Andrzej Kotarba Zakład Chemii ... - chemia.uj.edu.pl · CHEMIA NIEORGANICZNA Andrzej Kotarba...

CHEMIA NIEORGANICZNA

Andrzej Kotarba

Zakład Chemii Nieorganicznej

Wydział Chemii

I piętro p. 138

WYKŁAD - 1

RÓWNOWAGA

PRZEMIANA

STRUKTURA

w poprzednim odcinku

w poprzednim odcinku

poziomy opisu materii

subatomowy → fizyka

atomowy → fizyka i chemia

molekularny → chemia

mikroskopowy → chemia i nauka o materiałach

makroskopowy → mechanika i inżynieria materiałowa

w poprzednim odcinku

CHEMIA jest nauka, która zajmuje się otrzymywaniem, oraz wszechstronnym badaniem właściwości, struktury a także reakcji chemicznych pierwiastków i ich połączeń

o substancjach, o ich właściwościach, oddziaływaniach wzajemnych i reakcjach chemicznych oraz efektach towarzyszących tym oddziaływaniom bądź reakcjom

e -

e -

n

n

i+

i+

E

E

B

B

T

T

P

P

hv

hvsample

diagram oddziaływań

Dziedziny chemii

Chemia czysta

(pure chemistry)

Chemia stosowana

(applied chemistry)

Nieorganiczna,Organiczna (połączenia C i H),

Fizyczna,

Teoretyczna

Analityczna,

Technologia chemiczna,

Inżynieria chemiczna,

Inżynieria materiałowa

IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)

Chemia ciała stałego, chemia powierzchni i materiałów, krystalochemia,

Podział substancji

substancje chemiczne

proste

PIERWIASTKI

- ostateczny wynik analizy

- jeden rodzaj atomów

złożone

ZWIĄZKI CHEMICZNE

- charakterystyczne właściwości

- niezmienność składu

izomery, polimorfizm, niestechiometryczność

substancje

właściwości struktura reakcje

efekty

towarzyszące

środowisko

KLASYCZNE PRAWA CHEMICZNE

Prawo zachowania masy (Lavoisier 1785)

Prawo stałych stosunków wagowych (Proust, 1779)

Prawo stosunków wielokrotnych (Dalton, 1808)

Prawo objętościowe Gay-Lussac (1805)

Hipoteza Avogadra (1811)

SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE

tlen O 1 atom tlenu 1 mol atomów tlenu

wodór H2 1 cząsteczka

wodoru

1 mol dwuatomowych cząsteczek wodoru

woda H2O 1 cząsteczka

wody

1 mol cząsteczek wody

chlorek sodu

NaCl KRYSZTAŁ 1 mol chlorku sodu

H2 + O2 = 2H2O

STECHIOMETRIA REAKCJI

∑ viMi = 0

Mi – reagenty

vi – współczynniki stechiometryczne

dla substratów znak -

dla produktów znak +

i = 1

n

ILOŚĆ SUBSTANCJI (n)

1 mol cząstek = liczbie atomów zawartych w 12g węgla 12C

1 mol = 6,023 1023 cząstek

1 mol wodoru określenie nieścisłe

1 mol H lub 1 mol H2

(stała Avogadra) NA = 6,023 1023 mol-1

n =

N – liczba cząstek w próbce

N

NA

Jeżeli stwórca na początku wszechświata stworzył 1 mol €i wyrzuca 1000 € na 1 s ile moli wyrzucił do dziś?

ZADANIE

ROZWIĄZANIE

BIG BANG miał miejsce 13,7 mld lat temu

Nobel 2006 John C. Mather & George F. Smoot

zatem: 13,7 × 109 × 365 × 24 × 60 × 60 × 1000 = 1,1 × 1020 €

1,1 × 1020

1 mol € to 6,02 × 1023= 0,002 mola !!!

dni h min s €

Rozkład przedstawia stosunek obsadzeń Ni/Nj przez obiekty mikroskopowe dla dwu stanów "i", "j" różniących się energią:

Ni/Nj = gi/gj exp(-ΔEij/kT)

gdzie:Ni,Nj liczba obiektów w stanach "i", "j" ΔEij = Ei − Ej – różnica energii dla stanów "i", "j" k – stała Boltzmanna, k = R/NA (R – stała gazowa, NA – stała Avogadra) T – temperatura

Rozkład Boltzmannapozwala określić

funkcję rozkładu energii

dla układów

zawierających duże liczby

obiektów i można

stosować do nich metody

termodynamiki

statystycznej, np. do gazu

doskonałego lub gazu

rzeczywistego.

Masa molowa (M)

Oblicz masę molową kalcytu MCaCO3

ROZWIĄZANIE

1 Ca2+ 40,08 g

1 CO32-

1 C 12,01 g

3 O 3 · 16,00 = 48,00 g

Masa 1 mola CaCO3 = 100,09 g

www.foto.pwsk.pl

MCaCO3 = 100,09 g mol-1

The silicon chip is the most significant inventionof the past 50 years, according to CNN.com users

Masa krzemu w mikroprocesorze wynosi 5.68 mg.

Ile atomów Si wchodzi w jego skład?

5.68 mg Si = 5,68 · 10-3 g Si

5,68 · 10-3 g Si / 28.09 gmol-1 = 2,02 · 10-4 mol Si

2,02 · 10-4 mol Si · 6,023 · 1023 atomów Si = 1,22 · 1020 atomów Si

ROZWIĄZANIE

N2 + H2 = NH323

wagowy 14 3 17

objętościowy 1 3 2

28 g 6 g 34 g

stosunek

SYNTEZA AMONIAKUMasa molowa

N = 14 gmol-1

H = 1 gmol-1

NH3 = 17 gmol-1

N2 + 2H2 = N2H4

objętościowy 1 2 1

wagowy 7 1 8

stosunek

N2 + H2 = X

inna reakcja N2 i H2

x/2 N2 + y/2 O2 = NxOy

stosunek

AZOT : TLEN

Tlenek azotu(I) N2O 28 g 16 g

Tlenek azotu(II) NO 32 g

Tlenek azotu(III) N2O3 48 g

Tlenek azotu(IV) NO2 64 g

Tlenek azotu(V) N2O5 80 g

PRAWO STOSUNKÓW WIELOKROTNYCH

Nie tylko prawo zachowania masy ale i ładunku

2MnO4- + 6H+ + 5H2O2 = 2Mn2+ + 8H2O + 5O2

- 2 + 6 = + 4

Uwaga:

fazy (związki) niestechiometryczne

Fe1-xO ZnO1+x

www.phys.ucl.ac.uk

AFM images of a calcium atom and an oxygen vacancy on a MgO surface

http://www.kns.b2me.pl/art-atomic-force-microscopy