Chemia nieorganiczna
Białka
Woda
Wodorotlenki
Odmiany alotropowe węgla
Estry
Węglowodory
Tlenki
Wodorki
Kwasy
Reakcje
Tlen
Tłuszcze
Sole
Białka
Białka to podstawowe substancje wchodzące w skład wszystkich żywych organizmów, są to zw. wielkocząsteczkowe, które mają różny skład aminokwasowy.
W skład wszystkich białek wchodzą:
Węgiel, wodór, tlen, azot, niektóre zawierają fosfor, metale lub siarkę. Właściwości białek to zw. wrażliwe na działanie czynników chemicznych oraz temp. ulegają one ścinaniu (denaturacji) pod wpływem: kwasu, alkoholi, wodorotlenków, soli metali ciężkich, podwyższonej temp. Proces taki zachodzi również w organizmie człowieka, dlatego należy zachować ostrożność przy pracy z podanymi substancjami, niektóre białka rozpuszczają się w wodzie tworząc roztwory koloidowe tzw. zole np. białko kurze Zol przechodzi w Fel.
Funkcje białek w organizmach:
-jest budulcem - spełnia role immunologiczno tzn. odpowiada za odporność organizmu. - Reguluje procesy życiowe zachodzące w procesach żywych (enzymy, hormony)
-białka mięśni odpowiadają za pracę mięśni - spełnia role izolatora np. włosy u człowieka, sierść u zwierząt
Podział; białek ze względu na budowę:
Niektóre biała wyłącznie zbudowane są z aminokwasów są to białka proste (proteiny) zaliczamy do nich: -białka rozpuszczalne w wodzie (albuminy) np. surowica krwi, białko kurze - białka nierozpuszczalne w wodzie globuliny np. białka zawarte w mleku i nasiona roślin
Białka, które oprócz aminokwasów zawierają inne stadniki są to białka złożone (proteidy). Zaliczamy do nich - fosforoproteidy; zawierają zw. fosforu n p. kazeina mleka - chromoproteidy zawierają substancje barwne np. hemoglobina krwi - Nukleoproteidy zawierają kwasy nukleinowe n p. kwas DNA
Człowiek niema zdolności syntezowania białka z pierwiastków, dlatego musi je spożywać w pokarmie. Najlepszym pokarmem zawierającym wszystkie niezbędne aminokwasy wystarczające ilości są tzw. białka pełnowartościowe np. mięso i jego przetwory -ryby -nabiał Białka częściowo niepełnowartościowe to takie, które zawierają zbyt mało ilość niezbędnych aminokwasów zaliczmy do nich. kaszę przetwory zbożowe. Białka niepełnowartościowe nie zawierają wszystkich niezbędnych aminokwasów.
Woda
Rodzaje wód występujących w przyrodzie
-woda morska -woda rzeczna -woda podziemna. Wody naturalne stykając się z podłożem powoduje, że niektóre zw. zawarte w nim ulegają rozpadowi.
Sole wapnia i magnezu rozpuszczone w wodzie powodują jej twardość
Rodzaje twardości wody: przemijająca - wodorowęglany wapnia i magnezu
Ca(HCO3)2 wodorowęglan wapnia Mg(HCO3)2
Wodorowęglan magnezu Są nietrwałe podczas gotowania wody, ulegają rozkładowi. Wydzielają się osady, które tworzą tzw. kamień kotłowy
Ca(HCO3)2(temp), Co3+H2O+CO2
Mg(HCO3)2(temp) Mg(OH)2+2CO2
Kamień kotłowy wytwarza się podczas gotowania wody w czajniku, na grzałkach, kotłach i rurach CO to zjawisko szkodliwe dlatego woda stosowana do celów przemysłowych powinna być zmiękczona
Twardość stała (Nie można jej usunąć poprzez gotowanie wody) powodowana jest przez chlorki, siarczany, wapnia, i magnezu. Związki te usuwa się podczas tzw. Demineralizacji wody.
Woda destylowana woda całkowicie pozbawiona substancji chem. Metody usuwania twardości wody
a) na skale przemysłowo stosuję się zmiękczania wody przy użyciu tzw. "mleka wapiennego" Jest roztwór wodorotlenku wapnia który z jonami wapnia i magnezu tworzy nierozpuszczalne osady. Wytwarzane osady tworzą kamień kotłowy.
b) do usuwania twardości stałej stosuje się węglan sodu (soda)
Na2CO3
c) Metoda wymieniaczy jonowych tzw. Jonitów.
Woda jako Rozpuszczalnik, Rodzaje Roztworów
Rozpuszczalność substancji w wodzie Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem substancji o różnym stanie skupienia. Rozpuszczalność ciał stałych w wodzie rośnie ze wzrostem temp. Rozpuszczalność gazów w wodzie maleje ze wzrostem temp. a rośnie ze wzrostem ciśnienia. Zależność pomiędzy temp. a rozpuszczalnością subst. przedstawiają tzw. krzywe rozpuszczalności. Rozpuszczalność danej subst. oznacza maksymalną liczbę gramów jak może rozpuścić się określonej temp. w 100g wody. Rodzaje Roztworów Zawartość subst. rozpuszczanej w roztworze określa się przy pomocy stężeń roztworu. W zależności od ilości subst. rozpuszczanej. Wyróżniamy kilka rodzajów roztworów: R. nienasycony -... w którym w określonej temp. może się rozpuścić kolejna porcja substancji. w określonej ilości rozpuszczalnika R. nasycony - ... w którym w danej temp. określanej ilości rozpuszczalnika jest rozpuszczana maksymalna ilość substancji Aby roztwór nasycony przeprowadzić w nienasycony należy dodać więcej rozpuszczalnika lub podwyższyć temp. roztworu #Aby roztwór nienasycony stał się nasyconym należy obniżyć temp. roztworu (ochłodzić) lub odparować część rozpuszczalnika
Równowaga między roztworem a nadmiarem substancji. rozpuszczonej Roztwór nasycony pozostaje w równowadze z nadmiarem substancji. rozpuszczanej (kryształem)
Substancja stała w nadmiarze roztwór
(kryształ) nasycony
Wydzielanie subst. stałej z roztworu to proces krystalizacji
Jeżeli proces krystalizacji przebiega wolno otrzymuje się duże regularne kryształy.
Wodorotlenki
Wodorotlenki są związkami metali o wzorze ogólnym M(OH)x. Nazwy wodorotlenków tworzy się dodając do słowa wodorotlenek nazwę metalu wraz z jego wartościowością (np. NaOH to wodorotlenek sodu).
WODOROTLENEK A ZASADA
Wielu ludzi myli i stosuje, jako równoznaczne, dwa pojęcia: wodorotlenek i ZASADA. Musisz wiedzieć, że nie każdy wodorotlenek jest zasadą i wbrew pozorom również nie każda zasada jest wodorotlenkiem! Wodorotlenek to, jak przed chwilą przeczytałeś, związek metalu o wzorze ogólnym M(OH)x. A co oznacza, tak często przez nas stosowany termin zasada? Wyjaśnienie tego jest odrobinę trudniejsze, ponieważ istnieje kilka definicji zasady, choć tu najwygodniej będzie nam posłużyć się teorią Arrheniusa. Przejdźmy więc do rzeczy. Jako zasadę traktować będziemy te związki, które dysocjują w roztworach wodnych na jony OH-.
A oto przykłady potwierdzające tezę postawioną w drugim zdaniu (nie każdy wodorotlenek jest zasadą i nie każda zasada jest wodorotlenkiem):
1. Jak wiesz z tekstu 'Wodorki' pewna część cząsteczek amoniaku dysocjuje w roztworze wodnym w skutek czego powstają jony NH4+ i OH-, a więc amoniak jest zasadą (a przecież nie jest wodorotlenkiem!)
2. Wodorotlenek żelaza (III) - Fe(OH)3 jest brudnożółtą substancją stałą, która po wprowadzeniu do wody ani się w niej, w sposób widoczny, nie rozpuszcza, ani nie dysocjuje na jony OH- (jak i żadne inne). Związek ten, w przeciwieństwie do amoniaku, jest wodorotlenkiem, choć nie jest zasadą.
3. Na koniec prosty przykład związku, który jest i zasadą, i wodorotlenkiem - NaOH.
Czyste wodorotlenki są ciałami stałymi, np. NaOH w laboratorium spotkać można pod postacią granulek bądź płatków. Stały wodorotlenek sodu jest w dotyku śliski, parzący, proces rozpuszczania się w wodzie jest EGZOTERMICZNY (co znaczy, że wydziela się ciepło). W wodzie rozpuszczają się wodorotlenki litowców i wapniowców, przy czym zachodzi dysocjacja (w bardzo dużym stopniu). Wodorotlenki te, tj. bardzo chętnie dysocjujące na jony OH-, nazywamy niekiedy ALKALIAMI, a ich wysoko zasadowe roztwory ŁUGAMI (w przemyśle definicję ług stosuje się głównie do roztworu KOH i NaOH). W razie poparzenia ługiem należy zastosować długie przemywanie rany wodą i założenie okładu nasączonego lekko rozcieńczonym octem spożywczym.
Poza typowymi wodorotlenkami istnieją również tzw. WODOROTLENKI ZŁOŻONE i HYDROKSYTLENKI. W skład wodorotlenków złożonych wchodzi kilka (najczęściej dwa) atomów różnych metali. Hydroksytlenki to natomiast wodorotlenki o wzorze MOy(OH)x (np. ciemnoczerwony minerał lepidokrokit FeO(OH) jego sieć krystaliczna zawiera jony OH- i jony FeO+).
Wodorotlenki litowców i berylowców (metali grupy 1 i 2) otrzymuje się w reakcji pierwiastka, lub jego tlenku - z wodą (np. 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 albo Na2O + 2H2O 2NaOH + H2O). Wodorotlenki innych metali, będące najczęściej substancjami nierozpuszczalnymi w wodzie, otrzymuje się w reakcji mocnej zasady z solą, zawierającą odpowiedni metal (np. 2NaOH + CuSO4 à Cu(OH)2 + Na2SO4).
Najbardziej typową reakcją dla wodorotlenków jest reakcja z kwasami (np. Fe(OH)2 + H2SO4 à FeSO4 + 2H2O, siarczan żelaza (II) barwi roztwór na błękitno). Część spośród nich reaguje z zasadami (np. Zn(OH)2 + 2NaOH à Na2ZnO2 + 2H2O). Wodorotlenki takie, tj. reagujące dodatkowo z zasadami, nazywamy AMFOTERYCZNYMI (zobacz amfoteryczność 'Tlenków').
Dysocjacji jonowej w roztworach wodnych ulegają wodorotlenki litowców, a także wodorotlenek strontu, baru oraz wapnia (ten dysocjuje tylko częściowo).
Odmiany alotropowe węgla
Węgiel jako pierw. występuje w niektórych rejonach ziemi tworząc złoża - Grafit i diament. Złoża te kształtowały się w dawnych epokach geologicznych, tam gdzie wystąpiły odpowiednie warunki.
Odmiany alotropowe węgla to:
Diament - Atomy węgla w sieci krystalicznej diamentu tworząc regularno strukturę (tetraedr) z tej budowy wynikają właściwości fizyczne diamentu: - duża twardość (najt. minera;) -brak przewodnictwa prądu - przezroczystość - brak przewodnictwa ciepła Diament ulega spalaniu na powietrzu tworząc dwutlenek węgla. Ogrzewany bez dostępu powietrza w temp 15000o C przechodzi w grafit
Grafit ma budowę warstwową, odległości po między atomami węgla w danej warstwie są jednakowe a odległości między warstwami są większe. Z budowy tej wynikają właściwości fizyczne grafitu: - dobre przewodnictwo prądu i ciepła, miękkość - brak przezroczystości Podczas spalania grafitu powstaje dwutlenek węgla. W drastycznych warunkach bez dostępu powietrza grafit przechodzi w diament.
Fullereny Odmiana węgla otrzymanego przez wybijanie laserem atomów węgla z grafitu. Proces taki zachodzi w próżni temp. bliskiej zera bezwzględnego (-270o K) cząstki zawierajęce kilkadziesiąt atomów węgla C60, C76, C96 w 1996 r Naukowcy, którzy otrzymali nagrodę Nobla z Chemii. Cząsteczki Fullorenów mogą być surowcami w syntezie nowych związków organicznych i nieorganicznych oraz tzw. nadprzewodników.
Estry
BUDOWA ESTRÓW:
R-COOR1 R-gr. alkilowa pochodząca od kwasu
R1-gr. alkilowa pochodząca od alkoholi.
Estry to zw. organiczne powstałe w reakcji kwasów z alkoholami tzw reakcji estryfikacji. Reakcja jest reakcją odwracalną tzn., że powstały ester może ulegać hydrolizie, Aby zapobiec hydrolizie stosuje się stężony kwas siarkowy, który ma właściwości higroskopijne i pochłania powstałą wodę.
Właściwości estrów: Są ruchliwymi cieczami, w miarę wzrostu łańcucha węglowego w cząsteczce przechodzą w oleiste ciecze, a następnie w substancje stałe, Na ogół trudno rozpuszczalne w wodzie, mają przyjemny zapach kwiatów lub owoców, dlatego niektóre z nich stosuje się do produkcji spożywczych olejków zapachowych i wyrobów perfumeryjnych, ponadto jako rozpuszczalniki.
Woski - Estry o dużej liczbie atomów węgla w cząsteczce Zaliczamy do nich lanolinę, wosk z owczej wełny oraz woski roślinne np.. wosk chiński, który pokrywa pow. owoców na przykład. śliwek i chroni liście przed nadmiernym parowaniem.
Węglowodory
Związki chemiczne, których cząsteczki są zbudowane wyłącznie z atomów węgla i wodoru
Wzór elektronowy uwzględnia tylko elektrony walencyjne, biorą udział; w wiązaniach występujących między atomami w danej cząsteczce
Węglowodory łańcuchowe.-Węglowodory, których cząsteczki mają szkielet węglowy w postaci łańcucha
1. Alkany Cn H2n+2 (PARAFINY, Węglowodory Nasycone) Węglowodory , w cząsteczkach których wszystkie elektrony walencyjne węgla są wykorzystane do utworzenia wiązań pojedynczych
Alkany posiadają w cząsteczce tylko pojedyncze wiązania po miedzy atomami węgla wiązanie te są trwałe, dlatego to zw. mało aktywne chemicznie, mogą tylko ulegać reakcjo podstawiania CnH2n+2 - wzór ogólny Chlorowanie metanu zachodzi po naświetleniu obu gazu Reakcja taka przebiega etapowo, a produkty tej reakcji to chlorowcopochodne metany Właściwości fizyczne alkanów zależą od liczby atomów węgla w ich cząsteczce C1-C5 -gazy C6-C15 - ciecze >C15 - ciała stałe Alkany gazowe oraz pory pozostałych alkanów są palne, z powietrzem tworzą mieszaniny wybuchowo. Produkty spalania alkanów zależą od warunków, w jakich przebiega spalanie:
a) przy dużym dopływie powietrza powstaje dwutlenek węgla i woda
CH4+2O2CO2+2H2O
b) przy małym dopływie powietrza powstaje węgiel i woda.
W skrócie:
- przedstawiciel METAN CH4 - związki organiczne, - wiązania pojedyncze (kowalencyjne), najtrwalszy typ - NASYCONE węglow. alifatyczne - najprostsza grupa węglowodorów - mało aktywne chemicznie
- słaba odporność termiczna - duża odporność na działanie zw. chemicznych - w czasie spalania zwęgla się - ulegają substytucji (reakcji podstawiania) - wyst. w ropie naft.i gazie ziemn. - Szkielet węglowy ma kształt łańcucha prostego lub rozgałęzionego, nie zawiera pierścieni - niebieski płomień - nie odbarwia KMnO4 - nie rozpuszcza się w wodzie
met-an C H4
et-an C2 H6
prop-an C3 H8
but-an C4 H10
pent-an C5 H12
hex-an C6 H14
hept-an C7 H16
okt-an C8 H18
non-an C9 H20
dek-an C10 H22
Izomery Zw. chem, których cząsteczki zawierają tą samą liczbę tych samych atomów lecz inaczej uporządkowanych czyli zw. które mają ten sam wzór sumaryczny a różny strukturalny. Metan, etan i propan nie posiadają izomerów, ponieważ mają małą liczbę atomów C w cząsteczce Butan posiada 2 izomery Ze wzrostem liczby at. węgla w cząst. alkanów gwałtownie rośnie liczba izomerów
Izomeria łańcuchowa Typ izomerii polegający na różnicy w budowie łańcucha Grupa Alkilowa Jednowartościowe grupy węglowodorowe utworzone z alkanów oznaczamy litero R CnH2n+1 - wzór ogólny
SZEREG HOMOLOGICZNY - szereg związków organicznych, w którym różnią się one między sobą o grupę CH2- Węglow. C1 do C4 gazy C5 do C16 ciecze C17 -... ciała stałe
Chemosynteza - wytwarzanie przez niektóre bakterie związków organicznych z wody i dwutlenku węgla przy wykorzystaniu energii utleniania prostych substancji nieorganicznych.
2. Alkeny Cn H2nto węglowodory nienasycone posiadają 1 podwójne wiązanie pomiędzy at. C w czost. CnH2n - wzór ogólny Nazwy alkenów tworzymy od nazw odpowiednich alkanów zamieniając końcówkę "an","ne","oh"
Właściwości alkenów Podwójne wiązanie w cząsteczce alkanów jest trwała, może ulegać rozerwaniu, dlatego alkeny są aktywne chem. i ulegają reakcjom przyłączenia (addycji) Do czost. alkena może przyłączyć się wodór .W nazwach alkoholi występuje końcówka -OL dodano do nazwy odpowiedniego alkena
Naturalne źródła węglowodorów
W skrócie:
- przedstawiciel ETEN C2H4 - węglow. NIENASYCONE - mają jedno wiązanie podwójne między atomami węgla, to dodatkowe wiązanie jest nietrwałe - tworzą szereg homologiczny zwany szeregiem etenu (etylenu) - reaktywne - żółty płomień - otrzymuje się z ropy naft., z polietylenu
Właściwości chemiczne:
- ulegają spalaniu - ulegają substytucji (reakcji podstawiania) - nie rozpuszcza się w wodzie - ulegają reakcji przyłączania (addycji), jest to charakt. dla węglow. nienasyconych, polega na rozerwaniu wiązania podwójnego i przyłączeniu innego związku (najczęściej jest to gaz)- chlor, jod, brom - ulegają reakcji polimeryzacji czyli łączeniu się związków o krótkich łańcuchach węglowych (monomerów) w związki wielodługie
et-en C2 H4
prop-en C3 H6
but-en C4 H8
pent-en C5 H10
hex-en C6 H12
hept-en C7 H14
okt-en C8 H16
non-en C9 H18
dek-en C10 H20
ALKADIENA - grupa związków z dwoma wiązaniami podwójnymi
KRAKING -proces technologiczny, w którym następuje rozszczepienie wielkich cząsteczek węglowodorów na węglowodory o mniejszej liczbie atomów węgla w cząsteczce - stosowany w przem. petrochem. w celu przerobu ciężkich frakcji ropy naft. na benzynę i lekkie oleje napędowe
3. ALKINY Cn H2n-2
W skrócie:
- przedstawiciel ETYN C2H2 - węglow. NIENSYCONE - mają jedno wiązanie potrójne między atomami węgla, wiązania dodatkowe są nietrwałe - odbarwiają wodę bromową i wodny roztwór manganianu(VII) potasu (jest to reakcja charakt. dla węglowodorów nienasyconych) - jaskrawy płomień - ulegają spalaniu - reaktywne - nie rozpuszcza się w wodzie - otrzymuje się z karbidu i wody CaC2+2H2O Ca(OH)2 + C2H2 - bromowanie czyli reakcja z Br - uwodarnianie
et-yn C2 H2
prop-yn C3 H4
but-yn C4 H6
pent-yn C5 H8
hex-yn C6 H10
hept-yn C7 H12
okt-yn C8 H14
non-yn C9 H16
dek-yn C10 H18
Tlenki
Tlenkami nazywamy związki pierwiastków z tlenem, o wzorze ogólnym: ExOy. Tlenki tworzą niemalże wszystkie znane nam pierwiastki. Niektóre z tlenków są substancjami pospolitymi, stykamy się z nimi na co dzień, czego najlepszym przykładem może być woda tlenek wodoru.
Nazwę tlenku tworzymy dodając do słowa tlenek nazwę drugiego pierwiastka, jaki wchodzi w jego skład, wraz z wartościowością tego pierwiastka - SYSTEM STOCKA. I tak Fe2O3 to tlenek żelaza (III), a FeO to tlenek żelaza (II). Stosowane jest również nazewnictwo zawierające człony liczbowe związane z liczbą atomów pierwiastka w cząsteczce, np. CO2 - dwutlenek węgla (człon jedno~ pomijamy).
Tlenki metali są substancjami jonowymi, wiązanie między atomem metalu, a atomem tlenu jest wiązaniem jonowym. Wraz z przejściem od metali lekkich przez metale ciężkie do półmetali i niemetali, jonowy charakter ich tlenków zanika na korzyść charakteru kowalencyjnego. Tlenki metali są przeważnie ciałami stałymi, a niemetali gazami. Zastanów się, czy znasz jakiś tlenek, który w warunkach normalnych występuje w stanie ciekłym? (odp. woda)
Wspomnieć należy jeszcze o tzw. NADTLENKACH. Jest to grupa tlenków, które od pozostałych różnią się tym, że wiązanie występuje tam między dwoma atomami tlenu (każdy na -I stopniu utlenienia). Np. nadtlenek wodoru (jego 3% roztwór w wodzie to WODA UTLENIONA) ma wzór kreskowy H-O-O-H.
Tlenki otrzymuje się przez spalanie, czyli reakcję danego pierwiastka z tlenem, utlenianie niższego tlenku do wyższego i odwrotnie (redukcję wyższego do niższego). Tlenki powstają również we procesie termicznego rozpadu soli lub wodorotlenku.
Tlenki, ze względu na CHARAKTER CHEMICZNY, dzielimy na cztery podstawowe grupy:
1. TLENKI KWASOWE - są to przeważnie tlenki niemetali, zwane również BEZWODNIKAMI KWASOWYMI, jako że reagując z wodą dają kwasy (np. SO3 + H2O H2SO4). Tlenki kwasowe reagują ponadto z zasadami dając sól i wodę (np. CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O).
2. TLENKI ZASADOWE - są to przeważnie tlenki metali. Tlenki zasadowe reagują z kwasami dając sól i wodę (np. Na2O + H2SO4 Na2SO4 + H2O). Część z nich, mianowicie tlenki litowców i berylowców, zwane są również BEZWODNIKAMI ZASADOWYMI, jako że reagując z wodą dają zasady (p. Li2O + H2O 2LiOH). Tlenki pozostałych metali nie reagują z wodą.
3. TLENKI AMFOTERYCZNE - są to przeważnie tlenki półmetali i niektórych metali (np. BeO, Al2O3, PbO, ZnO). Ich wyjątkowość polega na tym, że reagują zarówno z kwasami, jak i z zasadami (np. z kwasem: Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O; z zasadą: Al2O3 + 2NaOH Na2Al2O4 + H2O). Z wodą reagują niechętnie lub wcale.
4. TLENKI OBOJĘTNE - niewielka grupa tlenków, nie reagują ani z zasadami, ani z kwasami (np. CO, NO, SiO2).
Inną właściwością chemiczną tlenków kwasowych i zasadowych jest to, że reagują one pomiędzy sobą, dając sól. Przykładowo - w reakcji kwasowego tlenku krzemu z zasadowym tlenkiem potasu powstaje sól - krzemian potasu (K2O + SiO2 K2SiO3).
Wodorki
Wodorki to związki wodoru z innymi pierwiastkami - głównie z metalami (np. NaH - wodorek sodu, CaH2, AlH3). Znane są również wodorki niemetali - w ich wzorach sumarycznych wodór stawiamy na pierwszym miejscu (np. HCl, a nie ClH).
Roztwory wodne chlorowodoru - HCl ("wodorku chloru") i siarkowodoru - H2S ("wodorku siarki") to tzw. KWASY BEZTLENOWE (patrz: uwaga!). Nietypowym wodorkiem jest AMONIAK (NH3), który w roztworze wodnym nie daje odczynu kwasowego, a zasadowy (na skutek dysocjacji niektórych cząsteczek przebiegającej wg równania: NH3 + H2O OH- + NH4+).
Wodorki metali grupy 1 i 2 reagują z wodą dając zasadę i wodór (np. CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2). Wodorki pozostałych metali nie reagują z wodą, część z nich rozpuszcza się fizycznie w wodzie (bez dysocjacji jonowej), choć zwykle w niewielkich ilościach.
Z kolei wodorki niemetali, o czym już wiesz, rozpuszczają się w wodzie (z dysocjacją, np. HCl Cl- + H+), dając kwasy (amoniak daje zasadę).
Z wodą nie reaguje METAN - CH4 (właściwiej zaliczany nie do wodorków, a do związków organicznych zwanych WĘGLOWODORAMI). Metan jednak reaguje z parą wodną, wg równania: CH4 + H2O CO + 3H2.
Wodorki otrzymuje się w reakcjach danego pierwiastka z wodorem, przy czym reakcje te zachodzą przeważnie w podwyższonych temperaturach i w obecności katalizatorów (szczególnie dla reakcji z metalami, bo wodorki niemetali powstają stosunkowo łatwiej).
Na koniec kilka słów o właściwościach fizycznych tych związków. Idąc w układzie okresowym od wodorków litowców (metali grupy 1), na prawo, jonowy charakter wiązania w wodorkach maleje. Wodorki metali to ciała stałe (większość), wodorki niemetali (np. chlorowodór) są gazami.
uwaga!
Wiesz zapewne, że HCl to chlorowodór. Patrząc na ten właśnie wzór mówimy jeszcze "kwas chlorowodorowy", albo "kwas solny". Czy wszystkie te nazwy są jednoznaczne? Nie. Chlorowodorem nazywamy gazowy HCl. Natomiast kwasem chlorowodorowym lub kwasem solnym nazywamy wodny roztwór (!) chlorowodoru.
Kwasy
Istnieją dwa typy kwasów w chemii nieorganicznej KWASY BEZTLENOWE i KWASY TLENOWE. Kwasy beztlenowe to wodne roztwory wodorków niemetali 16 i 17 grupy (np. HCl), w przypadku kwasów tlenowych obok wodoru i niemetalu w cząsteczce pojawia się dodatkowo atom, lub atomy tlenu. Istnieje niewielka grupa kwasów tlenowych, które zamiast niemetalu zawierają metal. Wzór ogólny kwasów tlenowych przedstawia się następująco: HxEyOz
W cząsteczce kwasu tlenowego atom każdego wodoru połączony jest wiązaniem pojedynczym z jednym atomem tlenu, te atomy tlenu połączone są z kolei wiązaniami z atomem E. Pozostała liczba atomów tlenu (jeśli jest) połączona jest również z atomem E, wiązaniami podwójnymi, np. cząsteczka H3PO4 zbudowana jest następująco:
H O \
H O P = O
H O /
Nazwę kwasu tlenowego tworzymy przez dodanie do słowa kwas nazwy pierwiastka E wraz z jego wartościowością (chyba że pierwiastek ten wchodzi w skład tylko jednego kwasu tlenowego). Zatem H3PO4 to kwas fosforowy (V), a H2CO3 kwas węglowy. Nazwy kwasów beztlenowych, tj. wodnych roztworów wodorków niemetali grup 16 i 17, tworzymy poprzez dodanie do słowa kwas nazwy wodorku, np. wodny roztwór HCl to kwas chlorowodorowy (nazwa zwyczajowa: solny).
Wszystkie kwasy dysocjują w wodzie na jony H+ i aniony reszt kwasowych (np. HCl H+ + Cl- albo HNO3 H+ + NO3-). Podwójna strzałka przy równaniu dysocjacji kwasu azotowego (V) wskazuje, że nie dysocjuje on, jak HCl, w 100%, lecz w mniejszej ilości, tj. w jego roztworze wodnym niezdysocjowane cząsteczki HNO3 znajdują się w stanie równowagi z jonami H+ i NO3- powstałymi z tycz cząsteczek, które zdysocjowały.
W przypadku kwasów, które w cząsteczce zawierają więcej niż jeden atom wodoru, a kwasy takie nazywamy kwasami WIELOPROTONOWYMI, mamy do czynienia z dysocjacją stopniową:
etap 1: H2SO4 H+ + HSO4-
etap 2: HSO4- H+ + SO42-
Sumaryczny zapis tych reakcji daje nam ten, który często stosujemy i który można uznać za poprawny:
H2SO4 H+ + SO42-
Musisz jednak zapamiętać, że w roztworze kwasu siarkowego (VI) tak naprawdę mamy do czynienia nie tylko z jonami H+ i SO42-, lecz również z jonami HSO4-. Jak się zapewne domyślasz kwas zawierający trzy atomy wodoru w cząsteczce, np. H3PO4, dysocjował będzie w trzech etapach. Zapisz więc te równania.
MOC KWASU
Jaki kwas nazwiemy mocnym, a jaki słabym? Jak się okazuje odpowiedzieć na to pytanie można już na podstawie zapisu reakcji dysocjacji. Mocny kwas to taki, który dysocjuje w dużym stopniu, tj. np. na 10 cząsteczek kwasu dysocjuje powiedzmy 9. Słaby to taki, który w roztworze wodnym nie rozpada się tak chętnie na jony, np. na 10 cząsteczek dysocjują tylko 3, a 7 pozostaje niezdysocjowanych. Jednokierunkowa strzałka w równaniu dysocjacji dla kwasu siarkowego (VI) oznacza, o czym już wiesz, że dysocjuje on w bardzo dużym stopniu. Pisząc równania stopniowej dysocjacji kwasu fosforowego (V) wszędzie stosować powinieneś strzałki podwójne. Kwas siarkowy (VI) jest mocniejszy od kwasu fosforowego (V).
Aby móc określić stosunkową moc dwóch kwasów zapamiętaj kilka prostych reguł (wcześniej jednak, przy każdym z pierwiastków na twoim układzie okresowym, dopisz elektroujemność!). A więc: spośród dwóch kwasów tlenowych mocniejszy jest ten, u którego atom niemetalu reszty kwasowej (czyli siarka, fosfor, azot itd.) jest bardziej elektroujemny. Reguła ta wyjaśnia dlaczego H2SO4 jest mocniejszy od H3PO4 gdyż, jak się okazuje siarka (2,5) ma elektroujemność większą niż fosfor (2,1). Jeśli porównujemy dwa kwasy z tym samym niemetalem, np. H2SO4 i H2SO3, mocniejszy z nich będzie ten, który ma więcej atomów tlenu w cząsteczce (siarkowy (VI) jest mocniejszy od siarkowego (IV)).
Kwasy tlenowe to ciecze, zwykle dobrze rozpuszczalne w wodzie (w laboratorium spotykamy się wyłącznie z ich wodnymi, mniej lub bardziej rozcieńczonymi roztworami). Wykonując doświadczenia z kwasami należy zachowywać ostrożność, a na rękach mieć rękawiczki (oczywiście te gumowe ;). Kwasy wchodzą bowiem w reakcje chemiczne z naszym ciałem stąd oparzenia po kontakcie z nimi. W razie poparzenia kwasem należy przemywać miejsce wodą, następnie roztworem wodorowęglanu sodu (czyli sody oczyszczonej) i po raz kolejny wodą. I jeszcze jedno: Pamiętaj chemiku młody, wlewaj zawsze kwas do wody!.
Jeśli czytałeś działy 'Wodorki' oraz 'Tlenki' wiesz zapewne w jaki sposób otrzymujemy kwasy beztlenowe i tlenowe. Mimo to przypomnijmy to sobie. Zatem:
1. Kwasy beztlenowe otrzymujemy poprzez rozpuszczenie wodorku niemetalu grupy 16 lub 17 w wodzie.
2. Kwasy tlenowe, przeważnie mocne, otrzymujemy w reakcji tlenku kwasowego z wodą (np. SO3 + H2O H2SO4). Słabsze kwasy tlenowe powstają w reakcjach mocnego kwasu tlenowego z odpowiednią solą (np. 2HCl + Na2CO3 2NaCl + H2CO3 - mocny kwas solny w reakcji z węglanem sodu daje sól i słaby kwas węglowy). Kwas węglowy jest na tyle słabym kwasem, że nie tylko nie chętnie dysocjuje, czy rozpuszcza się w wodzie, ale wręcz jego cząsteczki rozpadają się na dwutlenek węgla i wodę (H2CO3 H2O + CO2). Mimo to, część cząsteczek kwasu węglowego pozostaje w roztworze wodnym, jeszcze inna część (niewielka) dysocjuje.
Na zakończenie kilka zdań o właściwościach chemicznych kwasów. Mocne kwasy reagują z tlenkami zasadowymi, dając sól i wodę (np. Na2O + H2SO4 Na2SO4 + H2O), wodorotlenkami, zasadami (reakcja zobojętniania, np. NaOH + HCl NaCl + H2O). Ważną właściwością kwasów jest to, że wchodzą w reakcje z częścią metali, a produktami jest sól i wodór. Wodór z kwasu wypierają jednak tylko te metale, które w SZEREGU NAPIĘCIOWYM METALI znajdują się ponad nim, będą to więc m.in.: Li, Na, Mg, Ca, Al, Zn, Ni, Sn. Niekiedy jednak reakcja między kwasem, a metalem nie zachodzi, mimo, że się jej spodziewaliśmy. Powodem takiego stanu rzeczy bywa PASYWACJA polega ona na tym, że na powierzchni metalu wytwarza się zwarta warstwa tlenku, która uniemożliwia reakcję pomiędzy metalem, a kwasem. Zjawisko pasywacji obserwujemy np. gdy wrzucimy glin do HNO3, reakcja nie zachodzi, gdyż glin pokrył się warstwą Al2O3, który ją uniemożliwia.
Reakcje Jonowe
Reakcje Jonowe Podczas reakcji jonowych następuje reakcja pomiędzy atomami
i jonami (np. reakcje metali z kwasami) po między różnymi jonami np. (reakcje zobojętniania). Czasami reakcje takie przebiegają z wytrącaniem się osadów są to reakcje strońceniowe
Reakcja kwasów z metalami Reakcja przebiega pomiędzy atomami metalu i jonami wodorowymi. Aniony reszty kwasowej nie biorą udziału w tej reakcji.
Mg+HCl MgCl2+H2
Mg+2H++2ClMg2++2Cl-+H2
Mg+2H+Mg2++H2 ! Reakcja reakcje zobojętniania Podczas reakcji reakcje zobojętniania reaguje kwas i wodorotlenek powstaje sól i woda.
NaOH+HClNaCl+H2O
Na++OH-+H++ClNa++Cl-+H2O
OH-+H+H2O Powstającą wodę zapisujemy cząsteczkowo ponieważ woda jest bardzo zdysocjowana. Otrzymany roztwór ma odczyn obojętny
REAKCJA POLIMERYZACJI Polega na łączeniu się wielu jednakowych cząstek monomeru w produkt . wielocząsteczkowy polimer. Reakcja przebiega pod wpływem katalizatorów Reakcji mogą ulegać zw. nienasycone.
Budowa zw. wielkocząsteczkowego Polimery otrzymywane z jednego rodzaju monomeru noszą nazwę homo polimerów.
Polimery otrzymywane z kilka rodzajów monomerów nazywa się kopolimerem Ze względu na strukturę polimery dzielimy na: a) liniowe b) rozgałęziowe c) usieciowane Polimery liniowe i rozgałęziowe rozpuszczają się w niektórych rozpuszczalnikach, po ostygnięciu twardnieją Są to tzw polimery termoplastyczne. Polimery usieciowane są twarde , nie rozpuszczają się. Raz uformowane nie zmieniają kształtów. są to polimery termoutwardzalne
REAKCJE STRˇCENIOWE Substancje słabo rozpuszczalne lub nie rozpuszczalne w wodzie wytrącają się podczas reakcji w postaci osadu. Wytrącony osad w równaniu reakcji oznaczamy W równaniu jonowym zw. nierozpuszczalne zapisujemy cząsteczkowo Otrzymywanie osadów
a) chlorek srebra (azotan srebra i chlorek sodu)
AgNO3+NaClAgCl +NaNO3
Ag++NO3-+Na++ClAgCl+Na++NO3-
Ag++Cl-AgCl
b) wodorotlenek miedzi (II) (siarczan miedzi (II), wodorotlenek sodu)
CuSO4+2NaOHu(OH)2 +Na2SO4
Cu2++SO42-+2Na++20H-Cu(OH)2 +2Na++SO42-
c) wodorotlenku wapnia (azotan wapnia i wodorotlenek sodu)
Tlen
Właściwości tlenu Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w przyrodzie
występuje w stanie wolnym w powietrzu i w
związkach (woda, skały minerały, zw. organiczne)
w stanie wolnym występuje w postaci cząsteczek o2- t. atmosferyczny o3 ozon -są to odmiany alotropowe
Właściwości chemiczne tlenu. Jest gazem który reaguje zarówno z metalami jak i niemetalami tworząc tlenki. Tlen w zw. jest zawsze dwuwartościowy 2Mg+o2=2MgO Tlen nie reaguje tylko z metalami szlachetnymi (złoto, srebro, platyna) Tlen jest utleniaczem
Właściwości fizyczne tlenu Jest to gaz bezbarwny, bez smaku i zapachu, słabo rozpuszcza się w wodzie, jest nie palny ale palenie podtrzymuje. Jest gazem niezbędnym do oddychania ludzi i zwierząt w bardzo niskiej temp. (ok-190 C) i pod zwiększonym ciśnieniem udaje się skroplić tlen.
Tlenki metali Są to ciała stałe o wysokich temp. wrzenia i topniena Niektóre tlenki metali (litowców berylowców ) reagują z wodą tworząc wodorotlenki. Na2O+H2O=2NaOH Tlenki niemetali C+O2=CO2 4P+5O2=2P2O3 tlenki niemetali występują we wszystkich trzech stanach skupienia : gazowym (CO, CO2, SO2), ciekłym (H20) i stałym (SiO2) Niektóre są bezbarwne (SO2, CO2,H20) inne mają określoną barwę
Tlenki Kwasowe Tlenki niemetali które reagują z wodą tworzą kwasy lub które uzyskuje się przez odwodnienie kwasów
HNO3 -kwas azotowy (V) H2SO4 -kwas siarkowy (VI)
H2CO3 kwas węglowy HNO2 kwas azotowy (III)
H2SO3 kwas siarkowy (IV) H3PO4 kwas fosforowy (V)
Otrzymywanie tlenu:
a) przez rozkład tlenku podczas ogrzewania 2MgO(temp)2Mg+O2
b) przez rozkład utleniaczy np. KClO3=KCl+3O2
c) ze skroplonego powietrza
d) przez elektrolizę wody
2H2O=2H2+O2 Zastosowanie tlenu Jest niezbędny do wymiany gazowej zachodzącej w płucach, podtrzymuje palenie, jest składnikiem powietrza Używany jest w palnikach acetylenowych.
Tłuszcze
Tłuszcze - estry wyższych kwasów karboksylowych z glicerolem. Tłuszcze występują w organizmach roślinnych i zwierzęcych, stanowią materiał zapasowy, z którego ustrój wytwarza potrzebną mu energią a także stanowią izolacje cieplno oraz amortyzują wstrząsy narządów wewnętrznych np. . gałki ocznej. czyste tłuszcze są subst. bezbarwnymi i bezwonnymi Z uwagi na pochodzenie rozrużniamy tłuszcze zwierzęce jak: łój, sadło, tran, po przerobieniu :masło, smalec, roślinne: oliwa, olej rzepakowy, słonecznikowy, arachidowy, lniany, masło kakaowe.
Sole
Sole nieorganiczne są w przyrodzie dość dobrze rozpowszechnionymi związkami chemicznymi o budowie jonowej - ich sieć krystaliczna zawiera kationy metalu oraz tzw. RESZTY KWASOWE. Reszta kwasowa to ta grupa atomów lub jeden atom, który(e) pozostają po 'oderwaniu' od cząsteczki kwasu atomu(ów) wodoru.
Pod względem rodzaju reszty kwasowej wyróżnić możemy dwa podstawowe typy soli:
1. SOLE KWASÓW TLENOWYCH - np. niektóre sole tlenowego kwasu siarkowego (VI): Na2SO4 (siarczan (VI) sodu - zawiera jednododatnie KATIONY sodu - Na+ oraz dwuujemne ANIONY tlenowej reszty kwasowej SO42-); MgSO4 (siarczan (VI) magnezu - zawiera dwudodatnie kationy magnezu Mg2+ oraz aniony reszty kwasowej) itd.
2. SOLE KWASÓW BEZTLENOWYCH - np. sole beztlenowego kwasu chlorowodorowego (solnego): NaCl (chlorek sodu, czyli dobrze nam znana sól kuchenna, zbudowana z kationów sodu i anionów reszty kwasowej, czyli anionów Cl-); MgCl2 (chlorek magnezu) itd.
Istnieje, jak zauważyłeś różnica w nazewnictwie obu typów soli. Pierwszy człon nazwy soli, pochodzący od kwasu, z którego sól powstała, kończy się dla soli tlenowych na -an (skojarz, że reszty kwasowe są dla tych soli duże), a dla soli beztlenowych na -ek (małe reszty kwasowe). Np. chloran (I) sodu to sól tlenowego kwasu chlorowego (I) - HClO, a chlorek sodu to sól beztlenowego kwasu chlorowodorowego - HCl.
Część soli to związki dobrze rozpuszczalne w wodzie i chętnie dysocjujące na jony (np. Na2SO4 2Na+ + SO42- albo CdCl2 Cd2+ + 2Cl-). Reszta soli strąca się całkowicie lub częściowo w postaci różnobarwnych osadów.
Sole otrzymuje się w wyniku jednej z kilku prostych reakcji. Pierwszą z metod jest tzw. REAKCJA ZOBOJĘTNIANIA, czyli reakcja kwasu z zasadą, w wyniku której aniony reszty kwasowej łączą się z kationami metalu ze zdysocjowanej zasady dając sól, a jony OH- łączą się jonami H+ z kwasu dając wodę (np. NaOH + HCl NaCl + H-O-H). Gdy w wyniku reakcji powstaje sól, która jest trudno rozpuszczalna (co sprawdzić możesz w tabeli rozpuszczalności) wytrąca się ona w postaci osadu, a przy jej wzorze w równaniu chemicznym dopisujemy strzałkę w dół (np. Sr(OH)2 + H2SO4 SrSO4 + 2H2O). Innymi reakcjami dającymi sole są: reakcja kwasu z metalem (np. HCl + Zn ZnCl2, ale nie z każdym metalem dany kwas przereaguje, solny z tego przykładu nie przereagowałby np. z miedzią!); reakcja kwasu z tlenkiem metalu (np. 2HCl + CuO CuCl2 + H2O); reakcja zasad z tlenkami niemetali (np. 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O); stopienie tlenku niemetalu z tlenkiem metalu (np. MgO + CO2 MgCO3). Ciekawą reakcją dającą sól jest reakcja dwóch innych soli. Taka zachodzi jednak dopiero wtedy, gdy obie sole-substraty są dobrze rozpuszczalne w wodzie, a sól-produkt strąca się jako osad (nie rozpuszcza się w wodzie). Zwykle obok soli-osadu powstaje drugi produkt - sól dobrze rozpuszczalna. Przykład takiej reakcji: 2AlCl3 + 3K2SO3 Al2(SO3)3 + 6KCl. Tak naprawdę w reakcji tej reagują tylko dwa jony: jon Al3+ powstały z dysocjacji chlorku glinu w roztworze oraz jon SO32- z dysocjacji siarczanu (IV) potasu. Do takiego wniosku dojść można rozpisując powyższą reakcję jonowo:
2Al3+ + 6Cl- + 6K+ + 3SO32- Al2(SO3)3 + 6K+ + 6Cl-
2Al3+ + 6Cl- + 6K+ + 3SO32- Al2(SO3)3 + 6K+ + 6Cl-
2Al3+ + 3SO32- Al2(SO3)3
Na koniec zwróćmy jeszcze uwagę na odczyn roztworu, czyli pH, który, co ciekawe nie zawsze jest, jakby się zdawało na pierwszy rzut oka, obojętny. Roztwór chlorku sodu jest obojętny podobnie, jak roztwór siarczanu potasu. Ale gdy rozpuścimy w wodzie chlorek magnezu odczyn okaże się kwasowy, roztwór węglanu sodu jest z kolei lekko zasadowy. Ta właściwość soli jest wynikiem procesu zwanego HYDROLIZĄ SOLI, który zostanie osobno omówiony już wkrótce na łamach Retorty...
Reakcje chemii nieorganicznej
