CHEMIA- II ROK EPECJI

1) SUBSTANCJA I MIESZANINA: SUBSTANCJA- odrębny rodzaj materii- jest to taka forma materii która ma ściśle określony skład i własności. Indywidum chemiczne. Ma ona określone właściwości chemiczne i fizyczne. Ma ona ściśle sprecyzowany skład jakościowy i ilościowy. Substancje dzielimy na:

SUBSTANCJE PROSTE- są to podstawowe składniki z których zbudowana jest materia i wszystkie jej rodzaje. Jest to pierwiastek.

SUBSTANCJE ZŁOŻNE- cząsteczka, związek chemiczny substancja która składa się z co najmniej dwu różnych substancji prostych. Jest to forma materii powstała w wyniku reakcji chemicznej, gdzie występuja określone wiązania chemiczne.

MIESZANINA- jest to taka forma materii w której skład jakościowy i ilościowy jest dowolny. Poszczególne składniki zachowują swoje własności i właściwości chemiczne a czasem fizyczne. Mieszaninę rozdzielimy poczym stwierdzamy czy składnik jest substancją prostą, czy zlożoną. Mieszanina nie jest substancją. Dzielimy je na:

M. JEDNORODNE: mają one taki sam skład jakościowy i ilościowy w całej masie mieszaniny jak i w dowolnie małych częściach tej mieszaniny np. powietrze→tlen, azot. Roztwory są to jednorodne mieszaniny.

M. NIEJEDNORODNE: nie zachowana jest tu stałość stosunków jakościowych i ilościowych w całej objętości mieszaniny tzn. skład w dowolnie małej części tej mieszaniny jest inny niż w jej całej masie. Mieszanina może być utworzona z pierwiastków, związków chemicznych lub z pierwiastków i związków chemicznych.

2) LICZBY KWANTOWE: określają poziomy elektronów w atomie.

GŁÓWNA LICZBA KWANTOWA n- określa stan energetyczny elektronu w atomie, przyjmuje wartości kolejnych liczb całkowitych i dodatnich n=1,2,3...n. Wyodrębnia w zbiorze stanów kwantowych podzbiory zwane powłokami, określa liczbę stanów kwantowych w powłoce jako równą 2n² decyduje do rozmiarów obszaru orbitalnego. Powłoki elektronowe w atomach oznaczamy dużymi literami K, L,M,N,O,P,Q. O elektronach które maja taką samą wartość głównej liczby kwantowej mówimy że wypełniają tą samą powłokę

n=1, 2, 3, 4,5, 6,7...

K,L,M,N,O,P,Q

ORBITALNA= POBOCZNA LICZBA KWANTOWA-l

l=0,1,2,3... (n-1). Wartości te są przyjmowane dla określonej wartości n. Różnicuje ona stany kwantowe danej powłoki na podzbiory zwane podpowłokami, określa liczbę stanów kwantowych w podpowłoce jaką równą 4l+2, określa liczbę podzbiorów orbitalnych w podpowłoce jako równą 2l+1. decyduje ona o kształcie obszaru orbitalnego. Elektrony które mają to samą wartość głównej liczby kwantowej i pobocznej liczby kwantowej mówimy, że wypełniają ten sam podpoziom energetyczny l=0,1,2,3....

s,p,d,f..

MAGNETYCZNA LICZBA KWANTOWA- m określa niewielkie zmiany energetyczne między elektronami o tych samych wartościach liczb kwantowych n i l, oraz wzajemne ustawienie się orbitali w przestrzeni pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Przyjmuje wartości całkowite m=-l,0, +l.

dwóch elektronach, które mają taką samą wartość głównej liczby kwantowej, pobocznej liczby kwantowej i magnetycznej liczby kwantowej, że wypełniają ten sam orbital.

SPINOWA LICZBA KWANTOWA- s przyjmuje dla elektronów zawsze o wartości ½ . nie wpływa na zróżnicowanie stanów kwantowych. Oznacza obrót elektronu wokół własnej osi

↑ spin dodatni, ↓spin ujemny I↑↓I sparowane elektrony,

MAGNETYCZNA SPINOWA LICZBA KWANTOWA- m_S charakteryzuje różnice w stanach elektronu związane z kierunkiem obrotu elektronu dookoła własnej osi.

ZAKAZ PAULIEGO: mówi że w danym atomie nie mogą istnieć dwa elektrony o tych samych wartościach. Wszystkie cztery liczby kwantowe muszą się różnić przynajmniej wartością liczby spinowej. Stosując zakaz Pauliego oraz reguły określające dozwolone wartości poszczególnych liczb kwantowych można określić maksymalną liczbę elektronów na każdej z powłok n, np. n=3 dopuszczalne wartości l wynoszą l=0,1,2.

l=0 to m=0

l=1 to m=-1,0,1

l=2 to m=-2,-1,0,1,2

REGULA HUNDA: w orbitach zdegenerowanych ( o tej samej energii) pary elektronów tworzą się po zapełnieniu wszystkich orbitali nie sparowanymi elektronami. Liczba nie sparowanych elektronów określa wartość pierwiastka.

₁₁Na ↑↓ ↑↓ ↑↓↑↓↑↓ ↑

1s² 2s² 2p⁶ 3s

orbitale- RYSUNEK DO ZROBIENIA

3) ROZTWORY- STĘŻENIA:

ROZTWÓR: nazywamy jednorodną mieszaninę substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Rozpuszczalnikiem w roztworze jest ta substancja, która występuje w przewadze ilościowej. Roztwory mogą występować w trzech stanach skupienia: gazowej, ciekłej, stałej. Roztwory dzielimy na; nienasycone, nasycone, przesycone. Roztwór w którym w danej temperaturze można rozpuścić dodatkową ilość substancji nazywamy roztworem nienasyconym. Roztwór zawierający maksymalną ilość substancji rozpuszczonej w określonej temperaturze i pod określonym ciśnieniem nazywamy roztworem nasyconym. Roztwór przesycony zawiera w określonej temperaturze i objętości większą niż maksymalną ilość substancji rozpuszczonej.

RYSUNEK DO ZROBIENIA

ROZPUSZCZALNOŚĆ: nazywamy max liczbę gramów substancji, którą w danej temp i pod danym ciśnieniem można rozpuścić w 100g rozpuszczalnika.

REGUŁA PRZEKORY: jeśli na układ znajdujący się w stanie równowagi działa bodźiec zewnętrzny to w układzie tym następują zmiany zmniejszające skutki działania tego bodźca.

STĘŻENIE ROZTWORU:

STĘŻENIE PROCENTOWE oznacza liczbę gramów substancji rozpuszczonej zawartej w 100g roztworu.

C%= m_S/m_R *100%

STĘŻENIE MOLOWE; oznacza liczbę moli n w substancji rozpuszczonej zawartej w 1dm³ wyraża się w mol/dm³

C_m=n/v gdzie: v- objętość roztworu, n- liczba moli.

UŁAMEK MOLOWY; stosunek liczby moli w danej substancji do ogólnej liczby sumy moli w całym roztworze.

MOLALNOŚĆ: stosunek liczby moli substancji do masy rozpuszczalnika

C_m= n_B/ M(rozpuszczalnika) [mol/kg]

4) PRAWO AWOGARDA: w równych objętościach różnych gazów w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury znajdują się jednakowe liczby cząsteczek. Obliczono, że 1mol cząsteczek gazu bez względu na rodzaj substancji zajmuje w warunkach normalnych =760mmHg, temp=0⁰C, objętość V=22,4dm³, tzn. że w tej objętości w warunkach normalnych znajduje się

6,023*10²³ cząsteczek. Objętość 1 mola cząsteczek gazu w warunkach normalnych nazywamy normalną objętością molową. A=6,023*10²³- liczba Awogardo.

RÓWNANIE STANU GAZOWEGO:

PV=nRT PV=(a/M)RT

gdzie: P- ciśnienie, V- objętość, T- temper, R- stała gazowa, n- liczba moli, n=a/M gdzie a-ilość substancji w ciężarze cząsteczek

CIĘZAR CZĄSTECZKOWY:

M=(a/pv)*RT

5) DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA: kwasy, zasady I sole ulegają pod wpływem rozpuszczalnika rozpadowi na większą liczbę niezależnych cząsteczek.

STAŁA DIELEKTRYCZNA: jest stosunkiem pojemności kondensatora z badaną substancją między okładkami do pojemności tego kondensatora w próżni U=C/C_O

Im wyższa stała tym wyższy stopień dysocjacji i większy procent zdysocjuje.

WPŁYW ROZPUSZCZALNIKA NA STOPIEŃ DYSOCJACJI: jest bardzo duży. Woda ma bardzo dużą wartość przenikalności elektrycznej (stałej dielektrycznej) E=81 w dużym stopniu zmniejsza działanie sił z elektrostatycznymi działających między jonami.

Im większa stała dielektryczna tym większy jest stopień dysocjacji. Ze wzrostem stężenia elektrolitu stopień dysocjacji α maleje.

Im bardziej się rozcieńcza, tym stopień wzrasta

Im wyższa wartość stałej dysocjacji tym silniejszy jest elektrolit.

STAŁA DYSOCJACJI- jest stałą równowagi chemicznej między jonami a cząsteczkami nie zdysocjowanymi i wyraża stosunek iloczynu stężeń jonów do stężenia cząsteczek nie zdysocjowanych. Oznacza się ją za pomocą dużej litery U.

AB←→ A⁺ + B⁺

STOPIEŃ DYSOCJACJI: elektrolitu wyrażamy stosunkiem stężenia cząstek zdysocjowanych do stężenia ogólnego elektrolitu.α=x/c.

WARTOŚĆ LICZBOWA STOPNIA DYSOCJACJI α jest ułamkiem mniejszym od jedności lub po przemnożeniu przez 100 wyraża procent liczby cząstek które rozpadły się na jony w stosunku do liczby cząstek wprowadzonych do roztworu. Możemy zapisać 0<α≤1

6) PRAWO ROZCIEŃCZEŃ OSWALDA: wyraża zależność między stałą dysocjacji i stopniem dysocjacji. Jeżeli stężenie słabego elektrolitu AB dysocjującego na jony A⁺ i B^- wynosi C mol/dm³, a jego stopień dysocjacji jest równy α to stężenie

[A⁺] i [B^-] równe są [A⁺]= αC

i [B^-]= αC

Stężenie niezdysocjowanych czastek wynosi więc

C- αC= C(1-α)

Podstawiając tą wartość do wyrażenia na stałą dysocjacji otrzymujemy

Dla danego stężenia elektrolitu w stałej temp im większa jest K tym większy jest α. Dla niezbyt rozcieńczonych słabych elektrolitów α jest dużo mniejsze od 1 czyli można przyjąć że 1-α ≈1 ,uproszczenie to stosuje się w praktyce gdy α< 0,05 lub α=C/K≥400 wtedy

K=α²*C⇒ α=(K/C)^1/2

7) BUFORY:

ROZTWORY BUFOROWE: przeciwdziałają dużym gwałtownym zmianom pH. Praktycznie nie zmienia się ono nawet przy dodaniu niewielkich ilości mocnych zasad lub mocnych kwasów. Rozróżniamy 3 rodzaje mieszanin buforowych, w skład których wchodzą mieszaniny:

1) słabego kwasu i soli tego kwasu z mocną zasadą

2) słabej zasady i soli tej zasady z mocnym kwasem

3) mieszaniny dwóch soli kwasu wieloprotonowego o różnych stopniach zobojętnienia.

Najczęściej używanymi buforami są bufor octanowy CH₃COOH +CH₃COONA pH=4,7

Bufor amonowy NH₄OH +NH₄CL pH=9,3

Bufor fosforanowy Na₄HPO₄+NaH₂PO₄ pH=6,8

Dla buforu o charakterze kwaśnym

CH₃COONa +CH₃COOH stężenie [H₃O⁺]

[H₃0⁺]=K_K C_K/C_S gdzie: K- stała dysocjacji i słabego kwasu, C_K-stężenie kwasu, C_S- stężenie soli.

Dla buforu zasadowego NH₄OH i NH₄CL do obliczenia jonów hydroniowych [H₃0⁺] stosuje się:

gdzie: C_S- stężenie soli, C_Z-stężenie zasady, K_Z- stała dysocjacji słabej zasady danego buforu.

8) WSKAŹNIKI: są to takie związki które zmieniają swoją barwę w roztworze w zależności od stężenia jonów hydroniowych. Wskaźniki dwubrawne zmieniają swój kolor zarówno w środowisku alkalicznym jaki i kwaśnym. Natomiast jednobarwne wykazują zmianę barwy tylko w jednym środowisku i do pewnej wartości pH. Większość kwasów i zasad po rozpuszczeniu w wodzie tworzy roztwory jednolite i bezbarwne. Aby więc sprawdzić czy mamy doczynienia z roztworem kwasu czy zasady wykorzystujemy pewne substancje organiczne, które zależnie od tego czy znajdują się w roztworze kwasu czy zasady zmieniają w sposób charakterystyczny swoje zabarwienie.

SKALA pH: obejmuje roztwory od pH=0 (kwaśne) do roztworów mocno alkalicznych o pH=14 (zasady), a w roztworach obojętnych pH=7.

NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANE WSKAŹNIKI: lakmus, oranż metylowy, feneloftaleina.

9) HYDROLIZA: jest to reakcja rozkładu pod wpływem wody, która polega na wymianie protonu miedzy kwasem a zasadą. Hydrolizie jonowej ulegają sole mocnych kwasów i słabych zasad (hydroliza kationowa), słabych kwasów i mocnych zasad (hydroliza anionowa), bądź słabych kwasów i słabych zasad.

HYDROLIZIE CZĄSTECZKOWEJ ulegają estry rozkładając się na kwas i alkohol.

STOPIEŃ HYDROLIZY: stosowana liczba cząstek, które uległych hydrolizie do ogólnej liczby cząstek soli wprowadzonych do roztworu.

β=C_Zd/C_O= (K_N/C_O)^1/2.

Stopień hydrolizy zależy od stężenia roztworu, temp, rodzaju soli.

STAŁA HYDROLIZY: określa wielkość hydrolizy w stałej temperaturze.

10) POSTULATY BOHRA:

MODEL ATOMU: --w skład atomu wchodzi dodatnio naładowane jądro, --elektrony otaczające jądro mogą poruszać się poruszać tylko po określonych torach kołowych zwanych powłokami, --elektron pochłania lub emituje energię przy przejściu z jednego toru na inny przechodząc z toru o większej energii na tor o mniejszej energii wtedy emituje energię, po otrzymaniu energii przechodzi z toru o mniejszej energii na tor o większej energii wtedy pochłania energię. ---pochłanianie i emisja energii nie odbywa się w sposób ciągły lecz w postaci kwantu energii hv energia jest więc skwantowana E=h*v, gdzie h=6,625*10^-34J/s- stała Plancka. ---elektron nie może znaleźć się w przestrzeni między powłokami elektronowymi, ---stan w którym elektron ma najniższą energię nazywamy stanem podstawowym wszystkie inne stany wzbudzone.

11) ELEKTROUJEMNOŚĆ: zdolność atomów pierwiastków do wiązania własnych lub przyłączania dodatkowych elektronów. Pierwiastki słabo wiążące elektrony mają właściwości metaliczne, natomiast pierwiastki silnie wiążące elektrony mają właściwości niemetali. Niemetale charakteryzują się dużą elektroujemnością zaś metale niską. W układzie okresowym wzrost elektroujemności następuje zgodnie ze wzrostem charakteru nie metalicznego pierwiastków.

12) OGNIOWO DANIELA:

Ogniowo Daneila składa się z dwóch półogniw. Półogniowo zbudowane jest z przewodnika typu metalicznego zwanego elektrodą i zanurzonego w roztworze elektrolitu. Jedno półogniowo stanowi elektroda miedziana zanurzona w roztworze CUSO₄ a drugie to elektroda cynkowa w roztworze ZnSO₄. aby ogniowo mogło pracować musi być możliwy przepływ jonów między roztworami. Stosuje się różnego rodzaju przegrody tzw. Klucze elektrolityczne zabezpieczające się mieszanie się roztworów. Podczas pracy ogniwa płytka cynkowa produkuje elektrony, gdy kationy cynku Zn²⁺przechodząc do roztworu zostawią elektrodzie elektrony kompensacyjne i ich ładunki. Płytka miedziana oddaje płynące przez przewód elektrony od elektrody cynkowej jonom miedzi znajdującym się w otoczeniu. Na katodzie miedzianej osadza się miedź metaliczna. Na elektrodzie cynkowej zachodzie utlenianie a na miedzianej redukcja. Praca prądu w ogniwie Daniela trwa aż do rozpuszczenia płytki cynkowej lub do całkowitego rozkładu soli miedzi. Napięcie między elektrodami zależy od natężenia prądu pobieranego z ogniwa. Jest ona maksymalna gdy ona nie pracuje.

13) PIROLIZA ROPY NAFTOWEJ: głównym źródłem węglowodorów jest ropa naftowa, z której przez destylację frakcyjną otrzymuje się przede wszystkim paliwa do napędu silników spalinowych. Lekkie węglowodory występują głównie w gazie ziemnym. Składnik lekkiej benzyny 2,2,4-trimetylopentan został przyjęty jako wzorzec. Ponieważ największe zapotrzebowanie jest na benzyny lekkie, cięższe frakcje otrzymywane w czasie destylacji ropy naftowej poddaje się w temp 500-600⁰C pirolizie tzn. rozkładowi termicznemu na lżejsze produkty rozpadu tzw. kraking. C_m+mH_2(m+m)+2 →C_mH_2m+ C_mH_2m+2

FRAKCJE ZACHOWAWCZEJ DESTYLACJI ROPY NAFTOWEJ I ICH ZASTOSOWANIE:

Przybliżony zakres temp wrzenia	Nazwa frakcji	Zawartość atomów węgla	zastosowanie
Pow.temp pokojowej 20-40^0C 60-100^0C 100-200 200-300 300-350	Gaz rafineryjny Eter naftowy Ben.lekka Ben.ciężka Nafta Oleje mineralne	C1-C4 C5-C6 C6-C7 C6-C12 C12-C18 Powyżej C18	Paliwa gazowe Rozpuszczalnik, benzyna apteczna Rozpuszczalnik,ben.lotnicz Ben.samochodowa Do traktorów, turbin gazowych Paliwa do silnik z zapłonem samoczynnym

Pozostałość mazut nie destyluje pod normalnym ciśnieniem, poddany jest destylacji próżniowej.

14) LABORATORYJNE METODY OTRZYMYWANIA ALKENÓW:

1) przez uwodornienie węglowodorów nie nasyconych

CH₂=CH₂ → CH₃CH₃

2) Przez redukcję halogenopochodnych

R-X → R-X+H-X (X=Cl, Br, J)

3) Z halogenopochodnych w reakcji z sodem (redukcja Wurtza)

2R-X+2Na → R-R+2NaBr

4) Prze dekarboksylację kwasów

R-COOH→ R-H+CO₂

5) Przez anodowe utlenianie kwasów (reakcja Kolbego)

2R-COO^- → 2RCOO⋅ →2R⋅→R-R

6)W reakcjach związków metaloorganicznych z wodą.

RMgX +H₂O → R-H+MgOHX

R₂Zn+2H₂O→2R-H+Zn(OH)₂

---