ATOM

W substancjach występujących na Ziemii jest kilkaset rodzajów atomów. Atom ma kształt kuli o promieniu 10-7m. W środku atomu jest jądro atomowe (100 tyś. Razy mniejsze od atomu, ale stanowi 99,9 % masy atomu). Wokół jądra atomu poruszają się elektrony. Elektron jest cząstką o ładunku ujemnym-ładunek element., a łączna masa wszystkich ładunków nie przekracza 0,1% masy atomu. Jądro atomowe składa się z: protonów i neutronów. Ich masa to około 1u każdy. Proton ma ładunek dodatni, zaś neutron jest elektrycznie obojętny. Liczba protonów= liczbie elektronów. Atom jest elektryczni

obojętny. Liczba atomowa (symbol Z) to liczba protonów w jądrze, a więc również liczba elektronów, A-liczba masowa(łączna liczba protonów i neutronów w jądrze).

PIERWIASTEK CHEMICZNY

J est to zbiór atomów o tej samej liczbie protonów w jądrze. Odmiany tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów to izotopy. Pierwiastki w układzie okresowym są uporządkowane według wzrastającej ich liczby atomowej. RÓWNANIE SCHRODINGERA.

Gdzie: m i V oznaczają masę oraz energię potencjalną cząstki, E- energia całkowita.

Dla przestrzeni trójwymiarowej równanie Schrodingera w przypadku

stacjonarnym zawiera trzy operatory różniczkowe(symbol  oznacza pochodną cząstkową). Funkcja falowa  jest amplitudą prawdopodob-

ieństwa w dowolnym punkcie o współrzędnych: x,y,z. W równaniu tym wspó., kartezjańskie można zastąpić wspó., biegunowymi: r,,, gdzie r oznacza odl., elektronu od jądra, a kąty ,- odpowia., odpowiednio ,,szerokości,, i ,,długości,, geograficznej elektronu.

LICZBY KWANTOWE

Określają orbitale atomowe za pomocą trzech parametrów, zwanych liczbami kwantowymi: n, l, m1, a dozwolone rozwiązania równania falowego określają możliwe stany energetyczne elektronu w atomie, jednak do określenia energii elektronu jest potrzebna liczba kwanto-s.

Główna liczba kwa.- n, może przybierać całko., wartości:1,2,3,...

I decyduje o energii powłoki elektronowej. Poboczna l.kwantowa,,l,,

Może przyjmować wartości od l=0 do l=n-1. Określa ona dokładniej energię oraz charakteryzuje kształt orbitali atomowych. Symbole podpowłoki : s p d f g h . Magnetyczna l. kwantowa mll określa niewielkie różnice energetyczne między elektronami o tej samej liczbie kwantowej n i l w polu magnetycznym. Wartość spinu ,,s,,

Jest to spinowa l. kwantowa. Brak jej nie wpływa na zróżnicowanie stanów kwantowych. SPINOWA l. kwantowa ms kwantuje rzut momentu spinowego, czyli własnego(nie związanego z ruchem orbitalnym) momentu pędu elektronu na wyróżniony kierunek w przestrzeni. Rzut spinu może przyjmować dwie wartości +1/2 i -1/2.

ZAKAZ PAULIEGO

Każdy elektron atomu wieloelektronowego znajduje się w innym stanie kwantowym, charakteryzowanym takimi samymi pięcioma liczbami kwantowymi (w praktyce czterema, ponieważ s zawsze wynosi 1/2), które opisują stany kwantowe wodoru. Liczba stanów kwantowych obsadzonych przez elektrony jest równa liczbie elektronów danego atomu. Prawidłowość ta wynika z zakazu Pauliego: w atomie nie mogą istnieć dwa elektrony, ktorch stany kwantowe nie różniłyby się przynajmniej jedną liczbą kwantową.

POWŁOKI ELEKTRONOWE

Elektrony tworzą zespoły o zbliżonych energiach. Taki zespół elektronów nazywa się powłoką elektronową. Elektrony należące do jednej powłoki poruszają się w ten sposób, że najczęściej znajdują się w przestrzeni zawartej między dwiema sferami o wspólnym środku, czyli w tzw., warstwie kulistej. Im więcej elektronów w atomie, tym więcej może być powłok i odpowiadających im warstw. Liczba powłok elektronowych jest równa numerowi okresu. Powłoki oznacza się symbolami: Numer powłoki:1 2 3 4 5 6 7

Symbol powłoki: K L M N O P Q

Maksy., liczba elektronów w powłoce jest określona iloczynem 2n2, w którym n oznacza numer powłoki.

PODPOWŁOKI

Elektrony tworzące powłokę mają energię zbliżoną, ale nie taką samą. W obrębie powłoki można podzielić elektrony na mniejsze zespoły o równej energii. Taki zespół nazywa się podpowłoką elektronową. Liczba podpowłok w danej powłoce jest równa numerowi powłoki. Podpowłoki oznacza się:(s, p, d, f, g, h,). Podpowłoka s może zawiera

najwyżej 2 elektrony. Każda następna podpowłoka w kolejności s,p,d,

f,.. ma pojemność o 4 elektrony większą niż jej poprzedniczka.

KONFIGURACJE ELEKTRONOWE

Przy ustalaniu konfiguracji uwzględnia się, że: 1)podpowłoka s każdej powłoki obejmuje dwa stany kwantowe różniące się orientacją spinu (powłoka s stanowi 1 poziom orbitalny) 2)podpowłoka p (każdej powłoki, która ją zawiera) obejmuje 6 stanów kwantowych (3 poziom

Orbitalne po 2 stany w każdym); 3) podpowłoka d (każdej powłoki, która ją zawiera) obejmuje 10 stanów kwantowych (5 poziomów orbitalnych po 2 stany w każdym); 4)podpowłoka f (każdej powłoki, która ją zawiera) obejmuje 14 stanów kwantowych (7 poziomów orbitalnych po 2 stany w każdym);

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p

UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW

Tablica Mendelejewa, czyli układ okresowy pierwiastków, jest graficzną ilustracją podobieństw i różnic między pierwiastkami. W kolumnach pionowych, czyli grupach, zawiera zespoły pierwiastków o podobnych właściwościach. W szeregach poziomych-okresach, znajdują się pierwiastki o właściwościach zmieniających się stopniow

Pierwiastki należące do jednej grupy tworzą rodzinę wykazującą kilka cech identycznych, wiele podobnych i pewne różnice indywidualne. Jeżeli w obrębie grupy cechy się zmieniają, to najczęściej obserwuje się systematyczny wzrost lub zmniejszanie danej wartości. Właściwo-

ści pierwiastków tego samego okresu zmieniają się stopniowo od bardzo reaktywnych metali(grupa 1), poprzez metale o coraz mniejszej reaktywności, następnie niemetale o wzrastającej reaktywności, aż do niemetalu bardzo reaktywnego(grupa 17) i na końcu okresu -niemetalu(helowca w grupie 18) nie tworzącego trwałych związków chemicznych lub tworzącego związki nietrwałe.

PRAWO OKRESOWOŚCI

Prawo okre. w ujęciu makroskopowym: stwierdza, że w szeregu pierwiastków uporządkowanych według rosnących wartości liczb atomowych właściwości chemiczne i fizyczne zmieniają się w sposób okresowy. W myśl współczesnej interpretacji mikroskopowej: w szeregu pierwiastków, uporządkowanych według rosnących wartości liczb atomowych, konfiguracje elektronów walencyjnych zmieniają się w sposób okresowy. Grupa jest uporządkowana według wzrastających liczb atomowych kolumną pierwiastków, których atomy mają charakterystyczną konfigurację walencyjną i tę samą liczbę elektronów walencyjnych. Okresowość chemicznych i fizycznych właściwości pierwiastków spowodowana jest regularnym powtarzaniem się analogicznych konfiguracji walencyjnych. Każda grupa ukł. Okresowego ma własną, niepowtarzalną konfigurację walencyjną, a ponadto wszystkie pierwiastki należące do danej grupy mają tyle samo elektronów walencyjnych.

BUDOWA CZĄSTECZEK

Kolejność i sposób połączenia atomów w cząsteczce, czyli budowę cząsteczki, przedstawia się w postaci wzoru strukturalnego. Wzory te rysuje się na podstawie trzech reguł:

I Cząsteczka powstaje w wyniku utworzenia wiązań chemicznych między atomami. ( w uproszczeniu można przyjąć, że wiązanie chemiczne jest to oddziaływanie pojawiające się w momencie przekształcenia się atomów w cząsteczkę).

II Liczba wiązań chemicznych, które może tworzyć atom, jest cechą charakterystyczną pierwiastka.(Atomy poszczególnych pierwiastków tworzą różną liczbę wiązań, od 1 do 8. Liczba wiązań chemicznych, które tworzy atom danego pierwiastka w cząsteczce związku chemicznego, jest nazywana wartościowością.)

III Pierwiastki mogą zmieniać wartościowości w zależności od partnera, z którym tworzą związek chemiczny, lub w zależności od warunków przeprowadzenia reakcji.

WZÓR STRUKTURALNY

-konstytucyjny, określa rodzaj i liczbę atomów(jak wzór sumaryczny) oraz kolejność i sposób połączenia atomów (krotność wiązań).

WIĄZANIA

Wiązanie pojedyncze: Dwa jednowartościowe pierwiastki, na przykład wodór i fluor, tworzą cząsteczkę typu AB, w której atomy są połączone jednym wiązaniem. H-F

Wiązanie podwójne: Dwa dwuwartościowe pierwiastki, na przykład

cynk i tlen, też tworzą cząsteczkę typu AB, ale między atomami powstają dwa wiązania. Zn=O

Wiązanie potrójne: Istnieją również wiązania potrójne np. w azotku boru. BN

WIĄZANIE KOWALENCYJNE

Powstaje podczas połączenia pierwiastków o zbliżonych elektroujemnościach. Polega ono na utworzeniu wsplnej pary elektronowej (wiązanie pojedyncze), dwóch (w. Podwójne) lub trzech (w. potrójne) par elektronów przez dwa atomy, z których każdy dostarcza do wytworzenia dubletu (lub dubletów) taką samą liczbę niesprawnych elektronów. W wyniku powstają cząsteczki kowalencyjne. Warunkiem utworzenia wiązania kowalencyjnego przez dany atom jest obecność przynajmniej jednego niesprawnego elektronu.

WIĄZANIE KOWALENCYJNE SPOLARYZOWANE

Polaryzacja wiązania kowalencyjnego polega na tym, że wspólna para elektronów jest przesunięta w kierunku atomu bardziej elektroujemne

Ma ona miejsce wtedy, gdy różnica między elektroujemnościami pierwiastków nie przekracza 1,7(w skali Pulinga). Polaryzacja powoduje, że atom bardziej elektroujemny zyskuje pewien ujemny ładunek cząstkowy (symbol -), atom mniej elektroujemny zaś-ładunek cząstkowy dodatni (symbol +).

WIĄZANIE METALICZNE

Powstaje podczas połączenia pierwiastków elektrododatnich. Polega na przekształceniu atomów tego samego metalu lub atomów różnych metali w zbiór kationów i swobodnie poruszających się między nimi elektronów, zwanych także gazem lub ,,morzem,, elektronów. Wynikiem wzajemnego oddziaływania kationów i ujemnego ,,morza,, elektronów są właściwości metali i ich stopów:1) dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne, 2)połysk, 3) plastyczność, 4)zdolność do emisji termo- i fotoelektrycznej, 5)ujemny temperatu-

rowy współczynnik przewodnictwa elektrycznego.

WIĄZANIE KOORDYNACYJNE

Jest to szczególny przypadek wiązania kowalencyjnego, polegający na utworzeniu wspólnej pary elektronowej z elektronów dostarczonych przez jeden atom (donor). Drugi atom (akceptor) uzupełnia własną powłokę walencyjną elektronami donora. Wiązanie to powstaje przy zderzeniu drobiny z wolną parą elektronową z drobiną mającą lukę elektronową. W kreskowych wzorach elektronowych wiązanie koordynacyjne oznacza się strzałką od donora do akceptora. O=SO

WIĄZANIE CHEMICZNE

Jest to wzajemne oddziaływanie rdzeni atomowych i elektronów walencyjnych tworzących cząstkę chemiczną lub makroskopowy zbiór cząstek. Typ wiązania zależy od elektroujemności łączących się pierwiastków. Atomy pierwiastków elektroujemnych wykazują wyższą tendencję do przyłączania elektronów niż jonizacji. Atomy pierwiastków elektrododatnich--odwrotnie. W procesie tworzenia wiązań chemicznych atom oddaje, pobiera lub uwspólnia taką liczbę elektronów, aby uzyskać 8 elektronów (reguła oktetu). Atom może utworzyć tyle wiązań kowalencyjnych, ile ma niesparowanych elektronów walencyjnych (reguła dubletu).

HYBRYDYZACJE ORBITALI

Jest to proces tworzenia się zespołu takich nowych, jednakowych i ukierunkowanych w przestrzeni orbitali atomowych z kombinacji orbitali ''s'' i '' p'' lub ''s'' , ''p'' i ''d'' nazywany jest hybrydyzacją, a nowe

hipotetyczne orbitale--orbitalami zhybrydyzowanymi. Pod pojęciem hybrydyzacji rozumiemy, jedną z wielu możliwych, operację matematyczną pozwalającą jakościowo wyjaśnić obserwowaną strukturę cząsteczki.

ORBITALEM--

Nazywamy najmniejszy obszar przestrzeni wokołojądrowej, gdzie istnieje największe prawdopodobieństwo znalezienia elektronu90-99,9%.

ROPUSZCZALNOŚĆ

Ilość substancji niezbędnej do uzyskania roztworu nasyconego określa wielkość fizyczna zwana rozpuszczalnością. Rozpuszczalność określa się(najczęściej) liczbą gramów substancji, jaka jest potrzebna do nasycenia 100g rozpuszczalnika w danej temperaturze.

Masa molowa

Mol to ilość substancji zawierająca tyle cząstek (atomów, jonów) ile atomów węgla jest w 12g izotopu węgla ¹²C (czyli 6,02 *10²³). Liczbę moli danej substancji obliczamy wg. wzoru n=m_s/M, gdzie m_s-masa substancji, M- masa molowa (masa mola)tej substancji (związku chemicznego). Masa molowa (wyrażona w q/mol) jest równa masie cząsteczkowej związku wyrażonej w gramach, czyli sumie mas atomowych atomów wchodzących w skład cząstki.

DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA

Jest to rozpad związku chemicznego na jony (dodatnie kationy i ujemne aniony) pod wpływem rozpuszczalnika polarnego (najczęściej wody). Elektrolity - substancje których roztwór przewodzi prąd elektryczny. Są nimi związki o wiązaniu jonowym lub kowalencyjnym spolaryzowanym- kwasy, wodorotlenki, sole. Nieelektrolitami (substancjami nie ulegającymi dysocjacji) są niemalwszystkie związki organiczne (z wyjątkiem np. kwasów karboksylowych i ich soli), obojętne tlenki.

Przykład dysocjacji:

Na₂SO_42Na⁺+SO₄^2-- ; NaOHNa⁺+OH^--

STĘŻENIE PROCĘTOWE

Jest to liczba gramów substancji rozpuszczonej, zawartej w 100 g roztworu: C_p= (m_s/m_r)*100% lub C_p=m_s/(m_s+m_a)*100%, gdzie C_p-stężenie procentowe, m_s-masa substancji rozpuszczonej,

M_a-masa rozpuszczalnika, m_r-masa roztworu.

Przykład: rozpuszczono w wodzie 30 g NaOH, otrzymując roztwór 12,5%. Ile gramów wody użyto do sporządzenia tego roztworu?

Rozwiązanie: przekształcamy wzór i otrzymujemy:

m_a=m_s*100%/C_p -m_s =m_s[100%/12,5% -1] czyli m_a=30g[100%/12,5%-1]= 210g

MIESZANINY , ROZTWORY

Mieszaniną nazywa się układ złożony co najmniej z dwóch substancji zmieszanych w dowolnym stosunku. Mieszaniny dzieli się na: niejednorodne- poszczególne składniki można rozróżnić gołym okiem lub pod mikroskopem, gdyż zachowują swoje właściwości (rozdzielenie prostymi metodami- sączenie, dekantacja, wirowanie0 - oraz na jednorodne- składniki zatracają częściowo swoje właściwości fizyczne i wykazują nowe, jednorodne w całej mieszaninie. Takie mieszaniny noszą nazwę roztworów. Składają się one z rozpuszczalnika (składnik przeważający ilościowo) i substancji rozpuszczonych. Proces prowadzący do powstania mieszaniny jednorodnej nazywamy rozpuszczaniem.

TEORIA KWANTOWA-POSTULATY

1. Elektron w atomie wodoru może przebywać w jednym ze stanów kwantowych opisanych 5 liczbami kwantowymi.

2. W żadnym stanie kwantowym elektron nie wypromieniowuje ani nie pochłania energii.

3. Zasada nieoznaczoności Heisenberga: nie można jednocześnie określić położenia i prędkości elektronu.

4. Ruch elektronu opisany jest równaniem Schródingera.

5. Dla każdego stanu kwantowego możnaokreślić obszar przestrzeni wokółjądrowej (zwany orbitalem) o 90% prawdopodobieństwa znalezienia w nim elektronu.

PRAWO ROZCIEŃCZEŃ OSTWALDA

Związek pomiędzy stopniem a stałą dysocjacji ujmuje ogólnie tzw. prawo rozcieńczeń Ostwalda. Jeżeli przez m oznaczymy stężenie w molach na dm³ słabego elektrolitu AB, dysocjującego na jony zgodnie z równaniem reakcji. ABA⁺+B^- , wówczas stężenie jonów A^+=B^- jest równe m, a stężenie cząsteczek niezdysocjowanych AB wynosi (1-)m.. Zgodnie z prawem działania ma otrzymamy:

K_c=(A^+*B^-)/AB=(m*m)/(1-)m Wzór ten wyraża prawo rozcieńczeń Ostwalda.

PRAWO AVOGADRA

Równe objętości różnych gazów znajdujących się w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem zawierają jednakową liczbę cząsteczek. Reguła Avogadra wynika w prosty sposób z teorii kinetycznej gazów. Skoro objętość oraz ciśnienie dwóch różnych gazów 1 i 2 są jednakowe, to:p₁V₁=p₂V₂

KOROZJA

Jest to niszczenie tworzyw konstrukcyjnych pod wpływem chemicznej lub elektrochemicznej reakcji z otaczającym środowiskiem. Zależnie od rodzaju agresywnego środowiska rozróżni

się: korozję atmosferyczną, k. gazową w suchych-przeważnie gorących gazach, k. wodną w której wyodrębnia się korozję w wodzie morskiej oraz k. w glebie czyli tzw. Korozję ziemną. W zależności od mechanizmu procesu rozróżnia się k. chemiczną i k. elektrochemiczną

W ujęciu elektrochemicznym korozja żelaza związana jest z powstani

em na powierzchni metalu wielu krótkozwartych ogniw galwanicznych, czyli obszarów różniących się w danej chwili potencjałem oksydacyjno-redukcyjnym.

Na granicy metal-roztwór w wyniku utleniania żelazo przechodzi w jon 4Fe4Fe²⁺+8e^-. Powstałe elektrony przemieszczają się i, również na granicy faz metal-roztwór, wchodzą w reakcję 8e^-+2O₂+4H₂O

8OH^-.. Jony występujące obok siebie reagują następująco:

1)4Fe²⁺+8OH^-4Fe/OH/₂ 2)4Fe/OH/₂+2H₂O+O_24Fe/OH/₃

3) 4Fe/OH/_32Fe₂O₃*H₂O+4H₂O i w konsekwencji powstaje rdza, która ma wzór nr. 3

PRAWA FARADAYA

I Prawo Faradaya--mówi, że masa produktu wydzielonego na elektrodzie (m)w procesie elektrolizy jest proporcjonalne do wielkości ładunku przeniesionego przez elektrolit. m=kq, q=itm=kit

k- równoważnik elektrochemiczny, q- ładunek wymieniony między elektrodą i roztworem, i-natężenie prądu, t- czas.

II Prawo Faradaya--mówi, że ta sama ilość elektryczności przepływając przez różne elektrolity wydzieli na elektrodach masy substancji proporcjonalne do ich równoważników elektrochemicznych

m₁/m₂ =k₁/k₂