I CHEMIA OGÓLNA I ŚRODOWISKOWA Reakcje chemiczne: - synteza - analiza - wymiana pojedyncza i podwójna. Klasyfikacja Reakcji: - atomowe - minimum jeden substrat w formie atomowej - cząsteczkowe - substraty w formie cząsteczkowej, np.: H2 +Cl2 2HCl. - jonowe - zachodzą w roztworach - substraty są w formie jonów. - rodnikowe - RODNIK - grupa (fragment cząsteczki) nie posiadający ładunku o nie wysycanych właściwościach (niesmarowanych właściwościach), bardzo aktywna chemicznie, nietrwała - produkt przejściowy, np. metyl, rodnik metylowy H2: H:HH^•+H^• CH4CH3^•+ H^• 1	Podział reakcji ze względu na ilość i rodzaj faz: - homogeniczne - substraty i produkty - 1 faza (cieczowe, gazowe) np.: H2+Cl22HCl . - heterogeniczne - minimum 2 fazy np.: Zn+2HClH2+ZnCl2 N2+3H2 kat2NH3 kat - faza stała Podział reakcji ze względu na przemianę energetyczną: - egzotermiczna - z wydzieleniem ciepła. - endotermiczna - z pobraniem ciepła. - fotochemiczna - zachodzą pod wpływem światła; światło jest konieczne do zainicjowania reakcji i jest niezbędne w trakcie reakcji np. Fotosynteza 6H2O + 6CO2 + energia świetlna -> C6H12O6 + 6O2 lub: AgCl Ag + 1/2Cl2 Podział ze względu na zmiany wartościowości elektrochemicznej: - utleniania - redukcji 2	Reakcje łańcuchowe (bardzo często rodnikowe) - przebiega przez szereg kolejnych etapów obejmujących inicjowanie, rozwijanie i zakończenie łańcucha. Cl2+hυ2Cl^• ; Cl^•+H2HCl+H^• ; H^•+Cl2HCl+Cl^• ; Cl^•+H2HCl+H^• … może się zdarzyć: Cl^•+H^•HCl Cl^•+Cl^•Cl2 wygaszanie reakcji - spotkanie 2 rodników. H^•+H^•H2 Reakcje: Nieodwracalen: A+Bprodukty Odwracalne: A+B↔C+D 3
Szybkość reakcji:- zmiana stężenia substratów (lub produktów) w jednostce czasu ; Wpływ stężenia na V (prędkość) reakcji : Aprodukty Szybkość jest wprost proporcjonalna do stężenia substratów A. V=k[A] k - stała szybkości reakcji ; aA+bB+cCprodukty Szybkości reakcji chemicznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu stężeń substratów w odpowiednich potęgach (odpowiednie współczynnikom stechiometrycznym). 4	Teoria molekularno-kinetyczna Reakcja zachodzi, gdy zachodzi efektywne zderzenie cząstek (cząstki posiadają energię większą od energii aktywacji) wyższe stężenie więcej cząstek. -więcej cząstek aktywnych -większe prawdopodobieństwo efektywnego zdeżenia. 5	Wpływ temperatury na prędkość reakcji - szybkość reakcji rośnie ze wzrostem temperatury. Energia kinetyczna cząsteczki. Równanie Arheniusa k-stała szybkości reakcji A,B - stałe T- temperatura w Kelwinach 6
Równanie Van't Hoffa Vt - szybkość reakcji w temp. t. ; V0 - szybkość reakcji w temp. początkowej ; n - współczynnik termicznych reakcji n=1,5-5 (najczęściej n=2) Dla wielu reakcji wzrost temp. o 10^oC powoduje szybkość. Wpływ ciśnienia na prędkość reakcji: - tylko dla fazy gazowej - V reakcji jest proporcjonalna do ciśnienia reakcji. Wzrost ciśnienia: mniejsza odległość między cząsteczkami więcej zderzeń częściej zderzenia efektywne N2+3H22NH3 założenie: p wzrasta 3x p2=3p1 dla p1 V1=k cN cH^3 dla p2 objętość 3x maleje czyli c2=3c13 V2=k 3cN (3cH)^3 =81 k cN cH V2:V1=81 Wpływ powierzchni granicznej: - w układach heterogenicznych - większa powierzchnia więcej cząsteczek może się kontaktować. szybciej zachodzi reakcja Wpływ naświetlenia promieniowania: rozkład halogenków Ag-UV Fotosynteza radioliza H2O, jonizacja powietrza - promie_wanie X 7	Wpływ Katalizatora: substancja która wpływa na szybkość reakcji ale nie na jej przebieg nie jest uwzględniany w zapisie stechiometrycznym katalizator ujemny to inhibitor popularne katalizatory: Pt; Fe; NiO; V2O5; FeO; Al2O3; H2O; enzymy. Zatrucie katalizatora - trucizny, cyjanki. H2S, As2O3 (arszenik), CO. Autokataliza - katalizatory powstałe w wyniku reakcji. Kataliza - homo i heterogeniczna. Teorie: a) teoria związków pośrednich. A+BAB ; SO2+1/2O2SO3 A+KAK ; SO2+V2O2SO3+ V2O4 AK+BAB+K ; V2O4+1/2O2 V2O5 8	Zmiana energii aktywacji Reakcje odwracalne aA+bBcC+dD 9
Stan równowagi dynamicznej - po czasi t zmniejszamy stężenie produktów A to równa się ono [A]=[B]=[C]=[D] - po kolejnym czasie nie zmienia się jeżeli V1 =V2 aA=bB=cC=dD k- stała równowagi chem. Prawo działania mas: (Guldberga wageiga) Dla reakcji odwracalnej w stanie równowagi stosunek iloczynu stężeń produktów w odpowiednich potęgach do iloczynu stężeń substratów w odpowiednich potęgach jest wielkością stałą, w stałej temperaturze. 10	Reguła przekory: (La Chatelier'a - Brauna) Przy zmianie parametrów reakcji chemicznych (temperatury, ciśnienia, stężenia ) równowaga układu przesuwa się w takim kierunku by przeciwdziałać tej zmianie. Równowaga chemiczna zależy od (zależności niejednoznacznych): -temperatura T↑ - przebieg reakcji endotermicznej T↓ - przebieg reakcji egzotermicznej Dla fazy gazowej: H2 +Cl2 ↔2HCl pV/T =const N2 +3H2 ↔2NCl3 p↑V↓2NH3 V↑p↓N2+3H2 - stężenia - ciśnienia - środowiska - energii / promieniowania - Katalizatora - nie stwarza nowych dróg reakcji; katalizuje tylko jedne z kierunków reakcji C2H5OHH2O+C2H4 kat Al2O3 ; C2H5OHH2+CH3COH kat Fe2O3 Teoria kompleksu przejściowego: Zderzenie drobin może doprowadzić do utworzenia nietrwałego przejściowego układu, tzw. kompleksu przejściowego (aktywnego); zbudowanego z jąder i elektronów zderzających się drobin. A+BC ABC AB + C Szybkość reakcji zależy od stężenia ↑ kompleksu aktywnego i szybkość z jaką Komplet aktywny ulega on rozpadowi na produkty. 11	II TERMOCHEMIA I ELEMNETY TERMODYNAMIKI Efekt cieplny reakcji -ilość energii wymienionej między układem reagentów i otoczeniem w określonych warunkach., Efekty cieplne przemian fazowych: - przemiany alotropowe / polimorficzne: topnienie-krzepnięcie ; parowanie-skraplanie ; Sublimacja-resublimacja. Energia wewnętrzna układu (U)- energia zgromadzona w poszczególnych drobinach (atomach, cząsteczkach lub jonach) Różnica między całkowitą energią układu, a jego makroskopową energią kinetyczną i potencjalną. U= EC - EK -EP Entalpia - energia wymieniona na sposób ciepła w warunkach izobarycznych (nie zależy od drogi przemiany). Entropia - funkcja liczby sposobów podziału energii wewnętrznej między poszczególne drobiny i poszczególne rodzaje jej ruchów. 12
Prawo Hess'a Ciepło reakcji chemicznej nie zależy od drogi, na której zachodzi redukcja, a jedynie od rodzaju substratów i rodzajów produktów (stan początkowy i końcowy reakcji) C+O2↔CO2+Q C+1/2O2↔CO+Q1 etapy CO+1/2O2↔CO2+Q2 pośrednie Q=Q1+Q2 ΔH-entalpia I zasada termodynamiki: Ciepło wymienione prze układ z otoczeniem jest równe sumie zmiany energii układu (dU) i pracy objętościowej wykonanej przez układ. 13	II zasada termodynamiki: Suma entropii układu termodynamicznego i jego otoczenia wzrasta lub pozostaje stała w dowolnej przemianie termodynamicznej (entropia zawsze co najmniej wzrośnie) ; ; przy cP > cV = c = const ; 14	Roztwory: Roztwór idealny (doskonały):- - wszystkie cząstki są jednakowej wielkości - oddziaływania między jednakowymi i różnymi cząstkami są jednakowe. - przy tworzeniu się roztworu efekt cieplny jest równy zero. - nie ma zjawiska kontrakcji - prężność pary nad roztworem jest równa prężności par jego składników P=PA+PB Roztwór rzeczywisty: - powierzchnia cieczy - błona - parowanie - powierzchnia roztworu mniejsza od powierzchni czystego rozpuszczalnika. Roztwór - układ jednofazowy co najmniej dwuskładnikowy (substancja rozpuszczana i rozpuszczalnik). Rozpuszczalnik - substancja występująca w tej samej fazie co roztwór (której jest więcej). 15

Efekt cieplny powstawiania roztworu - proces egzotermiczny lub endotermiczny (ciepło rozpuszczania). Solwatacja - zjawisko, kiedy każdy jon uwolniony z sieci krystalicznej zostaje otoczony przez kilka cząstek rozpuszczalnika. Liczba solwatacyjna - liczba cząsteczek rozpuszczalnika przyłączona do danego jonu lub cząsteczek zależy od układu solwatowanego, promienia jonu solwatowanego, momentu dipolowego cząsteczki solwatującej. Kationy są silniej solwatowane niż aniony. Hydratacja - każdy jon uwolniony z sieci krystalicznej zostaje otoczony przez kilka cząstek wody. Roztwór nasycony - w danej objętości rozpuszczalnika rozpuszczona maksymalna ilość substancji w danej temp. Jego stężenie nie ulegnie zmianie prze zetknięciu z czystą substancją. Roztwór nie nasycony- roztwór w którym można jeszcze rozpuścić pewną ilość substancji. Roztwór przesycony- roztwór w którym stężenie jest większe niż w roztworze nasyconym, przy czym substancja rozpuszczona nie wytrąciła się. Jest nietrwała. Rozpuszczalność - maksymalna ilość substancji którą możemy w danym rozpuszczalniku rozpuścić, w danych warunkach. Rozpuszczalność nieograniczona - np. alkohol etylowy w wodzie - możemy rozpuścić tyle substancji ile chcemy i jest zawsze rozpuszczana. 16	Rozpuszczalność ograniczona - np. eter z wodą - substancje mieszają się ograniczenie (powyżej pewniej granicy nie możemy już substancji rozpuścić w rozpuszczalniku). Zależność Rozpuszczalności od temperatury: Ciało stałe - ciecz - zależność od temp. niejednoznaczna - dla większości substancji T↑ to S↑ (rozpuszczalność) - U2CO3 niektóre siarczany lantanowców, sole kwasów organicznych T↑ to S↓ Ciecz - ciecz (zawszw wzajemna A w B i B wA) - ciecze się nie mieszają (benzen - H2O) - ciecze mieszają się organicznie (eter- H2O) - ciecze mieszają się nieorganicznie (etanol - H2O) - kontrakcja objętości - objętość roztworu mniejsza od sumy objętości składników. - T↑ => S↓ ; T↑ => S↑ 17	Temperatura krytyczna rozpuszczania - powyżej (lub poniżej ) której rozpuszczalność jest nie ograniczona Ciecz - gaz ; -zależy od układu, od ciśnienia, temp. - proces egzotermiczny ; - S↓ gdy T↑ (zawsze). Prawo Henrego - C=kp k- współczynnik Henriego Stężenie rozpuszczonego gazu jest wprost proporcjonalne do ciśnienia pod którym gaz się znajduje. - nie stosuje się do układów w których zachodzą reakcje chemiczne w wodzie np. CO2, NH3. CO2+H2OH2CO3 ; NH3+H2ONH4OH I prawo Rault'a względne odniesienie prężności pary nad roztworem jest proporcjonalne do stężenia molowego substancji rozpuszczonej. nS << nr ; ; II prawo Rault'a - podwyższenie temp. wrzenia jest proporcjonalne dp stężenia KE - stała ebulioskopowa Obniżenie temp. krzepnięcia roztworu jest proporcjonalne do stężenia tego roztworu KK - stała krioskopowa 18
Odchylenie od praw Rault'a występują gdy mamy do czynienia z silnym oddziaływaniem w roztworze danej substancji. Zeotropy - roztwory które można rozdzielić na składniki metodą destylacji. Skład roztworu jest w każdej temp. inny niż skład pary nad roztworem. Azeotropy - odchylenia od prawa Raoult'a - układy których nie możemy rozdzielić na poszczególne składniki, składnik występujący w nadmiarze i reszta mieszaniny. mieszaniny homogeniczne - które posiadają stały skład ilościowy i stałą temp. wrzenia ( w tej temp. stały skład jest równy składowi cieczy) - w punkcie azeotropowym krzywa składu pary i krzywa składu cieczy przecinają się. - nie są o zawiązki chemiczne - gdy zmieniamy ciśnienie to zmienia się skład chemiczny. Azeotrop ujemny - to taki układ, dla którego temp. wrzenia mieszaniny azeotropowej jest wyższa od temp. wrzenia czystych składników (wiązania międzycząsteczkowe obniżają ciśnienie pary nad roztworem -stabilizują ciecz) 19	Azeotrop dodatni - układ, dla którego temp. wrzenia mieszaniny azeotropowej jest niższa od temperatur wrzenia wszystkich składników; układy o niekorzystnych wiązaniach międzycząsteczkowych skutkujących zwiększeniem lotności roztworu. Diagramy fazowe ciecz-para dla układu dwuskładnikowego z maksimum i minimum temperatury wrzenia. 20	Roztwory Koloidalne i mieszaniny Koloidy - układ dwufazowy, co najmniej, dwuskładnikowy w którym wielkość cząsteczek rozproszonych wynosi 1nm-500nm - poniżej 1nm roztwory rzeczywiste -powyżej 500nm zawiesiny Typy Koloidów: - fazowe - cząsteczka koloidalna nie jest cząsteczką chemiczną - cząsteczkowe - ( eukoloidy) cząsteczka koloidalna jest izast. Chem. - koloidy asocjacyjne - w stężonych roztworach asocjacja (siłami Vander Walsa); powstają zespoły - micelle; nadają układowi właściwości koloidalne; -liofilowe - cząsteczki fazy rozproszonej (zdyspergowanej) łączą się z cząstkami ośrodka dyspergującego - solwatacja np. białka, żelatyna. - liofobowe - cząsteczki fazy rozproszonej nie ulegające solwatacji; czynnikiem stabilizującym jest ładunek elektryczny, np. zole metali, wodorotlenki metali. Zol - układ koloidalny, w którym fazą zdyspergowaną jest ciało stałe, a faza dyspergująca ciecz. Żel - układ o wyglądzie zbliżonym do ciała stałego, często miękie i elastyczne 21
Piana - faza zdyspergowana - gaz lubi ciecz -faza dyspergująca - ciało stałe (piana stała) lub ciecz. Dym - faza zdyspergowana - ciało stałe; dyspergująca gaz. Mgła - faza zdyspergowana - ciecz dyspergująca gaz. Emulsja (Lizol) - faza zdyspergowana - ciecz dyspergująca ciecz. Peptyzacja - wprowadzenie żelu do czystego rozpuszczalnika i ponowne przejście w zol. Odwrotne koagulacja. Metody otrzymywania koloidów: dyspersyjne - rozdrabniane do wielkości cząsteczek koloidów - rozdrabniane mechanicznie - rozpylane w łuku Volty (zole metali) - działanie ultradźwiękami - działanie promieniami IR, UV, X - rozpylanie termiczne - metody chemiczne peptyzacja: np. działanie na świeżo wytrącony osad roztworami elektrolitów, wytracony osad: Fe(OH)3+FeCl3(r)zol kondensacyjne - łączenie cząstek lub jonów w zespoły. - strącanie - hydroliza AlCl3 -reakcje redox - podwójna wymiana - polimeryzacja 22	Właściwości układów koloidalnych : mechaniczne - dyfuzja - wolna - lepkość - większa niż ośrodka dyspersyjnego - większość cząsteczek nie dają się odwirować, odfiltrować (ultrawirówki i iltarfiltracja) - ruchy Browna - przemieszczanie się chaotycznie, odbijanie się cząsteczek od cząsteczek układu dyspersyjnego. Optyczne - efekt Tyndalla - absorpcja światła - dla niektórych układów silniejsza niż rozproszenie - rozpraszanie - zależy od stopnia rozproszenia (barwa zależy od rozproszenia) Elektryczne - ładunek cząsteczek powstaje w wyniku absorpcji jonów elektrolitu na powierzchni cząsteczek - podwójna warstwa elektryczna - powłoka wewnętrzna (absorpcyjna) i zewnętrzna (dyfuzyjna) micella. - podwójna warstwa elektryczna - skok potencjału: grup jonogennych np. oleinian sodowy - apolarne ładunki - zespoły związane siłami Van der Walsa - polarne , hydrofilowe grupy hydroksylowe w fazie wodnej (polarne) dysocjacją - ładunek ujemny. 23	Elektroforeza - ruch cząstek fazy rozproszonej w polu elektrycznym względem nieruchomego ośrodka dyspersyjnego. - cząsteczki naładowane dodatnio-ruch do katody - katoforeza - cząsteczki naładowane ujemnie -ruch do anody - anodoforeza Elektroosmoza - ruch ośrodka dyspersyjnego pod wpływem prądu elektrycznego względem nieruchomej fazy rozproszonej. Koagulacja - zmniejszenie stopnie dyspersji układów koloidalnych łączenie cząsteczek fazy rozproszonej w większe zespoły ; przechodzenie zolu w żel. Peptyzacja - zol↔żel Koagulacja nie odwracalna (związana z denaturalizacją) Koagulacja -zachodzi gdy cząsteczki fazy rozproszonej zostaną rozładowane (w punkcie izoelektrycznym). Wysalanie - mieszanie się 2 zoli liofilowych o ładunkach przeciwnych. Synereza - wydzielanie z osadów koloidalnych (zastygnięcia żelu) fazy dyspergującej z jednoczesną redukcją objętości np. serwatka z mleka. Pęcznienie - wchłanianie ośrodka dyspersyjnego przez żel - wzrost objętości i ciśnienia pęcznienia - fasola, groch. Żelatynowanie - twardnienie układu na jednolita sztywną masę. Koacerwacja - z roztworu koloidalnego wydziela się faza rozproszona powstaje układ dwufazowy - dwie ciecze nie mieszające się - zol stężony i zol rozcieńczony. 24
Micelle - ”agregaty” zbudowane z tysięcy a nawet z setek tysięcy pojedynczych jonów i cząsteczek substancji rozpuszczonej a nawet z rozpuszczalnika. Punkt izoelektryczny - punkt w którym cząsteczki fazy rozproszonej zostaną rozładowane. Elektrochemia i ogniwa galwaniczne - procesy redox, stopnie utlenienia Elektroliza-zespół przemian na granicach faz. Przewodnik metaliczny -przewodnik jonowy, zachodzących pod wpływem napięcia elektrycznego przyłożonego do przewodników metalicznych elektrolizera. Energia elektryczna wywołuje reakcje redox na elektrodach. Przykłady: -ogniwo Daniell'a Zn+Cu^2+->Zn^2+ + Cu Zn -> Zn^2++ 2e^- Cu^2+-> Cu-2e -baterie - ogniwa suche -źródło prądu katoda-grafit redukcja MnO2(s) + NH4+ (aq)+e^- ->MnO(OH) + NH3 Enoda -pojemnik cynkowy ->utlenianie Zn -> Zn^2-+ 2e^- 2MnO2(s)+2NH4(aq)+Zn -> Zn^2+ +2MnOH + NH3 25	-akumulatory - przetwarzanie i magazynowanie energii *akumulator ołowiowy (+)Pb/PbO2 (-)Pb elektrolit H2SO4 -Rozładowanie A: utlenianie: Pb + SO4^2 - PbSO4+ 2e^- K: redukcja: PbO2 + 4H^+ + 2H2SO4 ->2PbSO4 + 2H2O Pb+PbO2 + 2H2 SO4 ->2PbSO4 + 2H2O - Ładowanie: A: PbSO4+ 2H2O -> PbO2+4H^++ SO4^2 - + 2e^- K: PbSO4+ 2e^--> Pb + SO4^2- 2PbSO4 + 2H2O -> PbO2 + 4H^+ + 2SO4^2- -akumulatory niklowo-kadmowe A: Cd + 2OH^- -> Co(OH)2 + 2e^- K: NiO2 + 2H2O + e^- -> Ni(OH)2 + 2OH^- Cd + NiO2 + 2H2O -> Cd(OH)2 + Ni(OH)2 - rozładowanie 26	II PRAWO Faraday'a Stosunek masy molowej (m) substancji wydzielającej się na elektrodzie do iloczynu jej równoważnika elektrochemicznego (k)i liczby ładunkowej (z) reakcji elektrodowej (zapisanej dla jednego mola substancji o masie molowej (M) jest wielkością stała dla wszystkich procesów elektrodowych i wynosi 96500 C/mol (tzw. Stała Faraday`a F) F=M/(k*z) [c/mol] Liczba ładunkowa reakcji jest równa współczynnikowi stechiometrycznemu elektronów w równaniu reakcji elektronowej. Np. Cu^2++ 2e^--> Cu z=2 2H2O - 4e^--> 4H^+ + O2 z=4 27
Ogniw galwaniczne - układ zawierający dwie płyty z rożnych metali zanurzone w roztworze elektolitu stanowiący źródło prądu elektrycznego. -ogniwo Volty - nie zawiera klucza elektrolitycznego elektrody umieszczone są we wspólnym elektrolicie. Oznaczamy je: Zn| H2 SO4| Cu Jeśli płyty Zn i Cu nie są połączone zewnętrznym przewodnikiem, to cynk roztwarza się w kwasie siarkowym. Po dołączeniu obwodu zew. Na elektrodzie zachodzi proces: Zn - 2e^-->Zn ^2+ a wodór wydziela się na elektrodzie miedzianej 2H^++ 2e^--> H2 -ogniwo Daniella - jego półogniwa są zbudowane z metalu zanurzonego w roztworze zawierającym jego jony. W Półogniwie metalowym zachodzi elektronacja: M^z+ +ze^- -> M np. Cu^2+ +2e^- -> Cu lub dezelektronacja: M - ze^- -> M^z+ np. Cu -2e^- -> Cu^2+ w zależności od rodzaju drugiego półogniwa 28	-półogniwa redoks materiał elektrody nie bierze udziału w reakcji elektrodowej. Są złożone z metalu na tyle szlachetnego, ze nie daje rekcji elektrodowej (najczęściej Pt), zanurzonego w roztworze zawierającym 2 rodzaje jonów tego samego pierwiastka (np. Fe^2++ Fe^3+) o różnych stopniach utlenienia. W półogniwie zachodzi ( w zależności od rodzaju poliogniwa z którym zostanie połączone) elektonacja: Fe^3++ e^- - > Fe^2+lub dezelektronacja: Fe^2+- e^- - > Fe^3+ - półogniwa gazowe: zbudowane z metalu na tyle szlachetnego, że nie daje on własnej reakcji elektronowej, zanurzonego w roztworze nasyconym odpowiednim gazem ( doprowadzanym nieprzerwanie podczas pracy ogniwa) i zawierającym jony powstałe w wyniku elektronacji (np. Cl ^-gdy gazem jest Cl2 ) lub dezelektonacji (np.H^+- H2 -ogniwa paliwowe - w nich następuje przetworzenie energii uwalnianej w procesie utleniania paliwa konwencjalnego (wodoru, tlenku węgla, metanu) bezpośrednio w energię elektryczną, np. ogniwo wodoro-tlenowe: (-) H2(g), Ni | przewodnik jonowy | Ni, O2(g) (+) 29	Półogniwo - przewodnik metaliczny zanurzony w roztworze elektrolitu lub innym środowisku , uniemożliwiającym przepływ ładunku przez granicę faz składających się na półogniwo Elektroda - przewodnik metaliczny zanurzony w przewodniku jonowym. Elektrody łączy się źródłem prądu o odpowiednim napięciu Potencjał półogniwa - wartość napięcia, jakie wskaże woltomierz gdy połączymy dwa półogniwa woltomierzem (uzupełniającym układ by zamknąć układ- kluczem elektrolitycznym) SEM - siła elektromotoryczna ogniwa - różnica potencjałów wew. Drutów łącznikowych wykonanych z jednakowego materiału i połączonych z fazami metalicznymi półogniw ogniwa otwartego. - kierunek zachodzenia reakcji redox - stężenie reagentów - zdolność reagentów do przyłączania lub odłączania elektronów. 30

ROWNIANIE NERNSTA WZOR NERNSTA - potencjał elektrody E^0- potencjał normalny - potencjał jaki wykonuje metal w l m roztworze swoich własnych jonów względem elektrody wodorowej. Elektrody: I - go rodzaju - metal w roztworze własnych jonów II - go rodzaju (odniesienia) metal pokryty warstwą trudno rozpuszczalnej soli w roztworze o tym samym anionie. Szereg napięciowy metali - wykaz potencjałów standardowych, półogniwa uporządkowane wg rosnących wartości. 31	Elektroda wodorowa: -Pt pokryta czernią platynowa zanurzona w roztworze kwasu o Qm=1M i omywana gazowym wodorem podciśnieniem 1atm=1013hPa Elektroda kalomelowa Hg |Hg2 Cl2 | KCl Hg^2+ + 2Cl^- -> Hg2Cl2 2Hg -> Hg2^2+ + 2e^- w sumie: 2Hg + 2Cl^- -> Hg2Cl2 +2e^- Korozja elektrochemiczna - polega na reakcjach z tlenem (atmosferyczny) chlorem, tlenkami siarki i azotu z metalami ich stopów zachodzi na powierzchni wilgotnej (tworzy się rdza) (A)Fe(s) -> Fe(aq)^2+ +2e^- (K) O2(g) + 4H^+(ag) +4e^- -> 2H2O 32	III ELEMENTY CHEMII ORGANICZNEJ WĘGIEL I WĘGLOWODORY Węglowodory - połączenia węgla i wodoru. Podział węglowodorów: *Alifatyczne -Nasycone Alkany CnH2n+2 Cykloalkany CnH2n -Nienasycone Alkeny CnH2n Alkadieny CnH2n-2 Alkiny CnH2n-2 *Aromatyczne -Jednopierścieniowe -O pierścieniach skondensowanych 33
Węglowodory nasycone ALKANY *Wzór ogólny CnH2n+2 *Szereg homologiczny - szereg związków organicznych, w których każdy następny różni się od poprzedniego o grupę -CH2- *Węglowodory zawierające w cząst. do 4 atomów węgla są gazami w temp. pokojowej, od 5 do 15 atomów węgla są cieczami, a ponad 15 atomów węgla są ciałami stałymi. METAN *Otrzymywanie -Synteza pierwiastków w temp. łuku elektrycznego C + 3H2 (temp) CH4 -Reakcje wodoru z tlenkiem lub dwutlenkiem węgla wobec sproszkowanych metali (Ni, Co, Fe, Cu) jako katalizatorów CO + 3H2 (kat.) CH4 + H2O CO2 + 4H2 (kat.) CH4 + 2H2O -Reakcja CO z parą wodną 4CO + 2H2O CH4 + 3CO2 -Reakcja H2S z dwusiarczkiem węgla w obecności rozżarzonej miedzi 2H2S + CS2 + 8Cu CH4 + 4Cu2S -Ogrzewanie na sucho octanu sodu lub wapnia z wodorotlenkiem sodu CH3COONa + NaOH CH4 + Na2CO3 -Reakcja węgliku glinu z chlorowodorem Al4C3 + 12HCl 3Ch4 + 4AlCl3 -Reakcja halogenków alkilowych CH3Br + 2H CH4 + HBr 34	-Dekarboksylacja kwasów alifatycznych (w podwyższonej temp. prowadzi do wydzielenia CO2) CH3COOH (temp.) CH4 + CO2 *Właściwości fizyczne -Gaz bezbarwny i bezwonny -Lżejszy od powietrza -Źle rozpuszczalny w H2O *Właściwości chemiczne -W powietrzu spala się słabo świecącym płomieniem CH4 + 2O2 CO2 + 3H2O + Q spalanie całkowite -Półspalanie 4CH4 + 5O2 2CO + 2C + 8H2O -Spalanie nie całkowite CH4 + O2 C + 2H2O -Chlor i brom działają na metan wobec światła lub podwyższonej temp. podstawiają kolejno atomu wodoru (reakcje rodnikowe). CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl - chlorowanie (chlorek metylu) CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl (chlorek metylenu) CH2Cl2 +Cl2 CHCl3 + HCl (chloroform) CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl (tetrachlorek węgla) -Z HNO3 i H2SO4 w wysokich temp. metan reaguje w reakcjach podstawienia (substytucji): CH4 + HO - NO2 CH3 - NO2 + H2O (nitrometan) CH4 + HO -SO3H CH3 - SO3H + H2O (kwas metanosulfonowy) 35	ETAN *Otrzymywanie -Z jodometanu przez działanie sodem metalicznym w roztworze eterowym (synteza Wurtza) 2CH3I + 2Na CH3 - CH3 + NaI -Elektroliza soli kwasu octowego (metoda Kolbego) 2KCH3COO (2H2O) CH3 - CH3 + CO2 + 2KOH + H2 -Redukcja etenu CH2 = CH2 + H2 (kat.) CH3 - CH3 -Z alkoholu etylowego przez działanie roztworem jodowodoru w temp. 180^0C CH3 - CH2OH + HI CH3 - CH2I + H2O CH3 - CH2I + HI CH3 - CH3 + I2 -Ogrzewanie gazu wodnego (synteza Fischera - Tropscha) 2CO + 5H2 (kat.) CH3 - CH3 + 2H2O Przykład izomerów podstawienia: CH3 - CH2 - CH2 - Cl 1- chloropropan CH3 - CH - CH3 2 - chloropropan I Cl 36
CYKLOALKANY *Węglowodory, których cząst. zawierają pierścienie zbudowane z połączonych wiązaniami pojedynczymi atomów węgla *Wzór ogólny szeregu homologicznego CnH2n Przykłady *Cykloalkany poczyniając od cyklopentenu mają podobne właściwości co alkany np. ulegają rekacji podstawienia w obecności światła -Cenne cykloalkany wchodzące w skład benzyn to: Metylocykloheksan 1,1-dimetylocykloheksan 37	Węglowodory nienasycone *Węglowodory, których cząst. zawierają wiązania wielokrotne ALKENY -Mają podwójne wiązanie (Kąt 120^0) -Hybrydyzacja sp^2 -Izomeria łańcuchowa 2-metyloprop-2-en CH3 - C = CH2 I CH3 -Izomeria wiązania podwójnego CH2 = CH - CH2 - CH3 (but-1-en) CH3 - CH = CH - CH3 (but-2-en) -Izomeria geometryczna izomeria cis (cis-but-2-en) Izomer trans (bardziej trwałe) (trans-but-2-en) 38	-Im dłuższy łańcuch alkenu tym wyższa temp. wrzenia -Reakcje spalania alken + O2 CO2 + H2O całkowite alken + O2 CO + H2O półspalanie alken + O2 C + H2O niecałkowite -Lepiej rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych od alkanów *Otrzymywanie -Reakcja eliminacji alkoholi alifatycznycg 2CH3 - CH2 - CH - CH3(kat.350^o) I OH CH3 - CH = CH - CH3 + Ch2 = CH - CH2 -CH3 + 2H2O *Eliminacja HCl z chlorowcoalkili zachodzącej pod wpływem mocnych zasad lub amin w wysokiej temp. CH3 - CH2 - CH2 - Br + KOH CH3 - CH = CH2 + KOH + H2O (CH3)3C - Br ( C6H5NH2) (CH3)3C = CH2 + HBr *Redukcyjna kondensacja aldehydów lub ketonów R - R- -R 2 CO (kat. O2) C = C R - R- -R 39
*Właściwości chemiczne -Chemicznie nieaktywne -Reakcje substytucji (podstawienia) z chlorowcami w obecności światła CH2 = CH2 + Cl2 CH2Cl - CX2Cl R = H + X2 ( hV) R - X + HX -Chemicznie aktywne - reakcja przyłączania (powstają związaki nasycone) R2 - CH = CH - R2 + H2 R2 - CH2 - CH2 - R2 *Zastosowanie -Do wyrobu tworzyw sztucznych -Do wyrobu związków (półproduktów) w syntezie organicznych Reguła Markownikowa Przy przyłączaniu się chlorowcowodorów wodór łączy się z tym atomem węgla , przy którym znajduje się więcej atomów wodoru np. CH3 - CH - CH2 + HBr CH3 -CH- CH3 I Br 40	ALKINY -Mają wiązanie potrójne -Cząstki liniowe o kątach 180^0 -Wzór ogólny CnH2n-n -Powyżej C4- ciecze -Powyżej C16 - ciała stałe ACETYLEN *Otrzymywanie -Bezpośrednie połączenie węgla i wodoru w temp. łuku elektrycznego 2C + H2 (temp.) CH ≡CH -Z węglika wapnia, który otrzymuje sie przez ogrzewanie węgla z wapnem polanym w piecu elektrycznym CaO + 3C (temp.) CaC2 + Co CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + CH ≡CH -Utleniająca piroliza metanu 4CH4 + 4O2 (temp.) CH ≡CH + CO2 + CO + 5H2O + 2H2 6CH4 + O2 (temp.) 2CH ≡ CH + 2CO + 10H2 *Właściwości fizyczne -Bezbarwny gaz -Rozpuszczalny w H2O -W niskiej temp. jest nie trwały -Zmieszany z powietrzem i zapalony wybucha -Spala się jasnym, świecącym płomieniem 41	*Właściwości chemiczne -Atomy wodoru mogą być zastąpione metalami np. Na, Ca, Cu, Ag tworząc acetylenki o właściwościach wybuchowych CH ≡ CH + Ag2O Ag - C ≡ C - Ag + H2O (acetylenek disrebra) -Reakcje addycji (przyłączenia) Wodór CH ≡CH + 2H (Ni) CH2 = CH2 CH ≡ CH + 4H (Pt) CH3 - CH3 Fluorowiec Br Br I I CH = _ CH + 2Br H - C - C - H (1,1,2,2-tetrabromoetan) I I Br Br -Polimeryzacja Pierścieniowa 3C2H2 C6H6 3CH ≡CH (benzen) Liniowa 2CH ≡CH CH2 - CH - C ≡CH (winyloacetylen) *Zastosowanie -Nie są szeroko stosowane (tworzywa sztuczne) -Bardzo mało rozpowszechnione w przyrodzie -Acetylen w spawalnictwie, analityka chem. 42
Węglowodory aromatyczne -Hybrydyzacja sp^2 -Posiadają zdelokalizowane wiązanie wew. cząst. -Nie mają właściwości związków nienasyconych -Pochodne benzenu Pochodne benzenu toluen KSYLENY Orto-ksylen Para-ksylen Meta-ksylen Styren Nitrobenzen Chlorobenzen M-chlorotoluen 43	FENYLENY - podstawniki Fenyl C6H5 Fenylen C6H4 Podstawienie elektrofilowe SE -Chmura elektronów -Benzen - właściwości nukleofilowe -Benzen - donor elektronów -Związki aromatyczne - reakcje z jonami dodatnimi lub akceptorami elektronów - czynnikami elektrofilowymi Podstawniki aktywujące ( - OH , - OR, - NH2, - COOH) -Reakcja podstawienia - zachodzi łatwiej -Kolejny podstawnik - położenie orto i para Podsawniki dezaktywujące ( - CN, - NO2, - COOH) -Utrudniają podstawienie elektrofilowe -Kolejny podstawnik - położenie meta Struktury rezonansowe benzenu: Wpływ pierwszego podstawnika na usytuowanie drugiego: -Podstawniki -COOH, -NO2, - CHO - kierują w położenie meta - - F - podstawienie para - - Cl - podstawienie orto o para (przewaga para) 44	BENZEN *Właściwości fizyczne -Bezbarwna ciecz -Lżejszy od H2O -Charakterystyczny zapach -Nierozpuszczalny w H2O -Pali się kopcącym i świecącym płomieniem *Właściwości chemiczne -Substytucja elektronowa -Nitrowanie (mieszanina nitrująca: stęż. HNO3 i stęż. H2SO4) -Sulfonowanie (odwracalna reakcja) 45

-Alkilowanie -Uwodornienie -Chlorowanie *Występowanie -Składnik kopalin - węgiel, ropa *Zastosowanie -Rozpuszczalniki, procesy ekstrakcji 46	WWA - wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne -Produkty niepełnego spalania -Zanieczyszczenia, kancerogeny Naftalen antracen fenantren Fluoren inden bifenyl -Mają struktury płaskie 47	48
CHLOROWCOPOCHODNE (HOLOGENOPOCHODNE) -Grupa funkcyjną w halogenkach jest atom fluorowca: fluoru, chloru, bromu lub jodu. chlorometan dichlorometan dichlorodifluorometan - rozpuszczalnik - lotny rozpuszczalnik Freon - 12 - produkcja silników - produkcja kawy bezkofeinowej CCl3F C2Cl3F3 freony - niszczą warstwę ozonową CCl2F2 C2Cl2F4 CCl2F2 + hV Cl^• + ^•CClF2 Cl^• + O3 ClO^• + O2 ClO^• + ½ O2 Cl^• + O2 Cl^* + O3 ClO2^• + O2 ... Proces naturalny : O3 + hV O2 + ½ O2 49	Halogenopochodne: -Węglowodorów alifatycznych -Węglowodorów aromatycznych (mało reaktywne chem.) -Związki antropogeniczne Halony: CBrF3 (bromofluorowęglowodory-1 lub 2 at. C) CBrClF2 (niepolarne) C2Br2F4 (wykorzystywane w gaśnicach) Cl H I I Cl - C - C - H najpopularniejszy rozpuszczalnik TRI I I Cl H H - - Cl C = C chlorek winylu H - - H Cl - - Cl C = C 1,1,2-trichloroeten Cl - - H H H H - I I C = C - C - Cl 3-chloropropen H - I I H H 50	Chlorowcopochodne arylowe -Substancje dezynfekujące Monochlorobenzen monobromobenzen heksachlorobenzen 1-chloro-2-metylobenzen *Otrzymywanie halogenków alkilowych -Podstawienie atomu wodoru fluorowcem w alkanach lub grupach alkilowych innych węglowodorów R - H + X2 (hV) R - X + HX ( X = Cl, Br) -Addycja cząst. fluorowców do alkenów (otrzymywanie difluorowcopochodnych) \ / I I C = C + X2 - C - C - ( X=Cl, Br) / \ I I X X -Podstawienie grupy hydroksylowej w alkoholach R - OH + HX R -X + H2O ( X=Br, Cl, I) 51
*Otrzymywanie halogenkow alkenylowych -Addycja fluorowcowodorów do alkinów X \ / - C ≡C - + HX C = C (X=Cl, Br) / \ H -Eliminacja cząsteczek. fluorowcowodoru z odpowiednich difluorowcoalkanów X X H \ / I I \ / - C - C - lub - C - C - + OH (alkohol etylowy, temp.) C = C + X ^- / \ I I / \ X H H X X + H2O (X=Cl, Br) *Otrzymywanie halogenków arylowych -Podstawienie atomu wodoru fluorowcem Ar - H + X2 (FeX3 lub AlX3)Ar - X + 52	*Reakcje charakterystyczne -Podstawienie atomu fluorowca R - X + OH^- (H2O, temp.) R -OH + X^- (alkohol)(R- grupa alkilowa, X=Cl, Br, I) R - X + NH3 R - NH3 + HX (amina) Ar - X + OH^- (370^0,p.) Ar - O^- + X^- (Ar- grupa arylowa, X=Cl, Br) trudno zachodzi -eliminacja cząst. fluorowcowodoru (tylko dla alkinowych) I I I I - C - C - + OH^- (alkohol etylowy, temp.) C = C + X ^- + H2O I I I I ↓ H X (X=Cl, Br, I) -Eliminacja cząst. fluorowca (dla difluorowcopochodnych alkilowych które zawierają atomy fluorowca związane z sąsiadującymi atomami węgla) I I I I - C - C - + Zn C = C + ZnX2 (X=Cl,Br) I I X X 53	REAKCJE POLIMERYZACJI I POLIKONDENSACJI -Reakcje polimeryzacji (łączenie dużej liczby takich samych cząst. charakterystyczne dla wiązań wielokrotnych) H H H H H H I I I I I I n C = C • [ - C - C - C - C - ] • politylen PE I I I I I I H H H H H H H H H H H H I I I I I I n C = C • [ - C - C - C - C - ] • polichlorek winylu PCV I I I I I I H Cl H Cl H Cl F F F F F F I I I I I I n C = C • [ - C - C - C - C - ] • teflon I I I I I I F F F F F F H H H H H │ │ │ │ │ │ n C = C • [ - C - C - C - C - ] • polistyren │ │ │ │ │ │ H H H H 54
-Reakcje kopolimeryzacji Kwas tereftolowy -Polikondensacja (polimeryzacja kondensacyjna) - polega na łączeniu się wielu cząst. W makrocząsteczką z równoczesnym wydzielaniem się związku niskocząsteczkowego (np. H2O) jako produktu ubocznego. H - R - Y + H - R - Y + H - R - Y H - R - R - R - R - Y + YH + YH -Przez polikondensację otrzymuje się tworzywa poliamidowe z aminokwasów wychodząc najczęściej z kwasu w - aminokapronowego. N [ NH2 - (CH2) - COOH ] [ … - NH - (CH2)5 - CONH - (CH2)5 - CO - … ]n/2 + (n-1) H2O produktem jest kapron 55	Organiczne związki tlenu. ALKOHOLE: związki organiczne w których grupa hydroksylowa jest związana z łańcuchem alkanu (alkohole nasycone) nasyconą częścią łańcucha alkenu (nienasycone) bocznym łańcuchem węglowodoru aromatycznego (alkohole aromatyczne hybrydyzacja - sp^3 wzór : R - OH ; Ar - OH (aromatyczne) Alkohole monohydroksylowe: Otrzymywanie: hydroliza chlorowcoalkanów - R-X + OH^- R-OH + X^- (Cl,Br,I=X) addycja wody do alkenów: | | H^+ | | C = C + H2O - C - C - OH | | | | H redukcja aldehydów, kwasów karboksylowych, estrów i ketonów CH3 - CH2 - CHO + H2 CH3 - CH2 - CH2 - OH Aldehyd propionowy ^Ni 1- propanol CH3 - CH2 - COOH + 2H2 CH3 - CH2 - CH2 - OH + H2O Kwas propionowy 1 - propanol CH3-CH2-CO-O-CH2-CH3+2H2CH3-CH2-CH2-OH+CH3-CH2-OH (CH3)2C=O + H2 (CH3)2CH-OH 56	Właściwości fizyczne: ciecze (ciała stałe powyżej 10 atomów węgla) bezbarwne etanol dobrze rozpuszcza się w polarnym i niepolarnym rozpuszczalniku (rozpuszczalność maleje) wysoka temp. Wrzenia nie przewodzi prądu elektrycznego palne (niższe alkohole palą się nieświecącym płomieniem, wyższe świecącym i kopcącym) 57
właściwości chemiczne: tworzenie alkoholanów w reakcji z aktywnymi metalami R-O-H + Na R-O-Na^+ + ½ H2↑ 2CH3-CH2-OH+2Na2 CH3-CH2-ONa+H2 - etanolan sodu 2CH3-CH2-OH+Mg(CH3-CH2-O)2Mg+H2 - etanolan magnezu alkoholany ulegają hydrolizie zasadowej CH3-CH2-ONa+H2O CH3-CH2-OH+Na^++OH^- alkohole ogrzewane z kwasami chlorowcowodorowymi przechodzą w odpowiednie chlorowcopochodne CH3-CH2-CH2-OH+HBrCH3-CH2-CH2-Br+H2O CH3-OH + HBrCH3-Br+H2O eliminacja wody prowadzi do alkenów: | | Al2O3 \ / - C - C- C = C +H2O | | / \ 58	utlenianie alkoholi: O CuO // CH3- CH2-OH H-C-C + Cu +H2 ^T \ reakcje odróżniające alkoh H le I-rzędowe od II-rzędow. Etanol | | | CuO | | | - C-C-C- -C-C-C - propanon (keton) | | | ^T | || | - estrfikacja (alkohol + kwas) O O | | // // - C - C - OH +H-C H - C mrówczan etylu | | \ \ | | OH O-C-C- +H2O | | | | -C-C-OH + HNO3 CH2 - CH - O - NO2 + H2O azotan etylu | | 59	zastosowanie metanolu produkcja tworzyw sztucznych - włókien syntetycznych, barwników, leków, środków ochrony roślin zastosowanie etanolu produkcja wyrobów alkoholowych, wyciągów ziołowych, syropów i leków, kosmetyków, wyrobów lakierniczych Alkohole polihydroksylowe grupy -OH muszą być związane z różnymi atomami węgla diole (dihydroksylowe) - glikole otrzymywanie diolli z dichlorowocoalkanów przez wymianę chlorowca CH2 - Cl CH2 - OH | | (CH2)n + 2HCl (CH2)n + 2KCl | | CH2 - Cl CH2 - OH z alkenów przez przyłączenie kwasu podchlorowego i hydrolizę otrzymanej chlorohydryny CH2=CH2 + Cl-OH CH2 - CH2 CH2 - CH2 + HCl - glikol | | | | etylenowy OH Cl OH OH 60

właściwości fizyczne: Bezwonne gęste ciecze (lub ciała stałe) Wysokie temp. Wrzenia Słodkawy smak Z H2O mieszają się w każdym stosunku właściwości chemiczne -reaguje z sodem dając alkoholany CH2-OH CH2-ONa CH2 - ONa | | +Na | CH2-OH CH2 -OH CH2 - ONa zastosowanie glikolu etylenowego produkcja włókien syntetycznych 61	triole trihydroksylowe GLICERYNA -otrzymywanie Hydroliza tłuszczów CH2-O-CO-C17H35 CH2-OH | | CH-O-CO-C17H35 + 3NaOH CH-OH + 3C17H35COONa | | stearynian sodu CH2-O-CO-C17H35 CH2-OH Tristearynian glicerolu -z trichlorowcoalkanów CH2-Cl CH2-OH | | CH-Cl + 3KOH CH-OH + 3 KCl | | CH2-Cl CH2-OH 62	właściwości fizyczne gliceryny -bezbarwna bezwonna ciecz -nietoksyczna -słodki smak -z H 2O miesza się w każdym stosunku -w stanie stężonym jest higroskopijna właściwości chemiczne -reakcja dehydratacji prowadzi do otrzymania aldehydu akrylowego CH2-OH CH2 | || CH-OH CH | | CH2-OH CHO -estryfikacja (z kwasami nieorganicznymi i organicznymi) CH2-OH CH2 - O - NO2 | | CH-OH + 3 HO- NO2 CH - O - NO2 + 3 H2O | | 1,2,3 triazotan (V) CH2-OH CH2 - O - NO2 glicerolu (nitrogliceryna) zastosowanie wyroby kosmetyczne, maści, zabezpieczanie skór 63
Alkohole aromatyczne alkohol benzylowy -otrzymywanie -hydroliza chlorku benzylu węglanem potasu -redukcja aldehydu benzoesowego -własności chemiczne ulega reakcjom charakterystycznym dla alkoholi monohydroksylowych substytucja w pierścieniu aromatycznym 64	FENOLE: Hydroksylowe pochodne węglowodorów aromatycznych (arenów) w których grupa hydroksylowa związana jest z atomem węgla pierścienia aromatycznego Wzór: Ar-OH Hybrydyzacja sp^3 Przykłady 65	Otrzymywanie -ekstrakcja smoły pogazowej za pomocą NaOH i rozłożenia kwasem uzyskanych fenolanów -hydroliza halogenków arylowych Stapianie soli sodowych aromatycznych kwasów sulfonowych ze stałym NaOH 66
Z pierwszorzędowych amin aromatycznych Właściwości fizyczne fenolu substancja stała krystaliczna ograniczenie rozpuszcza się z wodą (wzrost wraz z temperatura) silny zapach toksyczny słaby kwas właściwości chemiczne -dyscocjacja -tworzy fenolany (odróżnienie od alkoholi) z wodorotlenkami 67	-z wodą bromową tworzy osad 68	FeCl3 tworzy czerwono-fioletowe zabarwienie -reakcja bromowania -nitrowanie -uwodornienie -estryfikacja 69
CHLOROFENOLE Zastosowanie Składnik smoły węglanowej Produkcja tworzyw sztucznych, włókien syntetycznych, barwników, leków, materiałów wybuchowych. 70	ALDEHYDY -grupa karbonylowa połączona jest z atomem wodoru pojedynczym wiązaniem, a drugim z resztą węglowodorową cząsteczki -wzór: R - COH COH - grupa aldehydowa -przykłady: CH3OH - metanol ; C2H5OH.- etanol ; C3H7OH - propanol Otrzymywanie -odwodornie alkoholi I-rzędowych 71	-właściwości fizyczne metanol to gaz, do 14 atomów węgla - ciecze, powyżej ciała stałe ostry zapach dobrze rozpuszczalne w H2O (rozpuszczalność maleje wraz ze wzrostem masy) -właściwości chemiczne substytucja- powstaje grupa - COOH -C^+O^-H utlenianie do kwasów karboksylowych Np.; Ag2O^+OH^- lub Cu(OH)2 + OH^- -redukcja do alkoholi I-rzędowych -kondensacja reakcja z aminami 72
-polimeryzacja -zastosowanie: - występują w olejkach zapachowych roślin - produkcja esencji zapachowych, tworzyw sztucznych i środków - ochrony roślin 73	KETONY -grupa karbonylowa połączona jest z dwiema resztami węglowodorowymi -otrzymywanie utlenianie alkoholi II-rzędowych -uwodornienie odpowiednich alkinów (r. Kuczerowa) -rozkład termiczny kwasów tłuszczowych 74	Właściwości fizyczne Ciecze rozpuszczalne w H2O Wyższe ketony to ciała stałe o ograniczonej rozpuszczalności Właściwości chemiczne Niewielka reaktywność chemiczna Redukcja do odpowiednich alkoholi II-rzędowych Redukcja z hydrozyną -są odporne na utlenianie - można je odróżnić od aldehydów odczynnikiem Tollensa (daje negatywny wynik próby) Zastosowanie -składnik rozmaitych żywic i olejków roślinnych -występują w organizmach zwierzęcych -aceton służy do produkcji leków, tworzyw sztucznych jako rozpuszczalnik 75

ETERY -mają wiązanie eterowe C - O - C -wzór: R - O - R^2 -przykłady Otrzymywanie -synteza Wiliomsona - działanie alkoholem sodowym na chlorowcoalkany 76	odwodnienie odpowiedniego alkoholu Właściwości chemiczne: -mało reaktywne chemicznie -reakcja ze stężonym HI lub HBr lub HCl dodając alkohol i chlorowcopochodną -rozpad eterów aromatyczno-alifatycznych Właściwości fizyczne: -ograniczone rozpuszczanie w H2O -duża lotność 77 -z powietrzem tworzą wybuchającą mieszaninę -toksyczny jest eter	KWASY KARBOKSYLOWE -wzór: -Podział I kwasów: Podział II kwasów: alifatyczne monokarboksylowe aromatyczne polikarboksylowe Kwasy Karboksylowe: Otrzymywanie: -utlenianie alkoholi, aldehydów, ketonów i alkenów -hydroliza nitryli 78
Właściwości fizyczne: -pierwsze kwasy są cieczami o ostrym zapachu -3 najniższe rozpuszczają się w wodzie -powyżej 10 atomów węgla - lotne ciała stałe, nierozpuszczalne w wodzie Właściwości chemiczne: -substytucja wodoru -estryfikacja -reakcja tworzenia amidów 79	POCHODNE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH Karboksykwasy właściwości chemiczne 80	ALDEHYDOKWASY właściwości chemiczne -dekarboksylacja 81
-OKSOKWASY -właściwości chemiczne duża reaktywność chemiczna i biologiczna enzymatyczna redukcja (ważna) dekarboksylacja oksydacyjna CHLOROWCOKWASY -mają zdolność nukleofilowego podstawiania chlorowca - powstanie hydroksy i aminokwasów ESTRY -pochodne kwasów karboksylowych, których grupa OH została zastąpiona ugrupowaniem OR' -wzór: 82	-ESTRY KWASÓW NIEORGANICZNYCH -duże znaczenie mają estry kwasu: H2SO4, HNO3, H3PO4 -kwas H2SO4 daje estry: Kwaśne Obojętne -estry HNO3 powstają podczas działania stęż. HNO3 na alkohole (reakcja odwrotna do hydrolizy) 83	ESTRY KWASÓW ORGANICZNYCH -wchodzą w skład tłuszczów, olejów, wosków Otrzymywanie -reakcja kwasu organicznego na alkohole -działanie chlorków kwasowych na alkoholany -działanie jodków alkilowych na sole kwasów organicznych -ważny ester 84
-właściwości fizyczne -niższe estry są lotnymi cieczami, słabo rozpuszczalne w wodzie, dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach oraganicznych -Przyjemny zapach; niektóre to dobre rozpuszczalniki -właściwości chemiczne -mała aktywność chemiczna -hydroliza z udziałem jonów H^+ (dodatek HCl, H2SO4 jest katalizatorem) hydroliza alkaliczna ( kat. = NaOH, KOH, Ca(OH)2) 85	8.Specyficzne grupy związków organicznych pochodzenia antropogenicznego. PESTYCYDY-(zwane biocydami lub środkami ochrony roślin) środek chemiczny sproszkowany lub płynny, stosowany do ochrony roślin lub zwierząt przed zagrożeniami biologicznymi, stosowane i przemysłowej produkcji żywności. Chronią żywność i ludzi przed szkodnikami. (uniemożliwiają lub ograniczają rozwój mikroorganizmów odpowiedzialnych za biologiczny rozkład roślin, środków spożywczych, przemysłowych, polimerów). PODZIAŁ *Zoocydy -insektycydy- środek owadobójczy. Zabijają lub ograniczają rozród owadów. Niektóre zostały zabronione np.DDT który zmniejszał liczbę ptaków drapieżnych. Nadużywanie ich wpływa źle na zapylanie roślin, obecnie insektycydy mają działanie wybiórcze i ulegają autodestrukcji . Przykłady: TEPP nikotyna kwas barowy trioksan -rodentycydy- zwalczają gryzonie -moluskocydy- zwalcz mięczaki -nomatocydy- zw. Nicienie -larwicydy- zw. Larwy -aficydy- zw. Mszyce owicydy- zw. jaja owadów i roztoczy *fungicydy- (związek organiczny siarki i miedzi) zwalczający grzyby *herbicydy- do selektywnego niszczenia chwastów w uprawie dzielą się na 86	- doglebowe, tu przedsiewne wymagające wymieszania z glebą i przedwschodowe -pogłówne : o działaniu dolistnym, doglebowym, doglebowym i dolistnym,( stosowane niewłaściwie mogą powodować uszkodzenia herbicydowe) *regulatory wzrostu- stymulują lub hamują procesy życiowe roślin - defolianty- do odlistniania roślin -desykanty- do wysuszania roślin -defloranty- do usuwania nadmiernej ilości kwiatów DIOKSYNY -pochodne oksantrenu -złożone z 2 pierścieni benzenowych połączonych przez 2 atomy tlenu oraz od jednego do ośmiu atomów chloru przyłączonych do pierścieniu benzenu -bardzo toksyczne -nazwa odnosi się do możliwych chlorowcopochodnych oksanternu- każda z nich jest nazwana kongenerem (istnieje 75) -najbardziej toksyczny kongener to TCDD (tetrachlorodibenzenodioksyna) -powstają w niezamierzony w śladowych ilościach podczas różnych reakcji chemicznych prowadzonych w przemyśle np. podczas spalania drewna i zw. Organicznych -objawem zatrucia u ludzi jest trąd chlorowy -najbardziej rakotwórcze związki chemiczne -równoważnik toksyczny TEQ- określa toksyczność 87
DETERGENTY *substancja lub mieszanin substancji stanowiąca aktywny czynnik wszelkich środków czystości np. szamponów proszki do prania płyny do mycia naczyń itd. *detergenty właściwe - środki czyszczące z nabłyszczaczem dodatkami koloryzującymi zapachowymi odżywczymi wybielającymi *detergenty działają na brud na sposoby - działają jak surfaktanty- ułatwiają mieszania się brudu z wodą ułatwiając zwilżanie powierzchni mytych -zmieniają pH powierzchni- zrywanie wiązań wodorowych którymi brud jest związany z powierzchnią zamiana pH prowadzi do rozkładu substancji tworzących brud -obniżają twardość wody ( woda lepiej zwilża powierzchnię i w niej lepiej rozpuszczają się substancje jonowe tworzące brud -rozkładają brud przez reakcje utlenienia -działają enzymatyczne przez katalizowane reakcji prowadzonych do rozkładu cząsteczek organicznych tworzących brud -działają pianotwórczo - zwiększają powierzchnie styku brudu ze środkiem myjącym - skład detergentu zależy od rodzaju brudu co jest jak zanieczyszczone i jak powinno być czyszczone 88	POLIMERY -związki o budowie łańcuchowej których cząsteczki są zbudowane z połączonych ze sobą powtarzających się elementów (najmniejszy powtarzający się element to mer) - powstają w reakcjach łączenia ze sobą pojedynczych cząsteczek prostych związków (monomerów) w długie łańcuchy -reakcje polimeryzacji - proces łącznie się monomerów w łańcuch któremu towarzyszy powstanie produktów ubocznych -reakcje polikondensacji- powstają proste produkty uboczne np. woda - proces sieciowania- poprawia właściwości użytkowe polimerów- ogrzewanie polimerów ( z wielokrotnymi wiązaniami) z odpowiednimi związkami (utwardzacze) powoduje powstanie jednej gigantycznej cząsteczki *WŁAŚCIWOŚCO FIZYCZNE -ciała stałe o różnej twardości, elastyczności wytrzymałości barwie *WŁAŚCIOWŚCI CHEMICZNE: -zależą od budowy chemicznej merów i wiązań w cząsteczce - łatwo się rozpadają podczas depolimeryzacji (trzeba ogrzewać) lub hydrolizy ( te co powstały przez polikondensację) 89	*PODZIAŁ POLIMERÓW -naturalne -naturalne i modyfikowane -syntetyczne *DOMIESZKI STOSOWANE DO POLIMERÓW -barwniki i pigmenty -nadają barwę -wypełniacze- dają większą wytrzymałość mechaniczną np. kreda gips sadza -zmiękczacze- dają elastyczność np. estry kwasów karboksylowych z wyższymi alkoholami 90

POLIMERY NATURALNE I MODYFIKOWANE - kauczuk jest przerabiamy na gumę; kauczuk to brunatne ciało stałe rozpuszczalne w węglowodorach - wzór kauczuku (C5H8)n -naturalny kauczuk to poliizopren -otrzymuje się z lateksu przez koagulację - guma jest otrzymywana z kauczuku podczas wulkanizacji ( jest usieciowana) - kauczuki syntetyczne są zbudowane z monomerów: 1,3-butadien i 2-chloro-1,3-butadien. -celuloza i jej pochodne też są polimerami- najważniejszy jest octan celulozy (bezbarwna przeźroczysta substancja stała) służy do wyrobu folii do produkcji błon filmowych a także jedwabiu octanowego -azotan celulozy ( nitroceluloza) to bawełna strzelnicza ( do wyrobu prochu bezdymnego, lakieru, celuloid do produkcji taśm filmowych) 91 91	POLIMERY SYNTETYCZNE -otrzymywane podczas polimeryzacji -bezbarwne ciała stałe o różnej elastyczności twardości odporności termicznej często barwione -polietylen [-CH2-]n duża odporność na działanie kwasów zasad rozpuszczalników organicznych, palny, stosowany do wyrobu folii skrzynek pojemników na wodę -polipropylen [-CH2-]n ma większą wytrzymałość cieplną i mechaniczną od polietylenu -polichlorek winylu PCV [-CH2-CH-]n ciało stałe odporne na kwasy reaguje z zasadami niska wytrzymałość cieplna , Cl odporny na tłuszcze, niepalny; opakowani izolacja kabli, płytki wykładziny zabawki. - teflon- ( politetrafluoroetylen) [-CF2-] ciało stałe odporne chemicznie i mechanicznie niepalny, powłoki reaktorów chemicznych, naczyń kuchennych uszczelki -polistylen-[CH2-CH- ( i tu jeszcze przy CH benzen)] ciało stałe wytrzymałe rozpuszczalne w związkach organicznych palny; pojemniki, pudełka, słoiki, opakowani, obudowy, zabawki - polimetakrylan metylu, bezbarwne szkło palne, rozpuszczalne , do wyroby szyb nietłuczonych - poliformaldehyd [-CH2-O-]n bezbarwne ciało stałe wytrzymałe trudno palne; koła zębowe, kasety fotograficzne, panewki łożysk 92	- OTRZYMYWANIE: podczas polikondensacji (poliestry i poliamidy) -elana- do produkcji farb i emalii -poliamid-6 i polamid-6,6- włókna - żywice (aminoplasty)- kuchenne pojemniki ŻYWICE JONOWYMIENNE (jonity) -mają zdolność do wymiany jonowej z otaczającym je roztworem -stosowane podczas uzdatniania wody, do jej zmiękczania i demineralizacji - używane jako katalizatory - wymieniacze jonowe na bazie kopolimeru, styren-diwinylobenzen z grupami wymieniającymi kationy (kationity) lub gr. Zasadowymi wymieniającymi aniony ( anionity) -są trwałe chemicznie i łatwo wydzielają się ze środowiska reakcyjnego -zmniejszają ilość odpadów -są bardziej selektywne od katalizatorów homogenicznych. 93 93
9. Organiczne związki siarki i fosforu Pochodne siarki: TIOLE -odpowiedniki alkoholi w których atom tlenu grupy hydroksylowej został zastąpiony atomem siarki -grupa tiolowa -SH -maja niższe temp. Wrzenia i gorzej rozpuszczalne w wodzie od alkoholi -bezbarwne ciecze o zapachu czosnku (mocny) -wiążą się z białkami skóry - tworzy się zapach skunksa -dodawane do gazu ziemnego (by go wydobyć) -maja właściwości kwasowe -tworzą sole z zasadami i metalami -przykłady CH3SH -metanotiol C2H5SH etanotiol -cysteina i koenzym A to tiole TIOLETERY (siarkowe analogie eterów) powstawanie R-SNa+J-R R-S-R + NaJ merkaptyd sodu -nierozpuszczalne w wodzie ciecze o ostrym, nieprzyjemnym zapachu -bardziej aktywne chemicznie od eterów -iperyt - pochodna chlorowa siarczku etylowego 94	KWASY SULFONOWE -wzór ogólny HSO3-R - -HSO3- grupa sulfonowa -bezbarwne substancje krystaliczne, higroskopijne, rozpuszczalne w wodzie -mocne kwasy, stosowane do produkcji lęków, detergentów -przykłady C6H5-SC3H - kwas benzosulfonowy -z NaOH lub KOH dają fenole SULFONAMIDY -amidy kwasu sulfanilowego - -SO2NH2- grupa sulfonamidowa -bakteriostatyczne -stosowane do wyrobu leków -antywitaminy kwasu foliowego -przykłady: sulfaguanidyna,, siafacetamiol Związki fosforu: KWASY NUKLEINOWE -związki wielkocząsteczkowe występujące w komórkach -odgrywają dużą rolę w dziedziczeniu i syntezie białek -rozpuszczalne w alkaliach (charakter kwasowy) Rodzaje: -kwas dezoksyrybonukleinowy złożony: cukru (dezoksyryboza), zasad azotowych ( golenina, cytozyna, guanina, tymina) reszty kwasu fosforowego -kwas rybonukleinowy złożony z: cukru (ryboza, zasad azoowych (adenina, cytozyna, guanina i uracyl) reszty kwasu fosforowego -DNA występuje w chromosomach, chloroplastach i mitochondriach RNA - jest w cytoplazmie, rybosomach, jąderku -szkieletem i zast. Kwasu jest łańcuch polinukleotydowy (złożony z nukleotydów) 95	FOSFOLIPIDY: -lipidy złozone z glicedu, kwasu tłuszczowego i kwasu fosforowego związanego z zasadą azotową -np. choliną (cecytyny) -składnik budowy błony komórkowej -fosforylacja lipidów do fosforylowanego i dehydrogenacji (moles spalania tłuszczów) -występowanie w tkance nerwowej, wątrobie i krwi -wzór G - grupa glicerylowa R - grupa aminoalkoholu POPs (trwałe organiczne zanieczyszczenia) - lista Sztokholmska 9 pestycydów: aldrin, chlordane, DDT, dieldrin, endrin, heptachlor, HCB (heksachlorobenzen), mirex, toksafen 2 subst przemysłowe: HCB (pestycyd), PCBs (polichlorowane bifenyle) - ,,rodzina” 2 rodziny ,,zw nieporządanych” PCCD/Fs: PCDDs - polichlorowane dibenzo-p-dioksany, PCDFs - polichlorowane dibenzofurany. 96
Kongenery - coś w rodzaju izomerów (możliwe chlorowcopochodne), stosowane w transformatorach i stacjach przekaźnikowych - wycofywane. 210 kongenerów PCDD/Fs - wszystkie znaleziono w środowisku. Nigdy nie produkowane komercyjnie - brak zastosowania Niebiodegradowalne - kumulowane w łańcuchu troficznym Zbliżone wł fizyko-chem Powstają jako niepożądane produkty uboczne: W reakcjach termicznych (spalanie węgla, paliw) -,,- chemicznych (bielenie papieru, prod pestycyd) -,,- fotochemicznych -,,- enzymatycznych (kompostowanie) Każdy kontener o min 4 at chloru w pozycjach 2,3,7,8 - przyporządkowany wsp toksyczności TE 17 kongenerów - uznanych za najbardziej niebezpieczne oznaczanych w probówkach podawane sumarycznie jako WHO-TEQ do 1998 - jako 1 TEQ Spalanie odpadów: komunalnych, medycznych, niebezpiecznych hutnictwo Fe, stali, metali nieżelaznych paleniska domowe, wypalanie traw, krematoria inne źródła termiczne, pożary naturalne, samochody zw chloroorg, pestycydy, PCP, barwniki prod papieru i przerób celulozy. 97	ZJAWISKA NA GRANICY FAZ Napięcie powierzchniowe - cząsteczki oddziaływają we wszystkich kierunkach (tworzą się krople cieczy) Siła styczna do pow cieczy V/m - praca potrzebna do zwiększenia powierzchni cieczy o jednostkę J/m^2 Napięcie powierzchniowe roztworów Roztwory ciecz - ciecz Jeśli napięcia powierzchniowe obu czystych ciecz różnią się znacznie to dodanie niewielkiej ilości cieczy o niższym napięciu zmniejsza znacznie napięcie pow roztworu. Subst już w niewielkim stężeniu powoduje obniżenie napięcia pow roztworów - subst pow czynne SURFAKTANTY Woda jako rozpuszczalnik - duże napięcie pow Powierzchniowo czynne: alkohole estry kw tłuszczowe etery 98	Reguła Traube'go Dla homologów org: Powierzchniowa czynność wzrasta regularnie - każda gr -CH2 zwiększa 3,2 razy ,,czynność powierzchniową” Obniżenie napięcia - obniżenie parowania ze zbiorników (gromadzeni subst na powierzchni - wzrost zanieczyszczenia; giną ryby CO2 gorzej się rozpuszcza) Zjawiska powierzchniowe (międzyfazowe): Ogólna en wew danej fazy (ukł) składa się z: en związanej z jednostką masy fazy, u^m -,,- -,,- powierzchni fazy u^s całkowita en: U = u^m * m + u^s* A m - masa fazy A - pow fazy Mało rozwinięta pow en powierzchniową możemy zaniedbać Pow duża, rozwinięta en powierzchniowa (międzycząsteczkowa), znaczna rola w ukł Niezrównoważone siły ze strony granicznych faz - siły powierzchniowe Skutek - na pow granicznej zmiana liczby cząsteczek ( atomów) w porównaniu z odpowiednią objętością sąsiadujących faz - zjawisko adsorpcji. Sorpcje: adsorpcja fizyczna - siły van der Waalas, wiązania wodorowe, adsorpcja chemiczna(chemisorpcja) - wiązania chem 99
absorpcja - przenikanie subst z jednej fazy do drugiej w wyniku dyfuzji (zjawisko objętościowe) rodzaje adsorpcji ciecz - gaz ciało stałe - gaz -,,- - ciecz ciecz - ciecz subst zaadsorbowana - adsorbat subst, która adsorbuje - adsorbent 100	Teoria Langmuira Adsorpcja zlokalizowana, pow niejednorodna, jedna warstwa powierzchniowa, izoterma adsorpcji Teoria adsorpcji BET - adsorbcja zlokalizowana, pow jednorodna, adsorbcja wielowarstwowa, brak oddziaływania pomiędzy czast w warstwie Adsorbenty: węgiel aktywny uzyskiwany z materiałó organicznych żel krzemionkowy aktywowany tlenek glinu mają rozwiniętą powierzchnię (bardzo porowatą) Adsorpcja z roztworów składniki roztworów rugują się wzajemnie z warstwy powierzchniowej 101	Adsorpcja jonowymienna - wymiana jonowa istnieją naturalne subst - glinokrzemiany z gr zeolitów, niektóre gleby, które mają zdolność wymiany jonów z roztworem, w którym się znajdują, Jony roztworu są zatrzymywane a do roztworu przechodzą z materiałów inne jony tego samego znaku - wymiana równoważna. Subst stałe nierozpuszczalne w wodzie o zdolnościach jonowymiennych JONITY (wymieniacze jonowe) ANIONITY wymieniają aniony KATIONITY wymieniają kationy Reakcje wymiany jonowej: Kationie: R-M1 +M2X RM2 + M1X R-Na + HCl R-H + NaCl Anionit: RH-X2 + MX1 RH-X1 + MX2 RH-Cl + NaNO3 RH-NO3 + NaCl Szereg kationów: Na < NH4< K < Sc < Mg < Ca < Co < Al. < Fe Anionów: OH > SO4 > CrO4 > NO3 > PO4 > Br > Cl Dla małej mocy jonowej ( dla dużej odwrotnie) 102
EKSTRAKCJA ( przy oznaczaniu subst w środow) Zjawisko przechodzenia subst rozpuszcz w jednym rozpuszczalniku do drugiego rozpuszczalnika nie mieszającego się z tym pierwszym. Aby zaszło konieczne wymieszanie cząsteczkowe Proces powierzchniowy - zachodzi tam gdzie zetknie się roztwór z rozpuszczalnikiem Praktycznie - subst bardziej rozpuszczaną w rozp org usunąć możemy z wody np. pażenie kawy mielonej. Prawo podziału Nernst'a K = cA / cB Stosunek stężeń subst rozpuszczonych w dwu nie mieszających się rozpuszczalnikach jest wielkością stałą w stałej temp. K - Współczynnik podziału Nernst'a Flotacja Metoda rozdziału składników w oparciu o różnicę zwilżalności Na granicy faz tworzy się napięcie powierzchniowe i elektr. Rekultywacja gleb lub osadów dennych Wzbogacenie rud metali siarki 103	ORGANICZNE ZWIĄZKI AZOTU AMINY- organiczne pochodne amoniaku Wzór: - NH2- grupa aminowa Klasyfikacja: - pierwszo (1°), drugo (2°) i trzeciorzędowe - alifatyczne - aromatyczne 104	Właściwości fizyczne: - związki polarne - wysokie temp wrzenia - aminy aromatyczne są bezbarwne, toksyczne Otrzymywanie: - reakcje halogenków z amoniakiem - redukcja nitryki - redukcja aldehydów i ketonów w obecności NH3 - redukcja związków nitrowych 105

Właściwości fizyczne: - charakter zasadowy - tworzenie soli w reakcjach z kwasami np. - alkilowanie - reakcje z HNO2 aminy 3° na zimno nie dają tej reakcji Zastosowanie: - aminy alifatyczne: do produkcji leków i tworzyw sztucznych - aromatyczne- synteza barwników Inne związki zawierające azot to Estery! 106	ZWIĄZKI POSIADAJĄCE KILKA GRUP FUNKCYJNYCH AMINOKWASY mają dwie grupy funkcyjne -COOH i NH2 Wzór: Klasyfikacja ze względu na polarność grup: - aminokwasy niepolarne (hydrofobowe): są trudno rozpuszczalne w H2O•rodnik alifatyczny, mają: alarina, leucyna, izoleucyna, walina, prolina; rodnik aromatyczny ma: fenyloalanina i tryptofan, siarkę zawierają metionina - aminokwasy polarne (bez ładunku) w rodnikach mają grupy hydroksylowe: seryna, treonina, tyrozyna; grupy amidowe: asparagina, glutamina; grupy tikowe: cysteina; grupy wodoru: glicyny, są lepiej rozpuszczalne w H2O - aminokwasy polarne z ładunkiem dodatnim: lizyna (ma dodatkową grupę aminową), arginina, histydyna - aminokwasy polarne z ładunkiem ujemnym- aminokwasy dikarboksylowe: kwas asparaginowy i kwas glutaminowy 107 107	Podział ze względu na ilość grup funkcyjnych: - obojętne: mają tyle samo grup karboksylowych i aminowych, mają charakter amfoteryczny, w roztworach wodnych występują jako jony obojnacze. 108
kwasowe: mają drugą grupę karboksylową lub grupę amidową 109	- zasadowe: mają dodatkową grupę: aminową (lizyna) lub guanidynowa (arginina) lub pierścień imidazolowy (histydyna) 110	Podział ze względu na występowanie: - powszechnie występujące w białkach- ponad 20; 11 to aminokwasy egzogenne (podstawowe); arginina, histydyna, izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina, fenyloalanina, tronina, tyroksyna, tryptofan, wolina. Pozostałe to aminokwasy endogenne (syntetyzowane w organizmie) - występują tylko w hydrolizatach niektórych wyspecjalizowanych typów białek, np. w Kolagenie- hydroksyprolina i hydroksylizyna, w elastynie- desmozyna i izodesmozyna. Przykłady aminokwasów rzadko występują w białkach - niebiałkowe: ponad 150 występują w stanie wolnym lub związanym. Dużo ich mają grzyby i rośliny wyższe (ich rola nie jest dokońca poznana) 111
Podział ze względu na położenie grupy aminowej: - α-aminokwasy: grupa aminowa i karboksylowa, połączone są z tym samym atomem węgla są to aminokwasy występujące w białkach, każdy zawiera co najmniej jedno centrum chiralności (oprócz glicyny), wykazują czynność optyczną. - β-aminokwasy: grupa aminowa i karboksylowa, położone są przy sąsiednich atomach węgla - γ-aminokwasy: grupa aminowa i karboksylowa, oddzielają dwa atomy węgla 112	Otrzymywanie NH3 - działanie amoniaku na α-halogenokwasy - z aldehydów i ketonów, po wcześniejszym przeprowadzeniu ich w cyjanohydryny lub hydroliza: 113	Właściwości fizyczne - nielotne, krystaliczne ciała stałe - topią się z rozkładem w wysokiej temp - nierozpuszczalne w niepolarnych rozpuszczalnikach (np. eter naftowy benzen) - nieźle rozpuszczalne w H2O Właściwości chemiczne - mają właściwości amfoteryczne - tworzą substancje o charakterze soli - reakcja z ninhydryną: do oznaczania małych ilości aminokwasów. Tworzy się produkt o barwie niebieskiej (oprócz proliny i hydroksy) 114
Wiązanie wiązań peptydowych Reakcja grup aminowych z karboksylowymi prowadzi do powstania peptydów, powstaje wiązanie peptydowe -NHCO-. W zależności od ilości połączonych aminokwasów powstają di, tri, tetra,…, polipeptydy (w reakcji kondensacji) 115	BIAŁKA - stanowią znaczną część organizmu zwierzęcego, utrzymują kego kształt i zapewniają funkcjonowanie. - główny materiał budulcowy - wielkocząsteczkowe polimery α-aminokwasów połączony wiązaniem peptydowym (-CONH-) są polikondensatorami ponad 20 aminokwasów - kolejność w jakiej połączone są aminokwasy w łańcuchy stanowi o pierwszorzędowej strukturze białka - struktura drugorzędowa określa sposób w jaki te łańcuchy są ułożone w przestrzeni (spirale, arkusze, kule- tworzone są za pomocą wiązania wodorowych) struktura trzeciorzędowa odnosi się do białek globularnych (mają kształt kuli lub elipsoidy obrotowej)- obejmuje dodatkowe zwinięcie łańcucha polipeptydowego w ściśle określony sposób (wiązania jonowe, mostki disiarczkowe) - struktura czwartorzędowa: połączone łańcuchy polipeptydowe w większe agregaty - białka febrylarne (niciowate, mają postać długich nici) są nierozpuszczalne w H2O - białka globularne rozpuszczają się w H2O i wodnych roztworach kwasów, zasad i soli (są one pofałdowane tak, że fragmenty hydrofobowe zwrócone są do wnętrza cząsteczki, a hydrofilowe (o ładunku elektrycznym) ustawiają się na powierzchni białka- większy kontakt z cząsteczką H2O - białka fibrylarne są głównym materiałem budulcowym tkanek zwierzęcych (skłonności do tworzenia włókien) np. budują kreatynę, kolagen, miozynę - białka globularne: budują enzymy i hormony, np. insulina, ATCH, przeciwciała takie jak albumina, hemoglobina 116	Podział ze względu na właściwości fizyczne: albuminy: rozp w H2O - globuliny: nierozp w H2O, rozp w roztw soli - prolaminy: nierozp w H2O, rozp w 80% alkoholu - gluteiny: rozp w rozcieńczonych zasadach Podział ze względu na charakter chemiczny: - zasadowe: protaminy i histony - obojętne: albuminy i globuliny -obojętne lub lekko kwasowe: prolaminy i gluteiny Podział białek: - proste (proteiny): złożone z aminokwasów: protaminy, histony, albuminy, globuliny, gluteiny, prolaminy, skleroproteiny. - złożone (proteidy): obok aminokwasów zawierają grupy prostetyczne np. - fosfoproteidy: białka proste połączone z H3PO4 (kazeina) - chromoproteidy: mają substancję barwną (hemoglobina chloroplasty, leukoplasty) - metaloproteidy: mają metale, np. Fe, Cu, Zn, Co, Mn, - glikoproteiny: mają pochodne węglowodanowe - nukleoproteidy: mają kwasy nukleinowe - lipoproteidy: mają lipidy Denaturacja- koagulacja roztworów białek (koloidów) - odwracalna: usunięcie czynnika koagulacyjnego (rozpuszczenie osadu) - nieodwracalna: niższa aktywność fizjologiczna białek poprzez zmiany w strukturze II, III, IV rzędowej przez ogrzewanie, działanie mocną zasadą lub kwasem 117
Wysalanie- wytrącenie białek z roztworów wodnych przez działanie solami (usunięcie otoczki hydratacyjnej cząsteczki białka powstaje osad) W łańcuchu peptydowym mogą występować kwasowe i zasadowe łańcuchy boczne dlatego wzdłuż łańcucha są rozmieszczone grupy naładowane dodatnio lub ujemnie. Punkt izoelektryczny- wartość pH, przy którym osiągany jest stan równowagi jonowej (liczba dodatnich i ujemnych ładunków jest równa). Jest różny dla różnych białek Elektroforeza- metoda rozdziału i analizy białek. Białka mają zdolność do przemieszczania się ich cząsteczek w polu elektrycznym (niektóre zdążają do anody a inne do katody, w zależności od wielkości ładunku, wielkości i kształtu cząsteczek różne białka przesuwają się z różną prędkością Hydroliza białek- pod wpływem kwasów, zasad lub enzymów, w pierwszym etapie powstają peptydy, a następnie aminokwasy Reakcja ksantoproteinowa- białka z aminokwasami z pierścieniem aromatycznym ulegają reakcji nitrowania, dając żółtozabarwione nitropochodne 118	HYDROKSYKWASY - mają grupy karboksylowe i hydroksylowe (1 lub po kilka) - przykłady: 119	HYDROKSYKWASY JEDNOKARBOKSYLOWE Kwas mlekowy Prawo skrętny kwas mlekowy tworzy się w mięśniach (zakwasy) podczas pracy fizycznej, lewoskrętny jest produktem fermentacji niektórych cukrów Synteza kwasu mlekowego- chlorowanie kwasu propanowego i zastąpienie atomem chloru grupą -OH 120

Zastosowanie kwasu mlekowego: - konserwacja przetworów warzywnych - produkcja wyrobów cukierniczych - grabarstwo - farbiarstwo Kwas salicylowy Właściwości chemiczne. - odczyn kwasowy - daje fioletowe zabarwienie z FeCl3 (obecność gr. fenolowej) - działanie bakteriobójcze (70% roztworów w etanolu to spirytus salicylowy) - estryfikacja zachodzi z alkoholami i kwasami 121	Polimeryzacja Estryfikacja w obrębie tej samej cząsteczki HYDROKSYKWASY WIELOKARBOKSYLOWE są składnikami owoców i są wykorzystywane w przemyśle spożywczym Kwas winowy - ma 2 chiralne atomy węgla - jeśli konfiguracje obu atomów są identyczne to wtedy jest to enanyomer czynnego optycznie kwasu, jeśli są przeciwne, to cząsteczka jest achiralna, wtedy jest to kwas mezo-winowy - enanyomery i forma mezo są względem siebie diastereoizomerami 122	AMIDY KWASOWE - pochodne kwasów karboksylowych, w których grupa -OH w grupie karboksylowej (-COOH) zostały zastąpione grupą aminową -NH2 - wzór - przykłady: 123
Otrzymywanie NH3 - działanie amoniaku na halogenki kwasowe - działanie amoniaku na bezwodniki kwasowe - ogrzewanie soli amonowych - reakcje kwasów karboksylowych z aminami Właściwości chemiczne - hydroliza: podczas ogrzewania w wodnych roztworach kwasów i zasad - degradacja amidów Hofmana (synteza amin) 124	MOCZNIK Końcowy produkt azotowy metabolizmu białek Otrzymywanie z CO2 i NH3 Właściwości fizyczne - bezbarwne kryształy - bez zapachu - nierozpuszczalny w wodzie i alkoholu 125	Właściwości chemiczne - właściwości słabo zasadowe - tworzy sole z mocnymi kwasami - z HNO2 daje CO2 i N2 - hydroliza kwasowa, zasadowa lub w obecności enzymu ureazy - ulega kondensacji w wysokiej temp - z aminokwasem tworzy guanidynę (wchodzi w skład argininy) - ważnym amidem jest penicylina (ma 2 grupy amidowe: II-rzędowe i III-rzędowe) 126
CUKRY - Subst. naturalne typu półalkoholi; mają wiele wspólnychwłaściwości, ale niektóre zawierają inne gr. funkcyjne. - Są dla człowieka podstawowym materiałem energetycznym. Podział cukrów: Monosacharydy - Triody, np. aldehyd glicerynowy, dihydroksyaceton, - Tetrozy, np. erytroza, treoza, - Pentozy, np.ryboza, deoksyryboza, arabinoza, - Heksozy, np. glukoza, fruktoza. Monosacharydy mogą należeć do rzędu: - Aldoz - posiadają gr aldehydową -CHO, np. ryboza, glukoza, galaktoza, - Ketoz - posiadają gr ketonową -CO, np. rybuloza, fruktoza. Oligosacharydy - powstają z połączenia kilku cząsteczek cukrów prostych (2-5) wiązaniem o-glikozydowym; najprostsze to disacharydy, np. sacharoza, maltoza, laktoza. Polisacharydy (wielocukry) - są zbudowane z kilkudziesięciu do kilkuset cząsteczek cukrów prostych połączonych wiązaniami o-glikozydowymi w długie łańcuchy (mają czasem boczne odgałęzienia; przykłady: skrobia, glikogen, celuloza. 127	MONOSACHARYDY - Aldozy lub ketozy - W nazwie końcówka -oza - Najprostsza aldoza to aldehyd glicerynowy, wyst. w formie 2 enancjomerów: aldehyd D(+) glicerynowy aldehyd L(-) glicerynowy - Prawoskrętny (+) jest izomer aldehydu D-glicerynowego - Aldehyd glicerynowy to wzór konfiguracji względnej stereoizomerów (izomery przestrzenne mają odmienne rozmieszczenie atomów w przestrzeni, przy zachowanej konstrukcji (kolejności)) - Indeksy - D lub L w sacharydach określają położenie grupy -OH przy ostatnim chiralnym atomie węgla (D-oznacza, że -OH jest po prawej stronie) 128	Trioza Dihydroksyaceton aldehyd D(+) glicerynowy Tetrozy 129
Pentozy - D-ryboza wchodzi w skład RNA, ATP, koenzym A, wit.B12 - D-ksyloza składnik roślinnego polisacharydu - ksylenu. D(-)ryboza D(-)arabinoza 130	Heksozy 131	132
Wzory pierścieniowe Fishera i Hawortha - Pentozy i heksozy mogą występować w desmotropowych formach pierścieniowych Forma aldehydowa (pH<7)forma heterocykliczna Forma aldehydowa (pH>7) forma heterocykliczna - Połączenia pierścieniowe powstają podczas wewnątrzcząsteczkowej cyklizacji - oddziaływania odpowiednich wodzianów, grup karbonylowych karbonylowych II-rzędowych grup alkoholowych. Mutarotacja- zmiana skręcalności wodnych r-rów sacharydów towarzyszące zmianom budowy przestrzennej. Glukoza i fruktoza Właściwości fizyczne - Białe, krystaliczne substancje stałe - Słodki smak - B.dobrz rozpuszczalne w wodzie - Nierozpuszczalne w alkoholu i rozpuszczalnikach organ. - Odczyn wodnego roztworu obojętny 133	Właściwości chemiczne - Reakcja polikondensacji i wytworzenia wiązań glukozydowych - worzenie polisacharydów - Reagują z kwasami tworząc estry (ważne są estry fosforanowe - biorą udział w przemianach cukrów), np.: 134	Reakcje utlenienia do kwasów - Onowych - powstają łatwo podczas utleniania węgla anomerycznego C-1 - Uronowych - utlenianie I-rzędowego ugrupowania hydroksylowego ( C-5 C-6), tworzą się podczas przemian metabolicznych di- lub polisacharydów - Aronowych - równoczesne utlenianie C-1 i C-6 135

Fruktoza utlenianiu ulega dopiero pod działaniem silnych utleniaczy, np. KMnO4 136	Redukują się do odpowiednich alkoholi (przy udziale silnych reduktorów, np. amalgamatu sodu) 137	Z hydroksylaminą tworzą oksymy Aldo- i ketoheksozy reagują z fenylohydrazyną tworząc fenylodrazony i fenyloosazony 138
Reakcja z wodą bromową - utlenia tylko aldozy (służy do odróżniania ich od ketoz) 139	Próba Tollensa - grupa aldehydowa (-CHO) utlenia się do grupy karboksylowej (-COOH) Ag2O + C6H12O6 2 Ag + C6H12O7 Próba Trommera - Właściwości chemiczne glukozy wynikają z obecności w cząsteczce grupy aldehydowej i grup hydroksylowych. Z Cu(OH)2 w środowisku zasadowym tworzą szafirowy kompleks. Jest to reakcja charakterystyczna dla alkoholi polihydroksylowych. Również z Cu(OH)2 na gorąco wytrącają ceglasty osad tlenku miedzi(I) Cu2O 2Cu(OH)2 + C6H12O6 Cu2O + 2H2O + C6H12O7 140	OLIGOSACHARYDY Do najważniejszych należą disacharydy: sacharoza, maltoza, laktoza, celobioza. sacharoza (glukoza+fruktoza) maltoza (2 glukozy) Wł chemiczne: - Hydroliza: sacharoza, łatwo hydrolizuje pod działaniem inwertozy lub rozcieńczonych kwasów C12H22O11 + H2O ---> C6H12O6(glukoza) + C6H12O6(fruktoza) - Właściwości redukujące mają: maltoza, laktoza, celobioza, grupa-OH drugiego monosacharydu biorąca udział w wiązaniu nie jest jego grupą glikozydową - Sacharoza nie ma właściwości redukujących bo grupa -OH drugiego monosacharydu biorąca udział w wiązaniu jest jego grupą glikozydową (glukoza nie ulega próbie Tollensa i Trommera) 141
POLISACHARYDY Skrobia - Ma budowę linearną - Mieszanina amylazy i amylopektyny w różnych stosunkach (zależy od pochodzenia skrobii) - Występuje w nasionach (zboże) i bulwach (ziemniak) Glikogen - Polisacharyd przypominający amylopektynę ale jest bardziej rozgałęziony. - Występują wiązania (1,4)-glikozydowe, a w miejscach rozgałęzień (1,6)-,,- - Substancja zapasowa wątroby , mięśni - Rozpuszczalny w wodzie Celuloza (C6H10O5)n - Występuje w bawełnie, lnie, drewnie, włóknach roślin - Zbudowana z reszt B(beta)-D-glukozy połączonych wiązaniami B(beta)-1,4-glikozydowymi - Ma budowę spiralną - Odporna hydrolitycznie Właściwości chemiczne polisacharydów - Właściwości redukujące ( mają na końcu łańcucha redukującą resztę monosacharydową) - Reakcje z jodem - tworzą barwne kompleksy dyspersyjne - Dekstrynizacja skrobii - skrobia ogrzewana do 120 - 170^0C uwalnia wodę konstytucyjną i ulega przemianom termicznym - Hydroliza: skrobia ulega hydrolizie pod wpływem amylaz (enzymy) i odpowiedniego stężenia jonów H^+ 142	TŁUSZCZE (LIPIDY) - Estry gliceryny i wyższych kwasów tłuszczowych - Wzór ogólny podział tłuszczy - Ze względu na pochodzenie: zwierzęce, roślinne - Podz II: stałe, ciekłe - Podz III: *nasycone (stałe, zwierzęce), *nienasycone (roślinne, ciekłe) Podział ze względu na budowę chemiczną: Lipidy właściwe - estry kw tłuszczowych gliceryny Woski - estry wyższych kw tłuszczowych i alkoholi innych niż gliceryna (zabezpieczają liście i owoce przed nadmiernym parowaniem, bakteriami i grzybami) Lipidy złożone - oprócz kw i alkoholu mają jeszcze inne składniki: Fosfolipidy - dodatkowo kw fosforowy związany z zasadą azotową Glikolipidy - dod składnik cukrowy (galaktoza lub laktoza) Sfingozyny - lipidowe: pochodne sfingozyny 143	Właściwości fizyczne - Ciała stałe (wiązania pojedyncze), półstałe lub ciecze (wiązania podwójne lub potrójne) - Bez zapachu i smaku - Bezbarwne - Palne - Nierozpuszczalne w wodzie - Słabo rozpuszczalne w alkoholu i rozpuszczalnikach org. - Lżejsze od wody Właściwości chemiczne - Hydroliza pod wpływem wody 144
- Hydroliza alkaliczna (zmydlanie) Tristearynian gliceryny gliceryna stearynian sodu Utwardzanie tłuszczów (uwodornienie) trioleninian gliceryny (stan ciekły) tristearynian 145	Jełczenie - podczas przechowywania tłuszcze ulegają częściowemu utlenieniu i hydrolizie pod wpływem światła, tlenu z powietrza, wilgoci i bakterii uzyskując nieprzyjemny zapach i smak. Jest to powodowane powstawaniem mieszaniny aldehydów aldehydów i ketonów. Chemiczne wskaźniki właściwości tłuszczów: Liczba kwasowa - ilość mg KOH potrzebna do zobojętnienia wolnych kw tłuszczowych zawartych w 1g tłuszczu (miara świeżości tłuszczu) Liczba zmydlania - ilość mg KOH potrzebna do całkowitego zobojętnienia wszystkich kw tłuszczowych wolnych i związanych estrowo zawartych w 1g tłuszczu Liczba jodowa - ilość g jodu przyłączonego do 100g tłuszczu - wyraża ilościowo zawartość nienasyconych związków w tłuszczu. Kw tłuszczowe nasycone: C15H31COOH-palmitynowy, C17H35COOH-stearynowy Nienasycone: C17H33COOH-oleinowy, C17H31COOH-linolowy, 146	Woski - Estry kw tłuszczowych (o parzystej liczbie atomów węgla) i alkoholi alifatycznych alifatycznych z grupy steroli, np.: alkohol cetylowy C16H33OH, cerylowy C26H53OH, mircylowy C30H61OH - Cząsteczki zawierają 16-30, a nawet więcej atomów C - Ważny jest palmitynian mircylu (składnik wosku pszczelego); stosowany przy produkcji świec, past, atramentu. Lanolina- wosk zbierany z owczej wełny, stosowany do produkcji maści leczniczych i kremów kosmetycznych. Olbrot występuje w czaszce wieloryba, zawiera głównie palmitynian cetylu, do produkcji leków i kosmetyków. Wosk chiński - pokrywa powierzchnię różnych owoców, np. śliwek, zawiera gł cerotynian cerylu, chroni owoce i liście przed nadmiernym parowaniem. 147
KWASY FULWIOWE I HUMINOWE Są to substancje humusowe - różne związki wielkocząsteczkowe, należące do subst organicznych, które powstają w wodzie w wyniku humifikacji, czyli oddziaływania czynników chemicznych, fizycznych (odczyn wody, tlen, temp) i fermentacyjnych (bakterie, grzyby) na martwe, trudno rozkładające się szczątki roślinne (lignina, celuloza). Humifikacja trwa dłużej niż mineralizacja. Do subst humusowych należą: - Kw fluwonowe - są rozpuszczalne w wodzie, ich wodne roztwory mają odczyn kwaśny. - Kw huminowe - nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalne w słabych roztworach alkalicznych (NaOH, KOH) tworząc z nimi ciemnobrudny roztwór humianów - Huminy i ulminy - nierozpuszczalne w prawie wszystkich odczynnikach chemicznych Dużo zw humusowych jest w torfie, węglu brunatnym, ligninie, korze, drewnie, korzeniach i owocach. Zawarte w wodzie w stężeniach normalnych nie są szkodliwe dla ludzi i zwierząt. Kw humusowe łatwo łączą się ze związkami: Fe, P, Co, Mn, Cu, które w tej postaci są łatwo przyswajalne przez rośliny (rośliny lepiej się ukorzeniają tworząc mocną łodygę, a liście są bardzo zielone). 148

Szybkość reakcji zależy od: *stężenia *temp *ciśnienia (gaz) - im większe tym V większe *stanu i wielkości powierzchni granicznych (faza stała) *katalizatorów *światła promieniowania

n_S - ilość substancji rozpuszczonej

n_r - ilość rozpuszczalnika

---