Chemia nieorganiczna. Tom 1

Opis

Chemia nieorganiczna zapewnia liczne funkcje edukacyjne, które pomogą Ci opanować ten obszerny przedmiot. Ponadto książka została zaprojektowana tak, abyś mógł przeglądać rozdziały chronologicznie lub zagłębić się w tekst odpowiedni do etapu Twojej edukacji. Materiał zawarty w tej książce został logicznie i systematycznie podzielony na trzy odrębne tomy:

W tomie 1., Fundamenty, przedstawiono podstawowe zasady chemii nieorganicznej. W tomie 2., Pierwiastki i ich związki, podzielono przedstawione treści na „podstawy” i „szczegóły”, umożliwiając łatwe wyciągnięcie kluczowych zasad leżących u podstaw reakcji przed ich dogłębnym zbadaniem. W tomie 3. Poszerzanie horyzontów, wprowadzono zajmujące interdyscyplinarne najnowsze badania z chemii nieorganicznej.

TOM 1. FUNDAMENTY

W ośmiu rozdziałach tej części książki przedstawiono podstawy chemii nieorganicznej.

Pierwsze cztery rozdziały dotyczą struktury atomów, wiązań w cząsteczkach i ciałach stałych oraz roli symetrii w chemii. W rozdziale 1. wprowadzamy struktury atomów w ramach teorii kwantowej i opisujemy ważne okresowe zmiany ich właściwości. W rozdziale 2. rozwijamy struktury cząsteczek na podstawie coraz bardziej zaawansowanych modeli wiązań kowalencyjnych oraz badamy, w jaki sposób energetyka reakcji stanowi podstawę zrozumienia katalizy.

W rozdziale 3. pokazujemy, w jaki sposób systematyczna analiza symetrii cząsteczek może być wykorzystana do omówienia wiązań i struktury cząsteczek oraz pomóc w interpretacji danych uzyskanych niektórymi technikami opisanymi w rozdziale 8. W rozdziale 4. opisujemy wiązania jonowe, struktury i właściwości typowych ciał stałych, rolę defektów w materiałach oraz właściwości elektronowe ciał stałych.

Kolejne dwa rozdziały skupiają się na dwóch głównych typach reakcji. W rozdziale 5. wyjaśniamy, w jaki sposób właściwości kwasowo-zasadowe są definiowane, mierzone i stosowane w szerokim obszarze chemii. W rozdziale 6. opisujemy utlenianie i redukcję oraz pokazujemy, w jaki sposób dane elektrochemiczne mogą być wykorzystywane do przewidywania i wyjaśniania wyników reakcji, w których elektrony są przenoszone między cząsteczkami. W rozdziale 7. opisujemy związki koordynacyjne pierwiastków. Omawiamy wiązania, strukturę i reakcje kompleksów oraz pokazujemy, w jaki sposób rozważania dotyczące symetrii mogą umożliwić głębsze zrozumienie tej ważnej klasy związków. Rozdział 8. dotyczy narzędzi w chemii nieorganicznej. Opisujemy wiele metod instrumentalnych, które są wykorzystywane do identyfikacji oraz określania struktury i składu związków nieorganicznych.

Kluczowe punkty

Kluczowe punkty przedstawiają główne przesłania zawarte w podrozdziale. Pomogą one skupić się na głównych ideach przedstawionych w tekście.

Ramki kontekstowe

Ramki kontekstowe pokazują różnorodność chemii nieorganicznej i jej szerokie zastosowania, na przykład w zaawansowanych materiałach, procesach przemysłowych, chemii środowiska i życiu codziennym.

Dobre rady

W niektórych obszarach chemii nieorganicznej powszechnie stosowana nomenklatura może być myląca lub archaiczna. Aby rozwiązać ten problem, zamieściliśmy krótkie notatki dotyczące dobrych rad, które pomogą Ci uniknąć popełniania typowych błędów.

Literatura dodatkowa

W każdym rozdziale zestawiono źródła literaturowe, w których można znaleźć dalsze informacje. Staraliśmy się zapewnić łatwą dostępność tych źródeł i wskazaliśmy, jakiego rodzaju informacji dostarczy każde z nich.

Dodatki

Na końcu książki znajdują się obszerne Dodatki, w tym obszerna sekcja danych oraz informacje dotyczące teorii grup i spektroskopii.

Krótkie podsumowanie

Krótkie podsumowanie pokazuje, jak używać równań lub pojęć wprowadzonych w tekście głównym i pomaga zrozumieć, jak prawidłowo posługiwać się danymi.

Praktyczne przykłady i Sprawdź, czy umiesz

Liczne praktyczne Przykłady zapewniają bardziej szczegółową ilustrację zastosowania omawianego materiału. Każdy z nich ukazuje ważny aspekt omawianego tematu lub zapewnia praktykę w postaci obliczeń i zadań. Po każdym Przykładzie następuje Sprawdź czy umiesz, które ma pomóc monitorować postępy nauki.

Zadania

Na końcu każdego rozdziału znajduje się wiele krótkich Zadań. Odpowiedzi można znaleźć w Internecie.

Zadania seminaryjne

Zadania seminaryjne są bardziej wymagające pod względem treści i stylu niż Zadania i często opierają się na artykule naukowym lub innym dodatkowym źródle informacji. Zadania seminaryjne zazwyczaj wymagają pewnej dyskusji i może nie być w nich jednej poprawnej odpowiedzi. Można ich używać jako zadań typu eseju lub do dyskusji w czasie zajęć.

Zasoby online

Zasoby internetowe dołączone do tej książki zawierają szereg przydatnych materiałów do nauczania i uczenia się, które wzbogacają drukowaną książkę i są bezpłatne.

Spis treści

Tom 1. Fundamenty / 1

1. Struktura atomów / 3
Struktura atomów wodoropodobnych / 7
1 1 Informacje spektroskopowe / 7
1.2 Niektóre zasady mechaniki kwantowej / 8
1.3 Orbitale atomowe / 10
Atomy wieloelektronowe / 16
1.4 Przenikanie i ekranowanie / 16
1.5 Zasada rozbudowy powłok elektronowych / 19
1.6 Klasyfikacja pierwiastków / 21
1.7 Właściwości atomów / 24
LITERATURA DODATKOWA / 32
ZADANIA / 32
ZADANIA SEMINARYJNE / 33

2. Struktura cząsteczek i wiązania / 35
Struktury Lewisa / 35
2.1 Reguła oktetu / 36
2.2 Rezonans / 37
2.3 Model VSEPR / 37
Teoria wiązań walencyjnych / 40
2.4 Cząsteczka wodoru / 40
2.5 Homojądrowe cząsteczki dwuatomowe / 41
2.6 Cząsteczki wieloatomowe / 42
Teoria orbitali molekularnych / 44
2.7 Wprowadzenie do teorii / 44
2.8 Homojądrowe cząsteczki dwuatomowe / 47
2.9 Heterojądrowe cząsteczki dwuatomowe / 51
2.10 Właściwości wiązań / 53
Właściwości wiązań, entalpie reakcji oraz ich kinetyka / 55
2.11 Długość wiązania / 55
2.12 Siła wiązania i entalpia reakcji / 56
2.13 Elektroujemność i entalpia wiązania / 58
2.14 Wprowadzenie do katalizy / 59
LITERATURA DODATKOWA / 62
ZADANIA / 62
ZADANIA SEMINARYJNE / 63

3. Symetria cząsteczek / 65
Wprowadzenie do analizy symetrii / 66
3.1 Operacje, elementy i punktowe grupy symetrii / 66
3.2 Tablice charakterów / 72
Zastosowania symetrii / 74
3.3 Cząsteczki polarne / 74
3.4 Cząsteczki chiralne / 75
3.5 Drgania cząsteczek / 76
Symetrie orbitali molekularnych / 80
3.6 Orbitale SALC / 80
3.7 Tworzenie orbitali molekularnych / 81
3.8 Analogia drgań / 83
Reprezentacje / 84
3.9 Redukcja reprezentacji / 84
3.10 Operatory projekcji / 85
3.11 Cząsteczki wieloatomowe / 86
LITERATURA DODATKOWA / 91
ZADANIA / 91
ZADANIA SEMINARYJNE / 92

4. Struktury ciał stałych / 93
Opis struktur ciał stałych / 94
4.1 Komórki elementarne i opis struktur krystalicznych / 94
4.2 Najgęstsze (zwarte) ułożenie kul / 98
4.3 Luki w strukturach o najgęstszym ułożeniu (zwartych) / 101
Struktury metali i stopów / 103
4.4 Politypia / 104
4.5 Struktury niezwarte / 104
4.6 Polimorfizm metali / 105
4.7 Promienie atomowe metali / 106
4.8 Stopy i związki międzywęzłowe / 107
Jonowe ciała stałe / 112
4.9 Charakterystyczne struktury jonowych ciał stałych / 113
4.10 Racjonalizacja struktur / 121
Energetyka wiązania jonowego / 125
4.11 Entalpia sieci i cykl Borna-Habera / 125
4.12 Obliczanie wartości entalpii sieci / 127
4.13 Porównanie wartości eksperymentalnych i teoretycznych / 129
4.14 Równanie Kapustinskiego / 130
4.15 Znaczenie entalpii sieci / 132
Defekty i związki niestechiometryczne / 135
4.16 Pochodzenie i rodzaje defektów / 135
4.17 Związki niestechiometryczne i roztwory stałe / 140
Struktury elektronowe ciał stałych / 141
4.18 Przewodnictwo nieorganicznych ciał stałych / 142
4.19 Pasma utworzone z nakładających się orbitali atomowych / 142
4.20 Półprzewodnictwo / 146
Dodatkowe informacje: Równanie Borna-Mayera / 149
LITERATURA DODATKOWA / 149
ZADANIA / 150
ZADANIA SEMINARYJNE / 152

5. Kwasy i zasady / 155
Kwasowość Bronsteda / 156
5.1 Równowagi przeniesienia protonu w wodzie / 157
Charakterystyka kwasów Bronsteda / 163
5.2 Okresowe zmiany mocy akwakwasów / 164
5.3 Proste oksokwasy / 164
5.4 Tlenki bezwodne / 167
5.5 Tworzenie związków politlenowych / 168
Kwasowość Lewisa / 170
5.6 Przykłady kwasów i zasad Lewisa / 171
5.7 Charakterystyka kwasów Lewisa w grupach / 171
5.8 Wiązanie wodorowe / 175
Reakcje i właściwości kwasów i zasad Lewisa / 176
5.9 Podstawowe typy reakcji / 177
5.10 Czynniki wpływające na oddziaływania między kwasami i zasadami Lewisa / 177
5.11 Termodynamiczne parametry kwasowości Lewisa / 180
Rozpuszczalniki niewodne / 181
5.12 Wyrównywanie mocy kwasów w rozpuszczalniku / 181
5.13 Funkcja kwasowości Hammetta i jej zastosowanie do mocnych, stężonych kwasów / 182
5.14 Definicja kwasów i zasad oparta na autodysocjacji rozpuszczalnika / 183
5.15 Rozpuszczalniki jako kwasy i zasady / 183
Zastosowania chemii kwasów i zasad / 187
5.16 Superkwasy i superzasady / 187
5.17 Heterogeniczne reakcje kwasowo-zasadowe / 187
LITERATURA DODATKOWA / 188
ZADANIA / 189
ZADANIA SEMINARYJNE / 191

6. Utlenianie i redukcja / 193
Potencjały redukcji / 194
6.1 Reakcje połówkowe / 195
6.2 Potencjały standardowe i samorzutność reakcji / 195
6.3 Kierunki zmian potencjałów standardowych / 199
6.4 Szereg elektrochemiczny / 200
6.5 Równanie Nernsta / 201
Termodynamiczna trwałość układów redoks / 202
6.6 Wpływ pH / 202
6.7 Reakcje z wodą / 203
6.8 Utlenianie tlenem atmosferycznym / 204
6.9 Dysproporcjonowanie i synproporcjonowanie / 205
6.10 Wpływ kompleksowania / 206
6.11 Związek między iloczynem rozpuszczalności a potencjałem standardowym / 207
Prezentacja potencjałów za pomocą diagramów / 207
6.12 Diagramy Latimera / 207
6.13 Diagramy Frosta / 209
6.14 Przeniesienie elektronu i protonu: wykres Pourbaix'go / 213
6.15 Zastosowania w chemii środowiska: wody naturalne / 213
Chemiczne wydzielanie pierwiastków / 215
6.16 Redukcja chemiczna / 215
6.17 Utlenianie chemiczne / 219
6.18 Wydzielanie elektrochemiczne / 219
LITERATURA DODATKOWA / 220
ZADANIA / 221
ZADANIA SEMINARYJNE / 223

7. Wprowadzenie do chemii związków koordynacyjnych / 225
Język chemii koordynacyjnej / 226
7.1 Wybrane ligandy / 227
7.2 Nazewnictwo / 230
Budowa i struktura / 231
7.3 Małe liczby koordynacyjne / 231
7.4 Pośrednie liczby koordynacyjne / 232
7.5 Duże liczby koordynacyjne / 234
7.6 Kompleksy polimetaliczne / 236
Izomeria i chiralność / 237
7.7 Kompleksy płaskie kwadratowe / 238
7.8 Kompleksy tetraedryczne / 239
7.9 Kompleksy o strukturze bipiramidy trygonalnej i piramidy kwadratowej / 240
7.10 Kompleksy oktaedryczne / 241
7.11 Chiralność liganda / 245
Termodynamika tworzenia kompleksów / 247
7.12 Stałe tworzenia / 247
7.13 Kierunki zmian kolejnych stałych tworzenia / 248
7.14 Efekty chelatowy i makrocykliczny / 249
7.15 Efekty steryczne i delokalizacja elektronów / 250
LITERATURA / 252
DODATKOWA ZADANIA / 252
ZADANIA SEMINARYJNE / 253

8. Fizyczne techniki w chemii nieorganicznej / 255
Metody dyfrakcyjne / 256
8.1 Dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego / 256
8.2 Dyfrakcja neutronów 260 Spektroskopie absorpcyjna i emisyjna / 262
8.3 Spektroskopia w nadfiolecie i świetle widzialnym / 263
8.4 Spektroskopia fluorescencyjna / 266
8.5 Spektroskopia w podczerwieni i Ramana / 268
Techniki rezonansowe / 271
8.6 Magnetyczny rezonans jądrowy / 271
8.7 Elektronowy rezonans paramagnetyczny / 277
8.8 Spektroskopia Mössbauera / 280
Techniki oparte na jonizacji / 281
8.9 Spektroskopia fotoelektronów / 281
8.10 Spektroskopia absorpcyjna promieniowania rentgenowskiego / 282
8.11 Spektrometria mas / 284
Analiza chemiczna / 286
8.12 Spektrometria absorpcyjna atomowa / 286
8.13 Analiza elementarna / 287
8.14 Rentgenowska spektroskopia fluorescencyjna / 288
8.15 Analiza termiczna / 288
Magnetometria i podatność magnetyczna / 290
Techniki elektrochemiczne / 291
Mikroskopia / 294
8.16 Mikroskopia z sondą skanującą / 294
8.17 Mikroskopia elektronowa / 295
LITERATURA DODATKOWA / 295
ZADANIA / 296
ZADANIA SEMINARYJNE / 298
Skorowidz S-1