Print_W1 Chemia jako nauka

(1)

Chemia

dr hab. Joanna Łojewska Zakład Chemii Nieorganicznej

1669 r

Odkrycie fosforu przez Henninga Branda

4 TERMODYNAMIKA 60 Razem 12 CHEMIA NIEORGANICZNA 20 ATOM, CZĄTECZKA 2 KINETYKA 3 ELEKTROCHEMIA 6 RÓWNOWAGA CHEMICZNA - roztwory 3 RÓWNOWAGA CHEMICZNA 2 TERMOCHEMIA 3 GAZY 5 STECHIOMETRIA liczba godzin Lista wykładów

Wykłady z podstaw

chemii

Podręczniki

L. Jones, P. Atkins, „Chemia Ogólna. Cżasteczki, materia, reakcje”, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa 2004

A.Bielański "Chemia ogólna i nieorganiczna" PWN

(2)

Chemia

Nauka

• o materii • doświadczalna • stosowana metoda naukowa

Metoda naukowa

Klasyfikacja materii

Atomy

–

–modele i dowody eksperymentalnemodele i dowody eksperymentalne –

(3)

„

„Uczony powinien porządkować. Naukę Uczony powinien porządkować. Naukę buduje się z faktów, tak jak dom z

buduje się z faktów, tak jak dom z

cegieł; lecz nagromadzenie faktów

jeszcze nie jest nauką, podobnie jak

sterta kamieni nie jest domem…”

Poincar

Poincaréé 1900 r I Mi1900 r I Mięędzynarodowy dzynarodowy

kongres fizyk

kongres fizykóóww

Metoda naukowa

1.

1. Obserwacje

Obserwacje

–

doświadczenia

wstępne

--

jakościowejakościowe -- ilościoweilościowe

2.

2. Hipotezy

Hipotezy

--

możliwe wyjaśnienia obserwacjimożliwe wyjaśnienia obserwacji

3.

3. Doświadczenia sprawdzające

Doświadczenia sprawdzające

--

zbieranie nowych informacji w celuzbieranie nowych informacji w celu sprawdzenia hipotezy

(4)

Metoda naukowa

Teoria i model (dlaczego się dzieje?)

wyjaśnienie praw lub obserwacji, wyjaśnienie praw lub obserwacji,

uporządkowany układ postulatów w sposób

całościowy

całościowy wyjaśniającychwyjaśniających obserwacjeobserwacje

Prawo naturalne (co się dzieje?)

prawidłowość występująca w naturze prawidłowość występująca w naturze –– ta ta

sama obserwacja stosująca się do różnych

układów,

układów, podsumowaniepodsumowanie obserwacjiobserwacji

Metoda naukowa

prawo prawo teoria/model teoria/model doświadczenie doświadczenie hipoteza hipoteza obserwacja obserwacja wnioski i przewidywania wnioski i przewidywania doświadczenie doświadczenie

(5)

Metoda naukowa

Klasyfikacja materii

Atomy

–

–własności własności –– masa atomowamasa atomowa

Klasyfikacja materii

Stany skupienia:

Stały (solid): Stały (solid): rigidrigid--fixedfixed

volume

volumeandandshapeshape

Ciecz (Ciecz (liquidliquid): ): definitedefinite

volume

volumebut but assumesassumesthethe shape

shape ofof itsitscontainercontainer

Gazowy (Gazowy (gaseousgaseous): ): no no

fixed

fixed volumevolume ororshapeshape- -assumes

assumes thetheshapeshapeofofitsits

container

(6)

Klasyfikacja materii

homogeniczne homogeniczne związki związki pierwiastki pierwiastki heterogeniczne heterogeniczne atomy atomy elektrony elektrony protony

protony neutronyneutrony kwarki

kwarki kwarkikwarki

substancje czyste substancje czyste mieszaniny mieszaniny jądra jądra materia materia metody fizyczne metody fizyczne metody fizyczne metody fizyczne metody fizyczne metody fizyczne metody chemiczne metody chemiczne

Klasyfikacja Materii

Metody rozdziału mieszanin:

Filtracja

Destylacja

Chromatografia

(7)

Klasyfikacja materii

Pierwiastki:

substancje, których nie substancje, których nie można rozłożyć w przemianie

można rozłożyć w przemianie

chemicznej

Związki:

substancje o stałym substancje o stałym składzie, które można rozdzielić na

składzie, które można rozdzielić na

pierwiastki w przemianie chemicznej.

Klasyfikacja materii

Antoine Lavoisier ok. 1780 r

John Dalton 1808 r Prawo zachowania masy

(8)

Metoda naukowa

Klasyfikacja materii

Atomy

–

–własności własności –– masa atomowamasa atomowa

Atomy

-

dowody

eksperymentalne

Promieniotwórczość naturalna Promieniotwórczość naturalna Promieniowanie Promieniowanie α, βα, βi i γγ Pierwiastki promieniotwórcze Pierwiastki promieniotwórcze

Doświadczenia Marii Skłodowskiej

(1903, 1911 r. nagrody Nobla)

Piotra Curie

Henri

(9)

Atomy

-

dowody

eksperymentalne

Doświadczenie Thomsona (1898

-

1903)

Metal electrode Metal electrode (-) (+) (+) (-) Applied electric field pole elektr. metalowa elektroda metalowa elektroda bańka szklana - próżnia

Wnioski:

-atomy zawierają ujemnie naładowane cząstki -naładowane cząstki mają zawsze stały stosunek ładunku do masy

(10)

Atom

–

model

Model atomu wg Thomsona

+ -- -+?

Doświadczenie

Rutheforda

1911 r

Geigera

Marsdena

Atomy

-

dowody

eksperymentalne

(11)

α

folia Au ekran

Doświadczenie

Rutheforda

1911 r.

Atomy

-

dowody

eksperymentalne

Wnioski:

- materia nie jest ciągła - wewnątrz atomów jądra o masie większej niż elektrony

Atom

–

model

Model atomu wg

Rutheforda

+ -- --

(12)

-Atom

Atom

–

model

Model atomu wg Bohra 1913 r.

+

-Atom

Atom

–

model współczesny

Teoria kwantów

–

– Zasada nieoznaczoności Zasada nieoznaczoności HeisenbergaHeisenberga

–

– Dualizm korpuskularno falowyDualizm korpuskularno falowy

–

– Równanie Równanie SchroedingeraSchroedingera

–

– Funkcje faloweFunkcje falowe

protonyprotony neutronyneutrony elektronyelektrony

(13)

1 a.j.m.= 1/12 m

12

_C

Masa atomowa

definicja

Atom

-

pomiar masy

atomowej

Spektrometr

masowy

(14)

Pomiar masy

atomowej/cząsteczkowej

intensywność sygnału m/z

Izotopy

Jak interpretować wyniki? - 3 izotopy neonu

- intensywność proporcjonalna do ilości - położenie proporcjonalne do masy

20 21 22 masa sy gn . de tekto ra dete ktor

(15)

Masa atomowa

3

2

1

1 Nr izotopu

Nr izotopu

8.8

0.3

90.9

90.9 rozpowszechnienie, %

rozpowszechnienie, %

22

21

20

20 masa atomowa, a.j.m

masa atomowa, a.j.m

Wyniki pomiarów masy neonu

Masa atomowa

a.j.m. 100 3 3 2 2 1 1 _M % M p M p M p ⋅ + ⋅ + ⋅ ₌

Średnia ważona

a.j.m. 20.2 100 22 8.8 21 0.3 20 90.9⋅ + ⋅ + ⋅ ₌

(16)

carbon

= 98.89%

1212

_C

1.11%

1313

_C

<0.01%

1414

_C

atomic

mass = 12.01

amu

Masa atomowa

przykład

Pierwiastki

0 2 _ 2 9 1 H 3 L i 1 1 N a 1 9 K 3 7 R b 5 5 C s 8 7 F r 4 B e 1 2 M g 2 0 C a 3 8 S r 5 6 B a 8 8 R a 2 1 S c 3 9 Y 5 7 L a * 8 9 A c† 2 2 T i 4 0 Z r 7 2 H f 1 0 4 U n q 2 3 V 4 1 N b 7 3 T a 1 0 5 U n p 2 4 C r 4 2 M o 7 4 W 1 0 6 U n h 2 5 M n 4 3 T c 7 5 R e 1 0 7 U n s 2 6 F e 4 4 R u 7 6 O s 1 0 8 U n o 2 7 C o 4 5 R h 7 7 Ir 1 0 9 U n e U u n1 1 0 U u u1 1 1 2 8 N i 4 6 P d 7 8 P t 2 9 C u 4 7 A g 7 9 A u 3 0 Z n 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 4 8 C d 8 0 H g 3 1 G a 4 9 In 8 1 T l 5 B 1 3 A l 3 2 G e 5 0 S n 8 2 P b 6 C 1 4 S i 3 3 A s 5 1 S b 8 3 B i 7 N 1 5 P 3 4 S e 5 2 T e 8 4 P o 8 O 1 6 S 9 F 1 7 C l 3 5 B r 5 3 I 8 5 A t 1 0 N e 1 8 A r 3 6 K r 5 4 X e 8 6 R n 2 H e 5 8 C e 9 0 T h 5 9 P r 9 1 P a 6 0 N d 9 2 U 6 1 P m 9 3 N p 6 2 S m 9 4 P u 6 3 E u 9 5 A m 6 4 G d 9 6 C m 6 5 T b 9 7 B k 6 6 D y 9 8 C f 6 7 H o 9 9 E s 6 8 E r 1 0 0 F m 6 9 T m 1 0 1 M d 7 0 Y b 1 0 2 N o 7 1 L u 1 0 3 L r 1 A 2 A T ra n s itio n m e ta ls 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 Al ka li m et als A lk a lin e e a rth m e ta ls H a lo g e n s N o b le g a s e s *L a n th a n id e s † _{A c tin id e s}