WYKŁAD Z CHEMII OGÓLNEJ I FIZYCZNEJ dr Sylwester A. Stępniak Katedra Chemii, SGGW Zakład Chemii Żywności Budynek nr 23, pok. 0100 http://sylwester_stepniak.users.sggw.pl

PROGRAM WYKŁADÓW W_1. Chemia – nauka opisująca właściwości „Rzeczywistości” W_2. Przemiany jądrowe – reakcje jądrowe W_3. Konfiguracja elektronowa atomu. Układ okresowy pierwiastków. W_4. Wiązania chemiczne. Związki chemiczne. W_5. Teoria hybrydyzacji orbitali atomowych W_6. Teoria orbitali molekularnych W_7. Teoria pola ligandów W_8. Reakcje chemiczne. Równowaga reakcji chemicznej W_9. Dysocjacja jonowa. pH roztworów W_10. Elektrochemia: Ogniwa elektrochemiczne. Elektroliza W_11. Przewodnictwo jonowe W_12. Wielkości koligatywne W_13. Kinetyka reakcji chemicznych W_14. Termochemia. Prawo Hessa. Prawo Kirhchoffa. W_15. Spektroskopia. Chromatografia. Ekstrakcja

GALILEO GALILEI Galileusz (1564 – 1642) "Eppur si mouve" - "A jednak się porusza" "Mierz - co wymierne, a co niewymierne uczyń wymiernym" Ludwig Eduard Boltzmann (1844 - 1906) "Prawdziwa nauka zaczyna się wtedy, gdy można coś opisać na sposób matematyczny"

Czym zajmuje się chemia jako nauka? CHEMIA JEST TO NAUKA, KTÓRA OPISUJE PEWNE WŁAŚCIWOŚCI MATERII („RZECZYWISTOŚCI”) Co rozumiemy pod określeniem „Rzeczywistość”? RZECZYWISTOŚĆ: {PIERWIASTKI, ZWIĄZKI CHEMICZNE, ENERGIA} E = m·c2 Czy „Rzeczywistość” jest zbiorem ciągłym?

ENERGIA W PRZYRODZIE JEST KWANTOWANA Każdy element materii emituje lub absorbuje tylko ściśle określone, charakterystyczne dla niego kwanty (porcje) energii ε = h · ν ε = h · c/ ε = h · c · ν ν[Hz = s-1], λ [m], ν[m-1] h = 6,62·10-34 J·s, c = 3·108 m·s–1 Ogólny zasób energii w Przyrodzie jest stały Energia jest kwantowana Każdy element lub układ elementów dąży do tego, aby być w minimum energetycznym Jaka jest rola CHEMII w opisie „RZECZYWISTOŚCI”? ANALIZA CHEMICZNA BADANIE WŁAŚCIWOŚCI SUBSTANCJI KONTROLA I STEROWANIE PROCESAMI TECHNOLOGICZNYMI

Jakie znamy metody analizy chemicznej? ANALIZA JAKOŚCIOWA ANALIZA ILOŚCIOWA ANALIZA STECHIOMETRYCZNA ANALIZA NIESTECHIOMETRYCZNA Ad I A. Analiza kationów Analiza anionów AAd II A. Analiza wagowa Analiza objętościowa: Redoksometria Kompleksometria Alkacymetria Argentometria

Objętość molowa substancji chemicznej (V) Zadanie Ile moli rtęci znajduje się w 100 cm3 Hg w warunkach standardowych? dHg = 13,55 g/cm3. Rozwiązanie: MHg = 200,61 g/mol Dla substancji gazowych, o właściwościach gazu doskonałego: Gdy n = 1 => V = V R = 8,31 J/mol∙K W warunkach normalnych (p = 1013,25 hPa, T = 0oC = 273 K): W warunkach standardowych (p = 1013,25 hPa, T = 25oC = 298 K):

Jakie znamy chemiczne elementy „Rzeczywistości”? Ad B. Metody elektrochemiczne: Potencjometria Konduktometria Elektroforeza kapilarna Polarografia Metody spektroskopowe: Spektroskopia emisyjna Spektroskopia absorpcyjna Metody chromatograficzne: - Chromatografia podziałowa - Chromatografia adsorpcyjna Inne: Refraktometria Nefelometria Wiskozymetria γ, UV, VIS, IR, NMR GC, TLC, HPLC Jakie znamy chemiczne elementy „Rzeczywistości”? {atomy, jony, cząsteczki, elektrony, rodniki, kwanty energii (h·ν)}

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne: Mol Do określenia liczności elementów Rzeczywistości przyjęto, jako stan odniesienia: Liczba atomów C znajdująca się w 0,012 kg 12C, to mol. Masa molowa (M), to masa mola elementów materii . Liczba Avogadro (NA): Atomowa jednostka masy (u) Do określenia masy atomów przyjęto, jako stan odniesienia: Masa atomowa (m), to masa atomu wyrażona w atomowych jednostkach masy.

Pierwiastki chemiczne : { 1X, . . . ,109X } Pierwiastek chemiczny : { ZA1X, ZA2X, . . . , ZAiX } Izotop: {ZAX}, Nuklid : ZAX Izotopy: 11H, 12H, 13H Izobary: 13H, 23He Izotony: 47Be, 36Li Atomowa jednostka masy (u) Masa atomowa (M) Mol Liczba moli (n) Liczba Avogadro (NA) Jaka jest interpretacja fizyczna liczby Avogadro (NA)?

Metody oszacowania liczby Avogadro: Metoda radiometryczna Metoda elektrochemiczna 1913 r – Milliken wyznaczył ładunek elektronu: qe = 1,6·10–19 [C] Nα = 1,16·1018 [g–1Ra·rok–1] Co w tych metodach zostało przyjęte za stan odniesienia? MC = 12 u mHe = 7,66·10-6g MHe = 4 [g/mol] Gdy z·m = M => I· t = F = 96 490 [C/mol]

Masy molowe pierwiastków Masa molowa 12C jako stan odniesienia przy wyznaczaniu mas molowych pierwiastków MC = 12 g/mol Jak wyznaczono masę molową He (gaz szlachetny, nieaktywny chemicznie)? Prawo Avogadro: Gdy p = const. i T = const.:

Jakie znamy rodzaje izotopów? Masa atomowa, masa czasteczkowa, Masa molowa pierwiastka (M): Mi - masa molowa nuklidu: xi - ułamek składu izotopowego: Procentowy skład izotopowy pierwiastka (i%): Jakie znamy rodzaje izotopów? Jakie pierwiastki , ze względu na ich skład izotopowy, występują na Ziemi ? Izotopy trwałe Izotopy promieniotwórcze: Występujące na Ziemi Syntezowane Pierwiastki o x1 = 1 Pierwiastki o x1, x2,…xi < 1 Pierwiastki o x1 = 0