Wiązanie wodorowe, siły Wanderwalsa, prawo okresowości, węgiel

Ższe reakcje mogłu zajść,a poniższe nie zajdą.Wiązanie wodorowe specjalną formą atomowego wiązania kowalencyjnego jest wiązanie wodorowe występujące np.w trwałym onionie HF2-.Dwa atomy fluoru związane są za pośrednictwem wodoru,który otoczony jest symetrycznie dwiema parami elektronów i spełnia zadanie ogniwa ze spalającego oba atomy fluoru:[:.F.:H:.F.:]-HF2-Wiązanie wodorowe pojawia się w związkach z pierwiastkami elektroujemnymi:Bohr,Azo t,Tlen,Fluor.Działa ono również w tak prostych związkach jak woda i fluorowodór(HF)powodując asocjacje (łączenie się cząsteczek) Asocjacja-łączenie się 2 lub większej ilości drobin,nietrwałe połączenia (asocjaty).Asocjacji ulegają drobiny o silnie wyznaczonej biegliwości spowodowanej głównie niesymetrycznym rozlokowaniem ładunków elektrycznych.Proces ten zachodzi najczęściej podczasobnizenia temp.tak np.woda jedynie w stanie pary występuje w postaci pojedynczych cząsteczek H2O,w stanie ciekłym a jeszcze wiekszym stopniu w stanie stałym tworzy asocjaty(H2O)n,gdzie ,,u”może przyjmować wartości2,3,4,6,a nawet więcej.Podobne asocjaty tworzą wodorki fluorowców np.(HF)2 i dwutlenek azotu(WO2)2 Tworzenie się tego ostatniego można łatwo rozpoznać po zmianie barwy.NO2 znajdujący się w wyższej temp.,jest bezbarwny,znane są też przypadki asocjacji cząsteczek należących do różnych związków np.cząsteczek wody i etanolu(alkohol etylowy) Mechanizm asocjacji i cząsteczek polarnych polega na ascylacji protonu(jądra atomu wodoru)między 2 parami elektr.zlokalizowanych przysasiadujących ze sobą cząsteczkach oddziaływania tego typu noszą nazwę wiazania ,,wodorowego”Termin asocjacja bywa też odnoszony do łączenia się jopnów o przeciwnych znakach w pary jonowe np.Na+,Cl-,lub wieksze,co dokonuje się w stężonych roztworach wodnych elektroinów(kwasy,zasady,sole) Wiązanie wodorowe nie jest typowym wiązaniem chemicznym,jest słabym oddziaływaniem między cząsteczkami zachodzi między atomowo związanym wodorem, atomem pierwiastków o duzej elektroujemności.Ulokowanym w 2 cząsteczce najczęściej są to atomy tlenu,azotu,chloru,fluoru,a także węgla jeżeli tlen jest połączony z pierwiastkiem silnie elektroujemnym.wszystkie te atomy zawierają parę elektr.w utworzonym wiązaniu wodorowym atom wodoru,a wlaściwie jego jądro stanowi cząsteczkę oddziałujacą w 2 kierunkach tzw.wodorowy i protonu jest połączony z 1 strony wiązaniem silnie spolaryzowanym z 2 zaś strony z cząsteczką zawierająca wolnąparę elektronową Związki które mają tendencję do tworzenia wiązań wodorowych często powodują powstanie większych zbiorowych czasteczek.Dzięki wiązaniom wodorowym mogą powstawać np.wody (H2O)2wiązanie wodorowe oznacza się zwykle linią pezrywanąH-O:---H-O:
| |
H H

Siły Wanderwalsa obok wiązania wodorowego stanowią rodzaj oddziaływania międzycząsteczkowego.Mają charakter elektrostatyczny,w zasadzie odnoszą się do oddziaływań między niepolarnymi cząsteczkami typu Cl2,czy słabo polarnymi typu CH4lub między niewiążącymi się atomami gazów szlachetnych w wyniku nieustraszonego ruchu elektronów w atomach,ascylacji jąder atomowych dokonuje się czasowa polaryzacja ładunków i powstają indukowane,chwilowe dipole polaryzowane o poszczególnych atomach lub cząsteczek jest proporcjonalna do ich masy,oznacza to,że wraz ze wzrostem masy drobin wzrastają miedzy nimi siły przyciągania Kbr-wiązanie jonowe,H2-w.atomowe,HBr-w.polarne,CO2-w.polarne,CaCl2-w.jonowe,H2S-w.polarne,MgBr-jonowe,O2-atomowe,Hl-polarne,SiO-polarne,NH3-polarne,BaCl2-jonowe,MgBr2-jonowe,N2-atomowe,HCl-polarne,N2O3-polarne,PH3-polarne,CaS-jonowe,H2O-polarne,CH4-polarne,CaBr2-jonowe,Br2-polarne,KaS-jonowe Litowcesą typowymi metalami wchodzą w reakcje oddając jedyny elektron z ostatniej powłoki.Reaktywność litowców wzrasta wraz z masą atomową u cięższego pierwiastka ostatni elektron jest słabiej przyciągany przez jądra.Udział litowców i innych metali w reakcjach chemicznych odbywa się głównie poprzez oddawanie elektronów.W obrębie grupy litowców wraz ze wzrostem liczby atomowej wzrasta reaktywność metali.Litowce mają najmniejszą elektroujemność ,oznacza to,że w reakcjach chemicznych ich atomy wykazują najwiekszą zdolność oddawania elektronów walencyjnych.Badajac fizyczne właściwości sodu,stwierdzono,że ma typowe cechy metali.Atom sodu oddaje 1 elektron3s1najsłabiej przyciągany przez jadro,latwo więc tworzy wiązanie jonowe,co decyduje o duzej reaktywności sodu. Fluorowcesa to niemetale,reaktywność fluorowców masy atomowej maleje,odbywa się tym łatwiej im bliżej leży ona jądra atomowego.Ze wzrostem liczby atomowej fluorowców maleje ich reaktywność,a tym samym maleje niemetaliczny charakter pierwiastków .Uzupełnianie powłoki walencyjnej niemetali zachodzi tym łatwiej im bliżej jądra znajduje się ta powłoka.Tak więc w grupie fluorowców zdolność do reakcji chemicznych powinna wzrastać odwrotnie niż w grupie litowców .Porównójąc reaktywność fluorowców wykorzystujemy fakt,że pierwiastki bardziej aktywne wypierają ze związków pierwiastki mniej aktywne.Można to opisać równaniem:A+MBMA+B,M-metal,AiB-fluorowiec:Cl2+KBrKCl+Br2,Cl2+KIClK+I2,2Br2 +Cl2Br2K+l.Ponieważ pierwiastki bardziej aktywne wybierają ze związków pierwiastki mniej aktywne dlatego powyższe reakcje mogłyb zajść,a poniższe nie zajdą:Br2+2KCl,I2+2KCl,I2+2KBr,(KCl+Br2,Wydzieli się jon gdyż Cl jest bardziej aktywny od Br) ChloroformCHCL3jest rozpuszczalniiem doskonale rozpószczającym fluorowce.Brom barwi go na pomarańczowo,a jod na fioletowo.




Prawo okresowości sformułowane w roku 1869 przez D. Mendelejewa Według wzrastających liczb atomowych powtarza się okresowo,okresowo też powtarzają się właściwości pierwiastków np.sód,ma podobne właściwości do potasu,brom do chloru.W 1874 niemiecki chemik Lothar Mayer ułożył pierwiastki w 6 grup,wg.icj wartościowości chemicznych.Przeczówał on,że musi istnieć jakiś związek miedzy ciężarem atomowym,a własnościami pierwiastków.Nie zdołał jednak wydobyć na jaw żadnej istotnej prawidłowości.Dopiero rosyjski chemik Mendelejew podszedł do zagadnienia we właściwy sposób,biorąc ciężar atomowy za podstawę. które głosiło, że właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków uszeregowanych według wzrastających mas atomowych zmieniają się w sposób okresowy. Okazało się, że wśród znanych wtedy pierwiastków istniały odstępstwa w parach: argon - potas; kobalt - nikiel; tellur - jod. Jednak Mendelejew będąc przekonany o nadrzędnej roli prawa okresowości nie zdecydował się na przestawienie pozycji tych pierwiastków w układzie okresowym. Dowodzi to jak genialny był Mendelejew, ponieważ po poznaniu liczb atomowych sformułowano prawo okresowości nie wymagające wyjątków i różniące się tylko jednym słowem, czyli - właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków uszeregowanych według wzrastających liczb atomowych zmieniają się w sposób okresowy W momencie powstawania układ okresowy liczył 63 pierwiastki,w kilku miejscach ze względu na podobieństwo własności przedstawił ołożenie niektórych pierwiastków,tak,że jod umieścił za cięższym tellurem ,zgodnie z właściwościami znalazł się w tej grupie co fluor i chlor.Mendelejew potwierdził istnienie nieodkrytych jeszcze pierwiastków występujących w przyrodzie,określił w przyblizeniu ich właściwości.Po uszeregowaniu pierwiastków wg.wzrastającego ciężaru atomowego,podobieństwo własności chemicznych pojawiło się co 7 pierwiastek,a później co okresy krótkie 2i3,a następnie co17 (okresy długie).Po odkryciu grópy gazów szlachetnychokresowość pierwiastków przejawiła się co 8 i18 pierwiastków.Pośredniowany ierwiastek o podobnych własnościach maja miejsce w tych samych kolumnach zwanych grupami o liczbachI-XIII.Powstałe w ten sposób szeregi noszą nazwę okresów.W gr.VIIfluor,brom,nie tworzące z tlenem związkow o wzorze X2O7gdzie (X=F,Br).Również w gr.VIIImaxymalna wartościowość osiągana jest wyjątkowo,anologie własności występują nie tylko w zw.z tlenem,ale także w zw.z wodorem.Począwszy od gr.IV-VII pierwiastki chem.tworzą z wodorem związki łatwo lotne.Przyczym w obrębie jednej grupy typ tych wodorków jest identyczny i odpowiada wzorem:XH4,XH3XH2XH,np.wodorek węgla CH4-metan,wodorek azotu NH3(amoniak)wodorek tlenuH2O-woda,wodorek fluoru stajje się również widoczne,że w grupie IV-VII suma wartościowości pierwiastków wobec tlenu i wodoru=8.



Węgielwystępuje w 2 odmianach alotropowych,różniących się budową cząsteczek,pod postacią diamentu i grafitu.Spotykanych w przyrodzie główne ilości węgla występują pod postacią węgla kopalnego,będącego produktem zwęglenia substancji organicznych przede wszstkim drewna.Zwęglanie się substancji następowało bez dostępu powietrza.W ciągu długich okresów geologicznych im starsze są produkty węgla kopalnego lub większa % zawartość węgla,im mniejsza zawartość pozostałych składników tlenu lub wodoru.Najstarszym przedstawicielem węgli kopalnych jest antracyt zawiera do92%węgla.Młodszy od niego jest węgiel kamienny zawierajacy do85%wegla,do stosunkowo młodych zalicza się torf-do50% węgla ;węgiel brunatny zawiera do70%wegla,w stanie suchym. Węgiel zawarty w tych substancjach występuje w poostaci skomplikowaneych związków organicznych.Poza węglem,tlenem,wodorem zw.te zawieraja również siarkę i azot.Pochodzące z białka roślinnego,zawarość siarki w węglu wynosi od kilku do kilkunastu dziesiętnuch %zależnie od gatunku węgla.Węgiel stanowi zasadniczy składnik asfaltu,ropy naftowej,będących mieszaninami stałych lub ciekłych węglowodorów.Również gaz ziemny składa się z węglowodanów stanowiących obok grupy naftowej ważny surowiec energetyczny i chemiczny w przyrodzie nieorganiczne związki wegla(węglany)są jako:kreda,marmur,nolomity,wapniaki,i inne. pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 12 i symbolu C. Należy do grupy węglowców. Węgiel był znany człowiekowi od czasów starożytnych. W przyrodzie pierwiastek ten występuje w stanie wolnym (dwie odmiany alotropowe - diament i grafit), a także w związkach chemicznych (węglany, dwutlenek węgla, związki organiczne biosfery oraz paliwa kopalne). Jest najważniejszym pierwiastkiem biogennym. Węgiel jest niemetalem mało aktywnym chemicznie. W związkach występuje na +II (CO), +IV i -IV stopniu utlenienia. W temperaturze pokojowej węgiel łączy się z tlenem w sposób niezwykle powolny, natomiast szybkość ta bardzo wzrasta przy podwyższeniu temperatury. Przy pełnym dostępie tlenu powstaje CO2, przy niedostatecznym CO. Węgiel ma właściwości redukujące, wiele metali można otrzymać przez ogrzewanie ich tlenków z węglem. W bardzo wysokiej temperaturze węgiel łączy się bezpośrednio z niektórymi metalami, tworząc węgliki. Dwutlenek węgla reagując z wodą daje słaby i nietrwały kwas węglowy, natomiast trwałe są sole tego kwasu - węglany. Węgiel ma zastosowanie jako ważny surowiec energetyczny, natomiast organiczne związki węgla stanowią podstawę życia na Ziemi i są używane w przemyśle chemicznym. Jeden z izotopów węgla, C-14, jest promieniotwórczy. Izotop ten ma kluczowe znaczenie w wielu badaniach biochemicznych. W latach 80-tych odkryto nową odmianę alotropową węgla - fulleren. Odkrycie to uhonorowano w roku 1996 Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii AZOT-po za powietrzem źródłem azotu są złoża saletny sopdowej czyli azotanu sodowego,występujacego w Chile.Twożą one warstwę grubości 1,5m,szrokości30km,długości200km.warstwa te jest pochodzenia organicznego o czym świadczy zawartość jodu. pewne ilości azotu znajduja się w glebie pod postacią rpzpuszczalnych soli.SIARKA-jest jednym z najdawniej znanych pierwiastków niemetalicznych ,w stanie rodzimym występują jej bogate zloza we Włoszech,Sycylii,Luizjanie,Texasie,Japonii,Polsce w okolicach tarnobrzegu,poza tym siarka jest składnikiem licznych zw.siarczków,siarczanów,z których najpospolitsze są:siarczki:pitotymFeS,pirytFeS2,blenda cynkowaZnS,galenaPbS,ChalkopirytCuFeS2siarczany:CaSO4*H2O-mieszanina(gips),CaSO4-anchydryt, SrSO4celestyn,BaSO4baryt,FOSFOR największe jego ilości występują w rdzeniu kuli ziemskiej,przypuszczalnie takie nasówa się na podstawie badań nad składem chemicznymmeteorytów,które oprócz niklu i żelaza tj.pierwiastków występujacuch w rdzeniu kuli ziemskiej zawierają wyższy %fosforu,niż powierzchniowa warstwa ziemi.Fosfor występuje pod postacią fosforytówczyli ortochosforanów trójwapniowychCa3(PO)2,który z chlorkiem i fluorkiem lub węglanem wapnia twoży trwałe zespoły apatyty,których skaład podaja wzory:węglanoapatyt3Ca3(PO4)2*CaCo3hydroksoapatyt3Ca3(PO4)2*Ca(OH)2 fluoroapatyt3Ca3(PO4)2*Ca(F,U)2W fluroapatycie część atomów fluoru,zastąpiona jest atomamichloru,najwieksze złoża fosforytów wyst.na półwyspie Kola w Rosji,Pn.Afryce,Tunezji,Maroko,Floryda.Fosforjest ważnym składnikiemorganicznym żywych zwierząt i roslin występuje on w substancjach roślinnych,białkowych,wchodzac w skład fosforo platcidów i nukleoproteidów.Szczególnie bogata w fostor jest substancja mózgowa,nerwowa,mleko,żółtko jaja,Fosfor jest istotnym składnikiem kości,jest związany jako chydroksoapatyt.