1. Rudy metali. Podział. Które rudy są łatwiejsze do przetwórstwa w procesach metalurgicznych?

Żelaznych- żelazo, magnez, chrom, nikiel, kobalt, wolfram

Kolorowych - cynk, cyna, miedz, ołów, arsen, rtęć

Lekkich – glin, magnez, beryl

1. Wstępna obróbka rud. Jakie są główne zadania tych procesów?

Głównym zadaniem prażenia jest spowodowanie przemian fizycznych lub chemicznych (powstanie tlenków), zaś usuwanie skały płonnej (fizyczne lub chemiczne) – wzbogacanie rudy.

1. Proces hydrometalurgiczny. Jakie są jego etapy?

Proces hydrometalurgiczny – otrzymywanie metali z roztworów uzyskiwanych przez ługowanie rud, z reguły polimetalicznych. Etapy:

• Rozpuszczanie(przeprowadzanie metalu z rudy do roztworu)

• Oczyszczanie roztworu z zanieczyszczeń

• Wydzielanie pierwiastka z roztworu

1. Procesy pirometalurgiczne we wstępnej obróbce rud.

Prowadzone są w wysokich temperaturach, mają za zadanie otrzymanie metalu i w następnych zabiegach jego ewentualną rafinację

Procesy redukcyjne MeO+RMe + RO

Procesy dysocjacji termicznej 2MeO Me + O₂

Utlenianie MeX+O₂ Me + XO₂

1. Wydzielanie metali na drodze elektrolizy.

Elektrolit

Me⁺⁺ + SO₄ ^-- + H₂O - 2e ---> H₂SO₄ + 0,5 O₂ +Me

1. Proces wielkopiecowy. Wsad, zasada działania wielkiego pieca. Jakie reakcje tam zachodzą?

• Złom stalowy

• Surówka stała i/lub ciekła

• Rudy Fe

• Topniki (CaO, CaCO₃)

• Żelazostopy

Reakcje:

1. 3Fe₂O₃ + CO 2 Fe₃O₄ + CO₂ –Q

2. Fe₃O₄ + CO 3FeO + CO₂+Q

3. FeO + CO Fe + CO₂ - Q

Zasada działania wywodzi się z dymarki. Wielki piec stosuje się w procesie ciągłym (bez wygaszania). Wsad zasypywany jest od góry.

1. Jak usunąć siarkę z surówki?

• Wymaga się istnienia nadmiaru niezwiązanych tlenków CaO lub MgO w żużlu

• Masa żużla musi być odpowiednia

• Atmosfera w wielkim piecu musi być redukująca (obecność CO)

• Odporność na warunki termiczne w dolnej części wielkiego pieca(reakcja endotermiczna)

FeS + CaO + C Fe + CaS + CO

MnS + CaO + C Mn + CaS + CO

Warunki przebiegu

1. Żużel zasadowy

2. Wysoka temperatura

3. Atmosfera redukująca

1. Proces konwertorowy. Na czym polega? Jakie są jego zadania?

Proces otrzymywania stali z ciekłej surówki (z dodatkiem złomu stalowego i topników. Polega na usuwaniu z surówki domieszek (krzem, mangan, węgiel, fosfor, siarka) przez ich utlenianie w wysokiej temperaturze.

1. Co to jest rafinacja metali. Po co się ją prowadzi. Jaki jest podział metod rafinacji?

Rafinacja metali – procesy technologiczne mające na celu oczyszczenie surowego metalu lub stopu. Usuniecie zanieczyszczeń z metalu uzyskanego w procesach wstępnych lub w wyniku przetapianiu złomu.

Podział

1. Fizyczne

• Ekstrakcja

- żużlowa

-gazowa

-próżniowa

• Zmiana stanu skupienia

-postępująca krystalizacja

-topnienie strefowe

-destylacja rektyfikowana

• Elektroliza

• Mechaniczne

-filtrowanie

-wibracja, ultradźwięki

2. Chemiczne

• żużlowa

• gazowa

• próżniowa

1. Metody rafinacji metali poprzez zmianę stanu skupienia.

Wykorzystuje zjawiska:

• Zmiany rozp. zanieczyszczeń w metalu wraz ze zmiana temp.

• Zmiany rozp. zanieczyszczeń podczas przejścia metalu ze stanu ciekłego w stały

Istota:

Swobodne przechłodzenie zanieczyszczeń z tworzącej się fazy stałej do cieczy wymaga istnienia wyraźnego frontu krystalizacji

Postępująca krystalizacja

1. Alkany, alkeny, alkiny. Co to są za związki chemiczne. Podaj przykłady

Alkany – nasycone węglowodory cykliczne (składają się z węgla i wodoru) o wzorze ogólnym C_nH_2n+2 . Między atomami węgla w cząsteczkach alkanów występują jedynie wiązania pojedyncze.

CH4 metan

C2H6 etan

C3H8 propan

C4H10 butan

C5H12 pentan

C6H14 heksan

C7H16 heptan

C8H18 oktan

C9H20 nonan

Alkeny – węglowodory nienasycone o wzorze ogólnym CnH2n. Jest otczanami węgla posiadają jedno wiązanie podwójne.

C2H4 eten

C3H6 propen

C4H8 buten

C5H10 penten

C6H12 heksen

C7H14 hepten

C8H16 okten

C9H18 nonen

C10H20 deken

Alkiny – węglowodory nienasycone posiadają jedno wiązanie potrójne atomów węgla. Wzór ogólny C_nH2_n-2

C2H2 etyn

C3H4 propyn

C4H6 butyn

C5H8 pentyn

C6H10 heksyn

C7H12 heptyn

C8H14 oktyn

2. Wymień podstawowe reakcje w chemii organicznej jedna opisz dokładniej.

-addycji(przyłączenia)

-substytucji (podstawienia)

-eliminacji

-przegrupowanie

Reakcja addycji zachodzi gdy dwa substraty reakcji łączą się ze sobą, tworząc jeden nowy produkt (przyłączenie jednej cząsteczki do drugiej w wyniku czego powstaje jeden produkt bez żadnych produktów ubocznych)

W chemii organicznej przebiega zwykle z rozerwaniem wiązania wielokrotnego węgiel-węgiel lub węgiel-heteroatom.

Addycja wodoru:

1. Jaka jest różnica pomiędzy reakcją addycji i substytucji w chemii organicznej.

Substytucja to redukcja polegająca na wymianie jednego lub więcej atomów ze związku chemicznego np. H₂SO₄ + 2KNO₃ K₂SO₄ + 2HNO₃

Addycja- przyłączanie do zw. Chemicznego obiegu jonu np.

Eten + Cl₂ 1,2-dichloroetan

1. Czym zajmuje się rafineria a czym petrochemia. Jakie są różnice pomiędzy zakładami.

Petrochemia – przetwarzanie ropy naftowej; etylen, tlenek etylenu, propylen, aceton, polietylen; surowce dla ciężkiej syntezy organu i tworzywa sztuczne.

Rafineria – wytwarzanie paliw, olejów, smarów, benzyny

1. Oczyszczanie ropy naftowej. Po co to robimy. Jakie są metody tego procesu.

Ropę wydobywa się spod ziemi. Zawiera dużo zanieczyszczeń. Mieszaninę gazów i solanka są głównym zanieczyszczeniami. Taka ropa jest nazywana ropa surowa. Wstępnie oczyszczamy ja z gazów i soli. Jest poddawana wielu procesom oczyszczania w których otrzymuje się określone frakcje wykorzystywane w przemyśle lub dalej poddawanie procesom oczyszczania.

Metody:

-mechaniczne

-termiczne

-chemiczne

-elektryczne

-destylacja

-kraking

-hydrokraking

-piroliza

-reforming

Zanieczyszczenia powodują erozję rurociągów, utrudniając transport, odkładanie osadów.

1. Destylacja ropy naftowej. Co otrzymujemy w tym procesie.

Destylacja ropy naftowej polega na podgrzaniu ropy naftowej do danej temperatury, w której zawarte w ropie węglowodory przekształcą się w różne gazy i następnie każdy z nich skrapla się później w różnych temperaturach . W ten sposób rozdziela się ropę naftową na różne części czyli tzw. frakcje

Otrzymujemy:

• paliwo lpg

• benzyna silnikowa

• paliwa lotne

• nafta

• oleje napędowe

• ciężkie oleje opałowe

• lekkie oleje opałowe

• smary

• asfalt

• koks naftowy

gaz opałowy <0

benzyna 0-140

ciężka benzyna 140-180

nafta 180-250

olej napędowy 250-350

olej opałowy 350

olej smarowny 350-500

mazut >500

1. Co to jest kraking. Po co prowadzi się ten proces. Co się otrzymuje w jego wyniku.

Kraking - proces polegający na podgrzewaniu do temperatury 400-600^oC w warunkach podwyższonego ciśnienia frakcji destylacji ropy naftowej lub smoły węglowej o wysokich temp wrzenia. W warunkach podwyższonej temp i ciśnienia następuje zrywanie wiązań C-C oraz C-H w cząsteczkach węglowodoru. Produktami procesu są węglowodory o krótszych łańcuchach i niższych temp wrzenia i węglowodory gazowe. Proces krakingu stosowany jest w produkcji paliw syntetycznych i umożliwia pozyskanie większej ilości lżejszych frakcji z ropy naftowej.

1. Co to jest reforming. Jakie jest znaczenie tego procesu.

Reforming to proces stosowanym w celu otrzymania paliw o dużej liczbie oktanowej. Do jego przebiegu potrzebna jest wysoka temperatura oraz ciśnienie. Reforming inaczej nazywany izomeryzacją polega na przetworzeniu alkanów o prostych nierozgałęzionych łańcuchach w alkany rozgałęzione oraz na cyklizacji i aromatyzacji węglowodorów łańcuchowych.

Surowcem do izomeryzacji są między innymi benzyny niskooktanowe o liczbie oktanowej ok. 50, otrzymane w procesie destylacji ropy naftowej.

Produktami reformingu są benzyny o niższej masie cząsteczkowej- benzyny o wyższej jakości (liczbie oktanowej ok. 90).

Reforming ma wielkie znaczenie przemysłowe ze względu na znaczne polepszanie jakości stosowanych do użytku powszechnego.

1. Na czym polegają metody zgazowania węgla kamiennego.

Zgazowanie węgla to proces termochemicznej przemiany węgla pierwiastkowego zawartego w surowcu węglowym na produkty gazowe w reakcjach utleniania i redukcji wodoru lub związanych tlenem i wodorem. W czasie zgazowania paliwo ulega częściowemu spaleniu. 1kg węgla → 1kg gazu

Proces ten odbywa się na terenie kopalni (podziemnie) lub elektrowni.

Surowcami w tym procesie są:

• mało wartościowy węgiel kamienny, brunatny, torf

• para wodna

• tlen

Przy małym ciśnieniu powietrza i pary wodnej powstaje gaz o małej wartości opałowej(3,8-4,2) i jest stosowany, jako gaz opałowy dla przemysłu.

Przy dużym ciśnieniu powietrza i pary wodnej(p>1 at) oraz większej zawartości CO₂ powstaje gaz o większej wartości opałowej (16,-19,2) stosowany dl celów komunalnych.

1. Na czym polegają metody upłynniania węgla kamiennego.

Metody upłynniania węgla dzielimy na:

• metody pośrednie

• metody bezpośrednie

Bezpośrednie upłynnianie węgla- metoda H-Coal

Surowcami są:

• suchy pył węglowy

• wodór

Katalizator to Co- Mo na nośniku glinowym

Parametry procesu:

• ciśnienie 15- 18 MPa

• temperatura 450ºC

Produktem jest hydrogenizat

• frakcja wrząca <325 ºC- ropa węglowa

• frakcja wrząca 325-500ºC- olej obiegowy

Pośrednie upłynnianie węgla polegające na jego zgazowaniu, a następnie uzyskiwaniu produktów ciekłych z gazu syntezowego (metoda Fischera-Tropscha).

Reakcje zachodzą pod ciśnieniem 10-15 MPa

• tworzenie alkoholi (stosujemy wodór),

• tworzenie kwasów karboksylowych,

• tworzenie aldehydów i ketonów

Selektywność metody zależy od:

• rodzaju i sposobu przygotowania katalizatorów,

• składu gazu syntetycznego,

• temperatury syntezy

• krotności recyrkulacji gazu

• ciśnienia

Im wyższa temperatura katalizatora, tym wyższa wydajność.

1. Co to jest polimeryzacja, polikondensacja i poliaddycja.

Polimeryzacja- reakcja chemiczna monomerów prowadząca do powstania polimerów. Podczas polimeryzacji następuje rozerwanie wiązań podwójnych, potrójnych albo otwarcie pierścienia (często heterocyklicznego). Szybkość polimeryzacji uzależniona jest od temperatury, ciśnienia, ilości i rodzaju inicjatora lub katalizatora.

Polikondensacja- reakcja grup funkcyjnych monomerów, która przebiega z wydzieleniem makrocząsteczki (polimeru) oraz innych małych cząsteczek będących produktami ubocznymi (np. wody, amoniaku, chlorowodoru).

Poliaddycja- proces polireakcji stopniowej, ale nie spełniającej kryterium polikondensacji, ponieważ tworzeniu polimeru nie towarzyszy wydzielanie się małocząsteczkowych produktów ubocznych. W wyniku poliaddycji można otrzymać: poliuretany, polimoczniki, żywice epoksydowe i polietylenosilileny.

1. Jakie przemysłowe metody otrzymywania polimerów.

- polimeryzacja w masie;

- polimeryzacja w suspensji;

- polimeryzacja w emulsji;

- polimeryzacja strąceniowa;

- polimeryzacja rozpuszczalnikowa.

1. Co to są materiały (środki) pomocnicze w technologii polimerów. Do czego służą. Podaj trzy przykłady.

Środki pomocnicze wprowadzane są do polimerów w procesie ich syntezy lub przetwórstwa. Spełniają one wielorakie funkcje, m.in. inicjują polimeryzację i wpływają na przebieg, regulują i poprawiają właściwości reologiczne, przetwórcze i użytkowe. W praktyce polimery bardzo rzadko występują w postaci czystej, najczęściej z dodatkiem różnych środków pomocniczych. Do najczęściej stosowanych środków pomocniczych należą: stabilizatory, plastyfikatory (zmiękczacze), napełniacze i nośniki wzmacniające, barwniki i pigmenty, środki smarne, środki antyadhezyjne, porofory, emulgatory, rozpuszczalniki i rozcieńczalniki aktywne, utwardzacze, przyspieszacze i katalizatory, środki zmniejszające palenie i środki antystatyczne.

1. Podaj po trzy przykłady zjawisk fizycznych i chemicznych. Jakie cechy charakteryzują zjawiska chemiczne?

ZJAWISKA FIZYCZNE :

- powstawanie szronu

- zmielenie pieprzu

- rozbicie jajka

-topnienie lodu

-parowanie wody

-mielenie pieprzu

-topnienie parafiny

-słodzenie herbaty

REAKCJA CHEMICZNA :

- kwaśnienie śmietany

- spalanie węgla

- skraplanie pary wodnej

-rozpalanie ogniska

-smażenie jajecznicy

-rdzawienie żelaza

-pieczenie ciasta

-smażenie mięs

1. Podaj definicje: atomu, pierwiastka, cząsteczki, związku chemicznego. Przypisz odpowiednie nazwy następującym indywiduom chemicznym: N₂, C₂H₅OH, H₂SO₄, C₆₀, Fe, Al₂O₃, Hg, O₃, Ar, H₂O.

Atom – podstawowy składnik materii. Składa się z małego dodatnio naładowanego jądra o dużej gęstości i otaczającej go chmury elektronowej o ujemnym ładunku elektrycznym. Fe , Hg

Pierwiastek – substancja chemiczna składająca się z jednego typu atomów (wskazanego liczbą atomową, czyli liczbą protonów w jądrze) lub z atomów o tej samej liczbie protonów. C₆₀ O₃

Cząsteczka (molekuła) – neutralna elektrycznie grupa dwóch lub więcej atomów utrzymywanych razem kowalencyjnym wiązaniem chemicznym. N₂ H₂O

Związek chemiczny – zbiór cząsteczek heteroatomowych o swoistym zespole właściwości. C₂H₅OH, H₂SO₄ Al₂O₃

1. Podaj podstawowe założenia teorii atomistycznej Daltona. Które z tych założeń nie są dziś prawdziwe i dlaczego?

-atomy tego samego pierwiastka są identyczne pod względem masy i rozmiarów
-atomy mają kształt kulisty

-atom jest najmniejszą niepodzielną cząstką pierwiastka która posiada wszystkie cechy tego pierwiastka – Dziś wiemy, że atom jest podzielny i nie stanowi najmniejszej cząstki materii.
-atomy łączą sie i tworzą cząsteczkę

1. Na podstawie równania dowolnej reakcji chemicznej wyjaśnij prawo zachowania masy i energii.

Całkowita masa substancji uczestniczących w reakcji chemicznej pozostaje niezmienna

Mg+S => MgS

24g +32g = 56 g

56g = 56g

Suma wszystkich rodzajów energii w układzie jest stała.

1. Ile moli ludzi zamieszkuje obecnie Ziemię? W obliczeniach należy założyć, że aktualna liczba ludzi na naszej planecie wynosi 6 miliardów. Podaj definicję LICZBY AVOGADRA i mola jako podstawowej jednostki liczności materii.

Stała Avogadra – stała fizyczna liczbowo równa liczbie atomów, cząsteczek lub innych cząstek materii zawartych w jednym molu tej materii. Oznaczana jest przez N_A lub L a jej wartość wynosi^[1]: N_A=6,022 x 10²³ mol ^-1.

Mol podstawowa w układzie SI jednostka liczności materii.

1. Jakie jest brzmienie prawa stosunków stałych (prawa Prousta)? Aby obliczyć skład tlenku magnezu spalono 60 g magnezu w tlenie i otrzymano 100 g tlenku. Obliczyć stosunek masowy magnezu do tlenu w tym tlenku.

 Każdy związek chemiczny niezależnie od jego pochodzenia albo metody otrzymywania ma stały skład jakościowy i ilościowy.

2Mg + O₂=>2 MgO

60g + xg = 100g x= 40g

M_Mg :m _O2= 60 :40= 3:2

1. Podaj brzmienie prawa Gay-Lussaca (prawa stosunków objętościowych). Na przykładzie dowolnego równania reakcji przebiegającej w fazie gazowej omów to prawo. Jaką objętość zajmuje w warunkach normalnych 1 mol gazu doskonałego?

W reakcji między gazami, objętości substratów i produktów gazowych, mierzone w tych samych warunkach temperatury i ciśnienia, mają się do siebie jak niewielkie liczby całkowite.: V/T =const

V_norm=22,4 dm³

1. Podaj definicję stopnia utlenienia i omów zasady ustalania stopnia utlenienia pierwiastka chemicznego w dowolnej drobinie (związku chemicznym, jonie, itd.). Na którym stopniu utlenienia znajduje się azot w: N₂O₅, HNO₃, NO₂^-, N₂, NH₄⁺.

Stopień utlenienia, pojęcie formalne określa hipotetyczny ładunek jaki posiadałby dany atom gdyby wszystkie wiązania występujące w danej cząsteczce lub jonie zawierającej ten atom, były wiązaniami o charakterze jonowym.

N₂O₅, V

HNO₃, V

NO₂^-, III

N₂, 0

NH₄⁺. -III

1. Co to jest amfoteryczność? Udowodnij na podstawie dwóch równań reakcji chemicznych amfoteryczność wodorotlenku glinu.

Wykazywanie przez niektóre pierwiastki i związki chemiczne własności zarówno kwasowych, jak i zasadowych

Reakcja Al₂O₃ z mocnym kwasem, np. HCl

Al₂O₃ + 6 HCl → 2 AlCl₃ + 3H₂O

Reakcja Al₂O₃ z mocną zasadą potasową

Al₂O₃ + 2 KOH → 2 KAlO₂ + H₂O

1. W jaki sposób wykryto elektron, proton i neutron w atomie? Jakie są cechy tych cząstek elementarnych?

Odkrycie elektronu związane jest z badaniem przez fizyków promieni katodowych. Elektron odkrył Thompson stosując metodę odchylania wiązki elektronów przez pole elektryczne i magnetyczne (jest stosowane w kineskopach telewizyjnych tj. odbiornikach TV starszego typu). Metoda Thompsona stosowana jest nadal w spektrometrach masowych. Elektron jest jedną z niewielu cząstek naprawdę niepodzielnych.

ładunek: -1 (elementarny), -1,602x10^-19 [C]

masa: 1/1836 [u] 0,91096x10^-27 [g]

Proton: Badania polegały na bombardowaniu wielu różnych jąder cząstkami alfa, w celu lepszego zbadania jądra. W pierwszych doświadczeniach tarczę stanowiły atomy azotu. Eksperymenty te polegały na tym, że cząstki alfa były kierowane na jeden z końców rury, którą wypełniał azot, a z drugiej strony rejestrowane były rozproszone cząstki. Rutherford stwierdził, że wśród cząstek wylatujących znajdują się także jądra wodoru, mimo że nie użyto go do doświadczenia. Cząstki alfa musiały więc wybijać jądra wodoru z tarczy azotowej. Nazwane one zostały protonem.

ładunek: +1 (elementarny), +1,602x10^-19 [C]

masa: 1 [u] 1,6749x10^-24 [g]

Proton jest 1836 razy cięższy od elektronu, czyli praktycznie cała masa atomu wodoru pochodzi z protonu

Bombardując cząstkami alfa beryl emituje on przenikliwe promieniowanie, które przechodzi nawet przez dwudziestocentymetrową ścianę wykonaną z ołowiu. Jest to promieniowanie berylowe.

Chadwick wykonał podobne doświadczenie, ale dodatkowo w pewnej odległości od tarczy umieścił wosk parafinowy. Gdy promieniowanie berylowe trafiały na wosk, to wybijały z niego protony. Chadwick stwierdził, że wybicie protonów musiało być spowodowane przez promieniowanie obojętnych cząstek, które mają masę zbliżoną do masy protonu. Cząstki te nazwano neutronami.

ładunek: 0

masa: 1 [u]

1. Przedstaw rozmieszczenie elektronów w powłokach, podpowłokach i stanach orbitalnych atomu ₁₄ Si. Co określa reguła Hunda i zakaz Pauliego?

1s² 2s² p⁶ 3s² p²

K L M

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 mówi natomiast, że w jednym atomie dwa elektrony muszą różnić się wartością przynajmniej jednej liczby kwantowej (np. w jednym poziomie orbitalnym muszą mieć przeciwną orientację spinu).

1. Jak definiujemy orbital w atomie? Za pomocą których liczb kwantowych opisujemy orbital w dowolnym atomie? Omów te liczby kwantowe?

Orbital w atomie - funkcja falowa będąca rozwiązaniem równania Schrodingera; określa obszar, w którym prawdopodobieństwo znalezienia elektronu o danej energii E w atomie jest największa

1) Główna liczba kwantowa (n)

- przyjmuje wartości kolejnych liczb naturalnych 1, 2, 3, ... (wg Bohra K, L, M, ...);

- od niej zależy energia danego elektronu;

- decyduje o rozmiarach orbitali - im większa wartość n, tym większy jest orbital;

- maksymalna ilość elektronów w powłoce wynosi 2n² (kwadrat)

n 

1 = K

2 = L

3 = M

4 = N

5 = O

6 = P

7 = Q

2) Poboczna liczba kwantowa (l)

- przyjmuje wartości liczb całkowitych od 0 do n-1 włącznie;

- precyzuje dokładniej stan energetyczny danej powłoki;

- liczba stanów kwantowych wyraża się wzorem 4l + 2

l

0 = s

1 = p

2 = d

3 = f

4 = g

5 = h

6 = i

3) Magnetyczna liczba kwantowa (m)

- przyjmuje wartości liczb całkowitych takich, że -l jest mniejsze bądz równe n, które jest mniejsze bądź równe +l;

- określa rzut momentu pędu na wyróżniony kierunek;

- decyduje o wzajemnych ułożeniu orbitali w przestrzeni

4) Magnetyczna spinowa liczba kwantowa (ms)

- charakteryzuje rut spinu na wyróżniony kierunek w przestrzeni;

- może przyjmować tylko dwie wartości +1/2 lub -1/2

1. W jaki sposób Rutheford opisał atom wodoru? Czym model atomu Rutheforda różni się od obecnie uznanego modelu atomu wodoru?

W 1911 roku przeprowadził teoretyczną analizę kątów rozproszenia. Ustalił, że atom składa się z jądra o rozmiarze 10^-15-10^-14 metra w którym znajduje się cały ładunek dodatki i właściwie cała masa atomu. Dookoła jądra po obszarze rzędu 10^-10 metra krążą lekkie elektrony. Elektrony muszą krążyć wokół jądra po orbitalach, aby przyciąganie przez ładunki dodatnie nie spadły na jądra. Model Rutheforda różni się od modelu Bohra. Model atomu Rutherforda nie przewidywał jednak dyskretnego charakteru widma promieniowania wysyłanego przez atomy oraz nie wyjaśniał ich stabilności

1. Co to jest promieniotwórczość naturalna i sztuczna? Dlaczego jądra pierwiastków promieniotwórczych ulegają rozpadowi? Podaj przykłady izotopów ulegających naturalnym rozpadom promieniotwórczym?

Promieniotwórczość - spontaniczna przemiana jednego jądra w inne i towarzysząca temu emisja cząstki (β,α,γ)

• naturalna - zachodząca w przyrodzie

• sztuczna - wywołana przez bombardowanie jądra cząstki elementarnej

Stosunek liczby protonów do neutronów w trwałych nuklidach zmienią się od 1 dla pierwiastków lekkich do 1,5 dla pierwiastków ciężkich. Nuklidy, które znajdują się poniżej lub powyżej pasa trwałości emitują promieniowanie

Izotopy naturalnie rozpadające się:

• wodoru (3H i T)

• węgla (14 C)

• potasu (40 K)

• platyny (190 Pt)

• polonu (210 Po)

• radu (226 Ra)

• toru (232 Th)

• uranu (235 U, 238 U)

• sodu (24 Na)

• krzemu (31 Si)

• potasu (42 K)

• wapnia (45 Ca)

• żelaza (59 Fe)

• srebra (110 Ag)

2. Co to jest czas połowicznego rozpadu? Na podstawie dowolnego radioizotopu omów to zagadnienie.

Czas połowicznego rozpadu to czas, w ciągu którego liczba nietrwałych obiektów lub stanów zmniejsza się o połowę. Czas ten, oznaczany symbolem T_1/2, zgodnie z definicją musi spełniać zależność:

gdzie

N(t) – liczba obiektów pozostałych po czasie t,

N₀ – początkowa liczba obiektów.

Okres połowicznego rozpadu Bi wynosi 5 dni po upływie takiego czasu z 1 g bizmutu pozostanie 0,5 g.

1. Reguła Soddyego – Fajansa. Jak zmienia się położenie pierwiastka w układzie okresowym po emisji cząstki α (alfa) i β (beta) z jądra atomowego?

Samorzutne przemiany jądrowe nietrwałych jąder atomowych (czyli jąder pierwiastków promieniotwórczych) prowadzą do powstawania nuklidów innych pierwiastków niż pierwiastki wyjściowe. O położeniu tych nowych pierwiastków w układzie okresowym mówi treść reguły Fajansa i Soddy’ego.

W przemianie α liczba masowa obniża się o cztery jednostki i pierwiastek przesuwa się o dwa miejsca w lewo.

W przemianie β- liczba masowa nie ulega zmianie a pierwiastek przesuwa się o jedno miejsce w prawo.

• α

$$_{Z}^{A}{X_{Z - 2}^{A - 4}Y^{2 -} +_{2}^{4}\text{He}^{2 +}}$$

• β

_Z^AX_Z ± 1^AY + e^∓

1. Reakcje rozszczepiania jąder ciężkich pod wpływem neutronów. Bomba atomowa i reaktory atomowe.

Rozszczepienie jądra atomowego to przemiana jądrowa polegająca na rozpadzie jądra na dwa (rzadziej na więcej) fragmenty o zbliżonych masach. Zjawisku towarzyszy emisja neutronów, a także kwantów γ, które unoszą znaczne ilości energii. Jądra atomowe ulegają rozszczepieniu zarówno w sposób samoistny, jak i wymuszony. W tym drugim przypadku rozszczepiają się w wyniku zderzenia z neutronami, protonami, kwantami gamma lub innymi cząstkami. Największe praktyczne znaczenie ma rozszczepienie wymuszone wywołane zderzeniem z neutronami.

Bomba atomowa „wykorzystuje” wewnątrzjądrową energię wydzielaną podczas niekontrolowanej łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder ciężkich pierwiastków (uranu i plutonu).

Wewnątrz reaktora jądrowego rozszczepienie jest podtrzymywane i kontrolowane przez szereg mechanizmów. W celu uwalniania stałej i z góry określonej ilości energii, uwalniane neutrony są spowalniane poprzez moderator, a ich liczba jest kontrolowana dzięki prętom sterującym wykonanym z boru lub kadmu. Szczególną cechą tych naturalnych pierwiastków jest ich zdolność do absorpcji neutronów. Reakcję łańcuchową można zatem zatrzymać w przeciągu 2 sekund poprzez pełne zanurzenie prętów sterujących w rdzeniu reaktora.

1. Omów na wybranych przykładach radioizotopów zastosowania promieniotwórczości w przemyśle, medycynie i w laboratoriach badawczych.

• Fosfor 32, emiter β-, t1/2 14,3 dnia, leczenie białaczki.

• defektoskopia zajmująca się wykrywaniem ukrytych wad wyrobów (do tego celu używa się głównie kobaltu ⁶⁰Co)

• Badanie mechanizmów złożonych reakcji. Na przykład do asymilacji przez rośliny promieniotwórczy CO₂ (znaczony ¹⁴₆C) można było zbadać przemiany fotosyntezy.

1. Dlaczego atomy łączą się w cząsteczki? Omów to zagadnienie na wybranych przykładach cząsteczek homo- i hetero jądrowych.

Przy zbliżaniu się do siebie atomów mogą zachodzić między nimi różnego typu oddziaływania, zależne od ich rodzaju rozpatrywanych atomów:

• siły odpychające związane z efektami kwantowymi, wynikającymi z nakładania się powłok elektronowych i z oddziaływaniami kolumbowskimi

• siły przyciągające wynikają z oddziaływań między elektronami walencyjnymi w fluktuacji rozkładu gęstości ładunku itp.

Wiązanie chemiczne powstaje, ponieważ układ dąży do minimum energii.

1. Jakiego typu wiązania chemiczne występują w cząsteczkach? Na przykładzie dowolnie wybranych cząsteczek, scharakteryzuj podstawowe typy wiązań.

2. Wiązania pojedyncze i wielokrotne w cząsteczkach chemicznych. Jakiego typu orbitale mogą brać udział w tworzeniu wiązań σ (sigma) i π (pi)?

Wiązanie sigma występuje przy wiązaniach pojedynczych,

Wiązanie sigma, π przy wiązaniach podwójnych (przy jednym z wiązań π (przy dolnym) a przy drugim σ (przy górnym))

Wiązanie π, sigma, π przy wiązaniach potrójnych (przy dwóch z wiązań π (przy dolnym i górnym) a przy trzecim σ (przy środkowym))

Sigma - wiązanie trwałe

π- Wiązanie nietrwałe

Wiązania σ powstają:

• przez nałożenie sie 2 orbitali s

• przez nałożenie sie orbitali s i p

Wiązania π powstają:

• przez nałożenie sie 2 orbitali p

1. Co to jest hybrydyzacja orbitali? W jaki sposób możemy wytłumaczyć za pomocą tego pojęcia geometrię cząsteczki CH₄?

Można uznać że hybrydyzacja (wiązanie się dwóch atomów w cząsteczkę (bądź element cząsteczki)) polega na takim zbliżeniu się tych atomów do siebie, że przestrzeń pewnego orbitalu z atomu pierwszego pokrywa się w dużej części z przestrzenią orbitalu atomu drugiego. Istnieje więc przestrzeń wspólna, w której może przebywać elektron pochodzący z atomu pierwszego i jednocześnie elektron pochodzący z atomu drugiego. Elektrony te musi różnić, zgodnie z zakazem Pauliego, spin, czyli kierunek wirowania i wytworzone tym sposobem lokalne pole magnetyczne (zwrot jego wektora). Przeciwne spiny powodują powstanie sił przyciągania magnetycznego między tymi elektronami.

Hybrydyzacja powoduje nie tylko zmianę (uśrednienie) energii nowych orbitali w stosunku do wyjściowych, ale także zmianę ich kształtu i rozmieszczenia w przestrzeni. Nowe orbitale układają się w przestrzeni w sposób najbardziej symetryczny, uwzględniając ich kształt i energię

Najprostszym węglowodorem jest metan o wzorze CH₄ o tetraedrycznej strukturze cząsteczki. Taka struktura jest wynikiem hybrydyzacji sp³ w atomie węgla a powstałe orbitale wiążące sp³ , skierowane są ku wierzchołkom czworościanu. Takie właśnie rozmieszczenie orbitali umożliwia maksymalne ich oddalenie i przyjęcie struktury tetraedrycznej. Aby każdy z orbitali sp³ utworzył najmocniejsze wiązanie ze sferycznym orbitalem s atomu wodoru, każdy atom wodoru musi znalezć się dokładnie w wierzchołku czworościanu.

1. Jaki typ hybrydyzacji mają atomy węgla w cząsteczce acetylenu (H-C≡C-H)? Jakiego typu wiązania występują pomiędzy atomami węgla w tej cząsteczce?

Atomy węgla w cząsteczce acetylenu mają hybrydyzację sp. Powstaje ona przez nałożenie się jednego orbitalu s i jednego p. Możliwe jest wówczas powstanie wiązania potrójnego. Minimum wzajemnego nakładania się dwóch hybryd sp jest osiągane, gdy leżą w jednej linii, a więc kąt między wiązaniami sigma w układach –C≡ lub =C= jest równy 180°. W przypadku hybrydyzacji sp, atom węgla tworzy z atomami sąsiednimi dwa wiązania σ i dwa wiązania π (z jednym lub dwoma sąsiadami).

1. Wymień znane Ci kwasy nieorganiczne, podaj ich wzory i scharakteryzuj właściwości wybranego z nich.

• kwas solny (HCl)

• kwas siarkowy (VI) H2SO4

• kwas azotowy (V) HNO3

• kwas siarkowodorowy

• kwas siarkowy (IV) H2S03

• kwas fosforowy H3PO4

• kwas azotowy (III) HNO2

• kwas bromowodorowy

KWAS SIARKOWY (VI)

• Kwas siarkowy stężony jest bezbarwną, żrącą, gęstą, oleistą cieczą bez zapachu. Wrze w temp. 338^oC, topi się w temp. 10,36^oC;

• W temperaturze pokojowej i podwyższonej trwały; Jest jednym z najważniejszych produktów stosowanych w przemyśle chemicznym i innych (jest najtańszym mocnym kwasem);

• Miesza się z wodą we wszystkich stosunkach;

• Stężony kwas siarkowy jest silnie higroskopijny (dlatego jest stosowany jako środek suszący i odciągający wodę), powoduje zwęglanie substancji organicznych zawierających tlen i wodór;

• Zastosowanie: wyrób nawozów fosforowych, siarczanu amonu, oczyszczanie powierzchni metali, suszenie gazów, produkcja papieru, elektrolit w akumulatorach

1. Podaj definicję elektrolitu. Wymień 10 znanych Ci elektrolitów, napisz ich równania dysocjacji i nazwij je.

Elektolit - zdysocjowany roztwór związku chemicznego, w którym znajdują się swobodne jony, na skutek czego może on np. przewodzić prąd.

Wyróżniany elektrolity mocne i słabe:

1. mocne

• CuSO₄ --> Cu₂⁺ + SO₄^2-

• HClO₄+H₂O --> H₃O⁺ + ClO₄^-

• NaOH --> Na⁺ + OH^-

• HCl   -->   H⁺   +   Cl ^-

• H₂SO₄   -->   2 H⁺   +   SO₄²

1. słabe

• CH₃COOH +H2O<--> H₃O⁺ + CH₃COO^-

• H₂O * CO₂ <--> 2 H⁺   +   CO₃^{2 -} 

• NH₃*H₂O <--> NH₄⁺   +   OH 

• H₃PO₄   <==>   3 H⁺   +   PO₄^{3 -}

• H₂S <--> 2 H⁺   +   S^{2 –} 

1. Wymień znane Ci teorie kwasów i zasad. Na podstawie wybranej teorii uzasadnij zasadowy charakter NH₃.

Teoria Arrheniusa

Najstarszą z tych teorii jest opracowana przez Svante Arrheniusa w 1887 r., zgodnie z którą:

― kwasami nazywamy substancje, których cząsteczki ulegają w roztworach wodnych rozpadowi na jony (dysocjacji elektrolitycznej) i jednym z nich jest kationu wodoru, H+ (np.: HCl, HNO3, H2SO4) :

HRH⁺ + R⁻

― zasadami nazywamy substancje, których cząsteczki ulegają w roztworach wodnych rozpadowi na jony (dysocjacji elektrolitycznej) i jednym z nich jest anion wodorotlenkowy, OH-:

MOHM⁺ + OH⁻

Teoria kwasów i zasad Arrheniusa stosuje się tylko do roztworów wodnych i wiele związków, określanych według tej teorii jako kwasy i zasady, zmienia swój charakter w innych rozpuszczalnikach.

Teoria Brønsteda - Lowry'ego

Zgodnie z nią kwasami nazywamy związki chemiczne lub jony zdolne do oddawania protonów (donory protonów), a zasadami związki chemiczne lub jony zdolne do przyłączania protonów (akceptory protonów). Cząsteczka lub jon kwasu po oddaniu protonu staje się cząsteczką lub jonem zasady i odwrotnie - cząsteczka zasady po przyłączeniu protonu staje się cząsteczką lub jonem kwasu. W każdym zapisie reakcji przyłączania i oddawania protonów można wyróżnić po każdej stronie reakcji sprzężone ze sobą pary: kwas-zasada. Woda jest rozpuszczalnikiem o właściwościach amfoterycznych, może bowiem spełniać zarówno rolę kwasu, jak i zasady:

Teoria Lewisa

Teoria wiąże właściwości kwasowo zasadowe nie z atomami wodoru tylko strukturami elektronowymi. Lewis zdefiniował kwasy jako substancje będące akceptorami pary elektronowej, zaś zasady – jako donory pary elektronowej. Np. reakcję amoniaku z jonem wodorowym można przedstawić jako tworzenie wiązania koordynacyjnego pomiędzy cząsteczką amoniaku, dysponującego wolną parą elektronową, a jonem wodorowym.

Teoria Lewisa jest bardziej ogólna od opisanych powyżej. Dzięki wprowadzonym modyfikacjom praktycznie wszystkie kwasy i zasady, zarówno Arrheniusa, jak i Brønsteda-Lowry'ego, są sklasyfikowane jak poprzednio, natomiast można dodatkowo sklasyfikować nowe związki. W reakcji amoniaku z wodorkiem boru można ten ostatni uważać za kwas, czego nie dałoby się objaśnić poprzednimi teoriami:

1. Omów budowę wewnętrzną metali.

W bardzo uproszczonym modelu elementami struktury sieci krystalicznej metalu są dodatnie jony, a uwolnione elektrony uzyskują swobodę ruchu wewnątrz sieci. Te swobodne elektrony nazywa się często „gazem elektronowym”. Siły oddziaływania dodatnich jonów na elektron wewnątrz sieci znoszą się wzajemnie, więc zachowuje się on jak cząstka swobodna. Gdy elektron zbliża się do powierzchni metalu, pojawia się siła wciągająca elektron do wnętrza sieci, podobnie jak analogiczna siła utrudnia wyparowanie cząsteczki z powierzchni cieczy.

Taki model wewnętrznej budowy metalu dość dobrze tłumaczy szereg właściwości fizycznych, takich jak przewodnictwo cieplne, przewodnictwo elektryczne, oporność elektryczną. Model ten oddaje również duże usługi przy wyjaśnianiu zachowania się metali w wodnych roztworach zawierających jony.

1. Jak definiujemy procesy zobojętniania? Na wybranym przykładzie reakcji omów taki proces. Zaproponuj doświadczenie, które pomoże śledzić taki proces w skali laboratoryjnej?

Jest to reakcja jonowa zachodząca między kwasem i zasadą. Efektem reakcji zobojętniania jest powstanie roztworu o odczynie obojętnym. Reakcja zobojętniania jest także nazywana czasem reakcją neutralizacji. Oto zapis jonowy reakcji zobojętniania: 

HCl + NaOH-->NaCl+H2O

H⁺+ Cl^- + Na⁺ + OH^- -->Na⁺ + Cl^- + H₂O

H⁺+ OH^--->H2O

Cząsteczka kwasu solnego przereagowała z cząsteczką zasady sodowej dając sól- chlorek sodu i wodę.

A zatem reakcje zobojętniania polegają na łączeniu się kationów wodoru z jonami wodorotlenkowymi w niezdysocjowane cząsteczki wody.

Doświadczalnie zobojętnianie można przeprowadzić metodą miareczkowania, w obecności fenoloftaleiny. Do kolby z wodorotlenkiem sodu i fenoloftaleiną dodaje się kwas solny, aż do zmiany koloru, z fioletowego na bezbarwny.

1. Co to jest twardość wody węglanowa (przemijająca)? W jaki sposób możemy ją wyznaczyć w laboratorium? W jakich jednostkach możemy określać twardość wody?

Twardością węglanową nazywamy twardość wody spowodowaną obecnością wodorotlenków wapnia i magnezu. Ze względu na łatwość usuwania jej przez wstępne podgrzanie wody nazywano ją dawniej twardością przemijającą.

Najprostsza i najczęściej stosowana metoda szacunkowego oznaczania twardości węglanowej oparta jest na reakcji wodorowęglanów z kwasem solnym:

Ca(HCO₃)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O + 2CO2

Mg(HCO₃)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O + 2CO2

Jednostki twardości wody:

• stopień niemiecki (1°n, oznaczany także jako °dH) równoważny zawartości 10 mg CaO w 1 dm³ wody;

• stopień francuski (1°F), odpowiadający ilości 1 mg CaCO3 w 100 cm³ wody;

• stopień brytyjski (1 °), równoważny 1 grain (1 grain = 0,0648 g) CaCO3 w 1 galonie imperialnym = 4,5461 dm³ wody,

• 1 mval/dm3 = 20,04 mg Ca /dm³ lub 12,15 mg Mg /dm³ lub 28 mg CaO /dm³ lub 50,04 mg CaCO3/dm³.

1. Opisz znane Ci metody zmiękczania wody.

1. Termiczne - pod wpływem podwyższonej temperatury (powyżej 40°C) następuje rozkład wodorowęglanu wapnia i magnezu, w wyniku czego powstają trudno rozpuszczalne węglany wapnia i wodorotlenek magnezu; po wytrąceniu związki te są dość łatwe do usunięcia; w metodzie konieczne jest podgrzanie wody do temperatury 100°C co umożliwia wytrącanie się osadu.

2. chemiczne:

• dekarbonizacja wapnem - pod wpływem wapna

• zastosowanie wodorotlenku sodu zamiast wapna; uzasadnione gdy woda posiada niską twardość węglanową

• zmiękczanie sodą - polega na reakcji węglanu sodu z chlorkami i siarczanami wapnia lub magnezu

1. zmiękczanie jonitami - jest powszechnie stosowaną metodą uzdatniania wody. Jonity to silnie usieciowane polimery z dołączonymi grupami funkcyjnymi, zdolnymi do wymiany jonowej. Polimer spełnia tu rolę „matrycy”, w której zamocowane są tzw. grupy czynne, zawierające jony ulegające wymianie. Proces zmiękczania jonitowego charakteryzuje się bardzo dużą szybkością i wydajnością. W praktyce stosowane są wymienniki jonitowe zawierające złoża wysokości od 1 do 2 m a objętości od kilkudziesięciu decymetrów sześciennych (litrów) do kilku metrów sześciennych. Wymiennik taki jest zdolny do zmiękczenia określonej objętości wody, po czym powinna nastąpić jego regeneracja