lakiernik 714[03] l1 02 u

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ

Grażyna Sobierajska

Posługiwanie się podstawowymi pojęciami
fizykochemicznymi 714[03].L1.02

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:
mgr inż. Krzysztof Garczyński
mgr Romuald Mazur

Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Grażyna Sobierajska

Konsultacja:
mgr Zenon W. Pietkiewicz

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 714[03].L1.02

Posługiwanie się podstawowymi pojęciami fizykochemicznymi w modułowym programie
nauczania dla zawodu: lakiernik.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Przepisy bezpieczeństwa pracy i ochrony przeciwpożarowej w pracowni

chemicznej

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Podstawowe pojęcia dotyczące budowy materii

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Roztwory i ich stężenia

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Układy fazowe i koloidy

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Właściwości gazów

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Właściwości cieczy

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

4.7. Budowa kryształów i substancji bezpostaciowych

4.7.1. Materiał nauczania

4.7.2. Pytania sprawdzające

4.7.3. Ćwiczenia

4.7.4. Sprawdzian postępów

4.8. Prawa chemiczne

4.8.1. Materiał nauczania

4.8.2. Pytania sprawdzające

4.8.3. Ćwiczenia

4.8.4. Sprawdzian postępów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9. Układ okresowy pierwiastków

4.9.1. Materiał nauczania

4.9.2. Pytania sprawdzające

4.9.3. Ćwiczenia

4.9.4. Sprawdzian postępów

4.10. Obliczenia stechiometryczne

4.10.1. Materiał nauczania

4.10.2. Pytania sprawdzające

4.10.3. Ćwiczenia

4.10.4. Sprawdzian postępów

4.11. Związki nieorganiczne stosowane w lakiernictwie

4.11.1. Materiał nauczania

4.11.2. Pytania sprawdzające

4.11.3. Ćwiczenia

4.11.4. Sprawdzian postępów

4.12. Związki organiczne stosowane w lakiernictwie

4.12.1. Materiał nauczania

4.12.2. Pytania sprawdzające

4.12.3. Ćwiczenia

4.12.4. Sprawdzian postępów

4.13. Związki wielkocząsteczkowe

4.13.1. Materiał nauczania

4.13.2. Pytania sprawdzające

4.13.3. Ćwiczenia

4.13.4. Sprawdzian postępów

4.14. Typy reakcji chemicznych

4.14.1. Materiał nauczania

4.14.2. Pytania sprawdzające

4.14.3. Ćwiczenia

4.14.4 Sprawdzian postępów

4.15. Energetyka i szybkość reakcji

4.15.1. Materiał nauczania

4.15.2. Pytania sprawdzające

4.15.3. Ćwiczenia

4.15.4. Sprawdzian postępów

4.16. Procesy elektrochemiczne: reakcje utleniania i redukcji, przewodnictwo

elektrolitów, elektroliza, szereg napięciowy metali, potencjał elektrody,
ogniwa i akumulatory, zjawisko elektroforezy

4.16.1. Materiał nauczania

4.16.2. Pytania sprawdzające

4.16.3. Ćwiczenia

4.16.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik niniejszy będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy z zakresu podstawowych

pojęć fizykochemicznych.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych umiejętności i wiadomości, które
powinieneś mieć opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej,

−

cele kształcenia jednostki modułowej,

−

materiał nauczania (rozdział 4) umożliwia samodzielne przygotowanie się do wykonania
ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów.

Jest to „pigułka” wiadomości teoretycznych

niezbędnych do opanowania treści jednostki modułowej.
Rozdział ten zawiera także:

−

pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia,

−

ćwiczenia, opis ich wykonania wraz z wykazem materiałów, narzędzi i sprzętu
potrzebnych do realizacji,

−

sprawdzian postępów pozwalający ocenić stopień opanowania materiału,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik sprawdzianu
potwierdzi, że dobrze pracowałeś podczas lekcji i że nabrałeś wiedzy i umiejętności
z zakresu tej jednostki modułowej,

−

literaturę uzupełniającą.

Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub

instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność.

Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki modułowej.

Jednostka modułowa: Posługiwanie się podstawowymi pojęciami fizykochemicznymi,

której treści teraz poznasz jest jednym z modułów koniecznych do zapoznania się z procesem
wytwarzania pokryć i powłok lakierniczych.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminy, przepisy bezpieczeństwa

i higieny pracy oraz instrukcje przeciwpożarowe, wynikające z rodzaju wykonywanych prac.
Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

organizować stanowisko pracy zgodnie z wymogami ergonomii,

−

znajdować właściwą dokumentację techniczną w bibliotece lub innej bazie danych,

−

rozróżniać pojęcia procesów fizycznych i chemicznych,

−

stosować poznane pojęcia i prawa w praktyce,

−

korzystać z różnych źródeł informacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji ćwiczeń podanych w poradniku powinieneś umieć:

−

wyjaśnić pojęcia z zakresu budowy materii, atomu, cząsteczki, pierwiastka, związku
chemicznego, wiązania chemicznego,

−

zastosować prawo stałości składu i prawo Avogadro,

−

posłużyć się układem okresowym pierwiastków chemicznych,

−

określić właściwości substancji chemicznych w zależności od ich budowy,

−

scharakteryzować związki nieorganiczne stosowane w lakiernictwie: kwasy, zasady, sole,

−

sporządzić roztwory i obliczyć ich stężenia,

−

scharakteryzować procesy elektrochemiczne,

−

wyjaśnić podstawowe pojęcia z elektrochemii: elektrody, polaryzacja, nadnapięcie,
napięcie rozkładowe, szereg napięciowy metali, ogniwa galwaniczne,

−

zapisać równania reakcji utleniania - redukcji,

−

scharakteryzować właściwości węglowodorów alifatycznych nasyconych i nienasyconych,

−

scharakteryzować alkohole, aldehydy, ketony, kwasy organiczne, estry, etery, aminy,
aminokwasy pod względem ich budowy i właściwości,

−

scharakteryzować podstawowe związki aromatyczne: benzen i fenol,

−

rozróżnić reakcje polikondensacji, polimeryzacji i poliaddycji,

−

scharakteryzować związki wielkocząsteczkowe ze względu na budowę i ich właściwości,

−

wyjaśnić mechanizm procesu odtłuszczania,

−

wykonać zgodnie z zasadami bhp proste doświadczenia chemiczne,

−

scharakteryzować szybkość reakcji chemicznych i stan równowagi,

−

wyjaśnić działanie katalizatorów i inhibitorów,

−

scharakteryzować właściwości cieczy: lepkość, gęstość, napięcie powierzchniowe,

−

rozróżnić układy fazowe,

−

scharakteryzować właściwości układów koloidalnych,

−

rozróżnić substancje krystaliczne od bezpostaciowych,

−

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz
środowiska naturalnego,

−

skorzystać z literatury technicznej oraz bazy danych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Przepisy

bezpieczeństwa

pracy

ochrony

przeciwpożarowej w pracowni chemicznej

4.1.1. Materiał nauczania

Przepisy bhp i przeciwpożarowe w szkolnej pracowni chemicznej zaczerpnięte zostały ze

strony internetowej http://zdch.amu.edu.pl/pracownia/bhp.html [8]

Nauczyciel i uczniowie muszą przestrzegać podstawowych zasad eksperymentowania:

−

doświadczenia należy wykonywać ściśle według przepisów,

−

zbudowany do doświadczenia zestaw przedstawić nauczycielowi do sprawdzenia,

−

jako źródeł prądu elektrycznego należy używać sprzętu odpowiadającego określonym,
odpowiednim normom bezpieczeństwa,

−

obecności

uczniów

nie wolno

przeprowadzać

eksperymentów

nowych,

nie sprawdzonych,

−

nie wolno wykonywać żadnych doświadczeń w brudnych naczyniach,

−

nie należy myć naczyń piaskiem, gdyż potem łatwo pękają,

−

nie zostawiać żadnych substancji w naczyniach bez etykietki,

−

żadnych substancji nie smakować, nie używać naczyń laboratoryjnych do posiłków,
nie kłaść na stole laboratoryjnym żywności,

−

nie nachylać się nad naczyniem, w którym wrze jakakolwiek ciecz lub do którego nalewa
się substancji ciekłej (zwłaszcza żrącej), rozpryskujące się krople mogą

poparzyć

ciało

lub uszkodzić ubranie,

−

używać odzieży ochronnej, starannie chronić oczy, używać okularów ochronnych,

−

wylot

probówki,

w której

jest ogrzewana

ciecz

powinien

być

skierowany

nie na eksperymentatora i nie na sąsiada pracującego obok, gdyż wskutek przegrzania
cieczy często "następuje jej rozpryśnięcie",

−

nie wylewać do zlewu resztek, spróbować je zneutralizować,

−

nie wyrzucać do śmieci resztek niebezpiecznych substancji (metale alkaliczne, fosfor,
benzen), lecz zbierać je do naczyń przeznaczonych do tego celu, a dopiero gdy nie nadają
się do użytku – zniszczyć,

−

zachować szczególną ostrożność podczas pracy z substancjami palnymi,

−

dokładnie sprawdzić aparaturę, w której będzie przeprowadzany eksperyment,

−

przed użyciem uregulować dopływ powietrza w palnikach gazowych oraz sprawdzić
szczelność węży gumowych,

−

podczas przelewania substancji żrących posługiwać się pipetami zaopatrzonymi
w gumowe gruszki,

−

żadnych substancji chemicznych nie wolno uczniom dawać do domu,

−

wychodząc z pracowni szkolnej sprawdzić, czy palniki gazowe są zgaszone, a urządzenia
grzewcze wyłączone, zamknąć główny zawór gazu.

W każdej pracowni chemicznej w widocznym miejscu należy powiesić apteczkę.

Pracownia musi być również zaopatrzona w sprawny sprzęt przeciwpożarowy!

Pracując ze stężonymi kwasami i zasadami należy przestrzegać następujących środków

ostrożności:

−

przy przelewaniu do naczyń mniejszych, cienkościennych zawsze używać lejka,

−

przy

rozcieńczaniu

stężonego

kwasu

siarkowego

dolewać

kwasu do wody,

a nie odwrotnie, aby uniknąć wypryśnięcia cieczy (w czasie rozcieńczania większych ilości
kwasu naczynie, w którym rozcieńczamy kwas należy umieścić w kuwecie, ponieważ
roztwór bardzo silnie się ogrzewa),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

nie nalewać gorących substancji do naczyń grubościennych, gdyż mogą popękać.

Ponieważ

w wielu

szkołach

wykonuje

się doświadczenia

używając

palników

spirytusowych, należy zwrócić uwagę, aby:

−

nie zapalać palnika spirytusowego przez nachylanie go nad palącym się innym palnikiem,

−

nie dolewać denaturatu do palącej się lampki, gdyż grozi to zapaleniem się par alkoholu
w butelce, co w konsekwencji może być przyczyną poparzenia lub nawet pożaru,

−

płomień regulować przesuwając knot do góry tylko przy zgaszonym palniku,

−

nie dopuszczać do nadmiernego nagrzewania się zbiornika paliwa.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Czy należy używać odzieży ochronnej przy przeprowadzaniu ćwiczeń w pracowni

chemicznej?

2. W jaki sposób należy wykonywać ćwiczenia doświadczalne?
3. W jaki sposób należy regulować płomień palnika?
4. W jaki sposób rozcieńcza się kwasy?
5. W jaki sposób nie należy zapalać palnika?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przygotuj spis odzieży ochronnej niezbędnej w pracowni chemicznej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) wypisać zalecane elementy odzieży ochronnej niezbędne do wykonywania doświadczeń w

pracowni chemicznej,

3) przedstawić wyniki wykonanego ćwiczenia,
4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) opisać składowe stroju ochronnego do wykonywania ćwiczeń w pracowni

chemicznej?

3) zastosować się do zaleceń bhp w pracowni chemicznej?

4) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Podstawowe pojęcia dotyczące budowy materii

4.2.1. Materiał nauczania

Rozwój nauk przyrodniczych spowodowała ludzka ciekawość. Problem natury i składu

otaczającej nas materii był jednym z najbardziej nurtujących od dawna.

Jedną z nauk wyjaśniających budowę i naturę materii jest chemia. Podstawą chemicznej

klasyfikacji substancji jest wprowadzony przez Boyle’a (ok. 1660 roku) podział na dwie klasy:
substancje proste, zwane pierwiastkami oraz substancje złożone zwane związkami
chemicznymi. Ocenia się, że dzięki rozwojowi chemii obecnie chemicy otrzymują rocznie
ponad 200 000 nowych substancji.

Związki chemiczne powstają poprzez połączenie pierwiastków. To połączenie nie polega

jednak na czysto mechanicznym wymieszaniu ze sobą pierwiastków. Jeśli zmiesza się ze sobą
dwa pierwiastki w sposób mechaniczny np. cynk i siarkę – nie oznacza to, że powstał związek
chemiczny. Wytworzyła się jedynie mieszanina, którą można rozdzielić na składniki metodami
fizycznymi. Aby powstał związek chemiczny musi między składnikami zajść reakcja chemiczna.
Związek chemiczny stanowi jednorodną strukturę, której nie można rozdzielić metodami
fizycznymi. Rozkład związku chemicznego można przeprowadzić inicjując reakcje chemiczną.
Badania chemików doprowadziły do wniosku, że najistotniejszą różnicą między mieszaniną
a związkiem chemicznym jest ilościowy stosunek składników wchodzących w skład związku.
Obowiązuje tu prawo stałości składu: stosunek wagowy pierwiastków w związku chemicznym
jest wielkością stałą.

Łączenie się pierwiastków w związki chemiczne polega na łączeniu się atomów

w większe zespoły zwane cząsteczkami.

Atomy tworzące cząsteczkę połączone są wiązaniami chemicznymi. Wiązanie chemiczne

jest to sposób wzajemnego oddziaływania atomów tworzących cząsteczkę.

Liczba wiązań, które tworzy atom jest cechą charakterystyczną danego pierwiastka.

Każdy z otaczających nas przedmiotów to substancje fizyczne.

W przyrodzie mogą występować trzy stany skupienia substancji - stały, ciekły i gazowy.

Ciało stałe ma swój kształt i objętość, posiada kruchość, sprężystość lub plastyczność.
Ciecze nie mają kształtu, ale mają swoją objętość.
Gazy nie mają ani kształtu, ani objętości. Mogą być ściśliwe lub rozprężliwe.

Przemiany między stanami skupienia substancji zachodzą na zasadzie różnych procesów:

−

parowanie - przechodzenie z cieczy w gaz,

−

skraplanie - przechodzenie z gazu w ciecz,

−

krzepnięcie - przechodzenie z cieczy w ciało stałe,

−

sublimacja - przechodzenie z ciała stałego bezpośrednio w gaz,

−

resublimacja - przechodzenie z gazu bezpośrednio w ciało stałe.

Podstawową cechą budowy materii jest jej nieciągłość, czyli ziarnistość. Mechaniczne

dzielenie dowolnego materiału na coraz mniejsze porcje jest możliwe dopóki, dopóty nie
dotrzemy do ziaren zwanych drobinami. Wśród kilku znanych rodzajów drobin najczęściej
spotykamy trzy: atomy, cząsteczki (molekuły) i jony.
Atomy to drobiny elektroobojętne, zawierające jedno jądro. Przykłady atomów to H (wodór),
O (tlen), Br ( brom), C (węgiel). Według najbardziej popularnych definicji atom to:

−

najmniejsza ilość pierwiastka zachowująca jego właściwości,

−

elektrycznie obojętna mikrostruktura zbudowana z dodatnio naładowanego jądra
i krążących wokół niego elektronów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Charakteryzując atom warto pamiętać, że:

−

średnica jądra atomu wynosi 10-15m,

−

średnica atomu wynosi 10-10m,

−

prawie cała masa atomu skupiona jest w jądrze,

−

liczba elektronów = liczba protonów (atom jest elektrycznie obojętny),

−

liczba protonów = liczba atomowa Z,

−

liczba atomowa Z ma

−

ładunek elektryczny jądra atomowego wyrażony w elementarnych jednostkach ładunku,

−

liczba masowa A to liczba protonów i neutronów,

−

liczba neutronów N = A – Z.

Cząsteczki to drobiny elektroobojętne, zawierające dwa lub więcej jąder. Rozróżniamy
cząsteczki homojądrowe (H

, O

, P

) i heterojądrowe (np. HCl, H

O, N

Jony to drobiny obdarzone ładunkiem elektrycznym. Mogą zawierać jedno jądro (jony proste,
jednojądrowe) lub wiele (jony złożone, wielojądrowe).

Do określania masy atomów, cząsteczek bądź ich składników służy jednostka masy

atomowej. Jednostka masy atomowej „u” to 1/12 masy atomu węgla. Masy atomów można
również wyrażać w gramach. Zamiana jednostek opiera się na następującej zależności:

1g

≅

6,02 * 10

Współczynnik przeliczeniowy czyli liczba, której wartość wynosi 6,02 * 10

, została

nazwana liczbą Avogadro. Liczba Avogadro zapisywana jest zwykle symbolem N

Suma mas atomowych atomów tworzących cząsteczkę nazywa się masa cząsteczkową.
Liczba Avogadro służy również do obliczenia masy molowej. W obliczeniach chemicznych
przyjęto definicję mola substancji.
Mol jest to taka ilość substancji (porcja materii), która zawiera N

atomów, cząsteczek, jonów

lub innych cząstek materialnych. Mol zawiera N

cząstek niezależnie czy jest molem atomów

siarki, czy molem cząsteczek wody.

Właściwości atomów i cząstek elementarnych nie można poprawnie opisać za pomocą

tzw. mechaniki klasycznej. W tym mikroświecie obowiązują prawa mechaniki kwantowej
zakładającej korpuskularno - falowa naturę cząstek elementarnych.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jak można scharakteryzować atom?
2. Jaka jest różnica między mieszaniną a związkiem chemicznym?
3. Co oznacza liczba Avogadro?
4. Jakie znasz stany skupienia materii?
5. Co jest podstawową cechą materii?
6. O czym mówi prawo stałości składu?
7. Ile wynosi wartość liczby Avogadro?
8. Jak nazywa się proces przechodzenia ze stanu skupienia stałego w gaz?
9. Co to jest mol?
10. Jaką naturę mają cząstki wg mechaniki kwantowej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz masę cząsteczkową następujących związków chemicznych: NaOH, CO

, CO.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) obliczyć masę cząsteczkową związków,
3) zapisać i zaprezentować wyniki swojej pracy,
4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

układ okresowy pierwiastków,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Na podstawie literatury z rozdziału wypisz charakterystyczne cechy pierwiastków zależne od

położenia w układzie okresowym. Szczególną uwagę zwróć na: właściwości metaliczne,
reaktywność, położenie metali i gazów szlachetnych. Szczególnie polecana pozycja [6, str.44-51]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przygotować wskazaną literaturę,
3) odnaleźć informacje dotyczące właściwości pierwiastków zależnie od ich położenia

w układzie okresowym,

4) zapisać i zaprezentować wyniki swojej pracy,
5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) zdefiniować pojęcia: atom, cząsteczka, związek chemiczny?

3) obliczyć masę cząsteczkowa związku chemicznego?

4) podać wartość liczby Avogadro?

5) scharakteryzować stany skupienia materii?

6) scharakteryzować atom?

7) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Roztwory i ich stężenia

4.3.1. Materiał nauczania

Roztwór [1, s. 259-286] jest mieszaniną jednorodną (homogeniczną). Składa się z co

najmniej dwóch składników - substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Mogą być roztwory
gazowe, np. powietrze, ciekłe, np. woda + cukier i stałe, np. stopy metali.

Mieszanina homogeniczna:

−

składniki zatracają częściowo swoje właściwości fizyczne,

−

mieszanina uzyskuje nowe, jednorodne w całej masie właściwości (gęstość, temperatura
wrzenia i topnienia, ciepło właściwe),

−

może to być mieszanina dwóch lub więcej substancji w stanie rozproszenia cząstkowego
(cząstki fazy rozproszonej są cząsteczkami, atomami lub jonami),

−

składniki można rozróżnić dopiero na poziomie molekularnym.

Rozpuszczanie zachodzi ponieważ między cząstkami rozpuszczalnika i substancji

rozpuszczanej tworzą się silne wiązania - solwatacja (w wodzie hydratacja).
Substancje polarne rozpuszczają substancje polarne (np. woda - sól, woda - alkohol),
a niepolarne podobne do siebie (benzen - czterochlorek węgla).

Stan skupienia roztworu jest określany przez jego składnik będący rozpuszczalnikiem.

Bardzo często stosowanym rozpuszczalnikiem jest woda. W wodzie rozpuszczają się na
przykład: azotan (V) sodu i aceton. Nie rozpuszczają się w wodzie natomiast węglan wapnia,
olej i benzyna. Na tej podstawie można wysnuć wniosek, że woda jest dobrym
rozpuszczalnikiem dla substancji o budowie polarnej lub jonowej.
Ze względu na wielkość cząsteczek substancji rozpuszczonej rozróżnia się: roztwory
właściwe, roztwory koloidalne i zawiesiny.
Roztwór koloidalny to roztwór substancji o średnicy cząsteczek 10

-7

m, 10

-8

m, 10

-9

m. Są to na

przykład mleko i farba emulsyjna.
Roztwór właściwy ma niewidoczne cząstki substancji. Średnice cząsteczek są mniejsze niż 10

m . Są to na przykład cukier z wodą lub sok z wodą.

Zawiesina ma średnicę cząsteczek powyżej 10

-6

m. Są to na przykład kreda z wodą lub piasek z

wodą.

Rozpuszczalność substancji oznacza maksymalną liczbę gramów (masę) substancji

rozpuszczonej w 100g rozpuszczalnika. Jest ona wielkością charakterystyczną dla danej
substancji i danego rozpuszczalnika i zależy od temperatury, a dla gazów - także od ciśnienia.

Wyróżniamy roztwory nasycone i nienasycone. Roztwór nasycony występuje wtedy, gdy

zawiera on substancję rozproszoną w ilości równej jej rozpuszczalności w danym
rozpuszczalniku

danej

temperaturze.

Roztwór

nienasycony

występuje,

gdy

w rozpuszczalniku zostanie rozpuszczona mniejsza ilość substancji niż wynosi jej
rozpuszczalność w danych warunkach. W roztworze nienasyconym nie ma stanu równowagi
ciecz - osad, gdyż osad zostaje rozpuszczony. Oziębienie roztworu nasyconego powoduje
wytrącenie z niego kryształów substancji rozpuszczonej. Jest to proces krystalizacji, odwrotny
do procesu rozpuszczania.
O zawartości substancji w roztworze świadczy też określenie roztwór stężony, roztwór
rozcieńczony.
Stężenie roztworu to ilość substancji rozpuszczonej w określonej objętości lub masie
roztworu. Najczęściej używa się stężenia procentowego i molowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stężenie procentowe podaje liczbę gramów substancji rozpuszczonej zawartą w 100 gramach
roztworu. Na przykład roztwór 8 - procentowy zawiera 8 gram substancji na 100 gram
roztworu, czyli 8 gram substancji rozpuszczonej i 92 gramów rozpuszczalnika.
C

= (m

)*100%

oznacza stężenie procentowe

oznacza masę substancji

oznacza masę roztworu.

Stężenie molowe roztworu C

mol

oznacza liczbę moli substancji rozpuszczonej w 1dm

roztworu. Stężenie molowe oznacza się C

lub C

mol

= n/ V

, gdzie n - liczba moli substancji rozpuszczonej, a V

- objętość roztworu.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Co to jest roztwór?
2. Jakie cechy ma mieszanina homogeniczna?
3. Co to jest stężenie roztworu?
4. Jaki jest wzór na stężenie procentowe roztworu?
5. Jak się oblicza stężenie molowe roztworu?
6. Jakie rodzaje roztworów wyróżnia się ze względu na wielkość cząsteczek

rozpuszczonych?

7. Na czym polega różnica między roztworem nasyconym i nienasyconym?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj badanie rozpuszczalności soli kuchennej w wodzie i benzynie.

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przygotować dwie probówki i dwa statywy do probówek,
3) przygotować 4 gramy soli kuchennej,
4) przygotować 10 cm

wody i 10 cm

benzyny,

5) wymieszaj próbkę wody z 2 gramami soli kuchennej i próbkę benzyny z 2 gramami soli

kuchennej,

6) zaobserwować wyniki procesu mieszania,
7) zapisać wyniki swojej pracy,
8) zaprezentować efekty swojej pracy,
9) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy,

−

długopis,

−

dwie probówki na statywach,

−

4 gramy soli kuchennej,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

10 cm

wody,

−

10 cm

benzyny,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Oblicz ile gramów soli kuchennej i wody należy użyć aby przygotować 300 gram

15 procentowego roztworu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeprowadzić obliczenia,
3) zaprezentować efekty swojej pracy,
4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy,

−

długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Przygotuj 100 gram 10 procentowego roztworu soli kuchennej w wodzie. Przeprowadź

proces odparowania wody z roztworu pozostawiając roztwór w płaskim naczyniu w suchym
i ciepłym pomieszczeniu. Zaobserwuj co stało się z wodą i co stało się z solą wcześniej
w wodzie rozpuszczoną.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przygotować naczynie do wykonania roztworu,
3) obliczyć niezbędną ilość soli kuchennej i wody,
4) przygotować roztwór,
5) pozostawić roztwór do odparowania,
6) zapisać wyniki swojej pracy,
7) zaprezentować efekty swojej pracy,
8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy,

−

długopis,

−

naczynie,

−

sól kuchenna,

−

woda,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować rodzaje roztworów?

2) podać cechy mieszaniny homogenicznej?

3) obliczyć stężenie procentowe roztworu?

4) obliczyć stężenie molowe roztworu?

5) wytłumaczyć na czym polega różnica między roztworem nasyconym

i nienasyconym?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Układy fazowe i koloidy

4.4.1. Materiał nauczania

Roztwory, podobnie jak związki chemiczne są jednorodne makroskopowo. Związek

chemiczny wykazuje również jednorodność molekularną. Roztwór jest molekularnie
niejednorodny.

Roztwór zawiera co najmniej dwa rodzaje cząstek: rozpuszczalnika i substancji

rozpuszczonej. Oba rodzaje cząstek poruszają się chaotycznie i niezależnie, nie tworzą
trwałych wiązań, występują między nimi tylko słabe oddziaływania Van der Waalsa
[1, s.145].
Jeżeli cząstki substancji zostają rozprowadzone równomiernie w innej substancji to mieszaninę
taką nazywamy układem dyspersyjnym. Zbiór cząstek substancji rozdrobnionej nosi nazwę fazy
rozproszonej, a zbiór cząstek substancji, w której nastąpiło rozproszenie nazywa się fazą
rozpraszającą. Układy dyspersyjne różnią się rozmiarem cząstek rozproszonych. Jeśli faza
rozproszona rozdrobniona jest aż do wymiarów atomów to układ dyspersyjny nosi nazwę
roztworu właściwego.

Układ dyspersyjny, w którym cząstki fazy rozproszonej są większe od 500000pm

(pm=pikometr=10

-12

metra) posiada cechy mieszanin heterogenicznych. Jest to układ

o rozdrobnieniu mechanicznym. Zależnie od stanu skupienia fazy rozproszonej i rozpraszającej
układy takie nazywane układami fazowymi dzielą się następująco:

−

zawiesina – faza rozproszona to ciało stałe, faza rozpraszająca - ciecz,

−

emulsja – faza rozproszona to ciecz i faza rozpraszająca - ciecz.

Pomiędzy roztworem właściwym a układem o rozdrobnieniu mechanicznym występują jeszcze
układy pośrednie zwane koloidami (inaczej zolami lub liozolami).
Istnieją dwa rodzaje koloidów: koloidy cząsteczkowe i koloidy fazowe. Pierwsze z nich
zawierają związki chemiczne, których cząsteczki składają się z setek tysięcy atomów
(makrocząsteczki np. skrobia, białko, tworzywa sztuczne). Koloidy drugiej grupy powstają
w wyniku łączenia się jonów lub cząsteczek w wielkie zespoły. Takie agregaty zbudowane
często z tysięcy a nawet setek tysięcy pojedynczych jonów i cząsteczek nazywane są micellami.
Charakterystyczną cechą różniącą koloidy od układów rozdrobnionych mechanicznie
i roztworów właściwych jest zjawisko optyczne – efekt Tyndalla. Światło padające na koloid
zostaje odbite i rozproszone, czyli układ koloidalny jest nieprzezroczysty. Podczas
odparowywania rozpuszczalnika lub ochładzania koloid nie przechodzi w typową krystaliczną
fazę stałą jak przy roztworach właściwych lecz tworzy układ o wyglądzie zbliżonym do
substancji stałej, często elastycznej i miękkiej. Ten układ nazywa się żelem. Proces
przechodzenia zolu w żel to koagulacja. Proces odwrotny to peptyzacja. Niektóre żele
w czasie dłuższego stania wydzielają część rozpuszczalnika w fazie ciekłej. Np. wydzielanie się
serwatki z kwaśnego mleka.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Czy potrafisz podać różnicę między roztworem właściwym a układem dyspersyjnym?
2. Co oznacza termin micella?
3. Na czym polega efekt Tyndalla?
4. Jak nazywa się proces przechodzenia żelu w zol?
5. Co to jest układ fazowy?
6. Jak zdefiniujesz koloid?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Sporządź emulsję oleju w wodzie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przygotować naczynie do przygotowania emulsji,
3) przygotować 10 cm

wody i 5 cm

oleju roślinnego,

4) zmieszać dwie ciecze ze sobą,
5) zaprezentować efekty swojej pracy,
6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

cylinder pomiarowy o pojemności 50 cm

−

10 cm

wody i 5 cm

oleju roślinnego,

−

mieszadełko – np. łyżeczka,

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) zdefiniować pojęcia: układ fazowy, koloid?

3) zdefiniować pojęcia: emulsja i zawiesina?

4) opisać na czym polega efekt Tyndalla?

5) sporządzić układ fazowy typu emulsja?

6) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Właściwości gazów

4.5.1. Materiał nauczania

Postać gazowa jest jednym z trzech występujących w przyrodzie stanów skupienia. Poza

stanem gazowym wyróżniamy stan ciekły i stały.
Gazy nie mają określonego własnego kształtu i przyjmują kształt zbiornika czy pomieszczenia,
w jakim się znajdują. Gazy nie mają także określonej objętości.
Gazy są ściśliwe. Oznacza to, że potrafią zmniejszać swoją objętość zależnie od potrzeb. Gazy
są także rozprężliwe, co wiąże się z tym, że potrafią zwiększać swoją objętość.
Gaz doskonały:

−

cząsteczki są punktami materialnymi o jednakowej masie (objętość = 0),

−

między cząsteczkami nie ma żadnych oddziaływań (przyciągania),

−

poruszają się ruchem prostoliniowym, jednostajnym zmieniając kierunek ruchu wskutek
zderzeń,

−

zderzenia są doskonale sprężyste (nie ma rozpraszania energii).

Prawo Avogadro w odniesieniu do gazów:

−

jednakowe objętości gazów w tych samych warunkach zawierają jednakową liczbę
cząsteczek,

−

w warunkach normalnych 1 mol gazu doskonałego zajmuje objętość: V0 = 22,414 dm3 ,

−

liczba cząsteczek w jednym molu wynosi (liczba Avogadro): NA = 6,02 * 1023.

Gaz rzeczywisty:

−

cząsteczki nie są doskonale sprężystymi kulkami,

−

po zbliżeniu oddziałują na siebie (gazy można skraplać),

−

objętość własna cząstek nie jest = 0,

−

1mol skroplonego tlenu zajmuje 0,14% objętości gazu,

−

1mol skroplonego azotu zajmuje 0,17% objętości gazu,

−

jednak tlen, azot, wodór w temp. >0oC, w ciśnieniach mniejszych niż kilka atmosfer
spełniają prawa gazów doskonałych,

−

Van der Waals wprowadził poprawki uwzględniające siły przyciągania i objętość własną
cząstek.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie znasz stany skupienia materii?
2. Jakie znasz cechy gazu doskonałego?
3. Jakie znasz cechy gazu rzeczywistego?
4. Czy gazy są ściśliwe?
5. Czy gazy są rozprężliwe?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj badanie ściśliwości powietrza.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przygotować strzykawkę,
3) przesuwając tłok strzykawki nabrać do niej powietrza,
4) zatkać wylot strzykawki palcem,
5) dociskać tłok strzykawki sprawdzając czy powietrze zmieści się w mniejszej objętości

strzykawki,

6) zapisać i zaprezentować wyniki swojej pracy,
7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

strzykawka,

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Wykonaj badanie rozprężliwości powietrza.

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przygotować dwa balony,
3) przygotować rurkę z zaworem,
4) napełnić powietrzem jeden balon,
5) przy zamkniętym zaworze połączyć rurką balon napełniony z nie napełnionym,
6) odkręcić zawór,
7) zaobserwować co się stanie z nie napełnionym i z napełnionym balonem,
8) zapisać i zaprezentować wyniki swojej pracy,
9) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

dwa balony,

−

rurka z zaworem,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) scharakteryzować stan skupienia materii jakim jest gaz?

3) przeprowadzić badanie ściśliwości gazu?

4) przeprowadzić badanie rozprężliwości gazu?

5) porównać cechy gazu doskonałego i rzeczywistego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. Właściwości cieczy

4.6.1. Materiał nauczania

Ciecze nie mają własnego kształtu i przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują.

Mają natomiast własną objętość. Ciecze są praktycznie nieściśliwe i bardzo trudno zmienić ich
objętość. Cząsteczki substancji w cieczy są powiązane siłami sięgającymi kilku cząsteczek.
Dzięki temu ciecze mają stosunkowo dużą sprężystość objętości i tym samym mały
współczynnik ściśliwości. Siły przyciągania międzycząsteczkowego w cieczach są jednak zbyt
małe dla zapewnienia im własnego kształtu dlatego przyjmują kształt naczynia,
w którym się znajdują. Siły międzycząsteczkowe w warstwie powierzchniowej tworzą napięcie
powierzchniowe.
Właściwości cieczy zależą między innymi od ciśnienia i temperatury. Wszystkie ciecze
posiadają lepkość, czyli wewnętrzne tarcie przeciwdziałające przemieszczaniu się warstw
cząsteczek.
Przechodzenie cieczy w gaz nazywa się procesem parowania. Parowanie w całej objętości
cieczy nazywa się procesem wrzenia. Proces odwrotny czyli przejście pary w ciecz nazywa się
skraplaniem.
Badaniami właściwości cieczy w skali makro zajmuje się nauka zwana hydrodynamiką.
Badaniami cieczy na poziomie molekularnym zajmuje się nauka – kinetyczna teoria cieczy.

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie cechy charakteryzują ciecz?
2. Na czym polega proces parowania?
3. Na czym polega proces wrzenia?
4. Na czym polega proces skraplania?
5. Co to jest lepkość cieczy?
6. Czym jest napięcie powierzchniowe cieczy?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj badanie ściśliwości wody.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przygotować strzykawkę,
3) przesuwając tłok strzykawki nabrać do niej wody,
4) zatkać wylot strzykawki palcem,
5) dociskać tłok strzykawki sprawdzając czy woda zmieści się w mniejszej objętości

strzykawki,

6) zapisać wyniki swojej pracy,
7) zaprezentować wyniki swojej pracy,
8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

strzykawka,

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) zaplanować i wykonać ćwiczenie zgodnie ze wskazówkami?

3) zapisać wyniki pomiarów?

4) sprawdzić ściśliwość cieczy?

5) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7. Budowa kryształów i substancji bezpostaciowych

4.7.1. Materiał nauczania

W przeciwieństwie do gazów i cieczy, w których cząstki chemiczne mogą dość swobodnie

zmieniać swoje położenie, cechą charakterystyczną ciał stałych jest przestrzenne
uporządkowanie elementów strukturalnych. Jeżeli uporządkowanie to jest regularne,
substancję taką zalicza się do krystalicznych. Substancje krystaliczne topią się w określonej
temperaturze. Substancje krystaliczne, które wydzielają się z cieczy w procesie krzepnięcia,
z nasyconego roztworu w procesie krystalizacji lub z gazu w procesie desublimacji tworzą tzw.
kryształy.

Kryształy to regularne wielościany ograniczone płaskimi ścianami. Zdarza się, że są to

piękne okazy o znacznych rozmiarach. Częściej jednak powstaje dużo maleńkich kryształków.

Ze względu na rodzaj wzajemnego oddziaływania cząstek, kryształy można podzielić na:

−

molekularne (cząsteczkowe),

−

kowalencyjne (atomowe, walencyjne),

−

jonowe,

−

metaliczne.

Kryształy molekularne zbudowane są z nie połączonych między sobą wiązaniami

chemicznymi cząstek, którymi bywają atomy lub cząsteczki. Pomiędzy elementami
strukturalnymi tworzącymi sieć krystaliczną działają jedynie słabe międzycząsteczkowe siły
Van der Waalsa, skąd możemy wywnioskować, że energia potrzebna do zniszczenia sieci jest
stosunkowo niewielka.

Kryształy atomowe zbudowane są z atomów połączonych wiązaniami kowalencyjnymi.

Typowym przykładem takiego kryształu jest diament. Kryształy te są trwałe, odporne na
działanie czynników mechanicznych. Mają wysoką temperaturę topnienia a w stanie czystym
nie przewodzą prądu elektrycznego. By stały się przewodnikami wystarczą niewielkie
zanieczyszczenia.

Kryształy jonowe tworzą związki z wiązaniem jonowym. Kryształ jonowy składa się

z jonów dodatnich i ujemnych prostych lub złożonych. Energia sieci jonowych jest znaczna,
dlatego kryształy jonowe charakteryzują się wysokimi temperaturami topnienia. Kryształy te
nie przewodzą prądu elektrycznego co jest spowodowane faktem, że jony w krysztale nie
mogą się swobodnie przemieszczać.

Kryształy metaliczne tworzą metale i ich stopy. Kryształ metalu nie jest zbudowany

z atomów a z uporządkowanych przestrzennie jonów dodatnich (kationów) i swobodnie
poruszających się między nimi elektronów. Zdelokalizowane elektrony tworzą gaz
elektronowy, który przebywa w obrębie kryształu na skutek przyciągania kationów. Ich
wzajemny układ nazywa się wiązaniem metalicznym. Dzięki temu wiązaniu oraz
oddziaływaniom zachodzącym w ich obrębie metale mają charakterystyczne właściwości.
Zalicza się do nich dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne, połysk, ciągliwość, kowalność,
wytrzymałość na rozerwanie.
O właściwościach kryształu oprócz oddziaływania pomiędzy elementami strukturalnymi
decyduje w znacznym stopniu geometria wewnętrznego uporządkowania cząstek względem
siebie, czyli rodzaju sieci przestrzennej.

Niewielki procent znanych substancji stałych wykazuje uporządkowanie nieregularne czyli

przypadkowe. Substancje tego typu nazywane są bezpostaciowymi inaczej amorficznymi. Do
typowych przedstawicieli substancji bezpostaciowych należą tworzywa sztuczne oraz szkło.
Pod wpływem ogrzewania przechodzą do stanu ciekłego poprzez stan plastyczny, stopniowo
mięknąc w szerokim zakresie temperatury.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie znasz rodzaje kryształów?
2. Jak można scharakteryzować substancje bezpostaciowe?
3. Co to jest gaz elektronowy?
4. Co się dzieje z substancją bezpostaciową w czasie ogrzewania?
5. Jakie wiązania są między cząsteczkami poszczególnych typów kryształów?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeprowadź proces krystalizacji soli kuchennej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przygotować wysokie, wąskie naczynie, wykałaczkę i nitkę,
3) przygotować nasycony roztwór soli,
4) nitkę przywiązać do wykałaczki i zanurzyć w naczyniu opierając wykałaczkę o brzegi

naczynia tak aby nitka wisiała i nie była całkowicie zanurzona w wodzie,

5) po kilku dniach zaobserwuj wykrystalizowane na nitce kryształki soli,
6) zapisać i zaprezentować wyniki swojej pracy,
7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

wąskie wysokie naczynie, nitka, wykałaczka,

−

nasycony roztwór soli,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) scharakteryzować typy kryształów?

3) czy rozumiesz na czym polega różnica między poszczególnymi rodzajami

kryształów?

4) przeprowadzić proces krystalizacji z roztworu nasyconego?

5) scharakteryzować substancje bezpostaciowe?

6) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8. Prawa chemiczne

4.8.1. Materiał nauczania

Podstawowe prawa chemiczne to:

−

prawo zachowania masy - Michaił Łomonosow, Lavoisier Antonie Laurent:

„W każdej przemianie chemicznej masa substancji biorących udział w reakcji chemicznej
nie ulega zmianie, czyli jest równa masie produktów powstałych w wyniku reakcji.”

−

prawo stałości składu - Proust Joseph Louis:

„Pierwiastki tworzące związek chemiczny łączą się ze sobą w stałych, ściśle określonych
stosunkach wagowych.”

−

prawo Avogadro - Avogadro di Quaregna Amadeo:

„Równe objętości różnych gazów, w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury,
zawierają taką samą liczbę cząstek.”

−

prawo stosunków objętościowych – Gay - Lussac Joseph Louis:

„Objętość reagujących ze sobą gazów oraz gazowych produktów ich reakcji, odmierzone
w tych samych warunkach temperatury i ciśnienia, pozostają do siebie w stosunkach
niewielkich liczb całkowitych”.

W 1803 roku John Dalton ogłosił atomistyczną hipotezę. Mówił w niej, że za pomocą

pojęcia atomu można w prosty sposób wyjaśnić podstawowe doświadczalne prawa chemiczne.
W ten sposób atomistyczna hipoteza Daltona stała się swojego rodzaju potwierdzeniem dla
prawa

zachowania

masy,

prawa

stałości

składu

związku

chemicznego

i dla odkrytego później prawa Avogadro. Hipoteza ta była też podstawą uszeregowania przez
Mendelejewa pierwiastków chemicznych w układzie okresowym.

4.8.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Na czym polega prawo stałości składu?
2. Czego dotyczy prawo zachowania masy?
3. O czym traktuje prawo stosunków objętościowych?
4. Jakie prawa zostały potwierdzone przez teorię atomistyczną Daltona?
5. Czego dotyczy prawo Avogadro?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Korzystając z prawa zachowania masy i prawa stałości składu uzupełnij poniższe równania

reakcji.

2Na + H

O = 2NaOH + H

MgO + H

O = Mg(OH)

Zn (OH)

+ HCl = ZnCl

+ 2H

Sposób wykonania ćwiczenia:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) zapoznać się z wiadomościami dotyczącymi prawa zachowania masy,
3) uzupełnić równania reakcji,
4) zapisać wyniki w zeszycie przedmiotowym,
5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) uzupełnić równania reakcji w oparciu o prawo zachowania masy?

3) uzupełnić równania reakcji w oparciu o prawo stałości składu?

4) omówić prawo Avogadro?

5) dokonać oceny poprawności zapisanych równań?

6) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9. Układ okresowy pierwiastków

4.9.1. Materiał nauczania

Za twórcę używanego do dziś układu okresowego pierwiastków uważa się Dmitrija

Mendelejewa. Ten rosyjski uczony w roku 1869 przedstawił w Rosyjskim Towarzystwie
Chemicznym w Sankt Petersburgu podstawowe wnioski ze swoich badań i założenia
opracowanej przez siebie klasyfikacji pierwiastków:

−

pierwiastki uszeregowane zgodnie ze wzrastającą masą atomową wykazują powtarzalność
swoich właściwości (tzw. prawo okresowości),

−

w tabeli układu okresowego przewidziane były miejsca dla prawdopodobnie istniejących,
a nieodkrytych jeszcze pierwiastków,

−

w kilku miejscach układu przestawiono kolejność pierwiastków, uznając podobieństwo
właściwości pierwiastków w tej samej grupie za ważniejsze od ich wzrastającej masy
atomowej.

Układ okresowy pierwiastków Mendelejewa składał się z rzędów poziomych (okresów)

i pionowych (grup), przy czym grupy tworzyły pierwiastki o zbliżonych właściwościach.
Okresy zawierają pierwiastki, których atomy mają tę samą liczbę powłok elektronowych
i numeruje się je cyframi od 1 do 7. Grupy natomiast zawierają pierwiastki, których atomy
mają identyczną konfigurację zewnętrznych powłok elektronowych. Numerujemy je liczbami
od 1 do 18. Używany obecnie układ okresowy jest zrekonstruowaną wersją tablicy
Mendelejewa.

Podstawę współczesnego układu pierwiastków stanowi ich konfiguracja elektronowa

wyznaczająca podział na bloki: s, p, d, f (patrz: konfiguracja elektronowa pierwiastków).

Położenie dowolnego pierwiastka o liczbie atomowej Z w okresie i grupie układu

okresowego jest związane z konkretnymi właściwościami jego atomu:

−

liczba powłok elektronowych w atomie jest równa numerowi okresu,

−

liczba elektronów walencyjnych w atomie jest równa numerowi grupy, a dla grup od 13.
do 18. - numerowi grupy pomniejszonemu o 10,

−

wraz ze wzrostem liczby elektronów walencyjnych pierwiastka, wzrasta jego charakter
niemetaliczny (elektroujemność),

−

wraz ze wzrostem liczby powłok elektronowych wzrasta charakter metaliczny pierwiastka
(elektrododatniość).

Elektroujemność - miara zdolności do przyciągania elektronów przez atom danego
pierwiastka.
Pierwiastki metaliczne o niskiej elektroujemności nazywa się też elektrododatnimi

Każdy pierwiastek może być zapisany w postaci symbolu literowego i odpowiednich liczb:
masowej i atomowej. Liczba masowa jest liczbą protonów i neutronów. Liczba atomowa
równa się liczbie protonów, równa się również liczbie elektronów i równa się liczbie
porządkowej pierwiastka. Liczba masowa oznakowywana jest symbolem A. Liczba atomowa
oznakowana jest symbolem Z.
Na przykład pierwiastek beryl o symbolu literowym Be ma liczbę masową równą 9, a liczbę
atomową równą 4. Znając te dane, możemy o berylu powiedzieć:

−

liczba protonów: 4,

−

liczba neutronów: 5 (9 – 4 = 5),

−

liczba elektronów: 4,

−

ładunek jądra: +4.

Liczba atomowa świadczy też o tym, na którym miejscu dany pierwiastek znajduje się

w układzie okresowym (szukając w kierunku od lewej do prawej po okresach).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Kto jest uważany za twórcę współczesnego układu okresowego pierwiastków?
2. O czym mówi nam liczba masowa?
3. Czego możemy się dowiedzieć z liczby atomowej?
4. Na co podzielony jest układ okresowy?
5. Ile w układzie okresowym jest grup?
6. Ile w układzie okresowym jest okresów?

4.9.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Znajdź w układzie okresowym pierwiastków pierwiastki o liczbach atomowych: 7, 20, 10.

Opisz te pierwiastki według schematu: nazwa pierwiastka, liczba atomowa, liczba protonów,
liczba neutronów, liczba elektronów.

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przygotować układ okresowy pierwiastków,
3) odnaleźć pierwiastki o liczbie atomowej równej 7, 20, 10,
4) opisać pierwiastki według schematu z polecenia zadania,
5) zapisać wyniki swojej pracy,
6) zaprezentować wyniki swojej pracy,
7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

układ okresowy pierwiastków,

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.9.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) odnaleźć w układzie okresowym pierwiastek o zadanej liczbie atomowej?

3) zinterpretować znaczenie liczby atomowej?

4) zinterpretować znaczenie liczby masowej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10. Obliczenia stechiometryczne

4.10.1. Materiał nauczania

Celem typowych obliczeń chemicznych jest najczęściej ustalenie ilości substratów

niezbędnych do otrzymania konkretnej ilości produktów [1, s.151-195]. Obliczenia tego typu
nazywane są obliczeniami stechiometrycznymi. W stechiometrii wykorzystuje się informacje
z równań chemicznych i wzorów chemicznych.

Tok obliczeń stechiometrycznych upraszcza się stosując umowną, przyjętą przez chemików,

standardową „porcję” atomów, tak ustaloną, aby masa tej porcji była z góry znana. Taką
standardową porcją atomów jest mol. Masa mola atomów jest różna dla różnych
pierwiastków, ale mol jest to zawsze jednakowa ilość atomów, cząsteczek, jonów lub innych
cząstek materialnych. Masa mola substancji nazywana jest masą molową. Masa molowa jest
liczbowo równa masie atomowej lub cząsteczkowej, jeżeli masę molową wyraża się
w gramach.

W obliczeniach chemicznych często zachodzi konieczność ustalenia składu procentowego

związku chemicznego lub mieszaniny.
Typowym obliczeniem stechiometrycznym jest ustalanie wzoru sumarycznego na podstawie
znanego składu procentowego masy cząsteczkowej (lub molowej). Dane liczbowe są zwykle
wynikami eksperymentalnymi.

Równanie chemiczne jest umownym zapisem ilustrującym jakościowo i ilościowo przebieg

reakcji

chemicznej.

Stosunek

ilościowy

substancji

reagujących,

wynikający

z równania chemicznego, nazywa się stosunkiem stechiometrycznym. Substraty reagują ze
sobą tylko w stosunku stechiometrycznym, nawet w przypadku zmieszania ich w innym
stosunku. Stosunek stechiometryczny podaje się w :

−

molach,

−

gramach,

−

Przykład:
Ile gramów siarki przereaguje z 3 gramami węgla, jeśli powstanie dwusiarczek węgla CS

Rozwiązanie:
C+ 2S CS

Dane:
3g węgla
Szukane:
x gramów siarki
W przykładzie najwygodniej skorzystać z wagowego stosunku stechiometrycznego.
Równanie chemiczne

C+ 2S CS

Dane

3g + x

Stosunek stechiometryczny 12g: 64g
Ponieważ stosunek stechiometryczny ma dla danej reakcji wartość stałą, można ułożyć
równanie: 3/x=12·64, stąd x = 16g.

4.10.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Do czego służą obliczenia stechiometryczne?
2. W jakich jednostkach może być podawany stosunek stechiometryczny?
3. Czym jest równanie chemiczne?
4. Czy substraty mogą reagować ze sobą w stosunku innym niż stechiometryczny?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz ile gramów amoniaku można otrzymać z 15gramów azotu w procesie opisanym

poniższym równaniem reakcji.

+ N

= 2NH

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) zapisać równanie reakcji, wypisz dane i szukane,
3) ułożyć stosunek stechiometryczny,
4) obliczyć szukaną,
5) zapisać wyniki swojej pracy,
6) zaprezentować wyniki swojej pracy,
7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.10.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) ułożyć proporcję stosunku stechiometrycznego?

2) wykorzystać informację zawartą w równaniu chemicznym?

3) obliczyć brakującą daną do równania chemicznego?

4) zaplanować obliczenia?

5) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.11. Związki nieorganiczne stosowane w lakiernictwie

4.11.1. Materiał nauczania

Związek chemiczny to połączenie co najmniej dwóch atomów różnych pierwiastków

chemicznych, w którym występuje wiązanie chemiczne.
Większość związków chemicznych jest mieszaniną cząsteczek zbudowanych z różnych odmian
izotopowych pierwiastków tworzących te związki.
Tradycyjnie dzieli się je na związki organiczne i nieorganiczne.

Związki organiczne stanowią większość związków węgla, z wyjątkiem tych, które

wykazują podobieństwo do typowych związków nieorganicznych (np. tlenki węgla, węgliki,
węglany). Poza węglem i wodorem najczęściej w cząsteczkach związków organicznych
występują: tlen, azot, siarka, fosfor, fluorowce.

Związki nieorganiczne to ogół związków chemicznych z wyłączeniem związków

organicznych. Znanych jest ok. 6 mln związków nieorganicznych.
Związki chemiczne można również klasyfikować na podstawie obecności w nich
wyróżnionego pierwiastka, np. tlenki, wodorki. Innym kryterium klasyfikacji jest charakter
wiązań chemicznych obecnych w związkach chemicznych, dzięki czemu można je podzielić na
jonowe (związki z przeważającym udziałem wiązania jonowego), kowalencyjne (związki
z przeważającym udziałem wiązania kowalencyjnego) związki o wiązaniach metalicznych. Ze
względu na zachowanie związki chemiczne w różnych reakcjach chemicznych dzieli się na
kwasy, zasady lub utleniacze i reduktory, odczynniki nukleofilowe i elektrofilowe, itp.
Tlenki, to związki tlenu na - II stopniu utlenienia z innymi pierwiastkami.
Ze względu na efekt reakcji z wodą rozróżnia się tlenki: kwasowe (powstają kwasy), zasadowe
(powstają zasady), amfoteryczne (łączą w sobie własności tlenków kwasowych i zasadowych,
reagują z kwasami i zasadami) oraz tlenki obojętne.
Budowa tlenków:
MmOn
Przykłady tlenków:

−

kwasowe: N2O5, P2O5, SO3, SO2, CO2, Cl2O5 i inne,

−

zasadowe: Na2O, K2O, MgO, CaO, Li2O, Cs2O i inne,

−

amfoteryczne: Al2O3, As2O3, As2O5, SnO2, SnO, ZnO i inne.

Kwasy, wg klasycznej definicji Arrheniusa, to związki chemiczne, które podczas dysocjacji
elektrolitycznej w wodzie uwalniają jako kationy wyłącznie jony wodorowe H+ (H3O+), zaś
jako aniony tzw. reszty kwasowe.
Kwasy reagując z zasadami tworzą związki o ogólnej nazwie sole.
Ogólny wzór kwasów:
HxA, gdzie

H+ - kation wodorowy,
Ax- - anion reszty kwasowej,
x - wartościowość anionu pochodzącego od reszty kwasowej.
Do najważniejszych kwasów zalicza się m.in.:

−

kwas siarkowy (VI) H2SO4,

−

kwas azotowy (V) HNO3,

−

kwas węglowy H2CO3,

−

kwas chlorowy (VII) HClO4,

−

kwas ortofosforowy (V) H3PO4,

−

kwas siarkowy (IV) H2SO3,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

kwas azotowy (III) HNO2,

−

kwas chlorowodorowy HCl,

−

kwas bromowodorowy HBr.

Zasady, wg klasycznej definicji Arrheniusa, to związki chemiczne, które podczas dysocjacji
elektrolitycznej w wodzie odszczepiają jony wodorotlenowe OH- jako aniony.
Zasady (wodorotlenki) nazywa się mocnymi, jeśli łatwo ulegają dysocjacji (miarą mocy zasad
jest wartość ich stałej dysocjacji). Reagują z kwasami tworzą związki o ogólnej nazwie sole.
Wodorotlenek to związek, którego cząsteczka składa się z atomu metalu i jednej lub większej
liczby grup wodorotlenowych.
Zasada to substancja, która wprowadzona do wody wytwarza jony wodorotlenkowe.
Ogólny wzór wodorotlenków:
Me(OH)y, gdzie

Mey+ - kation metalu,
OH- - anion wodorotlenowy,
y - wartościowość metalu.
Sole, to związki o budowie jonowej zawierające w cząsteczce kation (kationy) metalu Mey+
(lub grupę NH4+) i anion Ax- (aniony) reszty kwasowej. Sole to na ogół krystaliczne ciała
stałe.
MxAy’,gdzie My+ - kation metalu,

Ax- - anion reszty kwasowej,
y - wartościowość metalu,
x - wartościowość anionu pochodzącego od reszty kwasowej.
Rozróżnia się:

−

sole obojętne (np. AlF3),

−

wodorosole (np. KHSO4),

−

hydroksosole (np. Ca(OH)Br).

Sole w stanie stopionym lub rozpuszczone w odpowiednim rozpuszczalniku przewodzą prąd
elektryczny.
Warto wspomnieć o jeszcze jednym rodzaju soli – soli kompleksowej. Są to sole, w których
występuje atom centralny i cząsteczki koordynowane zwane ligandami. Przykładem ligandów
są aniony proste i złożone: OH

, F

, Cl

i cząsteczki zawierające wolne pary elektronowe.

Przykładem soli kompleksowej stosowanej w lakiernictwie jest talk Mg

[(OH)

Metody otrzymywania soli obejmują reakcje:

−

kwasów z zasadami, np. HCl + NaOH

NaCl + H2O,

−

kwasów z metalami, np. 3Cu + 8HNO3

3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O,

−

kwasów z tlenkami metali, np. CaO + 2HCl

CaCl2 + H2O,

−

wodorotlenków z tlenkami niemetali, np. 2 NaOH + SO2

Na2SO3 + H2O,

−

wodorotlenków z niemetalami, np. P4 + 6KOH

2 PH3 + 2 K3PO3,

−

podwójnej wymiany pomiędzy solami, np. AgNO3 + NaCl

AgCl + NaNO3,

−

dysproporcjonowania, np. 3AuCl

2Au + AuCl3,

−

bezpośredniej syntezy z pierwiastków, np. 2K + Cl2

2KCl.

Przykładowe związki nieorganiczne stosowane w lakiernictwie.
Związki nieorganiczne stosowane są na przykład do tworzenia pigmentów:pigmenty białe -

−

podstawowe znaczenie w tej grupie posiada biel tytanowa,

−

pigmenty czerwone - nieorganiczne czerwone tlenki,

−

pigmenty pomarańczowe: występują tu oranże nieorganiczne (niestety zawierają ołów lub
chromian – więc stopniowo ograniczane),

−

pigmenty żółte - w grupie tej występują pigmenty nieorganiczne,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

pigmenty zielone - bardzo trwały pigment z tej grupy to nieorganiczny zielony tlenek
chromu (nietoksyczny),

−

pigmenty czarne - podstawowe pigment z tej grupy to sadza i czarne tlenki żelaza.

Poza pigmentami barwiącymi wyróżniamy:

−

wypełniacze,

−

pigmenty specjalne.

Przykładem związku nieorganicznego stosowanego jako rozcieńczalnik i rozpuszczalnik

w różnych wyrobach lakierniczych jest woda.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.11.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie znasz podstawowe grupy związków nieorganicznych?
2. Jaka jest definicja kwasu?
3. Jaka jest definicja zasady?
4. Jak można opisać tlenki?
5. Jakie znasz przykładowe związki nieorganiczne stosowane w lakiernictwie?

4.11.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Napisz równanie reakcji syntezy chlorku potasu z zastosowaniem zasady potasowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) zapisać równanie reakcji,
3) sprawdzić współczynniki stechiometryczne,
4) zaprezentować wyniki swojej pracy,
5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.11.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) scharakteryzować sole?

3) scharakteryzować kwasy?

4) scharakteryzować tlenki?

5) scharakteryzować zasady?

6) podać przykłady związków nieorganicznych stosowanych w lakiernictwie?

7) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.12. Związki organiczne stosowane w lakiernictwie

4.12.1. Materiał nauczania

Związki organiczne to związki węgla. Wśród wspólnych cech nadających związkom

organicznym specyficzny charakter wymienić należy następujące:

−

mała odporność chemiczna,

−

palność,

−

niskie temperatury topnienia i wrzenia.

Związki organiczne można podzielić na następujące grupy:

−

węglowodory alifatyczne nasycone i nienasycone,

−

węglowodory aromatyczne,

−

chlorowcopochodne,

−

alkohole i fenole, aldehydy, ketony i etery

−

kwasy karboksylowe i ich sole,

−

estry,

−

aminy,

−

hydroksykwasy,

−

aminokwasy,

−

hydroksyaldehydy i hydroksyketony,

−

węglowodany,

−

białka.

W lakiernictwie [4, s. 9-91] znajduje zastosowanie wiele związków organicznych. Do

najbardziej rozpowszechnionych, zależnie od pełnionej funkcji, należą związki wymieniane
poniżej wg zastosowania.
Pigmenty:

−

pigmenty czerwone:

−

wysokogatunkowe czerwienie organiczne,

−

pigmenty pomarańczowe:

−

organiczne, nie zawierające ołowiu i chromianu,

−

pigmenty żółte:

−

pigmenty organiczne,

−

pigmenty niebieskie:

−

jedynym odpowiednim do powłok o wysokiej trwałości jest błękit ftalocyjaninowy,

charakterystyka tego pigmentu to doskonała czystość barwy, dobre krycie oraz odporność
na czynniki chemiczne,

−

pigmenty szkarłatne, purpurowe i fioletowe:

−

najczęściej uzyskuje się takie odcienie w wyniku mieszania błękitów ftalocyjaninowych

i czerwieni.

Rozpuszczalniki:
Organiczne – węglowodory i ich pochodne:

−

węglowodory alifatyczne: benzyna lakowa (white spirit), benzyna ciężka (VM i P Naphta),
heksan. Zalecane do wyrobów alkidowych, nie nadają się do epoksydowych
i poliuretanowych, stosowane do olejnych , olejno – ftalowych,

−

węglowodory aromatyczne: toluen, ksylen, solvent naphta, stosowane do olejnych,

−

olejno

–

ftalowych,

silikonowych,

epoksydów,

fenolowych,

poliuretanowych

i fenoplastów, winylowych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

chlorowcopochodne węglowodorów: chlorek metylenu i metylochloroform, stosowane
w zmywaczach, do niektórych winyli i chlorokauczuków,

−

węglowodory terpenowe otrzymywane np.: z żywicy drzew sosnowych, stosowane do
wyrobów olejnych, ftalowych i epoksyestrowych, ostatnio coraz częściej do emulsyjnych.

Organiczne – zawierające tlen:

−

ketony, stosowane do wyrobów poliuretanowych, epoksydowych, akrylowych,
nitrocelulozowych,

−

alkohole, stosowane w układach wodnych jako pomocnicze,

−

eteroglikole, stosowane do poliamidów, epoksydów, żywic poliestrowych, akrylowych
i nitrocelulozowych,

−

estry: octany, izomaślany, stosowane do wyrobów nitrocelulozowych, poliuretanowych
i akrylowych.

W farbach wodorozpuszczalnych udział rozpuszczalników organicznych sprzyja rozpuszczaniu
się spoiwa, przyśpiesza odparowanie wody z powłoki i reguluje jej czas schnięcia.

4.12.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie grupy związków można wydzielić w chemii organicznej?
2. Jak można zdefiniować chemię organiczną?
3. Czy znasz przykłady pigmentów organicznych?
4. Jakie możesz wymienić rozpuszczalniki organiczne?
5. Jaka jest rola rozpuszczalników organicznych w związkach wodorozpuszczalnych?

4.12.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj

zestawienie

stosowanych

lakiernictwie

pigmentów

organicznych

z uwzględnieniem barw.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) wykonać zestawienie pigmentów,
3) zapisać i zaprezentować wyniki swojej pracy,
4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.12.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) wymienić grupy związków organicznych?

3) charakteryzować pojęcie związek organiczny?

4) wymienić przykładowe związki organiczne stosowane w lakiernictwie?

5) opisać rolę rozpuszczalników organicznych w produktach

wodorozpuszczalnych?

6) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.13. Związki wielkocząsteczkowe

4.13.1. Materiał nauczania

Związki wielkocząsteczkowe inaczej nazywane są polimerami. Cząsteczki polimeru są

tysiące razy większe od innych. Zawierają dziesiątki tysięcy i więcej atomów.
Cząsteczka polimeru powstaje podczas reakcji zwanej polireakcją. Najprostszym jej
przykładem jest polimeryzacja, czyli reakcja łączenia się wielu, często wielu tysięcy,
jednakowych, niewielkich cząsteczek, zwanych monomerami, w jedną wielką, gigantyczną
cząsteczkę polimeru. Reakcja polimeryzacji stopniowej dwóch różnych rodzajów substancji
z wydzieleniem

niskocząsteczkowego

produktu

ubocznego

nazywa

się

reakcją

polikondensacji. Reakcja poliaddycji to reakcja tworzenia makrocząsteczek z dwóch różnych
rodzajów substancji bez wydzielania produktów ubocznych i bez wzajemnego nasycania
podwójnych wiązań węgla.
Polimery stosowane w lakiernictwie można podzielić na dwie grupy:
1. Polimery termoplastyczne.
2. Polimery termoutwardzalne.
Polimery termoplastyczne:

−

po stopieniu lub rozpuszczeniu w rozpuszczalnikach nadają się do aplikacji w postaci
gorącej masy lub lakieru,

−

polimery termoplastyczne zarówno naturalne (szelak) jak i syntetyczne (chlorokauczuk,
poliakrylany, polimery winylowe, nitroceluloza itp.) tworzą powłoki przez odparowanie
rozpuszczalników, w których uprzednio były rozpuszczone. W trakcie tworzenia powłoki
nie zachodzą żadne reakcje chemiczne,

−

struktura cząsteczkowa suchego polimeru jest liniowa lub liniowo rozgałęziona. Łańcuchy
polimeru są fizycznie poplątane, nie występują między nimi wiązania poprzeczne sieciujące
a jedynie słabe oddziaływanie międzycząsteczkowe,

−

przy rozpuszczaniu polimeru termoplastycznego mniejsze cząsteczki rozpuszczalnika
przenikają między łańcuchy polimeru rozdzielając je od siebie i pokonując oddziaływania
międzycząsteczkowe,

−

w procesie schnięcia powłoki, rozpuszczalnik odparowuje, makrocząsteczki polimeru
zbliżają się do siebie i ponownie pojawia się oddziaływanie międzycząsteczkowe,

−

podobne zachowania mają miejsce przy ogrzewaniu, cząsteczki pod wpływem ciepła
zwiększają swoją energię kinetyczną, zaczynają drgać i przemieszczać się wzajemnie. Po
ochłodzeniu polimer staje się ponownie twardy,

−

w technikach nakładania powłok ochronnych znacznie bardziej rozpowszechnione jest
stosowanie lakierów rozpuszczalnikowych niż stopionych żywic termoplastycznych,

−

polimery termoplastyczne nie nadają się do tworzenia wyrobów o niskiej zawartości części
lotnych,

−

charakteryzują się niskim połyskiem, słabą odpornością na temperaturę.

Polimery termoutwardzalne:

−

polimery

termoutwardzalne

(kondensacyjne)

odniesieniu

polimerów

termoplastycznych charakteryzują się znacznie wyższą gęstością usieciowania i tym
samym doskonale nadają się do tworzenia wyrobów o niskiej zawartości części lotnych,

−

polimery termoutwardzalne (kondensacyjne) powstają nie poprzez przyłączenie całej
cząsteczki do wydłużonego łańcucha lecz przez reakcję wydłużonego łańcucha z małą
cząsteczką z odszczepieniem prostej cząsteczki,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

polimery termoutwardzalne charakteryzują się niską masą cząsteczkową przy aplikacji
i bardzo wysoką masą cząsteczkową polimeru w powłoce,

−

polimery termoutwardzalne charakteryzują się bardzo wysokim połyskiem, doskonałą
odpornością

działanie

temperatury,

doskonałą

odpornością

działanie

rozpuszczalników.

4.13.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jak można zdefiniować związek wielkocząsteczkowy?
2. Jakie znasz związki wielkocząsteczkowe?
3. Czym się różnią polimery termoplastyczne od termoutwardzalnych?

4.13.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj

tabelę

porównaniem

własności

polimerów

termoplastycznych

i termoutwardzalnych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) zaplanować

pozycje

tabeli

analizując

cechy

polimerów

termoplastycznych

i termoutwardzalnych,

3) wykonać tabelę wg zaplanowanych analizowanych cech,
4) zapisać wyniki swojej pracy,
5) zaprezentować wyniki swojej pracy,
6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

długopis i zeszyt przedmiotowy,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.13.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) scharakteryzować związek wielkocząsteczkowy?

3) wymienić przykłady związków wielkocząsteczkowych?

4) scharakteryzować polimery termoplastyczne?

5) scharakteryzować polimery termoutwardzalne?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.14. Typy reakcji chemicznych

4.14.1. Materiał nauczania

Procesy chemiczne dzielimy na reakcje: syntezy (łączenia), analizy (rozkładu) i wymiany.

Podział ten oparty jest na liczbie substratów i produktów reakcji.
Równanie reakcji chemicznej jest zapisem przebiegu procesu chemicznego za pomocą symboli
pierwiastków i wzorów związków chemicznych

Reakcje syntezy polegają na tworzeniu się nowej substancji (produktu) z dwóch lub większej
ilości składników (substratów).

A+B=C
A,B to substraty a C to produkt.
Przykłady reakcji syntezy:
H

+Cl

= 2HCl

2Mg + O

= 2MgO

Reakcje analizy polegają na rozkładzie substancji złożonej na substancje prostsze lub
pierwiastki.
AB=A+B
AB to substancja złożona, A i B to substancje prostsze lub pierwiastki.
Przykłady reakcji analizy:
CaCO

=CaO + CO

2HgO=2Hg+O

Reakcje wymiany polegają

na przekształceniu dwóch lub więcej substancji wyjściowych

w nowe substancje o innym ugrupowaniu atomów lub jonów wchodzących w ich skład. Można
wyróżnić reakcje wymiany pojedynczej lub wymiany podwójnej.
Reakcje wymiany pojedynczej: A+BC = AB+ C lub AC+B.
Reakcje wymiany podwójnej: AB+CD=AC+BD lub AD+BC
Przykłady reakcji wymiany pojedynczej:
Zn + 2HCl=ZnCl

+ H

Fe+ CuSO

=FeSO

+Cu

Przykłady reakcji wymiany podwójnej:
BaCl

= BaSO

+2HCl

AgNO3+NaCl=AgCl +NaNO3

4.14.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jak można zdefiniować równanie chemiczne?
2. Jakie znasz typy reakcji chemicznych?
3. Na czym polega reakcja syntezy?
4. Na czym polega reakcja analizy?
5. Na czym polega reakcja wymiany?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.14.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zapisz równanie reakcji syntezy wody.

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) zapisać reakcję syntezy wody,
3) sprawdzić współczynniki stechiometryczne reakcji,
4) zapisać wyniki swojej pracy,
5) zaprezentować wyniki swojej pracy,
6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy,

−

długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.14.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić typy reakcji chemicznych?

2) scharakteryzować reakcje syntezy?

3) scharakteryzować reakcję analizy?

4) scharakteryzować reakcje wymiany?

5) wykorzystać zdobyte wiadomości w praktycznym działaniu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.15. Energetyka i szybkość reakcji

4.15.1. Materiał nauczania

Sposób reagowania różnych substancji ze sobą można opisywać w dwóch aspektach:

−

pierwszy, związany z rodzajem substratów i otrzymywanych produktów,

−

drugi, związany z szybkością przetwarzania substratów w produkty.

Szybkość reakcji jest zmianą stężenia substratu lub produktu w jednostce czasu. Szybkość

różnych reakcji przebiega w niezwykle szerokim zakresie, od błyskawicznej eksplozji
dynamitu do powolnej korozji metali. Reakcję można przyspieszyć lub zwolnić poprzez zmianę
warunków, w których ona zachodzi. O szybkości reakcji decyduje częstość efektywnych
zderzeń cząstek chemicznych. Jako zderzenie efektywne rozumiemy zderzenie prowadzące do
zmian chemicznych.

Sposoby zwiększenia szybkości reakcji to wszelkie sposoby zwiększenia częstości zderzeń

efektywnych. Zderzenia efektywne występują tylko w przypadku dużej energii. Najmniejsza
energia cząstki, przy której następuje zderzenie efektywne, nazywa się energią aktywacji. Im
więcej cząstek znajduje się w objętości, czyli im większe jest stężenie substancji reagującej,
tym większa jest liczba zderzeń, a wiec i zderzeń efektywnych. Szybkość reakcji jest więc
proporcjonalna do stężenia reagentów. Doświadczalnie wyznacza się stałą szybkości reakcji
oznaczaną k. Jest to wielkość charakterystyczna dla danej reakcji w danej temperaturze.
Szybkość reakcji jest proporcjonalna do stężenia każdego z substratów. W trakcie zachodzenia
reakcji stężenia substratów maleją, przechodząc w produkty, więc szybkość reakcji nie jest
wielkością stałą. Najszybciej reakcja przebiega w pierwszej chwili po zmieszaniu reagentów.
Potem szybkość maleje.

Oprócz stężenia o szybkości reakcji decyduje temperatura. Szybkość reakcji zawsze rośnie

ze wzrostem temperatury.

Trzecim czynnikiem decydującym o szybkości reakcji jest obecność katalizatora.

Katalizatory to substancje, które zwiększają lub zmniejszają szybkość reakcji, same się nie
zużywając i nie zmieniając w czasie reakcji. Katalizator tzw. ujemny nazywany jest inhibitorem.
Zjawisko przyspieszania lub opóźniania reakcji przez katalizator nosi nazwę katalizy. Działanie
katalizatora polega na tworzeniu z substratami nietrwałych związków przejściowych.

Energetyka reakcji chemicznej zajmujące się zmianami energii towarzyszącymi przemianom

chemicznym.

Reakcje chemiczne można również opisywać poprzez efekty energetyczne. W tym aspekcie

można podzielić reakcje na egzoenergetyczne i endoenergetyczne. W reakcjach
egzoenergetycznych układ traci energię, a w reakcjach endoenergetycznych - zyskuje.

4.15.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jak można zdefiniować szybkość reakcji?
2. Na czym polega reakcja egzoenergetyczna?
3. Na czym polega reakcja endoenergetyczna?
4. Jakie czynniki decydują o szybkości reakcji?
5. Na czym polega działanie katalizatora?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.15.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Znajdź w literaturze przykład reakcji egzoenergetycznej i endoenergetycznej. Zapisz

równania reakcji.

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) odnaleźć w literaturze przykłady reakcji egzoenergetycznych i endoenergetycznych,
3) zapisać równania odnalezionych przykładowych reakcji,
4) zapisać wyniki swojej pracy,
5) zaprezentować wyniki swojej pracy,
6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.15.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować reakcje egzoenergetyczne?

2) scharakteryzować reakcje endoenergetyczne?

3) zdefiniować czynniki decydujące o szybkości reakcji?

4) zdefiniować działanie katalizatora?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.16. Procesy elektrochemiczne: reakcje utleniania i redukcji,

przewodnictwo

elektrolitów,

elektroliza,

szereg

napięciowy

metali,

potencjał

elektrody,

ogniwa

i akumulatory, zjawisko elektroforezy

4.16.1. Materiał nauczania

Reakcje utleniania i redukcji.
Reakcję chemiczną zalicza się do procesów reakcji utleniania i redukcji (redoks), jeśli

przemianie substratów w produkty towarzyszy zmiana stopnia utlenienia pierwiastków.
Podwyższenie stopnia utlenienia któregokolwiek pierwiastka w reakcji redoks musi
spowodować obniżenie stopnia utlenienia innego pierwiastka. Wynika to z faktu, że suma
stopnia utlenienia we wszystkich cząstkach chemicznych elektrycznie obojętnych jest równa
zeru. Tak więc suma stopni utlenienia we wszystkich cząstkach substratów i produktów jest
równa zeru. Przyjęto, że podwyższenie stopnia utlenienia nazywa się procesem utleniania,
a obniżenie stopnia utlenienia procesem redukcji. Substancja, której atomy się utleniają, jest
reduktorem. Substancja, której atomy się redukują, jest utleniaczem. Właściwości utleniające
i redukujące są ściśle związane ze stopniem utlenienia. Jeśli pierwiastek występuje na kilku
stopniach utlenienia, to na najniższym pełni rolę reduktora, na najwyższym utleniacza, a na
pośrednich- utleniacza lub reduktora.

Reakcje utleniania i redukcji przysparzają sporo kłopotów w trakcie dobierania do nich

współczynników

stechiometrycznych.

Najlepszą

metodą

doboru

współczynników

stechiometrycznych jest ustalenie tzw. równań połówkowych. Wytłumaczone to zostanie na
poniższym przykładzie:

Cu + HNO

Cu(NO

)

+ NO + H

W powyższej reakcji odszukujemy reduktor, utleniacz, formę utlenioną, formę

zredukowaną i zapisujemy równania połówkowe:
Cu

– 2e

reduktorem jest miedź

+ 3e

utleniaczem jest azot

W następnym etapie równania połówkowe dodaje się stronami. Otrzymane równanie

sumaryczne nie powinno zawierać elektronów. W tym celu często trzeba dobrać odpowiednie
mnożniki.
Cu

– 2e

+ 3e

Wynik mnożenia
3Cu

– 6e

3Cu

+ 6e

Wynik dodawania
3Cu

– 6e +2

+6e

3Cu

+ 2N

Współczynniki uzyskanego równania są na ogół współczynnikami równania głównego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Współczynniki te należy przenieść do równania głównego. Pozostałe współczynniki

(te, które nie zmieniają stopnia utlenienia) dobiera się metodą tradycyjną.

3Cu+8HNO

3Cu(NO

)

+ 2NO + 4H

Przewodnictwo elektrolitów.
Przewodniki elektrolityczne są równie dobrymi przewodnikami elektryczności jak metale.

Opór elektryczny typowego elektrolizera jest niewielki i zależy od stężenia jonów zdolnych do
swobodnego poruszania się w przestrzeni międzyelektrodowej. W przypadku elektrolitów
mocnych (dysocjujących całkowicie lub prawie całkowicie) opór elektryczny będzie niewielki,
a więc przewodnictwo elektryczne będzie duże. W roztworach słabych elektrolitów
przewodnictwo zależy od stężenia substancji rozpuszczonej. W miarę rozcieńczenia takich
roztworów wzrasta stopień dysocjacji, wzrasta więc też przewodnictwo elektryczne roztworu.

Elektrolity to substancje (kwasy, zasady i sole), które po rozpuszczeniu w wodzie (lub

innym rozpuszczalniku polarnym) rozpadają się (dysocjują) na jony - ulegają dysocjacji
elektrolitycznej.
Nieelektrolity to substancje, które nie dysocjują na jony

−

inaczej nieelektrolity - substancje, które w roztworach i w stanie stopionym nie przewodzą
prądu elektrycznego,

−

związki organiczne,

−

niektóre tlenki,

−

niektóre wodorki.

Suma ładunków elektrycznych kationów i anionów, powstających na skutek dysocjacji

elektrolitycznej elektrolitów jest zawsze równa zeru.
Kwasy można podzielić na mocne, średniej mocy i słabe.
Przykłady kwasów, które są mocnymi elektrolitami:

−

HCl; H2SO4; HNO

: HClO4; HBr; HI .

Zasady, które są mocnymi elektrolitami to zasady pierwiastków z grupy I i II:

−

Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba z wyjątkiem Be(OH)2, Mg(OH)2, które dysocjują
całkowicie i powstaje jon OH-.

Wodorotlenki pierwiastków z grupy II dysocjują dając 2 mole jonów OH-.
Słabe elektrolity:

−

tylko część cząsteczek ulega dysocjacji elektrolitycznej,

−

między niezdysocjowanymi cząsteczkami a jonami ustala się stan równowagi dynamicznej,

−

stała równowagi reakcji dysocjacji to stała dysocjacji - opisuje ona ilościowe stosunki
między składnikami równowagi,

Elektroliza.

Procesy elektrolizy można stosunkowo łatwo zinterpretować ruchem jonów w polu

elektrycznym wytworzonym między elektrodami, bez względu na fakt czy płyty są zanurzone
w wodnym roztworze czy w stopionym elektrolicie (ogólnie przewodniku elektrolitycznym).
Kationy (jony dodatnie) poruszają się w kierunku elektrody ujemnej (katody) a jony ujemne
(aniony) poruszają się w kierunku anody (elektrody dodatniej). Po dojściu do elektrody jon
oddaje elektron jeżeli jest anionem lub pobiera elektron jeżeli jest kationem i zmienia się
w elektrycznie obojętną cząstkę, najczęściej atom. Produkt reakcji elektrodowej osadza się na
materiale elektrody lub opuszcza roztwór w postaci gazu.

Zasadnicza różnica między ogniwem a elektrolizerem polega na tym, że w ogniwie proces

przebiega samorzutnie powodując tym samym przepływ elektronów w obwodzie zewnętrznym
a w elektrolizerze proces zostaje wymuszony przyłożonym z zewnątrz napięciem. Podczas

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

elektrolizy zachodzą procesy odwrotne do zachodzących w czasie pracy ogniwa
galwanicznego.
Szereg napięciowy metali.

Znając wartości potencjałów standardowych wszystkich metali można uporządkować je

szeregując w kolejności od najniższego potencjału do najwyższego. Taki szereg nosi nazwę
napięciowego lub elektrochemicznego.

Potencjał normalny E

wodoru wynosi 0 [V] i jest granicą między potencjałami ujemnymi

a dodatnimi. Metale, których potencjał standardowy jest ujemny są półogniwami, które po
połączeniu z NEW ( normalną elektroda wodorową) stanowią anodę ogniwa porównawczego.
Zachodzi w nich proces utleniania atomu w kation.

Metale, których potencjał standardowy jest dodatni są półogniwami, które po połączeniu

z NEW ( normalną elektroda wodorową) stanowią katodę ogniwa porównawczego. Zachodzi
tu proces redukcji kationu w atom.
Uszeregowanie kilku ważnych wartości potencjałów standardowych znajduje się poniżej [6].
Mg/ Mg

[V]= -2,38

Al/ Al

[V]= -1,66

Mn/ Mn

[V]= -1,05

Zn/ Zn

[V]= -0,76

Cr/ Cr

[V]= -0,71

Fe/ Fe

[V]= -0,44

Cd/ Cd

[V]= -0,40

Pb/ Pb

[V]= -0,13

/ H

[V]= 0

Cu/ Cu

[V]= +0,34

Ag/ Ag

[V]= +0,80

Hg/ Hg

[V]= +0,87

Pt/ Pt

[V]= +1,20

Au/ Au

[V]= +1,42

Szereg elektrochemiczny (napięciowy) jest przydatny przy przewidywaniu kierunku

pewnych reakcji chemicznych i projektowaniu ogniw o żądanej sile elektromotorycznej.
Połączenie dwóch półogniw przewodnikiem powoduje proces redukcji w półogniwie
charakteryzującym się wyższym potencjałem normalnym i proces utleniania w półogniwie
charakteryzującym się niższym potencjałem normalnym.

Siłę elektromotoryczną ogniwa (SEM) oblicza się na podstawie tzw. Konwencji

Sztokholmskiej, w myśl której od potencjału elektrody prawej odejmuje się potencjał elektrody
lewej.
E= E

- E

W celu otrzymania dodatniej wartości SEM należy zapisywać schemat ogniwa tak, aby

półogniwo, w którym zachodzi redukcja znalazło się po prawej stronie schematu.
SEM ogniwa:
Mg Mg

Wyniesie:
E = -0,76V-(-2,38V) = 1,62 V.
Potencjał elektrody.
Potencjał elektrodowy E

oblicza się ze wzoru Nernsta.

≈

[RT/zF* ln c

]

Gdzie:
R[J/K*mol]- stała gazowa,
T[K]- temperatura bezwzględna,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z – ilość elektronów ulegająca wymianie w procesie elektrodowym,
c

- stężenie molowe jonów,

F [C/mol]- stała Faraday’a = 96485.

Drugi składnik sumy należy poprzedzić znakiem plus przy obliczaniu półogniwa

odwracalnego względem kationu lub znakiem minus przy obliczaniu półogniwa odwracalnego
względem anionu.
Polaryzacja elektrod.

To nieodwracalne procesy zachodzące na elektrodach, które hamują przepływ prądu

i powodują zmianę potencjału elektrody – różnica potencjałów maleje, maleje natężenie prądu.

Polaryzacja stężeniowa - w wyniku reakcji na elektrodach stężenie jonów przy elektrodzie

jest inne niż w elektrolicie. O szybkości procesów elektrodowych decyduje dyfuzja. Dzieje się
tak z powodu powolnej dyfuzji jonów, zależy od ruchu cieczy i stężenia jonów w roztworze.
Niepożądanym zjawiskiem jest fakt, że ruch cieczy zwiększa szybkość dyfuzji.

Polaryzacja jako skutek nadnapięcia:

−

nadnapięcie to różnica między potencjałem elektrody, a teoretyczną wartością jej
potencjału,

−

jeśli nadnapięcie η<0 to elektroda jest spolaryzowana katodowo, przyspieszone są procesy
katodowe,

−

jeśli nadnapięcie η>0 to elektroda jest spolaryzowana anodowo.

Ogniwa i akumulatory.

Przepływ prądu elektrycznego przez granicę faz dwóch substancji może wywołać

przemiany chemiczne. Są to procesy tzw. elektrolizy. Reakcje chemiczne przebiegające
w odpowiednio zestawionych układach powodują przepływ prądu elektrycznego (ogniwa).
Obie grupy zjawisk są ze sobą związane i zawierają się w dziale badań elektrochemia.

Prawie każdy układ złożony z dwóch płyt metali zanurzonych w elektrolicie stanowi

źródło prądu i nosi nazwę ogniwa galwanicznego. Ogniwa galwaniczne, w których prąd jest
wytwarzany na drodze przemiany chemicznej noszą nazwę ogniw chemicznych. Ogniwa
galwaniczne, w których nie występują przemiany chemiczne lecz jedynie zmiany stężeń
elektrolitów noszą nazwę ogniw stężeniowych. Jedna z płyt ogniwa – katoda – to biegun
dodatni, druga – anoda – to biegun ujemny.
Na anodzie ogniwa zachodzi utlenianie a na katodzie redukcja.
Fazy metaliczne ogniw graniczące z elektrolitem noszą nazwę półogniw lub elektrod.

W praktyce określenie półogniwo oznacza układ, w którym zachodzi pół reakcji czyli

proces opisany jonowo – elektronowym równaniem połówkowym.
Akumulatory.

Urządzenia do magazynowania określonego rodzaju energii np. elektrycznej czy

mechanicznej. Akumulator gromadzi energię w trakcie pracy przetwornicy energii i oddaje ją
odbiornikom podczas przerwy w pracy przetwornicy. Fazę pracy polegającą na gromadzeniu
energii nazywa się ładowaniem, a fazę pracy polegającą na oddawaniu nagromadzonej energii
nazywa się rozładowywaniem.
W zależności od rodzaju magazynowej energii rozróżnia się:

−

akumulatory elektryczne,

−

cieplne,

−

bezwładnościowe,

−

hydrauliczne,

−

pneumatyczne.

Najczęściej stosuje się akumulatory elektryczne.

Akumulator elektryczny to odwrócone ogniwo galwaniczne. Energia elektryczna

doprowadzona z zewnętrznego źródła prądu stałego przemienia się w energię chemiczną

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zmagazynowana w akumulatorze. Można ją ponownie przemienić w energię elektryczną
podczas wyładowania.
Zjawisko elektroforezy.

Jest to zjawisko elektrokinetyczne polegające na ruchu naładowanych cząstek fazy

rozproszonej w ośrodku rozpraszającym pod wpływem pola elektrycznego. Cząstki mające na
swojej powierzchni ładunek dodatni przemieszczają się w kierunku elektrody ujemnej.
Zjawisko to nazywamy kataforezą.
Cząstki o ładunku ujemnym przemieszczają się zawsze w kierunku elektrody dodatniej.
Zjawisko to nazywa się anaforezą.
Zjawisko elektroforezy znalazło praktyczne zastosowanie do:

−

rozdzielania mieszanin białek,

−

oczyszczania i koagulacji lateksu,

−

pokrywania metali farbami, żywicą lub gumą,

−

elektrostatycznego odpylania dymów w elektrofiltrach.

4.16.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Kiedy reakcję chemiczna zalicza się do procesów redoks?
2. Jakie elektrolity nazywane są mocnymi?
3. Jakie elektrolity nazywane są słabymi?
4. Na jakiej podstawie ułożony jest szereg napięciowy metali?
5. Na czym polega zasada działania akumulatora?
6. Jaki proces zachodzi na anodzie ogniwa a jaki na katodzie?
7. Na czym polega zjawisko nadnapięcia?
8. Na czym polega zjawisko kataforezy?

4.16.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz SEM ogniwa Cu Cu

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przygotować szereg napięciowy metali,
3) zastosować wzór do obliczania SEM,
4) zapisać i zaprezentować wyniki swojej pracy,
5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Oznacz biegun dodatni i ujemny nie oznakowanej baterii do ładowania latarki. Oznaczenie

wykonaj

badając

proces

elektrolizy

wodnym

roztworze

soli

kuchennej

z niewielką zawartością fenoloftaleiny.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy,
2) przygotować płaską baterię do latarki i usunąć z niej oznakowania biegunów,
3) przygotować wodny 15% roztwór soli kuchennej,
4) przygotować płaskie naczynie,
5) przygotować fenoloftaleinę,
6) przelać roztwór do naczynia,
7) dodać do roztworu fenoloftaleinę,
8) zanurzyć odgięte blaszki baterii,
9) obserwować proces elektrolizy (przy biegunie ujemnym roztwór zabarwi się na

malinowo),

10) zapisać i zaprezentować wyniki swojej pracy,
11) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Sprawdź przewodnictwo cieczy na podstawie wody destylowanej, 0,2 molowego

roztworu kwasu solnego i 0,2 molowego kwasu octowego.

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy,
2) zbudować obwód elektryczny z płaskiej baterii, żarówki z oprawką do latarki oraz dwóch

elektrod węglowych,

3) przygotować 3 małe zlewki,
4) przygotować wodę destylowaną, 0,2 molowy roztwór kwasu solnego i 0,2 molowy

roztwór kwasu octowego,

5) zbadać przewodnictwo poszczególnych cieczy stosując obwód elektryczny,
6) zapisać i zaprezentować wyniki swojej pracy,
7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy, długopis,

−

obwód elektryczny złożony z dwóch elektrod węglowych, baterii i żarówki,

−

trzy zlewki,

−

woda destylowana, 0,2 molowy roztwór kwasu solnego i 0,2 molowy roztwór kwasu
octowego,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 4

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wskaż utleniacz i reduktor a następnie dobierz współczynniki do poniższej reakcji redoks:

Ag + HNO

AgNO

+ NO

+ H

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy,
2) odnaleźć reduktor i utleniacz w równaniu reakcji,
3) zapisać równania połówkowe,
4) na ich podstawie dobrać współczynniki reakcji,
5) zapisać w zeszycie równania połówkowe i pełne równanie z dobranymi współczynnikami,
6) zaprezentować wyniki swojej pracy,
7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy i długopis,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.16.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczeń?

2) zdefiniować szereg napięciowy metali?

3) wytłumaczyć istotę reakcji redoks?

4) wytłumaczyć istotę przewodnictwa cieczy?

5) zdefiniować pojęcie ogniwa i akumulatora?

6) przeprowadzić i opisać proces elektrolizy?

7) zdefiniować pojęcie nadnapięcia?

8) zapisać i uzasadnić wyniki pomiarów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem pytań testowych.
4. Test zawiera 25 pytań dotyczących posługiwania się podstawowymi pojęciami

fizykochemicznymi. Pytania: 1, 2, 3, 4, 5, 6 ,7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, są to pytania
wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa; pytania: 15, 16, 17 i 19
to pytania obliczeniowe. Pytania 18, 20, 21, 22, 23, 24 i 25 to pytania, w których należy
udzielić krótkiej odpowiedzi.

5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi:

−

w pytaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź znakiem
X (w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową),

−

w pytaniu z krótką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole,

−

w zadaniach do obliczenia wykonaj obliczenia i podaj wynik.

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. Trudności mogą przysporzyć Ci
pytania: 15 - 20, gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe.

8. Na rozwiązanie testu masz 90 min.

Powodzenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Ćwiczenia doświadczalne należy wykonywać:

a) według własnego uznania,

b) pomijając zasady bhp,

c) pomijając zasady przeciwpożarowe,

d) zawsze zgodnie z instrukcją.

2. Płomień palnika regulujemy:

a) regulując knot przy wyłączonym palniku,

b) regulując knot przy włączonym palniku,

c) w dowolny sposób,

d) nie regulujemy.

3. Kwas rozcieńczamy:

a) dolewając do niego wody,
b) dolewając kwas do wody,
c) dowolnie, ale mieszając w jedną stronę,
d) dowolnie, mieszając wg uznania.

4. Wg mechaniki kwantowej cząstki mają naturę:

a) cząstkową,
b) ciekłą,
c) stałą,
d) korpuskularno – falową.

5. Mol definiujemy jako:

a) mol jest to 12 gram substancji,
b) mol to 100 mg substancji,
c) mol to taka ilość substancji, która zawiera tyle atomów, jonów, cząstek materialnych ile

atomów zawartych jest w 12 gramach węgla,

d) mol jest to 120 gram substancji.

6. Roztwór nasycony występuje wtedy, gdy:

a) rozpuszczona jest ilość substancji równa jej rozpuszczalności,
b) rozpuszczona jest ilość substancji równa jej rozpuszczalności w danej temperaturze,
c) rozpuszczona jest ilość substancji równa jej rozpuszczalności w danej temperaturze

i danym rozpuszczalniku,

d) rozpuszczona jest ilość substancji nierówna jej rozpuszczalności.

7. Według prawa zachowania masy:

a) w każdej przemianie chemicznej masa substancji biorących udział w reakcji chemicznej

nie ulega zmianie, czyli jest równa masie produktów powstałych w wyniku reakcji,

b) w każdej przemianie chemicznej masa substancji biorących udział w reakcji chemicznej

ulega zmianie,

c) w każdej przemianie chemicznej masa substancji biorących udział w reakcji chemicznej

może nieznacznie ulec zmianie,

d) w każdej przemianie chemicznej masa substancji biorących udział w reakcji chemicznej

ulega zmniejszeniu.

8. Układ dyspersyjny, w którym faza rozproszona to ciecz i faza rozpraszająca ciecz to:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

a) zawiesina,

b) mikstura,
c) nie ma takiego układu,
d) emulsja.

9. Katoda w ogniwie to:

a) biegun dodatni,

b) biegun ujemny,
c) anoda ogniwa,
d) nie występuje.

10. Stała Faradaya ma wartość

a) 96485 C/mol
b) 95600 C/mol,
c) 98500 C/mol,
d) 99900 C/mol.

11. Zaznacz błędną odpowiedź. Zjawisko elektroforezy może być wykorzystywane do:

a) oczyszczania i koagulacji lateksu,

b) pokrywania metali farbami, żywicą,

c) zmiany koloru roztworu,
d) pokrywania metali gumą.

12. Akumulator jest urządzeniem wykorzystywanym do:

a) wytwarzania energii,
b) wymiany energii,
c) przemiany energii,
d) magazynowania energii.

13. Które z poniższych twierdzeń jest nieprawdziwe:

a) w przyrodzie występują trzy stany skupienia materii,
b) stany skupienia to gaz, ciecz i ciało stałe,
c) stany skupienia nie są zależne od warunków otoczenia,
d) stany skupienia są zależne od warunków otoczenia.

14. Zaznacz prawidłową odpowiedź. Typowe przykłady ciał bezpostaciowych to:

a) kryształ cukru,
b) szkło,
c) diament,
d) węgiel.

15. Uzupełnij współczynniki stechiometryczne poniższego równania:

AlCl

+ HNO

Al(NO

)

HCl

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16. Oblicz stężenia procentowe roztworu uzyskanego poprzez rozpuszczenie 30 gram soli

w 70 gramach wody:
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
....................

17. Uzupełnij współczynniki reakcji redoks:

NO+ H

18. Wymień znane ci typy akumulatorów zależnie od rodzaju energii gromadzonej:

..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
....................

19. Oblicz SEM ogniwa złożonego z:

Zn/ Znl

[V]= -0,76 i Fel/ Fel

[V]= -0,44

20. Wymień znane ci typy reakcji chemicznych i podaj po jednym przykładzie:

reakcje

....................................

przykład ....................................
reakcje

....................................

przykład ....................................
reakcje

....................................

przykład ....................................

21. Jak nazywa się związek przyspieszający reakcję?

..........................................................

22. Jak nazywa się związek opóźniający reakcję?

..........................................................

23. Jak nazywa się proces przyspieszania reakcji?

..........................................................

24. Jak nazywa się procesy opisane poniżej?

To nieodwracalne procesy zachodzące na elektrodach, które hamują przepływ prądu
i powodują zmianę potencjału elektrody – różnica potencjałów maleje, maleje natężenie
prądu.
...........................................................

25. Jak nazywa się jony dodatnie?

..........................................................

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko..........................................................................................

Posługiwanie się podstawowymi pojęciami fizykochemicznymi.

Zakreśl poprawną odpowiedź, wpisz brakujące wyrazy

zadania

Odpowiedź

Punkty

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19.

20.

...........................................................................................
...........................................................................................
...........................................................................................
...........................................................................................
...........................................................................................
...........................................................................................
...........................................................................................
.....................

21.

.......................................................................

22.

.......................................................................

23.

.......................................................................

24.

.......................................................................

25.

.......................................................................

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

1. Calus H.: Podstawy obliczeń chemicznych WNT, Warszawa 1978
2. Kabzińska K.: Chemia organiczna dla techników, WSiP, Warszawa 1990
3. Karpiński W.: Chemia fizyczna dla techników, WSiP, Warszawa 1998
4. Orzelowski S. (red), Praca zbiorowa. Powłoki malarsko lakiernicze. Poradnik. WNT,

Warszawa 1983

5. Pokrasen A. (red), Praca zbiorowa. Pokrycia ochronne i dekoracyjne. Poradnik. WNT,

Warszawa 1983

6. Wiłkomirski B., Chemia ogólna i nieorganiczna. Chemia organiczna, MAD Edukacja S.A.,

Kielce 2004

7. http://www.mlyniec.gda.pl/~chemia/tablice.htm
8. http://zdch.amu.edu.pl/pracownia/bhp.html

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
lakiernik 714[03] l1 02 n
lakiernik 714[03] l1 02 n
lakiernik 714[03] l1 04 n
lakiernik 714[03] l2 02 u
lakiernik 714[03] l1 04 u
lakiernik 714[03] l1 06 u
lakiernik 714[03] l1 01 u
lakiernik 714[03] z1 02 n
lakiernik 714[03] l2 02 n
lakiernik 714[03] l1 01 n
lakiernik 714[03] l1 03 u
lakiernik 714[03] l1 06 n
lakiernik 714[03] l1 03 n
lakiernik 714[03] l1 04 n

więcej podobnych podstron