Stan termodynamiczny, stan wkładu termodynamicznego, który opisuje tzw. równanie stanu wiążące parametry makroskopowe tego układu (np. ciśnienie, objętość, liczbę cząstek) z temperaturą.
Korozja chemiczna jest to korozja spowodowana działaniem substancji chemicznych w obecności wilgoci, pod warunkiem, że reakcjom chemicznym nie towarzyszy przepływ prądu, np. reakcja metalu z gazem. Korozji chemicznej nie towarzyszy przepływ prądu elektrycznego. Występuje ona przy działaniu na metal suchych gazów oraz płynnych nieelektrolitów.
Korozja elektrochemiczna zachodzi przy działaniu na metale przewodników elektryczności, np. roztworów zawierających jony (rdzewienie żelaza, rozpuszczanie metali w kwasach, korozja miedzi w roztworze amoniaku) lub płynnych elektrolitów (korozja metali w stopionej soli kuchennej).
Szybkość reakcji chemicznej wyraża szybkość przybywania lub ubywania składnika w wyniku przebiegu reakcji chemicznej.
•rodzaj i stężenie reagujących substancji lub ciśnienie gazów (jeżeli reakcja przebiega w fazie gazowej)
•temperatura •obecność katalizatorów
•wpływ promieniowania
Gaz doskonały, gaz spełniający równanie stanu Clapeyrona (Clapeyrona równanie). Gaz doskonały jest modelem, skonstruowanym przy następujących założeniach:
1) brak oddziaływań między cząsteczkami gazu,
2) znikoma objętość cząsteczek (cząsteczki gazu rozważane są jako punkty materialne posiadające jednakową masę),
3) cząsteczki gazu poruszają się prostoliniowo, zmieniając kierunek wskutek przypadkowych zderzeń,
4) zderzenia cząsteczek gazu są doskonale sprężyste,
5) średnia energia kinetyczna cząsteczek jest wprost proporcjonalna do temperatury bezwzględnej.
równanie gazu doskonałego określające związek między jego temperaturą, ciśnieniem i objętością: PV = nRT,
gdzie P- ciśnienie, V - objętość, n - liczba moli gazu, T - temperatura, R - stała gazowa (R = Nk, N - liczba Avogadro, k - stała Boltzmanna).
Alotropia - występowanie pierwiastka chemicznego w tym samym stanie skupienia, w dwu lub więcej odmianach, mających różne własności fiz. i chem.; odmiany alotropowe różnią się: ilością atomów w cząstce pierwiastka, np. tlen O2 i ozon O3 lub budową krystaliczną (grafit i diament); odmiany alotropowe są trwałe w danych warunkach temp. i ciśnienia; tworzą je również m.in. siarka, fosfor, selen.
polimorfizm - (różnopostaciowość) – występowanie minerałów - także pierwiastków (alotropia) i związków chem. - o tym samym składzie chem. w kilku odmianach, różniących się strukturą, postaciami krystalograficznymi, własnościami fiz. i niektórymi chem.; p. wykazują, np. węgiel (odmiany - grafit i diament), węglan wapnia (aragonit, kalcyti veteryt).
sole podwójne - to sole, które mogą zawierać dwa rodzaje kationów, np. MgAl2(SO4)4, lub dwa rodzaje anionów, np. Pb2Cl2CO3.
Sole proste to sole zawierające jeden rodzaj kationów i jeden rodzaj anionów, np. MgCO3, Na2S, Na2SiO4.
Sole tlenowe- pochodne od kwasów tlenowych, na przykład:
-siarczany (VI) Na2SO4, MgSO4
-azotany (V) AgNO3, KNO3
Sole beztlenowe- pochodne od kwasów beztlenowych, na przykład: -chlorki AgCl, NaCl, -siarczki Na2S, CaS
Sole wielokrotne to sole, które zawierają trzy i więcej kationów lub anionów. Są to na ogół minerały, np. CaNaCu5Cl(AsO4)4.
soli obojętnych - to sole, które składają się z kationów metali i anionów reszt kwasowych, np. NaCl, CuSO4, AgNO3.
sole uwodnione (hydraty). Sole te w stanie stałym mają wbudowane w sieć krystaliczną cząsteczki wody (woda hydratacyjna), np. CuSO4 × 5H2O, CaSO4× 2H2O (gips)
Orbital – synonim funkcji falowej opisujący stan energetyczny elektronu w atomie lub cząsteczce. Określa prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w przestrzeni , a tym samym rozkład chmury ładunków.
Orbital – powierzchnia opisana funkcją falową, będącą rozwiązaniem równania Schrödingera dla szczególnego przypadku układu jednego elektronu znajdującego się na jednej z powłok atomowych lub tworzących wiązanie chemiczne.
Orbitale dzielimy na:
•orbitale atomowe – orbitale te opisują wszystkie elektrony, które w danym momencie nie uczestniczą w tworzeniu wiązań chemicznych ale są przypisane do określonych jąder atomowych.
•orbitale molekularne – orbitale te opisują elektrony w cząsteczce, które w danym momencie mogą (ale nie muszą) tworzyć wiązania chemiczne. Orbitale molekularne dzielą się z kolei na:
o. orbitale wiążące – w których elektrony posiadają niższą energię niż gdyby przebywały na swoich orbitalach atomowych i nie uczestniczyły w tworzeniu wiązania
o. orbitale antywiążące – w których elektrony posiadają wyższą energię niż gdyby przebywały na swoich orbitalach atomowych.
o. orbitale niewiążące – w których elektrony posiadają taką samą energię jak gdyby przebywały na swoich orbitalach atomowych.
Warunki powstania orbitali molekularnch
- orbitalne atomowe wchodzące w kombinację liniową muszą mieć porównywalne energie,
- orbitalne atomowe muszą polaryzować się,
- orbitalne atomowe muszą mieć taką samą symetrię w stosunku do osi łączącej obydwa jądra.
Energia aktywacji- bariera energetyczna, którą muszą pokonać reagujące cząsteczki na drodze reakcji; wysokość bariery energii będącej różnicą pomiędzy energią kompleksu aktywnego a energią substratów
Energia jonizacji-energia jaka trzeba dostarczyć do atomu, aby usunąć elektron z atomu i utworzyć jon dodatni
Energia wiązania-defekt masy (przeliczony wg równań Einsteina) odniesiony do 1 nukleonu nosi nazwę energii wiązania
Destylacja - to rozdzielenie ciekłej mieszaniny związków chemicznych przez odparowanie, a następnie skroplenie jej składników. Stosuje się ją w celu wyizolowania lub oczyszczania jednego lub więcej związków składowych.
Katalizator - substancja, która przyśpiesza przebieg reakcji chemicznych nie zmieniając swojego składu. Woda jako katalizator służy do reakcji magnezu z jodem. Po zmieszaniu jodu i magnezu nie ma żadnych efektów świadczących o przebiegu reakcji, ale po dodaniu kilku kropel wody obserwujemy gwałtowny jej przebieg.
przykład reakcji samorzutnej - to taka której potencjał jest ujemny np. CaCO3(s)+H+=Ca2++HCO3-
Reakcja odwracalna np. 3Fe+4H2O=Fe3O4 +4H2O
Reguła Hunda - reguła mówiąca, że w atomie, w celu uzyskania najbardziej korzystnego energetycznie zapełnienia orbitali atomowych, powinno być jak najwięcej elektronów niesparowanych. Elektrony ulegają sparowaniu po pojedynczym zapełnieniu wszystkich form przestrzennych danych orbitali danej powłoki elektronowej.
Reguła Hunda mówi, że:
- liczba niesparowanych elektronów w danej podpowłoce powinna być możliwie jak największa,
- pary elektronów tworzą się dopiero po zapełnieniu wszystkich poziomów orbitalnych danej podpowłoki przez elektrony niesparowane,
- elektrony niesparowane w poziomach orbitalnych danej podpowłoki mają jednakową orientację spinu.
Zakaz Pauliego
możliwe są tylko takie stany elektronów w atomie w których żaden elektron nie ma identycznych wszystkich czterech liczb kwantowych.
wiązanie jonowe (inaczej elektrowalencyjne, heteropolarne lub biegunowe) jest to rodzaj wiązania chemicznego. Istotą tego wiązania jest elektrostatyczne oddziaływanie między jonami o różnoimiennych ładunkach. Wiązanie to powstaje najczęściej między metalem a niemetalem. Różnica elektroujemności w skali Paulinga jest większa lub równa 1,7. HCl, NaF, NaCl, CaF2
Wiązanie atomowe (kowalencyjne) to rodzaj wiązania chemicznego. Istotą wiązania kowalencyjnego jest istnienie pary elektronów, które są współdzielone w porównywalnym stopniu przez oba atomy tworzące to wiązanie. – H2, O2, Br2, Sic, As
Wiązanie chemiczne według klasycznej definicji to każde trwałe połączenie dwóch atomów. Wiązania chemiczne powstają na skutek uwspólnienia dwóch lub więcej elektronów pochodzących bądź z jednego, bądź z obu łączących się atomów lub przeskoku jednego lub więcej elektronów z jednego atomu na atom i utworzenia w wyniku tego tzw. pary jonowej.
Wiązanie koordynacyjne- typ wiązań ,w których para elektronów tworząca wiązanie pochodzi tylko od jednego z atomów. H2O + H+ -> H3O+
Wiązanie wodorowe – mostek wodorowy między dwoma elektroujemnymi atomami, polega na "dzieleniu" między dwoma atomami (np. tlenu) jednego atomu wodoru, tak, że atom wodoru jest częściowo połączony z nimi oboma.
Konfiguracja elektronowa (struktura elektronowa) pierwiastka – uproszczony opis atomu polegający na rozmieszczeniu elektronów należących do atomów danego pierwiastka na poszczególnych powłokach, podpowłokach i orbitalach. Każdy elektron znajdujący się w atomie opisywany jest przy pomocy zbioru liczb kwantowych.
Izotopami nazywa się atomy posiadające tę samą liczbę atomową, ale różną liczbę neutronów
Liczba atomowa ( Z ) (liczba porządkowa) określa, ile protonów znajduje się w jądrze danego atomu. Jest także równa liczbie elektronów niezjonizowanego atomu. Pojawia się ona w symbolicznym zapisie jądra izotopu ZAX
Oddziaływania międzycząsteczkowe to inne niż wiązania chemiczne siły wiążące atomy i cząsteczki, polegają na tym, że nie wiążą one atomów na tyle trwale, aby umożliwiało to uznanie powstałych w ten sposób struktur za związki chemiczne w pełnym znaczeniu tego terminu.
-Entalpia H (zawartość ciepła) — w termodynamice i chemii wielkość fizyczna będąca funkcją stanu mająca wymiar energii, będąca też potencjałem termodynamicznym, oznaczana przez H, 'h',I lub χ, którą definiuje zależność widoczna poniżej H=U+p∙V H - entalpia układu, U - energia wewnętrzna układu, p - ciśnienie, V -objętość.
Równanie kinetyczne to zazwyczaj równanie różniczkowe opisujące dokładnie zmiany stężenia molowego substratów w czasie zachodzenia reakcji chemicznej.
Dysocjacja, rozpad cząsteczek związku chemicznego na atomy, jony, prostsze cząsteczki lub wolne rodniki.
1) Dysocjacja jonowa jest rozpadem elektroobojętnych cząsteczek elektrolitu na jony (aniony i kationy).
2) Dysocjacja termiczna następuje pod wpływem odpowiednio wysokiej temperatury, ulegają jej wszystkie związki chemiczne.
Hydroliza soli, rozkład substancji pod wpływem wody. Hydrolizie ulegają sole słabych kwasów i mocnych zasad, sole mocnych kwasów i słabych zasad oraz sole słabych kwasów i słabych zasad. Hydrolizie nie ulegają sole mocnych kwasów i mocnych zasad.
Roztworami właściwymi nazywamy. roztwory, w których składniki znajdują się w postaci drobin o wymiarach poniżej 1 nm
Koloidami nazywamy roztwory, które zawierają drobiny o wymiarach od 1nm do 200 nm.
Zawiesinami nazywamy roztwory, w których drobiny fazy rozpraszanej mają wymiary powyżej 200 nm.
Reakcje odwracalne - reakcje chemiczne, które mogą przebiegać z podobną szybkością i wydajnością zarówno od substratów do produktów jak i odwrotnie.
Izomeria- zjawisko występowania różnych związków, o różnych właściwościach chemicznych i fizycznych a o takim samym składzie pierwiastkowym i masie cząsteczkowej.
Energia aktywacji - żeby mogła zajść reakcja między dwiema cząsteczkami musi się zdarzyć jednocześnie kilka rzeczy:
- dwie cząsteczki muszą się znaleźć w tym samym miejscu
- muszą to być cząsteczki teoretycznie zdolne do reakcji między sobą
- muszą ustawić się względem siebie tak, by możliwe było oddziaływanie odpowiednich grup reaktywnych
- muszą w sumie posiadać zasób energii wystarczający do rozerwania istniejących wiązań, by po przegrupowaniu atomów móc utworzyć nowe. Ta konieczna do reakcji ilość energii nazywa się energią aktywacji, a stan reagujących cząsteczek - już nie dwie cząsteczki substratów, ale też jeszcze nie produkt, nazywa się kompleksem aktywnym
Dysocjacja - rozpad elektrolitu na jony pod wpływem polarnego rozpuszczalnika (dysocjacja elektrolityczna) lub temperatury (dysocjacja termiczna, np. stopionych soli)
Dyfuzja - zjawisko samorzutnego wyrównania stężeń w roztworze lub mieszaninie gazów.
Dyfuzja polega na samorzutnym mieszaniu się cząsteczek i atomów różnych substancji. Zachodzi ona pod wpływem ruchów cieplnych.
Szybkość reakcji - wielkość zmiany stężenia substratów w jednostce czasu .
Objętość atomowa - objętość jednego gramoatomu (liczby Avogadro atomów)
Wrunki normalne - umownie przyjęte warunki: 1 atm. ciśnienia i 0° C (273K)
Warunki standardowe- umownie przyjęte warunki: 1 atm. ciśnienia i 25° C (298K)
Gramoatom, gramocząsteczka - mol, ilość pierwiastka lub związku wyrażona w gramach, odpowiadająca liczbowo masie atomowej lub cząsteczkowej
Liczba atomowa - liczba protonów w jądrze, określa jednoznacznie pierwiastek (wszystkie atomy o liczbie atomowej 6 tworzą pierwiastek węgiel)
Liczba masowa- liczba określająca sumaryczną ilość protonów i neutronów w jądrze
Dalton- umownie przyjęta jednostka masy atomowej, równa się 1/12 masy atomu węgla izotopu 12C
Nukleon - ogólna nazwa podstawowych cząstek budujących jądro czyli protonów i neutronów
Nuklid - zbiór atomów o identycznych jądrach, zbiór atomów tego samego izotopu danego pierwiastka
Nutron - jeden z nukleonów, proton pozbawiony ładunku elektrycznego
pierwiastek - zbiór wszystkich atomów o tej samej liczbie atomowej
Izotopy - atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą masową (a więc ilością neutronów w jądrze)
Elektrony walencyjne - elektrony mogące tworzyć chemiczne wiązania międzyatomowe, są to elektrony orbitali s i p ostatniej powłoki, a w pierwiastkach przejściowych (blok d) orbitale s ostatniej powłoki i elektrony z orbitali d powłoki przedostatniej. (więcej)
pH - logarytm dziesiętny z odwrotności wartości stężenia molowego jonów wodorowych w badanym roztworze (więcej)
Mol - ilość substancji (liczność materii) zawierająca w sobie ilość cząsteczek (jonów, atomów, ...) równą liczbie Avogadro - ilość substancji o masie (wyrażonej w gramach) równej liczbowo średniej masie cząsteczkowej (atomowej, jonowej);
Roztwór - układ dyspersyjny,jednofazowy, minimum dwuskładnikowy o dyspersji cząsteczkowej (roztwór rzeczywisty);
Masa cząsteczkowa- suma średnich mas atomowych wszystkich atomów tworzących daną cząsteczkę
Gęstość - masa 1 cm3 (1 ml) danej substancji, d=m/V (więcej)
pierwsza zasada termodynamiki - określa, że zmiana energii wewnętrznej układu równa jest różnicy ciepła dostarczonego do układu i pracy wykonanej przez ten układ.
ΔU – zmiana energii wewnętrznej układu,
Q – energia przekazana do układu jako ciepło,
W – praca wykonana na układzie.
•druga zasada termodynamiki - mówi nam, że istnieje entropia będąca funkcją stanu układu, stałą w odwracalnych procesach adiabatycznych i rosnącą we wszystkich innych.
•trzecia zasada termodynamiki - mówi nam, że entropia układu o ustalonych parametrach (np. o stałym ciśnieniu lub objętości) i temperaturze zmierzającej do zera bezwzględnego zmierza również do zera.
kwas-zasada
1. wg Arrheniusa - kwas jest zdolny odłączyć jon wodorowy, zasada odłącza w czasie dysocjacji jon wodorotlenowy
2. wg Brønsteda - kwas jest zdolny odłączyć proton, zasada jest zdolna przyłączyć proton; istnieje zawsze para kwas - zasada:
HCl + H2O –—> H3O+ + Cl-
kwas zasada kwas zasada
HS- + H3O+ –—> H2S + H2O
zasada kwas kwas zasada
HS- + H2O –—> S2- + H3O+
kwas zasada zasada kwas
jak widać niekiedy ten sam anion (np. HS-; H2PO4-; HSO3-) może raz pełnić rolę zasady (przyłączając proton) a w innej sytuacji - kwasu (odłączając proton).
Reguła Le Chateliera - reguła przekory; jeżeli układ będący w stanie równowagi jest poddawany działaniu bodźców zewnętrznych, które tę równowagę zakłócają, to w układzie zajdą takie zmiany, które osłabią wpływ bodźców zewnętrznych (każda akcja rodzi reakcję ).
Stężenie – ilość substancji rozpuszczonej w określonej ilości (najczęściej objętości) roztworu.
• Warunki normalne - umownie przyjęte warunki: 1 atm. ciśnienia i 0°C (273K)
• Warunki standardowe - umownie przyjęte warunki: 1 atm. ciśnienia i 25°C (298K)
Równowaga reakcji chemicznych – stan, gdy reakcja w jedną i drugą stronę zachodzi z taką samą szybkością, więc stężenia reagentów nie zmieniają się w czasie.
Reakcja syntezy - jest reakcją, w której z dwu lub kilku substancji prostszych powstaje jedna substancja bardziej złożona
Reakcja analizy - jest przemianą, w której z jednej substancji złożonej tworzą sie dwie lub kilka substancji prostszych. Analiza jest odwrotnością reakcji syntezy.
Reakcja wymiany - w procesie tym następuje wymiana składników pomiędzy substancjami reagującymi.
Równanie kinetyczne to zazwyczaj równanie różniczkowe opisujące dokładnie zmiany stężenia molowego substratów w czasie zachodzenia reakcji chemicznej.
Elektroliza – rozkład elektrolitu rozpuszczonego lub stopionego pod wpływem prądu elektrycznego (anoda(+)=reakcja utleniania, katoda(-)=reakcja redukcji
Napięcie rozkładowe- najmniejsze napięcie potrzebne do rozkładu elektrolitu VR=EA-EK
Elektroda- układ złożony z dwu faz przewodzących, których jedną jest metal lub inny przewodnik, a drugą jest elektrolit
Amfoteryczność to zdolność związku chemicznego do reakcji z kwasami i zarazem zasadami. Inaczej, jest to zdolność związków chemicznych do bycia w jednych reakcjach kwasami a w innych zasadami. Związki wykazujące amfoteryczność nazywa się czasami amfolitami. Mają tendencję do oddawania lub przyłączania protonów; woda, alkohole.
Teoria wiązań walencyjnych
Hybrydyzacja – proces tworzenia zespołu nowych jednakowych i ukierunkowanych w przestrzeni orbitali atomowych z kombinacji orbitali s,p,d,f (utworzenie nowych wiązań)
Liczba wiązań kowalencyjnych – liczba pojedynczo obsadzonych orbitali
Własności cząstek o wiązaniu jonowym:
1.Stały stan skupienia
2.Wysokie temperatury topnienia
3.Dobre przewodnictwo prądu elektrycznego po stopieniu
4.Tworzenie siecim jonowych
Własności cząstek o wiązaniu atomowym:
1.Stan skupienia stały, ciekły lub gazowy
2.Niskie temperatury wrzenia i topnienia
3.Brak przewodnictwa prądu elektrycznego
Polaryzacja – odkształcenie chmury elektronowej jonu w obecności pola elektrycznego wytwarzanego przez sąsiedni jon (przeniknięcie się, zlanie się) powłok anionu i kationu.
Zmiana gęstości elektronowej – przesunięcie wspólnej pary elektronowej.
Związki kompleksowe (koordynacyjne) – pochodne prostych związków, w których do atomów lub jonów przyłączyły się cząsteczki lub jony innego związku.
Teoria wiązań walencyjnych – atom centralny tworzy z ligandami zlokalizowane wiązania σ za pomocą orbitalu hybrydyzowanego,
- powstaje wiązanie donorowo-akceptorowe L→M
- orbitale atomu centralnego są orbitalami hybrydyzowanymi
Gaz rzeczywisty – pojęcie termodynamiczne oznaczające gaz, który nie zachowuje się ściśle zgodnie z prawami ustalonymi dla gazu doskonałego.
Sieć krystaliczna, komórka elementarna- najmniejszy wycinek sieci wykazujący jej cechy charakterystyczne (bryła geometryczna, np. prostopadłościan)
Substancje izomorficzne (3 warunki) KH2,PO4,AsO4
- ten sam typ komórki
- jednakowy typ wzoru chemicznego SO4, KMnO4
- zbliżone wymiary komórek
Proces endotermiczny – energia kinetyczna pary jest większa od energii kinetycznej cieczy
Ciepło topnienia –Ciepło topnienia jest to ilość energii potrzebnej do stopienia jednostki masy danej substancji Q=m ∙q
Q - ilość dostarczonego ciepła, m - masa ciała, q - ciepło topnienia.
Entropia – funkcja stanu , będąca miarą stopnia nie uporządkowania układu
Ciepło tworzenia (entalpia) – efekt cieplny towarzyszący syntezie 1 mola związku chemicznego w warunkach standardowych (1atn., 25oC) i substancji prostych trwałych w tych warunkach
Koagulacja – zmniejszenie stopnia dyspersji układu poprzez łączenie się pojedynczych cząstek fazy rozproszonej w większe skupiska (aglomeraty), które można skutecznie usunąć w procesie sedymentacji i filtracji
Chemia koagulacji
- Al2(SO4)3←→2Al3++3SO42- , Al3++H2O→←Al.(OH)2++H+
Destabilizacja cząstek koloidalnych – pozbawić ich (zobojętnienie jonów)
Flokulacja powstawanie aglomeratów
Podaj przykład reakcji egzotermicznej i endotermicznej. Równania zapisz w ujęciu termochemicznym.
- egzotermiczne (wydziela się ciepło podczas reakcji) H2+C12=2HCl
• spalanie metanu
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
• reakcja magnezu z kwasem solnym
Mg + 2HCl =MgCl2 + H2↑
1/2 H2(g) + l/2 Cl¬2(g) = HCl(g), ΔH= -22 kcal/mol HC1
- endotermiczne (ciepło jest pochłaniane) 1/2 N2(g)+ 1/2 O2(g) = NO(g), ΔH= 21,6 kcal/mol NO
• termiczny rozkład węglanu wapnia
CaCO3 = CaO + CO
Zdefiniuj szybkość reakcji i podaj 2 czynniki wpływające na nią.
Szybkość reakcji chemicznej wyraża szybkość przybywania lub ubywania składnika w wyniku przebiegu reakcji chemicznej. Szybkość reakcji określamy jako stosunek wielkości zmiany stężenia substratów reakcji do czasu w jakim ta zmiana nastąpiła.
•rodzaj i stężenie reagujących substancji lub ciśnienie gazów (jeżeli reakcja przebiega w fazie gazowej)
•temperatura
•obecność katalizatorów, wpływ promieniowania