Substancje chemiczne

Czym zajmuje się chemia? Chemia to nauka o: 

a. związkach chemicznych w żywieniu

b. powietrzu, wodzie

c. zasadach, kwasach i solach

d. atomach i cząsteczkach

e. związkach organicznych

Chemia jest podstawa wielu gałęzi przemysłu (np. metalurgii, petrochemii, tworzyw sztucznych, przemysłu spożywczego, kosmetycznego, farmaceutycznego, nawozów sztucznych). Chemia zajmuje się właściwościami substancji i reakcjami chemicznymi.

Ciało a substancja.

a. minerały - to rodzaj materii zarówno w substancji, jak ich mieszanin.

b. materia - to wszystko co nas otacza.

c. substancja chemiczna -to rodzaj materii o określonym stałym składzie chemicznym.

Każda substancja na szereg właściwości, które pozwalają na jej rozpoznanie i odróżnienie od innych. Właściwości substancji dzielimy na: 

a. chemiczne: zapach, smak, trujące działanie na organizmie żywym, palność, reaktywność

b. fizyczne: stany skipienia, gęstość, kruchość, temperatura topnienia i wrzenia, barwa, połysk, przewodnictwo elektryczne i cieplne, ciągliwość, kowalność, sprężystość itp.

Właściwości gazu

Stany skupienia materii:

a. ciekły

b. gazowy

c. stały

Zmiany stanów skupienia:

a. topnienie (stapianie) -to zmiana stanu skupienia ze stałego na ciekły. Zachodzi w stałej temperaturze charakterystycznej dla danej substancji.

b. krzepnięcie - to zmiana stanu skupienia z ciekłego w stały. Zachodzi w stałej temperaturze charakterystycznej dla danej substancji.

c. parowanie - to zmiana stanu skupienia z ciekłego na gazowy w dowolnej temperaturze.

d. wrzenie - to parowanie z całej objętości cieczy. Zachodzi w temperaturze charakterystycznej dla danej substancji zwanej temperaturą wrzenia.

e. skraplanie (kondensacja) -to zmiana stanu skupienia z gazowego w ciekły. Proces zachodzi w wyniku chłodzenia lub wzrostu ciśnienia.

f.  sublimacja - to zmiana stanu skupienia ze stałego w gazowy. Zachodzi w każdej temperaturze, im szybciej, tym wyższa temperatura.

g. desublimacja - to zmiana stanu skupienia z gazowego w stały. Zachodzi po odpowiednim dla danej substancji obniżenia temperatury i ciśnienia.

Właściwości wybranych gazów.

a. chlor - ma żółtozielony kolor oraz ostry, drażniący zapach.

b. wodór - jest gazem palnym, który pali się z charakterystycznym „szczeknięciem”.

c. tlen - podtrzymuje palenie.

d. dwutlenek węgla - powoduje mętnienie wody wapiennej, gasi płomień.

Rozdzielanie mieszanin

mieszanina - to rodzaj materii złożonej z dwóch lub większej liczby substancji zmieszanych w dowolnym stosunku. Właściwości mieszaniny zależą od rodzaju składników i ich zawartości procentowej. Mieszaniny można rozdzielić na składniki metodami fizycznymi. Przykłady mieszanin:

a. Woda mineralna - woda i dwutlenek węgla

b. Powietrze - tlen, azot, dwutlenek węgla, para wodna itp.

c. Styropian - ciało stałe i gaz

Mieszanina wykazuje pewne właściwości, których nie ma żaden z niej składników w stanie czystym. Substancje chemiczne mają ściśle określoną temperaturę wrzenia i topnienia, a mieszaniny w substancji wrzą i topią się w pewnym przedziale temperatur.

Mieszaniny substancji można rozdzielić na składniki metodami fizycznymi, czyli takimi, których wykorzystuje się różnicę fizycznych właściwościach składników.

Składniki mieszaniny zachowują swoje indywidualne właściwości, co wykorzystuje się przy ich rozdziale.

Proste metody rozdzielania mieszanin:

a. chromatografia - metoda rozdzielania mieszanin związków chemicznych na składniki, oparta na wykorzystaniu różnej zdolności adsorbowania i osadzania się danych składników.

b. sączenie - rodzaj filtracji z użyciem lejka z papierowym sączkiem lub lejka Buchnera.

c. dekantacja - sposób oddzielania cieczy od osadu, polegający na ostrożnym zlaniu jej znad osadu.

d. sedymentacja (osadzanie) -proces opadania zawiesiny ciała stałego w cieczy w wyniku działania siły grawitacji lub sił bezwładności.

e. destylacja - rozdzielenie składników mieszaniny ciekłej polegające na jej ogrzaniu i odparowaniu składnika wrzącego w najniższej temperaturze, który następnie ulega skropleniu.

f.  krystalizacja -proces tworzenia się i wzrostu kryształu z cieczy przechłodzonej, roztworu przesyconego lub przesyconej pary (fazy gazowej).

g. rozwarstwienie

h. desaturacja - zjawisko wydzielania gazu z roztworu.

Skład mieszanin

Sposoby zmieniania składu mieszanin:

a. przez zwiększenie zawartości jednego ze składników

b. przez zmniejszenie zawartości jednego ze składników

c. przez wprowadzenie nowego składnika

Skład procentowy mieszaniny.

Przy obliczaniu składu w procentach wagowych (masowych) przyjmuje się, że masa mieszaniny to 100%, a procentowy udział masy poszczególnych składników określa ich zawartość.

Rodzaje mieszanin:

a. mieszanina jednorodna - nie można rozróżnić poszczególnych składników za pomocą wzroku lub prostych przyrządów optycznych, np. powietrze, sól + woda, woda mineralna, stopy metali.

b. mieszanina niejednorodna -można rozróżnić poszczególne składniki za pomocą wzroku lub prostych przyrządów optycznych, np. piasek + woda, siarka + żelazo, groch + ryż, olej + woda.

Wpływ składu mieszaniny na jej właściwości.

Właściwości mieszaniny zależą od jej składu jakościowego i składu ilościowego.

Stop - mieszanina dwóch lub większej liczby substancji, z których co najmniej jedna jest metalem, a mieszanina wykazuje ogólne właściwości metaliczne.

Najważniejsze stopy

a. stop żelaza z węglem - jeżeli zawartość węgla jest mniejsza od 0,5% to materiał jest tak miękki, że gwóźdź z niego wykonany można zgiąć palcami. Jeżeli zawartość węgla wynosi 0,5% - 1,5% to mamy stal - na pewno twardy i sprężysty. Jeżeli zawartość węgla jest większa od 1,7% to mamy żeliwo - materiał twardy, lecz kruchy.

b. brąz - to stop miedzi (80-90%) i cyny (10-20%)

c. mosiądz - to stop miedzi(60-70%) i cynku (30-40%)

d. duraluminium (dural) - 95%glinu i 2-5% miedzi oraz dodatki.

Badanie składu powietrza

Skład jakościowy i ilościowy powietrza

a. składniki stałe - azot (78%), tlen (21%), argon (1%).

b. składniki śladowe- np. jod nad morzem

c. składniki zmienne - np. para wodna

Powietrze jest mieszaniną jednorodną, wieloskładnikową, składa się z różnych gazów. Jest bezbarwne, bezwonne, przezroczyste, bez smaku, słabo rozpuszczalne w wodzie, przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje. Po raz pierwszy powietrze skroplili profesorowie Uniwersytetu Jagiellońskiego: Karol Olszewski i Zygmunt Wróbelewski w 1883 r. Skroplone powietrze wrze w przedziale temperatur. 1 litr powietrza waży w normalnych warunkach 1,29 g. Warunki normalne to 0 stopni C i 1013 hPa.

Najważniejsze właściwości fizyczne i chemiczne składników powietrza

a. tlen - jest gazem bezbarwnym, bezwonnym, bez smaku, słabo rozpuszczalny w wodzie. 1 litr tleny w warunkach normalnych waży 1,43 g. Skroplili go K. Olszewski i Z. Wróbelewski. Tlen bierze udział w procesie Spalania i oddychania.

b. azot - to gaz bezbarwny, bezwonny, słabo rozpuszczalny w wodzie, nie podtrzymuje palenia, nie odgrywa żadnej roli w oddychaniu, ale jest potrzebny do życia roślin. 1 litr azotu w normalnych warunkach waży 1,25 g. 

c. dwutlenek węgla - powstaje w wyniku spalania węgla w powietrzu lub tleny. Jest gazem bezbarwnym, bezwonnym, o kwaśnym smaku, dobrze rozpuszcza się w wodzie, nie podtrzymuje palenia, powoduje mętnienie wody wapiennej. 1 litr dwutlenku węgla w normalnych warunkach waży 1,98 g. 

d. argon - to gaz bezbarwny, bezwonny, słabo rozpuszczalny w wodzie, niepalny. 1 litr argonu w normalnych warunkach waży 1,78 g 

e. wodór - to gaz bezbarwny, bez zapachu, słabo rozpuszcza się w wodzie. Zetknięcie z niewielką ilością powietrza zapala się z charakterystycznym „szczeknięciem”. 1 litr wodoru w normalnych warunkach waży 0,09 g. Wodór jest aktywny chemicznie i reaguje z tlenem, azotem, siarką, chlorem.

Zanieczyszczenia powietrza

Zanieczyszczenia powietrza -to substancje, które mogą być groźne dla wszystkich organizmów żywych, jeżeli ich zawartość jest zbyt duża, np. CO - czad, tlenki siarki i azotu.

Źródła zanieczyszczeń powietrza

a. naturalne

b. wytworzone przez człowieka

Zastosowanie składników powietrza:

a. tlen - niezbędny do życia ludzi i zwierząt.

b. azot - do produkcji nawozów sztucznych, w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym, barwników, materiałów wybuchowych, do produkcji atmosfer ochronnych.

c. argon - do wypełniania żarówek oraz szklanych rur używanych jako reklamy świetlne. Jako gaz do ochrony przy spawaniu.

d. dwutlenek węgla - do produkcji tlenu w procesie fotosyntezy oraz do gaszenia pożaru.

Reakcje łączenia

Reakcja chemiczna - to przemiana jednej substancji w inne substancje.

Reakcja łączenia (syntezy) - to reakcja, w której dwie substancje łącza się przekształcając w nową substancję.

Substrat reakcji - to substancja ulegająca przemianie (znajduje się przed strzałką!).

Produkt reakcji - to substancja powstająca w wyniku reakcji chemicznej (znajduje się za strzałką!).

Reagent - to każdy substrat i każdy produkt reakcji.

Utlenianie - to reakcja łączenia substancji z tlenem.

Reakcja spalania - to reakcja utleniania, która przebiega gwałtownie i towarzyszą jej efekty świetlne (blask, wybuch, płomienie).

Mieszanina wybuchowa (piorunująca) - to mieszanina wodoru i tlenu w stosunku objętościowym 2:1.

Zadanie. Uzupełnij reakcje i wypisz.

  1. siarka + żelazo → siarczek żelaza

substraty: siarka i żelazo

produkty: siarczek żelaza

reagent: siarczek żelaza, siarka, żelazo

Jest to - reakcja łączenia.

  1. tlen + wodór → tlenek wodoru

substraty: tlen i wodór

produkty: tlenek wodoru

reagent: tlenek wodoru, tlen, wodór

Jest to reakcja utleniania, czyli łączenia.

Reakcje rozkładu

Reakcja rozkładu - to reakcja, w której jeden substrat przemienia się w dwa lub większą liczbę produktów. Reakcja rozkładu to inaczej analiza. Jest procesem nieodwracalnym, w którym zachodzi pod wpływem wysokich temperatur, światła, prądu itp.

Zadanie

Nadmanganian potasu → tlenek manganu (IV) + manganiam (VI) potasu + tlen

Substraty: nadmanganian potasu

Reagenty: nadmanganian potasu, tlenek manganu (IV), manganiam (VI) potasu, tlen

Produkty: tlenek manganu (IV), manganiam (VI) potasu, tlen

Jest to - reakcja rozkładu.

Rodzaje materii

Materiały dzielimy na: 

  1. substancje

* pierwiastki:

- metale

- niemetale

* związki chemiczne:

- związki organiczne

- związki nieorganiczne

  b) mieszaniny

- jednorodne

- niejednorodne

Podział substancji na pierwiastki i związki chemiczne.

Pierwiastki chemiczne, czyli substancje proste to takie, które w żadnych reakcjach chemicznych nie ulegają rozkładowi na prostsze składniki. Zawierają one tylko jeden rodzaj pierwiastka (S, C, Mg). Najmniejszą ilością pierwiastka jest atom. Pojęcie pierwiastka chemicznego wprowadził angielski uczony Robert Boyle w XVII wieku. W 1898 roku został odkryty polonrad przez Marię Skłodowską-CuriePiotra Curie. Związki chemiczne, czyli substancje złożone składają się z co najmniej dwóch pierwiastków chemicznych i mogą być rozłożone na prostsze składniki w wyniku reakcji rozkładu (np. woda). Najmniejszą ilością związku chemicznego jest cząsteczka.

Podział pierwiastków na metale i niemetale.

Tlenki - to związki chemiczne zbudowane z tlenu i dowolnego pierwiastka.

  1. metal + tlen → tlenek metalu np.:

Magnez + tlen → tlenek magnezu

  1. tlen + niemetal → n- tlenek niemetalu np.:

Węgiel + tlen → dwutlenek węgla

Siarczki - otrzymujemy w reakcji siarki z dowolnym pierwiastkiem.

Reakcje wymiany

Reakcja wymiany - to taka reakcja, w której co najmniej dwa substraty przemieniają się w dwa produkty.

Reakcja odtleniania (reakcja redukcji) - to taka, która polega na odebraniu tlenu jednej substancji przez drugą substancję. Substancja, która odbiera tlen to reduktor, czyli odtleniacz i tworzy z tlenem nowy związek chemiczny.

Zadanie. Uzupełnij reakcję i wypisz.

Tlenek żelaza + węgiel → dwutlenek węgla + żelazo

Pierwiastki: węgiel, żelazo

Reagenty: tlenek żelaza, węgiel, dwutlenek węgla, żelazo

Związki chemiczne: tlenek żelaza, dwutlenek węgla

Substraty: tlenek żelaza, węgiel

Substancje proste: węgiel, żelazo

Substancje złożone: tlenek żelaza, dwutlenek węgla

Produkty: dwutlenek węgla, żelazo

Jest to - reakcja wymiany.

Zjawisko fizyczne, a przemiana chemiczna.

  1. zjawisko fizyczne - to zjawisko, w którym zmienia się co najmniej jedna cecha fizyczna ciała, a właściwości chemiczne substancji nie ulegają zmianie, np.: parowanie, rozdrabnianie.
  2. przemiana chemiczna - to taka w wyniku, którym powstaje nowa substancja o zupełnie innych właściwościach fizycznych i chemicznych. Taką przemianę nazywamy reakcją chemiczną.

Pierwiastki chemiczne - informacje o układzie okresowym

Układ okresowy pierwiastków chemicznych, czyli tablica Mendelejewa.

W 1869 roku rosyjski uczony Dymitr Mendelejew sformułował prawo okresowości, które z nich właściwości fizyczne i chemiczne pierwiastków uporządkowanych zgodnie ze wzrastającą liczbą atomową, powtarzają się okresowo. Na podstawie tego prawa zbudował tablicę z pierwiastkami.

Układ okresowy zbudowany jest z kolumn pionowych, zwanych grupami (jest ich 18) oraz szeregów poziomych, zwanych okresami.

W grupachznajdują się pierwiastki o zbliżonych właściwościach chemicznych i fizycznych. Okresy zawierają pierwiastki o stopniowo zmieniających się właściwościach od reaktywnych metali do reaktywnych niemetali. Na końcu okresu jest niemetal - helowiec, który nie tworzy związków chemicznych lub tworzy nietrwałe.

Na i Mg są reaktywnymi metalami.

Al, Si i P są mało reaktywnymi metalami, niemetalami.

S i Cl są reaktywnymi niemetalami.

Ar jest nie reaktywnym helowcem.

Pierwiastki należące do tej samej grupy tworzą podobny typ związków chemicznych. Nazwy grup utworzono od pierwiastków położonych na początku grupy, np.: litowce, tlenowce, helowce, azotowce. Pierwiastki lezące między 2, a 13 grupą tworzą tzw. podtypy lub grupy poboczne i są to pierwiastki przejściowe.

Atomy pierwiastków o dużych liczbach atomowych (powyżej 83) są nietrwałepromieniotwórcze (radioaktywne).

Helowce to tzw. dawniej gazy szlachetne.

Rodzaje metali

  •   metale alkaliczne
  •   metale ziem alkalicznych
  •   metale przejściowe
  •   metale ziem rzadkich