W1 Chemia jako nauka

(1)

Chemia

dr hab. Joanna Łojewska

Zakład Chemii Nieorganicznej

1669 r

(2)

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

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

(3)

Chemia

Nauka

• o materii • doświadczalna • stosowana metoda naukowa

(4)

Metoda naukowa

Klasyfikacja materii

Atomy

–

– modele i dowody eksperymentalnemodele i dowody eksperymentalne

–

(5)

„

„Uczony powinien porządkować. Naukę Uczony powinien porządkować. Naukę

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

(6)

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

(7)

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,

(8)

Metoda naukowa

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

(9)

Metoda naukowa

Klasyfikacja materii

Atomy

–

(10)

Klasyfikacja materii

Stany skupienia: Stany skupienia:

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

volume

volume andand shapeshape

Ciecz (Ciecz (liquidliquid): ): definitedefinite

volume

volume but but assumesassumes thethe shape

shape ofof itsits containercontainer

Gazowy (Gazowy (gaseousgaseous): ): no no

fixed

fixed volumevolume oror shapeshape - -assumes

assumes thethe shapeshape ofof itsits container

(11)

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

(12)

Klasyfikacja Materii

Metody rozdziału mieszanin:

Filtracja

Destylacja

Chromatografia

(13)

Klasyfikacja materii

Związki:

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

składzie, które można rozdzielić na

pierwiastki w przemianie chemicznej.

Pierwiastki:

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

można rozłożyć w przemianie

chemicznej

(14)

Klasyfikacja materii

Antoine Lavoisier ok. 1780 r Prawo zachowania masy

John Dalton 1808 r Teoria atomowa

(15)

Metoda naukowa

Klasyfikacja materii

Atomy

–

(16)

Atomy

-

_-

dowody

_dowody

eksperymentalne

Promieniotwórczość naturalna Promieniowanie α, β i γ Pierwiastki promieniotwórcze Promieniotwórczość naturalna Promieniotwórczość naturalna Promieniowanie Promieniowanie α, βα, β i i γγ Pierwiastki promieniotwórcze Pierwiastki promieniotwórcze

Doświadczenia Marii Skłodowskiej

(1903, 1911 r. nagrody Nobla)

Piotra Curie

Henri

(17)

(18)

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 Wnioski:

-atomy zawierają ujemnie naładowane cząstki -naładowane cząstki mają zawsze stały

(19)

Atom

–

_–

model

_model

Model atomu wg Thomsona

+ -- -+?

(20)

Atomy

-

_-

dowody

_dowody

eksperymentalne

Doświadczenie

Rutheforda

1911 r

Geigera

(21)

Atomy

-

_-

dowody

_dowody

eksperymentalne

α

folia Au ekran

Doświadczenie

Rutheforda

1911 r.

Wnioski:

- materia nie jest ciągła

- wewnątrz atomów jądra o masie większej niż elektrony

Wnioski:

- materia nie jest ciągła

- wewnątrz atomów jądra o masie większej niż elektrony

(22)

Atom

–

_–

model

_model

Model atomu wg

Rutheforda

_Rutheforda

+ -- --

(23)

-Atom

Atom

–

_–

model

_model

Model atomu wg Bohra 1913 r.

+

(24)

-Atom

Atom

–

_–

model współczesny

_{model współczesny}

Teoria kwantów

–

– Zasada nieoznaczoności Zasada nieoznaczoności HeisenbergaHeisenberga –

– Dualizm korpuskularno falowyDualizm korpuskularno falowy –

– Równanie Równanie SchroedingeraSchroedingera –

– Funkcje faloweFunkcje falowe

protonyprotony neutronyneutrony elektronyelektrony

(25)

Masa atomowa

definicja

(26)

Atom

-

_-

pomiar masy

_{pomiar masy}

atomowej

Spektrometr

masowy

(27)

Pomiar masy

atomowej/cząsteczkowej

intensywność sygnału m/z

(28)

Izotopy

Jak interpretować wyniki? - 3 izotopy neonu

- intensywność proporcjonalna do ilości - położenie proporcjonalne do masy

Jak interpretować wyniki? - 3 izotopy neonu

- intensywność proporcjonalna do ilości - położenie proporcjonalne do masy

20 21 22

masa

sygn. detektora

dete ktor

(29)

Masa atomowa

Wyniki pomiarów masy neonu

Nr izotopu

1 ₁

2 ₂

3 ₃

masa atomowa, a.j.m

20

21

22

22 rozpowszechnienie, %

(30)

Masa atomowa

Wyniki pomiarów masy neonu

Średnia ważona

a.j.m.

100

3 3 2 2 1 1

M

%

M

p

M

p

M

p

=

⋅

+

⋅

+

⋅

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

(31)

Masa atomowa

przykład

carbon

= 98.89%

1212

_C

1.11%

1313

_C

<0.01%

1414

_C

atomic

(32)

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 Alkali meta ls 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}