Chemia Nieorganiczna – wykład

Chemia Nieorganiczna – wykład
dr hab. inż. Janusz Zachara, prof. PW
Nazwa przedmiotu:
Chemia Nieorganiczna – wykład
Semestr/Rok/ECTS/Godziny:
2 / I / 5 / 45 h (wykład)
Prowadzący:
Dr hab. inż. Janusz Zachara, prof. PW
Ogólny opis zajęć (przekazywane treści):
Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z szeroko rozumianymi właściwościami
związków nieorganicznych. Na wykładzie przedstawiony zostanie systematyczny przegląd
struktur, reakcji oraz metod syntezy związków w sposób pozwalający na uporządkowanie
wiedzy w oparciu o wskazane relacje pomiędzy budową elektronową i przestrzenną a
reaktywnością. W pierwszej części wykładu omówiona zostanie szczegółowo chemia
pierwiastków grup głównych z podziałem na okresy i wskazaniem występujących w nich
podobieństw strukturalnych. Szczególny nacisk położony będzie na opis właściwości wodoru i
tlenu oraz tworzonych z ich udziałem związków. W celu systematyzacji struktur i właściwości w
wykładzie wykorzystany zostanie system klasyfikacyjny opisujący elektronowo-ligandową
budowę sfery koordynacyjnej drobin. W drugiej części wykładu omówione będą wybrane
zagadnienia dotyczące chemii pierwiastków przejściowych. Zaprezentowane zostaną
właściwości różnych klas związków tych pierwiastków w powiązaniu z ich budową elektronową
i przestrzenną.
Plan przedmiotu:
Wodór - ogólny opis właściwości. Przemysłowe i laboratoryjne metody otrzymywania
wodoru. Orto- i para-wodór. Wodór w związkach chemicznych - rodzaje drobin wodoru.
Reakcje diwodoru z pierwiastkami. Właściwości kwasowe związków z wodorem.
Wodorki jonowe i kowalencyjne oraz ich struktura, przykłady. Związki z wodorem
pierwiastków przejściowych, wodorki niestechiometryczne. Otrzymywanie i reaktywność
związków z wodorem. Wiązanie wodoru w związkach z deficytem elektronów. Wiązania
wodorowe - przykłady, wpływ na budowę i właściwości układów makroskopowych.
Wiązanie diwodorowe. Charakter wiązania diwodoru w kompleksach pierwiastków
przejściowych. Hel - występowanie, otrzymywanie i właściwości fizyczne, stan nadciekły.
3h
Pierwiastki II okresu - ogólne porównanie właściwości chemicznych, elektroujemność.
Neon - właściwości, otrzymywanie i zastosowania. Fluor - ogólny opis właściwości,
występowanie w przyrodzie. Właściwości F2 i jego otrzymywanie metodami
elektrochemicznymi i chemicznymi. Jonowe fluorki. Anion fluorkowy jako ligand przegląd związków fluorowych i porównanie liczb koordynacyjnych w okresach.
Właściwości chemiczne fluorowodoru, bezwodny HF jako rozpuszczalnik, superkwasy
fluorowe. Reagenty (czynniki) fluorujące w syntezie chemicznej.
2h
Tlen - ogólny opis właściwości, występowanie w przyrodzie. Trwałe drobiny jedno-, dwui trójrdzeniowe - zróżnicowanie właściwości chemicznych red-ox i ac-bas. Odmiany
alotropowe tlenu. Budowa elektronowa O2 i O3. Stany wzbudzone (tripletowy i
singletowe) ditlenu. Reakcje tlenu w strato- i ozonosferze. Tlenki, wodorotlenki, nadtlenki,
ponadtlenki - właściwości chemiczne, otrzymywanie. Połączenia tlenowe z wodorem.
Woda - właściwości chemiczne, struktura fazy ciekłej i lodu. Klatraty. Aniony O2– i O22–
jako ligandy. Kompleksy z ditlenem - wiązanie Fe-O2 w hem-grupie, budowa i
właściwości kompleksu. Reakcje drobin tlenu.
2h
1/3
Chemia Nieorganiczna – wykład
dr hab. inż. Janusz Zachara, prof. PW
Azot - ogólny opis właściwości, występowanie w przyrodzie. Połączenia azotu z wodorem
- amoniak, hydrazyna i ich pochodne. Azotki jonowe, kowalencyjne i śródwęzłowe. Anion
azydkowy i inne wielordzeniowe drobiny azotu - właściwości i budowa. Aniony azotkowe
jako ligandy. Tlenki azotu, kwasy tlenowe azotu i ich sole - budowa i właściwości. Kation
nitroniowy i nitrozoniowy. Związki kompleksowe z ligandami NO3–, NO2– i NO.
Chemiczne metody wiązania N2 - metoda Habera-Boscha, kompleksy metali
przejściowych z diazotem. Przemysłowe metody otrzymywania związków azotowych.
2h
Węgiel - charakterystyka pierwiastka. Struktura (wiązania) odmian alotropowych węgla.
Fullereny i fullerydy - struktura i właściwości. Nieorganiczne związki węgla, tlenki,
węglany - trwałość termiczna. Proste organiczne związki węgla (porównanie z azotem).
Węglowodory, węgliki o charakterze jonowym, węgliki kowalencyjne i międzywęzłowe.
Związki metaloorganiczne pierwiastków grup głównych - przykłady.
2h
Bor - charakterystyka pierwiastka. Struktura odmian alotropowych boru. Oksoborany,
tlenek boru, kwasy borowe - budowa i właściwości chemiczne. Równowagi w roztworach
wodnych oksoboranów i reakcje kondensacji. Klasyfikacja boranów i anionów
boranowych - struktury closo, nido, arachno i hypho. Wiązania z deficytem elektronów i
reguły Wade'a. Karbaborany. Borki - klasyfikacja struktur i otrzymywanie. Związki boru z
fluorowcami - właściwości chemiczne.
2h
Pierwiastki I i II grupy układu okresowego. Struktura faz metalicznych i ich reaktywność.
Charakterystyka kationów. Reakcje metali z tlenem - trwałość tlenków, nadtlenków i
ponadtlenków. Wodorotlenki i sole. Reakcje z wodorem - trwałość wodorków. Roztwory
metali w amoniaku i aminach. Kryptaty - zastosowania. Elektrydy. Metody otrzymywania
metali.
2h
Pierwiastki III okresu - porównanie właściwości chemicznych, porównanie z
pierwiastkami poprzedniego okresu. Chlor - ogólny opis właściwości, występowanie w
przyrodzie. Budowa i właściwości tlenowych związków chloru - tlenki chloru, sole
kwasów tlenowych. Chlorowodór i chlorki. Otrzymywanie chloru i jego reaktywność.
1h
Struktura odmian alotropowych siarki. Klasyfikacja tlenowych związków siarki - budowa,
otrzymywanie i reaktywność tlenków siarki i soli kwasów tlenowych. Tlenowe kwasy
siarki - otrzymywanie i właściwości. Metoda kontaktowa otrzymywania kwasu
siarkowego. Sulfan (siarkowodór), polisulfany, siarczki i polisiarczki. Drobiny siarki jako
ligandy w kompleksach - przykłady.
2h
Fosfor - opis właściwości chemicznych, występowanie w przyrodzie. Struktura odmian
alotropowych fosforu, ich transformacje i reaktywność. Fosforki i fosfany - wiązania i
struktura. Klasyfikacja tlenowych związków fosforu - struktura, otrzymywanie i
reaktywność tlenków oraz soli kwasów tlenowych. Wiązanie P–P, P–O i P–H w
fosforanach - izomeria. Reakcje kondensacji fosforanów. Biologiczna rola związków
fosforu.
2h
Krzem - opis właściwości, rola krzemianów w przyrodzie. Klasyfikacja związków
tlenowych krzemu. Struktura krzemianów a deficyt ligandowy - krzemiany łańcuchowe,
warstwowe i szkieletowe. Odmiany polimorficzne ditlenku krzemu. Mikroporowate
struktury zeolitów i ich zastosowania. Siloksany i polisiloksany - budowa. Krzemki
jonowe - klasyfikacja anionów i ich właściwości. Silany i ich pochodne. Wolny krzem metody otrzymywania, oczyszczania i krystalizacji (metoda Czochralskiego),
reaktywność.
2h
Glin - opis właściwości, występowanie w przyrodzie. Okso- i hydrokso-związki glinu(III)
- struktura i właściwości. Równowagi w roztworach wodnych soli glinu, hydroliza i
2/3
Chemia Nieorganiczna – wykład
dr hab. inż. Janusz Zachara, prof. PW
reakcje kondensacji. Budowa i właściwości wodorku glinu i hydroglinianów. Halogenki
glinu - wybrane przykłady. Przykłady połączeń glinu na +1 stopniu utlenienia. Struktura i
właściwości metalicznego glinu. Elektrolityczna metoda otrzymywania glinu.
1h
Pierwiastki IV okresu - ogólny opis właściwości. Klasyfikacja związków tlenowych
bromu, selenu, arsenu, germanu i galu. Analogie i różnice w strukturach związków
tlenowych i ich właściwości chemicznych w porównaniu z pierwiastkami III okresu.
Związki bromu, selenu, arsenu, germanu i galu z wodorem, ich trwałość termiczna i
właściwości chemiczne - porównanie z pierwiastkami III okresu. Bromki, selenki i arsenki
- budowa i właściwości.
4h
Pierwiastki V okresu - ogólny opis właściwości. Chemiczne aspekty efektów
relatywistycznych. Klasyfikacja związków tlenowych ksenonu - właściwości tlenków i
soli tlenowych. Struktura i otrzymywanie fluorowych i tlenofluorowych połączeń ksenonu
- wiązania z ksenonem. Struktura i właściwości tlenowych związków jodu i ich
właściwości (jodany, oksokwasy jodu). Drobiny jodu na niskich stopniach utlenienia kationy jodu, jodki i aniony polijodkowe. Wolny jod - struktura krystaliczna, porównanie z
pozostałymi fluorowcami. Międzyhalogenowe związki jodu. Tellur - związki tlenowe
telluru na +6 i +4 stopniu utlenienia. Wolny tellur i tellurki. Antymon - tlenowe związki
antymonu na +5 i +3 stopniu utlenienia. Cyna - odmiany alotropowe. Właściwości
związków cyny na +4 i +2 stopniu utlenienia. Hydroliza soli cyny. Związki
cynoorganiczne - przykłady i zastosowanie. Ind - właściwości kationów In3+ i In+.
Tlenowe związki indu i ich reakcje. ITO - właściwości półprzewodnikowe i zastosowania.
4h
Pierwiastki VI okresu - ogólny opis właściwości chemicznych. Radon, astat, polon przegląd właściwości pierwiastków. Chemia połączeń tlenowych i prostych kationów
bizmutu, ołowiu i talu. Rola strukturalna wolnej pary elektronowej w związkach
bizmutu(III), ołowiu(II) i talu(I). Hydroliza soli bizmutu, ołowiu i talu. Klastery bizmutu i
ołowiu.
2h
Pierwiastki przejściowe bloku dsp. Odmienność właściwości chemicznych w porównaniu
z pierwiastkami grup głównych. Rola orbitali walencyjnych d - właściwości magnetyczne
związków. Strukturalne konsekwencje rozszczepienia stanów d w kompleksach, efekt
Jahna-Tellera. Energia stabilizacji w polu ligandów (LFSE). Przegląd właściwości
chemicznych pierwiastków przejściowych pierwszej serii. Klasyfikacja związków
tlenowych - zróżnicowanie właściwości red-ox i kwasowo-zasadowych. Kationy w
roztworach wodnych - porównanie właściwości.
4h
Przegląd właściwości chemicznych pierwiastków przejściowych drugiej i trzeciej serii.
Klasyfikacja związków tlenowych. Izopolizwiązki i heteropolizwiązki. Przykłady
związków kompleksowych dla niższych stopni utlenienia. Charakter wiązań M–M,
wiązania typu δ. Budowa związków klasterowych na wybranych przykładach. Klastery
złota stabilizowane ligandami. Karbonylki - struktura i wiązania - izolobalność. Charakter
wiązań pierwiastków przejściowych z węglem. Kompleksy alkenowe i allenowe,
metaloceny. Wiązania wielokrotne M–C - przykłady kompleksów.
5h
Pierwiastki wewnątrzprzejściowe. Przegląd właściwości lantanowców - tlenki,
wodorotlenki, sole. Aktynowce - ogólna charakterystyka właściwości chemicznych.
Wybrane elementy chemii uranu. Tlenowe związki uranu.
3h
Sposób weryfikacji efektów kształcenia - sposób zaliczenia:
Egzamin składający się z dwóch części– części pisemnej i ustnej.
3/3