Χημεία Γ’ Γενι­κού Λυκεί­ου

Οι φυσικές επιστήμες στο σχολείο...

Η σελί­δα είναι υπό δια­μόρ­φω­ση.

Περιο­δι­κός Πίνα­κας Στοι­χεί­ων

Θέμα­τα Ιστο­ρί­ας της Χημεί­ας

6

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ & ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ

Τρο­χια­κό — Κβα­ντι­κοί αριθ­μοί — Αρχές δόμη­σης πολυ­η­λε­κτρο­νι­κών ατό­μων — Δομή περιο­δι­κού πίνα­κα — Στοι­χεία μετά­πτω­σης — Μετα­βο­λή ορι­σμέ­νων περιο­δι­κών ιδιο­τή­των

Η σύγ­χρο­νη Χημεία στη­ρί­ζε­ται σε μια βαθιά κατα­νό­η­ση της δομής και της συμπε­ρι­φο­ράς των ατό­μων. Εδώ παρου­σιά­ζο­νται οι θεμε­λιώ­δεις ιδέ­ες που οδή­γη­σαν στη δια­μόρ­φω­ση του κβα­ντι­κού μοντέ­λου του ατό­μου — ένα μοντέ­λο που άλλα­ξε ριζι­κά τον τρό­πο με τον οποίο αντι­λαμ­βα­νό­μα­στε την ύλη.

Σε αυτή την ενό­τη­τα γνω­ρί­ζου­με τον τρό­πο με τον οποίο η κβα­ντι­κή μηχα­νι­κή περι­γρά­φει τη θέση και την ενέρ­γεια των ηλε­κτρο­νί­ων στο άτο­μο. Οι τέσ­σε­ρις κβα­ντι­κοί αριθ­μοί και τα ατο­μι­κά τρο­χια­κά απο­τε­λούν το θεμέ­λιο για την κατα­νό­η­ση της ηλε­κτρο­νια­κής δομής και των χημι­κών ιδιο­τή­των των στοι­χεί­ων.

Σε αυτή την ενό­τη­τα μαθαί­νου­με πώς κατα­νέ­μο­νται τα ηλε­κτρό­νια στα τρο­χια­κά των πολυ­η­λε­κτρο­νια­κών ατό­μων. Οι κανό­νες δόμη­σης απο­τε­λούν βασι­κό εργα­λείο για την κατα­νό­η­ση της ηλε­κτρο­νια­κής δια­μόρ­φω­σης, της θέσης των στοι­χεί­ων στον περιο­δι­κό πίνα­κα και των χημι­κών τους ιδιο­τή­των.

Ο Περιο­δι­κός Πίνα­κας δεν είναι απλώς μια λίστα στοι­χεί­ων είναι ένας χάρ­της που απο­κα­λύ­πτει την εσω­τε­ρι­κή οργά­νω­ση της ύλης και τις σχέ­σεις ανά­με­σα στα δομι­κά της κομ­μά­τια. Στην παρού­σα ενό­τη­τα εξε­ρευ­νού­με πώς προ­έ­κυ­ψε η δομή του Περιο­δι­κού Πίνα­κα, τι πλη­ρο­φο­ρί­ες κρύ­βει και για­τί απο­τε­λεί ένα από τα πιο ισχυ­ρά εργα­λεία στη Χημεία. Στό­χος μας είναι να κατα­νο­ή­σου­με τη λογι­κή πίσω από την ταξι­νό­μη­ση των στοι­χεί­ων και να δού­με πώς αυτή η οργά­νω­ση μάς βοη­θά να προ­βλέ­που­με ιδιό­τη­τες και συμπε­ρι­φο­ρές.

Πόσο «μεγά­λο» είναι ένα άτο­μο; Πόσο εύκο­λα χάνει ή κερ­δί­ζει ηλε­κτρό­νια; Και για­τί κάποια στοι­χεία συμπε­ρι­φέ­ρο­νται σαν… πρω­τα­θλη­τές στις αντι­δρά­σεις, ενώ άλλα μοιά­ζουν εντε­λώς αδιά­φο­ρα; Σε αυτήν την ενό­τη­τα θα δού­με πώς όλα αυτά συν­δέ­ο­νται με τη θέση κάθε στοι­χεί­ου στον Περιο­δι­κό Πίνα­κα, καθώς παρα­τη­ρεί­ται μετα­βο­λή των περιο­δι­κών ιδιο­τή­των τους. Θα γνω­ρί­σου­με, δηλα­δή, ιδιό­τη­τες που αλλά­ζουν με συγκε­κρι­μέ­νο τρό­πο — όχι τυχαία — και θα ανα­κα­λύ­ψου­με πώς αυτές οι περιο­δι­κές μετα­βο­λές μάς βοη­θούν να «δια­βά­ζου­με» τη συμπε­ρι­φο­ρά των στοι­χεί­ων πριν καν τα μελε­τή­σου­με σε μια αντί­δρα­ση.

7

ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

Δομή οργα­νι­κών ενώ­σε­ων — Διπλός και Τρι­πλός Δεσμός — Κατη­γο­ρί­ες οργα­νι­κών αντι­δρά­σε­ων — Δια­κρί­σεις

8

ΔΙΑΜΟΡΙΑΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ — ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΥΛΗΣ — ΠΡΟΣΘΕΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

Δια­μο­ρια­κές δυνά­μεις — Ώσμω­ση — Ωσμω­τι­κή Πίε­ση

2

ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ

Μετα­βο­λή Ενέρ­γειας στις χημι­κές μετα­βο­λές — Ενδόθερμες/εξώθερμες αντι­δρά­σεις — Θερ­μό­τη­τα αντί­δρα­σης — Ενθαλ­πία — Νόμοι Θερ­μο­χη­μεί­ας

3

ΧΗΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ

Χημι­κή αντί­δρα­ση — Ταχύ­τη­τα αντί­δρα­σης — Παρά­γο­ντες που επη­ρε­ά­ζουν την ταχύ­τη­τα — Νόμος ταχύ­τη­τας — Μηχα­νι­σμός χημι­κής αντί­δρα­σης

Για­τί ένα σιδε­ρέ­νιο κάγκε­λο χρειά­ζε­ται χρό­νια για να σκου­ριά­σει, ενώ ένα πυρο­τέ­χνη­μα μετα­μορ­φώ­νε­ται σε φως και ήχο μέσα σε κλά­σμα­τα του δευ­τε­ρο­λέ­πτου; Παρό­λο που και τα δύο φαι­νό­με­να είναι χημι­κές αντι­δρά­σεις, εξε­λίσ­σο­νται σε εντε­λώς δια­φο­ρε­τι­κούς χρό­νους. Σε αυτήν την ενό­τη­τα αφή­νου­με για λίγο την “ποιό­τη­τα” των αντι­δρά­σε­ων (το τι παρά­γε­ται) και εστιά­ζου­με στον “χρό­νο” δηλα­δή στο πόσο γρή­γο­ρα συμ­βαί­νει μια μετα­βο­λή. Τα όπλα στη φαρέ­τρα μας είναι η Θεω­ρία Συγκρού­σε­ων και η απαί­τη­ση για επαρ­κή ενέρ­γεια ενερ­γο­ποί­η­σης (Ea).

Σκε­φτεί­τε τον χημι­κό επι­στή­μο­να όχι απλώς ως παρα­τη­ρη­τή, αλλά ως “ρυθ­μι­στή” της ύλης. Στη βιο­μη­χα­νία, θέλου­με τα προ­ϊ­ό­ντα να παρά­γο­νται γρή­γο­ρα για να έχου­με κέρ­δος. Αντί­θε­τα, στα τρό­φι­μα ή στα φάρ­μα­κα, παλεύ­ου­με να επι­βρα­δύ­νου­με τις αντι­δρά­σεις αλλοί­ω­σης. Πού κρύ­βε­ται όμως το “γκά­ζι” και το “φρέ­νο” μιας χημι­κής αντί­δρα­σης; Εδώ θα ασχο­λη­θού­με με τους παρά­γο­ντες οι οποί­οι επη­ρε­ά­ζουν τον ρυθ­μό εξέ­λι­ξης μιας χημι­κής αντί­δρα­σης. Ένα σημα­ντι­κό μέρος του υλι­κού είναι αφιε­ρω­μέ­νο στην κατά­λυ­ση, ορί­ζο­ντας τους κατα­λύ­τες ως ουσί­ες που επι­τα­χύ­νουν τις αντι­δρά­σεις μειώ­νο­ντας την Ενέρ­γεια Ενερ­γο­ποί­η­σης χωρίς να κατα­να­λώ­νο­νται.

Στο μάθη­μα αυτό δια­τυ­πώ­νε­ται και ανα­λύ­ε­ται ο νόμος της ταχύ­τη­τας μιας χημι­κής αντί­δρα­σης που συν­δέ­ει την ποσό­τη­τα των αντι­δρώ­ντων ουσιών με τον ρυθ­μό μετα­βο­λής.

4

ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

Χημι­κή ισορ­ρο­πία — Από­δο­ση αντί­δρα­σης — Παρά­γο­ντες που επη­ρε­ά­ζουν τη θέση της χημι­κής ισορ­ρο­πί­ας — Αρχή Le Chatelier — Στα­θε­ρά χημι­κής ισορ­ρο­πί­ας

Στη Χημεία, όπως και στη ζωή, τα πράγ­μα­τα σπά­νια είναι μονό­δρο­μος. Μέχρι τώρα, θεω­ρή­σα­με δεδο­μέ­νο ότι μια αντί­δρα­ση προ­χω­ρά μέχρι να εξα­ντλη­θούν τα αντι­δρώ­ντα. Τι συμ­βαί­νει όμως όταν τα ίδια τα προ­ϊ­ό­ντα αρχί­ζουν να αντι­δρούν μετα­ξύ τους, γυρί­ζο­ντας τη δια­δι­κα­σία προς τα πίσω;

Έχε­τε προ­σέ­ξει ποτέ πώς αντι­δρά ένα ελα­τή­ριο όταν το πιέ­ζε­τε; Όσο πιο πολύ το σπρώ­χνε­τε, τόσο αυτό αντι­στέ­κε­ται για να επα­νέλ­θει. Κάπως έτσι λει­τουρ­γεί και η Χημι­κή Ισορ­ρο­πία! Η φύση απε­χθά­νε­ται τις από­το­μες αλλα­γές. Όταν δια­τα­ράσ­σου­με ένα σύστη­μα σε ισορ­ρο­πία, αυτό θα κάνει τα πάντα για να αναι­ρέ­σει (εν μέρει) την αλλα­γή που του επι­βά­λα­με. Αυτή είναι η περί­φη­μη Αρχή Le Chatelier.

Σε αυτή την ενό­τη­τα γνω­ρί­ζου­με έναν από τους πιο σημα­ντι­κούς ποσο­τι­κούς δεί­κτες στη Χημεία: τη στα­θε­ρά χημι­κής ισορ­ρο­πί­ας \( (K_c) \). Η τιμή της εκφρά­ζει το πού «τεί­νει» ένα αντι­στρε­πτό χημι­κό σύστη­μα οδεύ­ο­ντας προς την ισορ­ρο­πία και επι­τρέ­πει την πρό­βλε­ψη της σύστα­σης του μείγ­μα­τος προ­ϊ­ό­ντων και αντι­δρώ­ντων.

5

ΟΞΕΑ, ΒΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

Οξέα — Βάσεις — Ιοντι­σμός οξέ­ων και βάσε­ων — Ιοντι­σμός νερού και pH — Επί­δρα­ση κοι­νού ιόντος — Ρυθ­μι­στι­κά δια­λύ­μα­τα — Δείκτες/ογκομέτρηση

Σε αυτή την ενό­τη­τα εξε­τά­ζου­με τις θεμε­λιώ­δεις έννοιες που περι­γρά­φουν τη συμπε­ρι­φο­ρά των ηλε­κτρο­λυ­τών όταν αλλη­λε­πι­δρούν με το νερό. Ερμη­νεύ­ου­με τη συμπε­ρι­φο­ρά των δια­λυ­μά­των, δια­κρί­νου­με τη διά­στα­ση από τον ιοντι­σμό, ξεχω­ρί­ζου­με ισχυ­ρά και ασθε­νή οξέα/βάσεις και προ­σεγ­γί­ζου­με πιο σύν­θε­τα φαι­νό­με­να οξέων‑βάσεων.

Πόσο “στα­τι­κό” είναι τελι­κά ένα ποτή­ρι καθα­ρό νερό; Πίσω από τη φαι­νο­με­νι­κή του ηρε­μία, κρύ­βε­ται μια αέναη, δυνα­μι­κή ισορ­ρο­πία που απο­τε­λεί το θεμέ­λιο όλης της Χημεί­ας των υδα­τι­κών δια­λυ­μά­των. Σε αυτή την ενό­τη­τα, εξη­γεί­ται ο μηχα­νι­σμός του αυτοϊ­ο­ντι­σμού του νερού ώστε να γίνει αντι­λη­πτό πώς μια απλή ανταλ­λα­γή πρω­το­νί­ων οδή­γη­σε στην ανά­γκη για την κλί­μα­κα pH. Από το μικρο­σκο­πι­κό επί­πε­δο των συγκε­ντρώ­σε­ων, περ­νά­με στο μακρο­σκο­πι­κό επί­πε­δο της μέτρη­σης, ξεκλει­δώ­νο­ντας τη λογι­κή πίσω από τους αριθ­μούς που καθο­ρί­ζουν την οξύ­τη­τα των δια­λυ­μά­των.

1

ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ

Αριθ­μός οξεί­δω­σης — Οξεί­δω­ση — Ανα­γω­γή — Οξειδωτικά/Αναγωγικά σώμα­τα — Αντι­δρά­σεις οξει­δο­α­να­γω­γής