WŁAŚCIWOŚCI SUBSTANCJI

Właściwości substancji to cechy charakterystyczne, które odróżniają jedną substancję od innej, umożliwiając jej identyfikację.

Właściwości substancji dzielimy na:

1. Właściwości fizyczne:

· stan skupienia,

· barwa,

· połysk,

· gęstość (to stosunek masy substancji do jej objętości d = m/V),

· twardość,

· rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach,

· temperatura wrzenia i topnienia,

· przewodnictwo elektryczne i cieplne.

2. Właściwości chemiczne:

· zapach,

· smak,

· palność,

· aktywność chemiczna (zachowanie się w obecności innych substancji).

PODZIAŁ SUBSTANCJI NA PROSTE I ZŁOŻONE

Substancja prosta - nie można rozłożyć jej na prostsze składniki.

Substancja złożona - można wydzielić z niej substancje proste, np. powietrze jest mieszaniną dwóch prostych substancji - azotu i tlenu oraz niewielkich ilości innych gazów. Woda to związek chemiczny zbudowany z wodoru i tlenu.

PIERWIASTEK - SUBSTANCJA PROSTA, ZWIĄZEK CHEMICZNY - SUBSTANCJA ZŁOŻONA

Pierwiastek chemiczny - substancja prosta, której nie można rozłożyć na substancje prostsze (żelazo, tlen).

Związek chemiczny - substancja złożona z co najmniej dwóch różnych, połączonych ze sobą pierwiastków chemicznych (tlenek magnezu, chlorek sodu).

PODZIAŁ SUBSTANCJI PROSTYCH NA METALE I NIEMETALE - WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE METALI I NIEMETALI

Metale - w temperaturze pokojowej, to substancje stałe. Wyjątek stanowi rtęć, która jest cieczą. Metale mają barwę srebrzystoszarą lub srebrzystobiałą z wyjątkiem miedzi i złota.

Właściwości metali:

Podobieństwa Różnice

stały stan skupienia (wyj. rtęć) twardość

barwa srebrzystoszara lub srebrzystobiała (wyj. złoto i miedź) temperatura topnienia

połysk metaliczny gęstość (lekkie: mniejsza od 5g/cm3, ciężkie: większa od 5 g/cm3)

kowalność i ciągliwość aktywność chemiczna

dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne

Niemetale - w temperaturze pokojowej mogą występować w stanie stałym lub gazowym. W stanie ciekłym występuje tylko brom. Niemetale maja różne barwy, a niektóre również charakterystyczne zapachy. Różnią się też aktywnością chemiczną i rozpuszczalnością w wodzie.

MIESZANINY SUBSTANCJI CHEMICZNYCH

Mieszanina jednorodna - mieszanina, której składników nie można zobaczyć gołym okiem ani za pomocą prostych przyrządów optycznych (cukier - woda).

Mieszanina niejednorodna - mieszanina, której składniki można zobaczyć gołym okiem lub za pomocą prostych przyrządów optycznych (piasek - woda).

Sączenie (filtracja), sedymentacja, dekantacja - sposoby rozdzielania niektórych mieszanin niejednorodnych.

Krystalizacja, destylacja - sposoby rozdzielania niektórych mieszanin jednorodnych.

REAKCJA CHEMICZNA A PRZEMIANA FIZYCZNA

Zjawisko fizyczne - przemiana, w której wyniku nie powstaje żadna nowa substancja np. topnienie parafiny, parowanie wody.

Reakcja chemiczna - przemiana, w której wyniku powstaje nowa substancja o innych właściwościach np. spalanie węgla.

Powietrze jako przykład mieszaniny - skład powietrza.

Powietrze jest jednorodną mieszaniną gazów. Stałymi składnikami powietrza są:

· azot - około 78% objętościowych,

· tlen - 21% objętościowych,

· gazy szlachetne - około 1% objętościowych (przede wszystkim argon).

Pozostałe składniki są zmienne, są to: para wodna, tlenek węgla (CO), ozon, amoniak oraz zanieczyszczenia (np. tlenki azotu, tlenki siarki, węglowodory (metan), pyły, mikroorganizmy).

ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA, ŹRÓDŁA, SKUTKI

Zanieczyszczenia powietrza dzielimy na:

· stałe (pyły, dymy),

· ciekłe (aerozole),

· gazowe (pary, gazy).

Źródła zanieczyszczeń:

· naturalne (wybuchy wulkanów, wyładowania atmosferyczne, pożary lasów),

· antropogeniczne (wytworzone przez człowieka lub będące wynikiem jego działalności: produkcja przemysłowa, transport, freony).

Skutki zanieczyszczeń:

· dziura ozonowa,

· smog,

· kwaśne opady,

· zwiększenie efektu cieplarnianego.

TLEN, AZOT, WODÓR, WŁAŚCIWOŚCI, OTRZYMYWANIE, ZASTOSOWANIE

Właściwości tlenu:

Fizyczne Chemiczne

gaz niemetal

bezbarwny bezwonny

słabo rozpuszcza się w wodzie łączy się z niemetalami i metalami tworząc tlenki

podtrzymuje spalanie, sam się nie pali

Otrzymywanie:

· rozkład wody prądem elektrycznym,

· destylacja skroplonego powietrza,

· rozkład (w reakcji analizy) związków chemicznych bogatych w tlen np. manganianów.

Zastosowanie:

· niezbędny w procesach biologicznych (oddychanie),

· niezbędny w przemyśle (chemicznym, hutnictwo),

· spawanie,

· medycyna.

Utlenianie - łączenie się tlenu z pierwiastkami chemicznymi.

Spalanie - gwałtowne utlenianie przebiegające z wydzieleniem światła i ciepła.

Właściwości azotu:

Fizyczne Chemiczne

gaz niemetal

bezbarwny bezwonny

słabo rozpuszcza się w wodzie nie podtrzymuje spalania

Otrzymywanie: destylacja skroplonego powietrza

Zastosowanie:

· materiały wybuchowe (związki azotu),

· przemysł (chemiczny),

· rolnictwo (nawozy sztuczne),

· medycyna (kabiny kriogeniczne),

· przemysł spożywczy (szybkie zamrażanie, proszki do pieczenia).

Właściwości wodoru:

Fizyczne Chemiczne

gaz niemetal

bezbarwny bezwonny

słabo rozpuszcza się w wodzie łączy się z niemetalami: z tlenem tworzy wodę, z azotem amoniak, z chlorem chlorowodór, z siarką siarkowodór

gaz o najmniejszej gęstości z metalami tworzy wodorki

palny

Otrzymywanie: w reakcjach chemicznych: np. magnezu z wodą.

Zastosowanie:

· paliwa rakietowe,

· gaz przemysłowy,

· paliwo przyszłości ,

· przemysł spożywczy (utwardzanie olejów).

PRAWA STECHIOMETRYCZNE

Przedstawione poniżej prawa należą do podstawowych praw przyrody. Stanowią one także podstawę obliczeń chemicznych.

1. Prawo stałości składu

Stosunek mas pierwiastków tworzących dany związek chemiczny jest stały.

(to znaczy, że nie zależy od wielkości porcji danej substancji, ani od sposobu jej otrzymania)

2. Prawo zachowania materii ( masy i energii )

Suma masy i energii w ukladzie izolowanym jest stała ,nie zależy od reakcji chemicznych zachodzących w ukladzie.

Z tego prawa wynika ,że podczas reakcji chemicznych łączna masa substancji użytych do reakcji, jest równa łącznej masie substancji powstałych w wyniku reakcji.

3. Gay - Lussaca

Stosunek objętości reagujących gazów i gazowych produktów reakcji ( pomiaru objętości dokonuje się w tych samych warunkach temperatury i ciśnienia ) określają niewielkie liczby całkowite.

REAKCJE UTLENIANIA-REDUKCJI JAKO SZCZEGÓLNY PRZYPADEK REAKCJI WYMIANY

Utlenianie - przyłączanie tlenu do reduktora.

Redukcja - odłączenie tlenu od utleniacza.

Utleniacz - pierwiastek chemiczny (w związku chemicznym), od którego odłącza się tlen (redukuje się).

Reduktor - pierwiastek chemiczny, który przyłącza tlen (utlenia się).

Proces utleniania i redukcji zachodzi równocześnie.

BUDOWA ATOMU

Materia ma budowę ziarnistą i składa się z maleńkich cząsteczek, będących w ciągłym ruchu.

Najmniejszą cząstką zachowującą swoje właściwości chemiczne jest atom.

Pierwiastek chemiczny to zbiór takich samych atomów.

Pierwiastki chemiczne występujące w przyrodzie i otrzymane sztucznie, uporządkowane według zwiększającej się liczy atomowej, tworzą układ okresowy pierwiastków chemicznych.

· Znając położenie pierwiastka chemicznego w układzie okresowym i jego liczbę atomową, można podać wiele informacji o nim i jego związkach chemicznych.

· Atomy tego samego pierwiastka gazowego (wyj. gazy szlachetne) łączą się, tworząc cząsteczki dwuatomowe (O2, H2, N2, Cl2).

· Atomy różnych pierwiastków łączą się, tworząc cząsteczki związków chemicznych (H2O, MgO, CH4).

· Masy atomów i cząsteczek wraża się w jednostkach masy atomowej (u).

Masa atomowa - masa atomu wyrażona w jednostkach masy atomowej (u).

Masa cząsteczkowa - masa cząsteczki wyrażona w jednostkach masy atomowej (u).

Jednostka masy atomowej (u) - 1/12 masy atomu węgla i wynosi

0,166⋅

10

-23

g

.

· Atomy łączą się za pomocą wiązań chemicznych, które powstają dzięki oddziaływaniom elektronów walencyjnych. Wiązania chemiczne to wiązania kowalencyjne (atomowe) lub jonowe.

Wiązanie kowalencyjne (atomowe) - wiązanie chemiczne, które polega na łączeniu się atomów za pomocą wspólnych par elektronowych.

Wiązanie jonowe - wiązanie chemiczne, które polega na łączeniu się kationów i anionów powstałych z atomów.

Jon - cząstka obdarzona dodatnim bądź ujemnym ładunkiem elektrycznym.

Kation - jon dodatni.

Anion - jon ujemny.

· Liczba wiązań, za pomocą których łączą się atomy, tworząc cząsteczki, nosi nazwę wartościowości pierwiastka chemicznego.

Wartościowość - liczba wiązań, za pomocą których atomy łączą się ze sobą (wiązanie kowalencyjne), liczba nadmiaru lub niedomiaru elektronów w jonie (wiązanie jonowe).

Wzór sumaryczny - wzór uwzględniający jedynie rodzaj i liczbę atomów.

Wzór strukturalny - wzór uwzględniający rodzaj, liczbę atomów oraz liczbę wiązań chemicznych.

· Przebieg reakcji chemicznej przedstawia się za pomocą równania reakcji chemicznej.

Równanie reakcji chemicznej - zapis przebiegu reakcji za pomocą symboli chemicznych pierwiastków i wzorów związków chemicznych.

Współczynnik stechiometryczny - liczba atomów pierwiastka chemicznego albo cząsteczek związku chemicznego.

Współczynniki stechiometryczne muszą być tak dobrane, aby liczba atomów poszczególnych pierwiastków chemicznych po obu stronach równania była taka sama.

Równanie reakcji chemicznej:

2Mg + CO

2

→ 2MgO + C

Współczynniki stechiometryczne to: 2, 1, 2, 1.

Równania reakcji chemicznych są podstawą do obliczeń stechiometrycznych.

Obliczenia takie możemy prowadzić korzystając z podstawowych praw chemicznych:

Prawo zachowania masy - w układzie zamkniętym łączna masa substratów biorących udział w danej reakcji chemicznej jest równa łącznej masie produktów otrzymanych w tej reakcji.

Prawo stałości składu związku chemicznego - stosunek mas pierwiastków chemicznych w każdym związku jest stały i charakterystyczny dla każdego związku chemicznego.

WŁAŚCIWOŚCI WODY

Pod ciśnieniem 1013 hPa woda wrze w temperaturze 100°C i krzepnie w temperaturze 0°C. W temperaturze 4°C woda ma największą g gęstość, dlatego podczas mrozów na dnie zbiornika wodnego znajduje się woda w stanie ciekłym, co umożliwia życie roślinom i zwierzętom wodnym. Podczas zamarzania woda zwiększa swoją objętość, lód pływa po powierzchni wody.

Gęstość wody w temperaturze 4°C wynosi

1

g

c

m

3

i zmniejsza się wraz ze zmianą temperatury.

WODA JAKO ROZPUSZCZALNIK

W cząsteczce wody występuje wiązanie kowalencyjne spolaryzowane. Cząsteczka wody ma dwa bieguny: ujemny i dodatni. Jest więc dipolem, czyli ma budowę polarną.

Budowa polarna cząsteczki wody wpływa na zdolność rozpuszczania w niej substancji. Dobrze rozpuszczają się w wodzie substancje o budowie polarnej, a więc takie, których cząsteczki również mają dwa bieguny.

Cząsteczki wody mają zdolność asocjacji, czyli łączenia się z pojedynczych cząsteczek w większe grupy. Przykładami dipoli są również HCl, HF, NH3, substancje te bardzo dobrze rozpuszczają się w wodzie.

Dipol - cząsteczka mająca dwa bieguny: dodatni (+) i ujemny (-).

Rozpuszczanie - wnikanie cząsteczek jednej substancji miedzy cząsteczki drugiej substancji.

ROZTWORY

Roztwór - mieszanina jednorodna rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej.

Podział roztworów:

1. Zawiesiny - mieszaniny cieczy i substancji rozpuszczonej, której cząstki mają rozmiary większe od 10-7m. Można je rozdzielić przez sedymentację pod wpływem siły ziemskiego pola grawitacyjnego, sączenie przez sączek.

2. Koloidy - złożone z cząstek o rozmiarach

10

-7

m

-

10

-9

m

widocznych dopiero pod mikroskopem elektronowym. Roztwory koloidalne intensywnie rozpraszają światło (efekt Tyndala)

Podział koloidów ze względu na stan skupienia:

Ośrodek rozpraszający Substancja rozproszona Rodzaj koloidu Przykłady Nazwa szczegółowa koloidu

Gaz Gaz Aerozole (gazozole) brak Nie istnieje

Ciecz Mgła, chmury Aerozole ciekłe (mgły)

Ciało stałe Dym, kurz Aerozole stałe (dymy)

Ciecz Gaz Zole (roztwory koloidalne) Piana Piany

Ciecz Mleko, białko Lizole, emulsje

Ciało stałe Zole tlenków metali Zawiesiny koloidalne

Ciało stałe Gaz Dirozole Pumeks Piany stałe

Ciecz Kwarc mleczny Piany stałe (emulsje stałe)

Ciała stałe Szkło kolorowe Zole stałe

Roztwory właściwe - złożone z cząsteczek lub jonów o rozmiarach mniejszych niż

10

-9

m

WŁAŚCIWOŚCI ROZTWORÓW WŁAŚCIWYCH

Rozpuszczalność substancji - maksymalna liczba gramów substancji, którą można rozpuścić w 100g rozpuszczalnika w danej temperaturze, aby otrzymać roztwór nasycony.

Roztwór nasycony - roztwór, w którym w danej temperaturze nie można już rozpuścić więcej danej substancji.

Roztwór nienasycony - roztwór, w którym w danej temperaturze można jeszcze rozpuścić więcej danej substancji.

Rozpuszczalność substancji odczytujemy z krzywych rozpuszczalności. Rozpuszczalność zależy od rodzaju substancji i temperatury.

Rozpuszczalność większości substancji stałych w wodzie zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury.

Rozpuszczalność gazów w wodzie zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury.

SPOSOBY OBLICZANIA STĘŻENIA

Stężenie roztworu to zawartość substancji w roztworze. Najczęściej stosuje się pojęcie stężenia procentowego wagowego (cp), które określa liczbę gramów substancji rozpuszczonej w 100 gramach roztworu.

c

p

=

m

s

m

r

⋅100%

gdzie:

ms - masa substancji rozpuszczonej

mr - masa roztworu

Używa się również pojęcia stężenia molowego (cm) wyrażającego liczbę moli substancji rozpuszczonej w 1 dm3 roztworu.

c

m

=

n

s

V

r

gdzie:

ns - liczba moli substancji rozpuszczonej

Vr - objętość roztworu

Czasami zachodzi potrzeba zmiany stężenia posiadanego roztworu. Można to zrobić w następujący sposób:

· roztwór o zbyt dużym stężeniu - dodanie rozpuszczalnika np. dolanie wody,

· roztwór o zbyt małym stężeniu - dodanie substancji rozpuszczonej lub odparowanie części rozpuszczalnika.

GÓLNY PODZIAŁ SUBSTANCJI

Związki chemiczne można podzielić, przyjmując za kryterium ich skład chemiczny, budowę i właściwości:

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Roztwory wodne kwasów, zasad i soli przewodzą prąd elektryczny. Związki chemiczne, których roztwory wodne przewodzą prąd elektryczny zalicza się do elektrolitów. Nieelektrolity to związki chemiczne, których roztwory wodne nie przewodzą prądu elektrycznego.

Wskaźniki są substancjami, które zmieniają barwę w zależności od środowiska (kwasowego, zasadowego, obojętnego). Środowisko kwasowe roztworu to charakterystyczna cecha roztworów kwasów, środowisko zasadowe - cecha roztworów zasad.

Podstawowe wskaźniki to:

Fenoloftaleina - wskaźnik, który pod wpływem zasad barwi się na malinowo. Można przy jego użyciu wykryć obecność zasad.

Oranż metylowy - wskaźnik, który pod wpływem kwasów zmienia barwę z pomarańczowej na czerwoną, natomiast pod wpływem zasad barwi się na żółto. Można wykryć nim kwasy i zasady.

Uniwersalny papierek wskaźnikowy - wskaźnik, który wobec kwasów barwi się na czerwono, a wobec zasad na zielono. Stosując go, można wykryć obecność kwasu lub zasady.

KWASY

1. Kwas chlorowodorowy

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Wzór sumaryczny

W kwasie chlorowodorowym resztę kwasową stanowi atom chloru. Jest to kwas beztlenowy, to znaczy że cząsteczka tego kwasu nie zawiera atomów tlenu.

Otrzymywanie:

chlorowodór HCl(g) gaz

→

HCl(c) ciecz - kwas chlorowodorowy (solny)

Chlorowodór otrzymujemy z pierwiastków:

H

2

+C

l

2

→2HCl

lub z soli kuchennej:

2NaCl+

H

2

S

O

4

→N

a

2

S

O

4

+2HCl↑

Właściwości:

Stężony roztwór kwasu solnego jest bezbarwną, cięższą od wody, dymiącą, silnie żrącą cieczą. Niszczy tkaninę, papier, skórę. Mgła, unosząca się po otwarciu naczynia ze stężonym roztworem kwasu solnego, to drobne kropelki kwasu solnego, powstałe z reakcji chlorowodoru z parą wodną unoszącą się w powietrzu. Maksymalne stężenie roztworu kwasu solnego to 38%.

Zastosowanie:

Odczynnik laboratoryjny, stosowany jest w przemyśle: włókienniczym, farmaceutycznym, metalurgii, cukrownictwie.

2. Kwas siarkowodorowy

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Podobne jak kwas chlorowodorowy jest to kwas beztlenowy.

Otrzymywanie:

siarkowodór H2S (g) gaz

→

H2S (c) ciecz - kwas siarkowodorowy

Siarkowodór otrzymujemy z pierwiastków:

H

2

+S→

H

2

S

Właściwości:

Siarkowodór jest bezbarwnym trującym gazem o ostrym zapachu zgniłych jaj. Jest produktem procesów gnilnych białek. Występuje w gazach wulkanicznych. Łatwo rozpuszcza się w wodzie tworząc słaby kwas siarkowodorowy.

3. Kwas siarkowy (VI)

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Kwasy zawierające w cząsteczce atomy tlenu to kwasy tlenowe - kwas siarkowy (VI) jest kwasem tlenowym.

Otrzymywanie:

Kwas siarkowy (VI) otrzymuje się, łącząc tlenek kwasowy (SO3) z wodą. Wartościowość niemetalu w tlenku kwasowym i kwasie jest taka sama.

Tlenek siarki (VI) SO3 + H2O

→

H2SO4 kwas siarkowy (VI)

Właściwości:

Stężony roztwór kwasu siarkowego (VI) jest bezbarwną, oleistą cieczą, cięższą od wody. Ma właściwości żrące, zwęgla substancje organiczne, pochłaniając wodę z ich cząsteczek, gdyż jest silnie higroskopijny. Proces mieszania stężonego roztworu kwasu siarkowego (VI) z wodą przebiega z wydzieleniem dużych ilości ciepła. Aby rozcieńczyć kwas siarkowy (VI) należy wlewać go do wody a nie odwrotnie.

Zastosowanie:

Produkcja kwasów, materiałów wybuchowych, leków, barwników, środków piorących, nawozów sztucznych, włókien sztucznych, stosowany jako elektrolit w akumulatorach ołowiowych.

4. Kwas siarkowy (IV)

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Kwas siarkowy (IV) jest kwasem tlenowym.

Otrzymywanie:

Kwas siarkowy (IV) otrzymuje się, łącząc tlenek kwasowy (SO2) z wodą.

Tlenek siarki (IV) SO2 + H2O

→

H2SO3 kwas siarkowy (IV)

Właściwości:

Nietrwały kwas, rozkłada się z wydzieleniem tlenku siarki (IV). Tlenek siarki (IV) ma właściwości bakteriobójcze, owadobójcze, niszczy rośliny, jest trujący i działa silnie drażniąco na błony śluzowe. Ma właściwości bielące.

Zastosowanie:

W przemyśle papierniczym, włókienniczym np. do bielenia wełny.

5. Kwas azotowy (V)

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Kwas tlenowy.

Otrzymywanie:

Kwas azotowy (V) otrzymuje się łącząc tlenek kwasowy (N2O5) z wodą.

Tlenek azotu (V) N2O5 + H2O

→

2HNO3 kwas azotowy (V)

Właściwości:

Pod wpływem kwasu azotowego (V) białko ścina się, a następnie przybiera intensywnie żółte zabarwienie - jest to reakcja charakterystyczna dla białek (reakcja ksantoproteinowa). Stężony kwas azotowy (V) to bezbarwna, silnie żrąca ciecz o nieprzyjemnym zapachu, cięższa od wody. Kwas o silnie utleniających właściwościach, dzięki czemu reaguje z takimi metalami jak miedź, srebro, rtęć.

Zastosowanie:

Stosowany do otrzymywania barwników, materiałów wybuchowych, lakierów, tworzyw sztucznych, nawozów sztucznych, leków.

6. Kwas węglowy (IV)

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Kwas węglowy (IV) jest kwasem tlenowym.

Otrzymywanie:

Kwas węglowy (IV) otrzymuje się, łącząc tlenek kwasowy (CO2) z wodą.

Tlenek węgla (IV) CO2 + H2O

→

H2CO3 kwas węglowy (IV)

Właściwości:

Nietrwały kwas, rozkłada się z wydzieleniem tlenku węgla (IV).

Zastosowanie:

Stosowany do produkcji napojów orzeźwiających. Woda gazowana jest to wodny roztwór kwasu węglowego.

7. Kwas fosforowy (V)

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Kwas fosforowy (V) jest kwasem tlenowym.

Otrzymywanie:

Kwas fosforowy (V) otrzymuje się, łącząc tlenek kwasowy (P4O10) z wodą.

Tlenek fosforu (V) P4O10 + 6H2O

→

4H3PO4 kwas fosforowy (V)

Właściwości:

Kwas fosforowy (V) jest substancją stałą, bezbarwną, krystaliczną, dobrze rozpuszczającą się w wodzie. W sprzedaży dostępny jako 85% roztwór. Nie jest tak żrący jak np. kwas siarkowy (VI), ale działa drażniąco na skórę i błony śluzowe.

Zastosowanie:

Stosowany do produkcji nawozów sztucznych, odrdzewiaczy, leków, dodatków smakowych.

DYSOCJACJA JONOWA KWASÓW

Dysocjacja jonowa - rozpad cząsteczek elektrolitów na jony: dodatnie (kationy) i ujemne (aniony) pod wpływem cząsteczek wody.

Kwasy to substancje, które w roztworze wodnym dysocjują na kationy wodoru i aniony reszt kwasowych.

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

R - reszta kwasowa

m - wartościowość reszty kwasowej równa liczbie atomów w cząsteczce kwasów

np.

HCl↔

H

+

+C

l

−

H

2

S

O

4

↔2

H

+

+S

O

4

2−

WODOROTLENKI

Wodorotlenek zbudowany jest z metalu i reszt wodorotlenowej.

Grupa wodorotlenowa (reszta) składa się z atomu tlenu i atomu wodoru (OH).

Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie nazywamy zasadami.

1. Wodorotlenek sodu

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Otrzymywanie:

2Na+

2H

2

O →2NaOH+

H

2

↑

Sód bardzo energicznie reaguje z wodą.

Na

2

O (tlenek sodu) + H

2

O → 2NaOH

Właściwości:

Jest ciałem stałym barwy białej. Rozpuszcza się w wodzie, a podczas rozpuszczania wydziela się ciepło. Substancja żrąca. Stopiony wodorotlenek niszczy szkło i porcelanę.

Zastosowanie:

Ważny odczynnik laboratoryjny. W przemyśle stosowany do wyrobu mydła i środków piorących, sztucznego jedwabiu, szkła, barwników.

2. Wodorotlenek potasu

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Otrzymywanie:

2K+

2H

2

O →2KOH+

H

2

↑

Potas bardzo energicznie reaguje z wodą.

K

2

O (tlenek potasu) + H

2

O → 2KOH

Właściwości:

Wykazuje podobieństwo do wodorotlenku sodu. Jest ciałem stałym barwy białej. Rozpuszcza się w wodzie, a podczas rozpuszczania wydziela się ciepło. Substancja żrąca. Stopiony wodorotlenek niszczy szkło i porcelanę.

Zastosowanie:

Ważny odczynnik laboratoryjny, w przemyśle stosowany do wyrobu mydła i środków piorących, środek suszący i bielący w litografii - procesie grawerowania.

3. Wodorotlenek wapnia

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Otrzymywanie:

Ca+2H

2

O→

Ca(OH)

2

+

H

2

↑

Wapń bardzo energicznie reaguje z wodą.

CaO (tlenek wapnia) + H

2

O →

Ca(OH)

2

Właściwości:

Wodorotlenek wapnia niezbyt dobrze rozpuszcza się w wodzie. Jego nasycony roztwór to klarowna ciecz nazywana wodą wapienną, stosowana do wykrywania obecności tlenku węgla (IV). Tlenek wapnia to wapno palone, gdyż otrzymuje się go poprzez prażenia węglanu wapnia (CaCO3). Wapno gaszone - Ca(OH)2 to gęsta substancja stosowana do otrzymywania zaprawy murarskiej.

Zastosowanie:

Ważny odczynnik laboratoryjny, stosowany również do produkcji nawozów sztucznych, w cukrownictwie, garbarstwie, budownictwie.

Inne wodorotlenki

Istnieje wiele innych wodorotlenków, np:

· wodorotlenek magnezu - Mg(OH)2

· wodorotlenek żelaza (II) - Fe(OH)2

· wodorotlenek żelaza (III) - Fe(OH)3

· wodorotlenek miedzi (II) - Cu(OH)2

· wodorotlenek baru (II) - Ba(OH)2

· wodorotlenek ołowiu (II) - Pb(OH)2

Nie wszystkie wodorotlenki otrzymujemy poprzez reakcje tlenków z wodą, ponieważ tlenki takich metali jak żelazo, czy miedź nie rozpuszczają się w wodzie.

Wtedy do otrzymywania wodorotlenków stosujemy reakcję soli metalu i wodorotlenku sodu lub potasu.

CuCl

2

+ 2NaOH →

Cu(OH)

2

↓ + 2 NaCl

Zaszła reakcja wymiany i powstał nierozpuszczalny w wodzie wodorotlenek miedzi o barwie niebieskiej.

DYSOCJACJA JONOWA ZASAD

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

M - symbol atomu metalu

n - wartościowość metalu równa liczbie grup wodorotlenowych.

Rozpuszczalne w wodzie wodorotlenki (zasady) dysocjują na kationy metalu i aniony wodorotlenowe.

np.

NaOH ↔

Na

+

+ OH

-

ODCZYN ROZTWORU (PH)

Odczyn roztworu jest jego cechą określającą, czy znajduje się w nim nadmiar jonów H+, czy nadmiar jonów wodorotlenowych OH- lub czy ich stężenia są sobie równe.

liczba H+ > liczba OH- - odczyn kwasowy

liczba H+ = liczba OH- - odczyn obojętny

liczba H+ < liczba OH- - odczyn zasadowy

Wodne roztwory kwasów wykazują odczyn kwasowy, roztwory zasad - odczyn zasadowy.

Czysta woda ma odczyn obojętny.

Przyjmuje się, że liczbę kationów wodoru określa się jako pH. Skala pH obejmuje wartości od 0 do 14.

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Do określania pH stosuje się wskaźniki i papierki uniwersalne. Aby precyzyjnie oznaczyć pH stosujemy urządzenie zwane pehametrem.

DEFINICJA I OGÓLNY WZÓR SOLI

Sole - to związki chemiczne zbudowane z kationów metali lub kationu amonu (

N

H

4

+

) oraz anionów reszt kwasowych.

M

m

n

R

n

m

gdzie:

M - metal,

R - reszta kwasowa

m - liczba określająca wartościowość reszty kwasowej (równa liczbie kationów metalu)

n - liczba określająca wartościowość metalu (równa liczbie anionów reszt kwasowych)

Nazwę soli tworzy się od nazwy kwasu, dodając nazwę metalu i uwzględniając jego wartościowość.

Nazwy soli kwasów beztlenowych mają końcówkę - ek.

Nazwy soli kwasów tlenowych mają końcówkę - an.

Rodzaj kwasu Nazwa kwasu Nazwa soli Wartościowość

reszty kwasowej

Kwasy

beztlenowe Chlorowodorowy

siarkowodorowy Chlorek

siarczek I

II

Kwasy

tlenowe siarkowy (VI)

siarkowy (IV)

azotowy (V)

węglowy

fosforowy (V) siarczan (VI)

siarczan (IV)

azotan (V)

węglan

fosforan (V) II

II

I

II

III

np.

A

l

2

(

S

O

4

)

3

- siarczan (VI) glinu

METODY OTRZYMYWANIA SOLI

1.

Metal + niemetal → sól beztlenowa (

sól kwasu beztlenowego

)

Jest to najprostszy sposób otrzymywania soli beztlenowych. Należy jednak pamiętać, iż nie wszystkie metale przereagują w powyższej reakcji. Chodzi tu głównie o metale szlachetne jak: Au (złoto), Ag (srebro), Cu (miedź).

np.

2 Na +

Cl

2

→ 2 NaCl

Pb +

Cl

2

→

PbCl

2

2 Na + S →

Na

2

S

2.

Metal + kwas → sól +

H

2

↑

Należy jednak pamiętać, iż aby metal wyparł wodór z kwasu musi być od niego aktywniejszy, tzn. znajdować się powyżej wodoru w szeregu aktywności metali. Metale, które wypierają wodór z kwasów to: K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb.

np.

2 Na + 2 HCl → 2 NaCl +

H

2

↑

Zn + 2HCl →

ZnCl

2

+

H

2

↑

3.

Tlenek metalu + kwas → sól + woda

np.

CaO +

H

2

SO

4

→

CaSO

4

↓ +

H

2

O

Na

2

O + 2 HCl → 2 NaCl +

H

2

O

4.

Zasada + kwas → sól + woda

Jest to reakcja zobojętniania, ponieważ w wyniku reakcji kwasu (odczyn kwaśny) z zasadą (odczyn zasadowy) powstaje obojętna cząsteczka wody.

np.

H

2

SO

4

+ 2 NaOH →

Na

2

SO

4

+

2 H

2

O

NaOH + HCl → NaCl +

H

2

O

5.

Tlenek niemetalu (

bezwodnik kwasowy

) + tlenek metalu → sól tlenowa

np.

CaO +

SO

3

→

CaSO

4

Na

2

O +

N

2

O

5

→

2 NaNO

3

6.

Tlenek niemetalu (

bezwodnik kwasowy

) + zasada → sól tlenowa + woda

np.

SO

3

+ Ca

(

OH

)

2

→

CaSO

4

+

H

2

O

CO

2

+ 2 NaOH →

Na

2

CO

3

+

H

2

O

7.

Sól + kwas → nowa sól (

osad

) + nowy kwas

Powstała sól musi być osadem.

np.

Ca

(

NO

3

)

2

+

H

2

CO

3

→

CaCO

3

↓ (

osad

) +

2 HNO

3

Pb

(

NO

3

)

2

+ 2 HCl →

PbCl

2

↓

(

osad

) +

2 HNO

3

8.

Sól + zasada → nowa sól (

osad

) + nowa zasada

Powstała sól musi być osadem.

np.

Ca(

OH

)2 +

Na

2

CO

3

→

CaCO

3

↓(

osad

) + 2 NaOH

9.

Sól + sól → nowa sól (

osad

) + nowa sól

Powstała sól musi być osadem.

np.

2 NaCl + Pb

(

NO

3

)

2

→

PbCl

2

↓(

osad

) +

2 NaNO

3

PRZEWODZENIE PRĄDU ELEKTRYCZNEGO PRZEZ ROZTWORY SOLI

Dysocjacja jonowa soli

Jeżeli sól rozpuszcza się w wodzie to ulega dysocjacji jonowej.

Sól dysocjuje na kationy metalu i aniony reszt kwasowych.

H

m

n

R

n

m

⇄

woda

m

M

n+

+n

R

m−

np.

Al

III

(

N

O

3

)

3

I

⇄

Al

3+

+

3NO

3

−

Elektroliza soli

Elektroliza - całokształt procesów przebiegających na elektrodach pod wpływem prądu stałego.

Katoda - elektroda ujemna w procesie elektrolizy.

Anoda - elektroda dodatnia w procesie elektrolizy.

W roztworze wodnym sole ulegają dysocjacji, czyli rozpadowi na jony: dodatnio naładowane kationy i ujemnie naładowane aniony. Oba rodzaje jonów są "wymieszane" ze sobą i poruszają się zupełnie chaotycznie pomiędzy cząsteczkami wody w całej objętości roztworu.

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Jeśli w roztworze soli umieścimy elektrody (elektrodę dodatnią i elektrodę ujemną) połączone ze źródłem prądu stałego, np.: z baterią, to przepływający w nich prąd spowoduje ruch jonów w kierunku odpowiedniej elektrody.

Dodatnio naładowane kationy płyną w kierunku elektrody ujemnej (zwanej dlatego katodą)

ujemnie naładowane aniony płyną w kierunku elektrody dodatniej (zwanej dlatego anodą).

Jony dzięki kontaktowi z elektrodami zobojętniają (tracą) swoje ładunki i w ten sposób przechodzą w stan obojętnych elektrycznie atomów pierwiastków osadzonych na odpowiednich elektrodach.

Ruch ładunków elektrycznych jest wymuszony poprzez podłączenie zewnętrznego źródła prądu stałego do elektrod zanurzonych w ciekłym przewodniku jonowym. Kationy odbierają elektrony od katody (ujemna) natomiast aniony oddają elektrony anodzie (dodatnia). Katoda dostarcza elektrony kationom, które elektronizując się (czyli przyłączając elektrony) przechodzą w stan atomowy. Anoda odbiera elektrony od anionów, które przez to się deelektronizują, czyli oddają swe ujemne ładunki, przechodząc również w stan atomowy lub cząsteczkowy.

(kliknij rysunek, żeby powiększyć)

Na katodzie wydziela się metaliczna miedź.

Cu

2+

+

2e

−

→ Cu↓

Na anodzie wydziela się gazowy chlor.

2Cl

−

→

Cl

2

↑+ 2e−

ZASTOSOWANIE SOLI

Przykłady zastosowań soli

Sole znalazły liczne zastosowania, przede wszystkim jako nawozy sztuczne, a ponadto w budownictwie, komunikacji, w przemyśle spożywczym i wielu innych.

Zastosowanie poszczególnych soli:

azotany :

Niektóre azotany znalazły szerokie zastosowanie jako cenne nawozy mineralne, niektóre jako materiały wybuchowe lub ich składniki, niektóre w lecznictwie, w fotografii. Azotany występują w przyrodzie jako minerały.

Azotany (III)

- Azotan (III) potasu - KNO2

· znalazł zastosowanie w produkcji barwników azowych, w chemii analitycznej do określania rzędowości amin oraz do nitrozowania

· stosowany jest w fotografii jako sensybilizator (uczulacz),

· ma niebagatelne znaczenie w konserwacji mięsa (oznaczenie EWG - E249), gdyż zapobiega tworzeniu się jadu kiełbasianego, jednak ze względu na szkodliwość azotanów(III) sugeruje się ograniczenie ich używania jako konserwantów, jednak całkowite zastąpienie innymi związkami nie jest możliwe.

Azotany (V)

- Azotan(V) sodu (saletra chilijska) i potasu (saletra indyjska) - NaNO3 i KNO3

· stosowany jest w pirotechnice;

· jest to nawóz sztuczny, środek utleniający;

· służy do wyrobów farb, emalii i leków.

· stosowany jest w przemyśle spożywczym jako środek konserwujący produkty żywnościowe.

- Azotan (V) wapnia - Ca(NO3) 2

· jest to nawóz mineralny

- Azotan (V) amonu - NH4NO3

· stosowany jest do produkcji materiałów wybuchowych;

· składnik nawozów sztucznych.

Węglany

Są to substancje krystaliczne, zwykle białe lub bezbarwne, trudno rozpuszczalne w wodzie . Węglany są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie jako minerały skałotwórcze. Duże znaczenie ma syntetyczny węglan sodu, czyli soda. Wodorowęglany służą głównie do przygotowania roztworów buforowych (roztworów o stałej wartości pH ).

- Węglan potasu - K2CO3

· stosowany jest w przemyśle ceramicznym, do wyrobu szkła i mydła;

· służy do otrzymywania innych związków potasu.

- Węglan sodu - Na2CO3

· stosuje się go w przemyśle ceramicznym, metalurgicznym oraz garbarstwie;

· służy produkcji środków piorących, papieru, mydła, barwników;

· jest to odczynnik laboratoryjny i topnik;

· w hutnictwie żelaza stosuje się go do zmiękczania oraz odsiarczania.

- Węglan amonu - (NH4)2CO3

· stosowany jest do spulchniania w piekarstwie.

- Węglan wapnia - CaCO3

· jest stosowany do wyrobu papieru, kitu, farb, gumy oraz past do zębów;

· kamień wapienny wykorzystywany jest do produkcji wapna palonego i cementu;

natomiast kreda naturalna pełni rolę napełniacza do kauczuku i wyrobów gumowych, wyrabia się z niej kredę do pisania oraz używa w produkcji farb.

Fosforany

Sole tlenowych kwasów fosforowych. Najważniejszymi są ortofosforany np. ortofosforan trójsodowy Na3PO4 wchodzi w skład występujących w przyrodzie fosforytów i apatytów, stosowanych do produkcji sztucznych nawozów fosforowych oraz bywa używany jako składnik proszków do mycia naczyń i zmiękczania wody.

- Fosforan (V) sodu - Na3PO4

· jest używany jako dodatek do proszków do prania i do zmiękczania wody (w wielu krajach wycofywany z użycia ze względu na ochronę środowiska - jest przyczyną eutrofizacji);

· służy do produkcji nawozów sztucznych.

Chlorki

Są substancjami krystalicznymi, z wyjątkiem chlorków niektórych metali ciężkich ( np.AgCl ) rozpuszczonych w wodzie. W stanie stopionym lub w roztworze przewodzą prąd elektryczny. Niektóre występują w przyrodzie tworząc złoża np. sodowy NaCl i potasowy KCl. Duże ilości rozpuszczone są w wodzie morskiej ( np. magnezowy i sodowy ).

- Chlorek sodu - NaCl

· jest używana bardzo często w kuchni, np. do przyprawiania potraw i konserwowanie żywności, stąd nazwa - sól kuchenna;

· w zimie używa się jej do posypywanie jezdni w celu uniknięcia oblodzenia, ponieważ dodanie soli do wody powoduje obniżenie jej temperatury krzepnięcia;

· zastosowanie znajduje również w przemyśle garbarskim i szklarskim;

jako substrat do otrzymywania innych związków sodu;

· kąpiel w morzu może mieć działanie lecznicze, w przypadku dużego stężenia soli w wodzie morskiej;

· jest ona potrzebna do życia - każdy człowiek potrzebuje jej 5 gr. dziennie

Siarczany

Siarczany (VI)

- Siarczan (VI) sodu - Na2SO4

· służy do produkcji szkła, papieru, farb, środków piorących, szkła wodnego, celulozy siarczanowej, siarczku sodu;

- Siarczan (VI) potasu - K2SO4

· jest to nawóz sztuczny;

· stosowany do produkcji szkła i ałunu.

OBLICZENIA CHEMICZNE

Pojęcie mola

Mol jest jednostką ilości, tak jak tuzin (12 szt.) mendel (15 szt.) czy kopa (60 szt.). Współcześnie mol definiuje się jako liczbę atomów, jonów, cząsteczek, wolnych rodników, cząstek elementarnych lub grup atomów równą liczbie atomów zawartych w dokładnie 0,012kg (12g) czystego nuklidu 12C. W tej ilości węgla znajduje się 6,023·1023 atomów węgla 12 C. Liczba ta nazywana jest stałą Avogadro.

Masa atomowa a masa molowa

Najlżejszy atom, atom wodoru waży 1,673·10-27 kg. Masa taka nazywana jest masą bezwzględną atomu. Jest to masa niewyobrażalnie mała, dodatkowo bardzo niewygodna w użyciu. Dlatego chemicy nie posługują się masami bezwzględnymi atomów. Dawniej masa bezwzględna atomu wodoru posłużyła chemikom do zbudowania wzorca mas atomowych. Masą atomową (względną masą atomową) nazywano liczbę wskazującą ile razy dany atom jest cięższy od atomu wodoru. Obecnie za wzorzec jednostki masy atomowej przyjmuje się 1/12 część masy nuklidu 12C. Oznaczeniem jednostki masy atomowej jest litera u.

1u = 1/12 masy atomu 12C = 1,6605·10-27 kg

Masą atomową pierwiastka jest zatem liczba wskazująca ile razy masa danego atomu jest większa od 1/12 masy węgla 12C.

Masa atomowa i masa molowa pierwiastka są sobie liczbowo równe, różnią się jedynie jednostką: masa atomowa - [u], natomiast masa molowa podawana jest w [g/mol]

SKŁAD CHEMICZNY SKORUPY ZIEMSKIEJ

Skorupą ziemską nazywamy górną warstwę litosfery, która charakteryzuje się sztywnością, twardością oraz niejednorodnością. Grubość skorupy ziemskiej jest różna; najgrubsza jest pod platformami kontynentalnymi - tam jej grubość może wynosić nawet 80 km, natomiast najcieńsza jest pod dnem oceanicznym - ok. 5 - 12 km.

Skorupę ziemską budują skały. Dzielimy je na: magmowe, osadowe i metamorficzne.

Skały złożone są różnego rodzaju minerałów.

Minerałem nazywamy najmniejszą jednostkę skorupy ziemskiej, która jest złożona z jednego pierwiastka, mieszaniny pierwiastków, jednego związku chemicznego lub też ich mieszaniny. Do naturalnych minerałów zalicza się te, które powstają bez ingerencji człowieka. Najczęściej występującymi minerałami zbudowanymi z pierwiastków są: złoto, platyna, srebro oraz węgiel (w postaci diamentu i grafitu) i siarkę.

Natomiast do najczęściej spotykanych minerałów złożonych ze związków chemicznych można zaliczyć: kwarc (SiO2), sól kamienna (NaCl), sylwinit (KCl), magnetyt (FeO, Fe2O3), anhydryt (CaSO4) oraz bardzo popularne w przyrodzie krzemiany oraz glinokrzemiany.

Skład pierwiastkowy skorupy ziemskiej. Szacuje się, iż skorupa ziemska zbudowana jest z 93 pierwiastków, spośród których 8 stanowi 97,7% jej masy. Tych osiem najważniejszych pierwiastków to: tlen, krzem, glin, żelazo, wapń, sód, potas oraz magnez. Sam tlen stanowi aż 46,6 % masy skorupy ziemskiej; występuje on głównie w postaci związanej w solach i tlenkach. Drugim najbardziej rozpowszechnionym na ziemi pierwiastkiem jest krzem, stanowiący 27 % skorupy ziemskiej. Następne to: glin - 8,4%, żelazo - 7,1%, wapń - 5,3%, magnez 3,2%, sód - 2,3% i pozostałe 0,3%.

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH006, Kod kursanta: 3860

Fragment 2. (M1200907)

SKAŁY WAPIENNE

Do skał wapiennych zaliczmy: marmury, wapienie i kredy. Głównym minerałem budującym te skały jest kalcyt, złożony z węglanu wapnia (CaCO3).

· kreda jest skałą osadową, w której łączna zawartość węglanu wapnia waha się w granicach 91 - 99 %. Kreda ma zazwyczaj barwę kremową lub szarą i jest skałą dość miękką. Znajduje zastosowanie w przemyśle ceramicznym, w budownictwie, przy wyrobie artykułów papierniczych, a także w farmaceutyce.

· marmur to skała metamorficzna, powstała z przeobrażenia wapieni. Marmury są skałami twardymi, charakteryzującymi się różnorodną barwą, najczęściej spotykane są białe, szare, czarne i różowe. Są stosowane przede wszystkim jako materiał rzeźbiarski, a także w przemyśle szklarskim i budowlanym.

· wapień jest skałą osadową, powstałą z nagromadzenia szczątków organicznych, jej głównym składnikiem jest kalcyt. Wapienie wykazują się barwa od żółtej, po brunatną. Są skałami drobnoziarnistymi lub gruboziarnistymi.

Znajdują zastosowanie w wielu gałęziach gospodarki m.in. w przemyśle budowlanym do wyrobu cementu, wapna palonego oraz szkła. Poza tym są wykorzystywane w przemyśle chemicznym i metalurgicznym.

Ze skał wapiennych wytwarza się wapno palone, używane na budowach do wyrobu zaprawy wapiennej (inaczej: murarskiej). Wapno palone otrzymuje się w wyniku rozkładu termicznego wapieni:

CaCO

3

→

T

CaO+CO

2

↑

Otrzymane w ten sposób wapno palone (tlenek wapnia) zalewa się wodą i powstaje hydratyzowane (inaczej: wapno gaszone).

CaO +

H

2

O → Ca

(

OH

)

2

Zaprawę murarską otrzymuje się przez zmieszanie wapna gaszonego z piaskiem. Zaprawa taka stanowi miękką, plastyczną masę, za pomocą której spaja się cegły. Po pewnym czasie, na skutek działania ciepła oraz dwutlenku węgla zawartego w powietrzu zaprawa wysycha i twardnieje.

Ca

(

OH

)

2

+

CO

2

→

CaCO

3

+

H

2

O

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH006, Kod kursanta: 3860

Fragment 3. (M1200906)

SKAŁY GIPSOWE

Innymi, równie ważnymi skałami, są skały gipsowe oraz anhydryt. Obydwa rodzaje tych skał zawierają minerały, których głównym składnikiem jest siarczan (VI) wapnia.

· Anhydryt jest skałą osadową, pochodzenia chemicznego. Jej podstawowym składnikiem jest minerał anhydryt, zbudowany z bezwodnego siarczanu (VI) wapnia (CaSO4). W przyrodzie występuje dość często, na ogół w złożach solnych. Najczęstsza jego barwa to biała, przezroczysta lub niebieska.

Anhydryt pod wpływem wody ulega pęcznieniu oraz sfałdowaniu.

· Gips tak samo jak anhydryt to skała osadowa o pochodzeniu chemicznym. Składnikiem budującym ta skałę jest minerał gips, stanowiący uwodniony siarczanu (VI) wapnia (CaSO4

⋅

2 H2O). Gips znajduje zastosowanie do unieruchomiania złamanych kości, gdyż zaprawa uzyskana z gipsu, w przeciwieństwie do zaprawy wapiennej nie ma właściwości żrących.

Gips, w czasie ogrzewania w temperaturze ok. 80 - 140 [°C] traci cześć wody i ulega sproszkowaniu:

2 (

CaSO

4

⋅

2 H

2

O

)→

(

CaSO

4

)

2

⋅

H

2

O+

3 H

2

O

Uzyskany w ten sposób gips nazywa się gipsem palonym. W zetknięciu z wodą tworzy miękką, plastyczną masę, która z czasem twardnieje pod wpływem wyparowania nadmiaru wilgoci.

(

CaSO

4

)

2

⋅

H

2

O+

3 H

2

O → 2 (

CaSO

4

⋅

2 H

2

O

)

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH006, Kod kursanta: 3860

Fragment 4. (M1200905)

TLENEK KRZEMU

Tlenek krzemu (IV) (dwutlenek krzemu) to związek chemiczny często nazywany krzemionką. W przyrodzie występuje w kilku odmianach polimorficznych, najczęściej spotykana odmiana to kwarc. Kwarc stanowi składnik wielu popularnych skał, takich jak: granity, gnejsy, kwarcyty, piaskowce i piaski. Krzemionka jest substancja wyjątkowo odporną na działanie kwasów (wyjątek to kwas fluorowodorowy), zasad oraz wody, nie rozkłada się także pod wpływem wysokiej temperatury. Z tego względu, chętnie się ją wykorzystuje do tworzenia różnych materiałów i tworzyw. Piasek jest jednym z podstawowych substratów przemysłu ceramicznego. Znajduje zastosowanie przy wyrobie wszelkich produktów ze szkła. Kwarc wykazuje właściwości piezoelektryczne, z tego względu jest wykorzystywany w radiotechnice. Krzemionka buduje jedne z najtwardszych skał - krzemienie, które wykazują bardzo wysoką odporność na działanie odczynników chemicznych. Związkami chemicznymi wchodzącymi w skład krzemienia są krzemiany (najprostszy wzór krzemianu to Na2SiO3), czyli sole kwasu krzemowego, których cząsteczki tworzą bardzo skomplikowane struktury przestrzenne. Kwarc tworzy także piękne minerały o różnych barwach, chętnie stosowane w jubilerstwie. Wśród nich można wymienić: ametyst o barwie fioletowej, żółty cytryn, czy bezbarwny kryształ górski.

Szkłem w chemii nazywa się amorficzne (bezpostaciowe) ciało stałe, w którym brak uporządkowania. Charakterystyczna jest dla szkła temperatura, w której przemiana zeszklenia, czyli przeobrażenia substratów w masę szklarską.

Jak już wyżej wspomniano, jednym z podstawowych substratów niezbędnych do wyrobu szkła jest tlenek krzemu (SiO2) , czyli substancja, która znamy na co dzień jako piasek. Oprócz krzemionki do powstania masy szklanej potrzebna jest soda (Na2CO3) , wapienie (CaCO3)

Na

2

CO

3

→

T

Na

2

O+CO

2

↑

CaCO

2

→

T

CaO +

CO

2

↑

Pierwszym etapem w procesie technologicznego otrzymywania szkła jest stopienie surowców w piecu szklarskim. Temperatura w takim piecu dochodzi nawet do 1400 - 1500°C. W wyniku tego procesu następuje m.in. roztworzenie ziaren kwarcu i krzemianów wapnia, prowadzące do powstania jednorodnie stopionej masy. Masę taką dalej klaruje się - pozbywa się z niej pęcherzyków gazu oraz powoli studzi. Kolejnym etapem jest formowanie pożądanych kształtów wyrobów szklarskich. Istnieje wiele metod formowania szkła m.in. wydmuchiwanie, prasowanie, ciągnięcie szkła lub jego walcowanie. Często w celu wzmocnienie szkła hartuje się go, czyli ponownie ogrzewa się do temperatury ok. 700°C i gwałtownie chłodzi.

Wyroby szklane posiadają wiele zalet, dlatego są chętnie wykorzystywane w wielu dziedzinach życia. Do najważniejszych zalet należą: odporność na działanie czynników zewnętrznych, wysokiej temperatury oraz większości odczynników chemicznych. Szkło jest niepalne, słabo przewodzi elektryczność, jest nieprzenikalne dla gazów i cieczy, łatwo się z niego formuje produkty. Niestety jego główną wadą jest kruchość. Szkło stosuje się w przemyśle budowlanym, wyrabia się z niego opakowania szklane oraz szkło gospodarcze. Jest także niezbędne do wyrobu produktów technicznych: szkła elektrotechnicznego, laboratoryjnego i optycznego.

Właściwości szkła można modyfikować poprzez wprowadzenie do niego różnych dodatków. Barwę szkła łatwo zmienia się przez wprowadzenie do masy szklanej odpowiednich kationów metali. Przykładowo kationy kobaltu barwią szkło na kolor fioletowy.

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH006, Kod kursanta: 3860

Fragment 5. (M1200904)

GLEBA

Gleba - zewnętrzna, biologicznie czynna warstwa skorupy ziemskiej. Powstaje w wyniku procesów glebotwórczych w wierzchniej warstwie zwietrzeliny. Jest to produkt wietrzenia skał.

Wietrzenie - wszelkie zmiany zachodzące w skałach pod wpływem różnych czynników i prowadzące do powstania gleby.

Sorpcja - zjawisko zatrzymania przez ciało stałe jonów lub cząsteczek rozpuszczonych w gazie lub cieczy.

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH006, Kod kursanta: 3860

Fragment 6. (M1200903)

METALE

W stanie wolnym (w postaci pierwiastków chemicznych) w skorupie ziemskiej występują tylko nieliczne metale (złoto, srebro oraz platynowce).

Rudy to związki chemiczne lub ich mieszaniny, które powstały w skorupie ziemskiej i używane są bezpośrednio w życiu codziennym, w przemyśle lub stanowią surowiec do otrzymywania zawartych w nich pierwiastków lub związków chemicznych.

Podstawowymi sposobami otrzymywania metali są:

- reakcje utleniania-redukcji

- proces elektrolizy

Produkcja żelaza - przykład reakcji-utleniania redukcji

W górnej części pieca zachodzą reakcje utleniania węgla, które prowadzą do powstania tlenku węgla (II):

C+

O

2

→

CO

2

CO

2

+ C →2 CO

Tlenek ten łatwo reaguje ze stopioną, w wysokiej temperaturze, pod wpływem topników rudą żelaza. Zachodzą następujące reakcje:

3Fe

2

O

3

+ CO →

2 Fe

3

O

4

+

CO

2

Fe

3

O

4

+ CO →3 FeO +

CO

2

FeO + CO → Fe +

CO

2

Jest to tzw. redukcja częściowa, redukcja właściwa, czyli redukcja węglem zachodzi w dolnej strefie wielkiego pieca, w której panuje najwyższa temperatura, dochodząca do ok. 1200 - 1500°C.

FeO + C →Fe + CO

Stopy - to mieszaniny jednorodne otrzymane w wyniku stopienia pierwiastków, posiadają inne właściwości niż składniki, z których są otrzymane. Stopy to: stal (żelazo i węgiel), brąz (cyna i miedź), mosiądz (cynk i miedź), duraluminium (glin, magnez, krzem, żelazo i mangan).

Korozja - proces chemiczny polegający na niszczeniu metali, przede wszystkim żelaza i jego stopów, zachodzący pod wpływem czynników atmosferycznych: tlenu, wody, tlenków azotu, tlenku siarki(IV).

Pasywacja - to proces polegający na powstawaniu na powierzchni metalu cienkiej warstwy tlenku, która chroni metal przed dalszym działaniem czynników atmosferycznych.

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH006, Kod kursanta: 3860

Fragment 7. (M1200902)

SUROWCE ENERGETYCZNE

Węgiel

Podział węgli kopalnych:

Węgle kopalne to węgiel kamienny (około 88% pierwiastka C), węgiel brunatny (65-72%), szungit (99%), antracyt (96%) i torf (60%). Pokłady węgla powstały ze szczątek roślinnych w wyniku bituminizacji.

Pirogenizacja (sucha destylacja węgla) - proces rozkładu węgla polegający na ogrzewaniu go w temperaturze około 1000°C bez dostępu powietrza.

Koks, smoła pogazowa, woda pogazowa i gaz świetlny to produkty pirogenizacji węgla kamiennego.

Ropa naftowa

Jest skomplikowaną mieszaniną węglowodorów (lotnych ciekłych i stałych) zawierających także niewielkie ilości (do 1%) związków organicznych tlenu, siarki oraz azotu.

W temperaturze pokojowej ropa naftowa jest cieczą oleistą łatwo palną, najczęściej lżejszą od wody, źle przewodzącą prąd elektryczny. Barwa, zapach, lepkość, ciężar właściwy itp. zależą od pochodzenia ropy (sklasyfikowano kilka tysięcy gatunków).

Wydzielenie czystych węglowodorów z ropy naftowej odbywa się najczęściej za pomocą destylacji frakcyjnej.

W zależności od jej pochodzenia procentowy udział poszczególnych składników jest zróżnicowany.

W wyniku destylacji ropy naftowej uzyskuje się szereg frakcji wrzących w różnych zakresach temperatury. W miarę podwyższania temperatury ropy destylują z niej coraz to trudniej lotne składniki. Produktami są:

· eter naftowy C5 - C6 o temperaturze wrzenia 20 - 90C stosowany jako rozpuszczalnik

· benzyna lekka C6 - C7 o temperaturze wrzenia 90 - 120C stosowana także jako rozpuszczalnik

· benzyna ciężka C7 - C12 o temperaturze wrzenia 100 - 200C stosowana jako paliwo w silnikach spalinowych

· nafta C12 - C18 o temperaturze wrzenia 170 - 270C stosowana jako paliwo

· olej gazowy lekki >C18 o temperaturze wrzenia 230 - 300C stosowany jako paliwo

· olej smarowy >C18 o temperaturze wrzenia powyżej 300C i stosowany jako smar

· mazut czyli pozostałość jest surowcem do produkcji smaru, parafiny i asfaltu oraz surowcem w procesach krakowania stosowanych do otrzymywania benzyny.

WĘGIEL - ODMIANY ALOTROPOWE

Alotropia - występowanie tego samego pierwiastka chemicznego w kilku odmianach różniących się od siebie budową wewnętrzną, a więc też właściwościami. Znamy odmiany alotropowe węgla, arsenu, cyny, fosforu, antymonu, selenu, siarki. Każda z tych odmian jest trwała w pewnym zakresie temperatury i ciśnienia. Zmiana tych warunków może spowodować przemiany alotropowe.

Istnieją trzy odmiany alotropowe węgla:

· grafit

· diament

· fulereny

- Grafit

nieprzeźroczysty, miękki, łupliwe ciało stałe o stalowoszarej barwie

gęstość 2,3 g/cm3

dobrze przewodzi prąd i ciepło

odporny na wysoką temperaturę

- Diament

jest najtwardszy ze znanych minerałów

półprzezroczyste ciało stałe

jest bezbarwny lub żółty, błękitny, niebieski, brunatny do czarnego

gęstość wynosi 3,5 g/cm3

ma właściwości półprzewodnikowe

jest dobrym przewodnikiem ciepła

jest trudno topliwy i odporny na działanie kwasów i zasad

spala się w wysokiej temperaturze

- Fulereny

C60 jest półprzezroczystym ciałem stałym; fulereny w stanie stałym są barwy żółtej

ma właściwości półprzewodnikowe i nadprzewodnikowe

gęstość = 1,65 g/cm3

futbolan (C60) nie rozpuszcza się w wodzie ani eterze

fulereny rozpuszczone w benzynie przybierają barwę czerwoną

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH007, Kod kursanta: 3860

Fragment 2. (M1200917)

WĘGLOWODORY NASYCONE - ALKANY

Węglowodory nasycone są to związki zawierające tylko węgiel i wodór, przy czym

wszystkie atomy węgla w cząsteczce są połączone wiązaniem pojedynczym (C-C).

Metan - CH4

Etan - C2H6

Propan - C3H8

Butan - C4H10

Pentan - C5H12

Heksan - C6H14

Heptan - C7H16

Oktan - C8H18

Nonan - C9H20

Dekan - C10H22

Wzór ogólny alkanów: CnH2n+2

Nazwy węglowodorów nasyconych mają zakończenie - an.

Pierwsza część wyrazu określa liczbę atomów węgla, np. nazwa pentan pochodzi od greckiego wyrazu penta - pięć.

We wszystkich związkach organicznych węgiel jest czterowartościowy. Cząsteczki węglowodorów nasyconych zawierają typowy dla związków organicznych element strukturalny: wiązanie chemiczne między dwoma atomami tego samego pierwiastka . Zdolność atomu węgla do tworzenia trwałego wiązania chemicznego z drugim atomem węgla (C-C) i możliwość przedłużenia łańcucha (C-C-C-...) są główną przyczyną tego, że liczba związków organicznych znacznie przewyższa liczbę związków nieorganicznych.

Dzięki istnieniu trwałych wiązań węgiel-węgiel mogło powstać życie na Ziemi.

Szereg węglowodorów nasyconych jest przykładem tzw. szeregu homologicznego.

Człony szeregu homologicznego różnią się od siebie jedną grupą -CH2-.

Homologi, czyli związki należące do tego samego szeregu homologicznego, wykazują podobne właściwości fizyczne i chemiczne, zmieniające się stopniowo w miarę wzrostu liczby grup -CH2 - w cząsteczce, czyli w miarę wzrostu masy cząsteczkowej.

Własności fizyczne alkanów:

· od 1-4 atomów węgla w cząsteczce - gazy

· od 5-15 atomów węgla - ciecze

· powyżej 15 atomów węgla - ciała stałe

nie mieszają się z wodą

Własności chemiczne:

-w zależności od ilości dostarczonego tlenu ulegają 3 rodzajom spalania

a) spalanie całkowite - produkty reakcji to CO2 i H2O

C

5

H

12

+

8O

2

→

5CO

2

+

6H

2

O

b) półspalanie - produkty to CO (tlenek węgla II) i H2O

2C

5

H

12

+

11O

2

→ 10CO +

12H

2

O

c) spalanie niecałkowite - produkty to C i H2O

C

5

H

12

+

3O

2

→ 5C +

6H

2

O

Przedstawiciel alkanów - metan CH4

Właściwości fizyczne:

-gaz

-bezbarwny

-lżejszy od powietrza

-bardzo słabo rozpuszczalny w wodzie

Właściwości chemiczne :

-palny

-bezwonny

-wybuchowy

-gaz ten po zmieszaniu z tlenem w powietrzu po zapaleniu wybucha z wielką siłą

-nietoksyczny

-mało reaktywny

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH007, Kod kursanta: 3860

Fragment 3. (M1200916)

WĘGLOWODORY NIENASYCONE

Węglowodory nienasycone charakteryzują się udziałem wiązań podwójnych lub potrójnych między sąsiadującymi ze sobą atomami węgla. Węglowodory, w których cząsteczki węglowodorów zawierają wiązanie podwójne pomiędzy dwoma atomami węgla i wiązania pojedyncze między pozostałymi atomami nazywane są alkenami, natomiast węglowodory z wiązaniem potrójnym nazywane są alkinami.

Alkeny

Przykładem alkenu jest eten.

Alkenami są również.

CH2=CH-CH3 - propen

CH2=CH-CH2-CH3 - but-1-en

CH2=CH-CH2-CH2-CH3 - pent-1-en

Prosta analiza wzorów cząsteczek alkenów (etenu C2H4, propylenu C3H6, butenu C4H8) wskazuje, że tworzą one szereg homologiczny o ogólnym wzorze;

CnH2n (n = 2, 3, ....,, N)

Nazwy alkenów wyprowadzamy z nazwy odpowiedniego alkanu zamieniając końcówkę -an na -en.

Właściwości fizyczne i chemiczne alkenów

Właściwości fizyczne alkenów są jakościowo podobne do właściwości alkanów. Natomiast właściwości chemiczne alkenów odbiegają od właściwości chemicznych alkanów.

Obecność podwójnego wiązania w cząsteczce alkanów powoduje dużo większą aktywność chemiczną w porównaniu z alkanami. Na przykład chlor, brom i jod w zwykłych warunkach nie reagują z alkanami, natomiast łatwo reagują z etenem.

C

2

H

4

+

Cl

2

→

C

2

H

4

Cl

2

Podczas tej reakcji podwójne wiązanie między dwoma atomami węgla przekształca się w pojedyncze, a pojedyncze wiązanie między dwoma atomami chloru ulega rozerwaniu; tworzą się natomiast wiązania pojedyncze między atomem chloru i atomem węgla.

Z najważniejszych reakcji przyłączania należy wymienić:

- reakcję z wodą bromową (brom Br2 rozpuszczony w wodzie). Powstaje C2H4Br2 a reakcji towarzyszy zanik brunatnego (charakterystycznego dla bromu) zabarwienia roztworu.

C

2

H

4

+

Br

2

→

C

2

H

4

Br

2

Alkiny

Alkiny to węglowodory zawierające w łańcuchu jedno wiązanie potrójne. Mają one wzór ogólny CnH2n-2 , a ich nazwy końcówkę -in lub -yn

Najprostszym i najważniejszym przedstawicielem alkinów jest acetylen - C2H2. Potrójne wiązanie węgiel-węgiel jest charakterystyczną cechą struktury alkinów.

Właściwości chemiczne alkinów są podobne do właściwości chemicznych alkenów. Najbardziej charakterystyczną reakcją jest reakcja przyłączania.

Właściwości fizyczne acetylenu:

jest to gaz bezwonny, lżejszy od powietrza, bezbarwny zmieszany z powietrzem tworzy mieszankę wybuchową

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH007, Kod kursanta: 3860

Fragment 4. (M1200915)

TWORZYWA SZTUCZNE

Tworzywa sztuczne - to organiczne masy plastyczne, substancje wielkocząsteczkowe otrzymywane m. in. w reakcjach polimeryzacji.

Polimeryzacja - reakcja łączenia się pojedynczych cząsteczek związku chemicznego (monomerów) w wielkocząsteczkowy produkt - polimer.

Monomer - cząsteczka związku chemicznego ulegająca polimeryzacji.

Polimery dzielimy na:

- polimery naturalne, czyli występujące w środowisku np. kauczuk naturalny, celuloza

- polimery sztuczne otrzymane przez modyfikację polimerów naturalnych np. octan celulozy,

- polimery syntetyczne otrzymywane ze związków chemicznych o małych cząsteczkach (monomerów) np. polietylen, polipropylen.

Najważniejsze polimery syntetyczne to:

typ polimeru monomer właściwości

PCV (PCW) - poli(chlorek winylu) niepalny, odporny na chemikalia nieorganiczne, w organicznych rozpuszczalnikach pęcznieje. Otrzymywany w formie twardego materiału do wyrobu rur, naczyń, opakowań (winidur), lub w formie uplastycznionej do wyrobu folii, węży itp.

Polistyren (PS) dielektryk, kruchy, rozpuszczalny w węglowodorach, łatwo się barwi

Polietylen (PE) stosowany w postaci plastycznej (głównie folie) i sztywnej (opakowania, naczynia)

Anilana poliakrylonitryl sprężyste włókna

Politetrafluoroetylen teflon (PTFE) duża odporność na wysokie temperatury i uszkodzenia mechaniczne, odporny chemicznie, dielektryk

poli(metakrylan metylu) szkło organiczne (Plexiglas) idealnie przezroczysty, zastępujący szkło, rozpuszczalny w węglowodorach i kwasie octowym, kruchy, podatny na zarysowania

ALKOHOLE

Alkohole są związkami organicznymi, w których cząsteczkach występuje przynajmniej jedna grupa —OH, nazywana grupą wodorotlenową lub grupą hydroksylową. Nazwy alkoholi tworzy się przez dodanie nazwy odpowiedniej grupy organicznej do słowa „alkohol”, np. CH3OH — alkohol metylowy.

Najbardziej rozpowszechnione alifatyczne alkohole jednowodorotlenowe (monohydroksylowe) tworzą szereg homologiczny o wzorze ogólnym CnH2n+1OH. Alkohole należące do tego szeregu homologicznego zmieniają swoje właściwości fizyczne wraz ze wzrostem wielkości cząsteczki. Niższe alkohole mają charakterystyczny alkoholowy zapach i ostry, palący smak. Wraz ze wzrostem wielkości cząsteczki wzrasta temperatura wrzenia alkoholi. Kolejne człony szeregu homologicznego charakteryzują się coraz słabszą rozpuszczalnością w wodzie.

Zdecydowanie największe znaczenie mają dwa pierwsze związki szeregu homologicznego, czyli alkohole o najmniejszych cząsteczkach: metanol CH3OH i etanol CH3CH2OH (C2H5OH).

Alkan Alkohole

CnH2n+2 CnH2n+1OH

Metan: CH4 metanol: CH3-OH

Etan: C2H6 etanol: C2H5-OH

Propan: C3H8 Propyl: C3H7-OH

Butan: C4H10 Butanol: C4H9-OH

Pentan: C5H12 Pentanol: C5H11-OH

Heksan: C6H14 Heksanol: C6H13-OH

Heptan: C7H16 Heptanol: C7H15-OH

Oktan: C8H18 Oktanol: C8H17-OH

Nonan: C9H20 Nonanol: C9H19-OH

Dekan: C10H22 Dekanol: C10H21-OH

Rodzaje alkoholi i ich zastosowanie

Jest wiele odmian alkoholi i trudno by było wszystkie teraz wymienić. Najbardziej znane to:

- alkohol metylowy (metanol, spirytus drzewny)

- alkohol etylowy (etanol)

- gliceryna (propanotriol)

Alkohol metylowy (metanol) - CH3OH

Alkohol metylowy to najprostszy z alkoholi. Jest cieczą bezbarwną, palną o charakterystycznym zapachu, rozpuszczalna w wodzie oraz jest to trucizna. 8-10 gram powoduje ślepotę, większa ilość - śmierć. Alkohol ten znalazł zastosowanie w przemyśle barwników, do produkcji formaliny, tworzyw sztucznych, włókien syntetycznych, w przemyśle farmaceutycznym oraz jako rozpuszczalnik farb i lakierów.

Alkohol etylowy (etanol) - CH3CH2OH

Alkohol etylowy jest bezbarwną, łatwopalną cieczą. Ma charakterystyczny zapach i piekący smak, łatwo miesza się z wodą oraz jest trujący w większych ilościach. Alkohol ten znalazł zastosowanie do produkcji kosmetyków, w przemyśle farmaceutycznym, do produkcji artykułów przemysłowych oraz zapachów do ciast. 95 - procentowy wodny roztwór tego alkoholu to spirytus, natomiast 3 - procentowy roztwór to jodyna która służy do dezynfekcji ran i skaleczeń.

1,2,3-propanotriol (gliceryna) CH2 (OH)CH(OH)CH2 (OH)

Gliceryna czyli propanotriol jest bezbarwna i bez zapachową palna po podgrzaniu cieczą, rozpuszcza się w wodzie oraz jest nie trująca. Alkohol ten znalazł zastosowanie w przemyśle skórzanym, materiałów wybuchowych, farmaceutycznym, spożywczym, celulozowo-papierniczym, tytoniowym, włókienniczym, elektrotechnicznym oraz do produkcji barwników. Jest również składnikiem płynów hamulcowych i chłodniczych. Gliceryna służy także do produkcji silnego środka wybuchowego - dynamitu.

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH008, Kod kursanta: 3860

Fragment 2. (M1200894)

KWASY KARBOKSYLOWE

To pochodne węglowodorów, gdzie atom wodoru został zastąpiony grupą karboksylową (-COOH). Ogólny wzór kwasów monokarboksylowych: R-COOH, a wzór dla szeregu homologicznego tych związków to CnH2n+1COOH. Wraz ze wzrostem wielkości cząsteczki wzrastają temperatury topnienia i wrzenia kwasów karboksylowych. Niższe kwasy karboksylowe są cieczami o ostrym zapachu, kwasy o średniej wielkości są oleistymi cieczami o przykrej woni, a kwasy długołańcuchowe ciałami stałymi lub cieczami w zależności od stopnia nienasycenia. Kwasy karboksylowe, zarówno z jedną jak i większą liczbą grup karboksylowych, są związkami rozpowszechnionymi w przyrodzie. Najważniejszymi kwasami monokarboksylowymi są kwasy: metanowy (mrówkowy), etanowy (octowy), palmitynowy, stearynowy, oleinowy.

Kwas mrówkowy (metanowy) - H-COOH

Najprostszy kwas karboksylowy

Ciecz obdarzona bardzo ostrym zapachem. Doskonale miesza się z wodą. Ma właściwości żrące. Jest najmocniejszym kwasem wśród kwasów monokarboksylowych. Kwas mrówkowy otrzymuje się w wyniku utleniania alkoholu metylowego. W przyrodzie kwas mrówkowy występuje w jadzie niektórych owadów oraz w liściach pokrzyw.

Kwas octowy (etanowy) - CH3-COOH

Umiano otrzymywać go już w starożytności. Bezwodny kwas octowy jest cieczą o gęstości nieco większej od wody (d = 1,049 g/cm3) i doskonale się z nią mieszającą. Bezwodny kwas octowy krzepnie w postaci kryształów podobnych do lodu; wskutek tego nosi on zwyczajową nazwę kwasu octowego lodowatego Kwas octowy można otrzymać w wyniku fermentacji octowej.

Kwas palmitynowy - C15H31COOH

Białe ciało stałe, nierozpuszczalne w wodzie. W przyrodzie występuje w dużych ilościach w tłuszczach jadalnych, a w stanie wolnym w oleju palmowym. Otrzymuje się go w wyniku zmydlania tłuszczów lub syntetycznie.

Kwas Stearynowy - C17H35COOH

Biała, przezroczysta, bezwonna masa, nierozpuszczalna w wodzie, rozpuszczalna w rozpuszczalnikach organicznych. Jeden z najczęściej występujących kwasów karboksylowych w tłuszczach zarówno roślinnych jak i zwierzęcych. Kwas stearynowy ma zastosowanie do produkcji mydeł, świec, past oraz środków impregnacyjnych.

Kwas oleinowy - C17H33COOH

Nienasycony kwas karboksylowy (kwas tłuszczowy), w cząsteczce którego podwójne wiązanie znajduje się między 9 a 10 atomem węgla. Wchodzi w skład większości tłuszczów. Jest gęstą cieczą o barwie żółtej. Nie miesza się z wodą. Ma zastosowanie w produkcji mydeł, kosmetyków i smarów.

Mydła - są to sole wyższych kwasów karboksylowych, np. palmitynowego, stearynowego, oleinowego. Mydła użytkowe, które są dobrze rozpuszczalne w wodzie, to sole sodu i potasu wymienionych kwasów karboksylowych.

Mydła dzielimy na:

· potasowe (szare, maziste)

· sodowe (białe, twarde)

Otrzymywanie mydeł:

C

17

H

35

COOH + NaOH →

C

17

H

35

COONa +

H

2

O

w trakcie reakcji mieszaninę musimy ogrzewać. Produkt reakcji to stearynian sodu, podobnie przebiegają reakcje kwasów :palmitynowego i oleinowego.

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH008, Kod kursanta: 3860

Fragment 3. (M1200893)

ESTRY

Estry - to związki chemiczne, które powstają w wyniku działania kwasu na alkohol.

Reakcja ta nosi nazwę estryfikacji. Przebiega w środowisku kwaśnym - w obecności stężonego kwasu siarkowego (VI). Ogólnie można ją zapisać:

kwas + alkohol →ester + woda

Wzór estru:

gdzie:

R1 - grupa alkilowa pochodząca od kwasu

R2 - grupa alkilowa pochodząca od alkoholu

Nazwy estrów tworzy się wychodząc ze zwyczajowych lub systematycznych nazw kwasów karboksylowych i alkoholi.

Pierwszy człon nazwy związany jest z nazwą kwasu, od którego pochodzi ester, np.: metanian - od kwasu metanowego, etanian - od kwasu etanowego itp.

Drugi człon nazwy pochodzi od nazwy grupy alkilowej odpowiedniego alkoholu, np.: metylowy - od alkoholu metylowego, etylowy - od alkoholu etylowego, itp.

HCOOH

kwas metanowy C2H5OH

alkohol etylowy HCOOC2H5

metanian etylu

CH3COOH

kwas etanowy C4H9OH

alkohol butylowy CH3COOC4H9

etanian butylu

Estry ulegają reakcji hydrolizy.

Hydroliza estru - rozkład estru na kwas i alkohol w wyniku reakcji z wodą. Jest to reakcja odwrotna do reakcji estryfikacji.

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH008, Kod kursanta: 3860

Fragment 4. (M1200892)

AMINY

Cząsteczki amin zawierają jedną grupę funkcyjną, zwaną grupą aminą -NH2

Wzór ogólny ma postać:

R-NH2

gdzie:

R - alki.

Nazwy amin tworzy się przez dodanie do nazwy alkilu końcówki -amina, np.

CH

4

(

metan

) →

CH

3

− (

metyl

) →

CH

3

NH

2

(

metyloamina

)

CH3NH2 (metyloamina) - gaz o nieprzyjemnym zapachu psujących się ryb.

Wyższe aminy są cieczami lub substancjami stałymi słabo rozpuszczalnymi w wodzie. Aminy maja charakter zasadowy, to tzw. zasady organiczne. Są pochodnymi amoniaku.

R−

NH

2

+

H

2

O →

[

R−

NH

3

]

+

+

OH

−

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH008, Kod kursanta: 3860

Fragment 5. (M1200896)

AMINOKWASY

Aminokwasy to związki organiczne, których cząsteczki zawierają dwie grupy funkcyjne - grupę aminowa i grupę karboksylową.

Aminokwasy są ciałami stałymi, krystalicznymi, na ogół dobrze rozpuszczalnymi w wodzie.

Mają zdolność łączenia się w duże cząsteczki, tworząc wiązanie peptydowe. Najprostszy aminokwas to glicyna, gdzie R stanowi atom wodoru. Przykłady aminokwasów:

CHEMICZNE SKŁADNIKI ŻYWNOŚCI

Oprócz podziału pierwiastków chemicznych na metale i niemetale, w odniesieniu do organizmów stosujemy podział:

Składniki występujące w organizmie człowieka:

· białka (stanowią około 20% masy ciała)

· tłuszcze (stanowią około 10% masy ciała)

· woda (stanowi 65% - 70% masy ciała)

· sacharydy (cukry) (stanowią około 1% masy ciała

· witaminy (regulują przemiany zachodzące we wszystkich komórkach)

· sole mineralne

Składnik żywności (składniki odżywcze) dzielimy na:

· budulcowe (białka, niektóre sole mineralne)

· energetyczne (cukry i tłuszcze)

· regulujące (witaminy, woda i sole mineralne)

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH009, Kod kursanta: 3860

Fragment 2. (M1200890)

TŁUSZCZE

Tłuszcze (glicerydy) są mieszaniną glicerolu.

Związki chemiczne, które powstają mają ogólną nazwę glicerydy. Ich cechą wspólną jest:

· względna nierozpuszczalność w wodzie

· mają mniejszą gęstość od wody, pływają na powierzchni wody

· rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych, jak eter, chloroform, benzen, itp.

Najważniejszymi kwasami tłuszczowymi wchodzącymi w skład glicerydów o charakterze nasyconym są:

· kwas palmitynowy CH3 (CH2)14COOH

· kwas stearynowy CH3 (CH2)16COOH

Kwasy te występują we wszystkich spożywanych tłuszczach.

Najważniejszym kwasem tłuszczowym wchodzącymi w skład glicerydów o charakterze nienasyconym jest:

· kwas oleinowy CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH

Pod względem chemicznym tłuszcze są substancjami obojętnymi

Z reakcji, które maja praktyczne zastosowanie należy wymienić:

· reakcję hydrolizy

· reakcje uwodornienia (utwardzania olejów)

Reakcja hydrolizy prowadzi do rozkładu na glicerol (glicerynę) i odpowiedni kwas tłuszczowy. Jeżeli hydrolizę przeprowadzimy zasadą sodową lub potasową, wówczas oprócz gliceryny otrzymujemy sól kwasu tłuszczowego (mydło).

np.

HOCH

2

CH(

OH

)

CH

2

OCOC

15

H

31

+ NaOH→

HOCH

2

CH(

OH

)

CH

2

OH +

C

15

H

31

COONa

Z reakcją hydrolizy mamy do czynienia podczas trawienia tłuszczów w żołądku.

Reakcja uwodornienia - znacznie aktywniejsze chemicznie są oleje (nienasycone kwasy tłuszczowe w cząsteczce tłuszczu), w których w miejscu wiązań podwójnych mogą przebiegać reakcje. Przykładem takiej reakcji jest reakcja uwodornienia.

Jeżeli olej poddamy reakcji uwodornienia powstaje wówczas tłuszcz stały, czyli związek o pojedynczych wiązaniach w cząsteczce. Reakcja ta stosowana jest w produkcji margaryny z olejów.

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH009, Kod kursanta: 3860

Fragment 3. (M1200889)

BIAŁKA

Budowa białek

Białka zbudowane są z aminokwasów, połączonych ze sobą za pomocą wiązań peptydowych.. Te aminokwasy, które pobierane są z otoczenia nazywamy egzogennymi. Istnieją aminokwasy, które mogą być tworzone w organizmie, nazywamy je endogennymi.

Obecnie znanych jest dwadzieścia aminokwasów. Dziewięć spośród nich jest egzogenna, dlatego musi być dostarczana do organizmu w pożywieniu.

Właściwości białek

Białka nie posiadają charakterystycznej dla siebie temperatury topnienia. Na ogół rozpuszczalne w wodzie. Niektóre z nich mogą rozpuszczać się w rozcieńczonych kwasach lub zasadach, jeszcze inne w rozpuszczalnikach organicznych. Posiadają zdolność wiązania cząsteczek wody. Efekt ten nazywamy hydratacją. Na rozpuszczalność białek ma wpływ stężenie soli nieorganicznych. Wysokie stężenie soli powoduje wypadanie białek z roztworu. Proces ten nie narusza struktury białka, więc jest odwracalny. Nosi też nazwę "wysalanie białek".

Innym procesem jest wypadanie białek z roztworów pod wpływem soli metali ciężkich, mocnych kwasów i zasad, wysokiej temperatury, alkoholi i aldehydów - jest to wytrącanie w sposób nieodwracalny. Zjawisko to nosi nazwę denaturacji białek.

Roztwór białka nazywamy zolem. Gdy zachodzi proces koagulacji białka (wypadania z roztworu), powstaje żel. Gdy żel ponownie rozpuszcza się w wodzie - zachodzi wówczas proces peptyzacji.

Białka identyfikuje się za pomocą dwóch metod:

· reakcja biuretowa, która polega na reakcji białka z roztworem wodorotlenku miedzi (II).

Obecność białka powoduje pojawienie się zabarwienia fioletowego.

· reakcja ksantoproteinowa, opierająca się na reakcji białek z kwasem azotowym (V), w której pojawia się żółto-pomarańczowe zabarwienie roztworu

Kurs Sikory

Materiał: TR2XCH009, Kod kursanta: 3860

Fragment 4. (M1200888)

SACHARYDY (CUKRY)

Cukrami (węglowodanami, sacharydami) nazywamy wielowodorotlenowe aldehydy oraz wielowodorotlenowe ketony. Zbudowane są z trzech pierwiastków - węgla, wodoru, tlenu i są rozpowszechnione w świecie roślinnym i zwierzęcym.

Rośliny zielone przejawiają zdolność syntezy węglowodanów z dwutlenku węgla i wody pod wpływem światła.

Cukry możemy podzielić na trzy grupy ze względu na wielkość cząsteczek:

· monosacharydy (cukry proste), są związkami, które nie ulegają hydrolizie do postaci prostszych. Ogólny wzór tej grupy to CnH2nOn.

· disacharydy (dwucukry), zbudowane z dwóch cząstek cukrów prostych np. sacharoza, która hydrolizuje do glukozy i fruktozy, maltoza - hydrolizuje do dwóch cząsteczek glukozy.

· polisacharydy (wielocukry), zawierają więcej niż 10 monosacharydów. Ich wzór ogólny to (C6H10O5)x, np. skrobia, celuloza.

Monosacharydy - glukoza, fruktoza

Glukoza i fruktoza są białymi, krystalicznymi substancjami o słodkim smaku. Bardzo dobrze rozpuszczają się w wodzie, ale nie rozpuszczają się w alkoholu i innych rozpuszczalnikach organicznych. Odczyn roztworu wodnego tych związków jest obojętny.

W roztworze możemy wykryć glukozę wykonując próbę Trommera i próbę Tollensa.

· próba Trommera

· próba Tollensa

Glukoza - inaczej cukier gronowy, podstawowy węglowodan krwi, jeden z najważniejszych związków w przemianie węglowodanów. Jest cukrem prostym, dobrze rozpuszczalnym w wodzie, o słodkim smaku, występuje m.in. w owocach i miodzie.

Fruktoza - cukier prosty zwany cukrem owocowym wraz z glukozą tworzy sacharozę.

Disacharydy - sacharoza, maltoza, laktoza

Disacharydy powstają w wyniku polikondensacji między identycznymi monosacharydami lub różnymi cukrami prostymi.

W zależności od sposobu połączenia ze sobą cząsteczek monosacharydów rozróżnia się dwucukry redukujące i dwucukry nieredukujące.

Maltozę można otrzymać jako jeden z produktów częściowej hydrolizy skrobi w wodnym roztworze kwasu.

Laktoza stanowi około 5% mleka krowiego, a także ludzkiego. Do celów handlowych otrzymuje się laktozę jako produkt uboczny przy produkcji sera, gdyż jej obecność stwierdzono w serwatce-wodnym roztworze pozostałym po koagulacji białek zawartych w mleku.

Maltoza, laktoza to cukry redukujące, czyli reagują z odczynnikiem Tollensa i Trommera.

Sacharoza jest zwyczajnym cukrem stołowym, otrzymywanym z trzciny cukrowej lub buraków cukrowych. Ze wszystkich związków organicznych, produkowanych w stanie czystym, jest ona wytwarzana w największych ilościach.

Sacharoza nie redukuje odczynnika Tollensa i Trommera, nie jest ona cukrem redukującym i pod tym względem różni się od wyżej wymienionych disacharydów.

Polisacharydy - skrobia, celuloza.

Skrobia - granulki skrobi w naturalnej postaci nie rozpuszczają się w zimnej wodzie, natomiast w przypadku, gdy zewnętrzna błona zostanie rozerwana w wyniku rozcierania, pęcznieją w niej i tworzą żel. Gdy granulkę skrobi w naturalnej postaci podda się działaniu gorącej wody, wówczas rozpuszczalna część skrobi przenika przez ściankę granulki; w gorącej wodzie pęcznieją do takiej wielkości, że pękają. Skrobia nie ma słodkiego smaku. Stanowi składnik zapasowy i budulcowy niektórych roślin. Najwięcej skrobi znajduje się w bulwach ziemniaków i nasionach zbóż.

Rozkład skrobi nie prowadzi do natychmiastowego otrzymania glukozy. Najpierw powstają mniejsze cząsteczki - dekstryny, następnie maltoza, a produktem końcowym jest glukoza.

Skrobia ulega hydrolizie (kilkuetapowo) w następujący sposób:

Celuloza - jest głównym składnikiem drewna i włókien roślinnych: np. bawełna jest prawie czystą celulozą. Nie rozpuszcza się w wodzie i nie ma smaku; jest cukrem nieredukującym. Właściwości te przynajmniej częściowo wynikają z jej niezwykle dużej masy cząsteczkowej.

---