SpiS treści - greg.pl · Spis treœci 5 Zadania – wiązania chemiczne ujęcie klasyczne .....94

SpiS treściWstęp ........................................................................................................................................................................... 11

Część I – STECHIOMETRIA

Mol, masa molowa ....................................................................................................................................................13

Zadania – mol, masa molowa ..........................................................................................................................13Objętość molowa w warunkach normalnych i standardowych ........................................................................17

Zadania – objętość molowa w warunkach normalnych ..............................................................................17Objętość molowa w warunkach dowolnych .........................................................................................................22

Zadania – objętość molowa w warunkach dowolnych ................................................................................22Prawo stałości składu ................................................................................................................................................24

Zadania – prawo stałości składu ......................................................................................................................24Prawo zachowania masy ...........................................................................................................................................25

Zadania – prawo zachowania masy .................................................................................................................25Ułamki składników: masowe, molowe i objętościowe ........................................................................................28

Zadania – ułamki masowe, molowe i objętościowe .....................................................................................28Zawartość procentowa składników w mieszaninie lub w związku chemicznym ............................................30

Zadania – zawartość procentowa składników w mieszaninie lub związku chemicznym ......................31Stężenia chemiczne ....................................................................................................................................................33

Stężenia procentowe ...........................................................................................................................................33Zadania – stężenie procentowe ........................................................................................................................33Stężenie molowe .................................................................................................................................................35Zadania – stężenie molowe ...............................................................................................................................35Rozpuszczalność .................................................................................................................................................37Zadania – rozpuszczalność ...............................................................................................................................37Zadania – stężenia podsumowanie ..................................................................................................................40Przeliczanie stężeń ..............................................................................................................................................41Zadania – przeliczanie stężeń ...........................................................................................................................42Mieszanie roztworów – reguła krzyża .............................................................................................................42Zadania – mieszanie roztworów, reguła krzyża .............................................................................................43

Stechiometria mieszanin ...........................................................................................................................................45Obliczanie mas molowych mieszanin ............................................................................................................45Zadania – obliczanie mas molowych mieszanin ...........................................................................................45

Wydajność reakcji chemicznej .................................................................................................................................46Zadania – wydajność reakcji chemicznej ........................................................................................................46

Wyprowadzanie wzorów elementarnych ................................................................................................................49

4 S p i s t r e œ c i

Zadania – wyprowadzanie wzorów elementarnych .......................................................................................49Zależności stechiometryczne na bazie równań reakcji .......................................................................................52

Zadania – zależności stechiometryczne na bazie równań reakcji ..............................................................52Obliczanie składu mieszanin poreakcyjnych ........................................................................................................54

Zadania – obliczanie składu mieszanin poreakcyjnych ...............................................................................54Obliczanie składu mieszanin na bazie gęstości mieszanin.................................................................................58

Zadania – obliczanie składu mieszanin na bazie gęstości mieszanin .......................................................58Zadania – z mieszaniną o znanym składzie ...................................................................................................59

CZĘŚĆ II – CHEMIA NIEORGANICZNA

Atom i cząsteczka – ujęcie klasyczne .....................................................................................................................63Atom – ujęcie klasyczne ...........................................................................................................................................63

Pojęcia podstawowe ............................................................................................................................................63Ustalanie wzorów związków chemicznych .....................................................................................................64Masa atomowa i średnia ważona masa izotopowa .......................................................................................65Zadania – średnia ważona masa izotopowa ...................................................................................................66Masa cząstek (molekuł) .....................................................................................................................................67Charakterystyka cząstek elementarnych .........................................................................................................68

Kwarki ............................................................................................................................................................68Zadania – masa względna i bezwzględna molekuł .......................................................................................68Substancje proste – charakterystyka metali i niemetali...............................................................................70

Układ okresowy pierwiastków (uop) – ujęcie klasyczne .....................................................................................72Nazwy grup ..........................................................................................................................................................72Pojęcia podstawowe ............................................................................................................................................73Charakterystyka połączeń czwartego okresu uop grup 1–2 i 13–18 ........................................................73Zmiany wielkości na tle układu okresowego .................................................................................................74Zadania – zmiany własności na tle uop .........................................................................................................75

Budowa atomu a układ okresowy pierwiastków ..................................................................................................76Zadania – atom a uop .......................................................................................................................................77

Projektowanie podstawowych doświadczeń ..........................................................................................................78Badanie charakteru chemicznego substancji – zasada ogólna dla substancji rozpuszczalnej i nierozpuszczalnej w wodzie ...........................................................................................................................78Wykazanie charakteru amfoterycznego wodorotlenku chromu(III) .........................................................79Zadania – projektowanie doświadczeń............................................................................................................80

Promieniotwórczość .................................................................................................................................................. 81Modele budowy jądra atomowego ..................................................................................................................81Trwałość jądra atomowego ................................................................................................................................81Podział izotopów ................................................................................................................................................82

Promieniotwórczość naturalna i sztuczna .............................................................................................................82Reguła uzgadniania równań reakcji jądrowych..............................................................................................83Umowny zapis procesów jądrowych ...............................................................................................................84Prawo przesunięć ................................................................................................................................................84Zadania – uzgadnianie równań przemian promieniotwórczych ................................................................84Szeregi promieniotwórcze .................................................................................................................................85Zadania – szeregi promieniotwórcze ...............................................................................................................85Okres połowicznego rozpadu (zaniku) ...........................................................................................................87Zadania – okres połowicznego rozpadu .........................................................................................................88

Budowa cząsteczki – ujęcie klasyczne ....................................................................................................................89Pojęcia podstawowe ............................................................................................................................................89Wzory chemiczne ...............................................................................................................................................90Wiązania chemiczne – definicje, podział .......................................................................................................92Wzory elektronowe cząsteczek .........................................................................................................................94


Zadania – wiązania chemiczne ujęcie klasyczne ...........................................................................................94

CHEMIA KWANTOWA ..........................................................................................................................................97

Budowa atomu – ujęcie kwantowe .........................................................................................................................97Model Schrödingera ...........................................................................................................................................97Liczby kwantowe .................................................................................................................................................97Zadania – liczby kwantowe ...............................................................................................................................98Kontur orbitalu (chmury elektronowej) .......................................................................................................100Zadania – wykresy orbitali atomowych ........................................................................................................100Reguły zabudowy orbitali................................................................................................................................100Konfiguracja elektronowa stanu podstawowego na przykładzie atomu selenu ....................................101Elektrony ............................................................................................................................................................101Konfiguracja jonów ..........................................................................................................................................102Wzbudzony stan elektronów ..........................................................................................................................102Zadania – budowa kwantowa atomu ............................................................................................................102

Budowa cząsteczek – ujęcie kwantowe .................................................................................................................103Kolejność poziomów energetycznych cząsteczki ........................................................................................104Hybrydyzacja orbitali atomowych ................................................................................................................107Rodzaje hybrydyzacji .......................................................................................................................................107Zadania – kwantowa budowa cząsteczek ......................................................................................................109

Roztwory i reakcje w roztworach wodnych ........................................................................................................111Podział roztworów ............................................................................................................................................111Roztwory koloidalne ........................................................................................................................................112Podział koloidów ..............................................................................................................................................112Porównanie koloidów.......................................................................................................................................112Metody rozdzielania mieszanin .....................................................................................................................113Rozpuszczanie, roztwarzanie ..........................................................................................................................113Efekty towarzyszące rozpuszczaniu ...............................................................................................................113Reakcje w roztworach wodnych .....................................................................................................................114

Formy zapisu równań reakcji jonowych ...............................................................................................114Ogólne zasady zapisu równań reakcji jonowych .................................................................................114Elektrolity mocne i „lotne” .....................................................................................................................114Przykłady równań reakcji jonowych .......................................................................................................114

Zadania – reakcje jonowe ................................................................................................................................115Dysocjacja elektrolityczna ......................................................................................................................................117

Teoria dysocjacji Arrheniusa ...........................................................................................................................117Teoria Brönsteda – Lowry’ego ........................................................................................................................118Teoria Lewisa .....................................................................................................................................................119Zadania – reakcje dysocjacji elektrolitycznej ...............................................................................................119

Hydroliza związków organicznych i nieorganicznych ......................................................................................120Zadania – reakcje hydrolizy ............................................................................................................................122

Bufory – definicja i zasada działania ...................................................................................................................123Działanie roztworu buforowego ....................................................................................................................123

Projektowanie podstawowych doświadczeń ........................................................................................................124Sporządzanie roztworu o danym stężeniu ...................................................................................................124Projektowanie prostej identyfikacji jonów w roztworze – zasada ogólna..............................................124Porównywanie mocy elektrolitów – zasada ogólna ....................................................................................124Zbieranie gazów wydzielanych w trakcie doświadczenia ...........................................................................125Oczyszczanie mieszanin gazowych ................................................................................................................126Otrzymywanie różnych gazów w laboratorium szkolnym ........................................................................126Zadania – reakcje jonowe ................................................................................................................................128


KINETYKA CHEMICZNA ..................................................................................................................................131

Definicja szybkości reakcji i wpływ różnych czynników na szybkość ...........................................................131Zależność szybkości od temperatury (v = v(T)) .........................................................................................131Zależność szybkości od stężenia (v = v(c)) ..................................................................................................132

Rząd reakcji ...............................................................................................................................................................132Cząsteczkowość reakcji ....................................................................................................................................132Badanie wpływu różnych czynników na szybkość reakcji – zasada ogólna ..........................................132

Kataliza chemiczna – zależność szybkości od obecności innych substancji ................................................133Podział ................................................................................................................................................................133Zadania – kinetyka chemiczna .......................................................................................................................135

STATYKA CHEMICZNA .....................................................................................................................................137

Prawo działania mas – prawo Guldberga i Waagego.........................................................................................137Zależność stałej od temperatury ...........................................................................................................................137

Zadania – statyka chemiczna (stała równowagi) .........................................................................................138Reguła przekory (Le Chateliera – Brauna) ..........................................................................................................139

Zadania – statyka chemiczna (reguła przekory)..........................................................................................140Stałe równowagi ........................................................................................................................................................142

Stała równowagi reakcji dysocjacji nazywana stałą dysocjacji ..................................................................142Zadania – statyka chemiczna (stopień i stała dysocjacji)..........................................................................143Iloczyn jonowy wody .......................................................................................................................................144Zadania – statyka chemiczna (równowaga reakcji dysocjacji kwasów i zasad, pH, pOH) .................145Iloczyn rozpuszczalności substancji trudno rozpuszczalnej; IR lub KSO................................................147Zadania – statyka chemiczna (równowaga reakcji strącania osadu, iloczyn rozpuszczalności) .........148

TERMOCHEMIA ...................................................................................................................................................150

Pojęcia podstawowe .................................................................................................................................................150Sposoby wymiany energii pomiędzy układem i otoczeniem...........................................................................150Konwencja międzynarodowa znaków energii .....................................................................................................151Funkcje termodynamiczne .....................................................................................................................................151Zasady termodynamiki ............................................................................................................................................153Rodzaje ciepeł reakcji ..............................................................................................................................................153Podstawowe prawa termochemii ...........................................................................................................................154Metody obliczania efektów energetycznych reakcji ..........................................................................................154

Zadania – efekty energetyczne reakcji ..........................................................................................................154

UTLENIANIE I REDUKCJA ................................................................................................................................158

Reguły wyznaczania stopni utlenienia .................................................................................................................158Zadania – stopnie utlenienia ..........................................................................................................................159Uzgadnianie równań reakcji redoks ..............................................................................................................159

Przewidywanie własności utleniająco-redukujących atomów i prostych jonów ...........................................160Zadania – przewidywanie własności utleniająco-redukujących .................................................................160

Przewidywanie kierunku reakcji redoks ...............................................................................................................161Zadania – przewidywanie kierunku reakcji redoks .....................................................................................162

Badanie zachowania się metali w reakcjach z kwasami – zasada ogólna ......................................................162Zadania – przewidywanie kierunku reakcji metali z kwasami ..................................................................163Zadania – przewidywanie kierunku reakcji metali z roztworami soli .....................................................164

Porównywanie własności utleniająco-redukujących substancji – zasada ogólna ..........................................165Porównywanie aktywności metali – zasada ogólna............................................................................................165

Porównywanie aktywności metali – przykład ..............................................................................................166


Najlepsze utleniacze ................................................................................................................................................166Przewidywanie produktów reakcji redoks z zastosowaniem manganianu(VII) potasu (KMnO4) ......166Badanie własności utleniających manganianu(VII) potasu w zależności od środowiska ....................167Badanie własności utleniających manganianu(VII) potasu .......................................................................167Badanie własności utleniających związków chromu(VI) ............................................................................168Własności utleniające kwasu azotowego(V) .................................................................................................169Własności utleniające kwasu siarkowego(VI) ...............................................................................................169Własności utleniające f luorowców .................................................................................................................169Zadania – utlenienie i redukcja ......................................................................................................................169

ELEKTROCHEMIA ..............................................................................................................................................172

Ogniwa chemiczne (galwaniczne) .........................................................................................................................172Zadania – ogniwa chemiczne (równanie Nernsta) ......................................................................................173Standardowe Półogniwo Wodorowe – SPW ...............................................................................................174Podział półogniw ..............................................................................................................................................174Międzynarodowy zapis ogniwa chemicznego..............................................................................................174Przykłady reakcji elektrodowych w ogniwach .............................................................................................175Zadania – ogniwa chemiczne (zapis, projektowanie i obliczenia) ...........................................................175

Korozja elektrochemiczna i metody ochrony przed korozją ..........................................................................178Zadania – mikroogniwa chemiczne (korozja)..............................................................................................178

Elektrochemia – elektrolizery ................................................................................................................................179Przyczyny nadnapięć ........................................................................................................................................179Porównanie układów ogniwa i elektrolizera dla ogniw odwracalnych,tzw. bateryjek akumulacyjnych ......................................................................................................................180Przewidywanie produktów elektrolizy ...........................................................................................................180Równania wydzielania tlenu i wodoru..........................................................................................................181Elektroliza a rafinacja ......................................................................................................................................181Praktyczne wykorzystanie procesów elektrolizy ..........................................................................................182Zadania – elektroliza (produkty) ...................................................................................................................182Prawa elektrolizy Faradaya ..............................................................................................................................183Zadania – elektroliza (reakcje, obliczenia – prawa Faradaya) ...................................................................184

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PIERWIASTKÓW NA TLE UKŁADU OKRESOWEGO ...............188

Równania reakcji otrzymywania substancji nieorganicznych ..........................................................................188Tlenki ..................................................................................................................................................................188Wodorotlenki .....................................................................................................................................................190Kwasy ..................................................................................................................................................................190Sole ......................................................................................................................................................................192Zadania – uzgadnianie równań reakcji..........................................................................................................192

Alotropia pierwiastków ...........................................................................................................................................194Barwa płomienia i roztworów ...............................................................................................................................195Przykłady związków pierwiastków bloku s i p ...................................................................................................197

Zadania – wodór ...............................................................................................................................................202Zadania – pierwiastki bloku s ........................................................................................................................202Zadania – pierwiastki bloku p .......................................................................................................................204

Pierwiastki bloku d ..................................................................................................................................................205Uwagi ogólne .....................................................................................................................................................205Chrom ................................................................................................................................................................205Zadania – chrom ...............................................................................................................................................207Mangan ...............................................................................................................................................................209Zadania – mangan ............................................................................................................................................210Żelazo ..................................................................................................................................................................212Zadania – żelazo ...............................................................................................................................................213


Srebro ..................................................................................................................................................................214Zadania – srebro ...............................................................................................................................................214Miedź ..................................................................................................................................................................215Zadania – miedź ................................................................................................................................................215Cynk ....................................................................................................................................................................216Zadania – cynk ..................................................................................................................................................216

Podstawy analizy chemicznej .................................................................................................................................217Miareczkowanie .................................................................................................................................................217Analiza spaleniowa – analiza elementarna ...................................................................................................218Zadania – analiza spaleniowa .........................................................................................................................218

CZĘŚĆ III – CHEMIA ORGANICZNA

Podział związków organicznych ............................................................................................................................221Wiązania w związkach organicznych i typ hybrydyzacji .................................................................................225

Zadania — hybrydyzacja węgla w związkach organicznych ......................................................................225Reakcje w chemii organicznej................................................................................................................................226

Reakcje charakterystyczne dla związków organicznych .............................................................................227Zadania – reakcje w chemii organicznej.......................................................................................................228

Przewidywanie właściwości fizycznych i chemicznych związków organicznych ..........................................232Temperatury przemian fazowych ...................................................................................................................232Rozpuszczalność w rozpuszczalnikach .........................................................................................................233

Izomeria w związkach organicznych ....................................................................................................................233Rodzaje izomerii ...............................................................................................................................................234

Izomeria konstytucyjna – metameria .....................................................................................................234Izomeria konstytucyjna – szkieletowa (dawniej izomeria łańcuchowa) ...........................................234Izomeria położenia podstawnika ..........................................................................................................234Tautomeria .................................................................................................................................................234Izomeria geometryczna (cis, trans) ..........................................................................................................234Izomeria konformacyjna ..........................................................................................................................235Izomeria przestrzenna .............................................................................................................................235

Rodzaje izomerii omawiane w szkole średniej ............................................................................................235Izomeria optyczna ............................................................................................................................................237Ustalenie konfiguracji absolutnej ..................................................................................................................237Wzory stereochemiczne ...................................................................................................................................238Rodziny konfiguracyjne ...................................................................................................................................239Zadania – izomeria w związkach organicznych ..........................................................................................239Ważność grup ....................................................................................................................................................242

Podstawowe szeregi homologiczne lub związki danej klasy ............................................................................243Węglowodory nasycone, nienasycone, cykliczne ........................................................................................243Węglowodory aromatyczne ............................................................................................................................244Alkohole .............................................................................................................................................................245Fenole, aminy, amidy .......................................................................................................................................245Związki karbonylowe – aldehydy i ketony ...................................................................................................246Kwasy karboksylowe .........................................................................................................................................246Amino- i hydroksykwasy .................................................................................................................................247Cukry proste ......................................................................................................................................................247

Nazewnictwo związków organicznych .................................................................................................................248Węglowodory nasycone o łańcuchach prostych ........................................................................................248Węglowodory cykliczne ...................................................................................................................................249Węglowodory nienasycone (alkeny, alkiny, alkadieny) ..............................................................................249Węglowodory aromatyczne (areny) ...............................................................................................................250Pochodne węglowodorów................................................................................................................................251


Alkohole .............................................................................................................................................................251Fenole .................................................................................................................................................................251Aldehydy.............................................................................................................................................................252Ketony.................................................................................................................................................................253Kwasy karboksylowe .........................................................................................................................................253Sole i estry kwasów karboksylowych ............................................................................................................254Amidy kwasowe .................................................................................................................................................254Aminy .................................................................................................................................................................255

Podstawowe odczynniki w chemii organicznej ..................................................................................................256Charakterystyka i reaktywność związków organicznych ..................................................................................257

Węglowodory .....................................................................................................................................................257Węglowodory nasycone ............................................................................................................................259

Zadania – alkany ...............................................................................................................................................259Węglowodory nienasycone ......................................................................................................................259

Zadania – węglowodory nienasycone; alkeny, alkadieny, alkiny ..............................................................261Węglowodory aromatyczne (areny) ........................................................................................................263

Zadania – węglowodory aromatyczne ...........................................................................................................264Związki heterocykliczne ...........................................................................................................................267Porównanie węglowodorów .....................................................................................................................267

Alkohole .............................................................................................................................................................268Zadania – alkohole jednowodorotlenowe ....................................................................................................269Zadania – alkohole wielowodorotlenowe .....................................................................................................271Fenole .................................................................................................................................................................271

Reaktywność fenoli ...................................................................................................................................271Porównanie alkoholi i fenoli ...................................................................................................................272

Zadania – fenole ...............................................................................................................................................273Związki karbonylowe........................................................................................................................................275

Porównanie aldehydów i ketonów ..........................................................................................................276Zadania – ketony ..............................................................................................................................................276Zadania – aldehydy ...........................................................................................................................................277Kwasy karboksylowe .........................................................................................................................................278

Własności i reaktywność kwasów karboksylowych .............................................................................278Porównanie kwasów i estrów ...................................................................................................................280

Zadania – kwasy karboksylowe alifatyczne i aromatyczne kwasy nasycone i nienasycone ................281Zadania – estry ..................................................................................................................................................284Aminy .................................................................................................................................................................286

Reaktywność amin .....................................................................................................................................286Zadania – aminy alifatyczne i aromatyczne ................................................................................................287Amidy kwasowe .................................................................................................................................................288

Otrzymywanie amidów kwasowych ........................................................................................................288Reaktywność amidów – hydroliza zasadowa i kwasowa amidów .....................................................289

Zadania – amidy kwasowe ...............................................................................................................................289Wielofunkcyjne pochodne węglowodorów ..................................................................................................291

Hydroksykwasy ...........................................................................................................................................291Zadania – hydroksykwasy ................................................................................................................................292

Aminokwasy ..............................................................................................................................................................293Zadania – aminokwasy .....................................................................................................................................295

Cukry .........................................................................................................................................................................297Zadania – cukry proste i dwucukry ..............................................................................................................299Zadania – wielocukry .......................................................................................................................................303

Białka ..........................................................................................................................................................................305Zadania – peptydy i białka .............................................................................................................................307Kwasy nukleinowe.............................................................................................................................................308


Tworzenie kwasów nukleinowych (łańcuch polinukleotydowy) .......................................................309Wiązania w kwasach nukleinowych .......................................................................................................310

Właściwości fizyko-chemiczne kwasów nukleinowych...............................................................................311Zadania – nukleotydy ......................................................................................................................................311Tworzywa sztuczne ...........................................................................................................................................312Zadania – tworzywa sztuczne .........................................................................................................................312

Indeks .......................................................................................................................................................................315

część i StecHiOMetriA

Mol, Masa Molowa

Mol – jednostka liczności materii w chemii. Mol to ilość substancji zawierająca tyle molekuł (atomów, cząsteczek, jonów), ile atomów znajduje się w 12 g izotopu węgla 12C.

1 mol molekuł zawiera 6,02 · 1023 atomów, cząsteczek, jonów.

Liczba 6,02 · 1023 nazywana jest liczbą (lub stałą) Avogadra i oznaczana symbolem NA.

Masa molowa to masa 1 mola molekuł chemicznych: atomów lub cząsteczek:np. MK = 39 g/mol – oznacza, że 1 mol atomów potasu, czyli 6,02 · 1023 atomów ma masę 39 gramów (podczas gdy 1 atom ma masę 39u)Mkwasu ortofosforowego(V) = 98 g/mol – oznacza, że 1 mol cząsteczek H3PO4, czyli 6,02 · 1023 cząsteczek H3PO4 ma masę 98 gramów (podczas gdy 1 cząsteczka ma masę 98u)

Zadania – mol, masa molowa

Z a d a n i e 1 .Oblicz ilość moli, ilość poszczególnych atomów, masy pierwiastków chemicznych w pięciu molach:

a) ortofosforanu(V) amonu,b) siarczanu(VI) żelaza(III),c) azotanu(III) chromu(III),d) chloranu(I) wapnia.

a)Dane:n((NH4)3PO4) = 5

nposzcz. atomów((NH4)3PO4) = ?

Nposzcz. atomów((NH4)3PO4) = ?

mposzcz. atomów((NH4)3PO4) = ?

1 jednostka formalna (NH4)3PO4 zawiera 3 atomy azo tu, 12 atomów wodoru, 1 atom fosforu, 4 atomy tlenu, czyli:1 mol jednostki formalnej (NH4)3PO4 zawiera 3 mole atomów azotu, 12 moli atomów wodoru, 1 mol atomów fosforu, 4 mole atomów tlenu. (Jednostka formalna to zapis stechiometrii sieci jonowej. Podaje stosunek jonów w sieci.)

31

składnika masa składnika

% = ————————————— · 100%

mieszaniny masa związku

Suma zawartości wszystkich składników mieszaniny lub związku chemicznego jest równa 100%.

Zadania – zawartość procentowa składników w mieszaninie lub związku chemicznym

Z a d a n i e 1 .Oblicz zawartość procentową pierwiastków w:

a) toluenie,b) pirycie (FeS2),c) kwasie ortokrzemowym,d) kaolinie (tlenku glinu).

a)Dane:toluenMC6H5CH3

= 92 g/mol

%(C) = ?%(H) = ?

%(C) = MC—————

MC6H5CH3

· 100% =7 · 12

—————92

· 100% = 91,3%

%(H) = 100% – 91,3% = 8,7%

b)

Dane:piryt (FeS2)MFeS2

= 120 g/mol%(Fe) = ?%(S) = ?

%(Fe) = MFe———MFeS2

· 100% = 46,7%

%(S) = 100% – 46,7% = 53,3%

c)

Dane:kwas ortokrzemowyMH4SiO4

= 96 g/mol

%(H) = ?%(Si) = ?%(O) = ?

%(H) = mH————

mH4SO4

· 100% = 4,2%

%(Si) = mSi————

mH4SO4

· 100% = 29,2%

%(O) = 100% – (4,2 + 29,2) = 66,6%

Zawartość procentową składnika w związku lub w mieszaninie liczymy tak samo:• masa składnika do masy całego układu razy

100%;• pamiętamy, że suma zawartości składników musi

dać 100%.

Masa molowa związku stanowi 100%, natomiast masa żelaza lub masa siarki stanowi x procent.• Masa siarki to 2 · masa molowa siarki, ponieważ

w związku przy siarce występuje indeks 2;• Masa żelaza wynosi 1 · masa molowa żelaza,

ponie waż w związku występuje 1 mol atomów żela za.

Z a w a r t o œ æ p r o c e n t o w a s k ³ a d n i k ó w. . .

po

zio

m ro

zsz

erz

on

y

90 C h e m i a n i e o r g a n i c z n a

rodzaje cząsteczek – homo- i heterojądrowe (atomowe), czyli zbudowane z identycznych lub róż nych atomów. Niektóre pierwiastki w stanie wolnym tworzą cząsteczki: S8, C60, P4, N2.Wiązanie chemiczne – oddziaływanie elektronów walencyjnych atomów, które łączy je w cząstecz-ki. Wiązanie powstaje, gdy zachodzi obniżanie energi i e lektronowej : suma energii elektronowej poje dynczych atomów jest większa od energii elektronowej cząsteczki!Wzor y chemiczne – umowny sposób przedstawiania jakościowego i ilościowego składu związku che-micznego. Czasami wzór obrazuje również przestrzenną budowę związku chemicznego.

Wzory chemiczne

rodzaj wzoru komentarz przykład

wzór sumaryczny brak zaznaczonych wiązań chemicznych Cl2

wzór półstruk tu-ral ny (grupowy) zaznaczono tylko wiązania pomiędzy atomami węgla CH3 — CH2 — CHO

wzór strukturalny związku organicznego

—

H |H — C — H | H

wzór doświadczalny wzór empiryczny (wzór najprostszy)

podaje wyłącznie zależność stechiometryczną pomiędzy atomami – związek może nie istnieć

dla etanu: C2H6 wzór elementarny: CH3

wzór rzeczywistyWzór rzeczywiście istniejącej cząsteczki. Powstaje przez porów nanie wzoru empirycznego z masą molową (lub cząsteczkową).

—

wzór klasyczny strukturalny

Zaznacza się schematycznie wartościowość ato mów w zwią zkach chemicznych. Ostatnio ist nie je tendencja do rezy gnowania z tego zapisu, który błędnie ukazuje połą-czenia pomiędzy atomami, ale umożliwia wprowadzenie w prosty sposób w tajniki oddziaływań elektronowych.

O = OCl — ClH — O — H

wzór elektronowywe wzorze zaznaczone są wszystkie elektrony walencyjne atomów

— —|Cl — Cl| — —

wzór klinowy (perspektywiczny)

wiązania leżące w płaszczyźnie rysunkuoznaczamy skierowane pod płaszczyznę rysunkuoznaczamy skierowane nad płaszczyznę rysunkuoznaczamy

wzór Fischera

Zasady rysowania:– łańcuch węglowy rozciągamy w pionową linię pro stą,

skierowaną za płasz czy znę rzu to wania– grupy zaznaczone na rysunku po stronie pra wej

i lewej znajdują się nad płaszczyzną rzu to wa nia.Grupy zaznaczone na rysunku u góry i na dole znaj-dują się za płaszczyzną rzutowania, waż niej sza grupa węglowa znajduje się u góry.Wzorem posługujemy się tylko w płaszczyźnie rzu to-wania.

Aldehyd D(+) glicerynowy

po

zio

m r

oz

sze

rzo

ny

91

Podobnie może być z cząsteczkami związków organicznych. Niektóre z nich będą identyczne ze swoim odbiciem lustrza nym, jak np. 1-chloropropan, dla innych odbicie lustrzane będzie różne od nich samych, jak np. 2-chloro-butan:

model cząsteczki 1-chloropropanu wzór perspektywiczny związku

model cząsteczki 2-chlorobutanu wzór perspektywiczny 2-chlorobutanu

wzór Fischera i klinowy są stosowane do rysowania związków optycznie czynnych

wzór Hawortha

Formy pierścieniowe cukrów prostych prezentowane są w postaci sześciokątów lub pięciokątów (ponieważ tylko takie pierścienie są trwałe w przyrodzie). W przypadku gdy atom asymetryczny jest po stronie prawej, a ogonek węglowy u góry, to wszystko, co było po stronie prawej w projekcji Fischera, leży pod płaszczyzną rysunku.

B u d o w a c z ¹ s t e c z k i – u j ê c i e k l a s y c z n e

po

zio

m ro

zsz

erz

on

y

126 C h e m i a n i e o r g a n i c z n a

Oczyszczanie mieszanin gazowych

Otrzymywanie różnych gazów w laboratorium szkolnym

d o ś w i a d c z e n i e 1 .Otrzymywanie amoniaku.

Rysunek:

Obserwacja: wydziela się gaz.Wnioski: W reakcji roztworu mocnej zasady z solą i lekkim ogrzaniu mniej lotna zasada wypiera bar dziej lotną. Amoniak jest lżejszy od powietrza.NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O

d o ś w i a d c z e n i e 2 .Otrzymywanie chlorowodoru.

Rysunek:

Obserwacja: Wydziela się gaz (zabarwiający wilgotny papierek lakmusowy na kolor czerwony).Wnioski: W reakcji kwasu z solą i po lekkim ogrzaniu mniej lotny kwas wypiera bardziej lotny.H2SO4 + 2NaCl → Na2SO4 + 2HCl

Mieszaninę gazową wprowadzamy do roztworu za wie ra jącego roztwór sorbentu. Odprowadzamy gaz znad roztworu (ewentualnie do kolejnej płu-czki). Dobierając sorbent, bierzmy pod uwagę włas-noś ci fizyko-chemiczne.

127 P r o j e k t o w a n i e p o d s t a w o w y c h d o œ w i a d c z e ñ

d o ś w i a d c z e n i e 3 .Otrzymywanie dwutlenku węgla.

Rysunek:

Obserwacja: Substancja się pieni i wydziela się gaz.Wnioski: W reakcji kwasu z solą mocniejszy kwas wypiera bardziej lotny. Gaz jest cięższy od powie trzaCaCO3 + 2HCl → H2O + CO2 + CaCl2

d o ś w i a d c z e n i e 4 . Otrzymywanie tlenu.

Rysunek:

Obserwacja: Fioletowy roztwór odbarwia się i wydziela się bezbarwny gaz.Wnioski: Manganian(VII) potasu ulega redukcji w środowisku kwasowym do manganu(II), tworząc sól z kwasem, który utlenia. Anion nadtlenowy utlenia się do wolnego tlenu.2 KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2O2 → 2MnSO4 + K2 SO4 + 8H2O + 5O2MnVII → MnII – 5e– |22O–I → O2

+ 2e– |5

d o ś w i a d c z e n i e 5 .Otrzymywanie siarkowodoru.

199

2. Reakcje z wodorem.M + H2 → MH2 stopień utlenienia wodoru: –I, metalu IIWodorki w reakcji z wodą dają wodorotlenki i wydziela się wodór.MH2 + 2H2O → M(OH)2 + 2H2Inne reakcje z niemetalami i kwasami prowadzą zawsze do otrzymania, podobnie jak z tlenem i wodo-

rem, związków typu soli, czyli o budowie krystalicznej, jonowej.Obecność Ca2+, Mg2+ w wodzie powoduje jej twardość.Obecność anionów wodorowęglanowych (HCO3

–) powoduje twardość przemijającą wody. Nazwa pochodzi od jej łatwej metody usuwania w procesie gotowania wody (może to doprowadzić do zatkania rur). Gdy obecne są inne aniony (SO4

2–, Cl–, PO43–), mówimy o twardości trwałej, którą można usunąć

innymi metodami chemicznymi: strącanie osadów lub fizycznymi: destylacja, chromatografia.

Podczas ogrzewania wody twardej zachodzą reakcje: 1. Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O 2. Mg(HCO3)2 → Mg(OH)2 + 2CO2

Równowaga pierwszej reakcji odpowiada za efekty skałotwórcze zwane efektami krasowymi. Związane jest to z tworzeniem stalaktytów, stalagmitów i stalagnatów. Zgodnie z regułą przekory: gdy rośnie stęże-nie CO2 lub wzrasta wilgotność powietrza, to skała się rozpuszcza.

Nr Nazwa grupy

Konfiguracja walencyjna

Stopnie utlenienia

związki z wodorem

związki z tlenem

charakter tlenku Wodorotlenki i kwasy

3Borow-ce

ns2p1

III i I (od indu

w dół)

EH3 (nie istnieją jako monomery – tworzą całą gamę różno-rodnych spoli-meryzowanych wodorków, np.: boranów – na-zwa zalecana przez IUPAC)

E2O3

Tlenek boru – kwa-sowy. Od glinu w dół – amfo-teryczne, oprócz tlenków talu: Tl2O i Tl2O3, które są zasadowe

H3BO3 (akceptor OH–) i HBO2 (trwa ły tylko stały bezwodny). Sole noszą nazwę oksobora-nów, by je odróżnić od wodorków. Pozostałe (z wyjątkiem talu (I) i (III) – nie istnieje) tworzą wodorotlenki E(OH)3 amfoterycz-ne, dające w nadmiarze zasady hydrokso a niony z LK = 4,6. Ich charak-ter zasadowy rośnie ze wzrostem Z.

AluminotermiaNp. 8Al + 3Mn3O4 → 4Al2O3 + 9MnMetoda redukcji, w której reduktorem jest glin. Stosowana do otrzymywania metali ciężkich i szla-

chet nych.Amfoteryczność to zdolność substancji chemicznej: metalu, tlenku lub wodorotlenku do przejawia-

nia cha rakteru słabego kwasu wobec roztworu mocnej zasady lub charakteru słabej zasady wobec roz-tworu moc nego kwasu.

Charakter kwasowy:2Al + 6H2O + 2KOH → 2K[Al(OH)4] + 3H2Al2O3 + 3H2O + 2KOH → 2K[Al(OH)4]Al2O3 + 3H2O + 6KOH → 2K3[Al(OH)6]Charakter zasadowy:Al2O3 + 6HCl → AlCl3 + 3H2O

P r z y k ³ a d y z w i ¹ z k ó w p i e r w i a s t k ó w b l o k u s i p

254 C h e m i a o r g a n i c z n a

C6H5COOH kwas benzoesowyCH2 CHCOOH kwas akrylowyHOOC — COOH kwas szczawiowy

Sole i estry kwasów karboksylowych

Obojętne sole kwasów karboksylowych nazywa się, wymieniając nazwę anionu karboksylanowego oraz nazwę kationu. Nazwy anionów powstałych po odjęciu protonu od grupy COOH tworzy się, zamie niając w nazwie kwasu końcówkę owy na końcówkę -an lub -ian (po literze n). Wyjątkami są: meta nian (mrówczan HCOO−) i butanian (maślan C3H7COO−).

CH3(CH2)5COOK heptanian potasuCH3COONa etanian soduHCOONa metanian soduC6H5COOK benzoesan potasuC6H5CH = CHCOONa cynamonian sodu(CH3COO)2Ca dioctan wapnia

Estry kwasów karboksylowych nazywa się podobnie jak nazwy soli, podając po nazwie członu pocho-dzącego od kwasu nazwę grupy pochodzącej od alkoholu grupy alkilowej.

HCOOC2H5 mrówczan etylu (metanian etylu)CH3COOCH3 octan metylu (etanian metylu)CH3CH2COOC2H5 propionian etylu (propanian etylu)CH3CH2CH2COOCH(CH3)2 maślan izopropylu (butanian 1-metyloetylu)CH3CH2CH2CH2COOCH2CH2CH3 walerianian propylu (pentanian propylu)C6H5COOC6H5 benzoesan fenyluCH2(COOC2H5)2 malonian dietylu

Amidy kwasoweNazwy monoacylowych pochodnych amoniaku o ogólnej budowie RCONH2 tworzy się:

a) zmieniając przyrostek -oil lub -yl w nazwie (zwyczajowej lub systematycznej) grupy acylowej na przy-rostek -amid lub

b) zmieniając przyrostek karboksylowy w nazwie kwasu na przyrostek karboksyamid.

N-podstawione amidy nazywa się: a) wymieniając na początku nazwy amidu nazwy podstawników, b) traktując grupę acylową jako N-podstawnik odpowiedniej aminy.

259 C h a r a k t e r y s t y k a i r e a k t y w n o œ æ z w i ¹ z k ó w o r g a n i c z n y c h

Z a d a n i e 3 .Jaki jest wzór rzeczywisty węglowodoru, który jest gazem (warunki normalne) o gęstości 1,34 g/dm3 i zawiera 80% C?

Dane:% (C) = 80% Cd = 1,34 g/dm3

d = M

———Vmol

⇒ M = Vmol · d = 30,016 g/mol [dm3/mol · g/dm3 = g/mol]

mwęgla = 0,8 · 30,016 = 24 g ⇒ 2 mole atomów węglamwodoru = 6 g ⇒ 6 moli atomów wodoru ⇒ C2H6

Z a d a n i e 4 .Podaj wzór grupowy C5H12 – wiedząc, że chlorowany w obecności światła daje tylko jed ną monochloropochodną.

Wzór grupowy izomeru C5H12 chlorowany w obecności światła daje tylko jedną monochloropochodną.

CH3 |CH3 — C — CH3 2,2-dimetylopropan | CH3

węglOwOdOry nienasycOne üAlkeny – pomiędzy atomami węgla występuje jedno wiązanie podwójne węgiel–węgiel. üAlkadieny – pomiędzy atomami węgla występują dwa wiązania podwójne węgiel–węgiel. üAlkiny – pomiędzy atomami węgla występuje jedno wiązanie potrójne węgiel–węgiel.üAlkeny to węglowodory łańcuchowe, które zawierają jedno wiązanie podwójne pomiędzy atomami

węgla. Jest to więc rodzaj węglowodorów nienasyconych. Wzór ogólny: CnH2n (n > 1). Temperatury wrzenia i topnienia są na ogół niższe niż te u analogicznych alkanów, gęstość wyższa. Nierozpuszczal-ne w wodzie. Alkeny są dość reaktywne ze względu na obecność słabego wiązania typu pi. Ulegają reak cji addycji (przyłączenia) do wiązań podwójnych z wodorem, chlorowcami, kwasami chlo row co-wo do rowymi, kwasem siarkowym i ozonem. Charakterystyczna jest też ich zdolność do polimeryzacji (poli etylen, polipropylen).

üAlkiny to węglowodory łańcuchowe, które zawierają jedno wiązanie potrójne pomiędzy atomami węgla. Jest to więc rodzaj węglowodorów nienasyconych. Wzór ogólny: CnH2n–2 (n > 1). Temperatury wrzenia i topnienia są na ogół wyższe niż te u analogicznych alkenów. Wraz ze wzrostem liczby ato-mów węgla alkinu temperatury te mają coraz wyższe wartości. Alkiny są bardzo reaktywne. Ulegają reakcji addycji (przyłączenia) do wiązań potrójnych z wodorem, chlorowcami, kwasami chlorowcowo-dorowymi, cyjanowodorem i wodą. Dla alkinów mających atom wodoru przy przynajmniej jednym węglu wiązania potrójnego (kwasowy wodór) charakterystyczna jest zdolność do tworzenia soli z me-talami lekkimi i ciężkimi. Powszechnie znaną solą alkinu: acetylenu jest karbid (węglik wapnia).

üAlkadieny – węglowodory nienasycone zawierające dwa wiązania podwójne. Podobnie jak każdy wę-glowodór nienasycony, wykazują dużą aktywność chemiczną ze względu na obecność słabych wiązań typu pi. Podział alkadienów związany jest z ich różną aktywnością chemiczną: skumulowane – obok siebie: = C =, skoniugowane (sprzężone) – CH — CH CH2 —, izolowane – więcej niż jedno poje-dyn cze pomiędzy podwójnymi.

Otrzymywanie węglowodorów nienasyconych 1. Odwodornienie nasyconych (dehydrogenacja) katalizator: Ni, Pd, Pt:

kat. C3H8 → C3H6 + H2 reakcja eliminacji

Obojętnie, który atom wodoru podstawimy – otrzymany związek będzie miał tę samą nazwę.

po

zio

m ro

zsz

erz

on

y

SpiS treści - greg.pl · Spis treœci 5 Zadania – wiązania chemiczne ujęcie klasyczne .....94

Documents

Transcript of SpiS treści - greg.pl · Spis treœci 5 Zadania – wiązania chemiczne ujęcie klasyczne .....94