WYKA
AD TRZECI
Prawo okresowości  Dymitr Mendelejew 1869r. ( Johann
D�bereiner, John Newlands, Lothar Meyer).
W szeregu pierwiastków, uporządkowanych według rosnących
wartości liczb atomowych, właściwości chemiczne i fizyczne
zmieniają się w sposób okresowy (ujęcie makroskopowe).
W szeregu pierwiastków, uporządkowanych według rosnących
wartości liczb atomowych, konfiguracje elektronów walencyjnych
zmieniają się w sposób okresowy (ujęcie mikroskopowe).
Prawo okresowości oraz jego wyrażenie w postaci tablicy układu
okresowego stanowi klucz do wyjaśnienia podstawowej organizacji
materii.
Przewidywane przez Mendelejewa właściwości eka-krzemu
Właściwość Eka-krzem Es (1871r.) German Ge (1886r.)
Dymitr Mendelejew Clemens Winkler odkrycie
przewidywanie
Masa atomowa ok. 72 72,6
Gęstość [g/cm3] 5,5 5,32
Temperatura wysoka 937
topnienia [�C]
Barwa ciemnoszara Szara
Otrzymywanie w reakcji K2EsF6 z sodem w reakcji K2GeF6 z sodem
Tlenek EsO2; biały amfoteryczny, GeO2; biały amfoteryczny,
d=4,7 g/cm3 d=4,23 g/cm3
Chlorek EsCl4; wrze poniżej 100 �C, Ge Cl4; wrze w 84 �C, d=1,84
d=1,9 g/cm3 g/cm3
Reakcje z Es będzie słabo Ge nie rozpuszcza się w HCl
kwasami i rozpuszczalny w kwasach ani NaOH ale rozpuszcza się
zasadami (np. HCl) i odporny na w stężonym HNO3
alkalia (np. NaOH)
Grupy i bloki w układzie okresowym
Blok s obejmuje pierwiastki grup 1 i 2 (IA i IIA). W grupach tych
zewnętrzne (walencyjne) elektrony są na orbitalach s.
Blok p obejmuje pierwiastki grup 13 - 18 (IIIA  VIIIA). W grupach
tych rozbudowa zewnętrznych powłok następuje przez umieszczanie
nowych elektronów na orbitalach p. Dlatego do bloku p należy sześć
grup pierwiastków.
Blok d obejmuje pierwiastki grup 3  12 (IB  VIIIB). Leżą one
między pierwiastkami bloków s i p. Cechą charakterystyczną
pierwiastków z bloku d jest rozbudowa podpowłok d do 10 elektronów.
Blok d obejmuje 10 grup pierwiastków. Pierwiastki bloku d są
nazywane pierwiastkami przejściowymi, ponieważ w układzie
okresowym są jakby pomostem między blokami s i p.
Pierwiastki bloku f odznaczają się rozbudową podpowłok f do 14
elektronów. Pierwiastki te występują w okresach 6 i 7. Ze względów
praktycznych na rysunkach układu okresowego pierwiastki bloku f
umieszcza się osobno a nie w okresach, do których należą.
Atomy wszystkich pierwiastków tego samego okresu wykazują tę
samą liczbę głównych poziomów energetycznych (powłok
elektronowych), częściowo lub całkowicie obsadzonych elektronami.
Atomy wszystkich pierwiastków tej samej grupy mają tę samą liczbę
elektronów walencyjnych, czyli zewnętrznych (są to elektrony na
najwyższym poziomie energetycznym).
Numer okresu jest równy:
" liczbie powłok elektronowych,
" numerowi walencyjnej powłoki elektronowej,
" liczbie głównych poziomów energetycznych,
" numerowi najwyższego poziomu energetycznego,
" głównej liczbie kwantowej.
Numer grupy głównej jest równy:
" liczbie elektronów walencyjnych (zewnętrznych),
" liczbie elektronów na najwyższym głównym poziomie
energetycznym.
Zapełnianie elektronami podpowłok elektronowych w kolejnych okresach:
1 okres 1s 2 pierwiastki w okresie
2 okres 2s 2p 8 pierwiastków w okresie
3 okres 3s 3p 8 pierwiastków w okresie
4 okres 4s 3d 4p 18 pierwiastków w okresie
5 okres 5s 4d 5p 18 pierwiastków w okresie
6 okres 6s 4f 5d 6p 32 pierwiastki w okresie
Zmienność własności pierwiastków w układzie okresowym (relacje
poziome, pionowe i diagonalne).
" Rozmiary atomów maleją w okresach, co wiąże się ze wzrostem
ładunku jądra. Elektrony walencyjne są silniej związane, wzrasta
energia jonizacji, słabnie metaliczny charakter pierwiastków i ich
tlenki stają się mniej zasadowe (Na2O  silnie zasadowy; Al2O3 
amfoteryczny; SO2  kwasowy)
Objętość atomowa to stosunek masy molowej pierwiastka do jego
gęstości. Jest to objętość jaką zajmuje 1 mol pierwiastka.
" Pierwsze energie jonizacji rosną w ramach okresu a maleją w
grupach. Energia jonizacji to energia potrzebna do oderwania
elektronu od atomu, co powoduje powstanie kationu:
np. Li + Ej Li+ + e-
" Powinowactwo elektronowe to energia uwalniana w momencie
przyjęcia elektronu przez atom: np. F + e- F- + Ep
" Elektroujemność jest miarą siły przyciągania elektronów
tworzących wiązanie w cząsteczce przez atomy danego
pierwiastka.
" Wartościowość to zdolność atomu do tworzenia wiązań, równa
liczbie utworzonych przez ten atom wiązań. Wartościowość
pierwiastka w każdej z grup głównych jest równa albo numerowi
grupy, albo liczbie otrzymanej przez odjęcie numeru grupy od
ośmiu. Numer grupy głównej wskazuje na największą możliwą
wartościowość pierwiastka.
grupa główna I II III IV V VI VII
największa wartościowość 1 2 3 4 5 6 7
inne wartościowości 2 3 4 5
2 3
1
Wartościowości pierwiastków grup głównych:
Okres I II III IV V VI VII
Tlenki Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
Wodorki NaH MgH2 AlH3 SiH4 PH3 H2S HCl
" Metale i niemetale:
w okresach charakter metaliczny pierwiastków grup
głównych maleje z lewa na prawo,
w grupach głównych charakter metaliczny pierwiastków
rośnie z góry w dół.
" Pierwiastki zasado- i kwasotwórcze:
w okresach od lewej do prawej charakter zasadowy maleje a
kwasowy rośnie,
w grupach od góry do dołu charakter zasadowy rośnie a kwasowy
maleje.
KINETYKA REAKCJI CHEMICZNYCH
Szybkość reakcji chemicznych definiuje się jako pochodną ilości
reagenta względem czasu, w którym ta ilość powstała (dla produktu)
lub została przetworzona (dla substratu).
gdzie: c-stężenie substratu, x-stężenie produktu
Szybkość reakcji chemicznych zależy:
od rodzaju reagujących substancji (substratów),
od stężenia reagujących substancji (lub ciśnienia w przypadku
gazów),
od temperatury,
od obecności lub braku katalizatorów.
Szybkość reakcji jest proporcjonalna do stężeń substratów, np. :
CO + Cl2 COCl2 V = k [CO] [Cl2]
fosgen
V  szybkość reakcji, k  stała szybkości reakcji,
[ ] - nawiasy kwadratowe oznaczają stężenie molowe.
2 NO + O2 2 NO2 V = k [NO]2 [O2]
2 N2O 2N2 + O2 V = k [N2O]
Ogólny wzór na szybkość reakcji chemicznej:
V = k [S1]a [S2]b [S3]c ....
Szybkość reakcji chemicznej zależy od temperatury.
Reguła van t Hoffa  szybkość reakcji wzrasta od 2 do 4 - krotnie po
podwyższeniu temperatury o 10 stopni ( w skali Kelvina lub
Celsjusza). Ma ona charakter przybliżony.
Zależność szybkości reakcji od
temperatury
Współczynnik temperaturowy niektórych reakcji
Reakcja Granice temperatur [�C]
Ś
Synteza jodowodoru z pierwiastków 283 - 383 2,5
Hydroliza octanu etylu 10 - 45 1,9
Hydroliza sacharozy 25 - 55 3,6
Oddychanie roślin 0 - 25 2,5
Fermentacja alkoholowa 30 - 70 2,0
Rozwój jajeczka żaby 0 - 25 2,7
Ścinanie białka podczas gotowania jajka
50 (!)
Teoria kompleksu aktywnego i energia aktywacji.
Powstający w czasie reakcji stan o maksymalnej energii jest
nazywany stanem przejściowym reakcji albo kompleksem
aktywnym.
Energia aktywacji jest to minimalna energia jaką muszą mieć
cząsteczki, żeby ich zderzenie doprowadziło do reakcji chemicznej.
Zmiany energii podczas reakcji z jednym stanem przejściowym
Zależność stałej szybkości reakcji k od energii aktywacji wyraża
równanie Arrheniusa:
Gdzie: k  stała szybkości reakcji, E  energia aktywacji, R  stała gazowa,
T  temperatura, A  współczynnik przedwykładniczy (czynnik częstości).
Podwyższenie temperatury powoduje wzrost stałej szybkości k.
Jedynym parametrem, który ma wpływ na stałą szybkości reakcji jest
temperatura.
Jeżeli zlogarytmuje się równanie , to otrzymamy
wyrażenie, które stanowi funkcję liniową zmiennej 1/T :
Zależność logarytmu stałej szybkości reakcji od odwrotności temperatury
Tangens kąta nachylenia prostej do osi odciętych daje wartość
współczynnika E/R. Rzędna punktu przecięcia prostej z osią rzędnych
daje wartość lnA.
Katalizatorem nazywamy substancję, która wprowadzona do
mieszaniny reakcyjnej zwiększa szybkość reakcji, sama nie ulegając
trwałym przemianom chemicznym. Substancje powodujące
spowalnianie reakcji chemicznych nazywa się katalizatorami
ujemnymi lub inhibitorami. Katalizatory nie zużywają się podczas
reakcji.
Katalizatorami są substancje o bardzo różnych właściwościach:
metale, tlenki metali, tlenki niemetali, kwasy, zasady, a także
substancje organiczne.
Uwzględniając rozproszenie katalizatora i substratów, katalizę dzieli
się na:
" katalizę homogeniczną, jeżeli katalizator i reagenty stanowią
jedną fazę (gazową lub ciekłą),
" katalizę heterogeniczną, jeżeli katalizator i reagenty znajdują się
w różnych fazach, a katalizowana reakcja zachodzi na granicy
faz.
W organizmach żywych ważną rolę odgrywają biokatalizatory, do
których zaliczamy enzymy, witaminy i hormony.
Katalityczny rozkład nadtlenku wodoru:
H2O2 + 2H+ + 2Fe2+ 2H2O + 2Fe3+
H2O2 + 2Fe3+ O2 + 2H+ + 2Fe2+
Katalizatory nie tylko przyspieszają reakcje ale mogą też kierować
reakcję w stronę powstawania innych produktów, np.:
4NH3 +3O2 2N2 + 6H2O  bez katalizatora
4NH3 +5O2 4NO + 6H2O  w obecności platyny (Pt) jako katalizatora