Chemia - łatwa i prosta, dla każdego (cała wiedza w jednym miejscu)

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane

2012-01-28T14:27:00.000-08:00

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane – jest to wiązanie pomiędzy dwoma atomami, których różnica elektroujemności (siły przyciągania elektronów) jest różna od zera,ale nie większa niż 1,7 w skali Paulinga (choć akurat ta granica jest raczej granicą orientacyjną niż sztywną). W tym rodzaju wiązania podobnie jak w zwykłym wiązaniu kowalencyjnym niespolaryzowanym para elektronów jest współdzielona pomiędzy dwa atomy, jednak z tą różnicą w porównaniu do wyżej wymienionego wiązania,że para elektronowa jest przesunięta bardziej w kierunku jednego z atomów. Elektrony są bardziej przyciągane przez atom o większej elektroujemności, więc spoglądając w tabele elektroujemności wg Paulinga możemy bez problemu przewidzieć, który z atomów będzie mocniej przyciągać,a który słabiej. Przesunięcie pary elektronowej powoduje, że przy jednym z atomów tworzy się nadmiar ładunku ujemnego,a przy drugim niedobór. W ten sposób na atomach powstają cząstkowe ładunki. Na atomie, który ma bliżej siebie parę elektronową powstaje cząstkowy ładunek ujemny (oznaczany δ-),a na drugim, który ma odsuniętą od siebie tą parę elektronową z wiązania kowalencyjnego spolaryzowanego dodatni cząstkowy ładunek (oznaczany δ+).

Na przykładzie cząsteczki kwasu solnego:

H^δ+----- Cl^δ-

2,2 3,2

EN_H-Cl = 3,2 – 2,2 = 1,0

gdzie: EN_H-Cl = różnica elektroujemności atomów w cząsteczce kwasu chlorowodorowego

widać,że różnica elektroujemności pomiędzy atomami tworzącymi tą cząsteczkę jest różna od zera,ale mniejsza niż 1,7 więc przy omawianiu tego związku możemy mówić o wiązaniu kowalencyjnym spolaryzowanym. Atom wodoru (H) ma mniejszą elektroujemność (2,2) niż atom chloru (Cl) (3,2) dlatego na atomie wodoru powstaje cząstkowy ładunek dodatni,a na atomie chloru cząstkowy ładunek ujemny.

W takim przypadku jak wyżej pokazany, w rezultacie nie równego rozłożenia ładunku w cząsteczce związku, powstaje dipol elektryczny. Taki powstały dipol zachowuje się jak miniaturowy magnesik, tzn część dodatnia dipolu przyciąga ładunki ujemne,a ujemna część dipolu przyciąga ładunki dodatnie (lub są same przyciągane przez te ładunki).

Moment dipolowy cząsteczki jest miarą przesunięcia pary elektronowej i oznaczany jest poprzez grecką literę μ (czytaj: mi). Moment dipolowy jest wektorem o określonym:

-kierunku, zgodnym z prostą przechodzącą przez jądra wiązanych atomów,

-zwrocie, określonym od bieguna ujemnego do dodatniego,

-wartości, równej iloczynowi bezwzględnej wartości ładunku i odległości pomiędzy jądrami wiązanych atomów.

μ = |δ| * l

gdzie: μ – wartość momentu dipolowego (jednostka: [C*m], czyli Culomb razy metr)

δ – wartość ładunku (jednostka [C] Culomb)

l – odległość pomiędzy jądrami atomów (jednostka [m] metr)

Np. wartość momentu dipolowego dla cząsteczki H-Cl jest równa: μ = 3,6*10^-30 [C*m]

Wiązanie kowalencyjne - atomowe

2011-03-15T02:55:00.000-07:00

Wiązanie kowalencyjne (zwane też atomowym) - jest to typ wiązanie chemicznego, w którym na wiązanie chemiczne oba atomy oddają po jednym elektronie,które są współdzielone przez każdy atom. Tzn, jeden z atomów daje do wiązanie jeden elektron,ale formalnie go nie traci,a dodatkowo zyskuje kolejny przez dzielenie go z drugim atomem. Wiązanie to występuje między atomami tego samego pierwiastka – ,które posiadają taką samą elektroujemność,a co za tym idzie z taką samą siłą przyciągają do siebie elektrony. Wiązania kowalencyjne mogą być:

-pojedyncze, np. H-H, F-F, Cl-Cl, Br-Br

-podwójne, np. O=O, C=C, S=S

-potrójne, np. N≡N, C≡C, P≡P

,gdzie poziome kreski pomiędzy symbolami pierwiastków oznaczają ilości wiązań występujących między nimi. Każda pojedyncza kreska to jedno wiązanie,a zarazem jedna para elektronowa (2e^-).

Wiązanie typu sigma

-jeżeli narysowalibyśmy prostą pomiędzy dwoma jądrami atomowymi, atomów tworzących wiązanie sigma, to powstałe wiązanie leżało by na tej prostej pomiędzy jądrami atomowymi. Wiązanie tego typu występuje w każdym wiązaniu kowalencyjnych( tzn, w pojedynczym, podwójnym, potrójnym). Jest to wiązanie najmocniejsze

Na obrazku wyżej widzimy dwa orbitale s wodorów, które po nałożeniu się tworzą wiązanie sigma (i orbital molekularny typu sigma)
Poniżej nakładają się czołowo dwa orbitale p i również dają wiązanie sigma (i zarazem orbital molekularny typu sigma)

Wiązanie typu pi

-wiązanie typu sigma mogą tworzyć orbitale s i p, natomiast wiązania typu pi orbitale s NIE mogą tworzyć gdyż, powstają one z bocznego nakładania się orbitali p. Jest to wiązanie słabsze od wiązanie typu sigma (łatwiej je zerwać) i nie leży tak jak sigma na linii łączącej oba jądra lecz "pod nią" lub "nad nią" (jeżeli byśmy wyznaczyli płaszczyznę przebiegającą prostopadle do orbitali atomowych p).

Jak widać na obrazku powyżej z lewej strony nakładają się bocznie dwa orbitale typu p (gdyby nakładały się czołowo mielibyśmy do czynienia z wiązaniem typu sigma), w konsekwencji czego powstaje wiązanie pi. Po prawej stronie rysunku możemy zaobserwować powstały przez to nakładanie orbital molekularny typu

Wiązanie jonowe

2011-03-02T14:03:00.000-08:00

₁₁Na 1s₂ 2s₂ 2p₆ 3s₁ - 1e_- → Na₊ ( 1s₂ 2s₂ 2p₆ ) ≡ [Ne]

₁₇Cl 1s₂ 2s₂ 2p₆ 3s₂ 3p₅ + 1e_- → Cl_- ( 1s₂ 2s₂ 2p₆ 3s₂ 3p₆ ) ≡ [Ar]

∆EN_NaCl = 3,0 – 0,9 = 2,1

3,0 -elektroujemność Cl

0,9 -elektroujemność Na

w wyniku przeniesienia elektronu z atomu pierwiastka o małej elektroujemności na atom pierwiastka o dużej elektroujemności powstają jony:

-anion (-) o ładunku ujemnym

-kation (+) o ładunku dodatnim

Siły elektrostatycznego przyciągania między jonami umownie nazywamy wiązaniem jonowym.

Wiązania jonowe występują pomiędzy pierwiastkami grupy I i II a XVI i XVII. Wyjątkami są:

-wodór [H] – nie tworzy wiązań jonowych

-glin [Al] – tworzy wiązania jonowe

Zakłada się,że przewaga wiązania jonowego (czyli powyżej 50% udziału) jest wówczas, gdy różnica elektroujemności jest co najmniej równa lub wyższa 1,7 (∆EN = 1,7).

Wzór chemiczny związków jonowych nie jest wzorem cząsteczkowym. Związki jonowe to substancje stałe, krystaliczne, posiadające wysokie temperatury topnienia i wrzenia. Dobrze rozpuszczają się w wodzi i innych rozpuszczalnikach polarnych. W stanie stopionym i rozpuszczone w wodzie przewodzą prąd elektryczny.

Dla prostych związków jonowych takich jak sól kuchenna (czyli NaCl) sieć krystaliczna wygląda tak:

Elektroujemność pierwiastków

2011-02-26T04:31:00.000-08:00

Elektroujemność pierwiastków - jest to miara przyciągania elektronów przez dany pierwiastek podczas tworzenia wiązania z innym pierwiastkiem. Im wyższą wartość ma elektroujemność danego pierwiastka tym silniej przyciąga on elektrony w wiązaniu w swoją stronę- w rezultacie czego powstaje polaryzacja wiązania. Używa jest zazwyczaj skala elektroujemności wg Paulinga. Gdy jakiś pierwiastek słabo przyciąga elektrony, jak np potas, to możemy powiedzieć, że jest to elektrododatni pierwiastek. W układzie okresowym elektroujemność pierwiastków wzrasta z dołu do góry w grupie i z lewej do prawej w okresie (czyli tak samo jak charakter kwasowy pierwiastków i niemetaliczny). Trzeba pamiętać również o tym,że nie są to sztywno przypisane wartości, gdyż w zależności od otoczenia danego pierwiastka wartość jego elektroujemności może się nieznacznie zmieniać. Na wartość elektroujemności może wpływać rodzaj hybrydyzacji, wiązania, stopień utlenienia pierwiastka czy też rodzaju pierwiastka z jakim tworzy dany pierwiastek wiązanie.

Wartościowość grup głównych względem tlenu i wodoru

2011-02-09T08:12:00.001-08:00

Grupa układu okresowego	I	II	XIII	XIV	XV	XVI	XVII	XVIII
Wzór połączenia z tlenem	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	P₂O₅	SO₃	Cl₂O₇	-
Maksymalna wartościowość względem tlenu	I	II	III	IV	V	VI	VII	0
Wzór połączenia z wodorem	NaH	MgH₂	AlH₃	SiH₄	PH₃	H₂S	HCl	-
Maksymalna wartościowość względem wodoru	I	II	III	IV	III	II	I	0

Badanie aktywności metali

2011-02-08T09:04:00.000-08:00

Doświadczenie:

Do trzech probówek wlewamy wodę. Do każdej z nich dodajemy kilka kropel fenoloftaleiny ( abyśmy mogli sprawdzić odczyn {kwasowy/zasadowy] roztworu,który powstanie). Do kolejnych probówek dodajemy:
1. Sód (Na)
2.Potas (K)
3.Magnez (Mg)

Obserwacje dla probówki:

1. Sód w zetknięciu z wodą zaczyna się "kręcić" po powierzchni i rozpuszczać się
2.Potas w zetknięciu z wodą zaczyna gwałtownie się palić - reakcja następuje błyskawicznie
3.Magnez z wodą reaguje wyjątkowo wolno - by przyspieszyć reakcję możemy podgrzać roztwór

W każdym przypadku roztwór zabarwiał się na malinowo (pod wpływem fenoloftaleiny) oznacza to,że powstający roztwór posiada odczyn zasadowy.

1. 2Na + 2H₂O -----> 2NaOH + H₂ ↑ -powstaje wodorotlenek sodu

2. 2K + 2H₂O -----> 2KOH + H₂ ↑ -powstaje wodorotlenek potasu

3. Mg + 2H₂O -----> Mg(OH)₂ + H₂ ↑ -powstaje wodorotlenek magnezu

gdzie: ↑ - oznacza,że powstający gazowy wodór ulatuje do atmosfery

Wnioski z doświadczenia:

Potas jest bardziej aktywny od sodu, natomiast sód jest bardziej aktywny od magnezu. Można więc stwierdzić,że aktywność metali wzrasta od góry do dołu w grupie i od prawej do lewej w okresie (w układzie okresowym).

Budowa atomu,a położenie pierwiastka w układzie okresowym

2011-02-02T05:34:00.000-08:00

₁₁Na ----> 1s₂ 2s₂ 2p₆ 3s₁ - 1e_- => Na₊[1s₂ 2s₂ 2p₆ ] => Na₊[Ne]

Jeżeli atom sodu odda jeden swój elektron (np w wyniku wiązania jonowego) to jego konfiguracja staje się taka sama jak konfiguracja neonu.

₁₇Cl ----> 1s₂ 2s₂ 2p₆ 3s₂ 3p₅ + 1e_- => Cl_- [1s₂ 2s₂ 2p₆ 3s₂ 3p₆] => [Ar]

Jeżeli atom chloru przyjmie jeden elektron (powstaje anion – czyli jon ujemnie naładowany( przeciwieństwem jest kation -tak jak dla sodu)) to jego konfiguracja przyjmuje konfigurację argonu.

Podział grup na przynależności metaliczne:

1 X_* -1e_- => X₊-metale

2 X : -2e_- => X₂₊-metale

13 _*X: -3e_- => X₃₊-metale

14 :X: -metale i niemetale

15 :X:_* +3e_- => X_3- -niemetale

16 _*:X:_*+2e_- => X_2--niemetale

17 _**:X:_* +1e_- => X_- -niemetale

18 _**:X:_** -gazy szlachetne

To ile dany pierwiastek jest w stanie oddać lub przyjąć elektronów podyktowane jest tzw regułą oktetu elektronowego. Oznacza to, że każdy pierwiastek w układzie okresowym dąży do tego aby jego konfiguracja elektronowa przypominała tą, którą posiada najbliższy temu pierwiastkowi gaz szlachetny – to znaczy,że poza pierwiastkami, którym najbliżej jest do do helu ( tu obowiązuje regułą dubletu = 2elektrony), wszystkie chcą mieć na powłoce walencyjnej 8 elektronów (ns₂ np₆).

Spoglądając na układ okresowy możemy stwierdzić, że:

-od prawej do lewej wzrasta charakter metaliczny pierwiastków

-od lewej do prawej wzrasta charakter niemetaliczny pierwiastków

-od góry do dołu wzrasta charakter metaliczny pierwiastków

-od dołu do góry wzrasta charakter niemetaliczny pierwiastków

Mg -----> MgO -----> Mg(OH)₂

S -----> SO₂ -----> H₂SO₃

2Mg + O₂ -----> 2MgO

MgO + H₂O -----> Mg(OH)₂

S + O₂ -----> SO₂

SO₂ + H₂O ------> H₂SO₃

Mg(OH)₂ + H₂SO₃ -----> MgSO₃ + 2H₂O

Podział układu okresowego na bloki: s, p, d, f

2011-02-01T19:00:00.000-08:00

Elektrony walencyjne – elektrony znajdujące się na ostatniej najbardziej zewnętrznej powłoce elektronowej – zwanej powłoką walencyjną

Blok s – są to pierwiastki grupy I i II. Elektrony walencyjne mają konfigurację ns (gdzie "n" to odpowiednia powłoka)

np ⁵⁶Ba [⁵⁴Xe] 6s²

- dla baru mamy do czynienia z konfiguracją taką samą jak dla gazu szlachetnego (ksenonu) + dodatkowo są jeszcze dwa elektrony, które są na ostatniej powłoce (s). Na ostatniej (szóstej) powłoce są elektrony tylko na orbitalu s ,stad też nazwa - blok s, ponieważ wszystkie pierwiastki znajdujące się w nim posiadają elektrony walencyjne tylko na orbitalu s.

Blok p – są to pierwiastki grup od XIII do XVIII. Konfiguracja elektronów walencyjnych tych pierwiastków ma postać: ns np

np ¹⁶S [¹⁰Ne] 3s² 3p⁴

Blok d – ten blok tworzą pierwiastki grup III – XII (tak zwane grupy poboczne). Ich konfiguracja walencyjne przedstawia się następująco: ns (n-1)d

np ₄₀Zr [₃₆Kr] 5s² 4d²

Blok f – należą do niego lantanowce i aktynowce, dla których konfiguracja elektronów walencyjnych ma postać: ns (n-1)d¹ (n-2)f

Przykłady:

₁₉K – potas leży w 4 okresie układu okresowego i pierwszej grupie,a więc w skrócie jego konfiguracja elektronowa przedstawia się następująco:

[₁₈Ar] 4s₁

₂₃V – wanad także leży w 4 okresie,ale w bloku d,więc jego konfiguracja będzie wyglądać:

[₁₈Ar] 4s₂ 3d₃

₂₀Ca – wapń leży również w 4 okresie lecz w drugiej grupie:

[₁₈Ar] 4s₂

₂₁Sc – skand, 4 okres, 3 grupa:

[₁₈Ar] 4s₂ 3d₁

Wyjątki:

₂₄Cr – chrom, 4 okres, 6 grupa:

[₁₈Ar] 4s₁ 3d₅

₂₉Cu – miedź, 4 okres, 11 grupa:

[₁₈Ar] 4s₁ 3d₁₀

Dla wyjątków mamy do czynienia z tak zwaną promocją elektronową. Przyczyną takiego stanu jest to,że korzystniej (energetycznie) jest uzupełnić do końca orbitale d, niż wypełniać do końca najpierw orbital s (który powinien być uzupełniany w pierwszej kolejności).
[to oczywiście nie są wszystkie wyjątki - ale są to te,które są użyteczne w liceum]

budowa układu okresowego

2011-01-29T04:20:00.000-08:00

Grupy klasyfikacji pierwiastków w XIX wieku:
mK = 39u
mRb = ?
mCs = 133u

mRb = (mK+mCs)/2 = 86u

Twórcą układu okresowego był D. Mendelejew. Układał pierwiastki według rosnących mas atomowych: wyjątki to Ar i K oraz Co i Ni. O właściwościach pierwiastków nie decyduje masa atomowa lecz budowa wewnętrzna atomu, której przejawem jest liczba atomowa.

Prawo okresowości - właściwości chemiczne pierwiastków ułożonych według rosnącej liczby atomowej zmieniają się okresowo.

Układ okresowy składa się z:
-pionowych kolumn zwanych grupami:
-grupy główne: od I, II i od XIII do XVIII
-grupy poboczne: od III do XII
-poziomych szeregów zwanych okresami

Konfiguracja elektronowa atomów i jonów

2011-01-28T15:37:00.000-08:00

Jak widać z wyżej umieszczonego diagramu, kolejność obsadzania kolejnych poziomów energetycznych (orbitali) nie jest liniowa. Trzeba pamiętać,że np po 3p kolejnym poziomem NIE jest 3d lecz poziom 4s, po którym dopiero następuje poziom 3d. Dlatego właśnie 4s może być szybciej obsadzone elektronami niż poziom 3d, gdyż posiada mniejszą energię,a co za tym idzie elektron obsadzający ten poziom też ma mniejszą energię (czyli to powiązanie będzie bardziej trwałe niż 3d).

Przykładowa konfiguracja dla jonów (kation - jon o ładunku dodatnim, anion - jon o ładunku ujemnym):
w poprzednim poście są przedstawione konfiguracje elektronowe obojętnych atomów - tu zostanie przedstawiona konfiguracja jonu:

chloru (Cl)

(¹⁷Cl) K²(1s²) L⁸(2s² 2p⁶) M⁷(3s²3p⁵) + 1e^- -----> Cl^-(K²(1s²) L⁸(2s² 2p⁶) M⁷(3s²3p⁶) => [Ar] =Cl^-

widać,że gdy chlor przyjmie jeden elektron, staje się on anionem chlorkowym i jego konfiguracja elektronowa przybiera konfigurację elektronową Argonu. Mają wtedy jednakową konfigurację, a różnią się jedynie tym,że anion chlorkowy posiada jeden proton mniej niż atom argonu.

Stany kwantowe elektronów w atomach

2011-01-27T17:02:00.000-08:00

Zakaz Pauliego – w atomie NIE mogą istnieć 2 elektrony o identycznych stanach kwantowych, tzn o jednakowych wartościach liczb kwantowych – oznacza to, że muszą się różnić co najmniej jedną liczbą kwantową (np spinową liczbą kwantową).

Obrazowanie orbitali w pełni obsadzonych:

Orbital s = 2 elektrony ( strzałki obrazują elektrony i ich kierunek określa,że mają przeciwne spiny)

↑↓

Orbitale p = 6 elektronów

↑↓

Orbitale d = 10 elektronów

↑↓

Orbitale f = 14 elektronów

↑↓

Reguła Hunda – liczba niesparowanych elektronów w danej podpowłoce powinna być możliwie największa. Pary elektronów tworzą się dopiero po zapełnieniu się wszystkich poziomów danej podpowłoki przez elektrony niesparowane.

Dla wodoru (₁H) :

K¹ -----> 1s¹

↑

Dla helu (₂He) :

K² -----> 1s²

↑↓

Dla litu (₃Li) :

K² L¹ -----> 1s² 2s¹

↑↓

↑

Dla berylu (₄Be) :

K² L² -----> 1s² 2s²

↑↓

Dla boru (₅B) :

K² L³-----> 1s² 2s²2p¹

↑↓

↑

Dla węgla (₆C) :

K² L⁴ -----> 1s² 2s²2p²

↑↓

↑

Dla azotu (₇N) :

K² L⁵ -----> 1s² 2s²2p³

↑↓

↑

Dla glinu (₁₃Al) :

K² L⁶M³ -----> 1s² 2s²2p⁶3s²3p¹

↑↓

↑

Dla fosforu (₁₅P) :

K² L⁶M⁵-----> 1s² 2s²2p⁶3s²3p³

↑↓

↑

Elementy mechaniki kwantowej - w ujęciu jakościowym

2011-01-27T16:17:00.000-08:00

Podstawy teorii kwantowej:

-dualizm korpuskularno-falowy:

Teoria Newtona	Teoria Huygensa
Światło to strumień cząstek materialny(korpuskuł)	Światło jest zbiorem fal o określonych długościach
Charakter korpuskularny światła	Charakter falowy światła

-zasada nieoznaczoności Heisenberga – nie można jednocześnie określić jednocześnie położenia i pędu elektronu w atomie ( a przynajmniej z zadowalającą dokładnością. Wielkości te ze sobą komutują, gdy mierzymy jedną wielkość to naruszamy tak mocno badany układ,że otrzymana druga wartość jest obarczona dość dużym błędem)

-orbital atomowy – obszar wokół jądra atomowego, w którym istnieje największe prawdopodobieństwo (90%) znalezienia elektronu

Stan elektronu w atomie jest definiowany przez takie wielkości jak:

-energia,

-moment pędu.

Elektron w atomie opisuje się za pomocą funkcji falowej: ψ (czyt. psi)

Każdy elektron w atomie opisywany jest przez 4 liczby kwantowe: główna liczba kwantowa, poboczna liczba kwantowa, magnetyczna liczba kwantowa i spinowa liczba kwantowa.

n – główna liczba kwantowa, określa energię elektronu, czyli odległość elektronu od jądra i związana jest z numerem powłoki.

Patrząc od jądra, kolejne powłoki elektronowe nazywane są literami: K, L, M, N, O, P, Q.

A kolejnym literom przypisana jest odpowiednia liczna n(główna l.k.):

dla powłoki K, n=1

dla powłoki L, n=2

dla powłoki M, n=3

dla powłoki N, n=4

dla powłoki O, n=5

dla powłoki P , n=6

dla powłoki Q, n=7

Czyli im dalej od jądra znajduje się elektron(na dalszej powłoce) tym główna liczba kwantowa jest większa.

l-poboczna liczba kwantowa(orbitalna liczba kwantowa), związana jest z orbitalnym momentem pędu elektronu – określa podpowłokę i kształt orbitalu.

0 ≤ l ≤ n-1

n = 1 -----> l=0 (podpowłoka – s [ma kształt kuli])

n = 2 -----> l = 0 (s)

l = 1 (podpowłoka - p (są trzy: px, py, pz) [kształt dwóch połączonych kul])

n = 3 -----> l = 0 (s)

l = 1 (p)

l = 2 (podpowłoka -d (jest ich pięć: d_xy, d_xz, d_yz, d_x²_-y², d_z²)

n = 4 -----> l = 0 (s)

l = 1 (p)

l = 2 (d)

l = 3 (podpowłoka - f (jest ich 7)

m - magnetyczna liczba kwantowa, związana jest z zachowaniem elektronu w zewnętrznym polu magnetycznym

-l ≤ m ≤ l

(s) l = 0 m = 0

(p) l = 1 m = -1; 0; 1

(d) l = 2 m = -2; -1; 0; 1; 2

(f) l = 3 m = -3; -2; -1; 0; 1; 2; 3

m_s – spinowa liczba kwantowa, określa własny moment pędu elektronu (można powiedzieć,że określa obrót "wokół własnej osi")

m_s = -¹/₂ ; ¹/₂ -to oznacza,że na każdym orbitalu mogą się znaleźć 2 elektrony ( o przeciwnych spinach)

Symbol powłoki	n	l	m	m_s	Liczba stanów kwantowych (liczba elektronów)
K	1	0	0	-¹/₂ ; ¹/₂	2
L	2	0 1	-1 0 1	-¹/₂ ; ¹/₂ -¹/₂ ; ¹/₂ -¹/₂ ; ¹/₂ -¹/₂ ; ¹/₂	8
M	3	0 1 2	-2 -1 0 1 2	-¹/₂ ; ¹/₂ -¹/₂ ; ¹/₂ -¹/₂ ; ¹/₂ -¹/₂ ; ¹/₂ -¹/₂ ; ¹/₂ -¹/₂ ; ¹/₂ -¹/₂ ; ¹/₂ -¹/₂ ; ¹/₂ -¹/₂ ; ¹/₂	18

Reguła Fajansa i czas połowicznego rozpadu

2011-01-23T08:33:00.000-08:00

Reguła Fajansa:

– w trakcie promieniowania α liczba atomowa danego pierwiastka zmniejsza się o 2 i dany pierwiastek przemienia się w inny będący w układzie 2 pozycje w lewo,

-podczas przemiany +β pierwiastek przemienia się w pierwiastek będący zaraz na lewo obok niego,

-podczas promieniowania – β pierwiastek przechodzi w pierwiastek będący zaraz po jego prawej stronie w okresowym pierwiastków chemicznych.

Zadanie

Jądro ₈₄²¹⁸Po przekształciło się w wyniku kolejnych przemian w jądro ₈₄²¹⁴Po. Podać jakie cząstki zostały wyemitowane + równania reakcji.

₈₄²¹⁸Po ---> ₈₂²¹⁴Pb + ₂⁴α

₈₂²¹⁴Pb ---> ₈₃²¹⁴Bi + _-1⁰β

₈₃²¹⁴Bi ---> ₈₄²¹⁴Po + _-1⁰β

Odp: Zostały wyemitowane cząstki: α, i dwie –β.

Czas połowicznego rozpadu – czas, po którym połowa atomów danego pierwiastka promieniotwórczego ulega rozpadowi.

Zadanie

Okres połowicznego rozpadu pewnego pierwiastka promieniotwórczego wynosi 15 dni. Po jakim czasie pozostanie 12,5% jąder tego pierwiastka?

Po 15 dniach pozostanie 50%, po 30 połowa z 50% czyli 25%,a po kolejnych 15 dniach polowa z 25% czyli 12,5%.

Odp: Po 45 dniach

Zadanie

Czas połowicznego zaniku izotopu wynosi 5 dni. Jego masa początkowa to 16g. Ile pierwiastka rozpadnie się w ciągu 15 dni?

Po 5 dniach rozpadnie się 8g i 8g zostanie, po kolejnych pięciu czyli 10 jeszcze 4g się rozpadną,a po 15 dniach rozpadnie się jeszcze 2 gramy. W sumie: 8+4+2 = 14g

Odp:Rozpadowi uległo 14g pierwiastka.

Promieniotwórczość naturalna

2011-01-22T07:27:00.000-08:00

Zjawisko promieniotwórczości naturalnej.

W miarę wzrostu liczby nukleonów (protony + neutrony) konieczna jest coraz większa liczba neutronów w stosunku do liczby protonów. Istnieje jedna pewna graniczna liczba protonów (Z >> 82) powyżej której jądra atomowe stają się nie trwałe i ulegają samorzutnemu rozpadowi. W wyniku tego rozpadu powstają jądra innych pierwiastków. Procesowi temu towarzyszy emisja cząstek: α, β oraz γ. Taki rozpad nazywamy rozpadem promieniotwórczym,a zjawisko promieniotwórczością naturalną.

Izotopy promieniotwórcze są w różnym stopniu trwałe. Ich trwałość charakteryzuje czas połowicznego rozpadu. Jest to czas, po którym połowa liczby atomów izotopu promieniotwórczego ulega rozpadowi.

Rodzaje promieniowania: α, β oraz γ i ich właściwości.

-promieniowanie α – są to jądra ₂⁴He (₂⁴α) ,

-promieniowanie -β – są to elektrony e^- (_-1⁰ β)

-promieniowanie + β – są to pozytony e⁺ (₊₁⁰ β)

-promieniowanie γ – promieniowanie elektromagnetyczne

W polu magnetycznym promieniowania zachowują się następująco:

-promieniowanie α w polu magnetycznym odchyla się w stronę ujemnego bieguna (gdyż są to jądra atomowe,a jak wiadomo w jądrach jest tylko ładunek dodatni pochodzący od protonów)

-promieniowanie -β w polu magnetycznym odchyla się w stronę dodatniego bieguna, gdyż jest to strumień elektronów,a więc cząstek ujemnie naładowanych (przeciwne ładunki się przyciągają,a jednakowe się odpychają – warto pamiętać)

-promieniowanie γ – nie odchyla się w polu magnetycznym

Przemianie α ulegają pierwiastki o liczbie masowej A>>210 (równej/większej)

_Z/AX → _Z-2/A-4Y + _24/α

W wyniku przemiany α powstaje pierwiastek o liczbie atomowej mniejszej o 2 i liczbie masowej mniejszej o 4. Jednocześnie zachodzi emisja cząsteczki α.

_88/226Ra → _86/222Rn + _2/4α

Przemianie -β ulegają pierwiastki, które posiadają nadwyżkę neutronów nad protonami.

_Z/AX → _Z+/1AY + _-1/0 β

W wyniku rozpadu -β powstaje pierwiastek o liczbie atomowej większej o 1. Liczba masowa nie ulega zmianie. Wydziela się również cząsteczka -β.

Przemianie +β ulegają pierwiastki, których jądra posiadają nadmiar protonów nad neutronami. Nie występują w naturze (są sztucznie przygotowywane).

_Z/AX → _Z-1/AY + _+1/0 β

W wyniku przemiany +β powstaje pierwiastek o liczbie atomowej o 1 większej oraz cząsteczka +β (czyli pozyton)

_6/11C → _5/11B + _+1/0 β

Izotopy i ich zastosowania

2011-01-21T22:08:00.000-08:00

Izotopy - są to atomy o takiej samej liczbie atomowej lecz różniące się liczbą masową. Mówiąc jaśniej mają taką samą ilość protonów lecz różnią się ilością neutronów.

Pierwiastek - jest zbiorem atomów o takiej samej liczbie atomowej. Czyli jest zbiorem swoich izotopów. Wyjątkami są:

-sód (Na)

- glin (Al)

- fluor (F)

- jod (J)

Wodór posiada 3 izotopy (nawet otrzymały swoje nazwy):

-H (prot) skład jądra: 1 proton liczba masowa: 1

-D (deuter) skład jądra: 1 proton, 1 neutron liczba masowa: 2

-T (tryt) skład jądra: 1 proton, 2 neutrony liczba masowa: 3

Ciekawostka: gdy mówi się "ciężka woda" - odnosi się to do obecności cząsteczek D2O (tlenek dideuteru ;)

Nuklid - jest to zbiór atomów o takiej samej liczbie protonów i neutronów.

Masa atomowa pierwiastka - jest wartością średnią wynikającą z zawartości procentowej jego izotopów.

m_a(E) = (m₁%*A₁ + m₂%*A₂ + ...+ m_n%*A_n) / 100%

gdzie:

m_a(E) = masa atomowa pierwiastka

-m₁,m₂,... - zawartość procentowa izotopu

-A₁,A₂ ,... - liczba masowa izotopu

I tak dla przykładu:

Zadanie. Oblicz masę atomową pierwiastka chloru wiedząc,że jego izotop ³⁵Cl występuje w 75,53%,a izotop ³⁷C w 24,47%.

Dane:

m₁% = 75,53%

m₂% = 24,47%

A₁ = 35u

A₂ = 37u

Rozwiązanie:

m_a(E) = (75,53% * 35u + 24,47% * 37u)/100%

m_a(E) = 35,48u

Odp: Masa atomowa pierwiastka chloru wynosi 35,48u.

Zadanie. Oblicz zawartość procentową izotopów azotu wiedząc,że posiada on tylko dwa izotopy: ¹⁴N i ¹⁵N.

Dane:

A₁ = 14

A₂ = 15

m_a(E) = 14,0067u (odczytana z układu okresowego pierwiastków chemicznych)

m_a(E) = (m₁% * A₁ + m₂% * A₂) / 100%

Mamy dwie niewiadome i tylko jedno równanie,więc nie uda nam się wyliczyć pożądanej wartości. Musimy więc coś zmienić. Wiemy,że:

m₁% + m₂% = 100%

zatem:

m₁% = x

m₂% = 100% - x

i otrzymujemy:

m_a(E) = (x* A₁ + (100% - x)* A₂) / 100%

mnożąc obie strony równania przez 100% dostajemy:

m_a(E) * 100% = x* A₁ + (100% - x)* A₂

podstawiając wartości otrzymujemy:

14,0067 * 100% = 14x + 100*15 – 15x

1400,67 % = -x + 1500 %

-x = -99,33 %

x = 99,33 %

a więc:

m₁% = 99,33 %

m₂% = 100% - 99,33 % = 0,67 %

Odp: Izotop azotu ¹⁴N ma zawartość 99,33 % , a izotop ¹⁵N 0,67 %.

Zastosowanie:

-izotopy promieniotwórcze stosowane są w diagnostyce medycznej np. ¹³¹I, ⁹⁹Tc, ²⁰K, które umożliwiają wykrycie zmian chorobotwórczych w organach wewnętrznych

-promieniotwórczy kobalt ⁶⁰Co, technet ⁹⁹Tc i rad ²²⁶Ra, służą w terapii onkologicznej do niszczenia komórek nowotworowych poprzez naświetlanie

-izotopy promieniotwórcze również są stosowane do badania struktur materiałów, szczelności rur i przewodów, wykrywania ukrytych wad w materiałach w technice

-dzięki izotopom ustala się wiek materiałów pochodzenia naturalnego (np. skóra, skała, kości) na podstawie liczby pierwiastków promieniotwórczych, głównie jest to izotop węgla ¹⁴C.

Obliczanie masy cząsteczkowej

2011-01-20T08:42:00.000-08:00

Oblicz masy cząsteczkowe:

Cl₂ , HNO₃ , Al(OH)₃, Ca₃(PO₄)₂

Korzystając z mas zawartych w układzie okresowym pierwiastków możemy obliczyć bez problemu masy podanych cząsteczek.

I tak dla cząsteczki chloru:
m(Cl₂) = 2 * 35,5u = 71u (właściwie tylko dla chloru nie zaokrąglamy masy do liczby całkowitej tylko podajemy ją z zaokrągleniem do dziesiątych części po przecinku)

Dla cząsteczki kwasu azotowego (V):

m( HNO₃) = 1*1u + 1* 14u + 3 * 16u = 63u

Dla cząsteczki wodorotlenku glinu:

m(Al(OH)₃) = 1*27u + 3*16u + 3*1u = 78u

Dla cząsteczki fosforanu(V) wapnia:

m(Ca₃(PO₄)₂) = 3*40u + 2*31u + 8*16u = 310u

Jak widać w zamieszczonych powyżej przykładach obliczeń widać,że aby obliczyć masę danej cząsteczki musimy zsumować masy atomowe (wyrażone w unitach) wszystkich atomów, z których składa się dana cząsteczka. I tak dla fosforanu (V) wapnia w cząsteczce mamy 3 atomy wapnia(Ca), i dwie grupy fosforanowe (PO₄), czyli mamy 2 atomy fosforu (P) i 8 atomów tlenu (O).

Zad. Oblicz masę atomu siarki (S) i masę cząsteczki kwasu siarkowego (VI) H₂SO₄.

1u ---------- 1,66 * 10^(-24)g

32u ---------- x

Przy zapisywaniu proporcji należy szczególną uwagę zwrócić na to aby wartości, które znajdują się pod sobą zawierały te same jednostki (jeżeli po prawej stronie na górze użyliśmy gramów to wynik po prawej na dole też będzie w gramach)

x = [1,66 * 10^(-24)g *32u]/1u

x = 53,12 * 10^(-24)g <- to jest nasza masa atomu siarki w gramach, bo w unitach jest podana w układzie okresowym

m(H₂SO₄) = 2*1u + 1*32u + 4*16u = 98u

_{Masa cząsteczki kwasu siarkowego (VI) wynosi 98 unitów}

Obliczanie mas atomowych

2011-01-19T19:46:00.000-08:00

Najprostszym i najłatwiejszym sposobem dla obliczania mas atomowych są proporcje. Ich zaletą jest to,że tak na prawdę nie trzeba uczyć się jak z nich korzystać,bo ich stosowanie jest intuicyjne. Przedstawię je w najprostszy sposób zanim przejdziemy do konkretnych przykładów chemicznych.

Wiemy,że jeden litr wody waży jeden kilogram. Przyjmijmy, że chcemy wiedzieć ile będzie ważyć 5 litrów wody. W tym celu tworzymy proporcję:

1L --------- 1kg

5L --------- x kg

Ten zapis możemy odczytać w następujący sposób: jeden litr to jeden kilogram, 5 litrów to nie wiadomo ile kilogramów. Jeżeli chcemy rozwiązać to proporcję musimy wymnożyć jej składniki na krzyż:

1L * x kg = 5L * 1kg

dzieląc obie strony tego równania przez 1L, otrzymujemy:

x kg = (5L * 1kg)/1L

po wykonaniu działań otrzymujemy wynik:

x = 5 [kg]

Co oznacza, że 5 litrów wody waży 5 kilogramów.

Gdy już wiemy jak się posługiwać proporcjami przejdziemy do zadań.

Zad. Obliczyć masy atomowe:

a) Fe

b) O

wiedząc, że masa żelaza równa jest 9,27 * 10_^-23g ,a masa tlenu wynosi 2,66 * 10_^-23g

a) 1u ---------- 1,66*10^_-24g

xu ---------- 9,27 * 10_^-23g

1u * 9,27 * 10_^-23g = 1,66*10^_-24g * xu

x = (1u * 9,27 * 10_^-23g)/ 1,66*10^_-24g

x = 55,84 [u]

b) 1u ---------- 1,66*10^_-24g

xu ---------- 2,66 * 10^_-23g

1u * 2,66 * 10_^-23g = 1,66*10_^-24g * xu

x = (1u * 2,66 * 10_^-23g )/ 1,66*10_^-24g

x = 16 [u]

Masa atomowa lub cząsteczkowa jest to względna masa wyrażana w unitach.

Masa cząsteczkowa równa jest sumie mas atomowych pierwiastków wchodzących w jej skład.

Liczba atomowa a liczba masowa

2011-01-19T19:19:00.000-08:00

1. Masa i rozmiary atomu.
Atomy mają średnicę rzędu 10^-9 [m] lub 10^-10 [m]. Ich masy są również znikome. Masa atomu lub cząsteczki jest to bezwzględna masa wyrażona w gramach (g) lub kilogramach (kg).

2. Atomowa jednostka masy.
Gdy mówimy o pojedynczych atomach lub cząsteczkach używamy o wiele wygodniejszej jednostki masowej niż kilogramy i gram (z powodu tak małych ich wartości w tych jednostkach),tą jednostką są unity.
1u jest międzynarodową jednostką masy atomowej (jest to 1/12 masy izotopu węgla ¹²C).

1u = 1,66*10^(-24)g

3.Liczba atomowa a liczba masowa.

X - dowolnie wybrany pierwiastek chemiczny

A - liczba masowa (liczba dodanych do siebie protonów i neutronów - razem nazywamy je nukleonami)

Z - liczba atomowa - informuje o liczbie protonów,a co za tym idzie (dla obojętnego atomu) także o liczbie elektronów.

I tak na przykład sód (Na) w górnym indeksie posiada liczbę 23,a w dolnym 11. Oznacza to, że posiada:
-11 protonów ( 11 p)
-11 elektronów (11 e)
-12 neutronów (12 n) (23-11=12)

Przykład dla Mn - manganu A=55 i Z=25
-25 protonów
-25elektronów
-30 neutronów (55-25 = 30)

Przykład dla Br - bromu A=80 Z=35
-35 protonów
-35 elektronów
-45 neutronów (80-35 = 45)

Budowa atomu

2011-01-19T18:09:00.000-08:00

Na początek trochę historii ;)

Ewolucja poglądów o budowie materii:

-Demokryt z Abdery, filozof grecki, twórca teorii atomistycznej
-Arystoteles, twórca teorii o 4 pierwiastkach: woda, ogień, powietrze, ziemia
-J. Dalton, twórca współczesnej teorii atomistycznej - przyjął że jest ona zbudowana z atomów, będących niepodzielnymi, sprężystymi kulami (tzw. „model kuli bilardowej”) 1808 rok
-Tomson - odkrył elektron, 1896 rok
-Henri Becquerel - odkrył promieniotwórczość, 1903 rok
-M. Curie-Skłodowska - odkrycia pierwiastków promieniotwórczych
-Rutherford i Bohr - planetarny model budowy atomu (taki jaki sobie zazwyczaj wyobrażamy myśląc o atomach :)
-nastanie czasów mechaniki kwantowej - pierwsze teorie dotyczące mechaniki kwantowej powstały na początku XX wieku - wtedy też powstało równanie Schrodingera.

Czas przejść do konkretnych rzeczy, a więc do tytułowej budowy atomu. Na rysunku znajduję się atom węgla jako pomoc w wyobrażeniu sobie budowy atomu. Każdy atom składa się z jądra atomowego i chmury elektronowej otaczającej owo jądro. W skład jądra atomowego wchodzą protony i neutrony. W skład chmury elektronowej jak sama nazwa wskazuje wchodzą elektrony. Elektrony krążą wokoło nieruchomego jądra.

Proton - jest to cząstka elementarna o masie równej 0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 674 kg, czyli 1,0073 u (u- unit, atomowa jednostka masy, która jest definiowana jako dwunasta część masy jądra atomu węgla. Protony niosą ze sobą jednostkowy ładunek dodatni o E = 1,6 * 10^(-19) C

Neutron - cząstka elementarna o masie równej 0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 675 kg, czyli 1,0087 u. Ta cząstka elementarna nie niesie ze sobą ładunku elektrycznego.

Elektron - Cząstka elementarna o masie 1836 razy mniejszej od masy protonu. Posiada jednostkowy ładunek ujemny równy tak jak w wypaku protonu 1,6 * 10^(-19) C

Rozmiary jądra atomowego są niewielkie nawet w porównaniu do promienia (rozmiaru) atomu. Promieńjądra atomowego mieści się w granicach [10^(-13)]-[10^(-14)] m (dziesięć do potęgi minus trzynaście metra). Natomiast promień atomowy, czyli obszar po jakim poruszają się elektrony oddalone od jądra sięga około 10^(-10) m (czyli jednego Angstrema). Żeby łatwo sobie wyobrazić jakiego rzędu są to różnice należy wyobrazić sobie główkę od szpiki o średnicy 1milimetra i przywiązany do niej sznurek o długości 10 metrów z ciężarkiem na końcu. Zataczany przez ten ciężarek promień odpowiadałby promieniowi atomu o jądrze wielkości tej główki (czyli 1 mm).