background image

Genchem 2014/15

Lecturers

:  Prof. Zbigniew Stojek (room 153, 

stojek@chem.uw.edu.pl), 
Prof. Paweł Kulesza, Prof. Karol Jackowski

Textbooks

: General Chemistry, Whitten et al.

http://
search.barnesandnoble.com/General-Chemistry/Kenn
eth-W-Whitten/e/9780534408602

Chemistry

Kenneth W. Whitten

 (Author), Raymond E. Davis 

(Author), Larry Peck (Author)

George G. Stanley

 (Author) 

 

background image

Tests: 

Two tests (partial exams) are planned: 

on Nov 14

th

 and Jan 13

th

.

0-term exam: Jan 23

rd

1st term exam: Feb 6

th

2nd term exam: Feb 20

th

Two different grading scales will be 
used:

1: chemists + physicists, 
2: other students

To get help: Write to 
<stojek@chem.uw.edu.pl>

background image
background image

What is chemistry ?

- central science

Where does chemistry control the 
progress?

Materials, medicine, pharmacology, food 
industry, cells, vehicles ….
 

The Law of Conservation of Matter & 
Energy:

The combined amount of matter and 
energy in the Universe is fixed

background image

MATTER

- its atomic nature, is constructed of tiny 
fundamental particles originated with the early 
Greek philosophers, Democritus

- John Dalton, 1802, Elements are made of 
extremely small particles called atoms.

-Niels Bohr, Danish physicist, first “rigorous” 
theory of the H atom - 1913
 
 

Where does the matter come from?

 
We know that all galaxies move away from the 
common center, therefore ….

background image

We know that all galaxies move away from the 
common center, therefore ….Big Bang
 
Quasars are the fastest objects in the space
(270 000 km/s); Hubble telescope

The mass of the Universe:

Imagine: 
Our sun is one of 120 billion stars in our galaxy 
(Milky Way).
Milky Way is one of 100 billion galaxies of the 
Universe.

Longest Distance:

 The most distanced objects: 

quasars are located 2 billion light years away.

background image

Black matter: 

matter that does not emit light 

(clouds of dust, burned out stars, black holes, 
neutrinos).
It is impossible to estimate the amount of black 
matter in the Universe.

The birth of a star:

contraction of the dust (H atoms) followed by 
reaction: 4H  He 
Old stars: 3He  C
complex mechanisms of synthesis of heavier 

nuclei
 

background image

Nucleon binding energy curve (average binding energy 
per nucleon in MeV against number of nucleons in nucleus). 
Maximum is located at Fe

56

.

background image

An alternative to black matter: 

modified Newton's 

Law

F = m∙a

background image

Big Bang 

(big explosion, big blast, birth of 

the Universe)

Circa 12 billion years ago it started.
1 ms later:  10 billion degrees, photons
10 s later:  protons, neutrons, electrons
3 min later:  temperature dropped to 1 billion 
degrees
15 min later:  first nuclei
……..
4.6 billion years ago:  the Earth is formed
1.5 billion years ago:  beginning of life
3 million years ago:  human beings appeared

background image

Will the expansion of the Universe 
last forever?

We need only 1g of matter per 40 billion 
km

3

 to stop the expansion and to reverse 

the direction (gravitation)
 
Before the Big Bang there was no time, 
space, mass and energy ???. 

The Big Bang marks the beginning of all 
these things. ???

Matter, antimatter, lack of symmetry

background image

In particle physics, antimatter is material composed of antiparticles, 
which have the same mass as particles of ordinary matter but have 
opposite charge and other particle properties such as lepton and baryon 
number. Encounters between particles and antiparticles lead to 
the annihilation of both, giving rise to varying proportions of high-energy 
photons (gamma rays), neutrinos, and lower-mass particle–antiparticle 
pairs. Setting aside the mass of any product neutrinos, which represent 
released energy which generally continues to be unavailable, the end 
result of annihilation is a release of energy available to do work, 
proportional to the total matter and antimatter mass, in accord with 
the mass-energy equivalence equation, E=mc

2

.

Antiparticles bind with each other to form antimatter just as ordinary 
particles bind to form normal matter. For example, a positron (the 
antiparticle of the electron) and an antiproton can form an antihydrogen 
atom. Physical principles indicate that complex antimatter atomic nuclei 
are possible, as well as anti-atoms corresponding to the known chemical 
elements. To date, however, anti-atoms more complex than antihelium 
have neither been artificially produced nor observed in nature. Studies of 
cosmic rays have identified both positrons and antiprotons, presumably 
produced by high-energy collisions between particles of ordinary matter.
There is considerable speculation as to why the observable universe is 
apparently composed almost entirely of ordinary matter, as opposed to a 
more symmetric combination of matter and antimatter. This asymmetry 
of matter and antimatter in the visible universe is one of the 
greatest unsolved problems in physics.

background image

How old is matter?

 
Cosmos is very young: 1 in the 0-100 scale;  

Major nuclear reaction in the stars:

Compare this with acetylene complete combustion:

H

2

C

2

 + 2.5 O

2

 2CO

2

 + H

2

O + 1.3x10

3

 

kJ/mol

background image

Relative Cosmos Atomic Abundance 
(Si=1)

*

H

3.18x10

4

Hydrogen

He

2.21x10

3

Helium

Li

49.5x10

-6

Lithium

Be

8.1x10

-1

Beryllium

B

3.5x10

-4

Boron

*C

11.8

Carbon

*N

3.74

Nitrogen

*O

21.5

Oxygen

F

22.4x10

-3

Fluorine

Na

6.0x10

-2

Sodium

Si

1

Silicon

Life elements

background image

Molecules in the space

CN 

cyanogen

OH

hydroxy group

NH

3

ammonia

H

2

O

water

H

2

CO

formaldehyde

CO

carbon oxide

H

2

HCN

hydrogen cyanide

CH

3

OH

methyl alcohol

HCO

2

H

formic acid

SiO

silicon oxide

CH

3

CHO

acetic aldehyde

H

2

S

hydrogen sulfide

CH

3

-O-CH

3

(di) methyl ether

CH

3

CH

2

OH

ethyl alcohol

SO

2

sulfur dioxide

NO

nitrogen oxide

background image

Enceladus

 – diameter 500 km. Its surface is 

covered by 
an ice layer. There is, probably, a salty-water 
ocean below the layer. Does it support life? This 
is one of most important questions that bother 
astrobiologists.

Titan

 - the largest moon of Saturn: The Cassini–

Huygens mission in 2004 led to the discovery of 
liquid hydrocarbon lakes on Titan’s surface.
Propen was discovered in 2013.

Interesting compounds on 
other planets

background image

Americans 

John C. Mather and George F. Smoot

 

have won 
the 2006 Nobel Prize in physics for work that helped 
cement the big-bang theory of the universe.

Mather, 60, works at the NASA Goddard Space Flight 
Center in Greenbelt, Md., and Smoot, 61, works at 
the Lawrence Berkeley National Laboratory in 
Berkeley, Calif.

Their work was based on measurements done with 
the help of the NASA-launched COBE satellite in 
1989. They were able to observe the universe in its 
early stages about 380,000 years after it was born. 
Ripples in the light they detected also helped to 
demonstrate how galaxies came together over time.
"The very detailed observations that the laureates 
have carried out from the COBE satellite have played 
a major role in the development of modern 
cosmology into a precise science," the academy said 
in its citation.

background image

Can a single atom be seen? 
Yes, thanks to:

Scanning tunneling microscopy 
AND
Scanning force microscopy 
(Atomic force microscopy)

background image
background image

STM micrograph of an alloy surface

background image

Document Outline