Zastosowanie związków organicznych

Związek	Zastosowanie
alkany C7-C10 (ciekłe)	składniki benzyny
metan	paliwo
propan, butan	paliwo stosowane np. w butlach turystycznych
etyn	paliwo w palnikach acetylenowych
chloroform	rozpuszczalnik, dawniej środek usypiający
tetrachloroetan	wypełnienie gaśnic
freony	wycofane z użycia płyny chłodzące w lodówkach, których ulatnianie się do atmosfery powodowało zwiększanie dziury ozonowej
metanol	rozpuszczalnik
etanol	rozpuszczalnik, reagent w przemyśle
glicerol	środek mający zastosowanie w przemyśle kosmetycznym, substancja słodząca i zagęszczająca stosowana w lekach
glikol etylenowy	składnik płynu do chłodnic w samochodach
krezole	składniki lizola, płynu do dezynfekcji
metanal	jego roztwór to formalina - rozpuszczalnik do przechowywania preparatów biologicznych
aceton	rozpuszczalnik
kwas benzoesowy	konserwant do żywności
estry	dzięki przyjemnemu zapachowi są stosowane jako perfumy, kosmetyki lub dodatki do żywności
nitrogliceryna	lek przeciwzawałowy, dawniej stosowana jako substancja wybuchowa
kwas acetylosalicylowy	aspiryna
stearynian sodu itp.	mydła
glukoza, sacharoza	substancje słodzące
kwas mrówkowy, kwas propanowy	substancje konserwujące żywność

Węglowodory aromatyczne

Spośród węglowodorów aromatycznych najważniejszym i najdokładniej omawianym na poziomie liceum jest benzen. Jego wzór sumaryczny to C₆H₆ i posiada on sześć zdelokalizowanych elektronów π.

„Benzene resonance structures” autorstwa Edgar181 - Praca własna. Licencja Domena publiczna na podstawie Wikimedia Commons

Węglowodory cykliczne

Węglowodory cykliczne nie różnią się specjalnie właściwościami od swoich łańcuchowych odpowiedników. Uwagę należy zwrócić jednak na konformację i inne cechy wynikające z ograniczonej geometrii tej grupy związków.

Chemia organiczna

Chemia organiczna jest dziedziną chemii zajmującą się związkami posiadającymi w swej budowie wiązanie węgiel-wodór, czyli związkami organicznymi. Oprócz węgla i wodoru, związki organiczne mogą posiadać w swej strukturze inne pierwiastki, takie jak tlen, siarka czy azot.

Oprócz badania właściwości związków organicznych, bardzo ważnym działem chemii organicznej jest synteza organiczna, zajmująca się skomplikowanym i interesującym zagadnieniem otrzymywania przeróżnych związków organicznych.

Związki nieorganiczne

Podobnie jak w przypadku chemii nieorganicznej, którą najłatwiej definiuje się jako dopełnienie chemii organicznej, związki nieorganiczne najlepiej jest opisać jako te, które po prostu nie są organiczne. Do najważniejszych klas związków nieorganicznych należą tlenki, wodorotlenki, kwasy oraz sole.

Pierwiastki

Pierwiastek jest to zbiór atomów, które mają taką samą liczbę protonów w jądrze. Liczba neutronów może się rzecz jasna różnić - wtedy mamy do czynienia z izotopami tego samego pierwiastka.

Pierwiastki dzieli się ze względu na to, jaki stan skupienia przyjmują w warunkach normalnych: stały (żelazo, siarka), ciekły (brom, rtęć) lub gazowy (tlen, hel).

Jeżeli chodzi o właściwości fizyczne, pierwiastki dzielą się na metale i niemetale.

Węglowodory łańcuchowe

Węglowodory to takie związki chemiczne, które zawierają w swojej strukturze wyłącznie węgiel i wodór - żadnych innych pierwiastków! Wydawałoby się, że niewielki wybór elementów zaowocuje prostą budową i podobnymi właściwościami węglowodorów, tak jednak nie jest. Długość, budowa oraz liczba i lokalizacja wiązań nienasyconych sprawiają, że to zróżnicowana grupa związków.

Podział węglowodorów

Łańuchowe		Cykliczne
Nasycone alkany	Nienasycone alkeny i alkiny	Nasycone cykloalkany	Nienasycone cykloalkeny i cykloalkiny	Areny

Otrzymywanie i zastosowanie węglowodorów

Węglowodory otrzymuje się głównie z gazu ziemnego i ropy naftowej - to dwa naturalne źródła tej ważnej dla człowieka grupy związków. By otrzymać podstawowe węglowodory alifatyczne najłatwiej jest przeprowadzić destylację frakcyjną ropy naftowej.

Grafika pochodzi ze strony Scholaris: http://static.scholaris.pl/resource-thumb/102/577.jpg

Chemia nieorganiczna

Chemia nieorganiczna jest definiowana jako chemia związków niebędących związkami organicznymi. Dokładnie tak. Brzmi trochę jak masło maślane, ale naprawdę łatwiej jest zdefiniować chemię nieorganiczną jako dopełnienie chemii organicznej, niż próbować wyliczać i opisywać wszystkie jej działy. Na chwilę obecną IUPAC (Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej) mówi, że chemia nieorganiczna to chemia wszystkich związków niezawierających wiązania węgiel-wodór.

To oznacza, że w tym dziale będziemy się zajmować między innymi właściwościami pierwiastków, a także związkami takimi jak tlenki, kwasy, wodorotlenki, wodorki czy sole. Chemia fizyczna jest zaliczana często jako dział chemii nieorganicznej, jednak na potrzeby repetytorium wydzieliłam chemię fizyczną jako osobny dział. Z resztą - im więcej chemii się pozna, tym bardziej widać, jak wiele tego typu podziałów jest raczej umownych i służy głównie uporządkowaniu wiedzy, a nie wyznaczaniu jakichkolwiek granic.

Wstęp

Repetytorium dla liceum postanowiłam podzielić na pięć części reprezentujących główne działy chemii, które licealiści powinni poznać, by przygotować się do matury. Tak, Repetytorium jest zrobione głównie pod maturę, jednak na pewno można z niego korzystać również w celu przygotowania się do sprawdzianu czy kartkówki. Większość tematów jest teoretyczna, jednak nie da się w pełni zrozumieć chemii (ani zdać matury) bez umiejętności rozwiązywania zadań. Dlatego w parze z Repetytorium idą Zadania - trzeba do nich koniecznie zajrzeć. Oprócz tego są jeszcze Doświadczenia. Na maturze zawsze są zadania z cyklu "zaprojektuj doświadczenie", które sprawiają sporo problemów, głównie przez to, że nie wykonuje się doświadczeń w szkole. Doświadczenia są niestety "na sucho", ale starałam się je jak najlepiej opisać, więc mam nadzieję, że będą pomocne.

Zasady nazewnictwa związków nieorganicznych. Zapis równania reakcji

Ogólne zasady nazewnictwa związków

W związkach dwupierwiastkowych zapisujemy najpierw pierwiastek o mniejszej elektroujemności, następnie zaś ten o większej (SO₂, OF₂). Metale zazwyczaj mają niższą elektroujemność, niż niemetale, dlatego w związkach metalu z niemetalem na pierwszym miejscu zawsze stoi metal (np. NaCl, MgO).

Najczęściej nazwa związku jest dwuwyrazowa i odmiennie, niż to w przypadku wzoru sumarycznego - najpierw podajemy pierwiastek bardziej elektroujemny, a potem mniej (NaCl - chlorek sodu; SO₂ - tlenek siarki(IV)). Istnieje kilka sposobów tworzenia nazwy związku:

• Poprzez podanie wartościowości pierwiastków i grup występujących w danym związku: CrO₃ - tlenek chromu(III).
• Dodając przedrostki liczebnikowe: Fe₂O₃ - tritlenek diżelaza.
• Po prostu podając nazwę zwyczajową: HCl - kwas solny.

Istnieje jeden wyjątek od zapisu wzoru związku według wzrastającej elektroujemności. Jest to amoniak NH₃.

Litowce

źródło: http://www.chemia.dami.pl

Pierwiastki pierwszej grupy głównej nazywane są litowcami. Mają niską gęstość jak na metale (a więc są lekkie), są też bardzo miękkie. Wszystkie mają jasny, srebrzysty połysk.

Litowce mają najniższą w okresie elektroujemność, najłatwiej je zjonizować, mają też najwyższy promień. Niewielka energia jonizacji sprawia, że pierwiastki tej grupy są bardzo reaktywne i wymagają specjalnego przechowywania (np. w nafcie). Aktywność litowców rośnie w dół grupy. Ostatni z litowców, frans, jest pierwiastkiem promieniotwórczym o czasie półtrwania (w zależności od izotopu) od milisekund do kilku minut.

Reakcje litowców z wodą - film

Aktywność litowców sprawia też, że lotne związki tych pierwiastków łatwo barwią płomień palnika na określony kolor. Wszystkie tlenki litowców mają charakter zasadowy.

Berylowce

Berylowce należą do drugiej grupy układu okresowego (według starej symboliki IIA). Ich promienie atomowe są mniejsze, niż u litowców i choć trudniej jest je zjonizować, to nadal ich sole barwią płomień palnika. Wszystkie wodorotlenki berylowców mają charakter zasadowy, jedynym wyjątkiem od tej reguły jest wodorotlenek berylu, który ma charakter amfoteryczny. Energia jonizacji berylowców maleje w dół grupy.

źródło: http://www.chemia.dami.pl

źródło: http://www.chemia.dami.pl

Borowce

Borowce są metalami, zaś ich zasadowość wzrasta w dół grupy. Jedynie bor znacznie wyróżnia się właściwościami w tej grupie - jest niemetalem, o właściwościach zbliżonych do krzemu. Tworzy kwasy tlenowe, sole oraz związki z wodorem. Wodorotlenek glinu, indu i galu ma charakter amfoteryczny. Wodorotlenki te łatwo się rozkładają pod wpływem temperatury, dając tlenek oraz wodę.

Występowanie

Glin jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych w skorupie ziemskiej pierwiastków - zajmuje trzecie miejsce zaraz po tlenie i krzemie. Pozostałe pierwiastki tej grupy występuj w przyrodzie w niewielkich ilościach.

Glin jest znany z tworzenia szerokiej gamy glinokrzemianów, jak albit Na[AlSi₃O₈] czy ortoklaz K[AlSi₃O₈]. Występuje również w skałach granitowych i bazaltowych. Tlenek glinu, inaczej korund, jest jednym z najtwardszych minerałów na ziemi (9 w skali Mohsa). Korund zanieczyszczony metalami ciężkimi tworzy cenne kamienie jubilerskie - szafir i rubin.

Boksyt jest najważniejszą rudą aluminium, zawierającą uwodniony tlenek glinu. Ilość cząsteczek wody wchodzących w skład boksytu jest różna, dlatego zapisuje się jego skład jako Al₂O₃ ⋅ xH₂O.

Ałuny to sole podwójne - zawierają ten sam anion (siarczanowy), ale różne kationy, jednej jedno- a drugi trójwartościowy. Najbardziej znanym ałunem jest ałun glinowo-potasowy: K₂SO₄ ⋅ Al₂(SO₄)₃ ⋅ 24 H₂O.

Azotowce

Nie będzie zaskoczenie, jeśli powiem, że zmiany w chemicznych właściwościach azotowców zachodzą płynnie w dół grupy. Azot i fosfor to typowe niemetale, tworzące kwasy, arsen i antymon tworzą związki amfoteryczne, zaś bizmut to metal o charakterze zasadowym. W dół grupy maleje elektroujemność i energia jonizacji, wzrasta zaś promień atomowy i zdolność do przewodzenia prądu. Zmieniają się również właściwości fizyczne. Azot jest gazem, zaś pozostałe pierwiastki tworzą ciała stałe, przy czym fosfor tworzy kilka ważnych odmian alotropowych, które zostaną osobno omówione.

Występowanie

Azot występuje w atmosferze w postaci cząsteczkowej. Można go też spotkać w formie soli - azotanów, np. azotan(V) sodu. Arsen, antymon i bizmut występują rzadko w skorupie ziemskiej, najczęściej jako siarczki. Fosfor można znaleźć w formie apatytów, czyli fosforanów wapnia.

Tlenowce

źródło: fuw.uw.edu.pl

Charakter pierwiastków 16 grupy układu okresowego zmienia się w dół grupy. Od tlenu i siarki, które są niemetalami, aż do polonu - metalu. Wszystkie pierwiastki poza tlenem są ciałami stałymi - tlen jest gazem, a duża różnica między jego promieniem atomowym, a promieniami pozostałych tlenowców sprawia, że mocno odbiega właściwościami od pozostałych pierwiastków. Tlenowce odznaczają się większą aktywnością, niż azotowce, przy czym aktywność chemiczna maleje od tlenu do polonu. S, Se, Te i Po bezpośrednio łączą się z tlenem

Pierwiastki grup pobocznych (mangan, chrom)

Występowanie i otrzymywanie

Chrom najczęściej występuje w postaci chromitu, czyli tlenku chromu i żelaza: FeCr₂O₄ Aby otrzymać pierwiastkowy chrom, należy przetworzyć chromit w tlenek chromu, a następnie zredukować za pomocą glinu w metodzie aluminotermicznej:
\[ Cr_{2}O_{3} + 2 Al \rightarrow Al_{2}O_{3} + 2 Cr \] Mangan występuje w postaci dwóch rud: hausmanitu Mn₃O₄ oraz braunsztynu MnO₂. Podobnie jak chrom, czysty mangan można otrzymać metodą aluminotermiczną:
\[ 3 Mn_{3}O_{4} + 8 Al \rightarrow 4 Al_{2}O_{3} + 9 Mn \] Stopy chromu i manganu z żelazem zwane odpowiednio ferrochromem i żelazomanganem są stosowane jako dodatki do stali.

Pierwiastki grup pobocznych (żelazo, cynk, rtęć)

Występowanie

Cynobrowe naczynie
źródło:http://www.divinehandicrafts.com/

Żelazo najłatwiej jest spotkać w postaci rudy. Składają się na nią różne tlenki, a także siarczki, jak na przykład: Fe₃O₄ magnetyt, Fe₂O₃ hematyt, Fe₂O₃ ⋅ nH₂O limonit, FeS₂ piryt. Można również spotkać żelazo w postaci pierwiastkowej, jednak zazwyczaj są to fragmenty pochodzące z meteorytów. Poza tym żelazo jest głównym składnikiem jądra Ziemi.

Cynk i rtęć występują pod postacią siarczków. ZnS występuje w dwóch odmianach krystalicznych - blendy cynkowej oraz wurcytu. Siarczek rtęci łatwo się rozkłada pod wpływem temperatury, przez co jest niezwykle toksyczny. Ma charakterystyczną, czerwoną barwę i od niej nosi nazwę cynober. W dawnych czasach cynober był stosowany jako czerwony pigment przez malarzy.

Pierwiastki grup pobocznych (miedź, srebro, złoto)

Występowanie

Mozaika wykonana z miedzi, złota i srebra
źródło: http://www.modernhouseart.com/

Srebro oraz miedź najłatwiej spotkać w postaci siarczków - chalkozynu Cu₂S oraz argentytu Ag₂S. Srebro czasem występuje w postaci pierwiastkowej. Złoto można spotkać jedynie jako metal, tworzący żyły w litej skale.

Otrzymywanie pierwiastków

Otrzymywanie metali

Żelazo

Żelazo jest wytapiane w hutach z kilku rodzajów minerałów. Należą do nich magnetyt (Fe₃O₄), hematyt (Fe₂O₃) i jego uwodniona postać, czyli limonit (Fe₂O₃·xH₂O), a także węglan żelaza, czyli syderyt (FeCO₃). Proces przetwarzania rudy żelaza ma kilka etapów, pierwszy z nich to otrzymanie surówki.

Od góry ładuje się do pieca na przemian koks i rudę żelaza wraz z substancjami, które obniżą temperaturę topnienia całej mieszaniny, czyli topnikami. Od dołu wdmuchiwane jest powietrze, które usprawnia proces spalania węgla. W dolnych partiach pieca węgiel spala się do tlenku węgla CO, który w wyższej partii redukuje tlenki żelaza do żelaza, a sam utlenia się co CO₂. Potem dwutlenek węgla napotyka kolejną warstwę koksu w której ulega redukcji do CO i cały proces się powtarza.

W górnej części pieca jest niższa temperatura, zaś w górnej wyższa.

Procesy w górnej części pieca:

żródło: http://www.technikag2.republika.pl/