Treść wykładu

1.        Rola chemii we współczesnym życiu. Podstawowe prawa i definicje.
Nazewnictwo chemiczne.
2.        Występowanie pierwiastków we wszechświecie. Układ okresowy
pierwiastków – budowa i właściwości.
3.        Atomy, cząsteczki i jony. Budowa atomu.
4.        Gramoatom, mol, objętość molowa gazów. Elektroujemność

pierwiastków.

5.        Wiązania chemiczne.
6.        Chemia metali. Pierwiastki niemetaliczne i ich związki
7.  

      Charakterystyka stanów materii.

8.        Warunki przebiegu reakcji chemicznych. Katalizatory. Procesy

odwracalne.

Równowaga chemiczna.
9.        Właściwości fizyczne roztworów. Roztwory wodne. Roztwory związków
jonowych. Dysocjacja elektrolityczna. Pojęcie pH.

10.     Związki nieorganiczne. Kwasy i zasady.

11.     Związki organiczne i ich nomenklatura.
12.     Podstawy chemii organicznej. Właściwości fizyczne i chemiczne

polimerów.

13.     Podstawowe zagadnienia z technologii chemicznej. Źródła energii.

14.     Organiczne i nieorganiczne materiały dla przemysłu.

15.     Woda jako medium stosowane do celów komunalnych i przemysłowych.
Jonity. Wybrane zagadnienia z chemii technicznej

Klasyfikacja związków nieorganicznych

Do najważniejszych grup związków

nieorganicznych należą:

• tlenki

• kwasy

• wodorotlenki

• sole

• wodorki

• Znacznie rzadziej spotyka się nietrwałe

nadtlenki i ponadtlenki.

Tlenki

Tlenki -

związki chemiczne tlenu z innymi pierwiastkami.

Tlenki wykazują pełną gamę właściwości kwasowo-

zasadowych.

 tlenki kwasowe

- np. dwutlenek węgla czy tlenek siarki (VI),

reagują z zasadami i z wodą

 tlenki o charakterze kwasowym

- np dwutlenek krzemu,

reagują z mocnymi zasadami ale nie z wodą

 tlenki zasadowe

- np. tlenki metali I i II grup głównych,

reagują z kwasami i z wodą

 tlenki o charakterze zasadowym

- np tlenek manganu (II) czy

tlenek chromu (II), reagują z kwasami ale nie z wodą

 tlenki amfoteryczne

- np. tlenek glinu, nie reagują z wodą a

reagują z kwasami i z zasadami

Najbardziej znaną reakcją chemiczną tlenków jest reakcja z

wodą, w czasie której powstają

kwasy i zasady.

 Tlenki metali alkalicznych i ziem alkalicznych w reakcji z

wodą tworzą zasady:

Na

2

O + H

2

O  2NaOH

- powstaje wodorotlenek sodu

 Tlenki większości niemetali w reakcji z wodą tworzą kwasy:

CO

2

+ H

2

O  H

2

CO

3

- powstaje kwas węglowy

SO

3

+ H

2

O  H

2

SO

4

- powstaje kwas siarkowy(VI)

Kwasowo-zasadowy charakter tlenków

nieorganicznych

Oprócz grup tlenków opisanych wyżej istnieje jeszcze

grupa tlenków, która

słabo albo wcale nie reaguje z

wodą.

Są to tlenek węgla CO, tlenek azotu(I) - N

2

O i

tlenek azotu(II) - NO. Tlenki, które słabo reagują z wodą

mogą jednak posiadać charakter kwasowy lub zasadowy,

co się ujawnia w reakcjach z silnymi kwasami i zasadami.

Na przykład tlenek wapnia reaguje z kwasem solnym:

CaO + 2HCl --> CaCl

2

+ H

2

O

Tlenki amfoteryczne

to takie, które posiadają własności

kwasowe lub zasadowe w zależności od środowiska, w

którym się znajdują. Na przykład tlenek glinu reaguje z

kwasami:

Al

2

O

3

+ 6HCl --> 2AlCl

3

+ 3H

2

O

jak i zasadami:

Al

2

O

3

+ 6NaOH --> 2Na

3

AlO3 + 3H2O

Kwasy

Kwasy to związki chemiczne które są zbudowane z atomów

wodoru i reszty kwasowej

Kwasy dzielimy na dwie grupy:

tlenowe i beztlenowe

Kwas tlenowy

(oksokwasy) - to kwas nieorganiczny, który

zawiera przynajmniej jeden atom tlenu połączony z atomem

centralny kwasu. Przykładem tego rodzaju kwasu jest kwas

siarkowy(VI) H

2

SO

4

.

Moc kwasów tlenowych rośnie wraz ze wzrostem

elektroujemności pierwiastka centralnego. Np: moc kwasów

tlenowych z atomem centralnym pochodzącym z trzeciego

okresu układu okresowego wzrasta następująco:

H

2

SiO

3

< H

3

PO

3

< H

2

SO4 < HClO

4

Do mocnych kwasów tlenowych zalicza się:

HNO

3

kwas azotowy(V)

HClO

4

kwas chlorowy(VII)

H

2

SO4 kwas siarkowy(VI)

Kwasy tlenowe można otrzymać przez rozpuszczenie odpowiednich

tlenków w wodzie.

Kwasy beztlenowe

Kwasy beztlenowe

to ogólna nazwa kwasów, które w swojej

reszcie kwasowej nie posiadają atomu tlenu.

Najprostsze z kwasów beztlenowych składają się z atomów

wodoru i atomu niemetalu, choć niektóre z nich mają bardziej

złożoną strukturę.

Do pierwszej klasy kwasów beztlenowych zaliczają się m.in.:

kwas solny (HCl)

kwas fluorowodorowy (HF)

kwas bromowodorowy (HBr)

kwas jodowodorowy (HI)

siarkowodór rozpuszczony w wodzie - H

2

S

Kwasy te można otrzymać w wyniku bezpośredniej reakcji

gazowego wodoru z danym niemetalem, a następnie

rozpuszczenie otrzymanego wodorku w wodzie lub innym

polarnym rozpuszczalniku. Kwasy te są zazwyczaj bardzo

mocne.

Ich moc wzrasta proporcjonalnie do spadku eletroujemności

tworzącego je niemetalu.

Główne właściwości fizyczne i chemiczne

kwasów

Właściwości fizyczne

• Mają kwaśny smak.

• Barwią lakmus na

czerwono.

• Substancje o

budowie

kowalencyjnej.

• Podczas

rozpuszczania w

wodzie ulegają

dysocjacji jonowej

na kationy H+ i

aniony rzeszty

kwasowej R-.

• Wodne roztwory

kwasów przewodzą

prąd elektryczny.

Reaktywne chemicznie.

Kwasy mogą być mocne i

słabe.

Kwas mocny

to taki, który jest

całkowicie albo prawie

całkowicie zdysocjowany w

wodnym roztworze.

Do kwasów mocnych zaliczamy:

HCl, HBr, HNO

3

, H

2

SO

4

, HClO

4

,

HMnO

4

.

Kwas słaby

ulega dysocjacji w

znacznie mniejszym stopniu:

tylko niewielki ułamek

cząsteczek rozpada się na

jony, a reszta pozostaje w

roztworze pod postacią

cząsteczek

niezdysocjowanych.

Charakter kwasowy:

Charakter kwasowy wzrasta w

okresie od metali do niemetali.

Wodorotlenki

Wodorotlenki

to związki nieorganiczne metali typu M(OH)

x

.

Związki o budowie jonowej zawierające stabilny kation

nieorganiczny i przeciwjon OH

-

.

Ze względu na właściwości kwasowo-zasadowe wyróżnia się

wodorotlenki

zasadowe,
obojętne,
kwasowe
amfoteryczne

.

Charakter kwasowo-zasadowy wodorotlenków jest zależny

od charakteru i energii wiązania M-O (metal-tlen).
Jeżeli wiązanie to jest silnie i jonowe, wodorotlenek ma

charakter zasadowy i w pełni dysocjuje na jony OH

-

.

Jeżeli wiązanie ma charakter kowalencyjny wodorotlenek

może mieć właściwości amfoteryczne z przewagą

zasadowych (np. Zn(OH)

2

), a nawet kwasowych (np.

Ti(OH)

4

).

Sole

Sól

- związek chemiczny powstały w wyniku całkowitego lub

częściowego zastąpienia w kwasie atomów wodoru innymi

atomami bądź grupami o własnościach elektrofilowych

takimi jak metale, NH

4

-, RO- (gdzie R - dowolna grupa

organiczna) itp.

 

Systematyka soli

Roztwory wodne soli mocnych kwasów i mocnych zasad

mają zwykle odczyn obojętny.

 sole mocnych kwasów i słabych zasad mają odczyn

kwaśny,

 sole mocnych zasad i słabych kwasów odczyn zasadowy.

 sole słabych kwasów i słabych zasad mogą dawać

odczyn zasadowy lub kwaśny, zależnie od stężenia.

Oprócz soli nasyconych wyróżnia się:

 hydroksysole

- zawierające wolne grupy hydroksylowe

pochodzące z wyjściowej zasady

 wodorosole

- zawierające tzw. "kwaśne" atomy wodoru

pochodzące z wyjściowego kwasu

Wodorki

Wodorki

to związki wodoru z innymi pierwiastkami.

Istnieją cztery rodzaje wodorków:



wodorki typu soli

, czyli związki tworzące sieci jonowe,

powstają w wyniku reakcji wodoru z litowcami i berylowcami

(prócz berylu i magnezu), w reakcji z wodą wydziela się

wodór;

wodorek sodu - NaH, wodorek wapnia - CaH

2

 wodorki metaliczne

, czyli produkty syntezy wodoru z metalami

bloków d i f

 wodorki kowalencyjne

, czyli produkty syntezy wodoru z

niemetalami, wodorki kowalencyjne mogą mieć różny

charakter

o przykłady:

CH

4

, SiH

4

, NH3, PH

3

, H

2

O, H

2

S, HF, HCl

 wodorki międzywęzłowe,

czyli ciała stałe składające się z sieci

krystalicznej z wbudowanymi w przestrzenie międzywęzłowe

atomami wodoru. Połączenia te są niestechiometryczne.

o przykłady: PdH

x

Niektóre wodorki są silnie żrące. Zastosowanie: niektóre

wodorki to silne reduktory.

Nadtlenki

Nadtlenki -

związki chemiczne w których

tlen występuje

na -1 stopniu utlenienia.

Charakterystyczną cechą nadtlenków jest wiązanie:

– O – O –

które łatwo ulega rozerwaniu, przez co nadtlenki mają

bardzo silne właściwości utleniające i generują wolne

rodniki.

Ogrzewanie nadtlenku prowadzi do wydzielania tlenu

atomowego (O*) lub rodników nadtlenkowych.

Wszystkie nadtlenki pod działaniem kwasu wydzielają

nadtlenek wodoru.

Ponadtlenki

Ponadtlenki to związki litowców i berylowców o

charakterze soli, zawierające w sieci jony metali i jon

ponadtlenkowy  , np. KO

2

.

Jon  jest wolnym rodnikiem i może oddziaływać z

kompleksami metali oraz z molekułami i układami

biologicznymi. Ma także właściwości redukujące.