Online Resources for Chemistry Notes and Lectures

Slide111 Materiały internetowe • http://www.angelo.edu/faculty/kboudrea/index/Notes_C hapter_08.pdf • http://cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/power_point/ Ch24.ppt • http://web.mit.edu/2.813/www/Class%20Slides/Lecture %207%20Mat.Prod.pdf • http://www.google.pl/search?hl=pl&lr=&client=firefox- a&channel=s&rls=org.mozilla:pl:official&q=uklad+okre sowy+pierwiastkow%2BPower+Point&start=20&sa=N • http://www.its.caltech.edu/~chem1/Lecture%20Notes% 20pdfs/Series%204%20Periodic%20Trends.pdf • http://zchoin.fct.put.poznan.pl

Slide222 Związki węgla z azotem i ich pochodne

Slide333 Właściwości chemiczne węglowców - węgliki • Węgliki, to związki węgla z pierwiastkami mniej od niego elektroujemnymi. Nie należą do nich zatem połączenia węgla z azotem, fosforem, tlenem, siarką i fluorowcami. Wyróżniamy węgliki: a)  jonowe (typu soli), b)  międzywęzłowe, c)  kowalencyjne. • ad a)  Zawierają aniony  C 4- ,  C 2 2-   lub  C 3 4- Al 4 C 3     metanki (C 4- ) Na 2 C 2 ,  CaC 2   acetylenki (C 2 2- ) Mg 2 C 3    allilki (C 3 4- ) Otrzymuje się je przez ogrzewanie metalu z węglem lub węglowodorem. Krystalizują w sieciach jonowych (kationy metali i aniony C 4- ,  C 2 2-   lub  C 3 4- ).  

Slide444 Właściwości chemiczne węglowców - węgliki • ad b) Sieć przestrzenna zbudowana z atomów metali a w przestrzeniach międzywęzłowych znajdują się atomy węgla         (r at  > 130 pm,   r c  = 77 pm). Powstają w bardzo wysokich temperaturach (2300 K) wyniku działania węgla na metale należące do 4,  5  lub  6 grupy - są bardzo twarde, np.:  TiC,  V 2 C,  WC,  W 2 C • ad c)  SiC, B 4 C SiO 2   +  3C  =  SiC  +  2CO SiC      karborund     bardzo twardy     elementy grzejne      (sylity) i materiał szlifierski   Ich sieci są atomowe (atomy węgla i krzemu/boru)

Slide555 Właściwości chemiczne węglowców - węgliki • Krzem jest jedynym węglowcem, który reaguje z węglem. W wyniku ogrzewania krzemu z węglem powstaje kowalencyjny węglik o wzorze SiC (budowa warstwowa, przy czym struktura warstw podobna do blendy cynkowej lub wurcytu): Si + C  →  SiC • Jest to związek o zbliżonym charakterze do metanków, ale jest bardzo bierny chemicznie (nierozpuszczalny w wodzie – nie ulega hydrolizie). Ulega stapianiu na powietrzu z wodorotlenkiem sodu: SiC + 4NaOH + 2O 2   →  Na 2 CO 3  + Na 2 SiO 3  + 2H 2 O SiC jest twardy i nietopliwy. Jako tzw. karborund stosowany jest szeroko do produkcji materiałów ściernych.

Slide666 Właściwości chemiczne węglowców – związki pierwiastków z wodorem • Wszystkie węglowce tworzą kowalencyjne wodorki, przy czym różna jest łatwość ich tworzenia i ilość otrzymywanych połączeń dla poszczególnych pierwiastków. Najwięcej łańcuchowych i pierścieniowych połączeń, a przy tym najtrwalszych, tworzy węgiel (np. alkany, alkeny, związki alicykliczne – zajmuje się nimi chemia organiczna). •  Sporo związków o wzorze Si n H 2n+2  (n=1÷6) tworzy krzem (silany).   • Najniższe węglowodory (metan – CH 4 , etan – C 2 H 6 , propan – C 3 H 8 ) występują w gazie ziemnym. Wszystkie wodorki można też otrzymać z innych związków chemicznych (najczęściej z halogenków) - obecnie powszechnie stosuje się do tego celu ich redukcję za pomocą glinowodorku litu: MeCl 4  + Li[AlH 4 ]  →  MeH 4  + AlCl 3  + LiCl (Me=C, Si, Ge, Sn, Pb) • Uwaga! Żaden węglowiec nie reaguje bezpośrednio z wodorem.  

Slide777 Właściwości chemiczne węglowców – związki pierwiastków z wodorem • Węglowodory nasycone są dość bierne chemicznie. Znacznie reaktywniejsze są silany, które są silnymi reduktorami – w roztworach alkalicznych reagują z wodą, z wydzieleniem wodoru: • Si 2 H 6  + 2H 2 O + 4NaOH  →  2Na 2 SiO 3  + 7H 2 • Krzemowodory są bardziej od alkanów podatne na utlenianie i reakcję z chlorem, a reaktywność następnych wodorków węglowców w tych reakcjach maleje: MeH 4  +2O 2   →  MeO 2  + 2H 2 O (Me=C, Si, Ge, Sn, Pb) • MeH 4  +4Cl 2   →  MeCl 4  + 4HCl (Me=C, Si, Ge, Sn, Pb) • Trwałość wodorków typu MeH 4  maleje w szeregu CH 4   →  PbH 4 . • Znane są alkilowe i arylowe pochodne wszystkich wodorków IV grupy głównej

Slide888 Halogenki weglowców • Znane sa wszystkie tetrahalogenki, poza PbI 4 . Wszystkie są tetraedryczne i lotne (poza jonowymi SnF 4  i PbF 4 , które są trudno topliwe). Mieszane chlorofluorowęglowodory (freony) stosowano przed laty jako środki   chłodnicze i propelanty aerozoli. • Wszystkie halogenki krzemu łatwo hydrolizują w wodzie, dając kwas otrokrzemowy: SiX 4  + 4H 2 0  →  Si(OH) 4  + 4HX (X=F, Cl, Br, I) tetrafluorek krzemu we wtórnej reakcji z powstającym HF tworzy kompleks: SiF 4  + 2HF  →  [SiF 6 ] 2- • GeCl 4  i GeBr 4  hydrolizują trudniej, zaś SnCl 4  i PbCl 4  – tylko w roztworach rozcieńczonych, ale hydroliza jest niepełna i łatwa do odwrócenia. • Węgiel tworzy wiele halogenków nienasyconych, np. CF 2 =CF 2 (jego polimeryzacja pod ciśnieniem daje teflon): nCF 2 =CF 2   →  (-CF 2 -CF 2 -) n , gdzie n=200÷700

Slide999 Właściwości fizykochemiczne węglowców – rozpuszczalność związków w wodzie   • Węglowiec w anionie kwasu tlenowego - Dobrze rozpuszczalne w wodzie są węglany, szczawiany i mrówczany metali alkalicznych. - Poza nielicznymi wyjątkami, wszystkie octany są dobrze rozpuszczalne. - Z krzemianów rozpuszczalne są tylko sole sodowe i potasowe.   • Związki z węglowcem w pozycji kationu - Te związki węglowców, których energia hydratacji jest większa od energii sieciowej, są dobrze rozpuszczalne w wodzie (m.in. azotany - zarówno cyny, jak i ołowiu, halogenki - poza związkami ołowiu(II)). - Węgiel tworzy gazowe tlenki (CO i CO 2 ) – CO 2  w większym stopniu niż CO rozpuszcza się w wodzie. Wodorotlenki i różne formy tlenków (w tym uwodnionych) pozostałych węglowców, są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, np. • pIr(Sn(OH) 2 )=28.1, pIr(Sn(OH) 4 )=56.0 pIr(Pb(OH) 2 )=16.8, pIr(Pb(OH) 4 )=64.0

Slide101010 Właściwości fizykochemiczne węglowców – rozpuszczalność związków w wodzie   Spośród siarczków węglowców CS 2 , SiS 2 , GeS i GeS 2  wykazują zróżnicowaną rozpuszczalność w wodzie. Siarczki cyny i ołowiu są nierozpuszczalne (jeszcze mniejsze iloczyny rozpuszczalności od siarczków mają seleniany i tellurany), np. pIr(SnS)=25.0, pIr(PbS)=28.0 PbTe(pIr=48.0) < PbSe(pIr=38.0) < PbS(pIr=28.0) Z halogenków węglowców trudno w wodzie rozpuszczają się wszystkie związki ołowiu(II), a także niektóre związki węgla. Do trudno rozpuszczalnych związków cyny i ołowiu należą ortofosforany (pIr(Pb 3 (PO4) 2 )=43.5) i ortoarseniany (pIr(Pb 3 (AsO4) 2 )=35.4). Do trudno rozpuszczalnych w wodzie związków ołowiu(II) należą też siarczan i chromian. Spośród siarczków węglowców CS 2 , SiS 2 , GeS i GeS 2  wykazują zróżnicowaną rozpuszczalność w wodzie. Siarczki cyny i ołowiu są nierozpuszczalne (jeszcze mniejsze iloczyny rozpuszczalności od siarczków mają seleniany i tellurany), np. pIr(SnS)=25.0, pIr(PbS)=28.0 PbTe(pIr=48.0) < PbSe(pIr=38.0) < PbS(pIr=28.0) Z halogenków węglowców trudno w wodzie rozpuszczają się wszystkie związki ołowiu(II), a także niektóre związki węgla. Do trudno rozpuszczalnych związków cyny i ołowiu należą ortofosforany (pIr(Pb 3 (PO4) 2 )=43.5) i ortoarseniany (pIr(Pb 3 (AsO4) 2 )=35.4). Do trudno rozpuszczalnych w wodzie związków ołowiu(II) należą też siarczan i chromian.

Slide111111 Struktura elektronowa azotowców

Slide121212 Rozpowszechnienie pierwiastków w skorupie ziemskiej Azot gazowy (N 2 ) jest głównym składnikiem atmosfery ziemskiej (78%, pozostałą część stanowi tlen – około 22%). Jego zawartość w skorupie ziemskiej jest niewielka – głównie złoża naturalnych azotanów (saletra chilijska – NaNO 3 , indyjska – KNO 3 ). Azot gazowy (N 2 ) jest głównym składnikiem atmosfery ziemskiej (78%, pozostałą część stanowi tlen – około 22%). Jego zawartość w skorupie ziemskiej jest niewielka – głównie złoża naturalnych azotanów (saletra chilijska – NaNO 3 , indyjska – KNO 3 ).    N           P             As            Sb           Bi 0,03 %    0,11 %     5    10 -4   % 2    10 -5   %    2    10 -5   % 20        13

Slide131313 Ogólna charakterystyka azotowców

Slide141414 Właściwości fizykochemiczne azotowców

Slide151515 Charakterystyka ogólna azotowców • Ze wzrostem liczby atomowej narastają cechy metaliczne azotowców. Azot i fosfor to niemetale (azot - gazowy, fosfor – stały), arsen i antymon – półmetale, bizmut – metal. • Azot jest piątym pierwiastkiem pod względem rozpowszechnienia we wszechświecie. Jest podstawowym składnikiem atmosfery ziemskiej (78%), ale w skorupie ziemskiej jego związki nie mają dużego udziału. • Azot jest najbardziej elektroujemnym azotowcem (jego elektroujemność w skali Paulinga wynosi 3.0), dlatego jako jedyny tworzy cały szereg związków na stopniach utlenienia od –III do +V. Wszystkie azotowce tworzą związki na +III (podstawowy) i +V stopniu utlenienia – to dwa najważniejsze stopnie utlenienia dla azotowców. • Związki azotowców mają głównie charakter kowalencyjny. Fluor jest jedynym pierwiastkiem o wystarczająco dużej elektroujemności, aby tworzyć z niektórymi azotowcami związki o charakterze jonowym (np. SbF 3 , BiF 3 ). • Azot może tworzyć wiązania wielokrotne (między atomami azotu, np. cząsteczka N 2 , jak i między azotem i węglem czy tlenem, np. HCN, HNO 2 ). Właśnie dlatego tlenki azotu N 2 O 3  i N 2 O 5  są monomeryczne i gazowe, zaś tritlenki i pentatlenki pozostałych azotowców są stałymi dimerami.

Slide161616 Charakterystyka ogólna azotowców • W poszczególnych okresach układu okresowego, azotowce są bardziej elektroujemne niż odpowiednie pierwiastki z grup głównych I÷IV (azot ma elektroujemność w skali Paulinga 3.0 i jest jednym z najbardziej elektroujemnych pierwiastków). W szeregu od pierwiastków grupy I do IV maleje liczba związków jonowych, ale dla azotowców zaczyna znowu wzrastać, w stosunku do węglowców. • Najczęściej związki azotowców mają budowę AB, AB 2 , AB 3 , A 2 B 3  i A 2 B 5 . Te, które mają wystarczająco jonowy charakter, tworzą sieci typu wurcytu (np. azotki: AlN, GaN), lub typu blendy cynkowej (np. fosforki: AlP, GaP). Niektóre związki o charakterze jonowym, tworzą sieci zdeformowane, ze względu na różnicę w stechiometrii cząsteczek (np. SbF 3 , BiF 3  tworzą sieć typu fluorytu, w której zajętych jest tylko 2/3 miejsc sieciowych przeznaczonych dla kationów. S 2- S 2- Zn 2+ Zn 2+ Ca 2+ Ca 2+ F - F -

Slide171717 Stopnie utlenienia azotowców

Slide181818 Występowanie w przyrodzie i otrzymywanie azotowców •   azot – stanowi 78% atmosfery ziemskiej; praktycznie wszystkie jego związki są rozpuszczalne w wodzie – mimo tego występuje w postaci złóż soli (głównie azotanów: saletry chilijskiej NaNO 3  i saletry indyjskiej KNO 3 )  fosfor – jest dziesiątym pierwiastkiem pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej; występuje w postaci złóż magmowych (apatyty) lub osadowych (fosforyty); istotnym składnikiem wszystkich tych złóż jest chloro- i fluoroapatyt (Ca 3 (PO 4 ) 2 ▪(CaF 2 ,CaCl 2 )) • Pozostałe azotowce należą do śladowych pierwiastków w przyrodzie. •  arsen – występuje w popiele piecowym przy otrzymywaniu żelaza i niklu •  antymon – najczęściej towarzyszy w przyrodzie rudom cynku • bizmut – jest składnikiem pyłu piecowego po prażeniu PbS.

Slide191919 Występowanie w przyrodzie i otrzymywanie azotowców Azot najczęściej otrzymywany jest przez skraplanie powietrza. Bardzo czysty azot (w małych ilościach) można otrzymywać przez ogrzewanie azydku sodowego – NaN 3 . NaN 3     =  3/2N 2   +  Na   (bardzo czysty azot) Ogrzewanie z azotynu amonu: NH 4 NO 2   =  N 2   +  2H 2 O • Fosfor, arsen, antymon i bizmut na skalę przemysłową otrzymywane są przez redukcję węglem ich odpowiednich tlenków: • Ca 3 (PO 4 ) 2  + SiO 2   →  CaSiO 3  + P 4 O 10 P 4 O 10  + 10C  →  4P + 10CO Me 4 O 6  + 6C  →  4Me + 6CO (Me=As, Sb, Bi)

Slide202020 Sieci przestrzenne azotowców Wśród azotowców są dwa pierwiastki niemetaliczne – azot(gazowy) i fosfor (stały), dwa półmetale (arsen i antymon) oraz jeden metal (bizmut).

Slide212121 Alotropia  azotowców Odmiany najtrwalsze podkreślono. Odmiany najtrwalsze podkreślono.

Slide222222 Alotropia  azotowców Fosfor  biały  zapala  się  już  w temperaturze   57  o C: Fosfor  biały  zapala  się  już  w temperaturze   57  o C: P 4    +   5O 2    =   P 4 O 10 P 4    +   5O 2    =   P 4 O 10  H o   =  -3096  kJ/mol  H o   =  -3096  kJ/mol Silnie  rozdrobniony  fosfor  biały zapala  się  samorzutnie w atmosferze  powietrza  już  w temperaturze  pokojowej. Silnie  rozdrobniony  fosfor  biały zapala  się  samorzutnie w atmosferze  powietrza  już  w temperaturze  pokojowej. Fosfor  biały  zapala  się  już  w temperaturze   57  o C: Fosfor  biały  zapala  się  już  w temperaturze   57  o C: P 4    +   5O 2    =   P 4 O 10 P 4    +   5O 2    =   P 4 O 10  H o   =  -3096  kJ/mol  H o   =  -3096  kJ/mol Silnie  rozdrobniony  fosfor  biały zapala  się  samorzutnie w atmosferze  powietrza  już  w temperaturze  pokojowej. Silnie  rozdrobniony  fosfor  biały zapala  się  samorzutnie w atmosferze  powietrza  już  w temperaturze  pokojowej.

Slide232323 Połączenia z wodorem - wodorki Hybrydyzacja typu  sp 3          cząsteczki w kształcie piramidy             kąty od  106 o    (dla   NH 3 )   do   91o  (dla  SbH 3   i  BiH 3 ). NH 3         cząsteczka polarna         = 1,48 D              wiązanie atomowe spolaryzowane       asocjacja cząsteczek NH 3  w stanie ciekłym:      N - H - - - N  (wiązania wodorowe)        Pozostałe wodorki są niepolarne     mała różnica        elektroujemności pomiędzy wodorem i azotowcem. Hybrydyzacja typu  sp 3          cząsteczki w kształcie piramidy             kąty od  106 o    (dla   NH 3 )   do   91o  (dla  SbH 3   i  BiH 3 ). NH 3         cząsteczka polarna         = 1,48 D              wiązanie atomowe spolaryzowane       asocjacja cząsteczek NH 3  w stanie ciekłym:      N - H - - - N  (wiązania wodorowe)        Pozostałe wodorki są niepolarne     mała różnica        elektroujemności pomiędzy wodorem i azotowcem.

Slide242424 Połączenia z wodorem - wodorki Amoniak

Slide252525 Połączenia z wodorem - wodorki Amoniak

Slide262626 Połączenia z wodorem - wodorki Amoniak

Slide272727 Połączenia z wodorem - wodorki

Slide282828 Połączenia z wodorem - wodorki

Slide292929 Tlenowe połączenia azotowców

Slide303030 Tlenowe połączenia azotowców

Slide313131 Tlenowe połączenia azotowców

Slide323232 Tlenowe połączenia azotowców

Slide333333 Tlenowe połączenia azotowców

Slide343434 Tlenowe połączenia azotowców

Slide353535 Otrzymywanie kwasu azotowego – etapy otrzymywania

Slide363636   HNO 3

Slide373737 Tlenki fosforu, arsenu, antymonu i bizmutu • Fosfor, arsen i antymon nie tworzą prostych tlenków Me 2 O 3  i Me 2 O 5 , tylko odpowiednie dimery (odróżnia je to od azotu, który ma zdolność do tworzenia wiązań wielokrotnych). Bizmut tworzy tlenek (Bi 2 O 3 )n (o budowie polimerycznej), a pięciotlenku Bi 2 O 5  nie tworzy wcale: 4Me + 3O 2   →  Me 4 O 6  (Me=P, As, Sb) 4nBi + 3nO 2   →  2(Bi 2 O 3 )n • Zasadowość tritlenków rośnie w szeregu N 2 O 3   →  (Bi 2 O 3 )n. Tritlenki azotu, fosforu i arsenu są kwasowe, antymonu – amfoteryczny a bizmutu – zasadowy. • Trwałość pentatlenków maleje w szeregu N 2 O 5   →  Sb 4 O 10 .

Slide383838 Tlenki  i  kwasy  tlenowe  fosforu

Slide393939 Tlenki  i  kwasy  tlenowe  fosforu

Slide404040 Połączenia   pozostałych  azotowców  z  tlenem

Slide414141 Połączenia   pozostałych  azotowców  z  tlenem