I.wykl nieorg, Wprowadzenie - podstawowe pojęcia, prawa chemiczne, jednostki


Wprowadzenie - podstawowe pojęcia, prawa chemiczne, jednostki

Chemia jest nauką o strukturze materii, jej właściwościach i niektórych przemianach;

pozwala zrozumieć dlaczego substancje wykazują określone właściwości,

umożliwia rozpoznanie mechanizmu przemian jednych substancji w drugie, ich ilościowy opis oraz praktyczne wykorzystanie.

0x08 graphic
Rozszerzone pojęcie materii obejmuje, poza materią korpuskularną, również wszelkie formy energii. Równoważność masy i energii podaje równanie Alberta Einsteina (1905r.)

E - energia, m - masa, c - prędkość światła w próżni = 3 108 ms-1;

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

Materia korpuskularna ma budowę ziarnistą nieciągłą, zbudowana jest z atomów. Atomy różnych pierwiastków różnią się od siebie. Rozmiary atomów, rzędu 10-8 cm, zależą od rodzaju pierwiastka, im bardziej złożona budowa atomu tym większy jego promień.

Atom zbudowany jest z jądra, w którego niezwykle małej objętości skupiona jest niemal całkowita masa atomu, oraz elektronów (e, e-) znajdujących się w stosunkowo dużej przestrzeni otaczającej jądro.

Jądro atomu zawiera głównie dodatnio naładowane protony ( 11p, p+, 11 H ) oraz elektrycznie obojętne neutrony (10n, n0). Protony i neutrony są nukleonami.

Niektóre cząstki elementarne:

Grupa

Cząstka i symbol

Masa spoczynkowa w jednostkach masy elektronu ( 9,1083 10-31kg)

Ładunek C w jednostkach elementarnych ładunku (1,60210-19C)

Fotony

Leptony

Nukleony

foton (γ )

neutrino (ν) pozyton (e+) elektron (e-)

proton (p) neutron (n)

0

0 1 1

1836 1838

0

0 +1 -1

+1 0

Elementarne składniki atomu:

Cząstka

Masa [ g ]

Masa [ u ]

Ładunek [ C ]

Symbol

Trwałość poza jądrem

proton

1,6726 ⋅ 10-24

1,00728

+1,602⋅10-19

11p (p+ , 11H)

duża

neutron

1,6749 ⋅ 10-24

1,00867

0

10n (n0)

mała

elektron

0,91096 ⋅ 10-27

1/1836

-1,602⋅10-19

e (e-)

duża

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

Liczba masowa jest bardzo zbliżona do względnej masy atomowej pierwiastka, czyli masy jego atomu wyrażonej w atomowych jednostkach masy (u).

0x08 graphic

0x08 graphic
Zapis charakteryzujący jądro danego pierwiastka:

0x08 graphic
liczba masowa = liczba protonów (Z) + liczba neutronów (A-Z)

0x08 graphic

0x08 graphic
Α symbol pierwiastka

0x08 graphic
E

0x08 graphic
Ζ

liczba atomowa = liczba protonów = ładunek jądra

liczba elektronów = liczba porządkowa pierwiastka

Na przykład: jądro tlenu 168O , jądro wodoru 11H, jądro azotu 147N

0x08 graphic
Arytmetyczna suma mas nukleonów, z których składa się jądro, jest zazwyczaj wyższa od rzeczywistej masy danego atomu. Ten deficyt masy Δm pomnożony przez kwadrat prędkości światła w próżni - c - jest równy energii wiązania jądra, ΔE:

0x08 graphic
Łączeniu nukleonów, w procesie nazywanym syntezą jądrową, towarzyszą olbrzymie porcje energii.

Atomy poszczególnych izotopów noszą nazwę nuklidów. Każdemu izotopowi odpowiada inny rodzaj nuklidów. Izotopy tego samego pierwiastka mają nuklidy o tej samej liczbie atomowej, lecz o różnej liczbie masowej. Izotopy różnych pierwiastków mają nuklidy różniące się liczbą atomową i najczęściej również masą.

Nuklidy o takiej samej liczbie masowej różniące się liczbą atomową to izobary, np. 31H, 32He;

Jądra atomowe o tej samej liczbie neutronów, ale różnej liczbie protonów (o różnym ładunku jądra) to izotony, np. 74Be, 63Li;

0x08 graphic
Masa atomowa pierwiastka jest średnią masą atomową wynikającą z procentowej zawartości jego izotopów w przyrodzie:

gdzie:

mat - masa atomowa pierwiastka

A1, A2⋅⋅⋅ - liczby masowe izotopów

%m1, %m2 ⋅⋅⋅ - procentowe zawartości poszczególnych izotopów pierwiastka

0x08 graphic
naturalne

0x08 graphic
Izotopy mogą być trwałe lub promieniotwórcze:

sztuczne

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
masa bezwzględna atomu

0x08 graphic
masa molowa cząsteczki lub jonu

liczba Avogadra

0x08 graphic

Podstawowe prawa chemiczne:

0x08 graphic
Prawo zachowania materii W układzie zamkniętym, w warunkach w których materia nie zostaje wymieniana z otoczeniem, ilość materii pozostaje niezmienna, niezależnie od przemian zachodzących w układzie:

Ej - energia zawarta w układzie w różnych postaciach mj - masy substancji tworzących układ

Możliwa jest jedynie zmiana postaci materii pomiędzy masą a energią. W reakcjach chemicznych, z wyjątkiem przemian jądrowych, wydzielająca się energia stanowi tak znikomą część masy układu, że prawo zachowania materii sprowadza się praktycznie do:

Prawa zachowania masy (Lavoisier, 1785): we wszystkich reakcjach chemicznych zachodzących w układzie zamkniętym łączna masa reagentów nie ulega zmianie (suma mas produktów równa się sumie mas substratów).

Prawo stosunków stałych (Proust, 1799): Każdy związek chemiczny ma stały i charakterystyczny skład ilościowy, czyli, że związki chemiczne powstają przez połączenie składników zawsze w ściśle określonym stosunku, a skład jakościowy i ilościowy jest jednoznacznie określony wzorem chemicznym związku.

Prawo stosunków wielokrotnych (Dalton, 1804): Jeśli dwa pierwiastki tworzą ze sobą więcej niż jeden związek chemiczny, to ilości wagowe jednego pierwiastka przypadające na stałą ilość wagową drugiego pierwiastka pozostają do siebie w stosunku prostych liczb całkowitych.

Prawo Avogadra (Avogadro, 1811): W równych objętościach różnych gazów w tych samych warunkach temperatury i ciśnienia znajduje się zawsze taka sama liczba cząsteczek.

Jednostki podstawowe układu SI

Nazwa wielkości

nazwa jednostki

skrót literowy

długość

metr

m

masa

kilogram

kg

czas

sekunda

s

natężenie prądu

amper

A

temperatura

kelwin

K

ilość substancji

mol

mol

światłość źródła światła

kandela

cd

E = m c2

Energia w przyrodzie jest kwantowana (Planck, 1900), to znaczy że każdy element materii emituje (wysyła) lub absorbuje (pochłania) tylko ściśle określone kwanty - porcje energii, równe:

E = h ν = h c/λ = h c v

h = 6,6210-34 Js - stała Plancka liczba falowa [m-1]

ν - częstotliwość promieniowania [Hz = s-1]

λ - długość fali promieniowania [m]

Każdy element lub układ elementów materii dąży do tego aby być w minimum energetycznym

Liczba protonów w jądrze = liczba elektronów w atomie= liczba atomowa (porządkowa) danego atomu ( Z )

Suma protonów i neutronów (liczba nukleonów) = liczba masowa danego atomu ( A )

Pierwiastek to zbiór atomów o tej samej liczbie atomowej Z, czyli tej samej liczbie protonów i tym samym ładunku jądra

Atomowa jednostka masy (1u ) jest to 1/12 masy atomu izotopu węgla 12C,

ma wartość 1,6610-27 kg; odpowiada jej energia 931 MeV

Względna masa atomowa pierwiastka jest to liczba określająca, ile razy masa atomu danego pierwiastka jest większa od atomowej jednostki masy (u)

Względna masa cząsteczek chemicznych - masa cząsteczkowa - jest sumą względnych mas atomowych pierwiastków tworzących cząsteczkę

ΔE = Δm c2

Izotopy pierwiastka = atomy o tej samej liczbie atomowej Z, ale innej liczbie neutronów w jądrze

mat = 0x01 graphic

Mol jest jednostką liczności materii, która zawiera tyle atomów, cząsteczek, jonów lub innych cząstek materialnych, ile atomów znajduje się w 12 g izotopu węgla 12C

Masa jednego mola substancji wyrażona w gramach to masa molowa danej substancji (M) [g mol-1]

Mol zawiera 6,021023 atomów, cząsteczek, jonów lub innych cząstek dowolnej substancji

Liczba ta nazywa się liczbą lub stałą Avogadra NA [mol-1]

M = NA m

Mol pierwiastka lub związku chemicznego w stanie gazowym zajmuje w warunkach normalnych, to znaczy w temperaturze t=0°C (T=273,16 K) i pod ciśnieniem 1013,25 hPa (1 atm), objętość 22,4 dm3. Jest to tzw. objętość molowa gazów.

Σ ( mj c2 + Ej ) = const



Wyszukiwarka