CHEMIA BUDOWLANA(1)

CHEMIA BUDOWLANA

1. Atom – podstawowy składnik materii, składa się z małego dodatnio naładowanego jądra o dużej gęstości oraz z otaczającej go chmury elektronowej o ujemnym ładunku elektrycznym.

2. Liczba atomowa – (Z) (liczba porządkowa), określa, ile protonów znajduje się w jądrze atomu. Jest także równa liczbie elektronów niezjonizowanego atomu. Pojawia się ona w symbolicznym zapisie jądra izotopu.

gdzie: A- liczba masowa, Z- liczba atomowa, X- symbol pierwiastka.

Atomy, które posiadają taką samą liczbę protonów, są z definicji atomami jednego pierwiastka. Nie oznacza to jednak, że wszystkie atomy jednego pierwiastka posiadają taką samą masę, gdyż mogą one posiadać różną liczbę neutronów w jądrach. Atomy posiadające tę samą liczbę atomową, ale różną liczbę neutronów nazywa się izotopami.

3. Liczba masowa - (A) to wartość opisująca liczbę nukleonów (czyli protonów i neutronów w jądrze atomu (nuklidzie) danego izotopu danego pierwiastka. Liczby masowej nie należy mylić z masą atomową pierwiastka, która wyznaczana jest metodami chemicznymi, ani też z masą pojedynczego izotopu.

Atomy mające tę samą liczbę masową, ale różną liczbę protonów, nazywa się izobarami.

4. Nukleony - to wspólna nazwa protonów i neutronów, czyli podstawowych cząstek tworzących jądro atomu. Nukleony składają się z kwarków. Choć przez obecne teorie cząstek protony i neutrony są uznawane za cząstki elementarne, ale z historycznych względów. Można też powiedzieć, że nukleony to bariony złożone tylko z kwarków górnych i dolnych. Dlatego również cząstka Δ bywa do nich zaliczana.

5. Nuklidy – w fizyce jądrowej, jądro atomowe o określonej liczbie nukleonów (protonów i neutronów). Nuklidy można podzielić na kilka grup:

6. Jednostka masy atomowej – (unit - 'jednostka'), także dalton (Da) – jednostka masy używana przez chemików, która w przybliżeniu jest równa masie atomu wodoru, ale ze względów praktycznych została zdefiniowana jako 1/12 masy atomu węgla 12C. Nazwa dalton pochodzi od nazwiska twórcy współczesnej teorii atomowej, Johna Daltona.

gdzie: NA – liczba Avogadra

7. Masa atomowa - liczba określająca ile razy masa jednego reprezentatywnego atomu danego pierwiastka chemicznego jest większa od masy 1/12 izotopu 12C, przy czym pod pojęciem reprezentatywnego atomu rozumie się atom o średniej masie wyliczonej proporcjonalnie ze wszystkich stabilnych izotopów danego pierwiastka, ze względu na ich rozpowszechnienie na Ziemi.

Liczbowo jest równa iloczynowi masy pojedynczego atomu danego pierwiastka i liczby Avogadra

Można ją zapisać również wzorem

gdzie:

MA – masa atomowa, mA – bezwzględna masa atomu,

1,66·10−24 g – 1/12 masy jednego atomu węgla izotopu 12C

8. Masa cząsteczkowa – wyrażana jest w atomowych jednostkach masy, jednostka ta równa jest 1/12 izotopu węgla.

9. Mol, masa molowa - Mol jest miarą liczności materii (podobnie, jak tuzin). Różnica jest tylko taka, że w tuzinie znajduje się 12 sztuk, natomiast w molu aż 6,02·1023 drobin, czyli molekuł (atomów, jonów, cząsteczek, elektronów itp.). Masa molowa jest to masa 1 mola molekuł (atomów, cząsteczek, jonów, elektronów itp.). Jest ona równa liczbowo masie atomowej lub cząsteczkowej danej substancji.

10. Pierwiastek – posiada dwa znaczenia:

W odpowiednich warunkach atomy pierwiastków mogą łączyć się z sobą tworząc związki chemiczne. Niemal cała znana materia składa się z pierwiastków chemicznych w pierwszym znaczeniu, które występują albo w stanie wolnym albo w formie związków chemicznych i ich mieszanin. Pierwiastki w drugim znaczeniu tego słowa występują na Ziemi w formie czystej stosunkowo rzadko i poza nielicznymi przypadkami (takimi jak np. miedź rodzima) trzeba je celowo wyodrębniać z mieszanin.

11. Związek chemiczny - jednorodne połączenie co najmniej dwóch różnych pierwiastków chemicznych za pomocą dowolnego wiązania.

Podstawową jednostką związku chemicznego jest cząsteczka. Cząsteczki powstają i rozpadają się w wyniku tworzenia i zrywania wiązań chemicznych między atomami. Procesy tworzenia i zrywania wiązań nazywa się reakcjami chemicznymi.

Związki chemiczne zapisuje się w formie wzorów chemicznych, w których podaje się liczbę i rodzaj atomów tworzących je cząsteczek. Wzory sumaryczne uwzględniają tylko sumaryczną liczbę atomów występujących w jednej cząsteczce określonego związku chemicznego, zaś wzór strukturalny zawiera też informację o sposobie połączenia tych atomów wiązaniami chemicznymi.

Związki posiadają zwykle szereg charakterystycznych dla siebie własności chemicznych i fizycznych. Są to m.in. masa molowa, temperatura topnienia, temperatura wrzenia, temperatura sublimacji, barwa, struktura krystaliczna, reaktywność chemiczna, przewodnictwo cieplne i wiele innych. Własności te nie są nigdy prostą średnią tworzących je pierwiastków, lecz są złożoną funkcją struktury związków chemicznych, czyli określonego, przestrzennego układu powiązań tworzących je atomów.

12. Cząsteczka - inaczej molekuła – obojętne elektrycznie indywiduum chemiczne, złożone z co najmniej dwóch atomów trwale połączonych wiązaniami chemicznymi.

Niegdyś definiowano cząsteczkę jako najmniejszą możliwą porcję związku chemicznego, która zachowuje jego własności chemiczne. Zgodnie ze współczesną wiedzą definicja ta jednak wprowadza w błąd, gdyż nie istnieje techniczna możliwość wyodrębnienia tak małej porcji związku chemicznego aby faktycznie zawierała tylko jedną cząsteczkę, a następnie wykonanie na tej porcji eksperymentów dowodzących, że ma ona takie same własności chemiczne jak inne cząsteczki tego związku chemicznego.

W kinetycznej teorii gazów za cząsteczkę uważa się każdą cząstkę zdolną do samodzielnego, swobodnego ruchu, niezależnie od tego czy jest to pojedynczy atom, cząsteczka w sensie chemicznym, czy też jon.

13. Roztwór - to nierozdzielająca się w długich okresach czasu mieszanina dwóch lub więcej związków chemicznych. Skład roztworów określa się przez podanie stężenia składników. W roztworach zwykle jeden ze związków chemicznych jest nazywany rozpuszczalnikiem, a drugi substancją rozpuszczaną. Który z dwóch związków uznać za rozpuszczalnik, jest właściwie kwestią umowną, wynikającą z praktyki i tradycji.

Podział roztworów:

Odróżnienie roztworów właściwych od niewłaściwych często jest bardzo trudne i wymaga stosowania bardzo zaawansowanych technik analitycznych, takich jak np. mikroskopia elektronowa. Czasami przyjmuje się, że roztworami w ścisłym tego słowa znaczeniu są wyłącznie roztwory właściwe, choć przejście od jednych do drugich ma charakter płynny, co powoduje, że bardzo trudno jest je od siebie praktycznie rozgraniczyć. W dalszej części hasła będzie już mowa tylko o roztworach właściwych.

Ze względu na sposób oddziaływania cząsteczek związku rozpuszczanego i rozpuszczalnika rozróżnia się roztwory:

Oddziaływania cząsteczek roztworów (szczególnie heterodynamicznych) tworzą grupy cząsteczek o określonym składzie chemicznym zwanych kompleksami solwatacyjnymi, tworzenie się kompleksów jest często właściwie rodzajem reakcji chemicznych, choć mają one zwykle charakter odwracalny i tworzą swoisty układ równowagi dynamicznej.

Do typowych procesów zachodzących podczas rozpuszczania należą:

Roztwory można podzielić ze względu na ich stan skupienia:

Roztwory gazowe:

Wszystkie gazy mieszają się bez ograniczeń ilościowych. Zjawisko to wynika z tego, że odległości między cząsteczkami gazów są duże a oddziaływania międzycząsteczkowe bardzo słabe. Przy dużych ciśnieniach, w gazie mogą rozpuszczać się ciecze i ciała stałe, które przy małych ciśnieniach nie parują, przy szczególnie dużych ciśnieniach roztwory w gazach przybierają właściwości zbliżone do roztworów ciekłych - są to tzw. roztwory nadkrytyczne.

Roztwory cieczy w cieczy:

Ciecze nie mieszają się wcale (np. olej i woda), lub jeśli mieszają się, to bez ograniczeń (np. woda i alkohol etylenowy) lub w pewnym zakresie. Mieszaniny trzech lub więcej cieczy tworzą często złożone układy fazowe, w których, zależnie od stężenia poszczególnych składników występują momenty, gdy istnieje roztwór jednorodny, gdy powstają dwie fazy, składające się z dwóch różnych roztworów, lub wszystkie trzy składniki całkowicie się rozdzielają. Zachowanie tego typu układów jest często przedstawiane w formie tzw. trójkąta stężeń Gibbsa.

Roztwory ciał stałych w cieczach:

Ich powstawanie jest wynikiem możliwości penetracji ciała stałego przez cząsteczki cieczy oraz powstające w trakcie tego procesu oddziaływania między nimi. Reguły, wg których można w miarę łatwo przewidzieć jaki związek chemiczny rozpuści się w jakim rozpuszczalniku, są opisane w haśle rozpuszczalnik.

Roztwory ciekłe ciał stałych posiadają własność nasycania się, dlatego (w zależności od nasycenia roztworu) rozróżniamy:

14. Wyrażenie stężeń roztworów - Stężenia roztworów wyrażamy w różnych jednostkach, ze względu na to, że ich (stężeń) wyrażanie służy różnym celom. Nie ma sensu przedstawiać stężenia w jednostkach molarności (ilość moli w 1 l roztworu) jeżeli podawana wartość stężenia ma służyć określeniu ilości (masy) jakiejś substancji w produkcie. Oczywiście zawsze można przeliczyć wartość stężenia z jednych jednostek na inne (np. z moli/l na mg/g) ale wymaga to dokonania pewnych, nie zawsze prostych obliczeń, a czasem też znajomości dodatkowych parametrów (np. masy cząsteczkowej). Natomiast podając  stężenia konieczne dla przeprowadzenia zaplanowanej reakcji, nie podajemy ich np. w procentach lecz w mol/l, bowiem te jednostki są proporcjonalne do ilości reagujących cząsteczek i pozwalają szybko zorientować się w przebiegu reakcji. Tak więc znajomość różnych sposobów przedstawiania stężeń, ich definicji i sposobów przeliczania jest podstawową umiejętnością, którą musi posiąść każdy, kto z chemią w jakiejkolwiek odmianie i zakresie ma mieć styczność.

Generalnie pod pojęciem stężenia rozumiemy ilość substancji rozpuszczonej w określonej ilości (najczęściej objętości) roztworu - ale bywają odstępstwa od tej reguły. Należy pamiętać, że stężenie podajemy w zasadzie jedynie dla roztworów, czyli tylko dla układów w których substancja rozproszona (rozpuszczona) jest idealnie jednostajnie rozproszona w całej objętości roztworu. Oznacza to, że stężenia każdej, dowolnej objętości roztworu, pobranej  z dowolnego miejsca jest takie samo jak stężenie całego roztworu. Tak więc klasycznego pojęcia stężenia nie powinniśmy używać w przypadku zawiesin, mieszanin niehomogennych i innych układów nie spełniających warunku homogenności w czasie i przestrzeni.

Czasami roztworów i innych układów homogennych używamy w celu zmniejszenia błędu dozowania. Wyobraźmy sobie, że w procesie technologicznym musimy do wyrobu dodać 0,1 mg substancji zapachowej. Odważenie takiej ilości lotnej substancji wymaga odpowiedniej wagi, doświadczenia - a i wtedy nie jesteśmy wolni od ryzyka dużego błędu. Jeżeli substancja zapachowa występuje w postaci 0,01% roztworu w odpowiednim rozpuszczalniku, zamiast ważyć mikroilości odważamy 1 g roztworu, lub, po prostym przeliczeniu, odmierzamy pipetą odpowiednią objętość (około 1 ml) redukując popełnienie błędu do minimum.

15. Reakcje odwracalne i nieodwracalne - Przeważająca większość reakcji chemicznych to procesy odwracalne. Odwracalność chemiczna reakcji polega na możliwości przeprowadzenia jej w obu kierunkach; są to zatem takie reakcje, które mogą przebiegać zarówno w kierunku tworzenia produktów, jak i substratów.
Istnieją również takie reakcje chemiczne, które przebiegają praktycznie do końca - nazywamy je procesami nieodwracanymi. Zachodzą one w specjalnych warunkach np gdy, jeden z produktów opuszcza środowisko reakcji, reakcja biegnie aż do wyczerpania substratów. Przykładem reakcji nieodwracalnej jest:

W równaniu reakcji fakt ten należy zaznaczyć strzałką skierowaną w prawą stronę →.

Przykład: rozważmy sytuację, w której blaszkę cynkową o masie 2.04 g wrzucamy do 250 cm3 roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 0.125 mol·dm-1.

w wyniku reakcji wydzieli się 0.0315 mola wodoru (706 cm), który zaobserwujemy w formie bąbelków gazu wydostających się z roztworu siarczanu(VI) cynku. Ponieważ oba substraty przereagowały całkowicie, w efekcie końcowym badany układ zawiera jedynie roztwór siarczanu(VI) cynku, w którym samorzutnie nigdy nie zajdzie reakcja wytrącenia cynku.

Teoretycznie każda reakcja przeprowadzona w odpowiednich warunkach może przebiegać w obu kierunkach. Kierunek reakcji zależy od warunków, w jakich zachodzi. Można spowodować przebieg reakcji (1) w odwrotnym kierunku wprowadzając wodór pod wysokim ciśnieniem do wodnego roztworu siarczanu(VI) cynku.

Ze zjawiskiem odwracalności związany jest umowny charakter terminów „substraty”, „produkty”. W celu uniknięcia dwuznaczności przyjmuje się, że substraty to substancje zapisane po lewej, a produkty po prawej stronie równania chemicznego.

Reakcje chemiczne mogą zachodzić aż do całkowitego zużycia substratów, albo dochodzić do pewnego stanu, w którym substraty współistnieją z produktami. Stan taki wynika z ustalenia się stanu równowagi. Jeśli szybkość reakcji „w prawo” zdecydowanie dominuje nad szybkością reakcji „w lewo”, to substraty niemal całkowicie przereagowują w produkty, a proces uważa się za praktycznie nieodwracalny, czyli biegnący do końca (Rysunek 1a, 1b). Gdy szybkości reakcji w obu kierunkach są takie same, wówczas mamy do czynienia ze stanem równowagi chemicznej. W stanie równowagi chemicznej ilość substratów i produktów nie ulega zmianie, choć obie reakcje zachodzą w dalszym ciągu (Rysunek 2a,2b).

Odwracalność reakcji chemicznej to możliwość równoczesnego jej przebiegu w dwóch przeciwnych kierunkach.

W równaniu reakcji fakt ten należy zaznaczyć dwustronną strzałką ↔

Przykład: W wysokich temperaturach jod cząsteczkowy częściowo dysocjuje na jod atomowy zgodnie z reakcją: I2(g) ↔ 2I(g). Jest to reakcja homogeniczna i jeśli jest prowadzona w układzie zamkniętym jest reakcją odwracalną. Z doświadczenia wiadomo, że w 1000K dysocjacji ulega jedynie 3.0% jodu cząsteczkowego. Jeśli układ zawierał początkowo 1500 cząsteczek I2, to dysocjacji uległo ich: 0.03·1500=45, co generuje powstanie 90 atomów jodu. W stanie równowagi układ zawiera 1500-45=1455I2 i 2·45=90I.

16. Stan równowagi - Równowaga reakcji chemicznych – stan, gdy reakcja w jedną i drugą stronę zachodzi z taką samą szybkością, więc stężenia reagentów nie zmieniają się w czasie.

Stan równowagi reakcji chemicznej nie oznacza, że nie zachodzi ona wcale. W reakcjach chemicznych, równowaga ma prawie zawsze charakter równowagi dynamicznej. Reakcja zachodzi, tyle że jej szybkość w obu kierunkach jest jednakowa, czyli w każdej chwili z substratów tworzy się tyle samo produktów ile z produktów tworzy się z powrotem substratów. System jako makroskopowa całość wydaje się w spoczynku; obecność reakcji jest jednakże ewidentna w skali molekularnej.

Teoretycznie wszystkie reakcje chemiczne osiągają stan równowagi o ile pozostawi się je "w spokoju" na odpowiednio długi czas. Oznacza to, że dla każdej reakcji istnieją takie warunki, w których jest ona odwracalna. Praktycznie jednak w wielu przypadkach nie dochodzi do ustalenia się stanu równowagi z różnych względów:

Stężenia reagentów w stanie równowagi nie zależą od mechanizmu jej przebiegu, lecz tylko od termodynamicznych warunków jej prowadzenia, takich jak temperatura i ciśnienie. Stąd rodzaj użytego katalizatora nie ma wpływu na stężenia reagentów w stanie równowagi, ma jednak duży wpływ na czas ustalenia się tego stanu.

W stanie równowagi, zgodnie z prawem działania mas stosunek iloczynów stężeń substratów i produktów jest w danych warunkach termodynamicznych stały. Stosunek ten jest nazywany stałą równowagi, oznaczaną tradycyjnie dużą literą K.

17. Reguła przekory - (reguła Le Chateliera-Brauna, reguła przekory Le Chateliera i Brauna) - jedna z podstawowych reguł dotyczących równowag dynamicznych, mówiąca, że układ, na który działa jakiś bodziec, odpowiada w taki sposób aby przeciwdziałać bodźcowi. Reguła przekory dotyczy układów w stanie równowagi, na które działa czynnik zewnętrzny. W postaci ilościowej reguła ta jest wyrażona przez prawo działania mas Guldberga i Waagego.

Przykłady:

w powyższym opisie zaniedbano wpływ reakcje CO2 z wodą a następnie dysocjacji na równowagę jego rozpuszczania w wodzie (wielkości w nawiasach kwadratowych [..] to stężenia):

CO2(aq) + H2O ⇌ H2CO3

H2CO3 + H2O ⇌ H3O+ + HCO3-

HCO3- + H2O ⇌ H3O+ + CO32-

(nie uwzględniono autodysocjacji wody).

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3

gdzie K(T) jest stałą równowagi reakcji zależną od temperatury; aby zwiększyć szybkość reakcji prowadzi się ją wobec katalizatora, p - ciśnienia cząstkowe substratów i produktów (dla gazu rzeczywistego należałoby je zastąpić aktywnościami czyli lotnościami gazu (ang. fugacity).

CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO- + H3O+

gdzie Ka jest stałą dysocjacji kwasowej.

W powyższym wyrażeniu dla uproszczenia pominięto stężenie wody, które w rozcieńczonych roztworach wodnych jest praktycznie stałe i równe ok. 55,5 mol/dm3.

W przybliżonej formie (pomija autodysocjację wody) takie zachowanie słabych elektrolitów opisuje prawo rozcieńczeń Ostwalda:

gdzie Kdys jest stałą dysocjacji, α jest stopniem dysocjacji a c stężeniem słabego elektrolitu (łącznie forma jonowa i cząsteczkowa).

18. Prawa Stechiometryczne:


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
mechanika-test-odp, Chemia budowlana, Geometria wykreślna, Mechanika teoretyczna
test chemia2, PK, CHM -Chemia budowlana, marcin, Chemia Budowlana, fwd sciagi chemia
pytania testowe i chemia budowlana -zestaw3, Szkoła, Pollub, SEMESTR II, chemia, wykład, testy
xdzfgxh, Chemia budowlana, Geometria wykreślna, Mechanika teoretyczna
Chemia VI, Semestr 1, Chemia laboratorium, chemia budowlana sprawozdania, Chemia Budowlana, Chemia -
chemia nr 4-sik, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii
sprawozdanie chemia 3, Budownictwo UZ semestr I , II, Chemia budowlana, Sprawozdania od Seweryna
Zagadnienia Chemia, PK, CHM -Chemia budowlana, chemia e-mail
Chem kolokwium odp, Studia, I Semestr, Chemia Budowlana
SprawozdanieNr2Kevcio, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii
sprawozdaniewapno2, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii
Chemia raport, Szkoła, Chemia budowlana
Moje sprawozdanie chemia nr 3, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, Chemia budowlana,
sprawozdanie chemia michał, Budownictwo UZ semestr I , II, Chemia budowlana, Sprawozdania od Seweryn
korozja bet, PK, CHM -Chemia budowlana, chemiaa
Chemia budowlana ?ny 09
cemm, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawozdania

więcej podobnych podstron