Materiały Chemia I.doc

WŁAŚCIWOŚCI SUBSTANCJI

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

Właściwości substancji dzielimy na:

    1. Właściwości fizyczne:

    · stan skupienia,

    · barwa,

    · połysk,

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

    · twardość,

    · rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach,

    · temperatura wrzenia i topnienia,

    · przewodnictwo elektryczne i cieplne.

    2.  Właściwości chemiczne:

    · zapach,

    · smak,

    · palność,

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

PODZIAŁ SUBSTANCJI NA PROSTE I ZŁOŻONE

Substancja prosta – nie można rozłożyć jej na prostsze składniki.

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

PIERWIASTEK – SUBSTANCJA PROSTA,  ZWIĄZEK CHEMICZNY – SUBSTANCJA ZŁOŻONA

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

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

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

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

Właściwości metali:

Podobieństwa              Różnice

stały stan skupienia (wyj. rtęć)              twardość

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

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

kowalność i ciągliwość              aktywność chemiczna

dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne                  

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

MIESZANINY SUBSTANCJI CHEMICZNYCH

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

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

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

Krystalizacja,  destylacja – sposoby rozdzielania niektórych mieszanin jednorodnych.

REAKCJA CHEMICZNA A PRZEMIANA FIZYCZNA

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

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

Powietrze jako przykład mieszaniny – skład powietrza.

Powietrze jest jednorodną mieszaniną gazów. Stałymi składnikami powietrza są:

    · azot – około 78% objętościowych,

    · tlen – 21% objętościowych,

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

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

ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA,  ŹRÓDŁA,  SKUTKI

Zanieczyszczenia powietrza dzielimy na: 

    · stałe (pyły,  dymy),

    · ciekłe (aerozole),

    · gazowe (pary,  gazy).

Źródła zanieczyszczeń:

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

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

Skutki zanieczyszczeń:

    · dziura ozonowa,

    · smog,

    · kwaśne opady,

    · zwiększenie efektu cieplarnianego.

TLEN,  AZOT,  WODÓR,  WŁAŚCIWOŚCI,  OTRZYMYWANIE,  ZASTOSOWANIE

Właściwości tlenu:

Fizyczne              Chemiczne

gaz              niemetal

bezbarwny              bezwonny

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

                   podtrzymuje spalanie,  sam się nie pali

Otrzymywanie:

    · rozkład wody prądem elektrycznym,

    · destylacja skroplonego powietrza,

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

Zastosowanie:

    · niezbędny w procesach biologicznych (oddychanie),

    · niezbędny w przemyśle (chemicznym,  hutnictwo),

    · spawanie,

    · medycyna.

Utlenianie – łączenie się tlenu z pierwiastkami chemicznymi.

Spalanie  – gwałtowne utlenianie przebiegające z wydzieleniem światła i ciepła.

Właściwości azotu:

Fizyczne              Chemiczne

gaz              niemetal

bezbarwny              bezwonny

słabo rozpuszcza się w wodzie              nie podtrzymuje spalania

Otrzymywanie:  destylacja skroplonego powietrza

Zastosowanie:

    · materiały wybuchowe (związki azotu),

    · przemysł (chemiczny),

    · rolnictwo (nawozy sztuczne),

    · medycyna (kabiny kriogeniczne),

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

Właściwości wodoru:

Fizyczne              Chemiczne

gaz              niemetal

bezbarwny              bezwonny

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

gaz o najmniejszej gęstości              z metalami tworzy wodorki

                   palny

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

Zastosowanie:

    · paliwa rakietowe,

    · gaz przemysłowy,

    · paliwo przyszłości ,

    · przemysł spożywczy (utwardzanie olejów).

PRAWA STECHIOMETRYCZNE

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

    1. Prawo stałości  składu

Stosunek  mas  pierwiastków  tworzących  dany  związek  chemiczny jest  stały.

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

    2. Prawo zachowania materii ( masy i energii )

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

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

    3.  Gay – Lussaca

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

REAKCJE UTLENIANIA-REDUKCJI JAKO SZCZEGÓLNY PRZYPADEK REAKCJI WYMIANY

Utlenianie – przyłączanie tlenu do reduktora.

Redukcja – odłączenie tlenu od utleniacza.

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

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

Proces utleniania i redukcji zachodzi równocześnie.

BUDOWA ATOMU

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

Najmniejszą cząstką zachowującą swoje właściwości chemiczne jest atom.

Pierwiastek chemiczny to zbiór takich samych atomów.

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

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

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

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

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

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

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

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

  0,166⋅

   10

    -23

  g

.

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

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

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

Jon – cząstka obdarzona dodatnim bądź ujemnym ładunkiem elektrycznym.

Kation – jon dodatni.

Anion – jon ujemny.

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

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

Wzór sumaryczny – wzór uwzględniający jedynie rodzaj i liczbę atomów.

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

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

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

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

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

Równanie reakcji chemicznej:

   2Mg  +  CO

   2

    →  2MgO  +  C

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

Równania reakcji chemicznych są podstawą do obliczeń stechiometrycznych.

Obliczenia takie możemy prowadzić korzystając z podstawowych praw chemicznych:

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

Prawo stałości składu związku chemicznego  – stosunek mas pierwiastków che...