field
stringclasses 7
values | coursebook
stringclasses 24
values | chapter
stringclasses 168
values | subject_id
int64 39
2.1k
| subject
stringlengths 3
144
| paragraphs
sequencelengths 0
80
| definitions
listlengths 0
10
|
|---|---|---|---|---|---|---|
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 678 | Budowa materii | [
"Chemia, to nauka o substancjach, o ich właściwościach, wzajemnych oddziaływaniach i reakcjach chemicznych, a także o efektach, jakie towarzyszą tym oddziaływaniom bądź reakcjom."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 679 | Atomowa i cząsteczkowa struktura materii | [
"Atom, według pierwotnej koncepcji Daltona, miał stanowić cząstkę niepodzielną. Dopiero w latach 90. XIX wieku stwierdzono, iż atom, to twór o skomplikowanej strukturze. Wiek XX, jako wiek przełomowy w nauce, rzucił nowe światło na nasze rozumienie budowy materii. Ewoluowało ono od struktury atomowej po kwarkową:",
"Elementarne składniki materii to te, które – na podstawie aktualnego stanu wiedzy – nie posiadają struktury wewnętrznej. Dokładne badania nad budową jądra atomu stanowi domenę fizyki. Dogłębną analizę tego tematu można znaleźć w podręczniku Elementy współczesnej fizyki.",
"Do wyjaśnienia podstawowych właściwości chemicznych pierwiastków wystarczy charakterystyka protonów, neutronów oraz elektronów, tj. cząstek, jakie wchodzą w skład atomu.",
"W obojętnych atomach pierwiastków liczba protonów i elektronów jest sobie równa. Co istotne, liczba ta jest charakterystyczna dla danego pierwiastka. Współczesna definicja pierwiastka określa go, jako rodzaj materii, tj. zbiór atomów o takiej samej ilości protonów. Atomy różnych pierwiastków różnią się od siebie pod wieloma względami, przede wszystkim masą i rozmiarami a także \"ułożeniem\" elektronów w przestrzeni otaczającej jądro (tzw. konfiguracja elektronowa ).",
"Otaczająca nas materia dąży do minimum energii, stąd atomy dążąc do takiego stanu tworzą cząsteczki - w chemii najmniejsze części prostych substancji chemicznych lub związków chemicznych. Cząsteczki mogą niezależnie istnieć i utrzymać właściwości chemiczne danej substancji lub związku. W rzeczywistości cząsteczka zawiera co najmniej dwa atomy. Nie ma znaczenia, czy atomy są takie same jak w przypadku czasteczek gazów ( \\( \\ce{H_2} \\), \\( \\ce{O_2} \\), \\( \\ce{Cl_2} \\)) czy różnią się od siebie ( \\( \\ce{H_2O} \\))."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 498 | Budowa atomu | [
"Historyczny rozwój koncepcji budowy atomu zawierał kilka modeli. Leukippos i jego uczeń Demokryt w IV w. p.n.e byli pierwszymi, którzy przedstawili materię jako zbiór atomów - niepodzielnych cząstek, sztywnych kul, pozbawionych wewnętrznej struktury i otoczonych próżnią. Jednak do chemii teorię atomistyczną wprowadził dopiero w pierwszych latach XIX w. John Dalton, który wykazał, że opierając się na odpowiednio sprecyzowanym pojęciu atomu można w sposób konsekwentny wyjaśnić podstawowe prawa chemii (prawa zachowania masy, prawa stosunków stałych, prawa stosunków wielokrotnych, prawo objętościowe Gay-Lussaca itp.). Koncepcja Daltona, która utrzymywała się do końca XIX w. opisywała atom jako jednostkę niepodzielną. Dopiero ostatnia dekada tego wieku podważyła tę teorię przedstawiając atom jako twór o skomplikowanej strukturze. Joseph J. Thomson odkrywając w 1894 roku elektron zmienił ten pogląd i od tej pory atom staje się kulą elektryczności dodatniej (ładunków dodatnich), w której mieszczą się mniejsze kulki – składowe atomu (elektrony). Model ten nazywany jest modelem „ciasta z rodzynkami” ( Rys. 1 ).",
"Po odkryciu w 1896 r. przez Henri’ego Becquerel’a zjawiska promieniotwórczości okazało się, że w przyrodzie występują atomy nietrwałe. Jednym z prawdopodobnych produktów rozpadu są cząstki \\( \\alpha \\). Podczas badania ich przenikania przez folie metalowe w 1911 r. Ernest Rutherford stwierdził, iż większość masy atomu i całkowity dodatni ładunek skupiony jest w małej objętości w stosunku do objętości całego atomu. Tak powstał planetarny (analogia do ruchu planet wokół Słońca) model atomu, zwany także jądrowym, w którym w centrum atomu mieści się dodatnio naładowane jądro skupiające znaczącą część masy, zaś wokół niego krążą elektrony przyciągane działaniem sił elektrostatycznych ( Rys. 2 )",
"W 1913 roku Niels Bohr proponuje swój model atomu ( Rys. 3 ), w którym elektrony poruszają się wokół jądra tylko po określonych orbitach, jednak nie podaje przyczyny tego zjawiska. Dopiero Mechanika kwantowa i kwantowy model ruchu elektronów wokół jądra wyjaśnia dlaczego elektrony przyjmują określone energie."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 499 | Podstawowe cząstki elementarne | [
"Najwcześniej poznaną cząstką był elektron, czyli trwała cząstka elementarna charakteryzująca się jednostkowym ładunkiem ujemnym i prawie 2000 razy mniejsza od atomu wodoru.",
"Protony to cząstki znajdujące się w jądrze każdego pierwiastka o masie bliskiej jedności (wyrażonej w jednostkach mas atomowych \\( [u] \\) – unit) i jednostkowym ładunku dodatnim. Do drugiej połowy XX w. proton uważano za cząstkę elementarną, jednak rozwój nauki (fizyki jądrowej) pozwolił odkryć, że posiada on wewnętrzną strukturę. Zbudowany jest z cząstek elementarnych zwanych kwarkami w układzie (uud) tzn. dwa kwarki górne i jeden kwark dolny.",
"Z kolei neutron - charakteryzuje się masą podobną do masy protonu oraz brakiem ładunku elektrycznego. Neutron jest stabilną cząstką, jeśli występuje w jądrze atomu; poza nim jest nietrwały i ulega rozpadowi z powstaniem protonu. Podobnie jak proton, neutron jeszcze w ubiegłym wieku zaliczany był do cząstek elementarnych. Struktura neutronu również zawiera kwarki (w układzie udd tj. jeden kwark górny i dwa kwarki dolne).",
"Więcej na temat struktury atomów można znaleźć w podręczniku Elementy fizyki współczesnej."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 500 | Opis atomu pierwiastka | [
"Atom zbudowany jest z jądra (stanowiącego \\( 99\\% \\) masy atomu) składającego się z protonów i neutronów. Wokół jądra krążą elektrony.",
"Atomy różnych pierwiastków zawierają różną liczbę protonów w jądrze. Celem określenia podstawowych składników atomu pierwiastka E wykorzystuje się zapis:",
"w którym literą Z oznaczamy liczbę protonów i nazywamy liczbą atomową, natomiast litera A to liczba masowa - liczba nukleonów (suma protonów i neutronów).",
"Schematyczną prezentację modeli przykładowych atomów pierwiastka ilustruje rysunek poniżej:",
"Odmiany pierwiastków, które można opisać taką samą liczbą protonów, różną zaś liczbą neutronów w jądrze nazywa się izotopami. Rozpatrzmy ten wątek na przykładzie atomów żelaza \\( \\ce{_{26}^{56}Fe} \\) i \\( \\ce{_{26}^{58}Fe} \\). Kolejno, w skład pierwszego atomu żelaza wchodzi 26 protonów, 26 elektronów i 30 neutronów (A – Z = 56 – 26 = 30), natomiast drugi atom żelaza zawiera w swojej strukturze 26 protonów, 26 elektronów oraz 32 neutrony (A – Z = 58 – 26 = 32), tzn. że atomy te różnią się liczbą neutronów – są względem siebie izotopami."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Atom",
"content": "Atom to najmniejsza część pierwiastka zachowująca jego własności. "
},
{
"name": "Definicja 2: Pierwiastek",
"content": "to zbiór atomów o tej samej liczbie protonów."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 501 | Jądro atomowe | [
"Jądro atomowe – stanowi układ złożony z dwóch rodzajów cząstek, tj. protonów i neuronów (ogólnie nazywane neuklonami). Jądro atomowe, jako odrębny twór zwane jest także nuklidem. Nukleony jądra atomowego mają bardzo małą objętość – jak wspomniano w podrozdziale Atomowa i cząsteczkowa struktura materii rozmiary jądra są rzędu \\( 10^{-14} \\) m. Oprócz znacznych sił odpychania między protonami w jądrze występują jeszcze tzw. siły jądrowe. Siły te są siłami małego zasięgu – w obrębie odległości nie przekraczających granic jądra cechują się bardzo dużymi wartościami, natomiast bardzo szybko zanikają w miarę wzrostu tejże odległości. Masa jądra jest jedną z najważniejszych wielkości charakteryzujących jądro. Prawie całkowita masa atomu zawarta jest w jądrze atomowym (gęstość materii jądrowej jest rzędu \\( 10^{15} \\frac{kg}{m^3} \\)) na którą składa się suma mas protonów i neutronów (liczba masowa A). Przy czym okazuje się, że masa jądra atomowego wcale nie jest równa sumie mas nukleonów wchodzących w jego skład. Różnica pomiędzy masą wynikającą z liczby protonów i neutronów w jądrze a faktyczną masą jądra nosi nazwę defektu masy i jest związany z tym, że jeśli udałoby się przeprowadzić proces łączenia protonów i neutronów w jądro atomowe, to musiałby on być połączony z wydzielaniem pewnej ilości energii odpowiadającej co do ilości ubytkowi masy. Defekt ten, przeliczony zgodnie z równaniem Einsteina:",
"gdzie:",
"\\( E \\) - energia \\( m \\) - masa \\( c \\) - prędkość światła w próżni",
"i odniesiony do jednego nukleonu nosi nazwę energii wiązania, czyli energii potrzebnej do utrzymywania nukleonów w jądrze. Rozważmy fakt występowania defektu masy dla jądra helu, gdzie masa składników atomu tzn. 4 nukleonów (2 protonów, 2 neutronów) i 2 elektronów wynosi 4,033602 u, zaś masa atomowa jest równa 4,002602 u. Różnica więc wynosi ok. 0,031 u. Taka sama sytuacja występuje w przypadku innych jąder, np. dla jądra berylu różnica mas wynosi 0,0624 u, dla jądra tlenu 0,137 u. Wartości te są miarą trwałości jądra. Zależność energii wiązania nukleonów w jądrze od liczby masowej jądra (A) przedstawia Rys. 1 poniżej:",
"Na podstawie rysunku widać, że maksymalną wartość energii wiązania osiągają jądra atomowe o liczbie masowej 56 u (główny izotop żelaza) i opada gwałtownie w kierunku metali lekkich i łagodnie w stronę jąder pierwiastków ciężkich. Na podstawie tego diagramu można wysunąć bardzo interesujący wniosek, mianowicie, że zarówno synteza nuklearna cięższych pierwiastków z lżejszych, jak i rozpad najcięższych jąder są procesami egzoenergetycznymi prowadzącymi do powstania dużych ilości energii, a nowopowstałe jądra będą trudniejsze do rozbicia niż wyjściowe."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 502 | Reakcje jądrowe | [
"Jądro atomowe składa się z protonów ( \\( \\ce{p^+} \\)) oraz neutronów ( \\( \\ce{n^0} \\)). Neutrony, które ograniczają elektrostatyczne odpychanie się protonów posiadających ładunki jednoimienne, zapewniają stabilność jądra atomowego. Dzięki tzw. siłom jądrowym oddziaływującym między neutronami i protonami, jądro jest utrzymywane w całości (nie rozpada się). Jednakże jądra atomów niektórych izotopów są nietrwałe i wykazują zdolność ulegania samorzutnemu rozpadowi. Mówimy wówczas o przemianach jądrowych. Podczas przemiany jądrowej powstają zupełnie nowe pierwiastki - inne niż wyjściowe. Rozpad ten połączony jest z emisją różnego rodzaju promieniowania:",
"Zatem możemy zapisać:",
"Podczas \"wychwytu elektronu\" następuje emisja promieniowania \\( X \\) spowodowana przeskokiem elektronu z powłoki zewnętrznej w miejsce elektronu zaabsorbowanego:"
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 503 | Elektronowa struktura atomów | [
"Już pierwsze modele struktury atomu zawierały informacje dotyczące ilości elektronów w obojętnym atomie. Dopiero E. Rutherford na podstawie eksperymentu przeprowadzonego na przełomie XIX i XX w. ustalił, że jądro zawiera praktycznie całą masę atomu, a także ocenił jego średnicę.",
"Rutherford badał przenikanie cząstek \\( \\alpha \\) (jąder helu) przez bardzo cienką folię złota. Eksperyment pozwolił ustalić, że odległość pomiędzy dodatnio naładowanym jądrem atomu a otaczającymi go elektronami jest na tyle duża, że stosunkowo duże cząstki \\( \\alpha \\) są w stanie w znacznej większości przejść przez strukturę, a tylko niewielka ich część zostaje odbita.",
"Współczesna nauka prezentuje szereg analogii pomiędzy zachowaniem się strumienia świetlnego i strumienia rozpędzonych elektronów. Na ich podstawie rozpatruje się zachowanie elektronów w atomie, których naturę przedstawił w swojej hipotezie Louis de Broglie opisując elektron jako twór, który w niektórych przypadkach należy rozpatrywać jako cząstkę materii, a w innych, jako falę powstającą na skutek poruszania się tej cząstki."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 504 | Kwantowy model atomu Bohra | [
"Niedoskonałością teorii E. Rutherforda był fakt, iż elektron, który krąży wokół jądra nieustannie emituje promieniowanie elektromagnetyczne, przez co traci swoją energię, a co za tym idzie jego prędkość w ruchu po orbicie maleje, a odległość dzieląca elektron od jądra spada. Prowadzi to do zderzenia cząstek i zniszczenia atomu ( Rys. 1 ). Doświadczenie Nielsa Bohra przekonuje, że nic takiego nie ma miejsca, a opisany przez Rutherforda model – choć zgodny z prawami Maxwella (fundamentem elektrodynamiki klasycznej) – jest sprzeczny ze stanem faktycznym.",
"Bohr w swoich badaniach, poprzez bodźce fizyczne wzbudzał atomy, po czym analizował promieniowanie, które można było zobaczyć przy użyciu metod analizy spektralnej. Okazało się wówczas, że dany atom wykazuje charakterystyczne dla siebie promieniowanie, czyli linie widmowe układające się w zespoły (tzw. serie) o określonej długości fali (w świetle widzialnym będą to pasma o różnej barwie) charakteryzujące indywidualne atomy. Dla wodoru ( Rys. 2 ) wyróżnia się jedną serię w nadfiolecie (Lymana), jedną w świetle widzialnym (seria Balmera) i cztery serie z zakresu podczerwieni (Paschena, Bracketta, Pfunda i Humphreysa).",
"Na widmie wodoru rozróżnienie poszczególnych serii nie budzi wątpliwości. Co więcej, można stwierdzić, iż nie jest ono ciągłym pasmem barw, a jest widmem dyskretnym, tj. przyjmuje tylko niektóre wartości długości fal. W celu wyjaśnienia tego zjawiska odniesiono się do hipotezy Plancka dotyczącej kwantów promieniowania, dzięki czemu powstał model atomu Bohra.",
"Główne założenia modelu atomu Bohra:",
"gdzie: \\( \\ce{h = 6,625 * 10^{-34} Js} \\) – stała Plancka \\( \\ce{\\nu} \\) – częstotliwość promieniowania",
"Najistotniejsze w modelu atomu Bohra jest to, że moment pędu n-tego stanu jest wielkością skwantowaną, co można zapisać przy pomocy równania:",
"gdzie: \\( \\ce{m} \\) – masa elektronu, \\( \\ce{v} \\) – prędkość elektronu na orbicie, \\( \\ce{r} \\) – promień orbity, \\( \\ce{n} \\) – główna liczna kwantowa \\( \\ce{h} \\) – stała Plancka",
"Niewątpliwym sukcesem teorii Bohra było wyjaśnienie i ilościowa interpretacja widm atomu wodoru. Niestety nie można było go przenieść na atomy posiadające więcej niż dwa elektrony. Model atomu Bohra nie tłumaczy zarówno różnicy w intensywności prążków, jak i faktu ich rozdzielenia na wiele prążków w obecności pola magnetycznego – efekt Zeemana. Teoria ta nie pozwoliła także stworzyć teorii powstawania wiązań chemicznych. Wyjaśnienie tych problemów podała następna teoria mechaniki kwantowej."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 505 | Mechanika kwantowa | [
"Fundamentalna teoria traktująca na temat wszelkich zjawisk, jakie zachodzą w skali atomowej nazywana jest Mechaniką kwantową. Jest to jedna z dwóch teorii (obok teorii względności) najbardziej zgodnych z doświadczeniem teorii fizycznych. Pomimo, że współczesny model mechaniki kwantowej zdaje się zupełnie różnić od modelu Bohra, to idea pozostaje ta sama. Bohr jako pierwszy użył kwantyzacji do opisu struktury elektronowej atomu wodoru i dzięki temu był w stanie wyjaśnić spektra emisyjne wodoru i innych jednoelektronowych układów."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 506 | Falowy charakter cząstek | [
"Francuski fizyk Louis de Brogile wykazał, że ruch fotonów (oraz cząstek elementarnych ) w pewnych warunkach powinien być opisywany, jako ruch korpuskuły (cząstki o określonej masie), w innych zaś jako ruch fali podając zależność:",
"Zależność ta przypisuje cząstce o masie \\( m \\), poruszającej się z prędkością \\( v \\) falę o długości \\( \\lambda \\).",
"Jest to tak zwany dualizm korpuskularno-falowy, wskazujący na dualistyczną naturę cząstek elementarnych oraz fotonów. Swiatło - jako strumień fotonów i jednocześnie fala elektromagnetyczna również zachowuje dualistyczną naturę (korpuskularno-falową)."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 507 | Zasada Heisenberga | [
"Ponieważ fala jest zaburzeniem, które wędruje w przestrzeni, nie można ustalić jej pozycji (położenia). Można zatem oczekiwać, że równie trudno będzie określić dokładną pozycję cząstki wykazującej zachowanie falowe. Problem został opisany matematycznie przez niemieckiego fizyka Wernera Heisenberga, który podał relację odnoszącą się do położenia cząstki i jej pędu:",
"A zatem, z fizycznej natury mikro świata, tj. jego dualistycznego (korpuskularno-falowego) charakteru wynika niemożność równoczesnego dokładnego określenia położenia i pędu cząstki lub energii i czasu (równanie poniżej):",
"Powyższe nierówności noszą nazwę zasady nieoznaczoności Heisenberga (relacji Heisenberga).",
"LEGENDA:",
"\\( E \\) - energia \\( t \\) - czas \\( h \\) - stała Plancka \\( p_x \\) - moment pędu \\( x \\) - położenie cząstki"
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 508 | Równanie Schrödingera | [
"Teoria Schrödingera zakłada, że ruch elektronu wokół jądra można opisać matematycznie, jako równanie, którego rozwiązanie nosi nazwę funkcji falowej lub orbitalu. Funkcja ta jest amplitudą prawdopodobieństwa w punkcie przestrzeni określonym współrzędnymi x, y, z:",
"gdzie: \\( \\Psi \\) – funkcja falowa \\( m \\) – masa \\( h \\) – stała Plancka \\( E \\) – całkowita energia elektronu \\( V \\) – energia potencjalna elektronu",
"W przypadku elektronu funkcja falowa będąca rozwiązaniem równania Schrödingera określa prawdopodobieństwo napotkania tej cząstki w określonym miejscu przestrzeni wokół jądra atomu."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 509 | Liczby kwantowe | [
"Rozwiązaniem równania Schrödingera są pewne funkcje własne, które można scharakteryzować przy pomocy zestawu trzech liczb kwantowych n, l, m. Jako konsekwencja warunku, by funkcje falowe spełniające równanie Schrödingera były funkcjami porządanymi (tj. prawdopodobieństwo napotkania elektronu powinno przyjmować wartości skończone, jednoznaczne oraz może się zmieniać w sposób ciągły) liczby kwantowe nie mogą być dowolne – muszą przyjmować pewne wartości, co dokładnie przedstawiono w tabeli poniżej:",
"Zestaw trzech liczb kwantowych (głównej n, pobocznej l oraz magnetycznej m) nosi nazwę orbitalu. Poszczególne orbitale opisane są symbolami przedstawionymi w tabeli poniżej. Należy zauważyć, iż poboczną liczbę kwantową określa się przy pomocy następujących liter s dla l = 0 (ang. sharp), p dla l = 1 (ang. principle), d dla l = 2 (ang. diffuse) oraz f dla l = 3 (ang. fundamental). Wyrażenia te nawiązują do określeń stosowanych dla przedstawienia widm w analizie spektralnej."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 510 | Graficzny zapis orbitalu | [
"Orbital jako funkcja falowa opisuje fragment przestrzeni, w którym istnieje największe prawdopodobieństwo „znalezienia” elektronu. Istnieją różne orbitale atomowe (oznaczone jako s, p, d, f), którym można przypisać różne kształty i orientację w przestrzeni.",
"natomiast pozostałe orbitale cechuje kierunkowy rozkład ładunku ( Rys. 2 i Rys. 3 ):",
"Orbitale znajdują się na poszczególnych powłokach elektronowych. Na każdej z powłok można pomieścić pewną ilość elektronów, natomiast na każdym orbitalu mogą znajdować się maksymalnie dwa elektrony, przy czym – zgodnie z zakazem Pauliego – w atomie nie mogą znajdować się dwa elektrony o takim samym zestawie wszystkich czterech liczb kwantowych. Stąd, jeśli dwa elektrony obsadzają ten sam orbital (mają takie same wartości głównej \\( n \\), pobocznej \\( l \\) i magnetycznej \\( m \\) liczby kwantowej) muszą się różnić magnetyczną spinową liczbą kwantową \\( m_s \\). Magnetyczna spinowa liczba kwantowa może przyjąć tylko dwie wartości, tj. \\( +\\frac{1}{2} \\) lub \\( -\\frac{1}{2} \\).",
"Prawdopodobieństwo zajęcia orbitalu \\( p_x \\), \\( p_y \\) lub \\( p_z \\) przez elektron jest takie samo, co wynika z faktu, iż każdy orbital ma jednakową względem siebie energię, są jedynie odmiennie zorientowane w przestrzeni. Takie orbitale nazywa się zdegenerowanymi, a orbital p jest trójkrotnie zdegenerowany (może pomieścić sześć elektronów). Analogicznie, orbital d jest pięciokrotnie zdegenerowany (dziesięć elektronów), zaś f – siedmiokrotnie (maksymalnie czternaście elektronów)."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 511 | Konfiguracje elektronowe pierwiastków | [
"Wraz ze wzrostem liczby atomowej (Z) (zob. Opis atomu pierwiastka ) wzrasta liczba elektronów pierwiastka w stanie podstawowym. Konfigurację elektronową takiego atomu przedstawia się przy pomocy opisu orbitali zajętych przez elektrony rozpoczynając od najniższych poziomów energetycznych. W tym celu stosuje się pewne reguły:",
"1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → itd (zgodnie z Rys. 1 ):",
"W atomie nie mogą istnieć dwa elektrony posiadające taki sam zestaw czterech liczb kwantowych: \\( n \\), \\( l \\), \\( m \\) i \\( m_s \\).",
"Analizując kolejność zapełniania orbitali przez elektrony, nasuwa się pytanie: z czym związana jest przedstawiona powyżej kolejność zajmowania orbitali przez elektrony? Otóż ze wzrostem energii elektronów. Pomimo różnic w energii orbitali s, p oraz d obserwowany jest jej wzrost wraz ze wzrostem głównej liczby kwantowej \\( n \\). Zasada ta jednak zachowana jest tylko dla trzech pierwszych poziomów energetycznych. Na wyższych – energia elektronów zależy już nie tylko od głównej liczby kwantowej \\( n \\), ale i w istotny sposób od pobocznej liczby kwantowej \\( l \\). W związku z powyższym, niektóre z poziomów energetycznych d czy f o niższej głównej liczbie kwantowej będą charakteryzowały się wyższą energią od poziomów o wyższej głównej liczbie kwantowej. Co więcej, w przypadku jonów dodatnich (kationów), najpierw odrywane są elektrony znajdujące się na ostatniej zapełnionej powłoce (nie ostatniej zapisanej według kolejności energetycznej). Przykłady osadzania dla niektórych atomów i jonów przedstawiono poniżej:",
"\\( \\begin{align*} \\ce{_7N}:&\\ \\ce{1s^2 2s^2 2p^3}\\\\ \\ce{_{11}Na}:&\\ \\ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^1}\\\\ \\ce{_{25}Mn}:&\\ \\ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^5}\\\\ \\ce{_{26}Fe}:&\\ \\ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^6}\\\\ \\ce{_{32}Ge}:&\\ \\ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^2} \\end{align*} \\)",
"\\( \\begin{align*}\\ce{_{11}Na^+}:&\\ \\ce{1s^2 2s^2 2p^6} \\\\ \\ce{_{26}Fe^{2+}}:&\\ \\ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^6} \\end{align*} \\)",
"Rozpatrzmy tzw. zapis klatkowy powyżej omówionych atomów:",
"\\( \\ce{_7N} \\): \\( \\begin{matrix}[\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\uparrow\\downarrow] & [\\uparrow\\enspace][\\uparrow\\enspace][\\uparrow\\enspace] \\\\ \\ce{1s & 2s & 2p} \\end{matrix} \\)",
"\\( \\ce{_{11}Na} \\): \\( \\begin{matrix}[\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\enspace] \\\\ \\ce{1s & 2s & 2p & 3s} \\end{matrix} \\)",
"\\( \\ce{_{25}Mn} \\): \\( \\begin{matrix}[\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\enspace][\\,\\uparrow\\enspace][\\,\\uparrow\\enspace][\\,\\uparrow\\enspace][\\,\\uparrow\\enspace] \\\\ \\ce{1s & 2s & 2p & 3s & 3p & 4s & 3d} \\end{matrix} \\)",
"\\( \\ce{_{26}Fe} \\): \\( \\begin{matrix}[\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\enspace][\\,\\uparrow\\enspace][\\,\\uparrow\\enspace][\\,\\uparrow\\enspace] \\\\ \\ce{1s & 2s & 2p & 3s & 3p & 4s & 3d} \\end{matrix} \\)",
"\\( \\ce{_{32}Ge} \\): \\( \\begin{matrix}[\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow][\\,\\uparrow\\downarrow] & [\\,\\uparrow\\enspace][\\,\\uparrow\\enspace][\\,\\uparrow\\enspace] \\\\ \\ce{1s & 2s & 2p & 3s & 3p & 4s & 3d & 4p} \\end{matrix} \\)",
"Możliwy jest także tzw. skrócony zapis konfiguracji elektronowej, tj zapis, w którym przedstawia się rdzeń atomowy w postaci poprzedzającego dany atom gaz szlachetny oraz pozostałe elektrony:",
"\\( \\ce{_{11}Na} \\): \\( \\ce{ [\\,Ne] 3s^1} \\) \\( \\ce{_{25}Mn} \\): \\( \\ce{ [\\,Ar] 4s^2 3d^5} \\) \\( \\ce{_{26}Fe} \\): \\( \\ce{[\\,Ar] 4s^2 3d^6} \\) \\( \\ce{_{32}Ge} \\): \\( \\ce{[\\,Ar] 4s^2 3d^{10} 4p^2} \\)",
"W przypadku niektórych atomów, można zaobserwować wyjątki od „regularnego” zapełniania orbitali przez elektrony, jak np. w przypadku atomów chromu, miedzi. Różnica poziomów energetycznych 4s i 3d jest niewielka. Układ pięciu niesparowanych elektronów jest korzystniejszy energetycznie od układu czterech niesparowanych elektronów 3d i dwóch sparowanych 4s.",
"\\( \\ce{_{24}Cr} \\):\t\t \\( \\ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^5 4s^1} \\) \\( \\ce{_{29}Cu} \\):\t\t \\( \\ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^1} \\)",
"Podobna sytuacja (promocja elektronowa) dotyczy także innych pierwiastków, np. srebra, czy palladu. W przypadku tego drugiego mówimy o podwójnej promocji. Konfiguracja elektronowa przedstawia się wówczas następująco:",
"\\( \\ce{_{47}Ag} \\):\t\t \\( \\ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^1 4d^{10}} \\) \\( \\ce{_{46}Pd} \\):\t\t \\( \\ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 4d^{10}} \\)"
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 680 | Układ okresowy pierwiastków a konfiguracja elektronowa | [
"Rosyjski chemik Dmitrij Mendelejew w roku 1869 opublikował pierwszą formę układu okresowego. Układ ten porządkował wszystkie znane ówcześnie pierwiastki wykorzystując okresowo pojawiające się podobieństwo w ich właściwościach chemicznych i fizycznych. W tzw. tablicy Mendelejewa chemik pozostawiał puste miejsca, bowiem jego geniusz już wówczas przewidział istnienie innych pierwiastków, a także ich dokładnego położenia w układzie. Współczesny układ okresowy różni się od tego, zaproponowanego w XIX w. przez Menelejewa. Przedstawia on ułożone wraz z wrastającą liczbą atomową (Z) pierwiastki. Obok wzoru pierwiastka i jego liczby atomowej w układzie okresowym widnieje także jego masa (masa atomowa (A)), która podaje masę atomu w atomowych jednostkach masy u (ang. unit) Jednostka ta jest równa \\( 1,660 *10^{-24} g \\). Należy pamiętać, o czym wspomniano w podrozdziale Jądro atomowe, że liczba masowa pierwiastka nie jest równa masie atomowej.",
"Pierwiastki te uporządkowane i przedstawione są w postaci 18 grup (kolumny pionowe) 7 okresów (wierszy) pierwiastków. Grupę stanowi zbiór pierwiastków o takiej samej (lub podobnej) konfiguracji elektronowej. Nazwę grupy tworzy się od jej pierwszego przedstawiciela (z wyjątkiem wodoru), przez co w układzie znajdujemy grupę litowców, berylowców, borowców itd. Liczba wskazująca na okres, w którym mieści się dany pierwiastek określa wartość głównej liczby kwantowej, natomiast przynależność pierwiastka do grupy określana jest liczbą elektronów na ostatniej powłoce (tzw. walencyjnej).",
"Układ okresowy pierwiastków dzielimy na tzw. bloki energetyczne. Liczba grup pierwiastków mieszcząca się w obrębie danego bloku jest ściśle zależna od maksymalnej liczby elektronów, jaką może zmieścić dana podpowłoka. Rodzaj poziomów orbitalnych zapełnianych jako ostatnie przez atomy tego pierwiastka jest podstawowym kryterium jego przynależności do danego bloku.",
"Elektrony walencyjne determinują wartościowość danego pierwiastka w związkach chemicznych. Przede wszystkim zależność tę obserwujemy dla pierwiastków grup głównych (blok s oraz p). Maksymalna wartościowość jest równa sumie elektronów na powłoce walencyjnej (elektronów s i p). W przypadku pierwiastków grup przejściowych (blok d) i wewnątrzprzejściowych (blok f) elektronami walencyjnymi mogą być elektrony rozmieszczone na podpowłokach elektrony ns i (n-1)d (dla bloku d), oraz ns, (n-1)d i (n-2)f – dla bloku f. Efektem bardzo zbliżonej konfiguracji elektronów walencyjnych pierwiastków ostatniego z omawianych bloków energetycznych (tzw. lantanowce i aktynowce), wykazują bardzo podobne właściwości chemiczne.",
"Rozłożenie pierwiastków w układzie okresowym wykazuje pewne tendencje (trendy).",
"Także wartość promienia atomowego ulega zmianie w ramach poruszania się po układzie okresowym. W danym okresie największy promień atomowy wykazują pierwiastki grupy litowców. Jego wartość generalnie maleje wraz ze wzrostem liczby atomowej w okresie. Ma to związek z coraz silniejszym przyciąganiem elektronów do rosnącego ładunku jądra atomowego. W grupach natomiast promień atomowy rośnie ze względu na to, że wzrasta liczba powłok elektronowych."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Energia jonizacji",
"content": "Pierwsza energia jonizacji, to energia, jaką należy dostarczyć, aby usunąć elektron z obojętnego atomu z utworzeniem kationu (jonu dodatniego). Jej wartość ulega zmianie wraz z przemieszczaniem się w układzie okresowym i najniższe wartości prezentuje dla pierwiastków alkalicznych (grupa 1), których konfiguracja elektronowa powłoki walencyjnej przedstawia się jako \\( ns^1 \\), zaś najwyższe dla helowców ze względu na ich bardzo trwałe zamknięte powłoki elektronowe.\nWyższe wartości w stosunku do pierwszej energii jonizacji odpowiadają oderwaniu kolejnego elektronu (tzw. druga, trzecia energia jonizacji).\n\n \\( \\ce{Cu}_{(g)} \\rightarrow \\ce{Cu}^+_{(g)} + \\ce{e}^- \\hspace{1in} \\ce{E}_j^1=785\\frac{kJ}{mol} \\)\n\n \\( \\ce{Cu}^+_{(g)} \\rightarrow \\ce{Cu}^{+2}_{(g)} + \\ce{e}^- \\hspace{1in} \\ce{E}_j^2=1955\\frac{kJ}{mol} \\)"
},
{
"name": "Definicja 2: Powinowactwo elektronowe",
"content": "Kolejną wielkością, której trend można wyznaczyć na podstawie analizy położenia pierwiastka w układzie okresowym jest powinowactwo elektronowe, czyli energia, jaka wydziela się w procesie przyłączenia do atomu (lub cząsteczki) w stanie gazowym elektronu z utworzeniem anionu (jonu ujemnego). W przypadku pierwszego powinowactwa elektronowego następuje wydzielenie energii, natomiast przyłączenie drugiego elektronu wymaga dostarczenia dodatkowej jej porcji ze względu na odpychanie cząstek jednoimiennych.\n\n \\( \\ce{O}_{(g)} + \\ce{e}^- \\rightarrow \\ce{O}^{-}_{(g)} \\hspace{1in} \\ce{E}_{pe}^1= -141\\frac{kJ}{mol} \\)\n\n \\( \\ce{O}^{-}_{(g)} + \\ce{e}^- \\rightarrow \\ce{O}^{-2}_{(g)} \\hspace{1in} \\ce{E}_{pe}^2= +844\\frac{kJ}{mol} \\)"
},
{
"name": "Definicja 3: Elektroujemność",
"content": "Elektroujemność to indywidualna cecha każdego pierwiastka, która uwidacznia się dopiero w kontakcie z drugim pierwiastkiem i określa jego skłonność do przyciągania elektronów. Powinowactwo elektronowe, o którym wspominaliśmy, jest pośrednią miarą elektroujemności, bowiem wraz ze wzrostem powinowactwa elektronowego danego pierwiastka wzrasta również jego elektroujemność. Największą wartość (w skali Paulinga) prezentuje fluor (4,0) najniższą zaś frans (0,7)."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 513 | Dublet i oktet elektronowy | [
"Bierność chemiczna, jaką wykazują gazy szlachetne (helowce) wynika ze szczególnie trwałej konfiguracji elektronowej. Konfiguracja dwuelektronowa (dublet elektronowy \\( \\ce{1s^{2}} \\) w przypadku atomu helu) lub ośmioelektronowa (oktet elektronowy \\( \\ce{ns^{2}np^{6}} \\)) najbardziej zewnętrznej powłoki elektronowej (tzw. walencyjnej) skutkuje najniższym stanem energetycznym pośród wszystkich pierwiastków.",
"Atomy pozostałych pierwiastków nie posiadają takiej konfiguracji i, co za tym idzie, łącząc się z atomami innych pierwiastków (tworząc struktury bardziej stabilne od wolnych atomów) przyjmują konfigurację elektronową analogiczną do konfiguracji gazów szlachetnych. Obserwacja ta stała się podstawą elektronowej teorii wiązań opracowanej przez G. Lewisa i W. Kossela."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 514 | Teoria wiązań G. Lewisa i W. Kossela | [
"Teoria wiązań Gilberta N. Lewisa i Walthera Kossela wprowadza pojęcie wiązania chemicznego, a uściślając wiązania kowalencyjnego i jonowego, jako głównych typów wiązań chemicznych powstających na drodze bądź to uwspólnienia (utworzenia wspólnych) par elektronowych dla dwóch atomów (wiązanie kowalencyjne), bądź to poprzez przekazanie elektronu/elektronów w kierunku od atomu bardziej „elektrododatniego” do bardziej „elektroujemnego” (wiązanie jonowe). Podążając tą ścieżką atomy mogą uzyskać stabilną konfigurację elektronową ( dubletową lub oktetową ).",
"Aby wyjaśnić od czego zależy charakter wiązania, należy zapoznać się z kilkoma pojęciami. A zatem charakter wiązania w związku chemicznym będzie zależał od właściwości pierwiastków tworzących dany związek. Właściwości te charakteryzuje elektroujemność.",
"Na przykład najbardziej elektroujemnym pierwiastkiem jest fluor ( grupa 17; okres 2 UOP ), który ma mały promień atomowy w stosunku do ilości posiadanych elektronów. Oznacza to, że elektrony są silnie przyciągane przez jądro. Konfiguracja elektronowa atomu fluoru to: \\( _9F: [He]\\ 2s^22p^5 \\). Widać, że atom fluoru posiada na swojej powłoce walencyjnej 7 elektronów, więc potrzeba tylko jednego elektronu do uzyskania konfiguracji gazu szlachetnego. Stąd, aby odłączyć elektrony od atomu fluoru, konieczne jest dodanie dużej ilości energii. Ta energia to tzw. energia jonizacji. Zatem, silnie elektroujemne pierwiastki to te, które mają wysoką energię jonizacji Ej.",
"Z drugiej strony najniższą energię jonizacji posiadają pierwiastki najmniej elektroujemne takie jak frans Fr ( grupa 1; okres 7 UOP ). Konfiguracja elektronowa tego pierwiastka to \\( _{87}Fr: [Rn]\\ 7s^1 \\). Atom Fr posiada na powłoce walencyjnej tylko 1 elektron, w dodatku daleko od jądra (atom o dużym promieniu) więc łatwo jest go zjonizować.",
"Wartości elektroujemności wszystkich pierwiastków zawarte są w tym układzie okresowym.",
"Znając wartości elektroujemności poszczególnych pierwiastków wchodzących w skład danego związku chemicznego można scharakteryzować rodzaj wiązania chemicznego. Powyższy rysunek wskazuje, że jeżeli różnica wartości elektroujemności zawiera się w przedziale od 0 - 0,4 to wiązanie ma charakter kowalencyjny (atomowy). Wraz ze wzrostem różnicy elektroujemności pierwiastków, wiązanie pomiędzy nimi coraz bardziej nabiera charakteru jonowego. Przy różnicy około 1,7 mówimy o wiązaniu atomowym - spolaryzowanym. Gdy różnica jest większa od 1,7 to wówczas mówimy o wiązaniu jonowym."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 681 | Teoria wiązań chemicznych | [
"Atomy tworzą wiązania chemiczne, gdy przyciągające oddziaływania elektrostatyczne między nimi są silniejsze niż oddziaływania odpychające. Zatem, wiązanie chemiczne (związek chemiczny) powstaje na drodze odziaływań elektrostatycznych pomiędzy elektronami i jądrami łączących się ze sobą atomów. Utworzona cząsteczka charakteryzuje się niższą energią od energii łączących się atomów ( Rys. 1 ):",
"Charakter wiązania chemicznego i jego właściwości są zależne od wielu czynników takich jak ładunek jąder atomowych, konfiguracja elektronowa, czy rozmiar łączących się atomów."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 515 | Typy wiązań chemicznych | [
"Kiedy dwa atomy wykazują taką samą bądź podobną tendencję do przekazywania (oddawania i przyjmowania) elektronów, to wówczas – według teorii Lewisa – w celu uzyskania konfiguracji najbliższego gazu szlachetnego następuje utworzenie jednej lub więcej wspólnych par elektronowych, które równocześnie wchodzą w skład obu łączących się ze sobą atomów. W takim przypadku mówimy o wiązaniu kowalencyjnym (homeopolarnym, atomowym).",
"Przykładem cząsteczki, w której występuje wiązanie kowalencyjne może być \\( \\ce{Cl_2} \\). Aby wytworzyło się wiązanie atomowe różnica elektroujemności w skali Paulinga musi mieścić się w zakresie 0 – 0,4. W wiązaniu tego typu każdy z atomów budujących cząsteczkę dostarcza jednakowej liczby elektronów do „wspólnego użytku”. W przypadku chloru będzie to po jednym elektronie (kropki oznaczają elektrony walencyjne):",
"Jeśli jedna para elektronów jest niewystarczająca (na przykład w przypadku tlenu lub azotu, gdzie atomy tych pierwiastków mają odpowiednio sześć i pięć elektronów walencyjnych), możliwe jest tworzenie wiązań wielokrotnych (podwójne dla tlenu, potrójne dla azotu):",
"Należy zwrócić uwagę, że wiązania tego typu występują zwykle w przypadku pierwiastków niemetalicznych.",
"Wiązanie atomowo-spolaryzowane powstaje, gdy wartość różnicy elektroujemności mieści się w przedziale od 0,4 do 1,7. Oznacza to, że para elektronów, która wiąże cząsteczkę, zostaje przesunięta w kierunku bardziej elektroujemnego atomu (atomu, który silniej przyciąga elektrony). Wówczas ten atom zyskuje częściowy ładunek ujemny. Natomiast atom, który słabo przyciąga elektrony, zyskuje częściowy ładunek dodatni. A zatem następuje przesunięcie ładunku, co powoduje polaryzację tak utworzonej cząsteczki zwanej wtedy dipolem. Dzieje się tak, np. w cząsteczce wody:",
"O wiązaniu jonowym (heteropolarnym) mówimy, kiedy atomy dwóch łączących się ze sobą pierwiastków chemicznych zyskują konfiguracje elektronowe gazów szlachetnych w taki sposób, że atomy jednych pierwiastków tracą swoje elektrony na rzecz innych pierwiastków. Powstałe w ten sposób jony przyciągają się dzięki działaniu sił elektrostatycznych. Siły te mają charakter sferyczny (nie są ukierunkowane w przestrzeni), przez co związki chemiczne powstające z udziałem wiązania jonowego tworzą kryształy jonowe. Aby powstało wiązanie jonowe, różnica elektroujemności łączących się pierwiastków musi być większa niż 1,7 w skali Paulinga.",
"Tworzenie wiązań jonowych ma miejsce, kiedy wiążą się pierwiastki o dużej różnicy w skali elektroujemności Paulinga. Przykładem cząsteczki, w którym mamy do czynienia z wiązaniem jonowym jest cząsteczka chlorku sodu (NaCl). Atom sodu posiada konfigurację elektronową \\( _{11}Na: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^1 \\). Usunięcie jednego elektronu znajdującego się na ostatniej (walencyjnej) powłoce przeprowadza go w jon (kation) \\( \\ce{Na^+} \\) o konfiguracji elektronowej \\( _{11}Na^+: 1s^2 2s^2 2p^6 \\) – takiej samej, jak konfiguracja atomu neonu. Oddawane przez atomy sodu elektrony przyłączane są do atomu chloru o strukturze elektronowej \\( _{17}Cl: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5 \\), które przechodząc w aniony chlorkowe zyskują konfigurację elektronową argonu: \\( _{17}Cl^-: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 \\).",
"W sieci przestrzennej chlorku sodu jony ułożone są w taki sposób, że każdy kation sodowy otoczony jest sześcioma anionami chlorkowymi i odwrotnie, tj. każdy anion \\( \\ce{Cl^-} \\) otacza sześć kationów \\( \\ce{Na^+} \\).",
"Wiązanie donorowo-akceptorowe (koordynacyjne, semipolarne) to odmiana wiązania atomowego, w którym wiążącą parę elektronów dostarcza jeden z atomów. Kiedy mamy do czynienia z takim wiązaniem? Zdarzenie takie może mieć miejsce, kiedy dochodzi do nałożenia obsadzonego już dwoma elektronami orbitalu jednego pierwiastka z nieobsadzonym (pustym) orbitalem drugiego (niemetalu lub metalu grup tzw. „przejściowych”). Powstające na drodze „obsadzenia” wolnego orbitalu przez parę elektronową wiązanie jest wiązaniem słabszym od typowego wiązania kowalencyjnego. Rozpatrzmy opisaną sytuację na przykładach:",
"Wiązanie metaliczne, to specyficzny rodzaj wiązań chemicznych. Większość metali posiada poza orbitalami s i p, również orbitale d. Orbitale p i d mogą nakładać się częściowo na siebie w skutek czego, w kryształach metali powstają pasma „luźno” związanych elektronów. Elektrony te mogą się łatwo przemieszczać pod wpływem przyłożonego napięcia elektrycznego. „Swobodnym” elektronom metale zawdzięczają dobre przewodnictwo elektryczne. Skutkiem ubocznym delokalizacji elektronów w metalach jest także obecność trójwymiarowej sieci silnych wiązań, co warunkuje szereg cech charakterystycznych, jak dobre przewodnictwo cieplne, kowalność, wysokie temperatury topnienia i inne."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 512 | Wiązania chemiczne w świetle mechaniki kwantowej | [
"Mechanika kwantowa podział wiązań, jaki przedstawiony został w podrozdziale Typy wiązań chemicznych przedstawia, jako umowne granice, bowiem w jej świetle oddziaływania między elektronami i jądrami w cząsteczce, tj. wytworzenie wiązania chemicznego przedstawia jako deformację powłoki elektronowej atomów, zmianę gęstości elektronowej w pobliżu jąder atomowych, a przez to wyróżnienie uprzywilejowanych kierunków w przestrzeni. Funkcje falowe będące rozwiązaniem równania Schrödingera prezentują ten efekt dla elektronów poruszających się w polu jąder atomowych tworzących cząsteczkę. Metoda orbitali molekularnych jest jedną metod stosowanych w celu rozwiązywania wspomnianego równania."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 516 | Teoria orbitali molekularnych | [
"Teoria wiązań G. Lewisa i W. Kossela była teorią jakościową; nie opierała się o żadne postulaty (zasady). Dopiero sformułowanie postulatów mechaniki kwantowej pozwoliło na sprecyzowanie pojęcia wiązania chemicznego. Teoria orbitali molekularnych (cząsteczkowych) zakłada, że zachowanie elektronów w cząsteczce opisane jest poprzez orbitale molekularne (cząsteczkowe).",
"Orbitale te odnoszą się do układów zawierających więcej niż jedno jądro (orbital wielocentrowy). Jest to bardzo podobna sytuacja, z jaką spotykamy się w przypadku atomu, gdzie zachowanie elektronów opisywane jest przez orbitale atomowe, które opisują zachowanie elektronów w polu pojedynczego atomu (orbital jednocentrowy).",
"Rozpatrzmy przykład cząsteczki AB - zawierającej dwa jądra atomowe: A oraz B. Należy zauważyć, że orbital cząsteczkowy \\( \\Psi_{AB} \\) powstaje w wyniku nakładania się orbitali atomowych atomów tworzących wiązanie, dzięki czemu funkcje falowe elektronu w cząsteczce można traktować jako liniową kombinację funkcji falowych opisujących orbitale atomowe:",
"W powyższych równaniach wartości współczynników \\( C_A \\) i \\( C_B \\) dobrane są tak, by energia danego orbitalu była jak najmniejsza. Na podstawie analizy rozważań mechaniki kwantowej, można wysnuć wniosek, że zachowanie elektronów w cząsteczce AB mogą opisać dwa różne orbitale molekularne (dwie różne funkcje falowe), przy czym, zgodnie z obliczeniami, orbitalowi \\( \\Psi^+_{AB} \\)odpowiada energia niższa niż orbitalom \\( \\Psi_A \\) i \\( \\Psi_B \\), zaś \\( \\Psi^-_{AB} \\) - wyższa. Orbital \\( \\Psi^+_{AB} \\) nazywany jest orbitalem wiążącym, co wynika faktu, iż przejście elektronów z orbitali atomowych \\( \\Psi_A \\) i \\( \\Psi_B \\) na cząsteczkowy \\( \\Psi^+_{AB} \\) prowadzi do układu o większej trwałości (niższej energii). Analogicznie do powyższych rozważań, orbital \\( \\Psi^-_{AB} \\) nazywany jest orbitalem antywiążącym (o niższej trwałości), bowiem jest układem bogatszym energetycznie od dwóch atomów A i B. Trwałość wiązania chemicznego zależy od ilości elektronów na obu typach orbitali. Jeżeli na orbitalach wiążących ilość elektronów jest większa od ilości na orbitalach antywiążących, wówczas wiązanie jest trwałe. Kiedy utworzenie wiązania następuje poprzez nałożenie dwóch orbitali atomowych s ( Rys. 1a), orbitalu s z orbitalem p ( Rys. 1b) lub dwóch współliniowych orbitali p, np. \\( p_y - p_y \\) ( Rys. 1c) powstaje wiążący i antywiążący orbital cząsteczkowy \\( \\sigma \\). Orbitale cząsteczkowe \\( \\sigma \\) nie wykazują płaszczyzny węzłowej, na której leży oś cząsteczki. Zgodnie z powszechnie przyjętą symboliką orbital wiążący stanowiący kombinacje liniową orbitali 1s oznacza się symbolem \\( \\sigma \\)1s, zaś antywiążący \\( \\sigma \\)*1s. Orbitale wykazujące płaszczyznę węzłową, na której leżałaby oś cząsteczki łącząca obydwa jądra nazywamy orbitalami cząsteczkowymi typu \\( \\pi \\). Orbital wiążący i antywiążący stanowiący kombinację liniową orbitali \\( 2p_z \\) oznaczamy kolejno symbolami \\( \\pi 2p_z \\) i \\( \\pi* 2p_z \\) ( Rys. 1d).",
"Jak wspomniano powyżej, energia elektronu, którego stan opisuje orbital wiążący jest niższa w porównaniu z energią odpowiadającą wyjściowym orbitalom atomowym, zaś orbital antywiążący wykazuje wyższą.",
"Kolejność zapełniania orbitali molekularnych można uszeregować według wzrastającej energii:"
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 517 | Teoria wiązań walencyjnych | [
"Teoria wiązań walencyjnych to druga – obok teorii orbitali molekularnych – koncepcja w chemii kwantowej pozwalająca na rozwiązanie zagadnień związanych z energią i strukturą cząsteczki. Opisuje ona wiązanie chemiczne jako efekt nałożenia się na siebie dwóch orbitali atomowych zawierających niesparowane elektrony o spinach przeciwnych (każdy orbital pochodzi od innego atomu). Sparowane elektrony pochodzące z nakładających się na siebie orbitali są przyciągane do jąder obu atomów. Rozważmy przykład powstawania wiązania chemicznego w cząsteczce wodoru. Dwa atomy wodoru, początkowo w nieskończonej odległości od siebie (brak oddziaływań), zbliżają się, przez co zaczynają działać między nimi coraz większe siły, przez co w sposób ciągły dokonują się zmiany w stanie atomów – od atomów izolowanych, przez stan pobudzony wciąż odrębnych atomów, aż do momentu, w którym, przy pewnej odległości, nastąpi w układzie skokowa, jakościowa zmiana chemiczna, w wyniku której powstaje cząsteczka wodoru ( Rys. 1 ).",
"Odseparowane do tej pory orbitale s \\( [\\uparrow\\enspace] \\) oraz \\( [\\enspace \\downarrow] \\) łączą się tworząc \"strefę\" \\( [\\uparrow\\downarrow] \\) o wiekszej gęstości elektronowej niż miało to miejsce przed utworzeniem wiązania. Co istotne, cząsteczka wodoru – nowopowstałe indywiduum chemiczne, to struktura składająca się z dwóch jąder i dwóch elektronów, a nie z dwóch atomów wodoru, z których powstaje. Siła wiązania kowalencyjnego (atomowego) zależy od stopnia nałożenia się orbitali i jest tym większa, im bardziej orbitale zachodzą na siebie."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 1. Budowa materii | 677 | Hybrydyzacja orbitali atomowych | [
"Jeszcze jedno, istotne, założenie kwantowej teorii wiązań tłumaczy tworzenie wiązań chemicznych przy udziale elektronów w stanie wzbudzonym. Teoria ta pozwala zrozumieć istotę wiązań w cząsteczkach wieloatomowych. Rozpatrzmy przykład cząsteczek fluorku berylu \\( (\\ce{BeF_2}) \\), fluorku boru \\( (\\ce{BF_3}) \\) i metanu \\( (\\ce{CH_4}) \\). Konfiguracja elektronowa atomów berylu \\( (\\ce{_4Be}: 1s^22s^2) \\), boru \\( (\\ce{_5B}: 1s^22s^22p^1) \\) i węgla ( \\( \\ce{_6C}: 1s^22s^22p^2 \\)) w stanie podstawowym sugeruje, że beryl nie jest zdolny do tworzenia wiązań chemicznych (nie posiada niesparowanych elektronów), bor może utworzyć tylko jedno wiązanie (posiada jeden niesparowany elektron), natomiast atom węgla dwa (dwa niesparowane elektrony). Z drugiej strony zaś wiemy, że w cząsteczce \\( \\ce{BeF_2} \\) występują dwa, w \\( \\ce{BF_3} \\) aż trzy, natomiast w metanie cztery równocenne wiązania. Zwróćmy uwagę na fakt, że oba opisywane atomy: berylu, boru i węgla mają pusty (w przypadku atomu Be) lub niecałkowicie zapełniony orbital 2p (orbital ten jest trójkrotnie zdegenerowany). Istnieje więc możliwość jego uzupełnienia na drodze dostarczenia odpowiedniej energii, która pozwoli na przeniesienie elektronu (wzbudzenie) na wyższy poziom energetyczny (promocja elektronowa). Powstający stan nazywamy stanem wzbudzonym. Wspomniana teoria tłumaczy nam dwuwartościowość atomu berylu \\( (\\ce{_4Be^*}: 1s^22s^12p^1 \\) – dwa niesparowane elektrony w stanie wzbudzonym) trójwartościowość atomu boru \\( \\ce{_5B^*}: 1s^22s^12p^2 \\) – trzy niesparowane elektrony w stanie wzbudzonym) i czterowartościowość atomu węgla \\( \\ce{_6C^*}: 1s^22s^12p^3 \\)), natomiast nie tłumaczy równocenności tych wiązań.",
"Okazuje się, że gdy w zasięgu oddziaływań elektronów walencyjnych atomu niewzbudzonego (w naszym przypadku boru lub węgla) pojawią się atomy zdolne do utworzenia wiązania z atomem \\( \\ce{Be, B} \\) lub \\( \\ce{C} \\) orbitale s i p tych atomów ulegają całkowitemu lub częściowemu wymieszaniu. Z fizycznego punktu widzenia hybrydyzacja to kombinacja liniowa orbitali atomowych określonego atomu, a nowopowstałe funkcje, opisują zupełnie inne orbitale atomowe, które nazywamy orbitalami zhybrydyzowanymi (łac. hybrida – mieszaniec). Suma orbitali przed i po hybrydyzacji nie ulega zmianie. Elektrony obsadzające orbitale zhybrydyzowane mają identyczną energię, zaś orbitale te mają taki sam kształt. I tak w przypadku atomu berylu wchodzącego w skład \\( (\\ce{BeF_2}) \\) wymieszaniu ulegają po jednym orbitalu s i p w wyniku czego powstają dwa równocenne orbitale sp (kąt pomiędzy orbitalami wynosi 180°), atomu boru wchodzącego w skład cząsteczki \\( (\\ce{BeF_3}) \\) wymieszaniu ulega orbital s z dwoma orbitalami p w wyniku czego powstają trzy równocenne orbitale zhybrydyzowane ( \\( sp^2 \\)) (kąt pomiędzy orbitalami wynosi 120°), natomiast po hybrydyzacji atomu węgla (wchodzącego w skład cząsteczki metanu) wymieszany zostaje orbital s z trzema orbitalami p dając cztery równocenne hybrydy ( \\( sp^3 \\)) (kąt pomiędzy orbitalami wynosi 109,28°) Hybrydyzacja, pozwala więc na zrozumienie tetraedrycznego kształtu cząsteczki \\( (\\ce{CH_4}) \\), trygonalnego \\( (\\ce{BF_3}) \\) i liniowego \\( (\\ce{BeF_2}) \\).",
"W przypadku hybrydyzacji ( \\( sp^3 \\)) niektóre nie obsadzone atomami wodoru naroża tetraedru (jak to ma miejsce w cząsteczce metanu) zajmują wolne pary elektronowe. Obecność wolnych par elektronowych zaburza nieco symetrię cząsteczki wskutek odpychania się elektronów, co powoduje, że w amoniaku (jedna wolna para elektronowa) kąt między wiązaniami \\( \\ce{H-N-H} \\) wynosi 107,3°, zaś w cząsteczce wody (dwie wolne pary elektronowe) kąt wiązania \\( \\ce{H-O-H} \\) jest równy 104,5°. Schemat struktur tetraedrycznych dla przedstawionych przykładów ilustruje rysunek poniżej. Obecność wolnych par elektronowych wpływa w istotny sposób na właściwości związków chemicznych, bowiem niezrównoważona struktura elektronowa cząsteczki powoduje powstanie momentu dipolowego.",
"Poprzez analogię do opisanych powyżej przykładów, pierwiastki grup głównych począwszy od trzeciego okresu do hybrydyzacji wykorzystują wolne orbitale do tej samej głównej liczbie kwantowej co orbitale s oraz p na skutek czego otrzymywane są warunki zdolne do wymieszania więcej niż czterech par elektronowych. Efekt takiej hybrydyzacji przedstawia tabela poniżej."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 636 | Stany skupienia materii | [
"Różnice między trzema stanami skupienia uwarunkowane są przez odległości między cząsteczkami i wzajemne ich oddziaływanie. Przy dużych odległościach (małe gęstości ciał) siły oddziaływania między cząsteczkami nie są dostatecznie duże, aby pozbawić te cząsteczki samodzielnego ruchu postępowego. Umożliwia to istnienie stanu gazowego, w którym objętość ciała może przybierać dowolne rozmiary.",
"Przy zwiększeniu gęstości siły przyciągania wzrastają do tego stopnia, że cząsteczki tracą zdolność przesuwania się niezależnie jedna od drugiej i nie mogą się jedna od drugiej zbytnio oddalać. Ciało łatwo zmienia swoją postać, lecz silnie przeciwstawia się zmianom objętości. Odpowiada to stanowi ciekłemu.",
"Przy bardzo małych odległościach między cząsteczkami bardzo wzrastają siły odpychania, uzyskując wartości zbliżone do wartości sił przyciągania. W wyniku działania tych obu rodzajów sił cząsteczki w dostatecznie niskiej temperaturze zajmują stałe położenia jedna względem drugiej, tworząc sieć krystaliczną charakterystyczną dla ciała stałego.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 637 | Siły międzycząsteczkowe | [
"Siły międzycząsteczkowe, których działaniu przypisujemy odstępstwa gazów rzeczywistych od praw gazów doskonałych, są siłami słabymi w porównaniu z siłami powodującymi wytworzenie wiązań chemicznych wewnątrz cząsteczki. Energia oddziaływań międzycząsteczkowych jest rzędu \\( 1-10 \\ kcal/mol \\), podczas gdy np. energia wiązań kowalencyjnych sięga \\( 100 \\ kcal/mol \\). Występowanie oddziaływań międzycząsteczkowych jest jednak bardzo powszechne, odgrywają one dominującą rolę w procesie skraplania większości gazów. Cechą charakterystyczna tych sił jest ich bardzo szybki zanik następujący w miarę jak rośnie odległość pomiędzy oddziałującymi na siebie cząsteczkami. Kiedy po raz pierwszy Van der Waals zajął się siłami międzycząsteczkowymi, natura ich była całkowicie nieznana. Według obecnych poglądów rozpatrując zagadnienie sił międzycząsteczkowych należy uwzględnić co najmniej trzy różne rodzaje oddziaływań.",
"Po pierwsze, w przypadku gdy mamy do czynienia z substancjami polarnymi, wchodzi w grę wzajemne przyciąganie się różnoimiennych biegunów dipoli sąsiadujących ze sobą cząsteczek. Działania te będą oczywiście zmierzać do ustawienia cząsteczek w stosunku do siebie w określony sposób. Tego rodzaju orientację dipoli przedstawia schematycznie Rys.1a. Energię opisanych oddziaływań (energię uwalnianą wskutek wzajemnego przyciągania się dipoli) nazywamy energią orientacji.",
"Drugi możliwy rodzaj oddziaływania międzycząsteczkowego to oddziaływanie pomiędzy cząsteczką obdarzoną trwałym momentem dipolowym a cząsteczką czy atomem, który nie wykazuje trwałego momentu dipolowego. Obecność dipola trwałego w bliskim sąsiedztwie cząsteczki niepolarnej lub chwilowe fluktuacje chmury elektronowej w cząsteczce niepolarnej mogą skutkować przesunięciem ładunków elektrycznych wewnątrz cząsteczki i w efekcie powstaniem momentu dipolowego wzbudzonego (indukowanego). Energię oddziaływania pomiędzy dipolem trwałym a dipolem indukowanym nazywamy energią indukcji. Schemat takich oddziaływań przedstawiono na Rys. 1b.",
"Trzeci rodzaj oddziaływań nosi nazwę sił dyspersyjnych. Oddziaływania dyspersyjne pojawiają się zawsze, niezależnie od tego czy cząsteczki o trwałych momentach dipolowych są obecne czy też nie. W bardzo dużym uproszczeniu powstanie efektu dyspersyjnego możemy przedstawić następująco. Jeżeli rozpatrujemy jakiś atom, np. atom helu, to przeciętnie rzecz biorąc chmura elektronowa zachowuje w nim symetrię kulistą, Można jednak oczekiwać, że gdyby się udało w jakiejś chwili zatrzymać obydwa elektrony, rozkład ładunku w przestrzeni nie zawsze okazałby się symetryczny w stosunku do jądra. W takim przypadku atom helu wykazywałby moment dipolowy.",
"Oczywiście moment taki ma charakter momentu chwilowego. Teoria sił dyspersyjnych przyjmuje jednak, że tego rodzaju chwilowe momenty mogą indukować podobne momenty w sąsiednich atomach. Źródłem sił dyspersyjnych jest właśnie przyciąganie pomiędzy takimi chwilowymi dipolami. Energię oddziaływań pomiędzy dipolami chwilowymi, czyli energię dyspersji, można obliczyć metodami mechaniki kwantowej.",
"W Tabela 1 zebrano dla kilku substancji wyniki obliczeń energii orientacyjnej, energii indukcyjnej oraz energii dyspersyjnej.",
"Zarówno energia orientacyjna, jak i indukcyjna, wzrastają dość wyraźnie ze wzrostem momentu dipolowego, Obydwie przyjmują znikome wartości w przypadku cząsteczki \\( \\ce{CO} \\), wykazującej bardzo mały moment dipolowy. Poza przypadkiem amoniaku, o całości oddziaływań międzycząsteczkowych decyduje jednak energia dyspersyjna.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1] oraz [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 638 | Wiązanie wodorowe | [
"W przypadku substancji, w których obecne są atomy wodoru związane z silnie elektroujemnymi atomami takich pierwiastków jak fluor, tlen lub azot, może się wytworzyć pomiędzy cząsteczkami specyficzne wiązanie, zwane wiązaniem wodorowym. Obecność takich wiązań powoduje np. częściową asocjację (łączenie się) cząsteczek w ciekłym fluorowodorze i wodzie. Można to przedstawić następującym schematem:",
"Atom wodoru zajmuje zatem pozycję pomiędzy dwoma elektroujemnymi atomami należącymi do dwóch różnych cząsteczek. Oddziaływanie pomiędzy tymi cząsteczkami, powodujące powstanie wiązania wodorowego, polega głównie na elektrostatystycznym przyciąganiu się dipoli, których dodatnim biegunem jest atom wodoru, a ujemnym związany z nim atom fluoru, tlenu czy azotu. Oddziaływanie pomiędzy dipolami jest w tym przypadku szczególnie mocne ze względu na małe rozmiary atomu wodoru, co powoduje, że wokół bieguna dodatniego dipolowej cząsteczki wytwarza się silne pole elektryczne. Energia wiązań wodorowych przyjmująca wartość od \\( 2 \\ kcal/mol \\) do \\( 10 \\ kcal/mol \\) jest na ogół większa od energii zwykłych oddziaływań międzycząsteczkowych (siły Van der Waalsa). Jest ona jednak zarazem znacznie mniejsza niż energia wiązań kowalencyjnych lub jonowych. Wiązania wodorowe wytwarzają się zarówno pomiędzy cząsteczkami nieorganicznymi, jak i organicznymi oraz odgrywają dużą rolę w układach biologicznych.",
"Moduł opracowano na podstawie [1]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Wiązanie wodorowe",
"content": "Wiązanie wodorowe jest to słabe oddziaływanie typu elektrostatycznego między hydronem (jądrem wodoru), związanym kowalencyjnie z atomem o dużej elektroujemności, i wolną parą elektronową atomu silnie elektroujemnego, m.in.: tlenu, chloru, fluoru, azotu."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 639 | Stan gazowy | [
"Gazy nie wykazują własnego kształtu ani objętości, nie mają swobodnej powierzchni, w związku z tym wypełniają zawsze w sposób jednolity naczynie, w którym się znajdują. W stanie gazowym energia kinetyczna cząsteczek znacznie przewyższa siły ich wzajemnego oddziaływania. Cząsteczki lub atomy substancji w stanie gazowym są tak znacznie oddalone od siebie, że siły wzajemnego oddziaływania w pierwszym przybliżeniu można zaniedbać. Stan gazowy odznacza się więc wieloma specyficznymi cechami wynikającymi z dużej swobody poruszających się cząsteczek. W celu wyjaśnienia, jednakowego (w przybliżeniu) zachowania się wszystkich gazów, teoria kinetyczna Maxwella i Boltzmana posłużyła się pojęciem gazu doskonałego. Jest to wyidealizowany stan materii spełniający kilka warunków:",
"Jest oczywiste, że żaden z gazów rzeczywistych nie spełnia w sposób absolutny wszystkich tych warunków. Niemniej, w dostatecznie wysokich temperaturach i przy niskich ciśnieniach (w stanie mocnego rozrzedzenia) właściwości gazów rzeczywistych są bardzo bliskie takiego wyidealizowanego modelu. Stan gazu, jak każdy stan materii, określają wartości trzech parametrów: temperatury, objętości i ciśnienia. Jednym z zadań teorii kinetycznej gazów jest znalezienie współzależności między tymi parametrami, czyli znalezienie równania stanu dla gazu doskonałego i rozszerzenie ważności tego równania na układy rzeczywiste przez wprowadzenie odpowiednich poprawek.",
"Moduł został opracowany na podsatwie [1], [2] oraz [3]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 640 | Parametry stanu gazowego | [
"Stan fizyczny pewnej porcji gazu określają parametry stanu gazu, którymi są: ciśnienie - \\( p \\ [Pa] \\), temperatura - \\( T \\ [K] \\) oraz objętość - \\( V \\ [m^3] \\).",
"Objętość ( \\( V \\))",
"Objętość dowolnej substancji jest to przestrzeń zajęta przez tę substancję. Jeżeli substancją jest gaz, to jego objętość jest taka sama jak objętość zbiornika, w którym się znajduje. Zgodnie z obowiązującym układem SI objętość jest wyrażona w \\( m^3 \\), \\( 1 \\ cm^3 = 10^{-6} \\ m^3 \\), (jest to objętość sześcianu o boku \\( 1 \\ cm \\)). Dawniej stosowana jednostka objętości, \\( 1 \\ litr \\), odpowiada \\( 1 \\ dm^3 \\) – objętości sześcianu o krawędzi \\( 1 \\ dm \\). \\( 1 \\ litr = 1 \\ dm^3 = 1000 \\ cm^3 = 10^{-3} \\ m^3 \\) \\( 1 \\ ml = 1 \\ cm^3 \\)",
"Temperatura ( \\( T \\))",
"Temperatura określa kierunek przepływu ciepła (ciepło, jak wiadomo, płynie zawsze z obszaru o wyższej temperaturze do obszaru o temperaturze niższej). Międzynarodową skalą, do pomiaru temperatur, jest skala bezwzględna zaczynająca się od zera bezwzględnego. Zero bezwzględne jest najniższą granicą temperatury i uzyskanie niższych temperatur od zera bezwzględnego jest nieosiągalne ( zero bezwzględne \\( 0 K = -273,15^oC \\)). Skala ta nazywana jest skalą Kelvina (od nazwiska uczonego Kelvina).",
"Na Rys. 1 porównano skalę Kelvina ze skalą Celsjusza.",
"Normalna temperatura krzepnięcia wody (temperatura, w której woda zamarza pod normalnym ciśnieniem \\( 101325 \\ Pa \\) tj. \\( 1 \\ atm. \\)), w skali Celsjusza oznaczana jest przez \\( 0^oC \\), w skali Kelvina \\( 273,15 \\ K \\). Temperaturę w skali Celsjusza przelicza się na temperaturę w skali Kelvina dodając \\( 273,15 \\):",
"\\( K = \\ ^oC + 273,15 \\)",
"Ciśnienie ( \\( p \\))",
"Ciśnienie z kolei określa kierunek przepływu masy. Substancje starają się przesuwać z miejsca, w którym znajdują się pod wyższym ciśnieniem, do miejsca o niższym ciśnieniu. Ilościowo ciśnienie definiuje się jako siłę wywieraną prostopadle na jednostkę powierzchni. Podstawową jednostką ciśnienia, w układzie SI, jest \\( \\frac{N}{m^2} \\), dla której przyjęto nazwę Pascal \\( [Pa] \\). (Niuton jest to siła nadająca masie jednego kilograma przyspieszenie \\( \\frac{m}{s} \\) w ciągu \\( 1 \\ s \\), \\( [\\frac{m}{s^2}] \\))",
"Do niedawna powszechnie stosowaną jednostką ciśnienia był \\( bar \\), który równał się \\( 106 \\frac{dyn}{cm^2} \\) i jest zbliżony do \\( 1 \\ atm. \\)",
"\\( 1 \\ atm. = 101325 \\ Pa \\)",
"W cieczach i gazach ciśnienie w danym punkcie jest jednakowe we wszystkich kierunkach. Ziemia otoczona jest warstwą powietrza o grubości ok. \\( \\ 800 \\ km \\). W wyniku tego żyjemy na dnie atmosfery, która wywiera ciśnienie atmosferyczne.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1] oraz [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 641 | Gaz doskonały | [
"W praktyce zawsze obserwuje się odchylenia od stanu doskonałego, które są tym większe, im większa jest gęstość gazu, tj. im cząsteczki znajdują się jedna bliżej drugiej i im silniej wzajemnie na siebie oddziałują ( gazy rzeczywiste ). Stan fizyczny danej ilości jakiegoś gazu charakteryzują trzy wielkości: temperatura \\( T \\), prężność (ciśnienie) \\( V \\) i objętość \\( p \\). Wielkości te związane są zależnością \\( f \\) ( \\( p,V, T \\)) = 0, którą nazywamy równaniem stanu gazu. Równanie stanu gazu doskonałego wynika z trzech praw: Prawo Boyle'a-Mariotte'a, Prawo Gay-Lussaca i Prawo Avogadra.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1] oraz [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Gaz doskonały",
"content": "Gaz doskonały nazywany także gazem idealnym to abstrakcyjny model gazu stosowany do opisu jego podstawowych właściwości. \nDo podstawowych założeń modelu gazu doskonałego należą następujące postulaty:\n1. objętość cząsteczek gazu jest zaniedbywalnie mała w porównaniu z objętością naczynia, w którym się znajdują – cząsteczki gazu traktowane są jako punkty materialne, czyli obiekty obdarzone masą, posiadające nieskończenie małe rozmiary,\n2. cząsteczki gazu znajdują się w ciągłym, chaotycznym ruchu,\n3. cząsteczki gazu ulegają wybitnie sprężystym zderzeniom (całkowita energia cząsteczek nie ulega zmianie podczas zderzeń), \n4. brak wyróżnionego kierunku ruchu w przestrzeni zderzających się cząsteczek gazu,\n5. brak międzycząsteczkowego oddziaływania pomiędzy cząsteczkami gazu.\n\n"
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 642 | Prawo Avogadra | [
"Jednym z zasadniczych praw w teorii gazów jest Prawo Avogadra (1811):",
"Zatem jednakowa liczba moli różnych gazów w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury powinna zajmować jednakową objętość. Objętość jednego mola gazu doskonałego tzw. objętość molowa, w warunkach normalnych ( \\( 0^o C \\) i ciśnienie atm. \\( = 1013 hPa) \\) wynosi:",
"Liczba cząstek (cząsteczek, atomów, itp.) zawartych w \\( 1 \\ molu \\) wyznaczona różnymi metodami nosi nazwę liczby Avogadra i wynosi:",
"Prawo Avogadra spełniają ściśle tylko gazy doskonałe. Znajomość prawa Avogadra pozwala objętość gazu zastąpić ilością moli i odwrotnie.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1], [2], [3] oraz [4]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 643 | Prawo Boyle'a-Mariotte'a | [
"Jednym z pierwszych praw odkrytych dla gazów o własnościach bliskich gazom doskonałym jest Prawo Boyle’a - Mariotte’a (1662):",
"jeżeli, \\( T=const, V_{1}, V_{2} \\) - są objętościami tej samej masy gazu pod odpowiednimi ciśnieniami \\( p_{1},p_{2} \\) to:",
"czyli:",
"lub:",
"innymi słowy: Iloczyn ciśnienia i objętości gazu, jest wielkością stałą, w stałej temperaturze. Zależności te można przedstawić na wykresie odkładając na osi odciętych objętość gazu \\( V \\), a na osi rzędnych odpowiadające jej ciśnienie. Otrzymana krzywa zwana jest izotermą gazu. Na Rys. 1 przedstawiono izotermy dla dwóch różnych temperatur: \\( T_{1}<T_{2} \\).",
"Izotermy są to linie wyrażające zależności funkcyjne pomiędzy dwiema wielkościami w stałej temperaturze. Podane niżej przykłady, podają zastosowanie Prawa Boyle’a- Mariotte’a.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1], [2], [3] oraz [4]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 644 | Prawo Gay-Lussaca | [
"Zależność objętości od temperatury pod stałym ciśnieniem podał Gay-Lussac (1802). Stwierdził, że gazy ogrzewane pod stałym ciśnieniem rozszerzają się zgodnie z zależnością:",
"\\( V_{0} \\) – objętość danej masy gazu pod stałym ciśnieniem w temperaturze \\( 0^oC \\). Współczynnik rozszerzalności \\( \\alpha \\) – jest jednakowy dla wszystkich gazów i wynosi 1/273 (dokładniejsze pomiary wykazały \\( \\alpha \\) = 1/273,15) stąd:",
"Z równania tego wynika, że objętość gazu powinna być równa zeru, gdy temperaturę obniży się do \\( -273,15^oC \\). Temperaturę tę przyjął Kelvin za bezwzględne zero. Temperaturę bezwzględną w stopniach Kelvina ( \\( K \\)) oznacza się przez \\( T \\), przy czym:",
"Wprowadzając zamiast temperatury w skali Celsjusza temperaturę bezwzględną otrzymujemy równanie izobary:",
"Równanie to mówi, że",
"Graficzny wykres izobary dla różnych ciśnień przedstawia Rys. 1.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1], [2], [3] oraz [4]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 645 | Prawo Charlesa | [
"\\( \\beta \\) - jest współczynnikiem rozprężliwości równym współczynnikowi rozszerzalności 1/273,15 stąd:",
"Graficzny przebieg izochory dla różnych objętości przedstawia Rys. 1.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1], [2], [3] oraz [4]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 646 | Równanie stanu gazu doskonałego | [
"Równanie stanu gazu doskonałego zostało omówione w module Temperatura, równanie stanu gazu doskonałego-( 2 )."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 647 | Prawo Daltona | [
"Gazy mieszają się wzajemnie w dowolnych stosunkach, wytwarzając jednolite mieszaniny zgodnie z prawem Daltona:",
"Ciśnienie cząstkowe jest to ciśnienie jakie miałby gaz, gdyby sam zajmował całą objętość zbiornika w danej temperaturze. Jeżeli mieszanina gazów ma własności gazu doskonałego to spełnia także równanie stanu gazu doskonałego. Zatem cząstkowe ciśnienia poszczególnych składników mieszaniny zawierającej odpowiednio \\( n_{1}, n_{2}, n_{3}... \\) moli tych składników, w ogólnej objętości \\( V \\), można wyrazić wzorem:",
"Podstawiając te wartości do równania stanu gazu otrzymujemy:",
"gdzie \\( n=\\Sigma n_{i} \\) Dzieląc stronami poszczególne równania ( 2 ), ( 3 ), ( 4 ) przez ( 5 ), otrzymamy:",
"Ponieważ:",
"Stąd:",
"Znając skład mieszaniny gazów można obliczyć za pomocą ostatniego równania cząstkowe ciśnienia poszczególnych składników. Prawo Daltona jest słuszne dla doskonałych mieszanin gazów.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1], [2], [3] oraz [4]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 648 | Dyfuzja gazów | [
"Samorzutne rozprzestrzenianie się cząsteczek wywołane nieustannym ruchem molekularno – kinetycznym nazywamy dyfuzją. Dyfuzję wykazują gazy, ciecze, a nawet ciała stałe. Najszybciej proces dyfuzji przebiega w gazach. Analogiczne zjawisko polegające na wypływie cząsteczek gazu ze zbiornika przez wąski otwór nazywamy efuzją. Szybkość dyfuzji, lub efuzji gazów w stałej temperaturze i przy stałej różnicy ciśnień zależy od szybkości ruchu cząsteczek, a więc od gęstości gazów i przebiega według odkrytego przez Grahama prawa dyfuzji.",
"Gęstość ( \\( d \\)) jest z kolei proporcjonalna do jego masy molowej ( \\( M \\)), a czas wypływu ( \\( t \\)) określonej objętości, jest odwrotnie proporcjonalny do szybkości dyfuzji, stąd:",
"Prawo dyfuzji Grahama zostało praktycznie wykorzystane do rozdzielenia gazów (np. argonu i neonu). Można je wykorzystać do wyznaczania masy molowej gazów.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1] oraz [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 649 | Kinetyczno-molekularna teoria gazu | [
"Teoria kinetyczna gazów, opracowana przez Maxwella i Boltzmana, stawia sobie za cel wyjaśnienie eksperymentalnych praw gazowych oraz stworzenie fizycznego obrazu stanu gazowego na podstawie praw mechaniki i mechaniki statystycznej, w której wykorzystuje się rachunek prawdopodobieństwa. Z teorii kinetycznej gazów można z pewnym przybliżeniem wyprowadzić zależności pomiędzy ciśnieniem gazu w zamkniętym naczyniu, a prędkością poruszania się jego cząsteczek. Prędkości (jak również pędy) można rozłożyć na trzy składowe względem trzech osi współrzędnych \\( x,y,z \\). Dla prostoty rozważań weźmy cząstkę o masie \\( m \\) i średniej składowej prędkości \\( u_{x} \\) względem wyodrębnionego kierunku \\( x \\) ( Rys. 1 ) Jeżeli cząstka taka ulegnie sprężystemu odbiciu z prostopadłą do kierunku \\( x \\) ścianą naczynia, nastąpi zmiana zwrotu prędkości i średni pęd cząsteczki po odbiciu wyniesie - \\( m\\cdot u_{x} \\).",
"Zmiana pędu wywołana zderzeniem jest więc równa:",
"Jeżeli długość naczynia w kierunku \\( x \\) wynosi \\( l_{x} \\), to czas upływający między kolejnymi zderzeniami cząsteczki z tą samą ścianą wyniesie: \\( \\frac{2\\cdot l_{x}}{u_{x}} \\), a częstość zderzeń jest jego odwrotnością: \\( \\frac{u_{x}}{2\\cdot l_{x}} \\). Sumarycznie zmiana pędu w jednostce czasu \\( \\Delta p_{x} \\) będzie równa iloczynowi tej częstości zderzeń i zmiany pędu odpowiadającej pojedynczemu zderzeniu:",
"zakładając, że ściana oddziaływuje na każdą cząstkę siłą \\( F \\), której bezwzględna wartość jest równa odpowiedniej zmianie pędu:",
"siła ta odniesiona do \\( N \\) cząsteczek zderzających się o jednostkę powierzchni ściany, jest miarą ciśnienia wywieranego przez gaz na ścianę naczynia, czyli:",
"Równanie rozpatrujące jedynie składowe prędkości cząstek względem jednego kierunku \\( u_{x} \\), należy rozszerzyć na pozostałe kierunki ruchu cząstek w przestrzeni. Wykorzystując geometryczny związek średniej prędkości wypadkowej \\( u \\) z jej składowymi \\( (u_{x},u_{y},u_{z}) \\) względem trzech osi otrzymujemy:",
"ponieważ składowe \\( u_{x}=u_{y}=u_{z} \\), to:",
"gdzie \\( u^2 \\) - jest średnim kwadratem prędkości niezależnym od kierunku ruchu. Stąd:",
"iloczyn \\( l_{x}\\cdot S_{x} \\) jest objętością naczynia. Stąd:",
"To podstawowe równanie teorii kinetycznej gazów jest również spełnione przez gaz wypełniający naczynie o dowolnym kształcie.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1], [2] oraz [3]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 650 | Energia gazu doskonałego | [
"Energia zawarta w gazie doskonałym, jest energią kinetyczną ruchu postępowego jego cząsteczek:",
"gdzie: \\( m \\) – masa cząsteczki \\( u \\) – prędkość średnia cząsteczki",
"Jednym z głównych postulatów kinetycznej teorii materii jest proporcjonalność między wartością średniej energii kinetycznej cząsteczek wyrażoną przez \\( \\frac{1}{2} \\cdot n \\cdot m \\cdot u^2 \\), a temperaturą mierzoną w skali bezwzględnej, czyli:",
"gdzie \\( k \\) jest stałą Boltzmana o wartości \\( 1,3806 \\cdot 10^{-3} \\frac{J}{K} \\) .",
"Uwzględniając zależność: \\( p \\cdot V = \\frac{1}{3}\\cdot n \\cdot m \\cdot u^2 \\)",
"zamieniając: \\( m \\cdot u^2 \\) na \\( 3 \\cdot k \\cdot T \\)",
"Liczba cząstek \\( N \\) jest równa liczbie moli \\( n \\), pomnożonej przez liczbę Avogadra ( \\( 6,023 \\cdot 10^{23} \\)). Ponieważ stała Boltzmana jest stałą gazową \\( R \\) podzieloną przez \\( 6,023 \\cdot 10^{23} \\) to:",
"W ten sposób na podstawie teorii kinetycznej gazów dochodzimy do równania stanu gazu.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1] oraz [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 651 | Gaz rzeczywisty | [
"Gazy rzeczywiste: \\( \\ce{O_{2}, N_{2}, H_{2}} \\) itp. pod małymi ciśnieniami i w wyższych temperaturach zachowują się podobnie do gazów doskonałych, natomiast pod wyższymi ciśnieniami i w temperaturach niższych wykazują znaczne odchylenia od praw i równań wyprowadzonych dla gazów doskonałych.",
"Różnice w zachowaniu się gazów rzeczywistych i doskonałych wynikają z dwóch przyczyn. Po pierwsze, w gazach rzeczywistych duży wpływ wywierają oddziaływania międzycząsteczkowe, i po drugie, nie może być zaniedbana objętość własna cząsteczek w stosunku do całkowitej objętości zajmowanej przez gaz. Biorąc pod uwagę oddziaływania międzycząsteczkowe i wpływ objętości własnej, Van der Waals zaproponował równanie stanu gazowego odpowiadające własnościom gazów rzeczywistych. Ma ono postać:",
"Wyraz \\( \\frac{n^2 \\cdot a}{V^2} \\) - oznacza korektę ciśnieniową, gdzie: \\( n \\) - jest liczbą moli, \\( V \\) - objętością, \\( a \\) - stałą charakterystyczną dla danego gazu.",
"W miarę wzrostu ciśnienia gazu, siły międzycząsteczkowe odgrywają coraz większą rolę i gaz zmniejsza swoją objętość bardziej niżby to wynikało z równania gazów doskonałych (zob. moduł Temperatura, równanie stanu gazu doskonałego ). Rezultat jest taki, jakby na gaz działało dodatkowe ciśnienie.",
"Wyrażenie \\( \\frac{n^2 \\cdot a}{V^2} \\) - jest poprawką na ciśnienie i nosi nazwę ciśnienia wewnętrznego. Poprawka \\( n \\cdot b \\) - związana jest z objętością własną cząsteczek, uwzględnia fakt, że podczas sprężania gazu, ulega zmianie nie cała objętość zajmowana przez gaz, a jedynie przestrzeń pusta, nie zajęta przez cząsteczki gazu. Należy wielkość \\( V \\) zmniejszyć o wielkość \\( n \\cdot b \\) gdzie: \\( V \\) - oznacza rzeczywistą objętość zajmowaną przez cząsteczki jednego mola gazu, a stałe \\( a, b \\) - wyznacza się doświadczalnie.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1] oraz [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Gaz rzeczywisty",
"content": "Gaz rzeczywisty jest pojęciem termodynamicznym oznaczającym gaz, który nie zachowuje się zgodnie z prawami ustalonymi dla gazu doskonałego. W praktyce są to wszystkie gazy istniejące w realnym świecie, ale przybliżenie gazu doskonałego może w wielu warunkach być do nich z powodzeniem zastosowane. Przybliżenie to zawodzi, gdy istnieje potrzeba dokonania bardzo dokładnych obliczeń w warunkach zbliżonych do normalnych."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 652 | Skraplanie gazów - izotermy Van der Waalsa | [
"Izotermy (linie wyrażające zależności funkcyjne pomiędzy dwiema wielkościami w stałej temperaturze) Van der Waalsa podające zależność ciśnienia \\( p \\) od objętości \\( V \\) w stałej temperaturze są dość zgodne z krzywymi wyznaczonymi doświadczalnie.",
"Na Rys. 1 przedstawiono szereg izoterm doświadczalnych i dla porównania izotermy Van der Waalsa dla tlenku węgla(IV). Poniżej pewnej temperatury \\( T_{k} \\) na krzywej doświadczalnej obserwuje się odcinki równoległe do osi \\( V \\), co wskazuje, że przy pewnych ciśnieniach następuje skokowa zmiana objętości. Efekt ten związany jest ze skraplaniem gazu, a punkty leżące na odcinkach odpowiadają współistnieniu obu faz: cieczy i pary. Izotermy Van der Waalsa różnią się od rzeczywistych tylko w obszarze tych równowag. Temperatura \\( T_{k} \\) - nosi nazwę temperatury krytycznej. Powyżej tej temperatury gaz nie może ulec skropleniu niezależnie od tego jak wysokie zastosowano by ciśnienie.",
"Tematykę skraplania gazów omówiono szczegółowo w module Równanie stanu Van der Waalsa.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1] oraz [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 653 | Stan ciekły | [
"Moduł został opracowany na podstawie [1] oraz [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Stan ciekły",
"content": "Stan ciekły to stan skupienia materii pośredni między ciałem stałym a gazem, w którym ciało fizyczne trudno zmienia objętość, ale łatwo zmienia kształt. Wskutek tego ciecz przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje, ale w przeciwieństwie do gazu nie rozszerza się, aby wypełnić je całe."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 654 | Napięcie powierzchniowe | [
"Jeżeli faza ciekła graniczy z fazą gazową, cząsteczki cieczy położone w warstwie powierzchniowej znajdują się zupełnie w innych warunkach. Ponieważ oddziaływania z cząsteczkami gazu są znikome siła wypadkowa tych oddziaływań skierowana jest w głąb cieczy, działa prostopadle do jej powierzchni i usiłuje zmniejszyć swobodną powierzchnię cieczy. Chcąc zwiększyć swobodną powierzchnię cieczy trzeba wykonać pewną pracę aby wydobyć pewną liczbę cząsteczek z wnętrza cieczy na jej powierzchnię. Stosunek wartości tej pracy do przyrostu powierzchni cieczy określa wartość napięcia powierzchniowego \\( (\\sigma) \\). Jeżeli pracę wyrażamy w \\( J \\), powierzchnię w \\( m^2 \\) jednostką napięcia powierzchniowego będzie:",
"\\( W \\) – praca, \\( S \\) - powierzchnia. Napięcie powierzchniowe cieczy maleje wraz z temperaturą. W temperaturze krytycznej, kiedy zanika różnica między cieczą a parą uzyskuje wartość równą zeru.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1] oraz [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Napięcie powierzchniowe",
"content": " Napięcie powierzchniowe jest rezultatem oddziaływań międzycząsteczkowych. Każda cząsteczka znajdująca się wewnątrz fazy ciekłej jest równomiernie otoczona przez inne cząsteczki i ma wysycone siły wzajemnego przyciągania. Siły te są we wszystkich kierunkach przeciętnie jednakowe, a ich wypadkowa jest równa zeru ( Rys. 1 ). Przejawia się to tym, że zewnętrzna warstwa cieczy zachowuje się jak sprężysta membrana dążąca do zminimalizowania swojej energii poprzez maksymalne skurczenie jej powierzchni. "
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 655 | Lepkość cieczy | [
"Istnienie sił spójności między cząsteczkami cieczy powoduje, że przesuwanie się jednych warstw cieczy względem drugich w ruchu jednostajnym natrafia na pewien opór zwany tarciem wewnętrznym lub lepkością ( Rys. 1 ). Mało ruchliwe płyny o dużej lepkości jak oliwa, gliceryna, to ciecze o dużym tarciu wewnętrznym.",
"W przypadku przepływu warstwowego, laminarnego siła styczna \\( F \\) potrzebna do wywołania różnicy szybkości dwóch warstw jest proporcjonalna do różnicy tej prędkości \\( dv \\) i do wielkości powierzchni, a odwrotnie proporcjonalna do odległości",
"po wprowadzeniu współczynnika proporcjonalności \\( \\eta \\) :",
"\\( \\eta \\) - nazywa się współczynnikiem lepkości dynamicznej lub krótko lepkością dynamiczną.",
"Jednostką lepkości jest paskalosekunda. Tradycyjną jednostką w układzie CGS jest puaz \\( (P) \\).",
"Na wielkość lepkości silny wpływ ma temperatura. Zależność lepkości od temperatury jest wykładnicza:",
"\\( \\Delta{E} \\) - bariera energetyczna, którą muszą pokonać cząsteczki podczas ruchu, \\( R \\) – stała gazowa, \\( A \\)– stała charakterystyczna dla danej cieczy.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1] oraz [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 656 | Ciało stałe | [
"Ciała stałe niekiedy dzieli się na amorficzne (bezpostaciowe) i krystaliczne. Ciała amorficzne, inaczej szkliste np. szkło, żywice polimetakrylowe (pleksiglas), szkliwa wulkaniczne, żywice naturalne (bursztyn) określane często jako ciecze przechłodzone, o dużej lepkości, wykazują niektóre cechy charakterystyczne dla ciał stałych takie jak: twardość, zdolność zachowywania niezmienionego kształtu. Ich cząsteczki lub jony nie są rozmieszczone w prawidłowej sieci przestrzennej. Najłatwiej dostrzegalną różnicą odróżniającą ciała bezpostaciowe od krystalicznych jest brak określonej temperatury topnienia. Ciała amorficzne ogrzewane stopniowo miękną i rozpływają się. Ciała krystaliczne topią się w ściśle określonej temperaturze. Ponadto, ciała amorficzne mają właściwości izotropowe tzn. wykazują we wszystkich kierunkach identyczne własności fizyczne (twardość, wytrzymałość mechaniczną, rozszerzalność cieplną, przewodnictwo elektryczne, właściwości optyczne). Kryształy wykazują właściwości anizotropowe. Własności fizyczne zależą od kierunku działania.",
"Moduł został opracowany na podstawie [1] oraz [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Ciało stałe",
"content": "Ciało stałe to rodzaj fazy skondensowanej posiadającej w danej temperaturze określony kształt i objętość. Dzięki zwartej budowie odznacza się wysoką sztywnością, jego gęstość jest mniej zależna od temperatury niż gęstość cieczy, a szczególnie gazów. Cząsteczki ciała stałego ułożone są stosunkowo blisko siebie. Siły przyciągania między nimi są bardzo duże, dlatego ciało w tym stanie trudno jest rozerwać lub pokruszyć. Cząsteczki i atomy w ciałach stałych nie przemieszczają się w większej skali, a tylko wykonują drgania wokół swoich położeń równowagi."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 657 | Budowa krystaliczna ciał stałych | [
"A. Bravais (1845 r.) wykazał, że okresową budowę dowolnego kryształu można odwzorować za pomocą jednej z czternastu jakościowo różnych sieci przestrzennych, tzw. sieci translacyjnych Bravais’go. Komórki elementarne reprezentujące te sieci przedstawiono na Rys. 1. Cechą charakterystyczną sieci Bravais’go jest to, że każdy węzeł tej sieci ma identyczne otoczenie.",
"Aby przedstawić strukturę krystaliczną ciała stałego należy poznać i określić strukturę najprostszego jego elementu, przez którego powtórzenie w przestrzeni (translację) można odtworzyć strukturę ciała stałego. Element taki nosi nazwe komórki elementarnej. Wielkość i kształt komórki elementarnej wyrażone są długością trzech krawędzi: \\( a, b, c \\) i trzema kątami między nimi \\( \\alpha, \\beta, \\gamma \\). Ponadto, dla jednoznacznego określenia komórki elementarnej potrzebna jest znajomość rodzaju, liczby i położenia atomów, cząsteczek czy jonów wchodzących w skład komórki.",
"Kryształ w pojęciu makroskopowym składa się z olbrzymiej liczby komórek elementarnych rozmieszczonych w trzech kierunkach przestrzeni. Zasadniczo istnieje 7 różnych podstawowych typów komórek elementarnych, którym odpowiada 7 układów krystalograficznych. Należą tu układy: regularny, tetragonalny, heksagonalny, trygonalny, rombowy, jednoskośny oraz trójskośny. Na Rys. 1 przedstawiono komórki elementarne sieci przestrzennych podstawowych układów krystalograficznych.",
"W komórkach przedstawionych na Rys. 1, atomy, cząsteczki, jony rozmieszczone są tylko w narożach. Komórki tego typu tworzą sieci przestrzenne puste. Oprócz prostych (prymitywnych) sieci przestrzennych występują w kryształach tzw. sieci złożone powstające przez nałożenie na siebie dwóch lub więcej sieci prostych. Sieci nakładają się w ten sposób, aby wewnątrz komórki elementarnej znajdował się dodatkowy element struktury sieci (atom, jon). W ten sposób otrzymujemy sieć przestrzennie centrowaną. Umieszczając dodatkowy element na środku ściany otrzymujemy sieć płaskocentrowaną. Na Rys. 2 przedstawiono dwie najczęściej spotykane komórki elementarne centrowane (ściennie i przestrzennie).",
"Właściwości fizyczne substancji krystalograficznych (metale, niemetale, sole) są związane z rodzajem elementów strukturalnych (atomy, cząsteczki, jony) i charakterem wiązań między nimi (metaliczne, jonowe, Van der Waalsa). W zależności od charakteru wiązań między elementami budowy kryształu wyróżniamy cztery typy sieci krystalograficznej: sieci kowalentne, jonowe, molekularne i metaliczne.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Kryształ",
"content": "Kryształ definiuje się jako ciało stałe wykazujące regularne i okresowo powtarzające się we wszystkich kierunkach ułożenie elementów struktury: atomów, cząsteczek lub jonów."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 658 | Kryształy jonowe | [
"Najbardziej typowymi związkami jonowymi są połączenia pierwiastków o najwyższej elektroujemności (miara tendencji do przyciągania elektronów przez atomy danego pierwiastka, gdy tworzy on związek chemiczny z atomami innego pierwiastka) np. fluoru, tlenu, chloru, z pierwiastkami o najmniejszej elektroujemności np. cezem, rubidem, potasem, sodem, barem, a także strontem, wapniem czy litem. Fazy jonowe wielu ważnych materiałów ceramicznych są zbudowane najczęściej w ten sposób, że podsieć anionowa jest typu , lub (regularna, prymitywna) i kationy zajmują luki między anionami. W tych przypadkach występuje tendencja do jak najściślejszego ułożenia się jonów w przestrzeni i tworzenia struktur o zwartym upakowaniu. Klasycznym przykładem fazy o najprostszym wzorze chemicznym \\( \\ce{MX} \\) ( \\( \\ce{M} \\)- metal, \\( \\ce{X} \\)- niemetal) jest chlorek sodu \\( \\ce{NaCl} \\) ( Rys. 1 ). Obie podsieci, anionowa i kationowa, w jego strukturze są typu . Każdy kation jest otoczony sześcioma anionami, a każdy anion sześcioma kationami. Liczby koordynacyjne LK dla sodu i chloru wynoszą więc 6. Wielościanem koordynacyjnym w obydwu przypadkach jest ośmiościan. Taką samą strukturę mają między innymi tlenki metali: \\( \\ce{MgO, CaO, SrO, BaO, CdO, NiO, FeO, MnO, TiO, NbO, VO} \\) i \\( \\ce{CoO} \\).",
"Znane są fazy jonowe o wzorze \\( \\ce{MX} \\) wykazujące inną strukturę, na przykład chlorek cezu \\( \\ce{(CsCl)} \\), w którym zarówno aniony, jak i kationy tworzą podsieci typu ( Rys. 2 ). Wiele tlenków metali wysokotopliwych ważnych w ceramice, a w szczególności: \\( \\ce{ZrO_{2}, HfO_{2}, ThO_{2}} \\), ma strukturę fluorytu \\( \\ce{(CaF_{2})} \\) ( Rys. 3 ). Kationy metalu w tej strukturze tworzą sieć , aniony zajmują wszystkie luki tetraedryczne. Z kolei sieć typu tworzą aniony w związkach chemicznych o wzorze \\( \\ce{M_{2}X_{3}} \\), wśród których największe znaczenie techniczne ma korund \\( \\ce{(Al_{2}O_{3})} \\). Komórka elementarna korundu ( Rys. 4 ) jest złożona z anionów tlenu tworzących sieć heksagonalną gęstego upakowania oraz kationów glinu zajmujących 2/3 wszystkich luk oktaedrycznych. Stąd każdy kation glinu jest otoczony przez sześć anionów tlenu, a każdy anion ma w swym najbliższym otoczeniu cztery kationy. Taką sama strukturę maja tlenki \\( \\ce{Fe_{2}O_{3}, Cr_{2}O_{3}, Ti_{2}O_{3}} \\), a także inne tlenki i siarczki metali trójwartościowych.",
"W fazach jonowych przeważają struktury gęstego upakowania. Spotyka się również związki chemiczne o „luźnych” strukturach krystalicznych, na przykład tlenki wysokotopliwych metali przejściowych \\( \\ce{(Re, Ti, W, Mo, Nb, Ta)} \\). Wokół kationu metalu w strukturze tych tlenków jest rozmieszczonych sześć anionów tlenowych położonych w wierzchołkach oktaedru. Oktaedry w tlenkach \\( \\ce{MO_{3}} \\) są połączone w sieć trójwymiarową narożami ( Rys. 5 ). W strukturze tej można zauważyć przestrzenny układ wzajemnie prostopadłych tuneli o przekroju kwadratowym. W tych wolnych przestrzeniach mogą lokować się jony obcych atomów i jednocześnie mają tam dużą swobodę ruchu. Proces wnikania obcych jonów do struktury krystalicznej danego materiału i zajmowanie w niej dozwolonych położeń stanowi tzw. interkalację.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 659 | Kryształy kowalentne | [
"Fazą, w której występuje wiązanie typowo kowalencyjne, jest diament. Komórka elementarna sieci regularnej diamentu ( Rys. 1 ), o liczbie koordynacyjnej LK = 4, zawiera 8 atomów. Koordynacja tetraedryczna wynika z utworzenia wiązania hybrydyzowanego typu \\( sp_{3} \\). W komórce elementarnej występują 4 tetraedry łączące się ze sobą wierzchołkami. Stopień wypełnienia przestrzeni jest mały i sięga zaledwie \\( 34\\% \\). Diament mimo „luźnej” struktury, ma największą twardość ze wszystkich znanych substancji. Tak duża „sztywność” jego struktury wynika z dużej siły czystego wiązania kowalencyjnego i ścisłego zorientowania w przestrzeni wiążących par elektronowych.",
"Sieć diamentu można również traktować jako składającą się z dwóch sieci , przenikających się nawzajem w taki sposób, że jedna z nich jest przesunięta względem drugiej wzdłuż przekątnej komórki elementarnej o jedną czwartą długości tej przekątnej. Do pierwiastków mających strukturę diamentu należą: krzem, german i cyna szara. W tych pierwiastkach ze wzrostem liczby atomowej zmienia się charakter wiązania kowalencyjnego – stopniowo nabierającego coraz większej liczby cech wiązania metalicznego. Dlatego pierwiastki te nie dorównują pod względem twardości diamentowi. Są natomiast półprzewodnikami, w przeciwieństwie do diamentu będącego typowym izolatorem. Tetraedryczny typ koordynacji, charakteryzujący struktury kowalencyjne, występuje także w związkach chemicznych o wiązaniu mieszanym kowalencyjno-jonowym, na przykład w krzemionce \\( \\ce{(SiO_{2})} \\). Krystaliczna krzemionka ma kilka odmian polimorficznych (o tym samym składzie chemicznym i różnej budowie wewnętrznej). Odmianą o najprostszej budowie jest krystobalit-β ( Rys. 2 ). Atomy krzemu tworzą sieć diamentu, natomiast atomy tlenu zajmują pozycje w połowie odległości między najbliższymi sobie atomami krzemu. Każdy atom krzemu jest więc otoczony czteroma atomami tlenu (LK = 4). Z kolei każdy atom tlenu jest wspólny dla dwóch atomów krzemu, ma więc liczbę koordynacyjną LK = 2. Kąt między wiązaniami \\( \\ce{Si-O-Si} \\) wynosi \\( 180^{\\circ} C \\) (trzy atomy wzdłuż prostej).",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 660 | Kryształy molekularne | [
"W ciałach o sieci molekularnej (cząsteczkowej) w węzłach sieci są cząsteczki. Wewnątrz cząsteczek występuje wiązanie kowalencyjne na ogół silniejsze niż wiązanie międzycząsteczkowe. Wyróżnia się dwa typy oddziaływania międzycząsteczkowego: oddziaływanie dipol – dipol lub oddziaływanie Van der Waalsa. Oddziaływanie dipolowe występuje w układach stałych których cząsteczki są trwałymi dipolami, np. cząsteczka wody \\( \\ce{H_{2}O} \\). Ponieważ oddziaływania międzycząsteczkowe są słabe, kryształy molekularne (kryształy cząsteczkowe) mają niskie temperatury topnienia (np. \\( \\ce{H_{2}O} \\)), są złymi przewodnikami elektryczności. Szczególnym przykładem sieci cząsteczkowej jest grafit (odmiana krystaliczna - alotropowa węgla) zbudowany z płaskich cząsteczek olbrzymów, przypominających plastry miodu ( Rys. 1 ).",
"Podstawowym fragmentem tych cząsteczek jest pierścień sześcioczłonowy. Na tworzenie wiązań atomowych w płaskich cząsteczkach zużywa się trzy spośród czterech elektronów walencyjnych węgla, czwarte elektrony zdelokalizowane należą do całej warstwy. Te zdelokalizowane elektrony wykazują zdolność poruszania się i przenoszenia prądu w obrębie warstwy sieciowej. Wyjaśnia to przewodzenie prądu przez grafit. Przewodnictwo w kierunku równoległym do płaszczyzny jest dwa razy większe niż mierzone w kierunku prostopadłym. Pomiędzy warstwami działają znacznie słabsze siły wiązania międzycząsteczkowego. Substancje które w temperaturze pokojowej są gazami w stanie stałym tworzą zazwyczaj sieci molekularne np. \\( \\ce{H_{2}O, CO_{2}, NH_{3}} \\). Ponadto, fazy molekularne powstają w tworzywach wielkocząsteczkowych - polimerach. Stan krystaliczny polimerów polega na uporządkowanym, ciasnym ułożeniu łańcuchów makrocząsteczek, zazwyczaj wyprostowanych (np. polietylen), chociaż jest spotykany również spiralny układ łańcuchów (np. polipropylen).",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 661 | Kryształy o wiązaniu metalicznym - metale | [
"Fazy proste są zbudowane z jednego pierwiastka. W grupie pierwiastków metalicznych najczęściej występują trzy typy struktury krystalicznej: regularna o sieci ściennie centrowanej, regularna o sieci przestrzennie centrowanej, heksagonalna o sieci zwartej. Spotyka się różne oznaczenia tych struktur ( Tabela 1 ). W metaloznawstwie jest powszechnie stosowana symbolika wprowadzona przez „Strukturbericht”, mimo że według wskazań IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) nie powinna być używana. Obecnie jest zalecana symbolika Pearsona, zawierająca dwie litery i cyfrę. Pierwsza (mała) litera oznacza układ krystalograficzny (c- regularny, h – heksagonalny), druga (duża) litera – typ sieci Bravais’go (I – przestrzennie centrowana, F – ściennie centrowana), natomiast cyfra – liczbę atomów przypadających na komórkę elementarną. Często struktury są oznaczane skrótowo – pierwszymi literami ich nazwy.",
"Struktura A1 o sieci RSC przedstawia najgęściej upakowany układ atomów o jednakowej średnicy. Atomy są rozmieszczone w narożach oraz środkach ścian komórki regularnej ( Rys. 1a). Komórka elementarna zawiera 4 atomy \\( (8 \\cdot \\frac{1}{8}+6 \\cdot \\frac{1}{2}) \\). Najgęściej obsadzonymi przez atomy są płaszczyzny sieciowe \\( \\{111\\} \\), a w każdej z nich trzy kierunki \\( <110> \\) ( Rys. 1b).",
"Strukturę o sieci RSC można również przedstawić jako pakiet ułożony z równoległych do siebie warstw atomowych, gdzie każda warstwa odpowiada płaszczyźnie sieciowej \\( \\{111\\} \\). Zwarte ułożenie atomów w jednej warstwie oznacza, że każdy atom styka się z sześcioma atomami sąsiednimi. Zwarty przestrzenny układ atomów powstaje, gdy atomy kolejnej warstwy leżą w zagłębieniach warstwy poprzedniej ( Rys. 2 ).",
"Środki atomów w strukturze o sieci RSC w trzech kolejnych warstwach A, B i C ( Rys. 1c) nie są położone nad sobą i dopiero czwarta warstwa znajduje się dokładnie nad wyjściową warstwą A. Występuje zatem sekwencja warstw: ABCABCA…. Przy takim układzie wokół każdego atomu jest skoordynowany zespół 12 atomów stykających się ze sobą oraz z atomem centralnym. Liczba koordynacyjna LK = 12, a figurą koordynacyjną jest kubooktaedr regularny. Jeśli traktuje się atomy jako kule o promieniu \\( R \\), to stopień wypełnienia nimi przestrzeni wynosi \\( 74,04\\% \\). Pomiędzy tymi atomami występują dwa rodzaje luk. Luki większe – oktaedryczne – są otoczone sześcioma atomami, których środki tworzą ośmiościan foremny ( Rys. 1d). W luce oktaedrycznej mieści się kula o promieniu \\( r = 0,414R \\). Środki tych luk są zlokalizowane w środku komórki elementarnej oraz w środkach jej krawędzi. Luki mniejsze – tetraedryczne – są otoczone czterema atomami rozmieszczonymi na narożach czworościanu foremnego ( Rys. 1e). Luka tetraedryczna może pomieścić kulę o promieniu \\( r = 0,255R \\). Środki tych luk są umiejscowione na przekątnych komórki elementarnej, w odległości \\( a\\sqrt{\\frac{3}{4}} \\) od naroży. Struktura A2 o sieci RPC ma mniejszy stopień wypełnienia przestrzeni niż w sieci RSC; wynosi on \\( 68,02\\% \\). Atomy są rozmieszczone w narożach i w środku elementarnej komórki regularnej ( Rys. 3a). Komórka zawiera tylko 2 atomy \\( (8 \\cdot \\frac{1}{8}+1) \\). Najgęściej upakowanymi płaszczyznami w tej strukturze są \\( \\{110\\} \\), na których wzdłuż kierunków \\( <111> \\) atomy stykają się ze sobą ( Rys. 3b). Każdy atom jest otoczony ośmioma położonymi w jednakowej odległości – stąd liczba koordynacyjna LK = 8. Figurą koordynacyjną jest sześcian. Struktura o sieci RPC zawiera luki oktaedryczne i tetraedryczne. Środki luk oktaedrycznych są umiejscowione w środkach ścian oraz na środkach krawędzi komórki elementarnej ( Rys. 3c). Środki luk tetraedrycznych są zlokalizowane na ścianach komórki w połowie odległości między środkiem ściany i środkiem krawędzi ( Rys. 3d). Luka oktaedryczna mieści kulę o promieniu \\( r = 0,154R \\), natomiast tetraedryczna – kulę o promieniu \\( r = 0,291R \\).",
"Sieci RSC i RPC są sieciami Bravais’go, natomiast sieć HZ nie jest siecią Bravais’go. Składa się z trzech prymitywnych sieci heksagonalnych przesuniętych względem siebie o wektor \\( \\vec{R}= \\frac{2}{3} \\vec{a}_{1}+\\frac{1}{3} \\vec{a}_{2}+\\frac{1}{2} \\vec{a}_{3} \\). Na komórkę elementarną ( Rys. 4a) przypada 6 atomów \\( (12 \\cdot \\frac{1}{6}+2 \\cdot \\frac{1}{2}+3) \\). Strukturę A3 o sieci HZ można przedstawić jako pakiet warstw o zwartym ułożeniu atomów równoległych do podstawy (0001) komórki elementarnej ( Rys. 4a). Warstwy te mają taką sama budowę jak warstwy \\( \\{111\\} \\) w strukturze o sieci RSC. Struktury o sieci RSC i HZ są do siebie podobne – różnią się tylko sekwencją ułożenia zwartych warstw. Sekwencję w strukturze o sieci HZ można przedstawić zapisem ABABAB… - atomy co drugiej warstwy są położone dokładnie nad sobą. Stąd liczba koordynacyjna, figura koordynacyjna i stopień wypełnienia przestrzeni w strukturze o sieci HZ są takie same jak w strukturze o sieci RSC. Luki oktaedryczne ( Rys. 4b) i tetraedryczne ( Rys. 4c) mieszczą w sobie kule o takich samych średnicach względnych jak luki struktury o sieci RSC. Wartość ilorazu stałych sieciowych komórki elementarnej struktury o sieci HZ, warunkująca stykanie się wszystkich atomów między sobą, wynosi \\( \\frac{c}{a}=\\sqrt{\\frac{8}{3}} \\approx \\) 1,633. W rzeczywistości przyjmuje wartość od 1,56 do 1,85.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 662 | Defekty struktury | [
"W kryształach rzeczywistych występuje zawsze – w mniejszym lub większym stopniu – zdefektowanie struktury krystalicznej. Wadą – defektem struktury krystalicznej jest taki jej obszar, w którym zostało naruszone idealne uporządkowanie elementów fizycznych budujących sieć, a przez to również zostały zmienione ich warunki energetyczne ( Rys. 1 ).",
"Defekty kryształów klasyfikuje się według różnych kryteriów. Najczęściej stosuje się kryteria geometryczne – kształtu i rozmiaru obszaru zaburzonego. Ze względu na kształt wyróżnia się defekty punktowe (zerowymiarowe), liniowe (jednowymiarowe), płaskie (dwuwymiarowe) i objętościowe (trójwymiarowe). Natomiast ze względu na skalę rozmiarów defekty te można podzielić na: subatomowe (elektronowe), atomowe (zero-, jedno- i dwuwymiarowe) oraz makroskopowe (trójwymiarowe).",
"Uwzględniając kryteria termodynamiczne, wyróżnia się dwie podstawowe grupy defektów: termodynamicznie odwracalne i nieodwracalne. Do pierwszej grupy zalicza się defekty punktowe, których stężenie w strukturze zależy od temperatury oraz ciśnienia zewnętrznego i można je zmienić przez zmianę tych warunków zewnętrznych. Stężenie defektów termodynamicznie nieodwracalnych nie jest związane zależnością funkcyjną z temperaturą i ciśnieniem. Warunek ten spełniają defekty liniowe, płaskie i objętościowe.",
"Kryształy rzeczywiste cechuje ruchliwość tworzących je atomów. Pod uproszczonym pojęciem atomu należy rozumieć, zależnie od typu kryształu: atom, jon lub cząsteczkę. Atomy nie tkwią nieruchomo w pozycjach równowagi w węzłach sieci krystalicznej, lecz są w nieustannym ruchu. Wszystkie atomy wykonują ruch drgający wokół położeń równowagi, naruszając idealną okresowość budowy kryształów. Amplituda i energia drgań sieci krystalicznej zwiększają się wraz z podwyższaniem temperatury. Wskutek fluktuacji energii niektóre atomy uzyskują na tyle dużą energię, że mogą opuścić swoje pozycje równowagi i ruchem stochastycznym przemieszczać się w inne położenie równowagowe lub w nieprawidłowe pozycje międzywęzłowe. Taki aktywowany cieplnie przypadkowy ruch atomów jest samodyfuzją w stanie stałym.",
"Moduł opracowano na podstawie [1]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 663 | Charakterystyka półprzewodników | [
"Pomiędzy metalami, ciałami o bardzo wysokim przewodnictwie elektrycznym wynoszącym \\( 10^4 - 10^6 \\ \\Omega^{-1} \\cdot cm^{-1} \\), a dielektrykami, o przewodnictwie \\( 10^{-24} - 10^{-12} \\ \\Omega^{-1} \\cdot cm^{-1} \\), znajduje się jeszcze jedna klasa przewodników wykazujących przewodnictwo pośrednie. Są to półprzewodniki (zob. moduły: Podstawowe informacje o fizyce półprzewodników oraz Zastosowania półprzewodników ).",
"Moduł opracowano na podstawie [1]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 664 | Ciało amorficzne | [
"Ciała amorficzne (bezpostaciowe) są substancjami zdolnymi do krystalizacji, ale ze względu na duży rozmiar cząsteczek, zanieczyszczenia lub szybkie schłodzenie cieczy, nie mają warunków, aby w pełni skrystalizować. W miarę obniżania temperatury ruchliwość cząsteczek cieczy zmniejsza się, co na zewnątrz przejawia się we wzroście jej lepkości. Stopniowy wzrost lepkości prowadzi ostatecznie do zakrzepnięcia cieczy w ciało sztywne zachowujące, podobnie jak ciecz, stopień uporządkowania pośredni pomiędzy gazem a ciałem krystalicznym. Ciała bezpostaciowe nie wykazują zależności swych właściwości od kierunku (ciała izotropowe). W czasie ogrzewania przejście ich do stanu ciekłego odbywa się w sposób ciągły poprzez stan plastyczny, w odróżnieniu od ciał krystalicznych topiących się w określonej temperaturze i zmieniających wówczas swe właściwości skokowo. Zgodnie z powszechnie przyjętą umową, terminem ciała stałe określamy tylko ciała krystaliczne. Nie obejmują one natomiast ciał amorficznych, mimo że wykazują one sztywną postać.",
"Metale i ich stopy w postaci amorficznej są powszechnie określane szkłami metalicznymi. Rozważając naturę występujących w nich wiązań, można przyjąć, że strukturę wewnętrzną szkieł metalicznych opisuje model przypadkowego zwartego upakowania. Model takiego upakowania uzyskano, obserwując położenie jednakowych, sztywnych kul po ich wsypaniu do pojemnika o kształcie nieregularnym ( Rys. 1 ). Płaskie ściany pojemnika sprzyjają uporządkowanemu, okresowemu układaniu się kul. Symulacje komputerowe ułożenia kul pozwoliły stwierdzić, że współczynnik wypełnienia przestrzeni dla modelu przypadkowego zwartego upakowania wynosi ok. \\( 64\\% \\). Jest to wartość mniejsza niż w strukturze krystalicznej o zwartym upakowaniu, gdzie stopień wypełnienia przestrzeni nieznacznie przekracza \\( 74\\% \\). Oszacowania dokonane na modelach znajdują potwierdzenie w danych doświadczalnych.",
"Objętość właściwa materiału amorficznego jest zawsze większa od objętości materiału krystalicznego o tym samym składzie chemicznym. W strukturze amorficznej występuje tzw. objętość nadmiarowa zlokalizowana w postaci luk o różnych kształtach i rozmiarach.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Ciało amorficzne",
"content": " Stan skupienia materii charakteryzujący się właściwościami zbliżonymi do ciała krystalicznego, w którym nie występuje uporządkowanie dalekiego zasięgu. Ciało będące w stanie amorficznym jest ciałem stałym, ale tworzące je cząsteczki są ułożone w sposób dość chaotyczny, bardziej zbliżony do spotykanego w cieczach."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 665 | Ciekłe kryształy | [
"Mezoformy tworzą związki o cząsteczkach płaskich wydłużonych i usztywnionych podwójnymi wiązaniami. U wielu substancji stwierdzono występowanie dwu lub kilku faz mezomorficznych w zakresie pomiędzy temperaturą topnienia, a temperaturą przejścia w ciecz izotropową. Schemat ułożenia cząsteczek w fazach mezomorficznych przedstawiono na Rys. 1. Różnią się one stopniem uporządkowania. Cząsteczki mogą być ułożone warstwami o niezupełnie zapełnionych przestrzeniach. Uporządkowanie może polegać jedynie na zorientowaniu długich łańcuchów równolegle do siebie. Kierunek w jakim ustawione są długie cząsteczki nie jest stały, zmienia się stopniowo, tworząc jak gdyby spiralę. Formy te mają duże możliwości zmian struktury pod wpływem słabych bodźców fizycznych, np. temperatury, pola elektrycznego.",
"Szczególne zainteresowanie wzbudziły optyczne właściwości faz mezomorficznych. Znane są substancje, których barwa w świetle odbitym zmienia się od niebieskiej do czerwonej, poprzez całe widmo widzialne, pod wpływem zmiany temperatury. Właściwość tę wykorzystuje się w sporządzaniu map temperaturowych (np. w medycynie). Inną ważną ze względów praktycznych właściwością faz mezomorficznych jest zmiana przeźroczystości warstwy pod wpływem pola elektrycznego (w kierunku orientacji cząsteczek), zachodząca natychmiast po przyłożeniu pola. Zjawisko to znalazło zastosowanie w konstrukcji wskaźników cyfrowych: kalkulatorów i zegarków.",
"Do tej pory rozpoznano dość znaczną liczbę substancji, które w pewnych przedziałach temperatur posiadają właściwości ciekłokrystaliczne. Nagrzewanie tych substancji powyżej temperatury, zwykle znacznie wyższej od temperatury topnienia, powoduje znikanie właściwości ciekłokrystalicznych. W tej temperaturze i w temperaturach wyższych ciecze te stają się zwykłymi cieczami izotropowymi. Przedział temperatur, w których istnieje stan ciekłokrystaliczny jest różny dla różnych substancji ciekłokrystalicznych, a jego wartość może dochodzić do kilkudziesięciu stopni.",
"Ciekłe kryształy, w których właściwości ciekłokrystaliczne występują w określonym przedziale temperatur noszą nazwę ciekłych kryształów termotropowych. Ogólnie można je podzielić na nematyki, cholesteryki i ciekłe kryształy smektyczne ( Rys. 2 ). Podział ten jest związany z lepkością tych substancji, która znajduje odbicie w strukturze i przestrzennym ułożeniu cząsteczek omawianych ciekłych kryształów. Najmniej lepkie spośród cieklych kryształów termotropowych są nematyki, których lepkość można przyrównać do lepkości mleka. W dalszej kolejności wyróżniamy cholesteryki, a największą lepkość wykazują smektyki.",
"Wśród ciekłych kryształów cholesterolowych można wyodrębnić, takie, które w swym przedziale temperaturowym ciekłokrystaliczności posiadają niemezofazy: smektyczną i cholesterolową. Do takich ciekłych kryształów należą między innymi pelargonian, mirystynian cholesterylu. Stąd też lepkość ciekłych kryształów cholesterolowych zależy silnie od temperatury.",
"Ze względu na ułożenie cząsteczek nematyczne ciekłe kryształy charakteryzują się spontaniczną orientacją długich osi cząsteczek, których środki ciężkości nie leżą w jednej płaszczyźnie. Smektyczne ciekłe kryształy mają cząsteczki ułożone tak, że ich środki ciężkości leżą w określonych płaszczyznach. Takie ułożenie cząsteczek powoduje ograniczenie ich ruchów i dlatego smektyki wykazują znacznie większą lepkość w porównaniu do nematyków.",
"Trzecim typem ciekłych kryształów termotropowych są ciekłe kryształy cholesterolowe. Różnią się one od nematyków i smektyków kształtem cząsteczki oraz występowaniem specyficznej mezofazy cholesterolowej. Mezofaza cholesterolowa charakteryzuje się warstwowym ułożeniem cząsteczek, które wykazują określoną orientację w warstwie, a ponadto skręceniem tej orientacji w kolejno następujących po sobie warstwach. Warstwy cholesteryka tworzą spiralę, której długość zależy od temperatury.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Ciekłe kryształy",
"content": "Substancje (związki organiczne i nieorganiczne) posiadające właściwości tworzenia w dużym przedziale temperatur, ciekłokrystalicznej płynnej, ale jeszcze anizotropowej (zależnej od kierunku) fazy pośredniej czyli mezofazy zwanej ciekłymi kryształami."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 666 | Zmiany stanu skupienia | [
"Ta sama substancja może występować w stanie gazowym, ciekłym i stałym. Stan skupienia substancji może się zmieniać w zależności od warunków zewnętrznych. W tej ogólnej klasyfikacji pominięto stany pojawiające się w warunkach ekstremalnych np. w bardzo wysokiej temperaturze (kilka tysięcy kelwinów) pojawia się inny stan materii, tzw. plazma. Natomiast pod bardzo dużym ciśnieniem (kilkaset i więcej megapaskali) materia przechodzi w stan ciekło-plazmowy i następnie w stan neutronowy. W każdym z trzech stanów skupienia wyróżnić można podstawowe cechy materii.",
"Materia w stanie gazowym (lotnym) składa się ze swobodnych atomów lub małych (zazwyczaj kilkuatomowych) cząsteczek będących w nieustannym, chaotycznym ruchu. Odległości międzyatomowe lub międzycząsteczkowe w tym stanie skupienia są znaczne, a siły wzajemnego przyciągania znikome – materia nie wykazuje własnego kształtu ani objętości. Substancje, które w warunkach normalnych ( \\( T = 273,15 K, p = 0,1013 MPa \\)) występują w stanie lotnym, to gazy natomiast lotny stan substancji będącej w normalnych warunkach ciałem stałym lub cieczą jest określany jako para.",
"Stan ciekły tworzą cząsteczki, atomy lub jony rozmieszczone tak blisko siebie, że przebywają stale w sferze sił przyciągających pochodzących od otaczających je sąsiadów. Szacunkowe obliczenia teoretyczne i przeprowadzone doświadczenia z zakresu wytrzymałości cieczy na rozciąganie dowodzą występowania znacznych sił spójności w stanie ciekłym. Stąd ciecze, w przeciwieństwie do gazów, zachowują własna objętość i mają dużą gęstość. Wykazują ponadto tylko niewielką ściśliwość oraz rozszerzalność cieplną. Składniki cieczy nieustannie się przemieszczają ruchem oscylacyjno-postępowym bez zbytniego jednak oddalania się od siebie. Intensywność ich ruchu zwiększa się z podwyższaniem temperatury cieczy. Stąd ciecze nie mają własnego kształtu.",
"Gęstość w stałym stanie skupienia określonej substancji jest z reguły większa niż w stanie ciekłym (są wyjątki, np. woda i lód). Cechą wyróżniającą ciało stałe jest sztywność jego postaci. Oznacza to, że niemal całkowicie zanika ruch postępowy elementów budujących ciało, drgają tylko nieustannie wokół ustalonych miejsc w jego strukturze. Ciała stałe, podobnie jak i ciecze, charakteryzują się nieznaczną ściśliwością i małą rozszerzalnością cieplną. Te dwie właściwości są wyrażane współczynnikami empirycznymi definiowanymi następująco:",
"współczynnik rozszerzalności cieplnej:",
"współczynnik ściśliwości:",
"gdzie: \\( T \\) – temperatura, \\( V \\) – objętość, \\( p \\) – ciśnienie.",
"Substancja, ze zmianą temperatury i ciśnienia, może przechodzić z jednego stanu skupienia w inny ( Rys. 1 ). Nagrzana do odpowiednio wysokiej temperatury przemienia się w ciecz, a ta z kolei w jeszcze wyższej temperaturze ulega odparowaniu. Przejście cieczy w parę jest parowaniem, jeśli odbywa się na swobodnej powierzchni cieczy, natomiast wrzeniem, jeśli zachodzi w całej jej masie. Niektóre ciała stałe ulegają sublimacji, czyli przemieniają się w parę z pominięciem stanu ciekłego.",
"Należy zaznaczyć, że nie wszystkie substancje mogą występować we wszystkich stanach skupienia. Niektóre ciała stałe, będące związkami chemicznymi, ulegają rozpadowi podczas nagrzewania i następuje zmiana ich cech chemicznych.",
"Obniżanie temperatury prowadzi do przemian odwrotnych. Ciało stałe może powstawać w wyniku albo krzepnięcia cieczy, albo zestalenia pary (resublimacji).",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 667 | Prężność pary nad cieczą | [
"Stałą równowagi pomiędzy roztworem a parą rozpuszczalnika wyraża równanie:",
"Ułamek molowy wody w cieczy \\( x_{p} \\) nie jest równy jedności. Obok wody występuje bowiem w fazie ciekłej jeszcze substancja rozpuszczona, np. substancja \\( A \\), której ułamek molowy \\( x_{A} \\) ma taką wartość, że \\( x_{p} + x_{A} = 1 \\). Ułamek molowy wody w fazie gazowej \\( x_{g} \\) pozostaje natomiast równy jedności, gdyż założyliśmy, że substancja \\( A \\) jest nielotna. Wprowadzając stałą równowagi \\( K_{p} \\) możemy napisać:",
"Podstawienie jej do równania ( 2 ) daje równanie:",
"stanowiące jedną z postaci prawa Raoulta. Z równania tego wynika, że stosunek prężności pary nasyconej nad roztworem do prężności pary nasyconej nad czystym rozpuszczalnikiem jest równy ułamkowi molowemu rozpuszczalnika w roztworze, czyli jest mniejszy od 1. Rozpuszczenie dowolnej substancji w wodzie czy w jakimkolwiek innym rozpuszczalniku prowadzi zatem do obniżenia jego prężności pary nasyconej.",
"Równanie ( 4 ) poddaje się zwykle dalszemu przekształceniu. Uwzględniając fakt, że:",
"dochodzimy do wzoru:",
"Wyrażenie \\( \\frac{p_{0} - p}{p_{0}} \\) nazywamy względnym obniżeniem prężności pary. Prawo Raoulta można teraz wypowiedzieć w następujący sposób:",
"Ważną konsekwencją obniżenia prężności pary pozostającej w równowadze z roztworem jest zmiana jego temperatury wrzenia i temperatury krzepnięcia w porównaniu z czystym rozpuszczalnikiem. Temperatura wrzenia jest to temperatura, w której prężność pary nasyconej danej cieczy osiąga wartość równą ciśnieniu zewnętrznemu. Zwykle odnosimy ją do ciśnienia atmosferycznego wynoszącego \\( 1013,25 hPa \\). Temperaturę krzepnięcia wyznacza natomiast punkt określający temperaturę współistnienia wody ciekłej i lodu pod tym samym ciśnieniem. W przypadku czystej wody jest to punkt P na Rys. 1, na którym przedstawiono diagram fazowy wody w przypadku gdy faza ciekła jest substancją czystą (linia ciągła), oraz w przypadku gdy faza ciekła jest roztworem (linia przerywana). Krzywa OA, wyrażająca prężność pary nad cieczą, zostaje dla roztworu przesunięta w dół, np. do pozycji O’A’. Równocześnie krzywa topnienia lodu OC przesunie się do pozycji O’A’. Zmiany te powodują, że punkt określający temperaturę krzepnięcia przesuwa się z P do P’, a temperatura krzepnięcia zmienia się od \\( T_{k}^0 \\) do \\( T_{k} \\). Punkt określający temperaturę wrzenia pzesuwa się od punktu Q do Q’, czemu towarzyszy zmiana temperatury wrzenia od \\( T_{w}^0 \\) do \\( T_{w} \\). Z Rys. 1 wynika zatem, że roztwory wykazują obniżoną temperaturę krzepnięcia i podwyższoną temperaturę wrzenia w porównaniu z temperaturą krzepnięcia i temperaturą wrzenia czystego rozpuszczalnika.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 2. Stany skupienia materii | 668 | Reguła faz Gibbsa | [
"Równowagi fazowe w układzie jednoskładnikowym zależą tylko od temperatury i ciśnienia. W układach wieloskładnikowych zachodzi potrzeba uwzględnienia także zmian stężenia składników w poszczególnych fazach. Pojawia się w nich często także kilka faz stałych, zdarzają się przypadki, że obok siebie współistnieją dwie lub więcej faz ciekłych. Wszystkie te okoliczności powodują, że w miarę jak zwiększa się liczba składników, obraz równowag fazowych staje się coraz bardziej skomplikowany. W tych przypadkach szczególnie duże usługi oddaje tzw. reguła faz, formułująca ogólne warunki równowag fazowych w układach jedno- i wieloskładnikowych. Została ona wyprowadzona w 1876 r. przez J. W. Gibbsa. Wyprowadzenie reguły faz wymaga wprowadzenia trzech pojęć: fazy, liczby składników niezależnych oraz liczby stopni swobody. Liczbę faz obecnych w układzie oznaczać będziemy literą f. Liczba składników niezależnych n jest to najmniejsza liczba składników (substancji), z których można zbudować cały układ. Układ zawierający węgiel, tlenek węgla(II) i tlenek węgla(IV), pozostające ze sobą w równowadze, jest układem trójskładnikowym, lecz tylko dwa spośród nich można uważać za składniki niezależne. Pozostały trzeci składnik, zależny, tworzy się z dwóch niezależnych w reakcji:",
"W układach bardziej skomplikowanych dla znalezienia liczby składników niezależnych najlepiej posługiwać się metodą, która polega na tym, że od całkowitej liczby składników (liczby substancji obecnych w układzie) odejmuje się liczbę niezależnych od siebie reakcji chemicznych, jakie w danym układzie mogą zachodzić. Tak więc, układ składający się z: \\( \\ce{C, CO, CO_{2}, H_{2}} \\) i \\( \\ce{H_{2}O_{2}} \\) jest układem o trzech niezależnych składnikach. Mamy w nim bowiem łącznie pięć składników i mogą w nim zachodzić dwie niezależne od siebie reakcje chemiczne:",
"Trzecia reakcja, której równanie można by jeszcze napisać:",
"stanowi sumę reakcji ( 2 ) i ( 3 ) bezpośrednio po sobie następujących. Zatem nie można jej uważać za reakcję niezależną. W układach, w których nie zachodzą żadne reakcje, np. w układzie jednoskładnikowym zawierającym tylko wodę lub układzie dwuskładnikowym zawierającym wodę i chlorek sodu, wszystkie składniki możemy uważać za składniki niezależne. Liczba stopni swobody s jest to liczba czynników wyznaczających równowagę (temperatura, ciśnienie, stężenia), które możemy zmieniać dowolnie zachowując niezmienioną liczbę faz. Układ zawierający tylko parę wodną ma dwa stopnie swobody (układ dwuzmienny), gdyż możemy w nim zmieniać – w pewnych granicach oczywiście – zarówno temperaturę, jak i ciśnienie, bez pojawienia się nowej fazy. Układ zawierający parę wodną w równowadze z wodą ciekłą jest układem o jednym stopniu swobody, czyli układem jednozmiennym. Jeżeli bowiem wybierzemy dowolnie jego temperaturę, to tym samym określimy panujące w nim ciśnienie. Wybierając zaś swobodnie ciśnienie, decydujemy jaka musi być temperatura, aby obie fazy mogły ze sobą współistnieć. Wynika to wprost z faktu, że każdej temperaturze odpowiada określona i różna prężność pary nasyconej nad cieczą. Gdyby ciśnienie panujące w układzie było wyższe od prężności pary nasyconej, znikłaby w nim faza gazowa. W przypadku ciśnienia niższego od prężności pary nasyconej musiałaby w nim zniknąć ciecz. Układ zawierający parę, lód i wodę ciekłą nie wykazuje ani jednego stopnia swobody ( \\( s = 0 \\)). Może istnieć w równowadze tylko w temperaturze \\( 0,0075^oC \\) i pod ciśnieniem \\( 4,58 \\ mmHg \\). Zmiana któregokolwiek z tych czynników spowoduje zmniejszenie liczby faz.",
"Za jej pomocą możemy łatwo potwierdzić dotychczasowe obserwacje dotyczące układu jednoskładnikowego:",
"Dla układu składającego się z \\( H_{2}O \\) i \\( NaCl \\) ( \\( n = 2 \\)) w przypadku \\( f = 1 \\) znajdujemy:",
"Układ zawierający tylko fazę ciekłą (roztwór \\( NaCl \\)) jest więc trójzmienny. Można w nim dowolnie zmieniać w pewnym zakresie temperaturę, ciśnienie i stężenie soli. Gdy liczba faz wzrośnie do 2, a więc np. gdy roztwór będzie w równowadze z parą wodną, wówczas:",
"Wyznaczając temperaturę i stężenie roztworu określamy jednocześnie prężność pary nasyconej. Układ staje się jednozmienny dopiero wówczas, gdy pojawi się w nim jeszcze jedna faza, np. chlorek sodu w stanie stałym:",
"co wskazuje, że prężność pary nad roztworem, który jest obecnie roztworem nasyconym, zostaje jednocześnie określona przez wybór temperatury. Z reguły faz wynika wreszcie, że największa liczba faz w układzie \\( \\ce{H_{2}O-NaCl} \\), osiągana dla \\( s = 0 \\), wynosi:",
"Układ taki jest niezmienny. Stan taki zostaje zrealizowany, gdy w temp. \\( 0,15^oC \\) obok pary wodnej, roztworu nasyconego, kryształków bezwodnego \\( \\ce{NaCl} \\) pojawią się także kryształy dwuhydratu \\( \\ce{NaCl-2H_{2}O} \\), tworzące nową fazę stałą.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Reguła faz Gibbsa",
"content": "Reguła faz łączy liczbę faz f, występujących w układzie po osiągnięciu równowagi, z liczbą niezależnych składników n oraz liczbą stopni swobody s. Wyrażamy ją równaniem:\n(5)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( f + s = n + 2 \\)\n\n"
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 3. Klasyfikacja chemicznych związków nieorganicznych i ich nomenklatura | 527 | Tlenki | [
"Tlenkami nazywamy związki chemiczne zbudowane z atomów tlenu i atomów innego pierwiastka. Prawie wszystkie pierwiastki z układu okresowego tworzą tlenki. Ogólny wzór tlenku możemy napisać jako:",
"gdzie: \\( \\ce{E} \\) - oznacza dowolny pierwiastek \\( \\ce{n} \\) - liczba atomów danego pierwiastka \\( \\ce{m} \\) - liczba atomów tlenu",
"Nazewnictwo tlenków Nazwy tlenków metali o stałej wartościowości tworzy się dodajac do nazwy \"tlenek\" nazwę metalu.",
"W przypadku metali o zmiennej wartościowości, na końcu nazwy tlenku umieszcza się w nawiasie rzymską cyfrę równą wartościowości metalu w związku:",
"Do tlenków niemetali stosuje się najczęściej tradycyjne nazwy, które mają końcówkę rzeczownikową niemetalu, natomiast wartościowość wskazuje się za pomocą przedrostków. Nazwy systematyczne tworzy się podobnie jak w przypadku tlenków metali.",
"Otrzymywanie tlenków: 1. utlenianie pierwiastków",
"2. utlenianie niższego tlenku danego pierwiastka do tlenku zawierającego ten sam pierwiastek ale na wyższym stopniu utlenienia",
"3. redukcja wyższego tlenku do tlenku na niższym stopniu utlenienia:",
"4. spalanie związków organicznych:",
"5. rozkład termiczny soli, wodorotlenków i tlenków:",
"Właściwości chemiczne, reaktywność tlenków",
"Ze względu na własności chemiczne i reaktywność, tlenki klasyfikujemy jako: tlenki zasadowe - tlenki metali głównie litowców i berylowców oraz metali bloku d na nizszych stopniach utlenienia, np. \\( \\ce{FeO} \\), \\( \\ce{MnO} \\), \\( \\ce{CuO} \\). Tlenki zasadowe, które reaguja z wodą nazywamy bezwodnikami zasadowymi. Zasadowy charakter tlenków maleje w okresie wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka związanego z tlenem. W grupie zasadowy charakter tlenków wzrasta wraz ze zwiększającą się liczbą atomową pierwiastka połączonego z tlenem.",
"1. tlenki zasadowe reagują z wodą tworząc wodorotlenki:",
"2. tlenki zasadowe reagują z kwasami i w wyniku reakcji powstaje sól i woda:",
"3. tlenki zasadowe reagują z tlenkami kwasowymi dając sole",
"tlenki kwasowe (bezwodniki kwasowe) – tworzą przede wszystkim niemetale. Mała różnica elektroujemności pomiędzy niemetalem a tlenem powoduje, że mają one budowę kowalencyjną lub kowalencyjną spolaryzowaną. Kwasowość tlenków rośnie w okresie gdy rośnie liczba atomowa pierwiastka połączonego z tlenem natomiast w grupie kwasowość tlenku maleje, gdy liczba atomowa pierwiastka połączonego z tlenem wzrasta. Tlenkami kwasowymi mogą być również tlenki niektórych metali na wyższym stopniu utlenienia, np. \\( \\ce{Bi_2O_5} \\), \\( \\ce{CrO_3} \\).",
"1.\tTlenki kwasowe reagują z wodą dając kwasy tlenowe",
"2.\ttlenki kwasowe reagują z wodorotlenkami dając sól i wodę:",
"3.\t tlenki kwasowe reagują z tlenkami zasadowymi dając sól:",
"tlenki amfoteryczne - reagują zarówno z zasadami jaki i kwasami. Do tlenków amfoterycznych zaliczamy: \\( \\ce{BeO, Al_2O_3, Ga_2O_3, In_2O_3, SnO, SnO_2, PbO_2, PbO, Sb_2O_5, Sb_2O_3, TeO_2, As_2O_3, ZnO, MnO_2, Cr_2O_3} \\).",
"Tlenki obojętne - to tlenki, które nie wchodzą w reakcje ani z kwasami, ani z zasadami. Nie są bezwodnikami kwasowymi oraz bezwodnikami zasadowymi, nie tworzą soli. Tlenki te rozpuszczając się w wodzie nie reagują z nią, jest to rozpuszczanie fizyczne. Do grupy tlenków obojętnych należy tylko kilka związków: \\( \\ce{NO} \\) - tlenek azotu(II), \\( \\ce{CO} \\) - tlenek węgla(II), \\( \\ce{N_2O} \\) - tlenek azotu (I), \\( \\ce{SiO} \\) – tlenek krzemu (II)."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 3. Klasyfikacja chemicznych związków nieorganicznych i ich nomenklatura | 1,461 | Wodorki | [
"Wodorkami nazywamy związki wodoru z innymi pierwiastkami. Wzory wodorków piszemy w zależności od tego z pierwiastkiem której grupy układu okresowego wiąże się wodór. Skład wodorków można przedstawić ogólnymi wzorami:",
"jeżeli \\( E \\) znajduje się w 1-15 grupie układu okresowego.",
"jeżeli \\( E \\) znajduje się w 16 i 17 grupie układu okresowego.",
"Nazwy wodorków metali tworzy się analogicznie jak nazwy tlenków, np. \\( NaH \\) – wodorek sodu \\( BaH_2 \\) – wodorek baru \\( AlH_3 \\) – wodorek glinu",
"Nazwy wodorków niemetalu zaczynają się przedrostkiem wywodzącym się z nazwy niemetalu z końcówką \"wodór\". \\( H_2S \\) – siarkowodór \\( HF \\) – fluorowodór \\( HCl \\) – chlorowodór \\( HI \\) – jodowodór Dla niektórych wodorków używa się tylko nazw zwyczajowych, np.: \\( H_2O \\) – woda \\( NH_3 \\) – amoniak \\( CH_4 \\) – metan",
"Wodorki metali są najczęściej jonowe i zawierają w sieci krystalicznej jon wodorkowy, \\( H^- \\) (jądro wodoru otoczone jest dubletem elektronowym). Wodorki niemetali mają budowę kowalencyjną. Między wodorkami metali i niemetali nie ma ostrej granicy. W miarę jak wzrasta elektroujemność pierwiastków, zmienia się charakter wiązania od typowo jonowego z ujemnym jonem wodorkowym \\( H^- \\), aż do kowalencyjnego silnie spolaryzowanego z dodatnim jonem wodorowym \\( H^+ \\). Wodorki metali są ciałami stałymi a wodorki niemetali gazami.",
"Otrzymywanie wodorków: 1.\tBezpośrednia synteza pierwiastka z wodorem:",
"2.\tTermiczny rozkład chlorku amonu",
"Właściwości chemiczne: Wodorki cechuje wielka różnorodność właściwości chemicznych. 1.\tWodorki metali reagują gwałtownie z wodą tworząc zasady, przy czym wydziela się wodór",
"2.\tWodorki niemetali takich jak fluorowce i tlenowce rozpuszczając się w wodzie tworzą kwasy beztlenowe, np. wodny roztwór fluorowodoru \\( HF \\) -kwas fluorowodorowy, wodny roztwór chlorowodoru \\( HCl \\) -kwas chlorowodorowy (lub solny). 3.\tAmoniak \\( NH_3 \\) jest jedynym wodorkiem, który reagując z wodą tworzy związek o charakterze zasadowym wodorotlenek amonowy:",
"którego nie wyodrębniono w stanie wolnym. 4.\tPozostałe wodorki niemetali nie reagują z wodą. Ich niewielka rozpuszczalność w wodzie polega na rozpuszczaniu fizycznym (wymieszaniu)."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 3. Klasyfikacja chemicznych związków nieorganicznych i ich nomenklatura | 528 | Kwasy | [
"Kwasy są to związki zbudowane z wodoru i reszty kwasowej o ogólnym wzorze:",
"n – ilość atomów wodorów równa liczbowo wartościowości reszty kwasowej R - oznacza resztę kwasową: kwasów beztlenowych, np. \\( \\ce{S^{2-}} \\), \\( \\ce{Br^-} \\), lub kwasów tlenowych, np. \\( \\ce{PO_4^{3-}} \\), \\( \\ce{SO_4^{2-}} \\).",
"Nazewnictwo kwasów Nazwy kwasów beztlenowych tworzy się dodając do nazwy pierwiastka tworzącego kwas końcówkę \"wodorowy\":",
"\\( \\ce{HF} \\) –\tkwas fluorowodorowy \t\t \\( \\ce{HCl} \\) –\tkwas chlorowodorowy (tradycyjnie kwas solny) \t\t \\( \\ce{HBr} \\) –\tkwas bromowodorowy \t\t \\( \\ce{HI} \\) – \tkwas jodowodorowy \t\t \\( \\ce{H_2S} \\) –\tkwas siarkowodorowy \t\t \\( \\ce{HCN} \\) –\tkwas cyjanowodorowy",
"Nazwy kwasów tlenowych tzn. takich, które zawierają atomy tlenu połączone z atomem centralnym (niemetalem) wywodzą się od nazwy niemetalu z końcówką „-owy”. Jeżeli ten sam pierwiastek tworzy kwasy na różnych stopniach utlenienia, to w nawiasie za nazwą podaje się wartościowość tego niemetalu w danym kwasie.",
"\\( \\ce{H_2SO_3} \\) – kwas siarkowy(IV) \\( \\ce{H_2SO_4} \\) – kwas siarkowy(VI) \\( \\ce{HNO_2} \\) – kwas azotowy(III) \\( \\ce{HNO_3} \\) – kwas azotowy(V) \\( \\ce{HClO} \\) – kwas chlorowy(I) \\( \\ce{HClO_2} \\) – kwas chlorowy(III) \\( \\ce{HClO_3} \\) – kwas chlorowy(V) \\( \\ce{HClO_4} \\) – kwas chlorowy(VII)",
"Kwasy tlenowe głównie otrzymujemy w reakcji tlenku niemetalu z wodą. Jeżeli tlenek kwasowy reaguje z różną ilością cząsteczek wody, wówczas powstające kwasy mają nazwy \"meta-\", \"piro-\",\"orto-\", na przykład: \\( \\ce{P_2O_5 + H_2O \\rightarrow 2HPO_3} \\)\tkwas metafosforowy(V) (najmniejsza ilość kwasowych atomów wodoru) \t \\( \\ce{P_2O_5 + 2H_2O \\rightarrow H_4P_2O_7} \\)\tkwas pirofosforowy(V) lub zalecana nazwa - kwas dwufosforowy(V) \\( \\ce{P_2O_5 + 3H_2O \\rightarrow 2H_3PO_4} \\)\tkwas ortofosforowy(V)",
"Otrzymywanie kwasów 1.\tReakcja syntezy pomiędzy tlenkiem kwasowym a wodą:",
"2. reakcja jonowa strącania osadu (pod warunkiem, że kwas jest słabo rozpuszczalny):",
"3. słaby kwas tlenowy można otrzymać działając na jego sól kwasem mocnym:",
"4. kwasy beztlenowe otrzymuje się przez rozpuszczanie odpowiednich wodorków w wodzie",
"Właściwości chemiczne, reaktywność kwasów",
"1. kwasy reagują z zasadami (reakcja neutralizacji lub zobojętniania):",
"2. większość kwasów reaguje z metalami nieszlachetnymi wypierając z nich wodór:",
"3. metale szlachetne i półszlachetne reagują z kwasami utleniającymi tj. stężonym \\( \\ce{H_2SO_4} \\) i \\( \\ce{HNO_3} \\), ale nie wypierają wodoru z tych kwasów:",
"4. kwasy reagują z tlenkami metali:"
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 3. Klasyfikacja chemicznych związków nieorganicznych i ich nomenklatura | 529 | Wodorotlenki | [
"Wodorotlenki są to związki zbudowane głównie z metali i grupy wodorotlenowej o ogólnym wzorze:",
"gdzie: \\( \\ce{M} \\)– metal, \\( \\ce{n} \\) – współczynnik liczbowo równy wartościowości metalu",
"Nazwy wodorotlenków metali o stałej wartościowości tworzy się dodając do słowa \"wodorotlenek\" nazwę metalu, np. \\( \\ce{LiOH} \\)\t\t- wodorotlenek litu \\( \\ce{KOH} \\) \t- wodorotlenek potasu \\( \\ce{Ba(OH)_2} \\) \t- wodorotlenek baru \\( \\ce{Mg(OH)_2} \\) \t- wodorotlenek magnezu \\( \\ce{Al(OH)_3} \\) \t- wodorotlenek glinu \\( \\ce{Zn(OH)_2} \\)\t- wodorotlenek cynku W przypadku metalu o zmiennej wartościowości na końcu nazwy, umieszcza się w nawiasie wartościowość metalu w związku: \\( \\ce{Fe(OH)_2} \\) -\twodorotlenek żelaza(II) \\( \\ce{Fe(OH)_3} \\) -\twodorotlenek żelaza(III) \\( \\ce{Sn(OH)_2} \\)\t- wodorotlenek cyny(II) \\( \\ce{Sn(OH)_4} \\) - \twodorotlenek cyny(IV) \\( \\ce{Ni(OH)_2} \\) -\twodorotlenek niklu(II) \\( \\ce{Ni(OH)_3} \\)\t- wodorotlenek niklu(III)",
"Otrzymywanie wodorotlenków 1.\tReakcja syntezy pomiędzy tlenkiem zasadowym a wodą",
"2. Reakcja litowców i berylowców z wodą",
"3. Wodorotlenki trudno rozpuszczalne w \\( \\ce{H_2O} \\) otrzymuje się w reakcji strącania osadu; reakcja pomiędzy rozpuszczalną solą danego metalu i wodorotlenkiem o silnych właściwościach zasadowych",
"Właściwości chemiczne, reaktywność wodorotlenków Ze względu na właściwości chemiczne można wyróżnić wodorotlenki zasadowe i amfoteryczne. Wodorotlenki zasadowe to wodorotlenki litowców i berylowców (z wyjątkiem \\( \\ce{Be(OH)_2} \\)).",
"1. wodorotlenki zasadowe reagują z kwasami dając sól i wodę (reakcja zobojętniania):",
"2.\twodorotlenki amfoteryczne to takie które reagują zarówno z kwasami jak i zasadami. W reakcji z kwasami zachowują się jak zasada, a w reakcji z zasadą zachowują się jak kwas:",
"Powyższy zapis reakcji z zasadą jest uproszczony i produkt tej reakcji wystepuje tylko w fazie stałej. W roztworach produktami są związki kompleksowe:",
"Do najczęściej spotykanych wodorotlenków amfoterycznych należą: \\( \\ce{Al(OH)_3, Be(OH)_2, Pb(OH)_2, Cr(OH)_3, Sn(OH)_2, Sn(OH)_4, Sb(OH)_3, Sb(OH)_5, As(OH)_3} \\) i inne."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 3. Klasyfikacja chemicznych związków nieorganicznych i ich nomenklatura | 530 | Sole | [
"Sole są to związki chemiczne które powstają w reakcji pomiędzy kwasem i zasadą. Kationy z zasady zastępują kationy wodoru w kwasie. Wyróżnia się: - sole obojętne - hydroksosole - sole zasadowe (dawne nazwy: hydroksysole) - wodorosole - sole kwasowe (dawne nazwy: sole kwaśne)",
"Ogólny wzór soli obojętnej można przedstawić następująco:",
"Gdzie: \\( \\ce{M} \\) – metal, lub grupa amonowa \\( NH_4^+ \\) \\( \\ce{R} \\) – reszta kwasowa, \\( \\ce{n,m} \\) – współczynniki stechiometryczne",
"Wodorosole, zwane solami kwaśnymi, pochodzą od kwasów wielowodorowych. Podczas reakcji syntezy tylko część atomów wodoru jest zastępowana przez metal lub jon amonowy. Można je przedstawić ogólnym wzorem:",
"Gdzie: \\( \\ce{M} \\) – metal, lub grupa amonowa \\( \\ce{NH_4^+} \\) \\( \\ce{R} \\) – reszta kwasowa, \\( \\ce{n,m, k} \\) – współczynniki stechiometryczne",
"Hydroksosole, zwane solami zasadowymi, powstają z wodorotlenków wielohydroksylowych (wielokwasowych). Hydroksosole można przedstawić ogólnym wzorem:",
"Gdzie: \\( \\ce{M} \\) – metal, lub grupa amonowa \\( \\ce{NH_4^+} \\) \\( \\ce{R} \\) – reszta kwasowa, \\( \\ce{n,m, k} \\) – współczynniki stechiometryczne",
"Nazewnictwo soli Nazwy soli prostych tworzy się z dwóch członów. Pierwszy określa resztę kwasową, drugi nazwę metalu. Jeżeli metal może tworzyć sole na różnych stopniach utlenienia, w nawiasie za metalem podaje się jego wartościowość. Sól pochodząca od kwasu beztlenowego ma końcówkę -ek, natomiast sól pochodząca od kwasu tlenowego -an. Nazwy wodorosoli tworzy się tak jak soli obojętnych, z tym, że do pierwszego wyrazu dodaje się przedrostek wodoro-. Nazwy hydroksosoli tworzy się dodając przedrostek hydrokso- przed nazwą metalu. Poniżej podano nazwy niektórych popularnych soli. Nazwy kwasów i odpowiadające im nazwy soli przedstawiono w .",
"Metody otrzymywania soli",
"Wszystkich metod otrzymywania soli jest 16. Zostały zebrane w oraz . Nie wszystkie sole da się otrzymać wszystkimi zebranymi w tabeli sposobami. Najpopularniejsze z tych metod to:",
"1. reakcja neutralizacji (zobojętniania), reakcja pomiędzy wodorotlenkiem i kwasem, np.:",
"2. reakcja kwasu z metalem, np.:",
"3. reakcja tlenku zasadowego z kwasem, np.",
"4. reakcja wodorotlenku z tlenkiem kwasowym, np.",
"5. reakcja tlenku zasadowego z tlenkiem kwasowym, np.",
"6. reakcja metalu z niemetalem, np.",
"7. reakcja metalu aktywnego z solą metalu szlachetniejszego"
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 3. Klasyfikacja chemicznych związków nieorganicznych i ich nomenklatura | 531 | Związki kompleksowe | [
"Związki kompleksowe, zwane również związkami koordynacyjnymi są to związki zbudowane z jonu lub atomu centralnego, które otoczone są przez jony lub cząsteczki obojętne zwane ligandami. Ligandy połączone są z atomem centralnym wiązaniem koordynacyjnym (donorowo-akceptorowym). Pod wpływem pola ligandów orbitale i elektrony ulegają reorganizacji - wolne orbitale obsadzane są przez wolne pary elektronowe ligandów.",
"W związku kompleksowym możemy wyróżnić strefy koordynacyjne: wewnętrzną i zewnętrzną. Strefa koordynacyjna wewnętrzna jest kompleksowa.",
"Jon kompleksowy może być kationem, anionem lub cząsteczką obojętną. Jeżeli część związku kompleksowego złożonego z jonu centralnego i ligandu jest obdarzona ładunkiem, czyli jest jonem, to sferę zewnętrzną tworzą proste jony o przeciwnym znaku. Liczbę przyłączonych par elektronowych, która najczęściej odpowiada liczbie podstawników przypadających na jon centralny nazywamy liczbą koordynacyjną.",
"Nazewnictwo związków kompleksowych",
"Nazywając związek kompleksowy najpierw podajemy nazwę anionu, a potem kationu. Nazwy ligandów o ładunku ujemnym kończymy samogłoską –o, natomiast w ligandach obojętnych nie zmienia się końcówek, np. \\( \\ce{H_2O} \\) – akwa \\( \\ce{NH_3} \\) – amina \\( \\ce{CO} \\)- karbonyl \\( \\ce{OH^-} \\)- hydrokso \\( \\ce{F^-} \\) - fluoro \\( \\ce{Cl^-} \\) - chloro \\( \\ce{NO_2^-} \\)- nitro \\( \\ce{NO_3^-} \\) - azotano \\( \\ce{SO_4^{2-}} \\) - siarczano \\( \\ce{CN^-} \\) - cyjano W nazwie jonu kompleksowego najpierw wymieniamy ligandy, a potem atom centralny. Liczbę ligandów określamy za pomocą przedrostka greckiego: gdy jeden to: mono-, gdy dwa to: di-, gdy trzy to: tri-, gdy cztery to: tetra-, itd. Nazwę związku, który zawiera anion kompleksowy tworzymy w ten sposób, że do nazwy anionu centralnego dodajemy końcówkę –an. Stopień utlenienia atomu centralnego piszemy cyfrą rzymską, w nawiasie. np. \\( \\ce{K_2[CuCl_4]} \\) tetrachloromiedzian(II) potasu W kompleksach kationowych i zawierające obojętne cząstki podajemy niezmienioną nazwę pierwiastka np. \\( \\ce{[Cr(H_2O)_4Cl_2]Cl} \\) chlorek tetraakwadichlorochromu(III)"
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 532 | Reakcje homogeniczne i heterogeniczne | [
"Z kinetycznego punktu widzenia celowy jest podział reakcji na: homogeniczne i heterogeniczne."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Reakcje homogeniczne",
"content": " Reakcje homogeniczne (jednorodne) to takie, w których wszystkie reagenty znajdują się w jednej fazie (tzn. są w tym samym stanie skupienia (ciekłym, gazowym))."
},
{
"name": "Definicja 2: Reakcje heterogeniczne",
"content": "Reakcje heterogeniczne (niejednorodne) to takie, które przebiegają na granicy faz (tzn. reagenty nie są w tym samym stanie skupienia). "
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 533 | Szybkość reakcji chemicznej | [] | [
{
"name": "Definicja 1: Szybkość reakcji chemicznej",
"content": "Pojęcie szybkości reakcji chemicznej (r) wiąże się z przebiegiem reakcji chemicznej i jest miarą zmian jakie zachodzą w czasie układu reagującego.\nZe stechiometrii reakcji chemicznej:\n\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( aA + bB \\rightarrow cC + dD \\)\n\n(gdzie: A, B i C, D to odpowiednio substraty i produkty, natomiast a, b, c, d to współczynniki stechiometryczne reagentów)\nSzybkość reakcji chemicznej r, można zdefiniować jako zmiany stężenia substratów \\( [A], [B] \\) lub produktów \\( [C], [D] \\) w czasie (t):\n\n(1)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( r=-\\frac{1}{a} \\cdot \\frac{d[A]}{dt}=- \\frac{1}{b} \\cdot \\frac{d[B]}{dt}= \\frac{1}{c} \\cdot \\frac{d[C]}{dt}= \\frac{1}{d} \\cdot \\frac{d[D]}{dt} \\)\n\n\nOgólne wyrażenie na szybkość reakcji chemicznej r, można zdefiniować jako:\n\n(2)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( r= \\pm\\frac{1}{v_x} \\cdot \\frac{d[X]}{dt} \\)\n\ngdzie:\nr- szybkość reakcji chemicznej \\( [mol\\cdot dm ^{-3} s^{-1}] \\)\nznak \\( „- ” \\) dla substratów znak \\( „+ ” \\) dla produktów\n \\( [X] \\)- stężenie reagenta X \\( [mol\\cdot dm^{-3}] \\)\n \\( ν_X \\) - stechiometryczny współczynnik reagenta X\nt - czas \\( [s] \\)\n\n"
},
{
"name": "Definicja 2: Chwilowa szybkość reakcji chemicznej",
"content": "\nChwilową szybkość reakcji chemicznej można przedstawić jako nachylenie stycznej do krzywej, która przedstawia zmianę stężenia produktu ( Rys. 1A ) lub substratu ( Rys. 1B ). Szybkość reakcji chemicznej r, w danej chwili jest równa współczynnikowi kierunkowemu stycznej do krzywej stężenie molowe = f(czas) w określonym punkcie np \\( ([P],t), ([S],t) \\).\n\nRysunek 1: Zmiany stężenia produktu (A) i substratu (B) w funkcji czasu.\n\n"
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 534 | Teoria zderzeń - równanie kinetyczne | [
"Teoria zderzeń, klasyczna teoria kinetyki chemicznej, opracowana dla cząsteczek w fazie gazowej.",
"Zgodnie z tą teorią, aby reakcja zaszła musi dojść do zderzenia (kolizji) pomiędzy cząsteczkami (atomami, jonami, rodnikami) A i B (substraty). Należy jednak pamiętać, że nie wszystkie zderzenia prowadzą do powstania nowej cząsteczki P (produkt).",
"Dwa kluczowe warunki, które muszą zostać spełnione, aby zderzenie było skuteczne (efektywne, aktywne):"
] | [
{
"name": "Definicja 1: Równanie kinetyczne",
"content": "\n\nSzybkość reakcji chemicznej jest proporcjonalna do ilości zderzeń aktywnych zachodzących pomiędzy cząstkami (cząsteczkami, atomami).\nJeżeli w układzie zachodzi reakcja jednofazowa (homogeniczna):\n\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( aA + bB \\rightarrow cC \\)\n\n\ngdzie:\nA, B - substraty\nC - produkt\na, b, c - współczynniki stechiometryczne reakcji chemicznej\n\nto szybkość reakcji (r) w danej chwili jest proporcjonalna do iloczynu stężeń wszystkich cząsteczek, które biorą udział w reakcji. Tą zależność można zapisać w formie ogólnego równania kinetycznego reakcji chemicznej, które jest wyznaczane doświadczalnie i ma postać:\n\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( r=k[A]^x [B]^y \\)\n\n\ngdzie:\n \\( [A], [B] \\) - stężenia molowe substratów w określonej chwili,\nk - współczynnik proporcjonalności, stała szybkości reakcji, która ma charakaterystyczną wartość dla danej reakcji chemicznej i warunków w jakich zachodzi reakcja (zależy od temperatury), nie zależy od stężeń reagentów,\n\nx, y - wyznaczone doświadczalnie wykładniki potęgowe."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 535 | Wpływ temperatury na szybkość reakcji chemicznej | [
"Zależność pomiędzy szybkością reakcji chemicznej, a temperaturą (w dużym zakresie temperatur) podaje równanie Arrheniusa:",
"Powyższe równanie można zapisać w postaci logarytmicznej (logarytm naturalny po obu stronach równania):",
"gdzie: k - stała szybkości reakcji, A - stała A (czynnik częstośći zderzeń) \\( E_a \\) - energia aktywacji reakcji \\( [J mol^{-1}] \\) R - stała gazowa (8,314 \\( [J mol^{-1} K^{-1}] \\)) T - temperatura \\( [K] \\)(°C + 273)",
"Wykres zależności lnk od odwrotności temperatury \\( \\frac {1}{T} \\) jest linią prostą o nachyleniu \\( \\frac {-E_a}{R} \\)( Rys. 1 ).",
"Energię aktywacji \\( E_a \\) można obliczyć znając stałe szybkości reakcji chemcznej w dwóch różnych temperaturach ( \\( T_1 \\) i \\( T_2 \\)):",
"czyli:"
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 536 | Wpływ orientacji cząsteczek na szybkość reakcji chemicznej | [
"Zgodnie z teorią zderzeń czynnikiem, który ogranicza efektywność zderzeń jest orientacja przestrzenna zderzających się cząsteczek (lub atomów, jonów, rodników). Szybkość reakcji chemicznej zależy od liczby zderzeń efektywnych, czyli takich, w których zderzające się cząsteczki mają odpowiednią energię oraz właściwą orientację względem siebie."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 537 | Wpływ stężenia reagentów na szybkość reakcji chemicznej | [] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 538 | Mechanizm reakcji chemicznej | [] | [
{
"name": "Definicja 1: Mechanizm reakcji chemicznej",
"content": "Pojęcie mechanizmu reakcji chemicznej stosuje się do określenia rzeczywistego przebiegu reakcji chemicznej, który jest o wiele bardziej skomplikowany niż mogłoby to wynikać z postaci sumarycznego równania stechiometrycznego. W większości przypadków reakcja chemiczna składa się z wielu etapów pośrednich, tzw. reakcji elementarnych, które występują w określonej kolejności i składają się na daną przemianę chemiczną. Z pojęciem reakcji elementarnej wiąże się określenie cząsteczkowość, które oznacza liczbę cząsteczek (lub atomów, jonów, rodników), które biorą udział w reakcji elementarnej.\nReakcja elementarna, w której bierze udział jedna cząsteczka (lub atom, jon, rodnik) nazywa się reakcją jednocząsteczkową.\nReakcja elementarna, w której biorą udział dwie cząsteczki (lub atomy, jony, rodniki) nazywa się reakcją dwucząsteczkową.\n\nReakcje elementarne trzycząsteczkowe są rzadko spotykane."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 539 | Reakcje wieloetapowe | [
"Większość reakcji chemicznych przebiega wieloetapowo, co oznacza, że szybkość procesu chemicznego jest wynikiem przebiegu wielu reakcji elementarnych i zależy od ich wzajemnej sekwencji, czyli uszeregowania poszczególnych reakcji elementarnych w czasie. W reakcjach wieloetapowych można wyróżnić następcze i równoległe reakcje elementarne."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Reakcje następcze",
"content": "Reakcje następcze, to takie, które przebiegają etapami, poprzez różne stany pośrednie, w taki sposób, że tworzący się produkt pośredni jednej reakcji staje się również substratem następnej. "
},
{
"name": "Definicja 2: Reakcje równoległe",
"content": "Reakcje równoległe charakteryzują się tym, że jeden substrat może reagować w jednym czasie w różny sposób."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 540 | Teoria kompleksu aktywnego | [
"Teoria kompleksu aktywnego (teoria stanu przejściowego) stanowi uzupełnienie teorii zderzeń.",
"Podczas zderzenia efektywnego pomiędzy cząsteczkami A i B dochodzi do utworzenia się nietrwałego przejściowego układu AB* tzw. kompleksu aktywnego (stanu przejściowego) pomiędzy substratami ( \\( A \\) i \\( B \\)), a produktami ( \\( C \\) i \\( D \\)). Kompleks aktywny, w przypadku efektywnego zderzenia można opisać jako tworzenie się wspólnego układu atomów, które oddziałują na siebie (nie jest to produkt, ani substrat reakcji chemicznej). Stadium pośrednie (kompleks aktywny) jest krótkotrwałe, podczas rozpadu mogą powstać substraty jak i produkty.",
"Analizując profil zmian energii potencjalnej substratów A i B podczas reakcji chemicznej obszar, który znajduje się w pobliżu maksimum energii potencjalnej nazywa się kompleksem aktywnym ( Rys. 1 ). Substraty przekształcą się w produkty lub odwrotnie produkty w substraty, jeżeli zostanie pokonana bariera energetyczna.",
"Rys. 1 przedstawia profile energetyczne dla reakcji egzotermicznej (ΔH <0; ΔH - zmiany entalpii; ΔH = H (produkty) - H (substraty)) i endotermicznej (ΔH> 0)."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 541 | Kataliza | [
"Kataliza to zjawisko, które polega na zwiększeniu szybkości reakcji chemicznej. Do zwiększenia szybkości reakcji chemicznej może dojść poprzez wprowadzenie do układu reagującego katalizatora, czyli substancji, która może tworzyć nietrwałe połączenia przejściowe z substratami, ale po zakończeniu reakcji chemicznej występuje w niezmienionym stanie. W reakcji katalitycznej, czyli przebiegającej pod wpływem katalizatora, dochodzi do obniżenia energii aktywacji \\( (E_a) \\) co sprawia, że reakcja przebiega z większą szybkością ( Rys. 1 ).",
"Katalizator nie wpływa na położenie stanu równowagi reakcji katalitycznej ( katalizator a równowaga ).",
"Katalizę można podzielić na katalizę homogeniczną i heterogeniczną (podział ze względu na fazę w jakiej znajdują się substancje reagujące oraz katalizator)."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Katalia homogeniczna",
"content": "Kataliza homogeniczna (jednorodna, jednofazowa) - katalizator znajduje się w takiej samej fazie jak reagenty."
},
{
"name": "Definicja 2: Kataliza heterogeniczna",
"content": "Kataliza heterogeniczna (niejednorodna, wielofazowa) - katalizator stanowi odrębną fazę układu reagującego. "
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 542 | Statyka chemiczna | [
"Statyka chemiczna to dział chemii fizycznej, który zajmuje się badaniem stanów równowagi reakcji chemicznych. Wszystkie reakcje chemiczne dążą do równowagi dynamicznej, czyli stanu, w którym substraty i produkty nie wykazują dalszej tendencji do wypadkowej zmiany. [1] [2]",
"Poniżej przedstawiono podstawowe pojęcia jakie wiążą się z działem statyki chemicznej:"
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 543 | Stan równowagi chemicznej | [
"Główne czynniki mające wpływ na stan równowagi chemicznej:"
] | [
{
"name": "Definicja 1: Stan równowagi reakcji chemicznych",
"content": "Reakcja chemiczna osiąga stan równowagi chemicznej wtedy gdy stężenia zarówno substratów jak produktów nie ulegają wypadkowej zmianie.\nZ perspektywy poziomu molekularnego reakcje biegną w kierunku tworzenie się produktów (reakcja wprost) oraz substratów (reakcja odwrotna). Stan równowagi chemicznej rozpatrywany jest jako proces dynamiczny, co oznacza, że szybkość reakcji chemicznej w kierunku tworzenia się produktów jest taka sama jak w kierunku tworzenia się substratów, w przeciwieństwie do równowagi statycznej. Z reguły równowaga chemiczna jest procesem dynamicznym (ciśnienie i temperatura nie ulegają zmianie) opisywanym za pomocą stałej równowagi (K)."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 544 | Prawo działania mas | [] | [
{
"name": "Definicja 1: Prawo działania mas (prawo Guldberga i Waagego)",
"content": "Wyrażenie na stałą równowagi zostało wyprowadzone przez Guldberga i Waagego w 1864 r. jako tzw. prawo działania mas. W stanie równowagi chemicznej, w stałej temperaturze iloraz iloczynu stężeń molowych produktów do iloczynu stężeń molowych substratów, podniesionych do odpowiednich potęg, które odpowiadają współczynnikom stechiometrycznym reagujących substancji ma wartość stałą. Wartość stałej równowagi chemicznej jest wielkością charakterystyczną dla danej reakcji chemicznej oraz określonej temperatury.\n\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( K=\\frac{k_1}{k_{-1}}= \\frac{[C]^c\\cdot[D]^d}{[A]^a\\cdot[B]^b} \\)\n\n"
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 545 | Równowaga w układach heterogenicznych | [] | [
{
"name": "Definicja 1:",
"content": "Równowaga heterogeniczna, to równowaga chemiczna, która ustala się pomiędzy reagentami, które znajdują się w różnych fazach.\nW układzie heterogenicznym (niejednorodnym) reakcja chemiczna zachodzi na granicy faz. "
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 546 | Reguła Le Chateliera i Brauna | [
"Stan równowagi chemicznej może zostać zaburzony (przesunięty) pod wpływem zmiany stężenia reagentów, temperatury układu, ciśnienia (reakcje przebiegające w fazie gazowej). Układ chemiczny, zgodnie z regułą przekory, dąży wtedy do przeciwdziałania tej zmianie, w celu osiągnięcia ponownego stanu równowagi."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Reguła Le Chateliera i Brauna",
"content": "\nReguła Le Chateliera i Brauna (nazwa reguły pochodzi od nazwiska chemika H. Le Chatelier oraz fizyka K. F. Brauna, którzy ją niezależnie od siebie opisali) zwana powszechnie regułą przekory mówi, że jeżeli na układ znajdujący się w stanie równowagi chemicznej zadziała jakiś czynnik zewnętrzny, to w układzie dojdzie do takich zmian, które zminimalizują działanie tego czynnika. "
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 547 | Katalizator a równowaga | [] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 548 | Kinetyka reakcji - zadania, przykłady | [] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 4. Kinetyka i statyka chemiczna | 549 | Obliczanie wydajności reakcji - zadania, przykłady | [] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 550 | Wielkości fizyczne | [
"Obowiązującym obecnie w Polsce układem jednostek jest układ SI, w którym opisane jest siedem jednostek głównych wyprowadzonych w oparciu o fundamentalne stałe, Tabela 1.",
"Oprócz jednostek głównych wyróżnia się jednostki pochodne związane z wielkościami pochodnymi, wyrażanymi przy pomocy iloczynów wielkości podstawowych w odpowiednich potęgach, np. paskal \\( \\text{Pa} \\) - jednostka ciśnienia oraz naprężenia:",
"Jednostki pochodne w układzie SI mogą posiadać własne nazwy, jak np. dżul \\( \\text{J} \\), niuton \\( \\text{N} \\), paskal \\( \\text{Pa} \\), herc \\( \\text{Hz} \\), kulomb \\( \\text{C} \\), wolt \\( \\text{V} \\) lub om \\( \\Omega \\), bądź być pozbawione własnych nazw i wyrażane jako iloczyn wielkości podstawowych w odpowiednich potęgach, np. \\( \\text{J}\\cdot{\\text{mol}^{-1}}\\cdot{\\text{K}^{-1}} \\) (jednostka molowego ciepła właściwego), \\( \\text{m}^{3} \\) (jednostka objętości), \\( \\text{kg}\\cdot{\\text{m}^{-3}} \\) (jednostka gęstości) czy \\( \\text{mol}\\cdot{\\text{m}^{-3}} \\) (jednostka stężenia molowego).",
"Do jednostek podstawowych jak i pochodnych można dodać przedrostki jednostek (prefiksy), Tabela 2, otrzymując wielokrotności lub podwielokrotności jednostek układu SI, np.:",
"Moduł opracowano na podstawie [1]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Wielkość fizyczna",
"content": "Cecha zjawiska fizycznego, właściwość ciała lub substancji, która może być określona ilościowo na drodze pomiaru."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 551 | Dokładność obliczeń | [
"Wartości liczbowe dowolnych wielkości wyznaczanych eksperymentalnie zawsze odbiegają w mniejszym lub większym stopniu od wartości rzeczywistych (dokładnych). Na błąd, którym obarczony jest każdy wynik pomiarowy składają się błąd systematyczny, pozostający stały dla danej serii pomiarów lub zmieniający się w sposób przewidywalny i mający swoje źródło w np. zastosowanej metodzie pomiarowej, niedoskonałościach aparatury oraz błąd przypadkowy związany z trudnymi do zidentyfikowania i przewidzenia przyczynami, a którego wartości zmieniają się przypadkowo w serii pomiarów. Do określenia dokładności pomiaru i związanych z nim obliczeń stosuje się dwa rodzaje błędów pomiaru - błąd bezwzględny i błąd względny.",
"Jednostką błędu bezwzględnego jest miano wielkości mierzonej, dla której błąd ten jest szacowany.",
"Błąd bezwzględny jest wielkością bezwymiarową, bardzo często wyrażaną w procentach (nazywany jest wówczas błędem względnym procentowym):",
"Ponieważ wartość rzeczywista w wielu przypadkach nie jest znana, przybliża się ją przy pomocy średniej arytmetycznej wartości danej wielkości zmierzonych w serii \\( N \\) pomiarów:",
"Z pojęciem błędu bezwzględnego związana jest liczba cyrf znaczących w mierzonej lub obliczanej wartości liczbowej wielkości fizycznej. Każda z liczb naturalnych należąca do przedziału \\( [0,9] \\) może być cyfrą znaczącą. Szczególnym przypadkiem jest zero, które w zależności od położenia w danej liczbie będzie lub nie uznawane za cyfrę znaczącą. Zera znajdujące się przed pierwszą inną niż zero cyfrą w danej liczbie nigdy nie są cyframi znaczącymi - określają one jedynie rząd danej liczby. Cyfrę tę można uznać za znaczącą wówczas, gdy zajmuje pozycję pomiędzy innymi cyframi znaczącymi, lub występując na końcu liczby oznacza dokładność wyznaczenia danej wielkości.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Błąd bezwzględny",
"content": "Różnica między wartością zmierzoną \\( x \\) a wartością rzeczywistą \\( x_0 \\).\n\n\n(1)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\epsilon=x-x_0 \\)\n\n"
},
{
"name": "Definicja 2: Błąd względny",
"content": "Stosunek błędu bezwzględnego \\( \\epsilon \\) do wartości rzeczywistej \\( x_0 \\).\n\n\n(2)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\displaystyle\\delta=\\frac{\\epsilon}{x_0} \\)\n\n"
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 552 | Zaokrąglanie liczb przy dodawaniu, odejmowaniu, mnożeniu i dzieleniu | [
"Zaokrąglanie liczb polega na odcięciu z końca danej liczby cyfr, które przekraczają dokładność jej wyznaczenia. Przy zaokraglaniu liczb zastosowanie mają następujące reguły:",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 671 | Pojęcia podstawowe | [
"W toku reakcji chemicznej zachodzącej w układzie nie wymieniającym masy z otoczeniem ilości atomów poszczególnych pierwiastków pozostają stałe, zmienia się jedynie układ wiązań pomiędzy nimi - z atomów wchodzących w skład rozpadających się cząsteczek powstaja nowe związki o innej budowie i właściwościach. Niemniej, sumaryczna masa substratów zawsze jest równa całkowitej masie produktów reakcji:",
"Analogicznie do prawa zachowania masy, dla układu, w którym zachodzi reakcja chemiczna i nie mogącego wymieniać masy z otoczeniem, całkowity ładunek elektryczny dla produktów tej reakcji musi być równy sumarycznemu ładunkowi elektrycznemu substratów.",
"Poprawnie zbilansowane równanie chemiczne jest symboliczną reprezentacją prawa zachowania ładunku dla danej reakcji chemicznej. Przykładowo, dla reakcji redoks:",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 670 | Zasady ustalania stopni utlenienia pierwiastków | [
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Stopień utlenienia",
"content": "Hipotetyczny ładunek jaki posiadałby atom wchodzący w skład cząsteczki przy założeniu, że wszystkie wiązania pomiędzy atomami tworzącymi tę cząsteczkę są jonowe."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 672 | Stechiometria wzorów chemicznych | [
"Wzór związku chemicznego niesie ze sobą informacje jakie pierwiastki tworzą dany związek oraz podaje liczby atomów poszczególnych pierwiastków w cząsteczce. Niezależnie od sposobu otrzymania danego związku skład jego cząsteczki zawsze będzie taki sam, np. cząsteczka wody może być produktem m.in. reakcji spalania wodoru ( 1 ) lub zobojętniania ( 2 ). W obydwu wymienionych przypadkach woda posiada ten sam wzór chemiczny, t.j. \\( \\text{H}_{2}\\text{O} \\).",
"Dla cząsteczki wody stosunek liczby atomów wodoru do liczby atomów tlenu to 2 do 1, natomiast stosunek mas atomów pierwiastków w próbe o dowolnej wielkości jest równy stosunkowi mas molowych tych pierwiastków \\( M \\) przemnożonych przez odpowiednie współczynniki stechiometryczne i wynosi 1 do 8:",
"Analogicznie, dla cząsteczki dwutlenku węgla \\( \\text{CO}_{2} \\) można zapisać:",
"Pierwiastki posiadające kilka możliwych tworzą z atomami innego pierwiastka związki w różnych proporcjach. Przykładowo, chrom tworzy z tlenem szereg tlenków, np.: tlenek chromu(II) \\( \\text{CrO} \\), tlenek chromu(III) \\( \\text{Cr}_{2}\\text{O}_{3} \\), tlenek chromu(IV) \\( \\text{CrO}_{2} \\) oraz tlenek chromu(VI) \\( \\text{CrO}_{3} \\).",
"Z wymienionymi powyżej prawami związane jest prawo stosunków objętościowych. Przykładowo, w reakcji spalania wodoru dwie jednostki objętości (np. \\( 2\\text{ ml} \\), \\( 2\\text{ dm}^{3} \\), \\( 2\\text{ m}^{3} \\) itp.) gazowego wodoru reagują z jedną jednostką objętości gazowego tlenu dając dwie objętości wody w stanie gazowym. Stwierdzenie to jest prawdziwe dla objętości reagujących gazów zmierzonych w tych samych warukach temperatury i ciśnienia.",
"Można wyróżnić trzy rodzaje wzorów chemicznych:",
"Wzór empiryczny można otrzymać dzieląc współczynniki stechiometryczne stojące przy symbolach pierwiastków we wzorze sumarycznym przez ich największy wspólny dzielnik. Przykładowo, pojedyncza cząsteczka glukozy zbudowana jest z sześciu atomów węgla, dwunastu wodoru i sześciu tlenu:",
"Wzór empiryczny dla glukozy można utworzyć dzieląc współczynniki stechiometryczne stojące przy symbolach pierwiastków przez ich największy wspólnych dzielnik - sześć.",
"W przypadku związków, których cząsteczki zawierają pojedynczy atom przynajmniej jednego pierwiastka, wzór sumaryczny jest tożsamy ze wzorem empirycznym. Przykładem takiego związku jest kwas azotowy(V) \\( \\text{HNO}_{3} \\), w którego cząsteczce występują pojedyncze atomy wodoru i azotu, a więc nie ma możliwości dalszego uproszczenia współczynników stechiometrycznych stojących przy symbolach tych pierwiastków. Bez znajomości masy cząsteczkowej danego związku nie jest możliwa jego jednoznaczna identyfikacja w oparciu tylko o wzór empiryczny, który może być wspólny dla kilku zupełnie różnych związków posiadających własne wzory sumaryczne. Na przykład, \\( \\text{CH}_{2}\\text{O} \\) jest wspólnym wzorem empirycznym m. in. dla:",
"W przypadku aldehydu mrówkowego, wzór empiryczny jest jednocześnie jego wzorem sumarycznym.",
"Przykłady obliczeń oraz zadania do samodzielnego rozwiązania związane ze stechiometrią wzorów chemicznych można znaleźć w module Stechiometria wzorów chemicznych - przykłady obliczeń.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 554 | Stechiometria wzorów chemicznych - przykłady obliczeń | [
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 553 | Równanie chemiczne | [
"Reakcja chemiczna jest procesem, podczas którego zachodzi przemiana substancji chemicznych (substratów) w inne substancje chemiczne (produkty), które różnią się od tych pierwszych właściwościami oraz budową. Jej symboliczną reprezentacją jest równanie reakcji chemicznej (równanie chemiczne, równanie reakcji), w którym substraty zapisane są po lewej stronie równania, produkty natomiast po jego prawej stronie, przy czym równanie reakcji nie dostarcza informacji o mechanizmie reakcji chemicznej, przedstawia jedynie jej bilans.",
"Strony równania chemicznego rozdzielone mogą być strzałkami, których postać zależy od typu reakcji ( Tabela 1 ), bądź znakiem równości w przypadku, gdy interesujący jest jedynie bilans danej reakcji. Pomiędzy poszczególnymi reagentami umieszcza się znak dodawania, plus \\( (+) \\).",
"Nad lub pod strzałkami bardzo często zapisuje się informacje dotyczące warunków, przy których dana reakcja zachodzi:",
"W przypadku, gdy ważne jest podkreślenie stanów skupienia (faz) w jakich występują substraty i produkty danej reakcji, stosuje się odpowiednie litery umieszczone w nawiasie okrągłym: \\( (g) \\) - gaz, \\( (c) \\) lub \\( (l) \\) - faza ciekła, \\( (s) \\) - ciało stałe, symbol \\( (aq) \\) stosuje się dla substancji rozpuszczonych w wodzie.",
"Jeżeli w toku reakcji powstaje nierozpuszczalny lub gazowy produkt, wówczas fakt ten zaznaczany jest strzalkami pionowymi. Produkt wytrącający się z roztworu (osad), w którym zachodziła reakcja oznaczany jest strzałką skierowaną w dół \\( \\downarrow \\), strzałka ku górze \\( \\uparrow \\) zaznacza wydzielający się produkt gazowy.",
"Uzgodnione (zbilansowane) równanie reakcji jest ściśle powiązane z prawami zachowania masy, zachowania ładunku oraz zachowania energii i uzupełnione jest wówczas o współczyniki stechiometrycze stojące przed odpowiednimi składnikami równania. Z kolei równanie reakcji uzupełnione o wartość energii jaka jest pochłaniana bądź oddawana do otoczenia (patrz moduł Obliczenia termochemiczne oraz Energetyka reakcji chemicznych ) nosi nazwę równania termochemicznego. Jednakże, kiedy interesujący jest jedynie zarys przebiegu danej reakcji, współczynniki stechiometryczne są pomijane:",
"Informacje dotyczące uzgadniania reakcji chemicznych można znaleźć w module: Stechiometria równań chemicznych, sposoby bilansowania reakcji typu redoks zamieszczono w modułach: Reakcje redoks - zapis i uzgadnianie, Reakcje redoks w środowisku kwasowym oraz Reakcje redoks w środowisku zasadowym."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 673 | Stechiometria równań chemicznych | [
"Uzgadnianie równań reakcji chemicznych polega na doborze odpowiednich wartości współczynników stechiometrycznych stojących przed wzorami chemicznymi związków biorących udział w reakcji, takich, dla których spełniona jest zasada zachowania masy. Innymi słowy, sumaryczna liczba atomów danego pierwiastka po stronie substratów musi być równa całkowitej liczbie jego atomów po stronie produktów w poprawnie uzgodnionym równaniu reakcji chemicznej. W czasie bilansowania równań chemicznych niedopuszczalne jest zmienianie wzorów chemicznych związków, gdyż taka zmiana sugeruje, że reagentem jest zupełnie inna substancja niż w rzeczywistości). Równania ( 1 ) przedstawiają poprawnie oraz błędnie zbilansowane równanie reakcji spalania wodoru. Pomimo, iż masa w obydwu przypadkach jest zachowana, nieprawidłowo uzgodnione równanie błędnie sugeruje, że produktem reakcji jest nadtlenek wodoru zamiast wody.",
"Zabronione jest również wstawianie współczynników stechiometrycznych pomiędzy symbole pierwiastków tworzące wzór cząsteczki:",
"Przykłady obliczeń i zadania do samodzielnego rozwiązywania związane ze stechiometrią równań reakcji chemicznych można znaleźć w modułach Stechiometria równań chemicznych - przykłady obliczeń oraz Reakcje chemiczne w roztworach.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 674 | Stechiometria równań chemicznych - przykłady obliczeń | [
"Prawidłowo uzgodnione równanie chemiczne podaje stosunki molowe substratów i produktów biorących udział w danej reakcji. Dzięki znajomości tych realcji można z kolei obliczyć masy bądź objętości poszczególnych reagentów i odwrotnie, znając masy bądź objętości reagujących substancji można określić współczynniki stechiometryczne występujące w równaniu reakcji lub wzorze chemicznym. W module tym przedstawione zostały przykłady obliczeń dla substancji czystych (np. nie będących składnikiem mieszaniny). Przykłady obliczeń dla roztworów (mieszanin) można znaleźć w module Reakcje chemiczne w roztworach.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 557 | Reakcje chemiczne w roztworach | [
"W module tym przedstawione zostały przykłady obliczeń stechiometrycznych dla układów, w których przynajmniej jeden z reagentów jest składnikiem mieszaniny (np. roztworu). Przykłady obliczeń dla czystych reagentów można znaleźć w module Stechiometria równań chemicznych - przykłady obliczeń.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 555 | Reakcje redoks - zapis i uzgadnianie | [
"Termin \"redoks\" pochodzi od nazw sprzężonych reakcji REDukcji i OKSydacji (utleniania), w których stopnie utleniania atomów pierwiastków zmianiają się. Podczas reakcji oksydacji, stopnie utlenienia niektórych atomów wzrastają, natomiast w towarzyszącej jej reakcji redukcji stopnie utlenienia innych atomów maleją. Dla reakcji redoks procesy te są ze sobą nierozerwalnie związane i nie mogą zachodzić oddzielnie - sumaryczny wzrost stopnia utlenienia dla wszystkich atomów utlenianych musi być równy całkowitemu obniżeniu się stopnia utleniania dla atomów ulegających redukcji. Pierwiastek (lub pierwiastki), którego atomy w danej reakcji utleniają atomy innego pierwiastka (lub pierwiastków), jednocześnie same ulegają redukcji nazywany jest utleniaczem. Z kolei, pierwiastek powodujący redukcję atomów innego pierwiastka to reduktor. Uzgadniając równania reakcji typu redoks należy bilansować nie tylko masę (liczby atomów poszczególnych pierwiastków), ale również sumaryczne zmiany stopni ultenienia atomów.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 675 | Reakcje redoks w środowisku kwasowym | [
"W module Reakcje redoks - zapis i uzgadnianie przedstawiony został ogólny sposób bilansowania równań reakcji typu redoks bez rozważania wpływu odczynu roztworu. W tym module skupimy się na uzgadnianiu równań reakcji redoks zapisanych przy użyciu notacji jonowej oraz przy założeniu, że odczyn roztworu, w którym dana reakcja zachodzi jest kwasowy.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 676 | Reakcje redoks w środowisku zasadowym | [
"W module tym przedstawiono sposób uzgadaniania równań reakcji typu redoks dla środowisk o odczynie \\( pH>7 \\) podanych przy użyciu zapisu jonowego.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 556 | Energetyka reakcji chemicznych | [
"Podczas reakcji chemicznej dochodzi do tworzenia nowych związków o budowie i składzie innym niż substraty, z których powstają. Towarzyszy temu zrywanie części wiązania pomiędzy atomami w cząsteczce, a także tworzenie nowych wiązań. Z każdą reakcją chemiczną związany jest pewien efekt energetyczny. Zerwanie wiązania wymaga bowiem pochłonięcia określonej porcji energii, z kolei utworzenie nowego wiązania powoduje jej wydzielenie. Procesy te prowadzą do zmiany energii wewnętrznej układu, w którym dana reakcja zachodzi. Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, zmiana energii wewnętrznej \\( {\\Delta}U \\) układu zamkniętego (wymieniającego jedynie energię z otoczeniem) możliwa jest tylko poprzez wymianę ciepła z otoczeniem lub na drodze pracy.",
"Entalpia układu, jest z kolei sumą energii wewnętrznej układu i iloczynu cisnienia oraz objętości. Jest to energia niezbędna do utworzenia układu w próżni ( \\( U \\)) powiększona o pracę ( \\( pV \\)), jaką układ musi wykonać przeciwko siłom zewnętrznym aby uzyskać niezerową objętość.",
"Nieskończenie mała zamiana entalpii ukladu będąca wynikiem zachodzącej w tym układzie reakcji:",
"Przyjęcie warunków izobarycznych powoduje eliminację drugiego członu po prawej stronie równania ( 3 ), \\( dpV=0 \\). Po zamianie różniczek na przyrosty skończone oraz podstawieniu do równania ( 3 ) wyrażenia na zmianę energii wewnętrznej układu, równanie ( 1 ):",
"Jeżeli założymy, że układ wykonuje pracę objętościową przy stałym ciśnieniu \\( W=-p{\\Delta}V \\):",
"Ostatecznie, zmiana entalpii układu, w którym zachodzi reakcja w warunkach stałego ciśnienia równa jest ciepłu przy stałym ciśnieniu:",
"Ze względu na kierunek przepływu energii wyróżnia się reakcje egzotermiczne (egzoenergetyczne) oraz endotermiczne (endoenergetyczne).",
"Jeśli to niezbędne, efekt cieplny danej reakcji uwzględnia się w zapisie równania chemicznego. Dla reakcji endotermicznych, wartość energii pochłoniętej zapisuje się po stronie substratów, w przypadku reakcji egzotermicznych, po stronie produktów podaje się wartość bezwzględną wydzielonej energii.",
"Dzięki prawu Hessa możliwe jest wyliczenie zmiany entalpii reakcji, która dla waruków standardowych, t.j. ciśnienia \\( 10^{5}{\\text{ Pa}} \\) oraz dowolnej temperatury nosi nazwę standardowej entalpii reakcji i oznaczana jest symbolem \\( {\\Delta}_{r}H^{\\Theta} \\). Ponieważ entalpia jest funkcją stanu, wartość jej zmiany zależeć będzie jedynie od wartości entalpii w stanach końcowym i początkowym, które dla reakcji chemicznej oznaczają odpowiednio stany produktów i substratów. Prawo Hessa można wyrazić rówaniem:",
"gdzie: \\( \\nu \\) są współczynnikami stechiometrycznymi w równaniu reakcji, \\( {\\Delta}_{f}H^{\\Theta} \\) to standardowe molowe entalpie tworzenia dla substratów i produktów danej reakcji.",
"Przykładowo, najtrwalszą odmianą tlenu w temperaturze \\( 25^{\\circ}{\\text{C}} \\) i ciśnieniu \\( 10^{5}{\\text{ Pa}} \\) są cząsteczki dwuatomowe tego pierwiastka: \\( \\text{O}_{2} \\). Z kolei najtrwalszą odmianą węgla w tych warunkach jest grafit, natomiast dla wysokich temperatur i ciśnień stabilną odmianą jest diament. Jeżeli w reakcji bierze udział reagent będący w stanie podstawowym, przyjmuje się dla niego, że wartość standardowej molowej entalpii tworzenia wynosi zero. Reagentami takimi mogą być pojedyncze atomy pierwiastków, bądź w przypadku gazów innych niż szlachetne, cząsteczki tych gazów w najtrwalszej w danych warunkach odmianie. Wartości standardowych molowych entalpii tworzenia związków są stabelaryzowane i zawsze podawane są dla ciśnienia standardowego (t.j. \\( 10^{5}{\\text{ Pa}} \\)) oraz zwykle dla temperatury \\( 25^{\\circ}{\\text{C}} \\). Jednostką standardowej molowej entalpii tworzenia (oraz standardowej entalpii reakcji) jest:",
"Wartość zmiany entalpii reakcji nie jest zależna od drogi prowadzenia danej reakcji, zależy jedynie od wartości entalpii w stanie końcowym (stan produktów reakcji) oraz w stanie początkowym (stan substratów). Innymi słowy, na wartość entalpii reakcji nie wpływa ilość reakcji pośrednich prowadzących do uzyskania określonych produktów z tych samych substratów.",
"Zmiana entalpii reakcji (oraz entalpia w ogólności) jest zależna od warunków ciśnienia i temperatury w jakich została wyznaczona. Termochemiczne prawo Kirchhoffa pozwala na przeliczenie wartości standardowej entalpii reakcji dla pewnej temperatury \\( T_{2} \\) jeżeli znana jest wartość tej wielkości w temperaturze \\( T_{1} \\). Zależność standardowej entalpii reakcji od temperatury można wyprowadzić z definicji pojemności cieplnej1:",
"Dla warunków izotermicznych ciepło równe jest zmianie entalpii:",
"Scałkowanie tego równania oraz zastąpienie pojemności cieplnej przez zmianę standardowej pojemności cieplnej reakcji daje zależność wyrażającą prawo Kirchhoffa:",
"Standardowa zmiana pojemności cieplnej reakcji dana jest równaniem analogicznym jak ( 8 ) i jest zmianą pojemności cieplnej reakcji dla warunków standardowych:",
"gdzie: \\( \\nu \\) są współczynnikami stechiometrycznymi w reakcji, \\( C_{p}^{\\Theta} \\) oznacza standardowe ciepło molowe danego reagenta. Przy niewielkiej różnicy temperatur (do \\( 100{\\text{ K}} \\)) przyjmuje się, że \\( C_{p}^{\\Theta} \\) nie zależy od temperatury - ma stałą wartość w danym zakresie. Dla większych różnic temperatur, stosuje się funkcję:",
"Jednostką zmiany standardowej pojemności cieplnej reakcji jest:",
"Przykłady obliczeń oraz zadania do samodzielnego rozwiązania oparte na prawach Hessa oraz Kirchhoffa można znaleźć w module Obliczenia termochemiczne.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4], [5]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Standardowa molowa entalpia tworzenia, \\( {\\Delta}_{f}H^{\\Theta} \\)",
"content": "Jest to entalpia utworzenia 1 mola danego związku z pierwiastków w ich stanach podstawowych."
},
{
"name": "Definicja 2: Stan podstawowy pierwiastka",
"content": "Najtrwalsza odmiana pierwiastka w danych warunkach."
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 558 | Obliczenia termochemiczne | [
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4]."
] | [] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 559 | Entalpia swobodna i kierunek reakcji chemicznej | [
"Dla procesów zachodzących w warunkach stałej temperatury i stałego ciśnienia (izotermiczno-izobarycznych), zmiana entalpii swobodnej dana jest równaniem ( 2 ).",
"Z drugiej zasady termodynamiki wiadomo, że zmiana całkowitej entropii wszechświata ma tendencję do wzrostu:",
"Zmiana entropii otoczenia równa jest ujemnemu ilorazowi zmiany entalpii układu i temperatury, można więc zapisać:",
"Jak można zauważyć, prawe strony równań ( 2 ) oraz ( 4 ) są takie same, zmiana entalpii swobodnej procesu zachodzącego w warunkach stałej temperatury i stałego ciśnienia jest proporcjonalna do zmiany entropii całkowitej z przeciwnym znakiem:",
"Warunkiem samorzutności dowolnego procesu jest aby zmiana całkowitej entropii była większa od zera, z kolei dla procesów izotermiczno-izobarycznych warunkiem tym jest aby zmiana entalpii swobodnej przyjmowała wartości mniejsze od zera.",
"Dla układu, w którym zachodzi proces izobaryczno-izotermiczny, zmiana entalpii swobodnej równa jest także maksymalej pracy nieobjętościowej, jaką może wykonać układ (jest to praca nie związana ze zmianą jego objętości). Przykładem takiej pracy jest praca elektryczna dla ogniwa galwanicznego. Praca nieobjetościowa jest z kolei różnicą prac maksymalnej (odwracalnej) oraz objętościowej.",
"Dla reakcji chemicznej przebiegającej w warunkach stałego ciśnienia i tempreratury, w której biorą udział reagenty w stanie standardowym można zapisać zmianę standardowej entalpii swobodnej reakcji.",
"Wzór ten jest prawdziwy dla układów, w których następuje przemiana czystych substratów w czyste produkty, a więc żaden z reagentów nie jest składnikiem mieszany lub roztworu. Poprzez analogię do prawa Hessa, równanie na \\( {\\Delta}_{r}G^{\\Theta} \\) można zapisać jako różnicę sum iloczynów współczynników stechiometrycznych oraz zmian standardowych entalpii swobodnych tworzenia dla produktów i substratów:",
"Jeżeli reakcja zachodzi w mieszaninie reagentów, wówczas w miejsce zmiany standardowej entalpii swobodnej reakcji stosuje się zmianę entalpii swobodnej reakcji \\( {\\Delta}_{r}G \\). Pomiędzy \\( {\\Delta}_{r}G^{\\Theta} \\) a \\( {\\Delta}_{r}G \\) istnieje relacja poprzez iloczyn reakcji \\( Q \\), równanie ( 10 ).",
"Przykładowo, dla reakcji danej równaniem ( 11 ) iloraz \\( Q \\) równy jest stosunkowi iloczynów aktywności poszczególnych reagentów podniesionych do odpowiednich potęg.",
"Znak zmiany entalpii swobodnej reakcji pozwala określić kierunek zachodzenia danej reakcji:",
"Dla odwracalnej reakcji w stanie równowagi można zapisać:",
"Wiekość \\( K \\) jest stałą równowagi reakcji odwracalnej.",
"Przykłady obliczeń opartych na entaplii swobodnej można znaleźć w module Entalpia swobodna reakcji - przykłady obliczeń.",
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4], [5]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Entalpia swobodna, funkcja Gibbsa",
"content": "\nTermodynamiczna funkcja stanu dana równaniem:\n\n(1)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( G=H-TS=U+pV-TS \\)\n\ngdzie: \\( G \\) - entalpia swobodna, \\( H \\) - entalpia, \\( T \\) - temperatura w skali bezwzględnej, \\( S \\) - entropia, \\( U \\) - energia wewnętrzna, \\( p \\) - ciśnienie, \\( V \\) - objętość.\n\n"
}
] |
Chemia | Chemia ogólna | Rozdział 5. Reakcje i obliczenia chemiczne | 560 | Entalpia swobodna reakcji - przykłady obliczeń | [
"Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4]."
] | [] |
End of preview. Expand
in Dataset Viewer.
Open Coursebooks PL (based on https://epodreczniki.open.agh.edu.pl/)
- Downloads last month
- 37