Podstawowe wiadomości
Atomy różnych pierwiastków łączą się ze sobą tworząc związki chemiczne. Atomy
łączą się w określonych, ale różnych stosunkach ilościowych. Na przykład wodór
tworząc związki chemiczne z chlorem, tlenem, azotem i węglem łączy się z nimi w
następujących stosunkach:
H : Cl= 1 : 1 (HCl)
H : O= 2 : 1 (H2O)
H : N= 3 : 1 (NH3)
H : C= 4 : 1 (CH4)
a cecha określająca te stosunki nasi nazwę wartościowości.
Wartościowością pierwiastka,nazywamy liczbę atomów wodoru, jaką dany
pierwiastek może przyłączyć tworząc z nim związek chemiczny.
Tak więc tlen jest dwuwartościowy, bo tworzy z wodorem wodę - H2O, a chlor jest
jednowartościowy, bo tworzy chlorowodór - HCl.
Chlor jednak w innych związkach chemicznych może wykazywać inną wartościowość.
Na przykład, w związkach z tlenem może mieć wartościowość równą nawet 7.
Atomy pierwiastków tworzących cząsteczki związku chemicznego połączone są ze
sobą za pomocą wiązań chemicznych.
Liczbę wiązań chemicznych utworzonych przez atom danego pierwiastka w
cząsteczce związku chemicznego nazywamy wartościowościątego pierwiastka.
Wartościowości najpopularniejszych pierwiastków
___________________________________
|nazwa pierwiastka|wartościowość |
|_________________|_________________|
|Azot |I, II, III, IV, V|
|_________________|_________________|
|chlor |I, III, V, VII |
|_________________|_________________|
|cynk |II |
|_________________|_________________|
|fosfor |III, V |
|_________________|_________________|
|glin |III |
|_________________|_________________|
|krzem |IV |
|_________________|_________________|
|magnez |II |
|_________________|_________________|
|miedź |I, II |
|_________________|_________________|
|nikiel |II |
|_________________|_________________|
|ołów |II, IV |
|_________________|_________________|
|potas |I |
|_________________|_________________|
|rtęć |I, II |
|_________________|_________________|
|siarka |II, IV, VI |
|_________________|_________________|
|sód |I |
|_________________|_________________|
|srebro |I |
|_________________|_________________|
|tlen |II |
|_________________|_________________|
|wapń |II |
|_________________|_________________|
|węgiel |II, IV |
|_________________|_________________|
|wodór |I |
|_________________|_________________|
|żelazo |II, III |
|_________________|_________________|
Otaczająca nas materia to świat różnorodnych substancji. Podział substancji
chemicznych przedstawia schemat:
Substancje proste - pierwiastki są substancjami, których nie można już rozłożyć
na inne jeszcze prostsze substancje. Uwzględniając budowę materii pierwiastek
można określić jako zbiór atomów tego samego rodzaju. Tak więc:
Pierwiastekjest substancją zawierającą atomy o takiej samej liczbie atomowej.
Metale to pierwiastki, które w temperaturze pokojowej są na ogół ciałami
stałymi. Jedynym wyjątkiem jest rtęć. Są one dobrymi przewodnikami ciepła i
elektryczności. Posiadają charakterystyczny połysk. Jedne są kowalne i
ciągliwe, inne kruche. Niektóre łatwo reagują z tlenem (metale nieszlachetne),
inne w warunkach normalnych z nim nie reagują (metale szlachetne).
Niemetalemogą być w temperaturze pokojowej gazami, cieczami lub ciałami
stałymi. Mają bardzo różne właściwości chemiczne i fizyczne.
Substancje chemiczne różnią się między sobą szeregiem właściwości, za pomocą
których można je zidentyfikować. Są to:
* właściwości fizyczne:
* stan skupienia
* smak
* barwa
* gęstość
* temperatura topnienia i wrzenia
* przewodnictwo ciepła i elektryczności
* właściwości chemiczne:
* zdolność lub jej brak do reagowania z innymi substancjami
Związki chemiczne składają się z pierwiastków. Mogą być one rozłożone na
pierwiastki, z których się składają. Mają określony skład jakościowy i
ilościowy.
Związek chemicznyto substancja składająca się z powiązanych ze sobą atomów o
różnych liczbach atomowych.
Mieszaninato substancja chemiczna uzyskana na drodze mechanicznego mieszania
składników. Skład mieszaniny można zmieniać. Na przykład, odparowując wodę z
wodnego roztworu cukru zwiększamy stężenie cukru w tym roztworze; dolewając
wody - zmniejszamy stężenie.
Mieszaniny można łatwo rozdzielić na części składowe:
Substancje zmieszane ze sobą i tworzące mieszaninę zachowują swoje właściwości.
Mieszanina jednorodna - homogeniczna to taka mieszanina, w której nie można
rozróżnić składników nawet przy dużym powiększeniu (woda wodociągowa, mleko,
stopy metali, powietrze).
Mieszanina niejednorodna - heterogeniczna to mieszanina, której składniki można
dostrzec gołym okiem lub za pomocą prostych urządzeń (mąka + piasek, woda +
piasek, piasek + mak, dym + sadza).
Z codziennych obserwacji wynika, że otaczająca nas materia ma budowę ciągłą,
litą. Obserwuje się jednak pewne zjawiska, które przeczą temu wrażeniu. Do
takich zjawisk zaliczamy:
* dyfuzję (samorzutne mieszanie się stykających się ze sobą substancji, na
przykład gazów)
* mieszanie się dwóch cieczy
* rozpuszczanie się ciała stałego w cieczy przebiegające ze zmniejszaniem się
objętości i inne.
Zjawiska takie są możliwe tylko wtedy, gdy substancje biorące w nich udział
mają budowę nieciągłą, ziarnistą.
Pierwsze poglądy o ziarnistości materii głosił filozof grecki, Demokryt (46-370
p.n.e.). Według niego, "Wszechświat składa się z atomów, czyli niepodzielnych
cząstek i próżni..." (athomos = niepodzielny).
W czasach nowożytnych atomistyczną teorię budowy materii ogłosił w r. 1803 John
Dalton. Teoria ta głosiła:
Materia składa się z niezliczonej liczby niezmiernie małych cząsteczek zwanych
atomami.
Każdy atom ma określoną wielkość, masę i właściwości. Atomy tego samego
pierwiastka są jednakowe.
Atomy mogą łączyć się ze sobą tworząc cząsteczki związku chemicznego, a reakcja
chemiczna polega na łączeniu się, rozdzielaniu i wymianie atomów.
Zgodnie ze współczesnymi poglądami na ten temat:
Atomjest najmniejszą częścią pierwiastka chemicznego zachowującą jeszcze jego
charakterystyczne właściwości.
Cząsteczkaskłada się co najmniej z dwóch atomów. Atomy te mogą być takie same -
mówimy wówczas o cząsteczce pierwiastka (np. O2, Cl2) lub różne - cząsteczka
związku chemicznego (np. NaCl, H2O, H2SO4.)
Związek chemiczny od mieszaniny odróżnia głównie to, że związek chemiczny ma
ściśle określony skład chemiczny niezależnie od tego, w jaki sposób powstał:
czy został otrzymany w laboratorium, czy też występuje w przyrodzie. Tę stałą
zależność sformułował w r.1799 Louis Joseph Proust jako prawo stałości składu.
Istotę tego prawa przedstawić można następująco: podczas syntezy siarczku
miedzi (I) - Cu2S, bez względu na używane do reakcji ilości miedzi i siarki,
zawsze na cztery jednostki wagowe miedzi przypadać będzie jedna jednostka
wagowa siarki.
Stosunek wagowy miedzi do siarki w występującym w przyrodzie minerale
chalkozynie jest dokładnie taki sam.
W oparciu o prawo stałości składu wyprowadza się wzory sumaryczne związków
chemicznych.
Chemik, badając otaczającą go przyrodę i zachodzące w niej zjawiska, na ogół
wybiera jakiś obiekt i wyodrębnia go. Taki obiekt nazywa się układem. Układ
może być układem otwartym (gdy między nim a otoczeniem zachodzić może wymiana
masy i energii) lub układem zamkniętym, który nie wymienia z otoczeniem masy,
natomiast może wymieniać energię. Istnieją ponadto układy izolowane, które nie
wymieniają z otoczeniem ani energii, ani masy.
Dwaj osiemnastowieczni chemicy, niezależnie od siebie, Rosjanin Michaił
Łomonosow i Francuz Antoine Lavoisier, badali układy zamknięte i sformułowali
jedno z ważniejszych praw chemii - prawo zachowania masy.
Masa substratów użytych do reakcji w układzie zamkniętym równa się masie
produktów otrzymanych w wyniku reakcji.
Z prawa zachowania masy wynika jednoznacznie, że materia nie może powstać z
niczego, ani nie może zginąć, chociaż podlega ciągłym przemianom. Opierając się
na prawie zachowania masy można obliczyć, ile otrzyma się danej substancji na
skutek przemiany chemicznej o ile wiadomo, ile innej substancji użyto do tej
przemiany. Prawo to stanowi więc podstawę obliczeń chemicznych.