Mol jest jednostk licznoci substancji (materii), która zawiera tyle samo atomów; jonów, czsteczek (czy te innych czstek), ile atomów wgla zawartych jest w 0,012kg izotopu wgla 12C.
Liczb atomów znajdujcych si w 0,012kg izotopu wgla 12C, a tym samym liczb czstek w molu materii nazywano liczb Awogadra i oznaczono symbolem NA:
Prawo Awogadra
W równych objtociach rónych gazów, w tych samych warunkach cinienia i temperatury znajduj si jednakowe liczby czsteczek.
Liczby kwantowe:
W celu rozpoznania rónych orbitali stosuje si liczby kwantowe. Kada liczba kwantowa ma okrelony sens fizyczny.
Gówna liczba kwantowa n kwantuje energi elektronów okrela ogólny stan energetyczny elektronu w atomie i decyduje o rozmiarach obszaru orbitalnego
n = 1, 2, 3, 4, ..., +"
K, L, M, N, O, P, Q, ...
Energia elektronów w pierwiastku jest okrelona za pomoc gównej liczby kwantowej i pobocznej (l,n)
Poboczna liczba kwantowa kwantuje orbitalny moment pdu (mvr), okrela podpoziomy energetyczne (podpowoki) i decyduje o ksztacie obszaru orbitalnego
l- poboczna liczba kwantowa
l=0, 1, 2, 3, ..., (n-1)
s, p, d, f,
Zbiór stanów kwantowych posiadajcych takie same wartoci „n” i „l” nosi nazw pod powoki elektronowej.
Magnetyczna liczba kwantowa kwantuje orientacj przestrzenn orbitalnego momentu pdu elektronów, okrela liczb poziomów orbitalnych w danej powoce. Decyduje o orientacji przestrzennej obszaru orbitalnego.
m = -l, ..., 0, ..., +l
Zbiór stanów kwantowych opisanych tym samym zespoem liczb kwantowych n, l, m nazwano poziomem orbitalnym.
POWOKA n
POPOWOKA n, l
POZIOM ORBITALNY n, l, m
Zakaz Pauliego - W danym elektronie nie mog istnie elektrony opisane tymi samymi wartociami wszystkich liczb kwantowych. To oznacza i poszczególne elektrony w atomie musz róni si wartoci co najmniej jednej liczby kwantowej.
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f16 5d10 6p6 7s2
12Mg 1s2 2s2 2p6 3s2 !!
7N 1s2 2s2 2p3 ! ! !
Roztwory i Mieszaniny
Roztwór jest to jednorodna mieszanina substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Rozpuszczalnikiem w roztworze jest ta substancja, która wystpuje w przewadze ilociowej. Roztwory mog wystpowa w trzech stanach skupienia, a wic mog by roztwory gazowe (powietrze), cieke i stae (stopy metali, szko). Do najbardziej rozpowszechnionych i majcych najwiksze znaczenie praktyczne nale roztwory cieke. Mona je otrzyma przez rozpuszczenie w cieczy: gazów, innych cieczy lub substancji staych. Z uwagi na wielko czsteczek substancji rozpuszczonych w roztworach ciekych dzieli si te roztwory na: roztwory rzeczywiste (od 0,1nm do 1nm), koloidy (od 1nm do 500nm), zawiesiny (wiksze od 500nm).
Roztwór nasycony - w danej temperaturze nie mona rozpuci wicej substancji, jest on w stanie równowagi dynamicznej z osadem tzn., e szybko krystalizacji równa si szybkoci rozpuszczania.
Roztwór przesycony - otrzymywany przez ochodzenie roztworu nasyconego i jest nietrway.
Steniem roztworu nazywamy zawarto substancji rozpuszczonej w okrelonej iloci roztworu lub rozpuszczalnika. Wyraa si je najczciej jako stenie procentowe, stenie procentowe roztworu C% wyraone w procentach masowych oznacza liczb gramów substancji rozpuszczonej w 100g roztworu.
ma - masa substancji rozpuszczonej w [g],
m- masa roztworu, która jest sum masy substancji rozpuszczonej i masy rozpuszczalnika, np. wody w [g].
Stenie procentowe roztworu mona wyrazi w procentach objtociowych i oznacza to liczb centymetrów szeciennych substancji rozpuszczonej w 100cm3 roztworu.
Va - objto substancji rozpuszczonej w [cm3],
V objto roztworu, która jest sum objtoci substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika, np. wody w [cm3].
Stenie molowe roztworu M oznacza liczb moli substancji rozpuszczonej w 1dm3 roztworu i wyraa si w [mol/ dm3].
n - liczba moli substancji rozpuszczonej w [mol]
V - objto roztworu wyraona w [dm3].
Stenie roztworu wyraone w uamku molowym jest to stosunek liczby moli tego skadnika do sumy liczby moli wszystkich skadników roztworu.
n1- liczba moli skadnika pierwszego w [mol]
n1+...+nn- liczba moli wszystkich skadników
Mieszanina - substancja zoona, skadajca si z dwu lub wicej skadników zachowujcych swe cechy indywidualne, zmieszanych w dowolnym stosunku; niektóre waciwoci mieszanin (np. gsto) zmieniaj si w zalenoci od stosunków ilociowych tworzcych j skadników. Pod wzgldem fizycznym mieszaniny mog by jednorodne (homogeniczny ukad), np. powietrze, lub niejednorodne (heterogeniczny ukad), np. skay. Mieszaniny mona rozdziela na skadniki np. za pomoc sczenia, dekantacji, destylacji, krystalizacji, ekstracji
Procesy utleniania i redukcji
Substrat reakcji redoks, w skad którego wchodzi pierwiastek obniajcy w trakcie reakcji stopie utlenienia nosi nazw utleniacza (dezelektronatora); substrat zawierajcy pierwiastek, którego stopie utleniania wzrasta, nazywa si reduktorem (elektronatorem). W reakcji redoks utleniacz ulega redukcji (elektronacji), a reduktor si utlenia (dezelektronuje).
Utlenianie - polega na oddawaniu elektronów przez atomy lub jony (deelektrolizacja)
Fe 0 - 2e - ! Fe 2+
Fe 2+ - e - ! Fe 2+
Redukcja - polega na przyjmowaniu elektronów przez atomy, czsteczki lub jony (elektronizacja)
I2 0 + 2e - ! 2I 2+
Indykatory (wskaniki)
Wskanikami nazywamy takie zwizki (przewanie organiczne), które zmieniaj swoj barw w roztworze, w zalenoci od stenia jonów hydroniowych. Wskaniki dwubarwne zmieniaj swój kolor tak w rodowisku kwanym jak i alkaicznym (p-nitrofenyl, bkit bromotylowy, czerwie fenolowa), natomiast jednobarwne wykazuj zmian barwy tylko w jednym rodowisku i do pewnej wartoci pH (na przykad fenoloftaleina).
Wzrost stenia jonów hydroniowych przesuwa równowag na lewo, natomiast wzrost stenia jonów hydroksylowych przesuwa t równowag na prawo. Indykator o charakterze zasady bdzie dysocjowa wg schematu
IndOH + H2O ! IndH2O+ + OH-
i oczywicie forma niezdysocjowana wystpi w rodowisku kwanym. Przykadem indykatora odczepiajcego jon OH- wraz z przegrupowaniem chiniodowym w jednym z piercieni benzenowych jest oran metylowy.
Kady indykator zmienia sw barw po przekroczeniu charakterystycznych dla niego pH. Zmiana ta nie wystpuje skokowo, lecz w pewnym przejciowym zakresie ste jonów hydroniowych. Zakres zmian pH stosowanych wskaników mieci si w przedziale 1 do 2 jednostek pH. Stosujc róne wskaniki mona do dokadnie oznaczy pH roztworu, w praktyce laboratoryjnej stosowane s czsto uniwersalne papierki wskanikowe, które po zanurzeniu w badanym roztworze zabarwiaj si na okrelony kolor w zalenoci od pH roztworu. Do dokadnych pomiarów pH su przyrzdy zwane pH-metrami.
? ORBITALE ATOMOWE WODORU
W toku rozwizywania rów. Szredingera okazuje si, e kadej kombinacji liczb n, l, m odpowiada jedna „porzdna” funkcja falowa speniajca to równanie. Tak f-cj oznaczamy:
Y(n,l,m) i nazywamy orbitalem. Liczb moliwych orbitali odpowiadajcych poszczególnym liczbom n mona obliczy przez utworzenie rónych moliwych kombinacji liczb kwantowych. Liczba tych kombinacji jest ograniczona.
ATOMY WIELOELEKTRONOWE
Kwantowo- mechaniczny opis atomu wieloelektronowego polega na okreleniu stanów poszczególnych elektronów. Kady z elektronów znajduje si w innym stanie energetycznym tj. charakteryzowany jest
liczbami kwantowymi: n, l, m, s, ms. Poszczególne elektrony zajmuj kolejne stany kwantowe o coraz wyszej energii. O ile w atomie H energia atomu zaleaa od l, k, m, to o poziomie energii decyduje n i l.
Kademu zespoowi liczb n i l czyli kadej podpowoce odpowiada inna warto energii, przy czym warto ta maleje w miar zwikszania si iloci elektronów.
?ZAKAZ PAULIEGO
W danym atomie nie mog istnie elektrony opisane tymi samymi wartociami wszystkich liczb kwantowych. Poszczególne elementy musz si róni przynajmniej jedn wartoci liczby kwantowej.
?REGUA HUNDA
W danej powoce powinna by moliwie najwiksza ilo niesparowanych elektronów. Niesparowane elektrony zajmujce poziomy danej powoki maj identyczn orientacj spin. Pary elektronowe tworz si dopiero po zajciu wszystkich poziomów orbitalnych danej podpowoki przez niesparowane elektrony.
Anomalia od Na do Ar. Nowo przybywajce elektrony zajmuj podpowok 4s mimo, e na trzeciej powoce pozostaa jeszcze niezapeniona elektronami podpowoka 3d. O takim zapenieniu zadecydoway wzgldy energetyczne. Warto energii elektronów w podpowoce 3d jest wiksza od wartoci energii na podpowoce 4s.
Zgodnie z tym elektron zaczyna obsadza 4s.
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d
?PIERWIASTKAMI GRUP PRZEJCIOWYCH nazywamy te pierwiastki grup pobocznych ukadu okresowego, których atomy (lub jony) maj niecakowicie zapenion podpowok typu „d”.
Gdy pierwiastki przejciowe róni si midzy sob liczb elektronów na orbitalach „d” mówimy, e s to pierwiastki zewntrzprzejciowe
a kiedy róni si liczb elektronów na orbitalach „f” mówimy, e s to pierwiastki wewntrzprzejciowe (aktynowce, lantanowce).
Przewaajca cz pierwiastków zewntrzprzejciowych zawiera 2 elektrony na najbardziej zewntrznej powoce atomu. W zwizku z tym prawie wszystkie wystpuj w postaci bardziej lub mniej trwaych jonów dwudodatnich, a pierwiastki zawierajce po jednym elektronie na zewntrznej powoce jak Cu, Ag, Au wystpuj w postaci jonów jednododatnich. Ulegajc jonizacji atomy pierwiastków grup przejciowych mog oddawa elektrony orbitalu „d”.
Pierwiastki przejciowe, których pierwsz dziesitk spotykamy w czwartym okresie odróniaj si tym od grup gównych, e w reakcjach chemicznych angauj nie tylko elektrony zewntrznej powoki, ale take elektrony wewntrznej podpowoki „3d”.
Biorc pod uwag konfiguracj elektronów w atomach, wszystkie pierwiastki moemy podzieli na 4 bloki:
- blok pierwiastków „s”
- blok pierwiastków „p'
- blok pierwiastków „d'
- blok pierwiastków „f”
Do bloku „s' nale wodór i hel oraz pierwiastki I i II grupy gównej
ukadu okresowego. Atomy tych pierwiastków maj na zewntrznej powoce 1 lub 2 (II gr.) elektrony na orbitalu „ s”
Do bloku „p' zaliczamy pierwiastki pozostaych grup gównych Uk. Okr. Oraz grupy zerowej. Atomy tych pierwiastków maj na ostatniej najbardziej oddalonej od jdra powoce od 1do 6 elektronów „p”.
Do bloku „d” zalicza si pierwiastki grup pobocznych nazywanych równie przejciowymi. W pierwiastkach przejciowych uzupeniane s elektronami przy przechodzeniu do wyszych liczb atomowych orbitale „d” z przedostatniej powoki elektronowej.
Do bloku „f” zalicza si pierwiastki, których atomy przy przechodzeniu do wyszych liczb atomowych uzupeniaj orbitale w trzeciej od zewntrz powoce elektronowej.
?WIZANIA CHEMICZNE (TEORIA LEWISA-KOSSELA )
Aby zwizek by trway musi by uboszy energetycznie ni wchodzce w jego skad atomy. T trwao energetyczn zwizki osigaj przez utworzenie si odpowiednich wiza midzy czcymi si atomami. Wizania chemiczne mog powstawa w wyniku oddawania, przyjmowania lub uwspólniania elektronów walencyjnych
reagujcych ze sob atomów. Rozróniamy nastpujce typy wiza:
- wizania jonowe
- wizania kowalencyjne
- wizania kowalencyjne polarne
- wizania metaliczne
- wizania koordynacyjne
- wizania wodorowe
WIZANIA JONOWE [HETEROPOLARNE]
Powstaj podczas reakcji midzy atomami skrajnie rónicych si elektroujemnoci pierwiastków. Atom pierwiastka mniej elektroujemnego oddaje, a bardziej elektroujemnego przycza elektrony.
?ELEKTROUJEMNO
Jest wielkoci charakteryzujc tendencj atomu znajdujcego si w czsteczce do przycigania ku sobie elektronów. Skala elektroujemnoci wprowadzona przez Paulinga zostaa dobrana w taki sposób, e rónica elektroujemnoci dwóch pierwiastków daje orientacyjne wartoci momentu dipolowego wyraone w D [Debajach].
ELEKTRODODATNIO - jest cech metali
?POWINOWACTWO ELEKTRONOWE
Jest to ilo energii jaka jest wydzielona podczas przyczenia elektronu do obojtnego atomu
?ENERGIA JONIZACJI
Jest to ilo energii jak trzeba dostarczy, aby oderwa elektron od obojtnego atomu. Atomy o duym powinowactwie i wysokiej energii jonizacji s atomami atwo przyczajcymi i trudno oddajcymi elektrony, a wic o duej elektroujemnoci.
Elektroujemne pierwiastki o najwikszej elektroujemnoci to:
F[4,0], O[3,5], N[3,0], Cl[3,o], Br[2,8]
Pierwiastki o najwikszej elektrododatnoci to:
Fr[0,7], Cs[0,7], Rb[0,2], K[0,8], Ba[0,9]
?WIZANIE JONOWE
Zwizki zawierajce wizania jonowe skadaj si z dodatnich i ujemnych jonów rozmieszczonych na przemian w krysztale. Takie substancje z wizaniem jonowym odznaczaj si stosunkowo wysokimi temperaturami topnienia i wrzenia, a w stanie stopionym przewodz prd elektryczny, atwo rozpuszczaj si w wodzie i innych rozpuszczalnikach polarnych. Czsteczki dziki temu wizaniu staj si trwae.
?WIZANIE KOWALENCYJNE [ATOMOWE]
Powstaj kiedy cz si ze sob atomy o tych samych wartociach elektroujemnoci np. O2, Cl2, N2, S8, P4, H2
H - H powstaje wizanie [kreska oznacza par elektronow]
?WIZANIA KOWALENCYJNE POLARNE
Wizania porednie pomidzy wizaniem jonowym i kowalencyjnym. Powstaje wówczas, gdy cz si atomy pierwiastków, które róni si elektroujemnoci, ale nie tak znacznie jak w przypadku wizania jonowego. Jeeli rónica elektroujemnoci wynosi 0 lub okoo 0, powstaje wizanie atomowe. Jeeli ta rónica elektroujemnoci jest ? 1,7 , to powstaje wizanie jonowe. Jeeli rónica < 1,7 to powstaje wizanie kowalencyjne polarne. Cech char. Tego wizania jest przesunicie pary elektronowej wicej atomy w kierunku pierwiastka bardziej elektroujemnego.