CHEMIA OGÓLNA

CHEMIA OGÓLNA

prof. dr hab. MARIA MIKOS - BIELAK

prof. dr hab. MARIA MIKOS - BIELAK

POSTULATY TEORII

POSTULATY TEORII

RUTHERFORDA

RUTHERFORDA

I.

I.

W skład atomu wchodzą ładunki elektryczne:

W skład atomu wchodzą ładunki elektryczne:

dodatnie – protony, obojętne – neutrony i ujemne

dodatnie – protony, obojętne – neutrony i ujemne

– elektrony

– elektrony

II.

II.

Elektrony mają znikomo małą masę 1/1837 masy

Elektrony mają znikomo małą masę 1/1837 masy

protonu

protonu

III.

III.

Protony i neutrony znajdują się w jądrze, którego

Protony i neutrony znajdują się w jądrze, którego

średnica 10

średnica 10

-13

-13

cm, tu też skupiona jest cała masa

cm, tu też skupiona jest cała masa

IV.

IV.

Ilość ładunków dodatnich jest charakterystyczna

Ilość ładunków dodatnich jest charakterystyczna

dla każdego pierwiastka i decyduje o jego

dla każdego pierwiastka i decyduje o jego

położeniu w układzie okresowym. Liczbę

położeniu w układzie okresowym. Liczbę

protonów określa liczba porządkowa pierwiastka

protonów określa liczba porządkowa pierwiastka

w układzie okresowym

w układzie okresowym

PLANETARNY MODEL BUDOWY

PLANETARNY MODEL BUDOWY

ATOMU WG. BOHRA

ATOMU WG. BOHRA

1.

1.

Elektrony krążą po orbitach znajdujących się w ściśle

Elektrony krążą po orbitach znajdujących się w ściśle

określonej odległości od jądra

określonej odległości od jądra

2.

2.

Energia własna elektronu zależy od promienia orbity

Energia własna elektronu zależy od promienia orbity

– im większy promień tym wyższa energia elektronów

– im większy promień tym wyższa energia elektronów

3.

3.

Elektrony krążące po torach stacjonarnych nie

Elektrony krążące po torach stacjonarnych nie

emitują i nie pochłaniają energii

emitują i nie pochłaniają energii

4.

4.

Pochłonięta z zewnątrz energia przesuwa elektron na

Pochłonięta z zewnątrz energia przesuwa elektron na

orbitę dalszą od jądra a atom pierwiastka przechodzi

orbitę dalszą od jądra a atom pierwiastka przechodzi

w stan wzbudzony

w stan wzbudzony

5.

5.

Pochłonięcie przez elektron dużej ilości energii

Pochłonięcie przez elektron dużej ilości energii

powoduje jego wybicie poza obręb oddziaływania

powoduje jego wybicie poza obręb oddziaływania

jądra – powstaje kation

jądra – powstaje kation

TRWAŁOŚĆ JĄDRA

TRWAŁOŚĆ JĄDRA

I.

I.

DEFEKT MASY

DEFEKT MASY

.

,

rzecz

e

n

p

M

M

M









Dla Helu
Δ M

He

= [2 ∙ 1,0078 + 2 ∙1,0086] – 4,0015 = 0,0314 D

Dla Fluoru

9

F M

rzecz.

= 18,9984

Δ M

F

= [ 9 ∙ 1,0078 + 9 ∙1,0086 + 9 ∙ 1/1840 D] –

18,9984
Δ M

F

= 0,1596 D

Po przeliczeniu na energię

Po przeliczeniu na energię

ΔM

ΔM

He

He

= 0,0314 ∙ 931,5 MeV = 29,25 MeV

= 0,0314 ∙ 931,5 MeV = 29,25 MeV

ΔM

ΔM

F

F

= 0,1596 ∙ 931,5 MeV = 148,7 MeV

= 0,1596 ∙ 931,5 MeV = 148,7 MeV

II. EFEKT UPAKOWANIA JĄDRA

f = ΔM / A

określa wielkość defektu masy na jeden nukleon

REGUŁY TRWAŁOŚCI JĄDRA

REGUŁY TRWAŁOŚCI JĄDRA

HARKINSA

HARKINSA

1.

1.

Żadne zwykłe jądro z wyjątkiem wodoru nie zawiera

Żadne zwykłe jądro z wyjątkiem wodoru nie zawiera

mniej „n” niż „p” , stosunek n/p nie przekracza 1,6

mniej „n” niż „p” , stosunek n/p nie przekracza 1,6

2.

2.

Pierwiastki o parzystych liczbach atomowych są

Pierwiastki o parzystych liczbach atomowych są

trwalsze, mają więcej izotopów i występują częściej

trwalsze, mają więcej izotopów i występują częściej

3.

3.

Pierwiastki o parzystej liczbie „n” są trwalsze od

Pierwiastki o parzystej liczbie „n” są trwalsze od

pierwiastków z nieparzystą liczbą „n”

pierwiastków z nieparzystą liczbą „n”

4.

4.

Bardzo stabilne są jądra w których liczba protonów

Bardzo stabilne są jądra w których liczba protonów

lub neutronów osiąga wartość liczb magicznych : 2,

lub neutronów osiąga wartość liczb magicznych : 2,

8, 20, 28, 50, 82, 126

8, 20, 28, 50, 82, 126

5.

5.

Odkryto: 267 trwałych jąder i ~1200 naturalnych

Odkryto: 267 trwałych jąder i ~1200 naturalnych

lub sztucznych jąder nietrwałych

lub sztucznych jąder nietrwałych

Największe efekty upakowania mają pierwiastki od 30

Największe efekty upakowania mają pierwiastki od 30

do 63

do 63

III. Najtrwalsze jądra mają stosunek:

1,0 < n/p < 1,2 TRWAŁE

1,2 < n/p < 1,4 NIETRWAŁE

1,4 < n/p < 1,6 PROMIENIOTWÓRCZE

NIETRWAŁOŚĆ JĄDRA

NIETRWAŁOŚĆ JĄDRA

I. n>p

I. n>p

no

antyneutri

p

n















1

1

1

0









S

P

32

16

32

15

Masa nie ulega zmianie

II. n<p

II. n<p

a)

a)

b)

b)

n

p

1

0

1

1









emisja
pozytonu









B

C

11

5

11

6

wychwyt elektronów z

powłoki K

n

e

p

1

0

1

1





Li

e

Be

7

3

7

4





POZAJĄDROWA

POZAJĄDROWA

BUDOWA

BUDOWA

ATOMU

ATOMU

Powłoki elektronowe zajmują przestrzeń 10

Powłoki elektronowe zajmują przestrzeń 10

5

5

razy większą

razy większą

od jądra. Ich średnica wynosi 10

od jądra. Ich średnica wynosi 10

-8

-8

cm.

cm.

LICZBY KWANTOWE

LICZBY KWANTOWE

I.

I.

Główna „n”

Główna „n”

– określa poziom energetyczny .

– określa poziom energetyczny .

Przyjmuje wartości liczb całkowitych:

Przyjmuje wartości liczb całkowitych:

1 < n ≤ 7

1 < n ≤ 7

w układzie okresowym równa jest numerowi okresu.

w układzie okresowym równa jest numerowi okresu.

II.

II.

Poboczna liczba kwantowa „l” – określa podpoziom i

rodzaj orbitalu. Przyjmuje wartości:

0 ≤ l ≤ n – 1

podpoziomy

podpoziomy

s

s

l = 0

l = 0

orbitale

orbitale

s – kulisty

s – kulisty

p

p

l = 1

l = 1

p – hantla

p – hantla

d

d

l = 2

l = 2

d – podwójna

d – podwójna

hantla

hantla

f

f

l = 3

l = 3

f – potrójna hantla

f – potrójna hantla

dalsze nieokreślone

III.

III.

Magnetyczna liczba kwantowa „m” – określa zmianę
stanu energetycznego elektronu spowodowanego
skręceniem płaszczyzny orbitalu elektronowego pod
wpływem pola magnetycznego.

n =

1

l = 0

(s)

m = 0 (1

orbital s)

n =

2

l = 0

(s)

l = 1

(p)

m = 0 (1

orbital s)

m = -1
m = 0 (3

orbitale p)

m = +1

n =

3

l = 0

(s)

l = 1

(p)

l = 2

(d)

m = 0 (1

orbital s)

m = -1
m = 0 (3

orbitale p)

m = +1
m = - 2

m = - 1
m = 0 (5

orbitali d)

m = 1

m = 2

IV.

IV.

Liczba kwantowa spinu – określa kierunek
obrotu

e

wokół własnej osi, przyjmuje wartości:

- ½ = s = + ½ (zgodny ze wskazówkami
zegara)

Pojemność orbitali, podpoziomów i poziomów

Orbital: część przestrzeni poza jądrem określona 3
liczbami kwantowymi: n, l, m – każdy orbital może
mieć maksymalnie 2

e

o różnych

spinach.

Podpoziom: określają dwie liczby kwantowe „n” i „l”

Poziom: określa tylko „n”

Pojemność orbitali podpoziomów i poziomów

Pojemność orbitali podpoziomów i poziomów

Orbital:

Orbital:

część przestrzeni o określonym kształcie,

część przestrzeni o określonym kształcie,

opisany przy pomocy trzech liczb kwantowych – n, l, m.

opisany przy pomocy trzech liczb kwantowych – n, l, m.

Każdy orbital

Każdy orbital

mieści dwa elektrony o przeciwnych

mieści dwa elektrony o przeciwnych

spinach.

spinach.

Pojemność podpoziomów:

Pojemność podpoziomów:

Pojemność poziomów

Pojemność poziomów

Przedstawienie zapisu i orbitali

Przedstawienie zapisu i orbitali

e

Orbital s Orbitale p

Orbitale d Orbitale f

np.

np.

9

9

F

F

11

11

Na

Na

lub 1s

2

2s

2

2p

5

lub 1s

2

2s

2

2p

6

3s

1

„F” – ma 2 powłoki wiec leży w 2 okresie, na ostatniej
powłoce ma
2 elektrony + 5 elektronów = 7 elektronów - VII
grupa

„Na” – 3 powłoki = 3 okres, 1 elektron na ostatniej

powłoce –

I grupa

e

KOLEJNOŚĆ ZAJMOWANIA ORBITALI I POZIOMÓW

KOLEJNOŚĆ ZAJMOWANIA ORBITALI I POZIOMÓW

ENERGETYCZNYCH

ENERGETYCZNYCH

W stanie podstawowym atomów elektrony zajmują

W stanie podstawowym atomów elektrony zajmują

możliwie najniższe poziomy energetyczne. Dla różnych

możliwie najniższe poziomy energetyczne. Dla różnych

pierwiastków można to przedstawić schematem:

pierwiastków można to przedstawić schematem:

KOLEJNOŚĆ ZAPEŁNIANIA ORBITALI

KOLEJNOŚĆ ZAPEŁNIANIA ORBITALI

ZAKAZ PAULIEGO

ZAKAZ PAULIEGO

W atomie dozwolone są tylko takie stany energetyczne

W atomie dozwolone są tylko takie stany energetyczne

elektronów w których różnią się miedzy sobą

elektronów w których różnią się miedzy sobą

przynajmniej jedną liczbą kwantową

przynajmniej jedną liczbą kwantową

LUB INACZEJ

LUB INACZEJ

W atomie stan elektronu określony czterema liczbami

W atomie stan elektronu określony czterema liczbami

kwantowymi n, l, m, s o konkretnych wartościach tych

kwantowymi n, l, m, s o konkretnych wartościach tych

liczb może być obsadzony tylko przez jeden elektron

liczb może być obsadzony tylko przez jeden elektron

WYJĄTKI OD REGUŁY

WYJĄTKI OD REGUŁY

24Cr 1s

24Cr 1s

2

2

2s

2s

2

2

2p

2p

6

6

3s

3s

2

2

3p

3p

6

6

4s

4s

1

1

3d

3d

5

5

– okres IV, grupa VI B,

– okres IV, grupa VI B,

blok d

blok d

29

29

Cu – okres IV, grupa I B, blok d

Cu – okres IV, grupa I B, blok d

LANTANOWCE od 57La …..5p

6

6s

2

5d

1

4f

…..

AKTYNOWCE od 89Ac …..6p

6

7s

2

6d

1

5f

…..

REGUŁY

REGUŁY

:

:

1.

1.

Elektrony zajmują najpierw ten orbital, dla którego

Elektrony zajmują najpierw ten orbital, dla którego

suma (n+l) jest najmniejsza.

suma (n+l) jest najmniejsza.

2.

2.

Gdy dwa lub więcej orbitali ma jednakową sumę (n+l),

Gdy dwa lub więcej orbitali ma jednakową sumę (n+l),

o porządku ich zajmowania decyduje mniejsza

o porządku ich zajmowania decyduje mniejsza

wartość n.

wartość n.

3.

3.

Orbitale o jednakowych n i l a różnych m nazywamy

Orbitale o jednakowych n i l a różnych m nazywamy

zdegenerowanymi np. orbitale p [p

zdegenerowanymi np. orbitale p [p

x

x

p

p

y

y

p

p

z

z

] (trójkrotnie

] (trójkrotnie

zdegenerowane), d – pięciokrotnie.

zdegenerowane), d – pięciokrotnie.

REGUŁA HUNDA:

W orbitalach zdegenerowanych pary elektronów

powstają dopiero po obsadzeniu każdego orbitalu przez

jeden elektron. Nie sparowane elektrony na

zdegenerowanych orbitalach mają jednakowe spiny.

Uporządkowanie

Uporządkowanie

pierwiastków w układzie

pierwiastków w układzie

okresowym

okresowym

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastka wynikają z liczby i

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastka wynikają z liczby i

sposobu ich rozmieszczenia na orbitalach.

sposobu ich rozmieszczenia na orbitalach.

Periodyczne powtarzanie cech fizykochemicznych pierwiastków

Periodyczne powtarzanie cech fizykochemicznych pierwiastków

wynika z powtarzającego się podobieństwa rozkładu na

wynika z powtarzającego się podobieństwa rozkładu na

zewnętrznych powłokach.

zewnętrznych powłokach.

e

e

Układ okresowy Thompsona – Bohra

Układ okresowy Thompsona – Bohra

Grupa I A – pierwiastki posiadające 1 elektron na orbitalu

Grupa I A – pierwiastki posiadające 1 elektron na orbitalu

typu s.

typu s.

Grupa II A – pierwiastki posiadające 2 elektrony na

Grupa II A – pierwiastki posiadające 2 elektrony na

orbitalu typu s ostatniej powłoki.

orbitalu typu s ostatniej powłoki.

Obie te grupy należą do bloku s.

Obie te grupy należą do bloku s.

Grupy od III A do VIII A to pierwiastki bloku p.

Grupy od III A do VIII A to pierwiastki bloku p.

Grupy od I B do VIII B – pierwiastki bloku d.

Grupy od I B do VIII B – pierwiastki bloku d.

Pierwiastki rozbudowujące orbitale f należą do bloku f.

Pierwiastki rozbudowujące orbitale f należą do bloku f.

Pionowe kolumny

Pionowe kolumny

– grupy odpowiadają liczbie elektronów

– grupy odpowiadają liczbie elektronów

na ostatniej powłoce.

na ostatniej powłoce.

Poziome szeregi

Poziome szeregi

– okresy odpowiadają liczbie powłok

– okresy odpowiadają liczbie powłok

elektronowych.

elektronowych.

Liczba porządkowa

Liczba porządkowa

= liczbie protonów w jądrze i

= liczbie protonów w jądrze i

elektronów na powłokach.

elektronów na powłokach.

Pierwiastki grup głównych (A)

Pierwiastki grup głównych (A)

– posiadają elektrony

– posiadają elektrony

walencyjne na orbitalach s i p ostatniej powłoki.

walencyjne na orbitalach s i p ostatniej powłoki.

Pierwiastki grup pobocznych (B)

Pierwiastki grup pobocznych (B)

– zwane także

– zwane także

przejściowymi mają elektrony walencyjne na orbitalach

przejściowymi mają elektrony walencyjne na orbitalach

s ostatniej powłoki i na orbitalach d przedostatniej

s ostatniej powłoki i na orbitalach d przedostatniej

powłoki.

powłoki.

Pierwiastki wewnątrzprzejściowe

Pierwiastki wewnątrzprzejściowe

– mają elektrony

– mają elektrony

walencyjne na orbitalach s ostatniej, d

walencyjne na orbitalach s ostatniej, d

1

1

z

z

przedostatniej, oraz f powłoki 3- od końca.

przedostatniej, oraz f powłoki 3- od końca.

Elektroujemność i potencjał jonizacyjny w układzie

Elektroujemność i potencjał jonizacyjny w układzie

okresowym

okresowym

Potencjał jonizacyjny

Potencjał jonizacyjny

– praca jaką należy wykonać, aby

– praca jaką należy wykonać, aby

wynieść elektron poza obręb oddziaływania jądra.

wynieść elektron poza obręb oddziaływania jądra.

W układzie okresowym potencjał jonizacyjny najniższy

W układzie okresowym potencjał jonizacyjny najniższy

posiadają pierwiastki zawierające mało elektronów na

posiadają pierwiastki zawierające mało elektronów na

powłokach ( I, II grupa) i dużo powłok ( VI, VII) – rośnie

powłokach ( I, II grupa) i dużo powłok ( VI, VII) – rośnie

on w układzie okresowym od lewej do prawej i od dołu

on w układzie okresowym od lewej do prawej i od dołu

do góry. Najniższy potencjał jonizacyjny ma Cs.

do góry. Najniższy potencjał jonizacyjny ma Cs.

Powinowactwo elektronowe

Powinowactwo elektronowe

– zdolność przyciągania

– zdolność przyciągania

dodatkowych elektronów na powłokę walencyjną.

dodatkowych elektronów na powłokę walencyjną.

Charakterystyka cząstek

Charakterystyka cząstek

elementarnych

elementarnych

Trwałe

Trwałe

I.Elektrony = negatony

: , β, β-

e

Ładunek jednostkowy ujemny = 1,6 · 10

-19

C

Masa = 1/1837 m

p

lub 0,000548 D

II.Protony:

p

p

1

1

,

Posiadają jednostkowy ładunek dodatni = 1,6 · 10

-19

C

m

p

= 1,0078 D ( jednostki masy atomowej )

n

n

1

0

,

III.Neutrony:

Pozbawione ładunku
m

n

= 1,0086 D

Nietrwałe

Nietrwałe

Lekkie: neutrino, antyneutrino: ładunek k = 0
Pozytony: ładunek + 1,6 · 10

-19

C m =

m

e

Mezony:









,

mm = 0,118 D

Średnie: mezony Π i antymezony m = 0,158

D

ładunek: ± 1,6 · 10

-19

C

Ciężkie: bariony i antybariony
protony, neutrony = nukleony
hiperony
o spinach s = ½ - fermiony
s = liczbie całkowitej –

bozony

Nobel z fizyki 1995

Kwarki – najpóźniej odkryte cząstki elementarne z których

zbudowane są protony i neutrony



Rodzina I górny i dolny

Rodzina I górny i dolny



Rodzina II dziwny i powabny

Rodzina II dziwny i powabny

KWARKI

KWARKI



Rodzina III denny i szczytowy

Rodzina III denny i szczytowy

•

Elektron i neutrino elektr.

•

Mion i neutrino mionowe LEPTONY

•

Taon i neutrino taonowe

PODSTAWOWE DEFINICJE

PODSTAWOWE DEFINICJE



DALTON = jednostka masy atomowej równa 1/12 masy

DALTON = jednostka masy atomowej równa 1/12 masy

izotopu węgla

izotopu węgla

12

12

C

C



Względna masa atomowa

Względna masa atomowa

– liczba określająca ile razy

– liczba określająca ile razy

masa atomowa danego pierwiastka jest większa od

masa atomowa danego pierwiastka jest większa od

1/12 masy

1/12 masy

12

12

C

C



Liczba masowa

Liczba masowa

„A” – określa sumę protonów i

„A” – określa sumę protonów i

neutronów w jądrze

neutronów w jądrze



Liczba atomowa

Liczba atomowa

„Z” – określa liczbę protonów w jądrze

„Z” – określa liczbę protonów w jądrze



Pierwiastek chemiczny

Pierwiastek chemiczny

– rodzaj materii której wszystkie

– rodzaj materii której wszystkie

atomy mają jednakową liczbę atomową

atomy mają jednakową liczbę atomową



Izotopy

Izotopy

: atomy których jądra posiadają jednakową

: atomy których jądra posiadają jednakową

liczbę protonów a różnią się liczbą neutronów

liczbę protonów a różnią się liczbą neutronów

np.

H

H

H

3

1

2

1

1

1

,

,

i

C

C

14

6

12

6

,

STANDARDOWY MODEL

STANDARDOWY MODEL

BUDOWY MATERII U PROGU

BUDOWY MATERII U PROGU

XXI WIEKU

XXI WIEKU

Wszystko co istnieje składa się z kwarków które

Wszystko co istnieje składa się z kwarków które

zawsze występują w parach z leptonami. Naruszenie

zawsze występują w parach z leptonami. Naruszenie

symetrii leptonów z kwarkami burzy poprawność

symetrii leptonów z kwarkami burzy poprawność

matematyczną modelu standardowego.

matematyczną modelu standardowego.

- Kwark w języku niemieckim to głupstwo, drobnostka

- Kwark w języku niemieckim to głupstwo, drobnostka

Kwarki i leptony zgrupowane są w 3 rodzinach:

Kwarki i leptony zgrupowane są w 3 rodzinach:

I

I

Rodzina to kwarki:

Rodzina to kwarki:

dolny (d) i górny (u)

dolny (d) i górny (u)

oraz leptony:

oraz leptony:

elektron (e) i neutrino elektronowe

elektron (e) i neutrino elektronowe

(

(

ν

ν

e

e

)

)

Kwarki obdarzone są ładunkiem o wartości 1/3 lub 2/3

Kwarki obdarzone są ładunkiem o wartości 1/3 lub 2/3

ładunku elektronu.

ładunku elektronu.

Bardzo trudno było odkryć neutrino a przy jego braku

Bardzo trudno było odkryć neutrino a przy jego braku

trudno było uzasadnić zasadę

trudno było uzasadnić zasadę

zachowania energii

zachowania energii

, gdyż

, gdyż

podczas rozpadu promieniotwórczego część energii

podczas rozpadu promieniotwórczego część energii

ginęła.

ginęła.

Dopiero odkrycie neutrina, które z olbrzymią łatwością

Dopiero odkrycie neutrina, które z olbrzymią łatwością

przenika materię unosząc brakującą część energii

przenika materię unosząc brakującą część energii

pozwoliło na potwierdzenie tej zasady. Fermi odkrył

pozwoliło na potwierdzenie tej zasady. Fermi odkrył

neutrino w 1931 roku, a doświadczalne jego istnienie

neutrino w 1931 roku, a doświadczalne jego istnienie

potwierdzono 25 lat później.

potwierdzono 25 lat później.

Tryliony neutrin wypełniają kosmos a ich miliardy w każdej
sekundzie przenikają nasze ciało – ale złapać ich było
bardzo trudno – dlatego aż 25 lat trzeba było czekać na
potwierdzenie ich istnienia.

II rodzina to kwarki

II rodzina to kwarki

: dziwny (s) i powabny (c)

: dziwny (s) i powabny (c)

oraz leptony

oraz leptony

: mion (

: mion (

μ

μ

) i neutrino mionowe (

) i neutrino mionowe (

ν

ν

μ

μ

)

)

Te cząstki zaliczane do cięższych można otrzymać w

Te cząstki zaliczane do cięższych można otrzymać w

akceleratorze, ale natychmiast po wyprodukowaniu

akceleratorze, ale natychmiast po wyprodukowaniu

rozpadają się.

rozpadają się.

Istnieje teoria, że powstały one po wielkim wybuchu, który

Istnieje teoria, że powstały one po wielkim wybuchu, który

zapoczątkował istnienie wszechświata. Rozpadały się

zapoczątkował istnienie wszechświata. Rozpadały się

one w miarę jego chłodzenia i rozszerzania – do końca

one w miarę jego chłodzenia i rozszerzania – do końca

jednak nie określono roli jaką spełniła ta rodzina.

jednak nie określono roli jaką spełniła ta rodzina.

W połowie lat 70-tych XX wieku Martin Perl odkrył nową

W połowie lat 70-tych XX wieku Martin Perl odkrył nową

cząstkę Taon – który stanowił zaczątek nowej rodziny.

cząstkę Taon – który stanowił zaczątek nowej rodziny.

III rodzina to kwarki

III rodzina to kwarki

: denny (b) i szczytowy (t) – top

: denny (b) i szczytowy (t) – top

oraz leptony

oraz leptony

: taon (

: taon (

τ

τ

) i neutrino (

) i neutrino (

ν

ν

τ

τ

)

)

Ostatnia odkryta cząstka z tej rodziny to kwark szczytowy

Ostatnia odkryta cząstka z tej rodziny to kwark szczytowy

– top z roku 1994

– top z roku 1994

Czy rodzin jest więcej ?

Czy rodzin jest więcej ?

Na poziomie obecnej wiedzy – nie.

Na poziomie obecnej wiedzy – nie.

Ale – być może budowa potężniejszych akceleratorów

Ale – być może budowa potężniejszych akceleratorów

zbliżonych parametrami do piekła bardzo wczesnego

zbliżonych parametrami do piekła bardzo wczesnego

wszechświata pozwoli na wykrycie hipotetycznych w progu

wszechświata pozwoli na wykrycie hipotetycznych w progu

XXI wieku cząstek –

XXI wieku cząstek –

Preonów

Preonów

z których byłyby zbudowane

z których byłyby zbudowane

kwarki.

kwarki.

-

W nauce może się jeszcze wiele zdarzyć

W nauce może się jeszcze wiele zdarzyć

Obok kwarków istnieje 8 gluonów (g)

Obok kwarków istnieje 8 gluonów (g)

- są to kleje, które wiążą kwarki w

- są to kleje, które wiążą kwarki w

Hadrony – stanowiące

Hadrony – stanowiące

obecnie granicę rozwijalności materii

obecnie granicę rozwijalności materii

.

.

Kwarki i glony to jak dotąd składniki doskonałe, które nie

Kwarki i glony to jak dotąd składniki doskonałe, które nie

istnieją samoistnie ale powiązane ze sobą.

istnieją samoistnie ale powiązane ze sobą.

Światem cząstek elementarnych rządzą

Światem cząstek elementarnych rządzą

4 typy oddziaływań:

4 typy oddziaływań:

- silne

- silne

- słabe

- słabe

- elektromagnetyczne

- elektromagnetyczne

- grawitacyjne (ultrasłabe)

- grawitacyjne (ultrasłabe)

Kwarki

Kwarki

podlegają oddziaływaniom: silnym, słabym i

podlegają oddziaływaniom: silnym, słabym i

elektromagnetycznym

elektromagnetycznym

Leptony

Leptony

– elektromagnetycznym i słabym

– elektromagnetycznym i słabym

Neutrina

Neutrina

– tylko słabym

– tylko słabym

Ultrasłabym oddziaływaniom grawitacyjnym podlegają

Ultrasłabym oddziaływaniom grawitacyjnym podlegają

wszystkie cząstki materii, są to zawsze przyciągające

wszystkie cząstki materii, są to zawsze przyciągające

oddziaływania.

oddziaływania.

Nośniki oddziaływań:

Nośniki oddziaływań:

Silnych – gluony (g)

Silnych – gluony (g)

Elektromagnetycznych – fotony (

Elektromagnetycznych – fotony (

γ

γ

)

)

Słabych – bozony (w i z)

Słabych – bozony (w i z)

Model standardowy opisuje całość zjawisk mikroświata.

Model standardowy opisuje całość zjawisk mikroświata.

WSZYSTKIE CZĄSTKI

WSZYSTKIE CZĄSTKI

WSZECHŚWIATA

WSZECHŚWIATA



Te 25 cząstek elementarnych (oraz ich antycząstki, nie

Te 25 cząstek elementarnych (oraz ich antycząstki, nie

pokazane na rysunku) tworzy cały Wszechświat.

pokazane na rysunku) tworzy cały Wszechświat.

Pozwalają wyjaśnić wszystkie zachodzące w nim

Pozwalają wyjaśnić wszystkie zachodzące w nim

zdarzenia. Materia składa się z kwarków (u – górny, d –

zdarzenia. Materia składa się z kwarków (u – górny, d –

dolny, c – powabny, s – dziwny, b – denny, t- szczytowy)

dolny, c – powabny, s – dziwny, b – denny, t- szczytowy)

i leptonów (e – elektron,

i leptonów (e – elektron,

ν

ν

e

e

– neutrino elektronowe,

– neutrino elektronowe,

μ

μ

–

–

mion,

mion,

ν

ν

μ

μ

– neutrino mionowe,

– neutrino mionowe,

τ

τ

– taon,

– taon,

ν

ν

τ

τ

– neutrino

– neutrino

taonowe), które łączą się w trzy rodziny.

taonowe), które łączą się w trzy rodziny.



Na materię działają różne siły, które sprawiają że świat

Na materię działają różne siły, które sprawiają że świat

jest pełen zjawisk: elektrycznych, magnetycznych,

jest pełen zjawisk: elektrycznych, magnetycznych,

promieniotwórczych, jądrowych. Pola tych sił składają

promieniotwórczych, jądrowych. Pola tych sił składają

się z kwantów, czyli też cząstek. To te wewnątrz

się z kwantów, czyli też cząstek. To te wewnątrz

rysunku, czyli

rysunku, czyli

γ

γ

– foton, W

– foton, W

+

+

, W

, W

-

-

, Z

, Z

0

0

– bozony

– bozony

pośredniczące, H

pośredniczące, H

0

0

– cząstka Higgsa, której jeszcze nie

– cząstka Higgsa, której jeszcze nie

znaleziono, g – osiem glonów (różniące się ładunkiem

znaleziono, g – osiem glonów (różniące się ładunkiem

silnym, czyli jak mówią fizycy – kolorem).

silnym, czyli jak mówią fizycy – kolorem).

Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1999 r. otrzymali

Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1999 r. otrzymali

dwaj Holendrzy: Gerarduus’t Hooft prof. W Ultrechcie i

dwaj Holendrzy: Gerarduus’t Hooft prof. W Ultrechcie i

Martinus J. G. Veltman – emerytowany prof. z Bilthoven.

Martinus J. G. Veltman – emerytowany prof. z Bilthoven.

Dzięki ich badaniom (obliczeniom) przetestowano model

Dzięki ich badaniom (obliczeniom) przetestowano model

standardowy atomu w wielu eksperymentach i

standardowy atomu w wielu eksperymentach i

stwierdzono że opisuje on niezwykle dokładnie to co

stwierdzono że opisuje on niezwykle dokładnie to co

dzieje się rzeczywiście na poziomie mikroświata. Wielkości

dzieje się rzeczywiście na poziomie mikroświata. Wielkości

oddziaływań mikrocząstek między sobą – wyliczone przez

oddziaływań mikrocząstek między sobą – wyliczone przez

tych uczonych zgadzają się co do promili z danymi

tych uczonych zgadzają się co do promili z danymi

doświadczalnymi, które można było przeprowadzić w

doświadczalnymi, które można było przeprowadzić w

akceleratorach cząstek elementarnych, które rozróżniają

akceleratorach cząstek elementarnych, które rozróżniają

struktury o rozmiarach około 10

struktury o rozmiarach około 10

-16

-16

cm czyli 100 milionów

cm czyli 100 milionów

razy mniejsze od rozmiarów atomów (10

razy mniejsze od rozmiarów atomów (10

-8

-8

cm).

cm).

Wydzielono dwie grupy cząstek elementarnych:

Wydzielono dwie grupy cząstek elementarnych:



Fermiony = leptony i kwarki

Fermiony = leptony i kwarki



Bozony

Bozony



Leptony

Leptony

: elektron, mion i taon, oraz ich neutrina „czują”

: elektron, mion i taon, oraz ich neutrina „czują”

oddziaływania elektromagnetyczne i słabe oddziaływania

oddziaływania elektromagnetyczne i słabe oddziaływania

które odpowiedzialne są za reakcje jądrowe.

które odpowiedzialne są za reakcje jądrowe.



Kwarki

Kwarki

: za pośrednictwem oddziaływań silnych

: za pośrednictwem oddziaływań silnych

dominujących w jądrach atomowych zapewniają im

dominujących w jądrach atomowych zapewniają im

stabilność

stabilność



Leptonów i kwarków jest dokładnie tyle samo i istnieje

Leptonów i kwarków jest dokładnie tyle samo i istnieje

między nimi jednoznaczna odpowiedniość

między nimi jednoznaczna odpowiedniość



Fermiony to materia

Fermiony to materia



Bozony

Bozony

odpowiadają za różnorodne oddziaływania, są

odpowiadają za różnorodne oddziaływania, są

cząstkami „przenoszącymi oddziaływania” elementarne

cząstkami „przenoszącymi oddziaływania” elementarne



Bozony W i Z są nośnikami oddziaływań słabych a 8

Bozony W i Z są nośnikami oddziaływań słabych a 8

gluonów g – przenoszą oddziaływania silne. Foton

gluonów g – przenoszą oddziaływania silne. Foton

γ

γ

–

–

przenosi elektromagnetyczne oddziaływania a nie

przenosi elektromagnetyczne oddziaływania a nie

zaobserwowany do tej pory

zaobserwowany do tej pory

grawiton jest nośnikiem sił

grawiton jest nośnikiem sił

grawitacyjnych ultra słabych

grawitacyjnych ultra słabych

.

.



Źródłem każdego oddziaływania jest ładunek.

Źródłem każdego oddziaływania jest ładunek.

Źródłem

Źródłem

fotonów są ładunki elektryczne

fotonów są ładunki elektryczne

, a ładunki oddziaływań

, a ładunki oddziaływań

słabych i silnych noszą nazwę

słabych i silnych noszą nazwę

zapachu i koloru

zapachu i koloru

.

.

LEPTONY

LEPTONY

ładunek

elektrycz

ny

zapach

masa

[GeV/c

2

]

0

ν

e

< 2 ∙ 10

- 8

neutrino e

-1

e

5,18 ∙ 10

-

4

elektron

0

ν

μ

<2,5 ∙ 10

4

neutrino μ

-1

μ

0,106

mion

0

ν

τ

<3,5 ∙ 10

2

neutrino

taonowe

-1

τ

1,784

taon

KWARKI

KWARKI

ładunek

elektrycz

ny

zapach

masa

[GeV/c

2

]

+2/3

u górny

4 ∙ 10

3

-1/3

d dolny

7 ∙ 10

3

+2/3

c

powab

ny

1,5

-1/3

s dziwny

0,15

+2/3

t

szczyto

wy

78

-1/3

b denny

4,7

Bozon

y

γ

W

-

W

+

Z

0

q

Ładun

ek

0

-1

+1

0

0

Masa

GeV/c

2

0

81

81

92

0

Oddziaływania

Grawitac

yjne

Elektrosłabe

Silne

Odpowiedzia

lne za

stabilność

jądra

Słabe

Elektro

magnetyczne

Działa na:

Energię i

masę

zapach

Ładunek

elektronów

Kolor

Cząstki pośredniczące

Grawiton W

-

Z

0

W

+

ultrasła

be

γ (foton)

g (gluon)

Siła w

porównani

u z

oddziaływa

niami

Elektrycznymi

dwóch

kwarków

„u” w

odległości

10

-18 m

10

41

0.8

1

25

3 ·10

-17 m

10

41

10

4

1

60

JEDNOSTKI

JEDNOSTKI

Zgodnie ze wzorem Einsteina E = mc

Zgodnie ze wzorem Einsteina E = mc

2

2

c - prędkość światła

c - prędkość światła

m = E/c

m = E/c

2

2

1eV – to energia elektronu przyśpieszonego przez różnicę

1eV – to energia elektronu przyśpieszonego przez różnicę

potencjału 1V

potencjału 1V

1GeV (Giga eV) = 10

1GeV (Giga eV) = 10

9

9

V

V

1eV – odpowiada masie 1,78268 · 10

1eV – odpowiada masie 1,78268 · 10

-33

-33

g

g

1GeV = 1,78268 · 10

1GeV = 1,78268 · 10

-33

-33

· 10

· 10

9

9

= 1,78268 · 10

= 1,78268 · 10

-25

-25

g

g

Masa protonu

Masa protonu

w tych jednostkach

w tych jednostkach

2

938

,

0

c

GeV

m

p



a w Daltonach m

p

=

1,0078D



Dzięki pracom Holendrów można było wyliczyć masę

Dzięki pracom Holendrów można było wyliczyć masę

ostatniego kwarka – najcięższego t czyli szczytowego,

ostatniego kwarka – najcięższego t czyli szczytowego,

który odkryto kilkanaście lat później. Jego odkrycie

który odkryto kilkanaście lat później. Jego odkrycie

udowodniło że matematyczny model elektrosłabych

udowodniło że matematyczny model elektrosłabych

oddziaływań poprawnie opisuje rzeczywistość.

oddziaływań poprawnie opisuje rzeczywistość.



Została do wykrycia cząstka Higginsa – która musi

Została do wykrycia cząstka Higginsa – która musi

istnieć. Jest ona prawdopodobnie źródłem masy dla

istnieć. Jest ona prawdopodobnie źródłem masy dla

wszystkich innych cząstek elementarnych.

wszystkich innych cząstek elementarnych.



W 1999 r. nagrodę nobla w dziedzinie chemii otrzymał

W 1999 r. nagrodę nobla w dziedzinie chemii otrzymał

Egipcjanin – Achmed Zewail za konstrukcję aparatu

Egipcjanin – Achmed Zewail za konstrukcję aparatu

fotograficznego w którym czas ekspozycji równy jest

fotograficznego w którym czas ekspozycji równy jest

jednej femtosekundzie = 10

jednej femtosekundzie = 10

-15

-15

s. Odpowiada to czasowi

s. Odpowiada to czasowi

łączenia się cząstek podczas reakcji chemicznych .

łączenia się cząstek podczas reakcji chemicznych .

Pozwala krok po kroku śledzić ruchy atomów.

Pozwala krok po kroku śledzić ruchy atomów.

TYPY WIĄZAŃ CHEMICZNYCH

TYPY WIĄZAŃ CHEMICZNYCH

1.

1.

Wiązanie atomowe

Wiązanie atomowe

– polega na tworzeniu

– polega na tworzeniu

wspólnych par elektronowych pochodzących od

wspólnych par elektronowych pochodzących od

obu związanych atomów – prowadzi to do

obu związanych atomów – prowadzi to do

zwiększenia gęstości elektronowej pomiędzy

zwiększenia gęstości elektronowej pomiędzy

dwoma jądrami atomów które uczestniczą w

dwoma jądrami atomów które uczestniczą w

tworzeniu wiązania. Wiążące się atomy dążą do

tworzeniu wiązania. Wiążące się atomy dążą do

osiągnięcia minimum energii – czemu odpowiada

osiągnięcia minimum energii – czemu odpowiada

maksymalne nakładanie się ich orbitali wiążących.

maksymalne nakładanie się ich orbitali wiążących.

Rozkład wykazuje obrotową symetrię wokół linii

Rozkład wykazuje obrotową symetrię wokół linii

łączącej oba jądra. Wiązanie wykazujące taką

łączącej oba jądra. Wiązanie wykazujące taką

symetrię nazywa się σ.

symetrię nazywa się σ.

e

H H

H O

H Cl

O O

Wiązania atomowe można podzielic na :

Wiązania atomowe można podzielic na :

- atomowe niespolaryzowane – gdy wspólne pary

- atomowe niespolaryzowane – gdy wspólne pary

znajdują się w połowie długości wiązania

znajdują się w połowie długości wiązania

- atomowe spolaryzowane – wspólne pary przesunięte są

- atomowe spolaryzowane – wspólne pary przesunięte są

w stronę pierwiastka któremu mniej brakuje do oktetu –

w stronę pierwiastka któremu mniej brakuje do oktetu –

bardziej elektroujemnego np. H – Cl wspólna para

bardziej elektroujemnego np. H – Cl wspólna para

elektronowa przesunięta jest w stronę chloru

elektronowa przesunięta jest w stronę chloru

Wiązania atomowe niespolaryzowane

Wiązania atomowe niespolaryzowane

Powstają wtedy gdy różnica elektroujemności 0 ≤ ΔE ≤ 0,4

Powstają wtedy gdy różnica elektroujemności 0 ≤ ΔE ≤ 0,4

Spolaryzowane: 0,4 < ΔE ≤

Spolaryzowane: 0,4 < ΔE ≤

1,7

1,7

Jonowe: 1,7 < ΔE ≤

Jonowe: 1,7 < ΔE ≤

3,3

3,3

e

e

2.

2.

Wiązania jonowe

Wiązania jonowe

Powstają pomiędzy pierwiastkami leżącymi w układzie

Powstają pomiędzy pierwiastkami leżącymi w układzie

okresowym w skrajnych grupach I, II – VI, VII

okresowym w skrajnych grupach I, II – VI, VII

Polegają na oddaniu przez pierwiastki mniej

Polegają na oddaniu przez pierwiastki mniej

elektroujemne (które wtedy przejdą w jony dodatnie)

elektroujemne (które wtedy przejdą w jony dodatnie)

pierwiastkom bardziej elektroujemnym (które tworzą

pierwiastkom bardziej elektroujemnym (które tworzą

jony ujemne)

jony ujemne)

e

Na

0

– 1  Na

+

E = 0,7

ΔE = 2,1

Cl

0

+ 1  Cl

-

E = 2,8

Wzajemne oddziaływanie utworzonych jonów nazywa się

wiązaniem jonowym

e

e

3.

3.

Wiązanie semipolarne lub koordynacyjne

Wiązanie semipolarne lub koordynacyjne

Podobne jest do wiązania atomowego ale wiążąca para

Podobne jest do wiązania atomowego ale wiążąca para

pochodzi od jednego pierwiastka (donora) a obierana

pochodzi od jednego pierwiastka (donora) a obierana

jest przez akceptor który ma pusty orbital walencyjny

jest przez akceptor który ma pusty orbital walencyjny

e

Numer

grupy

A

Liczba e

walencyjnyc

h

B = 8 - A

Liczba wiązań

atomowych

e = A –

B

Liczba
wolnych

e

D = e /2

Liczba

wiązań

koordynacyjny

ch

IV

C, Si

4

4

0

0

V

N, P

5

3

2

1

VI

S, Cr

6

2

4

2

VII

Cl, Br, J

Mn

7

1

konieczne

6

3

możliwe

WIĄZANIE METALICZNE

WIĄZANIE METALICZNE

Występuje pomiędzy atomami metalu w stanie stałym.

Różni się od pozostałych wiązań istnieniem swobodnych

niezwiązanych z pojedynczymi atomami, a przynależnych

wszystkim atomom metalu. W sieci krystalicznej każdy

atom metalu otoczony jest większą liczbą takich samych

atomów (najczęściej 8 – 12).

Węzły sieci przestrzennej metalu osadzone są przez

dodatnio naładowane rdzenie, zwane też zrębami

atomowymi. Ich walencyjne tworzą gaz elektronowy.

Metale w stanie gazowym nie wykazują cech

charakteryzujących je w stanie stałym i ciekłym. Gazowy

metal jest przeźroczysty, nie przewodzi prądu

elektrycznego w sposób metaliczny, a wymaga

uprzedniego zjonizowania tak jak inne gazy. W metalach

w postaci pary istnieją związki dwuatomowe z typowymi

wiązaniami atomowymi – każdy atom przekazuje do tego

wiązania jeden i jeden orbital.

e

e

e

WŁASNOŚCI METALI - WYNIKAJĄCE Z OBECNOŚCI WIĄZANIA

WŁASNOŚCI METALI - WYNIKAJĄCE Z OBECNOŚCI WIĄZANIA

METALICZNEGO

METALICZNEGO

1.

1.

Dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne.

Dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne.

2.

2.

Połysk metaliczny.

Połysk metaliczny.

3.

3.

Plastyczność – klepalność, kowalność.

Plastyczność – klepalność, kowalność.

4.

4.

Malejące przewodnictwo elektryczne przy

Malejące przewodnictwo elektryczne przy

podgrzaniu.

podgrzaniu.

5.

5.

Metale oddające więcej elektronów walencyjnych

Metale oddające więcej elektronów walencyjnych

do tworzenia sieci krystalicznej mają strukturę

do tworzenia sieci krystalicznej mają strukturę

krystaliczną twardszą

krystaliczną twardszą

-

-

potasowce z jednym elektronem walencyjnym tworzą

potasowce z jednym elektronem walencyjnym tworzą

miękkie struktury o t.t. niskich Rb t.t. = 38,9

miękkie struktury o t.t. niskich Rb t.t. = 38,9

o

o

C ; Cs t.t. =

C ; Cs t.t. =

28,7

28,7

o

o

C

C

-

-

wapniowce – dwa walencyjne do sieci t.t. Ca = 383

wapniowce – dwa walencyjne do sieci t.t. Ca = 383

o

o

C

C

t.t. Ba = 714

t.t. Ba = 714

o

o

C

C

WŁAŚCIWOŚCI KRYSZTAŁÓW O WIĄZANIU JONOWYM

WŁAŚCIWOŚCI KRYSZTAŁÓW O WIĄZANIU JONOWYM

1. Sole tworzą krystaliczne sieci jonowe, ich kryształy nie

1. Sole tworzą krystaliczne sieci jonowe, ich kryształy nie

przewodzą prądu, stopione – przewodzą prąd.

przewodzą prądu, stopione – przewodzą prąd.

2. Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych, a ich

2. Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych, a ich

roztwory przewodzą prąd.

roztwory przewodzą prąd.

3. Temperatury topnienia są wysokie > 500

3. Temperatury topnienia są wysokie > 500

o

o

C

C

Temperatury wrzenia wysokie:

Temperatury wrzenia wysokie:

NaCl t.t. = 801

NaCl t.t. = 801

o

o

C t.w. = 1413

C t.w. = 1413

o

o

C

C

WŁAŚCIWOŚCI KRYSZTAŁÓW O WIĄZANIACH ATOMOWYCH

WŁAŚCIWOŚCI KRYSZTAŁÓW O WIĄZANIACH ATOMOWYCH

1.

1.

Nie przewodzą prądu nawet stopione

Nie przewodzą prądu nawet stopione

2.

2.

Są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych

Są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych

lub słabo polarnych

lub słabo polarnych

3.

3.

Powstają z tych samych pierwiastków lub z

Powstają z tych samych pierwiastków lub z

pierwiastków o podobnej elektroujemności

pierwiastków o podobnej elektroujemności

4.

4.

Wiązania sieciowe tworzą się przez uwspólnienie

Wiązania sieciowe tworzą się przez uwspólnienie

wszystkich elektronów walencyjnych lub ich części

wszystkich elektronów walencyjnych lub ich części

5.

5.

Wzór elementu w krysztale jest wzorem związku

Wzór elementu w krysztale jest wzorem związku

6.

6.

Mają niskie temperatury topnienia i wrzenia

Mają niskie temperatury topnienia i wrzenia

7.

7.

Reakcje w roztworach zachodzą wolniej niż reakcje w

Reakcje w roztworach zachodzą wolniej niż reakcje w

roztworach związków jonowych

roztworach związków jonowych

Związki kompleksowe

Związki kompleksowe

Nagroda Nobla 1893 r. – Werner

Nagroda Nobla 1893 r. – Werner

Są to związki o złożonej budowie których podstawowym

Są to związki o złożonej budowie których podstawowym

wiązaniem jest wiązanie koordynacyjne – wtórne.

wiązaniem jest wiązanie koordynacyjne – wtórne.

Tworzą je głównie pierwiastki bloku „ d” lub grup pobocznych

Tworzą je głównie pierwiastki bloku „ d” lub grup pobocznych

wg. Mendelejewa.

wg. Mendelejewa.

Dążąc do utworzenia struktury gazu szlachetnego efekt l.a.

Dążąc do utworzenia struktury gazu szlachetnego efekt l.a.

przyłączają jony lub cząstki obojętne posiadające kompletne –

przyłączają jony lub cząstki obojętne posiadające kompletne –

ale wolne pary elektronowe. Pierwiastki te noszą nazwę

ale wolne pary elektronowe. Pierwiastki te noszą nazwę

atomów centralnych

atomów centralnych

natomiast cząsteczki przyłączane zwane

natomiast cząsteczki przyłączane zwane

są

są

ligandami

ligandami

.

.

Mogą to być jony: F

Mogą to być jony: F

-

-

, Cl

, Cl

-

-

, I

, I

-

-

, CN

, CN

-

-

, OH

, OH

-

-

, S

, S

-2

-2

lub cząstki obojętne: H

lub cząstki obojętne: H

2

2

O [ akwa ]

O [ akwa ]

NH

NH

3

3

[ amina ]

[ amina ]

CO [ karbonylo]

CO [ karbonylo]

[ Co(NH

[ Co(NH

3

3

)

)

6

6

]

]

+3

+3

3Cl

3Cl

-

-

Nobel Wernera

Nobel Wernera

Liczba koordynacyjna

Liczba koordynacyjna

– liczba przyłączonych przez atom

– liczba przyłączonych przez atom

ligandów. Określa ona liczbę brakujących par elektronów

ligandów. Określa ona liczbę brakujących par elektronów

na powłokach walencyjnych pierwiastka centralnego.

na powłokach walencyjnych pierwiastka centralnego.

Najczęściej wynosi ona 2, 4 lub 6

Najczęściej wynosi ona 2, 4 lub 6

np. w reakcji:

np. w reakcji:

FeSO

FeSO

4

4

+ 6 NaCN

+ 6 NaCN





Na

Na

4

4

[Fe(CN)

[Fe(CN)

6

6

] + Na

] + Na

2

2

SO

SO

4

4

Jon żelaza ma strukturę ostatnich powłok następującą:

Jon żelaza ma strukturę ostatnich powłok następującą:

Fe

Fe

+2

+2

ma na powłokach walencyjnych 6 pustych orbitali, może więc

ma na powłokach walencyjnych 6 pustych orbitali, może więc

koordynować 6 jonów

koordynować 6 jonów

mających wolną parę

mających wolną parę

e

W ten sposób żelazo uzyskuje konfigurację kryptonu

29

Cu

+2

1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

4s

0

3d

10

4p

0

Posiada 4 puste orbitale 4s i 3 orbitale 4p, tworzy związek
kompleksowy 2.

tetraamin
a

47

Ag

+

1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

4s

2

3d

10

4p

6

5s

0

4d

10

5p

0

Liczba koordynacyjna srebra najczęściej wynosi 2

2

4

3

]

[



NH

Cu

Jeżeli dodatni jon metalu koordynuje cząsteczki obojętne

Jeżeli dodatni jon metalu koordynuje cząsteczki obojętne

[H

[H

2

2

O, NH

O, NH

3

3

] to powstaje

] to powstaje

kation kompleksowy

kation kompleksowy

o ładunku

o ładunku

równym dodatniemu ładunkowi jonu centralnego.

równym dodatniemu ładunkowi jonu centralnego.

Jeżeli zaś ligandami są jony ujemne [Cl

Jeżeli zaś ligandami są jony ujemne [Cl

-

-

, CN

, CN

-

-

] to ładunek

] to ładunek

jonu kompleksowego równy jest sumie algebraicznej

jonu kompleksowego równy jest sumie algebraicznej

ładunków. Jon kompleksowy i towarzyszące mu jony

ładunków. Jon kompleksowy i towarzyszące mu jony

ostatecznie tworzą związek obojętny np. [Cu(NH

ostatecznie tworzą związek obojętny np. [Cu(NH

3

3

)

)

4

4

]SO

]SO

4

4

,

,

K

K

4

4

[Fe(CN)

[Fe(CN)

6

6

].

].

Rodzaje oddziaływań

Rodzaje oddziaływań

Jon – dipol

Jon – dipol

[Cu(NH

[Cu(NH

3

3

)

)

4

4

]

]

+2

+2

[Mg(H

[Mg(H

2

2

O)

O)

6

6

]

]

+2

+2

Jon – jon

Jon – jon

[FeF

[FeF

6

6

]

]

-3

-3

[Fe(CN)

[Fe(CN)

6

6

]

]

-4

-4

PRAKTYCZNE ZNACZENIE KOMPLEKSÓW

PRAKTYCZNE ZNACZENIE KOMPLEKSÓW

1. Są lepiej rozpuszczalne niż związki jonowe

1. Są lepiej rozpuszczalne niż związki jonowe

AgCl [Ag(NH

AgCl [Ag(NH

3

3

)

)

2

2

]Cl

]Cl

nierozpuszczalny w wodzie rozpuszczalny w wodzie

nierozpuszczalny w wodzie rozpuszczalny w wodzie

Cu(OH)

Cu(OH)

2

2

[Cu(NH

[Cu(NH

3

3

)

)

4

4

](OH)

](OH)

2

2

AgI Na

AgI Na

3

3

[Ag(S

[Ag(S

2

2

O

O

3

3

)

)

2

2

]

]











3

2

2

O

S

Na











OH

NH

4











OH

NH

4

2. Jony skompleksowane posiadają inne barwy

2. Jony skompleksowane posiadają inne barwy

Cu

Cu

+2

+2

– niebieski [Cu(NH

– niebieski [Cu(NH

3

3

)

)

4

4

]

]

+2

+2

szafirowy

szafirowy

Fe

Fe

+3

+3

– żółty [Fe(CNS)

– żółty [Fe(CNS)

6

6

]

]

-3

-3

krwistoczerwony

krwistoczerwony

3.

3.

Związki chelatowe

Związki chelatowe

– są to kompleksy w których ligandy

– są to kompleksy w których ligandy

są donorami dwóch lub więcej par elektronowych

są donorami dwóch lub więcej par elektronowych

występujących w różnych atomach tej samej cząsteczki.

występujących w różnych atomach tej samej cząsteczki.

Takie ligandy nazywamy czynnikami chelatującymi. Są to

Takie ligandy nazywamy czynnikami chelatującymi. Są to

najczęściej związki organiczne zawierające N, S, jako

najczęściej związki organiczne zawierające N, S, jako

miejsce reaktywne [chela = kleszcze, nożyce]. Związki

miejsce reaktywne [chela = kleszcze, nożyce]. Związki

chelatowe mają budowę pierścieniową, najtrwalsze są

chelatowe mają budowę pierścieniową, najtrwalsze są

kompleksy 5 lub 6 członowe, wliczając w to atom

kompleksy 5 lub 6 członowe, wliczając w to atom

centralny.

centralny.

W zależności od liczby par elektronowych czynniki

W zależności od liczby par elektronowych czynniki

chelatujące nazywamy jedno lub wielokleszczowymi.

chelatujące nazywamy jedno lub wielokleszczowymi.

Uchwycenie atomu centralnego w dwa kleszcze powoduje

Uchwycenie atomu centralnego w dwa kleszcze powoduje

zamaskowanie jego charakteru nieorganicznego, a cały

zamaskowanie jego charakteru nieorganicznego, a cały

kompleks zachowuje się jak związek organiczny. Chelaty

kompleks zachowuje się jak związek organiczny. Chelaty

są na ogół trwalsze od kompleksów niechelatowych.

są na ogół trwalsze od kompleksów niechelatowych.

Znanym związkiem chelatujacym jest kwas

Znanym związkiem chelatujacym jest kwas

etylenodiaminotetraoctowy lub jego sól sodowa [EDTA]

etylenodiaminotetraoctowy lub jego sól sodowa [EDTA]

Kompleksy z tymi samymi ligandami są tym trwalsze im

Kompleksy z tymi samymi ligandami są tym trwalsze im

mniejszy jest promień jonu centralnego.

mniejszy jest promień jonu centralnego.

Najsłabsze

Najsłabsze

są akwokompleksy do których należą

są akwokompleksy do których należą

wszystkie jony metali w wodzie. W roztworach

wszystkie jony metali w wodzie. W roztworach

kompleksy mniej trwałe przechodzą w trwalsze, ale

kompleksy mniej trwałe przechodzą w trwalsze, ale

stopniowo.

stopniowo.

Kompleksy występujące w przyrodzie

Kompleksy występujące w przyrodzie

Żelazo – porfirynowy w hemie hemoglobiny, związany z

Żelazo – porfirynowy w hemie hemoglobiny, związany z

białkami krwi i mięśni [ mioglobina ].

białkami krwi i mięśni [ mioglobina ].

Fe

Fe

+2

+2

związany jest czterema wiązaniami [ dwa jonowe,

związany jest czterema wiązaniami [ dwa jonowe,

dwa koordynacyjne ] z azotami pierścieni pirolowych, 5

dwa koordynacyjne ] z azotami pierścieni pirolowych, 5

wiązaniem – koordynacyjnym z białkiem, a 6 z tlenem

wiązaniem – koordynacyjnym z białkiem, a 6 z tlenem

[ łatwo odczepialnym – dlatego przenosi tlen]

[ łatwo odczepialnym – dlatego przenosi tlen]

Porfiryny

Porfiryny

występują jeszcze w innych białkach –

występują jeszcze w innych białkach –

katalazy

katalazy

katalizujące rozkład H

katalizujące rozkład H

2

2

O

O

2

2

, inne enzymy

, inne enzymy

Cytochromy

Cytochromy

– żelazo może zmieniać stopień utlenienia

– żelazo może zmieniać stopień utlenienia

nie tracąc aktywności biologicznej.

nie tracąc aktywności biologicznej.

Witamina B

Witamina B

12

12

(kat. cent. – Co)

(kat. cent. – Co)

chlorofil

chlorofil

, celuroplazmina, transferyna

, celuroplazmina, transferyna

Wzór strukturalny hemu Witamina B

12

-

cyjanokobaltamina

ODDZIAŁYWANIA MIĘDZYCZĄSTECZKOWE – SIŁY VAN DER

ODDZIAŁYWANIA MIĘDZYCZĄSTECZKOWE – SIŁY VAN DER

WAALSA

WAALSA

A. Między cząsteczkami obojętnymi

- efekty kulombowskiego elektrostatycznego przyciągania

i odpychania zachodzące pomiędzy jądrami i
elektronami różnych cząsteczek obojętnych

- siły magnetyczne związane z istnieniem momentów

magnetycznych

- siły dyspersyjne związane z powstawaniem i zanikaniem

chwilowych dipoli na skutek ruchów atomów w
cząsteczkach są to siły przyciągania i odpychania
chwilowego cząsteczek

B.

B.

Między cząsteczkami polarnymi

Między cząsteczkami polarnymi

- sprzężenie elektrostatyczne

- sprzężenie elektrostatyczne

- sprzężenie dipolowe – cząsteczka polarna indukuje

- sprzężenie dipolowe – cząsteczka polarna indukuje

powstanie momentu dipolowego w cząsteczce

powstanie momentu dipolowego w cząsteczce

niepolarnej

niepolarnej

- wiązanie wodorowe !!! najważniejsze – jest to

- wiązanie wodorowe !!! najważniejsze – jest to

oddziaływanie elektrostatyczne miedzy dodatnim

oddziaływanie elektrostatyczne miedzy dodatnim

biegunem wodoru jednej cząsteczki polarnej z

biegunem wodoru jednej cząsteczki polarnej z

ujemnym biegunem drugiej cząsteczki polarnej.

ujemnym biegunem drugiej cząsteczki polarnej.

Najczęściej powstaje ono w związkach w których

Najczęściej powstaje ono w związkach w których

występują wiązania H – O ; H – N ; H – S ; H – X (F, Cl,

występują wiązania H – O ; H – N ; H – S ; H – X (F, Cl,

Br, I)

Br, I)

- energia wiązania wodorowego jest znacznie mniejsza od

- energia wiązania wodorowego jest znacznie mniejsza od

wiązania atomowego

wiązania atomowego

- długość wiązania wodorowego jest większa od

- długość wiązania wodorowego jest większa od

atomowego

atomowego

Energia

wiązania

atomowego

[kJ/M]

Energia

wiązania

wodorowego

[kJ/M]

H –

O

464

12,3 – 33,4

H –

N

389

16,7 – 28,2

H –

F

564

20,9 – 33,4

Np.

Długość
X – H······Y X –
H
at. wod.

0,27 nm
0,19nm

Wiązanie to prowadzi do

Wiązanie to prowadzi do

asocjacji

asocjacji

np. cząsteczki HF tworzą długie zygzakowate łańcuchy t

np. cząsteczki HF tworzą długie zygzakowate łańcuchy t

w

w

29,2

29,2

o

o

K w tej temperaturze cząsteczce pary odpowiada

K w tej temperaturze cząsteczce pary odpowiada

masa molowa 68,8 tzn. jest 3,4 razy większa od M

masa molowa 68,8 tzn. jest 3,4 razy większa od M

HF

HF

czyli

czyli

że

że

cząsteczka pary ma budowę H

cząsteczka pary ma budowę H

3

3

F

F

3

3

i H

i H

4

4

F

F

4

4

– zasocjowane 3 -

– zasocjowane 3 -

4 cząsteczki

4 cząsteczki

Również porównując temperaturę wrzenia wody i innych

Również porównując temperaturę wrzenia wody i innych

związków o podobnej masie molowej wyraźnie widać, że

związków o podobnej masie molowej wyraźnie widać, że

woda jest zasocjowana

woda jest zasocjowana

tw

tw

H20

H20

= 100

= 100

o

o

C m

C m

H20

H20

= 18 C

= 18 C

2

2

H

H

6

6

tt =

tt =

-86,6

-86,6

o

o

C

C

tw

tw

CH4

CH4

= -161,6

= -161,6

o

o

C m

C m

CH4

CH4

= 16 m

= 16 m

C2H6

C2H6

= 30

= 30

Każdy atom „O” w wodzie jest otoczony 4 H

Każdy atom „O” w wodzie jest otoczony 4 H

Wiązanie takie występuje w alkoholach, aminach,
białkach, kwasach nukleinowych – warunkuje ono
aktywność biologiczną wielu enzymów.

STANY SKUPIENIA MATERII

STANY SKUPIENIA MATERII

KINETYCZNA TEORIA BUDOWY MATERII

KINETYCZNA TEORIA BUDOWY MATERII



- Podstawowe elementy znajdują się w ciągłym ruchu

- Podstawowe elementy znajdują się w ciągłym ruchu

– energia własna

– energia własna



- Istnieją między nimi siły wzajemnego oddziaływania

- Istnieją między nimi siły wzajemnego oddziaływania

– przyciąganie

– przyciąganie

W zależności od stopnia uporządkowania cząsteczek

W zależności od stopnia uporządkowania cząsteczek

lub atomów i tego który rodzaj oddziaływań przeważa

lub atomów i tego który rodzaj oddziaływań przeważa

– przyciąganie czy energia własna, materia

– przyciąganie czy energia własna, materia

występuje w 3 stanach:

występuje w 3 stanach:



- gazowym – wysoka energia własna, małe

- gazowym – wysoka energia własna, małe

przyciąganie międzycząsteczkowe

przyciąganie międzycząsteczkowe



- ciekłym – maleje energia własna a rosną siły

- ciekłym – maleje energia własna a rosną siły

przyciągania cząsteczek

przyciągania cząsteczek



- stałym – mała energia, duże siły oddziaływań

- stałym – mała energia, duże siły oddziaływań

międzycząsteczkowych

międzycząsteczkowych

STAN GAZOWY

STAN GAZOWY

GAZ DOSKONAŁY – wyidealizowany stan materii

GAZ DOSKONAŁY – wyidealizowany stan materii

spełniający kilka warunków:

spełniający kilka warunków:

- cząsteczki gazu zachowują się jak jednorodne kule

- cząsteczki gazu zachowują się jak jednorodne kule

doskonale sprężyste

doskonale sprężyste

- objętość własna cząsteczek jest znikomo mała w

- objętość własna cząsteczek jest znikomo mała w

porównaniu z objętością zajmowaną przez mol gazu

porównaniu z objętością zajmowaną przez mol gazu

- cząsteczki znajdujące się w ciągłym chaotycznym ruchu

- cząsteczki znajdujące się w ciągłym chaotycznym ruchu

zderzają się sprężyście, zgodnie z prawami mechaniki

zderzają się sprężyście, zgodnie z prawami mechaniki

zderzeń sprężystych

zderzeń sprężystych

- do zderzenia ruch cząsteczek jest prostoliniowy, bez

- do zderzenia ruch cząsteczek jest prostoliniowy, bez

żadnego uprzywilejowanego kierunku

żadnego uprzywilejowanego kierunku

Żaden z gazów rzeczywistych nie spełnia tych warunków,

Żaden z gazów rzeczywistych nie spełnia tych warunków,

dopiero w wysokich temperaturach i przy dużych

dopiero w wysokich temperaturach i przy dużych

rozrzedzeniach zbliżają się one do tego idealnego modelu.

rozrzedzeniach zbliżają się one do tego idealnego modelu.

PRAWA GAZÓW DOSKONAŁYCH

PRAWA GAZÓW DOSKONAŁYCH

1. Boyle’a i Mariotta

1. Boyle’a i Mariotta

W stałej T objętość gazu jest odwrotnie proporcjonalna

W stałej T objętość gazu jest odwrotnie proporcjonalna

ciśnienia

ciśnienia

T = const.

T = const.

T

T

0

0

≠ T

≠ T

1

1

0

1

1

0

V

V

p

p



1

1

1

0

0

0

T

V

p

T

V

p







1

1

0

0

1

p

T

V

p

V







2. Gay – Lussaca

2. Gay – Lussaca

Przy stałym P objętość danej masy gazu podczas

Przy stałym P objętość danej masy gazu podczas

ogrzewania zwiększa się z każdym stopniem o 1/273

ogrzewania zwiększa się z każdym stopniem o 1/273

objętości jaką gaz ten zajmuje w temp. 0

objętości jaką gaz ten zajmuje w temp. 0

o

o

C

C

p = const

p = const

lub

lub

273

0

0

t

V

V

V







)

273

1

(

0

C

t

V

V

o





Wprowadzając T w stopniach Kelwina [ stały jej punkt to

Wprowadzając T w stopniach Kelwina [ stały jej punkt to

temperatura punktu potrójnego wody T = 273,16 K lub

temperatura punktu potrójnego wody T = 273,16 K lub

0,098

0,098

o

o

C]

C]

Prawo Gay – Lussaca ma postać:

Prawo Gay – Lussaca ma postać:

Przy p = const V/T = const

Przy p = const V/T = const

0

0

T

T

V

V 

3.

3.

Równanie gazu doskonałego – podsumowanie 1,2:

Równanie gazu doskonałego – podsumowanie 1,2:

[ R ] – stała gazowa

[ R ] – stała gazowa

lub pV = RT dla 1 mola gazu

lub pV = RT dla 1 mola gazu

przyjmując:

przyjmując:

T = 273K p = 1 atm

T = 273K p = 1 atm

V = 22,4 dm

V = 22,4 dm

3

3

/mol

/mol

Wyliczono R = 0,082 dm

Wyliczono R = 0,082 dm

3

3

∙ atm ∙ K ∙ mol

∙ atm ∙ K ∙ mol

-1

-1

lub R = 8,314 J/mol ∙ K

lub R = 8,314 J/mol ∙ K

R – nie zależy od ilości i rodzaju gazu

R – nie zależy od ilości i rodzaju gazu

const

T

pV



Dla n moli gazu jest to równanie Clapeyrona

Dla n moli gazu jest to równanie Clapeyrona

Prawo to może być uogólnione dla wszystkich gazów, bo jak z

Prawo to może być uogólnione dla wszystkich gazów, bo jak z

prawa Avogadra wynika – jednakowe objętości wszystkich

prawa Avogadra wynika – jednakowe objętości wszystkich

gazów przy takim samym p i T zawierają taką samą liczbę

gazów przy takim samym p i T zawierają taką samą liczbę

cząsteczek.

cząsteczek.

Dla 1 mola jest to 6,02 ∙ 10

Dla 1 mola jest to 6,02 ∙ 10

23

23

objętość molowa zawsze

objętość molowa zawsze

wynosi 22,4 dm

wynosi 22,4 dm

3

3

/mol.

/mol.

mola

gazu

M

m

n

RT

M

m

pV





nRT

pV 

Stała Boltzmana

Stała Boltzmana

Prawo Clapeyrona dla gazów rzeczywistych

Prawo Clapeyrona dla gazów rzeczywistych

1.

1.

W gazach rzeczywistych duży wpływ wywierają

W gazach rzeczywistych duży wpływ wywierają

oddziaływania międzycząsteczkowe.

oddziaływania międzycząsteczkowe.

2.

2.

Nie może być pominięta objętość własna ich

Nie może być pominięta objętość własna ich

cząsteczek.

cząsteczek.

]

/

[

10

02

,

6

314

,

8

10

02

,

6

23

23

K

J

R

k









•

oddziaływania międzycząsteczkowe są tym większe im

oddziaływania międzycząsteczkowe są tym większe im

wartość energii tych oddziaływań bliższa jest energii

wartość energii tych oddziaływań bliższa jest energii

kinetycznej wyrażonej przez iloczyn k ∙ T

kinetycznej wyrażonej przez iloczyn k ∙ T

•

odstępstwa od doskonałości są tym większe im wyższe

odstępstwa od doskonałości są tym większe im wyższe

jest ciśnienie, a niższa temperatura

jest ciśnienie, a niższa temperatura

•

odstępstwa od doskonałości najlepiej widać na tzw.

odstępstwa od doskonałości najlepiej widać na tzw.

współczynniku ściśliwości

współczynniku ściśliwości

Dla gazów doskonałych z = 1

Dla gazów doskonałych z = 1

Uwzględniając poprawki na oddziaływania

Uwzględniając poprawki na oddziaływania

międzycząsteczkowe i objętość własną cząsteczek van

międzycząsteczkowe i objętość własną cząsteczek van

der Waals zaproponował równanie dla gazu

der Waals zaproponował równanie dla gazu

rzeczywistego:

rzeczywistego:

RT

pV

z 

dla 1 mola

dla 1 mola

- poprawka na ciśnienie, tzw. ciśnienie wewnętrzne

- poprawka na ciśnienie, tzw. ciśnienie wewnętrzne

b – poprawka na objętość własną cząsteczek, np. dla CO

b – poprawka na objętość własną cząsteczek, np. dla CO

2

2

b

b

= 42,7 cm/M

= 42,7 cm/M

Równanie van der Waalsa dla dowolnej ilości gazu

Równanie van der Waalsa dla dowolnej ilości gazu

rzeczywistego:

rzeczywistego:

RT

b

V

V

a

p







)

)(

(

2

2

V

a

RT

M

m

b

M

m

V

V

a

M

m

p











]

[

]

)

(

[

2

2

STAN CIEKŁY

STAN CIEKŁY

- ograniczenie energii własnej cząsteczek przez oddziaływania

- ograniczenie energii własnej cząsteczek przez oddziaływania

międzycząsteczkowe

międzycząsteczkowe

- swobodny ruch cząsteczek powoduje że ciecze nie mają

- swobodny ruch cząsteczek powoduje że ciecze nie mają

określonego kształtu ale już określona ilość cieczy ma stałą

określonego kształtu ale już określona ilość cieczy ma stałą

objętość

objętość

- ciecze tworzą swobodną powierzchnię graniczną

- ciecze tworzą swobodną powierzchnię graniczną

- gęstość cieczy w mniejszym stopniu niż u gazów zależy od T i

- gęstość cieczy w mniejszym stopniu niż u gazów zależy od T i

p

p

- struktura cieczy jest quasi – statyczna tzn. w cieczy istnieją

- struktura cieczy jest quasi – statyczna tzn. w cieczy istnieją

obszary uporządkowania przypominające sieć krystaliczną,

obszary uporządkowania przypominające sieć krystaliczną,

jednak ich istnienie ma charakter dynamiczny, tworzą się na

jednak ich istnienie ma charakter dynamiczny, tworzą się na

krótko i zanikają, a w ich miejsce powstają nowe

krótko i zanikają, a w ich miejsce powstają nowe

- stan ciekły ograniczają dwie temperatury: topnienia i wrzenia

- stan ciekły ograniczają dwie temperatury: topnienia i wrzenia

(krystalizacji)

(krystalizacji)

(skraplania)

(skraplania)

Wielkości charakteryzujące ciecze

Wielkości charakteryzujące ciecze

1.

1.

Temperatury: topnienia i wrzenia – t.t i t.w

Temperatury: topnienia i wrzenia – t.t i t.w

2.

2.

Lepkość

Lepkość

3.

3.

Napięcie powierzchniowe

Napięcie powierzchniowe

Lepkość - to tarcie wewnętrzne pomiędzy

Lepkość - to tarcie wewnętrzne pomiędzy

poruszającymi się warstwami cieczy.

poruszającymi się warstwami cieczy.

Istnieje ścisłe powiązanie:

Istnieje ścisłe powiązanie:

PŁYNNOŚĆ = ODWROTNOŚĆ LEPKOŚCI

PŁYNNOŚĆ = ODWROTNOŚĆ LEPKOŚCI

Wyróżnia się lepkość:

Wyróżnia się lepkość:

•

bezwzględną – dynamiczna i kinematyczna

bezwzględną – dynamiczna i kinematyczna

•

względną – umowną w porównaniu z wodą

względną – umowną w porównaniu z wodą

Jednostką lepkości dynamicznej jest 1 P [ poise]

Jednostką lepkości dynamicznej jest 1 P [ poise]

Lepkość cieczy

Lepkość cieczy

– równa jest 1 P jeśli siła potrzebna do

– równa jest 1 P jeśli siła potrzebna do

przesunięcia warstwy 1 cm

przesunięcia warstwy 1 cm

2

2

cieczy z prędkością 1 cm/s

cieczy z prędkością 1 cm/s

względem drugiej takiej warstwy oddalonej od niej o 1

względem drugiej takiej warstwy oddalonej od niej o 1

cm równa jest 10

cm równa jest 10

5

5

N.

N.

Lepkość kinematyczna

Lepkość kinematyczna

Jest to stosunek lepkości dynamicznej do ciężaru

Jest to stosunek lepkości dynamicznej do ciężaru

właściwego cieczy

właściwego cieczy

]

/

[

2

s

cm









ρ = gęstość cieczy g / cm

3

Jednostką lepkości kinematycznej jest Stockes.
Pomiar lepkości cieczy polega na pomiarze czasu

przepływu określonej ilości cieczy przez rurkę kapilarną w
ściśle określonej temperaturze [ wiskozymetry ].

Lepkość względna Englera

Lepkość względna Englera

Określa ona stosunek czasu przepływu 200cm

Określa ona stosunek czasu przepływu 200cm

3

3

danej

danej

cieczy przez kalibrowany otwór lepkościomierza w ściśle

cieczy przez kalibrowany otwór lepkościomierza w ściśle

określonej temperaturze, do czasu przepływu takiej

określonej temperaturze, do czasu przepływu takiej

samej ilości wody destylowanej w temp. 20

samej ilości wody destylowanej w temp. 20

o

o

C.

C.

- woda została wybrana jako wzorzec, ponieważ jej

- woda została wybrana jako wzorzec, ponieważ jej

lepkość kinematyczna w t = 20,2

lepkość kinematyczna w t = 20,2

o

o

C równa jest

C równa jest

1 St.

1 St.

NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE

NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE

- każda cząsteczka w głębi cieczy jest równomiernie

- każda cząsteczka w głębi cieczy jest równomiernie

otoczona innymi cząsteczkami, jej siły wzajemnych

otoczona innymi cząsteczkami, jej siły wzajemnych

oddziaływań są wysycane, ich wypadkowa = 0

oddziaływań są wysycane, ich wypadkowa = 0

- natomiast cząsteczki powierzchniowe doznają tylko

- natomiast cząsteczki powierzchniowe doznają tylko

jednostronnych oddziaływań od strony cieczy, bo ich

jednostronnych oddziaływań od strony cieczy, bo ich

oddziaływania z cząsteczkami gazu są bardzo małe

oddziaływania z cząsteczkami gazu są bardzo małe

- wypadkowa tych sił działa prostopadle do powierzchni i

- wypadkowa tych sił działa prostopadle do powierzchni i

skierowana jest do wnętrza cieczy, ulega więc

skierowana jest do wnętrza cieczy, ulega więc

jednostronnemu wciąganiu do wnętrza cieczy, tak więc

jednostronnemu wciąganiu do wnętrza cieczy, tak więc

cząsteczki powierzchniowe wywierają na

cząsteczki powierzchniowe wywierają na

wnętrze cieczy

wnętrze cieczy

ciśnienie zwane powierzchniowym albo wewnętrznym

ciśnienie zwane powierzchniowym albo wewnętrznym

- na skutek działania tych sił ciecze dążą do zmniejszenia

- na skutek działania tych sił ciecze dążą do zmniejszenia

liczby cząsteczek na powierzchni, zmniejsza się

liczby cząsteczek na powierzchni, zmniejsza się

powierzchnia swobodna cieczy, dla tego krople cieczy

powierzchnia swobodna cieczy, dla tego krople cieczy

mają kształt kulisty jako najmniejszy przy danej

mają kształt kulisty jako najmniejszy przy danej

objętości

objętości

Tak więc w warstwie powierzchniowej cieczy istnieją siły

Tak więc w warstwie powierzchniowej cieczy istnieją siły

zmniejszające powierzchnię

zmniejszające powierzchnię

działające wzdłuż powierzchni

działające wzdłuż powierzchni

w każdym jej punkcie. Jest to właśnie

w każdym jej punkcie. Jest to właśnie

Napięcie powierzchniowe

Napięcie powierzchniowe

σ

σ

Jest ono niezależne od wielkości powierzchni, ale od

Jest ono niezależne od wielkości powierzchni, ale od

charakteru cieczy i temperatury

charakteru cieczy i temperatury

- każda ciecz wykazuje charakterystyczne dla siebie

- każda ciecz wykazuje charakterystyczne dla siebie

σ

σ

Jednostki napięcia powierzchniowego

Jednostki napięcia powierzchniowego

Można je podawać w jednostkach pracy na jednostkę

Można je podawać w jednostkach pracy na jednostkę

powierzchni

powierzchni

- jest to praca potrzebna do zwiększenia powierzchni

- jest to praca potrzebna do zwiększenia powierzchni

swobodnej cieczy o 1m

swobodnej cieczy o 1m

2

2

[J/m

[J/m

2

2

]

]

W jednostkach siły na jednostkę długości [N/m]

W jednostkach siły na jednostkę długości [N/m]

Napięcie powierzchniowe różnych cieczy:

Napięcie powierzchniowe różnych cieczy:

t = 18

t = 18

o

o

C

C



σ

σ

H2O

H2O

= 0,073 N/m

= 0,073 N/m



σ

σ

CH3OH

CH3OH

= 0,022 N/m

= 0,022 N/m



σ

σ

Hg

Hg

= 0,491 N/m

= 0,491 N/m

t = 20

t = 20

o

o

C

C



σ

σ

C6H6

C6H6

= 0,0289 N/m

= 0,0289 N/m

Istnienie energii powierzchniowej wskazują proste

Istnienie energii powierzchniowej wskazują proste

doświadczenia

doświadczenia



Utrzymywanie się leżącej żyletki na powierzchni cieczy

Utrzymywanie się leżącej żyletki na powierzchni cieczy



Możliwość rozciągnięcia cieczy w formie błonki na ramce

Możliwość rozciągnięcia cieczy w formie błonki na ramce

Zależność napięcia powierzchniowego czystych cieczy od

Zależność napięcia powierzchniowego czystych cieczy od

temperatury

temperatury

- napięcie

- napięcie

σ

σ

maleje ze wzrostem T

maleje ze wzrostem T

- zwiększenie powierzchni cieczy wiąże się z

- zwiększenie powierzchni cieczy wiąże się z

pochłanianiem ciepła

pochłanianiem ciepła

- ciepło pochłonięte przy zwiększeniu powierzchni o 1cm

- ciepło pochłonięte przy zwiększeniu powierzchni o 1cm

2

2

nazywamy

nazywamy

ciepłem tworzenia powierzchni

ciepłem tworzenia powierzchni

- w temperaturze krytycznej, kiedy zanika granica między

- w temperaturze krytycznej, kiedy zanika granica między

cieczą i parą

cieczą i parą

σ

σ

uzyskuje wartość „0”

uzyskuje wartość „0”

Napięcie powierzchniowe roztworów

Napięcie powierzchniowe roztworów

-

-

większość związków dodanych do cieczy zmniejsza jej

większość związków dodanych do cieczy zmniejsza jej

napięcie powierzchniowe

napięcie powierzchniowe

- wpływ substancji rozpuszczonej na

- wpływ substancji rozpuszczonej na

σ

σ

zależy od tego czy

zależy od tego czy

jej stężenie w warstwie powierzchniowej jest większe

jej stężenie w warstwie powierzchniowej jest większe

czy mniejsze niż w głębi roztworu

czy mniejsze niż w głębi roztworu

- wszystkie związki hydrofilowe [elektrolity] dla których

- wszystkie związki hydrofilowe [elektrolity] dla których

oddziaływanie z wodą jest bardzo duże zwiększają

oddziaływanie z wodą jest bardzo duże zwiększają

napięcie σ np. jony mocnych elektrolitów ulegając

napięcie σ np. jony mocnych elektrolitów ulegając

dysocjacji otaczają się cząsteczkami wody i wciągane są

dysocjacji otaczają się cząsteczkami wody i wciągane są

w głąb roztworu i dlatego ich stężenie w warstwie

w głąb roztworu i dlatego ich stężenie w warstwie

powierzchniowej jest mniejsze niż w głębi roztworu

powierzchniowej jest mniejsze niż w głębi roztworu

- związki hydrofilowe – nie zwilżalne [należą tu głównie

- związki hydrofilowe – nie zwilżalne [należą tu głównie

związki organiczne] albo rozpuszczają się w sposób

związki organiczne] albo rozpuszczają się w sposób

ograniczony, albo rozpuszczone gromadzą się w

ograniczony, albo rozpuszczone gromadzą się w

warstwie powierzchniowej np. mydła

warstwie powierzchniowej np. mydła

Takie gromadzenie się substancji przy powierzchni

Takie gromadzenie się substancji przy powierzchni

oddzielającej dwie fazy nazywa się

oddzielającej dwie fazy nazywa się

adsorpcją

adsorpcją

.

.

STAN SZKLISTY

STAN SZKLISTY

Szkłem nazywamy każdą substancję organiczną lub

Szkłem nazywamy każdą substancję organiczną lub

nieorganiczną, która przy ochłodzeniu przeszła w

nieorganiczną, która przy ochłodzeniu przeszła w

sposób ciągły ze stanu zwykłej cieczy (o lepkości 10p)

sposób ciągły ze stanu zwykłej cieczy (o lepkości 10p)

do stanu w którym jej lepkość jest większa niż 10

do stanu w którym jej lepkość jest większa niż 10

13

13

p.

p.

Szkła przy lepkości 10

Szkła przy lepkości 10

8

8

– 10

– 10

9

9

p tworzą stan plastyczny.

p tworzą stan plastyczny.

Wykorzystywane to jest przy formowaniu szkła poprzez

Wykorzystywane to jest przy formowaniu szkła poprzez

ciągnięcie, wydmuchiwanie, prasowanie.

ciągnięcie, wydmuchiwanie, prasowanie.

W stanie szklistym nie można otrzymać metali, soli,

W stanie szklistym nie można otrzymać metali, soli,

kwasów, tlenków ani gazów szlachetnych

kwasów, tlenków ani gazów szlachetnych

gdyż mają

gdyż mają

one zdefiniowane typy wiązań – jonowe, atomowe,

one zdefiniowane typy wiązań – jonowe, atomowe,

metaliczne. Natomiast substancje o wiązaniach typu

metaliczne. Natomiast substancje o wiązaniach typu

mostków wodorowych czy tlenków można otrzymać w

mostków wodorowych czy tlenków można otrzymać w

stanie szklistym.

stanie szklistym.

STAN STAŁY

STAN STAŁY



ciała krystaliczne

ciała krystaliczne



ciała bezpostaciowe – izotropowe brak ostrego przejścia

ciała bezpostaciowe – izotropowe brak ostrego przejścia

do

do

stanu ciekłego

stanu ciekłego

Podstawowe cechy kryształów

Podstawowe cechy kryształów

- stan pełnego uporządkowania atomów lub jonów w

- stan pełnego uporządkowania atomów lub jonów w

dowolnym kierunku

dowolnym kierunku

- tworzenie kształtu regularnych wielościanów wypukłych

- tworzenie kształtu regularnych wielościanów wypukłych

ograniczonych płaskimi ścianami

ograniczonych płaskimi ścianami

- anizotropia kryształów – zależność ich właściwości od

- anizotropia kryształów – zależność ich właściwości od

kierunku np. właściwości mechaniczne : twardość,

kierunku np. właściwości mechaniczne : twardość,

wytrzymałość, przewodnictwo elektryczne, cieplne itp.

wytrzymałość, przewodnictwo elektryczne, cieplne itp.

- zewnętrzna forma kryształu jest ściśle związana z

- zewnętrzna forma kryształu jest ściśle związana z

budową wewnętrzną

budową wewnętrzną

- podstawową jednostką kryształu jest komórka sieciowa –

- podstawową jednostką kryształu jest komórka sieciowa –

jest to najmniejszy element przestrzenny tworzący sieć

jest to najmniejszy element przestrzenny tworzący sieć

trójwymiarową, określany za pomocą trzech krawędzi a,

trójwymiarową, określany za pomocą trzech krawędzi a,

b, c oraz trzech kątów

b, c oraz trzech kątów

α, β, γ

α, β, γ

pomiędzy krawędziami, są

pomiędzy krawędziami, są

to tzw.

to tzw.

parametry sieci przestrzennej

parametry sieci przestrzennej

Komórka sieciowa powtarza się w przestrzeni po

Komórka sieciowa powtarza się w przestrzeni po

przesunięciu translacyjnym w kierunku jednej z krawędzi

przesunięciu translacyjnym w kierunku jednej z krawędzi

o dowolną całkowitą ilość odległości translacyjnych

o dowolną całkowitą ilość odległości translacyjnych

(odległość dwóch analogicznych węzłów leżących na

(odległość dwóch analogicznych węzłów leżących na

prostej sieciowej).

prostej sieciowej).

lp.

układ

parametry

kształty komórki

1

regularny

a = b = c

α = β = γ =

90

o

sześcian

2

tetragonal

ny

a = b ≠ c

α = β = γ =

90

o

prostopadłościan

o podstawie

kwadratu

3

heksagonal

ny

a = b ≠ c

α = β = 90

o

γ = 120

o

prostopadłościan

o podstawie

romboidalnej

4

trygonalny

a = b = c

α = β = γ ≠

90

o

romboedr

5

rombowy

a ≠ b ≠ c

α = β = γ =

90

o

prostopadłościan

o podstawie

prostokąta

6

jednoskośn

y

a ≠ b ≠ c

α = γ = 90

o

β ≠ 90

o

równoległościan

7

trójskośny

a ≠ b ≠ c

α ≠ β ≠ γ

równoległościan

PODSTAWOWE UKŁADY KRYSTALOGRAFICZNE

RÓWNOWAGI FAZOWE

RÓWNOWAGI FAZOWE

UKŁAD:

UKŁAD:

Stan skupienia materii wraz z zawartą w nim energią

Stan skupienia materii wraz z zawartą w nim energią

Układ fizycznie jednorodny

Układ fizycznie jednorodny

– każda najmniejsza jego część

– każda najmniejsza jego część

wykazuje te same cechy co cały układ – jest jednorodny pod

wykazuje te same cechy co cały układ – jest jednorodny pod

względem fizycznym i chemicznym

względem fizycznym i chemicznym

Układ fizycznie niejednorodny

Układ fizycznie niejednorodny

– różne jego części wykazują

– różne jego części wykazują

różne właściwości i zwane są fazami. Są to części

różne właściwości i zwane są fazami. Są to części

jednorodne układu oddzielone od innych jego części

jednorodne układu oddzielone od innych jego części

powierzchnią rozdziału np. lód i woda.

powierzchnią rozdziału np. lód i woda.

Stopień swobody układu niejednorodnego

Stopień swobody układu niejednorodnego

: liczba parametrów

: liczba parametrów

zewnętrznych [ p, t, c ] które można zmienić nie powodując

zewnętrznych [ p, t, c ] które można zmienić nie powodując

zaniku żadnej z faz.

zaniku żadnej z faz.

REGUŁA FAZ GIBBSA

REGUŁA FAZ GIBBSA

Liczba stopni swobody układu równa jest różnicy

Liczba stopni swobody układu równa jest różnicy

liczby składników i faz powiększonej o 2

liczby składników i faz powiększonej o 2

s = n – f + 2

s = n – f + 2

s – liczba stopni swobody

s – liczba stopni swobody

n – liczba składników

n – liczba składników

f – liczba faz

f – liczba faz

RÓWNOWAGI FAZOWE DLA UKŁADU n = 1 f = 3 NA

RÓWNOWAGI FAZOWE DLA UKŁADU n = 1 f = 3 NA

PRZYKŁADZIE WODY

PRZYKŁADZIE WODY

Diagram fazowy wody:

P

p

= 4,58 mmHg = 601,44 hPa

P

w

= 1 atm = 1013 hPa

P

k

= 217 atm = 219821 hPa

T – temperatura punktu potrójnego H

2

O t = 0,098

o

C T =

273,14

o

K

T

w

= 100

o

C T

k

= 374

o

C

Krzywe: TA; TB; TC – równowag

2-fazowych

T – Punkt potrójny wody: 3-
fazowy

A.

A.

Równowagi fazowe w głębi cieczy, pary, ciała stałego

Równowagi fazowe w głębi cieczy, pary, ciała stałego

n = 1 f = 1

n = 1 f = 1

s = 1 – 1 + 2 = 2

s = 1 – 1 + 2 = 2

Można zmienić dwa parametry nie powodując zaniku

Można zmienić dwa parametry nie powodując zaniku

żadnej z faz

żadnej z faz

B.

B.

Równowagi fazowe wzdłuż krzywych

Równowagi fazowe wzdłuż krzywych

TA – sublimacji – resublimacji

TA – sublimacji – resublimacji

TB – topnienia – krzepnięcia

TB – topnienia – krzepnięcia

TC – parowania – skraplania

TC – parowania – skraplania

n = 1 f = 2

n = 1 f = 2

s = 1 – 2 + 2 = 1

s = 1 – 2 + 2 = 1

układ 1 – zmiennej

układ 1 – zmiennej

W PUNKCIE POTRÓJNYM T

W PUNKCIE POTRÓJNYM T

n = 1 f = 3

n = 1 f = 3

s = 1 – 3 + 2 = 0

s = 1 – 3 + 2 = 0

Brak stopni swobody – układ „0” zmiennych

Brak stopni swobody – układ „0” zmiennych

RÓWNOWAGI FAZOWE DLA UKŁADU n = 2 LOTNEGO

RÓWNOWAGI FAZOWE DLA UKŁADU n = 2 LOTNEGO

ROZPUSZCZLNIKA I NIELOTNEJ SUBSTANCJI

ROZPUSZCZLNIKA I NIELOTNEJ SUBSTANCJI

ROZPUSZCZONEJ f = 1

ROZPUSZCZONEJ f = 1

W układzie takim prężność par substancji rozpuszczonej

W układzie takim prężność par substancji rozpuszczonej

jest nieznaczna, a nad roztworem w postaci pary

jest nieznaczna, a nad roztworem w postaci pary

znajduje się tylko rozpuszczalnik

znajduje się tylko rozpuszczalnik

- Prężność pary nad roztworem P

- Prężność pary nad roztworem P

A

A

P

P

A

A

= P

= P

A

A

0

0

∙ x

∙ x

A

A

P

P

A

A

0

0

– prężność pary nad czystym rozpuszczalnikiem

– prężność pary nad czystym rozpuszczalnikiem

x

x

A

A

- ułamek molowy rozpuszczalnika w roztworze

- ułamek molowy rozpuszczalnika w roztworze

x

x

B

B

- ułamek molowy substancji rozpuszczonej w

- ułamek molowy substancji rozpuszczonej w

roztworze

roztworze

x

x

A

A

+ x

+ x

B

B

= 1 x

= 1 x

B

B

= 1 - x

= 1 - x

A

A

Obniżenie prężności pary nad roztworem

Obniżenie prężności pary nad roztworem

Δp = P

Δp = P

A

A

0

0

- P

- P

A

A

0

0

∙ x

∙ x

A

A

= P

= P

A

A

0

0

(1 - x

(1 - x

A

A

)

)

lub

lub

Δp = P

Δp = P

A

A

0

0

∙ x

∙ x

B

B

bo x

bo x

B

B

= 1 - x

= 1 - x

A

A

I PRAWO RAOULTA

I PRAWO RAOULTA

Obniżenie prężności pary rozpuszczalnika nad roztworem

Obniżenie prężności pary rozpuszczalnika nad roztworem

jest wprost proporcjonalne do ułamka molowego

jest wprost proporcjonalne do ułamka molowego

substancji rozpuszczonej.

substancji rozpuszczonej.

- Im większy ułamek molowy x

- Im większy ułamek molowy x

B

B

– bardziej stężony roztwór,

– bardziej stężony roztwór,

tym większe obniżenie prężności pary.

tym większe obniżenie prężności pary.

T

T

A

A

0

0

– temperatura wrzenia rozpuszczalnika

– temperatura wrzenia rozpuszczalnika

T

T

B

B

– temperatura wrzenia roztworu

– temperatura wrzenia roztworu

II PRAWO RAOULTA

II PRAWO RAOULTA

Podwyższenie temperatury wrzenia roztworu jest wprost

Podwyższenie temperatury wrzenia roztworu jest wprost

proporcjonalne do stężenia molalnego roztworu.

proporcjonalne do stężenia molalnego roztworu.

m

m

S

S

– masa substancji rozpuszczonej

– masa substancji rozpuszczonej

w – masa rozpuszczalnika

w – masa rozpuszczalnika

L

L

P

P

– ciepło parowania 1g rozpuszczalnika

– ciepło parowania 1g rozpuszczalnika

k

k

e

e

= molarne podwyższenie T

= molarne podwyższenie T

W

W

rozpuszczalnika jest to

rozpuszczalnika jest to

podwyższenie T

podwyższenie T

W

W

po rozpuszczeniu 1M substancji w

po rozpuszczeniu 1M substancji w

1000g rozpuszczalnika.

1000g rozpuszczalnika.

w

M

m

ke

T

s

S

W







1000

P

L

RT

ke

1000

2



III PRAWO RAOULTA

III PRAWO RAOULTA

Obniżenie T

Obniżenie T

K

K

roztworów jest wprost proporcjonalne do

roztworów jest wprost proporcjonalne do

stężenia molalnego roztworów.

stężenia molalnego roztworów.

w

M

m

K

T

S

S

K

K







1000

K

K

– stała krioskopowa

K

K

L

RT

K

1000

2



Jest to molarne obniżenie T

K

rozpuszczalnika – zależy od

ciepła topnienia L

K

WYZNACZANIE CIĘŻARÓW CZĄSTECZKOWYCH W OPARCIU

WYZNACZANIE CIĘŻARÓW CZĄSTECZKOWYCH W OPARCIU

O PRAWO RAOULTA

O PRAWO RAOULTA

Z I prawa:

Z I prawa:

m

m

b

b

– masa molowa substancji rozpuszczonej

– masa molowa substancji rozpuszczonej

Z II prawa:

Z II prawa:

w – waga rozpuszczalnika

w – waga rozpuszczalnika

A

B

A

A

B

m

p

m

M

P

M











0

w

T

m

ke

M

B

B











1000

Z III prawa:

Z III prawa:

m

m

B

B

– masa substancji rozpuszczonej

– masa substancji rozpuszczonej

w

T

m

k

M

B

k

B









1000

PRAWA RAOULTA DLA DWÓCH CIECZY MIESZAJĄCYCH SIĘ

PRAWA RAOULTA DLA DWÓCH CIECZY MIESZAJĄCYCH SIĘ

NIEOGRANICZENIE

NIEOGRANICZENIE

W Daltona prężność pary nad takimi roztworami równa

W Daltona prężność pary nad takimi roztworami równa

jest sumie prężności par obu cieczy

jest sumie prężności par obu cieczy

Dla każdego ze składników prężność par równa jest jego

Dla każdego ze składników prężność par równa jest jego

prężności nad czystym składnikiem razy jego ułamek

prężności nad czystym składnikiem razy jego ułamek

molowy w roztworze.

molowy w roztworze.

B

A

P

P

P





A

A

A

x

P

P





0

B

B

B

x

P

P





0

1





B

A

x

x

B

A

x

x



1

czyli

czyli

B

B

A

A

x

P

x

P

P









0

0

lub

B

B

B

A

A

x

P

x

P

P

P











0

0

0

0

0

0

)

(

A

B

A

B

P

x

P

P

P







I Prawo

I Prawo

A

B

x

A

=

1

x

B

=

1

x

B

=

0

x

A

=

0

P

B

– prężność par benzenu

P

A

– prężność par toluenu

P - prężność par nad roztworem obu
cieczy

Prawa Raoulta spełniają:

Prawa Raoulta spełniają:

benzen + dichloroetan

heksan + heptan

woda + metanol

ciekły N

2

+ ciekły O

2

 są to tzw. roztwory doskonałe

ODCHYLENIA OD PRAW RAOULTA –

ODCHYLENIA OD PRAW RAOULTA –

AZEOTROPY

AZEOTROPY

Mieszanina cieczy wykazujących odchylenia od praw

Mieszanina cieczy wykazujących odchylenia od praw

Raoulta nazywają się

Raoulta nazywają się

zeotropami

zeotropami

gdy te odchylenia są

gdy te odchylenia są

małe, lub

małe, lub

azeotropami

azeotropami

gdy na krzywych pojawiają się

gdy na krzywych pojawiają się

wyraźne maksima lub minima. Odchylenia mogą być

wyraźne maksima lub minima. Odchylenia mogą być

ujemne lub dodatnie.

ujemne lub dodatnie.

II Prawo – Temperatury wrzenia a skład cieczy i pary

II Prawo – Temperatury wrzenia a skład cieczy i pary

Proces przejścia cieczy w parę i ponowne skroplenie

Proces przejścia cieczy w parę i ponowne skroplenie

nazywa się

nazywa się

destylacją

destylacją

. Proces przejścia cieczy w parę w

. Proces przejścia cieczy w parę w

zależności od T można przedstawić na wykresie w

zależności od T można przedstawić na wykresie w

układzie współrzędnych: T i % skład cieczy.

układzie współrzędnych: T i % skład cieczy.

Destylacja

Destylacja

– metoda rozdziału cieczy o różnych

– metoda rozdziału cieczy o różnych

temperaturach wrzenia.

temperaturach wrzenia.

I Krzywa składu pary

II Krzywa składu cieczy

T

W

A

, T

W

B

– temperatury wrzenia czystych A lub B

T

W

A

< T

I

< T

W

B

W tej temperaturze para bogatsza jest w składnik o
niższej temperaturze wrzenia [A] – bardziej lotny

(

……….

).

Ciecz natomiast w TI bogatsza jest w składnik mniej lotny

(

……….

).

Całkowite rozdzielenie takich dwóch cieczy możliwe jest
tylko na drodze tzw. rektyfikacji.

Odchylenia

Odchylenia

Na obu wykresach w temperaturze T

Na obu wykresach w temperaturze T

C

C

skład cieczy jest

skład cieczy jest

identyczny ze składem pary. Mieszanina cieczy destyluje tak

identyczny ze składem pary. Mieszanina cieczy destyluje tak

jak by to była jedna substancja. Punkt ten nazywa się

jak by to była jedna substancja. Punkt ten nazywa się

punktem azeotropowym.

punktem azeotropowym.

RÓWNOWAGA CHEMICZNA

RÓWNOWAGA CHEMICZNA

1.

1.

Prawo działania mas

Prawo działania mas

Równowaga chemiczna jest równowagą o charakterze

Równowaga chemiczna jest równowagą o charakterze

dynamicznym tzn. tyle ile produktów powstaje w

dynamicznym tzn. tyle ile produktów powstaje w

jednostce czasu, tyle samo ich przekształca się w

jednostce czasu, tyle samo ich przekształca się w

substraty.

substraty.

Układ znajduje się w stanie równowagi gdy jego

Układ znajduje się w stanie równowagi gdy jego

parametry nie zależą od czasu. Każda reakcja

parametry nie zależą od czasu. Każda reakcja

przebiega z określoną szybkością, której miarą jest

przebiega z określoną szybkością, której miarą jest

zmiana stężenia substratów lub produktów w

zmiana stężenia substratów lub produktów w

jednostce czasu.

jednostce czasu.

Dla reakcji

Dla reakcji

k

k

1

1

i k

i k

2

2

– stałe szybkości reakcji

– stałe szybkości reakcji

a, b, c, d – współczynniki stechiometryczne

a, b, c, d – współczynniki stechiometryczne

przy T = const V

przy T = const V

1

1

= V

= V

2

2

ustala się stan równowagi

ustala się stan równowagi

k

k

1

1

[A]

[A]

a

a

∙ [B]

∙ [B]

b

b

= k

= k

2

2

[C]

[C]

c

c

∙ [D]

∙ [D]

d

d

-

-

jest to stała stężeniowa równowagi, która nie

jest to stała stężeniowa równowagi, która nie

zależy od stężenia poszczególnych

zależy od stężenia poszczególnych

reagentów, zmienia się tylko przy zmianie T.

reagentów, zmienia się tylko przy zmianie T.

dD

cC

V

V

bB

aA









2

1

Szybkość reakcji

V

1

= k

1

[A]

a

∙ [B]

b

I reakcji odwrotnej

V

2

= k

2

[C]

c

∙ [D]

d

C

K

k

k



2

1

b

a

d

c

C

B

A

D

C

k

k

K

]

[

]

[

]

[

]

[

2

1









Równanie na stałą równowagi jest matematycznym

wyrazem Prawa działania mas

Guldberga – Waagego:

W stanie równowagi chemicznej w stałej T stosunek

iloczynu stężeń molowych produktów do iloczynu stężeń

molowych substratów jest wielkością stałą

charakterystyczną dla danej reakcji.

Jeżeli stała szybkości:

k

1

>> k

2

to w stanie równowagi znajdują się produkty w znacznie

większych stężeniach niż substraty – reakcje takie będą

praktycznie nieodwracalne.

2. Wpływ czynników zewnętrznych na równowagę

2. Wpływ czynników zewnętrznych na równowagę

a) REGUŁA PRZEKORY – le CHATERIERA – BRAUNA

a) REGUŁA PRZEKORY – le CHATERIERA – BRAUNA

Pod wpływem czynników zewnętrznych takich jak: zmiana

Pod wpływem czynników zewnętrznych takich jak: zmiana

stężenia roztworu, ciśnienia dla reakcji w stanie

stężenia roztworu, ciśnienia dla reakcji w stanie

gazowym czy temperatury – równowaga chemiczna

gazowym czy temperatury – równowaga chemiczna

ulega przesunięciu albo na korzyść produktów albo na

ulega przesunięciu albo na korzyść produktów albo na

korzyść substratów.

korzyść substratów.

Kierunek przesunięcia równowagi określa reguła przekory:

Kierunek przesunięcia równowagi określa reguła przekory:

Jeżeli na układ w stanie równowagi działa czynnik

Jeżeli na układ w stanie równowagi działa czynnik

zewnętrzny, to w układzie zajdą takie zmiany, które

zewnętrzny, to w układzie zajdą takie zmiany, które

będą niwelowały efekty tego działania, prowadząc do

będą niwelowały efekty tego działania, prowadząc do

ponownego ustalenia równowagi – układ broni się przed

ponownego ustalenia równowagi – układ broni się przed

zakłócaniem stanu równowagi z zewnątrz

zakłócaniem stanu równowagi z zewnątrz

.

.

Umiejętność doboru odpowiedniego bodźca zewnętrznego

Umiejętność doboru odpowiedniego bodźca zewnętrznego

powodującego przesunięcie równowagi w pożądanym

powodującego przesunięcie równowagi w pożądanym

kierunku jest bardzo ważne np. dla reakcji syntezy NH

kierunku jest bardzo ważne np. dla reakcji syntezy NH

3

3

Jeżeli zwiększymy [H

Jeżeli zwiększymy [H

2

2

], to najpierw zmaleje [N

], to najpierw zmaleje [N

2

2

], a

], a

wzrośnie [NH

wzrośnie [NH

3

3

], czyli że zmiany w układzie doprowadzą

], czyli że zmiany w układzie doprowadzą

stosunki stężeń produktów i substratów do ustalenia

stosunki stężeń produktów i substratów do ustalenia

nowego stanu równowagi odpowiadającemu ich nowym

nowego stanu równowagi odpowiadającemu ich nowym

stężeniom – czyli po zwiększeniu [H

stężeniom – czyli po zwiększeniu [H

2

2

] zwiększy się szybkość

] zwiększy się szybkość

syntezy NH

syntezy NH

3

3

.

.

Q

NH

H

N







3

2

2

2

3

3

2

2

2

3

]

][

[

]

[

H

N

NH

K 

Rozważając tą reakcję jako przykład reakcji gazowej :

Rozważając tą reakcję jako przykład reakcji gazowej :

1Vmol N

1Vmol N

2

2

+ 3Vmol H

+ 3Vmol H

2

2





2Vmol NH

2Vmol NH

3

3

Razem: 4V substratów

Razem: 4V substratów





2V produktów

2V produktów

V ~ p 4p

V ~ p 4p





2p

2p

Jeżeli V = const. ciśnienie po syntezie maleje. W odwrotnym

Jeżeli V = const. ciśnienie po syntezie maleje. W odwrotnym

kierunku działa temperatura. Reakcja syntezy NH

kierunku działa temperatura. Reakcja syntezy NH

3

3

jest

jest

egzoenergetyczna – jeżeli nie odprowadzimy ciepła

egzoenergetyczna – jeżeli nie odprowadzimy ciepła

powstającego podczas syntezy NH

powstającego podczas syntezy NH

3

3

, to wzrost

, to wzrost

temperatury zwiększy szybkość reakcji rozkładu NH

temperatury zwiększy szybkość reakcji rozkładu NH

3

3

.

.

Warunki korzystne dla syntezy NH

Warunki korzystne dla syntezy NH

3

3

to:

to:

1. Zwiększenie ciśnienia substratów

1. Zwiększenie ciśnienia substratów

2. Szybkie chłodzenie produktów

2. Szybkie chłodzenie produktów

Ogólnie dla reakcji gazowych

Ogólnie dla reakcji gazowych

1.

1.

Wzrost ciśnienia sprzyja reakcjom przebiegającym ze

Wzrost ciśnienia sprzyja reakcjom przebiegającym ze

zmniejszeniem objętości produktów

zmniejszeniem objętości produktów

2.

2.

Obniżenie ciśnienia ułatwia przebieg reakcji ze

Obniżenie ciśnienia ułatwia przebieg reakcji ze

zwiększeniem objętości produktów

zwiększeniem objętości produktów

3.

3.

Gdy ΔV = 0 czyli V

Gdy ΔV = 0 czyli V

sub

sub

= V

= V

prod

prod

ciśnienie nie jest

ciśnienie nie jest

czynnikiem regulującym stan równowagi

czynnikiem regulującym stan równowagi

np. H

np. H

2

2

+ I

+ I

2

2





2HJ

2HJ

1 V

1 V

mol

mol

+ 1V

+ 1V

mol

mol





2 V

2 V

mol

mol

Podsumowanie:

Podsumowanie:

Pod wpływem czynników zewnętrznych stan równowagi

Pod wpływem czynników zewnętrznych stan równowagi

może przesunąć się w kierunku wzrostu stężeń produktów lub

może przesunąć się w kierunku wzrostu stężeń produktów lub

substratów ale stała równowagi K zależy tylko od temperatury.

substratów ale stała równowagi K zależy tylko od temperatury.

KINETYKA CHEMICZNA

KINETYKA CHEMICZNA

Rzeczywistą szybkość reakcji w danej chwili

Rzeczywistą szybkość reakcji w danej chwili

określamy jako stosunek nieskończenie małej zmiany c do

określamy jako stosunek nieskończenie małej zmiany c do

nieskończenie małego czasu

nieskończenie małego czasu

dt

dc

dt

dc

dt

dc

T

c

V

p

s

T



















0

lim

Mierząc „V” ubytkiem c

sub

, przed ich pochodną

umieszczamy (-) bo w miarę przebiegu reakcji c

sub

systematycznie maleje.

Natomiast przed pochodną produktów (+) bo ich stężenie

w czasie reakcji rośnie.

W równaniu kinetycznym:

W równaniu kinetycznym:

Wykładniki a i b noszą nazwę rzędów reakcji w stosunku

Wykładniki a i b noszą nazwę rzędów reakcji w stosunku

do odpowiednich reagentów, suma a + b = r nazywa się

do odpowiednich reagentów, suma a + b = r nazywa się

ogólnym rzędem reakcji.

ogólnym rzędem reakcji.

Rząd reakcji jest liczbą całkowitą lub ułamkową

Rząd reakcji jest liczbą całkowitą lub ułamkową

spełniającą nierówność:

spełniającą nierówność:

r ≤ 3

r ≤ 3

Współczynniki a i b dobierane są doświadczalnie.

Współczynniki a i b dobierane są doświadczalnie.

Rząd reakcji

Rząd reakcji

: wynikający z matematycznego opisu reakcji

: wynikający z matematycznego opisu reakcji

jest pojęciem związanym

jest pojęciem związanym

z całym procesem stanowiącym sumę procesów

z całym procesem stanowiącym sumę procesów

elementarnych

elementarnych

.

.

b

a

prod

B

A

k

dt

dc

V









Reakcje I rzędu

Reakcje I rzędu

: to takie których szybkość oznaczona

: to takie których szybkość oznaczona

doświadczalnie zmienia się proporcjonalnie do stężenia

doświadczalnie zmienia się proporcjonalnie do stężenia

jednej z substancji reagujących

jednej z substancji reagujących

. Jej szybkość przedstawia

. Jej szybkość przedstawia

równanie kinetyczne I rzędu:

równanie kinetyczne I rzędu:

Dla znalezienia c substratu po czasie t bardziej przydatna

Dla znalezienia c substratu po czasie t bardziej przydatna

jest forma scałkowana w granicach c

jest forma scałkowana w granicach c

0

0

przy t = 0 do c po

przy t = 0 do c po

czasie t.

czasie t.

c = c

c = c

0

0

– x gdzie x = ubytek stężenia substancji po

– x gdzie x = ubytek stężenia substancji po

czasie t

czasie t

lub

lub

c

k

dt

dc

V

I









c

c

t

k

I

0

ln

1



c

c

t

k

I

0

log

3

,

2



Wynika stąd że log c

Wynika stąd że log c

0

0

/c jest wprost proporcjonalny do t

/c jest wprost proporcjonalny do t

czyli dla reakcji I rzędu wykres log c w zależności od t jest

czyli dla reakcji I rzędu wykres log c w zależności od t jest

linią prostą tzn. stosunek zmiany stężeń w czasie jest

linią prostą tzn. stosunek zmiany stężeń w czasie jest

stały.

stały.

Reakcje II rzędu

Reakcje II rzędu

: są to reakcje których szybkość

: są to reakcje których szybkość

oznaczona doświadczalnie jest proporcjonalna do iloczynu

oznaczona doświadczalnie jest proporcjonalna do iloczynu

stężeń dwóch substratów, lub do kwadratu c

stężeń dwóch substratów, lub do kwadratu c

2

2

lub

lub

Po scałkowaniu równanie przyjmuje formę:

Po scałkowaniu równanie przyjmuje formę:

2

1

c

c

k

dt

dc

V

II











2

c

k

II



2

0

1

0

0

0

1

2

2

1

log

)

(

3

,

2

c

c

c

c

c

c

t

k

II









Jeżeli c

Jeżeli c

1

1

= c

= c

2

2

wzór jest prosty:

wzór jest prosty:

Reakcje III rzędu

Reakcje III rzędu

: spotyka się je stosunkowo rzadko, gdyż

: spotyka się je stosunkowo rzadko, gdyż

większość reakcji można rozłożyć na szereg reakcji I lub II

większość reakcji można rozłożyć na szereg reakcji I lub II

rzędu. Jednak jeśli takie reakcje występują to:

rzędu. Jednak jeśli takie reakcje występują to:

lub

lub

c

c

t

c

c

k

II









0

0

Dla reakcji II rzędu wykres log c w zależności od t nie jest
linią prostą ale taki przebieg ma zależność odwrotności
stężenia 1/c
od t.

3

2

1

c

c

c

k

V

III









3

c

k

V

III





Gdy: c

Gdy: c

1

1

= c

= c

2

2

= c

= c

3

3

= c

= c

Reakcje „0” rzędu

Reakcje „0” rzędu

: są to reakcje których szybkość nie

: są to reakcje których szybkość nie

zależy od stężenia

zależy od stężenia

V = k

V = k

0

0

Oznacza to że ilość substancji ulegających przemianie

Oznacza to że ilość substancji ulegających przemianie

w jednostce czasu jest stała, niezależna od stężenia

w jednostce czasu jest stała, niezależna od stężenia

substancji reagujących.

substancji reagujących.

Niektóre równania kinetyczne reakcji przyjmują

Niektóre równania kinetyczne reakcji przyjmują

bardzo skomplikowaną postać, wskazuje to na złożony

bardzo skomplikowaną postać, wskazuje to na złożony

przebieg wielu procesów jednostkowych reakcji. Do opisu

przebieg wielu procesów jednostkowych reakcji. Do opisu

reakcji złożonych potrzebne jest więcej niż jedno równanie

reakcji złożonych potrzebne jest więcej niż jedno równanie

stechiometryczne i więcej równań kinetycznych.

stechiometryczne i więcej równań kinetycznych.

2

2

0

2

2

0

2

c

c

t

c

c

k

III









REAKCJE NASTĘPCZE – ŁAŃCUCHOWE

REAKCJE NASTĘPCZE – ŁAŃCUCHOWE

To takie reakcje których produkt jednej jest substratem

To takie reakcje których produkt jednej jest substratem

następnej. Mogą one przebiegać z różnym szybkościami.

następnej. Mogą one przebiegać z różnym szybkościami.

Całkowita szybkość reakcji [ wypadkowa ] określa wtedy

Całkowita szybkość reakcji [ wypadkowa ] określa wtedy

szybkość reakcji przebiegającej najwolniej

szybkość reakcji przebiegającej najwolniej

.

.

Sprzężenie takie wykazują reakcje przemiany materii w

Sprzężenie takie wykazują reakcje przemiany materii w

organizmach żywych.

organizmach żywych.

okres półtrwania t

okres półtrwania t

1/2

1/2

= okres połowicznej przemiany

= okres połowicznej przemiany

Jest to następna wielkość charakteryzująca kinetykę

Jest to następna wielkość charakteryzująca kinetykę

reakcji. Określa czas po którym stężenie substratu

reakcji. Określa czas po którym stężenie substratu

zmniejszy się o połowę w stosunku do stężenia

zmniejszy się o połowę w stosunku do stężenia

początkowego.

początkowego.

Wartość t

Wartość t

1/2

1/2

obliczmy podstawiając do równania na stałą

obliczmy podstawiając do równania na stałą

szybkości c = c

szybkości c = c

0

0

/2 gdzie c

/2 gdzie c

0

0

– stężenie początkowe.

– stężenie początkowe.

Dla reakcji I rzędu:

Dla reakcji I rzędu:

czyli

czyli

Dla reakcji II rzędu:

Dla reakcji II rzędu:

0

0

2

1

0

0

2

1

ln

2

ln

1

2

ln

1

c

c

t

c

c

t

k

I











I

I

k

k

t

693

,

0

2

ln

2

1





0

2

1

1

c

k

t

II





Dla reakcji III rzędu:

Dla reakcji III rzędu:

Okres półtrwania dla tych reakcji jest odwrotnie

Okres półtrwania dla tych reakcji jest odwrotnie

proporcjonalny do kwadratu stężenia początkowego.

proporcjonalny do kwadratu stężenia początkowego.

Dla reakcji „0” rzędu

Dla reakcji „0” rzędu

2

0

2

1

2

3

c

k

t

III





0

0

2

1

2 k

c

t





ZALEŻNOŚĆ SZYBKOŚCI REAKCJI OD TEMPERATURY

ZALEŻNOŚĆ SZYBKOŚCI REAKCJI OD TEMPERATURY

Ze wzrostem T wzrasta:

Ze wzrostem T wzrasta:

- prędkość poruszających się cząsteczek

- prędkość poruszających się cząsteczek

- energia kinetyczna cząsteczek

- energia kinetyczna cząsteczek

- liczba zderzeń efektywnych

- liczba zderzeń efektywnych

- energia zderzeń

- energia zderzeń

Dla reakcji endotermicznych szybkość rośnie z

Dla reakcji endotermicznych szybkość rośnie z

temperaturą w sposób wykładniczy

temperaturą w sposób wykładniczy

Znanych jest cały szereg reakcji katalizowanych przez

Znanych jest cały szereg reakcji katalizowanych przez

enzymy, których szybkość przyjmuje wartość max np. w

enzymy, których szybkość przyjmuje wartość max np. w

temperaturze 36

temperaturze 36

0

0

C (rys. B).

C (rys. B).

Dla reakcji przebiegających wg. zależności wykładniczej

Dla reakcji przebiegających wg. zależności wykładniczej

(rys. A) – większość reakcji ma zastosowanie

(rys. A) – większość reakcji ma zastosowanie

Reguła van’t

Reguła van’t

Hoffa

Hoffa

:

:

W reakcjach jednofazowych podwyższenie temperatury

W reakcjach jednofazowych podwyższenie temperatury

o 10

o 10

0

0

C zwiększa szybkość reakcji 2-4 krotnie. Wpływ T jest

C zwiększa szybkość reakcji 2-4 krotnie. Wpływ T jest

większy przy niskich temperaturach - zbliżonych do T =

większy przy niskich temperaturach - zbliżonych do T =

20

20

0

0

C.

C.

Współczynnik temperaturowy reakcji Q

Współczynnik temperaturowy reakcji Q

– wskazuje ile

– wskazuje ile

razy wzrośnie stała szybkości reakcji przy wzroście

razy wzrośnie stała szybkości reakcji przy wzroście

temperatury o 10

temperatury o 10

0

0

C.

C.

T

T

k

k

Q

10





ENERGIA AKTYWACJI

ENERGIA AKTYWACJI

Aby zderzenia były efektywne - doprowadziły do

Aby zderzenia były efektywne - doprowadziły do

utworzenia nowych wiązań, zderzające się cząsteczki

utworzenia nowych wiązań, zderzające się cząsteczki

muszą posiadać

muszą posiadać

energię większą od energii granicznej

energię większą od energii granicznej

charakterystycznej dla ich stanu podstawowego

charakterystycznej dla ich stanu podstawowego

.

.

Ten „nadmiar” energii – zwany

Ten „nadmiar” energii – zwany

energią aktywacji

energią aktywacji

zostaje

zostaje

zużyty na:

zużyty na:

- rozluźnienie wiązań w substratach

- rozluźnienie wiązań w substratach

- przegrupowanie atomów i elektronów w produktach

- przegrupowanie atomów i elektronów w produktach

pośrednich

pośrednich

- pokonanie sił odpychania pomiędzy cząsteczkami

- pokonanie sił odpychania pomiędzy cząsteczkami

substratów

substratów

Z energią aktywacji wiąże się pojęcie

Z energią aktywacji wiąże się pojęcie

stanu przejściowego

stanu przejściowego

lub

lub

kompleksu aktywnego

kompleksu aktywnego

który jest:

który jest:

- krótkotrwały

- krótkotrwały

- w stanie energetycznym niezbędnym do zajścia reakcji –

- w stanie energetycznym niezbędnym do zajścia reakcji –

osiągnął odpowiednią energię aktywacji

osiągnął odpowiednią energię aktywacji

- rozpadając się może dawać zarówno substraty jak i

- rozpadając się może dawać zarówno substraty jak i

produkty

produkty

Możliwość utworzenia przejściowego kompleksu

Możliwość utworzenia przejściowego kompleksu

aktywnego zmniejsza próg energii aktywacji ponieważ

aktywnego zmniejsza próg energii aktywacji ponieważ

stopniowe powstawanie kompleksu powoduje

stopniowe powstawanie kompleksu powoduje

„słabnięcie” wiązań pierwotnych a wzmocnienie nowych.

„słabnięcie” wiązań pierwotnych a wzmocnienie nowych.

Zapotrzebowanie na energię jest więc częściowo

Zapotrzebowanie na energię jest więc częściowo

kompensowane przez energię uwalnianą podczas

kompensowane przez energię uwalnianą podczas

tworzenia nowych wiązań.

tworzenia nowych wiązań.

Szybkość reakcji zależeć będzie od:

Szybkość reakcji zależeć będzie od:

- stężenia kompleksu aktywnego

- stężenia kompleksu aktywnego

- szybkości jego rozpadu

- szybkości jego rozpadu

Energia

aktywac

ji

kJ/mol

Czas

połowiczne
j

przemiany t

1/2

reakcja I

rzędu t =
27

o

C

62,7

0,007 s

83,6

14,0 s

104,5

13,0 godz.

125,4

38,0 godz.

Bardzo szybko przebiegają reakcje jonowe w roztworach.

Ich energia aktywacji jest tak mała, że prawie każde

zderzenie może być efektywne.

Bardzo wolno zachodzą reakcje cząsteczkowe w chemii

organicznej w temperaturze 20oC większość z nich nie

zachodzi. Należy wtedy zastosować substancje obniżające

energię aktywacji.

KATALIZATORY

KATALIZATORY

Katalizator przyśpiesza reakcję, obniżając energię

Katalizator przyśpiesza reakcję, obniżając energię

aktywacji. Jest to możliwe poprzez zmianę mechanizmu

aktywacji. Jest to możliwe poprzez zmianę mechanizmu

reakcji.

reakcji.

Katalizatory same uczestniczą w reakcji chemicznej a po jej

Katalizatory same uczestniczą w reakcji chemicznej a po jej

zakończeniu pozostają niezmienione.

zakończeniu pozostają niezmienione.

Kataliza może być jedno lub wieloetapowa. W I etapie może

Kataliza może być jedno lub wieloetapowa. W I etapie może

zachodzić wiązanie substratu z katalizatorem i tworzenie

zachodzić wiązanie substratu z katalizatorem i tworzenie

nietrwałego związku przejściowego kA.

nietrwałego związku przejściowego kA.

II etap – rozkład związku kA pod działaniem substratu B i

II etap – rozkład związku kA pod działaniem substratu B i

powstanie produktu AB, a równocześnie uwalnia się

powstanie produktu AB, a równocześnie uwalnia się

katalizator.

katalizator.

kA* + B

kA* + B





kAB*

kAB*





AB + k

AB + k

kompleks

kompleks

aktywny

aktywny

Aby katalizowana reakcja miała dużą szybkość powstające

Aby katalizowana reakcja miała dużą szybkość powstające

związki przejściowe nie mogą być zbyt trwałe.

związki przejściowe nie mogą być zbyt trwałe.

Różnica między procesem katalizowanym nie polega na

Różnica między procesem katalizowanym nie polega na

sposobie pokonywania bariery energetycznej. Przy

sposobie pokonywania bariery energetycznej. Przy

udziale katalizatora tych barier jest większa liczba,

udziale katalizatora tych barier jest większa liczba,

ale są niżej energetyczne.

ale są niżej energetyczne.

Zmniejszenie energii aktywacji zależy od aktywności

Zmniejszenie energii aktywacji zależy od aktywności

katalizatora.

katalizatora.

Katalizator nie zmienia

Katalizator nie zmienia

:

:

- położenia równowagi reakcji

- położenia równowagi reakcji

- termodynamicznych warunków reakcji

- termodynamicznych warunków reakcji

- ilości otrzymanych produktów z określonej ilości substratów

- ilości otrzymanych produktów z określonej ilości substratów

Zmienia

Zmienia

: jedynie szybkość dochodzenia reakcji do stanu

: jedynie szybkość dochodzenia reakcji do stanu

równowagi.

równowagi.

Cechy charakterystyczne katalizatora

Cechy charakterystyczne katalizatora

- aktywność: efektywnie mają działać nawet jego małe

- aktywność: efektywnie mają działać nawet jego małe

dawki, gdyż jest on regenerowany w czasie reakcji.

dawki, gdyż jest on regenerowany w czasie reakcji.

Katalizatory są tym aktywniejsze im silniej obniżają

Katalizatory są tym aktywniejsze im silniej obniżają

energię aktywacji

energię aktywacji

- selektywność lub specyficzność: np. reagują tylko z

- selektywność lub specyficzność: np. reagują tylko z

substancją „A” lub katalizują tylko jedną możliwą

substancją „A” lub katalizują tylko jedną możliwą

reakcję

reakcję

- odporność na starzenie: powodujące zmianę jego

- odporność na starzenie: powodujące zmianę jego

struktury krystalicznej, zmieniające liczbę centrów

struktury krystalicznej, zmieniające liczbę centrów

aktywnych, prowadzące nawet do utraty aktywności

aktywnych, prowadzące nawet do utraty aktywności

- odporność na zatrucia: zdolność zachowania aktywności

- odporność na zatrucia: zdolność zachowania aktywności

nawet w obecności zanieczyszczeń występujących w

nawet w obecności zanieczyszczeń występujących w

niewielkich ilościach

niewielkich ilościach

INHIBITOR

INHIBITOR

– to katalizator który tworzy związek

– to katalizator który tworzy związek

przejściowy o wyższej barierze energetycznej, trwały z

przejściowy o wyższej barierze energetycznej, trwały z

trudem przechodzący w produkt.

trudem przechodzący w produkt.

KATALIZA HOMOGENICZNA

KATALIZA HOMOGENICZNA

– katalizator i substraty

– katalizator i substraty

znajdują się w tej samej fazie.

znajdują się w tej samej fazie.

KATALIZA HETEROGENICZNA

KATALIZA HETEROGENICZNA

– katalizator jest

– katalizator jest

najczęściej w fazie stałej, a katalizuje proces w gazach lub

najczęściej w fazie stałej, a katalizuje proces w gazach lub

cieczach.

cieczach.

W takich procesach duże znaczenie mają procesy

W takich procesach duże znaczenie mają procesy

adsorpcji substratów na powierzchni katalizatora.

adsorpcji substratów na powierzchni katalizatora.

Taka kataliza obejmuje cały szereg procesów.

Taka kataliza obejmuje cały szereg procesów.

3

2

2

2

2

5

2

SO

O

SO

O

V



 





DYFUZJA I OSMOZA

DYFUZJA I OSMOZA

Dyfuzja

Dyfuzja

– to samoistne mieszanie się cząsteczek

– to samoistne mieszanie się cząsteczek

różnych substancji spowodowane kinetycznym ruchem

różnych substancji spowodowane kinetycznym ruchem

cząsteczek.

cząsteczek.

- Przemieszczanie się cząsteczek w przestrzeni lub w

- Przemieszczanie się cząsteczek w przestrzeni lub w

roztworze zachodzi zawsze z przestrzeni o

roztworze zachodzi zawsze z przestrzeni o

wyższym

wyższym

stężeniu do przestrzeni o stężeniu niższym

stężeniu do przestrzeni o stężeniu niższym

, nawet

, nawet

wbrew zasadzie ciężkości.

wbrew zasadzie ciężkości.

- Dyfuzja najszybciej zachodzi w gazach a najwolniej w

- Dyfuzja najszybciej zachodzi w gazach a najwolniej w

ciałach stałych, ale zawsze wzrasta wraz z

ciałach stałych, ale zawsze wzrasta wraz z

temperaturą.

temperaturą.

Ilościowo proces dyfuzji ujmuje prawo Ficka

Ilościowo proces dyfuzji ujmuje prawo Ficka

- określając liczbę moli substancji rozpuszczonej (n)

- określając liczbę moli substancji rozpuszczonej (n)

przechodzącą w jednostce czasu przez powierzchnię

przechodzącą w jednostce czasu przez powierzchnię

roztworu o przekroju A pomiędzy punktami o różnicy stężeń

roztworu o przekroju A pomiędzy punktami o różnicy stężeń

Δc,

Δc,

odległymi o Δx

odległymi o Δx

D – współczynnik dyfuzji ilościowo równy ilości substancji

D – współczynnik dyfuzji ilościowo równy ilości substancji

dyfundującej w jednostce czasu przez „A” = 1 cm

dyfundującej w jednostce czasu przez „A” = 1 cm

2

2

gdy Δc/Δx = 1

gdy Δc/Δx = 1

Δc/Δx = gradient stężenia – jest to spadek stężenia Δc

Δc/Δx = gradient stężenia – jest to spadek stężenia Δc

przypadający na odcinek Δx

przypadający na odcinek Δx

x

c

DA

n









Szybkość dyfuzji w gazach zależy od

Szybkość dyfuzji w gazach zależy od

:

:

- temperatury, powierzchni wymiany

- temperatury, powierzchni wymiany

- gradientu ciśnienia pomiędzy gazem w cieczy i nad cieczą

- gradientu ciśnienia pomiędzy gazem w cieczy i nad cieczą

- odwrotnie proporcjonalna do „M” gazu, długości drogi

- odwrotnie proporcjonalna do „M” gazu, długości drogi

dyfuzji, lepkości cieczy

dyfuzji, lepkości cieczy

Rozpuszczalność gazów w cieczach zależy od

Rozpuszczalność gazów w cieczach zależy od

:

:

- rodzaju obu substancji, ich polarności

- rodzaju obu substancji, ich polarności

- podobny rozpuszczalnik rozpuszcza podobne substancje

- podobny rozpuszczalnik rozpuszcza podobne substancje

[polarny – polarny]

[polarny – polarny]

- reakcji towarzyszących rozpuszczaniu

- reakcji towarzyszących rozpuszczaniu

- temperatury i ciśnienia i prawo Henry’ego

- temperatury i ciśnienia i prawo Henry’ego

T = const.

T = const.

p

k

m





p

k

m





T = const

T = const

.

.

[m] masa rozpuszczonego gazu w określonej objętości

cieczy jest wprost proporcjonalna do ciśnienia parcjalnego

(p) gazu nad roztworem.

k- współczynnik proporcjonalności zależny od T, rodzaju

gazu i rozpuszczalnika

- rozpuszczalność gazu w cieczy maleje ze wzrostem T

OSMOZA

OSMOZA

Jednostronna dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę

Jednostronna dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę

półprzepuszczalną oddzielającą rozpuszczalnik i

półprzepuszczalną oddzielającą rozpuszczalnik i

roztwór.

roztwór.

Przez małe otwory błony półprzepuszczalnej mogą

Przez małe otwory błony półprzepuszczalnej mogą

przenikać tylko małe cząsteczki rozpuszczalnika. Od

przenikać tylko małe cząsteczki rozpuszczalnika. Od

strony roztworu część przejść w błonie blokowana jest

strony roztworu część przejść w błonie blokowana jest

przez większe cząsteczki substancji rozpuszczonej. Na

przez większe cząsteczki substancji rozpuszczonej. Na

skutek przenikania rozpuszczalnika do roztworu maleje

skutek przenikania rozpuszczalnika do roztworu maleje

stężenie roztworu, zwiększa się jego objętość, wzrasta

stężenie roztworu, zwiększa się jego objętość, wzrasta

ciśnienie hydrostatyczne. Wraz ze wzrostem ciśnienia

ciśnienie hydrostatyczne. Wraz ze wzrostem ciśnienia

hydrostatycznego maleje szybkość osmozy (przenikanie

hydrostatycznego maleje szybkość osmozy (przenikanie

rozpuszczalnika).

rozpuszczalnika).

Ciśnienie hydrostatyczne przy którym ustaje osmoza

Ciśnienie hydrostatyczne przy którym ustaje osmoza

nazywa się ciśnieniem osmotycznym.

nazywa się ciśnieniem osmotycznym.

Przy takim ciśnieniu liczba cząstek rozpuszczalnika

Przy takim ciśnieniu liczba cząstek rozpuszczalnika

przenikających przez błonę w obie strony jest jednakowa.

przenikających przez błonę w obie strony jest jednakowa.

Van’t Hoff uważał że cząsteczki substancji rozpuszczonej

Van’t Hoff uważał że cząsteczki substancji rozpuszczonej

przypominają swym zachowaniem cząsteczki gazu

przypominają swym zachowaniem cząsteczki gazu

doskonałego wypełniającego dostępną przestrzeń.

doskonałego wypełniającego dostępną przestrzeń.

Wobec tego dla ciśnienia osmotycznego roztworu można

Wobec tego dla ciśnienia osmotycznego roztworu można

wyprowadzić zależność podobną do prawa Clapeyrona:

wyprowadzić zależność podobną do prawa Clapeyrona:

c – stężenie molalne roztworu – dla rozcieńczonych r-rów

c – stężenie molalne roztworu – dla rozcieńczonych r-rów

wodnych = C

wodnych = C

m

m

V – objętość roztworu

V – objętość roztworu

n - liczba moli substancji rozpuszczonej

n - liczba moli substancji rozpuszczonej

R – stała gazowa T – temperatura

R – stała gazowa T – temperatura

o

o

K

K

cRT





V

n

c 

nRT

V 



Ciśnienie osmotyczne

Ciśnienie osmotyczne

roztworu równe jest ciśnieniu, jakie

roztworu równe jest ciśnieniu, jakie

wywarła by substancja rozpuszczona gdyby jako gaz w

wywarła by substancja rozpuszczona gdyby jako gaz w

danej T zajęła objętość taką jak roztwór.

danej T zajęła objętość taką jak roztwór.

Wynika stąd że

Wynika stąd że

:

:

- w T = const. W roztworach nieelektrolitów

- w T = const. W roztworach nieelektrolitów

Π

Π

~ c [stężenia]

~ c [stężenia]

czyli ilości cząsteczek osmotycznie czynnych

czyli ilości cząsteczek osmotycznie czynnych

- wielkość

- wielkość

Π

Π

przy V = const. i T = const. nie zależy od

przy V = const. i T = const. nie zależy od

substancji rozpuszczonej ani od rodzaju rozpuszczalnika,

substancji rozpuszczonej ani od rodzaju rozpuszczalnika,

ale od liczby osmotycznie czynnych indywiduów, którymi

ale od liczby osmotycznie czynnych indywiduów, którymi

mogą być cząsteczki nieelektrolitu, jony itp.

mogą być cząsteczki nieelektrolitu, jony itp.

- ciśnienie

- ciśnienie

Π

Π

jest wprost proporcjonalne do T jeśli V = const.

jest wprost proporcjonalne do T jeśli V = const.

- równe objętości roztw. o jednakowym

- równe objętości roztw. o jednakowym

Π

Π

zawierają

zawierają

jednakową liczbę cząsteczek osmotycznie czynnych jeżeli

jednakową liczbę cząsteczek osmotycznie czynnych jeżeli

ich „V” jest taka sama

ich „V” jest taka sama

- roztwory równocząsteczkowe mają takie same

- roztwory równocząsteczkowe mają takie same

Π

Π

-

-

Π

Π

roztworów zawierających kilka substancji osmotycznie

roztworów zawierających kilka substancji osmotycznie

czynnych równe jest Σ

czynnych równe jest Σ

Π

Π

poszczególnych składników

poszczególnych składników

- w roztworach elektrolitów o dużym stopniu dysocjacji

- w roztworach elektrolitów o dużym stopniu dysocjacji

każdy jon jest odpowiedzialny za

każdy jon jest odpowiedzialny za

Π

Π

inRT





Współczynnik izotoni

e

teoretyczn

e

erymenta

i







ln

exp

= poprawka dla elektrolitów

Warunek konieczny dla osmozy

Różna liczba cząstek osmotycznie czynnych po obu
stronach błony półprzepuszczalnej.

Roztwory izoosmotyczne – posiadają jednakowe Π przy
takiej samej ilości osmotycznie czynnych cząsteczek.
Jednostką Π jest Osmol. Jest to Π jakie w t = 0

o

C wywiera

roztwór nie dysocjującego o c = 1M/kg rozpuszczalnika.
Roztwory takie względem wody wykazują ciśnienie Π =
22690 hPa = 22,4 atm

Naturalne błony półprzepuszczalne

Naturalne błony półprzepuszczalne

- jelita, pęcherz moczowy

- jelita, pęcherz moczowy

Roztwory izotoniczne

Roztwory izotoniczne

– takie dwa roztwory, które

– takie dwa roztwory, które

oddzielone błoną półprzepuszczalną, nie wykazują

oddzielone błoną półprzepuszczalną, nie wykazują

żadnego ciśnienia Π np. 0,85 – 0,90 % NaCl i krew

żadnego ciśnienia Π np. 0,85 – 0,90 % NaCl i krew

Roztwory hipertoniczne

Roztwory hipertoniczne

– roztwory o Π wyższym niż

– roztwory o Π wyższym niż

inne roztwory. [plazmoliza krwinek – obkurczanie]

inne roztwory. [plazmoliza krwinek – obkurczanie]

Roztwory hipotoniczne

Roztwory hipotoniczne

– jeżeli ich Π jest niższe od

– jeżeli ich Π jest niższe od

innych roztworów

innych roztworów

Krwinka umieszczona w takim roztworze pobiera

Krwinka umieszczona w takim roztworze pobiera

H

H

2

2

O, najpierw pęcznieje, następnie pęka

O, najpierw pęcznieje, następnie pęka

wydzielając hemoglobinę – [hemoliza] krwinek w

wydzielając hemoglobinę – [hemoliza] krwinek w

0,45% roztworze NaCl

0,45% roztworze NaCl

UKŁADY DYSPERSYJNE

UKŁADY DYSPERSYJNE

W zależności od stopnia rozdrobnienia substancji

W zależności od stopnia rozdrobnienia substancji

rozpuszczonej wyróżnia się 3 typy układów

rozpuszczonej wyróżnia się 3 typy układów

dyspersyjnych:

dyspersyjnych:

1.

1.

Roztwory właściwe – rozdrobnienie cząstek

Roztwory właściwe – rozdrobnienie cząstek

mniejsze od 10

mniejsze od 10

-7

-7

cm

cm

2.

2.

Roztwory koloidalne – cząstki substancji

Roztwory koloidalne – cząstki substancji

rozpuszczonej mają wymiary 10

rozpuszczonej mają wymiary 10

-7

-7

– 10

– 10

-5

-5

cm

cm

3.

3.

Mieszaniny niejednorodne – zawiesiny o cząstkach

Mieszaniny niejednorodne – zawiesiny o cząstkach

>10

>10

-5

-5

[rozdrobnienie mechaniczne]

[rozdrobnienie mechaniczne]

CECHY CHARAKTERYSTYCZNE TYCH UKŁADÓW

CECHY CHARAKTERYSTYCZNE TYCH UKŁADÓW

I. Roztwory

właściwe

II. Koloidy

III. Zawiesiny

1. nie

widoczne
w ultra-

mikroskopie
1. przechodz

ą przez

ultrasączki
3.

dyfundują,
dializują

1. widoczne w

ultramikro-

skopie
2. przechodzą

przez bibułę

ultrasączka

3. nie dyfundują
4. nie dializują lub

bardzo wolno

5. wykazują ruchy

Browna

6. wykazują małe

wartości

ΔT

w

i ΔT

k

i Π

1. widoczne w

mikroskopie

2. nie przechodzą

przez zwykłą
bibułę

3. nie dyfundują
4. nie dializują
5. nie wykazują

ruchów Browna

I. Rodzaje układów koloidalnych

I. Rodzaje układów koloidalnych

faza

rozproszo

na

faza

rozpraszają

ca

koloid

przykład

gaz

ciecz

ciało stałe

gaz

gaz
gaz

---

aerozol ciekły

aerozol stały

---

mgła

dym, kurz

gaz

ciecz

ciało stałe

ciecz
ciecz

ciecz

piana

emulsja

zole =

roztwory

koloidowe

mydlana, piwna

mleko, majonez,

krem

zole tlenków

metali,

wodorotlenków,

farby,

polimery, lakiery

gaz

ciecz

ciało stałe

ciało stałe

ciało stałe
ciało stałe

piana trwała

emulsja stała

zole stałe

pumeks, styropian

opale, galaretki

szkło rubinowe,

barwne kryształy

II. Podział ze względu na wymiary cząstek

II. Podział ze względu na wymiary cząstek

- monodyspersyjne – trzy wymiary cząstek jednakowe

- monodyspersyjne – trzy wymiary cząstek jednakowe

- polidyspersyjne – cząstki mają różne wymiary

- polidyspersyjne – cząstki mają różne wymiary

III. Zachowanie po odparowaniu suchej pozostałości

III. Zachowanie po odparowaniu suchej pozostałości

- odwracalne typu żelatyny, gumy arabskiej

- odwracalne typu żelatyny, gumy arabskiej

- nieodwracalne – lakiery

- nieodwracalne – lakiery

IV. Stosunku fazy rozproszonej i ośrodka rozpraszającego

IV. Stosunku fazy rozproszonej i ośrodka rozpraszającego

- liofilowe: siarczki i wodorotlenki metali

- liofilowe: siarczki i wodorotlenki metali

- liofobowe: siarka koloidalna

- liofobowe: siarka koloidalna

Najważniejsze i najbardziej rozpowszechnione są układy

Najważniejsze i najbardziej rozpowszechnione są układy

cieczy w cieczy i ciała stałe w cieczy – zole (większość

cieczy w cieczy i ciała stałe w cieczy – zole (większość

płynów ustrojowych).

płynów ustrojowych).

zol żel

zol żel

























PEPTYZACJA

KOAGULACJA

zol

zol

– pojedyncze cząstki są od siebie izolowane przez

– pojedyncze cząstki są od siebie izolowane przez

rozpuszczalnik

rozpuszczalnik

żel

żel

– konsystencja galarety w której substancja

– konsystencja galarety w której substancja

rozpuszczona tworzy sieć przestrzenną a rozpuszczalnik

rozpuszczona tworzy sieć przestrzenną a rozpuszczalnik

wypełnia w niej puste miejsca

wypełnia w niej puste miejsca

Rozdrobnienie koloidalne wykazuje bardzo dużą

Rozdrobnienie koloidalne wykazuje bardzo dużą

powierzchnię fazy rozproszonej, np. 1g ciała stałego o

powierzchnię fazy rozproszonej, np. 1g ciała stałego o

strukturze sześcianu o wymiarze 1 cm

strukturze sześcianu o wymiarze 1 cm

2

2

ma powierzchnię 6

ma powierzchnię 6

cm

cm

2

2

, po rozdrobnieniu do 10

, po rozdrobnieniu do 10

-5

-5

cm otrzymuje się 10

cm otrzymuje się 10

15

15

sześcianów cząstek koloidalnych co daje 6 ∙ 10

sześcianów cząstek koloidalnych co daje 6 ∙ 10

-5

-5

∙ 10

∙ 10

15

15

cm

cm

2

2

= 60m

= 60m

2

2

. Koloidy mają więc zdolność sorbowania na

. Koloidy mają więc zdolność sorbowania na

swojej powierzchni dużej ilości jonów z roztworu.

swojej powierzchni dużej ilości jonów z roztworu.

BUDOWA MICELI KOLOIDU

BUDOWA MICELI KOLOIDU

GRANULA = JĄDRO + POWŁOKA ADSORPCYJNA

GRANULA = JĄDRO + POWŁOKA ADSORPCYJNA

MICELA = GRANULA + POWŁOKA DYFUZYJNA

MICELA = GRANULA + POWŁOKA DYFUZYJNA

Roztwory micelarne

Roztwory micelarne

– ich cząsteczki mają niewielkie

– ich cząsteczki mają niewielkie

rozmiary i niewielkie ciężary cząsteczkowe: mydła,

rozmiary i niewielkie ciężary cząsteczkowe: mydła,

detergenty, kwasy żółciowe. Jeżeli ich stężenie jest

detergenty, kwasy żółciowe. Jeżeli ich stężenie jest

niewielkie, to ich właściwości zbliżone są do właściwości

niewielkie, to ich właściwości zbliżone są do właściwości

roztworów rzeczywistych.

roztworów rzeczywistych.

Roztwory molekularne

Roztwory molekularne

– koloidy o dużych rozmiarach

– koloidy o dużych rozmiarach

cząsteczek i dużych ciężarach cząsteczkowych:

cząsteczek i dużych ciężarach cząsteczkowych:

wielkocząsteczkowe biopolimery, kwasy nukleinowe,

wielkocząsteczkowe biopolimery, kwasy nukleinowe,

białka, polisacharydy.

białka, polisacharydy.

Emulsje

Emulsje

– koloidy tworzone przez tłuszcze, glikolipidy,

– koloidy tworzone przez tłuszcze, glikolipidy,

fosfolipidy.

fosfolipidy.