WYKŁAD

Z CHEMII OGÓLNEJ

dr Sylwester A. Stępniak

Katedra Chemii, SGGW

Zakład Chemii Żywności

http://sylwester_stepniak.users.sggw.pl

PROGRAM WYKŁADÓW

W_1. Chemia – nauka opisująca właściwości „Rzeczywistości”

W_2. Przemiany jądrowe – reakcje jądrowe

W_3. Konfiguracja elektronowa atomu. Układ okresowy pierwiastków.

W_4. Wiązania chemiczne. Związki chemiczne.

W_5. Teoria hybrydyzacji orbitali atomowych

W_6. Teoria orbitali molekularnych

W_7. Teoria pola ligandów

W_8. Reakcje chemiczne. Równowaga reakcji chemicznej

W_9. Dysocjacja jonowa. pH roztworów

W_10. Elektrochemia: Ogniwa elektrochemiczne. Elektroliza

W_11. Przewodnictwo jonowe

W_12. Wielkości koligatywne

W_13. Kinetyka reakcji chemicznych

W_14. Termochemia. Prawo Hessa. Prawo Kirhchoffa.

W_15. Spektroskopia. Chromatografia. Ekstrakcja

"Eppur si mouve" - "A jednak się porusza"

"Mierz - co wymierne, a co niewymierne uczyń wymiernym"

GALILEO GALILEI Galileusz (1564 – 1642)

"Prawdziwa nauka zaczyna się wtedy, gdy można coś

opisać na sposób matematyczny"

Ludwig Eduard Boltzmann (1844 - 1906)

Czym zajmuje się chemia jako nauka?

CHEMIA JEST TO NAUKA, KTÓRA OPISUJE PEWNE WŁAŚCIWOŚCI

MATERII („RZECZYWISTOŚCI”)

Co rozumiemy pod określeniem

„Rzeczywistość”?

RZECZYWISTOŚĆ: {PIERWIASTKI, ZWIĄZKI CHEMICZNE, ENERGIA}

E = m·c2

Czy „Rzeczywistość” jest zbiorem ciągłym?

ENERGIA W PRZYRODZIE JEST KWANTOWANA

Każdy element materii emituje lub absorbuje tylko ściśle

określone, charakterystyczne dla niego

kwanty (porcje) energii

ε = h · ν ε = h · c/ ε = h · c · ν

ν[Hz = s-1], λ [m], ν[m-1]

h = 6,62·10-34 J·s, c = 3·108 m·s–1

Jaka jest rola CHEMII w opisie „RZECZYWISTOŚCI”?

• ANALIZA CHEMICZNA

• BADANIE WŁAŚCIWOŚCI SUBSTANCJI

• KONTROLA I STEROWANIE

PROCESAMI TECHNOLOGICZNYMI

• Ogólny zasób energii w Przyrodzie jest stały

• Energia jest kwantowana

• Każdy element lub układ elementów

dąży do tego, aby być w minimum

energetycznym

Jakie znamy metody analizy chemicznej?

I. ANALIZA JAKOŚCIOWA

II. ANALIZA ILOŚCIOWA

A. ANALIZA STECHIOMETRYCZNA

B. ANALIZA NIESTECHIOMETRYCZNA

• Ad I A.

1. Analiza kationów

2. Analiza anionów

•AAd II A.

• Analiza wagowa

• Analiza objętościowa:

-Redoksometria

-Kompleksometria

-Alkacymetria

-Argentometria

M

mn

V

Vn

_

N A

Nn

cV mrn

Objętość molowa substancji chemicznej (V)

V

Vn

_

mol

cmVHg

3

80,1455,13

61,200

d

MV Zadanie

Ile moli rtęci znajduje się w 100 cm3 Hg w warunkach

standardowych? dHg = 13,55 g/cm3.

Rozwiązanie: MHg = 200,61 g/mol

molanHg 76,680,14

100

Dla substancji gazowych, o właściwościach gazu doskonałego:

TRnVp Gdy n = 1 => V = V

p

TRV

W warunkach normalnych

(p = 1013,25 hPa, T = 0oC = 273 K):

W warunkach standardowych

(p = 1013,25 hPa, T = 25oC = 298 K):

mol

m

p

TRV

30 02239,0

101325

27331,8

mol

m

p

TRV

325 02444,0

101325

29831,8

R = 8,31 J/mol∙K

• Ad B. 1. Metody elektrochemiczne:

- Potencjometria

- Konduktometria

- Elektroforeza kapilarna

- Polarografia

2. Metody spektroskopowe:

- Spektroskopia emisyjna

- Spektroskopia absorpcyjna

3. Metody chromatograficzne:

- Chromatografia podziałowa

- Chromatografia adsorpcyjna

4. Inne:

- Refraktometria

- Nefelometria

- Wiskozymetria

γ, UV, VIS, IR, NMR

GC, TLC, HPLC

Jakie znamy chemiczne elementy

„Rzeczywistości”?

{atomy, jony, cząsteczki, elektrony, rodniki, kwanty energii (h·ν)}

NmM

A

C

C 12

12

m Cu 12

12

1

][12

12 gN

Mm

A

C

C][1212 um C

1012,012

molkgM C

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne:

• Mol

Do określenia liczności elementów Rzeczywistości przyjęto, jako stan

odniesienia:

Ckg12012,0

• Liczba atomów C znajdująca się w 0,012 kg 12C, to mol.

• Masa molowa (M), to masa mola elementów materii .

• Liczba Avogadro (NA):

• Atomowa jednostka masy (u)

Do określenia masy atomów przyjęto, jako stan odniesienia:

• Masa atomowa (m), to masa atomu wyrażona w atomowych jednostkach masy.

NmM

A

C

C 12

12

• Pierwiastki chemiczne : { 1X, . . . ,109X }

• Pierwiastek chemiczny : { ZA1X, Z

A2X, . . . , ZAiX }

• Izotop: {ZAX}, Nuklid : Z

AX

• Izotopy: 11H, 1

2H, 13H

• Izobary: 13H, 2

3He

• Izotony: 47Be, 3

6Li N A

Nn

• Atomowa jednostka masy (u)

• Masa atomowa (M)

• Mol

• Liczba moli (n)

• Liczba Avogadro (NA)

V

Vn

_

m Cu 12

12

1

cV mrn M

mn

Jaka jest interpretacja fizyczna liczby Avogadro (NA)?

NM

mA

C

C

12

12 um C1212

u

gN A 1

1molM g

C

11212

Metody oszacowania liczby Avogadro:

Metoda radiometryczna

Metoda elektrochemiczna

HePoRa 4

2

222

84

226

88 Nα = 1,16·1018 [g–1Ra·rok–1]

HeeHe 224

2

mHe = 7,66·10-6g

MHe = 4 [g/mol]

mM

NNMm

NN

He

He

HeA

He

He

A

He

][1006,61066,7

41016,1 123

6

18

molN A

1913 r – Milliken wyznaczył

ładunek elektronu:

qe = 1,6·10–19 [C]

eA

qF N

tIFz

Mm

Gdy z·m = M => I· t = F = 96 490 [C/mol]

][1003,6106,1

96490 123

19

molN A

Co w tych

metodach zostało

przyjęte za stan

odniesienia?

MC = 12 u

Masy molowe pierwiastków

mM

NNMm

NN

He

He

HeA

He

He

A

He

M

mn

Masa molowa 12C jako stan

odniesienia przy wyznaczaniu mas

molowych pierwiastków

MC = 12 g/mol

Jak wyznaczono masę molową He (gaz szlachetny, nieaktywny chemicznie)?

Prawo Avogadro:

N A

Nn V

Vn

_

cV mrn

2

1

2

1

V

V

n

n

Gdy p = const.

i T = const.:

xMxMxM iiM ...

2211

• Masa atomowa, masa cząsteczkowa,

1xin

nx

i

i

i

xii 100%

• Masa molowa pierwiastka (M):

• Procentowy skład izotopowy pierwiastka (i%):

• xi - ułamek molowy składu izotopowego:

• Mi - masa molowa nuklidu:

Jakie znamy rodzaje izotopów?

• Izotopy trwałe

• Izotopy promieniotwórcze:

- Występujące na Ziemi

- Syntezowane

• Pierwiastki o x1 = 1

• Pierwiastki o x1, x2,…xi < 1

• Pierwiastki o x1 = 0

Jakie pierwiastki , ze względu na ich

skład izotopowy, występują na Ziemi ?

Cp Copernicium