BUDOWA MATERII cechy materii: * niezniszczalnosc materii *nieciaglosc jej budowy Podstawowymi elementami jest masa i energia W materialach nieciaglosc budowy wystepuje na roznych pozimach struktury: *Struktura-uporzadkowanie skladnikow w objetosci materialu *Substruktura-poziom skladnikow w atomie *Mikostruktura-rozmieszczenie atomow,jonow,czasteczek,defektow punktowych,liniowych *Makrostruktura-rozmieszczenie skladnikow-ziarn,porow,uzbrojenia w materiale Wszystkie maja wplyw na wlasciwosci chem.i fiz.materialow,przy czym chemiczne sa okreslone glownie struktura na poziomie atomowym. BUDOWA ATOMU Rozklad materii i materialow na skladniki proste jakimi sa atomy sprowadza roznorodnosc swiata materialnego do 114 pierwiastkow,ktore teoretycznie mozna rozlozyc na jeszcze mniejsze czastki-czastki elementarne. Czastki elementarne: proton (1^1p) m=1,67*10^-27kg=1,00727u,lad +1 neutron (0^1n) m=1,67*10^-27kg=1,0086u ,lad 0 elektron (1^0e) m=9,11*10^-31kg=1/1850pu,lad-1 *foton (0^0γ) gorny index - masa=Σp+n dolny index - liczba protonow Liczbe protonow w jadrze okresla liczba Z -liczba atomowa=l.porzadkowa w ukladzie okresoym Liczbe neutronow N=>masa atomu=Σmas protonu+neutronu N=m-Z Obliczenie energii wiazania jader na ^126C 1.masa rzeczywista = 12 2.6p x 1,00727 u = 6,043662 u 3.6n x 1,0086 u = 6,05199 u +12,0956 u 12,0956 - 12 =0,0956 u 1 u = 931,4 MeV E=mc^2=0,0956u x (2,998x10^8)^2x1,661x10^-27 kgx6,02x10^23 = 10^11 J/mol=89,4 MeV Nukleidem - nazywamy zbior jader o jednakowym skladzie.opisuje się je symbolami literowymi odpowiedniego pierwiastka (Na,C) i dwoma liczbami M i Z. Trwalych i nietrwalych nukleidow (jader) rozniacych się wartosciami liczb ZiM znanych jest 700.Można z nich wyodrebnic jadra o jednakowej liczbie atomowej Z i roznej liczbie masowej M. Skladniki budowy atomu Jadro -prtony i neutrony=>tzw.nosniki masy,bo cala masa skupiona jest w jadrze Czesc pozajadrowa-elektrony LICZBY KWANTOWE 1.umozliwiaja jednoznaczna identyfiacje elektronow w zbiorze elektronow danego atomu 2.wskazuja,ze takie wielkosci jak:energia,ped,spin sa kwantowe 3.okreslaja stan energetyczny elektronow 4.wskazuja na polozenie elektronu(obszary najbardziej prawdopodobne). n - glowna liczba kwantowa (powloka)-okresla ogolny stan energetyczny elektronu i zasadnicza odleglosc elektronu od jadra. 1 2 3 4 5 6 7 nr powloki K L M N O P Q oznaczenie literowe 2 8 .... max liczba elektronow l - liczba orbitalna(poboczna) podaje nam podpowloke,jest miara perdu elektronu,dokladniej okresla stan energetyczny elektronu,okresla odstepstwa od kulistego ksztaltu orbitali,w ramach glownej liczby kwantowej przyjmuje wartosci 0=<l=<n-1 np. n =4 to l 0-s 1-p 2-d 3-f m- magnetyczna liczba kwantowa okresla stan energetyczny elektronow w zewnetrznym polu magnetycznym,dokladnie okresla obszary najwiekszego prawdopodobienstwa spotkania elektronu,podaje nam orbital,a orbital może zawierac max.2 elektrony o przeciwnej liczbie spinowej s - spinowa liczba kwantowa ± ½ umozliwa rozlozenie energii elektronow o jednakowych liczbach kwantowych:glownej pobocznej,magnetycznej,czyli nalezacych do jednego orbitalu.To wynika z ich ruchu obrotowego wokół osi,ruch ten może przebiegac w dwoch kierunkach +½ i -½. Znajomosc struktury elektronu pozwala na okreslenie: -budowy atomu,polozenia w ukladzie (okres,grupa),wartosciowosci,elektroujemnosci,metalicznosci,odczytanie weilu wartosci. Zakaz Pauliego W atomie nie może być 2 elektronow posiadajacych takie same cztery liczby kwantowe Kolejnosc zapelniania powlok 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f na skos na dol od prawej do 5s 5p 5d 5f lewej, okres-najw.liczba np. V 6s 6p 6d 6f okres gdy …5s2 4d10. Dla pierwiastka o strukturze elektronowej 1s^22s^22p^63s^2 podac liczbe atomowa i masowa,budowe powloki walencyjnej,polozenie w ukladzie i właściwości atomowe i zespolowe 1s^22s^22p^63s^2 2+2+6+2=12 =>liczba atomowa okres 3,grupa 2, blok -s(metal) jeśli p-to niemetal- ,elektroujemnosc=wartosciowosc=elektrony walencyjne=grupa=2 liczba masowa = 2x12=24 ,jon - Mg^2+ rdzen-Ne , powloki KL

Jeżeli uszeregujemy wszystkie pierwiastki chemiczne wedlug wzrastajacej liczby atomowej (Z) tzn.wg. wzrastajacej ilosci protonow w jadrze,wówczas właściwości fizyko-chemiczne pierwiastkow zmieniaja się w sposób ciagly w okresie i powtarzaja okresowo w grupach i rodzinach Grupy-(rodziny)właściwości sa podobne Grupy glowne-elektrony walencyjne typu s i p , jest 8 rodzxin glownych Rodzxiny poboczne - jest ich 10,elektrony walencyjne typu d i f RODZINY GLOWNE 1 litowce (bez H) elektr.walenc. s1 K,Na 2 berylowce s2 Ca Mg 13 borowce s2p1 Al. 14 weglowce s2p2 C,Si 15 azotowce s2p3 N 16 tlenowce s2p4 S 17 fluorowce s2p5 Cl 18 gazy szlachetne (bierne chemicznie) RODZINY POBOCZNE (w nich zasada max wartosciowosci nie obowiazuje) 3 skandowce s2d1 3+ Sc2O3 4 tytanowce s2d2 4+ TiO2 5 wanadowce s2d3 6 chromowce s2d4 6+ CrO3 5+ K2Cr2O7 7 manganowce s2 d5 7+ Mn2O7 8 zelazowce s2d6 Fe 2+ 3+ 9 kobaltowce s2d7 10 niklowce s2d8 11 niedziowce s2d9 =>s1d10 wyjatek 12 cynkowce s2d10 ZMIENNOSC WLASNOSCI FIZYKO-CEM. W UKLADZIE OKRESOWYM Zmiennosc wlasnosci atomowych 1.wartosciowosc 2.promienie atomowe i jonowe 3.potencjal jonizacyjny 4.powinowactwo elektronowe 5.elektroujemnosc Zmiennosc wlasnosci zespolowych 1.temperatura topnienia,wrzenia 2.cieplo solwatacji,parowania,sublimacji 3.przewodnosc cieplna 4.ruchliwosc jonow 5.gestosc 6.wlasnosci energetyczno magnetyczne itd. ZMIENNOSC PROMIENI ATOMOWYCH 1.nastepuje wzrost promieni atomowych w rodzinie 2.promienie atomowe maleja w okresie ELEKTROUJEMNOSC Jest to przeciwienstwo elektrododatnosci,a wiec pierwiastek o malej elektroujemnosci jest pierwiastkiem elektrdodatnim Najwieksza elektroujemnosc maja niemetale a wśród nich Fluor =4 Najmniej elektroujemnye sa metale a wśród nich Fr (Frans) Podzial na niemetale i metale jest rownoznaczny z podzialem na elektroujemne i elektrododatnie Niemetale maja właściwości kwasowe a meteale zasadowe WIAZANIA CHEMICZNE Przyczyna tworzenia wiazan chemicznych sa wzgledy energetyczne,tzn.tendencja ukladu atomow do osiagniecia stanu o minimum energii i mozliwie najwyzszej symetrii rozkladu orbitali elektronowych Wiazania chemiczne powstaja w skutek oddzialywan elektrostatycznych pomiedzy elektronami i jadrami laczacych się atomow Rodzaje wiazan Wiazania I rzedu,sily I rzedu: -wiazania jonowe-heteropolarne,elektrowalencyjne -atomowe - kowalencyjne,homeopelarne -metaliczne Sily II rzedu: -wiazanie van der Waalsa,wiazanie miedzymolekularne,miedzyczasteczkowe WIAZANIE JONOWE -powstaje w wyniku przekazania przez atom elektrododatni elektronu atomowi elektroujemnemu,powataja po tym przejsciu kationy(+) i aniony(-) przyciagajace się zgodnie z prawem Coulomba.Wszystkie wiazania I i VII rodziny to typowe wiazania wodorowe *Wiazanie jonowe jest wiazaniem bezkierunkowym (jednakowe we wszystkich kierunkach)-latwosc budowy sieci krystalicznej ( w wiekszosci sa to ciala stale) *sily wiazace jony sa znaczne-wiazanie wysoko energetyczne (150 kal na mol)-wysoka temperatura topnienia i wrzenia *substancje jonowe nie przewodza pradu w stanie stalym,przewodza prad po stopnieniu *w cieczy polarnej (o wysokiej stalej

dielektrycznej np.woda)ulegaja dysocjacji na jony,naturalnie przewodza prad elektryczny *zwiazki jonowe maja niska rozszerzalnosc cieplna *maja niski wspolczynnik zalamania swiatla,wiec sa to ciala szkliste,polprzezroczyste *krysztaly jonowe wykazuja wlasnosci kruche (sa nieodporne na uderzenia) WIAZANIA ATOMOWE -wystepuja miedzy atomami elektroujemnymi o zblizonej tendencji do przyjmoewania elektronow,tzn o zblizonej elektroujemnosci -daznosc atomow do uzyskania trwalej konfiguracji realizuje się porzez utworzenie jednej lub wiecej par elektronowych,wchodzacych rownoczesnie w uklady elektronowe obu laczacych się atomow,nastepuje uwspolnienie elektronow

Wlasnosci wiazan atomowych: -wiazanie tworzone przez pierwiastki elektroujemne powstaje przez uwspolnienie 1 lub wiecej par elektronowych -wiazanie wysokoenergetyczne 100-300kal/mol -wiazanie kierunkowe - symetria drobiny wynika z ksztaltu orbitali molekularnych -molekuly oparte o wiazania atomowe można traktowac jako wysycone chem.,dlaego w temperaturze pokojowej sa to gazy H2 O2 Cl2 N2 lub ciecze H2O,ewentualnie substancje stale o niskiej twardosci i niskiej temp.topnienia - wyjatek-diament -substancje te nie przewodza pradu ani po stopnieniu,ani po rozpuszczeniu -substancje te sa rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych -wspolczynnik zalamania swiatla jest duzy TEORIA PASMOWA CIALA STALEGO Obowiazuje dla wszystkich cial stalych.W ciele stalym rozszczepieniepoziomow energetycznych atomow tworzacych siec na pasma energetyczne zachodzi zgodnie z teoria pasmowa ciala stalego nie tylko w metalach ale i w innych cialach stalych Pasma energetyczne: Pasmo podstawowe-calkowicie wypelnione elektronami Pasmo przewodnictwa - calkowicie puste Metal - oba pasma zachodza na siebie,pokrywaj się Izolator-duza przerwa miedzy obu pasami E>5eV Polprzewodnik - mala przerwa miedzy pasmami E=1 do 2 eV WŁAŚCIWOŚCI WIAZAN METALICZNYCH -przewodnictwo elektronowe -dobre przewodnictwo cieplne -latwosc efektu fotoelektrycznego -nieprzeswiecalnosc na swietle widzialnym -odbijanie swiatla -charakterystyczny polysk -plastycznosc (kowalnosc) i odpornosc na uderzenia-te cechy wynikaja z braku kierunkowosci wiazan i budowy sieci o wysokiej symetrii -oparte jest na sieci o wysokiej symetrii i wysokich liczbach koordynacyjnych -energia wiazania rozni metale w szerokim zakresie 20-100 kcal/mol ,a wiec takie cechy jak temp.topnienia,twardosc,wytrzymalosc,odpornosc na korozje zaleza od rodzaju metalu -zwiazki chem.wystepujace w stanmie stalum miedzy roznymi metalami (stopy) tworza roztwory i ciagle nie sa zwiazkami stechiometrycznymi.

---