Wykład 20 Chemia nieorganiczna 1

Chemia nieorganiczna

1. Układ okresowy – metale i niemetale
2. Oddziaływania inter- i intramolekularne
3. Ciała stałe – rodzaje sieci krystalicznych
4. Przewodnictwo ciał stałych

Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

07_117
Pierwiastki
1 18
1 niemetale 2
H 2 13 14 15 16 17 He
3 4 5 6 7 8 9 10
Li Be metale B C N O F Ne
11 12 13 14 15 16 17 18
Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111
Fr Ra Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu

2
Lanthanide 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

07_117
Pierwiastki
1 18
1 gazy 2
H 2 13 14 15 16 17 He
3 4 5 6 7 8 9 10
Li Be ciecze B C N O F Ne
11 12 13 14 15 16 17 18
Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111

3
Lanthanide 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

Pierwiastki

skład skorupy
ziemskiej

związki nieorganiczne 4


Oddziaływania intra- i
intermolekularne

Jakie siły wiążą cząsteczki
pomiędzy sobą?

5

intermolekularne

Rodzaje oddziaływań

Jonowe
siła oddziaływania

jon-jon (inter)
Dipolowe dipol-dipol (intra)
Dyspersyjne dipol indukowany-dipol indukowany (intra)

6


intermolekularne


Jonowe
Dipolowe
Dyspersyjne

e

+ -

7


intermolekularne


Jonowe
Dipolowe
Dyspersyjne

cząsteczki spolaryzowane=dipole
+δ -δ

8


intermolekularne


Jonowe
Dipolowe
Dyspersyjne

cząsteczki spolaryzowane=dipole
moment dipolowy ≠0 +δ -δ

µ=δ.l
9


intermolekularne

Rodzaje oddziaływań 10_208

– + – +
(a)

Jonowe –
+
Dipolowe +
– –
Dyspersyjne +
–
+ + –
– +
cząsteczki polarne=dipole –
moment dipolowy ≠0 – + +

µ=δ l . Attraction
Repulsion
(b)
10


intermolekularne

cząsteczka H2O
08_143

Jonowe
Lone pair
Bonding
pair
Dipolowe O
Bonding
pair
O
Dyspersyjne H
H

Lone pair
(a) (b)
-
O
C H
H
H
H
+
(c) 11


intermolekularne

Wiązania wodorowe
rodzaj oddziaływania:
Jonowe 90% dipol-dipol
10% kowalencyjne
Dipolowe
Dyspersyjne

cząsteczka H2O
-
O
H
H
+

12


intermolekularne

Wiązania wodorowe
rodzaj oddziaływania:
Jonowe 90% dipol-dipol
10% kowalencyjne
Dipolowe
Dyspersyjne

cząsteczka H2O
-
O
H
H
+

13


intermolekularne

Wiązania wodorowe
10_210

100

Jonowe
H2O

Groupa 6A

Dipolowe
Temperatura wrzenia, °C
HF
0 H 2Te

Dyspersyjne Groupa 7A
NH 3
H 2S
H 2Se
SbH 3
HI
AsH 3 SnH 4
HCl HBr
Groupa 5A
GeH 4
– 100 PH 3
Groupa 4A SiH 4

CH 4

– 200
2 3 4 5
okres

14


intermolekularne
07_117
Wiązania wodorowe
1 18
1 niemetale 2
H 2 13 14 15 16 17 He
3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17 18
Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111
15


intermolekularne

Wiązania wodorowe
Rodzaj atomów:
Jonowe - duża elektroujemność
Dipolowe - małe rozmiary
- wolna para elektronowa
Dyspersyjne
Charakter wiązania
- wiązanie donorowo-akceptorowe
- orbitale molekularne
zdelokalizowane
- energia wiązania ∼20kJ/mol
16


intermolekularne

Wiązania wodorowe

Jonowe
Dipolowe
Dyspersyjne

DNA 17


intermolekularne


Jonowe
Dipolowe
Dyspersyjne

atomy lub cząsteczki niepolarne polaryzowalność≠0
moment dipolowy =0 moment dip. indukowany

18

oddziaływania Londona, Van der Waalsa Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

intermolekularne

10_211
10_211

+ + + + H H H H H H H H

Jonowe Atom A A
Atom Atom B B
Atom
No No polarization
polarization
Molecule A A
Molecule Molecule B B
Molecule
No No polarization
polarization

Dipolowe δ– δ– δ+ δ+
δ– δ– δ+ δ+

Dyspersyjne + + + + H H H H H H H H

Atom A A
Atom Atom B B
Atom Molecule A A
Molecule
Instantaneous dipole on on atom A
Instantaneous dipole atom A Instantaneous dipole on on molecule A
Instantaneous dipole molecule A
induces a dipole on on atom B
induces a dipole atom B induces a dipole on on molecule B
induces a dipole molecule B

polaryzowalność≠0
moment dip. Indukowany δ– δ– δ+ δ+ δ– δ– δ+ δ+ δ– δ– δ+ δ+ δ– δ– δ+ δ+
H H H H H H H H
+ + + +

zależy od rozmiarów cząsteczek Atom A A
Atom Atom B B
Atom Molecule A A
Molecule

(a) (a) (b) (b) 19


intermolekularne

p=1 atm
Pierwiastek Temperatura
Jonowe wrzenia, °C
He* -269.7
Dipolowe
Ne -248.6
Dyspersyjne
Ar -189.4

Kr -157.3

Xe -111.9

Film: LONDON.MOV
*
p>1 atm
20


intermolekularne

Przykład 1 Jakie oddziaływania występują pomiędzy
cząsteczkami?
NH4Cl
CF3(CF2CF2)nCF3 (teflon)
CH3(CH2CH2)nCH3 (polietylen)
CHCl3
BaSO4
P4
NO
BF3 21


intermolekularne

Przykład 2 Dla której cząsteczki w parze oddziaływania
intramolekularne są większe i dlaczego?
CO2 OCS
PF3 PF5
CH3CH2CH2NH2 NH2CH2CH2NH2
HF HBr
SO3 SO2
CH3OH H2CO

22


intermolekularne

Przykład 3 Uzasadnij różnice w temperaturach wrzenia:

CH3CH2CH2CH2CH3 36.2 oC n-pentan

CH3

CH3 C CH3 9.5 oC neopentan

CH3

23


intermolekularne


CH3OCH3 -25 oC eter dimetylowy

CH3CH2OH 79 oC alkohol etylowy

24


intermolekularne


CH3CH2CH2CH2CH3 36.2 oC n-pentan

CH3CH2CH3 -42 oC n-propan

25


intermolekularne


CH3OCH3 -25 oC eter dimetylowy

CH3CH2CH3 -42 oC n-propan

26


intermolekularne


HCl -85 oC

LiCl 1360 oC

27


Oddziaływania
intermolekularne
e

+ - jonowe siła Coulomba
+ -

+δ -δ
dipolowe moment dipolowy
l µ =δ ·l > 0

dyspersyjne polaryzowalność

-δ
µ =δ ·l = 0
+δ

α >0

+δ -δ +δ -δ
28


Ciała stałe

Struktury krystaliczne
1. Co to jest sieć krystaliczna?
2. Jakie są rodzaje sieci?
3. Jakie są rodzaje krystalicznych ciał stałych?

29

Ciała stałe

komórka typ sieci przykład
Unit cell
elementarna Lattice Example

(a)
Polonium
metal

Simple cubic

regularna
(b) 30
Uranium Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Ciała stałe
Unit cell Lattice Example

(a)
Polonium
Struktury krystaliczne metal

komórka cubic
Simple typ sieci przykład
elementarna

(b)
Uranium
metal

Body-centered
cubic
bcc
(c) regularna przestrzennie centrowana
31
Gold
metal Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Polonium
metal

Ciała stałe
Simple cubic

(b)
Uranium

metal

Body-centered
komórka typ sieci przykład
elementarna
cubic

(c)
Gold
metal

Face-centered
cubic

fcc
regularna płasko centrowana
32


Ciała stałe 10_213
Unit cell Lattice Example

(a)
Polonium

Struktury krystaliczne metal

Simple cubic

(b)
Uranium
metal

Body-centered
cubic

(c)
Gold
metal

Face-centered 33
cubic

Ciała stałe

Jak je określać?

XRD – X-ray diffraction
dyfrakcja promieni rentgenowskich

34


Ciała stałe

XRD – X-ray diffraction
dyfrakcja promieni rentgenowskich
10_215

promienie padające
Incident rays promienie odbite
Reflected rays

Równanie Braggów θ
w
θ

nλ = 2d ⋅ sin (θ ) θ θ
d
x z

y
35


Ciała stałe
10_216

Rodzaje krystalicznych ciał stałych

= Cl−
= H 2O
=C = Na+
Diamond Sodium chloride Ice
(a) atomowe (b) jonowe (c) molekularne
36


Ciała stałe

Rodzaje krystalicznych ciał stałych
atomowe molekularne jonowe

niemetal.
metal. / grupa 8
kowalenc.
w węźle atomy atomy
grupa 8 cząsteczki jony
sieci metalu niemetalu
wiązania/ Kowalen. kowalenc. dipolowe
dyspers. jonowe
oddziaływ zdelokal. skierowane dyspersyjne
37


Sieci krystaliczne

atomowe

38

07_117
Metale
1 18
1 niemetale 2
H 2 13 14 15 16 17 He
3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17 18
Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111

39
Lanthanide 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

Metale

Sposoby ciasnego upakowania sieci

40


Metale

sieć heksagonalna - hcp
10_218 10_220

b
(a) A 9 8
7

(b)
5 4
Ba
6 3
1 2
(c) Top view

Ab 10 12
11
Atom in third layer
lies over atom in
first layer. hcp
41


Metale


sieć hcp fcc 42


Metale


fcc hcp
43


Przykłady
Metale
Metal Crystal Structure Atomic Radius (nm)
Aluminum FCC 0.1431
Cadmium HCP 0.1490
Chromium BCC 0.1249
Cobalt HCP 0.1253
Copper FCC 0.1278
Gold FCC 0.1442
Iron (Alpha) BCC 0.1241
Lead FCC 0.1750
Magnesium HCP 0.1599
Molybdenum BCC 0.1363
Nickel FCC 0.1246
Platinum FCC 0.1387
Silver FCC 0.1445
Tantalum BCC 0.1430
Titanium (Alpha) HCP 0.1445
Tungsten BCC 0.1371
44
Zinc HCP 0.1332

Metale

Wiązania – struktura pasmowa
1 2 3 4
energia

3s1

Na 45


Metale

16 6⋅1023
energia

3s

3s1
pasmo walencyjne
46


Metale

16 6⋅1023
energia

3p pasmo przewodnictwa
3p
3s pasmo walencyjne

3s1

47


Metale

Przewodniki – struktura pasmowa
pasmo przewodnictwa
energia

3p najniższy nieobsadzony poziom
najwyższy obsadzony poziom

3s

Na pasmo walencyjne 48


07_117
Pierwiastki
1 18
1 niemetale 2
H 2 13 14 15 16 17 He
3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17 18
Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111

49
Lanthanide 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

Niemetale

Węgiel
1s22s22p2

hybrydyzacja atomów węgla

50


Niemetale

Węgiel
diament grafit

51
odmiany alotropowe o różnych strukturach2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
Copyright © krystalicznych

Niemetale

Węgiel
diament grafit

sp3 sp2
52
odmiany alotropowe o różnych strukturach krystalicznych reserved.
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights

Niemetale

Węgiel 10_257
1011
Diamond

diagram fazowy
Liquid
109

Pressure (Pa)
Graphite

107
Vapor

W jakich warunkach można
prowadzić przemianę grafitu w
0 2000 4000 6000
diament?
Temperature (K)
53


Niemetale

Węgiel
grafit

Jakie właściwości
wynikają ze
struktury grafitu?

- anizotropowość
54


Niemetale

Węgiel
grafit

Jakie właściwości
wynikają ze
struktury grafitu?

- anizotropowość
- przewodnictwo
elektryczne 55

Copyright © 2000 by Harcourt, π
tworzenie zdelokalizowanego orbitaluInc. All rights reserved.

Niemetale

Węgiel
fuleren C60

56
odmiana alotropowa węglaInc. All rights reserved.
Copyright © 2000 by Harcourt,

Niemetale?

Krzem
1s22s22p63s23p2

German
1s22s22p63s23p23d104s24p2

57


Półmetale

Krzem

German

58


Półprzewodniki

Struktura pasmowa

pasmo przewodnictwa
energia

najniższy nieobsadzony poziom
przerwa energetyczna
e najwyższy obsadzony poziom

pasmo walencyjne 59


Półprzewodniki

Domieszki
Si+B Si+As

typ p typ n
60


Półprzewodniki

Domieszki

typ p typ n
61


Struktura pasmowa

Podsumowanie
Jakie własności wynikają z
krystalicznej budowy ciał pasmo przewodnictwa
stałych?
energia

przerwa energetyczna

pasmo walencyjne

przewodniki półprzwewodniki izolary
62


Sieci krystaliczne

molekularne

63

Sieci molekularne

Woda 18_390

struktura lodu

Oxygen

Hydrogen

64


Sieci molekularne

krzemiany

SiO2 Si:O=1:2 kwarc

SiO44- Si:O<1:2 minerały krzemianowe

kation równowazy ładunek w tym glinokrzemiany
Na+, Mg2+, Fe2+, Zr2+
65


Krzemiany
anion SiO44- kwarc

sieć
warstwa przestrzenn
izolowane łańcuchy podwójne a
tetraedry łańcuchy

66
oliwin piroksen amfibol muskowit skaleń

Krzemiany
tetraedr
(SiO4)4-

67


Krzemiany

68


Krzemiany

oliwiny  ferromagnetyzm
ciemne (Fe-Mg)

brak
lupliwości

69


Krzemiany

pirokseny
ferromagnetyzm, ciemne (Fe-Mg)

augit

lupliwość
2 kierunki 90o

70


Krzemiany

amfibole
ferromagnetyzm, ciemne (Ca, Fe-Mg)

hornblenda

lupliwość
2 kierunki

71


Krzemiany

miki, gliny  brak ferromagnetyzmu
jasne (K, Al)

muskowit

lupliwość
1 kierunek
72


Krzemiany

skalenie (K)
jasne (K-Na-Ca, Al)

ortoklaz

plagioklaz

lupliwość
2 kierunki

(Ca, Na) 73


Szkło i kwarc

amorficzne krystaliczny
74


Szkło i kwarc

75


Szkło

typ zawartość, %
SiO2 CaO Na2O B2O3 Al2O3 K2O MgO

sodowe 72 11 13 - 0.3 3.8 -
(szyby)
glinokrzemianowe 55 15 - - 20 - 10
(naczynia)
boranowe 76 3 5 13 2 0.5 -
(termicznie
odporne materiały)
optyczne 69 12 6 0.3 - 12 - 76


Ceramika

Skalenie (K2O lub Na2O ⋅Al2O3⋅6SiO2)
Kaolinity (Al2Si2O5(OH)4)

77


Sieci krystaliczne

jonowe

78

Sieci jonowe
Podsieć anionowa

regularna A heksagonalna
A
płasko B
hcp
B
centrowana
C A
fcc

79


Sieci jonowe
Podsieć anionowa typu fcc

luki oktaedryczne luki tetraedryczne

80


Sieci jonowe

Przykłady

81


Sieci jonowe
Struktura NaCl
luki tetraedryczne luki oktaedryczne

Cl-

Na+

Podsieć Cl- typu fcc
Na+ w lukach oktaedrycznych
82


Sieci jonowe
Struktura ZnS

S2-

Zn2+

Podsieć S2- typu fcc
Zn2+ w polowie luk tetraedrycznych
83


Sieci jonowe
Struktura CaF2
luki tetraedryczne luki oktaedryczne

Ca2+

F-

Podsieć Ca2+ typu fcc
F- w lukach tetraedrycznych
84


Wykład 20 Chemia nieorganiczna 1

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Destaque

Destaque (10)

Mais de lojewska

Mais de lojewska (15)

Wykład 20 Chemia nieorganiczna 1