Fundamentals of Chemistry	DOE-HDBK-1015/1-93	TABLE OF CONTENTS
TABLE OF CONTENTS
LIST OF FIGURES . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . iv
LIST OF TABLES . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . v
REFERENCES . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . vi
OBJECTIVES . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . vii
CHARACTERISTICS OF ATOMS	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 1
Characteristics of Matter . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 1
The Atom Structure . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 2
Chemical Elements . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 3
Molecules . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 7
Avogadro's Number . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 8
The Mole . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 9
Mole of Molecules . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 10
Summary . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 11
THE PERIODIC TABLE . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 12
Periodic Table . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 12
Classes of the Periodic Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . 16
Group Characteristics . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 18
Atomic Structure of Electrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . 19
Summary . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 22
CHEMICAL BONDING . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 23
Chemical Bonding . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 23
Ionic Bonds . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 24
Covalent Bonds . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 25
Metallic Bonds . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 27
Van der Waals Forces . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 27
Organic Chemistry . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 28
Alkanes . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 28
Alkenes . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 29
Alkynes . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . 30

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Fundamentals of Chemistry DOE-HDBK-1015/1-93 TABLE OF CONTENTS

TABLE OF CONTENTS (Cont.)

CONVERTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	A-10
Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	A-10
Converter Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	A-10
The Gas Cooler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	A-12
Barrier Tubing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	A-12
Process Gas Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	A-12
Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	A-13

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LIST OF FIGURES		DOE-HDBK-1015/1-93	Fundamentals of Chemistry
		LIST OF FIGURES
Figure 1	Schematic of a Simple Atom (Helium) . . . . . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Figure 2	A Mole of Gold Compared to a Mole of Copper . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Figure 3	Periodic Table of the Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . . 15
Figure 4	Regional Schematic of Periodic Table . . . . . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figure 5	Electron Shells of Atoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figure 6	Ionic Bond, Sodium Chloride . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figure 7	Covalent Bond, Methane CH4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figure 8	Formation of the Carbon Dioxide Molecule . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 9	Coordinate Covalent Bond, Chlorate Ion ClO3 . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . . 26

Figure 10 Van der Waals Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Figure 11 Alkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Figure 12 Alkene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Figure 13 Alkyne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Figure 14 Aromatic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Figure 15 Alcohol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Figure 16 Aldehyde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Figure 17 Ion Product Constant for Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Figure A-1 "R" Stage Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-3 Figure A-2 Variation of Permeability with the Slope Factor and Change in Pressure . . . . A-6 Figure A-3 Pressures, Temperatures, and Flows in a Typical V-31 Stage . . . . . . . . . . . . A-8 Figure A-4 Typical Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-11

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TABLE OF CONTENTS (Cont.)
Aromatics . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 30
Alcohols . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 30
Aldehydes . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 31
Basic Chemical Laws . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 31
Forming Chemical Compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . . 32
Combining Elements . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 33
Summary . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 34
CHEMICAL EQUATIONS . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 36
Le Chatelier's Principle . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 36
Density . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 37
Molarity . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 37
Normality . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 38
Parts per Million . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 39
Chemical Equations . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 40
Balancing Chemical Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . . 40
Summary . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 45
ACIDS, BASES, SALTS, AND pH	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 46
Acids . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 46
Bases . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 47
Salts . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 48
pH . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 48
pOH . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 49
Dissociation Constant . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 50
Summary . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . 53
APPENDIX A BASIC SEPARATION THEORY . . . . . . . . . . . .		. . . . . . . . . . . . . . . A-1
Introduction . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . A-1
Isotopic Separation . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . A-1
Separation Factor . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . A-2
Stage Separation . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . A-2
Barrier Measurements . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . A-5
Cascade Theory . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . A-6
Circuit Balance . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . . . . . . . . . . . . . . . A-7

TABLE OF CONTENTS

LIST OF FIGURES