podst chemii 01 07 08

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Podstawy chemii (2)
Podstawy chemii
• Wykład – 3 godz./tydzień
• Ćwiczenia 3 godz./tydzień
•
• Wykładowca:
– Prof. dr hab. Stanisław Komornicki
– A-0, III p. 305, tel (12) (617) 24-88
– E-mail:
komornik@uci.agh.edu.pl
– Strona www:
Elementy nauk
ś
cisłych
•
Egzamin pisemny
•
Ocena końcowa = 0,4•OC + 0,6•OE
•
Chemia ma charakter
przedmiotu selekcyjnego
, co
oznacza, Ŝe jego zaliczenie warunkuje dalsze
studia.
•
Jest teŜ wiele kolejnych przedmiotów, do których
Podstawy chemii
są niezbędne ...
1
2
Najwa
Ŝ
niejsze podr
ę
czniki
Podstawy chemii (3)
• Do czego słuŜą wykłady i jak się zdaje
egzamin ?
• Program wykładów i ćwiczeń odpowiada
dokładnie zawartości egzaminu, a to, co jest
w podręcznikach niekoniecznie
• Egzamin jest pisemny
• Ŝeby do niego przystąpić, trzeba zaliczyć
ćwiczenia (trzy szanse)
• kaŜdy ma prawo zdawać egzamin trzykrotnie
* A.Bielański -
Chemia ogólna i nieorganiczna
* A.Bielański -
Podstawy chemii nieorganicznej
* F.A.Cotton, G. Wilkinson, P.L.Gaus -
Chemia
nieorganiczna. Podstawy.
* J.D.Lee -
Zwięzła chemia nieorganiczna
* P.A. Cox –
Chemia nieorganiczna. Krótkie wykłady
* dla bardziej ambitnych:
* R.G.Wells -
Strukturalna chemia nieorganiczna
* L. Jones, P. Atkins –
Chemia ogólna
* Wszelkie inne podręczniki mające w nazwie - chemia
ogólna lub chemia nieorganiczna
3
4
Chemia jest nauk
ą
przyrodnicz
ą
Jednostki miar w układzie SI
•
Definicja:
–
chemia jest nauk
ą
, która zajmuje si
ę
składem, struktur
ą
i wła
ś
ciwo
ś
ciami substancji oraz reakcjami, w których
jedna substancja zmienia si
ę
w inn
ą
Wielkość Symbol Jednostka
Masa
m
kg (g)
Długość
l
m
(powierzchnia
S
[
m
2
], objętość
V
[
m
3
])
Czas
•
Zasady nowoczesnej chemii:
–
poszukiwanie prawidłowo
ś
ci w zachowaniu si
ę
ró
Ŝ
nych
substancji
–
poszukiwanie modeli, które tłumacz
ą
obserwacje
–
modele powinny tłumaczy
ć
zachowanie innych
substancji i je
ś
li to mo
Ŝ
liwe obejmowa
ć
relacje
ilo
ś
ciowe
–
modele powinno da
ć
si
ę
weryfikowa
ć
do
ś
wiadczalnie
t
s
Prąd elektryczny
I
A
Temperatura
T
K
Ilość materii
n
mol
NatęŜenie światła
I
v
cd
5
6
1
Inne jednostki (pochodne)
Przedrostki wielokrotności jednostek
• mniejsze
– m
- mili 10
-3
=0,001
– µ
- mikro 10
-6
– n
- nano 10
-9
– p
- piko 10
-12
– f
- femto 10
-15
• większe
– k
- kilo 10
3
=1000
– M
- mega 10
6
– G
- giga 10
9
– T
- tera 10
12
Energia
J
kg m
2
s
-2
Częstość
Hz
s
-1
Siła
N
kg m s
-2
Ciśnienie
Pa
kg m
-1
s
-2
Ładunek elektryczny
C
A s
Pojemność elektryczna
F
A
2
s
4
kg
-1
m
-2
Potencjał elektryczny
V
kg m
2
s
-3
A
-1
Opór elektryczny
Ώ
kg m
2
s
-3
A
-2
7
8
Materia jest zbudowana z atomów (1)
Materia jest zbudowana z atomów (2)
•
Demokryt z Abdery (ok. 460 – ok. 370
p.n.e.
–
natura jest ci
ą
głym ruchem
materialnych, niepodzielnych
i wiecznych cz
ą
stek (atomów), których
poł
ą
czenie daje w efekcie ró
Ŝ
norodne
ciała; jako zwolennik determinizmu
uwa
Ŝ
ał,
Ŝ
e wszystko ma swoj
ą
przyczyn
ę
• John Dalton (1803):
–
materia składa si
ę
z niepodzielnych i
niezniszczalnych atomów;
–
wszystkie atomy jednego pierwiastka s
ą
identyczne;
–
atomy ró
Ŝ
nych pierwiastków maj
ą
ró
Ŝ
ne
masy i wła
ś
ciwo
ś
ci chemiczne;
–
atomy nie mog
ą
zosta
ć
stworzone lub
zniszczone. Je
ś
li zwi
ą
zek ulega rozkładowi,
atomy pozostaj
ą
niezmienione.
(1766 - 1844)
9
10
Atom jest podzielny
Składa się z cząstek elementarnych
ATOM
~ 10
-18
m
MASA
ŁADUNEK
r
1,66
@
10
-24
g
+ e
PROTON
~ 10
-17
m
~ 10
-10
m
s
9,11
@
10
-29
g
- e
ELEKTRON
Jądro =>
1,66
@
10
-24
g
0
NEUTRON
e = 1,602@10
-19
C
11
12
2
Oddziaływania w atomie
Identyczność atomów
• Atomy
tego samego pierwiastka
mają taką
samą liczbę protonów w jądrze;
– Jeśli róŜnią się liczbą neutronów, to mamy do
czynienia z
izotopami
tego samego pierwiastka;
– Jeśli suma ładunków elektrycznych protonów w
jądrze i elektronów „na zewnątrz” jest róŜna od
zera, to mamy do czynienia z
jonami
pochodzącymi od danego pierwiastka;
• KaŜdy pierwiastek ma przyporządkowany
odpowiedni 1-2 literowy symbol, związany
z jego łacińską nazwą
• Oddziaływania natury elektrostatycznej:
– proton
-
elektron
-
przyciąganie
– proton
-
proton
-
odpychanie
– elektron
-
elektron -
odpychanie
Prawo Coulomba:
q
×
q
1
2
F ~
2
r
13
14
Pierwiastki i ich izotopy
Jak określić masę atomów ? (1)
•
Spektrometria (spektrografia) masowa pozwala
określić wzlędną masę atomów i cząsteczek
[
J.J.Thompson (1907)]
liczba masowa
(protony + neutrony)
º
A
liczba atomowa
º
Z
(protony)
X
³
symbol nuklidu
Strumień
atomów
(cząstek)
Jonizacja
Detektor
Liczba neutronów =
A - Z
Przykład - siarka ma 4 róŜne izotopy:
Strumie
ń
zjonizowanych
cz
ą
stek
Elektromagnes
3
16
33
16
3
16
3
16
S,
S,
S,
S
15
16
Jak określić masę atomów ? (2)
Jak określić ilość substancji ? (1)
• Umownie:
– 1 mol danej substancji zawiera dokładnie tyle
samo cząstek, ile zawiera
12 gramów
izotopu
węgla
12
C
– 1 atom węgla
12
C ma masę 12,000 u
– 1 mol węgla
12
C ma masę 12,000 g
– 1 mol węgla będący mieszaniną izotopów
12
C,
13
C i
14
C ma masę 12,011 g
• Masa mola (w gramach!) danej substancji
nosi nazwę
masy molowej
• Jednostka masy atomowej (umowna!) :
C
12
6
1/12 masy izotopu = 1 j.m.a. [u]
1 j.m.a. [u] = 1, 6605•10
-24
g
1 g = 6,02214 •10
23
u
Przykład:
Naturalny węgiel składa się z izotopów
12
6
13
6
14
6
C
(98,89%),
C
(1,08%),
C
(slady)
98,89
1,08
12
,
000
u
·
+
13
,
003
u
·
=
12
,
011
u
100
100
17
18
3
Jak określić ilość substancji ? (3)
Jak określić ilość substancji ? (2)
• Liczba N
A
nosi nazwę liczby Avogadro
• MoŜemy zatem - posługując się pojęciem
mola - łatwo dokonywać konwersji mas na
liczbę atomów i cząsteczek i odwrotnie:
•
Mole dwóch róŜnych substancji róŜnią się masą,
choć zawierają tyle samo atomów (cząsteczek)
•
Masa 1 atomu Al = 26,982 u, jest on zatem 2,2485
razy cięŜszy niŜ 1 atom
12
C. Taka sama jest zatem
proporcja mas molowych: 12 g ·2,2485 = 26,892 g
Liczba Avogadro
N
A
•
Je
ś
li podzielimy mas
ę
molow
ą
12
C przez mas
ę
1
atomu (w gramach), to otrzymamy liczb
ę
atomów
w 1 molu (tak samo dla dowolnej substancji !!!)
Masa
substancji
Masa molowa
Liczba
moli
Liczba atomów
(cząsteczek)
Skala
makroskopowa
Skala
atomowa
12,000
g
23
23
=
6
0221367
×
10
»
6
02
×
10
=
N
A
-
24
1,6605
×
10
g
19
20
Pierwiastki i związki chemiczne
Jak określić ilość substancji ? (4)
• Hipoteza Avogadro:
–
W jednakowych obj
ę
to
ś
ciach
gazów znajduj
ą
si
ę
jednakowe
ilo
ś
ci cz
ą
steczek
•
Pierwiastek składa si
ę
z atomów tego
samego rodzaju (tj. maj
ą
cych tak
ą
sam
ą
ilo
ść
protonów w j
ą
drze)
•
Zwi
ą
zek chemiczny składa si
ę
z ró
Ŝ
nego
rodzaju atomów poł
ą
czonych ze sob
ą
wi
ą
zaniami chemicznymi
•
Mieszanina składa si
ę
z pierwiastków lub
zwi
ą
zków chemicznych, które nie s
ą
poł
ą
czone pomi
ę
dzy sob
ą
wi
ą
zaniami
chemicznymi
p
×
V
p
×
V
=
n
×
R
×
T
;
n
=
R
×
T
n - liczba moli gazu, V - objętość gazu, p - ciśnienie gazu
(1,013·10
5
Pa), R - stała gazowa (8,314 J·mol
-1
·K
-1
), T -
temperatura (298 K)
Objętość 1 mola gazu
w warunkach normalnych
wynosi 22,414 dm
3
(l)
21
22
Klasyfikacja materii
MATERIA
Przemiany (reakcje) chemiczne (1)
• Synteza:
A + B => AB
(A i B mogą być pierwiastkami lub
związkami chemicznymi)
• Analiza (rozkład):
AB => A + B
(A i B mogą być pierwiastkami lub
związkami chemicznymi)
• Wymiana:
AB + CD => AC + BD
(reakcja A + BC => AC + B jest przypadkiem
szczególnym)
MIESZANINY
CZYSTE
SUBSTANCJE
JEDNORODNE
NIEJEDNORODNE
PIERWIASTKI
ZWI
Ą
ZKI
CHEMICZNE
METALE
ROZTWORY
ROZTWORY
KOLOIDALNE (ZOLE)
NIEMETALE
NIEORGANICZNE
ORGANICZNE
23
24
4
Przemiany (reakcje) chemiczne (2)
Układanie równań chemicznych - podstawowe prawa
PRAWO ZACHOWANIA MASY:
substraty produkty
masa substratów = masa produktów
Zasady uzgadniania równań reakcji chemicznych
Zapis reakcji chemicznej ma charakter równania
•
Musi być spełnione
prawo zachowania masy
, to znaczy,
Ŝe po obu stronach reakcji musi być taka sama liczba
atomów kaŜdego rodzaju
reakcja
¾
¾¾
®
•
Musi być spełnione
prawo stałości składu (prawo
stosunków stałych)
, to znaczy, Ŝe kaŜdy związek
chemiczny będzie mieć zawsze taki sam wzór,
niezaleŜnie od sposobu, w jaki został utworzony
Antoine Lavoisier, 1785
Antoine Lavoisier
(1743 - 1791)
PRAWO STOSUNKÓW STAŁYCH:
Skład chemiczny danej substancji
(wzajemny stosunek liczby atomów =
wzajemny stosunek liczby moli) jest
zawsze taki sam, niezale
Ŝ
nie od
sposobu jej otrzymania
•
JeŜeli w równaniu reakcji występują jony, to
sumaryczny ładunek elektryczny
jonów po prawej
stronie równania musi być taki sam jak po lewej
Joseph-Louis Proust
(1754 - 1826)
25
26
Co decyduje o właściwościach atomu ?
• masa (protony + neutrony + elektrony)
– prawie cała masa atomu skupiona jest w jądrze,
wkład elektronów jest niewielki
•
ładunek jądra oraz liczba elektronów
– wzajemne oddziaływania o charakterze
elektrostatycznym
•
ułoŜenie elektronów (konfiguracja)
– istotne dla właściwości chemicznych są
zwłaszcza elektrony połoŜone daleko od jądra
27
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

fotocafe.xlx.pl