Historia
Chemia ma korzenia w alchemii.
Podstawowe prawa chemiczne
Atom - najmniejszy, niepodzielny metodami chemicznymi składnik materii, składa się z:
- jÄ…dra
- elektronów
Prędkość atomu zależy od budowy chemicznej atomu. Najmniejsze atomy to te, które mają największą
elektroujemność. W grupie rośnie rozmiar atomu.
Historia budowy atomu:
- niepodzielna kulka wg Demokryta
- rodzynkowy model Thomsona ( rodzynki w cieście )
- jądrowy model Rutherforda - większość masy i ładunek dodatni są skupione w małej powierzchni
jÄ…dra
- model Bohra - elektrony poruszają się wokół jądra
- model kwantowy - objaśnia, dlaczego elektrony przyjmują określoną energię
Cząsteczka - obojętnie elektryczna grupa atomów trwale ze sobą połączona wiązaniami chemicznymi, jest to
najmniejsza ilość związku zachowująca jego właściwości chemicznej
Jon - atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami, ma nadmiar lub niedomiar elektronów w stosunku do
protonów
Anion - atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami, ma nadmiar elektronów w stosunku do protonów
Kation - atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami, ma niedomiar elektronów w stosunku do protonów
IUPAC - Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej
Pierwiastek chemiczny - substancja, której nie da się metodami chemicznymi rozdzielić na proste substancje
Związki chemiczne - jednorodne połączenia co najmniej 2 pierwiastków chemicznych za pomocą dowolnego
wiązania chemicznego, posiadają zerowy ładunek, jego najmniejszą część stanowi cząsteczka
Substancja chemiczna - rodzaj materii o określonym składzie chemicznym; posiada zespół cech
charakterystycznych:
- stan skupienia
- barwa
- połysk
- temperatura wrzenia i topnienia
- przewodnictwo cieplne i elektryczne
- zapach
- smak
- palność
- reaktywność
Prawo zachowania masy (1748)
Ilość reagujących substratów = ilość powstałych produktów
prawo to w układzie zamkniętym: ilość powstałych produktów jest zgodna z ilością substratów wziętych do
przeprowadzenia reakcji (wynika z zasady zachowania materii i energii)
Prawo stosunków objętościowych (Gay - Lussaca)
w reakcji między gazami objętość substratów i produktów gazowych, mierzone w tych samych warunkach
ciśnienia i temperatury mają się do siebie jak proste liczby rzeczywiste; jest to podstawa do prawo Avogadro
 H2 + Cl2 ----> 2HCl
3 3 3
22,4dm 22,4dm 44,8dm
Prawo Avogadro
w tych samych warunkach fizycznych, tej samej temperaturze i ciśnieniu, w równych objętościach różnych
gazów znajduje się taka sama liczba cząstek
Mol - liczebność materii, zawiera tyle cząstek, ile atomów zawiera izotop węgla 12C
Prawo stałości składu
każdy związek chemiczny, niezależnie od jego pochodzenia albo metody otrzymywania, ma stał skład
jakościowy i ilościowy; podczas reakcji chemicznej pomiędzy 2 pierwiastkami określa masa pierwszego
pierwiastka reaguje zawsze ściśle ze ściśle nieskreśloną masą drugiego pierwiastka (bez względu na to, jaki jaki
przedstawia stosunek tych substancji)
Prawo stosunków wielokrotnych
jeżeli dwa pierwiastki tworzą ze sobą więcej niż jeden związek, to masy(ilości) jednego pierwiastka
przypadajÄ…ce na takÄ… samÄ… masÄ™ z pierwiastka majÄ… siÄ™ do siebie jak proste liczby naturalne, np.
S + O2 ---> SO2
2S + 1,5O2 ---> 2SO3
związek chemiczny powstaje w wyniku łączenia się całkowitej (nieułamkowej) liczby atomów jednego pierwiastka
z całkowitą liczbą atomową drugiego pierwiastka
MnO Mn2O3 MnO2 Mn2O7
0,2912 0,4368 0,5825
2 3 4
Prawo równoważności masy i energii
E = mc2
energia każdego ciała jest równoważna jego masie
Prawo równoważności Richtera (strasznie ważne prawo, które profesor
Kamysz używał raz w życiu:)
Prawo Hessa
ciepło reakcji przebiegającej w stałej objętości lub pod stałym ciśnieniem, nie zależy od tego, jaką drogą
przebiega reakcja, a jedynie od stanu początkowego i końcowego (prawo jest konsekwencją prawa zachowania
energii w układzie w reakcjach chemicznych)
Prawo triad (J. W. Döbereinera, 1829)
w kilku grupach po trzy pierwiastki właściwości fizyczne i chemiczne są podobne i zmieniają się
regularnie ze wzrostem masy atomowej:
Li 7
Na 23 7+39
=23
K 39 2
Prawo oktaw (Newlands)
po uszeregowaniu wszystkich znanych pierwiastków zgodnie z rosnącą masą atomową można stwierdzić,
że co ósmy pierwiastek jest do siebie podobny pod względem właściwości
Prawo działania mas (reguła przekory)
 k1 [C]*[D]
K= k2= [A]*[B]
stosunek iloczynu stężeń molowych substancji regulujących w jednym kierunku (reakcji prostej) do iloczynu
stężeń molowych reagujących w kierunku przeciwnym (w reakcji odwrotnej) jest wielkością stałą w stanie
równowagi chemicznej i stałej temperatury
reguła przekory: układ, na który działa jakiś czynnik zewnętrzny odpowiada w taki sposób, aby przeciwdziałać
działaniu tego czynnika
Jednostki podstawowe w układzie SI:
metr
kilogram
sekunda
amper (jednostka natężenia prądu elektrycznego)
kelwin
mol
kandela (jednostka natężenia światła)
Teorie budowy atomu i izotopy promieniotwórcze
PoglÄ…dy na budowÄ™ atomu:
Demokryta - materia niepodzielna
Dalton - najmniejsza cząstką jest atom, nie można zmienić jednego atomu w drugi; wszystkie atomy
jednego pierwiastka sÄ… jednakowe
Thomson - badania nad przewodnictwem elektrycznym gazów, odkrycie elektronów
Modele budowy atomu:
Arystoteles - atom jako niepodzielna kulka
Thomson - model rodzynkowy
Rutherford: cały ładunek dodatni jest skupiony w niewielkim obszarze, w jadrze atomowym, a wokół niego
krążą elektrony
Bohr - planetarny model, elektron krąży wokół jądra po ustalonej orbicie
kwantowy model atomu
falowy model atomu - z poruszajÄ…cym siÄ™ atomem elektron zwiÄ…zana jest fala materii
atom = jÄ…dro + elektrony
jÄ…dro ---> protony + neutrony + mezony ---> kwarki ---> struny
Materia składa się z atomów, które z kolei są zbudowane z kwarków. Zgodnie z tą teorią strun wszystkie te cząstki
mają w rzeczywistości postać maleńkich pętli drgających strun
Izotopy - odmiany pierwiastków chemicznych, różnią się liczbą neutronów
trwałe - nie ulegają samorzutnym przemianom
nietrwałe (promieniotwórcze)
Izotopy nie posiadają własnych nazw, tylko symbol pierwiastka; wyjątek izotopy wodoru
Pochodzenie izotopów:
naturalne
- synteza przy wybuchu supernowych
- zderzenie czÄ…steczek z promieniowaniem kosmicznym
- mają długi okres rozpadu
sztuczne
- wytwarzane w reaktorach jÄ…drowych
- wytwarzane w akceleratorach
- krótszy czas połowicznego rozpadu
Izotopy wykorzystywane w:
32
medycynie: P, 131I
przemyśle: 241Am, 137Cs, 192Ir, 60Co
naukowych badaniach: 14C
Właściwości izotopów:
izotopy różnych pierwiastków maję te prawie same właściwości chemiczne, bo w czasie tworzenia wiązań
uczestniczÄ… elektrony, a nie neutrony
różnica mas izotopów- różne właściwości fizyczne
w formie czystej izotopy mają temperaturę: wrzenia, topnienia, sublimacji oraz gęstość
Izobary - mają taką samą liczbę masową i różną liczbę atomową, np.: 14C i 14N
Izotony - mają taką sama liczba neutronów, np. 3H i 3He
Liczba atomowa Liczba masowa Liczba neutronów
Izotopy Jednakowa Różna Różna
Izobary Różna Jednakowa Różna
Izotony Różna Różna Jednakowa
Promieniotwórczość - zjawisko rozpadu samorzutnego nuklidów promieniotwórczych
Przemiany promieniotwórcze:
- alfa  emisja jÄ…dra atomu helu
A
X ---> Z-2A-4Y + 24He
Z
- beta- - emisja ujemnego elektronu w wyniku przejścia neutronu w proton:
A
X ---> Z+1AY + e + v (antyneutrino)
Z
- beta+ - emisja dodatniego elektronu (pozytonu), który powstają w wyniku przejścia protonu w
neutron:
A
X ---> Z-1AY + beta+ + v (neutrino)
Z
- emisja neutronowa  przemiana jądrowa, podczas której dochodzi do emisji neutronu z jądra
atomowego, powstaje inny izotop tego samego pierwiastka:
A
X ---> ZA-1Y + n
Z
- wychwyt K- wchłonięcie przez jądro elektronu z powłoki K, co powoduje przejście protonu w
neutron:
p+ + e- ---> n + ve
Szybkość rozpadu promieniotwórczego - czas połowicznego rozpadu czas, w ciągu którego połowa nietrwałych
atomów ulega rozpadowi
Bekerel - jednostka aktywności promieniotwórczej, ilość rozpadów na sekundę
Radiofarmaceutyki - pierwiastki promieniotwórcze połączone z farmaceutykami, które mają chemiczne i
biologiczne  powinowactwo do poszczególnych narządów
Medycyna nuklearna - gałąz
medycyny, zajmuje się leczeniem i diagnozowaniem chorób przy użyciu izotopów
promieniotwórczych
Układ okresowy pierwiastków
Promień atomowy - umowna odległość najdalej położonych elektronów występujących w danym atomie o jądra
tego atomu, ustalana teoretycznie dla atomów uczestniczących w hipotetycznych wiązaniach chemicznych.
Promień atomowy w grupach układu okresowego pierwiastków rośnie z góry w dół w wyniku obsadzania przez
elektrony kolejnych powłok i w okresach promień atomowy maleje od lewej do prawej, gdyż wraz ze wzrostem
jądra w danym okresie zwiększa się jego ładunek i elek trony się przyciągają z większą siłą, co skutkuje mniejszym
promieniowaniem.
Promień jonowy - to promień van der Waalsa jonu, czyli odległość najbardziej oddalonych elektronów od jądra
atomu, w przypadku jonów utworzonych z jednego atomu lub też geometrycznego centrum jonów złożonych z
większej liczby atomów.
Promień atomowy [nm] Promień jonu [nm]
Li 0,152 0,060
Ca 0,197 0,099
I 0,133 0,216
Energia jonizacji - energia jaką trzeba doprowadzić, aby oderwać elektron od atomu i przenieść go do
nieskończoności (w praktyce- poza obszar oddziaływania jądra, tworzy się kation)
Na ---------> Na+ + elektron
+ e n e r g i a
energia ta zależy od właściwości chemicznych pierwiastków i struktury elektronowej pierwiastka
Numer grupy 1 2 13 14 15 16 17 18
Pierwiastek Li Be B C N O F Ne
Energia jonizacji 526 906 807 1093 1407 1320 1687 2087
kJ/mol
Powinowactwo elektronowe - ilość energii, jaka wydziela się podczas przeniesienia elektronu z nieskończoności i
przyłączenia go do obojętnego atomu; zatem ilość energii jaka powstaje w wyniku utworzenia się jonu z
obojętnego atomu
Cl + elektron ----------> Cl-
- e n e r g i a
Największą wartość powinowactwa posiadają pierwiastki, którym niewiele brakuje do całkowitego zapełnienia
zewnętrznej powłoki i jak wiadomo łatwo tworzą je pierwiastki niemetaliczne.
Elektroujemność - umowna miara skłonności atomu do przyciągania elektronów podczas tworzenia wiązania
chemicznego; im większa elektroujemność tym atom silniej przyciąga wspólne elektrony; przedział: 0,7-4,0; znając
wartości elektroujemności można określić charakter wiązania chemicznego; jeżeli wiązanie tworzą atomy
pierwiastków o różnej elektroujemności, to jedno z nich przyciąga elektrony z większą siłą niż drugi
Metody wyjaśniające geometrię cząsteczki
Teoria orbitali molekularnych - zakłada, że orbital cząsteczkowy powstaje w wyniku nakładania się orbitali
atomowych atomów tworzących wiązanie
Hybrydyzacja - zakłada tworzenie molekularnych orbitali wymieszanych, powstających przez liniową kombinację
orbitali atomowych
Teoria odpychania się par elektronowych powłoki walencyjnej (VSEPR) - zakłada rozmieszczenie par
elektronów wokół atomu centralnego, aby było możliwe najdalej od siebie oddalone celem zminimalizowania
odpychania
Orbital - kształt obszaru, obliczonym z funkcji orbitalowej, w którym prawdopodobieństwo napotkania elektronu
jest bliskie 1 (zwykle przyjmuje się wartość 0,9); obszar ten jednak nie jest orbitalem w sensie teorii kwantowej,
gdyż w terminach tej teorii orbital to funkcja opisująca rozkład prawdopodobieństwa napotkania elektronu
- gdy orbitale atomowe danych atomów nakładają się, powstaje tzw. orbital cząsteczkowy; wyróżniamy dwa
typy takich orbitali: sigma i pi
- są także orbitale atomowe i molekularne
- orbitale antywiążące mają wyższą energię niż orbitale wiążące
- pierwiastki tworzą wiązania, by obniżyć energię
- orbital cząsteczkowy ma niższą energię niż atomowy
- powstanie cząsteczki helu energetycznie jest nieopłacalne, ponieważ dla powstania takiej cząsteczki wymagane
by było rozmieszczenie elektronów nie tylko na orbitalu wiążącym, ale także na antywiążącym, każde zaś
umieszczenie elektronu na orbitalu antywiążącym osłabia wiązanie chemiczne utworzone przez elektrony
zajmujące orbitale wiążące; w cząsteczce helu ze względu na jednakowe zapełnienie obu orbitali molekularnych
efekt wiążący zostaje całkowicie zlikwidowany przez efekt antywiążący, dlatego też cząsteczka He2 jest
energetycznie nietrwała w odniesieniu do dwóch oddzielnych atomów helu i jako taka nie powstaje.
WiÄ…zania chemiczne
Wiązania chemiczne - oddziaływania elektrostatyczne łączące atomy w cząsteczkach związków chemicznych;
przyczyną tworzenia wiązań jest dążenie pierwiastków do uzyskania oktetu lub dubletu elektronowego, do
utworzenia typowego wiązania chemicznego potrzeba minimum dwóch elektronów, zwykle po jednym z każdego
atomu;
Wiązanie pojedyncze - wiązanie się dwóch elektronów, np. Cl-Cl, H-H
Wiązanie podwójne - tworzą je cztery elektrony, np. O=O
Wiązanie potrójne - tworzą sześć elektronów
Delokalizacja wiązań chemicznych - elektrony tworzące wiązania wielokrotne są uwspólnione przez więcej niż
dwa atomy; np. benzen; wiÄ…zania na skutek tego zjawiska rezonansu chemicznego w zwiÄ…zkach organicznych
 rozmywają się , że nie można obiektywnie ustalić, które są podwójna, a które pojedyncze
Teoria Lewisa i Kossela - wiązania chemiczne powstają przez  uwspólnienie pewnych elektronów, należących
do wiążących atomów; każdy z atomów dostarcza po jednym elektronie do każdej wspólnej pary, tzn. Wiążącej
pary elektronowej; atomy dążą przy tym do osiągnięcia dubletu; zależnie od umiejscowienia par wiążących
powstajÄ… wiÄ…zania o charakterze jonowym, kowalencyjnym lub koordynacyjnym
Typy wiązań wg teorii elektronowej:
- jonowe
- kowalencyjne
- koordynacyjne (donorowo-akceptorowe)
Charakterystyka związków o budowie jonowej:
poprzez wzajemne oddziaływanie pierwiastków chemicznych znacznie różniących się elektroujemnością
(Eu>1,7)
elektrony zamiast zastać uwspólnione  przeskakują na stałe do jednego z atomów, jeden z atomów ma
nadmiar Å‚adunku ujemnego (anion), a drugi dodatniego (kation); obydwa jony tworzÄ… parÄ™ jonowÄ… (+)(-),
która trzyma się razem na zasadzie przyciągania ładunków elektrostatycznych
 wiązania jonowe występują w substancjach, których roztwory są mocnymi elektrolitami (sole, mocne
kwasy i zasady, wodorki, tlenki litowców i berylowców),
tworzą kryształy jonowe, np. NaCl - wzór sumaryczny przedstawia stechiometryczny stosunek jonów
zwiÄ…zki jonowe:
- w stanie stałym tworzą jonową sieć krystaliczną, a po rozpuszczeniu lub stopieniu w 100% dysocjują na
jony i przewodzÄ… prÄ…d elektryczny
- są substancjami stałymi, kryształami twardymi
- wysoka temperatura topnienia i wrzenia (duże siły oddziaływania między jonami)
- zwykle dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach silnie polarnych, np. w wodzie
Wiązania kowalencyjne - powstają w wyniku łączenia się z jednakowych lub różnych atomów, powstają wspólne
pary elektronowe, przy czym elektrony pochodzą od różnych atomów
niespolaryzowane - powstaje między dwoma atomami tego samego pierwiastka w cząsteczkach
homoatomowych, które zawierają oprócz tego innych atomów, np. H2, Cl2; wspólna para nie jest
przesunięta w stronę żadnego z atomów
spolaryzowane - powstaje między dwoma atomami, których różnica elektroujemności mieści się w
przedziale (0,4;1,7) w skali Paulinga, elektrony uwspólnione tworzące wiązanie są przesunięte w stronę
jednego z atomów, co powoduje że w jednym z atomów uczestniczących w wiązaniu tworzy się ładunek
Å‚adunek elektryczny;
moment dipolowy  jest miarą polarności wiązań w różnych cząsteczkach; wiązanie to jest wiązaniem o
właściwościach pośrednich między typowym wiązaniem jonowym a kowalencyjnym niespolaryzowanym;
właściwości:
- kryształy kowalencyjne
- nie ulegajÄ… dysocjacji
- nie przewodzÄ… prÄ…du elektrycznego
- z reguły rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych lub słabo polarnych
Wiązania koordynacyjne - odmiana wiązania atomowego, w którym wiążącą parą elektronową dostarcza jeden z
atomów; różni się od kowalencyjnych sposobem powstania; w wiązaniach koordynacyjnych wyróżnia się atomy
donora (dostarczyciela) i akceptora (przyjmujÄ…cego) elektrony, np.
NH3 + H+ ----> NH4+
Wiązania wodorowe- słabe wiązania, polega na przyciąganiu elektrostatycznym między atomami wodoru a
atomami elektroujemnymi zawierajÄ…cymi wolne pary elektronowe;
- donorami protonu mogą być np. grupa tiolowa -SH, hydroksylowa -OH, aminowa -NHx,
halogenowodorowa -XH, węglowodorowa -CHx;
- akceptory elektronów, np. F, N, O, a także układy pi-elektronowe występujące w nienasyconych
zwiÄ…zkach;
Znaczenie:
- wpływ na budowę cząsteczek DNA, które składają się z dwóch łańcuchów nukleotydowych, tworząc
podwójną helisę, są one (tzn. te łańcuchy utrzymywane przez wiązania wodorowe
- w białkach wiązania między N-H a O=C
- w polisacharydach
Siła wiązań chemicznych w [kcal/mol]:
kowalencyjne: 100  150
jonowe: 50  100
wodorowe: 3  8
oddziaływania międzycząsteczkowe 0,1  2,5
WiÄ…zania metaliczne:
- zwiÄ…zki posiadajÄ…ce takie wiÄ…zania charakteryzujÄ… siÄ™ dobrym przewodnictwem cieplnym i
elektrycznym, co jest wynikiem przemieszczania się elektronów w sieci krystalicznej metalu
- kryształ metalu jest zbudowany z dodatnich jonów metalu osadzonych w węzłach sieci, między
którymi poruszają się elektrony walencyjne; elektrostatyczne oddziaływanie jonów i elektronów
utrzymuje kryształ w całości; typ sieci i odległości między atomami są charakterystyczne dla danego
metalu; znajdujÄ…c siÄ™ wewnÄ…trz sieci krystalicznej elektrony tworzÄ… tzw. gaz elektronowy, ulegajÄ…
oddziaływaniu kilku sąsiednich jonów, co powoduje rozmycie się ściśle zdefiniowanych poziomów
elektrycznych
Oddziaływania międzycząsteczkowe:
oddziaływanie jon  jon (kulombowskie lub elektrostatyczne)  zachodzi pomiędzy dwoma
różnoimiennie naładowanymi cząsteczkami; od wiązań jonowych różni je to, że ładunek w oddziałujących
ze sobÄ… czÄ…steczkach nie jest skoncentrowany na jednym atomie, lecz jest zdelokalizowany na kilku,
kilkunastu atomach; siła ich oddziaływania jest proporcjonalna do;
l/r2 (r  odległość między cząsteczkami)
oddziaływanie trwały dipol  trwały dipol  tworzy się pomiędzy cząsteczkami posiadającymi trwałe
momenty dipolowe; czÄ…steczki takie posiadajÄ… w jednych miejscach nadmiar Å‚adunku ujemnego, a w
innych niedomiar; oddziałują one ze sobą tak jak jony, lecz jest to oddziaływanie słabsze, bo mają tu
znaczenie cząstkowe, a nie całkowite ładunki elektryczne; przyciąganiu pomiędzy ładunkami
różnoimiennymi towarzyszy zawsze odpychanie pomiędzy ładunkami jednoimiennymi
oddziaływanie van der Waalsa (Londona lub dyspersyjne)  pomiędzy trwałym dipolem i wzbudzonym
dipolem lub między dwoma wzbudzonymi dipolami; w cząsteczkach, które nie mają trwałego momentu
dipolowego, może on być wzbudzony przez cząsteczki z trwałym momentem, następnie taki wzbudzony
dipol i trwały dipol oddziałują na siebie podobnie jak trwałe dipole, lecz znacznie słabiej; w cząsteczkach
bez trwałego momentu dipolowego występują natomiast przydatkowe fluktuacje ich chmur elektronowych,
powodujące powstanie ich chwilowych momentów dipolowych; cząsteczka, która posiada chwilowy
moment dipolowy może go wzbudzić w cząsteczce sąsiedniej, w wyniku czego obydwie cząsteczki moją
możliwość przyciągania lub odpychania się; uśrednienie sił odpychania i przyciągania daje oddziaływanie
przyciÄ…gajÄ…ce proporcjonalne do:
l/r6
ZwiÄ…zki kompleksowe
Kompleksy  przepojone wstydem lub lękiem poczucie niższej wartości wobec innych, połączone z
wygórowanymi lub niespełnionymi ambicjami :D
Ojcem związków kompleksowych był A. Werner
Metale przejściowe tworzą związki kompleksowe. Orbitale d metali przejściowych zdolne są do hybrydyzacji
dwóch orbitali s i trzech orbitali p powłoki walencyjnej z utworzeniem orbitali wiążących. Ilość elementarnych
orbitali d decyduje o utworzeniu hybrydy, z których dwie najczęściej spotykane to dsp2 i dsp3. Jeśli nie ma wolnych
orbitali d, mogą się tworzyć orbitale wiążące typu sp3, sp2 i sp (kwantowa teoria wiązań).
Bez kompleksów życie jest niemożliwe, np. większość białek samodzielnie nie może pełnić swoich funkcji
regulatorowych lub strukturalnych lub kremy kolagenowe nie będą działać, jeśli nie posiadają prokolagenu lub
palce cynkowe w kwasach nukleinowych.
Tworzenie wiÄ…zania koordynacyjnego:
H H
I I
H-N: + HCl -----> [H-N->H]+Cl-
I I
H H
salmiak (chlorek amonu)
Wiązania koordynacyjne różni się od kowalencyjnych sposobem powstania; w wiązaniach koordynacyjnych
wyróżnia się atomy donora (dostarczyciela) i akceptora (przyjmującego) elektrony; para elektronowa tworząca
wiązanie oddawana jest przez jeden z dwóch łączących się atomów; związki te noszą nazwę ZWI
ZKÓW
KOMPLEKSOWYCH = KOORDYNACYJNYCH
KOMPLEKS = STREFA ZEWN
TRZNA = STREFA WEWN
TRZNA
(koordynacyjna) (jon kompleksowy)
np. K[Al(OH)4]
Atom centralny  atom lub jon o strukturze elektronowej umożliwiającej przejście par elektronowych i
wytworzenie wiÄ…zania koordynacyjnego
-, - - 
Ligandy, np. F Cl , CN , NCS lub obojętne cząsteczki H2O, NH2CH2CH2NH2
Liczba koordynacyjna (LK)  liczba bezpośrednio skoordynowanych atomów przez jon centralny
Ligandy bezpośrednio otaczające atom lub jon centralny tworzą wewnętrzną strefę koordynacyjną
Teoria tworzenia związków kompleksowych, np. pola krystalicznego
Ze względu na zdolność tworzenia kompleksów jony metali możemy podzielić na:
jony metali alkalicznych, metali ziem alkalicznych, lantanowców i aktynowców  wykazują słabe
właściwości kompleksotwórcze
jony metali przejściowych  posiadają znaczną zdolność do tworzenia trwałych kompleksów
Rodzaje ligandów:
jednodonorowe:
-
- anion fluorkowy F
-
- anion chlorkowy Cl
-
- anion hydroksylowy OH
- anion siarczanowy (VI) SO4 2-
- anion tiocyjanianowy SCN -
- anion cyjanowy CN -
- czÄ…steczka wody H2O
- czÄ…steczka amoniaku NH3
- cząsteczka tlenku węgla (II) CO
wielokleszczowe (wielodonorowe, chelatujące, chelaty)  są to ligandy zajmujące więcej niż jedno miejsce
w kompleksie, dysponują więcej niż jedną parą elektronową, dostarczają dwóch lub więcej atomów
skoordynowanych wokół atomu centralnego; związki z takimi ligandami nazywamy ZWI
ZKAMI
CHELATOWYMI:
- etylenodiamina
H2N: /\/:NH2
- EDTA  ligand sześciokleszczowy
- dietylenotriamina  ligand trójkleszczowy
H2N /\ NH /\ NH2
Izomeria związków kompleksowych
Izomeria  występowanie dwóch lub większej liczby związków chemicznych o takim samym składzie
chemicznym, różniących się jednak strukturą cząsteczek, a co za tym idzie także właściwości chemicznych
Rodzaje:
strukturalna (konstytucyjna)  poszczególny izomery mają ten sam sumaryczny skład chemiczny,
wykazują natomiast odmienny układ wiązań chemicznych w jonach kompleksowych
stereoizomeria (przestrzenna)  izomery różnią się wewnętrznym rozmieszczeniem ligandów
Talidomid  organiczny zwiÄ…zek chemiczny zbudowany z reszty ftalimidowej i glutarimidowej. Stosowany jako
lek o działaniu przeciwwymiotnym, przeciwbólowym, usypiającym i hipnotycznym. Talidomid został otrzymany
przez chemików z Chemie Grünenthal z Republiki Federalnej Niemiec w 1953.
Skutek zażywania talidomidu przez kobiety w ciąży - deformacje kończyn u dziecka.
Pierwotny talidomid były otrzymany jako mieszanina racemiczna, tzn. zawierająca w równych proporcjach oba
enancjomery[4]. Nie wiedziano jeszcze wtedy, że jeden z enancjomerów (o konfiguracji absolutnej R) ma działanie
lecznicze, a drugi (S) jest silnym teratogenem[5] działającym na DNA płodu[6][7] oraz wykazującym działanie
hamujące angiogenezę (upośledzenie tworzenia się nowych naczyń w kończynach hamuje ich rozwój)[5].
Talidomid był sprzedawany od roku 1957 do 1961 jako lek usypiający ogólnego stosowania bez recepty, oraz w
większych dawkach jako lek przeciwbólowy dla kobiet z powikłaną ciążą. Lek ten został zarejestrowany w ponad
50 krajach, pod różnymi nazwami handlowymi (Talimol, Kevadon, Nibrol, Sedimide, Quietoplex, Contergan,
Neurosedyn, Distaval i wiele innych).
Pod koniec 1960 udowodniono, że talidomid ma silne działanie teratogenne (szkodliwe na ludzkie płody),
szczególnie jeśli był brany przez kobiety w okresie pierwszych 50 dni ciąży[8]. Zanim wykryto teratogenne
działanie tego związku, jego ofiarami zostało ok. 15 000 ludzkich płodów, z czego 12 000 zostało donoszone i
urodzone jako dzieci z głębokimi wadami genetycznymi, a z tych 12 000 pierwszy rok życia przeżyło ok. 8 000.
Większość z ocalałych dzieci żyje do tej pory, choć niemal wszystkie mają ciężkie deformacje ciała, w rodzaju
braku kończyn (fokomelia lub amelia) i bardzo nienaturalnych proporcji ciała[9]. Ludzie ci sami nazywają siebie
"talidomerami"[potrzebne z
ródło].
Po tych odkryciach talidomid został wypisany z list lekospisów i wstrzymano na wiele lat jego produkcję.
Naukowcy zbadali, który z enancjomerów ma działanie lecznicze, a który jest odpowiedzialny za działanie
teratogenne, a następnie opracowali syntezę asymetryczną prowadzącą do otrzymania tylko izomeru o działaniu
leczniczym.
Okazało się jednak, że w organizmach żywych związek ten ulega stopniowej izomeryzacji, a zatem nawet podanie
czystego izomeru o działaniu leczniczym nie jest do końca bezpieczne[10].
Pod koniec lat 90. XX w. odkryto, że talidomid ma silne działanie immunosupresyjne (zmniejszające ryzyko
odrzutu przeszczepów tkanek), zapobiega niektórym symptomom zaawansowanego AIDS, a także ma działanie
powstrzymujące rozwój niektórych form raka (zwłaszcza raka prostaty). Spowodowało to ponowne wpisanie na
listy leków talidomidu (tym razem enancjomerycznie czystego), którego podawanie osobom nie będącym w ciąży i
nie zamierzającym mieć w przyszłości potomstwa jest obciążone niewielkim ryzykiem. Sprawa ponownego
uruchomienia produkcji talidomidu, która nastąpiła w 2001, jest jednak nadal bardzo kontrowersyjna. Liczne
organizacje ofiar talidomidu twierdzą, że nigdy nie można mieć pewności, czy osoby zażywające ten lek nie
spłodzą przez przypadek potomstwa w trakcie lub wkrótce po terapii, nawet jeśli tego wcześniej nie planowały.
Jednak ryzyko to dotyczy wszystkich leków stosowanych w terapii nowotworów.
Mimo tych zastrzeżeń talidomid jest stosowany w leczeniu szpiczaka mnogiego. Z uwagi na to, że talidomid
również w tych wskazaniach ma dużą liczbę działań niepożądanych, takich jak zmęczenie, polineuropatia, wysypki
skórne, zaparcie czy zwiększenie ryzyka żylnej choroby zakrzepowo-zatorowej (mogącej prowadzić do udaru
niedokrwiennego lub zawału serca)[11], obecnie w fazie badań przedklinicznych znajduje się pochodna talidomidu
o znacznie zmniejszonej liczbie działań niekorzystnych o nazwie lenalidomid (CC-5013, Rewlimid). Jego
stosowanie łącznie z deksametazonem powoduje remisję częściową u około 90% i całkowitą remisję u 38%
chorych na szpiczaka mnogiego. To korzystne działanie wiąże się z mechanizmem działania talidomidu czy jego
pochodnych, polegającego na stymulacji proliferacji limfocytów T, zwiększeniu produkcji interleukiny-2,
interferonu Å‚ oraz zmniejszaniu produkcji TNF-Ä…[12][13].
Oprócz zastosowania w leczeniu nowotworów znajduje też zastosowanie w leczeniu trądu , choć jego stosowanie w
tym wskazaniu nie jest obecnie zalecane przez WHO[14].
Historia odkrycia teratogennego działania talidomidu[edytuj]
Zdjęcie z 1962 roku przedstawiające malformację stopy u dziecka matki zażywającej w ciąży talidomid.
Talidomid przeszedł rutynowe testy na toksyczność na zwierzętach, choć jak wykazały póz
niejsze procesy sÄ…dowe,
nie były one przeprowadzone wystarczająco starannie, choć w zasadzie zgodnie z ówcześnie panującymi normami
prawnymi w tym zakresie. Co więcej, testy te były powtarzane przez agencje rządowe wielu krajów, w których
talidomid był rejestrowany jako lek i żaden z tych testów nie stwierdził toksyczności talidomidu. W żadnym z
krajów, gdzie talidomid był rejestrowany, nie było wówczas jeszcze obowiązku wykonywania testów na
teratogenność przeprowadzanych na ciężarnych samicach zwierząt.
W 1960 Chemie Grünenthal zdecydowaÅ‚o siÄ™ wejść z tym lekiem na rynek USA i w zwiÄ…zku z tym zgÅ‚osiÅ‚o
formalny wniosek do Amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków (Food and Drug Administration - FDA) o jego
rejestrację. Firma nie spodziewała się żadnych trudności, gdyż lek ten był już wtedy znany od 10 lat i nigdy do tej
pory nie zgłaszano żadnych skarg na jego działanie. Rozpatrzenie wniosku przekazano świeżo zatrudnionej w FDA
pracownicy Frances Oldham Kelsey. Tak się akurat złożyło, że w ramach swojej pracy dyplomowej na studiach
zajmowała się ona badaniem mutagenności wielu związków chemicznych. Wiedziała ona, że wiele mutagennych
związków ma też często uboczne działanie na układ nerwowy. W dokumentacji do zgłoszenia talidomidu
zainteresował ją raport lekarzy brytyjskich, którzy opisywali nieliczne przypadki ubocznych efektów
neurologicznych talidomidu. Na wszelki wypadek zażądaÅ‚a wiÄ™c od Chemie Grünenthal dokÅ‚adnych opisów
przeprowadzanych dotychczas testów toksyczności i zorientowała się, że firma nigdy nie zbadała działania
mutagennego leku.
Mimo że amerykaÅ„ski przedstawiciel handlowy Chemie Grünenthal zaczÄ…Å‚ w niewybredny sposób naciskać jÄ… w
sprawie przyspieszenia procesu rejestracji, Kelsey oparła się tym naciskom i zażądała od firmy wykonania testów
na mutagenność. W tym samym czasie na całym świecie zaczęły pojawiać się coraz liczniejsze doniesienia
opisujące przypadki porodów dzieci o dotychczas bardzo rzadko spotykanych deformacjach ciała. Kelsey zaczęła
gorączkowo gromadzić wszystkie te doniesienia i udowodniła, że ich jedyną cechą wspólną jest to, że ciężarne
kobiety łykały w czasie ciąży tabletki talidomidu.
Kilka miesięcy zwłoki w rejestracji leku na skutek uporu naukowca z FDA uratowało prawdopodobnie życie
tysiącom Amerykanów. Sama dr Kelsey stała się rodzajem amerykańskiego bohatera narodowego. W sierpniu
1962 prezydent USA John F. Kennedy przyznał Kelsey medal For Distinguished Federal Civilian Service,
najwyższe odznaczenie cywilne w tym kraju. Cała historia spowodowała, że na całym świecie procedury rejestracji
nowych leków zostały drastycznie zaostrzone, aby w przyszłości nigdy nie doszło ponownie do podobnej
tragedii[10].
Rodzaje izomerii strukturalnej:
jonowa  różne położenie anionów i kationów, np.
[Co(NH3)5Br]SO4 i [Co(NH3)5(SO4)]Br
hydratacyjna  różne położenie cząsteczek wody w wewnętrznej lub zewnętrznej strefie koordynacyjnej
kompleksu, np.
[Cr(H2O)6]Cl3 i [Cr(H2O)5Cl]Cl2*H2O
 koordynacyjna  występuje w kompleksach mających dwa centra koordynacyjne, w których ligandy
przyłączane są do różnych metali, np.
[Co(NH3)6][Cr(CN)6] i [Cr(NH3)6][Co(CN)6]
wiązaniowa  istnieje wtedy, gdy ligand może się łączyć z atomem centralnym za pośrednictwem dwóch
różnych atomów, np. NO2 może łączyć się z atomem centralnym  kobaltem przy pomocy atomu azotu lub
atomu tlenu, np.
[Co(-NO2)(NH3)5]Cl2 i [Co(-ONO)(NH3)5]Cl2
Rodzaje izomerii przestrzennej:
geometryczna  istnienie kompleksów cis i trans dla niektórych związków o liczbie koordynacyjnej 4 i 6
H2N Cl H2N Cl
\ P t/ \ P t/
/ \ / \
cis H2N Cl trans Cl N2H
optyczna  związki kompleksowe mogą występować w dwóch odmianach, które skręcają płaszczyznę
światła spolaryzowanego w przeciwnych kierunkach; są to cząsteczki, które mają się do siebie tak, jak
obraz i jego odbicie lustrzane; takie czÄ…steczki nazywamy ENANCJOMERAMI
Znaczenie kompleksów:
analiza i synteza chemiczna
kompleksometria
katalizatory reakcji chemicznych
wydobycie metali z rud, złoto za pomocą cyjanków
przeróbka paliwa z reaktorów jądrowych
medycyna i farmacja, np. leczenia zatruć metalami ciężkimi  EDTA chelatuje jony metali ciężkich
budujÄ… chlorofil
tworzą białka transportujące metale
wchodzą w skład enzymów
Stany skupienia materii
Materia  to wszystko, co ma masę i zajmuje pewną objętość, wszystko, co możemy dotknąć
Stan skupienia  jest to podstawowa forma, w jakiej występuje substancja; określa podstawowe właściwości
fizyczne substancji
Rodzaje stanów skupienia:
stały  ciało ma swój kształt i określoną objętość, cząsteczki budujące ciało są mocno zbite i wykonują
znikome ruchy;
ciekły  ciało przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje, ma swoją objętość
gazowy (lotny)  substancja zmienia kształt i objętość, momentalnie rozprzestrzenia się na całą możliwą i
dostępną przestrzeń
plazma  gaz zjonizowany
kondensat Bosego  Einsteina  powstaje z gazu składającego się z atomu rubidu
kondensat fermionów
Temperatura krytyczna  temperatura powyżej której dana substancja w istnieje tylko stanie gazowym; jest cechą
charakterystyczną danej substancji; nie jest możliwe skroplenie gazu nawet, jeśli podniesiemy ciśnienie
Punkt potrójny  punkt na wykresie fazowym odpowiadający stanowi równowagi trzech faz układu
jednoskładnikowego; stan, w którym jednocześnie mogą istnieć trzy stany skupienia danej substancji; jest to
wielkość charakterystyczna dla danej substancji uzależniona od temperatury i ciśnienia.
S  sublimacja  przejście od fazy krystalicznej do gazowej
R  resublimacja  przejście od fazy gazowej do krystalicznej
T  topnienie  faza krystaliczna ---> faza ciekła
K- krzepnięcie  faza ciekła ---> faza krystaliczna
P  parowanie  faza ciekła ---> faza gazowa
SK  skraplanie  faza gazowa ---> faza ciekła
Właściwości ciał stałych:
zbudowane z sieci krystalicznej  uporządkowany układ atomów/cząsteczek
trwała struktura
KOMÓRKA ELEMENTARNA KRYSZTAA
U  uporzÄ…dkowanie polega na periodycznym powtarzaniu siÄ™ w
trzech kierunkach układu współrzędnych podstawowego modelu przestrzennego
elementy sieci mają tendencję do zajmowania ściśle określonych miejsc w przestrzeni
Postać amorficzna = nieuporządkowana
Postać morficzna = uporządkowana
Ciała stałe tworzą kryształy lub formy przypadkowe o chaotycznym ułożeniu atomów i cząsteczek zwane ciałami
amorficznymi
Ciała krystaliczne ulegają przemianom fazowym  topnieniu, sublimacji  w ściśle określonej temperaturze, tzw.
temperaturze topnienia i temperaturze sublimacji
Izotropia  jest to brak różnic w właściwościach fizycznych materiałów, takich jak: rozszerzalność termiczna,
przewodnictwo elektryczne, współczynnik załamania światła; niezależnie od tego, w jakim kierunku są one
mierzone; jest cechą ciał amorficznych i kryształów regularnych
Anizotropia  oznacza zależność własności materiału od kierunku badania; zjawisko fizyczne występujące
głównie przy badaniu kryształów; zmienność własności fizycznych (optycznych, elektrycznych, twardości itd.) i
chemicznych (np. szybkość rozpuszczania się ciała uzależniona od kierunku przestrzennego, w którym prowadzi
siÄ™ badania); jest konsekwencjÄ… uporzÄ…dkowanej struktury krystalicznej
Rodzaje sieci krystalicznych:
regularne
 tetragonalne
heksagonalne
trygonalne
rombowe
jednoskośne
trójskośne
Rodzaje sieci krystalicznych:
proste  atomy/cząsteczki/jony tylko w narożach
złożone  nałożenie dwóch lub więcej sieci prostych, podział:
- ściennie centrowana  dodatkowe elementy wewnątrz ścian
- przestrzennie centrowana  dodatkowy element wewnÄ…trz sieci
Kryształy Kryształy Kryształy Krzształy
molekularne kowalencyjne jonowe metaliczne
Mechaniczne Mała Duża Duża wytrzymałość i
wytrzymałość, wytrzymałość, wytrzymałość, twardość różna
są miękkie są twarde są twarde
Termiczne Niska temperatura Wysoka Wysoka Temperatura
topnienia, mały temperatura temperatura topnienia zmienna,
współczynnik topnienia, mały topnienia, mały duży współczynnik
rozszerzalności współczynnik współczynnik rozszerzalności
cieplnej rozszerzalności rozszerzalności cieplej
cieplnej cieplnej
Elektryczne Izolatory Nie przewodzą Stan stały z
le Dobre przewodniki
przewodzi, ale w
ich roztworach
przewodzÄ…
Optyczne Widmo Wysoki Silnie pochłaniają Nieprzez
roczyste w
pochłaniania współczynnik światło stanie ciekłym i
światła takie, jak w załamywania  widmo dalekiej stałym,
stanie gazowym światła w stanie podczerwieni charakterystyczny
stałym, inne niż w połysk metaliczny
stanie ciekłym i
gazowym
Przykłady Zestalone gazy Diament, NaCl, Cu,
szlachetne, SiC CsF Al
zestalony metan
Polimorfizm (wielopostaciowość)  występowanie związku chemicznego w różnych strukturach krystalicznych,
różniących się budową wewnętrzną i właściwościami; każda z odmian, zwana odmianą polimorficzną, jest trwała
w danych warunkach
Alotropia  polimorfizm pierwiastka:
- tlen: tlen i ozon
- węgiel: diament, grafit, fulleren
- fosfor: czerwony, biały, fioletowy, czarny
- siarka: romboidalna, jednoskośna, polimeryczna
- żelazo: o sieci regularnej przestrzennie centrowanej (alfa i delta) i regularnej ściennej centrowanej (gama)
Przemiana enancjotopowa  odwracalna przemiana jednej odmiany w drugÄ…
Przemiana monotopowa  przemiana nieodwracalna
Forma nietrwała Forma trwała
ZnS Wurcyt heksagonalny Blenda cynkowa regularna
FeS2 Markasyt rombowy Piryt regularny
HgS Metacynabaryt regularny Cynober trygonalny
Izotypia  występowanie kryształów substancji w tym samym typie struktury wewnętrznej; są to kryształy
izostrukturalne
TYPY:
NaCl CsCl ZnS CaF2
LiCl NH4Cl
KOH NH4Br
AgCl CsBr
BaO CsI
BaS TiCN
MgO TiBr
TiC CsCN
Izomorfizm (różnopostaciowość)  występowanie różnych substancji o zbliżonym składzie chemicznym w tym
samym typie struktury krystalicznej i w tej samej postaci krystalograficznej; substancje te mają zdolność tworzenia
roztworów stałych (kryształy mieszane); ałuny posiadają idealny izomorfizm, mają taką samą sieć
krystalograficzną i jednakowe kąty między odpowiadającymi sobie ścianami:
- K2SO4 * Al2(SO4)3 * 24H2O
K2SO4 * Cr2(SO4)3 * 24H2O
- albit  anortyt  układ trójskośny
- diopsyd  hedenbergit  układy jednoskośne
- forsteryt  fajalit
Stan ciekły  próbka zachowuje swoją określoną objętość podczas przelewania z jednego pojemnika do drugiego,
ale przyjmuje kształt dna mieszczącego go naczynia, a oddziaływania międzycząsteczkowe są na tyle istotne, że
zbiorowisko cząsteczek dąży do wypełnienia możliwie najmniejszej objętości
Właściwości cieczy:
napięcie powierzchniowe  powstaje w wyniku wzajemnego oddziaływania cząsteczek we wnętrzu i na
powierzchni cieczy; cząsteczki położone w warstwie powierzchniowej znajduję się w zupełnie innych
warunkach niż cząsteczki znajdujące się we wnętrzu cieczy
lepkość  czynnik sił tarcia wewnętrznego pomiędzy hipotetycznymi warstwami cieczy; zależy od rodzaju
cieczy i jej temperatury; wraz ze wzrostem temperatury lepkość maleje
Ciekłe kryształy  materiały, które po przejściu w stan ciekły zachowują większość uporządkowania cząsteczek;
charakteryzują się właściwościami zbliżonymi do cieczy, brak sztywnej sieci krystalicznej powoduje brak
sprężystości kryształu i umożliwia płynięcie, ale nie są one już prawdziwymi cieczami; mają zwykle znaczną
lepkość; posiadają strukturalne właściwości ciał stałych; wykazują anizotropię własności fizycznych, co oznacza,
że wielkości fizyczne mierzone w różnych kierunkach przyjmują różne wartości
Stan gazowy  próbka nie ma ani własnego kształtu i objętości; może się rozprzestrzeniać po całej objętości
naczynia, w którym się znajduje
Gaz doskonały  zwany gazem idealnym; matematyczny, model gazu spełniający warunki:
brak oddziaływań międzycząsteczkowych (przyciągania i odpychania) z wyjątkiem odpychania w
momencie zderzeń
objętość cząsteczek znikoma w stosunku do objętości gazu
zderzenia cząstek są doskonale sprężyste
 ciągły, chaotyczny ruch cząsteczek
Gaz rzeczywisty  wykazuje odstępstwa od gazu doskonałego; posiada wymiary, a między cząsteczkami
występują oddziaływania
Prawo Boyle'a  Mariotte'a (prawo izotermy)  dotyczy zachowania gazu w przemianie izotermicznej; w stałej
temperaturze objętość V danej miary gazu jest odwrotnie proporcjonalna do jego ciśnienia p:
pV=constans. (p=1/V), czyli p1V1=p2V2
Prawo Charlesa (izochory)  ciśnienie gazu w stałej objętości zwiększa się o stały ułamek tego gazu zmierzonego
w temperaturze 273,15 K przy wzroście temperatury o 1 K
p1 = p2
T1 T2
Prawo Gay  Lussaca (izobary)  prawo przemiany izobarycznej, przy ciśnieniu stałym stosunek objętości gazu
do jego temperatury jest stały
V1 = V2
T1 T2
Równanie Clapeyrona (równanie gazu doskonałego)  równanie stanu opisujące związki pomiędzy temperaturą,
ciśnieniem i objętością gazu doskonałego, a w sposób przybliżony opisujący gazy rzeczywiste:
pV = nRT
Wymagania, aby prawo Clapeyrona było spełnione:
gaz składa się z poruszających się cząsteczek
cząsteczki zderzają się ze sobą oraz ze ściankami naczynia, w którym się znajdujące
brak oddziaływań międzycząsteczkowych w gazie z wyjątkiem odpychania w momencie zderzeń
czÄ…steczek
objętość cząsteczek jest pomijana
zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste