Tablice chemiczne by Wydawnictwo Podkowa

Zbiory zadań dostosowane są do podstawy programowej z dnia 27.08.2012 r.

(V (X Liceum Ogólnokształcące w Gdańsku) Liceum Ogólnokształcące w Gdyni) (X Liceum Ogólnokształcące w Gdyni) (X Liceum Ogólnokształcące w Gdyni)

Jolanta Sawicka Anna Janich-Kilian Wies³awa Cejner-Mania Gizela Urbañczyk

C H E M IC C C H A H H E E E M M M III A A A

ISBN 978-83-65120-94-6

TABLICE CHEMICZNE TABLICE TABLICE TABLICECHEMICZNE CHEMICZNE CHEMICZNE

„ [...] Tablice chemiczne stanowią zbiór tablic, pojęć, wzorów i równań chemicznych. Oprócz definicji podstawowych pojęć chemicznych przedstawiono wiele ważnych informacji z zakresu analizy chemicznej, spektroskopii, ochrony środowiska i toksykologii. W tabelach znajdzie Czytelnik wiele stałych fizyko-chemicznych, właściwości pierwiastków i związków chemicznych, występowania i roli pierwiastków w organiźmie człowieka oraz symbole substancji dodawanych do pro„ [...] Tablice chemiczne stanowią zbiór tablic, pojęć, „„ [...] chemiczne stanowią zbiór pojęć, duktów spożywczych, wprowadzone przez tablic, Unię Euro[...] Tablice Tablice chemiczne stanowią zbiór tablic, pojęć, wzorów i równań chemicznych. Oprócz definicji podwzorów i równań chemicznych. Oprócz definicji podpejską. [...]” wzorów i równań definicji wiele podstawowych pojęć chemicznych. chemicznych Oprócz przedstawiono stawowych pojęć chemicznych przedstawiono wiele prof. dr hab. Romuald Piosik stawowych pojęć chemicznych przedstawiono wiele ważnych informacji z zakresu analizy chemicznej, spekważnych informacji zz zakresu chemicznej, spek(Uniwersytet Gdański) ważnych zakresu analizy analizy chemicznej, troskopii,informacji ochrony środowiska i toksykologii. W spektabetroskopii, ochrony środowiska i toksykologii. W troskopii, ochrony środowiska i toksykologii. W tabetabelach znajdzie Czytelnik wiele stałych fizyko-chemiczlach znajdzie Czytelnik wiele stałych fizyko-chemicz„[...] Bardzo starannie zebrany i dobrany materiał z calach znajdzie Czytelnik wiele stałych fizyko-chemicznych, właściwości pierwiastków i związków chemicznych, właściwości pierwiastków i związków chemiczłego zakresu podstaw chemii przedstawiony w postaci nych, właściwości pierwiastków i związków chemicznych, występowania i roli pierwiastków w organiźmie nych, występowania ii roli pierwiastków organiźmie zbioru definicji podstawowych pojęć, tabelw najważniejnych, występowania roli pierwiastków w organiźmie człowieka oraz symbole substancji dodawanych do proczłowieka oraz symbole substancji dodawanych do staproszych wielkości dobrze dobranych przykładów człowieka oraz oraz symbole substancji dodawanych produktów spożywczych, wprowadzone przez UniędoEuroduktów spożywczych, wprowadzone przez Unię Euronowi podstawowe kompendium wiedzy, z którego koduktów[...]” spożywczych, wprowadzone przez Unię Europejską. pejską. [...]” rzystać szkół ponadpodstawopejską.będą [...]”nie tylko uczniowie prof. dr hab. Romuald Piosik prof. dr Romuald Piosik wych, ale również studenci wszystkich tych kierunków prof. dr hab. hab. Romuald Piosik (Uniwersytet Gdański) (Uniwersytet Gdański) szkół wyższych, dla których znajomość podstaw chemii (Uniwersytet Gdański) jest niezbędna. Będzie to również swoista encyklopedia „[...] Bardzo starannie zebrany i dobrany materiał z ca„[...] Bardzo zebrany iii dobrany materiał zz cadla pracujących w laboratoriach pracowniach związa„[...] Bardzo starannie starannie zebranyprzedstawiony dobrany materiał całego zakresu podstaw chemii w postaci łego zakresu podstaw chemii przedstawiony w postaci nych z przemysłem. [...]” łego zakresu podstaw chemii przedstawiony w postaci zbioru definicji podstawowych pojęć, tabel najważniejzbioru definicji podstawowych prof. drpojęć, hab. tabel Jerzy najważniejKonarski zbioru definicji oraz podstawowych pojęć, tabel najważniejszych wielkości dobrze dobranych przykładów staszych wielkości oraz dobrze dobranych przykładów sta(Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu) szych podstawowe wielkości orazkompendium dobrze dobranych nowi wiedzy,przykładów z którego stakonowi podstawowe kompendium wiedzy, zz którego konowi podstawowe kompendium wiedzy, którego korzystać będą nie tylko uczniowie szkół ponadpodstaworzystać będą nie tylko uczniowie szkół ponadpodstawo„Tablice chemiczne są pozycją zasługującą na najwyższą rzystać będą nie tylko uczniowie szkół ponadpodstawowych, ale również studenci wszystkich tych kierunków wych, ale studenci chemii wszystkich kierunków uwagę uczniów i nauczycieli szkółtych średnich, bez wych, ale również również tych kierunków szkół wyższych, dlastudenci których wszystkich znajomość podstaw chemii szkół wyższych, dla których znajomość podstaw chemii względu na zakresdlarealizowanego w nichpodstaw materiału naszkółniezbędna. wyższych, których znajomość chemii jest Będzie to również swoista encyklopedia jest niezbędna. Będzie to również swoista encyklopedia uczania. Uczniowie odnajdą w niej jednocześnie źródło jest niezbędna. Będzie to równieżi swoista encyklopedia dla pracujących w laboratoriach pracowniach związadla pracujących w laboratoriach ii pracowniach związausystematyzowanej wiedzy, repetytorium oraz vademedla pracujących w laboratoriach pracowniach związanych z przemysłem. [...]” nych z przemysłem. [...]” cum wspierające ich proces kształcenia. Dla nauczycieli nych z przemysłem. [...]” prof. dr hab. Jerzy Konarski prof.pomoc dr hab. Jerzy stanowią one nie tylko cenną dydaktyczną, ale hab. Jerzyw Konarski Konarski (Uniwersytet prof. im. A.dr Mickiewicza Poznaniu) im.dotyczących A. Mickiewicza w Poznaniu) również źródło(Uniwersytet informacji najnowszych (Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu) trendów w podejściu do zakresu treści merytorycznych. „Tablice chemiczne są pozycją zasługującą na najwyższą „Tablice chemiczne są zasługującą na [...]” „Tablice chemiczne są pozycją pozycjąchemii zasługującą na najwyższą najwyższą uwagę uczniów i nauczycieli szkół średnich, bez uwagę uczniów i nauczycieli chemii szkół średnich, bez mgr inż. Alicja Cała uwagę uczniów i nauczycieli chemiiw szkół średnich, bez względu na zakres realizowanego nich materiału nawzględu na zakres realizowanego w nich materiału na(X Liceum Ogólnokształcące w Gdyni) względu na zakres realizowanego w nich materiału nauczania. Uczniowie odnajdą w niej jednocześnie źródło uczania. Uczniowie odnajdą w niej jednocześnie źródło uczania. Uczniowie odnajdą w niej jednocześnie źródło usystematyzowanej wiedzy, repetytorium oraz vademeusystematyzowanej wiedzy, repetytorium oraz vademeusystematyzowanej repetytoriumDla oraz vademecum wspierające ichwiedzy, proces kształcenia. nauczycieli cum wspierające ich proces kształcenia. Dla nauczycieli cum wspierające proces kształcenia. Dla nauczycieli stanowią one nieich tylko cenną pomoc dydaktyczną, ale stanowią one nie tylko cenną pomoc dydaktyczną, ale stanowią one nie tylko cenną pomoc dydaktyczną, ale również źródło informacji dotyczących najnowszych również źródło informacji dotyczących najnowszych również źródło informacji dotyczących najnowszych trendów w podejściu do zakresu treści merytorycznych. trendów w trendów w podejściu podejściu do do zakresu zakresu treści treści merytorycznych. merytorycznych. [...]” [...]” [...]” mgr inż. Alicja Cała mgr mgr inż. inż. Alicja Alicja Cała Cała

TABLICE

Jolanta Sawicka Anna Janich-Kilian Jolanta Anna Jolanta Sawicka Sawicka Anna Janich-Kilian Janich-Kilian Wies³awa Cejner-Mania Gizela Urbañczyk Wies³awa Gizela Wies³awa Cejner-Mania Cejner-Mania Gizela Urbañczyk Urbañczyk

CHEMICZNE

TABLICE Wydanie drugie

C CH HE EM M II C CZ ZN NE E

definicje wa¿ne informacje wzory

Jolanta Sawicka Anna Janich-Kilian Wiesława Cejner-Mania Gizela Urbańczyk

TABLICE CHEMICZNE Wydanie drugie

Gdańsk

Drukowano w roku 2015

Opinia dydaktyczna: Redakcja: Redaktor wydania:

mgr inż. Alicja Cała Jolanta Sawicka, Anna Janich-Kilian Halina Nahorska

Ilustracje:

Lech Chańko, Studio Graﬁczne Czarnecki

Skład komputerowy systemem TEX: Recenzje merytoryczne:

Lech Chańko prof. dr hab. Andrzej Burewicz prof. dr hab. Jerzy Konarski prof. dr hab.szkolnego Romuald Piosik do użytku przez ministra

Środek dydaktyczny zalecany właściwego do Opinia dydaktyczna: i wpisany mgr inż. Alicja Cała spraw oświaty i wychowania do wykazu środków dydaktycznych przeznaczonych do kształcenia ogólnego, doSawicka, nauczania na poziomie gimnazjum Redakcja: Jolanta Annachemii, Janich-Kilian i szkoły ponadpodstawowej, na podstawie recenzji rzeczoznawców: Redaktor wydania:

Halina Nahorska

prof. dr.Lech hab.Chańko, Andrzeja Burewicza, Ilustracje: Studio Graﬁczne Czarnecki prof. dr. hab. Romualda Piosika. Skład komputerowy systemem T X: Lech Chańko E

Numer zalecenia: 1184/2001.

LS KI E

T A

RZ YS TW

N H E M I CZ

Środek dydaktyczny zalecany do użytku szkolnego przez ministra właściwego do spraw oświaty i wychowania i wpisany do wykazu środków dydaktycznych przePolskie Towarzystwo Chemiczne zaleca niniejszą publikację dogimnazjum użytku znaczonych do kształcenia ogólnego, do nauczania chemii, na poziomie szkolnego. H i szkoły ponadpodstawowej, na podstawie recenzji rzeczoznawców: P C Numer zalecenia 44. prof. dr. hab. Andrzeja Burewicza, prof. dr. hab. Romualda Piosika. O

ISBN 978-83-88299-68-1 Numer zalecenia: 1184/2001.

O T

O A RZ YS TW

LS KI E

N H E M I CZ

H P C W

Polskie Polskie Towarzystwo Towarzystwo Chemiczne Chemiczne zaleca zaleca niniejszą niniejszą publikację publikację do do użytku użytku szkolnego. szkolnego. Numer Numer zalecenia zalecenia 44. 44. © Wydawnictwo Podkowa sp.j. Gdańsk, ul. Paganiniego 17/17 ISBN 978-83-65120-94-6 ISBN 978-83-88299-68-1

Dystrybucja i zamówienia: Skr. pocztowa 18, 80-460 Gdańsk 6 tel. 602 211 526 dział zamówień i reklamacji tel./fax 585 208 745 pinia@podkowa.gda.pl www.podkowa.gda.pl

25 stycznia 2008

„Tablice chemiczne” adresowane są przede wszystkim do uczniów gimnazjów i szkół średnich. Ze względu na bardzo obszerny materiał informacyjny mogą być również źródłem wiedzy dla studentów pierwszych lat studiów chemicznych i kierunków pokrewnych. Wszystkie informacje w nich zawarte oparte są na najnowszej nomenklaturze i międzynarodowych jednostkach zaakceptowanych przez IUPAC. Aby ułatwić Czytelnikowi szybkie znalezienie potrzebnej informacji zostały wprowadzone następujące oznaczenia: — deﬁnicje — ważne informacje — wzory Działy chemii wyróżniono kolorami: — podstawowe pojęcia i prawa chemiczne — podstawy chemii (chemia ogólna) — chemia ﬁzyczna — chemia nieorganiczna — chemia organiczna — analiza chemiczna — technologia chemiczna — ochrona środowiska naturalnego — tabele Mamy nadzieję, że publikacja ta będzie cennym środkiem dydaktycznym dla Czytelnika, ułatwi poznawanie wyodrębnionych dziedzin wiedzy chemicznej objętej programem edukacji.

Recenzentom prof. dr. hab. Romuladowi Piosikowi z Uniwersytetu Gdańskiego prof. dr. hab. Jerzemu Konarskiemu z Uniwersytetu im. A. Mickiewicza w Poznaniu prof. dr. hab. Andrzejowi Burewiczowi z Uniwersytetu im. A. Mickiewicza w Poznaniu oraz mgr inż. Alicji Cała LiceumOgólnokształcącego Ogólnokształcącegow w Gdyni zz VX Liceum Gdańsku serdeczne słowa podziękowania składają Autorki

Spis treści Podstawowe symbole i oznaczenia . . . . . . . .

Wybrane jednostki miar stosowane w chemii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Wielokrotności i podwielokrotności jednostek podstawowych . . . . . . . . . . . . . 9 Alfabet grecki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Wybrane stałe ﬁzyko-chemiczne . . . . . . . 10 Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne . . . 11 Pierwiastek, związek chemiczny . . . . . . . . Reakcja chemiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zjawiska ﬁzyczne, gęstość substancji . . . Masa atomowa i cząsteczkowa . . . . . . . . . Mol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gaz doskonały . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Podstawowe prawa chemiczne . . . . . . . . . .

11 12 13 14 15 15 16

Budowa atomu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Elementarne składniki atomu . . . . . . . . . . Model Rutherforda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Model Bohra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kwantowo-mechaniczny model atomu . . . Kształty konturów orbitali . . . . . . . . . . . Liczby kwantowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reguły zapełniania powłok i podpowłok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konﬁguracje elektronowe . . . . . . . . . . . . . Bloki energetyczne w układzie okresowym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stan podstawowy i wzbudzony atomu Hybrydyzacja orbitali . . . . . . . . . . . . . . . .

42 43 44 46 46 47

Dysocjacja jonowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Deﬁnicje kwasów i zasad . . . . . . . . . . . . . . . Moc elektrolitów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stopień dysocjacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aktywność jonów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stała dysocjacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prawo rozcieńczeń Ostwalda . . . . . . . . . . Iloczyn jonowy wody . . . . . . . . . . . . . . . . . Odczyn roztworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pH roztworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47 48 48 48 49 49 50 50 50

Reakcje jonowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

21 22

53 54 55 55 56 56

23 23 24

25 26 27 28 29

Wiązania chemiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Elektroujemność . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wiązanie jonowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wiązanie kowalencyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . Przykłady cząsteczek kowalencyjnych Przykłady kryształów kowalencyjnych Hybrydyzacja jako sposób wyjaśniania tworzących się wiązań . . . . . . . . . . . . . . Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane . . Inne rodzaje oddziaływań . . . . . . . . . . . . . . Budowa przestrzenna cząsteczek i jonów

Układ, układ dyspersyjny . . . . . . . . . . . . . . Roztwory koloidalne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Roztwory właściwe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stężenie roztworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sposoby wyrażania stężeń . . . . . . . . . . . . Reguła mieszania roztworów . . . . . . . . . .

17 17 17 18 19 20

Przemiany jądrowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Podział przemian jądrowych i ich charakterystyka . . . . . . . . . . . . . . . . . Jednostki promieniowania jądrowego i dawki pochłoniętej . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trwałość jąder atomowych . . . . . . . . . . . . . Ścieżka stabilności . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Szeregi promieniotwórcze . . . . . . . . . . . . . .

Roztwory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

31 31 33 36 37 38 39 40 41

Podział reakcji jonowych . . . . . . . . . . . . . . 51 Typy i charakterystyka reakcji jonowych 52 Termodynamika chemiczna . . . . . . . . . . . . . . 53 Podstawowe pojęcia termodynamiki chemicznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cykl termodynamiczny . . . . . . . . . . . . . . . Pierwsza zasada termodynamiki . . . . . . . . Rodzaje przemian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Efekt cieplny reakcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prawa termochemii, entalpia reakcji . . Zmiana entalpii przemian ﬁzykochemicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . Druga i trzecia zasada termodynamiki . . Entropia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entalpia swobodna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

57 58 58 59

Reakcje utleniania-redukcji (redoks) . . . . . 60 Stopień utlenienia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kierunek przebiegu reakcji redoks . . . . . . Dobieranie współczynników stechiometrycznych w równaniach reakcji redoks Szczególne rodzaje reakcji redoks . . . . . .

60 61 62 63

Półogniwa elektrochemiczne . . . . . . . . . . . . . 64 Klasyﬁkacja półogniw . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Ogniwa elektrochemiczne . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Przykłady ogniw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Korozja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Ochrona metali przed korozją . . . . . . . . . . 68

Spis treści Elektroliza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Termoelektroliza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Prawa elektrolizy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Szybkość reakcji chemicznych . . . . . . . . . . . . 71 Równanie kinetyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rząd reakcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stała szybkości reakcji . . . . . . . . . . . . . . . . . Reguła Van’t Hoﬀa . . . . . . . . . . . . . . . . . . Równanie Arrheniusa . . . . . . . . . . . . . . . . Podział reakcji pod względem kinetycznym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teorie kinetyczne (teoria zderzeń, teoria kompleksu aktywnego) . . . . . . . Kataliza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Katalizator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

71 71 72 73 73 74 75 76 76

Stała równowagi reakcji chemicznej . . . . . . 77 Wzory na stałą równowagi reakcji . . . . . Wpływ temperatury na wartość stałej równowagi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reguła przekory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stopień przemiany reakcji . . . . . . . . . . . . .

77 77 78 78

Tlenki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Wartościowość formalna . . . . . . . . . . . . . . . Nadtlenki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nazwy tlenków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metody otrzymywania tlenków . . . . . . . . . Podział tlenków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

79 79 79 80 80

Wodorki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Nazwy wodorków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Właściwości wodorków . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Wodorotlenki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Związki kompleksowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Nomenklatura związków kompleksowych Podział kompleksów ze względu na ładunek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Podział kompleksów ze względu na budowę liganda EDTA . . . . . . . . . . . . Trwałość związków kompleksowych . . . .

89 89 90 90

Izomeria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Podział izomerii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chiralność . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Izomeria konstytucyjna . . . . . . . . . . . . . . . . Izomeria szkieletowa . . . . . . . . . . . . . . . . . Izomeria podstawienia . . . . . . . . . . . . . . . Izomeria funkcyjna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stereoizomeria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Izomeria geometryczna cis-trans . . . . . . Przykłady izomerii geometrycznej związku nieorganicznego . . . . . . . . . . . . Izomeria optyczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zapis izomerów optycznych . . . . . . . . . . . Sposoby określania konﬁguracji izomerów optycznych . . . . . . . . . . . . . . . Rodzaje izomerów optycznych . . . . . . . . Skręcalność właściwa . . . . . . . . . . . . . . . . . Konformacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trwałość konformerów . . . . . . . . . . . . . . . . .

91 91 92 92 92 93 94 94 94 95 95 96 97 98 99 99

Teoria strukturalna związków organicznych 100 Stosowane wzory związków organicznych 100 Rzędowość atomu węgla . . . . . . . . . . . . . . . 101 Konﬁguracja atomu węgla . . . . . . . . . . . . . 101 Podział związków organicznych . . . . . . . . 102

Otrzymywanie wodorotlenków . . . . . . . . . 82 Właściwości wodorotlenków . . . . . . . . . . . . 83

Ustalanie nazwy związku organicznego . . . 103

Kwasy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Nazewnictwo węglowodorów . . . . . . . . . . . . . 103

Podział kwasów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Nazwy kwasów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Otrzymywanie kwasów . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Podział węglowodorów . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Sole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Sole proste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nazwy soli prostych . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metody otrzymywania soli prostych . . Wodorosole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nazwy wodorosoli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sole podwójne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Przykłady i nazwy soli podwójnych . . . Hydroksosole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sole uwodnione (hydraty) . . . . . . . . . . . . . .

85 85 86 86 87 87 87 87 88

Szereg homologiczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Nazewnictwo związków jednofunkcyjnych . 105 Nazewnictwo związków jednofunkcyjnych z grupą -OH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Podział związków jednofunkcyjnych z grupą -OH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Nazewnictwo związków jednofunkcyjnych z grupą C O (aldehydy i ketony) . . . 108 Podział związków jednofunkcyjnych z grupą C O (aldehydy i ketony) . . 108 Nazewnictwo związków jednofunkcyjnych O (kwasy karboksylowe) . 109 z grupą C OH

Spis treści Podział związków jednofunkcyjnych O (kwasy karboksylowe) 109 z grupą C OH

Nazewnictwo związków jednofunkcyjnych — estry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Podział związków jednofunkcyjnych — estry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Nazewnictwo związków jednofunkcyjnych z grupą zawierającą azot . . . . . . . . . . . . . 112 Podział związków jednofunkcyjnych z grupą zawierającą azot . . . . . . . . . . . . 112 Nazewnictwo związków heterocyklicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Podział związków heterocyklicznych . . . 114 Nazewnictwo związków wielofunkcyjnych

115

Hierarchia ważności grup funkcyjnych . 115 Przykłady związków wielofunkcyjnych O zawierających grupę C . . . . . . . . . 116 OH

Białka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Podział białek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nazewnictwo i charakterystyka białek . Struktura białka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nazewnictwo węglowodanów . . . . . . . . . . . Cukry proste (monosacharydy) . . . . . . . . Cukry złożone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Glikozydy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nukleozydy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nukleotydy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kwasy nukleinowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zasady purynowe i pirymidynowe wchodzące w skład DNA i RNA . . . . .

117 117 118 119 120 120 121 122 123 123 123 124

Polimery (związki wielkocząsteczkowe) . . 125 Podział polimerów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Polimery otrzymywane w wyniku reakcji polimeryzacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Polimery otrzymane w wyniku reakcji polikondensacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Polimery otrzymane w wyniku reakcji poliaddycji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Metody otrzymywania węglowodorów . . . 130 Metody otrzymywania alkanów . . . . . . . . Metody otrzymywania alkenów . . . . . . . . Metody otrzymywania alkinów . . . . . . . . Metody otrzymywania arenów . . . . . . . . Metody otrzymywania ﬂuorowcopochodnych węglowodorów . . . . . . . . . .

130 130 131 132 132

Metody otrzymywania związków jednofunkcyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Metody otrzymywania alkoholi . . . . . . . . Metody otrzymywania fenoli . . . . . . . . . . Metody otrzymywania aldehydów i ketonów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metody otrzymywania kwasów karboksylowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metody otrzymywania estrów . . . . . . . . . Metody otrzymywania związków organicznych zawierających azot . . . . .

132 134 135 136 137 137

Metody otrzymywania wielofunkcyjnych pochodnych węglowodorów . . . . . . . . . . . . . . 138 Hydroksykwasy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ketonokwasy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aminokwasy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Synteza aminokwasów w organizmach

138 139 139 140

Fotosynteza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Fazy fotosyntezy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Schemat fazy świetlnej . . . . . . . . . . . . . . 141 Etapy fazy ciemnej . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Glikoliza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Cykl kwasu cytrynowego (Krebsa) . . . . . . 145 Sumaryczna reakcja cyklu Krebsa . . . . 146 Typy reakcji w chemii organicznej . . . . . . . 146 Podstawowe czynniki elektrofilowe i nukleofilowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reakcje substytucji, addycji, eliminacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reguła Markownikowa . . . . . . . . . . . . . . . . Efekty elektronowe w cząsteczkach . . . . Efekt kierujący podstawników w reakcjach substytucji elektrofilowej w pierścieniu aromatycznym . . . . . . . . . Schemat wpływu podstawnika na rozkład gęstości elektronowej w pierścieniu aromatycznym . . . . . . . . .

147 147 148 148

149

150

Reakcje związków organicznych . . . . . . . . . 150 Węglowodory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fluorowcopochodne węglowodorów . . . . Alkohole i fenole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aldehydy i ketony . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kwasy karboksylowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Związki organiczne zawierające azot . . . Związki wielofunkcyjne . . . . . . . . . . . . . . . Węglowodany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

150 152 153 155 156 157 159 159 161

Spis treści Analiza chemiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Wybrane metody rozdzielania mieszanin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Chromatograﬁa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

Otrzymywanie fenolu i acetonu metodą kumenową . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otrzymywanie polichlorku winylu . . . . . Otrzymywanie polistyrenu . . . . . . . . . . . . Otrzymywanie alkoholu etylowego . . . . .

191 191 192 192

Analiza jakościowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Wykrywanie grup funkcyjnych . . . . . . . . Podział kationów na grupy analityczne Analiza jakościowa kationów . . . . . . . . . . . Schemat rozdziału mieszaniny kationów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sposoby identyﬁkacji wybranych kationów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Analiza jakościowa anionów . . . . . . . . . . . . Podział anionów na grupy analityczne według Bunsena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sposoby identyﬁkacji wybranych anionów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wykorzystanie AgNO3 do ustalenia obecności anionów . . . . . . . . . . . . . . . . .

165 169 170 170 170 173

174 177

177 179 179 180

Technologia chemiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Podstawowe surowce w produkcji niektórych substancji nieorganicznych i organicznych . . . . . . 183 Produkcja niektórych substancji nieorganicznych i organicznych . . . . . . . . . . 185 Otrzymywanie kwasu siarkowego . . . . . . Otrzymywanie amoniaku . . . . . . . . . . . . . . Otrzymywanie soli kalcynowanej . . . . . . Otrzymywanie sody kaustycznej i chloru Otrzymywanie kwasu solnego . . . . . . . . . Otrzymywanie surówki żelaza . . . . . . . . . Otrzymywanie miedzi . . . . . . . . . . . . . . . . . Otrzymywanie glinu metodą elektrolizy Otrzymywanie gazu syntezowego . . . . . . Otrzymywanie związków organicznych z gazu syntezowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . Destylaty otrzymywane z ropy naftowej Główne produkty otrzymywane z destylatów ropy naftowej . . . . . . . . . . Główne produkty otrzymywane w wyniku pirolizy węgla kamiennego . Benzyna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Zanieczyszczenia powietrza . . . . . . . . . . . . Zanieczyszczenia pierwotne powietrza Zanieczyszczenia wtórne powietrza . . . Zanieczyszczenia wody . . . . . . . . . . . . . . . . Twardość wody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zanieczyszczenia gleby . . . . . . . . . . . . . . . . Procesy niszczące glebę . . . . . . . . . . . . . . Usuwanie zanieczyszczeń . . . . . . . . . . . . . .

193 193 194 196 197 198 198 199

173

Analiza ilościowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Niektóre metody stosowane w alkacymetrii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metody analizy spektroskopowej . . . . . . . Podział widm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metody spektroskopowe . . . . . . . . . . . . .

Ochrona środowiska naturalnego . . . . . . . . 193

185 185 186 186 186 187 188 188 188 189 189 190 190 190

Tabele i wykresy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 1. Występowanie pierwiastków w przyrodzie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 2. Właściwości ﬁzyczne pierwiastków . . 209 3. Energie jonizacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 4. Powinowactwa elektronowe atomów . 216 5. Momenty dipolowe cząsteczek w fazie gazowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 6. Energia wiązania w dwuatomowych cząsteczkach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Średnie energie wiązań . . . . . . . . . . . . . . 218 Energia wiązania wodorowego . . . . . . . 218 7. Długości wiązań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 8. Stałe ebulioskopowe i krioskopowe . . 220 9. Wpływ temperatury na wartość iloczynu jonowego wody . . . . . . . . . . . . 220 10. Stałe dielektryczne rozpuszczalników 220 Iloczyn rozpuszczalności substancji. . . . 221 11. Stałe rozpuszczalności substancji 12. Rozpuszczalność związków Wpływ temperatury na rozpuszczalność chemicznych w wodzie . . . . . . . . . . . . . . 222 związków chemicznych 13. Tabela rozpuszczalności . . . . . . . . . . . . . 223 14. Stężenie procentowe, stężenie molowe i gęstość wodnych roztworów niektórych kwasów, zasad i soli . . . . . 224 15. Zależność rozpuszczalności ciał stałych w wodzie od temperatury . . . 226 16. Zależność rozpuszczalności gazów w wodzie od temperatury . . . . 226 17. Stałe dysocjacji nieorganicznych kwasów i zasad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 18. Stałe dysocjacji organicznych kwasów i zasad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 19. Najczęściej występujące liczby koordynacyjne dla jonów niektórych pierwiastków . . . . . . . . . . . . 229 20. Stałe nietrwałości niektórych jonów kompleksowych . . . . . . . . . . . . . . 229 21. Stałe szybkości reakcji II rzędu . . . . . 230

8 8

Spis treści Spis treści 22. 22. 23. 24. 23. 25. 24. 25. 26. 26. 27. 27. 28. 28. 29. 29. 30. 30. 31. 31. 32. 32. 33. 33. 34. 35. 34. 36. 35. 36. 37. 38. 37. 39. 38. 39.

Stałe szybkości reakcji I rzędu . . . . . . Stałe szybkości reakcji I rzędureakcji ...... Energia aktywacji wybranych Stałe równowagi . . . . . .reakcji ....... Energia aktywacjireakcji wybranych Empiryczne równania kinetyczne Stałe równowagi reakcji ............. Empiryczne Właściwości równania związków kinetyczne . . . . nieorganicznych .................... Właściwości związków Właściwości związków nieorganicznych . . . . . .organicznych . . . . . . . . . . . . . .. związków organicznych . Właściwości aminokwasów białkowych ........................ Właściwości .aminokwasów Nośniki energii białkowych . . . .i .koenzymy . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . Nośniki energii i koenzymy ......... Termodynamiczne właściwości substancji . . . . . . . .właściwości . . . . . . . .substancji .......... Termodynamiczne Funkcje termodynamiczne w temperaturze Wartości entalpii substancji . . . . . .298K .i. entropii . . . . . . . . ...... .. .. .. .. ...... entalpii i entropii . . . . . . . . . . Wartości potencjałów termodynamicznych ................ potencjałów Wartości entalpii swobodnej Wartości entalpii spalania termodynamicznych . . . . . .. . . . . . . . . . Wartości entalpii spalania Szereg napięciowy metali . . . . . . . . . . . Potencjały półogniw redoks Szereg napięciowy metali . . .. .. ........ .. .. .. Widmo promieniowania ............. Potencjały półogniw redoks Widmo promieniowania Serie widmowe wodoru .......................... Zabarwienie płomienia Serie widmowe wodoru ........................... Charakterystyczne pasma Zabarwienie płomienia . . . absorpcji . . . . . . . . . .. Charakterystyczne pasma absorpcji .

230 230 231 230 231 231 232 239 232 239 244 245 244 245 247 254 247 254 256 256 256 257 259 257 262 259 262 263 263 264 263 264

40. 40. 41. 42. 41. 43. 42. 43. 44. 45. 44. 45. 46. 47. 46. 48. 47. 48. 49. 49. 50. 50. 51. 52. 51. 52. 53. 53. 54. 54. 55. 55. 56. 56.

Przesunięcia protonów . . . . . . . . . . . . . . Przesunięcia protonów .............. Wybrane fragmenty jonowe Rola pierwiastków organizmie Wybrane fragmentywjonowe . . . . .. . . . Symbole EWG . . . w . . .organizmie ............... Rola pierwiastków Symbole EWG . . . . . . . . . . . substancji .......... Klasyfikacja i oznakowanie Warunki, jakim powinna substancji Klasyfikacja i oznakowanie odpowiadać woda ................... Warunki, jakim powinna odpowiadać woda Wybrane stopy . . . . . . . . .. .. . . . . . . .. . . . . Skala twardości Wybrane stopy Mohsa ..................... Układy krystalograficzne Skala twardości Mohsa . . ....................... Układy krystalograficzne ........... Odmiany alotropowe niektórych pierwiastków . . . . . . . .niektórych ............... Odmiany alotropowe Najważniejsze pierwiastków .wskaźniki . . . . . . . . . .kwasowo............ Najważniejsze -zasadowe . . . .wskaźniki . . . . . . . . . .kwasowo............ Energie sieci -zasadowe . . krystalicznych ........................ Budowa układu okresowego . . . . . . . . . Energie sieci krystalicznych Budowa okresowego . . . . . . . . . Wartościukładu elektroujemności wg Paulinga ........................ Wartości elektroujemności Promienie atomowe wg Paulinga . . . . . . . i. .jonowe ............... Promienie atomowe ........ Charakter chemicznyi jonowe niektórych tlenków . . . . . . . . . . .niektórych ............... Charakter. . chemiczny Układ okresowy tlenków . . . . . . . .pierwiastków . . . . . . . . . . . . . .............. Układ okresowy pierwiastków . . . . . . .

264 264 265 265 271 265 271 276 276 277 277 279 279 280 279 280 281 281 281 283 281 283 283 284 285 284 285 286 287 286 287

Podstawowe symbole i oznaczenia Wybrane jednostki miar stosowane w chemii Oznaczenie

Jednostka

masa

masa molowa

g · mol−1

długość

objętość

Inne jednostki

Przeliczniki

1 g = 10−3 kg

1 dm = 10−1 m

1 cm = 10−2 m

1 mm = 10−3 m

μm (mikrometr)

1 μm = 10−6 m

nm (nanometr)

1 nm = 10−9 m

˚ A (angstrem)

1˚ A= 10−10 m

pm (pikometr)

1 pm = 10−12 m

dm3

1 dm3 = 10−3 m3

cm3

1 cm3 = 10−6 m3

temperatura

K (kelwin)

t [◦ C] (stopień Celsjusza)

T [K] = 273,15 + t[◦ C]

ciśnienie

Pa (pascal)

atm (atmosfera ﬁzyczna)

1 atm = 101 325 Pa

mmHg (słupa rtęci)

1 atm = 760 mmHg

bar

1 bar = 105 Pa

eV (elektronowolt)

1 eV = 1, 602177 · 10−19 J 1 eV/cząsteczkę odpowiada 96,4853 kJ/mol

cal (kaloria)

1 cal = 4,1840 J (w termochemii) 1 cal = 4,1868 J (w technice i ﬁzyce)

kWh (kilowatogodzina)

1 kWh = 3,6 · 106 J

[N/m2 ] E

energia

moment dipolowy

J (dżul)

C·m

D (debaj)

1D = 3,33564 · 10−30 C · m

(kulombometr)

Wielokrotności i podwielokrotności jednostek podstawowych Wielokrotność 1

Przedrostek

deka hekto kilo mega giga tera peta eksa

Symbol

Podwielokrotność

Przedrostek

Symbol

10−1

decy

10−2

centy

10−3

mili

10−6

mikro

10−9

nano

10−12

piko

10−15

femto

10−18

atto

Podstawowe symbole i oznaczenia Alfabet grecki A

alfa

jota

beta

kappa

sigma

gamma

lambda

tau

delta

ypsilon

epsilon

ﬁ

dzeta

ksi

chi

eta

omikron

psi

teta

omega

Wybrane stałe ﬁzyko-chemiczne Nazwa liczba Avogadra

Symbol NA

Wartość

Jednostka

6,022 136 7(35) · 1023

mol−1

stała Faradaya

96485,309(29)

C · mol−1

stała Plancka

6,626 075 5(40) · 10−34

J·s

stała gazowa

8,314 510 (70)

J · mol−1 · K−1

atomowa jednostka masy

1,660 540 2(10) · 10−27

9,109 389 7(540) · 10−31

5,485 799 03(13) · 10−4

1,674 928 (6) · 10−27

1,008 664 904 (14)

1,672 623 1(10) · 10−27

1,007 276 470 (12)

0,022 414 10(19)

m3 · mol−1

2,686 763 (23) · 1025

m−3

1u =

1 12

m ( C)

masa elektronu

masa neutronu

masa protonu

objętość molowa gazu doskonałego

(RT/p) T = 273,15 K, p = 101 325 Pa stała Loschmidta (NA /VM ) T = 273,15 K, p = 100 kPa VM = 0,022 711 08(19) m3 · mol−1

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne Pierwiastek, związek chemiczny Substancja

Substancja, to rodzaj materii, charakteryzujący się określonymi właściwościami i stałym składem chemicznym. Substancje proste, to substancje, których nie można rozłożyć na prostsze metodami chemicznymi. Substancjami prostymi są pierwiastki. Substancje złożone, to substancje, które można rozłożyć na substancje prostsze metodami chemicznymi. Substancje złożone, to związki chemiczne.

Pierwiastek

Pierwiastek chemiczny, to zbiór atomów o tej samej liczbie atomowej.

Związek chemiczny

Związek chemiczny, to jednorodna substancja zawierająca dwa lub więcej pierwiastków chemicznych, których atomy lub jony są połączone ze sobą w uporządkowany sposób, z zachowaniem określonych stosunków ilościowych.

Notacja chemiczna pierwiastków i związków chemicznych Wzory cząsteczek

Ustalanie wzorów sumarycznych metodą krzyżową

W notacji chemicznej dla pierwiastków stosuje się symbole, a dla związków wzory chemiczne. Wzór sumaryczny określa rodzaj i liczbę atomów w cząsteczce. Wzór strukturalny określa rodzaj i liczbę atomów oraz kolejność i sposób powiązania atomów. Cząsteczki homoatomowe

Cząsteczki heteroatomowe

Cząsteczki pierwiastków chemicznych, np. O3 , O2 , P4 , N2 , Cl2 , H2 . Cząsteczki homoatomowe tworzy większość niemetali.

Cząsteczki związków chemicznych, np. N2 O5 , HCl, NH3 , H2 O.

Indeksy stechiometryczne: wA

wB d

wA d

wA , wB — wartościowości formalne, d — największy wspólny dzielnik liczb wA i wB . VI II

III

Na przykład: S O3 , Fe3 (PO4 )2 . d=2

d=1

Regule krzyżowej nie podlegają: • związki, w których występują wiązania chemiczne między atomami tego samego pierwiastka np. nadtlenki, węglowodory; • związki zawierające atomy tego samego pierwiastka o różnej wartościowości, np. Pb3 O4 (2PbO · PbO2 ), Fe3 O4 (FeO · Fe2 O3 ).

Wartościowość formalna

Wartościowość formalna, to liczba wiązań chemicznych utworzonych przez atom danego pierwiastka w cząsteczce związku chemicznego. Uzależniona jest ona od liczby niesparowanych elektronów w atomie danego pierwiastka.

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne Alotropia

Alotropia, to zjawisko występowania pierwiastków w różnych postaciach (odmianach), różniących się liczbą atomów w cząsteczce lub postacią krystaliczną. Przyczyną alotropii jest różna liczba atomów w cząsteczce pierwiastka (np. O2 i O3 ) lub sposób rozmieszczenia atomów w sieci krystalicznej (np. diament i graﬁt). Odmiany alotropowe pierwiastków różnią się właściwościami ﬁzycznymi i reaktywnością chemiczną.

Polimorﬁzm

Polimorﬁzm, to zjawisko występowania tej samej substancji w kilku odmianach różniących się budową krystaliczną np. odmiany SiO 2 (kwarc, trydymit, krystobalit).

Izomorﬁzm

Izomorﬁzm, to zjawisko występowania kryształów różnych substancji w jednakowych postaciach krystalograﬁcznych, np. ałuny (KAl(SO4 )2 · 12H2 O i KCr(SO4 )2 · 12H2 O). Podział pierwiastków

Metale

Półmetale

Niemetale

Substancje: • stałe (wyjątek rtęć) • barwy srebrzystoszarej (wyjątek złoto i miedź) • dobrze przewodzą prąd elektryczny i ciepło • są kowalne i ciągliwe

Substancje: • o właściwościach pośrednich między metalami i niemetalami • przewodnictwo elektryczne niższe niż metali, wzrasta ze wzrostem temperatury

Substancje: • stałe, ciekłe i gazowe • słabo przewodzą prąd elektryczny i ciepło (wyjątek węgiel w postaci graﬁtu)

Metale: • lekkie o gęstości d � 4,5 g · cm−3 • ciężkie o gęstości d > 4,5 g · cm−3

Stopy

Stopy, to mieszaniny lub związki międzymetaliczne dwóch lub większej liczby substancji, z których co najmniej jedna jest metalem, a mieszanina wykazuje ogólne właściwości metaliczne.

Reakcja chemiczna Reakcją chemiczną nazywamy proces, podczas którego z jednej lub kilku substancji (substratów) powstają inne substancje o odmiennych właściwościach (produkty).

Wydajność reakcji chemicznej

Wydajnością reakcji chemicznej nazywamy stosunek ilości produktu uzyskanego w reakcji do ilości tego produktu obliczonej teoretycznie z równania reakcji dla tej samej ilości substratów. Wydajność reakcji wyrażamy najczęściej w procentach: w(%) =

Równanie reakcji chemicznej

uzyskana ilość produktu · 100% teoretyczna ilość produktu

Równanie reakcji chemicznej, to zapis przebiegu reakcji chemicznej za pomocą symboli, wzorów i znaków np.: N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) .

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne Równanie reakcji chemicznej — interpretacja Substraty, np. N2(g) + 3H2(g)

Produkt, np. 2NH3(g)

Interpretacja mikroskopowa (atomowo-cząsteczkowa)

1 cząsteczka azotu + 3 cząsteczki wodoru

2 cząsteczki amoniaku

Interpretacja makroskopowa (molowa)

1 mol cząsteczek azotu + 3 mole cząsteczek wodoru

2 mole cząsteczek amoniaku

Interpretacja mikroskopowa liczby molekuł

6,023 · 1023 cząsteczek azotu + + 3 · 6,023 · 1023 cząsteczek wodoru

2 · 6,023 · 1023 cząsteczek amoniaku

28 u + 3 · 2 u

2 · 17 u

1 mol · 28 g · mol−1 + 3 mole · 2 g · mol−1 28 g + 6 g

2 mole · 17 g · mol−1 34 g

1 mol · 22,4 dm3 · mol−1 + 3 mole · 22,4dm3 · mol−1 22,4 dm3 + 67,2 dm3

2 mole · 22,4 dm3 · mol−1 44,8 dm3

Masy reagentów w ujęciu mikroskopowym [u] Masy reagentów w ujęciu makroskopowym [g] i objętości gazów w warunkach normalnych [dm3 ]

Zjawiska ﬁzyczne, gęstość substancji Zmiany stanu skupienia substancji Topnienie i krzepnięcie

substancja(s) Np. H2 O(s)

Parowanie i skraplanie

substancja(c) Np. H2 O(c)

Sublimacja i resublimacja

substancja(s) Np. I2(s)

Gęstość substancji d [kg · m−3 ]

topnienie krzepnięcie topnienie krzepnięcie parowanie skraplanie parowanie skraplanie sublimacja resublimacja sublimacja resublimacja

substancja(c) H2 O(c) substancja(g) H2 O(g) substancja(g) I2(g)

Gęstość substancji, to stosunek masy substancji (m) do jej objętości (V): m [kg · m−3 ] d= V W praktyce stosuje się jednostki: dla gazów [g·dm−3 ], dla cieczy [g·cm−3 ].

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne Gęstość względna gazu

Gęstość gazu A względem gazu B (dB ) wyrażona jest wzorem: dw B =

dw B

dA MA = dB MB

dA , dB — gęstość gazów A i B, MA , MB — masy molowe gazów A i B. Zależność ta pozwala na obliczenie masy molowej gazu A przy znanej w gęstości względem wodoru (dw H ) lub względem powietrza (dp ): −1 MA = 2 · dw ] lub H [g · mol

Zjawiska zachodzące na powierzchni i wewnątrz substancji

−1 MA = 29 · dw ] p [g · mol

Adsorpcja, to zjawisko gromadzenia się substancji rozpuszczonych w cieczy lub obecnych w fazie gazowej na powierzchni ciała stałego albo cieczy. Adsorbent to ciało, na którego powierzchni zachodzi adsorpcja. Adsorbat to substancja zaadsorbowana. Absorpcja, to zjawisko pochłaniania substancji przez całą objętość cieczy lub ciała stałego. Najczęściej pochłaniany jest gaz przez ciecz, rzadziej gaz lub ciecz przez ciało stałe.

Masa atomowa i cząsteczkowa Masa atomowa ma [u]

Masa atomu (bezwzględna) m [kg]

Atomowa jednostka masy

Masa atomowa, to masa atomu wyrażona w atomowych jednostkach masy [u]. Masa atomu, to masa wyrażona w kilogramach: m = ma · 1 u

Np. m(12 C) = 1,9926 · 10−26 kg.

Atomowa jednostka masy, to 1u =

[u]

Obliczanie masy atomowej pierwiastka

1 12

1 masy atomu węgla 12

masy atomu izotopu węgla 126 C:

C = 1,66043 · 10−27 kg

Masa atomowa jest średnią ważoną mas poszczególnych nuklidów danego pierwiastka występujących w przyrodzie: ma =

A1 · x1 % + A2 · x2 % + A3 · x3 % + . . . + An · xn % [u] 100%

A1 , A2 , A3 , . . . , An — liczba masowa nuklidu, x1 %, x2 %, x3 %, . . . , xn % — zawartość procentowa nuklidu.

Masa cząsteczkowa mcz [u]

Masą cząsteczkową nazywamy masę cząsteczki wyrażoną w atomowych jednostkach masy [u]. Masa cząsteczkowa jest sumą mas atomowych atomów wchodzących w skład cząsteczki.

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne Masa cząsteczki (bezwzględna)

Masa cząsteczki, to masa wyrażona w kilogramach: m = mcz · 1 u

m [kg]

Mol Mol

Mol, to ilość materii zawierająca liczbę cząstek równą liczbie atomów izotopu węgla 12 C zawartych w masie 0,012 kg nuklidu węgla 12 C.

Liczba Avogadra

Liczba Avogadra określa liczbę drobin (atomów, cząsteczek, jonów. . .) w molu materii: NA = 6,0221367 · 1023 mol−1

NA [mol−1 ]

Masa molowa M [g · mol

−1

]

Objętość molowa VM [m3 · mol−1 ]

Masa molowa, to masa jednego mola drobin wyrażona w gramach. Masa molowa jest równa liczbowo masie atomowej lub cząsteczkowej: M = m · NA

m — masa drobiny [kg].

Objętość molowa, to objętość, jaką zajmuje jeden mol substancji w określonych warunkach ciśnienia i temperatury: VM =

M d

d — gęstość [kg · m−3 ].

Gaz doskonały Gaz doskonały, to hipotetyczny gaz spełniający warunki: • cząsteczki gazu są punktami materialnymi poruszającymi się chaotycznie, • pomiędzy cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania, a ich zderzenia są doskonale sprężyste.

Objętość molowa gazu VM

Równanie Clapeyrona

Jeden mol gazu doskonałego w warunkach normalnych (T = 273,15 K, p = 1013,25 hPa) zajmuje objętość: VM = 2,2416410 · 10−2 m3 · mol−1 pV = nRT p — ciśnienie [hPa], V — objętość [dm3 ], n — liczba moli, −1 R — stała gazowa (83,1 hPa·dm3 ·mol−1 ·K−1 lub 8,314510 J · K−1 · mol ), T — temperatura [K].

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne Prawo stałych stosunków objętościowych Gay-Lussaca

Objętości reagujących ze sobą gazów i powstających produktów gazowych, mierzone w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury, pozostają do siebie w stosunku niewielkich liczb naturalnych.

2 objętości wodoru + 1 objętość tlenu −→ 2 objętości pary wodnej 2H2(g)

Prawo Avogadra

O2(g)

−→

2H2 O(g)

W równych objętościach różnych gazów, w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury, znajduje się jednakowa liczba cząsteczek:

Cl2

SO2

Prawo zachowania masy

W układzie zamkniętym łączna masa substratów reakcji chemicznej równa jest łącznej masie produktów tej reakcji.

Prawo stałości składu Prousta

Stosunek masowy pierwiastków w związku chemicznym jest wielkością stałą i charakterystyczną dla danego związku An Bm : mA · n = const mB · m

A i B — symbole pierwiastków, n i m — indeksy stechiometryczne, mA , mB — masy pierwiastków A i B.

Prawo stosunków wielokrotnych Daltona

Jeżeli dwa pierwiastki tworzą ze sobą dwa lub więcej związków chemicznych, to ilości wagowe jednego pierwiastka, łączące się w tych związkach z tą samą ilością drugiego, mają się do siebie jak liczby naturalne. mH mH 1 Np. H2 O i H2 O2 — w H2 O: m = 18 , w H2 O2 : m = 16 O O Masa tlenu w H2 O ma się tak do masy tlenu w H2 O2 , jak 8 : 16 = 1 : 2.

Prawo zachowania ładunku

Sumaryczny ładunek wszystkich jąder i elektronów przed przemianą jest równy sumarycznemu ładunkowi wszystkich ładunków przemiany (patrz przemiany jądrowe).

Ładunek elementarny

Ładunek elementarny, to ładunek elektryczny, jaki posiada elektron: e = 1,60217733 · 10−19 C

e [C]

C — kulomb,

1C = 1A · 1s

Budowa atomu Atom Atom, to najmniejsza część pierwiastka zachowująca jego właściwości.

protony i neutrony w jądrze elektrony

Elementarne składniki atomu Cząstki elementarne

Symbol

Zapis

Masa [u]

Masa [kg]

Ładunek [e]

Ładunek [C]

proton

1 1p

1,0072765

neutron

1 0n 0 −1 e

1,0086649

1,6726231 · 10−27

1,602 · 10−19

9,1093897 · 10−31

−1

elektron

Liczba masowa Liczba atomowa

5,485 · 10−4

1,6749286 · 10−27

1,602 · 10−19

liczba masowa = liczba protonów + liczba neutronów N = A−Z liczba neutronów

A Z

symbol pierwiastka

liczba atomowa = liczba protonów

Nuklid, to zbiór atomów o tej samej wartości liczby atomowej i masowej. Izotopami nazywamy atomy tego samego pierwiastka chemicznego różniące się liczbą masową (126 C, 136 C, 146 C). Izobary są zbiorem atomów o tej samej wartości liczby masowej, lecz o różnych wartościach 40 40 liczby atomowej (40 18 Ar, 19 K, 20 Ca).

Rozwój poglądów na budowę atomu Model planetarny Rutherforda 1911 r.

W centralnej części atomu znajduje się dodatnio naładowane jądro, w którym skoncentrowana jest prawie cała masa atomu. Dookoła jądra po torach kołowych lub eliptycznych krążą elektrony. Rutherford oszacował, że średnica atomu jest równa około 10−10 m, a średnica jądra około 10−15 m.

Model Bohra 1913 r.

Elektron w atomie może przebywać w pewnych ściśle określonych stanach stacjonarnych o określonej energii. Podczas przejścia elektronu ze stanu o wyższej energii (EII ) do stanu o niższej energii (EI ), atom emituje porcję (kwant) energii hν (h — stała Plancka, ν — częstotliwość promieniowania). Przejściu ze stanu o niższej energii do stanu o energii wyższej towarzyszy absorpcja energii: EII − EI = hν

Teoria Bohra wyjaśniła emisję fal świetlnych pozwalającą wytłumaczyć widmo emisyjne atomu wodoru (patrz widma emisyjne pierwiastków).

Budowa atomu Model Bohra

W atomie wodoru elektron porusza się po jednej z możliwych orbit kołowych spełniających warunek: mvr = n

h 2π

mvr — orbitalny moment pędu (m — masa, v — prędkość, r — promień orbity), h — stała Plancka, n — liczby naturalne 1, 2, 3, . . . oznaczające numery kolejnych orbit. Model atomu wodoru

Przykłady modeli atomów wg teorii Bohra

Model atomu chloru

jądro atomowe +1 — ładunek jądra +17

elektron +1

Kwantowo-mechaniczny model atomu Korpuskularno-falowa natura elektronu

Zasada nieoznaczoności Heisenberga

Louis de Broglie w 1924 r. przewidział, że elektron jest jednocześnie h cząstką materii i falą o długości λ = mv (m — masa, v — prędkość, h — stała Plancka). Dualizm elektronu potwierdziło po raz pierwszy odkrycie dyfrakcji elektronów w 1927 roku (C. J. Davidsson i L. H. Germer). Nie jest możliwe jednoczesne określenie z dowolną dokładnością położenia i pędu cząstki elementarnej: Δx · Δpx �

h 4π

Δx — błąd określenia położenia elektronu, Δpx — błąd określenia pędu cząstki x, h — stała Plancka.

Równanie falowe Schr¨ odingera

Orbital atomowy

ˆ Ψ = E Ψ H ˆ H — operator Hamiltona, Ψ — funkcja falowa opisująca stan elektronu (amplituda prawdopodobieństwa znalezienia elektronu w określonym miejscu o energii E), E — energia. Rozwiązaniem równania Schrödingera jest funkcja falowa Ψ, zwana 2 orbitalem atomowym. Wartość Ψ jest proporcjonalna do prawdopodobieństwa znalezienia elektronu na orbitalu. Orbital atomowy, to funkcja falowa opisująca stan elektronu w atomie. Jest to przestrzeń, w której prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest największe. Kontur orbitalu, to powierzchnia ograniczająca obszar o tej samej gęstości chmury elektronowej.

Budowa atomu Kształty konturów orbitali z

orbital typu s

orbitale typu p

y x

py z

pz z

orbitale typu d y

x dyz

dz2

dxz

x dx2 −y2

orbitale typu f

dxy

Np.

y x

fxyz

y x

fx2

Budowa atomu Prawdopodobieństwo występowania elektronu w sferycznej warstwie orbitali 1 s, 2 s i 3 s atomu wodoru w zależności od odległości od jądra 2 (4πr2 ψ1s )

2 (4πr2 ψ2s )

2 (4πr2 ψ3s )

r3 r2 r1 P — prawdopodobieństwo; r — odległość od jądra

r[nm]

Liczby kwantowe Symbol

Nazwa

Możliwe wartości Symbole zastępujące wartości

Wielkość kwantowana

Praktyczne znaczenie

główna liczba kwantowa

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, . . . K, L, M, N, O, P, Q, . . .

energia

decyduje o całkowitej energii elektronu (E = − nR2 ), liczbie powłok i rozmiarach konturu orbitalu

poboczna (orbitalna) liczba kwantowa

0, 1, 2, 3, 4, . . . , (n − 1) s, p, d, f, g, . . .

orbitalny moment pędu elektronu

określa liczbę podpowłok w powłoce, decyduje o kształcie konturu orbitalu

magnetyczna −l, . . . , −1, 0, 1, . . . , l − 1, l liczba kwantowa liczba możliwych wartości wynosi (2l + 1)

rzut orbitalnego momentu pędu na wyróżniony zewnętrznym polem kierunek w przestrzeni

określa liczbę poziomów orbitalnych w danej podpowłoce i decyduje o orientacji przestrzennej konturu orbitalu

magnetyczna spinowa liczba kwantowa

rzut spinowego momentu pędu na wyróżniony kierunek w przestrzeni

określa liczbę stanów kwantowych w poziomie orbitalnym

+ 12 lub − 21 ↑ lub ↓

Stan kwantowy elektronu w atomie opisują liczby kwantowe n, l, m, zaś w zewnętrznym polu magnetycznym liczby kwantowe n, l, m, ms . Powłoka, to zbiór elektronów o zbliżonej energii, opisana główną liczbą kwantową. Podpowłoka, to zbiór elektronów o identycznej energii. Stosuje się następujący zapis graﬁczny: podpowłoka s podpowłoka d podpowłoka p podpowłoka f

Przedstawiliśmy Państwu początkowy fragment publikacji. Mamy nadzieję, że zainteresowała Państwa nasza oferta.

Po szczegóły zapraszamy na stronę internetową www.podkowa.gda.pl. Wydawnictwo Podkowa sp.j.

Zbiory zadań dostosowane są do podstawy programowej z dnia 27.08.2012 r.

(V (X Liceum Ogólnokształcące w Gdańsku) Liceum Ogólnokształcące w Gdyni) (X Liceum Ogólnokształcące w Gdyni) (X Liceum Ogólnokształcące w Gdyni)

Jolanta Sawicka Anna Janich-Kilian Wies³awa Cejner-Mania Gizela Urbañczyk

C H E M IC C C H A H H E E E M M M III A A A

ISBN 978-83-65120-94-6

TABLICE CHEMICZNE TABLICE TABLICE TABLICECHEMICZNE CHEMICZNE CHEMICZNE

TABLICE

CHEMICZNE

TABLICE Wydanie drugie

C CH HE EM M II C CZ ZN NE E

definicje wa¿ne informacje wzory