Modele nakładania się różnych orbitalu przy tworzeniu wiązań atomowych typ π i σ

W wyniku osiowego nakładania się orbitali powstają wiązania typu sigma.

Podstawowe wiązania chemiczne w materiałach budowlanych(tabela)

Rodzaj występujących wiążą chemicznych uzasadnia podział materiałów budowlanych na trzy zasadnicze grupy:

Metal (żelazne i nieżelazne), w których występują wyłącznie wiązania metaliczne,

Materiały mineralne, w których dominuje wiązanie jonowe bądź jonowo-atomowe, w materiałach zbudowanych z cząsteczek wieloatomowych może występować równocześnie kilka rodzajów wiązań np.; gips CaSO₄* _2H2O można wyróżnić:

Miedzy Ca²⁺ i SO₄^2-wiązanie jonowe w SO₄^2- wiązania atomowe spolaryzowane i koordynacyjne, wiązanie koordynacyjne i mostki wodorowe, związane z obecnością wody.

Materiały organiczne, w których dominuje wiązane atomowe i siły miedzy cząsteczkowe.

Cechy charakterystyczne materiałów;

Wysoki połysk i nieprzezroczystość, plastyczność, przewodnictwo ciepła i elektryczności i duża wytrzymałość mechaniczna

Związki jonowe:

Krystaliczne ciała stałe(zbudowane z jonów)	Tworzą w stanie stałym 2 rodzaje kryształ łów: Cząsteczkowe, kowalencyjne
Przewodza prad elektryczny w stanie stopniowym	Słabe przewodniki prądu we wszystkich stanach skupienia(wyjatek grafit(
Po wprowadzeniu do wody związki jonowe ulegaja dysocjacji, polegającej na rozpadzie sieci krystalicznych na jony	Większość nie ulega dysocjacji jonowej
Substancje jonowe dobrze rozpuszczaja się w rozpuszczalnikach polarnych np.; w H2O nie rozpuszczaja się w rozpuszczalnikach niepolarnych np.; benzyna	Wiele związków kowalencyjnych rozpuszcza się w rozpuszczalnikach niepolarnych, ale nie rozpuszcza się w wodzie
Wysokie temperatury topnienia i wrzenia	Substancje kowalencyjne tworzące kryształy cząsteczkowe mają niskie temperatury topnienia i wrzenia. Krzyształy kowalencyjne typu dianem SA bardzo trwałe- topią się w wysokiej temp
Reakcje z udziałem zw. Jonowych zachodzą bardzo szybko	Reagują wolno(warunkiem zajścia reakcji jest rozerwanie wiązania)

Reakcja chemiczne

W wyniku przemiany chemicznej nastepuje przekształcenie jednych drobin w inne czyli powstaja nowe substancje o odmiennych właściwościach fizycznych i chemicznych, co wiąże ….

Rodzaje reakcji:

Reakcja syntezy(łączenie) z dwu lub kliku substancji prostych powstaje substancja złożona

A+B->AB

4Al+3O₂ 2AL₂O₃ (pasywacja glinu)

2Cu+CO₂+H₂O+O₂Cu₂(OH)CO₃ (tworzenie się patyny na miedzi)

CaO+H₂O Ca(OH)₂ (gaszenie wapna palonego)

Reakcja analizy(rozkładu)

ABA+B

CaCO₃CaO+CO₂ (wypalanie kamienia wapiennego)

Reakcja wymiany

AB+CAC+B(wymiana pojedyncza)

2HCl +Zn ZnCl2+H2

Ca(OH)₂+Na₂CO₃CaCO₃+2NaOH

Reakcje cząsteczkowe i jonowe

Reakcje pomiędzy obojętnymi cząsteczkami zachodzą przede wszystkim w fazie gazowej i z udziałem ciał stałych

N₂+3H₂2NH₃(reakcja homogeniczna)

CaO+SiO₂CaSiO₃(reakcja heterogeniczna)

CaCO₃+SiO₂CaSiO₃+CO₂(reakcja heterogeniczna)

Reakcja jonowe przebiegają w roztworach wodnych. Mogą w nich również brać udział obojętne cząsteczki

H+OHH₂O(reakcja zobojętniania) wiązanie zaprawy wapiennej

Ca(OH)₂+2HNO₃+4H₂OCa(NO₃)2*4H2O+2H2O powst. wykwitów saletry na murze

2NaOH+H₂SiO₃Na₂SiO₃+2H₂O reakcja alkali – krzemieniowa korozji wewnętrznej betonu

Ca²⁺+ CO₃ ^2- CaCO₃(wytracanie osadów)

Ca(OH)₂+CO₂CaCO₃+H₂O powst. nacieków wapiennych w betonie pod wpływem działania CO2 z powietrza

Ca(OH)2+H₂SO₄CaSO₄*2H₂O w atmosferze przemysłowej powstawanie wykwitów gipsowych na betonie.

Ze względu na efekt cieplne:

Reakcje endotermiczne – reakcje, podczas których ciepło jest pobierane od otoczenia (aby otrzymać produkty reakcji należy odpowiednio podgrzać substraty)

CaCO₃+178,5 kJCaO+CO₂ (wypalanie kamienia wapiennego)

Reakcja egzotermiczne- reakcje w czasie których nastepuje przepływ energii cieplnej reagentów od otoczenia:

CaO+H₂OCa(OH)₂+67 ,0 kJ gaszenie wapna palonego;

2(3CaO*Al₂O₃)+6H₂O 2(1,5 CaO*SiO₂*1,5H₂o)+3Ca(OH)₂+918 kJ

Hydroliza alitu – jedna z reakcji hydratacji cementu

Reakcje erdoks(redukcji i utlenienia)

Są to rekacje w czasie których nastepuje zmiana stopni utlenienia niektórych pierwiastków poprzez przyjmowanie lub oddawanie elektronów.

Utlenianie polega na oddawaniu elektronów przez atomu lub grupy atomów (proces deelektronizacji)

Redukcji polega na przyjmowanie elektronów przez atomy lub grupy atomów

4Al+3O₂ 2AL₂O₃ (pasywacja glinu)

2Cu+CO₂+H₂O+O₂Cu₂(OH)CO₃ (tworzenie się patyny na miedzi)

Proces utleniania przebiega zawsze równolegle z procesem redukcji i odwrotnie, redukcji towarzyszy utlenienie.

Kinetyka chemiczna

Dział chemii zwany kinetyką zajmuje się badaniami szybkości przebiegu reakcji chemicznych.

Szybkość reakcji chemicznej.

Reakcje chemiczne są procesami zachodzącymi z określoną szybkością v.

A+BAB

Szybkością reakcji nazywamy ubytek stężenia substratów w danym przedziale czasu lub przyrost stężenia produktu w tym przedziale czasu.

W przypadku nieskonczenia małych przedziałów czasu definicja szybkości reakcji jest następujaca

V=-dcA/dt

Gdzie C_a,C_b oznaczaja strzenie molowe substratów A i B, a C_ab stężenie molowe produktu AB.

W czasie zachodzenia reakcji stężenia substratów maleje.

Zmiany stężeń substratów i produktu w czasie.

Miarą szybkości reakcji w danej chwili jest tangens kąta nachylenia stycznej do krzywej [C_a,C_b]=f(t) lub C_AB =f(t)

Szybkość reakcji jest cecha charakterystyczna dla danego zespolu reagentów, a ponadto zależy od wielu czyników. Najważniejsze z nich to:

Stężenie reagentów, temperatura, ciśnienie( gdy reakcja jest w fazie gazowej), promieniowanie elektromagnetyczne (gdy jest fotochemiczna) rozdrobnienie i mieszanie reagentów (ceicze i ciała stałe); obecność katalizatora.

Wpływ stężenia reagujących substancji:

Spadek szybkości reakcji w czasie idzie w parze z równoczesnym spadkiem stężenia substratów w czasie.

Szybkość reakcji chemicznej jest zawsze proporcjonalna do stężenia substratóu lub jeśli w reakcji uczestniczy kilka substratów – do stężeń tych substratów.

Szybkość reakcji jest następujaca funkcją stężeń poszczególnych substratów:

V=k[A]^p*[B]^q.. rownanie kinetyczne.

Gdzie k – stala szybkości reakcji, wielkość wyznaczona eksperymentalnie, charakterystyczna dla danej reakcji w danej temperaturze, może być traktowana jako standardowa szybkość reakcji….

Suma wykładników potęgowych w równaniu szybkości reakcji chemicznej stanowi rząd ogólny reakcji (rzędowość reakcji)

Rząd reakcji – p+q+…

Wykładniki p, q oznaczją wielkości znalezione eksperymentalnie, są zazwyczaj liczbami całkowitymi, ale mogą być niekiedy ulamkami.

Teoria zderzeń

Aby zaszka reakcja A+BAB pomiedzy cząsteczkami substratów Ai B musi dojść do zderzenia. Zderzenia muszą być efektynw, tj czasteczki musza mieć wystarczającą energię i muszą być odpowiednio zorientowane względem siebie.

Tylko zderzenie czasteczek o energii równej lub większej niż pewna progowa energia E* zwana energią aktywacji prowadza do reakcji chemicznej i powstania nowej molekuły są to tzn zderzenia efektywne.

Mechanizm reakcji chemicznej

Przemiana substratów w produkty może zachodzić w wyniku wielu etapów. Sekwencja aktów elementarnych jest nazywana mechanizmem reakcji

Mechanizm wyjaśnia sposób tworzenia i losy produktów pośrednich, które nie występują w równaniu stechiometrycznym. Produktami pośrednimi są nietrwałe połączenia o krótkim czasie życia (rzędu ułamków sekundy). Ustalenie mechanizmu dokonuje się na drodze doświadczalnej. Nawet w przypadku formalnego podobieństwa równań stechiometrycznych, mechanizmy mogą być różne, np.:

Reakcja jednoetapowa

H2 + I2 = 2 HI

reakcja wieloetapowa

H2 + Br2 = 2 HBr H2 + Br2 = 2 HBr

Etap I Br2 = 2 Br

Etap II Br + H2 = HBr + H

Etap III H + Br2 = HBr + Br

Etap IV 2 Br = Br2

Calkowita szybkośc reakcji zależyod etapu najwolniejszego!

Równanie stechiometryczne opisuje jedynie stan początkowy i końcowy reakcji chemicznej.

Im wyższa temperatura tym rekacja chemiczna zachodzi z większą szybkością

Współczynnik temperaturowy daje jedynie przybliżony obraz wpływu temperatury na szybkość reakcji.

Bardziej dokładnie zależność tę charakteryzuje równanie Arheniusa:

k - stała szybkości reakcji,

A - stała, charakterystyczna dla reakcji,

EA - energia aktywacji,

R - stała gazowa,

T - temperatura.

Często stosuje się postać logarytmiczną równania Arheniusa

Regula van’Hoffa: wzrost temperatury o 10*C prowadzi do ok 3krotnej przyśpieszenia reakcji

V_(t1)=V_(t0)*3^{^t1-t0/10}

Gdzie t0 i t1 oznaczaja odpowiednio temperaturę niższą i wyzszą (w stopniach C)

Np.; wzrost temp o 20*C przyśpieszy reakcję9krotnie

Dla podwyższenia początkowej wytrzymałości betonu stosuje się obrobkę cieplną, przy czym skrócenie czasu wiązania można oszacowac…