Prezentacja programu PowerPoint - zchp.us.edu.pl · Podstawowe pojęcia i prawa chemii. 2. udowa...

Podstawy Chemii

Dr inż. Marcin Libera

Podstawowe pojęcia chemiczneBudowa atomu

Terminy zajęć Wykłady (min) LaboratoriaZaliczenie

gr 1 gr 2 gr 302.Paź 100 P. Poż., BHP, szkło laboratoryjne09.paź 100 14:45-16:15 16:30-18:00 18:15-19:45 kolokwium16.paź 100 14:45-16:15 16:30-18:00 18:15-19:4523.paź 100 14:45-16:15 16:30-18:00 18:15-19:45

30.paź 100 14:45-16:15 16:30-18:00 18:15-19:45

06.lis 100 14:45-16:15 16:30-18:00 18:15-19:45

13.lis 100 14:45-16:15 16:30-18:00 18:15-19:4520.lis 100 14:45-16:15 16:30-18:00 18:15-19:4527.lis 120 Kolokwium z wykładów

04.gruPrzerwa KK

11.gru18.gru 10025.gru

Przerwa świąteczna01.sty08.sty 12015.sty 12022.sty 12029.sty 120 Egzamin05.lut

Sesja (Egzamin)12.lut

Harmonogram zajęć

Zakres merytoryczny1. Podstawowe pojęcia i prawa chemii. 2. Budowa atomu i układ okresowy pierwiastków. 3. Budowa cząsteczek (organicznych i nieorganicznych). 4. Typy wiązań chemicznych. 5. Polarność cząsteczek. 6. Siły międzycząsteczkowe. 7. Wybrane klasy związków nieorganicznych i metody ich otrzymywania. 8. Kwasy, zasady, sole, związki amfoteryczne. 9. Dysocjacja elektrolityczna. Elektrolity silne i słabe. Dysocjacja wody i pH. 10. Hydroliza soli. Roztwory buforowe. 11. Iloczyn rozpuszczalności. 12. Typy reakcji chemicznych. 13. Elementy energetyki, kinetyki i statyki chemicznej. 14. Nazewnictwo związków chemicznych. 15. Zarys chemii organicznej: wybrane klasy związków organicznych, związki o znaczeniu biologicznym, podstawowe przemiany związków organicznych, metody otrzymywania wybranych klas związków organicznych. 16. Zasady pracy ze związkami chemicznymi. 17. Podstawowe operacje w laboratorium chemicznym. 18. Zasady postępowania z odpadami chemicznymi.

Zaliczenie, literaturaWykład – Kolokwium, Egzamin

Skala ocen:

51 - 60% prawidłowych odpowiedzi – 3,0





Laboratorium

Obecność, Sprawozdania (wszystkie muszą być zaliczone - skala ocen tak samo jak egzamin z wykładu)- wkład 70%, ocena ciągła – wkład 30%.

Lech Pajdowski – „Chemia ogólna”,

Adam Bielański – „Podstawy chemii nieorganicznej”,

Atkins Peter William, Jones Loretta – „Chemia ogólna”

ChemiaNauka o właściwościach, budowie i przemianach substancji oraz o prawach,

które rządzą tymi przemianami

1. Pierwsza książka – Aleksandria (Egipt), czasy helleńskie

2. Chemeia – sztuka egipska wytapiania metali

3. Alchemia – z ogólnych rozważań filozoficznych, przemiana metali w złoto, eliksir życia

4. Magnus (1250) odkrycie Arsenu

5. Flogiston – Johann Joachim Becher, Georg E. Stahl – substancje palne są bogate we flogiston, który tracą w procesie spalania

6. Fluid ciepła (cieplik) – Jędrzej Śniadecki – ciepło jest fluidem, który bez żadnych strat przechodzi od ciał gorących do zimnych

ChemiaNauka o właściwościach, budowie i przemianach substancji oraz o prawach,

które rządzą tymi przemianami

7. Robert Boyle (1661) – koncepcja pierwiastka chemicznego

8. Antoin Lavoisier (1787) – prawo zachowania masy, nomenklatura chemiczna

9. John Dalton (1808) – prawo ciśnień cząstkowych, prawo stosunków wielokrotnych, Daltonizm

10. Dmitrij Mendelejew (1869) – prawa okresowości i skonstruowanie układu okresowego pierwiastków

11. Friedrich Wöhler (1828 r.) – mocznik otrzymany syntetycznie

12. Ernest Rutherford (1911–1920) - subtelna budowa atomu

13. Heisenberg, Schrödinger, Pauli (lata 20. XX w.) – chemia kwantowa

Rozwój nowych gałęzi chemiiAstrochemia - nauka o związkach chemicznych i reakcjach chemicznych zachodzących w przestrzeni kosmicznej

Biochemia - nauka zajmująca się chemią w organizmach żywych, a w szczególności biosyntezą, strukturą, stężeniem, funkcjami i przemianami substancji chemicznych w organizmach

Geochemia – badanie historii naturalnej Ziemi z chemicznego punktu widzenia

Chemia teoretyczna - wiedza chemiczna od strony teoretycznej, czyli bez wykonywania eksperymentów w laboratorium

Chemia środowiska - dziedzina chemii zajmująca się opisem zjawisk chemicznych zachodzących w środowisku przyrodniczym(atmosfera, woda, gleba)

MateriaOgół istniejących przedmiotów fizycznych, poznawalnych zmysłami; w ujęciu

filozoficznym wszystko co istnieje w czasie i przestrzeni, obiektywna rzeczywistość niezależna od świadomości

Einstein 1905

𝐄𝟎 = 𝐦𝟎𝐜𝟐

suma masy i energii jest stała (układ zamknięty)

1. materia to wszystkie obiekty, o różnej od zera masie spoczynkowej (tzw. materia masywna)

2. materia to wszystkie obiekty złożone z elementarnych fermionów (tzw. materia fermionowa)

3. materia to wszystkie obiekty złożone z dwu odmian cząstek elementarnych (o identycznej masie i czasie życia, ale o przeciwnym znaku ładunku elektrycznego oraz wszystkich addytywnych liczb kwantowych)

4. materia to wszystkie obiekty wytwarzające grawitację i jej podlegające, czyli o niezerowej energii

Substancja chemiczna

Substancja jednorodna, o stałym, określonym składzie chemicznym,

jakościowym (co do rodzaju atomów pod względem liczby atomowej i

ewentualnie, co do poszczególnych rodzajów atomów w cząsteczce) i

najczęściej ilościowym (liczby atomów różnych rodzajów w cząsteczce)

Proste – formy występowania w stanie wolnym pierwiastków chemicznych

Złożone – związki chemiczne

Bertolidy – niespełniające kryterium stałości składu

Mieszaniny (jednorodne i niejednorodne) – preparaty chemiczne lub

substancje złożone

SubstancjaSubstancja – podstawowe pojęcie używane w aktach prawnych Unii

Europejskiej dotyczących bezpieczeństwa używania, oznakowania i

klasyfikacji chemikaliów.

Rozporządzenie CLP (klasyfikacja oznakowania i pakowania chemikaliów)

Rozporządzenie REACH (rejestracja chemikaliów)

„Pierwiastek chemiczny lub jego związki w stanie, w jakim występują w

przyrodzie lub zostają uzyskane za pomocą procesu produkcyjnego, z

wszelkimi dodatkami wymaganymi do zachowania ich trwałości oraz

wszelkimi zanieczyszczeniami powstałymi w wyniku zastosowanego

procesu, wyłączając rozpuszczalniki, które można oddzielić bez wpływu na

stabilność i skład substancji”

Mieszaniny nie są substancjami chemicznymi !

PierwiastekPoszukiwanie podstaw całej rzeczywistości

Tales z Miletu – woda

Anaksymander – bezkres (apeiron),

Anaksymenes – powietrze

Heraklit – ogień

Empedokles – woda, ogień, powietrze i ziemia (4 żywioły)

Leucyp i Demokryt – małe niepodzielne cząstki (atomy)

Platon – (Empedokles + atomizm)

Arystoteles – (Empedokles + Anaksymander) + eter (quinta essentia –

piąta esencja (kwintesencja)

Dżabir Ibn Hajjan – 4 żywioły + siarka i rtęć jako składnik wszystkich metali

Paracelsus – 4 żywioły + siarka, rtęć i sól (jatrochemia)

PierwiastekZbiór wszystkich atomów posiadających jednakową liczbę protonów w

jądrze

Substancja chemiczna, która składa się wyłącznie z atomów posiadających

jednakową liczbę protonów w jądrze

Pierwsza litera jest zawsze wielka, a pozostałe małe Co – kobalt, CO –tlenek węgla

118 uznawanych pierwiastków

94 występuje naturalnie na ziemi

Do liczby atomowej 82 stabilne (astat przejściowy,

Technet i promet – niestabilne)

Od 93 (bizmut) promieniotwórcze

Prawo zachowania masy

Empedokles

"W przyrodzie nie powstaje nic, co może umrzeć; nie ma całkowitego unicestwienia; nie dzieje się nic oprócz zmian i rozpadu tego co połączone”

Michaił Łomonosow (1756), Antoine Lavoisier (1785)

"Łączna masa wszystkich substancji przed reakcją (tzw. substratów) jest równa łącznej masie wszystkich substancji powstałych w reakcji (tzw.

produktów)"

"Całkowita masa substancji uczestniczących w reakcji chemicznej pozostaje niezmienna„

"W reakcji chemicznej sumy mas produktów i substratów są sobie równe"

Prawo stałości składu (stosunków stałych)Joseph Louis Proust (1799)

Daltonidy

Stosunek ilościowy pierwiastków w każdym odrębnym związku chemicznym jest zawsze stały, charakterystyczny dla danego związku i nie

zależy od sposobu powstawania tego związku

Każdy związek chemiczny niezależnie od jego pochodzenia albo metody otrzymywania ma stały skład jakościowy i ilościowy

Np.: wodór do tlenu w wodzie zawsze w stosunku wagowym 1:8

Bertolidy, związki niestechiometryczne

Prawo stałości składu (stosunków wielokrotnych)

Dalton (1802)

„Jeżeli dwa pierwiastki A i B tworzą ze sobą więcej niż jeden związek, to

masy pierwiastka A przypadające na taką samą masę pierwiastka B mają

się do siebie jak niewielkie liczby całkowite”

Np.: woda składa się z wodoru i tlenu w stosunku wagowym 1:8,

nadtlenek wodoru z wodoru i tlenu w stosunku wagowym 1:16. Masa

tlenu łączącego się z taką samą masą wodoru – 1g, w wodzie i nadtlenku

wodoru wynosi odpowiednio 8 g i 16 g; ilości te pozostają w stosunku

prostych liczb całkowitych 1:2.

Prawa gazów doskonałych

Gaz doskonały - hipotetyczny gaz, w którym nie uwzględnia się objętości

własnej cząsteczek (cząsteczki traktuje się jako punkty materialne) oraz

oddziaływania pomiędzy nimi

1. Brak oddziaływań międzycząsteczkowych z wyjątkiem odpychania w

momencie zderzeń cząsteczek

2. Objętość cząsteczek jest znikoma w stosunku do objętości gazu

3. Zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste

4. Cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu

Klasyczny gaz doskonały

Gaz Fermiego, będący zastosowaniem modelu do fermionów, np.

elektronów w metalu

Gaz bozonów, będący zastosowaniem modelu do bozonów, np.

fotonów


P – ciśnienie [Pa]

V – objętość [m3]

N – ilość moli n=m/M

R – stała gazowa, R = 8,314 [J*mol-1*K-1]

T – temperatura [K]

pV = nRT

Benoît Clapeyron (1834)

Równanie stanu gazu doskonałego

n moli (taka sama liczba cząstek) gazu, przy danej temperaturze i ciśnieniu panującym w naczyniu zajmuje zawsze taką samą objętość, niezależnie od budowy chemicznej tego gazu (V = nRT/p)w danej objętości, przy danym ciśnieniu i temperaturze, znajduje się zawsze taka sama liczba moli cząsteczek gazu, niezależnie od jego budowy chemicznej (n = pV/RT)n moli gazu zamkniętych w naczyniu o określonej objętości, przy określonej temperaturze, będzie wywierało na jego ścianki takie samo ciśnienie, niezależnie od tego, jaki to jest gaz (p = nRT/V).

Prawa gazów doskonałychBenoît Clapeyron (1834)

Równanie stanu gazu doskonałego

Równanie Clapeyrona dla jednego mola gazu ma postać pV = RT , gdzie R

to stała gazowa postaci P0V0/T0, P0 – ciśnienie gazu w temp = 00C, V0 –

objętość gazu w temp = 00C, T0 – 00C = 273,16 K,

R = 8,314 J*mol-1*K-1 ,

- równanie stanu gazowego: pV – nRT, gdzie n to ilość moli = m/M

- prawo Avogadry : objętości gazowych substratów i produktów (w

jednakowych warunkach ciśnienia i temperatury) pozostają do siebie w

stosunku małych liczb całkowitych,

- objętość molowa gazu: Vm to stosunek masy molowej substancji

do jej gęstości, w warunkach normalnych objętość molowa gazu

doskonałego wynosi 22,4 dm3 * mol-1,


W tych samych warunkach fizycznych tj. w takiej samej temperaturze i

pod takim samym ciśnieniem, w równych objętościach różnych gazów

znajduje się taka sama liczba cząsteczek.

Prawo Avogadra

W warunkach normalnych jeden mol gazu doskonałego zajmuje objętość

Objętość molowa gazu

22,415 dm³

Warunki normalne T = 273 K, P = 1013 hPa

Liczba cząsteczek (atomów) w jednym molu nosi nazwę liczby Avogadra

6,022140857(74) x 1023

Masa atomowa

Masa atomu wyrażona w atomowych jednostkach masy u. Określa ona, ile razy masa atomu danego pierwiastka jest większa od 1/12 masy atomu

węgla 12C.

Masa atomowa pierwiastka stanowi średnią ważoną mas atomowych, uwzględniającą procentowe występowanie wszystkich izotopów danego

pierwiastka w przyrodzie.

Liczbowo równa się iloczynowi masy pojedynczego atomu i liczby Avogadra:MA = mA*NA

Masa cząsteczkowa

Masa jednej cząsteczki związku lub indywiduum chemicznego wyrażona w atomowych jednostkach masy u. Określa ona, ile razy masa cząsteczki jest

większa od 1/12 masy atomu węgla 12C.

Masa atomowa pierwiastka stanowi średnią ważoną wszystkich mas atomowych wchodzących w skład związku, uwzględniającą procentowe występowanie wszystkich izotopów danego pierwiastka w przyrodzie.

John Dalton

Atomistyczna teoria budowy materii

Jednostka masy atomowej

m = 1 u = 1,660538921(73)*10-24 g

1 g = 6,02214129(27)*1023 u

Do roku 1961 atomowa jednostka masy wyrażana była jako 1/16 masy atomu tlenu 16O (fizycy) lub

średniej masy atomu tlenu 160 (chemicy).Symbol = amu (atomic mass unit)

Atomistyczna teoria budowy materii

Rok 1808 - John Dalton przyjął, że materia jest zbudowana z atomów, będących niepodzielnymi, sprężystymi kulami (tzw. „model kuli bilardowej”).

Teoria Daltona składa się z następujących postulatów:

• Atom jest najmniejszym „budulcem” materii. Jest jednolity i niepodzielny.• Wszystkie atomy danego pierwiastka chemicznego są identyczne

(posiadają ten sam zespół właściwości).• Atomy danego pierwiastka A różnią się od atomów pierwiastka B.

• Atomy są niezmienne i niepodzielne. Atomy danego pierwiastka A nie mogą przemienić się w atomy pierwiastka B. Atomy nie zmieniają się w

trakcie reakcji chemicznych.• Związki chemiczne powstają przez łączenie się pierwiastków w stałych

stosunkach.

Nazwy pierwiastków wg Daltona

MolMol : ilość substancji chemicznej, zawierającej tyle samo cząstek

(atomów, cząsteczek, rodników, jonów, elektronów…), ile atomów węgla znajduje się w 12 g nuklidu 12C.

W 12 g węgla znajduje się 6,022 * 1023 atomów = N (liczba Avogadro)

Jednostką w układzie SI jest kg/mol.

Stężenia roztworówSposób wyrażenia zawartości składników w roztworach.

- procentowe (Cp): określa masę substancji rozpuszczonej w 100 g roztworu.

- molowe (Cm): liczba moli rozpuszczonej substancji zawartej w 1 litrze

roztworu.

- molarne : liczba moli substancji rozpuszczona w 1 kg roztworu.

- molalne (mi): liczba moli substancji rozpuszczona w 1 kg rozpuszczalnika.

- ułamek molowy (Ni)(składnika i) to stosunek liczby moli tego składnika ni

do ogólnej liczby moli n w roztworze.

Układ SI

Międzynarodowy Układ Jednostek Miar – znormalizowany układ jednostek miar, stworzony w oparciu o system metryczny miar. Jednostki w układzie SI

dzielimy na podstawowe i pochodne.Układ SI Polska przyjęła w 1966 roku, obowiązuje we wszystkich krajach

świata oprócz Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej, Liberii i Mjanmy.

Nazwa Symbol Mierzona wielkość

Obecna definicja (2005)

Historyczna definicja

Metr M Długość Jeden metr to odległość, jaką pokonuje światło w próżni w czasie 1/299 792 458 s.”

1⁄10 000 000 długości mierzonej wzdłuż południka paryskiego od równika do bieguna.

Kilogram kg Masa Jeden kilogram to masa równa masie międzynarodowego wzorca kilograma.

Masa jednego litra wody. Litr to 1⁄1000

metra sześciennego.

Jednostki podstawowe układu SI

Nazwa Symbol Mierzona wielkość

Obecna definicja (2005)

Historyczna definicja

Sekunda s Czas Jedna sekunda to czas równy 9 192 631 770 okresom promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma poziomami F = 3 i F = 4 struktury nadsubtelnej stanu podstawowego 2S1/2 atomu cezu 133Cs. Powyższa definicja odnosi się do atomu cezu w spoczynku w temperaturze 0 K

Doba dzieli się na 24 godziny, każda godzina na 60 minut, a każda minuta na 60 sekund.Sekunda to 1⁄(24 × 60 × 60) doby.


Nazwa Symbol

Mierzona wielkość

Obecna definicja (2005) Historyczna definicja

Amper A Prąd elektryczny

Jeden amper to takie natężenie stałego prądu elektrycznego, który płynąc w dwóch równoległych, prostoliniowych, nieskończenie długich przewodach o znikomo małym przekroju kołowym, umieszczonych w próżni w odległości 1 m od siebie, spowodowałby wzajemne oddziaływanie przewodów na siebie z siłą równą 2·10-7 N na każdy metr długości przewodu.

Oryginalny „Międzynarodowy Amper” był zdefiniowany elektrochemicznie jako prąd potrzebny do wytrącenia 1.118 miligrama srebra na sekundę z roztworu azotanu srebra. W porównaniu do obecnej definicji, różnica wynosi 0,015%.


Nazwa Symbol

Mierzona wielkość


Kelwin K Temperatura

Definicja ta odnosi się do wody o następującym składzie izotopowym: 0,00015576 mola 2H na jeden mol 1H, 0,0003799 mola 17O na jeden mol 16O i 0,0020052 mola 18O na jeden mol 16O

Skala Celsjusza: skala Kelvina opiera się na skali Celsjusza, lecz jest skalą termodynamiczną (0 K to zero bezwzględne).

mol mol Liczność materii

Jeden mol to liczność materii układu, zawierającego liczbę cząstek równą liczbie atomów zawartych w dokładnie 0,012 kilograma izotopu węgla 12C; jej symbol to 'mol.

Masa cząsteczkowa podzielona przez 1 g/mol.


Nazwa Symbol

Mierzona wielkość


Kandel cd Światłość

Jedna kandela to światłość z jaką świeci w określonym kierunku źródło emitujące promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 5,4·1014 Hz i wydajności energetycznej w tym kierunku równej 1/683 wata na steradian.

Wcześniejszą jednostką światłości była świeca.


Prezentacja programu PowerPoint - zchp.us.edu.pl · Podstawowe pojęcia i prawa chemii. 2. udowa...

Documents

Transcript of Prezentacja programu PowerPoint - zchp.us.edu.pl · Podstawowe pojęcia i prawa chemii. 2. udowa...