dr hab. Joanna Łojewska Zakład Chemii Nieorganicznejlojewska/Wyklady/Print_W1 Chemia... ·...

ChemiaChemia

dr hab. Joanna ŁojewskaZakład Chemii Nieorganicznej

1669 r Odkrycie fosforu przez Henninga Branda

4TERMODYNAMIKA

60Razem

12CHEMIA NIEORGANICZNA

20ATOM, CZĄTECZKA

2KINETYKA

3ELEKTROCHEMIA

6RÓWNOWAGA CHEMICZNA- roztwory

3RÓWNOWAGA CHEMICZNA

2TERMOCHEMIA

3GAZY

5STECHIOMETRIA

liczba godzin

Lista wykładów

Wykłady z podstaw Wykłady z podstaw chemiichemii

PodręcznikiL. Jones, P. Atkins, „Chemia Ogólna. Cżasteczki, materia, reakcje”, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa 2004

A.Bielański "Chemia ogólna i nieorganiczna" PWN

ChemiaChemia

NaukaNauka

• o materii• doświadczalna• stosowana

metoda naukowa

Metoda naukowaMetoda naukowaKlasyfikacja materiiKlasyfikacja materiiAtomyAtomy

–– modele i dowody eksperymentalnemodele i dowody eksperymentalne–– własności własności –– masa atomowamasa atomowa

„„Uczony powinien porządkować. Naukę Uczony powinien porządkować. Naukę buduje się z faktów, tak jak dom z buduje się z faktów, tak jak dom z cegieł; lecz nagromadzenie faktów cegieł; lecz nagromadzenie faktów jeszcze nie jest nauką, podobnie jak jeszcze nie jest nauką, podobnie jak sterta kamieni nie jest domem…”sterta kamieni nie jest domem…”

PoincarPoincaréé 1900 r I Mi1900 r I Mięędzynarodowy dzynarodowy kongres fizykkongres fizykóóww

Metoda naukowaMetoda naukowa1.1. ObserwacjeObserwacje––doświadczeniadoświadczenia wstępnewstępne

-- jakościowejakościowe-- ilościoweilościowe

2.2. HipotezyHipotezy-- możliwe wyjaśnienia obserwacjimożliwe wyjaśnienia obserwacji

3.3. Doświadczenia sprawdzająceDoświadczenia sprawdzające-- zbieranie nowych informacji w celuzbieranie nowych informacji w celu

sprawdzenia hipotezysprawdzenia hipotezy

Metoda naukowaMetoda naukowa

Teoria i model (dlaczego się dzieje?)Teoria i model (dlaczego się dzieje?)wyjaśnienie praw lub obserwacji, wyjaśnienie praw lub obserwacji, uporządkowany układ postulatów w sposób uporządkowany układ postulatów w sposób całościowy całościowy wyjaśniającychwyjaśniających obserwacjeobserwacje

Prawo naturalne (co się dzieje?)Prawo naturalne (co się dzieje?)prawidłowość występująca w naturze prawidłowość występująca w naturze –– ta ta sama obserwacja stosująca się do różnych sama obserwacja stosująca się do różnych układów, układów, podsumowaniepodsumowanie obserwacjiobserwacji

Metoda naukowaMetoda naukowa

prawoprawoteoria/modelteoria/model

doświadczeniedoświadczenie

hipotezahipoteza

obserwacjaobserwacja

wnioski i przewidywaniawnioski i przewidywania

doświadczeniedoświadczenie

Metoda naukowaMetoda naukowaKlasyfikacja materiiKlasyfikacja materiiAtomyAtomy

–– modele i dowody eksperymentalnemodele i dowody eksperymentalne–– własności własności –– masa atomowamasa atomowa

Klasyfikacja materiiKlasyfikacja materiiStany skupienia:Stany skupienia:

Stały (solid): Stały (solid): rigidrigid -- fixedfixedvolumevolume andand shapeshape

Ciecz (Ciecz (liquidliquid): ): definitedefinitevolumevolume but but assumesassumes thetheshapeshape ofof itsits containercontainer

Gazowy (Gazowy (gaseousgaseous): ): no no fixedfixed volumevolume oror shapeshape --assumesassumes thethe shapeshape ofof itsitscontainercontainer

Klasyfikacja materiiKlasyfikacja materii

homogenicznehomogeniczne

związkizwiązkipierwiastkipierwiastki

heterogeniczneheterogeniczne

atomyatomy

elektronyelektrony

protonyprotony neutronyneutrony

kwarkikwarki kwarkikwarki

substancje czystesubstancje czyste

mieszaninymieszaniny

jądrajądra

materiamateria

metody fizycznemetody fizyczne

metody fizycznemetody fizycznemetody fizycznemetody fizyczne

metody chemicznemetody chemiczne

Klasyfikacja MateriiKlasyfikacja Materii

Metody rozdziału mieszanin:Metody rozdziału mieszanin:

FiltracjaFiltracjaDestylacjaDestylacja

ChromatografiaChromatografia

Klasyfikacja materiiKlasyfikacja materii

Pierwiastki:Pierwiastki: substancje, których nie substancje, których nie można rozłożyć w przemianie można rozłożyć w przemianie chemicznejchemicznej

Związki:Związki: substancje o stałym substancje o stałym składzie, które można rozdzielić na składzie, które można rozdzielić na pierwiastki w przemianie chemicznej.pierwiastki w przemianie chemicznej.

Klasyfikacja materiiKlasyfikacja materiiAntoine Lavoisier ok. 1780 r

John Dalton 1808 r

Prawo zachowania masy

Teoria atomowa

Metoda naukowaMetoda naukowaKlasyfikacja materiiKlasyfikacja materiiAtomyAtomy

–– modele i dowody eksperymentalnemodele i dowody eksperymentalne–– własności własności –– masa atomowamasa atomowa

Atomy Atomy -- dowody dowody eksperymentalneeksperymentalne

Promieniotwórczość naturalnaPromieniotwórczość naturalnaPromieniowanie Promieniowanie α, βα, β i i γγPierwiastki promieniotwórczePierwiastki promieniotwórcze

Doświadczenia Marii Skłodowskiej Doświadczenia Marii Skłodowskiej (1903, 1911 r. nagrody Nobla)(1903, 1911 r. nagrody Nobla)

Piotra CuriePiotra CurieHenriHenri BecquerelaBecquerela

Atomy Atomy -- dowody dowody eksperymentalneeksperymentalneDoświadczenie Thomsona (1898Doświadczenie Thomsona (1898--1903)1903)

Metalelectrode

Metalelectrode

(-)

(+)

(+)

(-)

Appliedelectric fieldpole elektr.

metalowaelektroda

metalowaelektrodabańka szklana - próżnia

Wnioski:-atomy zawierają ujemnie naładowane cząstki-naładowane cząstki mają zawsze stały stosunek ładunku do masy

Atom Atom –– modelmodel

Model atomu wg ThomsonaModel atomu wg Thomsona

+

--

-

--

-

+?

Doświadczenie Doświadczenie RuthefordaRutheforda 1911 r 1911 r Geigera Geigera MarsdenaMarsdena

Atomy Atomy -- dowody dowody eksperymentalneeksperymentalne

α

folia Au ekran

Doświadczenie Doświadczenie RuthefordaRutheforda 1911 r.1911 r.

Atomy Atomy -- dowody dowody eksperymentalneeksperymentalne

Wnioski:- materia nie jest ciągła- wewnątrz atomów jądra o masie większej niż elektrony

Atom Atom –– modelmodel

Model atomu wg Model atomu wg RuthefordaRutheforda

+--

- -

-

--

-

Atom Atom –– modelmodel

Model atomu wg Bohra 1913 r.Model atomu wg Bohra 1913 r.

+-

--

--

-

-

-

-

-

Atom Atom –– model współczesnymodel współczesny

Teoria kwantówTeoria kwantów–– Zasada nieoznaczoności Zasada nieoznaczoności HeisenbergaHeisenberga–– Dualizm korpuskularno falowyDualizm korpuskularno falowy–– Równanie Równanie SchroedingeraSchroedingera–– Funkcje faloweFunkcje falowe

protonyprotonyneutronyneutronyelektronyelektrony

1 a.j.m.= 1/12 m 12C

Masa atomowaMasa atomowa

definicja

Atom Atom -- pomiar masy pomiar masy atomowejatomowej

Spektrometr masowy

Pomiar masy Pomiar masy atomowej/cząsteczkowejatomowej/cząsteczkowej

intensywność sygnału

m/z

IzotopyIzotopy

Jak interpretować wyniki?

- 3 izotopy neonu- intensywność proporcjonalna do ilości- położenie proporcjonalne do masy

20 21 22masa

sygn

. det

ekto

ra

detektor

Wyniki pomiarów masy neonu

Masa atomowaMasa atomowa

332211Nr izotopuNr izotopu

8.88.80.30.390.990.9rozpowszechnienie, %rozpowszechnienie, %222221212020masa atomowa, a.j.mmasa atomowa, a.j.m

Wyniki pomiarów masy neonu

Masa atomowaMasa atomowa

a.j.m. 100

332211 M%

MpMpMp=

⋅+⋅+⋅

Średnia ważona

a.j.m. 20.2100

228.8210.32090.9=

⋅+⋅+⋅

Wyniki pomiarów masy neonu

carboncarbon = 98.89% = 98.89% 1212CC1.11% 1.11% 1313CC

<0.01% <0.01% 1414CCatomicatomic mass = 12.01 mass = 12.01 amuamu

Masa atomowaMasa atomowa

przykład

PierwiastkiPierwiastki

02 _29

1H

3L i

11N a

19K

37R b

55C s

87F r

4B e

1 2M g

2 0C a

3 8S r

5 6B a

8 8R a

21S c

39Y

57La *

89A c †

2 2T i

4 0Z r

7 2H f

10 4U nq

23V

41N b

73T a

1 0 5U n p

2 4C r

4 2M o

7 4W

1 0 6U nh

25M n

43T c

75R e

10 7U n s

2 6F e

4 4R u

7 6O s

1 0 8U no

2 7C o

4 5R h

7 7Ir

10 9U ne

1 1 0U un

11 1U uu

28N i

46P d

78P t

2 9C u

4 7A g

7 9A u

30Z n

3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2

48C d

80H g

3 1G a

4 9In

8 1T l

5B

1 3A l

32G e

50S n

82P b

6C

14S i

3 3A s

5 1S b

8 3B i

7N

1 5P

34S e

52T e

84P o

8O

16S

9F

1 7C l

3 5B r

5 3I

8 5A t

10N e

18A r

36K r

54X e

86R n

2H e

58C e

90T h

5 9P r

9 1P a

60N d

92U

6 1P m

9 3N p

6 2S m

9 4P u

63E u

95A m

6 4G d

9 6C m

65T b

97B k

6 6D y

9 8C f

67H o

99E s

6 8E r

10 0F m

69T m

10 1M d

7 0Y b

10 2N o

71Lu

10 3L r

1A

2A

T ran s itio n m e ta ls

3 A 4 A 5A 6A 7 A

8A1

2 13 14 1 5 16 17

18

Alk

ali m

etal

s

A lka lineea rth m e ta ls H a log ens

N ob leg a ses

*Lan than id es

† A c tin ides