Podstawy chemii: materia, atomy, roztwory i reakcje

Materia ma budowę ziarnistą: tworzą ją małe cząstki pozostające w ciągłym ruchu. Samorzutne przenikanie się cząstek jednej substancji między cząstki drugiej to dyfuzja.

Substancje dzielą się na pierwiastki chemiczne i związki chemiczne. Pierwiastek jest substancją prostą, której nie można rozłożyć na prostsze substancje. Związek chemiczny zawiera co najmniej dwa pierwiastki połączone trwale.

Mieszaniny powstają przez zmieszanie co najmniej dwóch substancji. W mieszaninie jednorodnej składników nie można odróżnić, a w niejednorodnej są one rozpoznawalne.

Gęstość jest stosunkiem masy do objętości: $d=\frac{m}{V}$.

Atom jest najmniejszą częścią pierwiastka zachowującą jego właściwości chemiczne. Składa się z dodatnio naładowanego jądra atomowego oraz elektronów poruszających się wokół niego.

Jądro zawiera protony i neutrony. Proton ma ładunek dodatni i masę $1\,u$, neutron nie ma ładunku i także ma masę $1\,u$. Elektron ma ładunek ujemny oraz masę $\frac{1}{1840}\,u$.

Liczba atomowa $Z$ odpowiada liczbie protonów. Liczba masowa $A$ jest sumą protonów i neutronów. Izotopy tego samego pierwiastka różnią się liczbą neutronów.

Elektrony na ostatniej powłoce to elektrony walencyjne. W układzie okresowym pierwiastki są ułożone według rosnącej liczby atomowej. Numer okresu wskazuje liczbę powłok elektronowych.

Wiązanie chemiczne jest trwałym połączeniem atomów wynikającym z oddziaływań elektronów walencyjnych. Atomy mogą uzyskiwać oktet lub dublet elektronowy.

Wiązanie kowalencyjne powstaje przez utworzenie wspólnych par elektronowych. Jest niespolaryzowane, gdy różnica elektroujemności wynosi $0$, a spolaryzowane, gdy różnica jest mniejsza od $1,7$ i większa od $0$.

Gdy atom oddaje elektrony walencyjne, powstaje dodatni jon, czyli kation. Przyjęcie elektronów prowadzi do powstania ujemnego jonu, czyli anionu. Przyciąganie kationów i anionów tworzy wiązanie jonowe.

Wartościowość określa liczbę wiązań, które może utworzyć atom. W równaniu chemicznym substraty zapisuje się po lewej stronie, a produkty po prawej.

Powietrze jest mieszaniną jednorodną gazów. Około $21\%$ jego objętości stanowi tlen, około $78\%$ azot, a pozostałą część przede wszystkim gazy szlachetne. Woda i tlenek węgla(IV) mają zmienną zawartość.

Tlen jest gazem bezbarwnym, słabo rozpuszczalnym w wodzie i podtrzymuje spalanie, ale sam się nie pali. Tlenek węgla(IV) jest bezbarwnym gazem, który nie podtrzymuje spalania i reaguje z bardzo aktywnymi chemicznie metalami.

Higroskopijność oznacza zdolność pochłaniania wody lub pary wodnej. W procesie fotosyntezy rośliny zielone pobierają tlenek węgla(IV) i wytwarzają tlen oraz substancje odżywcze.

Reakcja syntezy prowadzi od kilku substratów do jednego produktu, a reakcja analizy od jednego substratu do kilku produktów. Reakcja egzotermiczna wydziela energię, natomiast endoenergetyczna wymaga jej dostarczenia.

Tlenki są związkami chemicznymi tlenu z metalami lub niemetalami. Katalizator zwiększa szybkość reakcji chemicznej.

Wodorotlenki są zbudowane z kationów metali oraz anionów wodorotlenkowych. Ich ogólny wzór zapisuje się jako $M(OH)_n$. Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie to zasady.

Elektrolity ulegają dysocjacji elektrolitycznej w roztworach wodnych lub po stopieniu, dlatego ich roztwory przewodzą prąd elektryczny. Nieelektrolity nie ulegają temu procesowi.

Dysocjacja elektrolityczna polega na rozpadzie elektrolitu na jony pod wpływem cząsteczek wody. Przykładowo wodorotlenek baru rozpada się na kation baru i aniony wodorotlenkowe.

Woda jest substancją bezbarwną i bezwonną. Jej cząsteczka ma budowę polarną, ponieważ atomy wodoru i tlenu łączą wiązania kowalencyjne spolaryzowane. Dzięki temu woda jest dobrym rozpuszczalnikiem substancji o budowie polarnej.

Roztwór to mieszanina jednorodna substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Szybkość rozpuszczania zależy od temperatury, mieszania i rozdrobnienia substancji.

Roztwór nasycony nie może rozpuścić więcej substancji w danej temperaturze, a w roztworze nienasyconym można jeszcze rozpuścić kolejną porcję. Krystalizacja polega na wydzielaniu substancji rozpuszczonej z roztworu nasyconego w postaci kryształów.

Rozpuszczalność substancji określa maksymalną liczbę gramów substancji rozpuszczalnej w $100\,g$ rozpuszczalnika w danych warunkach. Stężenie procentowe oblicza się ze wzoru $C_p=\frac{m_s}{m_r}\cdot100\%$.