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