POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

Wydział Chemiczny

CHEMIA OGÓLNA

WYKŁAD

Prof. Dr hab. inż. Danuta Michalska - Fąk

(pok. 204, A-3)

Konsultacje: Wtorek, godz. 11:15 – 13:00

Środa, godz. 11:15 – 13:00

ZALECANE PODRĘCZNIKI

Literatura podstawowa:

1. M.J. Sienko, R.A. Plane, Chemia - podstawy i zastosowania, WNT, W-wa, 2002

2. I. Barycka, K. Skudlarski, Podstawy Chemii, Wyd. P.Wr., Wrocław, 2001

3. P. Mastalerz, Elementarna Chemia Nieorganiczna, Wydaw. Chem. 1997

4. L. Jones, P. Atkins., Chemia ogólna, PWN, 2004

5. A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, PWN, Warszawa, 2003

Literatura uzupełniająca:

1. J. E. Brady, J. R. Holum, Fundamentals of chemistry, Wiley & Sons, N.Y. 2002

2. Praca zbiorowa, Obliczenia w chemii nieorganicznej, Wyd. PWr., 2002

3. System elektronicznych korepetycji (e – learning)

Uzyskanie pozytywnej oceny z egzaminu końcowego

WARUNKI ZALICZENIA

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

PODSTAWOWE

POJĘCIA

CHEMII

Przedmiot chemii: zjawiska chemiczne i fizyczne, substancje proste i
złożone, pierwiastki i związki chemiczne, mieszaniny fizyczne.
Główne działy chemii: analityczna, fizyczna, nieorganiczna,
organiczna. Atom jako najmniejsza, chemicznie niepodzielna część
pierwiastka: podstawowe składniki – jądro (protony i neutrony),
elektrony. Względna masa atomowa. Nuklid, liczba atomowa i
masowa, symbol nuklidu. Izotopy – średnia masa atomowa.
Cząsteczka jako najmniejsza część związku chemicznego: masa
cząsteczkowa, prawo stałości składu. Mol jako jednostka liczności,
liczba Avogadra – przykłady ilustrujące jej wielkość. Masa molowa.
Symbole i wzory chemiczne. Symbole pierwiastków: pochodzenie,
zasady pisowni. Wzory związków chemicznych: empiryczne,
cząsteczkowe i strukturalne. Wzory jonów. Modele cząsteczek.

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

Przedmiot chemii

CHEMIA zajmuje się badaniem

BUDOWY

,

WŁAŚCIWOŚCI

I

PRZEMIAN MATERII

Budowa materii:

− ustalenie składu jakościowego (jakie pierwiastki)

− ustalenie składu ilościowego (proporcje pomiędzy ilościami pierwiastków)

− ustalenie połączeń pomiędzy atomami

− ustalenie przestrzennego rozkładu atomów

− budowa atomu

Właściwości:

− chemiczne – zdolność substancji do przekształcania się w inną substancję

− fizyczne – obserwowane, mierzone bez zmiany tożsamości substancji

Przemiany materii:

− chemiczne – połączone ze zmianą składu i właściwości materii

− fizyczne – zachowanie składu materii

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

Obiekt chemii

SUBSTANCJE

CZYSTE

MIESZANINY

PROSTE

ZŁOŻONE

JEDNORODNE

homogeniczne

NIEJEDNORODNE

heterogeniczne

PIERWIASTKI

ZWIĄZKI

CHEMICZNE

ROZTWORY

- przemieszani

e
sięga aż do
pojedynczych
cząstek

ODRĘBNE FAZY

FAZA to jednorodna
część układu
ograniczona
powierzchnią
graniczną

- Stały skład,
- Ściśle określone
właściwości

- Zmienny skład,
- Właściwości
zależne od składu

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

PIERWIASTEK

–

Substancja nie dająca się rozłożyć metodami

chemicznymi.

ATOM

– Najmniejsza, chemicznie niepodzielna część pierwiastka

7. Liczba protonów (a tym samym liczba elektronów)

decyduje o przynależności atomu do danego
pierwiastka.

PIERWIASTEK

–

Substancja złożona z atomów

o jednakowej liczbie

protonów.

+ +

+

1. Atomy są zbudowane z cząstek subatomowych:

elektronów,

protonów

i

neutronów

2.

Protony

i

neutrony

tworzą jądro atomu.

Prawie cała masa atomu skupiona jest w
jądrze.

3. Elektrony tworzą w przestrzeni chmurę otaczającą jądro.

Elektrony mają ujemny ładunek elektryczny.

4. Ładunek elektronu jest nazywany ładunkiem elementarnym

1e = 1,602·10

-19

C.

5.

Protony

mają dodatni ładunek elektryczny, równy co do

wartości ładunkowi elektronu.

Neutrony

są elektrycznie obojętne.

6. W atomie, liczba elektronów jest równa liczbie

protonów

co powoduje, że atom jest elektrycznie obojętny.

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

Atomy tego samego pierwiastka mogą różnić się liczbą

neutronów

.

ATOMY WODORU

Prot

Deuter

Tryt

NUKLID – Zbiór atomów o jednakowym składzie jąder
(te same liczby

protonów

i

neutronów

)

Nuklid opisuje się
ogólnie:

Z

A

X

X – symbol pierwiastka
Z – liczba atomowa jest równa liczbie

protonów

w

jądrze i decyduje o symbolu pierwiastka (X).

A – liczba masowa jest równa sumie

protonów

 

i

neutronów

(czyli liczbie nukleonów) w

jądrze.

Liczba neutronów (N) w jądrze atomu wynosi N

= A - Z

Przykłady nuklidów:

Cs

,

Co

,

H

137

55

60

27

1

1

1

H,

60

Co,

137

Cs,

H-1, Co-60, Cs-
137

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

Większość naturalnych pierwiastków składa się z wielu nuklidów,
zwanych wtedy izotopami

IZOTOPY to zbiory atomów tego samego pierwiastka (taka
sama liczba

protonów

) różniące się liczbą

neutronów

w

jądrze.

Np. 3 nuklidy to 3 izotopy
wodoru.

H

,

H

,

H

3

1

2

1

1
1

•PIERWIASTEK

–

Substancja złożona z atomów o tej samej liczbie

atomowej Z (czyli o tej samej liczbie

protonów

i elektronów).

•Atomy danego pierwiastka mogą różnić się liczbą

neutronów

(IZOTOPY).

•Liczba Z decyduje o właściwościach chemicznych pierwiastka,

ponieważ decyduje o liczbie elektronów.

PODSUMOWANIE:

0, 1 lub 2

neutrony

w jądrze.

Te izotopy wodoru posiadają odpowiednio:

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

WZGLĘDNA MASA ATOMOWA

Masy atomów i innych cząstek podaje się w umownych jednostkach [u],
zdefiniowanych jako:1 u = 1/12 część masy nuklidu węgla

12

C

Względna masa atomowa jest to liczba wskazująca ile razy masa
danego atomu
jest większa od 1/12 masy atomu węgla

12

C. Jest to wielkość

bezwymiarowa.

Przykład:

Masa atomu (lub masa nuklidu, izotopu)

12

C wynosi 12,000000

Masa atomu (lub masa nuklidu, izotopu)

13

C wynosi 13,003355

Względna masa atomowa pierwiastka (mieszaniny izotopów)

jest średnią ważoną z mas izotopów tego pierwiastka.

Naturalny węgiel zawiera 98,89 % izotopu

12

C i 1,11%

izotopu

13

C

(pominięto niewielkie ilości innych izotopów)

Względna masa atomowa węgla jest średnią ważoną:

(12,000000  98,89 + 13,003355  1,11)/100 =

12,011

Przykład:

Ze składu procentowego wynika, że w 10000 atomów
węgla jest około 9889 atomów izotopu

12

C i 111 atomów

izotopu

13

C.

Na tej podstawie średnią masę atomową można obliczyć
jako:
(9889  12,000000 + 111  13,003355)/10000 = 12,011

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

NAZWY I SYMBOLE PIERWIASTKÓW

Każdy pierwiastek ma nazwę i własny symbol chemiczny.

Nazwy pierwiastków zostały przyjęte zwyczajowo lub nadane przez
odkrywców. Nazwy niekiedy związane są z właściwościami pierwiastków.

Chlor

grec. chloros – żółtozielony

Jod

grec. ioedes – fioletowy

Wodór grec. hydro genes – tworzący wodę
Chrom grec. chroma – barwa
Bar

grec. barys – ciężki

Fosfor grec. fos foros – niosący światło
Miedź łac. cuprum – z Cypru
Sód

– składnik sody

Lutet

łac. Lutetia – Paryż

Polon

– Polska

Kiur

– Maria Curie (Skłodowska)

Cztery pierwiastki: Itr, Iterb, Terb, Erb – do szwedzkiego miasta Ytterby

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

NAZWY I SYMBOLE PIERWIASTKÓW

SYMBOL PIERWIASTKA

–

jedna lub dwie litery,

(wyjątkowo trzy)

z których pierwsza jest zawsze

DUŻA

a druga -

mała

Obecny system symboli
chemicznych zaproponował w 1811
r. chemik szwedzki Jons Jakob
Berzelius

według

zasady,

że

symbolem

pierwiastka

będzie

początkowa litera łacińskiej nazwy
pierwiastka. Jeśli kilka pierwiastków
miało te same litery początkowe,
symbol uzupełniało się drugą literą.

Jons Jakob Berzelius

(1779 - 1848)

Wodór

H

łac.

H

ydrogenium

Hel

He

łac.

He

lium

Węgiel

C

łac.

C

arboneum

Miedź

Cu

łac.

Cu

prum

Fosfor

P

łac.

P

hosphorus

Potas

K

łac.

K

alium – pol. potaż

Tlen

O

łac.

O

xygenium – pol. tlić

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

NAZWY I SYMBOLE PIERWIASTKÓW

Symbole niektórych pierwiastków nie mają
bezpośredniego związku z ich nazwami w języku
polskim !

SYMBOL PIERWIASTKA

–

jedna lub dwie litery,

(wyjątkowo trzy)

z których pierwsza jest zawsze

DUŻA

a druga -

mała

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

Symbole i względne masy atomowe
pierwiastków.

(z notatek J. Daltona)

Dawne symbole pierwiastków

John Dalton (1766 – 1844)

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

ZWIĄZEK CHEMICZNY - Substancja złożona z co najmniej dwóch

różnych pierwiastków, występujących w
określonym, charakterystycznym stosunku
ilościowym.

PRAWO STAŁOŚCI SKŁADU: Każdy związek chemiczny ma stały i

niezmienny skład jakościowy i ilościowy

Joseph Louis Proust

(1754 – 1826)

lub:
Prawo stosunków stałych
Stosunek mas pierwiastków tworzących związek jest
zawsze jednakowy i nie zależy od pochodzenia lub
metody otrzymywania danego związku.

Przykład: Z pomiarów wynika, że masa tlenu

zawartego w wodzie stanowi zawsze
8/9 masy wody, a masa wodoru -
1/9.

Powyższe prawo ma uzasadnienie w jednakowej

budowie

cząsteczek

tworzących związek.

ZWIĄZKI CHEMICZNE

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

Związek chemiczny składa się z jednego rodzaju

cząsteczek

,

w których atomy pierwiastków połączone są w
jednakowy,
ściśle określony sposób.

MASA CZĄSTECZKOWA – masa jednej cząsteczki wyrażona w jednostkach [u]

Przykład: Cząsteczka wody zbudowana jest z
1 atomu tlenu i 2 atomów wodoru. Masa
cząsteczki wody wynosi:

16 + 2 · 1 = 18

(w

jednostkach [u])

Atom

wodor

u

Atom
tlenu

Atom

wodor

u

Uzasadnienie PRAWA STAŁOŚCI SKŁADU

(Stosunków Stałych)

- stosunek mas poszczególnego rodzaju

atomów do masy cząsteczki wody

m

wodoru

/ m

wody

= 2 · 1 / 18 =1/9

m

tlenu

/ m

wody

= 16 / 18 = 8/9

- dla dowolnej ilości wody zawierającej

n

cząsteczek:

m

wodoru

/ m

wody

= (2·1)·

n

/ 18·

n

=1/9

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

Wzór EMPIRYCZNY – podaje tylko skład związku czyli rodzaj

pierwiastków i najprostsze proporcje pomiędzy
ich ilościami

WZORY ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH (CZĄSTECZEK)

H

2

O – na 1 atom tlenu przypadają 2 atomu wodoru

NO

2

– na 1 atom azotu przypadają 2 atomy tlenu

Wzór CZĄSTECZKOWY – podaje symbole i liczby atomów

tworzących cząsteczkę

Wzór STRUKTURALNY – podaje symbole, liczby

i połączenia atomów w cząsteczce

NO

2

N

2

O

4

C

2

H

5

OH

C C O H

H

H

H

H

H

Wzór strukturalny nie oddaje
przestrzennego ułożenia
atomów w cząsteczce – do
tego służą modele
cząsteczek

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

Model CZASZOWY – atomy jako przenikające się częściowo kule

MODELE CZĄSTECZEK

Model KULKOWO-PRĘTOWY – atomy jako kule, wiązania jako pręty

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

Model RURKOWY – atomy i wiązania jako rurki

MODELE CZĄSTECZEK

Model DRUCIKOWY – atomy i wiązania jako cienkie, kolorowe linie (druty)

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

JON – cząstka posiadająca ładunek elektryczny

WZORY JONÓW I ZWIĄZKÓW JONOWYCH

Kation – jon dodatni, np: K

+

, Ca

2+

, Al

3+

, Ti

4+

, NH

4

+

, UO

2

2+

Anion – jon ujemny, np: Cl

–

, S

2–

, NO

3

–

, SO

4

2–

, PO

4

3–

Ładunek jonu jest równy całkowitej wielokrotności ładunku elektronu

Jony powstają przez przyłączenie lub oderwanie elektronów
od obojętnych cząstek

stąd:

ZWIĄZEK JONOWY – substancja zbudowana z kationów i

anionów w takich proporcjach, że ich ładunki się
całkowicie kompensują.

Ca

3

(PO

4

)

2

Przykład: Fosforan wapnia

Wzór strukturalny

PO

4

3–

P

O

O

O

O

3–

Przykład: Chlorek sodu

Wzór stechiometryczny: NaCl

Ta liczba ma nazwę MOL – jednostka

liczności

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

LICZNOŚĆ MATERII - MOL

Nazwy innych liczb:

12 – tuzin

15 – mendel

60 – kopa

144 – gros

1 u = 1/12 część masy nuklidu węgla

12

C ≈ 1,66054·10

-24

g

Ile razy 1 gram jest większy od 1 u ?
1g / 1,66054·10

-24

g = 6,023 ·10

23

(liczba Avogadra)

Wartość MOLA (liczby Avogadra) jest znana tylko w przybliżeniu.
Jej dokładną, chociaż nieznaną wartość podaje definicja:

MOL jest to liczba cząstek równa liczbie atomów

zawartych w dokładnie 12 g nuklidu
węgla

12

C.

MASA MOLOWA

M

(g/mol) - masa 1 mola

substancji

Związek pomiędzy MASĄ MOLOWĄ a MASĄ CZĄSTECZKOWĄ

(ATOMOWĄ)

TA SAMA LICZBA !

Masa atomowa

12

C wynosi

12

u , a masa molowa równa się

12

g

Wykład 1 - PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

Jak duża jest liczba MOL = 6,023 ·10

23

?

Przykład 1 – Mol dowolnego gazu zajmuje w

warunkach normalnych objętość

22,4

dm

3

.

Przykład 2 – Czy 1 molem podręczników chemii można pokryć Ziemię?

║

║

1 000 000 000

Odp: Około 200 000 lat !

16 cm

24 cm

2 cm

W szklance jest około 0,01 mola gazu.

Jak długo potrwa opróżnianie szklanki z
prędkością

1 000 000 000

cząsteczek na sekundę?

Odp:
około 40 mln warstw
– 850 km !