Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Transkrypt

1 Chemia nieorganiczna 1. Układ okresowy metale i niemetale 2. Oddziaływania inter- i intramolekularne 3. Ciała stałe rodzaje sieci krystalicznych 4. Przewodnictwo ciał stałych

2 Pierwiastki 1 1 H 3 Li 11 Na 19 K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Be 12 Mg 20 Ca 38 Sr 56 Ba 88 Ra 21 Sc 39 Y 57 La 89 Ac 22 Ti 40 Zr 72 Hf 104 Unq 23 V 41 Nb 73 Ta 105 Unp metale 24 Cr 42 Mo 74 W 106 Unh 25 Mn 43 Tc 75 Re 107 Uns 26 Fe 44 Ru 76 Os 108 Uno 27 Co 45 Rh 77 Ir 109 Une niemetale Ni 46 Pd 78 Pt 110 Uun 29 Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu 30 Zn 48 Cd 80 Hg 5 B 13 Al 31 Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si 32 Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P 33 As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S 34 Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl 35 Br 53 I 85 At 18 2 He 10 Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 2

3 Pierwiastki 1 1 H 3 Li 11 Na 19 K 37 Rb 55 Cs 87 Fr 4 Be 12 Mg 20 Ca 38 Sr 56 Ba 88 Ra 21 Sc 39 Y 57 La 89 Ac 22 Ti 40 Zr 72 Hf 104 Unq 23 V 41 Nb 73 Ta 105 Unp 24 Cr 42 Mo 74 W 106 Unh 25 Mn 43 Tc 75 Re 107 Uns 26 Fe 44 Ru 76 Os 108 Uno gazy ciecze Co 45 Rh 77 Ir 109 Une 28 Ni 46 Pd 78 Pt 110 Uun 29 Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu 30 Zn 48 Cd 80 Hg 5 B 13 Al 31 Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si 32 Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P 33 As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S 34 Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl 35 Br 53 I 85 At 18 2 He 10 Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 3

4 Jakie siły wiążą cząsteczki pomiędzy sobą? 4

5 Rodzaje oddziaływań siła oddziaływania Jonowe Dipolowe Dyspersyjne jon-jon (intra) dipol-dipol (inter) dipol indukowany-dipol indukowany (inter) 5

6 Rodzaje oddziaływań Jonowe Dipolowe Dyspersyjne e + - 6

7 Rodzaje oddziaływań Jonowe Dipolowe Dyspersyjne cząsteczki spolaryzowane=dipole +δ -δ 7

8 Rodzaje oddziaływań Jonowe Dipolowe Dyspersyjne cząsteczki spolaryzowane=dipole moment dipolowy 0 +δ -δ µ = δ. l 8

9 Rodzaje oddziaływań + + Jonowe Dipolowe + + Dyspersyjne cząsteczki polarne=dipole moment dipolowy µ = δ. l Attraction Repulsion 9

10 Rodzaje oddziaływań cząsteczka H 2 O Jonowe Dipolowe Dyspersyjne Bonding pair H O Lone pair Bonding pair H (b) Lone pair - O H + H 10

11 Rodzaje oddziaływań Jonowe Dipolowe Dyspersyjne Wiązania wodorowe rodzaj oddziaływania: 90% dipol-dipol 10% kowalencyjne H cząsteczka H 2 O O - + H 11

12 Rodzaje oddziaływań Jonowe Dipolowe Dyspersyjne Wiązania wodorowe rodzaj oddziaływania: 90% dipol-dipol 10% kowalencyjne H cząsteczka H 2 O O - + H 12

13 Rodzaje oddziaływań Jonowe Dipolowe Dyspersyjne 10_ H 2 O Groupa 6A Temperatura wrzenia, C Wiązania wodorowe HF 0 Groupa 7A NH H 3 2 Se H 2 S AsH 3 HCl Groupa 5A HBr GeH 100 PH 4 3 Groupa 4A SiH 4 H 2 Te SbH 3 HI SnH 4 CH okres 13

14 1 1 H 3 Li 11 Na 19 K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Be 12 Mg 20 Ca 38 Sr 56 Ba 88 Ra 21 Sc 39 Y 57 La 89 Ac 22 Ti 40 Zr 72 Hf 104 Unq 23 V 41 Nb 73 Ta 105 Unp metale Cr 42 Mo 74 W 106 Unh 25 Mn 43 Tc 75 Re 107 Uns 26 Fe 44 Ru 76 Os 108 Uno 27 Co 45 Rh 77 Ir 109 Une 28 Ni 46 Pd 78 Pt 110 Uun 29 Cu 47 Ag 79 Au Wiązania wodorowe niemetale 111 Uuu 30 Zn 48 Cd 80 Hg 5 B 13 Al 31 Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si 32 Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P 33 As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S 34 Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl 35 Br 53 I 85 At 18 2 He 10 Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 14

15 Rodzaje oddziaływań Jonowe Dipolowe Dyspersyjne Wiązania wodorowe Rodzaj atomów: - duża elektroujemność - małe rozmiary - wolna para elektronowa Charakter wiązania - wiązanie donorowoakceptorowe - orbitale molekularne zdelokalizowane - energia wiązania 20kJ/mol 15

16 Rodzaje oddziaływań Jonowe Dipolowe Dyspersyjne Wiązania wodorowe DNA 16

17 Rodzaje oddziaływań Jonowe Dipolowe Dyspersyjne atomy lub cząsteczki niepolarne moment dipolowy =0 polaryzowalność 0 moment dip. indukowany oddziaływania Londona, Van der Waalsa 17

18 Rodzaje oddziaływań 211 Jonowe Dipolowe Dyspersyjne polaryzowalność 0 moment dip. Indukowany zależy od rozmiarów cząsteczek Atom A Atom B No polarization δ + + Atom A Atom B Instantaneous dipole on atom A induces a dipole on atom B Atom A δ δ δ + δ δ Atom B H H H H Molecule A Molecule A No polarization Molecule B δ + δ H H H H Molecule B Instantaneous dipole on molecule A induces a dipole on molecule B δ Molecule A δ + δ H H H H Molecule B δ + 18

19 Rodzaje oddziaływań p=1 atm Jonowe Dipolowe Dyspersyjne Pierwiastek He * Ne Ar Kr Xe Temperatura krzepnięcia, C Film: LONDON.MOV * p>1 atm 19

20 Rodzaje oddziaływań Przykład 1 Jakie oddziaływania występują pomiędzy cząsteczkami? NH 4 Cl CF 3 (CF 2 CF 2 ) n CF 3 (teflon) CH 3 (CH 2 CH 2 ) n CH 3 (polietylen) CHCl 3 BaSO 4 P 4 NO BF 3 20

21 Rodzaje oddziaływań Przykład 2 Dla której cząsteczki w parze oddziaływania są większe? CO 2 OCS PF 3 PF 5 CH 3 CH 2 CH 2 NH 2 NH 2 CH 2 CH 2 NH 2 HF HBr SO 3 SO 2 CH 3 OH H 2 CO 21

22 Rodzaje oddziaływań Przykład 3 Uzasadnij różnice w temperaturach wrzenia: CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH o C n-pentan CH 3 CH 3 CH 3 C 9.5 o C neopentan CH 3 22

23 Rodzaje oddziaływań Przykład 3 Uzasadnij różnice w temperaturach wrzenia: CH 3 OCH 3-25 o C eter dimetylowy CH 3 CH 2 OH 79 o C alkohol etylowy 23

24 Rodzaje oddziaływań Przykład 3 Uzasadnij różnice w temperaturach wrzenia: CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH o C n-pentan CH 3 CH 2 CH 3-42 o C n-propan 24

25 Rodzaje oddziaływań Przykład 3 Uzasadnij różnice w temperaturach wrzenia: CH 3 OCH 3-25 o C eter dimetylowy CH 3 CH 2 CH 3-42 o C n-propan 25

26 Rodzaje oddziaływań Przykład 3 Uzasadnij różnice w temperaturach wrzenia: HCl -85 o C LiCl 1360 o C 26

27 Ciała stałe Struktury krystaliczne 1. Co to jest sieć krystaliczna? 2. Jakie są rodzaje sieci? 3. Jakie są rodzaje krystalicznych ciał stałych? 27

28 Ciała stałe Struktury krystaliczne komórka elementarna typ sieci przykład Simple cubic Polonium metal regularna 28

29 Ciała stałe Struktury krystaliczne komórka elementarna typ sieci przykład Uranium metal Body-centered cubic bcc regularna przestrzennie centrowana 29

30 Ciała stałe Struktury krystaliczne komórka elementarna typ sieci przykład Gold metal Face-centered cubic fcc regularna płasko centrowana 30

31 Ciała stałe Unit cell Lattice Example Struktury krystaliczne Simple cubic Polonium metal Uranium metal Body-centered cubic Gold metal Face-centered cubic 31

32 Ciała stałe Struktury krystaliczne Jak je określać? XRD X-ray diffraction dyfrakcja promieni rentgenowskich 32

33 Ciała stałe Struktury krystaliczne XRD X-ray diffraction dyfrakcja promieni rentgenowskich promienie padające promienie odbite Równanie Braggów θ w θ nλ = 2d sin ( θ ) x θ θ d z y 33

34 Ciała stałe Rodzaje krystalicznych ciał stałych = C = Cl = Na + = H 2 O atomowe jonowe molekularne 34

35 Ciała stałe Rodzaje krystalicznych ciał stałych atomowe molekularne jonowe metaliczne niemetaliczne/ kowalencyjne grupa 8 w węźw ęźle sieci atomy metalu atomy niemetalu atomy gr. 8 cząsteczki jony wiązania/ oddziaływania kowalencyjne zdelokalizowane kowalencyjne skierowane dyspersyjne dipolowe dyspersyjne jonowe 35

36 Sieci krystaliczne atomowe 36

37 Metale 1 1 H 3 Li 11 Na 19 K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Be 12 Mg 20 Ca 38 Sr 56 Ba 88 Ra 21 Sc 39 Y 57 La 89 Ac 22 Ti 40 Zr 72 Hf 104 Unq 23 V 41 Nb 73 Ta 105 Unp metale 24 Cr 42 Mo 74 W 106 Unh 25 Mn 43 Tc 75 Re 107 Uns 26 Fe 44 Ru 76 Os 108 Uno 27 Co 45 Rh 77 Ir 109 Une niemetale Ni 46 Pd 78 Pt 110 Uun 29 Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu 30 Zn 48 Cd 80 Hg 5 B 13 Al 31 Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si 32 Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P 33 As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S 34 Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl 35 Br 53 I 85 At 18 2 He 10 Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 37

38 Metale Sposoby ciasnego upakowania sieci 38

39 Metale Sposoby ciasnego upakowania sieci sieć heksagonalna - hcp 8 A B Top view A Atom in third layer lies over atom in first layer. hcp 39

40 Metale Sposoby ciasnego upakowania sieci sieć hcp fcc 40

41 Metale Sposoby ciasnego upakowania sieci fcc hcp 41

42 Przykłady Metale Metal Crystal Structure Atomic Radius (nm) Aluminum FCC Cadmium HCP Chromium BCC Cobalt HCP Copper FCC Gold FCC Iron (Alpha( Alpha) BCC Lead FCC Magnesium HCP Molybdenum BCC Nickel FCC Platinum FCC Silver FCC Tantalum BCC Titanium (Alpha) HCP Tungsten Zinc BCC HCP

43 Metale Wiązania struktura pasmowa energia 3s 1 Na 43

44 Metale Wiązania struktura pasmowa energia pasmo przewodnictwa 44

45 Metale Przewodniki struktura pasmowa energia 3p pasmo przewodnictwa najniższy nieobsadzony poziom 3s najwyższy obsadzony poziom Na pasmo walencyjne 45