Postulat Plancka-o kwantowym charakterze promieniowania
Transkrypt
Postulat Plancka-o kwantowym charakterze promieniowania
#Postulat Plancka-o kwantowym charakterze promieniowania ma postać E=hv Eenergia, -częstość promieniowania, h- stała Plancka, n liczba całkowita #Hipoteza o falowym charakterze promieniowania korpuskularnego (de Broglie) h wyrażona jest zależnością p p-pęd cząsteczki, -długość fali, h-stała Plancka #Masy atomów, jąder atomowych i cząsteczek elementarnych wyraża się powszechnie za pomocą atomowej jednostki masy (u) wynoszącej około 1,6610-27 kg #Atomowa jednostka masy jest równa 1/12 masy atomu nuklidu 126 C (u) #Pierwiastek chemiczny jest to zbiór atomów o jednakowej liczbie protonów #Zbiór atomów, z których każdy ma ten sam skład jądra i określoną energię, nazywamy nuklidem. Oddzielnym nuklidem jest więc każdy rodzaj atomów jakiegoś pierwiastka np. 126 C, 146 C, 199 F. Nuklidy opisuje się symbolami literowymi odpowiedniego pierwiastka (X) i dwoma indeksami, A oraz Z - ZA X; A jest liczbą masową, Z jest liczbą atomową #Liczba masowa jest równa sumie liczb protonów i neutronów zawartych w jądrze atomu #Liczba atomowa jest równa liczbie protonów w jądrze atomu. Jest ona równocześnie liczbą porządkową pierwiastka w układzie okresowym #Izotop jest to zbiór atomów określonego pierwiastka, zawierających jednakową liczbę protonów w jądrze i jednakową liczbę neutronów. Poszczególne izotopy tego samego pierwiastka różnią się między sobą zawartością neutronów. Np. tlen ma trzy trwałe (niepromieniotwórcze) izotopy 168 O, 178 O, 188 O #Masa izotopowa jest to masa izotopu pierwiastka wyrażona w jednostkach masy #Masą atomową pierwiastka nazywamy średnią ważoną z mas izotopowych naturalnej mieszaniny izotopów #Masa cząsteczkowa jest to masa cząsteczki związku lub pierwiastka chemicznego wyrażona w atomowych jednostkach masy. Masę cząsteczkową obliczamy sumując masy atomowe wszystkich atomów wchodzących w skład cząsteczki #Hybrydyzacja to proces wzajemnego mieszania się orbitali (szczególnie zewnętrznej powłoki) w wyniku czego otrzymuje się równocenne orbitale o mniejszej enegii #Mol jest to liczba elementów(atomów, jonów, cząsteczek, elektronów) równa liczbie atomów zawartych w 12 g nuklidu węgla 126 C. Jednostką służącą do oznaczania liczności substancji tzn. liczby jakichś elementów w określonej masie jest mol. Jest to jednostka tego samego rodzaju co tuzin (12) czy kopa (60). Jeden mol zawiera w przybliżeniu 6,021023 elementów. Liczba cząstek zawartych w jednym molu jest nazywana liczbą Avogarda; wynosi 6,02213671023 3,61017 Znajomość liczby Avogarda umożliwia przeliczanie wartości wyrażonych w skali atomowej na wartości molowe i odwrotnie. Na przykład masa 1,008 g mol 1 1 jednego atomu wodoru 1 H wynosi w przybliżeniu mH= 6,02 10 23 mol 1 1,6610-24g=1,6610-27kg #Masa molowa czyli masa jednego mola substancji, jest stosunkiem masy substancji do jej liczności Jeden mol atomów chloru którego masa atomowa wynosi około 35,5 u ma masę mCl=35,5u 1,6610-27 kg u-1 6,02 1023 mol-1 =35,5 10-3 kg mol-1 =35,5gmol-1 liczba atomowej jednostki masy liczba Avogarda #Proton oznaczony symbolem p ma dodatni jednostkowy ładunek elektryczny masę około jedności #Materia jądra składa się z nukleonów (protonów i neutronów) #Miarą trwałości jądra jest jego energia wiązania. Jest to energia, jaką należałoby dostarczyć do jądra, aby rozdzielić je na poszczególne nukleony. #Elektrony walencyjne są to elektrony atomu które mogą brać udział w tworzeniu wiązań chemicznych-wszystkie elektrony s i p a w atomach niektórych pierwiastków również część elektronów d i f . Liczba elektronów walencyjnych decyduje o właściwościach chemicznych pierwiastka, pierwiastki należące do jednej grupy wykazują zatem znaczne podobieństwo #Właściwości chemiczne pierwiastka są jednoznacznie zdefiniowane przez jego strukturę elektronową. Pierwiastki o tej samej budowie powłok walencyjnych mają podobne właściwości. W układzie okresowym pierwiastki są ułożone wg wzrastającej liczby protonów, którą nazywamy liczbą atomową lub liczbą porządkową. #Energia jonizacji jest to energia potrzebna do oderwania elektronu najsłabiej związanego z atomem i przeniesienia go poza sferę oddziaływania atomu; jest ona nazywana pierwszą energią jonizacji: A + energia A+ + e energia jonizacji zależy od wielkości atomu, ładunku jądra, skuteczności ekranowania tego ładunku przez pozostałe elektrony oraz od budowy powłoki elektronowej z której elektron jest usuwany #Powinowactwo elektronowe czyli powinowactwo atomu do elektronu jest to energia potrzebna do oderwania elektronu od jonu ujemnego: X- = X + elektron. Reakcja ta wymaga dostarczenia energii z zewnątrz jest zatem endotermiczna. #Elektroujemność jest umowną miarą skłonności atomu do przyciągania elektronów podczas tworzenia wiązania chemicznego. #Wartościowość jest to liczba oddawanych lub przyjmowanych elektronów w procesie tworzenia wiązania chemicznego. Oddawanie elektronów jest jednoznaczne z „wartościowością dodatnią”. Atom zyskuje niezrównoważony ładunek dodatni, staje się jonem dodatnim, czyli katoinem. Przyjmowanie elektronów w celu uzupełnienia oktetu powoduje natomiast nadmiarowy ładunek ujemny. Mówimy wówczas „wartościowości ujemnej” i ujemnych jonach zwanych anionami. Wartościowość dodatnia i ujemna jest równoznaczna z pojęciem stopnia utlenienie #Ze względu na naturę sił wiążących i ich pochodzenia rozróżniamy 3 podstawowe typy wiązań chemicznych: wiązania kowalencyjne czyli atomowe, które polega na uwspólnieniu elektronów sąsiadujących atomów; wiązania jonowe czyli heteropolarne, które polega na przeniesieniu elektronów walencyjnych od atomów jednego rodzaju do atomów drugiego rodzaju, wiązania metaliczne w którym następuje uwspólnienie części elektronów walencyjnych bardzo wielu atomów. Teoria wiązania chemicznego Lewisa – zgodnie z tą teorią każdy atom wykazuje tendencję do takiej zmiany zewnętrznej powłoki elektronowej, aby uzyskać konfigurację najtrwalszą, to znaczy s2, s2p6 lub s2p6d10. taki stan jest osiągany zarówno w wyniku utworzenia wiązania jonowego, jak i wiązania kowlanencyjnego. #Teoria wiązań walencyjnych Dążenie atomów do uzyskania najtrwalszej konfiguracji zewnętrznej powłoki elektronowej realizuje się przez utworzenie wspólnych par elektronowych. Najczęściej dzieje się tak wtedy gdy dwa łączące się atomy mają po jednym niesparowanym elektronie. Utworzona wspólna para elektronowa tworzy wiązanie chemiczne. Czyste wiązanie kowalencyjne występują w cząsteczkach homojądrowych tzn. zbudowanych z jednakowych atomów np. H2, N2, F2 Atom każdego z tych gazów ma co najmniej po jednym niesparowanym elektronie. Najprostszym przykładem wiązania kowalencyjnego jest wiązanie w dwuatomowej cząsteczce wodoru którą można zapisać H:H. Wspólna para elektronowa należy jednocześnie do obu atomów i stanowi pojedyncze wiązanie kowalencyjne. Wiązania kowalencyjne, jako wiązania bardzo silne są krótkie. #Energia wiązania jest to energia niezbędna do rozerwania wiązania między atomami i zależy od jego długości i krotności. #istotą wiązania kowalencyjnego jest wspólna wiążąca para elektronowa w której elektrony pochodzą od dwu atomów tworzących wiązanie. Wiązanie donorowoakceptorowe zwane też Wiązaniem koordynacyjnym powstaje wtedy kiedy wiążąca para elektronowa pochodzi od jednego z atomów. Atom który przyłącza parę elektronową na swój wolny orbital nazywamy akceptorem. Przykładem reakcji w której tworzy się wiązanie koordynacyjne jest reakcja jonu wodorowego z cząsteczką amoniaku polegająca na przyłączeniu jonu H+ do cząsteczki NH3 i utworzeniu jonu amonowego NH 4 #Siła wzajemnego przyciągania różnoimiennych jonów jest siłą wiązania jonowego. Jeżeli atomy w cząsteczce związku chemicznego różnią się znacznie elektroujemnością to polaryzacja jednego atomu przez drugi może być tak duża że nastąpi przeniesienie elektronu. Atom bardziej elektroujemny odbiera elektron od atomu mniej elektroujemnego który pozbawiony elektronu tworzy jon dodatni. Wiązanie jonowe występuje tylko w związkach chemicznych nigdy między atomami tego samego pierwiastka. Skłonność atomów do tworzenia wiązań jonowych jest tym większa im większa jest różnica ich elektroujemności. #Wiązanie wodorowe występuje między cząsteczkami w których atom wodoru jest wiązany z atomem znacznie bardziej od niego elektroujemnym. #Fazą nazywamy jednolitą część układu o jednakowych właściwościach fizycznych w całej masie oddzieloną od reszty układu wyraźną powierzchnią graniczną. Przemiany fazowe polegają na zanikaniu jednej z faz i równoczesnym powstawaniem nowej fazy lub zwiększeniu ilości drugiej fazy już istniejącej. Są one spowodowane zmianami temperatury ciśnienia i składu chemicznego. Zmiany struktury krystalicznej podobnie jak zmiany stanu skupienia są przemianami fazowymi pierwszego rodzaju (rzędu) Towarzyszą im zawsze zmiany objętości i pochłanianie lub wydzielanie ciepła. Produkty przemian strukturalnych pierwiastków nazywamy odmianami alotropowymi a związków chemicznych odmianami polimorficznymi. Przemiany fazowe drugiego rodzaju (rzędu) przebiegają bez efektu cieplnego i zmiany objętości. W temperaturze przemiany następuje jedynie zmiana właściwej pojemności cieplnej substancji. #Odmiany alotropowe pierwiastka to odmiany różniące się składem i budową cząsteczki np. O2 i O3 lub strukturą krystaliczną sieci krystalicznej np. diament i grafit. Reakcją chemiczną nazywamy proces w którym z cząsteczek atomów lub jonów substancji wyjściowych (substratów) powstają cząsteczki atomy lub jony produktów. Właściwości produktów różnią się od właściwości substratów. Reakcja chemiczna polega na przegrupowaniu atomów połączonym z niszczeniem jednych wiązań i tworzeniem innych. Reakcjom chemicznym często towarzyszą zmiany w zewnętrznych powłokach elektronowych atomów. Reakcje chemiczne odróżnia się od procesów fizycznych takich jak np. zmiana stanu skupienia. Procesy fizyczne nie powodują rozrywania wiązań chemicznych a jedynie zmieniają wzajemne powiązania cząsteczek siłami drugiego rzędu. Dlatego procesy fizyczne nie powodują istotnych zmian właściwości substancji. #Stopień przereagowania wskazuje jaka część substancji została przemieniona w produkt w wyniku reakcji chemicznej. #Zgodnie z zasadą zachowania materii równanie reakcji chemicznej musi być zbilansowane tzn. liczby atomów każdego rodzaju oraz sumy ładunków jonów po prawej i lewej stronie równania muszą być jednakowe. Na podstawie równania chemicznego oraz znajomości mas atomowych dokonujemy obliczeń stechiometrycznych. Jaka masa i liczność wody powstaje ze spalenia 1g metanu CH4 w nadmiarze tlenu? Zachodzącą reakcję opisuje równanie: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O m Liczność przereagowanego metanu wynosi: n(CH)4 = (CH4) gdzie m-masa metanu M M(CH4)-masa molowa metanu: M(CH4)=A(C)+4A(H)=12gmol-1+41gmol-1= =16gmol-1 1g 16 g mol 1 =0,0625mol=62,5mmol Z równania wynika że wskutek przereagowania każdej cząsteczki metanu powstają dwie cząsteczki wody czyli liczność powstałej wody jest dwukrotnie większa gdzie A(C) i A(H) są masami molowymi węgla i wodoru: nCH 4 = niż liczność spalonego metanu: nH 2 O=2 nCH 4 =262,5mmol=125mmol Znając liczność wody nH 2 O i jej masę molową (18gmol-1) obliczamy masę otrzymanej wody m H 2 O = n H 2 OM (H2O) = =0,125mol18gmol-1=2,25g masa wody wynosi 2,25g jej liczność 125 mmol M #Objętość molowa objętość jaką zajmuje 1 mol substancji Vm= przyjmuje się że w d warunkach normalnych 1 mol dowolnego gazu zajmuje objętość 22,4 dm3 m #Równanie stanu gazu doskonałego PV=nRT PV= RT R-stała gazowa n-liczba M moli tego gazu P-ciśnienie T-temp. #Prawo zachowania masy suma mas substratów jest równa sumie mas produktów #Prawo stałych stosunków (prawo stałości składu) pierwiastki chemiczne reagują ze sobą w stałych ściśle określonych stosunkach ilościowych nazywanych stosunkami stechiometrycznymi. Związki chemiczne mają więc stały skład ilościowy. Jeżeli dwa pierwiastki tworzą ze sobą kilka rodzajów cząsteczek (związków chemicznych) to obowiązuje: #Prawo stosunków wielokrotnych liczności (w molach) i masy (w kilogramach) jednego z pierwiastków przypadające w różnych związkach na stałą liczność lub masę drugiego pierwiastka pozostają do siebie w stosunku niewielkich liczb całkowitych. #Prawo stosunków objętościowych objętości gazowych substratów i produktów reakcji mierzone w jednakowych warunkach mają się do siebie jak niewielkie liczby całkowite. 1 objętość wodoru + 1 objętość chloru = 2 objętości chlorowodoru Równanie reakcji syntezy chlorowodoru należy zapisać: H2 + CL2 = 2HCL #W reakcjach syntezy substraty łączą się ze sobą tworząc produkty które zawierają wszystkie atomy zawarte w substratach. Reakcją syntezy jest np. spalanie siarki w tlenie lub powietrzu: S + O2=SO2 lub wytrącanie sadu: Ag+ + Cl- = AgCl. Szczególnym przypadkiem reakcji syntezy są procesy łączenia się dwu cząsteczek tego samego rodzaju w cząsteczki większe np. 2NO2 = N2O4 taką reakcję nazywamy dimeryzacją a produkt dimerem. Specyficzny rodzaj syntezy polegający na łączeniu się dużej liczby atomów lub cząsteczek tego samego rodzaju w większe nazywamy polimeryzacją a produkt polimerem: nCH2=CHCl(-CH2-CHCl-)n chlorek winylu polichlorek winylu #W reakcjach rozkładu zwanych też reakcjami analizy substrat pod wpływem różnych czynników rozkłada się na składniki prostsze. #W reakcjach wymiany substraty wymieniają między sobą poszczególne atomy lub grupy atomów, np. krzem d dwutlenku krzemu zostaje wymieniony na magnez: SiO2+2Mg=Si+2MgO Podczas chlorowania metanu atomu wodoru zostaje zastąpiony atomem chloru:CH4+Cl2=CH3Cl+HCl Wymianie może też ulegać kolejno drugi, trzeci i czwarty atom wodoru. Do tego typu reakcji zalicza się również reakcje przebiegające w roztworach, np.:NaCl+AgNO3=AgCl+NaNO3 W rzeczywistości proces ten zachodzi w dwu etapach: rozpuszczanie substratów, podczas którego powstają jony oraz synteza chlorku srebra Ag+ +Cl-=AgCl Chlorek srebra jest trudno rozpuszczalny i wytrąca się z roztworu w postaci osadu #Każdej reakcji chemicznej towarzyszy wymiana energii z otoczeniem. Najczęściej spotykanym sposobem wymiany energii w reakcji jest wymiana ciepła, może być też wykonywana praca elektryczna lub emitowane promieniowanie elektromagnetyczne. #Reakcje egzotermiczne są to reakcje, podczas których powstają produkty o energii wewnętrznej mniejszej niż suma energii wewnętrznej substratów; część energii substratów wydziela się w postaci ciepła, np. C+O2=CO2+394kJ. Spaleniu jednego mola węgla towarzyszy wydzielenie energii 393kJ, rHo= -394kJ Reakcje chemiczne przebiegające z przekazywaniem energii z układu do otoczenia nazywamy egzoenergetycznymi #Reakcja endotermiczna są to reakcje, podczas których energia jest pobierana z 1 otoczenia w postaci ciepła: Ag2O=2Ag+ O2 Do rozłożenia mola tlenku srebra Ag2O zużywa 2 się energię 30kJ, rHo=30kJ Szybkość reakcji endotermicznej jest związana z energią aktywacji im jest ona niższa tym ta reakcja przebiega szybciej. Reakcje którym towarzyszy przekazywanie energii z otoczenia do ukłóadu nazywamy endoenergetycznymi #Reakcje homogeniczne są to reakcje, w których wszystkie substraty i produkty znajdują się w tej samej fazie, np. reakcje w roztworach całkowicie się ze sobą mieszających. Homogeniczne są też wszystkie reakcje między gazami, zachodzą w całej objętości gazu bez udziału powierzchni granicznych. #Reakcje heterogeniczne przebiegają je na granicy dwu faz. Zachodzą one wtedy, gdy: Reagujące substraty znajdują się w różnych fazach, np. C(s)+O2(g)=CO2(g) Powstający produkt jest w innej fazie niż substraty np. Ag++Cl-=AgCl(g) Wszystkie regenty znajdują się w stanie stałym w odrębnych fazach np.Fe2O3(s) +ZnO(s)=ZnFe2O4(s) Symbole (s) i (g) oznaczają że dany składnik jest w fazie stałej lub gazowej. Jony znajdują się w roztworze wodnym. Do reakcji heterogenicznych zalicza się też procesy w których wszystkie składniki znajdują się w tej samej fazie (np. gazowej) ale reakcje między gazowymi cząsteczkami przebiegają nie w całej objętości lecz jedynie na powierzchni granicznej innej fazy, np. na powierzchni ciała stałego. Przykładem może być reakcja syntezy amoniaku N2(g) +3H2(g)=2NH3(g) zachodząca na rozgrzanej powierzchni katalizatora. #Reakcjami oksydacyjno-redukcyjnymi nazywamy reakcje w których następuje wymiana elektronów między reagującymi substratami czyli zmiana stopni utleniania atomów. #Stopień utlenienia pierwiastka jest to liczba elektronów jaką atom (lub jon) tego pierwiastka przyjąłby (lub oddał) gdyby utworzone wiązanie miało charakter czysto jonowy. Określony sens fizyczny można przypisać jedynie stopniowi utleniania jonu prostego np. Mn2+. Stopień utlenienia czystych pierwiastków w których nigdy nie występują wiązania jonowe jest zawsze równy zeru. Stopień utlenienia atomu w związku chemicznym jest ujemny dla pierwiastka bardziej elektroujemny a dodatni dla pierwiastka mniej elektroujemnego. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów tworzących cząsteczkę związku chemicznego jest równa zeru. Suma stopni utlenienia atomów tworzących jon jest równa ładunkowi tego jonu. Najczęściej stopień utlenienia tlenu wynosi –2 a wodoru +1 siarka w kwasie siarkowym (VI) H2SO4 jest na +6 stopniu utlenienia ponieważ:21+x(-2)=0 x=+6 np. Na+ I stopień utlenienia Mg2+ II stopień Cl- -I stopień S2- -II stopień Stopień utlenienia atomu pierwiastka w jonie prostym jest równy ładunkowi tego jonu. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących w skład obojętnej cząsteczki związku równa się zero #Reakcję nazywamy odwracalną lub równowagową jeżeli w jej wyniku ustala się stan równowagi w którym współistnieją produkty i substraty. Przykładem reakcji odwracalnej może być reakcja syntezy jodowodoru: H2+I22HI #Szybkość reakcji chemicznej określa się szybkością zmiany stężenia reagujących dc substancji v= c-stężenie wybranego reagenta t-czas Szybkość reakcji chemicznej zależy dt od rodzaju reagujących substratów. W określonym układzie zależy ona od stężeń (ciśnień) reagentów, temperatury i obecności substancji „obcych”-katalizatorów lub inhibitorów. Warunkiem zajścia reakcji chemicznej między dwiema cząsteczkami lub atomami jest ich odpowiednie zbliżenie (zderzenie). Szybkość prostej nieodwracalnej reakcji aA+bB=AaBb a b wyraża wzór v=kc c nazywany równaniem kinetycznym w którym cA cB stężenie A B substancji A i B k-stała szybkość reakcji wielkość stała dla reakcji w określonych warunkach a,b-wykładniki potęgowe które w przypadku prostych reakcji są jednocześnie współczynnikami stechiometrycznymi reakcji. #Okres półtrwania reakcji tj czas po którego upływie stężenie substratów zmniejsza się o połowę tzn kiedy c=0,5co #Aby zderzenie było skuteczne cząsteczki reagujące muszą mieć energię większą od pewnej określonej minimalnej energii nazwanej energią aktywacji #Liczba cząsteczek o energii dostatecznej do zajścia reakcji a stąd i szybkość reakcji znacznie wzrastają wraz z temperaturą. Wzrost temperatury zwiększ nie tylko energię reagujących cząsteczek ale i ogólną liczbę zachodzących zderzeń. #Przyjęto że energia reakcji czyli jej efekt energetyczny jest dodatnia wtedy gdy układ przyjmuje energię od otoczenia (reakcja endotermiczna). #Ze wzrostem temp. Zawsze wzrasta szybkość reakcji niezależnie od tego czy reakcja jest egzo- czy endotermiczna. W reakcjach przebiegających w jednej fazie wzrost temp. o 10K powoduje przeciętnie dwukrotny wzrost szybkości reakcji. Wpływ temp. na stałą szybkości E d ln k reakcji k jest ujęty równaniem Arrheniusa: lnk = a2 a po scałkowaniu dT RT Ea C RT #Katalizatory są to substancje które zmniejszają energię aktywacji a przez to zwiększają szybkość reakcji #Inhibitiory zwiększają energię aktywacji i zmniejszają szybkość reakcji. Katalizatory wpływają na szybkość reakcji ale nie zmieniają stanu równowagi. Katalizatory homogeniczne są w tej samej fazie co układ reagujący #reakcje homogeniczne to takie które zachodzą w całej objętości jednej fazy np. w cieczy lub gazie. #Adsorpcja substratu na powierzchni katalizatora powoduje rozluźnienie wiązań między atomami reagenta zmniejsza energię aktywacji reakcji a tym samym zwiększa jej szybkość. #Prawo działania mas mówi że substraty reagują ze sobą dopóty dopóki stosunek iloczynu stężeń produktów reakcji do iloczynu stężeń jej substratów nie osiągnie wartości stałej charakterystycznej dla danej reakcji w określonej temperaturze. #W stanie równowagi reakcje przebiegają nadal, szybkości reakcji w obydwu kierunkach są jednakowe, równowaga chemiczna jest równowagą dynamiczną #Stan równowagi chemicznej istnieje wtedy kiedy wszystkie parametry opisujące układ są stałe. #Stała równowagi każdej reakcji chemicznej jest bezwymiarową wielkością stałą zależną jedynie od temp. #Ciśnienie panujące w układzie w którym przebiega reakcja chemiczna ma istotny wpływ ma na jej stan równowagi tylko wtedy gdy reakcja przebiega z udziałem fazy gazowej w której całkowita liczba gazowych cząsteczek wszystkich reagentów zmienia się podczas reakcji. #Zmiana temp. reakcji powoduje nie tylko zmianę jej szybkości ale jako jedyny z parametrów stanu układu zmienia wartość stałej równowagi. #Reguła przekory Jeśli układ znajdujący się równowadze dynamicznej zostanie poddany jakiemukolwiek działaniu zewnętrznemu tzn. zmieni się któryś z parametrów warunkujących jego równowagę to układ będzie dążył do zmniejszenia skutków tego działania #Roztworem nazywamy jednofazowy układ złożony z rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. Rozróżniamy roztwory ciekłe, stałe i gazowe. Roztwory ciekłe można otrzymać przez rozpuszczenie gazu lub ciała stałego w cieczy zwanej rozpuszczalnikiem #Roztwór rzeczywisty jest to roztwór w którym substancja rozpuszczona występuje w stanie rozproszenia molekularnego tzn w postaci pojedynczych atomów jonów lub cząsteczek o wymiarach mniejszych od około 1nm #Roztwór koloidalny lub Zol (koloid ciał stałych)zawiera skupiska substancji rozpuszczonej większe od 1 nm a mniejsze od 200 nm. W roztworze koloidalnym substancja rozpuszczona znajduje się w stanie rozproszenia koloidalnego. Jeżeli ziarna fazy rozproszonej (zdyspergowanej) są większe od 200 nm to układ dyspersyjny nosi nazwę zawiesiny (suspensji). #Elektrolit jest to substancja która po rozpuszczeniu dysocjuje (rozkłada się) na jony #Solwatacja polega na przyłączeniu się polarnych cząsteczek rozpuszczalnika do jonów lub cząsteczek substancji rozpuszczonej #Hydratacja jest to solwatacja w roztworach wodnych czyli proces przyłączania cząstek wody. Solwatacja jest procesem egzotermicznym. Jeżeli energia solwatacji jest większa od energii potrzebnej na pokonanie sił spójności to rozpuszczenie jest procesem egzotermicznym – wydziela się ciepło rozpuszczania. #Stężenie roztworu jest to stosunek ilości substancji rozpuszczonej do ilości ma 100% ma-masa (objętość) substancji rozpuszczalnika lub roztworu. Cp= ma mb rozpraszającej mb-masa )objętość) rozpuszczalnika m #Stężenie molalne liczba moli zawarte w 1 kg rozpuszczalnika c= m-masa M m s substancji rozpuszczonej ms-masa rozpuszczalnika M-masa molowa substancji #Stężenie molowe (licznościowe) jest to stosunek liczności substancji rozpuszczonej n m do objętości roztworu. C= c-stężenie molowe m-masa M-masa molowa v Mv substancji rozpuszczonej v-objętość roztworu #Stężenie masowe nazywane też stężeniem wagowym, ułamkiem wagowym lub ułamkiem masowym jest stosunkiem masy substancji rozpuszczonej do masy roztworu #Stężenie procentowe masowe (wagowe) określamy liczbą jednostek masy m 100% substancji rozpuszczonej przypadającej na sto jednostek masy roztworu x= mr #Teoria jonowa Arrheniusa –kwasami są substancje które w roztworach wodnych odszczepiają jon wodorowy : HA=H++A- a zasadami substancje które odszczepiają jon wodorotlenowy MOH=M++OH- #Dysocjację elektrolityczną charakteryzuje się za pomocą stopnia dysocjacji = liczba .cząząstecz . zdysocjowanych c = nN 100% -stopień dysocjacji cn-stężenie liczba .cząząstecz . przed .dysocjacja c zdysocjowanej części elektrolitu cN-stężenie całkowite elektrolitu #Mocne elektrolity są to substancje które nawet w roztworach o dużym stężeniu w znacznym stopniu dysocjują na jony. Należ do nich sole oraz mocne kwasy i mocne zasady np. KCL, NH4CL, HNO2, HCL, H2SO4, NaOH, Ba(OH)2 te które całkowicie lub prawie całkowicie zdysocjowały na jony #Słabe elektrolity średnio stężone, dysocjują na jony tylko częściowo 0,03.. Stopień dysocjacji słabych elektrolitów wzrasta z rozcieńczeniem roztworu, gdy jest ono dostatecznie duże wartość stopnia dysocjacji zbliża się do jedności. Te które dysocjują tylko częściowo #Miarą mocy słabych elektrolitów jest stała równowagi reakcji dysocjacji nazywana stałą dysocjacji-stosunek stężenia cząsteczek zdysocjowaych do stężenia cząsteczek [ A ] [B ] K dys niezdysocjowanych nazywamy stałą dysocjacji Kdys [ AB] #Roztwory o pH=7 odczyn obojętny pH kwasowy pHzasadowy #Hydrolizie ulegają te jony które w reakcji z wodą tworzą słabe kwasy i jony OH+ lub słabe zasady i jony H+ #Każdy związek chemiczny charakteryzuje się określoną rozpuszczalnością tzn maksymalną ilością substancji która może się rozpuścić w danej temp. w określonej ilości rozpuszczalnika lub roztworu. Roztwór zawierający maksymalną w danej temp. ilość substancji rozpuszczonej nazywamy roztworem nasyconym. #Według teorii Lewisa kwasem jest każdy akceptor pary elektronowej a zasadą donor pary elektronowej: H+ + Cl=HCl Ag+ + 2NH3 =Ag(NH3) 2 kwas zasada kwas zasada Kwasami są więc jony wodorowe ale także cząsteczki i jony nie zawierające wodoru. Reakcjami kwasowo-zasadowymi są zgodnie z tą teorią reakcje w których powstają wiązania donorowo-akceptorowe. #Roztworami koloidalnymi nazywamy układy złożone z odpowiednio rozdrobnionej fazy rozproszonej i fazy rozpraszającej czyli ośrodka dyspersyjnego. #Zole liofilowe (hydrofilowe) odznaczają się dużym powinowactwem cząsteczek ośrodka dyspersyjnego do cząsteczek koloidalnych. Cząstki koloidalne ulegają silnej solwatacji (hydratacji) która jest przyczyną trwałości roztworów koloidalnych #W zolach liofobowych (hydrofobowych) nie istnieje silna tendencja do wiązania cząsteczek rozpuszczalnika z cząstkami koloidalnymi. Trwałość koloidu liofobowego wynika z obecności na powierzchni wszystkich cząstek koloidalnych jednoimiennego ładunku elektrycznego który powoduje wzajemne odpychanie cząstek. #Otrzymywanie roztworów koloidalnych dzieli się na metody kondensacyjne i dyspersyjne: Metody dyspersyjne polegają na łączeniu pojedynczych cząsteczek atomów lub jonów w cząstki o wymiarach koloidalnych. Metody dyspersyjne polegają na rozdrobnieniu większych cząstek na zespoły odpowiadające wymiarami cząstkom koloidalnym. Cząstki mogą być rozdrabniane metodami mechanicznymi, elektrycznymi i chemicznymi. Najczęściej stosowaną metodą dyspersyjną jest peptyzacja czyli otrzymywanie zoli z amało rozpuszczalnych osadów przez działanie na nie roztworem odpowiedniego elektrolitu #Koagulacja jest to proces zmniejszania się stopnia dysocjacji (rozdrobnienia) fazy rozpuszczonej układu koloidalnego polegający na łączeniu się pojedynczych cząstek w większe skupiska ulegające sedymentacji Fe oznacza 1 atom żelaza 3 Fe oznacza 3 atomy żelaza 2 H oznacza 2 atomy wodoru H2 oznacza jedną dwuatomową cząsteczkę wodoru 2H2 oznacza dwie dwuatomowe cząsteczki wodoru 1u = 1,6610-24g 2,66 10 23 16u np. masa atomu tlenu mo=2,6610 g to masa atomowa tlenu wynosi 1,66 10 24 np. masa atomowa żelaza wynosi 55,85u to masa atomu żelaza mFe wynosi 55,851,6610-24=10-23 -23 Prawidłowość Każdy symbol oznacza 1 atom Indeks liczbowy umieszczony za symbolem oznacza liczbę atomów danego pierwiastka w cząsteczce Indeks liczbowy umieszczony za nawiasem odnosi się do wszystkich znaków w nawiasie stanowiąc ich mnożnik Cyfra stojaca przed wzorem odnosi się do całego składu cząsteczki Przykład HCl H2 H2SO4 Ca(NO3)2 3H2CO3 Sposób odczytania 1 cząsteczka złożona z 1 atomu wodoru i 1 atomu chloru 1 cząsteczka złożona z 2 atomów wodoru 1 cząsteczka złożona z 2 atomów wodoru 1 atomu siarki i 4 atomów tlenu 1 cząsteczka złożona z 1 atomu wapnia 2 atomów azotu i 6 atomów tlenu 3 cząsteczki zawierają 6 atomów wodoru 3 atomy węgla i 9 atomów tlenu Układanie równań chemicznych Kolejność czynności Zapisz symbole substratów i produktów reakcji Wyrównaj liczby atomów jednego pierwiastka po obu stronach równania Uzgodnij liczby atomów drugiego z pierwiastków po obu stronach równania Sprawdź czy liczby atomów każdego z pierwiastków po obu stronach równania są jednakowe Np. HgO Hg+O2 2HgO Hg+O2 2HgO2Hg+O2 Przykład reakcja spalania magnezu Mg + O2 MgO Mg + O2 2 MgO Cząsteczka zaiwera 2 atomy tlenu 2 cząsteczki zawierają 2 atomy tlenu Mg+Mg+O2 2MgO 2 cząsteczki zawierają 2 atomy magnezu 2 Mg + O2 2 Mgo określanie masy cząsteczkowej Kolejność czynności Zapisz wzór substancji Ustal skład cząsteczki Przykłady Tlen O2 2 atomy tlenu Zapisz masy atomowe składników O – 16u Oblicz sumę mas atomowych poszczególnych pierwiastków z uwzględnieniem liczby atomów 216=32u Kwas siarkowy (VI) H2SO4 2 atomy wodoru 1 atom siarki 4 atomy tlenu H – 1u S – 32u O – 16u (21)+(132)+(416)=98u Licza Aovogadra NA=6,0231023 liczba atomów, cząsteczek w molu Masa molowa=masa atomowa lub cząsteczkowa Liczba protonów=liczba atomowa=liczba elektronów liczba protonów+liczba neutronów=liczba masowa liczba .masowa liczba .atomowa P #Wiązanie kowalencyjne wiązanie utworzone za pomocą wspólnej pary elektronów pochodzących od obu wiążących się atomów #Elekroujemność zdolność do przyciagania elektronu obliczanie stopni utleniania pierwiastków w związkach i jonach złożonych Wzór Zapis znanych stopni utlenienia Obliczanie nieznanego stopnia utlenienia Zapis wszystkich stopni utlenienia H3PO4 I x -II H3PO4 3(I)+x+4(-II)=0 x=V I V -II H3PO4 (PO4)3x -II (PO4)3x+4(-II)=-III x=V V II (PO4)3- Liczba moli Podziel przez Na Podziel przez M Pomnóż przez Na Liczba atomów Jonów cząsteczek Pomnóż przez M Pomnóż przez M podziel przez Na Masa w gramach Pomnóż przez Na podziel przez M Mieszanie roztworów o różnych stężeniach C1 C-C2 C C2 C1-C Z lewej strony stężenia wyjściowe a z prawej stężenia wynikowe C stężenie żądane