Chemia - Podstawy: Past Paper PDF

co odróżnia naukę od pseudonauki? Nauka jest gotowa podważyć starą teorię na rzecz nowych faktów, czego pseudonauka zrobić nie potrafi. Naukowe metody badawcze oparte są na niezależnych weryfikatorów, a same wyniki muszą się powtarzać. Pseudonauka posługuje się wybiórczymi danymi jako dowodu, który...

co odróżnia naukę od pseudonauki? Nauka jest gotowa podważyć starą teorię na rzecz nowych faktów, czego pseudonauka zrobić nie potrafi. Naukowe metody badawcze oparte są na niezależnych weryfikatorów, a same wyniki muszą się powtarzać. Pseudonauka posługuje się wybiórczymi danymi jako dowodu, który nie jest i nie może zostać przez nikogo podważony. Nauka zachęca do otwartej krytyki, celem rozwinięcia teorii lub doświadczenia, czego pseudonauka unika. Każdemu podważeniu metody badawczej w pseudonauce przypisany jest atak lub spisek na „guru", czyli osobę która zapoczątkowała daną teorię lub wniosek. Taka sytuacja nie ma miejsca w nauce, gdyż najważniejszy jest argument, a nie kto go wyprowadził. Sami naukowcy zachęcają do krytyki wyników czy badań naukowych, celem samorozwoju bądź odkrycia czegoś nowego. Z reguły pseudonaukowe teorie uderzają w emocje niż w umysł, celem zainteresowania i poparcia przez jak największą ilość osób. Bardzo często zlecanie badań pseudonaukowych ma swoje źródło w sprzedaży produktu, który rzekomo ma poparcie naukowców. Wielokrotnie wykorzystywana pseudonauka od nauki różni się tym, że nauka jest w stanie bezstronnie wskazać na wady i zalety danego produktu. Nauka często odrzuca teorie z przeszłości, które zostały wyparte przez nowe odkrycia. Pseudonauka kurczowo trzyma się tradycji, starych cywilizacji i wierzeń ludowych. omów stany skupienia materii, nie zapominając o plazmie Materie można podzielić na 4 główne stany skupienia: stały, ciekły, gazowy i plazma. Każdy ma cechy, które w większym lub mniejszym stopniu odróżniają stany skupienia od siebie. Te same związki chemiczne mogą występować w różnych stanach skupienia, zależnie od warunków termodynamicznych takich jak temperatura czy ciśnienie, co wpływa na ich właściwości. Ciało stałe zachowuje swoją objętość i kształt, niezależnie od naczynia, w jakie je wprowadzamy (zakładając, że naczynie te jest w stanie je pomieścić). Ciało stałe z punktu widzenia atomów, posiada zbitą budowę, co ogranicza drganie cząstek, które są ułożone jeden obok drugiego. Ciecze i gazy należą do grupy płynów, czyli stanów fazowych, które zmieniają kształt w zależności od naczynia, do jakiego zostaną wprowadzone. Trzeba jednak zaznaczyć, że stan ciekły trudno zmienia objętość, co łatwo przychodzi gazom. Na poziomie atomowym, ciecze posiadają swego rodzaju swobodę ruchu cząsteczek, ponieważ nie są mocno upakowane. Tworzą powierzchnię swobodną, która odróżnia ciecze od gazów. Gazy łatwo zmieniają objętość, co wynika z faktu dosyć dużych odległości między cząsteczkami, w porównaniu do poprzednich stanów materii. Gaz wprowadzony do naczynia równomiernie wypełnia całą jego przestrzeń. Nie tworzy powierzchni swobodnej. Cząsteczki gazu oddziaływują dwucząsteczkowo na zasadzie zderzenia jednej cząsteczki z drugą. Plazma jako 4 stan skupienia jest bardzo zbliżony do gazu. Jest to mieszanina elektronów, jąder atomowych, jonów, fotonów oraz rodników. Powoduje to, że cząsteczki występujące w plazmie oddziaływają grupowo, czyli każda cząsteczka oddziaływuje z wieloma cząsteczkami naraz, przez co plazma zachowuje się chaotycznie, w porównaniu do gazu, w którym każda cząsteczka zachowywała się tak samo. Z faktu występowania w plazmie jonów i elektronów, wykazuje ona przewodność elektryczną. budowa atomu wg. Daltona, Rutheforda i Bohra, omów kluczowe eksperymenty dla każdej z teorii Dalton jako pierwszy zaproponował podział pierwiastków na atomy. Zauważył różnice pomiędzy atomami poszczególnych pierwiastków. Kluczem do zapoczątkowania jego teorii było prawo zachowania masy i prawo stałych proporcji. Jego teoria posiadała następujące postulaty: -atom jest najmniejszym budulcem materii. -są niepodzielne, niezniszczalne i nie powstają z niczego -atomy tego samego pierwiastka nie różnią się niczym -atomy łączą się w związki chemiczne w stałych stosunkach -związki chemiczne składają się z co najmniej dwóch atomów pierwiastków -atomy różnych pierwiastków różnią się od siebie -w reakcji chemicznej atomy pierwiastka nie zmieniają się w atomy innego pierwiastka Teoria ta była podstawą we współczesnej chemii. Jednak nie tłumaczyła takich aspektów jak: -istnienie izotopów -różnice między pierwiastkami -formy alotropowe pierwiastków -dlaczego pierwiastki reagują ze sobą -różne atomy o tej samej masie Dalton uznał atom za niepodzielny, przez co nie przewidział istnienia cząstek elementarnych, czyli cząstek budujących atom. Teoria Rutheforda obaliła teorię Thompsona, który zaproponował model plum pudding, czyli w dodatnio naładowanej masie (ciasto) znajdują się ujemnie naładowane elektrony (rodzynki). Rutheford bombardował cienką, złotą folie cząstkami alfa, które przechodząc przez materiał padały na ekran pokryty siarczkiem cynku. Wedle teorii Thompsona cząstki miały bez problemu przenikać przez folie. Jednak tor lotu niektórych cząstek był zakrzywiany lub nawet odbijany z powrotem. To pokazało, że model atomu Thompsona jest nieprawidłowy. Niewielki odsetek odbitych cząstek sugerował, że atomy posiadają dodatnio naładowany, skoncentrowany środek, a wokół jest pusta przestrzeń. Mimo problemu teorii co do rozmieszczenia i ruchu elektronów, wniosek odnośnie jądra atomowego jest prawdziwy. Model budowy atomu Bohra jest w pewien sposób rozwinięciem teorii Rutheforda. Jego teoria uwzględnia Dodatnio naładowane jądro oraz krążące wokół niego elektrony, o odpowiednich liczbach kwantowych. Teoria Rutheforda nie tłumaczyła widma promieniowania atomów, ich stabilności ani rozmiarów samego atomu. Bohr przyjął, że elektrony, na które działają siły zgodne z prawami Coulomba, krążąc wokół jądra nie wysyła energii. Bohr założył, że elektrony krążąc po orbitach, mogą zaabsorbować lub wyemitować kwant energii przy przeskakiwaniu pomiędzy orbitami. Te założenia tłumaczą widmo emisyjne atomów, a potwierdzenie znalazły w badaniu widma emisyjnego wodoru. jądro atomowe i promieniotwórczość naturalna Jądro atomowe zbudowane jest z protonów i neutronów, nazywanych nukleonami, powiązanymi siłami jądrowymi. Stanowi praktycznie całą masę atomu, zajmując bardzo małą przestrzeń. Jądro wykazuje charakter przyciągający. Nukleony oddziaływają z ograniczoną liczbą sąsiednich nukleonów. Zasięg tych oddziaływać wynosi 10\^-15 m. Model kropkowy przedstawia konfiguracje protonów i neutronów, gdzie każdy oddziałuje z sąsiadem. Ten model pozwala przewidzieć rozszczepianie jąder. Model powłokowy sugeruje istnienie powłok o optymalnym rozłożeniu nukleonów. W jądrze atomowym siły jądrowe muszą przeciwdziałać odpychaniu kolumbowskiemu pomiędzy protonami. Ciężkie jądra atomowe mają na tyle oddalone protony, że siły jądrowe zanikają. Neutrony pełnią rolę stabilizatora, który wnosi dodatkową energie wiązania do jądra, przez co pokonywana jest energia odpychania elektrostatycznego. Jest to powód, dla którego ścieżka stabilności jąder atomowych odbiega od prostej zachowującej tą samą ilość protonów co neutronów. Magiczna i parzysta liczba nukleonów wpływa na zwiększenie stabilności. Jądra o liczbie atomowej większej od 83 są nietrwałe. Wydzielanie energii towarzyszy syntezie jąder lekkich i rozszczepianiu ciężkich. Promieniotwórczość naturalna to samorzutna emisja z jąder atomowych. Po rozpadzie, w wyniku transmutacji powstaje jądro pochodne. Wyróżniamy promieniowanie alfa (jądro helu), beta (elektrony lub pozytrony), gamma (fotony). Rozpad jądra różni się od zwykłej reakcji chemicznej większą energią i przemiana pierwiastków. kamienie milowe teorii kwantów 1. Ciało doskonale czarne oraz prawo promieniowania Kirchhoffa -- zdolność emisji promieniowania ciała d.cz. zależna tylko od temperatury 2. (Doświadczalnie) Prawo Wiena -- maksimum natężenia promieniowania zależne od temperatury 3. Prawo Stefana-Boltzmanna: strumień promieniowania emitowanego w jednej sekundzie przez ciało doskonale czarne jest proporcjonalne do 4 potęgi temperatury ciała 4. Prawo Rayleigha-Jeansa: zdolność emisji ciała d.cz. proporcjonalna do kwadratu częstości promieniowania. Z tego wynika, że każde ciało powinno emitować promieniowanie głównie ultrafioletowe, co było sprzeczne z rzeczywistością. Scałkowanie wykresu prowadzi do otrzymania nieskończonej energii, co przeczy prawom termodynamiki. Tą rozbieżność nazwano katastrofą w nadfiolecie. 5. Max Planck stwierdził, że energia nie jest dostarczana ciągle, a w postaci zestawów najmniejszej możliwej energii, oznaczonej jako h. Tym założeniem sformułował wyrażenie matematyczne opisujące faktycznie obserwowany rozkład widmowy promieniowania ciała d.cz. 6. Wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego przez Einsteina, bezpośrednie zaaplikowanie rozumowania Plancka odnośnie kwantów energii. 7. Artur Compton wyjaśnia różnice długości fal rentgenowskich rozproszonych od padających wykorzystując zaproponowaną przez Einsteina ideę cząstek światła. do czego chemikowi potrzebne promieniowanie rentgenowskie? omów wybraną technikę analizy instrumentalnej Chemik potrzebuje promieni rentgenowskich do analizy materiału badanego. Spektroskopia fluorescencji rentgenowskiej to technika analityczna stosowana do określenia składu pierwiastkowego materiału. Spektroskop wypuszcza promienie rentgenowskie, które padają na badany materiał. Promieniowanie uderzając w atom, zaburzają jego równowagę, wybijając elektron z niższej powłoki. W wolne miejsce wchodzi elektron z wyższego poziomu energetycznego. Podczas przeskoku, nadmiar energii jest emitowany jako wtórne promieniowanie rentgenowska. Trafiają one do detektora i są przetwarzane w analizatorze na widmo pokazujące piki intensywności do ich energii. XRF jest mało inwazyjny dla materiału badanego, samo badanie jest dość szybkie, obejmuje szerokie spektrum pierwiastków i nie wymaga ogromnego nakładu pracy na przygotowanie próbki. fala de Broglie'a i orbitale atomowe Z efektu fotoelektrycznego i Comptona wynika, że fala elektromagnetyczna zachowuje się jak cząsteczka podczas oddziaływania z materią. De Broglie odwrócił rozumowanie fizyków, którzy dla potrzeby niektórych zjawisk traktowali fale elektromagnetyczną jako cząstkę, przypisując cząsteczce o niezerowym pędzie fale o konkretnej długości i częstotliwości. Postulował: -z każdym obiektem związana jest fala -orbity dozwolone dla elektronu to te, które mają obwód równy pełnej wielokrotności długości fal -długość fali jest odwrotnie do iloczynu masy i prędkości obiektu Hipoteza została potem potwierdzona w eksperymencie rozpraszania elektronów na krysztale niklu. Zaobserwowano dyfrakcje elektronów. Przypisanie materii cech korpuskularno-falowych oznacza, że każda materia podlega zjawisku interferencji i dyfrakcji. Eksperyment ze szczelinami pokazuje falową naturę pojedynczych cząstek. Obraz interferencji mówi o prawdopodobieństwie znalezienia cząsteczki. Wynika z tego, że elektron ma naturę probabilistyczną. Orbital atomowy to funkcja falowa będąca rozwiązaniem równania Schrodingera, jej kwadrat opisuje prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w chmurze elektronowej, które jest bliskie 1, często wynosi 0,9. orbitale atomowe w atomach wieloelektronowych, reguły zapełniania, przykłady dla 3 pierwiastków Należy sprawdzić ile elektronów posiada atom. Określenie konfiguracji elektronowej atomu przez przypisanie liczb kwantowych elektronom: głównej i pobocznej. Następnie zapełnianie orbitali zaczynając od najniższych poziomów energetycznych. Elektrony zapisujemy pamiętając o zakazie Pauliego. Dowolny orbital może być osadzony przez maksymalnie 2 elektrony o przeciwnych spinach. budowa i pożytki z układu okresowego pierwiastków Układ okresowy podzielony jest na grupy, okresy i bloki. Grupy (pionowe kolumny) to atomy z tą samą liczbą elektronów walencyjnych. Okresy (poziome kolumny) zawierają atomy o tej samej ilości powłok elektronowych. Bloki to zbiory pierwiastków mające podobną konfiguracje elektronową. Położenie pierwiastka w układzie okresowym pozwala przewidzieć energie jonizacji, powinowactwo elektronowe, elektroujemność, promieniowanie atomowe, gęstość pierwiastków, ich promień. rodzaje wiązań chemicznych Wiązanie chemiczne to oddziaływanie pomiędzy atomami o charakterze przyciągającym, które są wynikiem zmiany struktur elektronowych. Wiązanie chemiczne powstaje, gdy energia wiązań jest mniejsza od energii osobnych atomów. Atomy wiążą się między sobą elektronami walencyjnymi, tworząc pary elektronowe. W wiązaniu jonowym pierwiastek o mniejszej elektroujemności oddaje elektron temu o większej elektroujemności, przy czym różnica elektroujemności musi być większa od 1,7. Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane powstaje, gdy różnica elektroujemności pomiędzy dwoma pierwiastkami jest mniejsza od 1,7, para elektronowa jest wtedy przesunięta w stronę pierwiastka bardziej elektroujemnego. Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane powstaje pomiędzy dwoma tymi samymi pierwiastkami co powoduje, że różnica elektroujemności wynosi 0. Pierwiastki łącząc się ze sobą dążą do oktetu, czyli posiadania 8 elektronów na powłoce walencyjnej, tak jak mają to gazy szlachetne. co to są rodniki? Rodniki to cząstki lub atomy o niesparowanym elektronie. Rodniki są nietrwałe, wykazują paramagnetyzm, są bardzo reaktywne. Wyróżniamy rodniki obojętne, kationorodniki i anionorodniki. Mają spin różny od 0. Inhibitory to związku likwidujące rodniki. Naświetlanie cząsteczki chloru światłem ultrafioletowym powoduje rozszczepienie na 2 rodniki chlorowe. Najprostszym rodnikiem jest atom wodoru, który posiada jeden niesparowany elektron. Reakcje rodnikowe są łańcuchami reakcji, które dzieli się na inicjacje, propagacje i terminacje. co to jest hybrydyzacja? Hybrydyzacja to mieszanie funkcji falowych dla orbitali o tej samej energii. Wynikiem jest funkcja mieszana opisująca prawdopodobieństwo położenia elektronów walencyjnych. Wyznaczanie hybrydyzacji pozwala określić wiązania, kształt cząsteczki, kąty pomiędzy wiązaniami oraz reaktywność cząstki. Są 3 główne hybrydyzacje: sp, sp2, sp3. podstawy spektroskopii w podczerwieni Spektroskopia w podczerwieni to metoda, która pozwala na pomiar częstotliwości drgań wiązań między atomami. Na tej podstawie określa się ugrupowania atomów występujących w cząsteczce. Do badań służy spektrometr w podczerwieni. Urządzenie wytwarza promieniowanie podczerwone i rejestruje pochłonięte promieniowanie w postaci widma. Badać można ciała stałe, ciecze, gazy. Próbka nie powinna zawierać wody, ponieważ pochłania ona silne fale, co może doprowadzić do błędnych wyników. Wyróżniamy 2 rodzaje aparatów do pomiaru. -aparat dyspersyjny -- siatka dyfrakcyjna rozszczepia promieniowanie, ograniczenie do badania w konkretnej długości fal -aparat z transformacją Fourera -- siatka dyfrakcyjna zamieniona na beamsplitter, jednoczesny pomiar długości wszystkich fal Metody pomiarowe: transmitacja, odbicie lustrzane, odbicie rozproszone, ATR prawa dla gazu doskonałego Gaz doskonały to abstrakcyjny model gazu, który według założeń jest idealnie sprężysty, czyli nie występuje utrata energii przy zderzeniach cząsteczek gazu, cząsteczki nie oddziaływują między sobą, objętość cząsteczek jest znikoma w porównaniu z objętością gazu oraz cząsteczki są ciągle w chaotycznym ruchu. Teoria kinetyczna gazu łączy parametry termodynamiczne z cząstką gazu. Zasada ekwipartycji energii mówi, że cała energia cząsteczki jest równo rozłożona na wszystkie energie cząsteczki, takie jak ruch postępowy, obrotowy czy drgania. Średnia energia kinetyczna cząstki jest wprost proporcjonalna do temperatur. Rozkład Maxwella-Boltzmanna mówi o ułamku ogólnej liczby cząstek i ich prędkością w danej temperaturze. Prawo Grahama -- szybkość efuzji zależy od gęstości gazu. Efuzja to wypływ gazu przez bardzo mały otwór. Równanie Clapeyrona łączy ze sobą ciśnienie, temperaturę, objętość i liczbę moli gazu. Prawo Boyle-Mariota mówi, że dla danej temperatury objętość jest odwrotnie proporcjonalna do ciśnienia. Prawo Charlesa mówi, że dla danego ciśnienia temperatura jest jest odwrotnie proporcjonalna do objętości. Prawo Daltona mówi, że ciśnienie całkowite jest sumą cząstkowych składowych mieszaniny. Prawo Avogadro mówi, że równe objętości gazów tej samej temperaturze i ciśnieniu mają tą samą ilość cząstek. co to są funkcje stanu? Parametry stanu opisują wielkości fizyczne układu. Dzieli się je na wielkości ekstensywne i intensywne. Ekstensywne: zmienne zależne od liczby cząstek: masa, objętość, entalpia, entropia Intensywne: niezmienne po zwiększeniu układu: gęstość, ciepło właściwe, temperatura, prędkość Wielkości mierzalne to te, które da się zmierzyć. Wielkości konceptualne to takie, dla których potrzebna jest procedura zawierająca założenia i konwencje. gaz rzeczywisty Nie istnieje coś takiego jak gaz doskonały. Cząsteczki odbijając się tracą część energii, cząsteczki oddziaływują między sobą oraz cząsteczki posiadają swoją objętość. To powoduje odstępstwa od praw gazu doskonałego. Przybliżenie jest tym bliższe, im średnie odległości cząstek gazu są większe od średnic cząsteczek. Równanie Van der Waalsa to rozszerzone równanie Clapeirona z uwzględnieniem efektu przyciągania i odpychania. Siły Van der Waalsa to słabe oddziaływania cząstek o momencie dipolowym. Cząsteczki gazu jest podzielona na dodatni i ujemny biegun, jak magnez, przez co cząsteczki przyciągają się do siebie przeciwnymi biegunami. stan ciekły -- ogólna charakterystyka Faza ciekła ma wąskie okno parametrów, przez co rzadko występuje we wszechświecie. Nie posiada kształtu, przybiera kształt naczynia, do którego została wlana. Posiada swoją objętość, która jest mało ściśliwa. Ciecze posiadają napięcie powierzchniowe. Wynika to z sił kohezji, czyli równomiernego przyciągania się sąsiadujących ze sobą cząstek cieczy. Powstaje wtedy błona graniczna. Występuje w nich bliskozasięgowe uporządkowanie. Nie występuje uporządkowanie dalekiego zasięgu. W cieczach występują siły odpychania, Van der Waalsa, siły dyspersyjne i wiązania wodorowe, jeśli cząsteczka cieczy zbudowana jest z wodoru i silnie elektroujemnego pierwiastka (fluor, azot, tlen). Ciecze, w których występuje wiązanie wodorowe, nazywane są cieczami zasocjowanymi. wiązanie wodorowe Występują pomiędzy atomem wodoru i elektroujemnym pierwiastkiem z bloku p, np. tlenem, fluorem, siarką, azotem, chlorem czy bromem. Takie wiązanie nazywa się mostkiem wodorowym. Taki mostek powstaje, gdy atom wodoru w wiązaniu kowalencyjnym, obdarzony jest dodatnim ładunkiem, który wynika z przesunięcia się pary elektronowej w kierunku atomu bardziej elektroujemnego. Elektrostatyczne przyciąganie zbliża do siebie dwie cząstki przeciwnymi biegunami. Wiązania wodorowe mogą powstawać pomiędzy dwoma różnymi cząstkami, jednak wymogi dalej pozostają te same. Jednak z faktu, że w roztworze danej substancji cząsteczek jednej substancji jest bardzo dużo, to występują one w głównej mierze pomiędzy cząstkami tej samej substancji. Im bardziej elektroujemny pierwiastek, tym mocniejsze wiązanie wodorowe. Ciecze, w których występuje wiązanie wodorowe, nazywane są cieczami zasocjowanymi. Wiązania wodorowe tworzą zjawisko polarności cząsteczki. Zwiększają one temperatura wrzenia, lepkość, napięcie powierzchniowe, zmniejszają ściśliwość. ciekłe kryształy Ciekłe kryształy (mezofaza) posiadają pewną swobodę ruchu, podobnie do cieczy, jednak zachowują swoje uporządkowanie, jak ciało krystaliczne. Posiadają właściwości anizotropowe. Mogą tworzyć cząsteczki długie i cienkie oraz sztywne płaskie. Ciekłe kryształów dzieli się na termotropowe i liotropowe. Termotropowe uzyskuje się poprzez ogrzewanie stałych kryształów. Liotropowe otrzymuje się poprzez zastosowanie odpowiedniego rozpuszczalnika. Ułożenie kryształów w przestrzeni może być wzajemnie równolegle (faza nematyczna N) albo układać się warstwami, w każdej równolegle, o wersorze kierunkowym, który w następnych warstwach zmienia się o stałą wartość, tworząc spirale (faza nematyczna N\*). W fazie smektycznej molekuły układają się w warstwy o różnych kątach. Faza kolumnowa charakteryzuje się ułożeniem w stosu. Ciekłe kryształy wykorzystywane są w wyświetlaczach. metale, wiązanie metaliczne, pasmowa teoria przewodnictwa Wśród pierwiastków najliczniejsze są metale. Metale między sobą różnią się między sobą wytrzymałością mechaniczną i twardością. Większość posiada wysoką temperaturę topnienia, mały współczynnik rozszerzalności cieplnej, dobre przewodnictwo elektryczne, związane z wiązaniami metalicznymi. Metale są nieprzeźroczyste i posiadają charakterystyczny połysk. Wiązanie metaliczne występuje w strukturze metalu, gdzie atomy metalu ułożone są obok siebie, a elektrony mają swobodę ruchu pomiędzy atomami metali. W taki sposób zdelokalizowane elektrony tworzą gaz elektronowy, który oddziaływuje elektrostatycznie z jonami metali. Ogrzewanie struktury metalu zwiększa drgania jego atomów, a dostarczana energia jest kwantyfikowana. Pasmowa teoria przewodnictwa to kwantowomechaniczna teoria opisująca przewodnictwo elektryczne. Pasmo walencyjne trzyma elektrony blisko atomów, nie dając im swobody ruchu. W paśmie przewodnictwa elektrony mają swobodę ruchu, przez co mogą przewodzić prąd. W metalach pasmo przewodnictwa częściowo nakłada się na pasmo walencyjne, przez co metale mogą przewodzić prąd. W izolatorach, np. szkło, pasmo przewodnictwa znajduje się na wyższym energetycznie poziomie, elektrony nie mają wtedy łatwego dostępu do tego pasma, przez co szkło naturalnie nie przewodzi prądu. W półprzewodnikach elektron może przeskoczyć z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. ciała krystaliczne Ciała krystaliczne tworzą struktury krystaliczne. Typy tworzonych kryształów tworzących struktury: \- molekularny -- cząsteczki oddziaływują siłami Van der Waalsa -kowalencyjny -- atomy połączone wiązaniami -jonowy -- wiązania jonowe metaliczny -- wiązania metaliczne Baza sieci to powtarzający się periodycznie najmniejszy element sieci. Baza zawiera 2 lub więcej atomów różnych lub tych samych. Komórka elementarna to równoległościan stanowiący podstawy element który powtarza się w strukturze kryształu. Długości boków i kąty są takie same dla każdej komórki elementarnej. defekty w ciałach krystalicznych Żaden kryształ w temperaturze większej od 0 K nie może mieć idealnej struktury. Każdy kryształ ma wady. Defekty można podzielić na punktowe, liniowe, płaskie. Defekty Schottkyego -- wakat kationu i anionu. Defekt Frenkla -- jon międzywęzłowy zamiast w strukturze. szkło Stan szklisty, czyli amorficzny, cechuje się brakiem uporządkowania lub uporządkowaniem bliskiego zasięgu. Cząsteczki zachowują swobodę drgań przy braku swobody ruchu i rotacji. Struktura szkła przypomina strukturę cieczy, w której nie występują ruchy postępowe. Szkło powstaje w wyniku przejścia przy ochładzaniu od cieczy zwykłej do stanu, w którym lepkość jest większa od 10\^12 nsm\^-2. sposoby wyrażania stężeń w roztworach wodnych Stężenie procentowe -- masa substancji/masa roztworu Stężenie molowe -- mol/dm3 Stężenie molarne -- mol/kg Stężenie normalne -- gramorównoważnik/dm3 Ułamek molowy -- liczba moli substancji do sumy moli wszystkich substancji Gramorównoważnik -- masa molowa/wartościowość wysalanie/efekt solny -- czym to się różni? Efekt solny to wzrost rozpuszczalności soli w wyniku obecności soli obojętnej, czyli nie posiadającej wspólnego jonu. Dzieje się tak na wskutek zmniejszenia współczynników aktywności, przez co iloczyn rozpuszczalności rośnie. Wysalanie zmniejsza rozpuszczalność, gdy do roztworu soli zostanie dodany jon wspólny. Różnica polega na tym, że efekt solny pomaga rozpuścić osad, a wysalanie w rozpuszczaniu przeszkadza. diagramy fazowe rozpuszczania ciał stały i gazów w cieczach -- przykłady Diagram fazowy pokazuje w jakim stanie skupienia będzie znajdowała się substancja w równowadze przy dobranym ciśnieniu i temperaturze. W diagramie fazowym występuje punkt potrójny, w którym substancja występuje w 3 stanach skupienia naraz. W punkcie krytycznym substancja jest jednocześnie cieczą i gazem. Z reguły zawiera 3 krzywe równowagi dla poszczególnych równowag termodynamicznych pomiędzy fazami. Dla wody pkt. potrójny to 0,01 C i 611,73 Pa. Pkt krytyczny to punkt przejścia cieczy nasyconej w parę nasyconą. rozpuszczalność i iloczyn rozpuszczalności Iloczyn rozpuszczalności mówi o iloczynie stężeń jonów trudno rozpuszczalnych soli w roztworze nasyconym tej soli. Iloczyn rozpuszczalności zależy od temperatury i pozwala określić moment strącania osadów. Rozpuszczalność wyraża się w gramach substancji rozpuszczonej na 100g wody/rozpuszczalnika w danej temperaturze oraz ciśnieniu. Rozpuszczalność soli z reguły rośnie z temperaturą. Rozpuszczalność gazów maleje ze wzrostem temperatury. Rozpuszczalność gazów zależy od ciśnienia według prawa Henriego. Mówi ono, że stężenie gazu rozpuszczonego jest proporcjonalne do ciśnienia gazu nad cieczą. co to są własności koligatywne? Właściwości koligatywne to właściwości fizykochemiczne roztworów, które zależą od stężenia, a nie rodzaju substancji. Do właściwości koligatywnych należą: wzrost temperatury wrzenia, obniżenie temperatury krzepnięcia, ciśnienie osmotyczne, obniżenie prężności pary. Prawo Roulta mówi, że prężność pary jest większa nad czystym rozpuszczalnikiem, niż nad roztworem substancji. Roztwór substancji wrze przy wyższej temperaturze oraz krzepnie przy niższej temperaturze niż czysty rozpuszczalnik. Efekty te nazywa się kolejno ebulioskopowym i krioskopowym. Te efekty zależą wprost proporcjonalnie od ilości substancji w roztworze. rozpuszczalniki -- rodzaje, dobór Rozpuszczalniki mogą być polarne, niepolarne, protonowe i aprotonowe, organiczne i nieorganiczne. Polarne i niepolarne dzielą rozpuszczalniki ze względu na występowanie lub brak momentu dipolowego cząsteczki. Protonowe i aprotonowe na możliwość występowania wiązań wodorowych. Zasada doboru rozpuszczalnika -- podobne rozpuszcza podobne. Musimy rozpatrzeć oddziaływania dyspersyjne, polarne, wiązania wodorowe. dysocjacja elektrolityczna -- stała, stopień Dysocjacja to samorzutny rozpad na jonu substancji rozpuszczonej. Elektrolity mocne ulegają całkowitej dysocjacji, a słabe tylko częściowej. Dysocjacja jonowa jest procesem odwracalnym i zależy od: temperatury, rozpuszczalnika, substancji rozpuszczanej, innych jonów. Stopień dysocjacji to stosunek ilości cząstek zdysocjowanych do ilości cząstek wprowadzonych do roztworu. Im większy stopień dysocjacji, tym mocniejszy elektrolit. Stała dysocjacji uwzględnia stopień dysocjacji i stężenie. roztwory buforowe Roztwór buforowy to roztwór słabego kwasu i soli tego kwasu z mocnym wodorotlenkiem lub na odwrót. Bufory utrzymują swoje pH, mimo dodania mocnych kwasów czy zasad do roztworu. Np. bufor octanowy, amonowy. hydroliza -- rodzaje, równania Reakcja wody z rozpuszczoną w niej substancją. Hydroliza związków organicznych: hydroliza estrów, inwersja cukrów, hydrolityczny rozpad białek. Hydroliza soli: niezdysocjowane kwasy i zasady. Sole podczas hydrolizy zmieniają pH roztworu. Hydroliza może zachodzić równocześnie z dysocjacją podczas rozpuszczania substancji. równanie Nernsta liczby kwantowe nazewnictwo i izomeria zw. kompleksowych Związki kompleksowe to związki chemiczne, które posiadają atom centralny, najczęściej z bloku metali przejściowych, oraz otaczające go ligandy. Ligandy są połączone z atomem centralnym wiązaniami koordynacyjnymi (donorowo-akceptorowymi). W nazewnictwie jonu kompleksowego najpierw wymienia się ligandy, a na koniec atom centralny. Potem podaje się jego wartościowość. Liczbę ligandów określają greckie przedrostki mono-, di-, tri- itd. Ligandy nieorganiczne mają swoje nazewnictwo. grupa CN- - cyjano grupa SCN- - tiocyjano NO2 -- nitrito-N ONO -- nitrito-O OH- - hydrokso Cl- - chloro H2O -- akwa NH3 -- amina Wyróżniamy następujące izomerie związków kompleksowych: Izomeria strukturalna: ten sam sumaryczny skład chemiczny -jonowa: ligandy zamienione z jonami -wiązaniowa: nitrito-N i nitrit-O mają ten sam wzór, ale wiązanie z kompleksem jest przez różne atomy -koordynacyjna: związku dwukoordynacyjne, w których zamieniane są ligandy -hydratacyjna: woda jako ligand Stereoizomeria: atom centralny otoczony tymi samymi ligandami, jednak ich położenie względem siebie jest różne, liczba ligandów równa lub większa od 4 -geometryczna:, 2 po 2 rodzaje ligandów, cis- ligandy po jednej stronie, trans- na przeciwlegle, facialna- trójkąt poprowadzony po ligandach tego samego typu, południkowa- ligand jednej grupy na dole i na górze i po boku -optyczna: różne ligandy, związana z zakrzywianiem światła, enancjomery to związki, które są obiciem lustrzanym wobec siebie i nie da się ich obrócić aby uzyskać cząstkę odbitą.