CHEMIA DLA INŻYNIERÓW

Spis treści
Część I: Podstawowe prawa chemiczne i budowa materii 11
Urszula Lelek-Borkowska
1. Podstawowe prawa i pojęcia chemiczne 13
1.1. Historia. 13
1.2. Pierwiastek, związek chemiczny, mieszanina 13
1.3. Podstawowe prawa chemiczne. 15
1.4. Masa atomowa, mol, masa i objętość molowa, prawo Avogadro 16
Pytania kontrolne 18
2. Budowa atomu 19
2.1. Podstawowe cząstki elementarne i ich właściwości 19
2.2. Liczby atomowe i masowe. 21
2.3. Budowa powłoki atomowej 22
2.3.1. Liczby kwantowe, orbitale 23
2.3.2. Pojemność orbitali. 24
2.3.3. Konfiguracja elektronowa pierwiastka 27
2.3.4. Stany wzbudzone pierwiastków 31
Pytania kontrolne 32
3. Układ okresowy 33
3.1. Historia powstania układu okresowego 33
3.2. Okresy i grupy w układzie okresowym 33
3.3. Położenie pierwiastka w układzie okresowym, a jego właściwości 35
3.4. Zmiana właściwości w układzie okresowym. 36
Pytania kontrolne 38
4. Budowa cząsteczki 40
4.1. Tworzenie cząsteczek. 40
4.1.1. Wiązanie atomowe 41
4.1.2. Wiązanie atomowe spolaryzowane 42
4.1.3. Wiązanie jonowe 43
4.1.4. Wiązanie koordynacyjne (donorowo-akceptorowe) 43
4.1.5. Wiązanie metaliczne 44
4.1.6. Podsumowanie 44
4.2. Teoria orbitali molekularnych 45
4.3. Hybrydyzacja 45
4.3.1. Hybrydyzacja sp3 46
4.3.2. Hybrydyzacja sp2 47
4.3.3. Hybrydyzacja sp 49
Pytania kontrolne 50
Odpowiedzi do pytań kontrolnych 51
Test z materiału Podstawowe prawa chemiczne i budowa materii 53

Spis treści
Część II: Stany skupienia materii 59
Barbara Stypuła
1. Stany skupienia materii 61
1.1. Właściwości ogólne gazów i cieczy 61
1.2. Gęstości cieczy, ciał stałych i gazów 62
1.3. Zastosowanie pomiarów gęstości 63
2. Stan gazowy 64
2.1. Prawa gazów doskonałych. 64
2.2. Prawo Boyle’a-Mariotte’a 65
2.3. Prawo Gay-Lussaca 67
2.4. Równanie stanu gazu 70
2.5. Uniwersalna stała gazowa R 71
2.6. Prawo Daltona 73
2.7. Dyfuzja gazów 75
2.8. Elementy teorii kinetycznej gazów 76
2.9. Energia gazu doskonałego 78
2.10. Gazy rzeczywiste 78
2.11. Skraplanie gazów (izotermy Van der Waalsa) 79
Podsumowanie najważniejszych właściwości gazów 80
3. Stan ciekły 82
3.1. Napięcie powierzchniowe 83
3.2. Lepkość cieczy 84
Podstawowe właściwości cieczy 86
4. Ciała stałe 87
Podsumowanie właściwości ciał stałych 92
5. Ciekłe kryształy 93
Test z materiału Stany skupienia materii 95
Część III: Kinetyka i statyka chemiczna 97
Barbara Stypuła
1. Kinetyka chemiczna 99
1.1. Wpływ stężenia, równanie kinetyczne, rzędowość 102
1.2. Wpływ temperatury 104
1.3. Teoretyczne podstawy kinetyki chemicznej 104
1.4. Teoria zderzeń aktywnych 105
1.5. Mechanizm reakcji 106
1.6. Szybkość reakcji wieloetapowej 108
1.7. Teoria kompleksu aktywnego (stanu przejściowego) 108
1.8. Kataliza 110
Podsumowanie kinetyki reakcji chemicznych 112
2. Statyka chemiczna. Stan równowagi 113
2.1. Prawo działania mas – Prawo równowagi chemicznej
(Guldberga i Waagego) 115
2.2. Równowaga w układach heterogenicznych 117
2.3. Reguła Le Chateliera i Browna (reguła przekory) 119

Spis treści
2.4. Wpływ zmiany stężenia na stan równowagi 120
2.5. Wpływ zmiany ciśnienia na stan równowagi 122
2.6. Wpływ temperatury na stan równowagi 123
2.7. Katalizator a równowaga 124
Podsumowanie równowag chemicznych 125
Test z materiału Kinetyka i statyka chemiczna 126
Część IV: Reakcje i obliczenia chemiczne. 129
Krystyna Moskwa
1. Klasyfikacja i nazewnictwo związków nieorganicznych 131
1.1. Tlenki 131
1.2. Wodorki 136
1.3. Wodorotlenki 138
1.4. Kwasy. 142
1.5. Sole. 147
Pytania kontrolne 150
2. Typy reakcji chemicznych 151
2.1. Reakcje syntezy 151
2.2. Reakcje analizy 151
2.3. Reakcje wymiany. 152
2.4. Reakcje redoks. 152
2.5. Inne kryteria podziału reakcji 156
Pytania kontrolne 158
3. Obliczenia chemiczne 159
3.1. Chemiczne jednostki masy. 159
3.2. Obliczenia stechiometryczne 160
3.2.1. Skład procentowy i wagowy związku chemicznego. 161
3.2.2. Obliczenia według równań chemicznych 163
3.2.3. Obliczenia oparte na prawach gazowych 165
Zadania kontrolne 166
3.3. Stężenia roztworów 168
3.3.1. Obliczenia w oparciu o stężenia 168
3.3.2. Stechiometria roztworów 170
Zadania kontrolne 171
3.4. Obliczenia termochemiczne. 172
Zadania kontrolne 177
Odpowiedzi do pytań kontrolnych 178
Test z materiału Reakcje i obliczenia chemiczne 179
Część V: Chemia roztworów. 181
Jadwiga Zawada
1. Układy homogeniczne i heterogeniczne 183
1.1. Roztwory właściwe 184
1.2. Ilościowa charakterystyka roztworów właściwych 185
Przykłady obliczeń stężeń roztworów 187

Spis treści
1.3. Rozpuszczalność w roztworach ciekłych. 190
1.4. Prawo Raoulta 193
1.5. Prawo Henry’ego 197
1.6. Dyfuzja w roztworach 197
1.7. Osmoza. Ciśnienie osmotyczne roztworu 198
Pytania i zadania kontrolne 200
2. Dysocjacja elektrolityczna 201
2.1. Elektrolity. 203
2.2. Stała dysocjacji elektrolitycznej. 205
2.3. Prawo rozcieńczeń Ostwalda 206
2.4. Przykłady obliczeń. 207
2.5. Przegląd teorii kwasów i zasad 209
Pytania i zadania kontrolne 211
3. Dysocjacja wody, pH roztworów wodnych 213
3.1. Przykłady obliczeń pH 214
3.2. Mieszaniny buforowe. 216
3.3. Wskaźniki kwasowo – zasadowe, pomiar pH 217
Pytania i zadania kontrolne 218
4. Reakcje w roztworach wodnych 219
4.1. Reakcje między jonami 219
4.2. Wypieranie wodoru z kwasów 220
4.3. Hydroliza soli. 221
Pytania kontrolne 223
5. Iloczyn rozpuszczalności 224
5.1. Przykłady obliczeń. 225
Pytania i zadania kontrolne 227
Odpowiedzi do zadań kontrolnych 227
Test z materiału Chemia roztworów 228
Część VI: Elektrochemia. 231
Jacek Banaś
1. Reakcje utleniania – redukcji 233
2. Reakcje elektrochemiczne 234
3. Równowaga elektrochemiczna 235
4. Ogniwa elektrochemiczne 239
5. Pomiar potencjału, elektrody wzorcowe 241
6. Szeregi elektrochemiczne. 242
7. Przykłady ogniw elektrochemicznych 244
7.1. Ogniwa galwaniczne 244
7.2. Elektroliza. Ogniwa elektrolityczne. 247
Pytania kontrolne 249
Odpowiedzi do pytań kontrolnych 250
Test z materiału Elektrochemia. 251

Spis treści
Część VII: Korozja metali. 253
Bogusław Mazurkiewicz
1. Korozja chemiczna 255
1.1. Teoria utleniania metali 255
1.2. Typy zgorzelin 259
1.3. Warstwy ochronne na stopach 260
2. Stopy żaroodporne 261
2.1. Żaroodporne składniki stopowe 261
2.2. Żaroodporność stopów żelaza 261
Pytania kontrolne 263
3. Korozja elektrochemiczna 264
3.1. Teoria korozji elektrochemicznej. 264
3.2. Procesy katodowe 266
3.3. Katodowa kontrola procesów korozji 266
3.4. Anodowa kontrola procesów korozji 268
3.5. Zależność potencjału metalu od pH. 268
3.6. Pasywność 269
Pytania kontrolne 271
4. Ważniejsze rodzaje korozji elektrochemicznej 272
4.1. Korozja powierzchniowa, ogólna 272
4.2. Korozja atmosferyczna 272
4.3. Korozja galwaniczna 273
4.4. Tlenowe ogniwa stężeniowe 273
4.5. Korozja międzykrystaliczna. 274
4.6. Korozja naprężeniowa 274
4.7. Korozja wżerowa (pitting) 275
Pytania kontrolne 276
5. Ochrona przed korozją 277
5.1. Stopy odporne na korozję 277
5.2. Modyfikacja środowiska korozyjnego 278
5.3. Inhibitory korozji 278
5.4. Ochrona elektrochemiczna. 279
5.5. Ochrona przed korozją za pomocą powłok 281
Pytania kontrolne 284
6. Korozja – czynnikiem w projektowaniu konstrukcji metalowych 285
6.1. Materiały 285
6.2. Zabezpieczenia przed korozją 286
6.3. Kilka zasad. 286
6.4. Kilka przykładów. 287
Pytania kontrolne 288
Odpowiedzi do pytań kontrolnych 289
Test z materiału: Korozja metali 290

Spis treści
Część VIII: Pierwiastki i związki chemiczne 293
Maria Kilarska
Wstęp. 295
1. Metale 295
1.1. Stan metaliczny 295
1.2. Stopy metaliczne 296
1.3. Ogólne właściwości chemiczne metali 296
1.4. Metody otrzymywania metali 297
2. Chemia metali 300
2.1. Litowce. 300
2.2. Berylowce 304
2.3. Borowce 308
2.3.1. Glin 308
2.4. Metale grupy węglowców 310
2.4.1. Cyna 311
2.4.2. Ołów 312
2.5. Bizmut 315
3. Pierwiastki d – elektronowe 317
4. Chemia niemetali 324
4.1. Wodór. 324
4.2. Bor 326
4.3. Węglowce. 327
4.3.1. Węgiel 327
4.3.2. Krzem 330
4.4. Azotowce 333
4.4.1. Azot. 333
4.4.2. Fosfor 337
4.5. Tlenowce 339
4.5.1. Tlen 339
4.5.2. Siarka. 342
4.6. Fluorowce. 345
4.7. Helowce 349
Test z materiału Pierwiastki i związki chemiczne 351
Część IX: Elementy chemii organicznej i chemii polimerów 357
Wojciech Solarski
Wstęp. 359
1. Wprowadzenie do chemii organicznej 359
2. Węglowodory 360
2.1. Alkany 361
2.2. Alkeny 364
2.3. Alkiny. 365
2.4. Węglowodory aromatyczne 366
2.5. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne 367

Spis treści
3. Alkohole i fenole. 368
3.1. Alkohole monohydroksylowe 368
3.2. Alkohole polihydroksylowe. 372
3.3. Fenole. 373
4. Aldehydy i ketony 372
5. Kwasy karboksylowe 373
6. Estry 374
7. Aminy 374
8. Elementy chemii polimerów 375
Odpowiedzi do pytań kontrolnych 383
Test z materiału Elementy chemii organicznej i chemii polimerów 385
Układ okresowy pierwiastków 387