Elementy środowiska przyrodniczego:

Środowisko:

-atmosfera- powłoka gazowa

-hydrosfera- wody naturalne powierzchniowe i podziemne, lodowce

-litosfera- górne warstwy skorupy ziemskiej, gleby grunty, szata roślinna

Chemia środowiska:

-chemia atmosfery

-chemia wód naturalnych (powierzchniowe i podziemne), skład chemiczny wód naturalnych i przemian chemicznych i biochemicznych w środowisku

-chemia gleb - przemiany chemiczne i biochemiczne w środowisku gleb, proces wietrzenia- powstawanie gleb. Zanieczyszczenie emitowane przez przemysł w postaci odpadów gazowych, ciekłych i stałych ulegają przemianie i rozkładowi.

Atom - najmniejsza część pierwiastka posiadająca wszystkie jego właściwości chemiczne. Atom składa się ze zlokalizowanego w geometrycznym środku dodatnio naładowanego jądra o wielkości 10^-13 - 10^-17 cm, oraz z poza jądrowego układu elektronów zajmującego w porównaniu z jądrem znaczną przestrzeń, mającego łączny ładunek ujemny równy, co do wartości dodatniemu ładunkowi jądra.. Jądro stanowi o właśc. fizycznych pierwiastków. Trwałość jąder zapewniają im siły jądrowe przewyższające siły odpychania. Podlegają im wszystkie nukleony. Decydującą rolę w wiązaniu nukleonów w jądrze odgrywają nieustannie tworzące się i rozpadające mezony, wytwarzając w przestrzeni jądrowej pole mezonowe. W atomie liczba protonów równa jest liczbie elektronów i tak liczba atomowa Z to liczba protonów, a liczba masowa A to suma protonów i neutronów.

Protony: elementarny ładunek dodatni, masa 1u, wchodzi w skład jądra, liczba protonów stanowi niepowtarzalną cech charakterystyczną danego pierwiastka.

Neutrony: elektrycznie obojętnie, wchodzi w skład jądra, masa 1u

Elektron: elementarny ładunek ujemny, znikoma masa, liczba elektronów = liczbie protonów.

Jądro atomowe:

Parzysto - parzyste (ok. 60%) - trwałe

Parzysto - nieparzyste (ok. 38,5%)

Nieparzystko - nieparzyste (ok. 1,5%) - najmniej trwałe, duże masy

Deficyt masy jądra (energia wiązania nukleonów) - energia jaką należy zużyć na rozsunięcie wszystkich nukleonów tworzących jądro na odległość większą od zasięgu ich wzajemnego oddziaływania.

Elektron - elementarny ładunek ujemny o znikomej masie.

Anihilacja masy - cząstka napotyka antycząstkę, uwalniają się wtedy fotony (energia).

Jednostka masy atomowej 1u = 1/12 masy ¹²C = 1,66 x 10^-27 kg

Izotopy - zbiór atomów danego pierwiastka o określonej liczbie neutronów i protonów w jądrze różniący się liczba masową np. Chlor ma 2 izotopy, ale 21 pierwiastków nie ma odmian izotopowych. ^A_ZX A-liczba atomów, Z- liczba porządkowa. Izotopy tego samego pierwiastka mogą mieć różne nazwy ¹₁H- wodór lekki, ²₁D- deuter, ³₁T- tryt. Dzielimy na trwałe - stabilne i nie trwałe (promieniotwórcze).

Nuklid - jest to zbiór atomów o jednakowym składzie jądra i jednakowej energii. Pierwiastki czyste - jeden nuklid np.: As, Be, P, Al, F, Na.

Rozpad promieniotwórczy pociąga za sobą:

*Zmiany w strukturze elektronowej

*Zmiany w strukturze jądra

*Emisję promieniowania rentgenowskiego

*Efekt Augera (atom wysyła promieniowanie rentgenowskie podczas przejścia elektronu z powłoki zewnętrznej na wolne miejsce powstałe w powłoce wewnętrznej lub energia przejścia jest przekazana innemu z elektronów w atomie, który opuszcza atom.

Przemiany promieniotwórcze - jądra izotopów o dużych liczbach masowych są nietrwałe ze względu na stosunek liczby neutronów do liczby protonów. Tak, więc nie jest znane trwałe jądro atomowe o liczbie masowej >209. Samorzutnemu rozpadowi promieniotwórczemu jąder atomów towarzyszy emisja cząstek α (jądra helu, 4/2 He), cząstek β(elektrony o dużej prędkości) i kwantów promieniowania γ (fale elektromagnetyczne o długości <0,1nm). Emisję cząstek materialnych α i β określa się mianem promieniowania korpuskularnego, natomiast emisję kwantów promieniowania γ promieniowaniem falowym elektromagnetycznym. α,β,γ - to nośniki energii; mają zdolność jonizacji gazów.

• zdolność do jonizacji gazów: α>β>γ

• zdolność do przenikania przez ośrodek materialny: α<β<γ

Typy rozpadów promieniotwórczych:

Rozpad β^- - wewnątrzjądrowa przemiana neutronu w proton - emisja elektronu - jądro zawiera o 1 neutron za dużo n⇒p+e+γ (antyneutrino). Emisja β-: liczba atomowa Z+1, liczba masowa A=const. (Z/A)X⇒(Z+1/A)Y+e+γe

Rozpad β⁺ - przemiana protonu w neutron - emisja pozytonu e⁺ - jądro posiada 1 proton za dużo p⇒n+e+γ (neutrino). Emisja β+ : liczba atomowa Z-1, liczba masowa A=const. (Z/A)X⇒(Z-1/A)Y+e+γe.

Rozpad α - w jądrze tworzą się zespoły (2p + 2n) - cząstka α. Emisja α : Z-2, A-4 (Z/A)X⇒(Z-2/A-4)Y+(2/4)He.

Dekscytacja jądra atomowego - przejście jądra od stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii. Jądro obdarzone nadmiarem energii emituje kwant promieniowania elektromagnetycznego γ (foton). Emisja γ : Z=const. A=const. (bezpośrednie przetworzenie energii jądra do elektronu). Przemiana γ następuje wskutek wychwycenia przez jądro niektórych nuklidów jednego z elektronów osadzonego na najbliższej powłoce elektronowej K. „Puste miejsce” natychmiastowo jest zajmowane przez e^- na wyższej powłoce.

Kinetyka rozpadu nietrwałych jąder jest w każdej chwili wprost proporcjonalna do liczby jeszcze nierozłożonych jąder. Szybkość rozpadu promieniotwórczego = ubytek liczby atomów / czas, w którym atomy ulegają rozpadowi.

Powstawanie szeregu promieniotwórczego - nietrwałe jądro X1⇒(rozpad prom.) X2⇒(rozpad prom.) X3 ....... Izotop X1 wyodrębniony w stanie czystym na skutek rozpadu prom. zanieczyszcza się produktem rozpadu X2 i dalej kolejnym produktem X3 itd. Szybkość rozpadu X1 maleje, bo ilość jąder N1 maleje; szybkość rozpadu X2 rośnie bo ilość jąder N2 rośnie itd. Po pewnym czasie utworzy się atom równowagi prom. (Stosunek il. produktów rozpadu = stosunkowi ich okresów półtworzenia) N1/T 0.5(1)=N2/T 0.5(2)=N3/T 0.5(3) ..... ⇒ N1:N2:N3.... = T 0.5(1):T 0.5(2):T 0.5(3)

Promieniowanie - strumień cząstek posiadających zdolność przenikania w głąb materii (elektrony, pozytony, cząsteczki α, ciężkie jony, gamma, neutrony).

Zanieczyszczenia promieniotwórcze w środowisku - produkcja energii elektrycznej z energii jądrowej - stosowanie izotopów promieniotwórczych, prowadzi do wytwarzania odpadów promieniotwórczych (stałych, ciekłych i gazowych o różnym składzie izotopowym i aktywności). 99% wszystkich wytwarzanych odpadów promieniotwórczych powstaje w procesie regeneracji zużytego paliwa jądrowego. Regeneracja zużytego paliwa reaktora polega na oddzieleniu ubocznych, szkodliwych produktów rozszczepienia z jednoczesnym odzyskaniem plutonu 239 i uranu metalicznego celem ponownego wykorzystania. W cyklu paliwowym reaktora atomowego powstaje ponad 200 izotopów promieniotwórczych o okresie półtrwania od poniżej sekundy do milionów lat. Rozdziela się je metodami chemicznymi w procesach ekstrakcji i wymiany jonowej. Podstawowe znaczenie dla zdrowia człowieka i ochrony środowiska mają tzw. długożyciowe izotopy promieniotwórcze. W odpadach poregeneracyjnych występują długożyciowe izotopy promieniotwórcze, takie jak: ⁹⁰Sr, ⁹⁸Tc, ¹⁰⁶Ru, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs,¹⁴⁷Pm, ²³³Pu, a także niektóre inne, o krótszych okresach półtrwania, jednak o dużym znaczeniu biologicznym, np. ¹⁴⁴Ce. Odpady prom. odprowadzane z laboratoriów radioizotopowych różnych typów zawierają naturalne i sztuczne izotopy prom. jak ¹⁴C,³²P,³⁵S i inne. Odpady prom. są zatężone, zestalone z innymi materiałami w bloki betonowe i w takiej formie podlegają kontrolowanemu składowaniu w odpowiednich składowiskach podziemnych. Stanowią one jednak nadal potencjalne dla środowiska i przyszłych pokoleń. Źródłem emisji zanieczyszczeń są doświadczalne eksplozje nuklearne oraz zdarzające się awarie reaktorów energetycznych (np. Czarnobyl IV 1986r- nastąpiło skażenie dużych obszarów Europy północnej i środkowo-wschodniej, głownie cezem 137). Izotopy promieniotwórcze wykazują tendencję do rozprzestrzeniania się po całym ekosystemie Ziemi.

Reguła Hunda - liczba niesparowanych elektronów (pojedynczych elektronów na poziomie orbitalnym) w danej powłoce powinna być możliwie największa.

Prawo okresowości - własności pierwiastków uporządkowanych wg wzrastających mas atomowych zmieniają się w sposób okresowy w zależności od wielkości mas atomowych. Okres: zbiór pierw. uporządkowanych wg wzrastającej liczby atomowej Z,w którym atomy zawierają identyczne liczby powłok elektronowych. Numer okresu odpowiada liczbie powłok.

Okresowość fizyczna i chemiczna właściwości pierwiastków:

a)Rośnie ładunek jądra (wzrost l. at. Z -> przyrost protonów w jądrze )

b)Maleje promień atomowy (im większy ładunek jądra tym silniej przyciąga elektrony)

c)Rośnie energia jonizacji (energia potrzebna do usunięcia elektronu )

d)Wzrost elektroujemności (zdolność atomu do przyciągania elektronu)

• najwyższa elektroujemność F,O,N,Cl (prawy górny wg układu - niemetale)

• najniższa elektroujemność Fr,Cs,Rs,Be (lewy dolny - metale)

e)Wzrost właściwości niemetalicznych (spadek metalicznych)

f)Wzrost wartościowości

g)Przejście od charakteru zasadowego do kwasowego tlenków.

h)Obniżenie temp. topnienia tlenków.

i)Zmiana charakteru wiązań (tlenki wodoru) z jonowego na kowalencyjny.

Wiązanie jonowe - wynika z przyciągania elektrostatycznego pomiędzy jonami o przeciwnych ładunkach. Atom pierwiastka elektrododatniego uzyskuje konfigurację elektronową gazu szlachetnego tracąc elektrony walencyjne na rzecz pierwiastka elektroujemnego. Regularne skupiska jonów o przeciwnych ładunkach (znakach) tworzą tzw. sieć przestrzenną. W sieci przestrzeni jonowej nie daje się wyróżnić pojedynczych cząsteczek. Wiązania jonowe są bardzo silne. Struktury jonowe wykazują: wysokie temp. topnienia i wrzenia; rozpuszczalność w rozpuszczalnikach polarnych (jonizujących); przewodzą prąd elektryczny po stopieniu lub rozpuszczeniu.

Wiązanie kowalencyjne (atomowe) - powstaje wówczas gdy łączą się ze sobą atomy pierw. o takich samych wartościach elektroujemności. Wiązania tego typu występują w cząsteczkach: H₂,O₂,Cl₂,N₂,F₂,Br₂. Atomy uzyskują konfigurację atomową gazów szlachetnych przez utworzenie jednej lub więcej wspólnych par elektronowych. Każdy z atomów dostarcza jednakową liczbę elektronów do wspólnego użytku . Wiązania kowalencyjne występują gdy atomy wykazują taką samą lub zbliżoną zdolność do przyjmowania lub oddawania elektronów. Min μ=0 (moment dipolowy - wiązania kowalencyjne - czyste cząsteczki homojądrowe)

W cząsteczkach heterojądrowych atomy mają różną elektroujemność. Atom bardziej elektroujemny przyciąga do siebie wspólną parę elektronową, uzyskuje ładunek “-“. Atom mniej elektroujemny uzyskuje ładunek “+”. Cząstki heterojądrowe: 1) dwuat. np. HCl 2) wieloat. np. H₂O, H₃PO_4. Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane - pośrednie (częściowo jonowe). Odległość jąder atomowych jest mniejsza od sumy promieni kowalencyjnych. Energia wiązania wzrasta w porównaniu do wiązania czysto kowalencyjnego.

Wiązania koordynacyjne - typ wiązania kowalencyjnego, w którym obydwa elektrony stanowiące wspólną parę elektronową pochodzą od tego samego atomu. Występują w związkach typu kompleksowego. Różną się tym od kowalencyjnych, że para elektronów tworzących wiązanie oddawana jest przez jeden z dwóch łączących się atomów. Cechy: tworzą kryształy, nie przewodzą prądu, niska temp. wrzenia i topnienia.

Układ okresowy pierwiastków - tablica układu okresowego pierwiastków składa się z pionowych kolumn zwanych grupami i szeregów poziomych - okresów. Poszczególne grupy są ponumerowane liczbami arabskimi od 1-18. Konstrukcja układu okresowego oparta jest na podobieństwach struktury elektronowej powłoki walencyjnej atomów. W każdej grupie znajdują się pierwiastki, których atomy mają identyczną strukturę elektronową powłoki walencyjnej. Nazwy grup pierwiastków tworzy się od nazwy pierwiastka czołowego każdej grupy. Wyjątkiem jest grupa 1 (nie wodorowce a litowce). Pierwiastki, których atomy na powłokach walencyjnych obsadzone są wyłącznie e^- s i p tworzą grupy dzielące się na dwa bloki: blok s (gr.1 i 2) i blok p (gr. 13-18). Między nimi znajduje się blok d. Pomiędzy pierwiastkami La a Hf są lantanowce a między Ac a Ku - aktynowce. Lantanowce i aktynowce tworzą pierwiastki bloku f.

S: Gr.1 - litowce (metale alkaliczne): Li, Na, K, Rb, Cs, Fr silnie elektrododatnie. Właściwości chemiczne zależą bardzo silnie od rozmiarów i masy atomu. Gr.2 - berylowce (metale ziem alkalicznych) Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Elektrododatnie; w kierunku od góry do dołu grupy, maleje rozpuszczalność siarczanów i energia hydratacji jonów w roztworze wodnym, zwiększa się termiczna trwałość węglanów i azotanów. P: Gr.13 - borowce (B, Al., Ga, In, Tl) bor jest niemetalem. Gr.14 - węglowce (C, Si, Ge, Sn, Pb) regularny wzrost metalicznego charakteru pierwiastków grupy. Gr.15 - azotowce (N, P, As, Sb, Bi) P tworzy związki prawie wyłącznie kowalencyjne, a w kierunku As-> Bi wzrasta tendencja do tworzenia kationów. Rosnący charakter metaliczny. Gr.16 tlenowce (O, S, Se, Te, Po) atomy tej grupy tworzą jony halogenkowe. Od góry ku dołowi rośnie metaliczny charakter i tendencja do tworzenia kompleksów anionowych. Gr.17 fluorowce (F, Cl, Br, I, At) niemetale; do konfiguracji gazu szlachetnego brakuje im 1e^- Właściwości zmieniają się wraz ze wzrostem rozmiaru atomu. Gr.18 helowce (gazy szlachetne) He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Powłoki walencyjne zapełnione całkowicie elektronami, dlatego są nieaktywne chemicznie. D: Gr.3 skandowce (Sc, Y, La, Ac). Gr.4 tytanoce (Ti, Zr, Hf). Gr.5 wanadowce (V, Nb, Ta). Gr.6 chromowce (Cr, Mo, W). Gr.7 manganowce (Mn, Tc, Re). Gr.8,9,10 żelazowce (Fe, Co, Ni), platynowce lekkie (Ru, Rh. Pd) p. ciężkie (Os, Ir Pt). Gr.11 miedziowce (Cu, Ag, Au). Gr.12 cynkowce (Zn, Cd, Hg). F: lantanowce i aktynowce.

d i f: metale, dobrze przewodzą ciepło i prąd; twarde, wytrzymałe, trudno topliwe; tworzą stopy; są wśród nich metale szlachetne mające wysoki potencjał elektrodowy, nie ulegają działaniu prostych kwasów; zmienna wartościowość

Podsumowanie: Pierwiastki umieszczone w pierwszych grupach układu, mają małe liczby elektronowe na powłokach zewnętrznych atomów, łatwo oddają elektrony i mają własność typowych metali. Oddając elektrony atomy tych pierwiastków przybierają konfigurację elektronową gazu szlachetnego z poprzedniego okresu. Atomy pierwiastków znajdujących się w grupach V, VI, VII mające dużą liczbę elektronów na zewnętrznej powłoce elektronowej łatwo przyłączają elektrony tzn. przejawiają własności niemetali. Wskutek przyłączenia elektronu atomy tych pierwiastków przybierają konfigurację elektronową gazu szlachetnego, znajdującego się w tym samym okresie.

Okresy:

I - H i He

II,III - pierwiastki rozbudowujące podpowłoki s i p

IV,V - pierwiastki rozbudowujące podpowłoki s,p i d

VI - rozbudowują wszystkie podpowłoki

VII - niedokończony (o niezamkniętych podpoziomach d i p)

Zabudowę powłok atomowych pierw. na tle układu okresowego - główna liczba kwantowa określa max ilość na powłoce w każdym okresie [2(n*n)] n=1,2,3....; orbitalna liczba kwantowa określa ilość podpowłok na powłoce [4l+2] l=0,1,2...n-1. Wartość l określa kształt orbitali (najwyższego prawdopodobieństwa znalezienia elektronu); magnetyczna liczba kwantowa [m=2l+1] (-l....0...+l) określa poziomy orbitalne na każdej podpowłoce; spinowa liczba kwantowa s {-1/2;+1/2}. Spin może przyjmować tylko dwie orientacje przestrzenne. W atomie nie mogą istnieć elektrony o takich samych wartościach 4 liczb kwantowych. Nowo przybyły elektron zajmuje najniższy z możliwych do osadzenia stanów kwantowych.

Typy reakcji jądrowych

1. Proste reakcje jądrowe-cząstki bombardujące nie przekraczają energii kilkudziesięciu MeV, a wchłonięcie ich przez jądro łączy się z emisją 1 lub 2 cząstek elementarnych

2. Kruszenie jąder-następuje pod wpływem cząstek bombardujących o b. wysokiej energii, jądra tracą znaczną część swojej masy

3. Rozszczepianie jąder- naświetlanie jąder ciężkich powolnymi neutronami, produktami są dwa duże fragmenty o porównywalnych masach oraz 2 do 3 neutronów

4. Reakcje termojądrowe-zachodzą w b wysokich temp., polegają na łączeniu się najmniejszych jąder (1/1)H (1/1)D w większe

Mechanizm reakcji rozszczepiania jąder - bombardowanie neutronami powolnymi jąder ciężkich np. 235U powoduje rozpad na 2 fragmenty o porównywalnych masach atomowych oraz energii 2 do 3 neutronów (72/235)⇒ U+ n X,y - liczby masowe A od 72 do 161. Neutrony powstające podczas rozczepienia jąder powodują rozczepienie następujących jąder - reakcje łańcuchowe.

Efektu cieplarniany - bilans energetyczny ziem - ziemia musi wydawać tyle energii ile absorbuje od słońca. Cząstki w powietrzu (metan i tlenek azotu CO₂) powodują odbijanie promieniowania czerwonego, prowadzi to do tego, że temp. ziemi wynosi śr. 15 st. C. Ilość CO₂ ma wpływ na utrzymywanie temp. na ziemi - im więcej CO₂ - ocieplenie. W takim tempie w 2010r. od 2,5 - 4 st. C zwiększyłaby się temp., człowiek łatwo by się przyzwyczaił, ale przyroda nie. Skutki: podniesieni poz. wody o 1m., czyli powodzie, zniknięcie gatunków zwierząt i roślin, zmiany w strukturze opadów, zwiększenie wilgotności powietrza na skutek parowania, wysuszenie gleb. Obecnie skutkiem Efektu cieplarnianego są prądy morskie, huragany, powodzie i susze.

Warstwa ozonowa - warstwa ozonowa absorbuje znaczną część promieniowania ultrafioletowego UVA i UVB. Cząsteczka ozonu pod wpływem ultrafioletowych promieni jest rozbijana na tlen cząsteczkowy i wzbudzony - fotolityczny rozkład ozonu. Przyczyny: w wyniku działalności człowieka wprowadzenie do atmosfery freonów, które ulegają rozpadowi na mniejsze fragmenty i fotolizie ulega rodnik chloru, który jest katalizatorem przyśpieszającym rozkład ozonu. Jedna cząsteczka freonu może rozłożyć kilka tys. cząsteczek ozonu. Skutki: dziura ozonowa - rozrzedzenie warstwy ozonowej, kwaśne deszcze, zjawisko globalnego zanieczyszczenia, kwaśne deszcze - powodują obniżenie Ph i skażenie jezior.

Mechanizm reakcji katalitycznych - teoria stanu przejściowego przyjmuje, że rozpad kompleksu aktywnego decyduje o szybkości całej reakcji. Reakcje katalityczne to zjawiska przyśpieszania reakcji przez katalizatory. Istnieją dwa rodzaje katalizatorów: dodatnie, które przyśpieszają reakcję i ujemne, które spowalniają reakcję. Katalizator nie ma wpływu na ułożenie równowagi końcowej, do której zmierza dany proces chemiczny. Obniża energię aktywacji katalizowanej reakcji i zwiększa wartość stałej szybkości reakcji katalitycznych. Mechanizm reakcji katalitycznych: 1.A+BC+D 2.A+B+K[A,B,K] (nietrwałe przejściowe połączenie substratów z katalizatorem) 3.[A,B,K]C+D+K.

Katalizatory - katalizator to substancja, której obecność w układzie powoduje zmianę szybkości reakcji chem. Proces przebiegający w obecności katalizatora to proces katalityczny. Skład chem. katalizatora przed i po reakcji pozostaje niezmieniony. Reakcja katalityczna jednofazowa (homogeniczna) proces katalityczny, w którym katalizator tworzy fazę z jednolitym układem reagującym. Reakcja katalityczna wielofazowa - heterogeniczna - proces katalityczny, w którym katalizator tworzy odrębną fazę niż układ reagujący. Katalizator dodatni - przyspieszający reakcję chem. Katalizatory ujemne - to takie, które opóźniają przebieg reakcji chem. Katalizatory działają w sposób specyficzny i subiektywny tzn, że dany katalizator może przyspieszyć lub opóźnić przebieg jednej lub kilku reakcji nie wpływając na przebieg reakcji pozostałych.

KATALIZA- zjawisko polegające na zmianie szybkości reakcji chemicznych pod wpływem substancji zwanej katalizatorem

KATALIZATOR-substancja, która może zainicjować reakcję, zmienić jej szybkość, prowadzić ją w określonym kierunku, katalizatory przyspieszające są stosowane w wielu syntezach chemicznych.

KATALIZA HOMOGENICZNA- proces katalizy zachodzącej w jednej fazie (gazu lub cieczy). Zastosowanie: najważniejsze są procesy petrochemiczne, np..: proces okso: z tlenku wapnia i wodoru w obecności alkanów tworzą się aldehydy i alkohole.

KATALIZA HETEROGENICZNA- to proces przebiegający w układzie złożonym z katalizatora w postaci ciała stałego (katalizator kontaktowy) oraz z reagentów obecnych w fazie gazowej lub ciekłej, otaczającej katalizator

Stan ciekły - cząsteczki znajdują się w bliskiej odległości (siły wzajemnego przyciągania) Charakterystyka: ciecze są bardzo mało ściśliwe, zachowują określoną objętość, nie posiadają własnego kształtu, nie mają prawidłowej budowy wew. (nie tworzą sieci krystalicznej), krótka droga swobodna cząstki (droga pomiędzy zderzeniami), mają poziomą powierzchnię swobodną. Parowanie - proces przechodzenia cieczy w gaz, panuje w każdej temp. i odbywa się z pow. cieczy. Cząsteczki odrywają się od pow. cieczy i przechodzą w gaz. Ciepło jest pobierane z otoczenia. Wzrost temp. cieczy = wzrostowi szybkości parowania i wzrostowi sprężystości pary nasyconej. Kondensacja - proces, w którym cząsteczki pary przechodzą w stan ciekły. Jest to proces odwrotny do parowania skraplanie, ma charakter procesu egzotermicznego, czyli wydzielania ciepła do otoczenia i jest procesem wzajemnie sprzężonym z parowaniem. Napięcie powierzchniowe cieczy- wielkość fizyczna charakteryzująca właściwość cieczy, dzięki której jej powierzchnia zachowuje się jak elastyczna błona. Powodowane jest to siłami między cząsteczkowymi. Im większa temperatura, tym mniejsze napięcie powierzchniowe. Napięcie jest współczynnikiem proporcjonalności między włożoną pracą i uzyskanym efektem powiększenia powierzchni. Im większe oddziaływania między cząsteczkowe w cieczy, tym większa tendencja do ograniczania warstwy powierzchniowej i tym większe napięcie powierzchniowe. Np.: środki piorące (mydło) zmniejszają napięcie powierzchniowe wody.

Lepkość - istnienie sił spójności między cząsteczkami cieczy powoduje, że przy przesuwaniu się warstwy cieczy względem cieczy występuje pewien opór zwany tarciem wewnętrznym lub lepkością cieczy. Wpływ mają siły oddziaływań międzycząsteczkowych. Lepkość cieczy gwałtownie maleje wraz z temperaturą, a rośnie z ciśnieniem.

Przemiany fazowe - przemiana fazowa to zmiana skupienia lub przejścia do innej odmiany polimorficznej (krzepnięcie, topnienie, parowanie, skraplanie, sublimacja). Ciecz + para to układ jednoskładnikowy dwufazowy, jeden stopień swobody (tylko jeden składnik może być zmieniony, żeby nie było przemiany fazowej). Krzywa parowania określa zależność prężności pary nasyconej od temp., wsp. punktów leżących na krzywej podają warunki ciśnienia i temp., dla których ciecz istnieje w równowadze z parą nasyconą.

Wiązania w sieci przestrzennej kryształów - kryształy molekularne zbudowane z odrębnych cząstek, w których atomy powiązane są przeważnie wiązaniami atomowymi, spójność za pomocą sił Van der Vaalsa, o 2F₂,Cl₂,Br₂,J₂, gazy szlachetne, większość substancji organicznych. Kryształy kowalencyjne - atomy połączone wiązaniami kowalencyjnymi, struktura trójwymiarowa, w której nie można wyróżnić oddzielnych cząstek, pośrednia struktura pomiędzy molekularną i kowalencyjną - tworzą się sieci warstwowe, między którymi istnieją wiązania Van der Vaalsa, diament, Si, Ge. Kryształy jonowe - zbudowane są z oddzielnych jonów “+/-“ prostych lub kompleksowych, oddziaływanie kulombowskie, dążność do jak najlepszego upakowania. Kryształy o wiązaniach metalicznych - sieć krystaliczna uporządkowana zbiorem jonów “+” pogrążonych w gazie elektronowym, który je spaja, elektrony należą jednocześnie do wszystkich atomów całego kryształu.

Ochrona przed korozją

*Niemetaliczne powłoki ochronne (farby, lakiery, emalie) - izolowanie powierzchni metali od dostępu tlenu i wilgoci, *nieorganiczne warstwy ochronne (oksydowanie, fosforowanie), *dodatek inhibitorów zmniejszających szybkość korozji, *usuwanie składników korozyjnych ze środowiska: wyeliminowanie tlenu z wody, zobojętnianie substancji kwaśnych, usuwanie soli z wody, obniżenie wilgotności powietrza, usuwanie cząstek stałych z wody lub powietrza, *metaliczne powłoki ochronne z metali o niższym potencjale (Zn, Cr), *metaliczne powłoki ochronne z metali o wyższym potencjale (spełniają swoje zadanie, gdy są szczelne), *ochrona katodowa - metal chroniony łączy się z ujemnym biegunem prądu (cofnięcie procesu utleniania), *ochrona protektorowa - połączenie metalu chronionego z metalem o niższym potencjale - ogniwo zwarte.

Koloidy - rozproszone układy niejednorodne składające się z ośrodka ciągłego zwanego fazą rozpraszającą lub ośrodkiem dyspersyjnym i z tzw. fazy rozproszonej (zdyspergowanej), którą stanowią drobne cząstki, cząsteczki związków wielocząsteczkowych lub asjocjaty cząsteczkowe. Pod względem stopnia rozdrobnienia stanowią układy pośrednie między mieszaninami jednorodnymi a niejednorodnymi. Podział koloidów ze względu na stan skupienia fazy rozpraszającej I rozproszonej:

Ośrodek dyspersywny	Faza rozproszona	Przykład
Gaz	ciecz , ciało stałe	mgła , dym ,kurz
Ciecz	gaz , ciecz , ciało stałe	piana mydlana ,mleko homogenizowane
Ciało stałe	gaz , ciecz , ciało stałe	pumeks , kwarc mleczny , szkło rubinowe

• Koloidy liofobowe - małe powinowactwo do rozpuszczalnika (sole metali , tlenków metali , siarczków metali , wodorotlenków metali)

• Koloidy liofilowe - duże powinowactwo do fazy rozpraszającej (żelatyna , kleje , białka , skrobie)

Procesy osmozy - zjawisko polegające na samorzutnym przenikaniu cząsteczek rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną z czystego rozpuszczalnika do roztworu lub z roztworu o niższym stężeniu do roztworu o wyższym stężeniu. Przez błonę półprzepuszczalną mogą przenikać cząsteczki rozpuszczalnika H₂O, natomiast nie przenikają cząsteczki sub zwłaszcza wielocząsteczkowych (cukier). Błony półprzepuszczalne - membrany osmotyczne: naturalne (roślinne lub zwierzęce ), syntetyczne (celofan, octan celulozy). Ciśnienie osmotyczne - ciśnienie hydrostatyczne cieczy wzniesionej zapobiegające dalszemu procesowi osmozy. Roztwory o jednakowych stężeniach różnych sub w tej samej temp wywierają takie samo ciśnienie osmotyczne. Według vant Hoffa ciśnienie osmotyczne Π nie zależy od rodzaju membrany, ale zależy od stężenia substancji rozpuszczonej i temp. Jest równe ciśnieniu jakie w tej samej temp. wywierałyby cząsteczki substancji rozpuszczonej, gdyby w stanie gazowym zajmowały objętość roztworu. Π=CRT Ciśnienie osmotyczne roztworu jest funkcją jego stężenia i temp. układu. Cząsteczki substancji rozpuszczonej w roztworze rozcieńczonym zachowują się podobnie jak cząsteczki gazu.

Odwrócona osmoza służy do oddzielenia wody (rozpuszczalnika) od subst. rozpuszczonej. Pod wpływem wywieranego ciśnienia z zewnątrz, roztwór ulega zagęszczeniu wskutek wypierania z niego cząsteczek wody przenikających przez membranę osmotyczną. Otrzymany produkt jest praktycznie czystą wodą. Odwrócona osmoza jest procesem wysokociśnieniowym, w którym ciśnienie zewnętrzne, p, przeciwstawia się ciśnieniu osmotycznemu π roztworu. W zależności od rodzaju membrany i warunków prowadzenia procesu, ciśnienie pracy mieści się w zakresie wartości 2 do 10 HPa. Ciśnienie to powinno być wyższe od ciśnienia osmotycznego roztworu. Odwrócona osmoza znajduje zastosowanie w procesach odsalania wód morskich, wód dołowych z kopalń, ścieków przemysłowych o charakterze mineralnym, wycieków z wysypisk odpadów komunalnych i przemysłowych, demineralizacji wody zasilającej kotły parowe, przygotowania wody ultraczystej, wymaganej w niektórych gałęziach przemysłu np. w przemyśle energetycznym, farmaceutycznym, w energetyce jądrowej. Proces odwróconej osmozy jest bardzo skuteczny w usuwaniu substancji org., takich jak np. chlorowane związki org., substancje wirusowe i inne z wód przeznaczonych do picia i na potrzeby gospodarcze.

Zasada - związek odszczepiający jony wodorotlenowe OH^- w roztworach wodnych. Zgodnie z teorią Bronsteda kwasem nazywamy substancję zawierającą cząsteczki lub jony zdolne do oddawania protonów (donery protonów) zaś zasadą jest substancja zawierająca cząsteczki lub jony zdolne do przyjmowania protonów (akceptory protonów).

Proces dysocjacji kwasów - teoria protolityczna Bronsteda głosi, że rolę kwasu może spełniać nie tylko cząsteczka obojętna, ale też jon dodatni bądź ujemny.

HSO₄^- + H₂O H₃O⁺ + SO₄^2-
dysocjacja kwasów wg Bronsteda

NH₄⁺ + H₂O H₃O⁺ + NH₃

Definicja kwasu wg Bronsteda: Kwas to substancja, która zawiera cząsteczki lub jony zdolne do oddawania protonów (donory protonów), zasadą zaś jest substancja zawierająca cząsteczki lub jony zdolne do przyjmowania protonów (akceptory protonów)

Kwas A oddając proton staje się zasadą B. Zasada B łącząc się z protonem, przechodzi z powrotem do kwasu A. A B + H⁺. Wynika stąd, że kwas A jest sprężony z zasadą B. Moc kwasu B ściśle wiąże się ze stopniem jego dysocjacji. Dysocjacja kwasów w roztworach wodnych zależy od tendencji cząsteczek kwasu do oddawania protonów oraz od jego stężenia. Charakteryzując indywidualne właściwości kwasów i zasad najczęściej posługujemy się wielkością zwaną stałą dysocjacji. Stałą tę można wyprowadzić, analizując równanie dysocjacji kwasu w roztworze wodnym.

Hybrydyzacja orbitali atomowych - otrzymywanie nowych orbitali przez matematyczne przekształcenie orbitali atomowych tego samego atomu o różnych wartościach pobocznej liczby kwantowej. Takiemu przekształceniu poddaje się tylko orbitale z powłok walencyjnych. Wyróżniamy hybrydyzację typu:

sp - polega ona na tworzeniu 2 orbitali atomowych o jednakowym kształcie, leżącym wzdłuż jednej osi i skierowanych w przeciwnym kierunku, jako kombinacji liniowej dwóch orbitali typu s i typu p.

sp² - prowadzi do utworzenia 3 orbitali atomowych o jednakowym kształcie, skierowanych ku wierzchołkom trójkąta równobocznego (kombinacja 3 orbitali at. s i 2p)

sp3 - prowadzi do utworzenia 4 orbitali atomowych (utworzenie kombinacji liniowej 4 orbitali at. orbitalu s i 3 orbitali p)

Np. NH₃ (kąt między N-N=106°45′) - bliski kąta dla hybrydyzacji sp³ - hybrydyzacja tetragonalna.

BeCl₂ - hybrydyzacja sp (dwugonalna)

Cechy ciała stałego - mają określony kształt i objętość, są sztywne i nie wykazują zjawiska płynności, gęstość bardzo nieznacznie zależy od temp. i ciśnienia, mają uporządkowaną budowę wewnętrzną - regularne rozmieszczenie atomów w sieci przestrzennej, są ciałami anizotropowymi (ciała jednorodne wykazujące zależność swoich własności od kierunku badania kryształu). Prawo symetrii: (prawo stałości kątów) w kryształach danego rodzaju nie zależnie od rozmiarów i defektów, kąty zawarte między tymi samymi ścianami zachowują w danej temp. niezmienną wartość. Parametry sieci przestrzennej: a,b,c - trzy krawędzie komórki sieciowej (najmniejszy element tworzący sieć przestrzenną) ; α,β,γ - kąty między krawędziami .

Gazy rzeczywiste - wykazują odstępstwa od praw gazowych dla gazów doskonałych. Gaz doskonały pv/RT=1. Gazy rzeczywiste pv/RT≠1 - uzyskana wartość jest miarą odchylenia od stanu doskonałego. Gazy rzeczywiste zbliżają się swoim zachowaniem do gazów doskonałych gdy znajdują się pod niskim ciśnieniem i wysoką temp. w porównaniu do ich temp. skraplania.

Wiązania metaliczne - atomy pierwiastków metalicznych mają niski potencjał jonizacyjny. Stąd też nie wykazują one tendencji do tworzenia wiązań kowalencyjnych między sobą. Metale charakteryzują się b.dobrym przewodnictwem elektrycznym, co sugeruje, że e^- mogą się w nich swobodnie przemieszczać pod wpływem nawet niewielkiego pola elektrycznego. W izolowanych atomach metali, elektrony mogą poruszać się dookoła jednego jądra po ściśle określonych powłokach i podpowłokach. Natomiast w sieci krystalicznej metalu, każdy e^- walencyjny znajduje się pod wpływem równocześnie kilku jąder sąsiednich atomów. Oddziaływanie atomów powoduje rozszczepianie początkowo ściśle określonych pozycji energ. elektronów. Poszczególne podpoziomy w odległościach międzyatomowych sieci krystalicznej metalu przechodzą w jedno ciągłe pasmo przewodnictwa. Elektrony walencyjne mogą się swobodnie przemieszczać w tej sieci tworząc tzw. morze elektronowe zw. gazem elektronowym o ładunku „-” równoważącym ładunek „+” zjonizowanych atomów metalu. Cały układ jest, zatem elektrycznie obojętny. Wiązanie metaliczne nie ma charakteru kierunkowego jak np. wiązanie kowalencyjne. Elektrony walencyjne tworzące gaz elektronowy w jednakowym stopniu należą do wszystkich atomów metalu. Wysoki stopień delokalizacji elektronów walencyjnych powoduje, że metale wykazują specyficzne właściwości cieplne, mechaniczne, wysokie przewodnictwo elektryczne, efekty foto- i termoelektryczne itp. Wiązania metaliczne zalicza się do wiązań zdelokalizowanych.

Reakcja chem. - to proces, który z cząsteczek jonów lub atomów substancji wyjściowych zwane substratami powstają cząsteczki, jony lub atomy zwane produktami reakcji. Właściwości substratów ≠ wł. produktów. Reakcja chem. polega na przegrupowaniu atomów z jednoczesnym rozerwaniem wiązań chem. w cząsteczkach substratów i z wytworzeniem się nowych w cząsteczkach produktów. Typy reakcji chem.: 1)syntezy 2)rozkładu 3)wymiany 4)utleniania i redukcji. Mogą mieć charakter jonowy, cząsteczkowy, rodnikowy, mogą być odwracalne i nieodwracalne, homo- i heterogeniczne (ze względu na stan skupienia substratów i produktów). Reakcje syntezy: następują w wyniku łączenia się substratów, np. reakcja syntezy amoniaku z wodoru i azotu 3H₂ + N₂ 2NH₃ Jest to reakcja cząsteczkowa, odwracalna (w zależności od warunków), homogeniczna (substraty i produkty w tym samym stanie skupienia). Do szczególnych przypadków r. syntezy należą reakcje polimeryzacji i kopolimeryzacji. Polimeryzacja jest procesem, w którym następuje łączenie się cząsteczek tego samego substratu (monomery), prowadzące do utworzenia substancji wielocząsteczkowej polimeru. Np. synteza polichlorku winylu z chlorkiem winylu. Polichlorek winylu jest tworzywem sztucznym, stosowanym w instalacjach sanitarnych, w elektronice i budownictwie (PCV). Kopolimeryzacja - proces, w którym następuje łączenie się cząsteczek różnych substratów (monomerów) prowadzące do utworzenia (syntezy) substancji wielocząsteczkowej - kopolimeru. Np. mocznik + aldehyd mrówkowy = żywica mocznikowa (jest stosowana do produkcji klejów, a po ich utwardzeniu do produkcji porowatych tworzyw piankowych, używanych w budownictwie do izolacji termicznej i akustycznej)

Reakcje REDOX - w reakcjach tych następuje wymiana elektronów między substancjami: utleniającą i redukującą. Do procesów utleniania można zaliczyć łączenie się tlenu a także innych pierwiastków niemetalicznych z pierwiastkami metalicznymi. Procesy odwrotne należą do procesów redukcji. Np. Mg + 1/2O2 MgO Tlenek magnezu ma strukturę jonową, reakcja zachodzi z udziałem elektronów. Przykład: Mg Mg2+ + 2e- (utlenianie) 1/2O2 + 2e- O2- (redukcja) Mg + 1/2O2 Mg2+ + O2- (reakcja sumaryczna).

Proces utleniania sprowadza się do odebrania elektronów atomom, jonom lub obojętnym cząsteczkom. Proces redukcji ma miejsce wówczas, gdy w układzie oprócz atomów, jonów cząsteczek oddających e^- są też atomy przyjmujące e-. Procesowi utleniania towarzyszy proces redukcji i na odwrót. Redox składa się zawsze z dwóch równoczesnych procesów: utleniania i redukcji. Procesowi utleniania towarzyszy oddawanie e- przez reduktor i przyjmowanie e- przez utleniacz. Procesy cząstkowe (utl. i red) nazywamy reakcjami połówkowymi, a po dodaniu stronami dają sumaryczną redox. Def. redox została poszerzona o stopień utlenienia (wyraża on liczbę „+” lub „-” ładunków elementarnych, jakie można by przypisać atomom danego pierwiastka, gdyby substancja ta miała budowę jonową). W procesie utlenienia następuje wzrost, a w procesie redukcji obniżenie wartości stopni utlenienia pierwiastka w cząsteczkach lub jonach. Zmiana st. utlenienia jest wprost proporcjonalna do ilości oddawanych bądź przyjmowanych e- przez atomy. Szczególnym przypadkiem reakcji redox jest reakcja dysproporcji, w której zachodzi jednoczesne utlenianie i redukcja tego samego pierwiastka w cząsteczce. Jeden z atomów podwyższa swój st. utlenienia, drugi obniża. Np. 2Cl1+ + 4e- 2Cl1- (red.) Cl1+ Cl5+ + 4e- (utl.).

Reakcje chemiczne - reakcja chemiczna- jest procesem, w którym z cząsteczek jonów lub atomów (substratów) powstają cząsteczki, jony lub atomy zwane produktami.

Kryteria podziału reakcji chemicznych:

-schemat reakcji (reakcje syntezy, rozkładu, wymiany

-charakter jednostek biorących udział w reakcji (reakcje jonowe, cząsteczkowe, rodnikowe)

-stan skupienia substratów i produktów (reakcje homogeniczne i heterogeniczne)

-efekt cieplny reakcji (reakcje egzo i endotermiczne)

-odwracalność, bądź nieodwracalność reakcji

REAKCJE REDOKS to reakcje utleniania i redukcji, są to reakcje, w których następuje wymiana elektronów między substancjami: utleniającą i redukującą

STOPIEŃ UTLENIENIA- określa się w stosunku do pierwiastka chemicznego wchodzącego w skład określonej substancji i wyraża on liczbę dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych, jakie można by przypisać atomom tego pierwiastka, gdyby substancja ta miała budowę jonową. Zmiana stopni utlenienia jest wprost proporcjonalna do ilości oddawanych bądź przyjmowanych elektronów przez atomy pierwiastków w cząsteczkach lub jonach utleniaczy i reduktorów.

ENTALPIA REAKCJI- jest to funkcja termodynamiczna (oznaczmy symbolem H) stanu

Kinetyka chemiczna- dział chemii fizycznej zajmującej się badaniem szybkości reakcji chemicznych oraz wpływu różnych czynników na ich przebieg. Chodzi tu przede wszystkim o badanie wpływu temperatury, ciśnienia, stężenia substancji chemicznych na szybkość reakcji.

Szybkość reakcji- wyraża zmianę stężenia reagujących substancji w jednostce czasu. Zależy od: rodzaju i stężenia substratów reagujących; temperatury układu reagującego i obecności w nim katalizatora.

Równowaga - stan układu fizycznego, w którym nie zachodzą samorzutnie żadne zmiany. Procesy w takim układzie zachodzą równoważnie w obu kierunkach- jest to równowaga dynamiczna.

Hydroliza- proces rozkładu określonych substancji (soli) następujący pod wpływem wody. Hydrolizie ulegają: sole słabych kwasów i mocnych zasad; sole słabych zasad i mocnych kwasów; sole słabych zasad i słabych kwasów. Hydrolizie nie ulegają sole mocnych kwasów i mocnych zasad, np. HCl. Produktem jest drobina stanowiąca słaby kwas i jon OH- (hydroliza anionowa) lub drobina stanowiąca słabą zasadę i jon H+ (hydroliza kationowa). Sól ta w roztworze wodnym dysocjuje całkowicie, zgodnie z równaniem:

NH4CL →NH4+ + CL-

NH4+ + H20 ↔ NH3 + H30+

H3O+ + Cl- ↔HCl + H20

W wyniku tej reakcji odczyn roztworu staje się kwaśny.

---