some weak base remains creating hydroxide ions  o Aluminum, chromium, iron  have low Ksp, lower than hydroxide so they  precipitate out  Chem 143, Prof. Cracolice, Week 9 book notes o Need to understand solution has unionized ammonia and cations that don’t  precipitate as hydroxides form complex ions with ammonia  o Concentration of five metal ion is close to zero  o Ammonium sulfide added  sulfide concentration is high enough to precipitate  cobalt, nickel, zinc   Group 4: Insoluble Carbonates  o Only possible ions in solution are group 1A/1 and 2A/2 ions and ammonia ions  o 2A/2 elements are soluble with chlorides, sulfides, hydroxide   insoluble with  carbonates  o Ammonium carbonate added  precipitates barium, calcium and magnesium ions  Group 5:  Alkali Mental and Alkali Like ions  o Only metals left are potassium, sodium and ammonium  o Flame tests­ dipping clean wire in solution, placing wire in flame, detecting  potassium and sodium  o Potassium  purple flam, sodium yellow flame  o Ammonium tested by adding NaOH  smell ammonia shows presence of  Ammonium   Ions precipitated  separated and tested with reaction identified with each  ion  Chapter 64: Is the Earth’s Ozone Layer Recovering? 3/25/16 64.1 What are the Characteristics of Earths Atmosphere?  Earth’s atmosphere­ layer of gases that surround earth  major component of  environment   many chemical reactions occur in earths atmosphere   range of temperatures is about 100 degrees Celsius between extremes   temperature varies in location higher or lower in atmosphere   Troposphere­  lowest layer of atmosphere pressure and temperature decrease with altitude  Pressure decreases with height because less weight of the air above area   Gravity pulls air molecules towards surface of the earth   Temperature decreases with height because the pressure decreases  air expands and does work on surroundings   Stratosphere­ second lowest layer of atmosphere   Increasing temperature with increasing altitude   Has layered nature of temperature change in second layer   Layering of temperatures comes from absorption of solar energy by ozone   mesosphere­ 3  lowest layer, middle layer   temperature decreases with increasing altitude   thermosphere­ temperature increases with increasing altitude  Chem 143, Prof. Cracolice, Week 9 book notes  begins at end of mesosphere but extend till no more atmosphere exists   pressure decreases in a logarithmic relationship with height   What is Atmosphere made of? o Two major components­ nitrogen and oxygen  o Nitrogen, strong triple bonds, doesn’t really undergo many chemical change s o Oxygen reacts with many compounds  o Reactions in lower atmosphere are almost always with oxygen  o Small percentages of other compounds exist in atmosphere  o Any ideal gas at any temperature, volume is directly proportional to number of  moles  o Volume percentage is same ration as mole percentage  o Volume fraction same as mole fraction  o Ppm and ppb ratios of number of molecule sin sample  o Convenient to express trace concentrations in ppm  64.2 What Chemical Changes Occur in Upper Atmosphere?  Upper atmosphere has influence of radiation from sun and absorption of short wavelength photons   Photochemical reactions­ interactions with electromagnetic radiation caused by  reactions   Sunlight energy reaches surface of earth is less than amount in upper atmosphere   Greatest amount of energy is at 480 nm  blue visible light   Sunlight energy at lowest wavelength  Ultraviolet range   Difference in energy between upper atmosphere and earths surface is absorbance by  atmosphere   Shorter wavelengths  greater energy   Minimum energy needed to break bond = minimum energy of electromagnetic radiation  that can break a bond   Moles to molecules 1mole=6.02*10^23 molecules   1000 joules= 1 kj  Energy of a photon: E=hv, E­energy, h­Planks constant, v­frequency   c= λv , c­ speed of light, v­ frequency,  ­ wavelength   energy and wavelength are inversely proportional   photodissociation­ breaking of a chemical bond due to absorbance of a photon of  electromagnetic radiation   mesosphere­ oxygen molecules absorb high energy, short wavelength, ultraviolet light   splits oxygen molecules into oxygen atoms   much of the UV light emitted is used in the reaction to split oxygen molecules   photoionization­requires high energy photons  occurs in thermosphere, causes  ionization  excess energy is kinetic energy of product electron  Chem 143, Prof. Cracolice, Week 9 book notes  oppositely charged particles attracted to each other   electrons generated by photoionization combine with positive ions   at high altitudes­  density is low  balance in rate of formation and recombination fo  electrons is unequal   constant existence of free electrons   energy can be absorbed by a molecule  increasing species energy   molecules that have an electron at a higher energy state are show with an *  electronically stable­ molecule with more energy than is normal, unstable, moves back  to lower energy level releasing photon or decomposing  64.3 What is the Role of Ozone in the Atmosphere?  Ozone is a form of oxygen with 3 bounded oxygen atoms   Essential for life on earth but also a pollutant   Ozone produced in atmosphere in 2 steps   Absorption of uv light makes stratosphere ozone good   Nature and human made ozone is bad   Rates of formation and destruction determine ozone concentration within ozone layer   Influences  temperature, location above earth, where in atmosphere, intensity of sun  radiation   How do Humans Contribute to the Depletion of Ozone Layer? o Unbalanced rates of formations and destruction of ozone  net depletion  o Halogen source gases­ contain chlorine, bromine and chlorofluorocarbons (CFC) o CFC­ composed of only carbon, chlorine, fluorine  used in refrigeration, air  conditioning, propellants, and foam  o Accumulates in low atmosphere  not reactive  o In lower atmosphere  CFC exist unchanged o Upper atmosphere­ CFC exposed to UV light  make reactive form  o Forms of chlorine monoxide, bromine dioxide and chloride and bromide ions all  participate in ozone destruction  o Ozone usually destroyed in polar regions  o Chlorine used and produced in ozone destruction  leads to more destruction by  same chlorine  o Destruction by halogen source gases­ upsets balance  o Polar regions very different environment  large periods of darkness change  stratospheric conditions   What is Antarctic Ozone Hole? o Ozone hole­ hole like appearance above Antarctic southern hemisphere  o Polar stratospheric clouds­ composed of both solid and liquid water, some nitric and sulfuric acid  o 2 main factors that contribute to ozone destruction   1­ ice crystals, provide surface that allow production of chloride ions at  high rate  Chem 143, Prof. Cracolice, Week 9 book notes  Clouds speed up reaction that would normally slow down the production  of chloride ions  o Chloride ions don’t decompose in darkness of Antarctic  accumulates  o Increased UV radiation on earth from depleting ozone Chapter 65: What Chemical Changes Occur to Pollute the Lower Atmosphere? 3/28/16 65.1 What Chemical Changes Occur to Pollute the Lower Atmosphere?  Nitrogen and oxygen make up most of the troposphere   What Causes Acid Rain? o Rain water has carbon dioxide dissolve in it from atmosphere  dilute carbonic  acid solution  o acid rain­  when rain, snow, fog or sleet has pH less than 5.6  o sulfur dioxide and nitric acid are primarily responsible  o sulfur dioxide and water form sulfurous acid  o sulfur dioxide and oxygen forming sulfur trioxide react with water forming  sulfuric acid  o nitrate produced as byproduct by combustion engines  o at high temperatures – nitrogen dioxides reacts with oxygen  nitrogen dioxide,  then reacts with water forming nitric acid  o causes gradual deterioration of human made buildings  o marble and limestone made of calcium carbonate ­ becomes crumbly with acid  rain  o steep corroded by acid rain  o problems usually in Europe and eastern united states  o Midwest and Appalachian coal has higher energy than western coal   What Causes Smog to Form? o Smog­ concentration of smoke and fog, describes polluted air  o Photochemical smog­ role of sunlight in initiating chemical change  o Necessary to have lots of sun and automobile exhaust emissions  o Made up of unburned hydrocarbons, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide and  ozone  o Many chemical changes occur in formation of photochemical smog o Acts as a cycle  o Controlling emission is important in smog reduction  o Catalytic converters­ device that is in exhaust systems of automobiles   has honey comb structure to increase surface area  silicone and aluminum wash coast, gives rougher surface, maximizing  surface area  Chem 143, Prof. Cracolice, Week 9 book notes  heavy metal, usually platinum, palladium or rhodium, provides surface for molecules to react on   What is the Green house effect? o Green house effect­ sun emits energy, half  reaches upper limit of atmosphere,  half reflected by into space or absorbed by atmosphere  o Energy radiated from reaching earths surface warms it, forms in infrared radiation o Greenhouse gases­ responsible for green house effect, absorbed infrared energy  o Occurs because water is most abundant in green house gases  o Carbon dioxide is most controversial green house gas o Burning of fossil fuels releases carbon dioxide  o Global warming­ increase in average temperature at the surface  o Not only cause is carbon dioxide  o Radiation emitted from sun varies, could also have effect  o Kyoto protocol­ working to reduce green house emissions world wide 


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