WYKŁAD PIERWSZY

PIERWIASTEK – to zbiór atomów o określonym ładunku i takiej samej liczbie atomowej(2)

ATOMY – to elektrycznie obojętne cząsteczki, pozornie niepodzielne

ZWIĄZEK CHEMICZNY – związek atomów różnych pierwiastków tworzących cząsteczkę

LICZBA ATOMOWA (Z) – to liczba pierwiastków w jądrze atomu pierwiastka

LICZBA MASOWA(A) – liczba protonów i neutronów w jądrze danego atomu np.

Czyli atom tego w jądrze: 7 protonów(liczba atomowa Z)
pierwiastka 7 neutronów
zawiera: 14(liczba masowa A)

I 7 elektronów rozmieszczonych w odpowiednich przestrzeniach orbitalnych (ma dwie powłoki, a na ostatniej znajduje się 5 elektronów)

LICZBA ATOMOWA LUB MASA CZĄSTECZKOWA (M) – to masa 1 mola atomów lub cząsteczek danego pierwiastka lub związku chemicznego

1 MOL – ilość substancji chemicznej, która zawiera 6,023*10²³

atomów(cząsteczek, jonów, elektronów) = ilość atomów w 12g węgla, izotopu 12C

IZOTOPY – to atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą neuronów w jądrze, a o tej samie liczbie protonów

GĘSTOŚĆ – to masa 1cm3(d=m/v [g/cm²])

LICZBA MOLI(n) – dowolnej substancji

n=m/M

gdzie: m- masa substancji w g; M- masa atomowa lub cząsteczkowa w g/mol

PODSTAWOWE PRAWA CHEMICZNE:

Prawo Avogadro – 1 mol dowolnego gazu w warunkach normalnych zawiera objętość 22,4 dm3

Prawo zachowania masy – w reakcjach chemicznych ma stały skład ilościowy, uniezależniony od drogi powstawania tego związku

Prawo stosunków stałych – stosunek masowy pierwiastków w danym związku chemicznym jest wielkością stałą

STĘŻENIE MOLOWE – liczba moli danego związku zawarta w 1 dm3 roztworu

Cmol= n/V = ms/M*Vr [mol/dm3]

STĘŻENIE PROCENTOWE – ilość gramów związku zawarta w 100g roztworu

Cp= ms/mr*100% = ms/ms+mrozp* 100%

PIERWIASTKI WYSTĘPUJĄCE W ORGANIZMACH ŻYWYCH:
wg. Loewy’ego można je podzielić na kolejne 3 kategorie:

2. Podstawowe, których zawartość wacha się pomiędzy 2-60%
   O(tlen) – 63%

C(węgiel) – 19% 96,62%

H(wodór) – 9%

N(azot) – 5%

1. Śladowe, których zawartość wacha się pomiędzy 0,02–2%
   Ca(wapń) - 1,5%

S(siarka), P(fosfor) - 0,6% 3,35%

Na(sód), K(potas), Cl(chlor) - 0,2%

Mg(magnez) - 0,04%

Ca, P, Mg, S – to pierwiastki trudno rozpuszczalne w wodzie (10 postaci jonów) tworzące kości, zęby, skórę, włosy

Ca2+ - m.in. reguluje kurczliwość komórek

Na+ - reguluje przewodzenie bodźców nerwowych

K+, Na+ - związek płynności cytoplazmy

Mg2+, Ca2+ - zmniejszają płynność cytoplazmy

1. Mikroelementy zawartość > 0,1%

Fe(żelazo), Cu(miedź), Mn(mangan), I(jod), F(fluor), Co(kobalt), Zn(cynk), Se(selen), Mo(molibden), B(bor)

Niektóre z tych pierwiastków są składnikiem hormonów, jak i białek (tzw. metaloprotein), biorą udział(w postaci jonów) w przenoszeniu elektrolitów, np. Cu, Fe, Mo

PIERWIASTKI WYSOKO TOKSYCZNE:

Ag(srebro), Pb(ołów), Hg(rtęć), Cd(kadm ), Ba(bar), As(arsen), Sb(antymon), Be(beryl), Te(tal), Th(tor)

Sole metali ciężkich(gęstość >6g/cm²)

Sole rtęci, cezu(Cs) i ołowiu - rozpuszczalne są silnie trujące, ich sole trudno rozpuszczalne są mniej toksyczne na skutek złego wchłaniania z przewodu pokarmowego

Toksyczność soli metali ciężkich wynika z:

- ich konkurencyjności do podstawowych metabolitów
- możliwości reagowania z grupami – SH(tiolowymi), co powoduj e niszczenie mostków siarczkowych w cząsteczkach białek
- możliwości reagowanie z grupami fosforanowymi w ATP i ADP
- ich udziału w procesach uszkadzania błon komórkowych

Toksyczność jonów metali ciężkich:

• Pb2+
  - kumuluje się głównie w kościach(pozostaje tam do 90 lat)

- dostaje się do krwioobiegu(1 mc)

- wiąże się z aminokwasami w białkach, hemoglobinie, enzymami, białkami w strukturze DNA

- w zależności od dawki mg/dm3 zawartość jonów ołowiu we krwi powoduje:
1200 – śmierć; 800 – uszkodzenie CUN; 600 – anemię; 100 – prenatalne uszkodzenie CUN

- skutki zatrucia: anemia, nadciśnienie, neuropatia, uszkodzenia mózgu

- małe stężenia są usuwane przez białka metalosiarkowe(w ten sposób usuwane są jony: Pb2+, Hg2+, Cd2+)

• As(v)
  - tworzy związki podobne do fosforanów(są rakotwórcze)

• Cd2+
  - gromadzi się w nerkach i w wątrobie(pozostaje tam 20-30 lat), dopuszczalna dawka 0,2-0,4 mg/tydzień, a 20 pierwiastków/dobę; 20,04 mg Cd

• Be
  - toksyczne tlenki(pylica zwana beryliozą), związki rakotwórcze

• Cr3+(lub VI) chromiany
  - rakotwórczy, wywołuje nowotwory układu oddechowego

• Hg2+
  - tworzy związki alkilowe rtęci(metylo-rtęci lub dimetylo-rtęci, preparaty grzybobójcze) i siateczki, toksyczne

Budowa i skład podstawowych związków w organizmie:

- Białka (C, H, O, N, S)
- Węglowodany(cukrowce) i lipidy(C, H, O)
- Kwasy nukleinowe (C, H, O, N, P)
- Woda(H2O)stanowi 2/3 ciężaru (ilość wody w organizmie maleje z wiekiem), utrata 20% wody prowadzi do śmierci(zawartość wody w organach: mózg 80-90%; mięśnie 75%; kości 20%; szkliwo zębów 5-10%)

Żywa materia wybiera pierwiastki lekkie, ponieważ:

- mała objętość atomu sprzyja miniaturyzacji cząsteczek i makrocząsteczek

- zapewnia dużą stabilność atomu na skutek wysokiego potencjału jonizacyjnego(tj. ilość energii potrzebna do oderwania jednego elektronu od atomu)

• Kationy(jony z ładunkiem dodatnim) w organizmie:
  Na+, K+, Hg2+, NH4+, Ca2+, Fe2+ lub Fe3+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, Ca2+

• Aniony(jony z ładunkiem ujemnym) w organizmie:
  CO2-, HCO3-, HPO4 2-, H2PO4-, Cl-, F-, NO3-, SO2 2-, S2-, HCOO-, CH3COO-

• Sole rozpuszczalne
  KCl, NaCl, Na2SO4, K2SO4, CaCl2, BaCl2, NaH2PO4, NH4Cl, MgCl2, CH3COONa, CH3COOK, FeCl2

• Sole nierozpuszczalne

CaCO3, BaSO4, Ca(COO)2, PbCl2, PbS

• Rozpuszczalność soli metali(wzrost liczby atomowej metaluspadek rozpuszczalności)

Azotany, NO3- chlorki Cl- bromki Br-; jodki I- octany CH3COO- nadchlorany ClO4 siarczany SO4- fosforany PO4 3- węglany CO3 2-

Fluorki F- > wodorotlenki > tlenki

ROZPUSZCZANIE – proces prowadzący do otrzymania mieszaniny jednorodnej makroskopowo. Przejście substancji do roztworu można uzyskać przez:

- mieszanie 2 substancji – bez współdziałania pomiędzy cząsteczkami substancji rozpuszczanej i rozpuszczalnika
- solwatacje – grupowanie cząstek rozpuszczalnika wokół substancji rozpuszczanej

Jeżeli rozpuszczalnikiem jest woda to mamy do czynienia z hydrolizą

Roztwarzanie – związane z reakcją chemiczną substancji rozpuszczanej z rozpuszczalnikiem

Substancje higroskopijne – substancje zdolne do pochłaniania pary wodnej i wody

Wiązanie trwałe(hydraty) – substancje o właściwościach rozpływania się we własnej wodzie krystalicznej (CaCl2, MgCl2) lub reagują z H2O

Substancje porowate – pochłaniają H2O , absorbując ją na powierzchni(np. węgiel aktywny)

Dysocjacja elektrolityczna – rozpad substancji rozpuszczonej na jony pod wpływem wody lub rozpuszczalników polarnych

Dysocjacji ulegają:
- związki, które w stanie stałym tworzą sieć krystaliczną (NaCl, NaOH)
- związki posiadające wiązania kowalencyjne spolaryzowane (HCl)

Dipolowe cząsteczki rozpuszczalnika powodują:
- osłabienie sił elektrostatycznego oddziaływania między jonami
- zniszczenie struktury krystalicznej
- otoczenie jonów innymi jonami lub cząsteczkami rozpuszczalnika(solwatacje) w przypadku H2O – hydratacje

Elektrolity dzielimy na:

• Mocne
  - wszystkie sole
  - kwasy nieorganiczne: HNO3, HClO4, HCl, HBr
  - kwasy organiczne

- wodorotlenki
-aminy alifatyczne

• Słabe
  - związki słabo dysocjujące w wodzie

- kwasy organiczne CH3COOH

- H2O

- kwasy nieorganiczne H2SO3

Wartości charakterystyczne elektrolitów:

a - Współczynnik jonów

f- Współczynnik aktywności

O < f < 1

a= f < O

α – stopień dysocjacji

K – stała dysocjacji

Elektrolity stałe

C – liczba cząstek ulegających dysocjacji

Co – ogólna liczba cząstek elektrolitu

WYKŁAD DRUGI

TEORIA PROTONOWA KWASÓW I ZASAD

• Wg. Arrheniusa

- kwas oddaje wodór (H)

- zasada oddaje grupę hydroksylową(OH)

• Wg. Bronsteda-Lowry’ego

- kwas – dawca(donor) jonów H+(protonów)

- zasada – biorca(akceptor) jonów H+(protonów)

KWASY:

- cząsteczki obojętne HCl, CH3COOH, H2O, H2SO4

- jony, kwasy kationowe NH4+, H30-, CH3NH3+

- jony, kwasy aminowe HSO4-, HS-, H2PO4 3-

ZASADY:

- cząsteczki obojętne NH3, CH3NH2, H2O, C6H5, NH2

- jony, zasady kationowe H2NCH2CH2 NH3+

- jony, zasady anionowe OH -, Cl-, HS-, CO3 2-, CH3COO-

ZWIĄZKI (jony) AMFIPROTYCZNE

H2O, H2PO4-, H5, H2NCH2CH2NH3+

REAKCJE PROTOLIZY – reakcja, w której następuje przeniesienie protonu z dawcy na biorcę. W każdej reakcji protolizy mamy dwie sprzężone pary kwas zasada

np.

REAKCJE UDAWADNIAJĄCE WŁAŚCIWOŚCI KAWSOWO-ZASADOWE

Wg. Bronsteda – reakcje protolizy pomiędzy donorem a akceptorem jonu wodoru

1. Kwas cząsteczkowy, np. HCl, H2SO4, HNO3, H2O, H2S, H2CO3, H3PO4, CH3COOH

2. Kwas kationowy, np. NH4+, H3O+, H2NCH2CH2NH3+

3. Kwas anionowy, np. H2PO4-, HPO4 2-, HCO3-, HS-

W zależności od reagentów kwasy anionowe mogą być zarówno kwasami, jak i zasadami:

1. Reakcje udowadniające właściwości kwasowe – reakcje z zasadą:

2. Reakcje udowadniające właściwości zasadowe – w reakcji z mocnymi kwasami(mocniejszymi), kwasów anionowych – jak amfoteryczne

REAKCJE UDAWADNIAJĄCE WŁAŚCIWOŚCI KAWSOWO-ZASADOWE

Wg. Bronsteda – reakcje protolizy pomiędzy donorem a akceptorem jonu wodoru

1. Zasada cząsteczkowa, np. NH3, H2O, H2N-CH3(amina)

2. Zasada kationowa, np. H2NCH2CH2NH3+

3. Zasada anionowa, np. Cl-, OH-, CH3COO-, HCO3-, SO4 2-, HS-

Podobnie jak kwasy, niektóre zasady aminowe i kationowe mogą zachowywać się, jak kwasy lub zasady(jony amfiprotyczne) zależy to od właściwości i mocy drugiego reagenta.

Reakcje neutralizacji, to reakcje między kwasem i zasadą.

KWAS + ZASADA H2O + SÓL

SŁABY KWAS

KWAS+ SÓL HYDROLIZYJĄCA LUB + SÓL
SŁABA ZASADA

KWASY I ZASADY – POSTĘPOWANIE W PRZYPADKACH OPARZEŃ

1. Spłukać dużą ilością wody

2. Zneutralizować mocny kwas – słaba zasada

mocna zasada – słaby kwas

np. oparzenia stężonym HCl (H2SO4, HNO3)

Oparzenia stężoną zasadą:

Iloczyn jonowy wody:

pH> 7 odczyn zasadowy (lakmus niebieski)

pH<7 odczyn kwasowy (lakmus czerwony)

pH NIEKTÓRYCH PŁYNÓW USTROJOWYCH:

• Sok żołądkowy 0,6 – 1,5

• Mocz 4,8 – 7,5

• Sok jelitowy 6,5 – 7,5

• Ślina 6,5 – 7,5

• Osocze krwi 7,35 – 7,45

• Sok trzustkowy 7,5 – 8,0

DLA PORÓWNANIA :

• Sok z cytryny 2,2 – 2,4

• Wino 2,8 – 3,8

• Ocet 3,0

• Piwo 4,7

• Mleko 6,3 – 6,8

• Woda morska 8,0

SKALA pH – ilościowa skala kwasowości i zasadowości (odczynu) roztworów wodnych związków chemicznych. Oparta jest na aktywności jonów hydrolizujących. H3O+ w roztworach wodnych

• Tradycyjne wartości pH definiuje się, jako:

lub

Gdzie [H3O] = [mol/ dm³]

• Jednak najbardziej prawidłowym wyrażeniem jest:
  
  
  
  Gdzie:
  a – aktywność jonów H3O+

• Analogicznym pojęciem stosunku do jonów OH- jest:

ROZTWORY BUFOROWE – to roztwory, których wartość pH po dodaniu niewielkich ilości mocnych kwasów lub zasad, jak i po rozcieńczeniu wodą pozostaje prawie niezmienna.

1. Roztwory słabych kwasów oraz ich soli z mocną zasadą, np. CH3COOH, CH3COONa(wg. Teorii Arrheniusa)
   Wg. Teorii protonowej Bronsteda to słaby kwas i sprzężona z nim zasada

2. Roztwory słabych zasad oraz ich soli z mocnym kwasem np. NH4Cl/NH3 (wg. Teorii Arrheniusa)
   Wg. Teorii protonowej Bronsteda to słaba zasada i sprzężony z nim kwas

3. Roztwory dwóch wieloprotonowych kwasów, np. KH2PO4/ K2HPO4(wg. Teorii Arrheniusa) Wg. Teorii protonowej Bronsteda to kwas i sprzężona z nim zasada

WŁAŚCIWOŚCI ROZTWORÓW BUFOROWYCH:

1. pH roztworów buforowych zależy od stosunku stężeń soli/kwasu lub zasady sprzężonej/kwasu

Równanie Hendersona–Hassenbalchta – określa pH roztworu buforowego

1. Dodanie niewielkich ilości kwasu lub zasady powoduje jedynie niewielkie zmiany pH roztworu buforowego

2. Nieznaczne rozcieńczenie nie powoduje zmiany pH

3. Zdolność buforowanie zależy od pojemności buforowej β(im wyższe stężenie składników bufor tym większa pojemność buforowa)

Ilość moli dodanego kwasu lub zasady, która powoduje zmianę pH o jednostkę

REAKCJE UDOWADNIAJĄCE WŁAŚCIWOŚCI BUFOROWE:

1. Bufor fosforanowy: H2PO4 -/ HPO4 2-
   - po dodaniu kwasu reaguje zasada tego układu buforowego(H2PO4 2-)
   
   
   - po dodaniu zasady reaguje kwas tego układu buforowego(H2PO4-)

2. Bufor węglanowy: H2CO3/ HCO3-

- po dodaniu kwasu reaguje zasada tego układu buforowego(HCO3-)


- po dodaniu zasady reaguje kwas tego układu buforowego(H2CO3)

UKŁADY BUFOROWE W ORGANIZMIE:

1. Osocze krwi i płyny pozakomórkowe

• Wodorowęglany H2CO3/HCO3- [CO2] – 1,2 mmola/ dm³

[HCO3-] – 25 mmol/ dm³

• Białczany HB(białko)/białczan-

• Fosforany H2PO4-/HPO4 2-

pH krwi zdeterminowane jest stosunkiem stężenia jonów HCO3- do stężenia CO2, które w warunkach fizjologicznych wynosi 20:1

1. Krwinki

• wodorowęglany CO2(K)/HCO3 –(Z)

• hemoglobinowy HbO2(Z)/HHb+O2(K)

1. Komórki

• fosforany H2PO4-/ HPO4 2-

KWASICA METABOLICZNA – wzrasta stężenie jonów H+ lub spada stężenie HCO3-(np. w cukrzycy, niedożywienie, chorobie nerek).

KWASICA ODDECHOWA – czynnikiem zakłócającym stosunek [HCO3-]/[CO2] jest wzrost ciśnienia parcjalnego CO2 w pęcherzykach płucnych. Płuca nie są zdolne do wydalenia CO2 (rozedma).

ZASADOWICA METABOLICZNA – rozrasta się stężenie jonów HCO3-, spada stężenie jonów H+(np. nadczynności hormonów przysadki lub nadnerczy, chorobie wrzodowej żołądka i dwunastnicy, wymiotach).

ALKALOZA ODDECHOWA – na skutek hiperwentylacji płuc (zwiększona szybkość oddechu) spada zawartość CO2 (np. zapalenie mózgu, histerie).

DYFUZJE – proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząstek rozpuszczalnika i substancji rozpuszczanej w danym ośrodku wywoływany chaotycznym ruchem cząsteczek substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika pod wpływem energii kinetycznej(ruchów termicznych)

Proces dyfuzji w cieczach przebiega powoli, przy czym dyfuzje w gazach jest znacznie szybsza.

Prawo Ficka - szybkość dyfuzji jest proporcjonalna do gradientu stężeń, czyli różnicy stężenia substancji w dwóch warstwach roztworu oddalonych od siebie o odległość (dx) oraz przekroju warstwy roztworu.

D – współczynnik dyfuzji zależy od:

- rodzaju substancji rozpuszczanej
- rodzaju rozpuszczalnika

- wzrasta wraz ze wzrostem temperatury

- powierzchni wymiany

OSMOZA – proces swobodnej dyfuzji cząsteczek rozpuszczalnika z jednego roztworu do drugiego przez półprzepuszczalną błonę. Siłą napędową osmozy jest różnica ciśnień osmotycznych wywieranych na błonę półprzepuszczalną przez roztwory znajdujące się po obu stronach membrany.

SWOBODNA OSMOZA CZĄSTEK ROZPUSZCZALNIKA – przebiega zawsze od roztworu wywierającego niższe ciśnienie na błonę półprzepuszczalną(hipotonicznego) do roztworu o wyższym ciśnieniu(hipertonicznego).

ROZTWORY IZOTONICZNE – to roztwory, które posiadają identyczne ciśnienie osmotyczne, roztowry te mają jednakową osmotyczność.

CIŚNIENIE OSMOTYCZNE – różnica ciśnień wywieranych na półprzepuszczalną błonę(membranę) przez dwa roztwory rozdzielone tą błoną:

• ciśnienie osmotyczne warunkuje ruch cząsteczek w procesie osmozy

• należy do właściwości koligatywnych roztworu - nie zależy od rodzaju, a jedynie od ilości

roztwór hipotoniczny roztwór hipertoniczny

- Hemoliza, - plazmoliza
- pęcznienie komórki - obkurczanie komórki

- woda wnika do wnętrza komórki - woda z komórki przenika na zewnątrz

CIŚNIENIE OSMOTYCZNE

Π = C*R*T gdzie: π – ciśnienie osmotyczne

(dla nieelektrolitów) C – stężenie

R – stała gazowa

T – temperatura

Π = C*i*R*T i – ilość jonów

(dla elektrolitów)

C=n/V π*V = n*R*T*i

Np. dla NaCl π = (C[Na+] + C[Cl-]) *R*T= i*C*R*T

• 1 osmosomalny roztwór wywiera ciśnienie osmotyczne 22,4 atm=22,690 hPa= 2269 kPa

• Ciśnienie osmotyczne krwi w temperaturze 0 stopni Celsjusza wynosi:

7033,0 hPa = 703,4 kPa = 7 atm

ROZPUSZCZANIE – to proces dynamiczny do osiągnięcia stanu równowagi pomiędzy osadem o częścią .

ROZPUSZCZALNOŚĆ – ilość moli substancji rozpuszczanej w 1 dm3, w danej temperaturze i przy danym ciśnieniu w roztworze nasyconym.

Jest to wielkość charakterystyczna dla danej substancji.

SOLE TRUDNO ROZPUSZCZALNE:

CO 2- (oprócz Na+ i K+)

PO4 3-(oprócz Na+ i K+)

SO 2- (oprócz Ba 2+, Pb 2+)

Cl- ( Ag+, Hg2+, Pb2+)

SOLE DOBRZE ROZPUSZCZALNE:

Wszystkie NO3-

Prawie wszystkie Cl-(oprócz Ag+, Hg2+, Pb2+)

Wszystkie sole Na+ i K+

ILOCZYN ROZPUSZCZALNOŚCI [Ks] – to iloczyn stężeń molowych jonów elektrolitu trudno rozpuszczalnego w wodnym roztworze nasyconym w danej temperaturze.

Jeśli Ks< [x]*[y] to dochodzi do wytrącenia osadu.

ROZTWÓR NIENASYCONY – to roztwór, w którym można jeszcze rozpuścić pewną ilość substancji w określonych warunkach termodynamicznych

ROZTWÓR PRZESYCONY – to układ niestabilny, dążący do wydzielania nadmiaru substancji rozpuszczonej w postaci osadu.

ROZTWÓR NASYCONY – to roztwór zawierający maksymalną ilość substancji, którą można rozpuścić w określonej objętości rozpuszczalnika w określonych warunkach termodynamicznych. Roztwór taki pozostaje w równowadze z namiarem substancji rozpuszczonej(osadem) tzn. szybkość procesu rozpuszczania i strącania jest jednakowa.

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA ROZPUSZCZALNOŚĆ SOLI:

• Ciśnienie i temperatura(ogrzewanie roztworu sprzyja rozpadowi zasocjonowanych cząstek rozpuszczalnika, przez co zwiększa się powierzchnia kontaktu jego cząstek z substancją rozpuszczoną) wzrost temperatury zwiększa rozpuszczalność soli trudno rozpuszczalnych.

• Dodanie kwasu lub zasady, np. CoCO3.

• Dodanie innej soli niemającej wspólnych jonów(powoduje to zwiększenie siły jonowej roztworu, co wpływa na obniżenie wartości współczynnika aktywności f i co za tym idzie zmianę aktywności tzw. efekt solny).

• Dodanie soli o wspólnym jonie.

• Rozdrobnienie substancji.

• Mieszanie.

*Znając stałą iloczynu rozpuszczalności Ks można wyliczyć ilość moli(atomów) danej soli trudno rozpuszczalnej, która się rozpuściła.

Im mniejsza wartość Ks, tym mniejsze ilości soli możemy rozpuścić, np. jeśli stężenie soli rozpuszczalnej AgCl CAgCl = x mola, to w wyniku rozpuszczania otrzymamy w roztworze nasyconym:

x moli Ag+ i x mol Cl- czyli Ks = x * x=x²

stąd x= 2f Ks

Dla innej soli trudno rozpuszczalnej Ag2SO4, której rozpuściło się x moli, to jonów [Ag+]= 2x i jonów [So4-]= x

Czyli Ks=[Ag+]²*[SO4−]=(2x)²*x=4x²

Stąd:

W ten sposób możemy wyliczyć ile wody musimy użyć aby rozpuścić, np. kamień w czajniku.

Zgodnie z wyliczeniami do rozpuszczenia jednej łyżeczki kamienia CaCO3 potrzeba ok. 1m3 wody

ROZPUSZCZALNOŚĆ GAZÓW W CIECZACH ZALEŻY OD:

1. Rodzaju obu substancji (gazu i rozpuszczalnika) ich polarności może sprzyjać wzrost sił wzajemnego oddziaływania na siebie
   Warunkiem koniecznym do powstania roztworu jest chemiczne podobieństwo jego składników substancje polarne rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych, a substancje niepolarne w niepolarnych (np. metan nie rozpuszcza się w wodzie, ale rozpuszcza się w benzynie)

2. Reakcji towarzyszących rozpuszczaniu(np. rozpad na jony sprzyja procesowi rozpuszczania)

3. Temperatury wraz z jej wzrostem maleje rozpuszczalność gazu w cieczy

4. Ciśnienia przy T=const., wpływ ciśnienia na rozpuszczalność gazów w cieczach określa ilościowo Prawo Henry’ego: masa gazu(m) rozpuszczonego w danej objętości cieczy jest wprost proporcjonalna do ciśnienia parcjalnego gazu nad roztworem

m= k*p T=const.

k- współczynnik zależny od temperatury i rozpuszczalnika

*Prawo Raoulta

Prężność pary nad czystym rozpuszczalnikiem jest większa niż nad roztworem substancji rozpuszczonej w tym rozpuszczalniku

Gdzie:

n- liczba moli sub. Rozpuszczanej

N – liczba moli rozpuszczalnika

Po – prężność pary czystego rozpuszczalnika

p= Po – P

P/Po – względne obniżenie prężności pary

• Względne obniżenie prężności pary nad roztworem jest liczbowo równe ułamkowi molowemu substancji rozpuszczanej

• Cząsteczki powracające z w fazy gazowej mają całą powierzchnię

• Cząsteczki rozpuszczalnika w fazie ciekłej są zablokowane przez cząsteczki substancji nielotnej

• Prawdopodobieństwo przechodzenia cząsteczek rozpuszczalnika z fazy gazowej do ciekłej jest większe

• Konsekwencją obniżenia prężności pary rozpuszczalnika nad roztworem cała stałego jest podwyższenie temperatury wrzenia roztworu i obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu

OSMOSOMALNOŚĆ – na ile jonów dysocjuje osmosomalność

NaCl – 0,1 mol/ dm³ 0,2

Glukoza 0,2 mol/dm³ 0,2

Na2So4 0,1 mol/dm³ 0,3

Na3PO4 0,1 mol/dm³ 0,4

0,9% NaCl 0,15 mol/dm³ 0,3 mole cząsteczek osmotycznie czynnych

Glukoza 0,3 mol/dm³ 0,3

KOLOIDY – układy dyspersyjne, w których średnica cząstek rozpuszczanych w jakimś ośrodku mieści się w zakresie 1nm:1um. Każdą substancję stałą, ciekłą lub gazową można przeprowadzić w stan koloidalny, czyli w stan rozdrobnienia większy niż w zawiesinie, ale mniejszy niż roztworze rzeczywistym.

Średnica cząstek > 1um zawiesina > 1um

Średnica cząstek < 1nm roztwór rzeczywisty < 1nm

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH

- sączek z bibuły przechodzą

- dializa nie dializują

- sedymentacja nie sedymentują

- ruchy Browna nie wykazują

- zjawisko Tyndalla widoczne

- ultramikroskop widoczne

Faza rozproszona	Faza rozpraszająca	Rodzaj koloidu	Przykład
Gaz	Gaz	-	-
Ciecz	Gaz	Aerozol ciekły	Mgła, leki w aerozolu
Ciało stałe	Gaz	Aerozol stały	Kurz, dym
Gaz	Ciecz	Piana	Piana mydlana, piana z białek

WYKŁAD TRZECI

TOKSYCZNE ZWIĄZKI WĘGLA:

- tlenki CO i CO2

- cyjanki CN-

- fosgen(tlenochlorek węgla) COCl2

TLENKI

CO2 (dwutlenek węgla)
O C O cząsteczka liniowa atomu węgla w stanie hybrydyzacji sp

Rola biologiczna:

- wzrost lub spadek stężenie CO2 we krwi wskazuje na zmiany patologiczne(kwasica lub zasadowica oddechowa)

- wpływ na pH osocza krwi:

$$pH = pK + \log\begin{matrix} \frac{CHCO3 -}{CH2CO3} \\ \\ \end{matrix}$$

CO (tlenek węgla)

C O potrójne wiązanie - 1Ω, 2π

Rola biologiczna:

- CO wykazuje duże powinowactwo do kompleksu żelazo- porfirynowego (hemoglobinowego) wypiera tlen z oksyhemoglobiny, dając trwalsze kompleksy niż kompleksy hemoglobiny z tlenem. Organizm ginie na skutek niedoboru tlenu

HbO2 + CO HbCO + O2

- podając zatrutemu tlen (O2) do wdychania następuje przesunięcia równowagi tego równania w lewo

Toksyczne związki węgla:

- najważniejszy kompleks żelazo-porfirynowy jest obecny w grupie hemu w hemoglobinie i mioglobinie (białka wiążące tlen we krwi i mięśniach)

- każda jednostka hemu wiąże 1 cząsteczkę tlenu

- hemoglobina ma 4 jednostki hemu, czyli wiąże 4 cząsteczki tlenu

- powinowactwo hemoglobiny do tlenu zależy od pH(najmniejsze przy niższym pH, tzn. gdy jest większe stężenie CO2 w tkankach)

- mioglobina ma 1 cząsteczkę hemu, czyli wiąże 1 cząsteczkę tlenu

- porfiryny zbudowane są z czterech pierścieni pirolowych

- każdy pierścień pirolowy ma dwa łańcuchy boczne, mogą to być:

• Rodnik metylowy – CH3

• Rodnik winylowy – CH=CH2

• Rodnik propionylowy – CH2-Ch2-COOH

- jon Fe2+ związany jest:

• Czterema wiązaniami z azotami piroli

• Jednym wiązaniem koordynacyjnym z białkiem
  - jest to globinowa szczęść cząsteczki hemu(poprzez atom azotu histydyny)

• Jedynym wiązaniem z cząsteczką tlenu

CYJANKI:

CN-(sole kwasu cyjanowodorowego, HCN)

- cyjanki pod wpływem kwasów wydzielają silnie trujący kwas cyjanowodorowy tlen (cofnięcie dysocjacji słabego kwasu):
CN- + H3O HCN +H2O

- cyjanki z metalami tworzą kompleksy, które pod wpływem temperatury ulegają rozkładowi z wydzieleniem cyjanu (CN)2, gazu trującego o woni gorzkich migdałów:

Hg(CN)2 + temp. Hg + (CN)2

Cu(CN)2 + temp. CuCN + (CN)2

- cyjanki CN- charakteryzują się większym powinowactwem do hemoglobiny niż tlen (podobnie jak CO) i wypierają tlen z kompleksu z hemem.

FOSGEN:

COCl2

Tlenochlorek węgla

CO + Cl2 COCl2

Właściwości chemiczne:

- gaz, niepalny, cięższy od powietrza, gromadzi się w niższych warstwach atmosfery

- przechowywany jest w stanie skroplonym (pod wysokim ciśnieniem)

- ciecz rozlana szybko przechodzi w gaz, w dużym stężeniu ciecz o silnym nieprzyjemnym zapachu

- nie występuje naturalnie, może wydzielać się w czasie spalania tworzyw sztucznych i plastikowych

Właściwości biologiczne:

- trujący w temperaturze pokojowej

- bojowy środek chemiczny, duszący (stosowany podczas I Wojny Światowej)

- wydzielany w reakcji gazowy chlorowodór, HCl niszczy skórę, działa drażniąca na oczy, nos, przełyk i płuca(niszczy błonę śluzową)

COCl2 + H2O HCl + CO2

Objawy zatrucia:

Łzawienie, nieostrość widzenia, kaszel, pieczenie gardła i oczu, trudności z oddychaniem, mdłości wymioty

Przy dużym stężeniu:

Obrzęk płuc, płyn w płucach, w ciągu 2-6 godziny, obniżenie ciśnienia, uszkodzenie pracy serca

Pomoc:

- zdjąć odzież

- umyć skórę wodę z mydłem w celu zobojętnienia HCl

- Nie wywoływać wymiotów!

- Nie pić płynów!

TOKSYCZNE ZWIĄZKI SIARKI:

- tlenki

- siarkowodór

TLENKI:

SO2

SO3

Reakcje zachodzące w atmosferze:

SO2 + O2 SO3 + O2

SO3 + H2O H2SO4

Kwas siarkowy (VI) z atmosfery usuwany jest wraz z odpadami (czas przebywania SO3 i H2SO4 w atmosferze wynosi od 2 do 6 dni i mogą być przenoszone z wiatrem na odległość ok. 4000km)

SUCHY OPAD – to adsorpcja związków siarki na wilgotnych powierzchniach roślin, budowlanych, glebie i na powierzchni wody

MOKRY OPAD – jest związany z deszczem lub śniegiem

Kwaśnie deszcze to wody deszczowe zawierające tlenki siarki i kwas siarkowy

Toksyczność:

Stężenie > 500µg/m³/24h – wywołuje astmę

>250µg/m³/24h – wywołuje podrażnienie dróg oddechowych

Smog londyński (w 1952 roku stężenie SO2 wyniosło 4000µg/m³/24h) – śmierć poniosło 4000 osób – ocenie zakazane jest palenie w kominkach.

Inne szkodliwe działanie zakwaszenia środowiska(atmosfery, wód i gleb) przez tlenki siarki:

- śnięcie ryb przy pH wody < 4,5

- niskie pH wody zwiększa rozpuszczalność soli metali ciężkich

- rozpuszczanie kamienia budowalnego, wapnia i marmuru(CaCO3 i HgCO3) – powstają rozpuszczalne siarczany

- korozje metalowych konstrukcji

- roślinność(obniżenie plonów, obumieranie lasów na skutek uszkodzenia aparatów szparkowych, które służą do wymiany fazowej w procesie fotosyntezy i odparowywania wody).

SIARKOWODÓR

H2S

- Słaby kwas, dysocjujący dwustopniowo

K1=10⁻⁷ H2 + S H2S

K2= 10⁻¹⁴ ∆H= -4,8 kcal

- otrzymywanie

FeS + 2HCl FeCl2 + H2S

- bakteryjny rozkład związków organicznych(beztlenowy)

R SH H2S + RH

- rozkład:

- tlenowy – przez mikroorganizmy

H2S SO2 SO3 SO4 2-

- w warunkach beztlenowych

SO4 2- H2S

W wodzie H2S+ jony metali przechodzą w trudno rozpuszczalne siarczki

Toksyczność:

- silny związek redukujący;

- inhibitor oksydazy cytochromowej – enzym odpowiedzialnego za przenoszenie elektrolitów na tlen w łańcuchu oddechoweym działającym w mitochondriach. Cytochrom ten zawiera dwie cząstki hemy z jonem Fe2+, który utlenia się do Fe3+, zawiera tekże dwa atomu Cu, po jednym na cząsteczkę hemu. Oksydaza cytochromowa jest wrażliwa na: H2S, CO, CN i azydki.

TOKSYCZNE ZWIĄZKI AZOTU:

- tlenki:

NO	N2O	NO2	N2O5

NO + [O] NO2 + H2O HNO3 kwaśne deszcze

SMOG FOTOCHEMICZNY(Los Angeles) to reakcja pomiędzy węglowodorami i tlenkami azotu przy dużym nasłonecznieniu.

DRAŻNIĄCE ŚRODKI BOJOWE:

1. Drażniące i duszące np. fosgen

2. Parzące np. iperyt(choroalkilowa pochodna siarkowodór zwana gazem musztardowym) i chloroalkilowe pochodne amoniaku.

IPERYT – gaz musztardowy

Właściwości:
- cięższy od powietrza
- stosowany podczas I Wojny Światowej

- pary związku są silnie trujące

- w temperaturze pokojowej żółto-brązowa ciecz

- usuwanie – przemywanie wodą w środowisku zasadowym(z mydłem)

1. Środki paraliżujące
   TEPP(pirofosforan tetraetylowy)
   
   
   
   
   
   
   Sarin Soman Tabun

Właściwości:

- sarin został użyty w ataku terrorystycznym w metrze w Japonii w 1994 i 1995

- soman wykorzystany podczas wojny Irak – Iran w latach 80-tych

- są to związki łatwo rozpuszczalne w wodzie, natomiast wolno rozkładalne w organizmie

- pary tych substancji są cięższe od powietrza, pozostają w dolnych partiach atmosfery

- kontakt przez skórę, oczy, inhalację

- symptomy zatrucia pojawiają się po kilku sekundach do 18h

Symptomy zatrucia:

- drganie mięśni i pocenie się

- łzawienie i ból oczy, zwężenie się źrenic, zamglone widzenie

- kaszel, ślinienie się, gwałtowny oddech

- biegunka, zwiększone oddawanie moczu

- konwulsje, senność, słabość, ból głowy

- mdłości, wymioty, ból brzucha

- szybkie i wolne bicie serca, niskie i wysokie ciśnienie

Duże dawki:

- utrata świadomości, konwulsje, paraliż, uszkodzenie zdolności oddychania, a w efekcie śmierć

Neutralizacja środków paraliżujących:

- jako pochodne od kwasów fosforanowych łatwo ulegają hydrolizie i rozpuszczaniu w roztworach alkalicznych (zasadowych)

- wymagane jest mycie dużą ilością mydła.

Opis działania:

- związki fosfoorganiczne przyłączają się do aminokwasu – seryny w enzymie – choliesterazie

- następuje zaburzenie działania enzymu biorącego udział w uwalnianiu acetylocholiny

- działanie takie blokuje transmisję impulsów nerwowych przekazywanych przez acetylocholinę

Enzym – CH2-OH

1. Uszkadzające mitochondrialny proces oddechowy

- HCN

- CO

- H2S

TOKSYCZNE ZWIĄZKI DYMU TYTONIOWEGO

• Pył ogółem 15-40 mg

• Nikotyna 1,0-2,3 mg

• Aldehyd octowy 0,5-1,2 mg

• Aceton 100-250 mg

• Benzen 20-50 µg

• Formaldehyd 70-100 µg

• Nitrozoaminy 200-300 µg – toksyczne!

• Benzopiern 20-40 µg – toksyczne!

• Kadm 20 µg/20 papierów

Witamina PP(witamina B3, niacyna) – wspólna nazwa na określenie dwóch związków: kwasu nikotynowego, (czyli pochodnej pirydyny, kwasu 3-pirydylokarboksylowego) i amidu kwasu nikotynowego(nikotynamidu, niacyny)

Kwas nikotynowy	Nikotynamid
Nikotyna	N-nitrozometyloamina
Benzopiren (WWA – wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne)

FERONY – fluoropochodne czterochlorku węgla (CCl4)

- są to gazy niepalne, nietrujące i bez zapachu

- zatrzymujące się w troposferze, mogą dyfundować do stratosfery

- wchodzą w reakcje z ozonem(O3) – jedna z przyczyn dziury ozonowej

- CFC i HCFC – dyfundując do stratosfery ulegają rozkładowi i niszczą ozon

CFC – chlorofluorowęglowodory

Trichlorofluorometan

HCFC – wodorofluorowęglowodory

Dichlorodifluorometan

WĘGLOWODANY

Są to związki organiczne zbudowane z węgla, wodoru i tlenu, w których stosunek wodoru do tlenu jest taki sam jak w wodzie

[C + (H2O)

Węglowodany (sacharydy lub cukry) to rozpowszechniona w przyrodzie grupa wielowdorotlenowych aldehydów(aldozy) i ketonów(ketozy) oraz ich pochodnych.

Występują, jako cukry proste i ich polimery:

• Homoglikany – polimery jednego cukru prostego

• Heteroglikany – polimery różnych cukrów prostych, połączonych wiązaniem glikozydowym

Występują(w wielu strukturach komórkowych) w połączeniu z białkami – glikoproteiny, jak i z lipidami – glikolipidy.

Rola węglowodanów w organizmie:

- materiał energetyczny (głównie w formie glukozy utlenionej do H2O i CO2) dostarczając 45-60% potrzebnej do życia energii(w krajach biednych aż do 85%)

- materiał zapasowy – glikogen(w wątrobie, mięśniach oraz nerkach)

- do syntezy aminokwasów glikogennych (np. alaniny) po uprzednim przekształceniu do 3 węglowych łańcuchów

- do syntezy triacylogliceroli

Otrzymywanie aldehydów i ketonów

Alkohole – grupa funkcyjna R-OH – I rzędowy

R – rodnik alkilowy

Utlenianie alkoholi:

I rzędu

II rzędu

Właściwości chemiczne związków z grupą karboksylową (aldehydy, ketony)

1. Reakcje utleniania(właściwości redukujące – tylko aldozy)
   - odczynnik Tollensa(amoniakowy roztór azotanu srebra)
   
   
   
   
   - odczynnik Fehlinga(roztwór Cu2+ CuO)

2. Reakcje redukcji aldehydów do alkoholi I rzędowych (glinowodorkiem litu) i ketonów do alkoholi II rzędowych

3. Reakcje przyłączania wody

4. Synteza hemiacetali(hemiketali), acetali(ketali) reakcja aldehydów lub ketonów z alkoholami(reakcje pomiędzy grupą aldehydową[ketonową] a grupą aldehydową)

5. Reakcje z aminami(zasady Schiffa, iminy)

6. Reakcje z hydroksyloaminą(oksymy)

7. Reakcje z fenylohydrozyną

CUKRY PROSTE:

Rzadko występują w naturze w postaci wolnej.

Klasyfikacja cukrów jest oparta na liczbie atomów węgla w cząsteczce

- triozy – 3 atomy węgla (aldehyd glicerynowy, dihydroksyaceton)

- tetrozy – 4 atomy węgla(erytroza, arytruloza)

- pentozy – 5 atomów węgla (ryboza, rybuloza, arabinoza)

- heksozy – 6 atomów węgla (glukoza, mannoza, galaktoza, fruktoza)

Pentozy i heksozy pełnią najważniejszą rolę i występują w postaci alkoholi kwasów, estrów kwasów fosforowego i aminocukrów.

OLIGOSACHARYDY

Dwucukry(disacharozy):

- laktoza (cukier mleczny)

- sacharoza (cukier trzcinowy)

- maltoza, izomaltoza, celobioza

Pentozy:

Heksozy:

Wiązanie hemiacetalowe lub hemiketalowe są nietrwałe w środowisku zasadowym.

Glukoza wchłania się dwukrotnie szybciej niż np. pentozy

POCHODNE CUKRÓW PROSTYCH

1. Aminocukry np. glukozamina, galaktozamina

2. Deoksycukry, np. deoksyryboza

3. Kwasy – pochodne cukrów otrzymywane w wyniku utleniania grupy aldehydowej lub grupy wodorotlenowej alkoholi

- kwasy urolowe – kwas glukuronowy - kwasy aldorowe – kwas aldorowy

1. Estry kwasu fosforowego