Chemia
Metody otrzymywania wodorków
a) bezpośrednia synteza, np.: b) inne wybrane przykłady, np.:
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)...
Protony, neutrony, elektrony
Atom to układ elektrycznie obojętny, zbudowany z dodatnio naładowanego jądra i elektronów. Jądro składa się z protonów i neutronów, czyli nukleonów. Między nukleonami w jądrze działają niezależne od ładunku siły przyciągania, zwane siłami jądrowymi. proton p + neutron n o elektron e - - cząstka obdarzona jednostkowym ładunkiem dodatnim o wartości 1,6 · 10–19 C - masa: 1,00728 u - należy wraz z neutronem do nukleonów - zbudowany z kwarków - z greckiego protos –...
Orbitale cząsteczkowe
Tworzenie orbitali cząsteczkowych – zgodnie z teorią orbitali cząsteczkowych (molekularnych) – polega na przedstawianiu ich w postaci liniowej kombinacji walencyjnych orbitali atomowych różnych atomów. Orbitale atomowe podlegające kombinacji muszą spełniać następujące warunki: mieć porównywalną energię, wykazywać jednakową symetrię w stosunku do osi łączącej jądra atomowe (oś cząsteczki jest osią symetrii) i nakładać się w możliwie dużym stopniu. Orbitale cząsteczkowe dzielimy na:...
Węglowodory cykliczne
Przedstawicielami węglowodorów cyklicznych są m.in. cykloalkany, cykloalkeny i cykloalkadieny. Cykloalkany to węglowodory o budowie pierścieniowej (cyklicznej). Poniżej podano uproszczone wzory wybranych cykloalkanów i ich homologów: Wśród cykloalkanów najtrwalszy jest cykloheksan, o czym decyduje brak napięcia kątowego w jego cząsteczce. Cyklopropan, cyklobutan, cyklopentan ze względu na występujące napięcie kątowe – zmniejszające się w szeregu zapisanych związków – cechuje mała...
Izotopy wodoru
Wodór występuje w przyrodzie w postaci trzech izotopów: Prot jest najlżejszym izotopem wodoru, najbardziej rozpowszechnionym w przyrodzie. Deuter występuje w naturze w śladowych ilościach, jego związki, np. D 2 O (tzw.ciężka woda) używane są w laboratoriach chemicznych i fizycznych do różnego typu badań. Tryt jest najmniej trwałym, promieniotwórczym izotopem wodoru.
Charakterystyka diamentu, grafitu i fulerenów
diament grafit fulereny przezroczysta substancja krystaliczna, bardzo twarda, co zadecydowało o jej zastosowaniu, np. doszlifowania metali, wyrobu noży do cięcia szkła;oszlifowany diament to brylant używany w jubilerstwie w kryształach diamentu każdy atom węgla jest otoczony tetraedrycznie czterema innymi atomami; atomy połączone są silnymi wiązaniami kowalencyjnymi jednakowej długości (orbitale walencyjne atomów węgla są w stanie hybrydyzacji sp 3 , wszystkie...
Nomenklatura
Przykładowe nazwy systematyczne alkenów zestawiono w poniższej tabeli. wzór sumaryczny nazwa wzór sumaryczny nazwa C 2 H 4 eten C 9 H 18 nonen C 3 H 6 propen C 10 H 20 decen C 4 H 8 buten C 11 H 22 undecen C 5 H 10 penten C 12 H 24 dodecen C 6 H 12 heksen C 15 H 30 pentadecen C 7 H 14 hepten C 20 H 40 ejkozen C 8 H 16 okten C 30...
Konfiguracja elektronowa
Jest to zapis przedstawiający przyporządkowanie elektronów atomu odpowiednim orbitalom atomowym. W stanie podstawowym (tzn. stanie o minimalnej energii) przyporządkowanie to odbywa się zgodnie z następującymi regułami: w atomach wieloelektronowych elektrony zapełniają orbitale atomowe według ich wzrastającej energii orbitalnej: 1s 2s 2p 3s 3p 4s3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f. zakaz Pauliego : w atomie wieloelektronowym dwa elektrony nie mogą znajdować się w stanach opisywanych...
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....
Efekty cieplne reakcji
Każdej przemianie chemicznej towarzyszy określony efekt cieplny. Efekt cieplny można określić jako ilość energii wymienionej w postaci ciepła między układem a otoczeniem. W przemianie izochorycznej (tzn. zachodzącej w stałej objętości) i przemianie izobarycznej (tzn. zachodzącej pod stałym ciśnieniem) efekt cieplny jest równy zmianie funkcji stanu (odpowiednio energii wewnętrznej reakcji i entalpii reakcji). Efekt cieplny jest więc niezależny od „drogi” przemiany, a jedynie od parametrów...
Równania reakcji chemicznych
Pełna interpretacja zapisu reakcji chemicznej została opisana w poniższej tabeli: N 2 + 3 H 2 = 2 NH 3 1 mol cząsteczek N 2 3 mole cząsteczek H 2 2 mole cząsteczek NH 3 6,02 · 10 23 cząsteczek N 2 3 · 6,02 · 10 23 cząsteczek H 2 2 · 6,02 · 10 23 cząsteczek NH 3 2 · 14 g = 28 g 3 · 2 · 1 g = 6 g 2 · (14 g+ 3 · 1 g) = 34 g 34 g (masa substratów) 34 g (masa produktu) stosunek molowy substratów...
Monosacharydy
Do aldoz zawierających 5 atomów węgla w cząsteczce zalicza się np. D-rybozę i 2-deoksy-D-rybozę: Do aldoz zawierających 6 atomów węgla w cząsteczce zalicza się np. mannozę, glukozę i galaktozę: Analizując wzory niektórych monosacharydów można zauważyć, że np. D-glukozai D-mannoza, D-glukoza i D-galaktoza różnią się konfiguracją (położeniem) podstawników tylko przy jednym asymetrycznym atomie węgla. Taką szczególną parędiastereoizomerów nazywa się epimerami . Przykładem...
Nomenklatura
Tworząc nazwy alkoholi, należy pamiętać o następujących regułach: numerację atomów węgla w łańcuchu węglowym należy prowadzić tak, aby grupa–OH znalazła się w głównym łańcuchu przy atomie o najmniejszym wskaźniku liczbowym, czyli pozycja grupy funkcyjnej wyznacza początek łańcucha, nazywając alkohole podaje się: nazwę węglowodoru stanowiącego łańcuch główny, poprzedzoną nazwami podstawników (wymienionych w kolejności alfabetycznej) wraz z lokantami, łącznik -,...
Metody otrzymywania kwasów
a) w reakcji tlenków kwasowych z wodą, np.: b) w reakcji soli z mocnym kwasem, np.: c) w reakcji bezpośredniej syntezy z pierwiastków (dla kwasów beztlenowych), np.:
Sole obojętne
Nazwy systematyczne soli obojętnych tworzy się poprzez podanie nazwy anionu i kationu wchodzącego w skład cząsteczki soli. Najpierw podaje się nazwę anionu. Jeśli anion pochodzi od kwasu tlenowego, to nazwa reszty kwasowej wchodzącej w skład soli ma końcówkę -an. Jeżeli anion pochodzi od kwasu beztlenowego, nazwa reszty kwasowej ma końcówkę -ek. Drugi człon nazwy soli to nazwa kationu metalu wraz z podanym stopniem utlenienia, jeśli metal może występować na kilku różnych stopniach...
Metody otrzymywania metanu
synteza metanu z pierwiastków w ściśle określonych warunkach: C + 2 H 2 --> CH 4 otrzymywanie metanu z gazu syntezowego: CO + 3 H 2 --> CH 4 + H 2 O hydroliza węgliku glinu: Al 4 C 3 + 12 H 2 O --> 3 CH 4 + 4 Al(OH) 3 reakcja węgliku glinu z kwasem solnym: Al 4 C 3 + 12 HCl 4 --> AlCl 3 + 3 CH 4 stapianie etanianu sodu z wodorotlenkiem sodu: CH 3 COONa + NaOH --> CH 4 + Na 2 CO 3
Tlen
Tlen należy do najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków na Ziemi. Występuje w stanie wolnym w powietrzu, a w stanie związanym– w hydrosferze, licznych minerałach i organizmach żywych. Konfiguracja elektronowa atomu tlenu: 1s 2 2s 2 2p 4 . Stopnie utlenienia tlenu w związkach: –II, –I, –1/2, II. Tlen jest bezwonnym, bezbarwnym gazem, bardzo słabo rozpuszczalnym w wodzie, podtrzymującym palenie. Należy do bardzo reaktywnych pierwiastków – reaguje bezpośrednio prawie ze...
Cykloalkany
To węglowodory o budowie pierścieniowej (cyklicznej). Poniżej podano uproszczone wzory wybranych cykloalkanów i ich homologów: Wśród cykloalkanów najtrwalszy jest cykloheksan, o czym decyduje brak napięcia kątowego w jego cząsteczce. Cyklopropan i cyklobutan, ze względu na występujące napięcie kątowe – zmniejszające się w szeregu zapisanych związków – cechuje mała trwałość pierścienia. Cząsteczki te, zwłaszcza cyklopropan, są bogate w energię i łatwo następuje w nich...
Prawo okresowości:
właściwości pierwiastków uporządkowanych według wzrastającej liczby atomowej zmieniają się okresowo. Współczesne prawo okresowości pozwala stwierdzić, że podobne właściwości mają pierwiastki, których liczby atomowe różnią się o 2, 8, 16 lub 32. Prawu okresowości podlegają: promienie atomowe, elektroujemność, powinowactwo elektronowe, energia jonizacji, właściwości chemiczne. Dla pierwiastków bloku s i p zmiany te kształtują się następująco: grupa...
Dziura ozonowa
To zjawisko polegające na znacznym ubytku ozonu z jego naturalnej warstwy otaczającej Ziemię. Ozon powstaje w atmosferze z tlenu, a do tego procesu potrzebne jest światło. Za dziurę ozonową można uznać taki obszar w warstwie ozonowej, w którym stężenie ozonu spadło o 50%. Przyczyną dziury ozonowej są emitowane do atmosfery gazy – głównie freony (których emisję już znacznie ograniczono), ale także metan i tlenki azotu. Ozon jest niezbędny w atmosferze, ponieważ chroni organizmy żywe przed...
Okres połowicznego rozpadu τ½
Czas, w którym połowa jąder izotopu danego pierwiastka ulega rozpadowi. Jest to wielkość charakteryzująca każdy nuklid promieniotwórczy.
Aldehydy
Są to związki zawierające grupę funkcyjną – CHO, zwaną grupą aldehydową . Grupa ta składa się z grupy karbonylowej i atomu wodoru: R-CHO gdzie: R- atom wodoru, grupa alkilowa lub arylowa Poniżej zamieszczono wzory wybranych aldehydów: nasycone: nienasycone: aromatyczne: cykliczne: zawierające np. 2 grupy funkcyjne: Biorąc pod uwagę nasycone aldehydy łańcuchowe zauważono, że ich temperatury wrzenia są niższe niż odpowiednich alkoholi. Fakt...
Przewodniki oraz półogniwa
Substancje przewodzące prąd elektryczny to przewodniki. Można je podzielić na: Układ złożony z bezpośrednio stykających się przewodników jonowego i elektronowego to półogniwo . Na granicy metal–roztwór jonów tego metalu tworzy się podwójna warstwa elektryczna, dzięki temu elektroda uzyskuje pewien potencjał elektryczny (tzw. potencjał elektrody), który zależy od rodzaju metalu, rodzaju elektrolitu i stężeń jonów w roztworze. Ilościowo potencjał takiej elektrody tzw. pierwszego...
Metody otrzymywania alkoholi
a) reakcja halogenków alkilowych (X = Cl, Br, I) z mocnymi zasadami w środowisku wodnym: b) redukcja wodorem aldehydów lub ketonów w obecności katalizatora (np. Ni, Pd): c) uwodnienie alkenów (addycja wody) w obecności kwasów: addycja wody zachodzi zgodnie z regułą Markownikowa Znaną od dawna metodą otrzymywania alkoholu etylowego jest fermentacja alkoholowa cukru, którą sumarycznie można przedstawić równaniem:
Zastosowanie manganu
Mangan otrzymywany jest w przemyśle w procesie aluminotermii. Mangan stosuje się jako dodatek utwardzający do stopów metali, używany jest też do produkcji ogniw i barwników. Związki manganu mają zastosowanie także jako środki dezynfekujące. W laboratoriach chemicznych związki manganu wykorzystywane są do oznaczeń analitycznych wielu substancji (manganometria). Przy pomocy manganianu(VII) potasu można oznaczyć np. nadtlenek wodoru lub kwas szczawiowy. Miareczkowanie uznaje się za...
Ogniwa galwaniczne
Układ utworzony przez połączenie dwóch półogniw za pomocą klucza elektrolitycznego nosi nazwę ogniwa galwanicznego. W ogniwie elektrody połączone są ze sobą przewodnikiem metalicznym, który pełni rolę przekaźnika elektronów, a roztwory – kluczem elektrolitycznym, który umożliwia przepływ niewielkiej liczby jonów, wyrównujący bilans ładunku. Zamknięcie obwodu np. amperomierzem lub woltomierzem spowoduje, że ich wskazówka wychyli się, co wskazuje, że w układzie płynie prąd. Źródłem prądu...
Metody otrzymywania azotu
a) na skalę przemysłową – frakcjonowana destylacja skroplonego powietrza, b) na skalę laboratoryjną – np. poprzez rozkład azotanu(III) amonu:
Właściwości fizyczne i chemiczne
Aminokwasy są ciałami stałymi, krystalicznymi o dość wysokiej temperaturze topnienia; dobrze rozpuszczają się w wodzie, a słabo w polarnych rozpuszczalnikach organicznych. W stanie stałym aminokwasy występują w postaci soli wewnętrznych. Są to tzw. jony obojnacze . W wodnym roztworze aminokwasów zawierających w cząsteczce jedną grupę karboksylową i jedną grupę aminową ustala się stan równowagi, w którym występują trzy formy jonowe: Wartość pH roztworu, przy której...
Podstawowe prawa chemiczne
Prawo stałości składu związku chemicznego (stosunków stałych): pierwiastki tworząc dany związek chemiczny łączą się w stałych stosunkach wagowych, co oznacza, że skład chemiczny danego związku jest stały i ściśle określony. Prawo Avogadra : w danych objętościach różnych gazów, w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury, znajduje się jednakowa liczba cząsteczek. Prawo zachowania masy : w układzie zamkniętym łączna masa substratów danej reakcji chemicznej jest równa łącznej...
Aminy niesymetryczne
Najdłuższa grupa –R lub –Ar stanowi podstawę nazwy (w mianowniku). Następnie należy dodać literę „o” i końcówkę -amina. Pozostałe grupy traktuje się jako podstawniki, wymieniając ich nazwy – w kolejności alfabetycznej – poprzedzone literą „N”, np.:
Jak zmienia się moc zasad?
W grupie moc zasad rośnie w okresie moc zasad maleje
Chlorowcokwasy
Jeżeli –X jest atomem chloru –Cl lub bromu –Br, to pochodne należą do grupy chlorowcokwasów. Otrzymywanie, np. α-chlorowcokwasy otrzymuje się w bezpośredniej reakcji kwasu karboksylowego z cząsteczką X 2 (X 2 = Cl 2 , Br 2 ) Związki te są substancjami stałymi, których rozpuszczalność w wodzie maleje ze wzrostem masy molowej. Chlorowcokwasy wykazują wszystkie typowe właściwości wynikające z obecności grupy karboksylowej i atomu chlorowca. Inne swoiste właściwości są wynikiem...
Szereg napięciowy metali
Zestawienie standardowych potencjałów elektrod metalicznych, uporządkowanych według rosnących wartości E o , tworzy tzw. szereg napięciowy metali: ujemna wartość potencjału w szeregu wskazuje, że metal ma większą zdolność do utraty elektronów niż wodór (większa zdolność metalu do utleniania się) – metal jest silniejszym reduktorem, najbardziej aktywne metale znajdują się na początku szeregu napięciowego, najmniej aktywne są na końcu (metale szlachetne), metal bardziej aktywny...
Metody otrzymywania etynu
Reakcja karbidu z wodą Piroliza metanu Poniżej podano schemat zawierający liczne przemiany chemiczne, w których etyn (acetylen) stanowi substrat.
Zastosowanie, znaczenie, funkcje
Alkohole to grupa związków chemicznych bardzo rozpowszechnionych w przyrodzie oraz mających wiele zastosowań praktycznych. Przykłady zestawiono w poniższej tabeli.
Rzędowość struktury białek
Pierwszorzędowa : sekwencja, czyli kolejność aminokwasów w łańcuchu białkowym. Struktura ta jest najtrwalsza, gdyż dopiero działanie enzymów lub kwasów może spowodować hydrolizę wiązania peptydowego. Sekwencja aminokwasów w łańcuchu białkowym jest zapisana w genie kodującym dane białko. Drugorzędowa : łańcuch białkowy w układzie helisy α lub arkusza β (β harmonijka). Struktura ta jest stabilizowana wiązaniami wodorowymi. Trzeciorzędowa : ułożenie łańcucha aminokwasowego w...
Podział kwasów karboksylowych
Biorąc pod uwagę liczbę grup karboksylowych oraz rodzaj reszty węglowodorowej, kwasy można podzielić na:
Reakcje chemiczne
Substancje chemiczne pod wpływem różnorodnych czynników ulegają przemianom fizycznym lub chemicznym. W przemianie fizycznej zmieniają się tylko właściwości fizyczne substancji (np.stan skupienia). Podczas przemiany chemicznej powstają nowe substancje,o odmiennych właściwościach fizycznych i chemicznych. Przemiana chemiczna określana jest jako reakcja chemiczna. Zapisem reakcji chemicznej jest jej równanie, w którym pojawiają się po lewej stronie substraty (substancje...
Nomenklatura
Nazwy estrów pochodzą od nazw kwasów i alkoholi tworzących dany ester. Są więc dwuczłonowe, podobnie jak nazwy soli. Pierwszą część nazwy estru tworzymy od nazw zwyczajowych lub systematycznych kwasów, dodając do rdzenia tej nazwy końcówkę -an lub -ian . Drugą część nazwy estru stanowi nazwa rodnika węglowodorowego, pochodzącego z cząsteczki alkoholu.
Właściwości fizyczne i chemiczne monosacharydów
Monosacharydy to ciała stałe, zazwyczaj o słodkim smaku i białej barwy. Rozpuszczają sięw wodzie. Roztwory wodne mają odczyn obojętny. Monosacharydy mają właściwości redukujące. Zarówno aldozy, jak i ketozy, dają pozytywny wynik w próbie Trommera , Tollensa czy Fehlinga : próba Trommera polega na utlenianiu cukru odczynnikiem Trommera, czyli jonami Cu 2+ w środowisku zasadowym, próba Tollensa polega na utlenianiu cukru odczynnikiem Tollensa, czyli amoniakalnym roztworem...
Chrom
Chrom to twardy, błękitno-biały metal. Konfiguracja elektronowa atomu chromu: [Ar] 4s 1 3d 5 . W związkach chrom występuje na stopniach utlenienia: II, III i VI. Konfigurację jonu chromu w zależności od stopnia utlenienia w związku przedstawiono poniżej: II III VI [Ar]3d 4 [Ar]3d 3 [Ar] Chrom jest dość aktywny chemicznie. Na powietrzu pokrywa się warstewką tlenku chromu(III) – pasywacja. Wskutek tej ochronnej warstewki...
Wodorotlenki amfoteryczne
charakteryzują się tym, że reagują zarówno z kwasami, jak i zasadami. Wodorotlenek glinu reaguje z zasadą sodową (reakcja zachodzi w roztworze wodnym) tworząc związek o wzorze Na[Al(OH) 4 ], a przy dużym nadmiarze zasady – Na 3 [Al(OH) 6 ]. Al(OH) 3 + 3 HCl → AlCl 3 + 3 H 2 O Al(OH) 3 + NaOH → Na[Al(OH) 4 ] tetrahydroksoglinian sodu Al(OH) 3 + 3 NaOH → Na[Al(OH) 6 ] heksahydroksoglinian sodu Niektóre wodorotlenki ulegają rozkładowi w podwyższonej temperaturze, np....
Izomeria
Dany ester oraz alifatyczny kwas karboksylowy zawierający identyczną liczbę atomów węgla w cząsteczce stanowią parę metamerów, czyli izomerów grup funkcyjnych, np.: