Nieorganiczna w zarysie: elektrochemia

Ogniwa galwaniczne

Ogniwo - układ dwóch blaszek metalowych zanurzonych w roztworze elektrolitu. Ogniwo składa się z dwóch półogniw, które stanowi przewodnik metaliczny (elektroda) zanurzony w roztworze elektrolitu.
W wyniku reakcji chemicznych w ogniwach płynie prąd.

Przewodnik zewnętrzny -  łączy półogniwa, umożliwia zachodzenie reakcji redoks w obu półogniwach, gdyż umożliwia przepływ elektronów ( a tym samym prądu elektrycznego).

Klucz elektrolityczny - łączy roztwory zapewniając przepływ jonów między nimi, umożliwia wyrównywanie stężeń w roztworach. Klucz stanowi wygięta rurka, wypełniona najczęściej KCl, zanurzona w roztworach półogniw.

Katoda - elektroda dodatnia, stanowi ją pierwiastek o wyższym potencjale (wartość odczytujemy z tablic potencjałów elektrodowych). Na katodzie zawsze (także w elektrolizie) zachodzi redukcja.

Anoda - elektroda ujemna, o niższym potencjale. Na niej zawsze zachodzi redukcja.

Zgodnie z konwekcją sztokholmską zapisujemy od lewej schemat półogniwa anodowego,a po prawej katodowego.

Zapamiętaj!

Elektrony przepływają zewnętrznym przewodnikiem (a nie kluczem!), ruch elektronów w ogniwach odbywa się w kierunku od anody (-) do katody (+) *zwróć uwagę na znaki poszczególnych półogniw, w elektrolizie mamy na odwrót. Elektrony płyną od anody, bo ona oddaje elektrony i się utlenia, do katody która się redukuje i je przyjmuje. Natomiast prąd wywołany ruchem elektronów płynie w przeciwnym kierunku tj. od katody do anody ( na katodzie potencjał jest wyższy i  prąd płynie od potencjału wyższego do niższego, od dodatniego bieguna do ujemnego).


Rodzaje elektrod:

• obojętne - (półogniwa redoks) nie reagujące, udział biorą wyłącznie jony z roztworu (składniki elektrolitu). Elektroda odgrywa rolę jedynie przekaźnika elektronów. Jako elektrod używa się blaszek z metalu szlachetnego niebiorącego udziału w procesie elektrodowym np. platyny lub grafit. 

Inne np. półogniwo pokryte warstwa swojej trudnorozpuszczalnej soli np.
                                                                            Ag|AgCl|Cl-
                                                                AgCl +1e- ---> Ag (s) + Cl- (aq)
lub półogniwo gazowe - udział biorą substancje gazowe np. wodorowe.

• reagujące - (półogniwa I rodzaju) np. miedziane, niklowe w niklu, elektrody biorą udział w reakcji redoks. 

Przykłady ogniw:

• ogniwo Daniella - klasyka

Obserwacje:
Płytka cynkowa rozpuszcza się.
Elektroda miedziowa pokrywa się rdzawym osadem.

Równania:

Opis:

Na anodzie cynkowej jony Zn2+ przechodzą do roztworu, płytka rozpuszcza się. elektrony wędrują od anody do katody i redukują Cu2+ w roztworze, zatem Cu osadza się na płytce. Przez klucz elektrolityczny jony SO42- wędrują do anody w celu wyrównania różnicy ładunków. Prąd płynie od katody (wyższy potencjał) do anody (niższy potencjał). ogniwo pracuje do momentu, aż wszystkie jony Cu2+ w roztworze się zredukują lub wszystkie atomy cynku na blaszce się utlenią.

• Ogniwo Volty - elektrody zanurzone w elektrolitach własnej soli

Obserwacje:
Płytka cynkowa rozpuszcza się .
Na elektrodzie miedzianej wydzielaja się pęcherzyki gazu.
Miedź nie reaguje z rozcieńczonym H2SO4 jakiego użyto w tym ogniwie.

Równania:

Jony SO42- stanowią przeciwjony dla H+ i Zn2+, jako tako nie uczestniczą w całym procesie redoks.

• Ogniwo wodorowo-tlenowe (ogniwa paliwowe) - powstaje woda, bierze udział H2 i O2.

        Schemat:    anoda (-) H2(g), Ni(s)|przewodnik jonowy|Ni(s), O2(s) katoda (+)

anoda (-) 2H₂ → 4H⁺ + 4e⁻ 

katoda (+) O₂ + 4e⁻ → 2O²⁻

Półprzepuszczalna membrana pozwala tylko na dyfuzję protonów (od anody do katody), nie przepuszcza natomiast innych jonów, w tym anionów tlenkowych O−2 (od katody do anody). kationy wodorowe po dotarciu do przestrzeni anodowej reagują z anionami tlenkowymi dając wodę (w postaci pary lub ciekłej):

2O²⁻ + 4H⁺ → 2H₂O

• Ogniwo stężeniowe - zbudowane z dwóch jednakowych elementów metalicznych, 
  zanurzonych w roztworach z jonami o różnych stężeniach. Takie ogniwo pracuje do momentu wyrównania stężeń.
  
                                                    (-) Ag|AgNO3||AgNO3|Ag (+)
                                                                        C1<C2
  Anoda (-):      Ag--> Ag+ + 1e-
  Katoda(+):     Ag+ + 1e- --->Ag
  
  Ag+Ag+ ---> Ag+ + Ag
        (c2)         (c1)
  
  Czyli po lewej i po prawej musi być takie samo stężenie jonów srebra.
  
  
  
  
  • Ogniwo wodorowo-chlorowe

                                   
                                                             (-) Pt|H2|H+,Cl-|Cl2|Pt (+)

A: H2---> 2H+ +2e-

K: Cl2+2e- --->2Cl-

H2+Cl2--->2H+ + 2Cl-

Nie ma klucza elektrolitycznego, dwie blaszki platynowe zanurzone są we wspólnym elektrolicie i omywane gazami. Platyna omywana jest wodorem gazowym i druga blaszka platynowa omywana jest chlorem.

Akumulatory - w czasie ich pracy pobierany jest z nich prąd, są ogniwami, które po wyczerpaniu substratów mogą być ponownie naładowane. Aby to zrobić należy przepuścić prąd przez roztwór elektrolityczny. Wyróżniamy akumulatory kwasowe ( z kwasem) i zasadowe ( z zasadą).
W akumulatorach proces rozładowania i ładowania są przeciwstawne (reakcje zapisujemy z dwoma strzałkami). Sumaryczna ilość elektronów oddanych i pobranych musi nam się zgadzać w reakcjach połówkowych, po zbilansowaniu możemy ułożyć równanie sumaryczne. Podczas pracy akumulatora SEM obniża się, gdy napięcie spadnie do pewnej granicy należy naładować akumulator, aby nie dopuścić do jego uszkodzenia. Podczas ładowania akumulatora katoda staje się anodą, a anoda katodą.

SEM - siła elektromotoryczna, warunkuje przepływ prądu w obwodzie. Jest różnicą potencjałów panujących na katodzie i anodzie. SEM jest zawsze wartością dodatnią.

                                                                       SEM= Ek - EA


*****************************************************************************

Elektroliza

Elektroliza wodnych roztworów elektrolitów

Jeśli podłączymy źródło prądu stałego do elektrod lub do innego przewodnika jonowego np. stopionych soli, to wówczas zajdą procesy odwrotne do tych jak w ogniwach i pod wpływem prądu stałego nastąpi szereg przemian chemicznych - zajdzie elektroliza.

W elektrolizerze odwrotnie, niż w ogniwach elektroda dodatnia  zwana jest tu anodą i połączona jest z dodatnim źródłem napięcia (+), a katoda tu elektroda ujemna z ujemnym (-). Ale zasada zostaje: na anodzie utlenianie, na katodzie redukcja. 

Anoda (+)
Katoda (-)




Reguły:
Katoda

1.Najpierw redukują się kationy metali mniej aktywnych od glinu,a na katodzie wydziela się metal.

2. Po metalach mniej aktywnych od glinu redukują się jony H+ lub cząsteczki H2O, w zależności od środowiska na katodzie wydziela się wodór

- w roztworach kwasów
2H+ + 2e- -----> H2

- w wodnych roztworach soli litowców i berylowców lub glinu
2H2O +2e- ----> H2 + 2OH-





Anoda

1. Najpierw utleniają się aniony kwasów beztlenowych i ich soli, na anodzie wydziela się gazowy niemetal.

2. Następnie utleniają się jony OH- lub cząsteczki H2O w zależności od środowiska, na anodzie wydziela się tlen.


-w roztworach wodorotlenków metali
4OH- -----> 2H2O + O2 + 4e-

-w roztworach kwasów tlenowych i ich soli
2H2O ---> O2 + 4H+ + 4e-


*****************************************************************************
To teraz na rozgrzewkę kilka zadań z ogniw i elektrolizy :)


Matura maj 2013

Zad.16

W poniższej tabeli przedstawiono równania reakcji elektrodowych oraz odpowiadające im wartości potencjałów standardowych dwóch półogniw redoks tworzących tzw. akumulator kwasowo-ołowiowy.

Równanie reakcji elektrodowej	Potencjał standardowy
PbSO4 + 2e - ⇄ Pb + SO42-	E°= ‒ 0,36 V
PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e ⇄ PbSO4 + 2H2O	E°= + 1,69 V

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2003.

Korzystając z podanych informacji, napisz sumaryczne równanie reakcji, która zachodzi w pracującym akumulatorze kwasowo-ołowiowym, oraz oblicz siłę elektromotoryczną (SEM) tego ogniwa w warunkach standardowych.

Odp.
Równanie reakcji: Pb + 2SO₄^2- + PbO₂ + 4H⁺ › 2PbSO₄ + 2H₂O
SEM:  2,05V

Najpierw ustalamy które ogniwo stanowi katodę, a które anodę. W treści piszą,że ogniwo jest pracujące tzn. następuje wyładowanie.Układamy równania połówkowe zgodnie z kierunkiem anoda- utlenianie, a katoda - redukcja, sprawdzamy ilość elektronów oddanych i pobranych. Zapisujemy równanie sumaryczne.


Matura maj 2013

Zad.17

c) Napisz równania reakcji elektrodowych zachodzących w czasie elektrolizy stopionego wodorku litu, wiedząc, że na anodzie wydziela się wodór.
Równanie reakcji katodowej:   2Li⁺ + 2e → 2Li
Równanie reakcji anodowej:    2H^- → H₂ + 2e


Matura maj 2012

Zad.22

W 1 dm3 wody rozpuszczono azotan(V) srebra(I) AgNO3, azotan(V) miedzi(II) Cu(NO3)2 oraz azotan(V) sodu NaNO3, otrzymując roztwór o jednakowych stężeniach molowych  kationów. Przez otrzymany roztwór przepuszczono  ładunek elektryczny w warunkach  umożliwiających wydzielenie na katodzie kolejno trzech pierwiastków. 
  a) Uzupełnij poniższą tabelę, wpisując nazwy lub symbole pierwiastków w kolejności  ich wydzielania na katodzie.  
Kolejność wydzielania na katodzie:          I                 II                 III  Nazwa pierwiastka:                                srebro      miedź       wodór
Patrzymy na szereg potencjałów standardowych. Najpierw na katodzie wydzieli się pierwiastek o najwyższym potencjale ( chętniej ulegnie redukcji).

b) Wiedząc,  że w doświadczeniu użyto elektrod grafitowych, określ, jaki pierwiastek  wydzielił się na anodzie. Odpowiedź uzasadnij, pisząc równanie reakcji anodowej. 
Nazwa lub symbol pierwiastka:    tlen Równanie reakcji:      2H20   -->  4H+  +   O2 + 4e-

Podczas elektrolizy wodnego roztworu soli kwasów tlenowych na anodzie wydziela się tlen (ulega utlenieniu). 



Matura maj 2012


Zadanie 23

Zaprojektuj ogniwo galwaniczne, w którym półogniwo Ni│Ni2+  będzie pełnić funkcję anody.
a) Uzupełnij poniższy schemat, wpisując symbole lub wzory odczynników wybranych
spośród następujących:
Ni       Ni(NO3)2 (aq)       Pb       Pb(NO3)2 (aq)       Zn       Zn(NO3)2 (aq)


anoda (-)                                                                  katoda (+)
NI                                                                               Pb
Ni(NO3)2                                                                  Pb(NO3)2


b) Opisz zmiany, jakie będzie można zaobserwować w półogniwach podczas pracy
ogniwa. 
 
Anoda: płytka roztwarza się (płytka rozpuszcza się)
Katoda: na płytce pojawia się osad ołowiu (płytka zwiększa swoją masę) 


Matura maj 2011


Zadanie 17

W celu oczyszczenia miedzi prowadzi się elektrolizę wodnego roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) na elektrodach, z których jedną stanowi czysta miedź, a drugą miedź zanieczyszczona. Podczas tego procesu miedź i metale o niższym standardowym potencjale redukcji niż miedź ulegają na anodzie utlenieniu, natomiast na katodzie osadza się czysta miedź.
Płyta miedziana zawierająca ok. 98% miedzi zanieczyszczona jest niklem. W celu uzyskania czystej miedzi płytę poddano elektrorafinacji.
Korzystając z powyżej informacji, napisz równania wszystkich reakcji, zachodzących na elektrodach podczas elektrorafinacji.

Procesy elektrodowe:
A (+) Cu › Cu²⁺ + 2e
A(+) Ni › Ni²⁺ + 2e
K(-) Cu²⁺ + 2e › Cu

Z treści wnioskujemy, że podczas elektrolizy roztworzeniu ulega anoda, w skład której wchodzi miedź zanieczyszczona niklem. Metale te utleniają się, natomiast na katodzie osadza się czysta miedź.

Zadania do których warto zerknąć:

Witowski próbna kwiecień  2013 arkusz II  zad. 4

Witowski luty 2008 arkusz II zad. 8 i 10

Witowski 2009 marzec arkusz II zad. 6 i 10

Witowski 2010 marzec arkusz II zad. 19

Witowski 2011 marzec arkusz II zad. 8 i 11

Nieorganiczna w zarysie: wiązania cz. II, geometria cząsteczki

Wiązania jonowe - powstają, gdy różnica elektroujemności między atomami metali, a niemetali wynosi więcej niż 1,7. Bardziej elektroujemny atom pobiera elektrony i staje się anionem, zaś ten drugi oddaje i staje się kationem. Substancje o wiązaniach jonowych mają wysokie temperatury topnienia, są dobrze rozpuszczalne w H2O. Wiązanie jonowe w tlenkach metali czy wodorotlenkach zwiększa charakter zasadowy. Substancje jonowe, to sole, wodorotlenki, tlenki metali, wodorki litowców i berylowców (z wyjątkiem berylu i magnezu).

Zwróć uwagę:
-tlenki niemetali i wodorki niemetali mają wiązania kow. spolaryzowane
-tlenki metali i wodorotlenki I i II grupy mają wiązania jonowe
-tlenki, wodorotlenki metali bloku d maja wiązania kowalencyjne i jonowe

Kryształy jonowe:

-sieć jonowa bardzo trwała, nie przewodzą prądu w stanie stałym, lecz dopiero po dysocjacji w roztworze wodnym lub stopione
-kruche, twarde wysoka temp. topnienia
-rozp. się w H2O (w rozpuszczalnikach polarnych)


Wiązanie metaliczne - gaz elektronowy pomiędzy siecią krystaliczną kationów metali, a elektronami zdelokalizowanymi. Metal jako całość jest elektrycznie obojętny.

Kryształy metaliczne:

-zręb(rdzeń), to jądro i elektrony niewalencyjne
-gaz elektronowy, to elektrony walencyjne
-dobrze przewodzą prąd i ciepło, przy czym wraz ze wzrostem temperatury przewodnictwo maleje (lepiej przewodzą na zimno)
-wysokie temperatury topnienia
-mają połysk, są kowalne, ciągliwe
-metale bloku s,d, GLIN

Oddziaływania Van der Waalsa - to słabe oddziaływania międzycząsteczkowe w cząsteczkach niepolarnych.

Uwaga na maturze bardzo często pojawiają się pytania o wiązania wodorowe!

Wiązania wodorowe (sieci wodorowe) - tworzą się między atomem wodoru, a silnie elektroujemnym atomem (np. O, N, F) sąsiedniej cząsteczki. Im większa jest różnica elektroujemności tym silniejsze jest wiązanie. Wiązania wodorowe dotyczą cieczy i ciał stałych, nie występują one w gazach.
Powodują wzrost temperatury wrzenia, topnienia i krzepnięcia. Decydują o rozpuszczalności i lotności, gdyż związki takie mogą ulegać asocjacji. Wiązania wodorowe możemy spotkać w przypadku np. alkoholi, kwasów karboksylowych, ciekłego NH3, kwasu HF, białek struktura II rzędowa, wodzie. 
H2S nie tworzy wiązań wodorowych, ale H2O tworzy. Wiązania wodorowe są charakterystyczne dla połączeń: O-H. N-H, F-H. Para elektronowa tlenu/ azotu/fluorowca oddziałuje z dodatnio naładowanym jądrem wodoru drugiej cząsteczki.
Jeśli w jakimś związku występują atomy tlenu lub azotu (również w przypadku fluorowodoru) oraz związek ten zawiera atomy wodoru, które są związane z atomami tlenu lub azotu, to cząsteczki tego związku będą tworzyły - wiązania wodorowe!

Matura maj 2011

Zad. 3

Pomiędzy cząsteczkami, w których obecne są atomy wodoru związane bezpośrednio z silnie elektroujemnymi atomami niemetalu (fluoru, tlenu, azotu), tworzą się wiązania wodorowe mające wpływ na właściwości fizyczne związku.
a) Spośród związków o wzorach:
CH₃OH, CH₃COCH₃, CH₃F, CH₃NH₂, CH₃CH₃, CH₃Cl
wybierz i napisz wzory tych, których cząsteczki tworzą wiązania wodorowe.
Wiązania wodorowe utrudniają przejście związku w stan gazowy, ponieważ powodują asocjację cząsteczek – łączenie się ich w większe agregaty. Wiązania te są tym silniejsze, im bardziej lektroujemny jest atom niemetalu będący donorem pary elektronowej. 

b) Uszereguj związki o wzorach: CH₃CH₃, CH₃NH₂, CH₃OH
zgodnie ze wzrastającą lotnością (od najmniejszej do największej). 

 Odp. a) CH₃OH i CH₃NH_{2
             b) CH3OH > CH3NH2 < CH3CH3.}




*******************************************************************************

Lotność substancji - związek chemiczny jest lotny, gdy przeważają w nim wiązania kowalencyjne. W postaci elementarnej dużą prężność pary wykazują: brom, jod, siarka i rtęć. Lotne są związki pierwiastków z wodorem (np. AsH3, SbH3, H2S, H2Se), z tlenem (np. 0s04, Mn207, C02, S02), z halogenkami (np. BF3, SiF4, Cr02Cl2, ASC13). Lotność wzrasta wraz ze spadkiem temperatury wrzenia - na przykład alkohol etylowy jest bardziej lotny niż woda, gdyż ma niższą temperaturę wrzenia (więc szybciej paruje).
O lotności decydują : masa i polarność.

• Cząsteczka będąca dipolem może ulegać asocjacji, jej temperatura wrzenia będzie wyższa i dlatego jej lotność jest niższa.
•  Im mniejsza masa tym cząsteczka bardziej lotna - łatwiej paruje.

Hybrydyzacja - ujednolicenie orbitali atomowych pod względem kształtu i energii.

• Hybrydyzacja sp (dygonalna) jest wtedy, gdy liczba przestrzenna wynosi 2 (hybrydyzacji ulegają dwa orbitale atomowe), cząsteczka ma kształt liniowy, jest płaska a kąt między wiązaniami wynosi 180 stopni.

• Hybrydyzacja sp2 (trygonalna) liczba przestrzenna (l.p) wynosi 3, cząsteczka jest płaska, kąt między wiązaniami wynosi 120 stopni. 

• Hybrydyzacja sp3 (tetragonalna) l.p=4, kształt tetraedru, cząsteczka przestrzenna, kąt 109 28' stopni.

Matura 2013

Zad. 5

W teorii orbitali molekularnych powstawanie wiązań chemicznych typu σ lub π wyjaśnia się, stosując do opisu tych wiązań orbitale cząsteczkowe odpowiedniego typu (σ lub π), które można utworzyć w wyniku właściwego nakładania odpowiednich orbitali atomowych atomów tworzących cząsteczkę.
Dane są cząsteczki: Cl₂, H₂, HF
Ustal, nakładanie jakich orbitali atomowych (s czy p) obu atomów należy koniecznie uwzględnić, aby wyjaśnić tworzenie wiązań typu s w tych cząsteczkach. W tym celu przyporządkuj każdej literze a, b, c jeden ze wzorów: Cl₂, H₂, HF.
a) orbital s jednego atomu – orbital s drugiego atomu
b) orbital s jednego atomu – orbital p drugiego atomu
c) orbital p jednego atomu – orbital p drugiego atomu

Odp.       a) H2     b) HF     c) Cl2


Jak najłatwiej obliczyć liczbę przestrzenną cząsteczki?

W cząsteczce możemy wyróżnić atom centralny i ligandy.

L.p = liczba wiązań sigma + liczba wolnych par elektronowych atomu centralnego.
np. amoniak NH3 - liczba wiązań sigma wynosi 3 + jedna para elektronowa = 4 czyli hybrydyzacja sp3.




********************************************************************************

Na koniec bardzo modne zadania typu:

Trwałość kationów i anionów

Przy rozwiązywaniu należy pamiętać: im więcej niesparowanych elektronów, tym jon jest trwalszy np. Fe3+ jest trwalszy, niż jon Fe2+ bo trudniej oderwać niesparowany elektron (powstałaby ,,luka''), niż elektron sparowany.

Jutro przeskoczymy do elektrochemii.

Nieorganiczna w zarysie: układ okresowy, elektroujemność, wiązania

Kilka ogólnych pojęć na początek, a później pokrótce przedstawię, co każdy chemik powinien wiedzieć patrząc na układ okresowy.
Pierwiastki mające charakter amfoteryczny, to: beryl, glin, gal, cyna, ołów. Gazy szlachetne mają promienie większe od poprzedzających je atomów pierwiastków.


Ciało bezpostaciowe - to ciało, które nie ma regularnej sieci krystalicznej.

Solwatacja - to zjawisko otaczania rozpuszczonych cząsteczek przez cząsteczki rozpuszczalnika. W wypadku wody zjawisko, to nosi nazwę hydratacji.

Sublimacja - przejście ciała ze stanu stałego w gazowy ( z pomienięciem ciekłego)

Resublimacja - przejście ciała gazowego w stan stały ( z pominięciem ciekłego)

Dekantacja - sposób oddzielenia wody od osadu, polegający na ostrożnym zlaniu cieczy.

Destylacja - proces polegający na przeprowadzeniu jednego ze składników mieszaniny ciekłej w stan pary i skropleniu go w odbieralniku.

Krystalizacja - proces wydzielenia się substancji stałej z roztworu nasyconego w postaci kryształów. 

Emulsje - powstają w wyniku zmieszania dwóch nierozpuszczalnych wzajemnie cieczy, z których jedna jest rozproszona w drugiej. Mleko jest przykładem emulsji. Zewnętrznie wygląda jak czysta substancja, ale pod mikroskopem można dostrzec pojedyńcze kulki tłuszczu, 

Hydratacja - uwodnienie, przyłączenie wody (odwrotność dehydratacja).

Hydrogenacja - uwodornienie, przyłączenie wodoru (dehydrogenacja).

Sedymentacja - opadanie cząstek zawiesiny pod wpływem siły ciężkości.

Alotropia - zjawisko tworzenia różnych postaci krystalicznych przez ten sam pierwiastek np. węgiel występuje w postaci

• diamentu (bezbarwny, najtwardszy, nie przewodzi prądu)

• grafitu (szaroczarny, miękki, przewodzi prąd)

• fullerenów (kształt piłki, nie przewodzą prądu)

Polimorfizm - tworzenie przez ten sam związek różnych struktur krystalicznych np. CaC2 tworzy kwarcyt i aragonit.

 Pytanie. Dlaczego w grupach promienie atomowe rosną?

Odp. Bo rośnie liczba powłok.

A dlaczego  w okresach promienie atomowe maleją od lewej do prawej? 

Odp. Bo rośnie ładunek jądra. Ładunek jądra rośnie zgodnie ze wzrostem elektroujemności, im jest większy tym silniej przyciągane są elektrony przez jądro.


Elektroujemność - pierwiastki dążą do uzupełnienia powłoki walencyjnej - dążą do dubletu lub oktetu, aby taki stan osiągnąć pierwiastek oddaje lub pobiera elektrony. Zdolność przyciągania elektronów przez atom danego pierwiastka ( w wiązaniu kowalencyjnym). Wysoka elektroujemność cechuje niemetale (fluor najwyższa), niską niemetale. Metale chętniej oddają elektrony tworząc kationy,  natomiast niemetale chętniej przyciągają elektrony tworząc aniony.

Jak zmieniają się właściwości utleniające i redukujące pierwiastków?

Pierwiastek mający właściwości redukujące jest reduktorem bo redukuje inny związek, a sam się utlenia. Aby się utlenić tzn. zwiększyć stopień utlenienia pierwiastek oddaje elektrony. Elektrony łatwiej oddają metale, gdyż słabiej przyciągają elektrony. Wzrost właściwości redukujących  rośnie wraz ze wzrostem charakteru metalicznego. Pierwiastek mający właściwości utleniające jest utleniaczem bo utlenia inny związek, przy czym sam się redukuje (pobiera elektrony), wzrost tych właściwości jest zgodny ze wzrostem charakteru niemetalicznego.


Jak zmieniają się promienie pierwiastków w kationach i anionach?

Dla metali promień kationu jest krótszy od promienia atomu z którego powstał. Tłumaczymy, to faktem, iż pierwiastek oddał elektrony, traci powłokę zatem zmniejsza się promień kationu.

Dla niemetali promień jonu jest dłuższy, niż promień atomu z którego powstał. Atom pobiera elektrony, zwiększa się liczba powłok.

Energia jonizacji - to minimum energii jaką należy użyć, by oderwać elektron od atomu tego pierwiastka w stanie gazowym. Energia jonizacji rośnie zgodnie z kierunkiem elektroujemności, z małymi odstępstwami np. magnez ma konfigurację walencyjną 3s2 (rozpisać klatkowo), a glin 3s23p1, zatem ma jeden niesparowany elektron - energia jonizacji magnezu jest większa bo trudniej oderwać sparowany elektron. Litowce mają najmniejszą energię jonizacji, dlatego, że im mniej elektronów walencyjnych zawiera atom pierwiastka, tym łatwiej się ich pozbywa tworząc kation. Helowce mają największą energię jonizacji, gdyż najtrudniej jest oderwać elektron od atomu o najkorzystniejszej energetycznie konfiguracji elektronowej.Najłatwiej oderwać pierwszy elektron od atomu (E1–pierwsza energia jonizacji); wartości kolejnych energii jonizacji rosną: trudniej oderwać elektron od już istniejącego kationu (E₁< E₂< E₃ ...).

Powinowactwo elektronowe - to energia wydzielona podczas przyłączenia elektronu do atomu pierwiastka w stanie gazowym. Dla większości energia powinowactwa jest dodatnia (przyłączenie jest energetycznie korzystne, uwalniana jest energia). Gazy szlachetne i np. beryl, magnez  mają wartość powinowactwa ujemną. Ogólnie rośnie tak jak elektroujemność.  Ujemne powinowactwo elektronowe oznacza, że przyłączenie elektronu do atomu wymaga dostarczenia energii.

Moc kwasów

Moc kwasów tlenowych w okresach rośnie od lewej do prawej, w grupach z dołu do góry i wzrasta wraz ze wzrostem stopni utlenienia. Kwas HNO3 jest mocniejszy od H3PO4.
Moc kwasów beztlenowych w okresach również od lewej do prawej, ale na odwrót, niż w przypadku tlenowych w grupach, gdyż z góry na dół. Kwas HI jest mocniejszy od HBr.

Charakter tlenków i stopień utlenienia

Wraz ze wzrostem stopnia utlenienia w tlenkach rośnie charakter kwasowy a maleje zasadowy.
Numer grupy określa najwyższy możliwy stopień utlenienia tlenku (od XIII odejmujemy 10) np. chlor lezy w grupie XVII zatem jego tlenek o najwyższym stopniu utlenienia ma postać Cl2O7.




Potwierdzanie charakteru pierwiastka lub związku chemicznego:

• charakter kwasowy potwierdzamy dodając zasadowy czynnik ( lub np. wodę do tlenku kwasowego powstaje kwas)
• charakter zasadowy potwierdzamy dodając czynnik kwasowy (lub np. wodę do tlenku zasadowego powstaje zasada)
• charakter amfoteryczny MOCNYM kwasem i MOCNĄ zasadą

Wiązania chemiczne

Wartościowość pierwiastka - to liczba wiązań chemicznych jakie tworzy atom.

Wiązanie sigma tworzy się z nałożenie czołowego orbitali s-s, s-p, px-px.
Wiązanie pi powstaje w wyniku bocznego nałożenia się orbitali py-py, pz-pz, p-p.
Sigma jest wiązaniem pojedyńczym i jest silniejsze od pi.

• wiązania kowalencyjne - występują w cząsteczkach niemetali. Polegają na uwspólnieniu pary elektronowej. Substancje połączone wiązaniami kowalencyjnymi nie przewodzą prądu (z wyjątkiem grafitu), nie ulegają dysocjacji za wyjątkiem wodorków fluorowców np. HCl i kwasów tlenowych, reagują powoli (wiązania kowalencyjne są mocne), nie rozpuszczają się w substancjach polarnych, mają niskie temperatury topnienia i wrzenia lub bardzo wysokie. W tlenkach im większy jest udział wiązania kowalencyjnego, tym jest tlenek silniejszy.
  

Kowalencyjne niespolaryzowane w cząsteczkach zbudowanych z atomów o wysokiej i jednakowej elektroujemności    0=<E<0,4
Kowalencyjne spolaryzowane w cząsteczkach o małej różnicy elektroujemności 0,4=<E<=1,7. Wspólna para elektronowa przesunięta jest w kierunku bardziej elektroujemnego pierwiastka, dlatego cząsteczka jest dipolem.

Cząsteczka jest polarna gdy:
- ma moment dipolowy różny od zera, ładunki rozmieszczone na atomach nie znoszą się wzajemnie tylko przesuwają parę elektronową w pewnym kierunku np. HCl
-są asymetryczne. Cząsteczki symetryczne mają moment dipolowy równy zero i są, to np. CO2, Cl2, CH4, C2H2
-występują wolne pary elektronowe na atomie centralnym

Wiązanie koordynacyjne (donorowo - akceptorowe; semipolarne) - to szczególny typ wiązania kowalencyjnego spolaryzowanego, należy do typu sigma. Tworząca je para elektronowa pochodzi od jednego z atomów zwanego dawcą (donorem) pary, a przyjmuje je akceptor. Występują w: jonie amonowym NH4+, tlenkach siarki SO2, SO3, tlenku węgla CO, niektórych kwasach np. H2SO4, HNO3, H3PO4, H2SO3, HClO4, jonach np. SO42- (resztach kwasów)

Budowa sieci krystalicznej substancji kowalencyjnych

=> kryształy cząsteczkowe (molekularne) są zbudowane z odrębnych atomów lub cząsteczek, nie są połączone wiązaniami, ale działają siły Van der Waalsa pomiędzy cząsteczkami. Wykazują niskie temperatury wrzenia i topnienia, nie przewodzą prądu, wykazują skłonność do sublimacji np. tlen, azot, większość związków organicznych, gazy szlachetne.

=> kryształy kowalencyjne np. diament. Połączone wiązaniami kowalencyjnymi, bardzo wysokie temperatury wrzenia i topnienia.


*****************************************************************************

Jutro kolejna porcja wiązań
A na koniec w ramach relaksu polecam przejrzeć:

http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/    => kryształy idealnie symetryczne- płatki śniegu

Nieorganiczna w zarysie: chemia kwantowa

W tym poście powtórzymy:

• model budowy atomu
• konfiguracje elektronowe 
• promieniotwórczość 

Budowa atomu

Prawo zachowania masy -  w reakcji chemicznej masa substratów (substancji wyjściowych) jest równa masie produktów, inaczej, że masa substancji biorących udział w reakcji chemicznej nie ulega zmianie.

Atom - najmniejsza, niepodzielna część pierwiastka chemicznego. Atom składa się z dodatnio naładowanego jądra i ujemnie naładowanej sfery elektronowej. W jądrze skupia się niemalże cała masa atomu.  Liczba protonów określa ładunek jądra, jest cechą charakterystyczną dla atomów danego pierwiastka i jest równa liczbie elektronów w atomie. Atomy o jednakowej liczbie protonów (elektronów) to atomy tego samego pierwiastka. Składniki elementarne są trwałe, ale najmniejszą trwałość wykazują neutrony. Elementarne składniki, to

• skupione w jądrze nukleony, czyli protony ładunek +1 masa 1u 

                                                                            oraz neutrony ładunek 0 masa 1u

• elektrony - w przestrzeni poza jądrem ładunek -1 masa 1/1840 u
• fotony - cząstki niemające ładunku ani masy; są to kwanty promieniowania elektromagnetycznego
• neutrina - cząstki bez ładunku, o masie mniejszej od elektronu, towarzyszą przemianie neutronu w proton i elektron n----> p+ + e- + v (neutrino) 

Atomowa jednostka masy u - 1u ma wartość 1,66 * 10 -24 g

Liczba atomowa (Z) - liczba protonów (liczba elektronów), określa ładunek jądra, liczba porządkowa peirwstka charakterystyczna dla atomu danego pierwiastka. 

Liczba masowa (A) - to suma protonów i neutronów w jądrze. Atomy danego pierwiastka mogą różnić się liczbą neutronów w jądrze. Liczbę neutronów obliczamy ze wzoru l.n= A-Z
A
  E  - pierwiastek E, zapis liczby atomowej i masowej
z

 np. Beryl:  Z= 4 , A= 9, ładunek jądra= +4, liczba protonów = liczba elektronów = 4, liczba neutronów = 5

Masa atomowa - masa atomu wyrażona w unitach [u]

Masa cząsteczkowa - masa cząsteczek związku chemicznego wyrażona w unitach [u] , obliczamy ją sumując masy atomowe pierwiastków wchodzących w skład cząsteczki.

Izotopy - to jądra o jednakowej liczbie atomowej, ale różnej masowej, czyli jądra te mają taką samą liczbę protonów, ale różnią się liczbą elektronów. Mają również różną masę atomową (bo różna liczba neutronów) dlatego nieznacznie różnią się temperaturą wrzenia i topnienia.

Powyższy wzór pozwala nam obliczyć masę atomową pierwiastka posiadającego izotopy
Ar - masa atomowa pierwiastka
% - skład procentowy poszczególnych iztopów
A1, A2.. - liczba masowa izotopu



Izotony - to przeciwieństwo izotopów, czyli mają tę samą liczbę neutronów, ale różną protonów

Izobary - to atomy różnych pierwiastków mające te same liczby nukleonów ( czyli takiej samej liczbie A a różnej Z)

* mała wskazówka jak zapamiętać te nazwy - izotoPy - ta sama liczba protonów
                                                                              izotoNy - ta sama liczba neutonów
                                                                              izobary - bary - masa - taka sama masa p+ i n

Defekt masy - to różnica masy atomowej pierwiastka, a masy w rzeczywistości. Brakująca masa wynika z tego, iż łączenie się nukleonów w jądro wymaga dostarczenia energii, jest ona zużywana i stąd w rzeczywistości masa jest niższa.

Nuklid - zbiór atomów o określonym składzie jądra ( o takiej samej liczbie atomowej i masowej)


Zapamiętaj, że tlen, azot, chlor, brom, fluor, wodór zawsze występują w postaci dwuatomowych cząsteczek.



Konfiguracje elektronowe

Zasada nieoznaczoności Heisenberga - nie jest możliwe dokładne wyznaczenie położenia elektronu w danym momencie, możemy jedynie określić prawdopodobieństwo wystąpienia elektronu w określonym czasie w chmurze elektronowej ( przestrzeni wokół jądra). Takie prawdopodobieństwo nazywamy stanem kwantowym elektronu i opisujemy go za pomocą czterech liczb kwantowych.

• n  (główna liczba kwantowa) określa energię elektronu w atomie, decyduje o wielkości orbitalu.

 n : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 takie wartości może przyjąć

Stany kwantowe o takiej samej wartości n tworzą POWŁOKĘ.
Powłokom możemy przypisać literę i tak powłoka n= 1, to powłoka K itd.

powłoka                                    K     L     M     N     O      P     Q
wartość n                                  1      2      3       4      5      6      7
max liczba elektronów               2     8       18     32    50    72    98
na powłoce      

• l (poboczna liczba kwantowa) rozróżnia stany energetyczne elektronu w tej samej powłoce i decyduje i symetrii (kształcie) podpowłok 

l= 0, 1, 2, 3
   s   p  d   f   nazwa podpowłoki

• m (magnetyczna liczba kwantowa) określa liczbę orbitali danego typu (s, p, d, f itd), określa rzut momentu pędu elektronu

przyjmuje wartości od -l do l.

• ms (magnetyczna spinowa liczba kwantowa) związana z momentem pędu, określa spin elektronu

jej wartość, to 1/2 lub - 1/2

Kształty orbitali atomowych:

                  


Stan podstawowy atomu - to stan o najniższej możliwej wartości energii elektronów w atomie, im bliżej jądra tym energia niższa.

Stan wzbudzony - to stan o wyższej energii, niż energia podstawowa. patrz post poprzedni dokładnie wyjaśniam, to zjawisko.

Zakaz Pauliego - w atomie nie mogą istnieć dwa elektrony o identycznym stanie kwantowym czterech liczb, muszą różnić się przynajmniej jedną z nich.

Reguła Hunda - atom w stanie podstawowym ma możliwie największa niesparowaną liczbę elektronów.

wzór określający maksymalną liczbę elektronów dla danej powłoki, gdzie n to główna liczba kwantowa

Każdy orbital (kratka) może pomieścić maksymalnie dwa elektrony o przeciwnych spinach.




Kolejność zapełniania powłok elektronowych

Elektron jako pierwszy obsadza ten orbital dla którego suma liczb kwantowych n+l ma jak najmniejszą wartość. W przypadku gdy dla dwóch orbitali suma jest taka sama jako pierwszy zostaje obsadzony orbital o mniejszej liczbie głównej. Od 4 powłoki oprócz orbitali s, p, d istnieją jeszcze podpowłoki f.
np. orbital 3p           3+1=4

                4s            4+0=4       pierwszy zostanie obsadzony orbital 3p

Elektrony walencyjne

To elektrony z ostatniej powłoki ( n o najwyższej wartości, o najwyższym poziomie energetycznym). Są najsłabiej związane z jądrem atomowym i w procesie tworzenia wiązań chemicznych mogą być łatwo wymieniane z innymi atomami. Elektrony walencyjne decydują o właściwościach pierwiastków.
Ich liczba odpowiada numerowi grupy (od XIII odejmujemy 10).


Promieniotwórczość 

 *Promieniotwórczość naturalna
Jądra atomowe, których liczba atomowa Z wynosi powyżej 82 są nietrwałe i ulegają samorzutnemu rozpadowi. Na skutek tego powstają jądra lżejszych pierwiastków, a procesowi towarzyszy emisja alfa, beta cząstek lub promieniowanie gamma. Promieniowanie gamma ma charakter falowy, ładunek i masa wynosi 0.

• przemiana alfa - to rozpad jądra na inne lżejsze, z emisją cząstki lub cząstek alfa, które są jądrami helu. Cząstka ta ma ładunek elektryczny +2. Każdej przemianie alfa towarzyszy zmniejszenie liczby masowej (A) o cztery jednostki i zmniejszenie liczby atomowej (Z) o dwie jednostki

• przemiana beta-  - towarzyszy mu wypromieniowanie elektronu lub elektronów o ładunku -1. W takiej przemianie liczba masowa pozostaje bez zmian, a liczba atomowa podwyższa się o jeden. Skąd ten elektron? Otóż neutron traci w tej przemianie ładunek ujemny i staje się protonem, zostaje wyemitowana cząsteczka elektronu.

•  przemiana beta + - wyemitowany zostaje pozyton (''elektron o ładunku dodatnim''), liczba atomowa zostaje zmniejszona o jeden, a masowa bez zmian. W tej przemianie proton traci ładunek dodatni i staje się neutronem, towarzyszy temu emisja pozytonu.

 *Przenikliwość promieniowania

Okres połowicznego rozpadu - okres półtrwania, to czas po którym połowa liczby atomów (jąder) izotopu promieniotwórczego ulegnie przemianie (rozpadowi).

Zamiast m - masy możemy podstawić inne wartości np. I - intensywność rozpadu promieniotwórczego lub N - liczbę jąder.

Promieniotwórczość sztuczna

We wszystkich sztucznych przemianach suma liczb atomowych Z i suma liczb masowych A substratów jest równa tym liczbom produktów.

• synteza - powstają jądra pierwiastków cięższych od uranu, najczęściej wskutek bombardowania cząstkami alfa, a cząstką emitowaną może być neutron lub proton.

• rozszczepienie jądra - duże jądro atomowe pod wpływem promieniowania neutronowego rozpada się na mniejsze jądra i powstają nowe neutrony, które bombardują następne jądra. Jest, to tzw. reakcja łańcuchowa, która przebiega w sposób kontrolowany w reaktorach i niekontrolowany w bombach atomowych. proces ten jest wysokoenergetyczny.

Masa krytyczna - to masa materiału rozszczepialnego, po przekroczeniu której reakcja rozszczepienia jąder przebiega wybuchowo.
Fuzja - to zderzenie jąder atomowych.

Szybkość przemian promieniotwórczych

Zależy od zgromadzonej ilości materiału, im więcej materiału jest zgromadzone w jednym miejscu, tym szybciej się on rozpada.

                                                 v= k*N                   k-stała szybkości rozpadu prom.
                                                                                                                    N-liczba jąder (lub masa lub stężenie)


Pierwiastki radioaktywne, które warto pamiętać na maturę:

-stront
-aktyn
-bizmut
-frans
-polon
-rad


**********************************************************************************

Rozpatrzmy, to na zadaniu przykładowym.

Matura maj 2013

Zad. 4

Jednym z promieniotwórczych izotopów strontu jest ⁹⁰Sr. Jego okres półtrwania wynosi około 28 lat. Izotop ten jest bardzo niebezpieczny dla człowieka, ponieważ ze względu na swoje właściwości chemiczne łatwo wbudowuje się w tkankę kostną w miejsce nieradioaktywnego izotopu innego pierwiastka.
a) Oblicz, po jakim czasie z próbki ⁹⁰Sr o masie 51,2 mg pozostanie 0,4 mg tego izotopu.

Sposób I

Stosujemy wzory podane powyżej.
Dane:                                      n         m0                     n
m= 0,4mg                            2      =   ----                  2    = 128   (aby, to obliczyć stosujemy
m0= 51,2mg                                       m                                       rozkład na czynniki pierwsze)
T1/2=28lat
                                                                                   n=7 (tyle okresów połowicznego rozpadu było)

                                        t= t1/2 * n                         t=196 lat

Odp. Po 196 latach pozostanie 0,4mg tego izotopu.

Sposób II

Układamy tabelę.

t	0	1	2	3	4	5	6	7
Czas, lata	0	28	56	84	112	140	168	196
masa	51,2	25,6	12,8	6,4	3,2	1,6	0,8	0,4

Promocja elektronów, a stan wzbudzony

Otrzemy się dzisiaj o mechanikę kwantową.
Zadania w których każe się wam rozpisać konfigurację elektronową pierwiastka, mają pewien haczyk, a mianowicie należy pamiętać, ze są pierwiastki u których zachodzi tzw. promocja elektronów.

Promocja, to pewna nieregularność w konfiguracji elektronowej, elektron przeskakuje z jednej podpowłoki lub powłoki na drugą. Tłumaczy się, to faktem iż taka zmieniona konfiguracja jest korzystniejsza energetycznie dla takiego pierwiastka
 Chrom, miedź, srebro - to musicie po prostu zapamiętać !

• Cr (chrom) => ma 6elektronów walencyjnych ,  4s1 3d5 widzimy tutaj, orbital d uzyskuje dodatkowy elektron, który przechodzi z podpowłoki s (normalnie byłoby 4s2). Powstaje 6 niesparowanych elektronów.

• Cu (miedź) => 4s1 3d10 cała powłoka d zostaje zapełniona, kosztem elektronu z podpowłoki s.

• Ag (srebro) => 5s1 4d10 a tutaj z kolei elektron przeskoczył na powłokę o niższej energii, zapełniając całą powłokę d.

Stan wzbudzony

Czym jest wyjaśnię to na przykładzie zadania.
Witowski matura 2013 arkusz II
Zad.7
Stan wzbudzony polega na przeniesieniu elektronu lub elektronów z podpowłoki o niższej energii na podpowłokę o energii wyższej w obrębie tej samej powłoki (ważne!) celem uzyskania jak największej liczby pojedyńczo obsadzonych orbitali atomowych.
Na podstawie powyższych informacji podkreśl symbole atomów tych pierwiastków, które mogą ulec wzbudzeniu.

                          C                  N               S              O           Cl

Na czerwono zaznaczyłam odpowiedzi.
Musicie rozpisać sobie konfiguracje elektronowe pierwiastków, również klatkowo i zerkać na nie czytając moje wyjaśnienie.

stan podstawowy

Elektron może przeskoczyć z podpowłoki s na podpowłokę p (wszystko w obrębie powłoki 2)

stan wzbudzony

Azot ma 1 elektron więcej i on nie może wskoczyć wyżej (ulec wzbudzeniu) bo powłoka 2 ma tylko powłokę s i p. Nie może wskoczyć na powłokę 3.

Siarka oczywiście może ulec wzbudzeniu gdyż elektron z podpowłoki 3p wskoczy na podpowłokę 3d.

Stan wzbudzenia I : 3s2 3p3 3d1

Stan wzbudzenia II (drugi elektron przeskakuje) : 3s1 3p3 3d2

Tlen nie ulega wzbudzeniu, bo elektron nie może przeskoczyć na trzecią powłokę.

Chlor może ulec trzem stanom wzbudzenia, ostatni: 3s1 3p3 3d3.

Ufff... Jak, to sobie rozrysujecie okaże się, ze nie jest to takie trudne zadanie. 





W kolejnym poście zaczynamy już solidną powtórkę materiału.

Czytajcie posty w ramach odświeżenia wiadomości i róbcie matury! Jeśli jesteś tegorocznym maturzystą idealnie byłoby robić przynajmniej przynajmniej 3-4 arkusze tygodniowo, z czasem nabierzemy wprawy ;).

 *******************************************************************************


W ramach oderwania podaje przepis na pyszny zdrowy koktajl, który będzie doskonałą przekąską przed nauką.

Koktajl bananowy:

-banan jeden lub dwa

-mleko lub jogurt naturalny w zależności czy wolimy gęstszy czy bardziej wodnisty napój dajemy odpowiednią proporcję

-łyżeczka zarodków pszennych i łyżeczka otrębów owsianych

-kilka orzeszków (np. włoskich lub nerkowca) do przygryzienia

Pycha! <3

                       

Mechanizmy na maturze - zadania

Obiecane zadania z mechanizmów. jak widzicie pojawiają się one rok po roku, objaśnienie tego na blogu było trafną decyzją.

Matura maj 2013

Zadanie 19.
W ttemperaturze około 80^oC i w obecności kwasu siarkowego(VI) cząsteczki 2-metylopropenu ulegają dimeryzacji zachodzącej według schematu:

W mieszaninie poreakcyjnej stwierdza się obecność dwóch alkenów o podanym wzorze sumarycznym, różniących się położeniem wiązania podwójnego w cząsteczce. W wyniku całkowitego uwodornienia mieszaniny powstaje jeden związek 2,2,4-trimetylopentan.

a) Napisz wzory półstrukturalne (grupowe) obu izomerów, powstających w reakcji addycji dwóch cząsteczek 2-metylopropenu.

Izomer I:

2,4,4-trimetylopent-2-en

Izomer II:

2,4,4-trimetylopent-1-en

b) Określ, według jakiego mechanizmu, nukleofilowego czy elektrofilowego, przebiega reakcja uwodornienia każdego z opisanych izomerów, w wyniku której powstaje 2,2,4-trimetylopentan

Odp. elektrofilowego.

Matura maj 2012

Zadanie 25. (2 pkt)
Na przykładzie reakcji chloru z etanem i chloru z benzenem porównaj mechanizm 
reakcji substytucji, którym ulegają  węglowodory nasycone i aromatyczne. Uzupełnij 
poniższe zdania, wybierając nazwy spośród podanych w nawiasach (wybrane nazwy 
podkreśl). 
1. Etan ulega reakcji substytucji (  elektrofilowej  /  nukleofilowej  /  wolnorodnikowej  ). 
Drobiny, które reagują bezpośrednio z cząsteczkami etanu, to (  atomy chloru Cl* /  
cząsteczki chloru Cl2  /  aniony chlorkowe Cl–  ). Są one (  rodnikami  /  elektrofilami   
/  nukleofilami  ), które powstają z cząsteczek chloru pod wpływem (  światła  /  FeCl3 jako katalizatora  /  rozpuszczalnika  ). 
2. Benzen ulega reakcji substytucji (  elektrofilowej  /  nukleofilowej  /  wolnorodnikowej  ). 
Drobiny, które reagują bezpośrednio z cząsteczkami benzenu, są
(  rodnikami  /  elektrofilami  /  nukleofilami  ). Powstają one z cząsteczek chloru pod 
wpływem (  światła  /  FeCl3 jako katalizatora  /  rozpuszczalnika  ). 

Matura maj 2011

Informacja do zadania 20 i 21
W laboratorium chemicznym alkany można otrzymać kilkoma sposobami, między innymi w reakcji halogenków alkilów z sodem przeprowadzonej w podwyższonej temperaturze. Przemiana ta prowadzi do wydłużenia łańcucha węglowego. Charakterystycznymi dla alkanów są przemiany z substancjami niepolarnymi. Taką reakcją jest podstawienie, np. atomu chloru w miejsce atomu wodoru, przebiegające pod wpływem światła lub ogrzania. Powstająca w tej przemianie monochloropochodna może – w podwyższonej temperaturze i w alkoholowym roztworze wodorotlenku potasu – ulegać reakcji eliminacji, tworząc związek nienasycony. Powstały alken przyłącza wodę w obecności kwasu siarkowego(VI), dając alkohol.

Opisane przemiany można przedstawić poniższym schematem.









 20. Napisz, stosując wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych, równania reakcji oznaczonych na podanym schemacie numerami 1, 3. Skorzystaj z informacji i w równaniach reakcji (nad strzałkami) napisz warunki, w jakich zachodzą te przemiany.

Odp.

21.
a) Określ, według jakiego mechanizmu: elektrofilowego, nukleofilowego czy rodnikowego przebiega reakcja oznaczona na schemacie numerem 2. 
Odp. substytucja rodnikowa

b) Określ, czy nieorganiczny reagent reakcji oznaczonej na schemacie numerem 4 jest czynnikiem elektrofilowym, czy nukleofilowym. 
Odp. Czynnik nukleofilowy

Matura maj 2010

Zad.23
Poniżej podano dwa ciągi przemian chemicznych, w wyniku których otrzymano związki organiczne B i D.

Poniżej podano dwa ciągi przemian chemicznych, w wyniku których otrzymano związki organiczne B i D.

a) Narysuj wzór półstrukturalny (grupowy) związku oznaczonego literą B oraz podaj nazwę systematyczną związku oznaczonego literą D.

Wzór związku B: CH₃–CO–CH₃
Nazwa związku D: propanal

b) Stosując podział charakterystyczny dla chemii organicznej, określ typ reakcji, w wyniku których powstały związki oznaczone literami A i C.

substytucji nukleofilowej