Będę chronił tych, którzy nie mogą ochronić się sami.
1. Budowa atomu (określanie liczby Z, A, elektronów, protonów, neutronów).
Atom zbudowany jest z dodatnio naładowanego jądra i zajmujących przestrzeń poza jądrem elektronów. Jądro składa się z protonów i neutronów, czyli nukleonów.
Proton p - cząstka obdarzona jednostkowym ładunkiem dodatnim masa ~ 1u zbudowany z kwarków z greckiego protos, czyli pierwszy.
Neutron n - cząstka pozbawiona ładunku elektrycznego masa ~ 1u zbudowany z kwarków szybki rozpad poza atomem z łaciny neutrum, czyli obojętne, nijakie.
Elektron e - cząstka obdarzona jednostkowym ładunkiem ujemnym masa ~ (1/1836)u trwała cząstka z greckiego élektron, czyli bursztyn.
Liczba atomowa Z określa liczbę protonów w jądrze atomu. Ponieważ atom to układ elektrycznie obojętny, liczba ta określa również liczbę elektronów.
Liczba masowa A określa sumę protonów i neutronów w jądrze atomu.
2. Zapis konfiguracji elektronowej. Umiejętność określenia położenia pierwiastka w układzie okresowym.
Konfiguracja elektronowa jest to rozmieszczenie elektronów w powłokach i podpowłokach. Atom przyjmuje taką konfigurację, jaka zapewnia najniższą energię każdemu elektronowi. Umowny zapis konfiguracji jest to ciąg symboli typu npk (n - numer powłoki, p - symbol podpowłoki, k - liczba elektronów na danej podpowłoce).
[1H] = 1s1
[2He] = 1s2
[3Li] = 1s2 2s1 = [2He] 2s1
[4Be] = 1s2 2s2 = [2He] 2s2
[5B] = 1s2 2s2 2p1 = [2He] 2s2 2p1
[6C] = 1s2 2s2 2p2 = [2He] 2s2 2p2
[7N] = 1s2 2s2 2p3 = [2He] 2s2 2p3
[8O] = 1s2 2s2 2p4 = [2He] 2s2 2p4
[9F] = 1s2 2s2 2p5 = [2He] 2s2 2p5
[10Ne] = 1s2 2s2 2p6
[11Na] = 1s2 2s2 2p6 3s1 = [10Ne] 3s1
[12Mg] = 1s2 2s2 2p6 3s2 = [10Ne] 3s2
[13Al] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 = [10Ne] 3s2 3p1
[14Si] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 = [10Ne] 3s2 3p2
[15P] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 = [10Ne] 3s2 3p3
[16S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 = [10Ne] 3s2 3p4
[17Cl] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 = [10Ne] 3s2 3p5
[18Ar] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
[19K] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 = [18Ar] 4s1
[20Ca] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 = [18Ar] 4s2
[21Sc] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 = [18Ar] 3d1 4s2
[22Ti] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 = [18Ar] 3d2 4s2
[23V] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 = [18Ar] 3d3 4s2
3. Wiązania chemiczne (jonowe, atomowe, metaliczne, wodorowe).
WIĄZANIE JONOWE - polega na przejściu jednego lub kilku elektronów walencyjnych z atomów pierwiastka elektrododatniego do atomów pierwiastka elektroujemnego. Atom pierwiastka oddający elektrony staje się kationem, a atom przyjmujący elektrony staje się anionem. Powstałe różnoimienne jony przyciągają się siłami elektrostatycznymi, tworząc wiązanie - sieć jonową. Wiązania jonowe są wiązaniami mocnymi.
WIĄZANIE METALICZNE - powstanie wiązania metalicznego polega na przekształceniu atomów tego samego metalu lub atomów różnych metali w zbiór kationów i swobodnie poruszających się między nimi elektronów.
Wiązanie metaliczne może istnieć w stanie stałym lub ciekłym.
W stanie stałym węzły sieci krystalicznej metalu lub stopu są obsadzone przez kationy wykonujące wyłącznie ruchy oscylacyjne wokół węzła, natomiast zdelokalizowane elektrony poruszają się swobodnie w obrębie całego kryształu, podobnie jak drobiny substancji w stanie gazowym. Z tego względu mówi się o gazie elektronowym (chmurze elektronowej) wiązania metalicznego.
Kationy stanowiące rdzenie atomowe utrzymują się w swoich położeniach dzięki przyciąganiu elektrostatycznemu elektronów.
WIĄZANIE WODOROWE - jest to oddziaływanie (zwykle słabe) między kowalencyjnie związanym atomem wodoru i należącym do innej cząsteczki atomem silnie elektroujemnym, dysponującym wolną parą elektronową. Atom wodoru (proton) może byś związany równocześnie z dwoma atomami, jeśli mają one małe wymiary i dużą elektroujemność. Wiązanie wodorowe występuje najczęściej w związkach wodoru z fluorem, chlorem, tlenem, azotem. Wiązanie wodorowe występuje np.: między cząsteczkami wody.
4. Węglowodory: alkany, alkeny, alkiny (budowa, nazewnictwo, reakcje).
Alkany są to nasycone węglowodory acykliczne (związki składające się z atomów węgla i wodoru), które mają wzór ogólny: CnH2n+2 (n - oznacza liczbę atomów węgla w cząsteczce węglowodoru). Między atomami węgla w cząsteczkach alkanów występują jedynie wiązania pojedyncze. Alkany tworzą szereg homologiczny (grupa związków, w której każdy następny związek różni się od poprzedniego o dwa atomy wodoru i jeden atom węgla (grupę -CH2), posiadające podobne właściwości chemiczne, a różne właściwości fizyczne, np. inne temperatury topnienia i wrzenia ). Szereg homologiczny alkanów wygląda następująco:
CH4 metan / C2H6 etan / C3H8 propan / C4H10 butan / C5H12 pentan / C6H14 heksan / C7H16 heptan / C8H18 oktan / C9H20 nonan / C10H22 dekan
Alkeny należą do węglowodorów nienasyconych, a ich wzór ogólny ma postać: CnH2n.Alkeny między atomami węgla posiadają jedno wiązanie podwójne. Najprostszym alkenem jest eten (etylen), który jest bezbarwnym gazem, tworzącym z powietrzem mieszaninę wybuchową. Podobnie jak alkany, węglowodory nienasycone także tworzą szereg homologiczny:
C2H4 eten / C3H6 propen …
Alkiny (dawniej zwane acetylenami) Do węglowodorów nienasyconych zaliczane są również alkiny, które posiadają jedno wiązanie potrójne między atomami węgla. Wzór ogólny alkinów to CnH2n-2. Najprostszym alkinem jest bezbarwny, palny, rozpuszczalny w wodzie i bardzo aktywny chemicznie gaz - etyn (acetylen). Alkiny także tworzą szereg homologiczny:
C2H2 etyn / C3H4 propyn.
5. Piroliza węgla (koksowanie) i uzyskiwane produkty.
Piroliza - oznacza rozkład cząsteczek związku chemicznego pod wpływem podwyższonej temperatury bez obecności tlenu lub innego czynnika utleniającego. Zazwyczaj w czasie procesu pirolizy następuje rozkład złożonych związków chemicznych do związków o mniejszej masie cząsteczkowej. Procesowi pirolizy mogą być poddawane zarówno materiały organiczne (np. węgiel, biomasa, odpady), jak i nieorganiczne (surowce ceramiczne). Piroliza substancji organicznych prowadzi do otrzymania stałej pozostałości, tzw. karbonizatu i wydzielenia części lotnych w postaci smoły pirolitycznej i gazu pirolitycznego. W skali przemysłowej celem procesu pirolizy materiałów organicznych jest przetwarzanie surowców (węgiel, biomasa) do użytecznych form energii, recykling surowcowy (polimery odpadowe) oraz wytwarzanie półproduktów będących surowcami do dalszego ich wykorzystania.
Podstawowymi surowcami wykorzystywanymi w procesach pirolizy są węgiel (koksowanie) i biomasa (sucha destylacja, szybka piroliza). Warunkami pirolizy, np. szybkością ogrzewania surowca można sterować tak, aby maksymalizować powstawanie dowolnego z produktów procesu: oleju, gazu czy produktu stałego. Każdy z nich może być używany jako potencjalne paliwo.
Produkty pirolizy węgla
Półkoks otrzymywany z węgla kamiennego w procesie niskotemperaturowego odgazowania (wytlewania) jest materiałem charakteryzującym się właściwościami pośrednimi między właściwościami węgla i koksu. Półkoks jest produktem powstałym w wyniku odgazowania, dlatego nie zawiera substancji smolistych i z powodzeniem może być stosowany jako paliwo bezdymne o wysokiej wartości opałowej 30-33 MJ/kg. W zależności od rodzaju węgla i sposobu jego wytlewania zmieniają się właściwości mechaniczne (wytrzymałość) i reakcyjność półkoksu.
Smoła pirolityczna z węgla kamiennego jest ciemnobrunatną cieczą o ostrym, charakterystycznym zapachu. W odróżnieniu od smoły wysokotemperaturowej smoła wytlewna charakteryzuje się znacznie niższą zawartością węglowodorów aromatycznych. Zawiera większe ilości alkilobenzenów i ich pochodnych hydroksylowych, węglowodorów alifatycznych nasyconych i nienasyconych. Nie występują w niej naftalen i antracen, powstające w wyższych temperaturach (powyżej 550 st. C).
Woda rozkładowa otrzymywana w procesie niskotemperaturowej pirolizy węgla kamiennego zawiera znaczne ilości fenoli, a także związki nieorganiczne, np. amoniak, siarkowodór. Ilość wody powstającej w procesie pirolizy zależy zarówno od surowca, jak i metody pirolizy. Skład i właściwości gazu pirolitycznego otrzymanego na drodze niskotemperaturowej pirolizy węgla kamiennego zależą od jakości surowca, metody pirolizy i temperatury odgazowania. W niższych temperaturach rozkładu wydzielają się znaczne ilości ditlenku węgla i tlenku węgla, podczas gdy w wyższych temperaturach rośnie wydzielanie wodoru i metanu. W zależności od składu różna jest wartość opałowa gazu (7-30 MJ/m3).
6. Ropa naftowa – rektyfikacja, uzyskiwane frakcje i produkty, rafinerie w Polsce.
Rektyfikacja (destylacja frakcyjna/frakcjonowana/frakcjonująca) – z fizycznego punktu widzenia destylacja kaskadowa (wielopoziomowa), w której każdy stopień procesu jest zasilany produktem (destylatem) poprzedniego; z punktu widzenia inżynierii procesowej rektyfikacja jest procesem jednostkowym, w którym mieszanina ciekła jest rozdzielana na frakcje o różnej (zwykle zbliżonej) lotności.
Rektyfikacja w warunkach przemysłowych prowadzona jest w specjalnych kolumnach rektyfikacyjnych zapewniających adiabatyczne warunki procesu, choć czasami stosuje się też kolumny z płaszczem chłodzącym lub grzejnym albo kolumny strefowe, które na pewnym odcinku są ogrzewane a na innym chłodzone, aby zapewnić ich maksymalną sprawność.
Na największą skalę rektyfikacja jest stosowana w rafineriach w przemyśle petrochemicznym, nazywanym też rafineryjnym. W wyniku przerobu ropy naftowej otrzymuje się np. benzynę i inne paliwa oraz surowce dla przemysłu chemicznego.
7. Liczba oktanowa, kraking, reforming.
Liczba oktanowa- umowny wskaźnik charakteryzujący przeciwstukowe własności paliwa używanego do napędu silników spalinowych z zapłonem iskrowym, oznaczana za pomocą silników wzorcowych.
Liczba oktanowa danego paliwa równa jest liczbowo takiej procentowej zawartości izooktanu (LO = 100) w mieszaninie z n-heptanem (LO = 0), przy której własności przeciwstukowe tej mieszaniny są takie same, jak badanego paliwa.
Liczba oktanowa przyjmuje wartości od 0 do 160 i jest ważnym wskaźnikiem oceny własności eksploatacyjnych benzyn silnikowych.
KRAKING – reakcja rozpadu dłuższych łańcuchów alkanów na krótsze alkany i alkeny. Kraking następuje na skutek działania wysokiej temperatury lub katalizatora.
REFORMING – proces otrzymywania benzyny z lżejszych frakcji przez rozbicie prostych łańcuchów alkanów i przebudowanie ich w łańcuchy rozgałęzione.
8. Budowa i działanie akumulatora ołowiowego.
Akumulator kwasowy składa się z kilku połączonych szeregowo ogniw, umieszczonych w obudowie.
Napięcie na zaciskach akumulatora zależy od liczby jego ogniw. Akumulator sześciowoltowy (6V) składa się z 3 ogniw, dwunastowoltowy (12V) – z 6 ogniw.
Każde ogniwo akumulatora składa się z dwóch zespołów płyt dodatnich i ujemnych. Każda płyta ma postać kratki wykonanej z ołowiu, w która wprasowuje się masę czynną, określająca jej biegunowość. Głównym składnikiem masy czynnej płyt dodatnich jest dwutlenek ołowiu PbO¹, a płyt ujemnych – ołów gąbczasty. Płyty dodatnie stanowią ANODĘ, płyty ujemne – KATODĘ. Zarówno anoda jak i katoda są wykonane z kilku płyt łączonych równolegle przy czym płyt ujemnych jest o jedna mniej niż dodatnich. W akumulatorach kwasowych elektrolitem jest wodny roztwór kwasu siarkowego H2SO4. Elektrolit przygotowuje się z chemicznie czystego stężonego kwasu siarkowego i wody destylowanej.
9. Metale (podział w układzie okresowym, budowa, właściwości).
Budowa- Sieć regularna przestrzennie centrowana A2, Sieć regularna płaskocentrowana A1,Sieć heksagonalna zwarta A3
Właściwości -Ruchliwość elektronów walencyjnych w metalach warunkuje ich właściwości: połysk, kowalność, ciągliwość, przewodnictwo elektryczne.
10. Teoria pasmowa ciał stałych.
Dział kwantowej teorii ciała stałego badający właściwości elektronów walencyjnych poruszających się w elektrycznym polu okresowym sieci krystalicznej; w kryształach dozwolone stany energetyczne elektronów mają charakter pasm o szerokości kilku elektronowoltów; istnienie tych pasm jest efektem wzajemnego oddziaływania atomów tworzących kryształ, w wyniku czego dyskretne stany elektronowe poszczególnych atomów rozszczepiają się na bardzo dużą liczbę podpoziomów położonych blisko siebie; pasma walencyjne (lub podstawowe) są zapełnione przez elektrony walencyjne; pasma przewodnictwa (lub pasma wzbudzone), odpowiadające większym energiom, to pasma częściowo zapełnione (dla metali) oraz puste lub prawie puste (dla izolatorów i półprzewodników); elektrony zajmujące stany w pasmach zapełnionych nie wnoszą wkładu do przewodnictwa elektrycznego; elektrony w prawie pustym paśmie (półprzewodniki) lub częściowo zapełnionym paśmie przewodnictwa (metale) biorą udział w przewodnictwie elektrycznym; w izolatorach i półprzewodnikach pasmo przewodnictwa oddzielone jest od pasma podstawowego przerwą energetyczną (złożoną z poziomów niedostępnych dla elektronów); w metalach pasmo podstawowe nakłada się częściowo na pasmo przewodnictwa. ze struktury pasmowej ciał stałych wynika, że dla metali koncentracja elektronów swobodnych nie zależy od temperatury, dla izolatorów i półprzewodników koncentracja ta rośnie zaś wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury; idealna struktura pasmowa może być zakłócona przez domieszki lub czynniki zewnętrzne, takie jak pole magnetyczne.
11. Półprzewodniki: samoistny, typu n, typu p.
Półprzewodnik samoistny – monokryształ półprzewodnika pozbawionego defektów sieci krystalicznej i domieszek, czyli nie zawierający obcych atomów w sieci krystalicznej
Półprzewodnik typu n – półprzewodnik, w którym elektryczność jest przenoszona przez nadmiar elektronów
Półprzewodnik typu p – półprzewodnik, w którym elektryczność jest przenoszona przez dziury elektronowe.
12. Odmiany alotropowe węgla: grafit, diament, fulereny, grafen (budowa, właściwości).
Diament - struktura kubiczna przestrzennie centrowana, każdy atom węgla otoczony jest 4 sąsiadami, z którymi tworzy wiązania kowalencyjne o tej samej długości tworząc w przestrzeni czworościan foremny (tetraedr), najtwardszy naturalny minerał, gęstość 3,51 g/cm3, Izolator, wiązania o charakterze kowalencyjnym, hybrydyzacja sp3, dobra przewodność cieplna: 2000 W/(m•K) wynikającą z efektywnego przewodnictwa fononowego, jest izolatorem, z wyjątkiem diamentu niebieskiego, który jest półprzewodnikiem, jest trudno topliwy i odporny na działanie kwasów i zasad.
Grafit: Układ płaskich pierścieni heksagonalnych połączonych wiązaniami kowalencyjnymi; w płaszczyźnie hybrydyzacja sp2 stąd są jeszcze niesparowane, swobodne elektrony, materiał jest przewodnikiem elektrycznym; odległość pomiędzy płaszczyznami ok. 0,3 nm, tj. 2,5 razy więcej niż długość wiązań w pierścieniu węglowym, stąd mała gęstość grafitu 2,25 g/cm3; pomiędzy płaszczyznami słabe oddziaływanie typu vander Waalsa, stąd kryształ jest typu „soft”, stalowoszary, bardzo miękki, gęstość 2,25g/cm³, przewodzi prąd elektryczny, przewodzi ciepło
Fuleren - każda cząsteczka zawiera parzystą liczbę atomów węgla i jego struktura składa się z 12 pierścieni pięciokątnych i „m” sześciokątnych: m= (n-20)/2; posiadają własności nadprzewodzące i półprzewodnikowe.
Fulereny należą do związków słabo rozpuszczalnych. Nie rozpuszczają się w polarnych rozpuszczalnikach praktycznie wcale. Najlepiej (choć też nie za dobrze) rozpuszczają się w rozpuszczalnikach aromatycznych, takich jak benzen.
13. Polimery (podział, typy, przykłady, właściwości).
Związki o budowie łańcuchowej, których cząsteczki zbudowane są z połączonych ze sobą powtarzających się elementów. Najmniejszy powtarzający się element budowy łańcucha polimeru to mer. Cząsteczki polimerów są bardzo długie i mają duże masy cząsteczkowe. Polimery występują w przyrodzie (białka), są też wytwarzane sztucznie.
Homopolimer – polimer utworzony z jednego typu monomerów.
Kopolimer – polimer utworzony z dwóch lub więcej różnych monomerów.
Reakcje polimeryzacji:
Monomery łączą się ze sobą bez powstawania produktów ubocznych. Polimer jest jedynym produktem tej reakcji.
Przykłady polimerów otrzymywanych w reakcjach polimeryzacji:
- polietylen/ - poli(chlorek winylu) / - polistyren / - orlon, akrylan (anilana) /
- polipropylen / - plexiglas, Lucite / - teflon poli(tetrafluoroetylen)
Właściwości fizyczne polimerów:
Nie mają zdefiniowanej temperatury topnienia (topią się w pewnym zakresie temp.), polimery o długich łańcuchach mają zwykle dużą lepkość, wytrzymałość polimerów wzrasta wraz ze wzrostem długości łańcuchów.
14. Sieciowanie polimerów i proces wulkanizacji.
Sieciowanie polimerów - proces prowadzący do powstania trójwymiarowej sieci polimerów, na skutek powstawania mostków między ich łańcuchami.
Wulkanizacja to chemiczny proces sieciowania cząsteczek polimeru, prowadzących do otrzymania elastomerów.
15. Co to jest korozja i metody ochrony przed korozją.
Korozją nazywamy proces niszczenia metali wskutek chemicznego lub fizyko-chemicznego oddziaływania środowiska. Procesy korozji przebiegają wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z metalami, stanowią one bowiem naturalną tendencję metalu do przechodzenia do stanu pierwotnego, tj. do postaci tlenkowej w jakiej występuje on w rudach. Proces korodowania jest w przypadku magazynowania gotowych wyrobów metalowych procesem niepożądanym, gdyż powoduje niszczenie wyrobu i jego nieużyteczność.
Zabiegi ochronne przed korozją:
Ochrona anodowa
Ochrona katodowa
Ochrona protektorowa
Ochrona chemiczna metali
Natryskiwanie - proces powlekania powierzchni różnych elementów, polegający na rozpyleniu drobnych cząstek materiałów powłokowych.
Natryskiwanie płomieniowe
Natryskiwanie bezpłomieniowe
Natryskiwanie elektrostatyczne
Metalizowanie - wytwarzanie powłok metalowych na elementach metalowych lub niemetalowych.
Metalizowanie elektrolityczne
Metalizowanie natryskowe
Metalizowanie próżniowe
Metalizowanie kontaktowe
Platerowanie - nakładanie powłok metalowych przez dociśnięcie ich do metalu podłoża w podwyższonej temperaturze (najczęściej przez nawalcowywanie).
Fosforanowanie
Aluminiowanie
Kadmowanie
Krzemowanie
Miedziowanie
Mosiądzowanie
Niklowanie
Ołowiowanie
Chromowanie
Cynkowanie
Cynowanie
Chromokrzemowanie
Chromianowanie