1. Budowa atomu, pierwiastki, (Z, A), konfiguracja elektronowa, orbitale, związki
Komórka elementarna – coś podstawowego, ale niekoniecznie najmniejszego, jest bezbarwna
Katalizator – obniża energię aktywacji (wyjasnic energie aktywacji)
Pierwiastek – zbiór małych cząsteczek
Atom – materia która musi byd zbudowana z niepodzielnych cząstek
o Zbudowany z częstek elementarnych
Nukleonów:
Protonów (p₊) – posiadają jednostkowy ładunek dodatni +1 oraz jednostkową
masę ok 1,0073u
o Kwarki – de facto cząstki elementarne mniejsze cząstki w protonie,
jest ich 6 rodzajów (różnią się właściwościami)
Neutronów (n) – posiadają ładunek neutralny oraz jednostkową masę ok
1,0087u
Elektronów (e₋) – są w ciągłym ruchu, naładowane ujemnie, praktycznie pozbawione
masy = 0,00055u
o Ładunek elektryczny jest rozłożony na całej powierzchni cząstki elementarnej – wokół nich
jest pole elektrostatyczne
o TYLKO WODÓR MA JĄDRO W KSZTAŁCIE KULI.
o Jądro atomowe – jest naładowane dodatnio
Siły jądrowe – odpowiadają za zwartą sttrukturę jądra atomowego
o Elektron nie jest punktowy -> smuga ładunku elektrycznego
Tory elektronów nigdy ze soba nie kolidują
o Chmura elektronowa i pole elektromagnetyczne jądra i elektronów wypełniają przestrzeo
między nimi.
o Największe prawdopodobieostwo znalezienia elektronów w przestrzeni wokół jądra
atomowego.
o elektrony krążące w tej samej odleglości od jądra tworzą powłokę elektronową, powłok
może byd maks. 7.
o W danej chwili elektron znajduje się wszędzie wokół jądra i tworzy cos w rodzaju chmury
elektrycznośdi ujemnej.
o Na elektron działa siła odśrodkowa, ale też przyciąganie elektrostatyczne.
Atomistyczno-czasteczkowa teoria wg Daltona
Związek chemiczny to zbiór cząsteczek; wszytskie cząsteczki danego związku chemicznego zawierają
te samą liczbę tych samych atomów i maja identyczne własności chemiczne
o Rozłożenie związku chemicznego na pierwiastki polega na rozpadzie cząsteczek na atomy
Aby pierwiastek stał się innym pierwiastkiem musi zmienid liczbe e₋ i cząstek w jądrze.
Liczba protonów = liczba elektronów
Z - liczba atomowa -> p₊ = e₋
A - liczba masowa -> p₊ + n
liczba neutronów -> A-Z
Powłoki:
1 K
2 L
3 M
4 N
5 O
6 P
7 Q
Konfiguracja elektronowa – sposób na rozmieszczenie elektronów na powłokach
2n² - maks. Liczba alektronów na powłoce
Elektrony walencyjne – elektrony krążące po ostatniej powłoce; określają wartościowośd
pierwiastka
Ekranowanie – osłanianie e₋ zewnętrznych od jądra atomowego
Izotopy - różne właściwośdi i liczba neutronów, ale ta sama liczba protonów
Podpowłoki są zajmowane w tej samej kolejności, wg której wzrasta ich energia.
Podpowłoki różnią się energią:
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d
s² - jeden orbital
p⁶ - trzy orbitale
d¹⁰ - pięd orbitali
f¹´ - siedem orbitali
W jednej kratce mogą byd 2 elektrony
Elektrony różnią się liczbami kwantowymi:
Główna
Poboczna
Magnetyczna
Spinowa (spin- obrót wokół własnej osi)
Na jednym robitalu mogą się znajodwad maks dwa elektrony o przeciwnych spinach
Sparowanie elektronów - ↑↓
Reguła Hunda: liczba niesparowanych elektronów w danej powłoce powinna byd możliwie jak
największa, pary elektrnów tworzą się dopiero po zapełnieniu wszystkich poziomów orbitalnych danej
podpowłoki przez e- niesparowane
Zakaz Pauliego: na jednym orbitalu dwa elektrony musza mied pzreciwna orientacje spinu
₁₁Na
₁₁Na = [Ne]3s¹
każdy można tak zapisad posługując się gazem szlachetnym
₁₀Ne
₁₄E
p⁶
Elektrony niesparowane w poziomach orbitalnych danej podpowłoki maja jednakową orientację
spinu
→
orbital d
1s²
2s²
2p⁶
3s¹
1s²
2s²
2p⁶
3s² 3p²
może tak byd, bo
podpowłoka p ma wszędzie,
tę samą energię (poprz.
Wykres)
1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s
Graficzny zapis orbitalu
Obrazem graficznym orbitalu jest fragment przestrzeni, w której prawdopodobieostwo
znalezienia e- jest duże. Każdy orbital ma inny kształt i orientację przestrzenną, a zajmujący
go e- charakteryzuje się inną energią.
o Orbital typu s mają kształt kuli (sfery)
o Kształt orbitali p przypomina sferyczne ósemki nabite na poszczególne osie
współrzędnych.
Orbital typu s
Orbital typu p
Prawdopodobieostwo zajęcia orbitalu px, py lub pz jest takie samo. Każda „ósemka” ma tę samą
charakterystyczną energię. Żadna z nich nie ejst uprzywilejowana, prawdopodobieostwo obsadzenia każdej
z nich przez e- jest dokładnie takie samo. Takie orbitale nazywa się zdegenerowanymi. Orbital p jest
trójkrotnie zdegenerowany ze względu na równocennośd energetyczną orbitali px, py i pz.
Zdegenerowany = równocenny (energetyczny)
Orbital d jest pięciokrotnie zdegenerowany
tunelowanie – przechodzenie przez miejsca, w których nie
powinno się byd
Kolejne powłoki będą się różnid odległością od jądra i będą coraz bardziej symetrycznie podobne do kuli.
2. Układ okresowy, struktura grupy pierwiastków, izotopy, mieszaniny
Pierwsiatki uszeregowane wg wzrastających mas atomowych wykazuja cyklicznośc w wystepowaniu
podobnych właściwości chemicznych – prawo okresowości sformułowane przez Dymitra
Mendelejewa
Grupy wpisuje się w kolumnach a okresy w rzędach. Grupy dzieli się na grupy główne i grupy
poboczne. Pierwiastki pogrupowane sa wg ich cyklicznie pojawiających się podobieostw
właściwości.
W grupach głównych okresy wystepują co osiem kolejnych atomów.
Układ okresowy – bloki energetyczne : (s,p,d,f)
Nazwy grup: litowce, berylowce…
W grupach głównych wszystkie elektrony z powłoki walencyjnej zajmują orbitale typu: s i p,
w grupach pobocznych orbitale: s i d, a w grupie lantanowców i aktynowców orbitale: s, d i f.
Jest to podstawą do podzielenia układu okresowego na bloki: s i p (grupy główne), d
(grupy poboczne) oraz f (lantanowce i aktynowce). W większości współczesnych,
graficznych przedstawieo układu okresowego grupy główne są rozdzielone za drugą
grupą całym blokiem d, a blok f jest "wyciągnięty" pod połączone bloki s, p i d
Pierwsze dwie gr. główne (poza H) wykazuja bardzo silne właśd. metaliczne.
Wszystkie atomy grup pobocznych, a także lantanowce i aktynowce to typowe metale.
Grupy 15, 16 i 17 (grupy VA, VIA i VIIA) grupuja atomy o mniej lub bardziej wyraźnych własn.
niemetalicznych.
₇N: [He] 2s²2p³
Elektrony walencyjne
₁₉K: *Ar+ 4s¹
Gazy szlachetne
Charakter chemiczny:
Metale
półmetale
Niemetale
Gazy szlachetne
Stan skupienia:
Ciecze -> Hg, Br
Gazy -> H, N, O. F, Cl + gazy szlachetne (He-Rn)
Ciała stałe -> większośd pierwiastkó (pozostałe)
Pierwiastki danego okresu mają te samą liczbe powłok elektronowych
Pierwiastki należące do tej samej grupy char. się ta samą liczbą e- walencyjnych, a w konsekwencji
podobnymi właściwościami chemicznymi
Przykład: 4s²4p² - konfiguracja elektronowa e- walencyjnych
4. okres, 4. grupa główna
₁₅P -> zapełnione powłoki
K(2e-) + L(10e-) + M (5e- walencyjnych)
3 okres, 5. grupa główna
Izotopy – atomy tych samych pierwiastków różniące się liczbą neutronów; odmiany pierwiastków,
których jądra zawierają różne ilości neutronów.
Masa atomowa pierwiastka podaje masę atomu w jednostkach mas atomowych u = 1,660*10
-24
g
o Duża częśd pierwiastków charakteryzuje się masami atomowymi będącymi liczbami
niecałkowitymi.
o Niecałkowite wartości mas atomowych biorą się z faktu występowania w przyrodzie
izotopów
Przykład:
Chlor - w przyrodzie występują dwa izotopy o A= 35 i A = 37.
Jądro izotopu
35
Cl zawiera 17 protonów i 18 neutronów,
izotopu
37
Cl 17 protonów i 20 neutronów.
Obydwie odmiany izotopowe mają oczywiście tę samą ilośd 17 elektronów
krążących wokół jądra.
Masa atomowa jest średnia ważoną mas atomowych odmian izotopowych z uwzglednieniem ich
rozpowszechnienia w przyrodzie.
Zwykle wszystkie izotopy oznaczane są tym samym symbolem.
o Reguła ta nie dotyczy wodoru, którego izotopy noszą nazwy: prot, deuter i tryt i niekiedy
oznaczane są symbolami D i T
Prot:
1
H (ma jeden proton i nie ma neutronów) – trwały
Deuter:
2
H (D) (ma jeden proton i jeden neutron) – trwały
Tryt:
3
H (T) (ma jeden proton i dwa neutrony) – nietrwały
o D₂O – ciężka woda -> spowalnianie neutronów
Izotopy
o Nietrwale (promieniotwórcze) – jądra tych atomów są niestabilne i samorzutnie ulegają
przemianie promieniotwórczej, dając inne atomy oraz wydzielając energię w postaci
promieniowania gamma i energii kinetycznej produktów przemiany.
o Trwałe – nie ulegają samorzutnej pzremianie na izotopy innych pierwiastków
Czas połowicznego rozpadu – czas, w którum znika połowa jąder danego pierwiastka
Naturalne radionuklidy – syntezowane w gwiazdach, szczególnie podczas wybuchów supernowych
Sztuczne radionuklidy - są wytwarzane przez człowieka głównie w reaktorach jądrowych oraz
akceleratorach
o Zastosowanie izotopów
Czujniki pzreciwpożarowe
Przemysł spożywczy
Medycyna
Energetyka jądrowa
Geologia, archeologia
Przemysł i technika
Związki chemiczne – jednorodne połączenia co najmniej 2 pierwiastków chemicznych za pomocą
dowolnego wiązania chemicznego posiadające zerowy sumaryczny ładunek elektryczny
Mieszanina – połączenie dwóch lub więcej pierwiastków albo związków chemicznych, które po
zmieszaniu nadal wykazuja swoje właściwości. Mieszaniny można zazwyczaj stosunkowo łatwo
rozdzielid różnymi metodami mechanicznymi lub fizycznymi; takimi jak filtracja, ekstrakcja,
sedymentacja, destylacja, krystalizacja, dekantacja itp.
Mieszanina
o Powstaje przez zwykłe zmieszanie dwu lub wiekszej liczby substancji
o Składniki zachowują swoje właściwości po zmieszaniu
o Można rozdzielid na składniki z wykorzystaniem różnic we właśd. fiz. poszczególnych
składników
Związek chemiczny
o Powstaje w wyniku połączenia się różnych substancji prostych
o Ma inne właściwości niż składniki, z których powstał
o Można rozłożyd z wykorzystaniem bodźca zewnętrznego (temperatura, prąd, światło itp.)
Mieszaniny niejednorodne – takie, których składniki można odróżnid gołym okiem lub z użyciem
mikroskopu
Mieszaniny jednorodne – takie, których składników nie można wyodrębnid nawet za pomocą
mikroskopu
o Mieszanina gazowa -> powietrze
o Mieszanina ciekła -> roztwór
o Mieszanina stała -> stop
Mieszaniny chemiczne
o Jednorodne = homogeniczne (roztwory)
Sól i woda
Alkool i woda
Stopy metali
Powietrze
o Niejednorodne = heterogeniczne
Piasek i woda
Sól i siarka
Siarka i żelazo
Granit
Podział mieszanin
o Mieszaniny niejednorodne
Koloidy
Zawiesiny
o Mieszaniny jednorodne
Roztwory właściwe
Koloidy – cząstki substancji rozproszonej maja rozmiary większe od cząstek rozpuszczalnika (>10nm)
Roztwory koloidalne – mieszaniny niejednorodne, a nie roztwory
Uklad koloidalny:
Faza ciągła – substancja rozpraszająca (ośrodek dyspersyjny)
Faza rozproszona – substancja zawieszona (zdyspergowana) w ośrodku dyspersyjnym i w
nim nierozpuszczona
Do właściwości optycznych układów koloidalnych zalicza się:
Rozpraszanie światła
Zmetnienie roztworu
Ruchy Browna, Efekt Tyndalla
Zjawisko polega na ciągłych chaotycznych ruchach postepowych, obrotowych i drgających,
fazy rozproszonej w ośrodku ciekłym lub gazowym.
Podział koloidów ze względu na stan skupienia:
Ośrodek rozpraszający Substancja rozproszona
Przykłady
Gaz
Gaz
Ciecz
Ciecz
Ciało stałe
Ciecz
Ciało stałe
Gaz
Ciecz
Gaz
Mgła, chmury
Dym, kurz
Piana
Mleko
Pumeks
Zawiesina – mieszanina (niejednorodna) ciało stałe – ciecz, w którym cząstki fazy rozporszonej mają
średnicę powyżej 1 mikrometra. W zależności od srednicy, cząstki te mogą byd widoczne pod
mikroskopem i ulegad sedymentacji w ziemskim polu grawitacyjnym. Składniki zawiesiny można
rozdzielid na sączku z bibuły filtracyjnej.
Koloid -> zawiesina
<- 1mikrometr ->
Roztwór – mieszanina jednorodna składająca się z co najmniej dwóch składników: rozpuszczalnika i
substancji rozpuszczonej
Rozpuszczanie – proces mieszania prowadzacy do powstanai roztowru. W procesie rozpuszczania
cząsteczki substacji rozpuszczanej są otaczane przez cząsteczki rozpuszczalnika. Proces ten nazywa
się solwatacją. Jeżeli rozpuszczalnikiem jest woda to proces ten nazywa się hydratacją.
Roztwór właściwy – układ jendofazowy, w którym cząstki substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika
sa porównywalnych wielkości ( ok. 10⁻¹⁰ - 10⁻⁹ *m+), czyli są to mieszaniny o rozdrobnieniu
atomowym. Optycznie są jednorodne.
Roztwór nasycony – roztówr, w którym w danej temperaturze nie można już rozpuścid więcej danej
sybstancji
Roztwór nienasycony – roztwór, w którym w danej temperaturze można jeszcze rozpuścid pewną
ilośd substancji
Roztwór przesycony
Rozpuszczalnośd:
o Maksymalna ilośc gramów substancji, którą można rozpuścic w 100g rozpuszczalnika w
danej temperaturze aby otrzymad roztwór nasycony
o Zależy od rodzaju rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej, cisnienia i temperatury.
Niektóre substancje mieszają się ze sobą w nieograniczonym stopniu (np. alkohol etylowy i woda),
dla innych rozpuszczalnośd w danym rozpuszczalniku jest ograniczona
CH₃OH = 100% metanol
C₂H₅OH + H₂O = 96% spirytus,
40% wódka
1% benzen
99% alkohol etylowy, bezwodny
Rozpuszczalnośd gazów w cieczach
o Ze wzrostem temperatury rozpuszczalnośd gazów maleje i mogą one byd usunięte z
roztworu wodnego poprzez doprowadzenie go do wrzenia. Gazy na ogół rozpuszczają się w
cieczach w niewielkich ilościach (pod normlanym ciśnieniem), z wyjątkiem tych, które
wchodzą w reakcje chemiczne z cieczą, np. amoniak i chlorowodór w wodzie
Mieszanina do nurkowania: 75% N₂, 25% O₂
Prawo Henry’ego
o Podaje zależnośd rozpuszczalności gazu w cieczy od ciśnienia
m = k x p
masa gazu m rozpuszczonego w danej objętości jest wprost proporcjonalna
do
ciśnienia gazu p nad cieczą.
k jest współczynnikiem proporcjonalności, zależnym od
rodzaju gazu, temperatury i rozpuszczalnika).
Rozpuszczalnośd cieczy w cieczach:
a) Rozpuszczalnośc nieograniczona (alkohol etylowy + woda)
b) Bardzo słaba (praktycznie brak rozpuszczalności, benzen + woda)
c) Rozpuszczalnośc zachodząca w ograniczonym stopniu, zaleznym od temperatury (wodac+ eter)
W przypadkach b i c ciecze tworzą dwie odrębne fazy.
Rozpuszczalnośd wzajemna cieczy zależy od temperatury, na ogół wzrasta ze wzrostem temperatury.
Rozpuszczalnośc ciał stałych w cieczach:
o Zależy od:
Rodzaju rozpuszczalnika
Temperatury
Rozpuszczalnośd ciał stałych w cieczach określa się liczbą gramów substancji rozpuszczonej w roztworze
nasyconym, sporządzonym ze 100 g rozpuszczalnika.
Skład roztworu określa się ilościowo za pomocą wielkości zwanej stężeniem.
a) Procentowe – liczba gram substancji rozpuszczonej zawartej w 100g roztworu, czyli procent wagowy
substancji w stosunku do masy roztworu (stal – maks do 2% węgla)
b) Molowe – liczba moli substancji rozpuszczonej w 1dm³ roztworu
3. Wiązania chemiczne
4. Stany skupienia materii, wielkości i prawa, teoria pasmowa
Stany skupienia materii: 3 – stały, ciekły i gazowy + inne (plazma, ciekłe kryształy)
o
Ciała stałe:
Bezpostaciowe: (amorficzne) – zwykłe szkło
Szkliste
Osady
Krystaliczne: - diament, szkło kwarcowe, metale ( nie wszystkie, np. rtęd to ciecz),
stopy
Molekularne
Jonowe
o
Plazma – była w kosmosie dopiero później na Ziemi
o
5. Krystalizacja, alotropia
Krystaliczne ciała są najbardziej uporządkowane
Kryształ - ciało posiadające trójwymiarowe periodyczne uporządkowanie atomów, jonów lub
molekuł, z których kryształ jest zbudowany
o Stany skupienia różnią się między sobą
Uporządkowaniem
Ruchem cząsteczek
Wielkością sił między cząsteczkami
Kryształy naturalne:
o Monokryształ – materiał będący w całości jednym kryształem
o Polikryształ – ciało stałe będące zlepkiem wielu monokryształów, zwanym ziarnami
Bardzo często mamy do czynienia z substancjami polikrystalicznymi, rzadko monokryształami.
Komórka elementarna – najmniejsza jednostka, z której można zbudowad kryształ, poprzez
dodawanie jej (powielanie) w trzech prostopadłych kierunkach.
Komórka elementarna powtarza się we wszystkich 3 kierunkach, tworząc zamkniętą sied
przestrzenną, której główna cechą jest symetria.
Geometria komórki elementarnej
W krystalografii długośd, wysokośd i szerokośd są nazywane stałymi
sieciowymi lub parametrami sieciowymi.
Powtarzanie komórki elementarnej - ściana do ściany - w trzech
wymiarach tworzy całą strukturę krystaliczną. Podstawową cechą
komórki elementarnej jest to, że reprezentuje ona w pełni całą
strukturę krystaliczną.
Komórki elementarne charakteryzuje 6 parametrów sieci:
Okresy identyczności a, b, c
Kąty α, β, γ
Tworzą one równoległościan elementarny.
Układy krystalograficzne:
o Regularny
o Tetragonalny
o Heksagonalny
o Trygonalny
o Jednoskośny
o Trójskośny
o Rombowy
Oprócz a, b, c oraz α, β, γ strukturę krystaliczną charakteryzują:
Liczba najbliższych sąsiadów => liczba koordynacyjna
Odległośd między najblizszymi atomami w krystzale
Liczba atomów w komórce elementarnej
Współczynnik upakowania czyli stosunek objetości krystzału zajetej przez atomy do
całkowitej objętości krystzału
Rodzaje komórek elementarnych
o Prosta – jeden atom przypada na 1 komórke
elementarną. Atomy w narożach komórki
o Inne rodzaje to komórki centrowane –
przestrzennie i płasko
Ogólnie istnieje 14 rodzajów komórek odpowiadających 14 rodzajom sieci Bravais
Translacja – izometria polegająca na równoległym przesunięciu figury, zbioru lub innego, zwykle
geometrycznego obiektu
Elementy symetrii
o Punkt, środek symetrii (inwersji)
o Płaszczyzna symetrii
o Oś obrotu symetrii
Przekształceniami symetrii są:
o translacje,
o obroty,
o inwersja,
o obroty inwersyjne
o płaszczyzny odbicia.
Krystzały są sklasyfikowane w 4 grupach
o Cząsteczkowej
o Jonowej
o Kowalencyjnej
o Metalicznej
Oznacza to, że w węzłach sieci znajdują się albo czasteczki, albo jony, albo atomy.
Kryształy cząsteczkowe:
o pojedyocze cząsteczki utrzymywane są w sieci krystalicznej w wyniku odziaływania:
sił van der Waalsa
dipolowego
o Ponieważ całkowite oddziaływanie międzycząsteczkowe w zasadzie jest słabe, kryształy
cząsteczkowe mają niskie temperatury topnienia
o Ponadto są one zwykle dośd miękkie, ponieważ cząsteczki mogą byd łatwo przemieszczane z
jednego położenia w inne.
o Są one złymi przewodnikami elektryczności, ponieważ elektron związany z jedną cząsteczką z
trudem przeskakuje do innej cząsteczki
o Ten typ kryształu występuje częściej w związkach organicznych.
Kryształy jonowe:
o jest utworzony z jonów dodatnich i ujemnych
o Kryształy jonowe tworzą pierwiastki z I i VII (np.KCl) oraz (w nieco mniejszym stopniu) II i VI
(np.MgO) grupy głównej układu okresowego
o kryształy jonowe są twarde, mają wysoką temperaturę topnienia (znaczne wartości energii
wiązania)
o nie ma wyróżnionego kierunku wiązania (zamknięte powłoki elektronowe o symetrii
sferycznej),
o kryształy są złymi przewodnikami ciepła i prądu (brak elektronów swobodnych),
kryształy kowalencyjne:
o W kryształach kowalencyjnych atomy są związane z sobą wiązaniami atomowymi
o Atomy przyjmują stabilną konfigurację elektronową odpowiedniego gazu szlachetnego
poprzez uwspólnienie elektronów
o Przykładem kowalencyjnej struktury krystalicznej może byd sied krystaliczna diamentu, w
której każdy atom jest otoczony czterema innymi atomami węgla rozmieszczonymi w
narożnikach czworościanu.
Kryształy metaliczne
o Wiązanie metaliczne:
nie ma charakteru wiązania skierowanego (metale są plastyczne),
łatwośd zamiany atomów (występowanie stopów i łatwośd łączenia metali),
metale nieprzezroczyste (promieniowanie zakresu widzialnego silnie absorbowane
przez swobodne elektrony).
↑ KLASYFIKACJA STRUKTUR ↑
defekty struktur:
o punktowe
o liniowe
defekty mają duzy wpływ na właściwości emchaniczne i izykochemiczne ciał krystalicznych
defekty punktowe
o wakans (luka) – brak atomu w węźle sieci przestzrennej
o obcy atom w sieci krystalicznej
o atom wtrącony międzywęzłowo
o defekt Frenkla – atom wtracony powoduje rozsunięcie sąsiednich atomów na odległośd
większą od normalnej
o defekt Schottky'ego – polega na powstaniu wakansu i wywędrowaniu atomu, który ten
wakans utworzył na powierznię krystzału (powszechny w krystzałach metali)
defekty liniowe
o zakłócenia budowy krystalicznej., które w jednym kierunku maja wymiar kilku odległości.
atomowych, a w drugim – całego ziarna lub znacznej jego części
dyslokacja krawędziowa
dyslokacja śrubowa
skąd wiemy jak wyglądają kryształy?
Strukturę krystaliczną badamy za pomocą dyfrakcji fotonów, neutronów, elektronów lub innych
lekkich cząsteczek. Dyfrakcja - zjawisko polegające na zaburzeniu prostoliniowego rozchodzenia się
promieni świetlnych
Alotropia (inaczej polimorfizm) – występowanie tego samego pierwiastka lub związku w postaci 2
lub kilku odmian krystalicznych, a odmiany te nazywamy alotropowymi. Przemiany alotropowe
zachodzą przy stałych temperaturach i towarzyszy im wydzielanie lub pochłanianie ciepła
przemiany.
Odmiany alotropowe nie są różnymi stanami skupienia materii.
Pierwiastki tworzące odmiany alotropowe:
Fosfor
Siarka
Żelazo
Węgiel:
Diament
Grafit
Fuleren
Diament
o Struktura kubiczna przestrzennie centrowana
o Najtrwalszy naturalny materiał
o Izolator
o Wiązania o charakterze kowalencyjnym
o Każdy atom węgla otoczony jest 4 sąsiadami, z którymi tworzy wiązania kowalencyjne o tej
samej długości tworząc w przestrzeni czworościan foremny (tetraedr);
Grafit
o Układ płaskich pierścieni heksagonalnych połączonych wiązaniami kowalencyjnymi
o Słabe oddżiaływanie Van Der Waalsa -> kryształ typu „soft”
o Przewodnik elektryczny
Fuleren
o Każda cząsteczka zawiera parzystą liczbę atomów węgla i jego struktura składa się z 12
pierścieni pięciokątnych i m szesciokątnych m= (n-20)/2
Anizotropia – polega na uzależnieniu właściwości fizycznych od kierunku, w którym się je bada
W pewnych kierunkach elementy strukturalne mogą byd z sobą związane słabiej niż w innych
Izotropia – we wszystkich kierunkach ciało ma identyczne właściwości mechaniczne, optyczne i
elektryczne, podobnie jak w gazach i cieczach (ciała bezpostaciowe)
6. Chemia organiczna, węglowodory, paliwa, izomeria, polimery
Węglowodory
najprostsze związki organiczne, zawierające tylko atomy węgla i wodoru.
Jest ich bardzo dużo ze względu na mnogośd sposobów łączenia się atomów węgla między
sobą
Alifatyczne (łaocuchowe) – nie zawierają pierścieni benzenowych
Aromatyczne – zawieraja pierścieo benzenowy
Nasycone – alifatyczne bez wiązao wielokrotnych
Nienasycone – zawierają jedno lub więcej wiązao podwójnych lub potrójnych
Alkany – węglowodory nasycone; C
n
H
2n+2
Cykloalkany – alkany o strukturze pierścieniowej
C
n
H
2n
cyklopropan (najmniejszy)
*metan, etan, propan, butan, pentan, heksan, heptan, oktan, nonan, dekan
Alkeny – węglowodory z jednym wiązanie podwójnym węgiel – węgiel C
n
H
2n
eten(najmniejszy)
Alkiny – węglowodory zawierające potrójne wiązanie węgiel-węgiel C
n
H
2n-2
etyn (najmniejszy)
Areny – węglowodory aromatyczne C
n
H
n
Węglowodory w przyrodzie
Gaz ziemny
Węgiel
Ropa naftowa
Gaz ziemny
Mieszanina lekkich alkanów
Głownym składnikiem jest metan (50-98%)
Pozostałe składniki to:
o Etan,
o Propan
o Butan
o Wyższe alkany
o Azot
Paliwo kopalne pochodzenia organicznego
Gaz zbierający się w skorupie ziemskiej
Wystepuje samodzielnie lub towarzyszy zasobom ropy naftowej lub węgla kamiennego
Węgiel w przyrodzie:
Torf – skała osadowa
Węgiel brunatny
Węgiel kamienny
Antracyt – najgłebiej
Piroliza (destylacja rozkładowa) – proces rozkładu termicznego substancji prowadzony poprzez
poddawanie ich działaniu wysokiej temperatury, ale bez kontaktu z tlenem i innymi czynnikami
utleniającymi
Zwykle podczas pirolizy, bardziej złożone związki chemiczne wchodzące w skład pirolizowanej
substancjimulegają rozkładowi do prostych związków o mniejszej masie cząsteczkowej.
Zasoby ropy naftowej – 65% Zatoka Perska
Ropa naftowa jest mieszaniną węglowodorów różniących się wielkością i strukturą. Pozostałośd (do
ok 20%) stanowią związki organiczne zawierające tlen, azot, siarkę, a także sole nieorganiczne i
wodę.
Parafiny
do 5 atomów węgla (gazy)
od 6 do 16 (ciecze)
powyżej 17 (ciała stałe)
Ropa naftowa:
Parafiny (alkany)
Cykloparafiny (cykloalkany)
Olefiny (alkeny)
Węglowodory aromatyczne
Związkki organiczne
Rafinacja – procesy przekształacające ropę naftową w bardziej uzyteczne produkty
Destylacja frakcyjna
Kraking
Reforming
Destylacja frakcyjna – rozdzielenie ropy na frakcje wg ich temperatury wrzenia (kondensacja wrzącej
ropy na odpowiednich półkach – skroplenie)
Frakcja – mieszanina cieczy o podobnych temperaturach wrzenia. Lekkie frakcje maja niskie
temperatury wrzenia i krótkie łancuchy weglowodorowe.\
Kraking – zerwanie wiązao między węglami; reakcja rozpadu dłuższych łaocuchów alkanów na
krótsze alkany i alkeny. Kraking nastepuje na skutek działania wysokiej temepratury lub katalizatora.
Reforming – proces otrzymywania benzyny z lżejszych frakcji przez rozbicie prostych łaocuchów
alkanów i przebudowanie ich w łaocuchy rozgałęzione.
C₃H₆ propen
C₅H₁₂ pentan
Benzyna – ciekła frakcja ropy naftowej
Nafta – ciekła frakcja ropy naftowej
Mazut, inne.., olej napędowy
Izomery - związki o tym samym wzorze cząsteczkowym, lecz różnym uporządkowaniu
atomów w przestrzeni
Izomery strukturalne – te same atomy, różni partnerzy
Izomery geometryczne – te same atomy, ci sami partnerzy, różne rozmieszczenie w
przestrzeni
Izomery optyczne – te same atomy, ci sami sąsiedzi, różne odbicie zwierciadlane
Izomery strukturalne - Cząsteczki zbudowane z tych
samych atomów, lecz połączonych w różny sposób
Stereoizomery - izomery, w których atomy połączone są z tymi samymi atomami sąsiadującymi, lecz
ich usytuowanie w przestrzeni jest różne.
Rodzaje stereoizomerii:
Geometryczna
Optyczna
Izomery geometryczne -
Są to stereoizomery, z których żaden nie jest
odbiciem lustrzanym drugiego
Izomery optyczne -
Są to stereoizomery, z których jeden jest odbiciem
zwierciadlanym drugiego i nie można ich nałożyd na siebie.
Polimery – związki o budowie łaocuchowej, których cząsteczki zbudowane są z połączonych ze sobą
powtarzających się elementów.
Sposoby otrzymywania:
Rekacja polimeryzacji
Reakcja polikondensacji
Monomery łączą się ze sobą bez
powstawania produktów ubocznych. Polimer jest jedynym produktem tej
reakcji.
Przykłady polimerów otrzymywanych w reakcjach polimeryzacji
polietylen
poli(chlorek winylu)
polistyren
orlon, akrylan (anilana)
polipropylen
plexiglas, lucite
teflon poli(tetrafluoroetylen)
Teflon – zaczyna się rozkładad w temperaturze 327⁰C Posiada wysoką odpornośd chemiczną. Praktycznie
nie reaguje on ani nie rozpuszcza się w niczym oprócz stężonego HF.
Kwas solny, siarkowy – poparzenie
Kwas azotowy – poparzenie ale żółte
HF- jeśli ma dłoo to nic;
Reakcje polikondensacji – monomery tworząd polimer tracą małe cząsteczki (np. wode)
Sieciownaie polimerów – proces prowadzący do powstania trójwymiarowej sieci polimerów.
Wulkanizacja – chemiczny proces sieciowania cząsteczek polimeru prowadzący do otrzymania
gumy. Polega on na ogzrewaniu kauczuku z ok. 3% dodatkiem siarki
Polimery naturalne:
Kauczuk naturalny
Polisacharydy (wielocukry); skrobia, białka
Polipeptydy
Kauczuk naturalny – miękkie, białe ciało stałe; mięknie bardziej po podgrzaniu
Lateks – mleczko kauczukowe
W oponach węgiel jako wypełniacz
DNA – naturalny polimer
7. Zjawiska optyczne, światło, barwa