Mieszaniny chemiczne

Podstawowe pojęcia chemiczne.
1. Substancje chemiczne
( pierwiastki i związki chemiczne).
Substancja to rodzaj materii posiadający :
ściśle określone właściwości, za pomocą których można ją
zidentyfikować
określony stały skład chemiczny
Właściwości substancji:
fizyczne – stan skupienia, barwa, rozpuszczalność w wodzie,
gęstość, temperatura topnienia, temperatura wrzenia,
przewodzenie prądu i ciepła
chemiczne – palność, zapach, smak, zdolność do reagowania z
innymi substancjami
Podział substancji:
proste – pierwiastki
złożone – związki chemiczne
Pierwiastek jest zbiorem atomów o takiej samej liczbie atomowej.
Najmniejszą częścią pierwiastka reprezentującą jego właściwości
jest atom.
Pierwiastki dzielimy na:
metale np. miedź, potas, wapń
półmetale np. krzem, bor, arsen
niemetale np. węgiel, tlen, siarka
Związek chemiczny jest złożony z dwóch lub więcej pierwiastków
połączonych ze sobą wiązaniami chemicznymi ,np. woda,
dwutlenek węgla, węglan wapnia
Najmniejszą częścią związku chemicznego reprezentującą jego
właściwości jest cząsteczka.
Podział związków chemicznych:
związki nieorganiczne
- tlenki ExOy
- kwasy HnR
- zasady M(OH)m
- sole MnRm
związki organiczne
- węglowodory ( nasycone, nienasycone)
- pochodne węglowodorów ( alkohole, kwasy
karboksylowe, estry, cukry, aminokwasy , białka,
tłuszcze).
2. Przemiany zachodzące w otoczeniu człowieka.
Przemiana fizyczna ( zjawisko fizyczne) – to przemiana, w wyniku
której nie powstaje żadna nowa substancja; zmieniają się tylko
właściwości fizyczne substancji np. zmiany stanu skupienia
- Topnienie (ciało stałe → ciecz)
- Krzepnięcie ( ciecz → ciało stałe)
- parowanie ( ciecz → gaz)
- skraplanie ( kondensacja) (gaz → ciecz)
- sublimacja ( ciało stałe → gaz)
- resublimacja ( gaz → ciało stałe)
Przemiana chemiczna ( reakcja chemiczna) – to przemiana,
w wyniku której powstaje nowa substancja o innych właściwościach
np. spalanie parafiny, rdzewienie żelaza, oddychanie
3. Mieszaniny chemiczne – podział i rozdzielanie
Mieszaniny – zmieszane ze sobą co najmniej dwie substancje
chemiczne. Z mieszaniną mamy do czynienia wówczas, gdy
spełnione są następujące warunki:
stosunek składników jest dowolny
właściwości są cechami składników
możliwe jest rozdzielenie mieszaniny na części składowe przy
zastosowaniu metod fizycznych.
PODZIAŁ MIESZANIN:
mieszanina jednorodna – to mieszanina, której składników nie można
zobaczyć gołym okiem lub za pomocą prostych przyrządów optycznych
(lupa, mikroskop), np. roztwór cukru z wodą, powietrze, stopy metali
(brąz, mosiądz, stal nierdzewna)
mieszanina niejednorodna – to mieszanina, której składniki można
zobaczyć gołym okiem lub za pomocą prostych przyrządów optycznych,
np. piasek z wodą, opiłki żelaza z siarką, piasek z makiem.
Powyższe mieszaniny możemy rozdzielić stosując
metody fizyczne.
Sposoby rozdzielania niektórych mieszanin jednorodnych:
krystalizacja
destylacja
Krystalizacja polega na wydzieleniu się z roztworu substancji w postaci
kryształów wskutek , np. odparowania cieczy.
Destylacja to rozdzielenie mieszaniny ciekłej jednorodnej, z wykorzystaniem
różnic temperatur wrzenia różnych cieczy.
Sposoby rozdzielania niektórych mieszanin niejednorodnych:
dekantacja
filtracja ( sączenie)
sedymentacja
Dekantacja polega na oddzieleniu ciała stałego od cieczy przez zlanie
klarownej cieczy znad osadu.
Filtracja ( sączenie) to przelewanie mieszaniny cieczy z ciałem stałym przez
sączek z bibuły.
Sedymentacja – opadanie na dno naczynia cząstek ciała stałego w cieczy pod
wpływem siły ciężkości.
A teraz sprawdź , czy potrafisz wykonać poniższe zadania.
Zadanie.1.
W jaki sposób rozdzielisz na składniki mieszaninę pieprzu i cukru?
Zadanie.2.
Przyporządkuj rodzajom mieszaniny oznaczonym cyframi sposoby ich
rozdzielenia oznaczone literami:
1. woda i sól
2. siarka i woda
3. ropa naftowa
A. sączenie
B. destylacja
C. krystalizacja
Zadanie.3.
Przemianą chemiczna nie jest:
a. smażenie jajecznicy
b. rdzewienie żelaza
c. spalanie węgla
d. topnienie parafiny
Zadanie.4.
Roztwór właściwy otrzymany w wyniku rozpuszczenia soli kuchennej w
wodzie to:
a. pierwiastek chemiczny
b. związek chemiczny
c. mieszanina jednorodna
d. mieszanina niejednorodna
Zadanie.5.
Podane poniżej substancje zakwalifikuj do następujących grup:
a. metale
b. niemetale
c. mieszaniny jednorodne
d. mieszaniny niejednorodne
magnez, wodór, brąz, siarka z woda, azot, cynk, wapń, powietrze, mąka z
woda, ocet z wodą, roztwór soli kuchennej, mosiądz, siarka, złoto, tlen.
Zadanie 6. Na lekcjach chemii badano właściwości: żelaza, węgla, cukru,
miedzi i magnezu. Który z zestawów badanych substancji zawiera tylko
niemetale?
A Węgiel, siarka, tlen.
B Węgiel, magnez, miedź
C Miedź, tlen, cukier.
D Żelazo, miedź, magnez.
Zadanie 7. Związek chemiczny to:
A mieszanina kilku pierwiastków;
B substancja złożona, będąca połączeniem co najmniej dwóch pierwiastków;
C substancja prosta, której nie można rozłożyć na substancje prostsze;
D każda substancja.
Zadanie 8. Która z wymienionych substancji jest pierwiastkiem?
A Powietrze.
B Dwutlenek węgla.
C Tlen.
D Tlenek magnezu.
Zadanie 9 . W czterech cylindrach znajdują się różne gazy: powietrze, tlen,
wodór i dwutlenek węgla.
Do każdego z nich wprowadzono palące się łuczywko.
Który z gazów zapalił się?
A Dwutlenek węgla.
B Powietrze
C Tlen
D Wodór.
Zadanie 10. W skład każdego tlenku metalu wchodzi:
A metal i powietrze;
B metal i tlen;
C metal i woda;
D dwa metale o różnych właściwościach.
Zadanie 11. Wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze jest
spowodowany:
A rozwojem przemysłu i motoryzacji;
B zmniejszaniem powierzchni lasów;
C spalaniem paliw;
D wszystkie odpowiedzi są poprawne.
Odpowiedzi:
1.Dolewamy wody do pieprzu i cukru, następnie filtrujemy( na sączku
pozostanie pieprz), a roztwór cukru i wody poddajemy krystalizacji.
2. 1 – c
2–a
3–b
3. d
4. c
5. metale – Mg, Zn, Ca, Au
niemetale – wodór, azot, siarka, tlen
mieszaniny jednorodne – brąz, powietrze, ocet z wodą, roztwór soli
kuchennej, mosiądz
mieszaniny niejednorodne – siarka z wodą, mąka z wodą
6. a
7. b
8. c
9. d
10.b
11.d
4. Właściwości wybranych pierwiastków .
Substancja
Azot N2
Wodór H2
Tlen O2
Właściwości fizyczne
Gaz, bezbarwny, bezwonny,
nieco lżejszy od powietrza,
trudno rozpuszczalny w wodzie
Gaz najlżejszy, bezbarwny,
bezwonny, nie rozpuszcza się w
wodzie
Gaz, bezbarwny, bezwonny,
trudno rozpuszczalny w wodzie
Właściwości chemiczne
Mało aktywny chemicznie,
niepalny i nie
podtrzymujący palenia
Spala się w tlenie z
charakterystycznym
trzaskiem, reaguje z siarką,
azotem, chlorem
Niepalny, podtrzymuje
palenie ( rozżarzone
łuczywko rozpala się),
aktywny chemicznie,
reaguje z pierwiastkami
tworząc tlenki
5. Powietrze to mieszanina jednorodna gazów, bezbarwnych, bez smaku
i zapachu.
Skład powietrza:
Azot
78%
Tlen
21%
Inne gazy
1% ( gazy szlachetne, dwutlenek węgla, wodór, para wodna,
pyły, zanieczyszczenia).
To warto wiedzieć.
Dziura ozonowa: ubytek ozonu w atmosferze ziemskiej spowodowany
freonami, tlenkami azotu.
Ozon pochłania część promieniowania ultrafioletowego docierającego do Ziemi
ze Słońca. Niektóre rodzaje promieniowania ultrafioletowego są szkodliwe dla
organizmów żywych, ponieważ mogą uszkadzać komórki (oparzenia) oraz
materiał genetyczny komórek. U ludzi i zwierząt mogą wywoływać zmiany
nowotworowe. Organizm ludzki broni się przed ultrafioletem, wytwarzając
barwnik (melaninę), powodujący pochłanianie promieniowania w warstwie
powierzchniowej skóry.
Ozon – odmiana alotropowa tlenu O3. Cząsteczki są zbudowane z 3 atomów.
Alotropia – zjawisko występowania pierwiastków w różnych odmianach,
różniących się strukturą wewnętrzną , np. węgiel – grafit, diament, fullereny
Kwaśne opady – powstają z powodu emisji do atmosfery zanieczyszczeń w
postaci tlenków siarki i azotu. Powodują niszczenie środowiska naturalnego i
zabytków.
Smog – pochodzi od angielskich słów: smoke – dym i fog – mgła.
Jest to zanieczyszczone powietrze zawierające duże stężenia pyłów
i toksycznych gazów, których źródłem jest głównie motoryzacja
i przemysł.
Efekt cieplarniany
Krótkofalowe promieniowanie słoneczne, głównie promieniowanie świetlne,
dociera do Ziemi i ją ogrzewa. Z powierzchni Ziemi wysyłane jest ono jako
długofalowe promieniowanie podczerwone, które ma niższą częstotliwość i
może być pochłaniane przez znajdujące się w atmosferze gazy śladowe, między
innymi dwutlenek węgla. Wzrost ilości dwutlenku węgla w atmosferze
powoduje, że jego warstwa zaczyna pełnić funkcję podobną do szyby w
szklarni. Prowadzi to do ocieplenia dolnej warstwy atmosfery, a więc i
powierzchni Ziemi.
Nadmierna ilość gazów cieplarnianych (dwutlenek węgla, metan, tlenki azotu,
ozon, freony) w atmosferze powoduje zwiększenie naturalnej absorpcji
promieniowania cieplnego, co może doprowadzić do globalnego wzrostu
temperatury i zmian klimatycznych, zagrażających nawet istnieniu życia na
Ziemi.
Atomy, cząsteczki, jony.
Atom to najmniejsza część pierwiastka, która reprezentuje jego właściwości
i bierze udział w reakcjach chemicznych.
Z czego składa się atom?
Każdy atom składa się z:
jądra – dodatnio naładowanego, w skład którego wchodzą protony i
neutrony
ujemnie naładowanej chmury elektronowej
Cząstki elementarne to:
proton – ma ładunek elektryczny +1
neutron – ma ładunek obojętny
elektron – ma ładunek elektryczny -1
współczynnik
stechiometryczny
← 3 Na – 3 atomy sodu
↓
symbol
pierwiastka
Rdzeń atomowy to jądro i elektrony niewalencyjne
Elektrony walencyjne to elektrony biorące udział w reakcjach chemicznych
tworzące wiązania chemiczne. W atomach pierwiastków grup głównych są to
elektrony na zewnętrznej powłoce.
Co to jest cząsteczka?
Cząsteczkę tworzą co najmniej dwa atomy, takie same lub różne, połączone
ze sobą.
1. Cząsteczka pierwiastka – może być dwuatomowa, np. H2, N2, O2, Br2, I2
lub wieloatomowa ,np. O3, P4, S8.
O2 → 2 oznacza indeks stechiometryczny
5O2 – to 5 cząsteczek tlenu
Łączną liczbę atomów określa iloczyn:
współczynnik liczbowy x indeks liczbowy
czyli 5x2 = łączna liczba atomów tlenu
2. Cząsteczka związku chemicznego.
4 NH3 – 4 cząsteczki amoniaku ( związek ten składa się z 4 atomów azotu
i 12 atomów wodoru, łącznie z 16 atomów.
Jony – co to takiego?
Jon to atom lub grupa atomów obdarzona ładunkiem elektrycznym:
Kation to jon dodatni np.
K+,
Mg2+,
↓
↓
kation
kation
potasu
magnezu
anion to jon ujemny np.
PO43- → anion fosforanowy(V
Wartościowość.
Wartościowość to liczba wiązań chemicznych utworzonych przez atom danego
pierwiastka.
wartościowość zapisujemy liczbami rzymskimi np. I, II, V, VII
atomy danego pierwiastka mogą mieć różne wartościowości
np. Fe ( II i III)
o wartościowości decydują elektrony walencyjne ( znajdujące się na
ostatniej powłoce elektronowej)
znajomość wartościowości pierwiastka pomaga ustalić wzór cząsteczki
związku chemicznego
wodór jest I wartościowy
tlen jest II wartościowy
litowce np. K, Na ( I grupa układu okresowego) są I wartościowe, a
berylowce np. Ca, Mg ( druga grupa układu okresowego) są II
wartościowe
wartościowość pierwiastków w stanie wolnym wynosi zero np. Mg0, H20
wartościowość gazów szlachetnych wynosi O
Ważne:
Przypomnij sobie symbole pierwiastków i ich wartościowości.
Wiązania chemiczne.
Atomy pierwiastków ( tych samych lub różnych ) łączą się ze sobą za pomocą
wiązań chemicznych, ponieważ dążą do uzyskania 2 lub 8 elektronów na
powłoce walencyjnej.
Taką konfigurację mogą uzyskać poprzez:
uwspólnienie pary elektronowej między atomami tego samego
pierwiastka , np. H2, O2, N2, Cl2 - wiązanie atomowe, kowalencyjne
uwspólnienie pary
elektronowej z
równoczesnym
przesunięciem jej w
kierunku pierwiastka o większej liczbie
elektronów walencyjnych. Tworzy się to wiązanie między atomami
różnych niemetali, np. H2O, NH3, CO2 – wiązanie atomowe
spolaryzowane, kowalencyjne spolaryzowane.
przekazanie elektronów walencyjnych i utworzenie jonów pomiędzy
metalami i niemetalami, np. NaCl, MgCl2 - wiązanie jonowe
11Na:
K2L8M1 - 1e → Na+
17Cl
: K2L8M7 + 1e → Cl-
Pojęcia związane z promieniotwórczością.
Promieniotwórczość (radioaktywność), zdolność do samorzutnych
przemian jądrowych, podczas których następuje uwalnianie energii w postaci
promieniowania oraz tworzenie nowego jądra.
Okres półtrwania – każdy pierwiastek promieniotwórczy posiada swój własny
czas połowicznego rozpady zwany okresem półtrwania (T1/2). Jest to czas, po którym
liczba atomów pierwiastka promieniotwórczego zmniejszy się o połowę.
Izotopy – atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów w jądrach,
a tym samym i liczbą masowa.
Pierwiastek promieniotwórczy – pierwiastek, który ulega rozpadowi
promieniotwórczemu, np. pluton, neptun, polon, rad, uran.
Zadania dla uczniów zainteresowanych chemią:
Zad.1. W pojemniku umieszczono 200 mg pierwiastka promieniotwórczego o okresie połowicznego
rozpadu 8 dni. Ile mg tego pierwiastka pozostanie po upływie 32 dni.
Zad. 2. Podaj po jednym zastosowaniu, jakie mają izotopy promieniotwórcze następujących
pierwiastków: I-131 i C-14.
Zad 3.
Podaj liczbę protonów, elektronów, neutronów i nukleonów w następujących cząstkach:,
32
39
16 S2-, 19 K+,
56
26Fe
Zad. 4.. W miejsce liter wstaw symbole pierwiastków:
235
U
A
C
Wielcy uczeni:
J.J. Berzelius – szwedzki chemik, który w 1815 roku wprowadził
obecnie stosowaną symbolikę pierwiastków
J.Śniadecki – polski chemik, napisał pierwszy polski podręcznik z
chemii, pierwiastek tlen nazwał „ kwasorodem”
J. Oczapowski – polski chemik, który pierwiastkowi o symbolu O
nadał nazwę tlen od słowa „ tlić”
Z.Wróblewski i K.Olszewski - polscy uczeni, którzy dokonali po
raz pierwszy skroplenia powietrza
A.Lavoisier – francuski chemik, który określił skład powietrza i
stwierdził w nim obecność gazu podtrzymującego spalanie
W.C.Roentgen – niemiecki fizyk, odkrył promienie „X”, nazwane
później promieniami Roentgena
M. Skłodowska-Curie – polska uczona i odkrywczyni w
dziedzinie fizyki i chemii. Do jej największych dokonań należą:
opracowanie teorii promieniotwórczości oraz odkrycie dwóch nowych
pierwiastków: radu i polonu. Pod jej osobistym kierunkiem prowadzono
też pierwsze w świecie badania nad leczeniem raka za pomocą
promieniotwórczości. Była prekursorem nowej gałęzi chemii radiochemii.
Dwukrotnie wyróżniona Nagrodą Nobla za osiągnięcia naukowe. Po raz
pierwszy w roku 1903 z fizyki wraz z mężem Piotrem Curie za badania nad odkrytym przez
Antoine Henri Becquerela zjawiskiem promieniotwórczości, a drugi raz w roku 1911z chemii
za wydzielenie czystego radu. Do dziś pozostaje jedyną kobietą, która tę nagrodę otrzymała
dwukrotnie.
D.Mendelejew – rosyjski chemik, odkrywca prawa okresowości, na
podstawie którego zaproponował w 1869 graficzne zestawienie
znanych ówcześnie pierwiastków (Mendelejewa tablica, układ
okresowy pierwiastków) przyjmując za podstawę klasyfikacji
ich masy atomowe i właściwości chemiczne.
Czy Wiesz kim był Alfred Nobel?
przemysłowiec i naukowiec szwedzki
wynalazca dynamitu
fundator Nagrody Nobla
Nagroda Nobla – wyróżnienie przyznawane za wybitne osiągnięcia naukowe,
literackie lub zasługi dla społeczeństw i ludzkości, ustanowione ostatnią wolą
fundatora.
Czy potrafisz wymienić Noblistów Polskich?
PRAWA CHEMICZNE.
Prawo zachowania masy – łączna masa substratów jest równa masie
produktów.( M. Łomonosow)
4Al + 3O2 → 2Al2O3
↓
↓
substraty
2H2O →
↓
substrat
↓
produkt
2 H2 + O2
↓
↓
produkty
Prawo stałości składu - stosunek mas pierwiastków w każdym związku
chemicznym jest stały i charakterystyczny dla danego związku chemicznego
( Joseph L. Proust).
Zad.1. Oblicz stosunek masowy pierwiastków w dwutlenku węgla.
Wzór CO2
mC
mO
12u
2 16u
12
32
3
8
Zad.2. Oblicz zawartość procentową tlenu w CO2.
mCO2 = 12u+ 32u =44 u
44u stanowi 100%
32u stanowi x%
x=
32u 100 %
44u
x= 72,7%
Prawo okresowości – właściwości fizyczne i chemiczne pierwiastków
uporządkowanych zgodnie ze wzrastającą liczbą atomową powtarzają się okresowo.(
Dymitr Mendelejew)
W starożytnej Grecji za pierwiastek chemiczny uważano żywioły
takie jak woda, ogień, ziemia i wiatr. Po rozpoznaniu atomowej
budowy materii mianem pierwiastków określa się substancje
składające się z atomów o tej samej liczbie protonów w jądrze, a
zatem posiadających tę samą liczbę atomową. Pierwiastki
uszeregowane według ich wzrastającej liczby atomowej tworzą
układ okresowy pierwiastków.
Twórcą układu okresowego pierwiastków był
Dymitr Mendelejew.
Zapamietaj!
Układ okresowy pierwiastków jest to zestawienie wszystkich
pierwiastków chemicznych w postaci rozbudowanej tabeli,
uporządkowane według ich rosnącej liczby atomowej, grupujące
pierwiastki według ich cyklicznie powtarzających się podobieństw i
właściwości.
CO ODCZYTUJEMY Z UKŁADU OKRESOWEGO
PIERWIASTKÓW ?
Z – liczba atomowa = liczbie protonów = liczbie elektronów
A – liczba masowa( masa atomowa) = liczbie nukleonów
( protonów i neutronów).
Jej wartość jest równa zaokrąglonej liczbie całkowitej masy atomowej
pierwiastka np. mFe = 56u
numer okresu = liczbie powłok elektronowych
numer grupy ( cyfra jedności) = liczbie elektronów walencyjnych
numer grupy ( cyfra jedności) = maksymalnej wartościowości
pierwiastka względem tlenu
charakter chemiczny oznacza – metal, niemetal, półmetal
każdy okres(szereg poziomy) rozpoczyna się bardzo aktywnym metalem,
a kończy typowym niemetalem – gazem szlachetnym
w każdej grupie, ze wzrostem numeru okresu, wzrasta charakter
metaliczny pierwiastka
w każdej grupie, ze wzrostem numeru okresu, wzrasta liczba powłok
elektronowych
w każdym okresie, ze wzrostem numeru grupy, wzrasta liczba elektronów
walencyjnych
w każdym okresie, ze wzrostem numeru grupy, wzrasta charakter
niemetaliczny pierwiastka
własności kwasowe pierwiastków wzrastają od lewej strony ku prawej,
własności zasadowe – w kierunku przeciwnym
najbardziej aktywnymi metalami są pierwiastki grupy 1. ( z wyjątkiem
wodoru)
najbardziej aktywnymi niemetalami są pierwiastki grupy 17.
aktywność chemiczna metali wzrasta w grupie od góry ku dołowi
tzn. K(potas) jest aktywniejszy od Na(sodu)
aktywność chemiczna niemetali wzrasta w grupie od dołu ku górze tzn.
fluor jest aktywniejszy od chloru
dwa pierwiastki w układzie okresowym są cieczami – rtęć i brom
w stanie gazowym występuje 11 pierwiastków – wodór, azot, tlen, fluor,
chlor, hel, neon, argon, krypton, ksenon, radon
pozostałe pierwiastki w układzie okresowym są ciałami stałymi
Literatura:
1. Kulawik T.,Litwin M. Podręcznik dla gimnazjum Chemia Nowej Ery, Nowa Era
Warszawa 2006
2. Warchoł A. Lewandowska D. Chemia. Kurs przygotowawczy do egzaminu
gimnazjalnego, IDEA Kraków 2002.
3. Kluz.Z.,Łopata.K. Podręcznik. Gimnazjum, WSiP Warszawa 1999
4. SobczakJ., PazdroK.M.Dobkowska, Szkolny słownik. Chemia, WSiP Warszawa 1993
5. Praca zbiorowa pod redakcją Marcina Kurczaba, Egzamin gimnazjalny – standardy
wymagań w pytaniach i odpowiedziach, Oficyna Edukacyjna* K.Pazdro,Warszawa
2002
6. H.Gulińska,J.Haładuda,J.Smolińska, Podręcznik. Gimnazjum, Ciekawa chemia.WSiP
Warszawa 2006