Podstawowe wiadomości z chemii

Atomy różnych pierwiastków łączą się ze sobą tworząc związki chemiczne. Atomy łączą się w określonych, ale różnych stosunkach ilościowych. Na przykład wodór tworząc związki chemiczne z chlorem, tlenem, azotem i węglem łączy się z nimi w następujących stosunkach:





H : Cl= 1 : 1 (HCl)





H : O= 2 : 1 (H2O)





H : N= 3 : 1 (NH3)





H : C= 4 : 1 (CH4)





a cecha określająca te stosunki nasi nazwę wartościowości.





Wartościowością pierwiastka, nazywamy liczbę atomów wodoru, jaką dany pierwiastek może przyłączyć tworząc z nim związek chemiczny.





Tak więc tlen jest dwuwartościowy, bo tworzy z wodorem wodę - H2O, a chlor jest jednowartościowy, bo tworzy chlorowodór - HCl.





Chlor jednak w innych związkach chemicznych może wykazywać inną wartościowość. Na przykład, w związkach z tlenem może mieć wartościowość równą nawet 7.





Atomy pierwiastków tworzących cząsteczki związku chemicznego połączone są ze sobą za pomocą wiązań chemicznych.





Liczbę wiązań chemicznych utworzonych przez atom danego pierwiastka w cząsteczce związku chemicznego nazywamy wartościowością tego pierwiastka.





Wartościowości najpopularniejszych pierwiastków





nazwa pierwiastka wartościowość


Azot I, II, III, IV, V


chlor I, III, V, VII


cynk II


fosfor III, V


glin III


krzem IV


magnez II


miedź I, II


nikiel II


ołów II, IV


potas I


rtęć I, II


siarka II, IV, VI


sód I


srebro I


tlen II


wapń II


węgiel II, IV


wodór I


żelazo II, III





Otaczająca nas materia to świat różnorodnych substancji. Podział substancji chemicznych przedstawia schemat:





Substancje proste - pierwiastki są substancjami, których nie można już rozłożyć na inne jeszcze prostsze substancje. Uwzględniając budowę materii pierwiastek można określić jako zbiór atomów tego samego rodzaju. Tak więc:





Pierwiastek jest substancją zawierającą atomy o takiej samej liczbie atomowej.





Metale to pierwiastki, które w temperaturze pokojowej są na ogół ciałami stałymi. Jedynym wyjątkiem jest rtęć. Są one dobrymi przewodnikami ciepła i elektryczności. Posiadają charakterystyczny połysk. Jedne są kowalne i ciągliwe, inne kruche. Niektóre łatwo reagują z tlenem (metale nieszlachetne), inne w warunkach normalnych z nim nie reagują (metale szlachetne).





Niemetale mogą być w temperaturze pokojowej gazami, cieczami lub ciałami stałymi. Mają bardzo różne właściwości chemiczne i fizyczne.





Substancje chemiczne różnią się między sobą szeregiem właściwości, za pomocą których można je zidentyfikować. Są to:





właściwości fizyczne:


stan skupienia


smak


barwa


gęstość


temperatura topnienia i wrzenia


przewodnictwo ciepła i elektryczności


właściwości chemiczne:


zdolność lub jej brak do reagowania z innymi substancjami


Związki chemiczne składają się z pierwiastków. Mogą być one rozłożone na pierwiastki, z których się składają. Mają określony skład jakościowy i ilościowy.





Związek chemiczny to substancja składająca się z powiązanych ze sobą atomów o różnych liczbach atomowych.





Mieszanina to substancja chemiczna uzyskana na drodze mechanicznego mieszania składników. Skład mieszaniny można zmieniać. Na przykład, odparowując wodę z wodnego roztworu cukru zwiększamy stężenie cukru w tym roztworze; dolewając wody - zmniejszamy stężenie.





Mieszaniny można łatwo rozdzielić na części składowe:





Substancje zmieszane ze sobą i tworzące mieszaninę zachowują swoje właściwości.





Mieszanina jednorodna - homogeniczna to taka mieszanina, w której nie można rozróżnić składników nawet przy dużym powiększeniu (woda wodociągowa, mleko, stopy metali, powietrze).





Mieszanina niejednorodna - heterogeniczna to mieszanina, której składniki można dostrzec gołym okiem lub za pomocą prostych urządzeń (mąka + piasek, woda + piasek, piasek + mak, dym + sadza).





Z codziennych obserwacji wynika, że otaczająca nas materia ma budowę ciągłą, litą. Obserwuje się jednak pewne zjawiska, które przeczą temu wrażeniu. Do takich zjawisk zaliczamy:





dyfuzję (samorzutne mieszanie się stykających się ze sobą substancji, na przykład gazów)


mieszanie się dwóch cieczy


rozpuszczanie się ciała stałego w cieczy przebiegające ze zmniejszaniem się objętości i inne.


Zjawiska takie są możliwe tylko wtedy, gdy substancje biorące w nich udział mają budowę nieciągłą, ziarnistą.





Pierwsze poglądy o ziarnistości materii głosił filozof grecki, Demokryt (46-370 p.n.e.). Według niego, “Wszechświat składa się z atomów, czyli niepodzielnych cząstek i próżni...” (athomos = niepodzielny).





W czasach nowożytnych atomistyczną teorię budowy materii ogłosił w r. 1803 John Dalton. Teoria ta głosiła:





Materia składa się z niezliczonej liczby niezmiernie małych cząsteczek zwanych atomami.





Każdy atom ma określoną wielkość, masę i właściwości. Atomy tego samego pierwiastka są jednakowe.





Atomy mogą łączyć się ze sobą tworząc cząsteczki związku chemicznego, a reakcja chemiczna polega na łączeniu się, rozdzielaniu i wymianie atomów.





Zgodnie ze współczesnymi poglądami na ten temat:





Atom jest najmniejszą częścią pierwiastka chemicznego zachowującą jeszcze jego charakterystyczne właściwości.





Cząsteczka składa się co najmniej z dwóch atomów. Atomy te mogą być takie same - mówimy wówczas o cząsteczce pierwiastka (np. O2, Cl2) lub różne - cząsteczka związku chemicznego (np. NaCl, H2O, H2SO4.)





Związek chemiczny od mieszaniny odróżnia głównie to, że związek chemiczny ma ściśle określony skład chemiczny niezależnie od tego, w jaki sposób powstał: czy został otrzymany w laboratorium, czy też występuje w przyrodzie. Tę stałą zależność sformułował w r.1799 Louis Joseph Proust jako prawo stałości składu.





Istotę tego prawa przedstawić można następująco: podczas syntezy siarczku miedzi (I) - Cu2S, bez względu na używane do reakcji ilości miedzi i siarki, zawsze na cztery jednostki wagowe miedzi przypadać będzie jedna jednostka wagowa siarki.





Stosunek wagowy miedzi do siarki w występującym w przyrodzie minerale chalkozynie jest dokładnie taki sam.





W oparciu o prawo stałości składu wyprowadza się wzory sumaryczne związków chemicznych.





Chemik, badając otaczającą go przyrodę i zachodzące w niej zjawiska, na ogół wybiera jakiś obiekt i wyodrębnia go. Taki obiekt nazywa się układem. Układ może być układem otwartym (gdy między nim a otoczeniem zachodzić może wymiana masy i energii) lub układem zamkniętym, który nie wymienia z otoczeniem masy, natomiast może wymieniać energię. Istnieją ponadto układy izolowane, które nie wymieniają z otoczeniem ani energii, ani masy.





Dwaj osiemnastowieczni chemicy, niezależnie od siebie, Rosjanin Michaił Łomonosow i Francuz Antoine Lavoisier, badali układy zamknięte i sformułowali jedno z ważniejszych praw chemii - prawo zachowania masy.





Masa substratów użytych do reakcji w układzie zamkniętym równa się masie produktów otrzymanych w wyniku reakcji.





Z prawa zachowania masy wynika jednoznacznie, że materia nie może powstać z niczego, ani nie może zginąć, chociaż podlega ciągłym przemianom. Opierając się na prawie zachowania masy można obliczyć, ile otrzyma się danej substancji na skutek przemiany chemicznej o ile wiadomo, ile innej substancji użyto do tej przemiany. Prawo to stanowi więc podstawę obliczeń chemicznych