Podstawowe pojęcia chemiczne. 1. Substancje chemiczne ( pierwiastki i związki chemiczne). Substancja to rodzaj materii posiadający : ściśle określone właściwości, za pomocą których można ją zidentyfikować określony stały skład chemiczny Właściwości substancji: fizyczne stan skupienia, barwa, rozpuszczalność w wodzie, gęstość, temperatura topnienia, temperatura wrzenia, przewodzenie prądu i ciepła chemiczne palność, zapach, smak, zdolność do reagowania z innymi substancjami Podział substancji: proste pierwiastki złożone związki chemiczne Pierwiastek jest zbiorem atomów o takiej samej liczbie atomowej. Najmniejszą częścią pierwiastka reprezentującą jego właściwości jest atom. Pierwiastki dzielimy na: metale np. miedź, potas, wapń półmetale np. krzem, bor, arsen niemetale np. węgiel, tlen, siarka Związek chemiczny jest złożony z dwóch lub więcej pierwiastków połączonych ze sobą wiązaniami chemicznymi,np. woda, dwutlenek węgla, węglan wapnia Najmniejszą częścią związku chemicznego reprezentującą jego właściwości jest cząsteczka.
Podział związków chemicznych: związki nieorganiczne - tlenki E x O y - kwasy H n R - zasady M(OH) m - sole M n R m związki organiczne - węglowodory ( nasycone, nienasycone) - pochodne węglowodorów ( alkohole, kwasy karboksylowe, estry, cukry, aminokwasy, białka, tłuszcze). 2. Przemiany zachodzące w otoczeniu człowieka. Przemiana fizyczna ( zjawisko fizyczne) to przemiana, w wyniku której nie powstaje żadna nowa substancja; zmieniają się tylko właściwości fizyczne substancji np. zmiany stanu skupienia - Topnienie (ciało stałe ciecz) - Krzepnięcie ( ciecz ciało stałe) - parowanie ( ciecz gaz) - skraplanie ( kondensacja) (gaz ciecz) - sublimacja ( ciało stałe gaz) - resublimacja ( gaz ciało stałe) Przemiana chemiczna ( reakcja chemiczna) to przemiana, w wyniku której powstaje nowa substancja o innych właściwościach np. spalanie parafiny, rdzewienie żelaza, oddychanie 3. Mieszaniny chemiczne podział i rozdzielanie Mieszaniny zmieszane ze sobą co najmniej dwie substancje chemiczne. Z mieszaniną mamy do czynienia wówczas, gdy spełnione są następujące warunki: stosunek składników jest dowolny właściwości są cechami składników możliwe jest rozdzielenie mieszaniny na części składowe przy zastosowaniu metod fizycznych.
PODZIAŁ MIESZANIN: mieszanina jednorodna to mieszanina, której składników nie można zobaczyć gołym okiem lub za pomocą prostych przyrządów optycznych (lupa, mikroskop), np. roztwór cukru z wodą, powietrze, stopy metali (brąz, mosiądz, stal nierdzewna) mieszanina niejednorodna to mieszanina, której składniki można zobaczyć gołym okiem lub za pomocą prostych przyrządów optycznych, np. piasek z wodą, opiłki żelaza z siarką, piasek z makiem. Powyższe mieszaniny możemy rozdzielić stosując metody fizyczne. Sposoby rozdzielania niektórych mieszanin jednorodnych: krystalizacja destylacja Krystalizacja polega na wydzieleniu się z roztworu substancji w postaci kryształów wskutek, np. odparowania cieczy. Destylacja to rozdzielenie mieszaniny ciekłej jednorodnej, z wykorzystaniem różnic temperatur wrzenia różnych cieczy. Sposoby rozdzielania niektórych mieszanin niejednorodnych: dekantacja filtracja ( sączenie) sedymentacja Dekantacja polega na oddzieleniu ciała stałego od cieczy przez zlanie klarownej cieczy znad osadu. Filtracja ( sączenie) to przelewanie mieszaniny cieczy z ciałem stałym przez sączek z bibuły. Sedymentacja opadanie na dno naczynia cząstek ciała stałego w cieczy pod wpływem siły ciężkości.
A teraz sprawdź, czy potrafisz wykonać poniższe zadania. Zadanie.1. W jaki sposób rozdzielisz na składniki mieszaninę pieprzu i cukru? Zadanie.2. Przyporządkuj rodzajom mieszaniny oznaczonym cyframi sposoby ich rozdzielenia oznaczone literami: 1. woda i sól A. sączenie 2. siarka i woda B. destylacja 3. ropa naftowa C. krystalizacja Zadanie.3. Przemianą chemiczna nie jest: a. smażenie jajecznicy b. rdzewienie żelaza c. spalanie węgla d. topnienie parafiny Zadanie.4. Roztwór właściwy otrzymany w wyniku rozpuszczenia soli kuchennej w wodzie to: a. pierwiastek chemiczny b. związek chemiczny c. mieszanina jednorodna d. mieszanina niejednorodna Zadanie.5. Podane poniżej substancje zakwalifikuj do następujących grup:
a. metale b. niemetale c. mieszaniny jednorodne d. mieszaniny niejednorodne magnez, wodór, brąz, siarka z woda, azot, cynk, wapń, powietrze, mąka z woda, ocet z wodą, roztwór soli kuchennej, mosiądz, siarka, złoto, tlen. Zadanie 6. Na lekcjach chemii badano właściwości: żelaza, węgla, cukru, miedzi i magnezu. Który z zestawów badanych substancji zawiera tylko niemetale? A Węgiel, siarka, tlen. B Węgiel, magnez, miedź C Miedź, tlen, cukier. D Żelazo, miedź, magnez. Zadanie 7. Związek chemiczny to: A mieszanina kilku pierwiastków; B substancja złożona, będąca połączeniem co najmniej dwóch pierwiastków; C substancja prosta, której nie można rozłożyć na substancje prostsze; D każda substancja. Zadanie 8. Która z wymienionych substancji jest pierwiastkiem? A Powietrze. B Dwutlenek węgla. C Tlen. D Tlenek magnezu. Zadanie 9. W czterech cylindrach znajdują się różne gazy: powietrze, tlen, wodór i dwutlenek węgla. Do każdego z nich wprowadzono palące się łuczywko. Który z gazów zapalił się? A Dwutlenek węgla. B Powietrze C Tlen D Wodór. Zadanie 10. W skład każdego tlenku metalu wchodzi: A metal i powietrze; B metal i tlen; C metal i woda; D dwa metale o różnych właściwościach.
Zadanie 11. Wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze jest spowodowany: A rozwojem przemysłu i motoryzacji; B zmniejszaniem powierzchni lasów; C spalaniem paliw; D wszystkie odpowiedzi są poprawne. Odpowiedzi: 1.Dolewamy wody do pieprzu i cukru, następnie filtrujemy( na sączku pozostanie pieprz), a roztwór cukru i wody poddajemy krystalizacji. 2. 1 c 2 a 3 b 3. d 4. c 5. metale Mg, Zn, Ca, Au niemetale wodór, azot, siarka, tlen mieszaniny jednorodne brąz, powietrze, ocet z wodą, roztwór soli kuchennej, mosiądz mieszaniny niejednorodne siarka z wodą, mąka z wodą 6. a 7. b 8. c 9. d 10. b 11. d 4. Właściwości wybranych pierwiastków. Substancja Właściwości fizyczne Właściwości chemiczne Azot N 2 Gaz, bezbarwny, bezwonny, nieco lżejszy od powietrza, trudno rozpuszczalny w wodzie Mało aktywny chemicznie, niepalny i nie podtrzymujący palenia Wodór H 2 Tlen O 2 Gaz najlżejszy, bezbarwny, bezwonny, nie rozpuszcza się w wodzie Gaz, bezbarwny, bezwonny, trudno rozpuszczalny w wodzie Spala się w tlenie z charakterystycznym trzaskiem, reaguje z siarką, azotem, chlorem Niepalny, podtrzymuje palenie ( rozżarzone łuczywko rozpala się), aktywny chemicznie,
reaguje z pierwiastkami tworząc tlenki 5. Powietrze to mieszanina jednorodna gazów, bezbarwnych, bez smaku i zapachu. Skład powietrza: Azot 78% Tlen 21% Inne gazy 1% ( gazy szlachetne, dwutlenek węgla, wodór, para wodna, pyły, zanieczyszczenia). To warto wiedzieć. Dziura ozonowa: ubytek ozonu w atmosferze ziemskiej spowodowany freonami, tlenkami azotu. Ozon pochłania część promieniowania ultrafioletowego docierającego do Ziemi ze Słońca. Niektóre rodzaje promieniowania ultrafioletowego są szkodliwe dla organizmów żywych, ponieważ mogą uszkadzać komórki (oparzenia) oraz materiał genetyczny komórek. U ludzi i zwierząt mogą wywoływać zmiany nowotworowe. Organizm ludzki broni się przed ultrafioletem, wytwarzając barwnik (melaninę), powodujący pochłanianie promieniowania w warstwie powierzchniowej skóry. Ozon odmiana alotropowa tlenu O 3. Cząsteczki są zbudowane z 3 atomów. Alotropia zjawisko występowania pierwiastków w różnych odmianach, różniących się strukturą wewnętrzną, np. węgiel grafit, diament, fullereny Kwaśne opady powstają z powodu emisji do atmosfery zanieczyszczeń w postaci tlenków siarki i azotu. Powodują niszczenie środowiska naturalnego i zabytków. Smog pochodzi od angielskich słów: smoke dym i fog mgła. Jest to zanieczyszczone powietrze zawierające duże stężenia pyłów i toksycznych gazów, których źródłem jest głównie motoryzacja i przemysł.
Efekt cieplarniany Krótkofalowe promieniowanie słoneczne, głównie promieniowanie świetlne, dociera do Ziemi i ją ogrzewa. Z powierzchni Ziemi wysyłane jest ono jako długofalowe promieniowanie podczerwone, które ma niższą częstotliwość i może być pochłaniane przez znajdujące się w atmosferze gazy śladowe, między innymi dwutlenek węgla. Wzrost ilości dwutlenku węgla w atmosferze powoduje, że jego warstwa zaczyna pełnić funkcję podobną do szyby w szklarni. Prowadzi to do ocieplenia dolnej warstwy atmosfery, a więc i powierzchni Ziemi. Nadmierna ilość gazów cieplarnianych (dwutlenek węgla, metan, tlenki azotu, ozon, freony) w atmosferze powoduje zwiększenie naturalnej absorpcji promieniowania cieplnego, co może doprowadzić do globalnego wzrostu temperatury i zmian klimatycznych, zagrażających nawet istnieniu życia na Ziemi. Atomy, cząsteczki, jony. Atom to najmniejsza część pierwiastka, która reprezentuje jego właściwości i bierze udział w reakcjach chemicznych. Z czego składa się atom? Każdy atom składa się z: jądra dodatnio naładowanego, w skład którego wchodzą protony i neutrony ujemnie naładowanej chmury elektronowej Cząstki elementarne to: proton ma ładunek elektryczny +1 neutron ma ładunek obojętny elektron ma ładunek elektryczny -1 współczynnik stechiometryczny 3 Na 3 atomy sodu symbol pierwiastka Rdzeń atomowy to jądro i elektrony niewalencyjne
Elektrony walencyjne to elektrony biorące udział w reakcjach chemicznych tworzące wiązania chemiczne. W atomach pierwiastków grup głównych są to elektrony na zewnętrznej powłoce. Co to jest cząsteczka? Cząsteczkę tworzą co najmniej dwa atomy, takie same lub różne, połączone ze sobą. 1. Cząsteczka pierwiastka może być dwuatomowa, np. H 2, N 2, O 2, Br 2, I 2 lub wieloatomowa,np. O 3, P 4, S 8. 5O 2 to 5 cząsteczek tlenu Łączną liczbę atomów określa iloczyn: współczynnik liczbowy x indeks liczbowy czyli 5x2 = łączna liczba atomów tlenu 2. Cząsteczka związku chemicznego. O 2 2 oznacza indeks stechiometryczny 4 NH 3 4 cząsteczki amoniaku ( związek ten składa się z 4 atomów azotu i 12 atomów wodoru, łącznie z 16 atomów. Jony co to takiego? Jon to atom lub grupa atomów obdarzona ładunkiem elektrycznym: Kation to jon dodatni np. K +, Mg 2+, kation kation potasu magnezu anion to jon ujemny np. 3- PO 4 anion fosforanowy(v Wartościowość. Wartościowość to liczba wiązań chemicznych utworzonych przez atom danego pierwiastka. wartościowość zapisujemy liczbami rzymskimi np. I, II, V, VII atomy danego pierwiastka mogą mieć różne wartościowości np. Fe ( II i III) o wartościowości decydują elektrony walencyjne ( znajdujące się na ostatniej powłoce elektronowej)
znajomość wartościowości pierwiastka pomaga ustalić wzór cząsteczki związku chemicznego wodór jest I wartościowy tlen jest II wartościowy litowce np. K, Na ( I grupa układu okresowego) są I wartościowe, a berylowce np. Ca, Mg ( druga grupa układu okresowego) są II wartościowe wartościowość pierwiastków w stanie wolnym wynosi zero np. Mg 0, H 2 0 wartościowość gazów szlachetnych wynosi O Ważne: Przypomnij sobie symbole pierwiastków i ich wartościowości. Wiązania chemiczne. Atomy pierwiastków ( tych samych lub różnych ) łączą się ze sobą za pomocą wiązań chemicznych, ponieważ dążą do uzyskania 2 lub 8 elektronów na powłoce walencyjnej. Taką konfigurację mogą uzyskać poprzez: uwspólnienie pary elektronowej między atomami tego samego pierwiastka, np. H 2, O 2, N 2, Cl 2 - wiązanie atomowe, kowalencyjne uwspólnienie pary elektronowej z równoczesnym przesunięciem jej w kierunku pierwiastka o większej liczbie elektronów walencyjnych. Tworzy się to wiązanie między atomami różnych niemetali, np. H 2 O, NH 3, CO 2 wiązanie atomowe spolaryzowane, kowalencyjne spolaryzowane. przekazanie elektronów walencyjnych i utworzenie jonów pomiędzy metalami i niemetalami, np. NaCl, MgCl 2 - wiązanie jonowe 11Na: K 2 L 8 M 1-1e Na +
17Cl : K 2 L 8 M 7 + 1e Cl - Pojęcia związane z promieniotwórczością. Promieniotwórczość (radioaktywność), zdolność do samorzutnych przemian jądrowych, podczas których następuje uwalnianie energii w postaci promieniowania oraz tworzenie nowego jądra. Okres półtrwania każdy pierwiastek promieniotwórczy posiada swój własny czas połowicznego rozpady zwany okresem półtrwania (T 1/2 ). Jest to czas, po którym liczba atomów pierwiastka promieniotwórczego zmniejszy się o połowę. Izotopy atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów w jądrach, a tym samym i liczbą masowa. Pierwiastek promieniotwórczy pierwiastek, który ulega rozpadowi promieniotwórczemu, np. pluton, neptun, polon, rad, uran. Zadania dla uczniów zainteresowanych chemią: Zad.1. W pojemniku umieszczono 200 mg pierwiastka promieniotwórczego o okresie połowicznego rozpadu 8 dni. Ile mg tego pierwiastka pozostanie po upływie 32 dni. Zad. 2. Podaj po jednym zastosowaniu, jakie mają izotopy promieniotwórcze następujących pierwiastków: I-131 i C-14. Zad 3. Podaj liczbę protonów, elektronów, neutronów i nukleonów w następujących cząstkach:, 32 16S 2-, 39 19K +, 56 26 Fe Zad. 4.. W miejsce liter wstaw symbole pierwiastków: 235 U A C Wielcy uczeni: J.J. Berzelius szwedzki chemik, który w 1815 roku wprowadził obecnie stosowaną symbolikę pierwiastków J.Śniadecki polski chemik, napisał pierwszy polski podręcznik z chemii, pierwiastek tlen nazwał kwasorodem J. Oczapowski polski chemik, który pierwiastkowi o symbolu O nadał nazwę tlen od słowa tlić Z.Wróblewski i K.Olszewski - polscy uczeni, którzy dokonali po raz pierwszy skroplenia powietrza
A.Lavoisier francuski chemik, który określił skład powietrza i stwierdził w nim obecność gazu podtrzymującego spalanie W.C.Roentgen niemiecki fizyk, odkrył promienie X, nazwane później promieniami Roentgena M. Skłodowska-Curie polska uczona i odkrywczyni w dziedzinie fizyki i chemii. Do jej największych dokonań należą: opracowanie teorii promieniotwórczości oraz odkrycie dwóch nowych pierwiastków: radu i polonu. Pod jej osobistym kierunkiem prowadzono też pierwsze w świecie badania nad leczeniem raka za pomocą promieniotwórczości. Była prekursorem nowej gałęzi chemii - radiochemii. Dwukrotnie wyróżniona Nagrodą Nobla za osiągnięcia naukowe. Po raz pierwszy w roku 1903 z fizyki wraz z mężem Piotrem Curie za badania nad odkrytym przez Antoine Henri Becquerela zjawiskiem promieniotwórczości, a drugi raz w roku 1911z chemii za wydzielenie czystego radu. Do dziś pozostaje jedyną kobietą, która tę nagrodę otrzymała dwukrotnie. D.Mendelejew rosyjski chemik, odkrywca prawa okresowości, na podstawie którego zaproponował w 1869 graficzne zestawienie znanych ówcześnie pierwiastków (Mendelejewa tablica, układ okresowy pierwiastków) przyjmując za podstawę klasyfikacji ich masy atomowe i właściwości chemiczne. Czy Wiesz kim był Alfred Nobel? przemysłowiec i naukowiec szwedzki wynalazca dynamitu fundator Nagrody Nobla Nagroda Nobla wyróżnienie przyznawane za wybitne osiągnięcia naukowe, literackie lub zasługi dla społeczeństw i ludzkości, ustanowione ostatnią wolą fundatora. Czy potrafisz wymienić Noblistów Polskich? PRAWA CHEMICZNE. Prawo zachowania masy łączna masa substratów jest równa masie produktów.( M. Łomonosow) 4Al + 3O 2 2Al 2 O 3
substraty produkt 2H 2 O 2 H 2 + O 2 substrat produkty Prawo stałości składu - stosunek mas pierwiastków w każdym związku chemicznym jest stały i charakterystyczny dla danego związku chemicznego ( Joseph L. Proust). Zad.1. Oblicz stosunek masowy pierwiastków w dwutlenku węgla. Wzór CO 2 mc mo 12u 2 16u 12 32 3 8 Zad.2. Oblicz zawartość procentową tlenu w CO 2. mco 2 = 12u+ 32u =44 u 44u stanowi 100% 32u stanowi x% x= 32u 100% 44u x= 72,7% Prawo okresowości właściwości fizyczne i chemiczne pierwiastków uporządkowanych zgodnie ze wzrastającą liczbą atomową powtarzają się okresowo.( Dymitr Mendelejew) W starożytnej Grecji za pierwiastek chemiczny uważano żywioły takie jak woda, ogień, ziemia i wiatr. Po rozpoznaniu atomowej budowy materii mianem pierwiastków określa się substancje składające się z atomów o tej samej liczbie protonów w jądrze, a zatem posiadających tę samą liczbę atomową. Pierwiastki uszeregowane według ich wzrastającej liczby atomowej tworzą układ okresowy pierwiastków.
Twórcą układu okresowego pierwiastków był Dymitr Mendelejew. Zapamietaj! Układ okresowy pierwiastków jest to zestawienie wszystkich pierwiastków chemicznych w postaci rozbudowanej tabeli, uporządkowane według ich rosnącej liczby atomowej, grupujące pierwiastki według ich cyklicznie powtarzających się podobieństw i właściwości. CO ODCZYTUJEMY Z UKŁADU OKRESOWEGO PIERWIASTKÓW? Z liczba atomowa = liczbie protonów = liczbie elektronów A liczba masowa( masa atomowa) = liczbie nukleonów ( protonów i neutronów). Jej wartość jest równa zaokrąglonej liczbie całkowitej masy atomowej pierwiastka np. mfe = 56u numer okresu = liczbie powłok elektronowych numer grupy ( cyfra jedności) = liczbie elektronów walencyjnych numer grupy ( cyfra jedności) = maksymalnej wartościowości pierwiastka względem tlenu charakter chemiczny oznacza metal, niemetal, półmetal każdy okres(szereg poziomy) rozpoczyna się bardzo aktywnym metalem, a kończy typowym niemetalem gazem szlachetnym w każdej grupie, ze wzrostem numeru okresu, wzrasta charakter metaliczny pierwiastka
w każdej grupie, ze wzrostem numeru okresu, wzrasta liczba powłok elektronowych w każdym okresie, ze wzrostem numeru grupy, wzrasta liczba elektronów walencyjnych w każdym okresie, ze wzrostem numeru grupy, wzrasta charakter niemetaliczny pierwiastka własności kwasowe pierwiastków wzrastają od lewej strony ku prawej, własności zasadowe w kierunku przeciwnym najbardziej aktywnymi metalami są pierwiastki grupy 1. ( z wyjątkiem wodoru) najbardziej aktywnymi niemetalami są pierwiastki grupy 17. aktywność chemiczna metali wzrasta w grupie od góry ku dołowi tzn. K(potas) jest aktywniejszy od Na(sodu) aktywność chemiczna niemetali wzrasta w grupie od dołu ku górze tzn. fluor jest aktywniejszy od chloru dwa pierwiastki w układzie okresowym są cieczami rtęć i brom w stanie gazowym występuje 11 pierwiastków wodór, azot, tlen, fluor, chlor, hel, neon, argon, krypton, ksenon, radon pozostałe pierwiastki w układzie okresowym są ciałami stałymi Literatura: 1. Kulawik T.,Litwin M. Podręcznik dla gimnazjum Chemia Nowej Ery, Nowa Era Warszawa 2006 2. Warchoł A. Lewandowska D. Chemia. Kurs przygotowawczy do egzaminu gimnazjalnego, IDEA Kraków 2002. 3. Kluz.Z.,Łopata.K. Podręcznik. Gimnazjum, WSiP Warszawa 1999 4. SobczakJ., PazdroK.M.Dobkowska, Szkolny słownik. Chemia, WSiP Warszawa 1993 5. Praca zbiorowa pod redakcją Marcina Kurczaba, Egzamin gimnazjalny standardy wymagań w pytaniach i odpowiedziach, Oficyna Edukacyjna* K.Pazdro,Warszawa 2002 6. H.Gulińska,J.Haładuda,J.Smolińska, Podręcznik. Gimnazjum, Ciekawa chemia.wsip Warszawa 2006