Materia to zespół cząstek i jonów posiadających masę, cięższe niż foton i elektron.

Mieszaniny – kilka substancji połączonych ze sobą, łatwo je rozdzielić, oddziaływania cząsteczkowe są niewielkie. Wyróżniamy:

Homogeniczne – w tym samym stanie skupienia,

Heterogeniczne – w różnych stanach skupienia.

Mieszanina homogeniczna może przekształcić się w heterogeniczną np.: para wodna w mgłę.

Substancje:

Pierwiastki – najmniejsze, niepodzielne części materii,

Związki chemiczne – pierwiastki połączone ze sobą w ściśle określony sposób, trudno je rozdzielić, mocne wiązania.

Demokryt – materia składa się z małych cząstek, zwanych atomami.

Przemiany chemiczne odbywają się przez powłokę walencyjną.

Dalton

Prawo zachowania masy – związek chemiczny powstaje gdy atomy łączą się ze sobą, w reakcji chemicznej pierwiastki nie mogą zostać zniszczone ani stworzone, musi być wystarczająca ilość substratów by zaszła reakcja.

Prawo stałości składu – aby się zmienił skład musi powstać nowy związek.

Prawo wielokrotnych stosunków wagowych – w Cr2O3 na 1g chromu przypada dwa razy więcej tlenu niż w CrO3.

Spektometria mas – pozwala na ocenę mas cząstek, mówi o stosunku liczb masowych danego związku.

Thomson – odkrycie elektronu

Gazy pod zmniejszonym ciśnieniem emitują ujemnie naładowane cząstki (elektrony) zwane promieniami katodowymi. Jeżeli występują cząstki ujemnie naładowane, to muszą być też te, naładowane dodatnio, bo atom jest elektrycznie obojętny.

Becquerel – odkrycie protonu

Rad w ołowianym pojemniku tworzy wiązkę, która jest skierowana w pole elektrostatyczne. Nachylenie cząstek jest zależne od masy. Cząstki α są cięższe niż β, dlatego ich kąt nachylenia jest mniejszy.

Rutherford – planetarny model atomu

Źródło cząstek α w osłonie ołowianej emitowało promieniowanie przechodząc przez złotą folię. Cząstki najczęściej przechodziły bez ugięcia, jednak zdarzało się, że były ugięte pod dużym kątem. Cząstki α przechodzą przez pusty atom, ale czasem odbijają się od małego jądra, co tłumaczy duży kąt nachylenia.

Spektrum elektromagnetyczne – fale widzialne 400 – 700 nm.

Fale długie, krótkie, telewizyjne, mikrofale, podczerwień (promieniowanie cieplne), fale widzialne, ultrafiolet(pękanie wiązań i powstawanie rodników), promieniowanie rentgenowskie(zmiana położenia elektronów), gamma (protonowe i neutronowe).

Efekt fotoelektryczne Einsteina

Energia wiązania = energia promieniowania – energia wybitych cząstek.

Światło wykazuje dualizm korpuskularno-falowy.

Widmo emisji wodoru – wodór pod niskim ciśnieniem podpięty pod elektrody. Atomy są wzbudzane i tracą elektrony. Stany energetyczne zmieniają się i wracają do normy, emitując przy tym promieniowanie. Wzbudzone atomy tworzą pole potencjalne. Wodór emituje ultrafiolet.

Teoria kwantowa – pierwiastki emitują energię w postaci kwantów.

Hipoteza de Broglie tłumaczy korpuskularno-falowy charakter elektronu. Każdej cząstce o określonej masie i pędzie odpowiada fala o określonej długości. Wraz ze wzrostem masy cząstki zmniejsza się długość fali. Falowa naura cząstek pozwala na ich ‘teleportacje’

Zasada nieoznaczoności Heisenberga – nie jest możliwe jednoczesne ustalenie pędu i położenia cząsteczki, im dokładniej określimy położenie, tym mniej dokładnie określimy pęd.

Równania Schrodingera – opisuje gęstość prawdopodobieństwa znalezienia elektronu w danej odległości od jądra lub w danym położeniu.

W modelu atomu Bohra stany energetyczne pomiędzy orbitalami są równe, występują jednak pewne różnice między nimi. Natura dąży do jak najniższej energii.

Hybrydyzacja

Zmiana gęstości elektronowej. W wysokiej temperaturze następuje wymieszanie elektronów w obrębie jednego orbitalu przez energię kinetyczną.

Teoria orbitali molekularnych

Siły, które wiążą atomy ze sobą i tworzą związki chemiczne. Dwa atomy łączą się tworząc orbital o znacznie mniejszej energii – zwany orbitalem molekularnym. Mogą powstać przez nakładanie się orbitali na siebie

Orbital wiążący – na środku najwięcej elektronów

Orbital antywiążący – na środku prawdopodobieństwo wystąpienia elektrony jest równe 0.

Orbital zdelokalizowany – zdelokalizowane wiązania π (benzen)

Cząstki diamagnetyczne (niemagnetyczne) mają wszystkie elektrony sparowane.

Cząstki paramagnetyczne mają niesparowane elektrony. Jeśli substancja jest diamagnetyczna to ciężko zrobić z niej paramagnetyczną.

Moment dipolowy iloczyn ładunku i odległości. Substancje polarne i cząstki homoatomowe mają moment dipolowy równy zero.

Natomiast cząstki heteroatomowe mają moment dipolowy różny od zer, jest to wynikiem np.: różnic w elektroujemnościach.

W metanie przeciwnie skierowane wektory momentów dipolowych równoważą się.

Moment dipolowy to wypadkowa wektorów. Ciecze i gazy mają duży moment dipolowy.

Atomy pierwiastków w obrębie sfery walencyjnej, których występują orbitale d, nie muszą spełniać reguły oktetu (SO4 2-)

Przesunięcie sfery zachodzi, gdy cząsteczka przyciągana jest przez drugi związek z większą siłą niż jej jądro.

W metanie jest stały kąt 109,5⁰, gdy orbitale są wiążące. Amoniak ma parę niewiążącą, co powoduje ugięcie cząsteczki. Kąt maleje do 107,3⁰. W cząsteczce wody natomiast są dwa orbitale niewiążące, kąt wynosi 104,5⁰. Amoniak i woda o cząstki stabilne.

Efektywny ładunek jądra

Pozwala na wyznaczenie siły z jaką jądro przyciąga elektrony, siły oddziaływania elektrostatycznego podlegają prawa Coulomba, określa energię jonizacji (w miarę odrywania elektronów wzrasta energia jonizacji i efektywny ładunek jądra), określa powinowactwo elektronowe, pozwala na porównanie sił przyciągania elektronów w atomie.

Elektroujemność określa charakter tworzącego się wiązania. Im wyższa elektroujemność tym silniej jądro przyciąga swoje elektrony.

Mała różnica w elektroujemnościach – wiązanie kowalencyjne, duża różnica – wiązanie jonowe.

Wiązanie kowalencyjne – uwspólnienie elektronów z utworzeniem orbitali molekularnych. Wiązanie jest krótkie, ściśle zorientowane w przestrzeni.

Wiązanie jonowe – duże i nieściśle zorientowane w przestrzeni, wielokrotny charakter wiązania, polimerowa struktura produktu, silne oddziaływania międzycząsteczkowe, najczęściej w ciałach stałych, uporządkowana struktura.

Substancje jonowe dobrze przewodzą prąd i rozpuszczają się w wodzie.

Siła elektrostatycznego oddziaływania maleje z kwadratem odległości.

Najlepsze są przewodniki metaliczne, bo przenoszą tylko elektrony, a nie całe zasady.

Mechanizm transportu Grothussa

Ładunek protonu szybko przenoszony jest przez klastery wodne.

H+ i OH- reagują z wodą i mogą transportować ładunek bez przenoszenia masy, bo za każdym razem przenoszony jest inny proton.

Otoczka solwatacyjna/hydratacyjna stabilizuje jony.

W niskich temperaturach ciśnienie jest stałe, rośnie wraz ze wzrostem temperatury. W odpowiednio wysokiej temperaturze ciśnienie wody jest równe ciśnieniu zewnętrznemu.

Woda wrze w całej objętości, ale paruje tylko na powierzchni. Wrzenie zależy od ciśnienia zewnętrznego. Parowanie to proces endotermiczny.

Diagramy fazowe: punkt potrójny – wszystko jest w stanie równowagi.

Ciecz nadkrytyczna – zakres temperatur, w którym ciecz nie może zostać skroplona niezależnie od ciśnienia. Energia kinetyczna jest wówczas większa niż energia oddziaływań międzycząsteczkowych.

Metan jest cieczą nadkrytyczną. Można go skroplić jedynie w bardzo niskiej temperaturze.

Oddziaływania międzycząsteczkowe

Określa makroskopowe właściwości materii takie jak stan skupienia czy temperatura wrzenia/topnienia. W ciele stałym oddziaływania międzycząsteczkowe są silne, tworzą się makrocząstki o dużej masie i gęstości.

Opierają się na elektrostatycznym przyciąganiu. Dlatego jony lub dipole (cząsteczki spolaryzowane elektrycznie) tworzą silne oddziaływania. Cząstki obojętne nie tworzą silnych oddziaływań.

Gazy

Duża entropia, słabe oddziaływania międzycząsteczkowe, mała gęstość, duża energia kinetyczna.

Ciecze

Znaczny udział oddziaływań międzycząsteczkowych. Występuje pewna energia kinetyczna, nie dyfundują wbrew grawitacji, mają, są nieściśliwe. Na granicy faz brakuje oddziaływań skierowanych w kierunku innej fazy, co właśnie powoduje wystąpienie napięcia powierzchniowego, jego wartość zależy od siły oddziaływań międzycząsteczkowych (woda ma duże napięcie powierzchniowe).

Kohezja – oddziaływanie pomiędzy podobnymi molekułami

Adhezja – oddziaływanie pomiędzy różnymi molekułami np.: woda – szkło.

Lepkość to oporność płynu na przepływ. Substancje o silnych oddziaływaniach międzycząsteczkowych z reguły są lepkie np.: gliceryna posiadająca trzy grupy hydroksylowe.

Ciała stałe

Skondensowany, uporządkowany układ, silne oddziaływania międzycząsteczkowe, mała energia kinetyczna, duża energia potencjalna.

Teoria kinetyczna

Opisuje właściwości gazów, zakłada, że molekuły gazów mają dużą energię i poruszają się w przypadkowych kierunkach. Dlatego mogą się zderzyć wzajemnie i ze ścianami zbiornika, w którym się znajdują. Molekuły o dużej energii zderzając się, wywierają siłę F na powierzchnie – ciśnienie.

Zwiększenie objętości gazu = zmniejszenie ciśnienia = zwiększenie powierzchni.

Zwiększenie liczby molekuł = zwiększenie ciśnienia = zwiększenie prawdopodobieństwa zderzenia się molekuł.

Prawo Daltona – ciśnienie całkowite gazów jest równe sumie ich sił cząstkowych.

Siły dyspersyjne

Gdy cząstki naładowane zbliżają się bardzo do cząstek niepolarnych, powodując zmianę rozkładu gęstości elektronowej (w cząstkach niepolarnych), indukując moment dipolowy.

Siły oddziaływania elektrostatycznego będą miały małą wartość. Siły dyspersyjne mogą zostać wyidukowane przez jony lub dipole.

Temperatura wrzenia helu -296⁰C, bo jest nierównomierny rozkład ładunku i niewielka podatność na indukcję.

Substancje amorficzne – ciała stałe, bez uporządkowanej struktury, np.: szkło.

Kryształy:

Jonowe – przyciąganie elektrostatyczne

Kowalencyjne – orbitale molekularne

Molekularne – siły dyspersyjne

Metaliczne – orbitale zdelokalizowany

Wiązanie chemiczne >40KJ/mol

Wiązania wodorowe 4-40 KJ/mol

Pozostałe międzycząsteczkowe <4 KJ/mol