Chemia

Węgiel i jego związki

Węgiel – jako podstawowy składnik przyrody ożywionej – występuje zarówno w stanie wolnym (grafit, diament, węgle kopalne), jak i w związkach chemicznych (np. CO 2 , węglany, gaz ziemny,ropa naftowa). Konfiguracja elektronowa atomu węgla: 1s 2 2s 2 2p 2 . Stopnie utlenienia węgla w związkach: II, IV. Znane są trzy odmiany alotropowe węgla: diament , grafit oraz fulereny . Diament i grafit mają budowę krystaliczną, a fulereny – cząsteczkową. Alotropia to zjawisko...

Węglowodany

Węglowodany (cukry, sacharydy)

Węglowodany stanowią liczną grupę związków organicznych. Węglowodany podzielić można na cukry proste (monosacharydy, cukry niehydrolizujące) oraz cukry złożone (polisacharydy, cukry hydrolizujące). Pod względem chemicznym monosacharydy to polihydroksyaldehydy (aldozy) lub polihydroksyketony (ketozy). Biorąc pod uwagę liczbę atomów węgla w cząsteczce, monosacharydy są zwykle triozami (3), tetrozami (4), pentozami (5) lub heksozami (6).

Węglowodory

Węglowodory aromatyczne

Węglowodory cykliczne

Węglowodory i fluorowcopochodne

Węglowodory to związki, których cząsteczki zbudowane są wyłącznie z atomów węgla i wodoru.

Węglowodory nasycone (alkany)

Węglowodory nienasycone (alkadieny)

Węglowodory nienasycone (alkeny)

Węglowodory nienasycone (alkiny)

Wiązania chemiczne. Budowa cząsteczki

Wiązanie jonowe

Istotą wiązania jonowego jest elektrostatyczne oddziaływanie między przeciwnie naładowanymi jonami, powstającymi wskutek przeniesienia elektronu (elektronów) z atomu pierwiastka mniej elektroujemnego do atomu pierwiastka bardziej elektroujemnego. Przyjmuje się umownie, że wiązanie jonowe powstaje między pierwiastkami znacznie różniącymi się elektroujemnością (ΔE >= 1,7). Rozważmy chlorek magnezu: W celu uzyskania konfiguracji elektronowej gazu szlachetnego atom magnezu...

Wiązanie koordynacyjne

Jest szczególnym przypadkiem wiązania kowalencyjnego. Wiązanie to nazywane jest wiązaniem donorowo - akceptorowym, gdyż tworząca je para elektronowa pochodzi od jednego z atomów zwanego donorem, a atom ją przyjmujący zwany jest akceptorem. Wiązanie to ilustruje się strzałką skierowaną od donora do akceptora. Kation wodoru potrzebuje 2 elektronów do spełnienia reguły dubletu, atom azotu w cząsteczce amoniaku posiada już 8 elektronów, czyli spełniona jest dla niego reguła...

Wiązanie metaliczne

Występuje w kryształach metali, stopach metali i związkach międzymetalicznych. Polega na elektrostatycznym oddziaływaniu rdzeni atomów metali ze swobodnie poruszającymi się elektronami (gaz elektronowy). Swobodne elektrony odpowiedzialne są za wysokie przewodnictwo elektryczne i cieplne metali, ich połysk, kowalność i ciągliwość.

Wiązanie wodorowe

Należy do oddziaływań międzycząsteczkowych lub wewnątrzcząsteczkowych. Wiązanie takie wytwarza się pomiędzy cząsteczkami związków zbudowanych z atomu wodoru (zgromadzony cząstkowy ładunek dodatni) połączonego z innym silnie elektroujemnym pierwiastkiem posiadającym niewiążące pary elektronowe (zgromadzony cząstkowy ładunek ujemny). Atomy biorące udział w tworzeniu wiązania wodorowego mogą należeć do tej samej cząsteczki lub do różnych cząsteczek, np.:

Wielkości charakteryzujące atom

Właściwości chemiczne

Właściwości chemiczne

Proste etery łańcuchowe są stosunkowo mało reaktywne . Zazwyczaj stosowane są jako rozpuszczalniki do wielu reakcji chemicznych. W odpowiednich warunkach etery reagują z chlorowcowodorami wg schematu: Obok eterów łańcuchowych istnieją również etery cykliczne, wśród których ważną rolę odgrywają epoksydy. Epoksyd to cykliczny 3-elementowy eter, np.: Tlenek etylenu jest przedstawicielem stosunkowo nietrwałych, 3-członowych związków, zwanych również epoksy- lub epitlenkami....

Właściwości chemiczne

Proste enole są nietrwałe i nie występują w stanie wolnym. Tautomeryczne przegrupowanie polegające na migracji protonu i przesunięciu par elektronowych powoduje utworzenie aldehydu lub ketonu, np.:

Właściwości chemiczne

Chlorowcokwasy wykazują wszystkie typowe właściwości wynikające z obecności grupy karboksylowej i atomu chlorowca w reszcie węglowodorowej: Inne swoiste właściwości są wynikiem współdziałania grupy –COOH i atomu –X i stanowią podstawę do omówienia właściwości chlorowcokwasów w zależności od usytuowania atomu –X względem grupy karboksylowej. Ponieważ najczęściej mamy do czynienia z chlorokwasami, na ich podstawie zostaną omówione te właściwości: a) α-chlorokwasy w reakcji z mocną...

Właściwości chemiczne

Disacharydy ze względu na obecność grup –OH mogą tworzyć estry. Dodatkowo redukujące disacharydy dają pozytywny wynik w próbie Tollensa, Trommera i Fehlinga. Ze względu na obecność wolnej grupy glikozydowej tworzą z alkoholami glikozydy. Wiązanie glikozydowe disacharydów jest trwałe w środowisku rozcieńczonych zasad. W środowisku rozcieńczonych kwasów łatwo hydrolizuje, tworząc monosacharydy wchodzące w ich skład, np. hydroliza sacharozy:

Właściwości chemiczne

Wiązania węgiel–węgiel i węgiel–wodór w cząsteczkach alkanów są typu σ. Należą do wiązań mocnych (duża energia wiązania), trudnych do rozerwania i dlatego alkany charakteryzuje bierność chemiczna. Podwyższona temperatura i promieniowanie UV powodują wzrost aktywności alkanów. Reaktywność poszczególnych atomów wodoru w alkanach maleje wraz z rzędowością atomów węgla, z którymi są związane (połączone). Reakcją wspólną dla wszystkich alkanów jest reakcja spalania , której najszybciej...

Właściwości chemiczne

Ketony utleniają się znacznie trudniej niż aldehydy. W próbie Tollensa i Trommera otrzymujemy negatywny wynik reakcji świadczący o braku właściwości redukujących ketonów w odniesieniu do odczynnika Tollensa i Trommera. Ten fakt spowodowany jest położeniem grupy wewnątrz łańcucha węglowodorowego. Podobnie jak alkohole trzeciorzędowe, ketony nie mogą utracić atomu wodoru bez przerwania wiązania węgiel–węgiel. Reakcje, w których udział biorą ketony: a) katalityczne uwodornienie (w...

Właściwości chemiczne

Większość wodorotlenków reaguje z kwasami i tlenkami kwasowymi: Wodorotlenki amfoteryczne charakteryzują się tym, że reagują zarówno z kwasami, jaki zasadami. Wodorotlenek glinu reaguje z zasadą sodową, (reakcja zachodzi w roztworze wodnym) tworząc związek o wzorze Na[Al(OH) 4 ], a przy dużym nadmiarze NaOH tworzy się Na 3 [Al(OH) 6 ]. Otrzymane związki koordynacyjne poddane w odpowiednich warunkach procesowi usuwania wody w etapie końcowym utworzą bezwodne gliniany.

Właściwości chemiczne

Pamiętając, że na wiązanie podwójne składa się jedno wiązanie mocne σ i drugie słabsze π, wnioskujemy, że wiązanie π będzie łatwo ulegać rozerwaniu podczas reakcji chemicznej. Ten fakt decyduje o dużej aktywności chemicznej alkenów. Charakterystyczną cechą alkenów jest zdolność do reakcji addycji i reakcji polimeryzacji. Addycją nazywa się proces przyłączania do atomów węgla, połączonych wiązaniem podwójnym lub potrójnym, cząsteczek homo- lub heteroatomowych, w wyniku czego zmniejsza...

Właściwości chemiczne

Cykloalkany można otrzymać w reakcji eliminacji z udziałem dihalogenopochodnej,np.: Cykloheksen można otrzymać w reakcji eliminacji wody z cykloheksanolu w odpowiednich warunkach: Cykloalkany uczestniczą w reakcjach substytucji ; typowe zachowanie obserwuje się dla związków zawierających co najmniej 5 atomów węgla w cząsteczce, np.: Reakcje chemiczne z udziałem cyklopropanu i cyklobutanu zachodzą w sposób specyficzny; towarzyszy im otwarcie pierścienia....

Właściwości chemiczne

Kwasy karboksylowe, podobnie jak kwasy nieorganiczne, reagują z metalami, tlenkami metali i wodorotlenkami tworząc sole. Reakcje te przebiegają z udziałem atomu wodoru grupy karboksylowej (pęka wiązanie tlen-wodór). Kwasy karboksylowe w odpowiednich warunkach (np. podwyższona temperatura,obecność enzymów) ulegają dekarboksylacji: a) kwasy monokarboksylowe: b) polikwasy, np. kwasy dikarboksylowe – produkt reakcji uzależniony jest od odległości łańcucha węglowodorowego...

Właściwości chemiczne

Bezwodniki kwasowe ulegają hydrolizie. Proces ten jest procesem nieodwracalnym. W zależności od środowiska reakcji otrzymujemy różne produkty, np. dla bezwodnika etanowego: Dodatkowo bezwodniki kwasowe ulegają również amonolizie i alkoholizie, np.: Bezwodnik kwasowy poddany amonolizie (substraty w stosunku molowym 1:2) tworzy amid danego kwasu oraz jego sól amonową. Bezwodnik kwasowy poddany alkoholizie (substraty w stosunku molowym 1:1) tworzy ester oraz kwas....

Właściwości chemiczne

Miedź reaguje z tlenem z powietrza, tworząc czerwony tlenek miedzi(I). Po podgrzaniu tworzy się czarny tlenek miedzi(II): Tlenek miedzi(I) otrzymuje się również przez redukcję tlenku miedzi(II). Tlenek miedzi(II) ma właściwości amfoteryczne. Można go otrzymać podczas termicznego rozkładu wodorotlenku miedzi(II) lub węglanu miedzi(II). Tlenek miedzi(II) reaguje z kwasem solnym, ale w zależności od tego czy użyto do reakcji stężony roztwór czy rozcieńczony,...

Właściwości chemiczne

Chlorki kwasowe należą do najbardziej reaktywnych pochodnych kwasów karboksylowych. Aromatyczne chlorki kwasowe są mniej reaktywne niż alifatyczne. W wyniku hydrolizy chlorków kwasowych powstaje odpowiedni kwas karboksylowy i kwas solny, np.: Chlorki kwasowe biorą udział w reakcjach amonolizy i alkoholizy. Chlorek acetylu poddany amonolizie (stosunek molowy substratów 1:2) tworzy etanoamid i chlorek amonu. Chlorek acetylu poddany alkoholizie (stosunek molowy...

Właściwości chemiczne

Mangan jest pierwiastkiem aktywnym chemicznie. W postaci rozdrobnionej spala się w tlenie, tworząc mieszaninę tlenków MnO 2 i Mn 3 O 4 , reaguje z gorącą wodą oraz kwasami słabo utleniającymi. Roztwory wodne rozpuszczalnych soli manganu(II) są praktycznie bezbarwne. Siarczek manganu(II) to cielisty osad. Mangan tworzy trzy podstawowe tlenki: tlenek manganu(II) MnO, tlenek manganu(IV)MnO 2 i tlenek manganu(VII) Mn 2 O 7 , które można otrzymać w następujących reakcjach:...

Właściwości chemiczne

Sód i potas reagując z tlenem tworzą nadtlenek sodu i odpowiednio ponadtlenek potasu: Nadtlenek sodu reaguje z metalicznym sodem, tworząc tlenek sodu. Reaguje również z tlenkiem węgla(IV): Ponadtlenek potasu reaguje z potasem, tworząc kolejno nadtlenek i tlenek potasu: Lit jest miękkim, srebrzystoszarym metalem, który reagując z tlenem tworzy – jako jedyny litowiec – tlenek litu: Tlenki litowców mają charakter zasadowy. Reagują z kwasami, a w reakcji z wodą...

Właściwości chemiczne

Alkadieny – podobnie jak alkeny – są aktywne chemicznie i biorą udział w reakcjach addycji. Właściwości chemiczne tych związków ściśle wiążą się z układem wiązań występującym w cząsteczce alkadienu, np.: przy układzie izolowanym każde z wiązań zachowuje swoje właściwości, takie jak wiązanie podwójne w alkenach (wiązania podwójne nie oddziałują na siebie): przy układzie sprzężonym w przypadku reakcji zachodzącej przy stosunku molowym substratów 1:1 możliwa jest addycja w...

Właściwości chemiczne

Poniżej przedstawiono schematycznie przebieg wybranych reakcji z udziałem kwasu oktadec-9-enowego. Kwas ten w obecności katalizatora przyłącza wodór, tworząc kwas nasycony. Duże znaczenie przemysłowe mają sole sodowe lub potasowe wyższych kwasów tłuszczowych, zwane mydłami. Mydła ulegają hydrolizie anionowej jak sole pochodzące od słabych kwasów i mocnych zasad, np. wodny roztwór stearynianu potasu ma odczyn zasadowy, co potwierdza jonowy zapis tego procesu. O...

Właściwości chemiczne

Wszystkie odmiany fosforu reagują z tlenem.W wyniku spalania powstaje np. tlenek fosforu(V): Gdy fosfor spalany jest przy ograniczonym dostępie powietrza, powstaje tlenek fosforu(III): Obydwa tlenki fosforu mają charakter kwasowy. W reakcji z wodą tworzą odpowiednie kwasy: Fosfor tworzy także związki z wodorem, tzw. fosfiny, np. PH 3 . Są one silnymi truciznami.

Właściwości chemiczne

O zasadowym charakterze amin decyduje atom azotu, który mając wolną parę elektronową zdolny jest do przyłączenia jonów H + . Oznacza to, że aminy rozpuszczają się w wodzie (tworząc roztwór o odczynie zasadowym) i reagują z kwasami: Aminy alifatyczne są silniejszymi zasadami od amoniaku. Ich zasadowość ze wzrostem rzędowości rośnie. Zwiększona w porównaniu z amoniakiem zasadowość jest skutkiem efektu indukcyjnego grup alkilowych , które odpychają elektrony w kierunku atomu...

Właściwości chemiczne

Alkohole mają odczyn obojętny. W roztworze wodnym nie ulegają dysocjacji elektrolitycznej.

Właściwości chemiczne

Chrom na powietrzu pokrywa się warstewką tlenku chromu(III) – jest to pasywacja . Wskutek obecności ochronnej warstewki tlenku, chrom nie reaguje z wodą,mimo że jest metalem o ujemnym potencjale elektrochemicznym. W reakcji z kwasem solnym i rozcieńczonym siarkowym(VI) tworzy – obok wydzielonego wodoru– związki na II stopniu utlenienia (warunki beztlenowe) lub III stopniu utlenienia (warunki tlenowe): Chrom pod wpływem stężonego kwasu azotowego(V) i siarkowego(VI) ulega pasywacji....

Właściwości chemiczne

Fenol otrzymuje się w reakcjach opisanych poniższymi równaniami: Można go również otrzymać podczas hydrolizy kwasów sulfonowych, zachodzącej w środowisku zasadowym w podwyższonej temperaturze: Fenol wykazuje wyraźny charakter kwasowy . W roztworze wodnym dysocjuje jak kwas, czyli odszczepia kation wodoru H + (uproszczony zapis): Fenol zaliczany jest do słabych kwasów. Kwas węglowy jako mocniejszy kwas wypiera słabszy kwas, czyli fenol z jego soli: Fenol...

Właściwości chemiczne

Berylowce reagują z tlenem. Magnez w reakcji z tlenem tworzy tlenek magnezu, podobnie jak wapń; bar i stront utworzą natomiast nadtlenki. Wśród tlenków berylowców tylko tlenek berylu ma właściwości amfoteryczne, pozostałe mają charakter zasadowy. Tlenek berylu – w przeciwieństwie do innych tlenków berylowców – nie reaguje z wodą. Nasycony roztwór Ca(OH) 2 to woda wapienna. Woda wapienna służy do wykrywania tlenku węgla(IV). Zawiesina Ca(OH) 2 w wodzie to mleko wapienne...

Właściwości chemiczne

Estry ulegają hydrolizie, która zachodzi zarówno w środowisku kwaśnym, jak i zasadowym. Hydroliza w środowisku kwaśnym jest procesem odwracalnym. Hydroliza w środowisku zasadowym jest praktycznie nieodwracalna. Estry ulegają reakcji alkoholizy (transestryfikacji) oraz amonolizy, np.: Alkoholiza , czyli reakcja estru z alkoholem prowadząca do otrzymania nowego estru i alkoholu, jest reakcją odwracalną zarówno w środowisku kwaśnym, jak i zasadowym. Amonoliza ,...

Właściwości chemiczne

Amidy ulegają hydrolizie. Reakcja ta przebiega powoli. Hydroliza prowadzona w środowisku kwaśnym lub zasadowym prowadzi do otrzymania, w zależności od rzędowości amidu, różnych produktów: Na przykład: Amidy posiadają charakter bardzo słabych zasad, ale w roztworach wodnych wykazują odczyn obojętny. Ze względu na fakt, że cząsteczki amidów są zasocjowane (tworzenie wiązań wodorowych), charakteryzują się one wysokimi temperaturami wrzenia. Amidy nie ulegają...

Właściwości chemiczne

Właściwości chemiczne aldehydów wynikają z obecności grupy funkcyjnej, a także charakteru reszty węglowodorowej. Aldehydy posiadają właściwości redukujące, co potwierdza pozytywny wynik w próbie Tollensa, Trommera i Jonesa, np.: a) próba Trommera – odczynnikiem są jony Cu 2+ w środowisku zasadowym: b) próba Tollensa – odczynnikiem jest tzw. amoniakalny roztwór jonów Ag + , czyli [Ag(NH 3 ) 2 ]OH (zapis uproszczony): c) próba Jonesa – odczynnikiem jest tlenek...

Właściwości chemiczne

W temperaturze pokojowej azot jest bardzo mało reaktywny. Jego reaktywność można zwiększyć, ogrzewając go lub poddając wyładowaniom elektrycznym w warunkach niskiego ciśnienia. Jeden z najbardziej znanych związków azotu to amoniak. Amoniak jest lekkim, bezbarwnym gazem o charakterystycznym zapachu, drażniącym błony śluzowe. Rozpuszcza się w wodzie, a powstały roztwór ma odczyn zasadowy: Amoniak można otrzymać, działając mocną zasadą na sole amonowe w podwyższonej temperaturze:...

Właściwości chemiczne

Pamiętając, że na wiązanie potrójne składa się zawsze jedno wiązania mocne σi pozostałe dwa słabe π, wnioskujemy, że wiązania π ulegają łatwo rozerwaniu podczas reakcji chemicznej. Ten fakt decyduje o dużej aktywności alkinów. Charakterystyczną cechą alkinów jest zdolność do reakcji addycji i polimeryzacji. 1. Addycja wodoru: 2. Addycja halogenów: 3. Addycja halogenowodorów: addycja zgodnie z regułą Markownikowa zawsze tworzy się izomer trans (dotyczy reakcji...

Właściwości chemiczne

W wyniku spalania węgla przy niedostatecznej ilości tlenu powstaje tlenek węgla(II): Ten bezbarwny, bezwonny, bardzo słabo rozpuszczalny w wodzie gaz jest toksyczny (nazwa zwyczajowa – czad). Jest gazem palnym, z tlenem tworzy mieszaninę wybuchową. Z chemicznego punktu widzenia jest tlenkiem obojętnym. Czad jest trujący dla człowieka, gdyż łączy się trwale z hemoglobiną. Trwałe połączenie hemoglobiny z CO uniemożliwia wiązanie tlenu do hemoglobiny, co może powodować...

Właściwości chemiczne

Poniżej podano schemat zawierający liczne przemiany chemiczne, w których benzen stanowi substrat. Reakcje chemiczne, w których uczestniczy benzen: nazwa szczegółowa reakcji reagenty i warunki reakcji nazwa ogólna produktu grupa (atom) wprowadzona nitrowanie działanie mieszaniną nitrującą, tzn. mieszaniną stężonego kwasu azotowego(V) i stężonego kwasu siarkowego(VI) nitrozwiązek –NO 2 sulfonowanie działanie stężonym...

Właściwości chemiczne

Cynk w podwyższonej temperaturze reaguje z tlenem, tworząc amfoteryczny tlenek cynku(II): Tlenek cynku(II) to biały proszek, nierozpuszczalny w wodzie. Cynk jako metal o ujemnym potencjale standardowym roztwarza się w kwasach słabo utleniających, tworząc sole: Przebieg reakcji z kwasem silnie utleniającym, jakim jest kwas azotowy(V), można przedstawić równaniem: Cynk reaguje też ze stężonymi roztworami mocnych zasad. Cynk tworzy wodorotlenek o wzorze Zn(OH)...

Właściwości chemiczne

Srebro nie reaguje z tlenem atmosferycznym. Czarny nalot pokrywający z czasem przedmioty srebrne to siarczek srebra(I) – związek ten tworzą obecne w powietrzu śladowe ilości siarkowodoru w reakcji z tlenem i srebrem. W szeregu napięciowym metali srebro leży za wodorem. Jako metal o dodatniej wartości potencjału elektrochemicznego srebro nie reaguje z wodą, kwasami słabo utleniającymi oraz z zasadami, reaguje natomiast z kwasami silnie utleniającymi, np.: Tlenek srebra(I) to...