Chemia dla bystrzaków. Wydanie II - ebook

W prostocie tkwi siła

• Poznaj podstawowe reguły chemiczne
• Przyswój definicje materii i energii, atomu i cząsteczki, kwasu i zasady
• Znajdź rozwiązania problemów, na które możesz się natknąć w szkole i na studiach

Wprowadzenie do świata chemii

Trzymasz w ręku przystępny poradnik, który pomoże Ci opanować podstawy chemii. Jeżeli "nie czujesz chemii", gdy mowa o związkach chemicznych, albo chcesz lepiej zrozumieć to, czego uczysz się w szkole, w Chemii dla bystrzaków znajdziesz najważniejsze informacje na temat materii i energii, atomów i cząsteczek, kwasów i zasad - a także wiele innych zagadnień!

W książce:

• Rozwiązywanie zadań z chemii w szkole i na studiach
• Korzystanie z układu okresowego pierwiastków
• Metoda molowa
• Zanieczyszczenie środowiska i jak mu przeciwdziałać
• Udział chemii w produkcji rozmaitych wyrobów, od mydła, przez leki, po benzynę

 

O autorze 15

 

Podziękowania od autora 17

Wstęp 19

• O książce 20
• Naiwne założenia 20
• Czego nie czytać 21
• Jak podzielona jest książka 21
  • Część I. Podstawowe pojęcia chemiczne 21
  • Część II. Obfitość koncepcji chemicznych 22
  • Część III. Cudowna moc wiązań 22
  • Część IV. Chemia środowiskowa - korzyści i problemy 23
  • Część V. Dekalogi 23
• Ikony użyte w książce 23
• Co dalej 24

CZĘŚĆ I: PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMICZNE 25

Rozdział 1: Czym jest chemia i dlaczego trzeba ją poznać? 27

• Czym jest chemia? 27
• Rozróżnienie między nauką a technologią 28
• Odszyfrowanie metody naukowej 29
  • Jak działa metoda naukowa? 29
  • Jak stosować metodę naukową? 31
• Krótki opis dyscyplin chemicznych 32
  • Podejście makroskopowe kontra mikroskopowe 34
  • Chemia czysta kontra chemia stosowana 34
• Krótki rzut oka na to, czego będziesz się uczyć na zajęciach z chemii 35

Rozdział 2: Rozważania na temat obliczeń chemicznych 37

• Układ jednostek miar SI 37
  • Podstawowe przedrostki układu SI 38
  • Jednostki długości 38
  • Jednostki masy 39
  • Jednostki objętości 39
  • Jednostki temperatury 39
  • Jednostki ciśnienia 40
  • Jednostki energii 40
• Jak sobie radzić z bardzo dużymi i bardzo małymi liczbami? 40
  • Postać wykładnicza i notacja naukowa 41
  • Dodawanie i odejmowanie 41
  • Mnożenie i dzielenie 42
  • Podnoszenie liczby do potęgi 42
  • Korzystanie z kalkulatora 42
• Różnica między dokładnością a precyzją 43
• Wykorzystywanie metody zamiany jednostek do rozwiązywania zadań 44
• Posługiwanie się cyframi znaczącymi 47
  • Porównywanie liczb: dokładne i liczone kontra mierzone 47
  • Określenie liczby cyfr znaczących w liczbie pomiarowej 47
  • Podawanie odpowiedniej liczby cyfr znaczących 48
  • Zaokrąglanie liczb 49

Rozdział 3: Materia i energia 51

• Fakty na temat materii 51
  • Ciała stałe 52
  • Ciecze 52
  • Gazy 53
• Skupmy się na zmianie stanu skupienia 53
  • Topię się! Co za świat! 53
  • Temperatura wrzenia 54
  • Temperatura krzepnięcia 54
  • Przesublimuj to! 55
• Klasyfikowanie czystych substancji i mieszanin 55
  • Prosta sprawa z czystymi substancjami 56
  • Zamieszane w mieszaniny 57
• Masz niezłe właściwości 57
  • Identyfikacja substancji za pomocą gęstości 58
  • Jak gęsty jesteś? Mierzenie gęstości 58
• Świat w ruchu: energia 60
  • Przejdźmy dalej: energia kinetyczna 60
  • Rozsiądź się wygodnie: energia potencjalna 61
• Pomiar energii 61
  • Rzut oka na temperaturę 62
  • Poczuj ten żar 63

Rozdział 4: Coś mniejszego niż atom? Struktura atomu 65

• Spojrzenie z bliska na atom, czyli cząstki elementarne 65
• Scena główna, czyli jądro 67
• Umiejscowienie elektronów w atomie 71
  • Model Bohra 71
  • Model kwantowo-mechaniczny 72
• Konfiguracja elektronowa 76
  • Badanie diagramu poziomów energetycznych 76
  • Rzut oka na konfiguracje elektronowe 79
  • Życie na krawędzi, czyli elektrony walencyjne 79
• Izotopy i jony 80
  • Izotopy 80
  • Jony 81

Rozdział 5: Układ okresowy pierwiastków 83

• Powtarzanie schematów okresowości 83
• Rozmieszczenie pierwiastków w układzie okresowym 86
  • Klasyfikacja metali, niemetali i półmetali 86
  • Uporządkowanie pierwiastków według okresów i grup 89

Rozdział 6: Balony, opony i butle do nurkowania, czyli cudowny świat gazów 95

• Gazy na poziomie mikroskopowym - teoria kinetyczno-molekularna 95
• Czuć ciśnienie - atmosferyczne, rzecz jasna 98
  • Mierzenie ciśnienia atmosferycznego za pomocą barometru 98
  • Mierzenie ciśnienia gazu za pomocą manometru 99
• Różne prawa gazowe 100
  • Prawo Boyle'a-Mariotte'a 100
  • Prawo Charles'a 102
  • Prawo Gay-Lussaca 103
  • Połączone prawa gazowe 105
  • Prawo Avogadra 106
  • Równanie stanu gazu doskonałego 107
  • Równanie van der Waalsa 109
• Zastosowanie praw gazowych w stechiometrii 109
• Zabieramy się za prawo Daltona i prawo Grahama 110
  • Prawo Daltona 110
  • Prawo Grahama 111

CZĘŚĆ II: OBFITOŚĆ KONCEPCJI CHEMICZNYCH 113

Rozdział 7: Chemia od kuchni, czyli reakcje chemiczne 115

• To, co masz, i to, co uzyskasz, czyli substraty i produkty 115
• Jak zachodzą reakcje? Teoria zderzeń 117
  • Przykład zderzenia prostego 117
  • Przykład egzotermiczny 118
  • Przykład endotermiczny 119
• Rozpoznawanie różnych rodzajów reakcji 120
  • Reakcje syntezy 120
  • Reakcje analizy 120
  • Reakcje wymiany pojedynczej 121
  • Reakcje wymiany podwójnej 122
  • Reakcje spalania 123
  • Reakcje utleniania i redukcji 124
• Bilansowanie reakcji chemicznych 124
  • Bilansowanie produkcji amoniaku 124
  • Zapalanie zapalniczki 126

Rozdział 8: Mole - dasz radę się w to wgryźć? 129

• Liczenie przez ważenie 129
• Wykorzystywanie moli w obliczeniach 130
  • Liczba Avogadra 130
  • Wykorzystywanie moli w pracy 131
  • Obliczanie wzorów empirycznych 132
• Rola moli w reakcjach chemicznych 133
  • Wykonywanie obliczeń 133
  • Czego potrzebujesz i co uzyskasz? Stechiometria reakcji 135
  • Poznaj swoją wartość, czyli wydajność reakcji chemicznej 137
  • Wyczerpanie zapasów i porzucanie dóbr, czyli substraty ograniczające 137

Rozdział 9: Zamieszanie w materii, czyli roztwory 139

• Podstawowe pojęcia: substancja rozpuszczona, rozpuszczalnik i roztwór 139
  • Kilka uwag na temat rozpuszczalności: ile substancji ulegnie rozpuszczeniu? 140
  • Badanie nasycenia 140
• Jednostki określające stężenie roztworu 141
  • Stężenie procentowe - trzy różne proporcje 141
  • Stężenie molowe - numer jeden! 144
  • Stężenie molalne - kolejne zastosowanie mola 146
  • Części na milion - jednostka zanieczyszczenia 147
• Właściwości koligatywne roztworów 147
  • Niższe ciśnienie, czyli obniżenie prężności par 148
  • Zimowy płyn do chłodnicy w lecie, czyli ebulioskopia 148
  • Kręcenie lodów, czyli krioskopia 149
  • Całe i zdrowe krwinki, czyli ciśnienie osmotyczne 151
• Przejścia z koloidami 153

Rozdział 10: Termochemia - gorący temat 155

• Obserwowanie reakcji i zmian energii 155
  • Układ i otoczenie 156
  • Ciepło 156
  • Jednostki energii 156
  • Pojemność cieplna 157
  • Kalorymetria 158
• Zrozumienie zmian entalpii 161
• Określenie ciepła reakcji 162
  • Zrób to sam 163
  • Korzystanie z tabel 163
  • Zastosowanie prawa Hessa 163
  • Używanie standardowych ciepeł tworzenia 164
• Zrozumienie entalpii i przemian fazowych 166

Rozdział 11: Kwaśne i gorzkie, czyli kwasy i zasady 169

• Właściwości kwasów i zasad - poziom makroskopowy 169
• Kwasy i zasady - poziom mikroskopowy 171
  • Teoria Arrheniusa, czyli potrzebujesz wody 171
  • Teoria kwasów i zasad Bronsteda-Lowry'ego, czyli dawanie i przyjmowanie 172
• Różnice między mocnymi a słabymi kwasami i zasadami 173
  • Całkowita dysocjacja - mocne kwasy 173
  • Rozpaść się na kawałki - mocne zasady 174
  • Częściowa jonizacja - słabe kwasy 174
  • Określenie stanu równowagi dla wody - słabe zasady 176
  • Reakcje między kwasami a zasadami według Bronsteda-Lowry'ego, czyli rywalizowanie o protony 176
  • Gra na dwa fronty, czyli amfoteryczna woda 177
• Rozpoznawanie kwasów i zasad dzięki wskaźnikom 178
  • Papierek lakmusowy prawdę Ci powie 178
  • Miareczkowanie fenoloftaleiną 179
• Kawa i inne substancje na skali pH 180
• Kontrolowanie pH za pomocą buforów 183

CZĘŚĆ III: CUDOWNA MOC WIĄZAŃ 185

Rozdział 12: Gdzie ja położyłem ten elektron? Teoria kwantowa 187

• Koncepcje dotyczące materii i światła 187
  • Podstawowe pojęcia 187
  • Spektroskopia 189
• Model atomu Bohra 191
  • Wkład de Broglie'a 191
  • Wkład Heisenberga 192
• Model kwantowo-mechaniczny 192

Rozdział 13: Przeciwieństwa naprawdę się przyciągają, czyli wiązania jonowe 195

• Magicznie związane jony, czyli sód + chlor = sól kuchenna 195
  • Spotkanie składników 196
  • Przebieg reakcji 197
  • Tworzenie wiązania 198
• Rozpoznawanie jonów dodatnich i jonów ujemnych - kationy i aniony 199
• Jony wieloatomowe (złożone) 202
• Łączenie się jonów w związki jonowe 203
  • Połączenie magnezu z bromem 203
  • Stosowanie reguły krzyżowej 204
• Nazewnictwo związków jonowych 205
• Porównanie elektrolitów i nieelektrolitów 206

Rozdział 14: Piękne współdzielenie, czyli wiązania kowalencyjne 209

• Podstawowe informacje na temat wiązań kowalencyjnych 209
  • Wiązania kowalencyjne na przykładzie wodoru 210
  • Porównanie wiązań kowalencyjnych z innymi wiązaniami 211
  • Wiązania wielokrotne 212
• Nazewnictwo dwupierwiastkowych związków kowalencyjnych 213
• Nauczenie się wielu wzorów w krótkim czasie 214
  • Wzór empiryczny - tylko pierwiastki 215
  • Wzór rzeczywisty sumaryczny lub cząsteczkowy - wewnątrz liczb 215
  • Wzór strukturalny - dodatkowe informacje na temat wiązań 216
• Uwspólnianie par elektronowych - nie zawsze po równo 220
  • Przyciąganie elektronów, czyli elektroujemność 220
  • Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane 222
  • Woda - naprawdę dziwna cząsteczka 223

Rozdział 15: Jak naprawdę wyglądają cząsteczki? Geometria cząsteczek i hybrydyzacja 227

• Dlaczego kształt ma znaczenie? 228
  • Naładowanie polarnością 228
  • Przewidywanie polarności 229
• Geometria elektronów i cząsteczek (VSEPR) 230
• Teoria wiązań walencyjnych (hybrydyzacji) 233
• Teoria orbitali molekularnych (MO) 235

Rozdział 16: Trendy w układzie okresowym pierwiastków 239

• Jakie znaczenie ma wielkość? 239
  • Czym jest efektywny ładunek jądra? 240
  • Zmiany w promieniu atomowym 240
  • Śledzenie tendencji promieni jonowych 241
• Trendy w energii jonizacji 242
  • Wzrost kolejnych energii 242
  • Uwzględnienie stabilności 243
  • Kilka wyjątków od reguły 244
• Trendy w powinowactwie elektronowym 244

Rozdział 17: Analiza powiązań między oddziaływaniem międzycząsteczkowym a materią skondensowaną 247

• Rodzaje oddziaływań międzycząsteczkowych 247
  • Połączenie jonów z dipolami 248
  • Wzajemne przyciąganie się dipoli 248
  • Zmierzanie do wodoru 249
  • Łączenie się przez chmurę 249
  • Tworzenie tymczasowych wiązań przy udziale sił (dyspersyjnych) Londona 249
• Właściwości cieczy 249
  • Opór przeciw powiększaniu, czyli napięcie powierzchniowe 250
  • Opór przeciw płynięciu, czyli lepkość 250
  • Wspinanie się po ścianach, czyli zjawiska kapilarne 251
  • Rozgrzewka, czyli pojemność cieplna 251
• Ciała stałe 252
• Odczytywanie wykresów fazowych 253

CZĘŚĆ IV: CHEMIA ŚRODOWISKOWA - KORZYŚCI I PROBLEMY 257

Rozdział 18: Ehe, ehe! Zanieczyszczenie powietrza 259

• Wpływ cywilizacji na atmosferę 259
• Bliższe spojrzenie na atmosferę Ziemi 260
  • Troposfera - najbliższa i najbardziej narażona 260
  • Stratosfera - ochronna warstwa ozonowa 260
• Co warto wiedzieć o warstwie ozonowej? 261
  • Jak warstwa ozonowa reaguje na gazy? 261
  • Jak freony niszczą warstwę ozonową? 262
• Problem efektu cieplarnianego 262
• Oddychanie brązowym powietrzem, czyli smog fotochemiczny 264
  • Smog londyński 264
  • Smog fotochemiczny 264
• Rozpuszczam się! Kwaśne deszcze 266
  • Nie pij tej wody! Z czego się składają kwaśne deszcze? 266
  • Naładuj i wyrzuć, czyli elektrofiltry 268
  • Mycie wody, czyli płuczki 268

Rozdział 19: Wszystko na temat zanieczyszczenia wody 271

• Skąd się bierze woda i gdzie znika? 271
  • Parowanie, skraplanie... I tak w kółko 272
  • Śledzenie wody 272
• Woda - najbardziej niezwykła substancja 273
• Lista najczęściej występujących zanieczyszczeń wód 275
  • Problem z ołowiem - zanieczyszczenie metalami ciężkimi 276
  • Kwas, który spada na nas z nieba 277
  • Drobnoustroje chorobotwórcze 277
  • Wycieki ze składowisk odpadów i lotne związki organiczne 278
  • Zanieczyszczenia z gospodarstw rolnych 279
  • Zanieczyszczenia termiczne 279
  • Zużywanie tlenu - BZT 280
• Usunięcie smrodu ze ścieków 280
  • Pierwszy stopień oczyszczania 280
  • Drugi stopień oczyszczania 281
  • Trzeci stopień oczyszczania 282
• Oczyszczanie wody pitnej 282

Rozdział 20: Chemia jądrowa - nauka, która sprawi, że się rozpromienisz 285

• Podstawowa struktura atomowa - wszystko zaczyna się od atomu 286
• Promieniotwórczość i rozpad promieniotwórczy wywołany przez człowieka 286
• Naturalny rozpad promieniotwórczy 288
  • Rozpad alfa 288
  • Rozpad beta 289
  • Emisja gamma 290
  • Emisja pozytonu 290
  • Wychwyt elektronu 290
• Kiedy dochodzi do rozpadu promieniotwórczego? Czas połowicznego rozpadu 291
  • Obliczanie czasu połowicznego rozpadu 292
  • Bezpieczne korzystanie z materiału promieniotwórczego 294
  • Datowanie izotopowe 294
• Inicjowanie reakcji, czyli rozszczepienie jądra 295
  • Obliczanie reakcji łańcuchowych i masy krytycznej 295
  • Reakcje kontrolowane, czyli elektrownie jądrowe 297
  • Wytwarzanie plutonu w reaktorach powielających 299
• Reakcje termojądrowe - nasza nadzieja na energię 300
  • Problemy z opanowaniem energii 300
  • Co niesie przyszłość? 301
• Skutki promieniowania 302

CZĘŚĆ V: DEKALOGI 303

Rozdział 21: Dziesięć przypadkowych odkryć chemicznych 305

• Zmierzenie objętości 305
• Nadanie gumie trwałej formy stałej 306
• Cząsteczki praworęczne i leworęczne 306
• Sztuczny barwnik - droga na skróty do koloru 306
• Wyśnienie budowy pierścieniowej 307
• Odkrycie promieniotwórczości 307
• Wynalezienie niezwykle śliskiej substancji - teflonu 307
• Karteczki samoprzylepne 308
• Odrastanie włosów 308
• Słodkie co nieco 308

Rozdział 22: Dziesięciu (plus jeden) wybitnych chemików 309

• Amedeo Avogadro 309
• Niels Bohr 309
• Maria Skłodowska-Curie 310
• John Dalton 310
• Michael Faraday 310
• Antoine Lavoisier 310
• Dmitrij Mendelejew 311
• Linus Pauling 311
• Ernest Rutherford 311
• Glenn Seaborg 312
• Trzecioklasistka eksperymentująca z octem i proszkiem do pieczenia 312

Rozdział 23: Dziesięć wspaniałych porad, które pomogą Ci zdać egzamin z chemii 313

• Ucz się systematycznie 313
• Staraj się zrozumieć tekst, a nie tylko go zapamiętać 314
• Wyrób sobie nawyk odrabiania zadań domowych 314
• Szukaj wiedzy w innych źródłach 314
• Przed zajęciami przeczytaj nową lekcję 315
• Rób notatki 315
• Przepisz swoje notatki z lekcji albo wykładu 316
• Zadawaj pytania 316
• Wyśpij się dobrze przed egzaminem 316
• Zwracaj uwagę na szczegóły 317

Rozdział 24: Dziesięć najważniejszych substancji chemicznych w przemyśle 319

• Kwas siarkowy (H2SO4) 319
• Azot (N2) 320
• Etylen (C2H4) 320
• Tlen (O2) 321
• Propylen (C3H6) 321
• Chlor (Cl2) 322
• 1,2-dwuchloroetylen (C2H2Cl2) 322
• Kwas fosforowy (H3PO4) 322
• Amoniak (NH3) 323
• Wodorotlenek sodu (NaOH) 323

Słownik 325

Skorowidz 337