Fajna chemia, FARMACJA, Analiza Leków
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Publikacja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
KOMPENDIUM Z CHEMII
CZĘŚĆ
1
Autorzy:
Lech Chmurzyński
Marianna Nesterowicz
Gdańsk 2009
SPIS TREŚCI
ROZDZIAŁ 1
PODSTAWOWE POJĘCIA I PRAWA CHEMICZNE ........................................................... 5
ROZDZIAŁ 2
STRUKTURA ELEKTRONOWA PIERWIASTKÓW ......................................................... 15
ROZDZIAŁ 3
UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW ............................................................................21
ROZDZIAŁ 4
PODSTAWOWE TYPY ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH .......................................... 25
ROZDZIAŁ 5
WIĄZANIA CHEMICZNE..................................................................................................... 31
ROZDZIAŁ 6
REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI ............................................................................... 39
ROZDZIAŁ 7
PODSTAWY ELEKTROCHEMII.......................................................................................... 45
ROZDZIAŁ 8
STECHIOMETRIA ............................................................................................................... 53
ROZDZIAŁ 9
ROZTWORY. STĘŻENIA .................................................................................................... 63
ROZDZIAŁ 10
SZYBKOŚĆ REAKCJI. RÓWNOWAGA CHEMICZNA.
TERMODYNAMIKA I TERMOCHEMIA ........................................................................... 69
ROZDZIAŁ 11
DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA ................................................................................ 79
ROZDZIAŁ 12
RÓWNOWAGI JONOWE W ROZTWORACH WODNYCH ............................................. 85
Rozdział 1
PODSTAWOWE POJĘCIA I PRAWA CHEMICZNE
1. Podstawowe pojęcia chemiczne
Chemia jest nauką, której przedmiotem jest materia oraz przemiany, którym materia
ulega. Materia jest fizycznym materiałem wszechświata; tym wszystkim co zajmuje
przestrzeń i posiada masę. Niezależnie od stanu skupienia (gazowego, ciekłego lub stałego)
wyróżnione mogą być dwa podstawowe rodzaje materii -
substancje czyste
oraz
mieszaniny
dwóch lub więcej substancji. Mieszaniny charakteryzują się zmiennością składu i mogą być
rozdzielane na składniki za pomocą metod fizycznych (wykorzystując różnice we
właściwościach fizycznych składników, np. temperaturach wrzenia). Substancjami czystymi
są
pierwiastki
oraz
związki chemiczne
charakteryzujące się stałym, niezmiennym składem
oraz posiadające specyficzne właściwości fizyczne oraz chemiczne. Przez pierwiastki ro-
zumie się substancje najprostsze, nie dające rozdzielić się na substancje prostsze na drodze
reakcji chemicznych, a związki to połączenia chemiczne dwóch lub więcej pierwiastków w ściśle
określonych stosunkach masy. Te ostatnie mogą zostać rozłożone na pierwiastki za pomocą
reakcji chemicznych.
Pogląd, że materia nie jest ciągła, składa się z bardzo małych i niepodzielnych cząstek
zwanych
atomami
został wyrażony już przez starożytnych filozofów greckich. Jednakże
dopiero na początku XIX w. John Dalton (1805) podał ilościową interpretację tego poglądu
tworząc podwaliny tzw.
atomistycznej teorii budowy materii
. Według tej teorii wszelka
materia składa się z elementarnych niepodzielnych jednostek czyli atomów. Pierwiastek to
zbiór atomów tego samego rodzaju, a związki chemiczne powstają wskutek łączenia się ato-
mów różnych pierwiastków w określonych i stałych stosunkach liczbowych. Elementarnymi
jednostkami większości związków chemicznych (o budowie kowalencyjnej) są
cząsteczki
złożone z atomów. Atom jest zbudowany z tzw.
cząstek elementarnych
, tj.
protonów
(obdarzonych elementarnym ładunkiem dodatnim) i
neutronów
(elektrycznie obojętnych)
skupionych w jądrze atomowym oraz
elektronów
(posiadających elementarny ładunek
ujemny) znajdujących się poza jądrem.
O przynależności atomów do tego samego pierwiastka decyduje liczba protonów
znajdujących się w jądrze atomu.
Pierwiastek
definiuje się jako zbiór atomów tego samego
rodzaju, a więc atomów posiadających jednakową liczbę protonów w jądrze. Liczba protonów
w jądrze zwana jest
liczbą atomową
(Z)
lub inaczej
liczbą porządkową
.
Atomy tego samego pierwiastka mogą różnić się masą, jeśli ich jądra zawierają różną
liczbę neutronów. Suma ilości protonów i neutronów (posiadających wspólną nazwę
nukle-
onów
) nosi nazwę
liczby masowej (A)
pierwiastka. Atomy tego samego pierwiastka, a więc
posiadające tę samą liczbę atomową, ale różniące się masą zwane są
izotopami
. Oznacza to,
że różnią się one liczbą neutronów w jądrze atomowym, a tym samym liczbą masową. W
związku z tym, że ponad 80% pierwiastków występujących w przyrodzie jest mieszaniną
izotopów, dla odróżnienia jąder atomów poszczególnych izotopów (tzw.
nuklidów
) danego
pierwiastka wprowadzone są odpowiednie sposoby ich oznaczania. W tym celu przed symbo-
lem pierwiastka umieszcza się u góry liczbę masową danego izotopu, w odróżnieniu od liczby
porządkowej umieszczanej na dole przed symbolem pierwiastka.
Pojedyncze atomy pierwiastka posiadają bardzo małe wymiary oraz bardzo małą masę.
Ponieważ posługiwanie się małymi, ułamkowymi, liczbami wyrażającymi bezwzględne masy
atomów jest bardzo kłopotliwe, w praktyce chemicznej wprowadzona została chemiczna
skala mas opierająca się o umowną jednostkę mas atomowych. Wyrażona w tej skali tzw.
względna masa atomowa
(w skrócie
masa atomowa
) jest stosunkiem masy (wyrażonej w
gramach lub innych konwencjonalnych jednostkach masy; w układzie SI w kg) danego atomu
do masy wzorca (wyrażonej w tych samych jednostkach) i przyjmuje wartości większe od
jedności (często zbliżone do liczb całkowitych). Jest to więc liczba wskazująca, ile razy masa
danego atomu jest większa od masy wzorca. Obowiązująca od roku 1961 skala względnych
mas atomowych odnosi się do 1/12 masy atomu węgla
12
C (dla którego przyjęto masę równą
12,000000) uznanej za
jednostkę masy atomowej
(j.m.a.)
u,
zwaną również w chemii
związków wielkocząsteczkowych
daltonem
:
1 u = 1 j.m.a.(dalton) = 1/12 masy atomu
12
C = 1,6605 · 10
−24
g (1)
A zatem względną masę atomową pierwiastka obliczać można dzieląc masę atomu wyra-
żoną w gramach (tzw.
bezwzględną masę atomową
) przez liczbę 1,6605 · 10
−24
g, tj. masę 1 u.
Względna masa atomowa jest liczbą określającą ile razy masa danego atomu jest większa
od 1/12 masy atomu węgla
12
C
.
Przykład 1.
Masa jednego atomu siarki wynosi 5,32 · 10
−23
g. Obliczyć względną masę
atomową siarki.
Rozwiązanie.
Względną masę atomową obliczyć można dzieląc bezwzględną masę ato-
mową przez masę 1 daltona [u] (w ten sposób określić można ile razy masa danego atomu jest
większa od masy wzorca).
6
5
32
⋅
10
−
23
g
A
(
=
=
32
,
04
r
1,6605
⋅
10
−
2
g
W układzie okresowym podawane są tzw. średnie masy atomowe pierwiastków (zwane
potocznie ciężarami atomowymi) przy których obliczeniu uwzględnione zostały udziały posz-
czególnych izotopów danego pierwiastka.
Podobnie jak względną masę atomową definiuje się
względną
masę cząsteczkową
związku chemicznego:
Względna masa cząsteczkowa jest liczbą określającą ile razy masa danej cząsteczki jest
większa od 1/12 masy atomu węgla
12
C.
Analogicznie jak względną masę atomową pierwiastka, również względną masę
cząsteczkową związku chemicznego obliczać można dzieląc masę jednej cząsteczki wyrażoną
w gramach (tzn. bezwzględną masę cząsteczkową) przez liczbę 1,6605 · 10
−24
g.
Cząsteczki substancji chemicznych mogą być zbudowane z atomów tego samego pier-
wiastka, np. H
2
, O
3
, P
4
, S
8
lub z atomów różnych pierwiastków, np. H
2
O, HNO
3
, CH
4
, SO
3
.
Cyfry zamieszczone z prawej strony u dołu symbolu chemicznego pierwiastka (tzw. indeksy
stechiometryczne) informują o ilości atomów danego pierwiastka wchodzących w skład czą-
steczki związku chemicznego. Tak przedstawiony zapis związku chemicznego nazywa się
sumarycznym wzorem chemicznym.
Reakcje chemiczne przebiegają pomiędzy ściśle określonymi liczbami atomów lub czą-
steczek. Ze względu na wspomniane już bardzo małe rozmiary i masy pojedynczych atomów
(a tym samym cząsteczek zawierających na ogół relatywnie małą liczbę atomów), efekt
reakcji chemicznej (wyrażony np. masą produktów lub ilością wymienionej energii) przebie-
gającej pomiędzy pojedynczymi atomami lub cząsteczkami jest tak mały, że nie ma
fizycznych możliwości jego wykrycia. W praktyce bada się reakcje zachodzące pomiędzy
olbrzymimi ilościami atomów lub cząsteczek, którym odpowiadają mierzalne ilości
reagentów. Dlatego zaistniała potrzeba zdefiniowania takiej chemicznej jednostki liczności
cząstek materii, która zawierałaby ściśle określoną i dostatecznie dużą liczbę elementów
materii (atomów, cząsteczek, jonów itp.), a której odpowiadałaby mierzalna w skali makro-
skopowej masa. Współczesną jednostką liczności materii (odnoszącą się do wszelkiego
rodzaju elementów materii takich jak wspomniane już atomy, cząsteczki i jony, a również
inne cząstki, takie jak np. elektrony, neutrony czy rodniki) jest
mol
.
Mol jest to liczność cząstek materii (atomów, cząsteczek, jonów itp.) równa liczbie atomów
zawartych w masie 0,012 kg izotopu węgla
12
C.
7
[ Pobierz całość w formacie PDF ]