field
stringclasses 7
values | coursebook
stringclasses 24
values | chapter
stringclasses 168
values | subject_id
int64 39
2.1k
| subject
stringlengths 3
144
| paragraphs
sequencelengths 0
80
| definitions
listlengths 0
10
|
|---|---|---|---|---|---|---|
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku d | 1,422 | Kobalt i nikiel | [
"Kobalt i nikiel są metalami znajdującymi się w 9 i 10 grupie układu okresowego ( Rys. 1 ).",
"Do najważniejszych minerałów, w których występuje kobalt należą: smaltyn \\( \\ce{CoAs_2} \\), kobaltyn \\( \\ce{CoAsS} \\). Na skalę przemysłową kobalt otrzymuje się z rud miedzi i żelaza zawierających kobalt. Kobalt można otrzymywać również na drodze elektrolizy z roztworów jego soli. Nikiel występuje w przyrodzie w postaci następujących minerałów: pentlandyt \\( \\ce{(FeNi)S} \\), chloantyt \\( \\ce{NiAs_2} \\), gersdorfit \\( \\ce{NiAsS} \\). Nikiel o dużej czystości otrzymuje się w metodzie Monda. Na zanieczyszczony nikiel działamy tlenkiem węgla (II) \\( \\ce{CO} \\) w temperaturze 350 K, co prowadzi do powstania gazowego karbonylku niklu \\( \\ce{Ni(CO)_4} \\), który następnie w temperaturze około 450 K ulega rozkładowi na czysty nikiel i \\( \\ce{CO_2} \\).",
"Właściwości chemiczne i fizyczne kobaltu oraz niklu są do siebie bardzo zbliżone. Oba te metale są ciągliwe, kowalne, topią się w wysokich temperaturach, a w temperaturze pokojowej są ferromagnetyczne. Temperatura Curie, przy której zachodzi utrata właściwości ferromagnetycznych wynosi dla kobaltu 1379 K, a dla niklu 636 K. Metale te nie ulegają korozji w kontakcie z wilgotnym powietrzem, są one bardziej odporne chemicznie niż żelazo. W reakcji z kwasami mineralnymi kobalt i nikiel tworzą sole, w których metale te występują na +2 stopniu utlenienia. W reakcji ze stężonym kwasem azotowym (V) oba metale ulegają pasywacji.",
"Kobalt i nikiel tworzą tlenki: \\( \\ce{CoO} \\) i \\( \\ce{NiO} \\), w których metale te występują na +2 stopniu utlenienia. Tlenki te wykazują odstępstwa od składu stechiometrycznego, chrakteryzujące się mniejszą zwartością metalu niż wynika to ze stechiometrii związku. Elektroobojętność sieci przestrzennej tych tlenków jest zapewniona dzięki obecności w niej trójwartościowych jonów kobaltu i niklu \\( \\ce{Co^{3+}} \\) i \\( \\ce{Ni^{3+}} \\).",
"Tlenki o składzie stechiometrycznym otrzymuje się podczas rozkładu wodorotlenków lub węglanów kobaltu i niklu w próżni. Działając na roztwory soli niklu i kobaltu wodorotlenkiem sodu wytrąca się jasno zielony wodorotlenek niklu \\( \\ce{Ni(OH)_2} \\) i różowy wodorotlenek kobaltu \\( \\ce{Co(OH)_2} \\). Działając na wodorotlenki kobaltu i niklu silnym związkiem utleniającym np. \\( \\ce{H_2O_2} \\), wodorotlenki utleniają się do uwodnionych tlenków: \\( \\ce{CoO_2*xH_2O} \\) i \\( \\ce{NiO_2*xH_2O} \\). Odwodnienie uwodnionych tlenków prowadzi do tworzenia się \\( \\ce{Co_3O_4} \\) i \\( \\ce{NiO} \\). Tlenek \\( \\ce{Co_3O_4} \\) zawiera kobalt na +2 i +3 stopniu utlenienia.",
"Tlenki kobaltu i niklu w procesie prażenia z tlenkami innych metali, podobnie jak tlenki żelaza, tworzą tlenki mieszane. Podczas prażenia tlenku kobaltu z tlenkiem glinu powstaje niebieski spinel \\( \\ce{CoAl_2O_4} \\) (błękit Thenarda). Prażenie tlenku kobaltu z tlenkiem cynku daje zieleń Rinmanna ( \\( \\ce{ZnCoO_4} \\)).",
"Działając siarkowodorem na wodne roztwory soli kobaltu i niklu strącają się czarne krystaliczne osady siarczków kobaltu i niklu \\( \\ce{CoS} \\) i \\( \\ce{NiS} \\). Kobalt i nikiel tworzą również siarczki bogatsze w siarkę typu \\( \\ce{CoS_2} \\) i \\( \\ce{NiS_2} \\) tworzące sieć przestrzenną pirytu oraz siarczki o sieci typu spineli \\( \\ce{Co_3S_4} \\) i \\( \\ce{Ni_3S_4} \\).",
"Wodne roztwory soli kobaltu dwuwartościowego są różowe, a soli niklu są zielone. Barwy te pochodzą od uwodnionych jonów kompleksowych kobaltu i niklu \\( \\ce{[Co(H_2O)_6]^{2+}} \\) oraz \\( \\ce{[Ni(H_2O)_6]^{2+}} \\), które są obecne w wodnych roztworach soli tych metali. Odwodnione sole kobaltu są niebieskie, natomiast sole niklu żółte lub brunatne. Podczas bezpośredniej syntezy kobaltu i niklu z chlorem w podwyższonej temperaturze powstają chlorki kobaltu i niklu \\( \\ce{CoCl_2} \\) i \\( \\ce{NiCl_2} \\). Uwodnione siarczany, azotany, węglany kobaltu i niklu są najczęściej spotykanymi solami tych pierwiastków. Kobalt tworzy także sole, które zawierają ten metal na +3 stopniu utlenienia np. fluorek kobaltu (III) \\( \\ce{CoF_3} \\), siarczan kobaltu (III) \\( \\ce{Co_2(SO_4)_3} \\).",
"Kobalt i nikiel mają nieobsadzone w pełni elektronami orbitale atomowe i dzięki temu tworzą liczne związki kompleksowe. Związki kompleksowe kobaltu trójwartościowego są bardziej trwałe niż połączenia kompleksowe kobaltu dwuwartościowego [3]."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku d | 1,423 | Platynowce | [
"Do grupy platynowców zaliczamy pierwiastki od 8 do 10 grupy układu okresowego, leżące poniżej żelazowców: ruten, rod, pallad, osm, iryd i platynę ( Rys. 1 ). Dzieli się je na dwie triady: platynowce lekkie i platynowce cięższe.",
"Tabela 1 przedstawia wybrane właściwości platynowców.",
"Łączna zawartość platynowców w przyrodzie wynosi ok. \\( 10^{-6} \\) \\( \\% \\) [1]. Platynowce występują najczęściej jako zanieczyszczenia siarczkowych i arsenkowych rud niklu i miedzi. Własne rudy tworzy wyłącznie platyna: sperylit – arsenek platyny (VI) \\( PtAs_2 \\), kuperyt – siarczek platyny (II) \\( PtS \\) oraz braggit – \\( (Pt,Pd,Ni)S \\).",
"Platynowce z minerałów otrzymuje się poprzez przeróbkę szlamu po elektrolitycznym otrzymywaniu niklu. Dużą część platynowców uzyskuje się poprzez recykling katalizatorów samochodowych za pomocą cyjanków.",
"Toksyczność cyjanków spowodowała, że odchodzi się od tej metody w stronę rozpuszczania platynowców w wodzie królewskiej (mieszanina stężonych kwasów solnego i azotowego (V) z dodatkiem silnych utleniaczy, jak woda utleniona oraz chlorany sodu [2]).",
"Platynowce są szarobiałymi, lśniącymi (oprócz niebieskoszarego osmu), twardymi i kruchymi metalami o wysokich temperaturach topnienia. Zaliczane są do metali szlachetnych, ponieważ wykazują wysokie potencjały standardowe. Pallad i platyna posiadają zdolność rozpuszczania wodoru – w temperaturze pokojowej, mogą rozpuścić objętość wodoru 350-850 razy większą od własnej objętości. Wynika to z faktu, że niewielkich rozmiarów cząsteczki wodoru mogą lokować się w przestrzeniach pomiędzy ogromnymi, w porównaniu do nich, atomami Pd lub Pt. Platyna ( Rys. 2 ) wykazuje najniższe nadnapięcie wydzielania wodoru (przechodzenia wodoru ze stanu jonowego do pierwiastkowego), wynoszące <0,4V w środowisku kwaśnym [3].",
"Platynowce są pierwiastkami mało aktywnymi chemicznie. Nie reagują samorzutnie z tlenem. Roztwarzają się w wodzie królewskiej, reagują z halogenowcami, cyjankami i silnymi zasadami.",
"Metaloorganiczny związek platyny – cisplatyna \\( PtCl_2(NH_3)_2 \\)wykazuje silne działanie cytostatyczne. Stosowana jest jako lek w chemioterapii wielu rodzajów raka: jądra, płuc, pęcherza moczowego, jajników, szyjki macicy, nowotworów w obrębie głowy i szyi oraz czerniaka złośliwego. Karboplatyna ( Rys. 4 ) – kompleksy platyny dwuwartościowej, również stosowana jest w chemioterapii. Karboplatyna jest ogólnie lepiej tolerowana przez pacjentów niż cisplatyna."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku d | 1,424 | Miedziowce | [
"Miedziowce to 11 grupa układu okresowego ( Rys. 1 ). Zaliczamy do niej miedź, srebro, złoto i roentgen.",
"Miedź, srebro i złoto występują naturalnie w przyrodzie w postaci pierwiastków. Były znane już w starożytności. Prawdopodobnie były to pierwsze trzy odkryte pierwiastki [1]. Roentgen jest pierwiastkiem o nieznanych właściwościach, ponieważ otrzymano niewiele atomów tego pierwiastka [2]. Miedź tworzy liczne minerały:",
"Srebro występuje w postaci rodzimej lub minerałów \\( \\ce{Ag_2S} \\) argentyt, \\( \\ce{Ag_3SbS_3} \\) pirargiryt, \\( \\ce{AgCl} \\) chlorargiryt, stanowiących zanieczyszczenie rud miedzi i ołowiu. Złoto występuje w postaci rodzimej, tworząc żyły w skałach magmowych. W bardzo dużym rozdrobnieniu złoto również występuje w złożach pirytów, może występować w postaci związanej w minerale sylwanit \\( \\ce{AuAgTe_4} \\).",
"Miedź otrzymuje się przez wyprażanie i utlenienie rudy siarczkowej [4]:",
"Następnie surową miedź poddaje się oczyszczeniu metodą elektrolityczną ( Rys. 2 ).",
"Srebro i złoto obecne w urobku górniczym przeprowadza się w cyjankowe związki kompleksowe [5]:",
"Następnie złoto i srebro wydziela się działaniem cynku:",
"Wszystkie pierwiastki 11 grupy są metalami. Srebro ma barwę srebrzystą, a miedź i złoto są żółte. Charakteryzują się najwyższym przewodnictwem ciepła i prądu elektrycznego, ciągliwością, kowalnością i połyskiem metalicznym. Właściwości fizyczne miedziowców zostały zebrane w Tabela 1.",
"Miedziowce mają całkowicie zapełnioną powłokę \\( d \\), a wiązanie metaliczne jest zdominowane przez elektrony z powłoki \\( s \\). W miedzi wiązanie metaliczne nie ma charakteru kowalencyjnego i jest stosunkowo słabe. Wyjaśnia to niską twardość i wysoką ciągliwość miedzi. Jeżeli do sieci krystalicznej miedzi wprowadzimy dużą liczbę defektów, takich jak granice ziaren, dyslokacje, to będzie utrudnione przemieszczenie materiału pod przyłożonym naprężeniem, a tym samym zwiększy się jego twardość. Dlatego miedź drobnokrystaliczna, drobnoziarnista ma większą wytrzymałość, niż postacie monokrystaliczne. Srebro i złoto można walcować w folie o grubości tysięcznych części milimetra.",
"Miedziowce są mało reaktywne chemicznie. Miedź jest metalem półszlachetnym, natomiast srebro i złoto są metalami szlachetnymi. W szeregu napięciowym metale są umiejscowione za wodorem, mają zatem dodatnie potencjały normalne. Konfiguracja elektronowa powłok walencyjnych \\( (n-1)d^{10} ns^1 \\) sugeruje, że występować powinny jako pierwiastki jednowartościowe. W rzeczywistości często dochodzi do zaangażowania elektronów orbitali \\( d \\) i powstawania związków także dwu- i trójwartościowych. Srebro tworzy głównie związki jednowartościowe, miedź dwuwartościowe, a złoto najczęściej występuje jako trójwartościowe.",
"Miedź w związkach występuje na I i II stopniu utlenienia, tworzy również związki kompleksowe. W wilgotnym powietrzu okrywa się zasadowym węglanem miedzi (II) \\( \\ce{Cu_2(OH)_2CO_3} \\), zwanym patyną. Pod wpływem tlenu pokrywa się powierzchniowo tlenkiem miedzi (I) \\( \\ce{Cu_2O} \\), który nadaje jej charakterystyczne czerwone zabarwienie. Oba powyższe procesy chronią miedź przed dalszym wpływem czynników atmosferycznych. Srebro nie ulega działaniu tlenu atmosferycznego, natomiast utlenia je ozon. Srebro w związkach występuje na I stopniu utlenienia. Jego powierzchnia czarnieje, gdy reaguje z siarkowodorem zawartym w powietrzu:",
"Miedziowce nie wypierają wodoru z kwasów, wchodzą w reakcję tylko z kwasami utleniającymi. Miedź reaguje z kwasem azotowym (V) zarówno rozcieńczonym jak i stężonym, srebro reaguje z gorącymi kwasami, natomiast złoto roztwarza się tylko w wodzie królewskiej (mieszanina kwasu azotowego (V) i chlorowodorowego w stosunku 1:3).",
"Roztwory wodne soli miedzi (I) są intensywnie zielone, a roztwory soli miedzi (II) intensywnie niebieskie. Złoto nie ulega zmianom w atmosferze powietrza, ani w temperaturze pokojowej, ani podwyższonej. Reaguje z wodą królewską (kwas solny + kwas azotowy (V)), która przeprowadza go w kwas tetrachlorozłotowy \\( \\ce{HAuCl_4} \\).",
"Wszystkie miedziowce tworzą tlenki, miedź i srebro zarówno na +1 jak i na +2 stopniu utlenienia, natomiast złoto na +3 stopniu utlenienia. Roztwory wodne soli miedzi(I) są intensywnie zielone, a roztwory soli miedzi(II) intensywnie niebieskie. \\( Cu(OH)_2 \\) wodorotlenek miedzi (II) rozpuszcza celulozę – stosowany przy wyrobie sztucznego jedwabiu. \\( CuSO_4 \\) siarczan miedzi (II) ma własności odkażające, a bezwodny ma silne własności higroskopijne i jest stosowany do suszenia rozpuszczalników. \\( AgCl \\) chlorek srebra, \\( AgBr \\) bromek srebra wykorzystuje się w fotografii, do produkcji emulsji światłoczułych. Pod wpływem naświetlania ulegają one powolnemu rozkładowi na pierwiastki. Wydzielanie się srebra metalicznego powoduje, że preparaty stopniowo ciemnieją i przybierają barwę od jasnofioletowej do czarnej. \\( AgNO_3 \\) azotan (V) srebra – środek antyseptyczny (lapis). \\( Ag_2O \\) tlenek srebra (I) – stosowany jako katoda w bateriach do zegarków. \\( \\ce{HAuCl_4} \\) kwas chlorozłotowy – otrzymuje się podczas roztwarzania złota w wodzie królewskiej. Wszystkie miedziowce tworzą liczne związki kompleksowe. Związki złota są stosowane jako środek leczniczy w reumatoidalnym zapaleniu stawów."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku d | 1,425 | Cynkowce | [
"Cynkowce to 12 grupa układu okresowego ( Rys. 1 ). Zaliczamy do niej: cynk, kadm, rtęć i kopernik.",
"Spośród tej grupy pierwiastków tylko cynk jest uważany za znacznie rozpowszechniony w skorupie ziemskiej. Pierwsze trzy występują naturalnie w postaci siarczków lub węglanów, natomiast kopernik nie występuje w naturze, został zsyntezowany w laboratorium. Cynk występuje w minerałach takich jak blenda cynkowa \\( ZnS \\) (struktura regularna), wurcyt \\( ZnS \\) (struktura heksagonalna) oraz smitsonit \\( ZnCO_3 \\). Kadm występuje jako zanieczyszczenie rud cynku w postaci \\( CdS \\) grenokitu, który towarzyszy rudom cynku. Rtęć występuje w postaci \\( HgS \\) cynobru.",
"Zn otrzymuje się na drodze pirometalurgicznej [1] poprzez wyprażanie rudy siarczkowej:",
"a następnie, redukcji tlenku cynku węglem:",
"Cynk surowy zawiera wiele zanieczyszczeń (takich jak ołów, żelazo, kadm), dlatego poddaje się go rafinacji. Jednym ze sposobów rafinacji cynku jest frakcjonowana destylacja. Cynk również otrzymuje się na drodze hydrometalurgicznej [1], poprzez wstępne prażenie i rozpuszczenie rudy w rozcieńczonym kwasie siarkowym (VI), a następnie poddanie roztworu elektrolizie. Podczas procesu na anodzie otrzymuje się cynk, a na katodzie tlen: A: \\( \\ce{Zn^{2+} + 2e^- \\rightarrow Zn} \\) K: \\( \\ce{H_2O} \\rightarrow \\ce{1/2 O_2 + 2H^+ + 2e} \\) co można zapisać całościowo:",
"W tym procesie otrzymuje się cynk o większej czystości. Jest to proces bardziej ekonomiczny niż proces pirometalurgiczny. Kadm otrzymuje się jako produkt uboczny metalurgii cynku. Jest on bardziej lotny niż cynk, więc przechodzi szybko do odbieralnika, w którym osadzają się pyły cynkowe. Po rozpuszczeniu pyłów, kadm wydziela się na drodze elektrolitycznej. Rtęć otrzymuje się poprzez ogrzewanie siarczku rtęci w strumieniu powietrza i kondensacji par rtęci.",
"Proces ten przebiega w dwóch etapach. W pierwszym siarczek przeprowadza się w tlenek:",
"a w kolejnym etapie następuje rozkład tlenku do metalicznej rtęci:",
"Inną metodą otrzymywania rtęci jest ogrzewanie siarczku w obecności reduktora. Reduktorem może być żelazo:",
"Zanieczyszczenia metalami szlachetnymi usuwa się przez destylację rtęci w próżni.",
"Wszystkie pierwiastki z 12 grupy układu okresowego są metalami i mają najniższe temperatury topnienia wśród wszystkich metali przejściowych ( Tabela 1 ). Cynk i kadm o zabarwieniu niebiesko białym, są ciągliwe, miękkie i plastyczne. Rtęć o kolorze srebrzystobiałym jest jedynym metalem, który występuje w stanie ciekłym w warunkach standardowych. W porównaniu z innymi metalami jest słabym przewodnikiem ciepła, ale dobrym przewodnikiem elektryczności. Podczas gdy cynk odgrywa ważną rolę w biochemii organizmów żywych, kadm i rtęć są wysoko toksyczne [2]. Kadm ma działanie kancerogenne, uszkadza nerki, powoduje anemię i choroby kostne (osteoporozę) [3], jest zaliczany do groźnych dla zdrowia metali ciężkich [4], [5]. Cynk jest jednym z mikroelementów, bierze udział w mineralizacji kości, gojeniu się ran, wpływa na pracę systemu odpornościowego, wydzielanie się insuliny i stężenie witaminy A oraz cholesterolu, wpływa na regulację ciśnienia krwi i rytmu serca. Sole cynku (II) w dużych ilościach są rakotwórcze. Rtęć w temperaturze pokojowej jest srebrzystobiałą lśniącą cieczą ( Właściwości rtęci ). Pary rtęci działają toksycznie na organizm – powodują uszkodzenie systemu nerwowego. Rtęć ma wysoki potencjał standardowy, co oznacza, że zachowuje się jak metal szlachetny. W temperaturze pokojowej, rtęć rozpuszcza większość metali tworząc amalgamaty.",
"Konfigurację elektronów walencyjnych cynkowców można przedstawić następująco: \\( (n – 1)d^{10}ns^2 \\). Ze względu na całkowicie wypełnioną podpowłokę \\( d \\), elektronami walencyjnymi są praktycznie tylko dwa elektrony podpowłoki \\( s \\). Elektrony podpowłoki \\( d \\) zachowują się jak elektrony rdzenia i nie biorą udziału w wiązaniu chemicznym [2]. Pierwiastki te występują w związkach głównie na +2 stopniu utlenienia. Wszystkie cynkowce tworzą kompleksy z udziałem nieobsadzonych orbitali \\( p \\) ostatniej powłoki. Kompleksów nie tworzy jedynie rtęć jednowartościowa. Cynk i kadm mają potencjały normalne ujemne, rtęć ma potencjał normalny dodatni (+0,8V).",
"Cynk należy do bardzo reaktywnych metali. Na powietrzu ulega pasywacji, pokrywając się cienką warstewką zasadowego węglanu. Spala się w powietrzu niebieskozielonym płomieniem dając biały tlenek \\( \\ce{ZnO} \\). Z kwasów wypiera wodór przechodząc w odpowiednią sól.",
"Rozpuszcza się w roztworach ługu tworząc cynkany (pochodne kwasu cynkowego):",
"lub w formie nieuwodnionej: \\( \\ce{Na_2ZnO_2} \\).",
"Kadm spala się w powietrzu, tworząc bezpostaciowy brązowy tlenek kadmu \\( \\ce{CdO} \\). Reaguje z kwasami tworząc odpowiednie sole i wypierając wodór:",
"Rtęć jest pierwiastkiem odpornym chemicznie. Nie reaguje z kwasami beztlenowymi i rozcieńczonymi tlenowymi. Reaguje z kwasem azotowym (V), stężonym siarkowym (VI) i wodą królewską. Rozcieńczony kwas azotowy z nadmiarem rtęci daje azotan rtęci (I):",
"Rtęć reaguje z siarką, dlatego też siarka jest używana do pochłaniania rtęci w przypadku rozlania.",
"\\( ZnO \\) tlenek cynku (biel cynkowa) – stosowany jako dodatek do farb i lakierów oraz jako wypełniacz i stabilizator gumy i tworzyw sztucznych. \\( \\ce{CdO} \\) tlenek kadmu - używany do produkcji elektrod w bateriach niklowo-kadmowych [6]. \\( CdS \\) siarczek kadmu – żółta farba malarska, jako fotoprzewodząca powłoka powierzchniowa w bębnach do fotokopiarek [5]. \\( CdSe \\) selenek kadmu – stosowany jako czerwony pigment.",
"Rtęć w związkach występuje na +1 i +2 stopniu utlenienia. Większość związków rtęci (I) zawiera dimeryczny kation \\( \\ce{Hg_2^{2+}} \\) z wiązaniem metal–metal. \\( Hg_2Cl_2 \\) chlorek rtęci (I) (kalomel) – stosowany jest w lecznictwie, do wyrobu elektrod, jako środek ochrony roślin [6]. Głównym stopniem utlenienia rtęci w przyrodzie jest Hg (II). Wszystkie cztery chalogenki rtęci są znane. Najpopularniejszy \\( HgCl_2 \\) chlorek rtęci (II) – służy jako katalizator w syntezie organicznej, w metalurgii oraz jako środek dezynfekujący. Znane są również związki rtęci z tlenowcami. Najważniejszy z nich \\( \\ce{HgS} \\) siarczek rtęci (II) jest stosowany jako pigment. \\( \\ce{HgO} \\) tlenek rtęci (II) stosowany jako lek przeciwbakteryjny i przeciw pasożytniczy w dermatologii i okulistyce. \\( \\ce{HgSe} \\) selenek rtęci (II) i \\( \\ce{HgTe} \\) tellurek rtęci (II) oraz ich pochodne znane jako półprzewodniki przydatne jako materiały do detektorów podczerwieni. Sole Hg (II) tworzą z amoniakiem różnorodne związki kompleksowe, np. \\( \\ce{[Hg(NH_3)_2]Cl_2} \\) chlorek diamina rtęci (II) znany jako \"topliwy osad\" [7]; \\( \\ce{K_2[HgI_4]} \\) tetrajodortęcian (II) potasu stosowany jako odczynnik chemiczny (odczynnik Nesslera) do wykrywania jonów amonowych lub do wykrywania aldehydów i ketonów jako zanieczyszczeń eteru dietylowego. \\( Hg(CNO)_2 \\) piorunian rtęci – ma zastosowanie do wyrobu spłonek i detonatorów."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,426 | Pierwiastki bloku p | [
"Blok p układu okresowego ( Rys. 1 ) stanowią pierwiastki grup 13-18 (oprócz helu), których elektrony walencyjne opisane są funkcją falową nazywaną orbitalem typu p. Są to:",
"Orbital p może opisywać maksymalnie sześć elektronów, więc pierwiastki bloku p mają ogólną konfigurację elektronową od \\( ns^2np^1 \\) do \\( ns^2np^6 \\). Wśród pierwiastków należących do bloku p znajdują się zarówno metale, półmetale (metaloidy), jak i pierwiastki niemetaliczne. Ogólne właściwości metali zostały omówione w rozdziale opisującym Pierwiastki bloku s.",
"Niemetale Niemetale, w przeciwieństwie do metali, nie wykazują wyraźnych cech charakterystycznych. Należą do nich: wodór, węgiel, azot, fosfor, tlen, siarka, selen, wszystkie halogeny (fluor, chlor, brom, jod i astat) oraz gazy szlachetne (neon, argon, krypton, ksenon). Większość niemetali, w normalnych warunkach, występuje w postaci gazowej, brom jest cieczą, natomiast węgiel, fosfor, siarka, selen, jod i astat są ciałami stałymi o niskiej gęstości. Niemetale występujące w postaci gazowej (z wyjątkiem pierwiastków grupy 18-tej), a także ciekły brom i stały jod występują w postaci cząsteczek dwuatomowych ( Rys. 2 ).",
"Metaloidy Metaloidy, zwane również półmetalami, to pierwiastki chemiczne o właściwościach pośrednich między metalicznymi i niemetalicznymi. Należą do nich: antymon, arsen, bor, glin, german, krzem i tellur. Metaloidy, tak jak metale, mają błyszczącą powierzchnię w stanie stałym i wysoką temperaturę topnienia. Chociaż wykazują gorszą przewodność elektryczną i cieplną typową dla metali, to jednak wyższą niż dla niemetali i dlatego są stosowane w materiałach półprzewodnikowych. Ich właściwości chemiczne są również pośrednie. Z jednej strony wykazują szereg cech niemetali (np. tworzą dość mocne kwasy nieorganiczne), z drugiej – posiadają szereg cech charakterystycznych dla metali (dodatni stopień utlenienia, skłonność do tworzenia raczej zasad, niż kwasów oraz zdolność do tworzenia związków kompleksowych) ( Rys. 3 ).",
"Podsumowując, niemetale wykazują następujące cechy:"
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,403 | Borowce | [
"Borowce to pierwiastki 13 grupy układu okresowego ( Rys. 1 ). Zaliczamy do niej bor, glin, gal, ind, tal oraz nihon.",
"Bor występuje w skorupie ziemskiej w postaci minerałów, głównie boranów. Najczęściej spotykanym związkiem jest boraks \\( Na_2B_4O_7 \\) lub kwas borowy \\( H_3BO_3 \\), który występuje w wulkanicznych wodach źródłowych [1]. Glin jest najbardziej rozpowszechnionym metalem w skorupie ziemskiej. Występuje w postaci glinokrzemianów, takich jak kaolinit \\( [Al_4(OH)_8][Si_4O_{10}] \\), sylimanit \\( Al_2SiO_5 \\), ortoklaz \\( K[AlSi_3O_8] \\) itp.; a także w kriolicie \\( Na_3[AlF_6] \\), gibbsycie \\( Al(OH)_3 \\), granicie, bazalcie (skały magmowe) oraz korundzie \\( Al_2O_3 \\) (rubin, szafir). Gal występuje w ilościach śladowych w boksycie, kaolinicie i rudach cynku. Ind oraz tal występują w niewielkich ilościach w minerałach zawierających cynk, żelazo, ołów i miedź. Własne minerały talu: lorandyt \\( TlAsS_2 \\), hutchinsonit \\( (Tl, Ag)_2Pb(AsS_2)_4 \\) są rzadkie. Nihon jest pierwiastkiem syntetycznym [2].",
"Bor otrzymuje się przez redukcję tlenku boru magnezem [3]:",
"Kolejnym sposobem otrzymywania boru jest redukcja chlorku lub bromku boru wodorem w łuku elektrycznym [4]:",
"oraz rozkład termiczny jodku boru w temperaturze 1100-1300 K:",
"Glin otrzymuje się metodą Halla z rudy boksytowej, po wstępnej przeróbce do \\( \\ce{Al_2O_3} \\), a następnie poprzez jego elektrolizę w stopionym kriolicie \\( \\ce{Na_3AlF_3} \\). Na Rys. 2 przedstawiono aparaturę do elektrochemicznej produkcji glinu, która zawiera serię węglowych anod. Katodę natomiast stanowią węglowe wykładziny, którymi wyłożona jest wanna elektrolityczna [3].",
"Na katodzie otrzymuje się ciekły metal, a na anodzie tlen: K: \\( \\ce{4Al^{3+} + 12e^- \\rightarrow 4Al} \\) A: \\( \\ce{6O^{2-} - 12e^- \\rightarrow 3O_2} \\) Gazowy tlen reaguje z materiałem anody, co daje reakcję wtórną: \\( \\ce{3O_2 + 4C \\rightarrow 2CO + 2CO_2} \\).",
"Gal na skalę przemysłową otrzymuje się z boksytu jako produkt uboczny przy produkcji cynku i aluminium. Ind otrzymuje się przez redukcje tlenku indu wodorem lub przez elektrolizę roztworu soli indu. Tal otrzymuje się jako produkt uboczny przy przeróbce pirytów, metaliczny powstaje w wyniku elektrolizy stopionego TlCl, czy węglik krzemu [5].",
"Właściwości fizyczne borowców zostały zebrane w Tabela 1.",
"Bor jest jedynym niemetalem w 13 grupie układu okresowego. Posiada wiele odmian alotropowych. Odmiany amorficzne w postaci brązowego proszku lub czarnego szkliwa oraz krystaliczne czarne o wysokiej twardości (9 w skali Mohsa) kryształy odporne chemicznie [1]. Ma silną tendencję do tworzenia wiązań kowalencyjnych. Jego wyjątkowo złożona chemia strukturalna wynika z konfiguracji elektronowej powłoki walencyjnej \\( 2s^2 2p^1 \\), która daje o jeden elektron walencyjny mniej, niż liczba orbitali w powłoce walencyjnej. Proste związki takie jak \\( BCl_3 \\) mają niepełny oktet elektronowy i są silnymi kwasami Lewisa [3]. Bor kompensuje sobie niedobór elektronów tworząc klastry z wiązaniem wielocentrowym [6].",
"Pozostałe pierwiastki grupy 13 są metalami. Glin jest kowalnym, ciągliwym, dającym się łatwo rozwalcować srebrzystym metalem. Posiada bardzo duże powinowactwo do tlenu, w związku z czym utlenia się na powietrzu, ulegając pasywacji. Czysty glin ma słabą odporność mechaniczną, dlatego wprowadza się dodatki stopowe, aby ją poprawić.",
"Gal jest twardym i kruchym metalem o kolorze srebrzystobiałym. Topi się w temperaturze 29,76 \\( ^oC \\) i trzymany w dłoni zamienia się w ciecz (zob. Właściwości fizykochemiczne galu ). Ind i tal są plastycznymi, srebrzystymi metalami. Są tak miękkie, że można kroić je nożem. Gal jest metalem nietoksycznym, ale też nie pełni żadnej funkcji biologicznej. Ind podobnie jak cyna podczas zginania wydaje trzaski spowodowane łączeniem kryształów [7].",
"Tal z wyglądu przypomina ołów. Ma niską temperaturę topnienia i matowieje na powietrzu do niebiesko-szarego tlenku. Zarówno tal pierwiastkowy, jak i jego związki są wysoce toksyczne i należy unikać bezpośredniego kontaktu ze skórą. Charakterystycznym objawem zatrucia jest łysienie poprzedzone czernieniem mieszków włosowych [8].",
"Nihon jest najcięższym pierwiastkiem 13 grupy, o właściwościach silnie radioaktywnych, badania nad jego właściwościami trwają [9].",
"Bor jest pierwiastkiem mało aktywnym chemicznie. Nie działa na niego wrzący kwas solny i fluorowodorowy, natomiast rozpuszcza się w gorącym stężonym kwasie azotowym przechodząc w kwas ortoborowy. Pod względem chemicznym przypomina węgiel i krzem, gdyż tworzy borowodory – analogi do węglowodorów i krzemowodorów. Borowodory o ogólnych wzorach: \\( B_nH_{n+4} \\) lub \\( B_nH_{n+6} \\) są substancjami toksycznymi, o nieprzyjemnym zapachu. Diboran \\( B_2H_6 \\) i tetraboran \\( B_4H_{10} \\) są łatwopalnymi gazami. Diboran samorzutnie zapala się w powietrzu wydzielając dwukrotnie więcej ciepła, niż spalanie takiej samej masy węglowodorów [10]. Bor z metalami tworzy borki \\( M_nB_m \\), które charakteryzują się dużą odpornością na czynniki chemiczne, wysokimi temperaturami topnienia (na ogół powyżej 2300 K), a w niektórych przypadkach także dobrym przewodnictwem elektrycznym.",
"Glin (aluminium) na powietrzu szybko utlenia się tworząc na powierzchni warstwę pasywną \\( Al_2O_3 \\). Pomimo, że posiada bardzo niski potencjał standardowy, nie ulega korozji atmosferycznej. W postaci pyłu po podgrzaniu wykazuje silne właściwości piroforyczne (ulega samozapaleniu). Spala się bardzo intensywnym białym płomieniem z wydzieleniem dużej ilości energii. Reaguje z rozcieńczonymi kwasami wypierając wodór:",
"W reakcji ze stężonym kwasem \\( \\ce{H_2SO_4} \\) i \\( \\ce{HNO_3} \\), czyli w reakcji z kwasami utleniającymi powstaje pasywna warstewka tlenku glinu.",
"Jeżeli do reakcji użyjemy gorących kwasów, warstwa pasywna zostaje rozpuszczona i reakcja przebiegnie zgodnie z równaniem ( 5 ). Glin ma właściwości amfoteryczne, roztwarza się w mocnych zasadach :",
"Glin wykazuje bardzo duże powinowactwo do tlenu, do tego stopnia, że metaliczny glin łączy się również z tlenem zawartym w tlenkach wielu metali. Mieszanina sproszkowanego glinu z tlenkiem żelaza (tzw. termit), po zapoczątkowaniu reakcji za pomocą lokalnego podgrzania wydziela tak duże ilości ciepła, że wytwarzane w tych warunkach wolne żelazo ulega stopieniu:",
"Gal podobnie jak glin jest amfoteryczny i roztwarza się zarówno w kwasach, jak i zasadach.",
"Gal reaguje z tlenem, tworząc tlenek \\( Ga_2O_3 \\), dopiero w wyższych temperaturach. Gal z innymi metalami tworzy spontaniczne stopy, dlatego przechowuje się go w pojemnikach polietylenowych. Gal i ind tworzą związki na +3 i +1 stopniu utlenienia, jednak te ostatnie nie są stabilne w roztworach wodnych [11]. Ind i tal nie mają właściwości amfoterycznych, roztwarzają się tylko w kwasach, przy czym tal przechodzi na +1 stopnień utlenienia:",
"Ind reaguje z wodą dając nierozpuszczalny \\( In(OH)_3 \\), który jest amfoteryczny. Tal w przeciwieństwie do pozostałych metali 13 grupy tworzy stabilne związki zarówno na +1 jak i +3 stopniu utlenienia [11]. Ogrzewany tal ulega działaniu tlenu i powstaje mieszanina tlenków \\( Tl_2O \\) i \\( Tl_2O_3 \\). Chemia talu to głównie układy redoks \\( Tl(I) \\leftrightarrow Tl(III) \\).",
"\\( \\ce{Na_2B_4O_7} \\) boraks – znalazł zastosowanie przy wyrobie szkła jako dodatek do masy szklanej, do wyrobu szkliw i emalii. \\( \\ce{H_3BO_3} \\) kwas ortoborowy – zwany potocznie kwasem bornym – służy do produkcji boraksu, jako nawóz oraz lekki środek dezynfekujący. W przemyśle spożywczym stosowany jako środek konserwujący. \\( \\ce{B_nH_{n+4}} \\) lub \\( \\ce{B_nH_{n+6}} \\) borany (borowodory) – dawniej stosowane jako paliwo rakietowe, zaniechane z powodu trujących produktów reakcji. Cechą charakterystyczną boranów jest duża liczba reakcji, w których jedne borany przechodzą w drugie. Pozwala to na zbudowanie chemii boranów, gdzie produktem wyjściowym jest \\( \\ce{B_2O_6} \\). Spośród halogenków boru największe znaczenie ma fluorek \\( \\ce{BF_3} \\). Stanowi on ważny katalizator w reakcjach polimeryzacji związków organicznych. W wysokich temperaturach bor z metalami tworzy borki. Borki metali wykazują dużą odporność na czynniki chemiczne, wysokie temperatury topnienia, charakteryzują się również dobrym przewodnictwem elektrycznym. Znalazły zatem zastosowanie do wyrobu elektrod pracujących w wysokich temperaturach i do budowy dysz do rakiet [4]. \\( \\ce{Al_2O_3} \\) trójtlenek glinu (alumina) – występuje w dwóch odmianach:",
"Tlenek glinu z bardzo rozwiniętą powierzchnią jest stosowany jako nośnik katalizatora [11]. \\( \\ce{AlCl_3} \\) chlorek glinu – stosowany jako katalizator w wielu syntezach organicznych [11]. \\( \\ce{Al(OH)_3} \\) wodorotlenek glinu – stosowany jako środek zobojętniający kwas, znajduje zastosowanie w uzdatnianiu wody do picia, produkcji szkła i ceramiki oraz do impregnacji tkanin. \\( \\ce{LiAlH_4} \\) tetrahydroglinian litu – silny środek redukujący w chemii organicznej. Glinokrzemiany – stosowane do produkcji ceramiki. \\( \\ce{GaAs} \\) arsenek galu – drugi po krzemie najczęściej stosowany materiał w mikro- i optoelektronice oraz technice mikrofalowej. Procesory oparte na \\( GaAs \\) mogą pracować z częstotliwościami przekraczającymi 250 GHz. Sole galu takie jak azotan \\( \\ce{Ga(NO_3)_3} \\), cytrynian galu, czy maltolan galu pełnią rolę markerów chorobowych, są stosowane w terapii nowotworowej lub jako leki w chorobach zakaźnych [13]. Związki indu na +1 stopniu utlenienia nie są powszechne. Znane są halogenki indu (I), które są barwne, jedynie InF fluorek indu jest niestabilnym gazem. Tlenek indu (III) jest amfoteryczny. Znane są również organiczne związki indu, jak \\( \\ce{(CH_3)_3In} \\) trimetyloind stosowany do wytwarzania materiałów półprzewodnikowych. Związki talu na +3 stopniu utlenienia nie są stabilne. Znane są związki o mieszanej wartościowości, takie jak \\( \\ce{Tl_4O_3} \\) i \\( \\ce{Tl_2Cl_4} \\), które zawierają tal zarówno na +1 jak i +3 stopniu utlenienia. Związki talu na +1 stopniu utlenienia wykazują się stabilnością. \\( \\ce{Tl_2SO_4} \\) siarczan talu był używany jako zabójca gryzoni i mrówek, ponieważ jest bezwonny i bez smaku. Jednak używanie produktu jest zabronione ze względu na wysoką toksyczność. \\( \\ce{TlBr} \\) bromek talu i \\( \\ce{TlI} \\) jodek talu są stosowane jako materiały optyczne na podczerwień. \\( \\ce{Tl_2O} \\) tlenek talu jest używany do produkcji szkieł o wysokim współczynniku załamania światła."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,404 | Węglowce | [
"Do grupy węglowców zaliczamy pierwiastki grupy 14 układu okresowego: węgiel, krzem, german, cynę, ołów i flerow (zob. najważniejsze dane charakteryzujące węglowce w Tabela 1 ).",
"Ze względu na wyjątkowość dwóch pierwszych przedstawicieli tej grupy: węgla i krzemu, zostaną one omówione w osobnych rozdziałach (zob. Węgiel i Krzem ). Pozostałym węglowcom zostanie poświęcony dodatkowy rozdział (zob. Inne węglowce )."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,405 | Węgiel | [
"Węgiel ( Rys. 1 ) występuje w przyrodzie przede wszystkim w postaci tlenku węgla (IV) CO2 (0,03 \\( \\% \\) objętościowych powietrza). W litosferze można go znaleźć pod postacią węglanów takich, jak: \\( CaCO_3 \\) (wapień, marmur, kreda), magnezyt \\( MgCO_3 \\), dolomit \\( CaCO_3·MgCO_3 \\), czy syderyt \\( FeCO_3 \\). Jednakże przede wszystkim węgiel jest głównym budulcem całej materii ożywionej oraz w złożach pochodzenia biologicznego: węgiel kamienny, ropa naftowa, gaz ziemny. W stanie wolnym występuje w niewielkich ilościach w postaci grafitu i diamentu.",
"Węgiel znany jest od starożytności. Prawie do końca XX wieku znane były jego dwie podstawowe odmiany alotropowe: grafit i diament.",
"Grafit jest zbudowany z płaszczyzn składających się z połączonych ze sobą pierścieni benzenowych. Ponieważ w benzenie występują zdelokalizowane elektrony, mogą one przemieszczać się po całej płaszczyźnie grafitu – z czego wynika zjawisko przewodzenia prądu elektrycznego. Płaszczyzny połączonych pierścieni benzenowych są od siebie odsunięte, mogą się względem siebie przesuwać co sprawia, że grafit jest kruchy.",
"Diament ma budowę przestrzenną, zbudowany jest z połączonych ze sobą pierścieni cykloheksanu o strukturze krzesełkowej, co sprawia, że jest jedną z najtwardszych, znanych nam substancji. Brak wolnych elektronów, które mogłyby być nośnikami ładunku, powoduje, że diament jest izolatorem – nie przewodzi prądu. Rys. 2 i Rys. 3 przedstawiają struktury benzenu, cykloheksanu oraz modele kulkowe grafitu i diamentu.",
"W roku 1985 odkryto nową przestrzenną odmianę alotropową węgla – fuleren, przestrzenną bryłę składającą się 60 atomów węgla [1]. Niedługo później odkryto nanorurki węglowe oraz nanorurki wielościenne – podłużne struktury o bardzo interesujących właściwościach [2]. Wiek XXI to cała seria odkryć nowych form węgla. W roku 2004 stwierdzono, że pojedyncza warstwa grafitu – grafen – ma specyficzne właściwości, przewodzi prąd tak, jak grafit, a jednocześnie jest elastyczna [3]. Kilka lat później zsyntezowano, wykryty wcześniej w meteorytach i pyle międzygwiezdnym, opisany teoretycznie, karbin – łańcuch składający się atomów węgla połączonych wiązaniami wielokrotnymi (=C=C=C=) lub (–C \\( \\ce{\\bond{#}} \\)C–C \\( \\ce{\\bond{#}} \\)C–), co pozwala na poruszanie się elektronów wzdłuż łańcucha, czyli przewodzenie. Ponadto karbin może być skręcany podobnie, jak nici DNA, co daje bardzo ciekawe perspektywy zastosowania go jako sztucznych tkanek [4]. Ostatnio odkrytą odmianą alotropową węgla jest karbon C18 – 18-to atomowa cykliczna struktura, która ma właściwości półprzewodnikowe [5]. Rys. 4 przedstawia historię odkryć odmian alotropowych węgla.",
"Węgiel pierwiastkowy jest stosunkowo nieaktywny w warunkach pokojowych. W standardowej temperaturze i pod standardowym ciśnieniem jest odporny na wszystkie najsilniejsze utleniacze. W podwyższonych temperaturach reaguje z tlenem z powietrza, tworząc tlenki. Reaguje również z tlenkami metali powodując ich redukcję do pierwiastkowego metalu. Ta egzotermiczna reakcja jest stosowana w przemyśle metalurgicznym:",
"Chemia związków węgla to ogromna, liczona w milionach, liczba odkrytych i zsyntezowanych związków organicznych. Ich podział został omówiony w podręcznikach Chemia ogólna oraz Podstawy chemii polimerów. Z każdym rokiem ich liczba rośnie, ponieważ wciąż są syntezowane nowe związki.",
"Poniżej przedstawiono najważniejsze związki nieorganiczne węgla. \\( CO \\) tlenek węgla (II), czad – bezwonny, bezbarwny, palny, silnie trujący gaz (w hemoglobinie zajmuje miejsce cząsteczki tlenu). Węgiel stosowany jest w metalurgii jako reduktor:",
"W obecności węgla aktywnego, jako katalizatora, tworzy fosgen – duszący gaz bojowy, zastosowany po raz pierwszy w czasie I wojny światowej:",
"Mieszanina \\( CO \\) i \\( H_2 \\) jest surowcem wyjściowym do produkcji syntetycznej benzyny. \\( CO \\) jako ligand tworzy kompleksowe karbonylki \\( M_1[M_2(CO)_n] \\)",
"\\( CO_2 \\) tlenek węgla (IV), dwutlenek węgla – bezbarwny, bezwonny, niepalny gaz, gaz cieplarniany, który zatrzymuje przy powierzchni ziemi część ciepła docierającego ze Słońca, dzięki czemu możliwy jest rozwój fauny i flory. Nadmiar \\( CO2 \\) w atmosferze ziemskiej, wytwarzany poprzez zintensyfikowaną działalność człowieka (przemysł, rolnictwo), powoduje globalne ocieplenie, czyli nasilenie efektu cieplarnianego. \\( CO_2 \\) w reakcji z wodą tworzy słaby kwas węglowy:",
"\\( CO_2 + H_2O \\rightarrow H_2CO_3 \\)",
"\\( M_2(CO_3)n \\) węglany – najczęściej spotykane minerały (wapienie, dolomity). \\( M(HO_3)n \\) wodorowęglany – sole mineralne powodujące twardość wody, nadające przyjemny smak wodzie mineralnej. \\( CS_2 \\) dwusiarczek węgla – substrat w syntezie CCl4, oraz sztucznego jedwabiu. \\( HCN \\) cyjanowodór (kwas pruski) bardzo toksyczny gaz, składnik migdałów, ziemia okrzemkowa nasycona cyjanowodorem – Cyklon B był używany w hitlerowskich obozach koncentracyjnych do uśmiercania więźniów. \\( NaCN \\) cyjanek sodu stosowany w ekstrakcji złota i srebra oraz galwanotechnice (powstają kompleksowe cyjanki metali ciężkich). \\( SiC \\) węglik krzemu (karborund) o twardości zbliżonej do diamentu stosuje się jako materiał szlifierski. \\( TiC \\) węglik tytanu (II) stosuje się do pokrywania ostrzy do skrawania metali. \\( WC \\) węglik wolframu ma najwyższą (6000 °C) temperaturę wrzenia spośród znanych związków, wykazuje bardzo wysoką twardość, używa się go w narzędziach tnących, pociskach, wygładzarkach i łożyskach, jako tańszą i bardziej odporną na działanie temperatury alternatywę diamentu."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,427 | Krzem | [
"Krzem ( Rys. 1 ) jest drugim, po tlenie co do częstości występowania, pierwiastkiem w przyrodzie. Jego zawartość w litosferze wynosi 27,7 \\( \\% \\). Występuje najczęściej w postaci glinokrzemianów: kaolinitu \\( [Al_4(OH)_8][Si_4O_{10}] \\), silimanitu \\( Al_2SiO_5 \\), albitu \\( Na[AlSi_3O_8] \\), ortoklazu \\( K[AlSi_3O_8] \\), a także w postaci tlenku krzemu (IV) \\( SiO_2 \\) – krzemionki (piasku) oraz kwarcu. Wiele kamieni szlachetnych i półszlachetnych składa się głównie z tlenku krzemu (IV), są to: agat, ametyst, jaspis, krzemień, krzemień pasiasty – minerał występujący wyłącznie na terenie Polski, kryształ górski, karneol, morion, onyks i opal.",
"Przemysłowo krzem najczęściej otrzymuje się poprzez redukcję tlenku krzemu węglem:",
"Monokrystaliczny krzem pierwiastkowy, o wysokiej czystości otrzymuje się metodą Czochralskiego. Otrzymywanie monokryształu ( Rys. 2 ) polega na stopieniu kawałków krzemu, a następnie powolnym i stopniowym wyciąganiu z roztopionego materiału zarodka krystalicznego, w sposób zapewniający kontrolowaną i stabilną krystalizację na jego powierzchni. Uzyskany w ten sposób monokryształ ma taką samą orientację krystalograficzną, jak zarodek krystalizacji.",
"Krzem elementarny tworzy szaroczarne, silnie błyszczące kryształy, podobne w strukturze do grafitu. Wykazuje własności półprzewodnikowe. Półprzewodniki krzemowe domieszkuje się atomami pierwiastków o wyższej lub niższej wartościowości niż Si, poziom domieszkowania wynosi ok. 1 atom domieszki na 100 000 atomów krzemu. W przypadku wprowadzenia do sieci krystalicznej Si pierwiastka o wyższej wartościowości, np. As lub P, nadmiarowe elektrony przemieszczają się po sieci krystalicznej. Półprzewodnik taki nazywamy półprzewodnikiem typu n (półprzewodnik elektronowy). W przypadku domieszkowania pierwiastkiem o niższej wartościowości, np. B, który ma tylko 3 elektrony, brakuje jednego elektronu do utworzenia wiązań ze wszystkimi sąsiednimi atomami krzemu. Powstaje wtedy luka elektronowa, którą może zapełnić elektron przeskakując z atomu Si z czterema wiązaniami. Luka (dziura) elektronowa \"wędruje\" dalej po krysztale Si. Takie przewodnictwo nazywamy przewodnictwem typu p (dziurowym). Rys. 3 prezentuje obydwa rodzaje przewodzenia.",
"Krzem, podobnie jak węgiel, tworzy łańcuchy -Si-Si-, -Si-O-Si- oraz -Si-N-Si. Istnieje dość liczna (około 300 tys.) grupa takich związków.",
"W temperaturze pokojowej krzem jest obojętny, wiąże się tylko z fluorem. W wyższych temperaturach reaguje z wieloma metalami – azotem, chlorem i tlenem atmosferycznym – tworząc z nim warstewkę dwutlenku krzemu (krzemionki). Jest praktycznie nierozpuszczalny we wszystkich kwasach. Wyjątek stanowi tu tylko mieszanina kwasu azotowego i fluorowodorowego. Łatwo rozpuszcza się w gorących ługach tworząc krzemiany.",
"\\( SiO_2 \\) – tlenek krzemu (IV), kwarc, stosowany przy produkcji materiałów ściernych, w przemyśle ceramicznym, szklarskim ( Rys. 5 ), budowlanym, optycznym, w elektronice (piezokwarc, wyświetlacz ciekłokrystaliczny), do wyrobu detergentów, farb, pasty do zębów, kamieni ozdobnych. Amorficzny przechłodzony ciekły \\( SiO_2 \\) tworzy szkło.",
"\\( SiC \\) – węglik krzemu, zwany karborundem ze względu na swoją twardość, która zawiera się pomiędzy twardością diamentu i korundu ( \\( Al_2O_3 \\)). Oprócz wytwarzania papierów ściernych o różnej gradacji, stosowany jest do pokrywania powierzchni ciernych pracujących w wysokich temperaturach (powierzchni bocznych cylindrów silników, osłon termicznych w pojazdach kosmicznych itp.). W czystej postaci (moissanit) jest niekiedy wykorzystywany do produkcji biżuterii jako kamień ozdobny. Jednym z najnowszych zastosowań węgliku krzemu jest produkcja tranzystorów mikrofalowych [1]. \\( H_{2n}Si_mO_{2m+n} \\) kwasy krzemowe i ich sole – krzemiany.",
"Krzemiany stanowią ponad 90 \\( \\% \\) skał tworzących skorupę ziemską, w przyrodzie występuje około pięciuset minerałów z tej grupy. Są to krystaliczne lub amorficzne związki składające się z głównie z krzemu i tlenu. Głównym motywem strukturalnym krzemianów są tetraedry zbudowane z atomu Si znajdującego się w środku i otoczonego czterema atomami O umieszczonymi na wierzchołkach. Czworościany utworzone przez \\( SiO_4 \\) mogą łączyć się narożami. Powstają w ten sposób łańcuchy ( Rys. 6 ), które wiążą kationy metali przez zneutralizowanie ładunków elektrycznych.",
"Złożoność struktur tetraedrycznych zależy głównie od temperatury, w jakiej powstaje minerał. W wysokiej temperaturze tworzą się izolowane czworościany (oliwiny) lub krótkie łańcuchy. W miarę spadku temperatury tworzy trójwymiarowy szkielet (kwarc). Występuje możliwość zastępowania atomów krzemu przez atomy glinu. Takie krzemiany noszą nazwę glinokrzemianów."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,406 | Inne węglowce | [
"Do węglowców, oprócz opisanych w innych rozdziałach (zob. Węgiel i Krzem ), zaliczamy german, cynę i ołów ( Rys. 1 ).",
"Rys. 2 pokazuje przedstawia węglowce w ich postaciach metalicznych.",
"German występuje jako domieszka w niektórych gatunkach węgla kamiennego. Podstawową rudą germanu jest germanit \\( Cu_3(Ge, Fe)S_4 \\). Cyna występuje w postaci kasyterytu \\( SnO_2 \\). Ołów posiada kilka znaczących minerałów: \\( PbS \\) (galena), \\( PbCO_2 \\) (cerusyt), \\( PbCrO_4 \\) (krokoit) oraz \\( PbSO_4 \\) (anglezyt).",
"Współcześnie ołów jest otrzymywany z dwóch źródeł:",
"Pierwszym etapem podczas pozyskiwania ołowiu z rud jest ich rozkruszenie i segregacja na zasadzie flotacji. Następnie rudy ołowiu są prażone w wysokich temperaturach do uzyskania tlenku ołowiu:",
"Następnie utleniony ołów redukowany jest w piecu koksowym:",
"Ostatnim etapem jest oczyszczanie uzyskanego metalu z zanieczyszczeń przez ich utlenienie podczas wytapiania.",
"German – niektóre jego związki, fluorki i arsenki, wykazują własności półprzewodnikowe i elektro-luminescencyjne. Cyna posiada dwie odmiany alotropowe:",
"Obydwie odmiany ( Rys. 3 ) różnią się znacznie gęstością. Powoduje to, że znaczne schłodzenie tego metalu objawia się rozpadem metalicznej cyny białej w szary proszek. Zjawisko to określane jest zarazą cynową.",
"Ołów to miękki, plastyczny metal o barwie szarej. Jego związki są trujące. Na powietrzu pasywuje się i pokrywa tlenkiem.",
"Metaliczny ołów pochłania promieniowanie rentgenowskie oraz promieniowanie gamma.",
"\\( Ge_3N_2 \\) azotek germanu – półprzewodnik, obecnie rzadko stosowany. \\( Pb_3O_4 (PbO_2⋅2PbO) \\) minia ołowiana, tlenek diołowiu (II) i ołowiu (IV), pigment o barwie pomarańczowo-czerwonej stosowany w zabezpieczeniach antykorozyjnych ( Rys. 4 ), do kitów uszczelniających oraz w hutnictwie szkła.",
"\\( Pb(N_3)_2 \\) azotek ołowiu – detonator. \\( Pb(C_2H_5)_4 \\) tetraetyloołów – środek przeciwstukowy w benzynach silnikowych, obecnie wycofany ( Rys. 5 ).",
"\\( PbS \\)siarczek ołowiu (II) – półprzewodnik, fotoprzewodnik, niezwykle czuły wykrywacz promieniowania podczerwonego."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,408 | Azotowce (Azot) | [
"Azot to pierwszy pierwiastek grupy 15 układu okresowego ( Rys. 1 i Tabela 1 ).",
"Azot jest głównym składnikiem atmosfery ziemskiej. W postaci gazowej \\( N_2 \\) stanowi 78,09 \\( \\% \\) objętościowych powietrza. W postaci związków, zwłaszcza organicznych, występuje przeważnie w organizmach żywych.",
"Czysty azot, w postaci ciekłej, otrzymuje się przez frakcjonowaną destylację skroplonego powietrza. Polega ona na sprężeniu powietrza do ciśnienia ok. 6,5 atm., oczyszczaniu go z dwutlenku węgla, węglowodorów, wody i innych zanieczyszczeń. Mieszanka pozostałych gazów jest schładzana do temperatury poniżej \\( 466K (193^oC) \\). Po skropleniu mieszanina rozdzielana jest metodą destylacji na tlen, azot, argon i inne gazy szlachetne.",
"Azot w warunkach standardowych jest bezbarwnym, bezwonnym, niepalnym gazem. Po raz pierwszy został skroplony w roku1883 przez dwóch profesorów Uniwersytetu Jagiellońskiego – Zygmunta Wróblewskiego i Karola Olszewskiego. Azot występuje w postaci dwuatomowych cząsteczek z potrójnym wiązaniem kowalencyjnym N≡N ( Rys. 2 ).",
"\\( NH_3 \\) amoniak – jest substratem do produkcji nawozów sztucznych, materiałów wybuchowych, cyjanowodoru, tkanin syntetycznych i wielu tworzyw sztucznych. Amoniak produkuje się na szeroką skalę przemysłową metodą Habera-Boscha. Substratami są gazowy wodór i azot w obecności katalizatora:",
"Głównym składnikiem katalizatora do produkcji amoniaku jest magnetyt \\( Fe_3O_4 \\), promotory zapewniające wysoką termostabilność i wytrzymałość mechaniczną katalizatora ( \\( K_2O, Al_2O_3, MgO, CaO, SiO_2 \\)) oraz metaliczne żelazo. W ostatnich latach opracowano elektrochemiczną metodę otrzymywania amoniaku:",
"Energia zużywana w tym procesie jest o około 20 \\( \\% \\) mniejsza niż w procesie Habera-Boscha [1].",
"\\( N_2O \\) tlenek azotu (I) (podtlenek azotu) – gaz rozweselający, dawniej stosowany jako środek usypiający, obecnie środek znieczulający w dentystyce, konserwujący dodatek do żywności E-942 (chipsy), rozpuszczalny w tłuszczach, dzięki czemu jest wykorzystywany do tworzenia piany (bitej śmietany w spray'u), stosowany w tuningu samochodowym – wtryskiwany do cylindrów zamiast tlenu, gwałtownie zwiększa szybkość spalania mieszanki. \\( NO \\) tlenek azotu (II) – jest produkowany w organizmach ssaków, ze względu na niewielkie rozmiary cząsteczki i lipofilowość (łatwość łączenia z lipidami – tłuszczami), łatwo przenika przez błony biologiczne bez pośrednictwa układów transportujących, reguluje napięcia naczyń krwionośnych i ciśnienie tętnicze krwi, hamuje agregację płytek krwi i leukocytów, pełni funkcję neuromodulatora w ośrodkowym układzie nerwowym (np. wpływa na pamięć), działa jak neurotransmiter i wpływa na motorykę przewodu pokarmowego, funkcje neuroendokrynne i lokalny przepływ krwi oraz ma wpływ na wiele mechanizmów immunologicznych. Badania z roku 2020 sugerują, że wytwarzanie tlenku azotu (II), które zachodzi podczas wdychania powietrza przez nos, pomaga zwalczać zakażenie koronawirusem, blokując jego replikację w płucach [2], [3], [4].",
"\\( NaNO_2, KNO_2 \\) azotany (III) sodu i potasu są stosowane między innymi do diazowania – produkcji barwników oraz do konserwacji żywności.",
"\\( HNO_3 \\) kwas azotowy (V) silny utleniacz, w mieszaninie z kwasem solnym (w stosunku 1:3) tworzy wodę królewską, roztwarzającą większość metali, także szlachetnych. Z kwasu azotowego (V) otrzymuje się sole azotany (nawozy sztuczne), estry (np. nitrogliceryna), związki nitrowe (barwniki), lakiery, tworzywa sztuczne. Służy do wykrywania białek w chemii analitycznej na drodze reakcji ksantoproteinowej, jest stosowany w przemyśle farmaceutycznym do syntezy wielu leków, do oczyszczania powierzchni metali w przemyśle spożywczym (do czyszczenia aparatów i urządzeń ze stali kwasoodpornej), trawienia obwodów drukowanych. Na skalę techniczną kwas azotowy (V) jest otrzymywany metodą kontaktową, polegającą na katalitycznym utlenianiu amoniaku tlenem z powietrza",
"Tak uzyskany tlenek azotu (II) utlenia się w obecności powietrza do tlenku azotu (IV):",
"Następnie powstały tlenek ulega dysproporcjowaniu w wodzie według równania:",
"W reakcji powstaje kwas azotowy i kwas azotawy. Ten drugi jest nietrwały i ulega dalszemu dysproporcjowaniu:",
"Tlenek azotu (II) jest ponownie utleniany i wykorzystywany w procesie ( Rys. 3 ).",
"Saletry (łac. sal petre – sól skalna) ogólna, techniczna nazwa soli kwasu azotowego (V) – azotanów używanych w gospodarce. Saletry dobrze rozpuszczają się w wodzie, są łatwo przyswajalne przez rośliny, a także szybko wypłukiwane z gleby przez opady, dlatego są stosowanie głównie jako nawozy sztuczne. Są dobrymi utleniaczami, służą do produkcji materiałów wybuchowych i wyrobów pirotechnicznych. Znajdują także zastosowanie jako środki konserwujące. \\( NaNO_3 \\) saletra sodowa, saletra chilijska, jeden z ważniejszych nawozów sztucznych, służy do konserwacji mięsa (symbol E251). Stosowana jest w przemyśle szklarskim i ceramicznym, do produkcji materiałów wybuchowych, do produkcji farb, emalii, leków, jako utleniacz w pirotechnice. \\( NH_4NO_3 \\) saletra amonowa, nawóz z największą zawartością azotu wśród saletr (34 \\( \\% \\)), silny materiał wybuchowy. \\( KNO_3 \\) saletra potasowa, saletra indyjska, dawniej składnik czarnego prochu, konserwant żywności (symbol E252), stosowany do produkcji azotanu (III) potasu oraz w procesie nitrowania. \\( Ca(NO_3)_2 \\) saletra wapniowa, saletra norweska, nawóz sztuczny."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,407 | Azotowce (P, As, Sb, Bi, Mc) | [
"Do grupy azotowców zaliczamy pierwiastki 15 grupy układu okresowego: azot, fosfor, arsen, antymon, bizmut oraz nietrwały moskow ( Rys. 1 ).",
"Azot, ze względu na jego rolę w produkcji wielu ważnych związków oraz rolę w przyrodzie został omówiony w osobnym rozdziale – Azotowce (Azot).",
"Tabela 1 przedstawia najważniejsze dane dotyczące właściwości azotowców.",
"Fosfor występuje w postaci minerałów – apatytów, np. \\( 3Ca_3(PO_4)_2⋅CaF_2 \\) apatytu węglanowego \\( 3Ca_3(PO_4)_2⋅CaCO_3 ⋅H_2O \\) oraz hydroksylowego \\( 3Ca_3(PO_4)_2⋅Ca(OH)_2 \\) – składników muszli, kości i zębów. Arsen występuje sporadycznie w postaci siarczków: aurypigmentu \\( As_2S_3 \\),realgaru \\( As_4WS_4 \\), arsenopirytu \\( FeAsS \\). Antymon i bizmut występują w postaci siarczków i tlenków: antymonit \\( Sb_2S_3 \\), bizmutynu \\( Bi_2S_3 \\), walentynitu \\( Sb_2O_3 \\) oraz ochry bizmutowej \\( Bi_2O_3 \\).",
"Fosfor otrzymuje się przez ogrzewanie fosforanu wapnia z piaskiem i koksem bez dostępu powietrza w piecu elektrycznym w temperaturze 1570-1720 K:",
"Arsen otrzymuje się z rozkładu arsenopirytu bez dostępu powietrza:",
"Antymon i bizmut otrzymuje się przez prażenie siarczków, a następnie redukcję otrzymanych tlenków węglem:",
"Fosfor posiada cztery odmiany alotropowe, o różnej strukturze i różnych właściwościach ( Rys. 2 i Rys. 3 ).",
"Fosfor biały – zbudowany z czteroatomowych cząsteczek \\( P_4 \\), to półprzezroczyste, woskowate ciało stałe, które żółknie pod wpływem światła. Pod wpływem tlenu ulega chemoluminescencji – świeci na zielonkawo w ciemności. W kontakcie z powietrzem ulega zapłonowi przy potarciu już w temperaturze \\( 313-323K (30-40 ^oC) \\). Jest toksyczny, słabo rozpuszczalny w wodzie, rozpuszczalny w benzenie, olejach, dwusiarczku węgla i dwuchlorku dwusiarki.",
"Fosfor czerwony – jest bardziej stabilny niż biały, ale mniej stabilny niż fosfor czarny. Nie jest toksyczny, ale jest mniej reaktywny niż fosfor biały, zapala się dopiero w temperaturze powyżej \\( 533K (260 ^oC) \\).",
"Fosfor czarny – stabilna odmiana fosforu jest najmniej reaktywnym alotropem. Wyglądem, właściwościami i strukturą przypomina grafit, ponieważ jest czarny i łuszczący się oraz jest przewodnikiem elektryczności.",
"Fosforen – pojedyncza warstwa fosforu czarnego, to grafenopodobny materiał 2D o doskonałych właściwościach transportu ładunków, transportu termicznego i właściwościach optycznych.",
"Fosfor fioletowy – to kolejny półprzewodnikowy warstwowy alotrop o wyjątkowych właściwościach elektronicznych i optoelektronicznych. Stwierdzono, że fosfor fioletowy jest bardziej stabilny, niż fosfor czarny [1].",
"Arsen – stalowoszare, bardzo kruche, krystaliczne, półmetaliczne ciało stałe; matowieje na powietrzu, a po podgrzaniu szybko utlenia się do tlenku arsenu ( \\( As_2O_3 \\)). Arsen i jego związki są trujące.",
"Antymon – jest biało-niebieskim, kruchym półmetalem. Sb i jego związki są toksyczne. Rozpuszcza się tylko w stężonym kwasie solnym i siarkowym.",
"Bizmut – jest rzadkim metalem o różowawym zabarwieniu ( Rys. 4 ). Podobnie jak ołów, dobrze ekranuje promieniowanie gamma. Jego związek z manganem (MnBi) jest trwałym magnesem.",
"\\( Ca(H_2PO_4)_2 \\) diwodorofosforan (V) wapnia – główny składnik nawozów sztucznych – superfosfatów, w proszkach do pieczenia, jako suplement diety – źródło wapnia w żywności oraz jako stabilizator tworzyw sztucznych. \\( NaH_2PO_4 \\) diwodorofosforan (V) sodu – składnik buforu fosoforanowego o pH 5,7 do 8,0. \\( Na_3PO_4 \\) fosforan (V) sodu – składnik proszków do prania, służy do zmiękczania wody, regulator kwasowości (E339) oraz substancja wzbogacająca żywność w fosfor, składnik nawozów fosforowych. \\( As_2O_3 \\) tlenek arsenu (III), arszenik, dawniej służył do wyrobu szkła (o zielonym zabarwieniu), emalii i farb (tzw. zieleń arszenikowa), konserwacji skór i drewna, jako trucizna na gryzonie. Obecnie wycofany z użytku."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,409 | Tlenowce (tlen, siarka) | [
"Tlenowcami nazywamy pierwiastki należące do 16 grupy układu okresowego. Są to: tlen, siarka, selen, tellur, polon i liwermor ( Rys. 1 ). Pierwsze dwa są typowymi niemetalami i tym pierwiastkom będzie poświęcony ten rozdział. Pozostałe pierwiastki grupy tlenowców omówiono w oddzielnym rozdziale – Tlenowce (Se, Te, Po, Lv).",
"Tlen jest pierwiastkiem najobficiej występującym w skorupie ziemskiej, stanowi ok. 46 \\( \\% \\) jej masy. Wchodzi w skład minerałów, krzemianów, soli tlenowych i wody. Atmosfera zawiera 21 \\( \\% \\) cząsteczkowego tlenu. Wolny tlen występuje w przyrodzie w cząsteczkach dwuatomowych \\( \\ce{O_2} \\) i trójatomowych \\( \\ce{O_3} \\) zwanych ozonem. Ozon powstaje na skutek wyładowań elektrycznych w czasie burz oraz pod wpływem promieniowania nadfioletowego [1]. Wysokie stężenie tlenu na Ziemi jest wynikiem cyklu tlenowego. Cykl biogeochemiczny opisuje ruch tlenu pomiędzy trzema głównymi warstwami ziemi: atmosferą, biosferą i litosferą. Głównym procesem napędzającym obieg tlenu jest fotosynteza, która odpowiada za współczesną atmosferę Ziemi. Uproszczony proces fotosyntezy można zapisać równaniem ( 1 )",
"W procesie fotosyntezy do atmosfery zostaje uwolniony tlen, podczas gdy oddychanie i procesy spalania usuwają go z atmosfery. W stanie równowagi produkcja i konsumpcja tlenu zachodzą w takim samym tempie. U kręgowców tlen dyfunduje przez błony w płucach do krwinek czerwonych. Hemoglobina wiąże tlen zmieniając kolor z niebieskawo-czerwonego na jasnoczerwony. Litr krwi może rozpuścić 200 \\( cm^3 \\) tlenu. Dorosły człowiek w spoczynku wdycha od 1,8 do 2,4 g tlenu na minutę [2]. Siarka występuje w stanie wolnym, tworząc rozległe złoża, jak i w postaci minerałów, głównie siarczkowych, takich jak: piryt \\( FeS \\), blenda cynkowa \\( ZnS \\), galena ołowiowa \\( PbS \\), lub siarczanowych, takich jak: gips \\( \\ce{CaSO_4 * 2H_2O} \\), anhydryt \\( \\ce{CaSO_4} \\), baryt \\( \\ce{BaSO_4} \\) itd. Siarka występuje również w przyrodzie ożywionej, jest składnikiem białka roślinnego i zwierzęcego [1].",
"Tlen na skalę przemysłową otrzymuje się z powietrza lub wody. Najpopularniejszą metodą otrzymywania tlenu jest destylacja frakcyjna skroplonego powierza. Aby otrzymać tlen z powietrza należy go skroplić, a otrzymaną ciecz poddać destylacji frakcjonowanej, w wyniku czego otrzymamy dwa główne składniki powietrza – tlen i azot. Tak otrzymany tlen zawiera zwykle ok. 3 \\( \\% \\) argonu. Drogą elektrolizy wody otrzymuje się tlen o dużej czystości.",
"Tlen na skalę laboratoryjną otrzymuje się podczas ogrzewania chloranu (V) potasu [3] lub manganianu (VII) potasu:",
"Ozon otrzymuje się poprzez zastosowanie wyładowań elektrycznych w urządzeniach zwanych ozonatorami lub generatorami ozonu. Ze względu na to, że jest nietrwały i szybko przechodzi w tlen, nie da się go magazynować, czy dostarczać w zbiornikach. W razie zapotrzebowania, produkuje się go na miejscu. Możemy go wytwarzać na dwa sposoby, które wykorzystują zasadę, na jakiej powstaje on w naturze. Możemy go wytwarzać przy pomocy promieni ultrafioletowych, albo przy pomocy wyładowań koronowych. W obu przypadkach, energia dostarczona do cząsteczki tlenu rozszczepia ją na pojedyncze atomy tlenu, które łączą się z cząsteczkami \\( \\ce{O_2} \\) dając ozon \\( \\ce{O_3} \\). Produkcja ozonu przy pomocy promieni ultrafioletowych polega na tym, że wytworzone w lampie UV światło o długości fali 254 nm uderza w cząsteczki tlenu rozrywając wiązanie pomiędzy atomami. Tak otrzymany tlen atomowy reaguje z cząsteczką tlenu. Częściej do otrzymania ozonu stosuje się ozonatory, które wykorzystują metodę wyładowań koronowych. Symuluje ona uderzenie pioruna, który wytwarza go w przyrodzie. Ozonator wyposażony jest w elektrody wyładowań koronowych, do których doprowadza się bardzo wysokie napięcie (powyżej 3kV). Ozon generowany jest z tlenu zawartego w powietrzu [4].",
"Przez cały ubiegły wiek do roku 2002 siarkę wydobywało się metoda Frasha. W tej metodzie przegrzaną wodę pompuje się do złoża w celu stopienia siarki. Następnie sprężone powietrze zawraca stopioną siarkę na powierzchnię ( Rys. 2 ).",
"Tak otrzymana siarka nie wymagała dalszego oczyszczania. Jednak ze względu na ograniczoną liczbę złóż oraz wysoki koszt eksploatacji obecnie siarkę na skalę przemysłową otrzymuje się z odsiarczania spalin i paliw kopalnianych. Z tych zasobów siarka pozyskiwana jest głównie w postaci siarkowodoru. Organiczne związki siarki, które są niepożądane w ropie naftowej poddaje się wodoroodsiarczaniu, które rozrywa wiązanie węgiel–siarka:",
"Następnie siarkowodór jest przekształcany w siarkę w procesie Clausa. W pierwszym etapie procesu następuje częściowe utlenienie siarkowodoru do tlenku:",
"Następnie w reakcji dysproporcjonowania otrzymuje się siarkę:",
"Wolną siarkę możemy również otrzymać przez redukcję tlenku siarki (IV) tlenkiem węgla (II):",
"Charakter pierwiastków w grupie tlenowców zmienia się od niemetalicznego tlenu do metalicznego polonu i liwermoru. Pierwsze dwa tlen i siarka są niemetalami. Właściwości fizyczne tych dwóch tlenowców zebrano w Tabela 1.",
"Tlen jest gazem, pozostałe pierwiastki są ciałami stałymi w warunkach pokojowych. W warunkach standardowych tlen jest bezwonnym, bezbarwnym gazem. Jest wykorzystywany przez złożone formy życia, np. zwierzęta w oddychaniu komórkowym. Tlen rozpuszcza się w wodzie łatwiej niż azot. Skroplony tlen ma barwę jasnoniebieską. Ciekły tlen jest substancją wysoce reaktywną i musi być przechowywany z dala od materiałów palnych. Tlen przy podwyższonym ciśnieniu parcjalnym jest toksyczny i może prowadzić do drgawek lub innych problemów zdrowotnych. Ozon jest bardzo reaktywną odmianą alotropową tlenu, który uszkadza tkankę płuc [2], jest gazem drażniącym. Pierwszymi objawami podrażnienia ozonem są kaszel, drapanie w gardle, senność i bóle głowy. Ozon jest zdolny do pochłaniania promieniowania nadfioletowego, co powoduje rozpad jego cząsteczek. Dzięki temu ozon znajdujący się w górnych warstwach atmosfery pochłania część promieniowania nadfioletowego pochodzącego od słońca, co chroni życie na Ziemi przed szkodliwymi skutkami promieniowania [1].",
"Siarka w zależności od warunków może tworzyć cząsteczki o budowie łańcuchowej lub pierścieniowej. W temperaturze pokojowej trwała jest jasnożółta siarka rombowa. Cząsteczka tej siarki składa się z ośmioatomowego zygzakowatego pierścienia ( Rys. 3 ).",
"Po ogrzaniu do 95,6 \\( ^oC \\) siarka rombowa ulega przemianie w siarkę jednoskośną. Dalsze ogrzewanie prowadzi do stopienia siarki, która staje się ruchliwą brązową cieczą. Oziębienie jej przez wlanie do wody powoduje, że siarka staje się plastyczna i ciągliwa, przypomina kauczuk, przechodzi w siarkę plastyczną. Siarka plastyczna składa się z łańcuchów. Siarka ma duże znaczenie biologiczne, jest pierwiastkiem niezbędnym do życia. Wchodzi w skład aminokwasów kodowanych, witamin i wielu innych związków o znaczeniu biologicznym. Wiele związków siarki ma charakterystyczny zapach, np. zapach grapefruita czy czosnku, który wywołują organiczne związki siarki. Siarkowodór nadaje charakterystyczny zapach gnijącym jajom i innym procesom biologicznym.",
"Tlen jest pierwiastkiem bardzo reaktywnym i silnie utleniającym. Reaguje z każdym pierwiastkiem układu okresowego (z wyjątkiem gazów szlachetnych) tworząc tlenki. Tlen tworzy trzy typy tlenków ( 8 ):",
"Ponadtlenki tworzą tylko litowce, za wyjątkiem litu i sodu. Nadtlenki tworzą litowce, z wyjątkiem litu oraz berylowce z wyjątkiem berylu, magnezu i wapnia ( Tabela 2 ).",
"Tlen w temperaturze pokojowej reaguje tylko z nielicznymi pierwiastkami: z metalami alkalicznymi i białym fosforem. Gdy temperatura zostanie podwyższona, tlen reaguje prawie ze wszystkimi pierwiastkami. Reakcje spalania są to reakcje z tlenem (gwałtowne utlenianie). Tlen wchodzi zatem w reakcje z ogromną ilością związków organicznych, jaki i nieorganicznych. Procesy utleniania, które zachodzą w organizmach żywych są procesami powolnego spalania. Reakcje z tlenem, które zachodzą w organizmach żywych są katalizowane przez białka zawierające w swoim składzie żelazo i są one procesami odwracalnymi. Ozon wykazuje dużo większą aktywność niż tlen. Jest jednym z najsilniejszych znanych utleniaczy. Utlenia on większość metali (za wyjątkiem platyny, irydu i złota) do tlenków metali na najwyższym stopniu utlenienia [5]:",
"Amoniak jest utleniany do azotanu amonu:",
"Węgiel natomiast już w temperaturze pokojowej jest utleniany ozonem do dwutlenku węgla:",
"Ozon utlenia siarczki do siarczanów:",
"Ozon jest nietrwały i szybko przechodzi w tlen. Okres połowicznego rozpadu ozonu w temperaturze pokojowej wynosi 30 minut. Jeżeli ozon rozpuścimy w wodzie, której pH jest mniejsze od 7, to nie inicjuje on reakcji chemicznej i występuje w postaci cząsteczkowej. Wyższe pH wody prowadzi do rozpadu cząsteczki ozonu do wysoko reaktywnych form, takich jak wolne rodniki (np. rodnik hydroksylowy).",
"Siarka w temperaturze pokojowej wykazuje słabą reaktywność chemiczną. W tych warunkach reaguje bardzo powoli z miedzią, rtęcią i srebrem.",
"W temperaturze powyżej 130 \\( ^oC \\) kadm i siarka reagują wybuchowo tworząc \\( \\ce{CdS} \\). Wiele metali ogrzanych w parach siarki spala się podobnie jak w atmosferze. Spala się niebieskim płomieniem dając duszący i drażniący \\( \\ce{SO_2} \\). Siarka jest nierozpuszczalna w wodzie, ale rozpuszcza się w dwusiarczku węgla \\( \\ce{CS_2} \\) oraz w niewielkim stopniu w innych organicznych rozpuszczalnikach niepolarnych (benzen, toluen). Najczęściej występuje na +6 i +4 stopniu utlenienia, a w siarczkach na -2 stopniu utlenienia. Reaguje prawie ze wszystkimi pierwiastkami, za wyjątkiem gazów szlachetnych. Gdy siarka reaguje z łagodnymi utleniaczami w silnie kwaśnym roztworze, daje barwne polikationy siarki: \\( \\ce{S_8^{2+}} \\) – ciemnoniebieski, \\( \\ce{S_4^{2+}} \\) – żółty, \\( \\ce{S_{16}^{2+}} \\) – czerwony [6].",
"Najbardziej znanym i mającym duże znaczenie związkiem tlenu jest woda \\( \\ce{H_2O} \\). Podobny skład chemiczny, ale inne właściwości ma nadtlenek wodoru \\( H_2O_2 \\), który w wysokich stężeniach ma właściwości wybuchowe. Zwykle stosuje się jego rozcieńczony roztwór, np. 3 \\( \\% \\) \\( H_2O_2 \\) to woda utleniona. Jest stosowany jako środek wybielający do włókien i papieru. Tlen tworzy wiązania chemiczne prawie ze wszystkimi pierwiastkami dając tlenki, które są bardzo rozpowszechnione w skorupie ziemskiej, np. \\( \\ce{SiO_2} \\) – krzemionka, \\( \\ce{Al_2O_3} \\) – tlenek glinu, \\( \\ce{Fe_2O_3} \\) – tlenek żelaza itp. Tlen wchodzi również w skład soli tlenowych, np. \\( \\ce{CaCO_3} \\) – węglan wapnia, \\( \\ce{MgCO_3} \\) – węglan magnezu, krzemianów, siarczanów, azotanów itp. W chemii organicznej również występuje cały szereg związków, w których występuje tlen, np. alkohole, aldehydy, ketony, etery, kwasy karboksylowe, estry i bezwodniki kwasowe. Siarka tworzy dwa tlenki \\( \\ce{SO_2} \\) i \\( \\ce{SO_3} \\), z których otrzymuje się kwas siarkowy (IV) \\( \\ce{H_2SO_3} \\) i kwas siarkowy (VI) \\( \\ce{H_2SO_4} \\) oraz siarczany. Nasycając stężony kwas \\( \\ce{H_2SO_4} \\) gazowym \\( \\ce{SO_3} \\) otrzymuje się oleum, czyli dymiący kwas siarkowy. W zależności od stężenia \\( \\ce{SO_3} \\), występują w nim jony różnych kwasów polisiarkowych. Jeżeli stosunek \\( H_2O : SO_3 \\) wynosi 1:2 to produktem jest kwas pirosiarkowy (dwusiarkowy) \\( \\ce{H_2S_2O_7} \\). Jest to substancja silnie żrąca, która z wodą daje kwas siarkowy (VI). \\( \\ce{H_2S} \\) siarkowodór – jest toksycznym gazem. \\( \\ce{CS_2} \\) dwusiarczek węgla – stosowany jako rozpuszczalnik oraz do produkcji celofanu i włókna wiskozowego. \\( \\ce{SF_6} \\) sześciofluorek siarki – jest gęstym gazem stosowanym w transformatorach wysokiego napięcia jako gaz izolacyjny. \\( \\ce{CaSO_4} \\) siarczan (VI) wapnia – stosowany jako nawóz sztuczny."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,410 | Tlenowce (Se, Te, Po, Lv) | [
"Tlenowcami nazywamy pierwiastki należące do 16 grupy układu okresowego. Są to: tlen, siarka, selen, tellur, polon i liwermor ( Rys. 1 ). Pierwsze dwa są typowymi niemetalami, zostały zatem omówione w osobnym rozdziale – Tlenowce (tlen, siarka). W tym module omówiono pozostałe tlenowce.",
"Selen i tellur towarzyszą minerałom siarczkowym, w których zastępują siarkę.",
"Polon został odkryty przez Marię Skłodowską-Curie w 1898 roku. Uczona nadała mu nazwę na cześć Polski, która była wtedy pod zaborami. Występuje on w śladowych ilościach w rudach uranowych.",
"Liwermor jest pierwiastkiem otrzymanym sztucznie w reakcji syntezy jądrowej.",
"Selen i tellur otrzymuje się jako produkt uboczny podczas rafinacji rud miedzi i siarki. Selen szary otrzymuje się w wyniku łagodnego ogrzewania innych odmian alotropowych, powolnego chłodzenia stopionego \\( Se \\) lub kondensacji pary selenu tuż poniżej temperatury topnienia [1]. Szlamy anodowe zawierają selenki i tellurki metali szlachetnych \\( M_2Se \\) lub \\( M_2Te \\) (gdzie \\( M = Cu, Ag, Au \\)). Następnie szlamy anodowe prażone są na powietrzu z węglanem sodu. Jony metali są redukowane do postaci metalicznej, a tellurek jest przekształcany w telluran (IV):",
"Następnie telluran (IV) jest ługowany z mieszaniny wodą i w roztworze wodnym występuje jako wodorotelluran (IV). Z takiego roztworu, przy użyciu kwasu siatkowego wytrąca się \\( TeO_2 \\), podczas gdy seleniany pozostają w roztworze:",
"Czysty metal otrzymuje się przez redukcję tlenku:",
"Polon na skalę przemysłową otrzymuje się przez bombardowanie bizmutu neutronami, ponieważ jego ilość w skorupie ziemskiej jest bardzo mała.",
"Właściwości fizyczne tlenowców z wyjątkiem tlenu i siarki zostały zebrane w Tabela 1.",
"Selen występuje w trzech odmianach alotropowych. Selen otrzymywany w reakcjach chemicznych jest zwykle czerwonym amorficznym proszkiem. Gdy szybko się topi, tworzy czarną szklistą formę. Struktura czarnego selenu jest nieregularna i złożona. Składa się z polimerowych pierścieni zawierających do 1000 atomów w pierścieniu. Czarny selen jest kruchym i błyszczącym ciałem stałym. Najbardziej stabilną odmianą jest selen szary z heksagonalną siecią krystalograficzną składającą się ze spiralnych łańcuchów polimerowych. Selen szary jest półprzewodnikiem, a pozostałe odmiany alotropowe są izolatorami. Selen w śladowych ilościach jest niezbędny do poprawnego funkcjonowania komórek ludzi i zwierząt, w większych dawkach jest toksyczny [1]. Selen zapewnia prawidłowe funkcjonowanie układów enzymatycznych. Jest odpowiedzialny za tworzenie antyutleniacza, który chroni organy przed działaniem wolnych rodników. Niski poziom selenu wiąże się ze zwiększoną zachorowalnością na raka i choroby serca [2].",
"Tellur posiada dwie odmiany alotropowe, krystaliczną i amorficzną. Krystaliczny tellur jest srebrzystobiałym, miękkim i kruchym metaloidem. Tellur amorficzny ma postać czarnobrązowego proszku. Tellur jest półprzewodnikiem.",
"Polon i liwermor są pierwiastkami promieniotwórczymi. Polon jest silnym emiterem promieniowania alfa. Metal ten emanuje niebieską poświatą – jest to efekt wzbudzenia powietrza otaczającego próbkę polonu. Jest to metal silnie toksyczny. Cząstki alfa, które emituje niszczą strukturę tkanek.",
"Aktywność chemiczna tlenowców maleje wraz ze wzrostem masy atomowej. Tlenowce są pierwiastkami bardziej aktywnymi od azotowców. Reagują bardzo szybko z litowcami, woniej z berylowcami, z metalami i powoli z metalami szlachetnymi. W reakcjach tych otrzymujemy sole: selenki, tellurki czy polonki. Właściwości chemiczne selenu zależą od odmiany alotropowej. Selen (szary) jest odporny na utlenianie powietrzem i nie reaguje z wodą, reaguje natomiast z zasadami i kwasami. Selen czerwony jest bardzo reaktywny, gwałtownie reaguje z wodą i spala się w powietrzu do tlenku selenu (IV) [1], [3].",
"Selen nie reaguje z rozcieńczonymi kwasami nieuteniającymi. W reakcji z kwasem azotowym daje kwas selenowy (IV) [1]:",
"Selen reaguje z halogenkami, dając halogenki selenu (I) i selenu (IV) [4]:",
"Tellur w stanie stopionym działa korozyjnie na miedź, żelazo i stal nierdzewną. Jest odporny na utlenianie przez powietrze [5]. Analogicznie jak selen, tellur z kwasem azotowym daje kwas tellurowy:",
"Reakcja z fluorem daje fluorek telluru (IV) i fluorek telluru (VI) [6]:",
"Reaguje z chlorem, bromem i jodem dając chalogenki telluru (IV):",
"Polon rozpuszcza się w stężonym kwasie solnym \\( \\ce{HCl} \\), kwasie siarkowym \\( \\ce{H_2SO_4} \\) oraz w stężonym kwasie azotowym \\( \\ce{HNO_3} \\) [7]. Reaguje z chlorem, bromem i jodem dając chalogenki polonu (IV):",
"\\( \\ce{SeS_2} \\) siarczek selenu – stosowany w szamponach przeciwłupieżowych i lekach przeciwgrzybicznych. \\( \\ce{Na_2SeO_3} \\) selenian (IV) sodu – hamuje wnikanie wirusów do zdrowych komórek [2], stosowany jako środek owadobójczy. \\( \\ce{CdTe} \\) tellurek kadmu – używany do produkcji paneli fotowoltaicznych. \\( \\ce{Bi_2Te_3} \\) tellurek bizmutu – używany do konstrukcji termoogniw. Selen, tellur i polon tworzą szereg związków z fluorowcami [9]. Zebrano je w Tabela 2.",
"Spośród tych związków na uwagę zasługuje czterofluorek selenu, który jest dymiącą cieczą i łatwo wstępuje w reakcje chemiczne. Znalazł zastosowanie jako środek fluorujący."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,411 | Fluorowce | [
"Fluorowce nazywa się halogenami lub chlorowcami, od nazwy pierwiastka najbardziej charakterystycznego dla tej grupy ( Rys. 1 ).",
"Do grupy fluorowców zaliczamy pierwiastki 17-tej grupy układu okresowego: fluor, chlor, brom, jod, astat oraz tenes ( Tabela 1 ). Astat oraz tenes są pierwiastkami nietrwałymi.",
"Fluor (0,0625 \\( \\% \\) litosfery) występuje w postaci minerałów takich, jak \\( CaF_2 \\) fluoryt [1], \\( Ca_5(PO_4)_3F \\) apatyt [2] i \\( Na_3[AlF_6] \\) kriolit. Chlor (0,19 \\( \\% \\)) występuje przede wszystkim w postaci chlorku sodu \\( NaCl \\) w wodach mórz i oceanów (1,9 \\( \\% \\) zawartości wód), jak również sylwinu \\( KCl \\), karnalitu \\( KMgCl_3·6H_2O \\) i kainitu \\( KMgCl(SO_4)·3H_2O \\) . Brom (0,000005 \\( \\% \\) zawartości w przyrodzie), występuje jako zanieczyszczenie piasku morskiego i soli kamiennej oraz w wodzie morskiej w formie bromku sodu \\( NaBr \\). Jod występuje w niewielkich ilościach w wodzie morskiej w postaci połączeń organicznych, jego zawartość w przyrodzie wynosi 0,00025 \\( \\% \\).",
"Fluor otrzymuje się poprzez działanie kwasem siarkowym na fluoryt:",
"a następnie przerabia na wolny fluor. Fluor można otrzymać także w procesie elektrolizy stopionych fluorków:",
"Chlor otrzymuje się w procesie elektrolizy wodnych roztworów NaCl:",
"Brom otrzymuje się wypierając go ze związków chlorem:",
"Jod, podobnie jak brom, jest wypierany z roztworów przez chlor. Astat i tenes otrzymuje się wyłącznie na drodze przemian jądrowych.",
"Fluor i chlor w warunkach normalnych są gazami o żółtozielonym zabarwieniu, brom jest brunatną cieczą, a jod fioletowym ciałem stałym ( Rys. 2 ). Fluorowce są trujące, ich gazy i pary drażnią drogi oddechowe.",
"Fluor, chlor, brom i jod w stanie pierwiastkowym występują w postaci cząsteczek dwuatomowych: \\( F_2 \\), \\( Cl_2 \\), \\( Br_2 \\), \\( I_2 \\). Fluor jest najbardziej aktywnym chemicznie pierwiastkiem w układzie okresowym, z uwagi na najwyższą elektroujemność. Pozostałe fluorowce są nieco mniej aktywne chemicznie. Wysoka aktywność pierwiastków 17 grupy układu okresowego wynika z faktu, że posiadają na powłoce walencyjnej 7 elektronów. Do osiągnięcia konfiguracji najbliższego im gazu szlachetnego, czyli uzyskania stanu o możliwie najniższej energii, brakuje im tylko jednego elektronu. Dlatego też łatwo wchodzą w reakcje, chętnie przyjmując elektron. Jak już wcześniej wspomniano, chlor jako bardziej aktywny, wypiera ze związków mniej aktywne brom i jod. Reakcję przeprowadza się za pomocą wody chlorowej – wody nasyconej gazowym chlorem. Dla łatwiejszego zauważenia obecności bromu, czy jodu, do roztworu wprowadza się benzen, w którym to rozpuszczalniku organicznym, pierwiastki te mają bardziej intensywne barwy, niż w wodzie – jak można zauważyć na Rys. 3.",
"\\( HF \\) fluorowodór – posiada ostry zapach, drażni drogi oddechowe. Ciekły powoduje trudno gojące się rany, przenika przez skórę i tkanki miękkie, atakując bezpośrednio chrząstki i kości. Stosowany do fluorowania węglowodorów, w przeróbce ropy naftowej, wytrawianiu znaków i napisów na szkle ( Rys. 4 ), wytrawiania powierzchni krzemu w obróbce półprzewodników.",
"\\( HCl \\) chlorowodór – stosuje się w syntezach organicznych, mieszanina stężonych kwasów \\( HCl \\) i \\( HNO_3 \\) w stosunku 3:1 nazywana jest wodą królewską. Rozpuszcza ona metale o potencjale wyższym od wodoru (dodatnim) takie, jak złoto, srebro, platyna, pallad. \\( NaCl \\) chlorek sodu, sól kuchenna – środek do konserwacji żywności, obniżania temperatury krzepnięcia wody ( efekt krioskopowy ). \\( NaClO \\) chloran (I) sodu, dawniej podchloryn sodu – środek dezynfekujący. \\( HClO_4 \\) kwas chlorowy (VII), dawniej kwas nadchlorowy – silny utleniacz i środek wybielający, stosowany w środkach pirotechnicznych. \\( NH_2Cl \\) chloroamina – stosowana jako środek odkażający w przypadkach skażenia biologicznego, jako doraźny środek do odkażania wody pitnej, sprzętów, domostw i ich otoczenia, środek odkażający w akwarystyce. \\( CCl_4 \\) czterochlorek węgla – rozpuszczalnik używany przy ekstrakcji tłuszczów i związków organicznych z roślin, dodatek do środków czystości, rozpuszczalnik do farb i klejów, dawniej (do końca lat 80-tych XX wieku) środek gaśniczy w gaśnicach tetrowych. \\( CHCl_3 \\) chloroform - stosowany jest jako rozpuszczalnik np. przy syntezie DNA, białek, analizach środowiskowych, analizach pestycydów, chromatografii, substancja ta na początku XX wieku używana była do narkozy."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku p | 1,412 | Helowce | [
"W skład grupy 18-tej zwanej helowcami lub gazami szlachetnymi, wchodzą: hel, neon, argon, krypton, ksenon, radon oraz oganeson ( Rys. 1 ).",
"Do 1984 roku nie wiedziano o ich istnieniu, wtedy to Reyleigh zauważył, że czysty azot otrzymany z rozkładu związków ma mniejszą gęstość ( \\( 1,2505 g/dm^3 \\)), niż azot otrzymany z powietrza przez oddzielenie \\( O_2 \\), \\( CO_2 \\) i \\( H_2O \\) ( \\( 1,2572 g/dm^3 \\)). Po usunięciu z tej mieszaniny azotu, pozostał całkowicie nieaktywny gaz, który nazwano argonem od greckiego słowa argos (leniwy). Później wykryto w powietrzu także inne gazy szlachetne. Tabela 1 podaje najważniejsze dane dotyczące helowców.",
"Hel stanowi ok. 23 \\( \\% \\) masy wszystkich pierwiastków we Wszechświecie i na Słońcu. Hel, neon, argon i ksenon występują w niewielkich ilościach w powietrzu ( Tabela 2 ).",
"Podstawowym sposobem otrzymywania helowców jest destylacja frakcyjna powietrza oraz termochromatografia [1]. Krypton i radon są produktami rozpadu promieniotwórczego uranu i toru, towarzyszą zwykle złożom rud tych metali, dzięki czemu można te złoża stosunkowo łatwo wykrywać. W niezbyt masywnych gwiazdach ciągu głównego, takich jak Słońce, podstawową reakcją jest synteza jądra helu z wodoru. Ciąg reakcji jądrowych zwany jest cyklem wodorowym. W pojedynczym cyklu tworzenia 1 jądra helu z 4 protonów emitowane jest 26,7 MeV energii i jest to główne źródło energii gwiazd. Część energii jest tracona przez uchodzące neutrina (1,6 MeV). Synteza helu jest także główną reakcją termojądrową zachodzącą np. w bombie neutronowej. Siła jej wybuchu jest stosunkowo niewielka, tak jak skażenie promieniotwórcze terenu. Czynnikiem niszczącym jest promieniowanie neutronowe, zabójcze dla żywych organizmów (zob. Reakcja termojądrowa).",
"Helowce są bezbarwnymi gazami bez smaku i zapachu. Skroplony hel występuje w dwóch odmianach: hel I – wykazujący cechy zwykłej cieczy oraz hel II (poniżej temp. 2,17K, pod ciśnieniem 5000 Pa) o lepkości 1000 razy mniejszej od lepkości wodoru (stan nadciekły) [2]. Podczas przepuszczania wyładowań elektrycznych przez rozrzedzone gazy emitują one charakterystyczne barwne światło, np. He – żółte, Ne – czerwone ( Rys. 2 ).",
"Pierwiastki grupy 18-tej posiadają komplet elektronów na powłoce walencyjnej, co skutkuje najniższą możliwą energią. W związku z czym, nie wchodzą w reakcje, ponieważ nie mają potrzeby obniżenia energii. Najmniej aktywnym pierwiastkiem chemicznym jest hel. Pierwszym związek jednego z helowców – ksenonu otrzymano w 1962 roku. Był to heksafluoroplatynian ksenonu \\( XePtF_6 \\), powstający w reakcji \\( Xe \\) z \\( PtF_6 \\):",
"Tetrafluorek ksenonu \\( XeF_4 \\) otrzymano przez ogrzewanie mieszaniny ksenonu i fluoru. Znanych jest około 40 związków ksenonu, kryptonu i radonu."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku f | 1,428 | Pierwiastki bloku f | [
"Do bloku f zaliczamy pierwiastki znajdujące się pomiędzy blokiem s, a blokiem d ( Rys. 1 ). Chociaż te pierwiastki nie są uważane za część żadnej grupy, niektórzy autorzy uważają, że są one częścią 3 grupy układu okresowego – skandowców. Pierwiastki te są nazywane metalami wewnątrzprzejściowymi, ponieważ zapewniają przejście od bloku s do bloku d w 6 i 7 okresie, podobnie jak metale przejściowe bloku d zapewniają mostek przejściowy między blokiem s i p w 4 i 5 okresie.",
"W literaturze spotykamy różne sposoby klasyfikacji pierwiastków tego bloku [1]. Zgodnie z zaleceniami IUPAC do lantanowców zaliczmy pierwiastki od lantanu do lutetu, a do aktynowców pierwiastki od aktynu do lorensu ( Rys. 2 ). Wtedy grupę 3 stanowi tylko skand i itr. Kolejna klasyfikacja opiera się na budowie powłok elektronowych lantanu i aktynu. Zgodnie z obsadzaniem powłok przez elektrony, skand i aktyn należą do bloku d, więc powinny należeć do skandowców. Zgodnie z tą klasyfikacją lantanowce to pierwiastki od ceru do lutetu, a aktynowce to pierwiastki od toru do lorensu [2]. Inne źródła [1], [3] do trzeciej grupy układu okresowego zaliczają lutet i lorens, co uzasadniają chemicznym podobieństwem tych pierwiastków do skandu i itru. Lantanowce zatem to pierwiastki od lantanu do iterbu, a aktynowce to pierwiastki od aktynu do nobla. Można znaleźć również informację, że lantanowce i aktynowce należą do trzeciej grupy układu okresowego, ponieważ mają podobne właściwości co skand i itr [1]. W tym podręczniku pierwiastki opisano zgodnie z rekomendacją IUPAC."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku f | 1,413 | Lantanowce | [
"Lantanowce to pierwiastki 6 okresu od lantanu do lutetu ( Rys. 1 ).",
"Pierwiastki te wraz z chemicznie podobnymi skandem i itrem nazywamy pierwiastkami ziem rzadkich lub metalami ziem rzadkich. Ogólnie oznaczamy je symbolem Ln w odniesieniu do dowolnego lantanowca.",
"Lantanowce nie występują w przyrodzie w stanie wolnym, lecz w postaci minerałów mieszanych, z których trudno jest wyodrębnić czyste pierwiastki. Najpopularniejszym minerałem, w którym występują jest monacyt (w jego skład wchodzi lantan i kilka lantanowców). Kolejnym ważnym minerałem jest bastnezyt, zawierający węglany i fluorki Ce, Nd, La i Pr. Lantanowce razem ze skandowcami: skandem i itrem, nazywane są metalami ziem rzadkich. Pierwiastki ziem rzadkich często wchodzą wszystkie razem w skład bardzo trwałych i odpornych na wietrzenie minerałów. Promet jest jedynym lantanowcem nie występującym w przyrodzie. Wszystkie jego izotopy są promieniotwórcze [1].",
"Ze względu na podobieństwo właściwości chemicznych, rozdzielanie lantanowców jest trudne i kosztowne, więc są one stosowane w technice w postaci mieszanki zwanej Mischmetall. Czyste lantanowce otrzymuje się poprzez redukcję soli chlorkowych.",
"Wszystkie lantanowce z wyjątkiem jednego – lantanu są pierwiastkami bloku f ( Tabela 1 ). Są srebrzystymi metalami, stosunkowo miękkimi, a ich twardość wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej.",
"Związki lantanowców są najczęściej barwne ( Rys. 2 ). Związane jest to z możliwymi przejściami elektronów \\( f-f \\).",
"Metale ziem rzadkich i ich związki mają niską lub umiarkowaną toksyczność. Metaliczny cer jest wysoce piroforyczny, co oznacza, że podczas szlifowania jego wióry zapalają się.",
"Na właściwości chemiczne lantanowców bardzo duży wpływ ma orbital \\( f \\), który równocześnie jest czynnikiem odróżniającym je od metali przejściowych. Orbital ten znajduje się w rdzeniu atomowym, nie uczestniczy zatem w wiązaniu chemicznym. Ponieważ istnieje 7 orbitali typu \\( 4f \\), liczba niesparowanych elektronów może sięgać nawet 7. Powoduje to powstawanie dużych momentów magnetycznych w związkach lantanowców [2]. Lantanowce pod względem chemicznym są bardzo do siebie podobne. Wszystkie tworzą związki na +3 stopniu utlenienia, a niektóre dodatkowo na +2 i +4. Metale te są bardzo aktywne chemicznie. Reagują z wodą z wydzieleniem wodoru, jednak po pewnym czasie reakcja ustaje, bo powierzchnia pokrywa się warstwą nierozpuszczalnego wodorotlenku, która izoluje metal od dalszego kontaktu z wodą:",
"tworzą zatem nierozpuszczalne w wodzie tlenki i wodorotlenki. Reagują z kwasami z wydzieleniem wodoru:",
"Reagują z wodorem tworząc wodorki typu \\( \\ce{LnH_2} \\), a w podwyższonych temperaturach wodorki typu \\( \\ce{LnH_3} \\). Z fluorowcami dają odpowiednio fluorki, chlorki, bromki jodki (X – fluorowiec):",
"Lantanowce są silnymi środkami redukującymi.",
"\\( \\ce{CeO_2} \\) tlenek ceru (IV) – jest stosowany w syntezie organicznej i nieorganicznej jako utleniacz. \\( \\ce{SmI_3} \\) jodek samaru – stosowany jako efektywny reagent w reakcjach tworzenia wiązań \\( \\ce{C - C} \\). Stop \\( \\ce{Nd_2Fe_{14}B} \\) – jest najsilniejszym znanym magnesem trwałym. \\( \\ce{Nd_2O_3} \\) tlenek neodymu (III) – surowiec do produkcji szkieł neodymowych. \\( \\ce{Eu_2O_3} \\) tlenek europu (III) – stosowany jako czerwony luminofor w telewizorach i lampach fluorescencyjnych. \\( \\ce{Dy_2O_3} \\) tlenek dysprozu (III) – żółtawo-zielonkawy proszek, mający zastosowanie w ceramice, szkle, luminoforach. Jest wysoce magnetyczny, bardziej niż tlenek żelaza [7]. \\( \\ce{Dy(NO_3)_3} \\) azotan (V) dysprozu – stosowany jako katalizator. \\( \\ce{Ho_2O_3} \\) tlenek holmu (III) – stosowany jako barwnik do cyrkonu i szkła. Jest używany jako wzorzec kalibracyjny do spektrometrów optycznych [4]. \\( \\ce{Er_2O_3} \\) tlenek erbu (III) – jest jednym z najważniejszych tlenków metali ziem rzadkich stosowanych w biomedycynie [6]."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Układ okresowy pierwiastków bloku f | 1,414 | Aktynowce | [
"Aktynowce to pierwiastki 7 okresu – od aktynu do lorensu ( Rys. 1 ). Ogólnie oznaczamy je symbolem An w odniesieniu do dowolnego aktynowca. Często pierwiastki występujące za uranem nazywamy transuranowcami.",
"Jedynie dwa aktynowce tor i uran występują w znacznych ilościach w skorupie ziemskiej. Uran występuje w blendzie smolistej \\( \\ce{U_3O_8} \\) i karnotycie \\( \\ce{KUO_2VO_4*1.5H_2O} \\). Głównym źródłem toru jest piasek monacytowy, w którym razem z innymi metalami ziem rzadkich tor występuje w postaci \\( \\ce{ThO_2} \\) [1]. Niewielkie ilości plutonu i neptunu można znaleźć w złożach uranu. Aktyn i protaktyn występują jako produkty rozpadu niektórych izotopów toru i uranu. Pozostałe są uważane za pierwiastki syntetyczne [2], [3]. Testy broni jądrowej uwolniły do środowiska sześć aktynowców cięższych od plutonu: ameryku, kiuru, berkelu, kalifornu, einsteinu i fermu [2].",
"Aktynowce występujące naturalnie w przyrodzie można otrzymać przez redukcję fluorków \\( \\ce{AnF_3} \\) lub \\( \\ce{AnF_4} \\) oparami litu, magnezu, wapnia lub baru w temperaturze \\( 1100-1400 ^oC \\) [3]:",
"Ponieważ aktyn trudno jest oddzielić od lantanowców, a inne aktynowce trudno wydzielić z rud uranowych, najłatwiej otrzymuje się je poprzez bombardowanie neutronami pierwiastków o niższej liczbie atomowej w reaktorze jądrowym [4]:",
"Następnie aktyn oddziela się od radu przez ekstrakcję rozpuszczalnikową. Protaktyn jest wytwarzany przez reakcje jądrowe:",
"Neptun otrzymuje się jako produkt uboczny w reaktorach jądrowych ze zużytych prętów paliwa jądrowego, które są wykonane z uranu.",
"Strategicznie ważny pluton jest produkowany w tonach w reaktorach jądrowych. Nadmiar neutronów z rozszczepienia uranu \\( \\ce{U-235} \\) jest wychwytywany przez uran \\( \\ce{U-238} \\), co prowadzi do otrzymania plutonu:",
"Aktynowce są srebrzystymi metalami stałymi w temperaturze pokojowej. Wszystkie aktynowce są radioaktywne i nie mają stabilnych izotopów. Aktyn świeci w ciemności bladoniebieskim światłem. Aktynowce to metale o wysokiej gęstości. Mają liczne odmiany alotropowe, np. pluton ma sześć odmian alotropowych. Wyjątkiem jest aktyn, który ma ich mniej. Są dość miękkie, niektóre dają się przekroić nożem. Są plastyczne i ciągliwe. Aktynowce sukcesywnie wypełniają elektronami poziom \\( 5f \\), choć wiele z nich wykazuje anomalie konfiguracyjne polegające na wypełnianiu powłoki \\( 6d \\) ( Tabela 1 ). Wiele aktynowców ma właściwości podobne zarówno do metali bloku \\( d \\), jak i bloku \\( f \\) [2], [3].",
"Wszystkie cechują się dużym promieniem atomowym i wykazują szeroki zakres właściwości fizycznych. Podczas, gdy aktyn i aktynowce od ameryku do lorensu zachowują się podobnie do lantanowców, to tor, protaktyn i uran są bardziej podobne do metali przejściowych pod względem chemicznym. Neptun i pluton mają właściwości pośrednie [2].",
"Na powietrzu matowieją pokrywając się tlenkami i wodorotlenkami. Samoistnie zapalają się w powietrzu szczególnie, gdy są silnie rozdrobnione (właściwości piroforyczne). Reagują z gorącą wodą z wydzieleniem wodoru oraz reagują z kwasami z wydzieleniem wodoru. Aktyn ma podobne właściwości chemiczne do lantanu i innych lantanowców, dlatego trudno jest go oddzielić podczas ekstrakcji z rud uranu. Aktynowce łączą się bezpośrednio z większością metali. Wykazują kilka stanów walencyjnych ( Rys. 2 ), więcej niż lantanowce, które w roztworach wodnych przybierają różne barwy.",
"Aktynowce łatwo ulegają reakcjom jądrowym, uwalniając przy tym ogromne ilości energii. W odpowiednich warunkach reakcje jądrowe mogą stać się reakcjami łańcuchowymi.",
"Znane są różne rodzaje związków aktynowców, takie jak tlenki, wodorki halogenki, czy wodorotlenki. Jednak nie znalazły one szerszego zastosowania."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Zjawiska powierzchniowe | 1,396 | Adsorpcja | [
"Adsorpcja jest zjawiskiem mającym istotny wpływ na kinetykę procesów zachodzących na powierzchni ciał stałych, cieczy. Na powierzchni ciał stałych adsorbują się atomy lub cząsteczki gazów, cieczy, ciał stałych. Adsorbujące się substancje blokują powierzchnię ciała stałego częściowo lub całkowicie. Substancja, która ulega adsorpcji jest nazywana adsorbatem, a substancja, na której zachodzi proces adsorpcji nazywa się adsorbentem lub podłożem. Substancja zaadsorbowana może ulegać procesowi odwrotnemu, czyli desorpcji. Wiadomo, że substancja adsorbująca się na powierzchni ciała stałego, może tę powierzchnię pokrywać częściowo lub całkowicie [1]. W związku z tym wprowadzono pojęcie stopnia pokrycia, który określa ułamek zapełnienia powierzchni przez adsorbat.",
"gdzie \\( \\ce{\\theta_i} \\) – oznacza stopień pokrycia powierzchni przez substancję „i” ulegającą adsorpcji na powierzchni adsorbatu, \\( \\ce{N_i} \\) jest to liczba zajętych centrów adsorpcyjnych, a \\( \\ce{N_0} \\) oznacza liczbę dostępnych centrów adsorpcyjnych.",
"Adsorpcja może zachodzić na drodze fizycznej lub chemicznej. W przypadku adsorpcji fizycznej, między adsorbatem a podłożem oddziałują siły Van der Vaalsa, które mają duży zasięg, ale są bardzo słabe. Jeśli adsorpcja zachodzi na drodze chemicznej (chemisorpcji) to atomy, cząsteczki adsorbatu łączą się z podłożem poprzez tworzenie wiązań chemicznych. Adsorpcja substancji na powierzchni ciała stałego powoduje zmniejszenie jego energii powierzchniowej.",
"Równanie izotermy Langmuira opisuje stopień pokrycia w warunkach równowagi dynamicznej, równanie ( 2 ).",
"Stała K podaje stosunek stałej szybkości adsorpcji do stałej szybkości desorpcji. Adsorpcję wielowarstwową opisuje izoterma BET (izoterma Brumauera - Emmetta - Tellera), równanie ( 3 ).",
"W równaniu tym \\( \\ce{c_1} \\) i \\( \\ce{c_2} \\) – są stałymi, natomiast \\( \\ce{p_i} \\)– jest to ciśnienie cząstkowe gazu ulegającego adsorpcji. Z kolei izoterma Freundlicha wykazuje logarytmiczną zależność adsorpcji od ciśnienia ( 6 ).",
"Równania opisujące poszczególne izotermy są równaniami empirycznymi, które pozwalają prawidłowo opisać wyniki doświadczalne w szerokim zakresie ciśnień i stopni pokrycia powierzchni. Oczywiście żadna z opisanych izoterm adsorpcji nie jest idealna do opisu procesów adsorpcji. Ilość substancji zaadsorbowanej na powierzchni substratu zależy od temperatury. Adsorpcja jest procesem egzotermicznym, więc ze wzrostem temperatury maleje ilość substancji zaadsorbowanej na podłożu. Im wyższa temperatura tym łatwiej adsorbat ulega desorpcji. Czasami zdarza się tak, że w niskiej temperaturze adsorpcja jest niewielka, a podwyższenie temperatury zwiększa ilość zaabsorbowanej substancji. W takim przypadku mówimy o adsorpcji aktywowanej. Przykładem adsorpcji aktywowanej jest adsorpcja wodoru na niklu. Adsorpcja wodoru wzrasta ze wzrostem temperatury osiągając maksimum w temperaturze 70 K. Dalszy wzrost temperatury powoduje spadek ilości wodoru zaadsorbowanego na niklu [3]. Ilość ciepła wydzielona podczas adsorpcji fizycznej nie jest duża i przyjmuje wartości zbliżone do ilości ciepła skroplenia gazu lub pary. W przypadku chemisorpcji wydzielają się duże ilości ciepła, co jest związane z tworzeniem się wiązań chemicznych podczas adsorpcji substancji na adsorbencie."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Stopień pokrycia powierzchni",
"content": "Stopień pokrycia powierzchni jest to stosunek liczby zajętych centrów adsorpcyjnych do liczby dostępnych centrów adsorpcyjnych. "
},
{
"name": "Definicja 2: Centrum adsorpcyjne",
"content": "Centrum adsorpcyjne jest to obszar, na którym następuje adsorpcja adsorbatu. Centrami adsorpcji są najczęściej grupy funkcyjne (np. grupa karbonylowa, wodorotlenowa) występujące na powierzchni adsorbentów."
},
{
"name": "Definicja 3: Izoterma adsorpcji",
"content": "W stałej temperaturze, zależność stopnia pokrycia powierzchni od aktywności adsorbującej się substancji gazowej lub ciekłej na powierzchni ciała stałego, nazywana jest izotermą adsorpcji."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Zjawiska powierzchniowe | 1,397 | Energia powierzchniowa | [
"Energia powierzchniowa jest wielkością charakteryzującą właściwości powierzchni ciała stałego lub cieczy. Atomy, które znajdują się na powierzchni ciała stałego lub cieczy są zawsze słabiej związane niż atomy znajdujące się w ich wnętrzu. Usunięcie atomów z powierzchni materiału jest łatwiejsze niż usunięcie atomów z jego wnętrza. Energię powierzchniową można obliczyć z wzoru ( 1 ).",
"We wzorze (1) poszczególne symbole oznaczają: F – energia swobodna, G – entalpia swobodna, V – objętość, T – temperatura, A – powierzchnia ciała stałego lub cieczy, \\( {n_i} \\) – liczba moli substancji „i”.",
"Metale i stopy są materiałami polikrystalicznymi, zbudowane są z ziaren, które mają różną orientację krystalograficzną. W przypadku materiałów polikrystalicznych, energia powierzchniowa zależy od orientacji krystalograficznej ziarna (kryształu). Ziarna posiadające orientację krystalograficzną, dla której energia powierzchniowa jest mała, łatwiej ulegają roztwarzaniu niż ziarna, dla których energia powierzchniowa jest duża [1]. Badania prowadzone na polikrysztale glinu i stopach aluminium wykazały, że ziarna posiadające orientację krystalograficzną (111) mają najmniejszą energię powierzchniową [2], [3], [4]. W kontakcie z elektrolitem, atomy metalu z ziaren (kryształów) posiadających małą energię powierzchniową łatwo opuszczają sieć krystalograficzną i przechodzą do roztworu w postaci jonów. Dotychczas prowadzono badania aktywności chemicznej mono- i polikryształów na różnych metalach i stopach, które wykazały, że aktywność chemiczna monokryształów zależy przede wszystkim od rodzaju metalu i charakteru środowiska.",
"W polikryształach bardzo ważnymi obszarami są granice ziaren, które są miejscami oddzielającymi ziarna (kryształy) o różnej orientacji krystalograficznej. Na granicy ziaren atomy są ułożone nieregularnie, mogą pojawić się w tych miejscach obce atomy, które nie występują w sąsiadujących ze sobą ziarnach. Granice ziaren są obszarami nieciągłości w regularnej strukturze kryształu. Atomy znajdujące się na granicach ziaren są zawsze słabiej związane ze sobą niż atomy znajdujące się w obrębie ziarna. Energia powierzchniowa granic ziaren jest większa niż energia powierzchniowa ziaren. Energię granic ziaren można obliczyć z wzoru ( 2 ), gdzie \\( \\ce{\\gamma_G} \\) oznacza energię na granicy ziaren, G – entalpię swobodą, natomiast A – oznacza powierzchnię.",
"W stopach na granicach ziaren zachodzi segregacja zanieczyszczeń, tworzą się fazy międzymetaliczne, wtrącenia itp. Niejednorodność granic ziaren jest przyczyną korozji międzykrystalicznej. Wysoka energia powierzchniowa granic ziaren sprawia, że są one miejscami uprzywilejowanymi, na których preferencyjnie zachodzą reakcje chemiczne lub elektrochemiczne."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Zjawiska powierzchniowe | 1,430 | Napięcie powierzchniowe, zwilżalność | [
"Napięcie powierzchniowe jest to zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazem lub inną cieczą. Zjawisko to spowodowane jest istnieniem niezrównoważonych na powierzchni cieczy sił przyciągania międzycząsteczkowego. Na cząsteczkę cieczy znajdującą się w głębi cieczy działają symetryczne siły oddziaływania międzycząsteczkowego ( Rys. 1 ). Cząsteczka znajdująca się na powierzchni cieczy doznaje działania sił międzycząsteczkowych tylko od strony cieczy. Siła wypadkowa działająca na cząsteczkę znajdującą się na powierzchni cieczy zmierza do wciągnięcia tej cząsteczki w głąb cieczy. Ciecz zachowuje się tak, jakby jej powierzchnia była pokryta elastyczną błonką, wykazującą tendencję do kurczenia się. Ze względu na występowanie napięcia powierzchniowego, ciecze wykazują tendencję do przyjmowania kształtu, któremu odpowiada najmniejsza energia. Krople wody zawsze dążą do przyjęcia kształtu kulistego. Kula jest bryłą geometryczną, która wykazuje najmniejszy stosunek powierzchni do objętości.",
"Aby zwiększyć powierzchnię cieczy, należy wykonać pracę, która jest wyrażona równaniem ( 1 ).",
"gdzie W – oznacza pracę wykonaną w celu zwiększenia powierzchni cieczy, A – powierzchnię cieczy, natomiast współczynnik proporcjonalności \\( \\sigma \\) nosi nazwę napięcia powierzchniowego i jest on wyrażony w \\( \\ce{[J*m^2]} \\). Miarą napięcia powierzchniowego jest praca, jaką trzeba wykonać, aby zwiększyć powierzchnię cieczy o jednostkę powierzchni [1].",
"Napięcie powierzchniowe zależy od temperatury cieczy i ze wzrostem temperatury napięcie powierzchniowe maleje. Napięcie powierzchniowe cieczy można zmniejszyć poprzez dodanie do niej substancji powierzchniowo-czynnych zwanych surfaktantami (mydła, detergenty). Cząsteczka surfaktantu zbudowana jest z dwóch grup. Jedna z nich wykazuje niskie powinowactwo do rozpuszczalnika (grupa liofobowa), a druga grupa wykazuje silne powinowactwo do rozpuszczalnika (grupa liofilowa). Cząsteczki surfaktantu gromadzą się na granicy faz (np. ciecz/gaz) i każda z grup miesza się z odrębną fazą, co skutkuje zmniejszeniem napięcia powierzchniowego.",
"Siły napięcia powierzchniowego mają wpływ na kształt swobodnej powierzchni cieczy. Z oddziaływaniem napięcia powierzchniowego związany jest kulisty kształt kropel wody, powstawanie menisku, tworzenie się pęcherzyków, baniek oraz wznoszenia się cieczy w cienkich rurkach zwanych kapilarami (zjawisko włoskowatości). Zakrzywienia powierzchni swobodnej cieczy występujące na granicy dwóch faz (np. cieczy i ciała stałego), spowodowanie współdziałaniem sił napięcia powierzchniowego oraz sił przylegania (adhezji) prowadzi do powstania menisku.",
"Menisk wypukły powstaje, gdy siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy i ściankami naczynia są mniejsze od sił oddziaływań samych cząsteczek cieczy. Menisk wklęsły powstaje, gdy siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy i ściankami naczynia są większe od siły wzajemnych oddziaływań cząsteczek cieczy. W cienkich rurkach (kapilarach) menisk może spowodować podniesienie lub obniżenie słupa cieczy w zależności od kąta zwilżania. W przypadku menisku wklęsłego (ciecz zwilża ścianki naczynia) tworzącego się w cieczy znajdującej się w cienkiej szklanej rurce, słup cieczy jest podnoszony na znaczną wysokość. Jeśli ciecz nie zwilża ścianek naczynia, wówczas tworzy się menisk wypukły, a słup cieczy jest obniżany ( Rys. 2 ).",
"Metody pomiaru napięcia powierzchniowego można podzielić na metody bezwzględne i metody względne. Metody bezwzględne pozwalają na bezpośredni pomiar napięcia powierzchniowego, natomiast metody względne pozwalają na wyznaczenie parametrów służących do obliczania napięcia powierzchniowego badanej cieczy i porównania ich z takimi samymi parametrami wyznaczonymi dla cieczy o znanym napięciu powierzchniowym.",
"Metody bezwzględne:",
"Metody względne:",
"Jeśli ciało stałe łatwo pokrywa się warstwą wody, to mówi się, że posiada ono właściwości hydrofilowe (materiał łatwo zwilżalny), natomiast materiał trudno zwilżalny ma właściwości hydrofobowe. W zależności od charakteru powierzchni danego materiału, kropla wody rozpłynie się na niej, bądź pozostanie na nim zachowując swój kulisty kształt. Zdolność do zwilżania ciała stałego przez ciecz jest charakteryzowana za pomocą kąta zwilżania. Rys. 3 przedstawia kąt zwilżania dla cieczy całkowicie zwilżającej ciało stałe (a) i dla cieczy niezwilżającej powierzchni ciała stałego (b).",
"Kąt zwilżania zależy od napięcia powierzchniowego występującego na granicy faz: ciało stałe (s) / ciecz (c), ciało stałe (s) / gaz (g) i ciecz (c) / gaz (g) zgodnie z równaniem ( 3 ).",
"gdzie \\( \\sigma_{gs} \\) oznacza napięcie powierzchniowe na granicy gaz/ciało stałe, \\( \\sigma_{cs} \\) – napięcie powierzchniowe na granicy ciecz/ciało stałe, \\( \\sigma_{gc} \\) – napięcie powierzchniowe na granicy gaz/ciecz. Jeśli \\( cos\\theta \\) jest równy jeden, to ciecz zwilża powierzchnię ciała stałego, jeśli cos \\( cos\\theta \\) jest równy minus jeden, to ciecz nie zwilża powierzchni ciała stałego. Wartość \\( cos\\theta \\) jest nazywana współczynnikiem zwilżalności.",
"Zjawisko zwilżania jest bardzo ważne w wielu procesach technologicznych, np. wytwarzania materiałów kompozytowych, nakładania powłok metalicznych. Zwilżalność odgrywa istotną rolę w korozji atmosferycznej, a także przy nanoszeniu farb, lakierów czy powłok organicznych. W celu podniesienia odporności na korozję na metalach lub stopach wytwarza się hydrofobowe powłoki, które ograniczają zwilżalność materiału przez elektrolit. Kąt zwilżania większy od zera umożliwia unoszenie się na powierzchni cieczy ciał stałych o gęstości większej od gęstości cieczy. Zjawisko to wykorzystywane jest w procesie flotacji, która polega na rozdzieleniu ciał stałych rozdrobnionych wykorzystując różnice zwilżalności. Kąt zwilżania zwiększa się podczas impregnacji tkanin, dzięki czemu uzyskują one wodoodporność."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Napięcie powierzchniowe",
"content": "Napięcie powierzchniowe definiuje się jako siłę styczną do powierzchni cieczy, działającą na jednostkę obrzeża powierzchni cieczy ( 2 ).\n\n\t\t\t\t\t(2)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( {\\sigma} = \\dfrac{F}{l} \\)\n\ngdzie:\nF – to siła napięcia powierzchniowego, działająca równolegle do powierzchni cieczy,\n\nl – długość odcinka, na którym działa siła."
},
{
"name": "Definicja 2: Zwilżalność",
"content": "Zwilżalność jest właściwością materiałów, która charakteryzuje ich sposób zachowania się w kontakcie z cieczami."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Związki koordynacyjne | 1,433 | Związki koordynacyjne - wprowadzenie | [
"Związki kompleksowe tworzą najczęściej metale należące do bloku \\( d \\) układu okresowego. Budowa związków kompleksowych została szczegółowo opisana w module Związki kompleksowe w podręczniku Chemia Ogólna. Liczbą atomów bezpośrednio połączonych z atomem centralnym nazywamy liczbą koordynacyjną. Od wartości liczby koordynacyjnej zależy przestrzenne rozmieszczenie ligandów w kompleksach ( Tabela 1 ). Liczba koordynacyjna może przyjmować wartości od 2 do 8, jednak najczęściej są spotykane kompleksy o liczbie koordynacyjnej 4 i 6. Większe liczby koordynacyjne 9, 10 i 12 spotykane są sporadycznie [1].",
"Związki kompleksowe o liczbie koordynacyjnej 2 mają strukturę liniową, a jon centralny jest zwykle jednowartościowy np. \\( \\ce{Cu^+} \\), \\( \\ce{Ag^+} \\), czy \\( \\ce{Au^+} \\). Kompleksy o liczbie koordynacyjnej 3 mają kształt płaski lub kształt piramidy trygonalnej. Liczba koordynacyjna 4 jest często spotykana w przypadku kompleksów metali bloku \\( d \\), a najczęściej spotykana w przypadku kompleksów metali bloku \\( s \\) i \\( p \\). Kompleksy te mogą wykazywać strukturę tetraedryczną lub płaską kwadratową. Kompleksy o liczbie koordynacyjnej 5 mogą przybierać kształt piramidy tetragonalnej lub bipiramidy trygonalnej. Liczba 6 jest najczęściej spotykaną liczbą koordynacyjną metali bloku \\( d \\). Kompleksy te mają kształt ośmiościanu foremnego (oktaedru). Wyższe liczby koordynacyjne są spotykane w przypadku, gdy atomy centralne mają duże rozmiary np. \\( Mo(VI) \\) czy \\( W(VI) \\).",
"Ligandami mogą być zarówno obojętne cząsteczki, np. \\( \\ce{H_2O} \\), \\( \\ce{NH_3} \\), \\( \\ce{O} \\), jak i ujemne jony, np. \\( \\ce{NO_3^-} \\), \\( \\ce{SO_4^{2-}} \\), \\( \\ce{CN^-} \\), \\( \\ce{Cl^-} \\). Ligandy, których budowa pozwala na dostarczenie dwu lub więcej atomów skoordynowanych wokół atomu centralnego nazywamy ligandami chelatowymi lub kleszczowymi."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Związki koordynacyjne | 1,434 | Teorie stosowane w chemii koordynacyjnej | [
"Do opisu budowy i właściwości związków kompleksowych wykorzystuje się teorie oparte na mechanice kwantowej. Najbardziej ogólną jest teoria orbitali molekularnych. Uwzględnia ona ilościowy udział w wiązaniu orbitali jonu centralnego, jak również orbitali ligandów oraz rozpatruje wszystkie elektrony cząsteczki związku koordynacyjnego.",
"Teoria wiązań walencyjnych rozpatruje tworzenie się wiązań poprzez nakładanie się orbitali atomowych w wyniku czego powstają orbitale cząsteczkowe. Teoria ta wykorzystuje koncepcję hybrydyzacji orbitali atomowych.",
"W przypadku związków kompleksowych, gdzie ligandami są cząsteczki amoniaku dochodzi do nakładania się orbitalu posiadającego wolną parę elektronową z pustym orbitalem typu d pochodzącym od atomu, bądź jonu centralnego.",
"Teoria pola krystalicznego zakłada, że wiązanie pomiędzy centralnym kationem metalu z bloku \\( d \\) a ligandami jest wiązaniem jonowym. Rozpatruje ona wpływ pola ujemnych ligandów, które otaczają jon metalu na energię jego orbitali \\( d \\). Gdy ligandy zbliżają się do jonu centralnego to są odpychane przez elektrony jonu centralnego, które znajdują się na zapełnionych orbitalach \\( d \\). Elektrony znajdujące się w pobliżu ligandów będą miały wyższą energię niż te położone dalej. W efekcie energia pięciokrotnie zdegenerowanego orbitalu \\( d \\) ulega zmianie i dochodzi do rozszczepienia tego orbitalu na dwie grupy różniące się energią. Na podstawie licznych badań ułożono najczęściej spotykane ligandy w szereg według wzrastającej energii rozszczepienia w kompleksach wytwarzanych przez te ligandy. Szereg ten nazwano szeregiem spektrochemicznym:",
"Ligandy zajmujące miejsce po lewej stronie szeregu wykazują najsłabsze pole, a co za tym idzie najsłabsze działanie rozszczepiające. Najsilniejsze działanie rozszczepiające wywierają jony cyjankowe [2]. Teoria pola krystalicznego daje wyjaśnienie dlaczego kompleksy metali przejściowych są barwne. Po rozszczepieniu zdegenerowanego orbitalu d na dwie grupy, po absorpcji fotonu jeden z elektronów może przeskoczyć na wyższy poziom energetyczny i atom ulega wzbudzeniu. Różnica energii pomiędzy atomem wzbudzonym a atomem w stanie podstawowym jest równa energii zaabsorbowanego fotonu. Zaabsorbowane mogą być tylko fotony o ściśle określonej długości fali, dlatego każdy związek posiada określone zabarwienie.",
"Za pomocą powyższych teorii można zinterpretować kształt kompleksu oraz jego własności magnetyczne i własności optyczne."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Związki koordynacyjne | 1,435 | Zastosowanie związków koordynacyjnych | [
"Chemia związków kompleksowych jest jednym z dynamicznie rozwijających się obszarów chemii. Mnogość kompleksów wynika z faktu, że liczne metale mogą tworzyć wiązania koordynacyjne, a różnego rodzaju ligandów również jest dużo. Związki koordynacyjne odgrywają bardzo ważną rolę w organizmach żywych. Przykładem jest hemoglobina – kompleks żelaza(II) służąca jako barwnik oddechowy, chlorofil – kompleks magnezu – biorący udział w fotosyntezie czy witamina B12.",
"Związki koordynacyjne stosowane są w wielu dziedzinach. W chemii analitycznej do ustalania składu jakościowego i ilościowego danego materiału często stosuje się reakcje kompleksowania jonów. Istnieje cały dział chemii analitycznej, nazwany kompleksometrią, który obejmuje wszystkie metody miareczkowe, w których oznaczenie polega na tworzeniu się związków kompleksowych o charakterystycznych właściwościach, które są niezbędne do oznaczenia składu danej substancji. Większość metali przejściowych tworzy barwne kompleksy absorbujące promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie UV-VIS. Dlatego kompleksy te znalazły zastosowanie w analizie chemicznej metodami spektrofotometrycznymi.",
"Kompleksy jonów metali z licznymi ligandami odgrywają dużą rolę w oznaczaniu pierwiastków ze względu na dużą czułość reakcji, trwałość produktów i selektywność. Stosuje się je do wytrącania jonów metali, maskowania jonów przeszkadzających w oznaczeniach, czy ekstrakcji jonów metali z jednego rozpuszczalnika do drugiego. Największe zastosowanie w oznaczeniach miareczkowych jonów metali znalazł kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA), którego anion przedstawiono w przykładzie \"Ligandy chelatowe\" modułu Związki koordynacyjne - wprowadzenie.",
"Związki kompleksowe metali znajdują zastosowanie w katalizie, a ich działanie jest podobne do katalizatorów enzymatycznych, które wykazują wysoką selektywność, czyli mają zdolność wytwarzania jednego produktu reakcji z większą wydajnością. Stosuje się je do syntezy związków chemicznych o specjalnym przeznaczeniu, np. związki zapachowe, związki dla rolnictwa, leki i witaminy [2].",
"Kolejnym zastosowaniem kompleksów są czujniki, które charakteryzują się dużą selektywnością i czułością. Kompleksy metali są stosowane w czujnikach gazów: tlenku azotu(II) – \\( NO \\), tlenku węgla – \\( CO \\), siarkowodoru – \\( H_2S \\), tlenu – \\( O_2 \\) czy gazów toksycznych, np. dwurdzeniowe kompleksy rodu zastosowano do produkcji czujników tlenku węgla(II). W kryminalistyce, jako detektory śladów stosuje się kompleksy cynku Zn(II), a w przypadku braku wyrazistości śladów kompleks europu Eu(III) [2].",
"Kompleksy żelaza, miedzi, cynku i manganu, głównie chelatowe stosuje się w ogrodnictwie, jako składniki łatwo przyswajalnych nawozów. Charakteryzują się one dobrą rozpuszczalnością i przenikalnością przez błony komórkowe rośliny. Roślina pobiera mikroelementy nie tylko w formie jonu, ale również całego chylatu, z którego mikroelement uwalnia się powoli i jest dłużej dostępny dla rośliny. Rola ligandów chelatowych polega w tym przypadku na ochronie mikroelementu przed przejściem w trudno rozpuszczalne sole, czy przed działaniem niekorzystnych reagentów, które utrudnią przyswojenie go przez roślinę [3]. Kolejnym dużym obszarem, gdzie stosuje się związki kompleksowe jest medycyna. Kompleksowe związki platyny (II) są powszechnie stosowanymi lekami przeciwnowotworowymi, np. cisplatyna i karboplatyna stosowana w przypadku nowotworu głowy, jądra, jajnika, szyjki macicy i płuc; oksaliplatyna – w przypadku raka jelita grubego.",
"Związki koordynacyjne metali stosowane są również w diagnostyce medycznej jako środek kontrastowy w celu poprawy jakości obrazu. Dobiera się go tak, aby gromadził się wybiórczo w danym narządzie. Najważniejszymi środkami kontrastowymi są kompleksy gadolinu (III), żelaza (III) w przypadku jądrowego rezonansu magnetycznego; w pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) kompleksy technetu, gadolinu, indu, itru, cyrkonu i miedzi [2].",
"Ciągle zwiększa się liczba związków kompleksowych metali stosowanych w diagnozowaniu i terapii wielu chorób. Związki kompleksowe są stosowane nie tylko w terapiach nowotworowych i obrazowaniu, ale również w cukrzycy, chorobie Alzheimera, chorobach wirusowych i bakteryjnych czy reumatyzmie."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Podstawy radiochemii | 1,436 | Radiochemia - wprowadzenie | [
"Radiochemia jest to nauka z pogranicza chemii i fizyki, zajmująca się badaniem przemian chemicznych pierwiastków i substancji promieniotwórczych. Zjawisko promieniotwórczości zostało odkryte w 1896 roku przez Henriego Becquerela. Badania nad zjawiskiem promieniotwórczości były prowadzone przez Marię Skłodowską-Curie i Piotra Curie, którzy otrzymali Nagrodę Nobla w 1903 roku. W roku 1911 Maria Skłodowska-Curie otrzymała nagrodę Nobla za odkrycie radu i polonu. Pierwiastki od polonu do uranu o liczbach atomowych od 84 do 92 są promieniotwórcze. Jądra atomowe (nuklidy) pierwiastków promieniotwórczych naturalnych i sztucznych wykazują zdolność do samorzutnego rozpadu, któremu towarzyszy emisja różnego rodzaju promieniowania. Budowa jądra atomowego i podstawowe reakcje jądrowe są przedstawione w podręczniku Chemia ogólna (zob. Jądro atomowe, Reakcje jądrowe ). Szybkość rozpadu nietrwałych jąder pierwiastków promieniotwórczych jest wprost proporcjonalna do liczby nierozłożonych atomów, równanie ( 1 ).",
"gdzie N – liczba nierozłożonych atomów, t – czas rozpadu promieniotwórczego, \\( {\\lambda} \\) - stała rozpadu promieniotwórczego. Przed ułamkiem znajduje się znak minus z tego względu, że liczba przedstawiająca ułamek liczby atomów nierozłożonych w czasie maleje. Czas, po jakim połowa ilości atomów izotopu promieniotwórczego ulega rozpadowi nazywany jest okresem półtrwania, \\( T_{1/_2} \\), równanie ( 2 ).",
"Okres półtrwania jest wielkością charakteryzującą szybkość rozpadu promieniotwórczego i zgodnie z równaniem ( 2 ) nie zależy on od początkowej ilości izotopu promieniotwórczego. Dla izotopu radu \\( \\ce{ ^{226}_{88}Ra } \\) okres półtrwania wynosi 1622 lata, to znaczy, że po tym czasie połowa dowolnej ilości radu ulegnie rozpadowi [1]."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Podstawy radiochemii | 1,437 | Szeregi promieniotwórcze, reakcje jądrowe i termojądrowe | [
"Podczas rozpadu jąder pierwiastków promieniotwórczych tworzą się jądra nowego pierwiastka, które są nietrwałe i ulegają samorzutnie dalszemu rozpadowi. W ten sposób tworzą się szeregi promieniotwórcze. Wyróżniamy naturalne szeregi promieniotwórcze:",
"Neptun jest pierwiastkiem promieniotwórczym otrzymywanym sztucznie. Jego izotop \\( \\ce{^{237}_{93}$Np$} \\) zapoczątkowuje szereg promieniotwórczy zwany szeregiem neptunowym. Każdy szereg promieniotwórczy zaczyna się nuklidem stosunkowo trwałym, który zanika wolniej niż pozostałe nuklidy, a kończy się nuklidem niepromieniotwórczym, który nie ulega dalszym przemianom. Te trzy szeregi promieniotwórcze kończą się trwałymi izotopami ołowiu. Na Rys. 1 przedstawiono szereg torowy.",
"Szereg torowy rozpoczyna się izotopem toru \\( \\ce{^{232}$Th$} \\), a kończy stabilnym izotopem ołowiu \\( \\ce{^{208}$Pb$} \\). Liczba masowa A decyduje o tym, do jakiego szeregu promieniotwórczego należy dany nuklid. Podczas rozpadu promieniotwórczego liczba masowa zmniejsza się o 4 jednostki na skutek emisji cząstki \\( {\\alpha} \\). W szeregu torowym liczby masowe nuklidów wyrażają się liczbą 4n, gdzie n jest liczbą naturalną. W szeregu uranowo-radowym liczby masowe nuklidów wyrażają się liczbą 4n + 2, a w szeregu uranowo-aktynowym 4n + 3, natomiast w sztucznym neptunowym szeregu promieniotwórczym liczby masowe wyrażają się liczbą 4n +1.",
"Rozpad promieniotwórczy dotyczy nie tylko pierwiastków, które występują w przyrodzie, ale tego typu przemiany jąder atomowych są prowadzone również w warunkach laboratoryjnych. Sztuczne przemiany promieniotwórcze pierwiastków zachodzą podczas bombardowania jąder atomowych cząstkami \\( {\\alpha} \\), neutronami, protonami, deuteronami i innymi cząstkami. Energia cząstek bombardujących jądra atomowe jest zwykle rzędu kilkudziesięciu MeV. Jądra atomowe pochłaniają energię i emitują cząstki elementarne np. protony, neutrony itp. Neutron jest cząstką, która najłatwiej dociera do jądra atomowego, ponieważ nie posiada ładunku elektrycznego i nie ulega odpychaniu elektrostatycznemu podczas zbliżania się do niego. Dzięki temu neutrony posiadające nawet niedużą energię są często używane do przeprowadzenie reakcji jądrowych.",
"Reakcje jądrowe można przeprowadzić również używając jądra pierwiastków o większych liczbach atomowych i posiadających dużą energię. Podczas reakcji jądrowych przebiegających przy użyciu takich jąder powstają nowe pierwiastki oraz neutrony. Nowo powstające pierwiastki mają liczby atomowe powiększone o 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 lub 10 jednostek. Przykładem tego typu reakcji jądrowej jest otrzymywanie rubidu.",
"Metodę tę wykorzystuje się do otrzymywania pierwiastków transuranowych.",
"Przykładem reakcji termojądrowej jest łączenie się dwóch jąder deuteru ( \\( \\ce{^{2}_{1}$D$} \\)) w jedno jądro helu ( \\( \\ce{^{4}_{2}$He$} \\)). Podczas takiej reakcji wydzielają się bardzo duże ilości energii, ponieważ energia wiązania nukleonu w deuterze jest znacznie mniejsza niż energia wiązania nukleonu w jądrze helu [1]. Reakcje termojądrowe mogą zachodzić samorzutnie, ale tylko w bardzo wysokich temperaturach, np. takich jakie panują we wnętrzu gwiazd."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Reakcje termojądrowe",
"content": "Reakcje termojądrowe zachodzą w wysokich temperaturach rzędu \\( \\ce{10^{7}} \\) - \\( \\ce{10^{8}} \\) K i polegają one na łączeniu się mniejszych jąder w większe, co prowadzi do wydzielania się bardzo dużych ilości energii."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Podstawy radiochemii | 1,438 | Rozszczepienie jąder atomowych, reakcje łańcuchowe | [
"Jeśli jądra atomowe są bombardowane cząstkami posiadającymi bardzo dużą energię (rzędu kilkaset MeV), wówczas następuje rozszczepienie jąder atomowych. Nietrwałe ciężkie jądra atomowe naświetlane protonami ulegają rozpadowi na dwa fragmenty o porównywalnych liczbach masowych i równocześnie następuje emisja 2 lub 3 neutronów. Neutrony powstające podczas rozszczepienia jąder atomowych są zdolne do rozszczepienia nowo powstałych jąder atomowych, które powstały z rozszczepienia jądra atomowego ciężkiego izotopu (np. \\( \\ce{^{235}_{92}$U$} \\)). Liczba neutronów, które powstają podczas rozszczepienia jąder jest znacznie większa niż liczba neutronów padających, co prowadzi do zajścia reakcji łańcuchowej w czystym izotopie uranu \\( \\ce{^{235}_{92}$U$} \\).",
"W reakcji łańcuchowej wyróżniamy trzy etapy: inicjację, propagację i terminację. Reakcja łańcuchowa zachodzi wtedy, gdy proces inicjacji jest szybszy od procesu terminacji, ale znacznie szybszy od procesu propagacji. Reakcja łańcuchowa przebiega bardzo szybko i prowadzi do gwałtownego wybuchu, podczas którego uwalniane są ogromne ilości energii. Reakcję łańcuchową rozszczepienia jąder uranu \\( \\ce{^{235}_{92}$U$} \\) przedstawiono na Rys. 1.",
"Reakcja łańcuchowa może zachodzić tylko w przypadku bombardowania neutronami jąder czystego izotopu uranu \\( \\ce{^{235}_{92}$U$} \\). Ruda uranu zawiera cięższy izotop uranu \\( \\ce{^{238}_{92}$U$} \\) (zawartość 99,3 \\( \\% \\)), który nie ulega rozszczepieniu pod wpływem bombardowania przez neutrony powstające podczas rozpadu izotopu \\( \\ce{^{235}_{92}$U$} \\). Dlatego też, na uranie, który jest otrzymany bezpośrednio z rudy uranowej reakcja łańcuchowa nie zachodzi. Reakcję rozszczepienia jąder izotopu uranu \\( \\ce{^{235}_{92}$U$} \\) można przeprowadzić w sposób kontrolowany i powolny unikając wybuchu. W taki sposób przeprowadza się reakcję łańcuchową rozszczepienia jąder uranu \\( \\ce{^{235}_{92}$U$} \\) w reaktorze atomowym. Podczas takiej reakcji produkowane są bardzo duże ilości energii, która jest używana do celów przemysłowych.",
"W reaktorach atomowych stosuje się zwykle uran naturalny wzbogacony w izotop \\( \\ce{^{235}_{92}$U$} \\). Uran naturalny można również wzbogacić izotopem plutonu \\( \\ce{^{239}_{94}$Pu$} \\). Jądra izotopu uranu \\( \\ce{^{235}_{92}$U$} \\) ulegają rozszczepieniu pod wpływem bombardowania zarówno neutronami termicznymi, jak i neutronami prędkimi, których energia przekracza 1 MeV. Z kolei jądra izotopu uranu \\( \\ce{^{238}_{92}$U$} \\) ulegają rozszczepieniu tylko pod wpływem bombardowania neutronami prędkimi. Neutrony o energii mniejszej są pochłaniane przez jądra izotopu uranu \\( \\ce{^{238}_{92}$U$} \\). Najsilniejsze pochłanianie neutronów ma miejsce, gdy ich energia wynosi 7 eV. W celu zmniejszenia ilości pochłanianych neutronów przez izotop uranu \\( \\ce{^{238}_{92}$U$} \\) należy zmniejszyć ich energię do wartości znacznie niższych niż 7 eV, aby umożliwić zajście reakcji łańcuchowej. Spowolnienie neutronów można osiągnąć otaczając pręty uranowe moderatorami takimi, jak grafit lub ciężka woda \\( \\ce{D_{2}O} \\).",
"Zastosowanie moderatorów zapewnia wystarczające stężenie neutronów w reaktorze umożliwiające kontynuację reakcji łańcuchowej. Jeśli stężenie neutronów o energii pozwalającej na zachodzenie reakcji łańcuchowej jest zbyt duże w reaktorze atomowym, wówczas wprowadza się do reaktora pręty wykonane z materiału mającego zdolność pochłaniania neutronów np. cyrkonu, hafnu. Energia powstająca w reaktorze atomowym jest odprowadzana w postaci ciepła za pośrednictwem np. gazowego helu, wody znajdującej się pod wysokim ciśnieniem. Ciepło przenoszone przez te płyny jest wykorzystywane np. do napędzania turbin parowych w elektrowniach."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Reakcja łańcuchowa",
"content": "Reakcja łańcuchowa jest serią reakcji jądrowych zachodzących jedna po drugiej."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Podstawy radiochemii | 1,439 | Zastosowanie izotopów promieniotwórczych | [
"Izotopy promieniotwórcze (radioizotopy), są niestabilnymi izotopami danego pierwiastka, które ulegają samoistnemu rozpadowi. Czas, w którym połowa jąder izotopu promieniotwórczego zanika nazywa się czasem połowicznego zaniku. Izotopy promieniotwórcze różnych pierwiastków znalazły zastosowanie w przemyśle, medycynie, badaniach naukowych itp. Radioizotopy są szeroko stosowane jako wskaźniki promieniotwórcze. Izotop radioaktywny po wprowadzeniu do związku chemicznego, układu biologicznego lub fizycznego może być śledzony za pomocą aparatury wykrywającej promieniowanie, które on emituje. Przykłady zastosowania izotopów radioaktywnych:"
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Zastosowanie i badanie związków nieorganicznych | 1,431 | Zastosowanie związków nieorganicznych w nanotechnologiach i energetyce | [
"Zmiany klimatyczne i postępująca degradacja środowiska naturalnego wymuszają konieczność przeprowadzenia zmian w gospodarce energetycznej. Dużo uwagi i prac poświęca się odnawialnym źródłom energii. Jednym z rozwiązań jest energetyka oparta na wodorze. Wodór w reakcji z tlenem uwalnia aż 143,1 \\( MJ/kg \\) energii. Największą zaletą tej reakcji jest fakt, że w jej wyniku nie trafiają do środowiska żadne zanieczyszczenia, bo jedynym produktem jest woda.",
"Przetwarzanie energii wytworzonej w tej reakcji na energię elektryczną przeprowadza się w ogniwach paliwowych (zob. Ogniwo wodorowo - tlenowe ) w podręczniku Chemia ogólna. Wodór, który jest dostarczany do ogniwa paliwowego wytwarza się metodami, które nie przynoszą szkód dla środowiska naturalnego (zob. Elektroliza wody ). Kolejnym obszarem energetyki, gdzie szeroko są stosowane związki nieorganiczne, jest fotowoltaika.",
"Podstawy fizyczne tego procesu zostały opisane w rozdziale 3.5 Podstawy fizyczne konwersji energii słonecznej na energię elektryczną w podręczniku Fotowoltaika. Ogniwa fotowoltaiczne mają budowę warstwową (zob. 4.1 Elementy struktury ogniw fotowoltaicznych ) w podręczniku Fotowoltaika). Warstwy te składają się z różnego rodzaju związków nieorganicznych. Ogniwa te bazują głównie na krzemie, ale również popularne są selenki miedziowo-idowo-galowe \\( Cu(In,Ga)Se_2 \\) [1], [2], siarczek kadmu \\( CdS \\) i tellurek kadmu \\( CdTe \\) [3], czy selenek molibdenu \\( MoSe \\) [4]. Jako transparentne elektrody przewodzące stosuje się tlenek indowo-cynowy, tlenek cynku, tlenek cyny [5]. W fazie badań i testów są nanorurki węglowe [6].",
"Energetyka jądrowa opiera się na związkach uranu. Energię jądrową uzyskuje się w wyniku rozszczepienia jąder w reaktorach jądrowych, przy czy powstają ogromne ilości energii. Jako paliwo jądrowe stosuje się wzbogacony uran \\( U-235 \\) w postaci stałej lub w postaci roztworu \\( \\ce{UO_2(NO_3)_2} \\) – azotan uranylu lub \\( \\ce{UO_2SO_4} \\) – siarczan uranylu albo w postaci gazowej fluorek uranu (VI), \\( \\ce{UF_6} \\). Innym materiałem wykorzystywanym jako paliwo jądrowe jest pluton \\( \\ce{Pu-239} \\) [7].",
"Wiele związków nieorganicznych stosuje się w postaci nanomateriałów. Nanotechnologia jest jedną z przodujących dziedzin nauki, która obecnie szybko się rozwija. Jej istotną część stanowią synteza i badania nanocząstek. Różnego rodzaju cząstki o rozmiarach nanometrycznych znajdują zastosowanie do celów badawczych, w wielu gałęziach przemysłu i coraz częściej są spotykane w życiu codziennym.",
"Nanomateriały mogą być zerowymiarowe (kropki kwantowe), jednowymiarowe (nanodruty, nanopręty, nanorurki), dwuwymiarowe (cienkie warstwy), czy trójwymiarowe (np. Nanostruktury srebra ).",
"Związki nieorganiczne wykorzystywane w ogniwach fotowoltaicznych, opisane powyżej są wytwarzane w postaci cienkich warstw."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Fotowoltaika",
"content": "\nFotowoltaika – jest to dziedzina nauki, która zajmuje się transformacją światła słonecznego w energię elektryczną, wykorzystując zjawisko fotowoltaiczne.\n\n"
},
{
"name": "Definicja 2: Nanomateriał",
"content": "\nNanomateriałem możemy nazwać taki materiał, którego przynajmniej jeden wymiar jest poniżej 100 nm. Można powiedzieć, że są to struktury pośrednie pomiędzy atomami i cząsteczkami, a materiałem makroskopowym. Materiał w skali nano często wykazuje inne właściwości, niż w skali makroskopowej.\n\n"
}
] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Wybrane techniki badania struktury związków nieorganicznych | 1,432 | Wprowadzenie do technik badawczych | [
"Struktura związków nieorganicznych może być badana technikami spektroskopowymi, mikroskopowymi, dyfrakcyjnymi oraz chromatograficznymi.",
"Tabela 1 podaje rozwinięcia powszechnie stosowanych angielskich skrótów nazw technik pomiarowych w porządku alfabetycznym oraz ich polskich odpowiedników.",
"Poszczególne techniki opisano w modułach: Techniki spektroskopowe, Chromatografia, Techniki mikroskopowe, Dyfrakcja rentgenowska."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Wybrane techniki badania struktury związków nieorganicznych | 1,440 | Techniki spektroskopowe | [
"Techniki spektroskopowe stosowane w badaniu związków nieorganicznych dzieli się ze względu na rodzaj oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z badanym ciałem. Spektroskopia inwazyjna polega na badaniu widm powstających na skutek niszczenia struktury analizowanej substancji przez przechodzące przez nią promieniowanie, np. w procesie jonizacji.",
"Spektroskopia absorpcyjna polega na analizie widma promieniowania elektromagnetycznego przechodzącego przez badaną substancję. Część promieniowania zostaje pochłonięta (zaabsorbowana) przez materię. Na podstawie analizy widma można określić budowę badanej materii. Rys. 1 przedstawia zakresy promieniowania elektromagnetycznego stosowane w technikach spektroskopowych.",
"Spektroskopia emisyjna polega na przeprowadzeniu badanej substancji w stan wzbudzony (przejście do wyższego stanu energetycznego) w odpowiednim źródle energii. Źródłem promieniowania mogą być: płomień, łuk elektryczny lub wyładowania elektryczne w gazach, indukcyjnie sprzężona plazma lub plazma indukowana. Tak wzbudzona substancja emituje promieniowanie elektromagnetyczne, które zawiera charakterystyczne dla danego pierwiastka długości fal: \\( \\lambda \\)1, \\( \\lambda \\)2 ... Promieniowanie to można rozszczepić za pomocą przyrządów spektralnych i zarejestrować jako widmo liniowe, czyli zbiór linii spektralnych o określonych długościach fal. Światło emitowane przez wzbudzone atomy przypada na obszar widzialny widma (380-780 nm), bliską podczerwień (w zakresie 780-1500 nm) i próżniowy bliski ultrafiolet (w zakresie 100-380 nm). Widmo liniowe stanowi podstawę jakościowej analizy spektralnej. Analiza ilościowa opiera się na założeniu liniowej zależności między natężeniem linii emisyjnej, a zawartością danego pierwiastka w badanej próbce. Technika wymaga stosowania wzorców.",
"Spektroskopia odbiciowa i rozproszeniowa polega na analizie widm powstałych w wyniku odbicia promieniowania elektromagnetycznego od powierzchni analizowanej substancji lub w wyniku rozpraszania promieniowania. Rys. 2 przedstawia różne metody spektroskopowe w zależności od rodzaju odbitego, bądź rozproszonego rodzaju cząstek/promieniowania: \\( i \\) oznacza jon, \\( e \\) - elektron, \\( \\gamma \\) - foton, \\( X-ray \\) - promieniowanie rentgenowskie.",
"AAS – absorpcyjna spektroskopia atomowa może być stosowana do analizy śladowych pierwiastków. Zasada pomiaru opiera się na zjawisku absorpcji promieniowania o specyficznej długości fali przez swobodne atomy uwalniane w trakcie atomizacji np. pod wpływem temperatury lub poprzez odparowanie rozpuszczalnika. Do najważniejszych atomizerów należą: płomieniowe, elektrotermiczne i plazma niskotemperaturowa (do 4000 K). Elektrony na powłokach walencyjnych mogą zostać wzbudzone i przeskoczyć na wyższe powłoki pod wpływem źródła energii. Przejściom elektronów pomiędzy różnymi poziomami energetycznymi odpowiadają różne częstotliwości promieniowania, których zbiór stanowi charakterystyczne dla danego pierwiastka widmo atomowe (widmo liniowe). Źródłem promieniowania w spektrometrze AAS są specjalne lampy emitujące energię charakterystyczną dla danego metalu. Detektory przekształcają sygnał w wersję cyfrową. Metoda AAS jest metodą identyfikacji jakościowej i ilościowej.",
"AES – spektroskopia elektronów Augera. W spektroskopii Augera wiązka elektronów jest kierowana na badaną próbkę. W wyniku oddziaływania wiązki pierwotnej z materiałem zostają wybite elektrony z wewnętrznych, leżących bliżej jądra, powłok (powłoka K). Powstałe w ten sposób wolne miejsce w powłoce (luka elektronowa) są w bardzo krótkim czasie zajmowane przez elektron z wyższej powłoki. Elektron spadając na niższą powłokę oddaje energię, która jest przekazywana innemu elektronowi z jeszcze wyższej powłoki atomowej. Dzięki tej dodatkowej energii elektron opuszcza atom, co prowadzi do kolejnej jonizacji. Wyemitowany w ostatniej fazie procesu elektron nosi nazwę elektronu Augera. Rys. 3 przedstawia porównanie zjawiska wybicia elektronu Augera oraz wybicia fotoelektronu w metodzie XPS.",
"Rys. 4 przedstawia przykładowe widmo Augera.",
"ESCA – metoda została opisana pod nazwą XPS/ESCA (zob. poniżej).",
"FTIR – spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera. Obszar widma elektromagnetycznego pomiędzy zakresem światła widzialnego a promieniowaniem mikrofalowym nazywamy podczerwienią (IR), obszar ten można podzielić na trzy podzakresy:",
"Promieniowanie elektromagnetyczne w podczerwieni, absorbowane przez cząsteczki, wzbudza nie tylko elektrony, ale powoduje także zmiany energii oscylacyjnej i rotacyjnej cząsteczki. Oscylacja to ruch periodyczny, podczas którego atomy na przemian oddalają się i przybliżają do siebie[1]. Drgania oscylacyjne w cząsteczce można podzielić na: rozciągające symetryczne lub asymetryczne – charakteryzują się rytmicznymi zmianami odległości między atomami oraz deformacyjne, w których zmianie ulega kąt między wiązaniami atomów. Rys. 5 przedstawia możliwe drgania w cząsteczce.",
"Widmo składa się z pasm absorpcyjnych, charakterystycznych dla danego związku, czy grup atomów wchodzących w jego skład. Do badań w podczerwieni służą spektrofotometry optyczne, składające się ze źródła promieniowania IR, kuwety z substancją badaną i kuwety odniesienia, detektora oraz rejestratora widma. Promieniowanie polichromatyczne o natężeniu modulowanym w czasie biegnie dwoma równoległymi wiązkami przez kuwetę z odnośnikiem i substancją badaną. Po dotarciu do detektora różnica pomiędzy promieniowaniem zaabsorbowanym przez odnośnik i badaną próbkę, zostaje przetworzone przez układ komputerowy poprzez transformację Fouriera na zależność natężenia od częstotliwości. Technika FTIR-ATR (Attenuated Total Reflectance – całkowitego osłabionego odbicia) umożliwia badanie próbek bezpośrednio w postaci stałej lub ciekłej, bez wcześniejszego przygotowania. Wiązka światła podczerwonego jest przepuszczana przez kryształ ATR w taki sposób, że odbija się od powierzchni wewnętrznej będącej w kontakcie z badaną próbką. To odbicie tworzy falę zanikającą, która rozciąga się aż do próbki. Głębokość penetracji próbki wynosi zwykle od 0,5 do 2 mikrometrów, a dokładna wartość jest określona przez długość fali światła, kąt padania oraz współczynniki załamania światła dla kryształu ATR i badanego medium. Wiązka jest następnie odbierana przez detektor wychodzący z kryształu. Technika FTIR jest stosowana przede wszystkim do badań substancji organicznych i organiczno-nieorganicznych. Do identyfikacji związków nieorganicznych stosuje się najczęściej bliską podczerwień. Rys. 6 przedstawia widmo FTIR substancji nieorganicznej.",
"FT-Raman – promieniowanie elektromagnetyczne, czyli strumień fotonów zderzając się z atomami/cząsteczkami, wzbudza je do pewnego wirtualnego poziomu energetycznego. Wracając do stanu podstawowego atomy/cząsteczki emitują fotony promieniowania rozproszonego. Jeżeli fotony mają taki sam pęd i energię, jak fotony padające, jest to rozpraszanie Rayleigha. Jeżeli cząsteczka zyskuje lub traci energię w wyniku zderzenia z fotonami – następuje rozpraszanie nieelastyczne Ramana. Gdy energia jest wyższa, mamy do czynienia z rozpraszaniem stokesowskim, gdy niższa – antystokesowskim. Największa intensywność widma należy do pasma rayleighowskiego, które jest większe od sąsiadujących z nim pasm ramanowskich. Z kolei pasma stokesowskie są znacznie silniejsze od antystokesowskich, dlatego zwykle rejestruje się widmo Ramana rozproszenia stokesowskiego[2]. Rys. 7 przedstawia pasma rejestrowane w spektroskopii ramanowskiej.",
"Technika powierzchniowo wzmocnionego rozproszenia Ramana SERS (ang. SERS: Surface Enhanced Raman Spectroscopy) polega na pomiarze promieniowania rozproszenia Ramana cząsteczek zaadsorbowanych na powierzchni metalu. Skutkuje to znacznym wzmocnieniem mierzonego promieniowania w stosunku do klasycznego pomiaru ramanowskiego. Rys. 8 przedstawia różnicę w intensywności sygnałów rejestrowanych klasyczną techniką FT-Raman oraz SERS.",
"Techniki spektroskopowe w podczerwieni i Ramana są metodami komplementarnymi. Mogą istnieć drgania aktywne w widmie IR, a nieaktywne w widmie Ramana i odwrotnie. Jednak najczęściej można zarejestrować zarówno pasma ramanowskie, jak i pasma IR tych samych grup funkcyjnych, tyle że o różnej intensywności. Spektroskopia ramanowska pozwala na badanie próbek w różnym stanie skupienia (ciekłym, stałym, gazowym).",
"ICP-MS – W spektrometrii masowej sprzężonej z plazmą wzbudzaną indukcyjnie odparowanie atomów z powierzchni metalu i ich jonizacja następuje w plazmie. Następnie za pomocą spektrometru masowego wyznacza się ilości poszczególnych jonów. Metoda odznacza się niską granicą wykrywalności (duża czułość); polega na pomiarze intensywności strumienia powstałych w plazmie jonów (w temperaturze ok. 6000-10000 K). W metodzie ICP-MS wymagane jest stosowanie próbek ciekłych. Najnowocześniejszą metodą wprowadzania próbek stałych do plazmy indukcyjnie sprzężonej w układzie ICP-MS jest technika ablacji laserowej. Pozwala ona na przeniesienie niewielkiej ilości materiału z powierzchni badanego obiektu do fazy gazowej (tzw. mikropróbkowanie laserowe).",
"ICP-OES – W technice optycznej spektroskopii emisyjnej do atomizacji i wzbudzenia wykorzystuje się fale radiowe o wysokiej częstotliwości, które umożliwiają wytworzenie plazmy o wysokiej temperaturze (ok. 7000K). Dzięki niej związki chemiczne rozpadają się do atomów, a następnie ulegają wzbudzeniu, po czym emitują pochłoniętą energię w postaci promieniowania elektromagnetycznego, charakterystycznego dla danego pierwiastka. Metoda polega na jednoczesnym porównaniu sygnałów badanych pierwiastków z sygnałami uzyskanymi od wzorców.",
"ISS spektroskopia rozpraszania jonów została opisana razem ze spektroskopią jonów wtórnych SIMS (zob. poniżej).",
"MS – spektrometria mas (MS) to technika analityczna, w której badana substancja zostaje zjonizowana, a następnie mierzy się stosunek masy jonów do ładunku. Widma spektroskopii masowej są wykorzystywane do określenia składu pierwiastkowego metali, stopów, próbek skał, półprzewodników i innych materiałów nieorganicznych, wykrywania i oznaczania pierwiastków w ilościach śladowych, czy określania składu izotopowego pierwiastków. Stosuje się różne metody jonizacji, w zależności od stanu skupienia badanej substancji [3]. Próbki stałe poddaje się bombardowaniu elektronami (EI-MS Electron Ionization) lub jonizuje przy użyciu lasera (MALDI-MS Matrix-Assisted Laser Ionization). Substancje w stanie ciekłym jonizuje się przy pomocy wspomnianej wcześniej techniki laserowej (MALDI) oraz przez rozpylanie w wysokoenergetycznym polu elektrycznym ESI-MS (Electrospray Ionization). W przypadku substancji gazowych stosuje się jonizację chemiczną CI-MS (Chemical Ionization) lub plazmą wzbudzaną indukcyjnie (ICP-MS). Rys. 9 prezentuje widmo argenku galu otrzymane techniką spektroskopii masowej.",
"NMR – spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego polega na wzbudzaniu spinów jądrowych znajdujących się w zewnętrznym polu magnetycznym poprzez szybkie zmiany pola magnetycznego. W technice tej rejestruje się promieniowanie magnetyczne powstające na skutek zjawiska relaksacji, czyli powrotu układu spinów jądrowych stanu równowagi termodynamicznej. W spektroskopii NMR wykorzystuje się izotopy pierwiastków o połówkowym spinie. Rys. 10 prezentuje pierwiastki, które są wykorzystywane w spektroskopii NMR, te które mogą zostać wykorzystane oraz takie, które mogą potencjalnie być wykorzystane.",
"Liczba rozszczepień sygnału NMR wskazuje, ile innych atomów występuje w pobliżu atomu badanego, natomiast przesunięcie sygnałów wskazuje na to, jakie są to atomy. Rys. 11 przedstawia widmo fosforowe widmo NMR cząsteczki organiczno-nieorganicznej.",
"SIMS – Zarówno w przypadku spektroskopii jonów wtórnych SIMS, jak i spektroskopii rozpraszania jonów ISS, pierwotna wiązka jonów gazu obojętnego o energii kinetycznej 0,3-10 keV, jest kierowana na powierzchnię. Kiedy jon uderza w powierzchnię, mogą wystąpić dwa zjawiska. Jon pierwotny może zostać elastycznie rozproszony przez atom powierzchniowy, co skutkuje odbiciem jonu pierwotnego, energia kinetyczna odbitego jonu pierwotnego będzie zależała od masy atomu powierzchniowego, biorącego udział w procesie rozpraszania, dostarczając w ten sposób informacji o powierzchni. W przypadku spektroskopii masy jonów wtórnych SIMS, jony pierwotne nie ulegają rozproszeniu, tylko oddziałują z warstwą powierzchniową materiału, wybijając z niej jony. Jony te, nazywane jonami drugorzędowymi (stąd określenie spektrometria mas jonów wtórnych), są ogniskowane przez soczewkę jonową w spektrometrze masowym. Wydajności jonów wtórnych wytwarzanych podczas rozpylania zarówno materiałów organicznych, jak i nieorganicznych są bardzo niskie i wynoszą 0,1 \\( \\% \\) lub mniej dla większości materiałów, przy czym większość wyrzuconych fragmentów to cząstki obojętne. Jednak nawet przy bardzo niskiej gęstości prądu jonów pierwotnych liczba wytwarzanych jonów wtórnych jest wystarczająco duża, aby otrzymać widma masowe o wystarczającej czułości.",
"UV-VIS – spektroskopia w nadfiolecie i świetle widzialnym. Elektrony z powłok walencyjnych badanej substancji nieorganicznej są wzbudzane promieniowaniem elektromagnetycznym z zakresu światła widzialnego oraz nadfioletu. Wracając na niższe powłoki elektronowe emitują światło o charakterystycznej długości z tego zakresu. Pozwala to na identyfikację chemiczną substancji, a także, przy zastosowaniu roztworów wzorcowych, na analizę ilościową. Badanie odbywa się w spektrometrze UV-Vis, w którym, podobnie jak w przypadku spektrometrów w podczerwieni, równoległe wiązki światła przechodzą przez kuwetę z wzorcem i substancją badaną. Rejestruje się natężenie światła przechodzącego (zgodnie z prawem Lamberta-Beera) w zależności od długości fali światła. Rys. 12 przedstawia widmo tlenku cynku zarejestrowane w zakresie światła widzialnego i nadfiolecie.",
"XPS/ESCA (zob. powyżej) – spektroskopia fotoelektronów polega na wybiciu przez foton promieniowania rentgenowskiego fotoelektronu z powłok leżących najbliżej jądra atomu (powłok K i L) ( Rys. 3 ). Energie wiązania elektronów są zależne od rodzaju atomu, a także od sposobu związania danego atomu i jego stanu walencyjnego. Oddziaływanie atomów innych pierwiastków powoduje przesunięcia poziomów energetycznych nawet na najbardziej wewnętrznych powłokach atomowych, a tym samym przesunięcia położenia pasm w widmie XPS o wartości rzędu 1 do 10 eV, zwane przesunięciami chemicznymi. Przesunięcia chemiczne pozwalają na określenie, z jakimi atomami związany jest atom danego pierwiastka lub jaki jest jego stan walencyjny. Widmo analizy XPS może służyć także do analizy ilościowej dzięki temu, że powierzchnia pod konturem pasma jest proporcjonalna do zawartości danego składnika. Analiza ciał stałych metodą spektroskopii fotoelektronów ogranicza się do cienkiej warstwy powierzchniowej, gdyż elektrony wybijane z atomów są przechwytywane w głębi fazy stałej i nie mogą wydostać się na zewnątrz. Głębokość badanej warstwy powierzchniowej sięga 0,4 do 5 nm [4]. Rys. 13 przedstawia widmo XPS powierzchni tytanu pokrytego warstwą powierzchniową zawierającą tlenki tytanu.",
"XRF – fluorescencyjna spektroskopia rentgenowska jest nieniszczącą techniką analizy chemicznej materiałów poprzez pomiar fluorescencyjnego promieniowania rentgenowskiego wytwarzanego przez próbkę wystawioną na źródło promieniowania rentgenowskiego o krótkiej fali. Promieniowanie rentgenowskie wybija elektrony w atomach próbki na orbitale o wyższej energii, które wracając, emitują promieniowanie rentgenowskie o długości fali odpowiadającej różnicom poziomów energii orbitali. Różnice poziomów energii zależą od liczby atomowej pierwiastka, a zatem długość fali fluorescencyjnych promieni rentgenowskich jest charakterystyczna dla obecnych pierwiastków. Ponieważ lekkie pierwiastki wytwarzają promieniowanie rentgenowskie o dłuższych falach, które są trudne do wykrycia, technika ta jest ogólnie ograniczona do pierwiastków o liczbie atomowej 13 (Al) lub większej. XRF jest szeroko stosowana do analizy elementarnej i analizy chemicznej, szczególnie w badaniach metali, szkła, ceramiki i materiałów budowlanych, a także do badań w dziedzinie geochemii, kryminalistyki, archeologii i obiektów artystycznych, takich jak obrazy. Rys. 14 prezentuje widmo otrzymane techniką spektroskopii fluorescencyjnej stopu Fe-Cu-Cr-Co-Zn-Ni."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Wybrane techniki badania struktury związków nieorganicznych | 1,441 | Chromatografia | [
"Chromatografia jest to ogólna nazwa technik polegających na rozdzieleniu substancji badanych na fazy – pojedyncze związki lub grupy związków, które następnie można analizować technikami sprzężonymi z chromatografem, np. metodą spektroskopii masowej, spektroskopii UV-Vis, itp. Chromatografia polega najczęściej na zastosowaniu podłoża, przez który migrują wraz z nośnikiem, poruszając się z różną prędkością, poszczególne związki. Mówimy wtedy, że wykazują one różne współczynniki opóźnienia (Rf). Zjawisko to pozwala na rozdzielenie mieszaniny związków na frakcje, które są następnie analizowane ze względu na skład. Nośnikiem – eluatem, może być gaz lub ciecz.",
"Ze względu na rodzaj dominującego mechanizmu procesu rozdziału chromatografie możemy podzielić na:",
"W zależności od rodzaju eluentu czyli substancji, w której rozpuszcza się badaną mieszaninę rozróżnia się następujące techniki chromatograficzne [2]:",
"Rys. 2 przedstawia schemat działania wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC).",
"Rys. 3 prezentuje schemat rozwijania chromatogramu cienkowarstwowego."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Wybrane techniki badania struktury związków nieorganicznych | 1,442 | Techniki mikroskopowe | [
"Techniki mikroskopowe wykorzystują oddziaływania fali elektromagnetycznej z powierzchnią badanego materiału tworząc obraz powierzchni.",
"Najczęściej stosowaną techniką jest mikroskopia optyczna. Światło skierowane na badany materiał ulega odbiciu, a następnie przechodzi przez układ optyczny złożony z wielu soczewek i przysłon dając powiększony obraz powierzchni. Rys. 1 przedstawia obraz powierzchni krzemu trawionego w roztworze DMF-LiCl.",
"AFM – w mikroskopii sił atomowych bardzo cienkie ostrze (grubość ok. 1 mikrometrów, długość ok. 100 mikrometrów) wykonane z odpowiedniego materiału (np. tlenek krzemu, azotek krzemu, diament) przymocowane do dźwigni przesuwa się w bardzo małej odległości od powierzchni próbki [1]. Najbardziej wysunięte atomy ostrza oddziaływują z atomami próbki, co powoduje ugięcie dźwigni. Biorąc pod uwagę, że częstotliwość drgań atomów w ciele stałym wynosi ok. 1013 Hz, co przy masie atomów rzędu 10-25 kg daje stałą sprężystości ok. 10 N/m, wystarczy kontrolować wychylenie dźwigni o stałej sprężystości równej 1 N/m w zakresie 0,1 nm. Służą temu czujniki ugięcia dźwigni, z których najczęściej stosowane są czujniki interferometryczne i oparte na pomiarze ugięcia wiązki światła odbitego od powierzchni dźwigni (ang. beam deflection). Technika AFM pozwala otrzymać trójwymiarowy obraz badanej powierzchni w skali atomowej. Pozwala to na określenie topografii powierzchni i układu atomów w najbardziej zewnętrznej warstwie próbki. Rys. 2 przedstawia zasadę działania spektrometru AFM oraz przykładowy obraz powierzchni wykonany techniką AFM.",
"SEM-EDS/EDX – W skaningowym mikroskopie elektronowym z mikroanalizatorem rentgenowskim badaną powierzchnię bombarduje się strumieniem szybkich elektronów o odpowiedniej energii. Powoduje to szereg zjawisk, między innymi wzbudzenie atomów na powierzchni próbki i emisję promieniowania rentgenowskiego, co przedstawiono na Rys. 3. Promieniowanie to jest następnie analizowane za pomocą spektrometru rentgenowskiego. Topografię badanej próbki poznaje się poprzez analizę elektronów wstecznych rozproszonych.",
"Rys. 4 przedstawia zdjęcie powierzchni Si z wytrawioną charakterystyczną strukturą.",
"Długość fali promieniowania, charakterystyczna dla poszczególnych pierwiastków, mówi o składzie powierzchni badanego materiału, natomiast jej intensywność – o ilości danego pierwiastka w warstwie powierzchniowej. Scyntylator przekształca energię elektronów wtórnych w impulsy świetlne, które w dalszej kolejności są wzmacniane przez fotopowielacz. Pochodzący z detektora sygnał steruje jasnością obrazu powstającego na monitorze. Rys. 5 przedstawia zdjęcie SEM z analizą EDX powierzchni tytanu.",
"TEM (transmisyjna mikroskopia elektronowa) Zasada działania Transmisyjnego Mikroskopu Elektronowego (TEM) jest podobna do mikroskopu świetlnego. Główna różnica polega na tym, że mikroskopy świetlne wykorzystują promienie świetlne do ogniskowania i tworzenia obrazu, podczas gdy w mikroskopie TEM wiązka elektronowa emitowana przez działo elektronowe jest przyspieszana i odpowiednio formowana, aby uzyskać obraz. Elektrony mają krótszą długość fali niż fotony. Mechanizm mikroskopu świetlnego polega na tym, że zwiększenie rozdzielczości zmniejsza długość fali światła odbitego, podczas gdy w TEM zwiększenie rozdzielczości, zwiększa długość fali transmisji elektronu, stąd TEM ma ok. 1000 razy większą rozdzielczość od mikroskopu optycznego. Rys. 6 przedstawia zdjęcie TEM nanocząstek tlenku cynku."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii nieorganicznej – układ okresowy | Wybrane techniki badania struktury związków nieorganicznych | 1,443 | Dyfrakcja rentgenowska | [
"Dyfrakcja rentgenowska (XRD – X-ray diffraction) Odkrycie promieni Roentgena, ich dyfrakcji przez von Laue oraz opisanie tych zjawisk w sposób matematyczny przez Braggów doprowadziły do powstania techniki XRD służącej do badania ciał stałych. W metodzie tej wykorzystuje się zjawisko uginania promieniowania elektromagnetycznego na płaszczyznach krystalicznych. Odbicie promieni rentgenowskich od pojedynczej płaszczyzny atomów jest o wiele za słabe, aby mogło zostać zaobserwowane doświadczalnie, jednak w gdy odbicia wielu następnych równoległych płaszczyzn sieciowych nałożą się na siebie -sumaryczna fala odbita będzie na tyle silna, że spowoduje wyraźnie mierzalny efekt nazywany odbiciem interferencyjnym lub odbiciem Braggów [1].",
"Rys. 1 obrazuje prawo Braggów.",
"Kiedy wiązka promieniowania monochromatycznego pada na nieruchomą próbkę – ulega dyfrakcji na losowo zorientowanych osiach krystalicznych. Z takiego odbicia powstaje obraz dyfrakcyjny (obraz Lauego) w postaci koncentrycznych kręgów wskutek nałożenia odbić dla możliwych orientacji kryształu. Sposób powstawania takiego obrazu został opisany w rozdziale Dyfrakcja promieni Roentgena (promieni X). Aby uzyskać ilościową informację na temat natężenia wiązki dyfrakcyjnej zamiast błony fotograficznej stosuje się liczniki scyntylacyjne, mierzy natężenie promieniowania rozproszonego i rejestruje w postaci cyfrowej. Rys. 2 prezentuje obraz Lauego oraz dyfraktogram rentgenowski.",
"Opisaną technikę XRD nazywa się metodą proszkową, ponieważ stosowana jest do ciał stałych w postaci niewielkiej ilości proszków. Jest to nieniszcząca technika pozwalająca stosunkowo szybko identyfikować struktury oraz faz występujące w preparacie, określenie w sposób ilościowy koncentracji danej fazy w materiale; określenie stopnia krystalizacji materiału, rozmiarów ziaren (materiały polikrystaliczne) oraz orientacji. Badania dyfraktometryczne wykonywane są przy użyciu urządzeń zwanych dyfraktometrami. Każdy taki dyfraktometr zbudowany jest z lampy rentgenowskiej, monochromatora lub filtrów, stolika do mocowania próbek, detektora, generatora wysokiego napięcia i komputera sterującego pracą dyfraktometru."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | 1,082 | Informacja o e-podręczniku "Podstawy chemii polimerów" | [
"E-podręcznik opracowano w ramach Zintegrowanego Programu Rozwoju Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Wiedza Edukacja Rozwój 2014-2020. Oś III Szkolnictwo wyższe dla gospodarki i rozwoju, Działanie 3.5 Kompleksowe programy szkół wyższych."
] | [] |
|
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wprowadzenie do chemii polimerów | 917 | Wprowadzenie - trochę historii | [
"Polimery są znane i wykorzystywane od czasów, w których człowiek nauczył się korzystać ze skór zwierząt i drewna, gdyż praktycznie połowa masy drewna to celuloza, czyli polimer, który nadaje twardość ścianom komórek roślinnych. Ludność neolitu (10000 lat p.n.e.) wykorzystywała rośliny i zwierzęta (źródło pożywienia, błonnika, leków, skór). Wiedza o tych zasobach była przekazywana przez przodków i dała podwaliny pod przełom w rolnictwie pasterskim i uprawnym (uprawy dzikiego lnu \\( – L. angustafolium \\)). Najwcześniejsze dowody na to, że ludzie używali dzikiego lnu jako tkaniny, pochodzą z Republiki Gruzji, gdzie w jaskini Dzudzuana znaleziono przędzone, farbowane i tkane dzikie włókna lnu, datowane na paleolit (30000 lat p.n.e.). W starożytności jedwab, wełna, bawełna i skóry – naturalne polimery – były używane do produkcji ubrań i dekoracji, podczas gdy z celulozy zawartej w trzcinie papirusowej wyrabiano papirus. Cywilizacja Majów (2000 r. p.n.e. – 1542 r. n.e.), Olmeków (1500 – 400 r. p.n.e.) i Azteków (1300 – 1521 r. n.e.) przetwarzała naturalny materiał gumowaty (płyn mleczny przypominający sok) z kauczukowca brazylijskiego na kulki do gry podobnej do koszykówki, buty wodoodporne (zostały one opisane przez hiszpańskich konkwistadorów, ale nigdy nie zostały znalezione przez archeologów) i inne przedmioty już w 1600 r. p.n.e. Wzmianki na temat materiałów naturalnych używanych jako kleje, powłoki i wypełniacze można znaleźć także w Starym Testamencie Biblii. Średniowieczni rzemieślnicy wykonywali okna do latarni z przezroczystych kawałków rogu zwierzęcego. Róg jest zbudowany z keratyny – tego samego materiału, z którego składa się skóra, włosy, pióra, paznokcie czy wełna. Miód to kolejny przykład naturalnie występujących polimerów, które od tysiącleci (6000 p.n.e.) były, są i będą wykorzystywane w życiu codziennym. Ebonit (1851 r.) lub twarda guma były pierwszymi polimerami termoutwardzalnymi. Goodyear wynalazł gumę wulkanizowaną (1839 r.; Thomas Hancock, 1843 r.), a Eduard Simon odkrył styropian (1839 r.). Alexander Parkes odkrył stałą, twardą, elastyczną i wodoodporną substancję (celuloid) po odparowaniu rozpuszczalnika fotograficznego (1856 r.), która została wykorzystana do impregnacji tkanin. Pierwszym syntetycznym tworzywem sztucznym był bakelit (Leo Baekeland, 1907 r.) wykorzystywany do wyrobów materiałów formierskich, materiałów do laminowania, wirników rozdzielacza silników, radia i telefonu Ericsson czy zabawek, które zastąpiły zabawki żeliwne i cynowe (lata 40- i 50-te XX wieku). W XIX wieku opracowywano szereg biodegradowalnych tworzyw sztucznych, które wykazują szereg unikalnych właściwości, są stosowane w szerokimi zakresie temperatur, są odporne na działanie agresywnych czynników chemicznych i światła oraz są mocne, wytrzymałe i tanie w porównaniu z innymi materiałami. Należy jednak pamiętać, iż polimery biodegradowalne istnieją od czasów Cesarstwa Rzymskiego (27 – 476 r. p.n.e.), ale w przeszłości miały ograniczone zastosowanie, głównie w medycynie. Współcześnie, polimery są związane z praktycznie każdym aspektem życia, a ich zastosowanie ogranicza ludzka wyobraźnia. Opakowania na żywność i środki chemiczne gospodarstwa domowego, butelki na wodę, włókna tekstylne, zabawki, telefony, komputery, sprzęt RTV i AGD, przewody, gniazdka elektryczne, uchwyty do garnków i patelni, bielizna termiczna, itd. zawierają polimery. Membrany do odsalania wody, aparatura medyczna, nośniki stosowane w kontrolowanym uwalnianiu leku, sztuczna skóra stosowana w inżynierii tkankowej i kosmetyce, laminaty z włókna węglowego wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym, hologramy, konstrukcje ramowe stacji kosmicznych, kamizelki kuloodporne również wykorzystują polimery. Jednak, pomimo tak ogromnej różnorodności polimerów i ich wszechstronnego wykorzystania, naukowcy i inżynierowie oraz producenci i przetwórcy nieustannie manipulują składem i strukturą molekularną polimerów dążąc do poprawy właściwości fizykochemicznych i mechanicznych polimerów, a co za tym idzie rozszerzenia możliwości ich zastosowania. Polimery są zatem materiałami przeszłych, obecnych i przyszłych pokoleń.",
"Pierwszym syntetycznym polimerem była nitroceluloza otrzymana w 1862 r. przez brytyjskiego chemika Alexandra Parkesa. Znalazła ona szerokie zastosowanie w przemyśle filmowym do produkcji taśmy filmowej (gdy potraktowana kamforą) oraz medycznym, jako opatrunek chirurgiczny (gdy rozpuszczona w eterze i alkoholu). Wulkanizacja (przyłączenie siarki do wiązań podwójnych węgiel-węgiel (zob. Hybrydyzacja ) do kauczuku naturalnego była następnym osiągnięciem w chemii polimerów (Friedrich Ludersdorf i Nathaniel Hayward). Jednak za ojca polimerów uznawany jest Hermann Staudinger, który wprowadził terminy kluczowe w dziedzinie polimerów, takie jak polimeryzacja i makrocząsteczki. Prowadzone przez niego badania doprowadziły do rozwoju nowoczesnych polimerów naturalnych i syntetycznych, a w 1953 r. zostały uhonorowane Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii „za odkrycia w dziedzinie chemii makrocząsteczek”.",
"Termin polimer jest powszechnie stosowany w przemyśle tworzyw sztucznych i kompozytów, jako synonim tworzywa sztucznego lub żywicy, czyli szeregu materiałów o różnych właściwościach."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wprowadzenie do chemii polimerów | 1,078 | Podstawowe definicje | [
"Zwykle należy połączyć co najmniej 100 cząsteczek monomeru, aby uzyskać produkt, który ma pewne unikalne właściwości fizyczne, takie jak elastyczność, wysoka wytrzymałość na rozciąganie, czy zdolność do tworzenia włókien. Te właściwości odróżniają polimery od substancji złożonych z mniejszych i prostszych cząsteczek. Również tworzenie stabilnych kowalencyjnych wiązań chemicznych między monomerami odróżnia polimeryzację od innych procesów, takich jak krystalizacja, w której duża liczba cząsteczek agreguje pod wpływem sił międzycząsteczkowych [3].",
"Monomery możemy podzielić na trzy grupy [4]: Monomery winylowe – pochodne etylenu, w którym jeden lub więcej atomów wodoru zostało zastąpionych innymi podstawnikami. Cechą charakterystyczną jest występowanie podwójnego wiązania węgiel–węgiel ( Tabela 1 ). Monomery wielofunkcyjne – zawierają dwa wiązania podwójne lub co najmniej dwie grupy funkcyjne ( Tabela 2 ). Monomery cykliczne z heteroatomami ( Tabela 3 )."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimer",
"content": "Polimer – (z języka greckiego \\( poly – \\) „wiele” + \\( – mer \\) „część”) jest to związek wielkocząsteczkowy powstający w procesie polimeryzacji, w którym małe cząsteczki (monomery) reagują ze sobą i łączą się w długie makrocząsteczki podobne do łańcucha lub sieci ( Rys. 1 ). Wszystkie cząsteczki monomeru mogą być takie same lub mogą reprezentować dwa, trzy lub więcej różnych związków. Często wiele tysięcy jednostek monomeru jest włączonych w pojedynczą cząsteczkę polimeru [1], [2]."
},
{
"name": "Definicja 2: Kopolimer",
"content": "Kopolimer – polimer, którego łańcuch zawiera dwa lub więcej merów. Polimer, który zawiera tylko jeden rodzaj merów nazywany jest homopolimerem (zob. Klasyfikacja ze względu na liczbę rodzajów monomerów )."
},
{
"name": "Definicja 3: Mer",
"content": "Mer – najmniejsza powtarzająca się jednostka, która całkowicie opisuje strukturę chemiczną polimeru ( Rys. 1 )."
},
{
"name": "Definicja 4: Monomer",
"content": "Monomer – związek małocząsteczkowy – surowiec wyjściowy do syntezy polimeru."
},
{
"name": "Definicja 5: Tworzywo sztuczne",
"content": "Tworzywo sztuczne – to materiał, którego głównym składnikiem jest polimer. Oprócz polimeru w skład tworzywa wchodzą składniki pomocnicze, które mają na celu poprawę własności mechanicznych, technologicznych, czy użytkowych."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wprowadzenie do chemii polimerów | 910 | Nazewnictwo polimerów | [
"\\( Międzynarodowa \\) \\( Unia \\) \\( Chemii \\) \\( Czystej \\) \\( i \\) \\( Stosowanej \\) (IUPAC) oraz \\( Chemical \\) \\( Abstracts \\) \\( Service \\) zalecają stosowanie poniższych zasad w celu nazewnictwa polimerów i opisu ich struktur chemicznych. Natomiast szczegółowe zasady nazewnictwa można znaleźć w IUPAC Purple Book.",
"Polimer jest substancją złożoną (mieszaniną) z makrocząsteczek, które nie mają całkowicie jednorodnych struktur. W tej samej próbce makrocząsteczki mogą różnić się od siebie długością łańcucha, układem strukturalnym związanym z występowaniem nieregularności w orientacji monomerów, grupach końcowych oraz w lokalizacji i długościach dowolnych rozgałęzień. Dlatego, nazewnictwo polimerów zazwyczaj stosuje się do struktur wyidealizowanych, w których mniejsze nieprawidłowości strukturalne są ignorowane.",
"Polimery nazywa się stosując nazewnictwo oparte na nazwach monomerów (gdy monomer można zidentyfikować) albo na budowie chemicznej polimeru (przy udowodnionej strukturze chemicznej polimeru). Jednakże, bez względu na zastosowaną metodę nazewnictwa, wszystkie nazwy polimerów zaczynają się od przedrostka poli, po którym umieszcza się pozostałą część nazwy polimeru (tj. poli...). Nawiasy stosuje się w kolejności: \\( \\{ [()]\\} \\). Jeżeli nazwa jest jednowyrazowa i nie zawiera lokantów (tj. liczb porządkowych lub liter greckich wskazujących na położenie podstawnika lub grupy funkcyjnej) wówczas znaki zamykające można ominąć. W sytuacji niejednoznacznego odczytu nazwy znaki zamykające należy użyć; np. poli(chloroetylen) jest polimerem, a polichloroetylen może oznaczać podstawioną wielokrotnie cząsteczkę etenu ( Rys. A ). Grupy końcowe polimeru oznacza się za pomocą liter greckich, tj. \\( \\alpha \\)- (dla lewej grupy końcowej) i ω- (dla prawej grupy końcowej), jak np. \\( \\alpha \\)-chloro-ω-hydroksy-polistyren ( Rys. B ). Jeżeli nazwa polimeru może zostać odczytana dwuznacznie to w pierwszej kolejności należy podać nazwę klasy polimerów, po której wstawia się dwukropek i podaje nazwę monomeru ( Rys. C ).",
"Homopolimery nazywa się zapisując nazwę monomeru po przedrostku poli. Monomery nazwa się stosując nazwy systematyczne (IUPAC) lub nazwy zwyczajowe ( Rys. 2 ).",
"Kopolimery nazywa się podając nazwy monomerów wchodzących w skład polimeru. Nazwy poszczególnych monomerów oddziela się łącznikami zapisanymi kursywą definiującymi sposób, w jaki monomery łączą się ze sobą w łańcuchu polimeru ( Rys. 3 ). Na przykład, jeżeli dwa typy monomerów A i B tworzą kopolimer statystyczny to nazwa takiego polimeru ma postać: poli(A \\( -stat- \\)B). IUPAC zaleca alfabetyzację nazw monomerów podawanych w nazwie kopolimeru, za wyjątkiem przypadków, gdy musi być ustalona kolejność monomerów.",
"Nieliniowe polimery nazywa się podając nazwy monomerów wchodzących w skład polimeru. Nazwy poszczególnych monomerów poprzedzone są przedrostkami zapisanymi kursywą, które definiują strukturę, jaką tworzą dane monomery w łańcuchu polimeru. Rys. 4 podaje stosowane przedrostki określające polimery rozgałęzione, grzebieniowe, cykliczne, szczepione, sieciowe i gwiezdne, a także zespoły polimerów, takie jak przenikające się i pół-przenikające się sieci polimerowe, mieszaniny polimerów i kompleksy polimer-polimer.",
"Pełną nazwę łańcuchowego kopolimeru nieregularnego (złożonego z makrocząsteczek nieregularnych) tworzy się przez podanie nazw poszczególnych monomerów w kolejności alfabetycznej, które to nazwy oddziela się od siebie znakiem ukośnika ( Rys. 5 ) [1], [2], [3]."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Klasyfikacja polimerów | 962 | Klasyfikacja polimerów | [
"Polimerów nie można zaklasyfikować tylko do jednej kategorii ze względu na ich złożoną strukturę, różne zachowania i szerokie zastosowania. Polimery klasyfikuje się na podstawie:",
"Klasyfikację polimerów według wyżej wspomnianych kryteriów przedstawia Rys. 1."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Klasyfikacja polimerów | 918 | Klasyfikacja polimerów ze względu na pochodzenie | [
"Istnieją trzy rodzaje klasyfikacji w tej kategorii, a mianowicie polimery: naturalne, syntetyczne i półsyntetyczne.",
"Polimery naturalne występują w roślinach (np. polisacharydy – cukry złożone, czy kauczuk) i organizmach zwierzęcych (np. białka i polipeptydy oraz kwasy nukleinowe ).",
"Polimery półsyntetyczne wywodzą się od polimerów występujących naturalnie, które zostały poddane modyfikacji chemicznej (np. przez utlenianie, estryfikację, szczepienie, itp.) w celu zmiany/optymalizacji ich własności użytkowych (np. skrobia modyfikowana, azotan celulozy czy octan celulozy).",
"Natomiast, polimery syntetyczne są wytwarzane przez człowieka w reakcjach chemicznych (np. poliamidy, poliestry, itd.)."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Klasyfikacja polimerów | 963 | Klasyfikacja ze względu na budowę chemiczną szkieletu | [
"Cząsteczka polimeru może być zbudowana z węglowodorów (atomów węgla i wodoru), które łącząc się ze sobą za pomocą wiązań kowalencyjnych, jeden po drugim, tworzą szkielet węglowy polimeru. Przykładami tych polimerów są polietylen, polipropylen, polibutylen czy polistyren. Inne polimery mają szkielety, które zawierają pierwiastki inne niż węgiel. Poliamidy i polimocznik zawierają atomy azotu w szkielecie. Poliestry i poliwęglany zawierają atomy tlenu w szkielecie. Natomiast, w poliuretanach integralnymi składnikami łańcucha są, poza atomami węgla, atomy azotu i tlenu. Wszystkie wyżej wymienione polimery są zaliczane do polimerów organicznych. Istnieją również polimery nieorganiczne, które zamiast szkieletu węglowego, mają szkielet krzemotlenowy (polisiloksany o budowie szkieletu: \\( \\ce{-O-Si-O-Si-O-Si}- \\)) lub fosforotlenowy (polifosforany o budowie szkieletu: \\( \\ce{-[P(OM)(O)-O]}{_n-} \\), gdzie M oznacza kation metalu (najczęściej \\( \\ce{Na}{^+} \\) lub \\( \\ce{K}{^+} \\))) lub też szkielet oparty na atomach boru i azotu (poliborany o budowie szkieletu: \\( \\ce{-B-N-B-N}- \\)) lub na bazie siarki i azotu (polimery siarkowo-azotowe o budowie szkieletu: \\( \\ce{-S-N-S-N}- \\))."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Klasyfikacja polimerów | 966 | Klasyfikacja ze względu na liczbę rodzajów monomerów | [
"W tej klasyfikacji wyróżnia się homopolimery zbudowane z jednego rodzaju monomeru (zazwyczaj > 1000) (np. polietylen czy poli(chlorek winylu)) i kopolimery, w skład których wchodzą dwa lub więcej rodzajów powtarzających się monomerów (np. poli \\( [ \\)etylen \\( -co- \\)(octan winylu) \\( ] \\). W zależności od liczby rodzajów monomerów, kopolimery można podzielić na bipolimery (zbudowane z dwóch rodzajów monomerów), terpolimery (trzy rodzaje monomerów budują polimer) i kwaterpolimery (cztery rodzaje monomerów). Natomiast w zależności od sposobu łączenia się monomerów kopolimery dzieli się na: naprzemienne, (stereo)blokowe, szczepione, statystyczne, okresowe i gradientowe ( Rys. 1 ).",
"W kopolimerach statystycznych kolejność dwóch lub więcej różnych rodzajów monomerów jest zgodna z regułą statystyczną (np. statystyką Markova zerowego, pierwszego, drugiego lub wyższego rzędu [1]).",
"Kopolimery naprzemienne zawierają dwa rodzaje monomerów, które występują naprzemiennie w szkielecie polimeru.",
"Kopolimery blokowe zawierają w łańcuchu szkieletu długie fragmenty zbudowane z monomerów danego rodzaju. Na przykład dwublokowe kopolimery zawierają dwa rodzaje długich fragmentów (bloków). Polimer stereoblokowy to polimer blokowy, w którym bloki różnią się jedynie taktycznością monomerów .",
"Kopolimery szczepione to polimery rozgałęzione zawierające liniowy szkielet, do którego przyłączone są rozgałęzienia, które mogą być rozmieszczone jednorodnie lub niejednorodnie ( Rys. 2 ). W kopolimerach szczepionych losowo identyczne rozgałęzienia są rozmieszczone losowo wzdłuż szkieletu polimeru. W zwykłym kopolimerze szczepionym identyczne rozgałęzienia są rozmieszczone równo wzdłuż szkieletu polimeru. W grzebieniowych i szczotkowych kopolimerach szczepionych identyczne rozgałęzienia są rozmieszczone identycznie wzdłuż, odpowiednio, jednej lub dwóch stron szkieletu polimeru. W pozostałych dwóch typach kopolimerów szczepionych występuje jeden (gwiaździsty kopolimer szczepiony) lub dwa trójfunkcyjne punkty (atomy) rozgałęzień. Gwiazdowy kopolimer szczepiony zawiera kilka liniowych łańcuchów polimerowych przymocowanych w centralnym punkcie. W kopolimerach szczepionych zarówno łańcuch główny, jak i łańcuchy boczne mogą być homopolimerami lub kopolimerami, które różnią się od siebie składem lub naturą chemiczną. Jednym z bardziej znanych przykładów jest polistyren wysokoudarowy, w skład którego wchodzi szkielet z polistyrenu i rozgałęzienia z polibutadienu.",
"Kopolimery okresowe są polimerami, w których ułożenie trzech lub większej liczby rodzajów monomerów regularnie powtarza się wzdłuż łańcucha. Natomiast, w kopolimerach gradientowych rodzaj występujących monomerów, z przeważnie jednego rodzaju do przeważnie drugiego rodzaju, zmienia się stopniowo w sposób ciągły wzdłuż szkieletu polimeru. W przypadku bipolimeru oznacza to, że zawartość jednego monomeru wzrasta, a drugiego maleje wzdłuż łańcucha. Przy takiej zmianie składu kopolimeru obserwuje się słabsze siły odpychania w łańcuchu i między łańcuchami."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Klasyfikacja polimerów | 919 | Klasyfikacja polimerów ze względu na strukturę łańcucha polimerowego | [
"W tej klasyfikacji wyróżnia się polimery liniowe ( Rys. 1 ), które w swej strukturze zawierają długie i proste (bez rozgałęzień) łańcuchy (np. polietylen wysokiej i ultrawysokiej gęstości, polichlorek winylu, politetraflouroetylen) oraz polimery o rozgałęzionym łańcuchu, których łańcuchy liniowe zawierają rozgałęzienia (np. polietylen o niskiej gęstości). Rozgałęzienia polimerów są wynikiem zastąpienia atomów wodoru wysycających szkielet polimeru podstawnikami/cząsteczkami, będącymi innymi krótkimi lub długimi łańcuchami polimerowymi. Na właściwości tych polimerów wpływa głównie ilość rozgałęzień, które prowadzą do polimerów o luźniejszym upakowaniu, a tym samym o mniejszej gęstości. W przeciwieństwie do liniowych polimerów, polimery cykliczne mają strukturę podobną do pierścienia, w której grupy końcowe łańcucha nie występują ( Rys. 1 ). Ze względu na budowę polimery te wykazują unikalny zestaw właściwości w porównaniu z makrocząsteczkami liniowymi lub rozgałęzionymi, np. wykazują zmniejszoną objętość hydrodynamiczną i wolniejszy profil degradacji, wysoką temperaturę zeszklenia ( \\( {T}{_g} \\)), niską lepkość, zwiększoną stabilność chemiczną, czy skłonność do samoorganizacji.",
"W tej klasyfikacji (klasyfikacji polimerów ze względu na strukturę łańcucha polimerowego) wyróżnić można także:",
"Polimery katetanowe i rateksanowe stanowią bardzo niewielki udział w ogromnej grupie polimerów liniowych, rozgałęzionych i usieciowanych."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Klasyfikacja polimerów | 968 | Klasyfikacja ze względu na strukturę przestrzenną | [
"Łańcuchy polimerowe przyjmują różne struktury przestrzenne w zależności od stopnia skręcenia i zgięć, które występują wzdłuż łańcucha szkieletu. Każdy atom szkieletu polimeru ma hybrydyzację \\( \\ce{ sp }{^3} \\), co oznacza, że znajduje się w narożu tetraedru, a kąt między sąsiednimi wiązaniami wynosi \\( \\ce{109,5}{^o} \\) ( Rys. 1 ).",
"Kształt polimeru zależy od struktury monomerów budujących szkielet polimeru i jego łańcuchów bocznych. Polimery mogą tworzyć:"
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Klasyfikacja polimerów | 920 | Klasyfikacja polimerów ze względu na mechanizm reakcji polimeryzacji | [
"W tej kategorii wyróżnia się polimery addycyjne (np. polietan, teflon, polichlorek winylu) i polimery kondensacyjne (np. poliamidy, perylen, czy poliestry), które zostały otrzymane metodami – odpowiednio – polimeryzacji addycyjnej i polimeryzacji kondensacyjnej (zob. Polimeryzacja addycyjna i Polimeryzacja kondensacyjna )."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Mechanizmy polimeryzacji | 921 | Polimeryzacja addycyjna | [
"W zależności od zastosowanego inicjatora (czyli substancji, która daje początek reakcji polimeryzacji) i rodzaju monomeru można wyróżnić następujące mechanizmy polimeryzacji addycyjnej:",
"Etapy polimeryzacji addycyjnej Proces reakcji polimeryzacji addycyjnej można podzielić na trzy główne etapy (szczegółowo scharakteryzowane w rozdziale Polimeryzacja rodnikowa ):",
"Powyższe etapy przebiegają z różnymi szybkościami reakcji chemicznej. O szybkości reakcji polimeryzacji decyduje etap najwolniejszy (tzw. stadium kontrolujące reakcję).",
"Przykłady monomerów biorących udział w polimeryzacji addycyjnej Reakcje polimeryzacji łańcuchowej zachodzą najczęściej z udziałem:"
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja addycyjna",
"content": "Polimeryzacja addycyjna to reakcja łańcuchowa, w której wzrost łańcucha polimeru (makrocząsteczki, czyli związku wielkocząsteczkowego) zachodzi wyłącznie w wyniku reakcji monomeru(ów) (związków małocząsteczkowych) z centrum(ami) aktywnym(i) łańcucha polimerowego z regeneracją centrum aktywnego na końcu każdego etapu wzrostu (wg zaleceń International Union of Pure and Applied Chemistry – IUPAC, czyli Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej Komisji) [1]. Polimeryzacja łańcuchowa to mechanizm polimeryzacji, w którym cząsteczki monomeru przyłączają się pojedynczo do aktywnego miejsca rosnącego łańcucha polimeru [2], [3]."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Mechanizmy polimeryzacji | 922 | Polimeryzacja rodnikowa | [] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja rodnikowa",
"content": "Polimeryzacja rodnikowa (wolnorodnikowa, ang. free radical polymerization), to rodzaj polimeryzacji addycyjnej, w której centrami aktywnymi są rodniki (wolne rodniki) (wg zaleceń International Union of Pure and Applied Chemistry – IUPAC, czyli Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej) [1], [2]."
},
{
"name": "Definicja 2: Kinetyka reakcji polimeryzacji addycyjnej (rodnikowej)",
"content": "Mechanizm polimeryzacji jest związany z szeregiem procesów elementarnych, w których biorą udział rodniki, które są centrami aktywnymi.\n\nEtapy reakcji polimeryzacji (przykłady schemat i film ):\nI.\tInicjacja (inicjowanie, reakcje startu)\nW tym etapie dochodzi do rozkładu inicjatora (reakcja 1 rzędowa) – cząsteczki \\( A \\), z której tworzą się bardzo aktywne rodniki pierwotne \\( R^{\\bullet} \\), które są zdolne do inicjowania nowych łańcuchów polimerowych.\nW zależności od czynników, w wyniku rozkładu inicjatora – \\( A \\) tworzą się różne ilości rodników (w przypadku działania czynników fizycznych często tworzą się dwa – takie same, lub różne – rodniki).\n\nSchematycznie rozkład pod wpływem inicjatora można zapisać w następujący sposób:\n\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( A\\xrightarrow{k_{d}}2R^{\\bullet} \\)\n\ngdzie:\n \\( A \\) – inicjator reakcji,\n \\( R^{\\bullet} \\) – rodnik inicjujący polimeryzację,\n \\( k_d \\) – stała szybkości rozkładu (dysocjacji) inicjatora, \\( [ s^{-1}] \\).\n\nSzybkość etapu można opisać:\n\n(1)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( r_d=-\\frac{d[A]}{dt} \\)\n\ngdzie:\n \\( r_d \\) – szybkość homolizy inicjatora, \\( [mol\\cdot dm ^{-3} s^{-1}] \\)\n \\( t \\) – czas polimeryzacji, \\( [s] \\) .\n\nStężenie inicjatora po czasie t, w którym zachodzi reakcja dysocjacji ( \\( [A_t] \\)) wyraża się następującym wzorem:\n\n(2)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( [A_t] =[A_0] exp (-k_dt) \\)\n\nlub\n\n(3)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( ln\\frac{[A_0]}{[A_t]}= k_dt \\)\n\ngdzie:\n \\( {[A_0]} \\) – początkowe stężenie inicjatora przed rozpoczęciem reakcji, \\( [mol\\cdot dm ^{-3}] \\)\n \\( {[A_t]} \\) – stężenie inicjatora po czasie \\( t \\), \\( [mol\\cdot dm ^{-3}] \\)\n\nRodniki, które powstają w wyniku rozpadu inicjatora biorą udział w reakcji inicjacji (startu), poniżej zapisano schematycznie reakcje, w której dochodzi do przyłączenia rodnika – \\( R^{\\bullet} \\) do monomeru – \\( M \\) (w wyniku reakcji inicjowania dochodzi do przeniesienia niesparowanego elektronu na cząsteczkę monomeru)\n\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( R^{\\bullet} + M \\xrightarrow{k_{i}}RM^{\\bullet} \\)\n\ngdzie:\n \\( {k_i} \\) – stała szybkości reakcji inicjacji (startu) polimeryzacji, \\( [ s^{-1}] \\), dla dużej ilości inicjatorów jest rzędu \\( 10^{-4} - 10^{-6} \\) \\( [ s^{-1}] \\).\nSzybkość tego procesu opisuje poniższe równanie:\n\n(4)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( r_i=-k_i[R^{\\bullet}][M] \\)\n\ngdzie:\n \\( {R^{\\bullet}} \\) – stężenie rodników inicjujących reakcję polimeryzacji, \\( [mol\\cdot dm ^{-3}] \\),\n \\( {M} \\) – stężenie monomeru, \\( [mol\\cdot dm ^{-3}] \\).\n\nII.\tWzrost łańcucha (propagacja)\nEtap, w którym zachodzi reakcja chemiczna pomiędzy aktywnym centrum i monomerem. Prowadzi ona do wzrostu łańcucha i odtworzenia przynajmniej jednego centrum aktywnego.\nNastępuje szybki wzrost makrorodników (w czasie mniejszym niż sekunda):\n\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( RM^{\\bullet} + nM \\xrightarrow{k_{p}}RM_{n+1}^{\\bullet} \\)\n\ngdzie:\n \\( {k_p} \\) – stała szybkości reakcji propagacji polimeryzacji, stała szybkości rzędu \\( 10 - 10^{4} [mol\\cdot dm^{3} s^{-1}] \\),\n \\( {M_n^{\\bullet}} \\) – stężenie makrorodników, \\( [mol\\cdot dm ^{-3}] \\).\n\nPoniższe równanie opisuje szybkość reakcji propagacji:\n\n(5)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( r_p=\\frac{d[M_n^{\\bullet}]}{dt} \\)\n\n(6)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( r_p=k_p[M_n^{\\bullet}][M] \\)\n\n\nSzybkość wzrostu łańcucha zależy od kilku czynników m.in. reaktywności monomeru (np. przeszkód sterycznych, czyli budowy chemicznej monomeru, reaktywności wiązań podwójnych), reaktywności rodników (np. rodnik wodorowy \\( H• \\) ma większą reaktywność niż rodnik metylowy \\( •CH_3 \\)) oraz lepkości mieszaniny reakcyjnej.\n\nIII. Zakończenie (terminacja) łańcucha\nProces, w którym dochodzi do dezaktywacji rosnącego łańcucha, może przebiegać na sposób:\n\nrekombinacji, czyli łączenia się makrorodników (zob. Rys. 1 );\nreakcji dysproporcjonowania dwóch rodników, proces ten polega na przeniesieniu atomu wodoru z jednego makrorodnika (wzrastającego) na drugi, w wyniku czego polimer przestaje być \"aktywny\", tworzą się dwie nieaktywne makrocząsteczki (jedna z wiązaniem podwójnym (zob. Rys. 1 );\nprzeniesienia aktywności łańcucha.\n\nSzybkość etapu terminacji można opisać poniższym równaniem:\n\n(7)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( r_t=\\frac{d[M_n^\\bullet]}{dt} =2k_t[M_n^{\\bullet}][M_m^{\\bullet}] \\)\n\nW przypadku zakończenia łańcuchów reakcji polimeryzacji w wyniku reakcji rekombinacji lub dysproporcjonowania, szybkości terminacji można w skrócie zapisać:\n\n(8)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( r_t =2k_t[M_n^{\\bullet}]^2 \\)\n\ngdzie:\n \\( r_t \\) – szybkość zakończenia łańcuchów, \\( [mol\\cdot dm ^{-3} s^{-1}] \\)\n \\( t \\) – czas polimeryzacji, \\( [s] \\)\n \\( [M_n^{\\bullet}],[M_m^{\\bullet}] \\) – stężenie makrorodników o długości łańcuchów n i m, \\( [mol\\cdot dm ^{-3}] \\)\n\n \\( k_t \\) – stała szybkości zakończenia łańcucha, (wielkość rzędu \\( 10^{7} - 10^{9}) [mol\\cdot dm^{-3} s^{-1}] \\)."
},
{
"name": "Definicja 3: Polimeryzacja kontrolowana",
"content": "termin używany do określenia polimeryzacji, w której dokładnie określono parametr kinetyczny lub cechę strukturalną tworzącej się makrocząsteczki, która podlega kontroli ( kontrolowane polimeryzacje rodnikowe )."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Mechanizmy polimeryzacji | 923 | Polimeryzacja jonowa | [
"Na proces polimeryzacji jonowej, na strukturę pary jonowej, duży wpływ ma środowisko reakcji, rodzaj zastosowanego rozpuszczalnika, wartość jego stałej dielektrycznej. Rozpuszczalniki stosowane w procesie polimeryzacji jonowej to:",
"Za pomocą schematu Winsteina opisuje się położenie różnych stanów równowagi występujących między związkiem kowalencyjnym, a układem jonowym ( Rys. 1 ). Utworzenie się pary jonowej odseparowanej od siebie przez cząsteczki rozpuszczalnika (ang. separated-ion pair) jest bardziej prawdopodobne w obecności rozpuszczalnika polarnego. Natomiast utworzenie pary jonowej w bezpośrednim kontakcie ze sobą (ang. contact ion pair) jest możliwe w środowisku mniej polarnych rozpuszczalników.",
"Wzrost łańcucha polimerowego w polimeryzacji jonowej może przebiegać na sposób polimeryzacji kationowej i anionowej.",
"Przykłady monomerów, które polimeryzują według mechanizmu kationowego i anionowego przedstawiono w Tabela 1.",
"Rys. 2 przedstawia porównanie pomiędzy polimeryzacją kationową i anionową."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja jonowa",
"content": " W polimeryzacji jonowej biorą udział jony oraz pary jonów (definicja wg Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej, IUPAC). Polimeryzacja jonowa przebiega według mechanizmu polimeryzacji addycyjnej [1], [2], [3]."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Mechanizmy polimeryzacji | 1,076 | Polimeryzacja koordynacyjna | [
"Katalizatorem polimeryzacji koordynacyjnej jest najczęściej kompleks metalu przejściowego. Miejscem wzrostu łańcucha jest kompleks katalityczny.",
"W procesie polimeryzacji koordynacyjnej stosuje się różne katalizatory, w polimeryzacji monomerów węglowodorowych bardzo często katalizatory typu Zieglera-Natty (występuje wiele ich rodzajów, są to kompleksy organometaliczne (jony metalu tworzą wiązania z organicznymi cząsteczkami, anionami) metali przejściowych. Przykładem katalizatora typu Zieglera-Natty jest związek powstający w wyniku reakcji trietyloglinu z tetrachlorkiem tytanu.",
"Dzięki zastosowaniu katalizatorów Zieglera-Natty (wprowadzonych w latach 60-tych XX wieku) można przeprowadzać polimeryzację monomerów (np. etylen, propylen), które trudno polimeryzują w niskiej temperaturze, pod normalnym ciśnieniem. Ogromną zaletą jest możliwość kontroli stereochemii (w zależności od katalizatora można otrzymywać różne formy, np. polimery izotaktyczne, syndiotaktyczne)."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja koordynacyjna",
"content": "Polimeryzacja koordynacyjna jest to proces katalityczny, w wyniku którego powstają związki koordynacyjne pomiędzy katalizatorem a monomerem. W procesie polimeryzacji powstają polimery stereoregularne (tzw. taktyczne ) [1]."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Mechanizmy polimeryzacji | 924 | Polimeryzacja z otwarciem pierścienia | [
"W procesie ROP mogą uczestniczyć różne monomery, wybrane przykłady przedstawiono w Tabela 1.",
"Polimeryzacja z otwarciem pierścienia może przebiegać na sposób: 1. polimeryzacji rodnikowej; Rys. 1 przedstawia polimeryzację rodnikową z otwarciem pierścienia \\( bicyklo[1.1.0]butanu \\). Występowanie podstawników (X) z niedoborem elektronów jest istotne w celu przeprowadzenia polimeryzacji (podstawniki stabilizują rodnik utworzony w reakcji ROP). Otrzymane polimery są stabilne termicznie, dzięki występowaniu w ich strukturze sztywnych pierścieni cyklobutanu.",
"2. polimeryzacji jonowej (kationowej, anionowej);",
"3. polimeryzacji metatetycznej z otwarciem pierścienia (ang. ring opening metathesis polymerization). Rys. 2 przedstawia przykład polimeryzacji metatetycznej z otwarciem pierścienia monocyklicznego monomeru (cyklopentenu). Polimeryzacja metatetyczna z otwarciem pierścienia stosowana jest w przemysłowej syntezie poliolefin (olefiny-związki z grupy węglowodorów nienasyconych, z jednym lub większą ilością wiązań podwójnych między atomami węgla).",
"W polimeryzacji z otwarciem pierścienia można otrzymać polimery, które mają taką samą lub niższą gęstość niż monomery. Tego typu polimeryzacja znalazła zastosowanie np. w stomatologii (wypełnianie zębów), w przemyśle elektrycznym, elektronicznym (np. powłoki polimerowe)."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja z otwarciem pierścienia",
"content": "Polimeryzacja z otwarciem pierścienia (ang. ring opening polymerization – ROP) to rodzaj polimeryzacji, który dotyczy polimeryzacji monomerów, które mają budowę pierścieniową (cykliczną). Cykliczny monomer (przykłady podano w Tabela 1 ) w wyniku reakcji polimeryzacji, podczas której dochodzi do pęknięcia pierścienia staje się jednostką monomeryczną, która przestaje mieć budowę pierścieniową lub zawiera mniej pierścieni niż monomer. Polimeryzacja z otwarciem pierścienia przebiega według mechanizmu polimeryzacji addycyjnej [1], [2]."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Mechanizmy polimeryzacji | 926 | Polimeryzacja kondensacyjna | [
"W literaturze można spotkać starsze nazwy odnoszące się do tego typu polimeryzacji (polikondensacja – w wyniku reakcji polimeryzacji powstaje produkt uboczny, poliaddycja – w wyniku reakcji polimeryzacji nie powstają produkty uboczne) [2].",
"Schematycznie polimeryzacja stopniowa może obejmować reakcję dwufunkcyjnego monomeru \\( AB \\) , który zawiera obie grupy funkcyjne \\( A \\) i \\( B \\) w cząsteczce (np. \\( A \\) – grupa aminowa, \\( B \\) – grupa karboksylowa).",
"Inny schemat obejmuje reakcje pomiędzy dwoma dwufunkcyjnymi monomerami typu \\( AA \\) i \\( BB \\), podczas reakcji polimeryzacji dochodzi do reakcji grup funkcyjnych \\( A \\) i \\( B \\), które pochodzą z dwóch cząsteczek – monomerów lub łańcuchów.",
"Rys. 1 przedstawia przykłady polimeryzacji kondensacyjnej (homopolimeryzacji – homopolikondensacji oraz heteropolimeryzacji –heteropolikondensacji).",
"Procesy polireakcji stopniowej można podzielić na:",
"Polimeryzacja kondensacyjna, to proces, który występuje w przyrodzie (synteza biopolimerów, np. kwasów nukleinowych, białek), jest stosowany w procesie produkcji wielu polimerów (przykłady przedstawia Tabela 1, Tabela 2 )."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja kondensacyjna",
"content": "W polimeryzacji kondensacyjnej (stopniowej, ang. step-growth polymerization) wzrost łańcucha polimerowego (propagacja) przebiega w sposób stopniowy, w trakcie procesu polimeryzacji. Polimeryzacja kondensacyjna zachodzi na skutek reakcji grup funkcyjnych, które występują w monomerach, w wyniku tej reakcji bardzo często dodatkowo powstaje małocząsteczkowy produkt uboczny (np. woda, kwas solny, amoniak, alkohol) [1], [2]."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Mechanizmy polimeryzacji | 925 | Polimeryzacja addycyjna vs. kondensacyjna | [
"Reakcję polimeryzacji ze względu na mechanizm można podzielić na dwa podstawowe typy (podział ze względu na mechanizm wzrostu łańcucha) [1], [2], [3], [4]:",
"Tabela 1 przedstawia główne różnice pomiędzy polimeryzacją addycyjną i kondensacyjną.",
"W Tabela 2 zebrano przykłady polimerów otrzymywanych za pomocą polimeryzacji addycyjnej i kondensacyjnej."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Mechanizmy polimeryzacji | 927 | Kinetyka reakcji polimeryzacji | [
"Badając kinetykę reakcji polimeryzacji można określić wpływ wielu zmiennych czynników na proces polimeryzacji, takich jak, m.in.: a)\tskładu i stężenia reagentów (monomeru, inicjatora), przy stałej temperaturze i ciśnieniu; b)\ttemperatury, c)\tciśnienia, d)\trozpuszczalników, e)\tstężenia rodników (trwałych) na szybkość reakcji etapów polimeryzacji addycyjnej.",
"Dokładna znajomość kinetyki reakcji polimeryzacji ma bardzo duże znaczenie w procesie kontrolowania przebiegu reakcji, jest bardzo istotna m.in. w tworzeniu nowych metod syntezy polimerów.",
"W celu monitorowania kinetyki reakcji polimeryzacji wykorzystuje się wiele różnych metod i technik badawczych takich jak, m.in.: a)\tspektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego ( NMR ), (najczęściej wykorzystuje się \\( {^1}H NMR \\) i \\( ^{13}C NMR \\)) (uwaga: inicjatory muszą zawierać izotopy, np. \\( ^1H \\), \\( ^{13}C \\)); b)\telektronowy rezonans paramagnetyczny (ERP) (badanie rodników i makrorodników), c)\tspektroskopia w podczerwieni ( IR ) (wyznacza się krzywą kinetyczną zaniku wiązań podwójnych w funkcji czasu polimeryzacji), d)\tskaningowa kalorymetria różnicowa (DSC) (pomiar szybkości polimeryzacji określa się za pomocą pomiaru wydzielanego ciepła polimeryzacji), e)\tdylatometria (szybkość procesu polimeryzacji wyznacza się na podstawie zmian objętości polimeryzującego układu w czasie).",
"Mechanizm reakcji polimeryzacji omówiono na przykładzie najczęściej wykorzystywanej na skalę przemysłową polimeryzacji rodnikowej ( polimeryzacji addycyjnej ) [1], [2], [3]."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody otrzymywania polimerów | 928 | Polimeryzacja w masie | [
"W miarę postępu polimeryzacji i wzrostu stężenia polimeru, zwiększa się lepkość. Za duża lepkość utrudnia mieszanie i odprowadzenie ciepła. Może to doprowadzić do miejscowego przegrzania, zwęglenia albo miejscowej degradacji produktu. Polimeryzację należy prowadzić zatem w temperaturze niższej od temperatury wrzenia monomeru, bo jego opary mogą powodować zapęcherzenie lepkiego polimeru. Przegrzane pary monomeru, które zostaną uwięzione w masie są przyczyną powstawania pęcherzy i pęknięć jak również skurczu polimeru po zakończonym procesie.",
"Tym sposobem najczęściej prowadzi się polimeryzację etylenu, rodnikową polimeryzację styrenu, met akrylanu metylu i innych estrów kwasu metakrylowego, blokowo-strąceniowa polimeryzację chlorku winylu, rodnikową polimeryzację akrylonitrylu, rodnikową polimeryzację octanu winylu oraz polimeryzację butadienu i izoprenu [1], [2].",
"Polimeryzację blokową najczęściej prowadzi się w dwóch etapach. Pierwszy zwany prepolimeryzacją prowadzi do otrzymania roztworu polimeru w monomerze o określonej lepkości. Następnie taki lepki roztwór wprowadza się do form. Polimeryzację końcowa prowadzi się w formach w temperaturze dobranej do konkretnego polimeru. Polimer otrzymany tą metodą jest czysty, wolny od monomeru, ale wadą jest duży stopień polidyspersji przy dużym stopniu przereagowania monomeru [3], [4].",
"Polimeryzację w masie można prowadzić w sposób ciągły. Najbardziej popularna jest metoda wieżowa. Reaktor w którym zachodzi polimeryzacja ma kształt kolumny (wieży). Monomer polimeryzuje w trakcie przepływu przez kolumnę i jest wypierany przez doprowadzoną świeżą porcję monomeru lub roztwór prepolimeru. Konstrukcja reaktora wyklucza możliwość mieszania się ze sobą produktu w różnych fazach reakcji co pozwala na otrzymanie jednorodnego polimeru o określonych właściwościach [1], [3].",
"Odmianą polimeryzacji w masie jest polimeryzacja blokowo-strąceniowa. Podczas tej metody polimer nie rozpuszcza się w monomerze, ale wytrąca się w postaci osadu. Technicznym problemem jest tutaj mieszanie i usuwanie polimeru, który osadza się na wewnętrznych ściankach reaktora [3]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja blokowa",
"content": "Polimeryzacja w masie zwana również polimeryzacją blokową , czy polimeryzacją w bloku jest to polimeryzacja w fazie ciekłej, przebiega w środowisku monomeru w którym rozpuszcza się polimer. Polega ona na reakcji czystego monomeru w obecności inicjatora bez dodatku rozpuszczalnika. Na skutek tej reakcji powstaje jednolita masa polimeru stałego – bloku, który przyjmuje kształt naczynia reakcyjnego. Może on stanowić produkt końcowy, albo poddaje się go granulacji."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody otrzymywania polimerów | 960 | Polimeryzacja w roztworze | [
"Metodę tę stosuje się do przeprowadzania polimeryzacji [1]:",
"Zalety polimeryzacji w roztworze jednorodnym [1], [2], [3]:",
"Wady polimeryzacji w roztworze jednorodnym:",
"Sposobem na wyodrębnienie polimeru z roztworu są metody strąceniowe z użyciem rozcieńczalników, które mieszają się z rozpuszczalnikiem, ale nie rozpuszczają wydzielonego polimeru, oraz destylacja z parą wodną [1].",
"Reakcje telomeryzacji zachodzą jeśli zastosujemy rozpuszczalniki aktywne, które mogą uczestniczyć w zachodzącym procesie (np. tetra chlorek węgla, chloroform, chlorobenzen, aceton, cykloheksan itp.) [4]. Powstają wówczas cząsteczki telomeru, które w odróżnieniu od oligomeru, na końcach łańcucha mają duże podstawniki pochodzące z rozpadu cząsteczki rozpuszczalnika. Takie podstawniki mają decydujący wpływ na właściwości produktu finalnego, Czasami reakcję telomeryzacji przeprowadza się planowo w celu otrzymania małocząsteczkowych reaktywnych substancji, które są materiałem wyjściowym do syntezy innych polimerów [2].",
"Polimeryzacje w roztworze stosuje się do produkcji kauczuku butylowego w roztworze chlorku metylu oraz poliizoprenu w roztworze n-pentanu [1].",
"W metodzie roztworowo-strąceniowej stosuje się rozpuszczalnik, który rozpuszcza tylko monomer, a nie rozpuszcza polimeru. Dzięki temu powstający polimer wypada ze środowiska reakcji w postaci bardzo drobnego proszku lub zawiesiny. Polimer oddziela się od roztworu poprzez sączenie lub wirowanie."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja w roztworze",
"content": "Polimeryzacja w roztworze jest prowadzona w rozpuszczalniku, w którym rozpuszczają się reagenty. Jej przebieg uzależniony jest od rodzaju i ilości zastosowanego rozpuszczalnika. Proces można prowadzić w środowisku jednorodnym, gdzie stosuje się rozpuszczalnik dobrze rozpuszczający monomer i polimer. Innym wariantem jest stosowanie rozpuszczalnika dobrze rozpuszczającego monomer i nierozpuszczającego polimeru. Mówimy wtedy o polimeryzacji roztworowo-strąceniowej."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody otrzymywania polimerów | 930 | Polimeryzacja w fazie gazowej | [
"Metodę tę stosuje się do polimeryzacji wysokociśnieniowej etylenu (40 MPa w temperaturze 180°C) i tetrafluoroetylenu (25 MPa w temperaturze 150°C) oraz polimeryzacji średniociśnieniowej etylenu i propylenu (2-4 MPa w temperaturze 85-100°C) [1], [2].",
"Reakcję polimeryzacji w fazie gazowej przeprowadza się w adiabatycznych reaktorach rurowych lub w autoklawach, do których dostarcza się gazowy monomer. Przed wprowadzeniem monomeru do reaktora, poddawany jest on dwustopniowemu sprężaniu. Następnie zimny gaz wprowadza się do reaktora razem z inicjatorem (rozpylone nadtlenki lub tlen). Ścianki reaktora adiabatycznego ogrzewa się gorącym powietrzem aby zapoczątkować proces, następnie zaprzestaje się ogrzewania i rozpoczyna silne chłodzenie. W kolejnym etapie rozpręża się mieszaninę poreakcyjną w zaworze redukcyjnym i kieruje do separatora. Z separatora uchodzi gaz do innej produkcji a ciekły polimer przepływa przez zawór redukcyjny ciśnienia do zbiornika, gdzie jest odgazowywany. W końcowym etapie polimer jest wytłaczany postaci drutu i krojony na granulat [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja w fazie gazowej",
"content": "Polimeryzacja w fazie gazowej – jest to typ polimeryzacji w którym używa się gazowych monomerów o niskiej temperaturze krytycznej. W efekcie powstaje zwykle pył polimeru, który odfiltrowuje się, a następnie stapia i granuluje. Metoda ta wymaga stosowania wysokiego ciśnienia."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody otrzymywania polimerów | 931 | Polimeryzacja na granicy rozdziału faz | [
"Metody polimeryzacji międzyfazowej dzielą się w zależności od typu granic międzyfazowych na trzy przypadki: ciecz–ciało stałe, ciecz–ciecz i ciecz–emulsja [1].",
"W metodzie z udziałem granicy faz ciecz–ciecz i ciecz–emulsja monomery może zawierać zarówno jedna jak i obie fazy ciekłe. W przypadku ciecz–ciało stałe polimeryzacja rozpoczyna się a granicy faz i powoduje przyłączanie polimeru do powierzchni fazy stałej. W przypadku ciecz–ciecz z monomerem rozpuszczonym tylko w jednej fazie, polimeryzacja zachodzi na granicy faz tylko od strony, gdzie jest obecny monomer, natomiast podczas gdy monomery są rozpuszczone w obu fazach, polimeryzacja zachodzi na granicy faz po obu stronach.",
"Polimeryzacja na granicy faz może przebiegać z udziałem mieszania lub bez mieszania. Jeżeli podczas reakcji polimeryzacji zastosujemy mieszanie, zwiększa się powierzchnia międzyfazowa co skutkuje wyższą wydajnością procesu. Jeżeli chcemy otrzymać polimer w postaci kapsułek, wielkość kapsułek zależy od szybkości mieszania [3]. Polimeryzacja na granicy faz wykazuje wiele zalet:",
"Wadę metody stanowi zanieczyszczenie polimeru, którego odmycie stanowi najdłuższy etap procesu."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja międzyfazowa",
"content": "Polimeryzacja międzyfazowa – jest rodzajem polimeryzacji ze stopniowym wzrostem, w której rekcja polimeryzacji zachodzi na granicy faz, które nie mieszają się ze sobą (zwykle są to fazy ciekłe). Monomer znajduje się w jednej fazie ciekłej, zaś inicjator w drugiej. Powstający polimer jest natychmiast \"wyciągany\" z układu reakcji tak, aby utrzymywać cały czas dużą powierzchnię kontaktu faz. W wyniku tej polimeryzacji otrzymuje się włókna lub bardzo cienkie folie."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody otrzymywania polimerów | 929 | Polimeryzacja w emulsji | [
"W początkowym etapie kropelki monomeru otoczone są cząsteczkami emulgatora (środka powierzchniowo-czynnego). Polimeryzacja jest inicjowana przez rodniki generowane w fazie wodnej. W pierwszym etapie rodnik dyfunduje do środka miceli i inicjuje polimeryzację monomerów, które są tam obecne. Po wyczerpaniu monomerów, kolejne dyfundują do środka miceli i reakcja propagacji jest kontynuowana. Makrocząsteczka wewnątrz miceli stale wzrasta, aż następuje rozerwanie miceli i proces polimeryzacji zostaje zakończony. Na powierzchni cząsteczki polimeru znajdują się pozostałości miceli, które zapobiegają koagulacji makrocząsteczek, a cała zawiesina tworzy tzw. lateks. Średnie wymiary makrocząsteczek wahają się w granicach 50-200 nm, ale mogą osiągać nawet 1000 nm [1], [2], [3].",
"Mieszanina reakcyjna oprócz fazy podstawowej rozpraszającej, którą najczęściej jest woda i oprócz monomeru zawiera: inicjator polimeryzacji, emulgatory, stabilizatory emulsji itp.",
"Inicjatorami polimeryzacji są związki zdolne do tworzenia rodników lub zdolne do utleniania, dzięki którym powstają tlenki nienasyconego monomeru, które są źródłem wolnych rodników. Takimi związkami są nadsiarczany, nadtlenki. Rodniki łatwo dyfundują do środka miceli i inicjują w ich wnętrzu polimeryzację [1], [2].",
"Emulgatory (surfaktanty) są to środki powierzchniowo-czynne, które umożliwiają otrzymanie stabilnej emulsji monomeru w wodzie. Zawierają one długie łańcuchy węglowodorowe, zakończone polarnymi grupami hydrofilowymi, które migrują w kierunku powierzchni fazy wodnej i obniżają napięcie powierzchniowe. Hydrofobowe części surfaktantu łączą się w uporządkowane grupy zwane micelami. Grupy polarne emulgatora są skierowane na zewnątrz miceli do fazy wodnej, natomiast długie łańcuchy do wnętrza miceli, gdzie dyfunduje monomer. Przykładowymi emulgatorami są: laurynian potasu, stearynian potasu, n-dodecylosulfonian sodu, chlorowodorek dedecyloaminy itp. [1].",
"Stabilizatory to substancje, których zadaniem jest utrzymanie właściwej struktury emulsji. Emulsje są układami termodynamicznie niestabilnymi z powodu oddziaływań jakie zachodzą pomiędzy fazami oraz pomiędzy kroplami fazy rozproszonej. Wraz ze wzrostem stopnia dyspersji wzrasta energia powierzchniowa, a emulsja staje się mniej trwała. Emulsja dążąc do osiągnięcia minimum energii i obniżenia entropii łączy krople fazy rozproszonej co prowadzi do rozwarstwienia układu. Aby zapobiec temu procesowi stosuje się związki wielkocząsteczkowe rozpuszczalne w wodzie jako stabilizatory emulsji. Przykładowymi stabilizatorami są: żelatyna, skrobia lub metyloceluloza [3].",
"Polimeryzacja emulsyjna wykazuje wiele zalet takich jak [2], [3]:",
"Do wad tej metody można zaliczyć zanieczyszczenie powierzchni polimeru surfaktantami, których cząsteczki są trudne do usunięcia. Do najważniejszych polimerów otrzymywanych metodą emulsyjną należą:"
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja emulsyjna",
"content": "Polimeryzacja w emulsji jest to polimeryzacja w układzie dwufazowym. Monomer dysperguje się w fazie rozpraszającej, którą zwykle jest woda ze środkami powierzchniowo-czynnymi i pod wpływem silnego mieszania powstaje emulsja. Polimeryzacja przebiega we wnętrzu miceli. W wyniku polimeryzacji emulsyjnej powstaje lateks. Jest to zawiesina drobnych cząstek polimeru, zabezpieczonych przed koagulacją."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody otrzymywania polimerów | 973 | Polimeryzacja w zawiesinie | [
"Każda kropla to ”mały reaktor” polimeryzacji w masie. Polimeryzacja zachodzi wewnątrz kropli a powstały polimer jest nierozpuszczalny w wodzie. Polimer otrzymuje się w postaci kulistych perełek lub koralików (stąd nazwa \"polimeryzacja perełkowa\"). Otrzymany polimer poddaje się filtracji i płukaniu w celu usunięcia środków powierzchniowo czynnych.",
"Film poniżej przedstawia formowanie się mikrogranulek polimeru.",
"Źródło: SMC468 Graphic Design for Education, The Preparation of Microspheres, 13.05.2016 (dostęp 14.12.2020). Dostępne w YouTube: https://youtu.be/67FRYQ7iH90.",
"Polimeryzacja „perełkowa” zachodzi z większą szybkością, niż polimeryzacja w bloku. Przy bardzo dużym zdyspergowaniu polimeru mechanizm podobny jest do polimeryzacji emulsyjnej [1].",
"Czynniki, które mają wpływ na przebieg polimeryzacji w zawiesinie oraz na właściwości produktu końcowego to [1], [2]:",
"Koloidy ochronne, które są rozpuszczone w fazie wodnej pełnią rolę stabilizatorów zawiesiny – zapobiegają aglomeracji perełek w czasie procesu oraz mają wpływ na rozmiary cząsteczek. Rodzaj stabilizatora oraz jego stężenie dobiera się doświadczalnie. Najczęściej stosowanymi stabilizatorami są [1]:",
"Inicjatory polimeryzacji wpływają na czas polimeryzacji oraz na ciężar cząsteczkowy i porowatość. Są to substancje rozpuszczalne w monomerze, najczęściej nadtlenki organiczne, np. nadtlenek benzoilu i lauroilu.",
"Intensywność mieszania wpływa na wielkość, kształt i polidyspersyjność perełek. Powolne mieszanie powoduje aglomerację perełek, a zbyt szybkie – rozdrobnienie [3]. Polimeryzacja w zawiesinie jest stosowana do produkcji kulek polimerowych o rozmiarze 10 um – 5 mm. Przy zastosowaniu bardzo energicznego mieszania można otrzymać perełki o dużo mniejszych rozmiarach 9 0.1 – 3,0 um) [3].",
"Zalety polimeryzacji suspensyjnej [1], [2], [3]:",
"Metoda suspensyjna nie nadaję się do syntezy elastomerów [2].",
"Polimeryzacja perełkowa znalazła szerokie zastosowanie do przemysłowego otrzymywania takich polimerów, jak:"
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimeryzacja w zawiesinie",
"content": "Polimeryzacja suspensyjna, zwana również polimeryzacją w zawiesinie lub perełkową jest reakcją prowadzoną w środowisku wodnym, gdzie zastosowany monomer jest nierozpuszczalny w wodzie. Roztwór inicjatora w monomerze rozprasza się w wodnym roztworze koloidów organicznych. Rozproszenie następuje w wyniku bardzo silnego mieszania. Monomery polimeryzują tworząc kulki lub granulki polimeru."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Masa molowa polimerów - obliczanie i wyznaczanie | 911 | Masa molowa polimerów - definicje | [
"Podczas reakcji polimeryzacji powstają cząsteczki – makromolekuły o różnej długości łańcucha czy też wielkości. Teoretycznie każda makrocząsteczka polimeru może mieć inną wielkość, czyli inną masę. Brak ściśle zdefiniowanej masy molowej jest zatem cechą charakterystyczną polimerów. Dla polimerów stosuje się zatem pojęcie średniej masy cząsteczkowej lub średniej masy molowej. Masa molowa i cząsteczkowa, tak jak dla małych cząsteczek związków chemicznych są liczbowo równe, różnią się jedynie jednostką.",
"Określenie średniej masy molowej polimeru jest bardzo istotne, ponieważ wielkość makrocząsteczek i rozrzut ich wielkości wpływa znacząco na właściwości fizykochemiczne, mechaniczne i przetwórcze danego polimeru. Rys. 1 przedstawia przykłady rozkładów mas cząsteczkowych polimerów. Rozkład może być symetryczny (krzywa niebieska), co oznacza, że ilość cząsteczek o dużej masie jest porównywalna z ilością cząsteczek o małej masie. Rozkład niesymetryczny (krzywa czarna) oznacza, że więcej jest cząsteczek o małej masie.",
"Istnieje kilka sposobów wyrażania średniej masy molowej polimerów, wielkości rekomendowane przez UPAC [1]. Są to: liczbowo średnia masa molowa, wagowo średnia masa cząsteczkowa, Z - średnia masa cząsteczkowa, lepkościowo średnia masa cząsteczkowa.",
"Polidyspersyjność jest miarą rozrzutu mas cząsteczkowych w próbce tego samego polimeru, określa niejednorodność masy molowej polimeru. Jeżeli I=1, wówczas polimer nazywamy monodyspersyjnym, co oznacza, że wszystkie łańcuchy mają tę samą długość. Taka sytuacja występuje tylko w przypadku niektórych polimerów naturalnych. Dla polimerów syntetycznych wytwarzanych przemysłowo wskaźnik ten zawiera się w zakresie od 1,5 do 2. Reakcje polimeryzacji te przebiegają różnie, zależnie od warunków i mechanizmu, co powoduje, że populacje polimerów posiadają losowy rozrzut mas cząsteczkowych.",
"Można wprowadzić jeszcze wyższe stopnie średniej masy cząsteczkowej definiując nową wielkość \\( Z_i \\)+1, etc. Masę cząsteczkową polimerów polidyspersyjnych można zatem wyrażać nieskończoną liczbą wartości liczbowych.",
"Rys. 2 przedstawia różnice pomiędzy średnimi masami cząsteczkowymi polimeru na tle krzywej rozkładu mas cząsteczkowych.",
"Do wyznaczania średnich mas molowych polimerów stosuje się różne techniki pomiarowe. Mogą to być metody bezpośrednie (absolutne) – wartość średniej masy cząsteczkowej wynika wprost z pomiaru określonej wielkości fizycznej, metody równoważnikowe, polegające na wyznaczaniu liczby grup końcowych oraz metody pośrednie (względne), które wymagają kalibrowania układu pomiarowego przy pomocy polimerów o znanej masie cząsteczkowej ( Rys. 3 ).",
"Tabela 1 przedstawia rodzaj wyznaczanej średniej masy cząsteczkowej, zakres pomiary oraz charakterystykę pomiaru w zależności od metody pomiarowej [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Masa cząsteczkowa polimeru",
"content": "Masa cząsteczkowa polimeru jest to masa pojedynczej cząsteczki wyrażona jest w jednostkach masy atomowej (u) (ang. unit) równych 1/12 masy izotopu węgla\n \\( ^{12}C \\) (1,66· \\( 10^{-27} \\)kg)."
},
{
"name": "Definicja 2: Masa molowa polimeru",
"content": "Masa molowa polimeru jest równa masie cząsteczkowej wyrażonej w g/mol."
},
{
"name": "Definicja 3: Liczbowo średnia masa molowa",
"content": "czyli stosunek masy próbki polimeru do liczby moli zawartych w niej cząsteczek:\n\n\n(1)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\overline{M_n} = \\frac{\\sum\\limits_{i}\\quad n_i M_i}{\\sum\\limits_{i}\\quad n_i} \\)\n\n\n\ngdzie: \\( n_i \\) – liczba makrocząstek o masie molowej \\( M_i \\)."
},
{
"name": "Definicja 4: Wagowo średnia masa cząsteczkowa",
"content": "określa udział wagowy frakcji cząsteczek o określonej masie molowej \\( M_i \\) w całej masie próbki polimeru\n\n\n(2)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\overline{M_w} = \\frac {\\sum\\limits_{i}\\quad m_i M_i}{\\sum\\limits_{i}\\quad m_i} \\)\n\ngdzie: \\( m_i \\) – oznacza masę frakcji makrocząsteczek o masie molowej \\( M_i \\),\n\nwiedząc, że: \\( m_i = n_i M_i \\)\nwyrażenie na średnią wagowo masę cząsteczkową i można ją zapisać jako:\n\n(3)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\overline{M_w} = \\frac {\\sum\\limits_{i}\\quad n_i M_i^2}{\\sum\\limits_{i}\\quad n_i M_i } \\)\n\nStosunek wagowo średniej masy cząsteczkowej do liczbowo średniej masy cząsteczkowej nazywany jest polidyspersyjnością.\n\n(4)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( I=\\frac{\\overline{M_w}}{\\overline{M_n}} \\)\n\n"
},
{
"name": "Definicja 5: Z-średnia masa cząsteczkowa",
"content": "Analogicznie do wyrażenia na wagowo średnią masę cząsteczkową można wprowadzić wyższe stopnie średniej masy cząsteczkowej definiując nową wielkość \\( Z_i \\)\n\n\n(5)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( Z_i=m_i M_i = n_i M_i^2 \\)\n\n\n\n(6)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\overline{M_z} = \\frac {\\sum\\limits_{i}\\quad n_i M_i^3}{\\sum\\limits_{i}\\quad n_i M_i ^2} \\)\n\n"
},
{
"name": "Definicja 6: Lepkościowo średnia masa cząsteczkowa",
"content": "czyli średnia masa cząsteczkowa wyznaczona metodą wiskozymetryczną.\n\n\t\t\t\t\t(7)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\overline {M_\\nu} = \\left( \\frac {\\sum\\limits_{i}\\quad n_i M_i^{(1+\\alpha) }}{\\sum\\limits_{i}\\quad n_i M_i}\\right)^{( \\frac 1\\alpha) } \\)\n\ngdzie: \\( \\alpha \\) – stała charakterystyczna dla układu polimer-rozpuszczalnik, przyjmuje wartości od 0,5 do 1,0.\nDla polimerów monodyspersyjnych wartości średnich mas cząsteczkowych są sobie równe. Dla polimerów wykazujących polidyspersyjność, rozkład ciężarów cząsteczkowych jest bardziej płaski niż dla polimerów monodyspersyjnych, a poszczególne średnie masy cząsteczkowe różnią się od siebie. Ogólnie relacja pomiędzy poszczególnymi wielkościami jest następująca:\n\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\overline {M_n} < \\overline {M_\\nu} < \\overline {M_w} < \\overline {M_z} \\)\n\n"
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Masa molowa polimerów - obliczanie i wyznaczanie | 933 | Metoda wiskozymetryczna | [
"Wiskozymetria to metoda polegająca na pomiarze lepkości roztworu polimeru (lepkość – ang. viscosity). Wielkocząsteczkowe polimery wykazują dużo wyższą lepkość niż rozpuszczalniki. W związku z tym, już niewielka zawartość polimeru powoduje wyższą lepkość roztworu. Jest to spowodowane oddziaływaniem makrocząsteczek polimeru z cząsteczkami rozpuszczalnika oraz z innymi makrocząsteczkami. Pojęcie lepkości zostało przedstawione w podręczniku \"Chemia ogólna\" (zob. Lepkość cieczy ). W pomiarach wiskozymetrycznych porównuje się lepkości czystego rozpuszczalnika i rozcieńczonych roztworów polimeru w tym rozpuszczalniku. Najczęściej dokonuje się pomiarów wiskozymetrycznych względnych, w których porównuje się lepkości czystego rozpuszczalnika i rozcieńczonych roztworów polimeru. Dlatego też wprowadzono następujące pojęcia:",
"Związek między graniczną liczbą lepkościową polimeru i jego średnią masą molową określa wzór Marka-Houwinka:",
"Który to wzór po przekształceniu pozwala na obliczenie lepkościowo średniej masy molowej:",
"gdzie K, \\( \\alpha \\) – stałe empiryczne, zależne od temperatury i charakterystyczne dla danego układu rozpuszczalnik – polimer. Wartości K i \\( \\alpha \\) wyznacza się je doświadczalnie z krzywej kalibracyjnej zależności \\( \\ln \\lbrack{\\eta} \\rbrack \\) od \\( \\ln \\overline M_n \\) lub \\( \\ln \\overline M_w \\). Do sporządzenia krzywej kalibracyjnej wykorzystuje się frakcje danego polimeru o wąskim rozkładzie mas cząsteczkowych, wyznaczonych wcześniej jedną z metod absolutnych, na przykład metodą chromatografii żelowej. Lepkość roztworów polimeru wyznacza się przy użyciu wiskozymetru Ostwalda, w którym mierzy się czas przepływu cieczy badanej pomiędzy dwoma poziomami w odniesieniu do czasu dla cieczy wzorcowej, lub za pomocą wiskozymetru Ubehlod'a, będącego odmianą metody Ostwalda, bądź lub wiskozymetru Höpplera, w którym mierzy się czas opadania kulki o określonych wymiarach i gęstości w roztworze badanym, względem czasu opadania tej samej kulki w cieczy wzorcowej. Rys. 1 przedstawia schemat wiskozymetru kulkowego.",
"Po zmierzeniu wartości lepkości dla różnych stężeń polimeru w rozpuszczalniku wyrażonych w g/100 \\( cm^3 \\) sporządza się wykres zależności \\( \\frac {\\eta}{c} \\), czyli \\( \\eta_{red} \\) = f (c). Graniczną liczbę lepkościową \\( \\lbrack \\eta \\rbrack \\) wyznacza przez ekstrapolację tak uzyskanej prostej do c = 0 ( Rys. 2 )."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Lepkość względna",
"content": "obrazuje ona zmianę lepkości pod wpływem dodania polimeru do rozpuszczalnika, jest stosunkiem lepkości dynamicznej danego roztworu do lepkości dynamicznej rozpuszczalnika (cieczy wzorcowej) i wyraża się wzorem\n\n\n(1)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\eta_r = \\frac \\eta \\eta_0 \\)\n\n\n\ngdzie \\( \\eta \\) – lepkość roztworu badanego, \\( \\eta_0 \\) – lepkość rozpuszczalnika."
},
{
"name": "Definicja 2: Lepkość właściwa",
"content": "jest miarą wzrostu lepkości roztworu w stosunku do lepkości rozpuszczalnika; jest wyrażona wzorem\n\n\n(2)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\eta_{sp} = \\frac {\\eta - \\eta_0} {\\eta_0} \\)\n\n"
},
{
"name": "Definicja 3: Lepkość zredukowana ",
"content": "jest stosunkiem lepkości właściwej do stężenia roztworu polimeru\n\n\n(3)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\eta_{red} = \\frac {\\eta_{sp}} c \\)\n\n"
},
{
"name": "Definicja 4: Graniczna liczba lepkościowa",
"content": "jest parametrem lepkości roztworu o nieskończenie małym stężeniu\n\n\n(4)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\lbrack \\eta \\rbrack = \\lim \\limits_{c\\rightarrow0} \\frac{\\eta_{sp}}{c} \\)\n\n"
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Masa molowa polimerów - obliczanie i wyznaczanie | 935 | Metoda sedymentacji i ultrawirowania | [
"Sedymentacja jest to proces opadania większych cząstek w rozpuszczalniku pod wpływem siły grawitacji. Makrocząsteczki polimerów trudno sedymentują z roztworów. W takich przypadkach można wymusić sedymentację, np. przez zastosowanie szybkoobrotowej wirówki (ultrawirówki). Ultrawirówka została zastosowana po raz pierwszy przez Svedberga. Za pomocą ultrawirówki można śledzić szybkość sedymentacji lub ustalanie się równowagi sedymentacyjnej.",
"Podczas wirowania z prędkością kątową ω na cząsteczkę o masie m działają trzy rodzaje sił:",
"gdzie: ω – prędkość kątowa, r – odległość od osi obrotu, a – przyspieszenie odśrodkowe, V – objętość cząsteczki, \\( \\rho \\) – gęstość cząsteczki;",
"gdzie: f – współczynnik tarcia, zależny od właściwości cząsteczki oraz lepkości roztworu;",
"gdzie: \\( \\rho_s \\) – gęstość cieczy.",
"Cząsteczka porusza się ruchem jednostajnym jeśli siła tarcia i siła wyporu równoważą siłę odśrodkową:",
"Podstawiając za odpowiednie siły powyższe wzory otrzymujemy:",
"oraz",
"Można zdefiniować stałą sedymentacji S – wielkość charakteryzującą ruch cząsteczki w rozpuszczalniku, która określa prędkość sedymentacji na jednostkę przyspieszenia odśrodkowego:",
"Jednostką stałej sedymentacji jest swedberg \\( 1S = 10^{-13} s \\) Równanie (6) przyjmuje wtedy postać:",
"Wiedząc, że objętość cząsteczki związana jest z jej masą zależnością:",
"Korzystając ze wzoru Einsteina na współczynnik dyfuzji:",
"gdzie: R – stała gazowa, T – temperatura K, otrzymujemy ostatecznie Równania Svedberga:",
"Metoda ultrawirowania jest metodą absolutną – mierząc wartości stałej sedymentacji S i współczynnika dyfuzji D oraz znając gęstość rozpuszczalnika \\( \\rho_s \\) i gęstość polimeru \\( \\rho \\) wyliczamy z nich wprost masę cząsteczkową M.",
"Sedymentacja makrocząsteczek powoduje powstanie gradientu stężenia w roztworze. Po pewnym czasie wirowania ustala się stan równowagi pomiędzy przeciwnie skierowanymi procesami sedymentacji i dyfuzji, zwany równowagą sedymentacyjną. W stanie równowagi sedymentacyjnej substancja rozpuszczona wypełnia całą kuwetę, a jej stężenie zwiększa się od menisku do dna kuwety. Znając stężenia polimeru \\( c_1 \\) i \\( c_2 \\) w odległości \\( r_1 \\) i \\( r_2 \\) od osi obrotu w stanie równowagi sedymentacyjnej można wyznaczyć masę cząsteczkową polimeru z równania:",
"Równowaga sedymentacyjna uzyskiwana jest zwykle po kilkudziesięciu godzinach wirowania. Znacznie szybszą wersję omawianej metody zaproponował Archibald [1].",
"W metodzie Archibalda nie jest niezbędne osiągniecie stanu równowagi. W układzie kuweta - roztwór istnieją dwie płaszczyzny, przez które sedymentujące cząsteczki się nie przemieszczają. Jest to powierzchnia menisku (oznaczona jako a) na styku roztwór/powietrze i dno kuwety ( oznaczone jako b). Zachodzi wtedy warunek:",
"Masę cząsteczkową polimeru możemy zatem wyznaczyć przy dnie kuwety, znając jej promień oraz stężenie polimeru:",
"Roztwór polimeru umieszcza się w specjalnej kuwecie, która obraca się w rotorze z częstością powyżej 103 s-1. Kuweta jest umieszczona na drodze wiązki światła, które wpada następnie do detektora. Mierzy się współczynnik załamania światła, który jest proporcjonalny do stężenia substancji rozpuszczonej ( Rys. 1 )."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Masa molowa polimerów - obliczanie i wyznaczanie | 934 | Metody osmotyczne | [
"Osmometria jest wykorzystywana do oznaczania liczbowo średniej masy cząsteczkowej \\( \\overline{M_n} \\). Wykorzystywane są dwie techniki pomiarowe: osmometria parowa oraz pomiar ciśnienia osmotycznego. Zjawisko osmozy zostało opisane w e-podręczniki \"Chemia ogólna\" (zob. Zjawisko osmozy ).",
"Zgodnie z prawem Raoulta prężność pary nasyconej nad roztworem jest mniejsza od prężności pary nasyconej nad rozpuszczalnikiem. Teoretycznie z różnicy tych ciśnień można obliczyć ułamek molowy substancji rozpuszczonej, a z niego – masę molową. W praktyce różnica prężności jest tak mała, że trudno ją zmierzyć. Znacznie łatwiej zmierzyć różnicę temperatury przy pomocy termistorów – bardzo dokładnych mierników temperatury. Na dwóch termistorach umieszcza się kolejno krople rozpuszczalnika oraz kroplę roztworu polimeru, naczynie pomiarowe wypełnione jest parami rozpuszczalnika, a temperatura obydwu kropel jest taka sama. Z powodu różnicy stężeń polimeru roztworze i rozpuszczalniku (stężenie równe zero) szybkość kondensacji rozpuszczalnika na kropli roztworu jest większa niż na kropli rozpuszczalnika, kondensująca się para oddaje ciepło kropli roztworu i notujemy wzrost różnicy temperatur do momentu wyrównania potencjałów obydwu kropel. Z połączenia praw Raoulta oraz Clausiusa-Clapeyrona otrzymujemy zależność:",
"gdzie: \\( K_e \\) – stała ebulioskopowa, X – stężenie wyrażone w g/kg rozpuszczalnika. Różnicę temperatur mierzy się dla serii stężeń i ekstrapoluje do stężenia zerowego. Po dokonaniu kalibracji przy użyciu próbek o znanej masie cząsteczkowej [1], na podstawie różnicy temperatur między dwoma termistorami można wyznaczyć masę molową badanego polimeru. Rys. 1 przedstawia schemat układu pomiarowego do osmometrii parowej.",
"Podczas migracji cząsteczek rozpuszczalnika w wyniku różnicy stężeń pomiędzy rozpuszczalnikiem, a roztworem polimeru wytwarza się ciśnienie osmotyczne \\( \\pi \\), jak pokazano na Rys. 2.",
"Zgodnie z prawem van’t Hoffa wartość tego ciśnienia można wyznaczyć ze wzoru:",
"Wyznacza się ciśnienie osmotyczne dla różnych stężeń danego polimeru iż wykresu \\( \\frac{\\pi}{c} = f(c) \\) wyznacza się wartość liczbowo średniej mamy cząsteczkowej."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Masa molowa polimerów - obliczanie i wyznaczanie | 932 | Metody wykorzystujące efekty termiczne | [
"Metody wykorzystujące efekty termiczne, które są stosowane do wyznaczania średniej masy cząsteczkowej polimerów wykorzystują zjawisko efektu krioskopowego oraz ebuliskopowego. Są to efekty związane ze zmianą temperatury krzepnięcia lub wrzenia roztworu w stosunku do temperatur charakterystycznych dla czystego rozpuszczalnika.",
"Ciecz zaczyna wrzeć w momencie, kiedy prężność par nad roztworem osiąga wartość równą ciśnieniu zewnętrznemu. Obecność cząsteczek polimeru będzie utrudniała cząsteczkom rozpuszczalnika przechodzenie w stan pary [1], w związku z tym ciśnienie par nad roztworem będzie mniejsze, niż w przypadku czystego rozpuszczalnika.",
"Prężność par nad roztworem jest sumą prężności par cząstkowych poszczególnych składników roztworu:",
"Zgodnie z prawem Raoulta prężność cząstkowa każdego ze składników roztworu związana z ułamkiem molowym tego składnika w roztworze można wyrazić jako:",
"Ciśnienie całkowite będzie zatem równe:",
"gdzie: r – oznacza rozpuszczalnik, p – rozpuszczony polimer. Ponieważ polimer, jako związek wielkocząsteczkowy jest substancją nielotną, więc prężność jego par będzie równa zero, zatem wyrażenie na ciśnienie całkowite przyjmie formę:",
"Zaś obniżenie prężności par nad roztworem wyniesie:",
"Z równania tego wynika, że zmiana prężności pary nad roztworem jest zależna od ilości rozpuszczonego polimeru. Zależność temperatury wrzenia od prężności par nad cieczą wyrażona jest równaniem Clausiusa-Clapeyrona:",
"gdzie: \\( ∆H_{par} \\) – ciepło parowania rozpuszczalnika J/mol, R – uniwersalna stała gazowa (8,314 J/mol K), C – stała, charakterystyczna dla cieczy. Po wstawieniu wyrażenia na zmianę ciśnienia do tego równania ostateczny wzór na zmianę temperatury wrzenia przyjmuje postać:",
"gdzie: \\( T^o_{wrz} \\) – temperatura wrzenia rozpuszczalnika wyrażona w K,",
"Rys. 2 ilustruje związek zmiany prężności pary nad roztworem ze zmianą temperatury wrzenia roztworu w stosunku do czystego rozpuszczalnika.",
"Zgodnie z definicją ułamek molowy dla rozpuszczonego polimeru można zapisać:",
"gdzie: \\( {n_p} \\) – liczba moli polimeru, \\( {n_r} \\) – liczba moli rozpuszczalnika.",
"Wprowadzając zgodnie z definicją liczby moli n do wzoru na ułamek molowy masę polimeru i masę molową otrzymujemy:",
"wyrażenie na zmianę temperatury wrzenia roztworu można przedstawić jako liniową zależność od masy dodanego polimeru.",
"Wyznaczając zmianę temperatury wrzenia w funkcji masy rozpuszczonego polimeru otrzymuje się prostą, znając współczynnik nachylenia prostej można z niego wyliczyć wprost masę molową badanego polimeru:",
"gdzie: a – współczynnik nachylenia z wykresu \\( \\Delta T = f(m_p) \\)",
"Pomiar zmiany temperatury wrzenia wykonuje się w ebuliometrze (zob. Ebuliometr).",
"Analogicznie do metody ebuliometrycznej można wyprowadzić zależność zmiany temperatury topnienia od masy molowej rozpuszczonego polimeru:",
"gdzie: \\( \\Delta H_{top}^o \\) – ciepło topnienia/krzepnięcia Obniżenie temperatury krzepnięcia ilustruje Rys. 3.",
"Wyznaczając zmianę temperatury topnienia/krzepnięcia w funkcji masy rozpuszczonego polimeru otrzymuje się prostą, znając współczynnik nachylenia prostej można z niego wyliczyć masę molową badanego polimeru:",
"gdzie: a – współczynnik nachylenia prostej \\( \\Delta T = f(m_p) \\) Pomiaru dokonuje się w kriometrze."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Masa molowa polimerów - obliczanie i wyznaczanie | 936 | Metody chromatograficzne | [
"Jedną z najczęściej stosowanych metod wyznaczania mas cząsteczkowych polimerów jest chromatografia żelowo-permeacyjna, zwana częściej chromatografią wykluczania zależnego od wielkości cząsteczek GPC/SEC(GPC – Gel Permeation /SEC – Size Exclusion Column Chromatography. Metoda ta została szerzej opisana w module Chromatografia wykluczenia zależnego od wielkości cząsteczek.",
"Rys. 1 prezentuje sposób wyznaczania masy cząsteczkowej badanego polimeru na podstawie krzywej kalibracyjnej \\( log M = f( V_e) \\) dla wzorcowych polimerów."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Gęstość polimerów i własności termalne | 964 | Gęstość polimerów | [
"W dolnym indeksie symbolu gęstości zaznacza się temperaturę pomiaru gęstości w związku z tym, że gęstość materiałów polimerowych zmienia się wraz z temperaturą. Zapis gęstości np. \\( \\rho_{25} \\)= 1,14 \\( \\frac {g}{cm^3} \\) oznacza, że podana gęstość dotyczy temperatury 25°C. Polimery są materiałami o bardzo różnej gęstości. Najczęściej mieści się ona w zakresie 0,8-2,2 \\( \\frac{g}{cm^3} \\). Poniższa Tabela 1 podaje gęstości najczęściej spotykanych polimerów.",
"Istnieją zarówno ultralekkie polimery, jak aerożele o gęstości niewiele wyższej od gęstości powietrza – ok. 0,001 \\( \\frac{g}{cm^3} \\) [1], jak i superciężkie kompozyty polimerowe o gęstości dochodzącej do 4 \\( \\frac{g}{cm^3} \\).",
"Polimery stosowane w procesach przemysłowych spotyka się w postaci ciekłej, litej, proszku, granulatu, w formie porowatej, czy spienionej. Polimery jako materiały można charakteryzować poprzez następujące rodzaje gęstości:"
] | [
{
"name": "Definicja 1: Gęstość",
"content": "oznaczana jako \\( \\rho \\) lub d (ang. density) jest jedną z podstawowych właściwości fizycznych substancji. Definiuje się ją jako stosunek masy próbki (m) do jej objętości (v) w danej temperaturze:\n\n\n(1)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( \\rho = \\frac {m}{v} [\\frac {g} {cm^3}] \\)\n\n\n\ngdzie: m – masa próbki (g); v – objętość próbki ( \\( cm^3 \\))."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Gęstość polimerów i własności termalne | 965 | Metody pomiaru gęstości | [
"Jak już wspomniano w module Gęstość polimerów, w zależności od stanu fizycznego polimeru wyróżnia się następujące rodzaje gęstości:",
"Pomiar gęstości prowadzimy w określonej temperturze, ponieważ gęstość i stan plastyczny polimerów jest związany z temperaturą.",
"Najczęściej spotykane metody oznaczeń gęstości materiałów polimerowych [1], [2], [3], [4], [5]:",
"1. Pomiar objętości i masy Polega na zmierzeniu wymiarów próbki polimeru uformowanego w kształt dowolnej bryły geometrycznej (walec, prostopadłościan, sześcian), obliczeniu objętości, a następnie zważeniu i wyliczeniu gęstości ze stosunku masy do objętości. Jest to prosta technicznie metoda, stosowana najczęściej do wyznaczania gęstości polimerów w formie prętów, belek, rur.",
"2. Pomiar gęstości areometrem Metoda stosowana dla polimerów w formie ciekłej. Pomiar polega na zanurzeniu w naczyniu z badaną cieczą areometru z podziałką, na której odczytuje się gęstość. Link kieruje do strony objaśniającej budowę areometru.",
"3. Metoda hydrostatyczna Polega na porównaniu masy próbki badanego tworzywa zmierzonej w powietrzu i zanurzonej w cieczy o znanej gęstości (np. wodzie destylowanej). Do oznaczenia stosuje się wagę hydrostatyczną Westphala-Mohra. Gęstość badanej próbki wyznacza się ze wzoru:",
"gdzie: \\( m_p \\) – masa próbki w powietrzu, \\( m_c \\) – masa próbki zanurzonej w cieczy, \\( \\rho_c \\) - gęstość zastosowanej cieczy immersyjnej.",
"Rys. 1 prezentuje sposób ważenia próbki w cieczy immersyjnej.",
"4. Pomiar gęstości polimerów w formie sypkiej za pomocą kolby Le Chatéliera Do specjalnej kolby pomiarowej wlewa się ciecz (np. wodę destylowaną) do poziomu oznaczonego jako 0 \\( cm^3 \\), a następnie wsypuje sproszkowany polimer do poziomu 20 \\( cm^3 \\). Z różnicy ciężaru proszku przed wsypaniem do kolby i pozostałością (częścią nie wsypaną) określa się masę proszku wsypanego. Znając objętość substancji sypkiej (20 \\( cm^3 \\)) wylicza się gęstość ze stosunku masy do objętości. Rys. 2 przedstawia kolbę Le Chateliera.",
"5. Metoda piknometryczna Metodę tę stosuje się do oznaczania gęstości tworzyw polimerowych w postaci proszków, granulek, czy płatków. W metodzie tej stosuje się piknometr – szklaną kolbkę o pojemności od 20-50 \\( cm^3 \\). Pomiar polega na zważeniu suchego piknometru, piknometru wypełnionego cieczą, suchej próbki oraz piknometru z próbką dopełnionego cieczą do pełna. Gęstość badanego polimeru wylicza się z równania:",
"gdzie: \\( m_cp \\) – masa suchej próbki, \\( \\rho_c \\) – gęstość cieczy, \\( m_c \\) – masa cieczy (masa piknometru wypełnionego cieczą pomniejszona o masę suchego piknometru), \\( m_{cp} \\) – masa cieczy uzupełniającej pojemność piknometru (masa piknometru z próbką i cieczą, pomniejszona o masę suchego piknometru).",
"6. Metoda flotacyjna Polega na porównaniu gęstości próbki badanego tworzywa z gęstością cieczy immersyjnej w chwili przechodzenia próbki w stan zawieszenia. Istotą metody jest sporządzenie kilku roztworów o różnych, znanych gęstościach, a następnie zanurzenie badanej próbki w każdym z tych roztworów. Gęstość cieczy, z którą badane tworzywo jest w równowadze jest zarazem gęstością tworzywa.",
"7. Metoda kolumny gradientowej Próbkę wprowadza się do kolumny gradientowej wypełnionej cieczą immersyjną, pozostawia do osiągnięcia równowagi i odczytuje głębokość zanurzenia pod powierzchnią cieczy. Jest to metoda pośrednia, która wymaga sporządzenia krzywej wzorcowej głębokości zanurzenia pływaków o znanej o znanej gęstości, z głębokości zanurzenia badanej próbki odczytuje się gęstość badanego polimeru."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Gęstość polimerów i własności termalne | 939 | Temperatury charakterystyczne polimerów | [
"Wśród związków wielkocząsteczkowych wyróżnia się dwa podstawowe typy: polimery amorficzne i krystaliczne. Różnią się one stopniem uporządkowania struktury oraz własnościami fizycznymi. W rzeczywistości najcześciej spotkać można polimery semikrystaliczne.",
"Polimery amorficzne odznaczają się całkowicie nieuporządkowanym ułożeniem makrocząsteczek, a ich przemiany pod wpływem ogrzewania przebiegają w sposób stopniowy, nie obserwuje się wyraźnych zmian stanu skupienia, jak dla substancji nieorganicznych. Makrocząsteczki polimerów o strukturze bezpostaciowej są bezładnie splątane między sobą. Najczęściej przyjmują postać kłębka, tworząc skłębione nieuporządkowane struktury, o słabych oddziaływaniach energetycznych. Przykładem takich tworzyw są kopolimery akrylonitrylo-butadieno-styrenowe, polistyren, poliwęglan, poli(metakrylan metylu). Tworzywa amorficzne są przezroczyste (bez napełniaczy) i stosunkowo kruche.",
"Polimery krystaliczne zawierają makrocząsteczki o regularnej, liniowej budowie łańcucha lub zawierające grupy o dużej polarności, rozmieszczone równomiernie wzdłuż makrocząsteczki. Stan krystaliczny polimerów występuje znacznie rzadziej niż amorficzny. Polimery, w przeciwieństwie do związków małocząsteczkowych, nie są na ogół całkowicie skrystalizowane. Na udział każdego z nich ma wpływ sposób przetwarzania polimeru, jego skład i temperatura. Amorficzny polimer nadal może zawierać \\( 10\\% \\) struktur krystalicznych, podczas gdy taki, który jest uznawany za krystaliczny, może faktycznie mieć tylko \\( 80\\% \\) swojej struktury naprawdę uporządkowanej w sposób krystaliczny. Procentowa zawartość postaci krystalicznej w tego typu polimerach nosi nazwę stopnia krystaliczności. Należą do nich poliacetale, poliamidy i termoplastyczne poliestry (PET, PBT). Tworzywa semikrystaliczne są na ogół nieprzezroczyste lub – przy niewielkiej grubości warstwy – mętne (prześwitujące), a ponadto bardziej wytrzymałe, twardsze i bardziej sprężyste od tworzyw amorficznych. Tworzą one układ dwufazowy, w którym obok obszarów krystalicznych charakteryzujących się uporządkowanym przestrzennie ułożeniem makrocząsteczek, występują równocześnie obszary bezpostaciowe. Strukturę polimerów tworzących taki układ można więc określić jako częściowo krystaliczną, a polimery częściowo amorficzne, częściowo krystaliczne – semikrystalicznymi.",
"Polimery amorficzne mogą występować w pięciu różnych stanach fizycznych, w zależności od temperatury, możliwe stany mechaniczne polimerów amorficznych prezentuje Rys. 1.",
"Stan szklisty kruchy/ twardy nieciągliwy charakteryzuje się tym, że w niskich temperaturach energia ruchu cieplnego jest zbyt mała, aby mogła nastąpić zmiana ich położenia makrocząsteczek względem siebie. Polimery w tym stanie pod działaniem siły zewnętrznej odkształcają się nieznacznie, prawie całkowicie sprężyście, a więc zachowują się podobnie jak szkło. Z tego też względu stan ten nazwano stanem szklistym.",
"Stan szklisty/ twardy wymuszonej elastyczności (lepkosprężysty) jest charakterystyczny dla makromolekuł, które ze wzrostem temperatury uzyskują zdolność do przegrupowań, ale zachowana zostaje nadal nieruchliwość całych makrocząsteczek. Typowymi przejawami lepkosprężystości jest pełzanie i relaksacja naprężeń.",
"Pełzaniem nazywa się przyrost odkształceń trwałych (narastania sumy odkształceń wysokoelastycznych i plastycznych) w funkcji czasu pod wpływem działającego stałego naprężenia. Prędkość narastania odkształceń trwałych zależy od temperatury i wielkości naprężeń. Im wyższa temperatura, tym pełzanie zachodzi szybciej, bowiem energia kinetyczna merów i segmentów będzie większa.",
"Relaksacja naprężeń polega na zmniejszaniu się naprężenia w funkcji czasu przy stałym odkształceniu. Relaksacja naprężeń przebiega tym szybciej, im wyższa jest temperatura.",
"Stan wysokoelastyczny (lepkopłynny) jest charakterystyczny dla tworzyw amorficznych powyżej temperatury mięknienia i częściowo-krystalicznych powyżej temperatury topnienia. Energia ruchu jest zbliżona do energii oddziaływania makromolekuł, dzięki czemu pod wpływem niewielkich sił zewnętrznych następuje wyprostowanie się skłębionych segmentów. Polimer swoim zachowaniem zaczyna przypominać ciecz lepką.",
"Stan ciekły charakteryzuje się tym, że przekroczenie temperatury płynięcia powoduje prawie całkowitą redukcję sił międzycząsteczkowych i nawet najmniejsze obciążenie powoduje wzajemne trwałe przemieszczenie się łańcuchów polimeru.",
"Najważniejsze własności termiczne związków wielkocząsteczkowych opisują temperatury charakterystyczne, takie jak:",
"Wraz ze wzrostem ciężaru cząsteczkowego polimerów zwiększa się temperatura płynięcia, co powoduje także powiększenie zakresu temperatur, w której polimer jest w stanie wysokoelastycznym. Zależności przedstawia Rys. 2.",
"Do pomiarów temperatur charakterystycznych stosuje się metodę skanningowej kalorymetrii różnicowej DSC (Differential Scanning Callorimetry). Technika ta jest opisana – zob. Skaningowa kalorymetria różnicowa."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Gęstość polimerów i własności termalne | 969 | Stany mechaniczne w polimerach amorficznych | [
"W module Temperatury charakterystyczne polimerów zdefiniowano polimery krystaliczne, amorficzne i semikrystaliczne.",
"Właściwości mechaniczne polimerów obejmują odkształcenie polimeru lub jego powierzchni, odporność na takie odkształcenia oraz pękanie pod obciążeniem statycznym lub dynamicznym. Odkształcenia mogą być odwracalne lub nieodwracalne; mogą być spowodowane przez ciągnienie, ścinanie, ściskanie, zginanie i skręcanie, a także przez ich kombinacje. Pod wpływem obciążenia w polimerach bardzo często występują jednocześnie trzy rodzaje odkształceń: sprężyste, elastyczne, plastyczne.",
"Właściwości mechaniczne materiałów polimerowych opisuje się następującymi wielkościami:",
"gdzie: \\( \\sigma \\) – naprężenie, \\( F \\) – siła, \\( A \\) – pole powierzchni przekroju próbki;",
"gdzie: \\( \\Delta l \\) – przyrost długości próbki, \\( l_0 \\) – długość początkowa próbki;",
"gdzie: \\( U \\) – udarność, \\( W \\) – praca potrzebna do złamania znormalizowanej próbki z karbem, \\( A \\) – pole powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu.",
"Rys. 1 przedstawia zależność modułu Younga od temperatury przy stałej szybkości rozciągania dla termoplastów, duroplastów i elastomerów [1].",
"Najważniejsze czynniki, które decydują o właściwościach mechanicznych to:"
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 912 | Metody wykorzystywane do badań polimerów | [
"Charakterystyka polimerów obejmuje wiele metod ( Rys. 1 ) oznaczania składu chemicznego, wyznaczania rozkładu masy cząsteczkowej, stopnia uporządkowania, określania właściwości fizycznych i struktury. Do najczęściej stosowanych metod należą:"
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 906 | Analiza elementarna | [
"Analiza elementarna jest jedną z podstawowych metod wykorzystywanych do ilościowego oznaczenia zawartości azotu (N), węgla (C), wodoru (H), siarki (S) i tlenu (O) w badanych próbkach polimerów. Jest ona wykorzystywana do identyfikacji składników polimeru, składników dodawanych podczas syntezy polimeru, zanieczyszczeń polimerów czy zawartości śladowych metali. Analizę elementarną można przeprowadzić za pomocą:"
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 971 | Próba rozpuszczalności | [
"Rozpuszczalność polimerów bada się najczęściej przez umieszczenie 100 mg polimeru w probówce, do której dodaje się rozpuszczalnik. Pożądane jest rozpoczęcie procesu rozpuszczania od drobnoziarnistego materiału w postaci proszku, w celu zwiększenia powierzchni dla oddziaływań polimer–rozpuszczalnik. Do najczęściej stosowanych rozpuszczalników zalicza się: wodę, alkohol etylowy, chloroform, aceton, tetrachlorometan czy heksan. Polimer może rozpuścić się całkowicie, częściowo lub wcale. W sytuacji gdy polimer rozpuszcza się częściowo, pęcznieje lub nie rozpuszcza się badanie rozpuszczalności wykonuje się na gorąco.",
"Polimery są makrocząsteczkami, w których międzycząsteczkowe oddziaływania (jak np.: oddziaływania dyspersyjne, dipol-dipol, indukcyjne, czy wiązania wodorowe) utrzymują łańcuchy razem. Dlatego proces rozpuszczania czystego polimeru jest na ogół procesem powolnym, który może trwać nawet kilka tygodni, i rozpoczyna się od etapu przenikania cząsteczek rozpuszczalnika przez masę polimeru (etap „rozwijania solwatacji-pęcznienia”) – zob. Rys. 1 – co prowadzi do zwiększenia objętości masy polimerowej. Etap ten zachodzi, wtedy gdy oddziaływania polimer-rozpuszczalnik są większe od siły przyciągania polimer-polimer. Etap ten wymaga więcej energii i jest wolniejszy dla polimeru krystalicznego, w którym oddziaływania polimer-polimer są silne, a łańcuchy tworzą upakowaną strukturę trudną do penetracji przez rozpuszczalnik. W pobliżu granicy faz polimer pęcznieje, aby pomieścić przenikające cząsteczki rozpuszczalnika. Jeżeli oddziaływania polimer-rozpuszczalnik są wystarczająco silne, proces „rozwijania solwatacji-rozwijania pęcznienia” jest kontynuowany aż do solwatacji wszystkich cząsteczek polimeru. „Solwatowane” cząsteczki polimeru na granicy faz dyfundują ze spęczniałego polimeru do fazy rozpuszczalnika. Na tym etapie rozpadowi napęczniałej masy sprzyja mieszanie, co zwiększa szybkość rozpuszczania. Układ staje się jednorodny, a solwatowane cząsteczki polimeru, wraz z cząsteczkami rozpuszczalnika znajdującymi się wewnątrz, przyjmują kształt kulisty lub elipsoidy, zajmując objętość znaną jako objętość hydrodynamiczna. Silnie usieciowane polimery mogą wchłaniać rozpuszczalnik i pęcznieć, ale tylko w ograniczonym zakresie, ponieważ są związane przestrzennie wiązaniami kowalencyjnymi zapobiegającymi transportowi polimeru do roztworu. Dla tych polimerów istnieje punkt (objętość rozpuszczalnika), poza którym jego makrocząsteczki nie mogą dalej pęcznieć. Jeśli ta objętość zostanie przekroczona, powstaje układ dwufazowy, w którym zachodzi stan równowagi pomiędzy nasyconym żelem polimerowym i nadmiarem czystego rozpuszczalnika [1].",
"Rozpuszczalność polimeru w danym rozpuszczalniku (zob. [2]) zależy nie tylko od temperatury i własności fizycznych polimerów, ale także od ich chemicznego charakteru, na który składają się:",
"Parametry rozpuszczalności (HSI (równanie ( 1 ) ) i HSP (równanie ( 2 ) )) i energia swobodna Gibbsa (równanie ( 3 ) ) służą do przewidywania zdolności polimeru do rozpuszczania się w danym rozpuszczalniku. Z reguły parametry rozpuszczalności polimerów nie zmieniają się znacznie wraz z temperaturą. Im bliższe są parametry rozpuszczalności polimeru i rozpuszczalnika, tym jest bardziej prawdopodobne, że polimer rozpuści się w danym rozpuszczalniku [3], [4], [5].",
"Parametr rozpuszczalności Hildebranda (HSI), \\( {δ} \\) – jest to pierwiastek kwadratowy z gęstości energii kohezji, równej energii potrzebnej do oddzielenia cząsteczki od jej najbliższego otoczenia podzielonej przez całkowitą objętość oddzielonej cząsteczki, i wyraża się równaniem:",
"gdzie: \\( {δ} \\) – parametr rozpuszczalności Hildebranda wyrażony w jednostkach \\( {(cal/cm}{^3}{)}{^0}{^.}{^5} \\) \\( {lub} \\) \\( {MPa}{^0}{^.}{^5} \\), \\( {CED} \\) – gęstość energii kohezji, \\( {ΔH}{_v} \\) – entalpia parowania, \\( {R} \\) – stała gazowa, \\( {T} \\) – temperatura, \\( {V}{_m} \\) – objętość molowa. Substancje o podobnym parametrze Hildebranda będą miały podobną zdolność rozpuszczania (mogą mieszać się ze sobą). Przykładowe parametry rozpuszczalności HSI dla różnych rozpuszczalników i polimerów podaje Rys. 3.",
"Wskaźnik rozpuszczalności Hansena (HSP), który wyraża się wzorem:",
"gdzie: \\( {R{_a}} \\) – parametr rozpuszczalności Hildebranda, \\( {δ{_D}} \\) – energia pochodząca od oddziaływań międzycząsteczkowych, \\( {δ}{_P} \\) – energia oddziaływań między dipolami, \\( {δ}{_H} \\) – energia międzycząsteczkowych wiązań wodorowych. Wyżej wspomniane trzy parametry Hansena ( \\( {δ{_D}} \\), \\( {δ}{_P} \\) i \\( {δ}{_H} \\)) można potraktować za współrzędne punktu w tzw. przestrzeni Hansena. Im dwa punkty odpowiadające dwóm związkom są bliżej siebie, tym większe jest prawdopodobieństwo, że związki rozpuszczą się jeden w drugim. W przypadku polimeru, tylko rozpuszczalniki znajdujące się w pewnym zakresie odległości rozpuszczą polimer. Ten zakres odległości zaznacza się zwykle elipsoidą i tylko rozpuszczalniki w tej przestrzeni rozpuszczą polimer. Gdy podwoi się oś dyspersji to otrzymuje się w przybliżeniu kulistą objętość rozpuszczalności. W tej przestrzeni odległość współrzędnych rozpuszczalnika od punktu środkowego sfery substancji rozpuszczonej ( \\( {δ}{_D}{_1} \\), \\( {δ}{_P}{_1} \\) i \\( {δ}{_H}{_1} \\)) oznacza się za pomocą \\( {δ}{_D}{_2} \\), \\( {δ}{_P}{_2} \\) i \\( {δ}{_H}{_2} \\). Promień sfery rozpuszczalności jest często nazywany promieniem oddziaływania, a stosunek \\( {R{_a}} \\) / \\( {R{_0}} \\) względną różnicą energii (RED) układu.",
"Odległość \\( {R{_a}} \\) w równaniu ( 2 ) można porównać z promieniem rozpuszczalności polimeru ( \\( {R{_0}} \\)). Jeżeli \\( {R{_a}} \\) < \\( {R{_0}} \\), wówczas istnieje duże prawdopodobieństwo, że rozpuszczalnik rozpuści polimer. W sytuacji gdy, \\( {R{_a}} \\) > \\( {R{_0}} \\) istnieje duże prawdopodobieństwo, że rozpuszczalnik nie rozpuści polimeru. Natomiast dla \\( {R{_a}} \\) = \\( {R{_0}} \\) rozpuszczalnik będzie powodować pęcznienie polimeru. Na przykład, parametry rozpuszczalności \\( {δ{_D}} \\), \\( {δ}{_P} \\) i \\( {δ}{_H} \\) dla polistyrenu wynoszą, odpowiednio, 21.3, 5.7 i 4.3, a dla acetonu mają wartość, odpowiednio,15.5, 10.4 i 7.0. Po podstawieniu tych wartości do równania ( 2 ) otrzymuje się \\( {R{_a}} \\) = 12.8. Biorąc pod uwagę, iż dla polistyrenu \\( {R{_0}} \\) = 12.7, otrzymujemy \\( {R{_a}} \\) / \\( {R{_0}} \\) ≅ 1.0. To oznacza, iż aceton może powodować pęcznienie polistyrenu.",
"Energia swobodna Gibbsa, wyrażona wzorem:",
"gdzie: \\( {ΔH} \\) – zmiana entalpii mieszania, \\( {T} \\) – temperatura bezwzględna w procesie, \\( {ΔS} \\) – zmiana entropii mieszania, \\( {A}{_s} \\) i \\( {A}{_p} \\) – ułamki objętościowe, odpowiednio, rozpuszczalnika i polimeru, a \\( {δ}{_s} \\) i \\( {δ}{_p} \\) – gęstość energii kohezji (CED), odpowiednio, dla rozpuszczalnika i polimeru.",
"Zgodnie z tym równaniem i zasadami termodynamicznymi rozpuszczenie nastąpi wtedy, gdy znak ΔG jest ujemny. ΔS jest zwykle dodatnie, ponieważ w roztworze cząsteczki wykazują bardziej chaotyczny układ aniżeli w stanie stałym. Temperatura bezwzględna jest dodatnia. ΔH może mieć znak dodatni lub ujemny. Dodatnia wartość ΔH wskazuje, że polimer i rozpuszczalnik są w stanie niższej energii. Natomiast ujemna wartość ΔH sugeruje, że roztwór jest w stanie niższej energii. Przy braku specyficznych oddziaływań polimer-rozpuszczalnik wartość \\( {(}{δ}{_s}{-}{δ}{_p}{)}{^2} \\) musi być mniejsza niż 4.0 MPa \\( {^0}{^.}{^5} \\). Można zatem stwierdzić, że poliamid 6,6 nie rozpuści się w wodzie ponieważ \\( {(}{δ}{_w}{_o}{_d}{_a}{ -}{ δ}{_p}{_o}{_l}{_i}{_a}{_m}{_i}{_d}{_6}{_,}{_6}{)}{^2} \\) = 47.9 – 27.8 MPa \\( {^0}{^.}{^5} \\) = 20.1MPa \\( {^0}{^.}{^5} \\), czyli jest >> 4.0 MPa \\( {^0}{^.}{^5} \\), ale rozpuści się w n-heksanie, czterochlorku węgla i toluenie ( \\( {(}{δ}{_s}{ -}{ δ}{_p}{_o}{_l}{_i}{_a}{_m}{_i}{_d}{_6}{_,}{_6}{)}{^2} \\) << 4.0 MPa \\( {^0}{^.}{^5} \\)."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Rozpuszczalność",
"content": "substancji definiowana jest jako maksymalna ilość tej substancji wyrażona w gramach, która rozpuszcza się w 100 g rozpuszczalnika w warunkach normalnych (p = 1013.25 hPa i T = 273.15 K)."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 972 | Próba w płomieniu | [
"W analizie tej niewielką ilość polimeru umieszcza się na łopatce i przytrzymuje się przy krawędzi płomienia, aż zapali się. W sytuacji, gdy polimer nie pali się szybko, łopatkę wprowadza się na 10-15 sekund do zewnętrznej strefy płomienia palnika Bunsena (nieświecąca część płomienia, temp. powyżej 1 500 °C). Obserwuje się kolor płomienia, rodzaj dymu, obecność sadzy w powietrzu, zapach oparów i czy podczas spalania próbka kapie. Np. drut miedziany ogrzewany płomieniem z topiącym się polimerem pali się na jasnozielono, gdy w polimerze jest obecny halogen. Tworzywa termoutwardzalne rozkładają się (zwęglają się i dymią) w wysokiej temperaturze, ale nie topią się. Polimery oparte na węglowodorach aromatycznych palą się żółtym kopcącym płomieniem, a polimery zbudowane z węglowodorów alifatycznych palą się z kopceniem niewielkim lub płomieniem niekopcącym. Zachowanie się wybranych polimerów w płomieniu podaje Rys. 1 [1].",
"Na koniec analizy próbkę polimeru spala się w silnym płomieniu, aby określić czy pozostaje popiół czy też próbka ulega całkowitemu spaleniu.",
"Dodatkowo w celu określenia czy materiał jest termoplastyczny (topliwy) czy termoutwardzalny (nietopliwy) metalowy lub szklany pręt do mieszania podgrzewa się do momentu, gdy zacznie świecić na czerwono lub pomarańczowo (do około 260 °C), a następnie dociska się go do próbki. Polimer termoplastyczny zmięknie po dociśnięciu, a polimer termoutwardzalny nie zmięknie."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 938 | Metody dyfrakcyjne | [
"Metody dyfrakcyjne, takie jak np. dyfrakcja rentgenowska (XRD), są stosowane szeroko w badaniach strukturalnych do określenia faz krystalicznych (polimorfizmu), politypów i wszelkiego rodzaju układów molekularnych w stanie stałym oraz w badaniach ilościowych polimerów. Wykorzystują one zjawisko dyfrakcji wiązki promieniowania elektromagnetycznego o długości podobnej do odległości międzypłaszczyznowej w sieci krystalicznej (np. promieniowania rentgenowskiego (długość fali od \\( {10}{^-}{^1}{^2} \\) m do \\( {10}{^-}{^8} \\) m), elektronów (długość fali wg. de Broglie \\( {10}{^-}{^1}{^0} \\) m) lub neutronów (długość fali w zakresie od \\( {10}{^-}{^1}{^4} \\) m (dla szybkich neutronów) do \\( {10}{^-}{^1}{^0} \\) m (dla termicznych neutronów) do \\( {10}{^-}{^8} \\) m (dla skrajnie zimnych neutronów)) na atomach (rozmiary rzędu \\( {10}{^-}{^1}{^0} \\) m na \\( {10}{^-}{^1}{^0} \\) m) kryształu, które są ułożone w sposób identyczny i uporządkowany powtarzający się we wszystkich trzech wymiarach w przestrzeni [1], [2].",
"Generowane promienie (np. rentgenowskie przez lampę katodową) jest filtrowane w celu wytworzenia promieniowania monochromatycznego, kolimowane w celu koncentracji i kierowane w kierunku badanego materiału. Wiązka promieniowania padającego uderzając w badany materiał napotyka na swej drodze uporządkowaną i powtarzającą się we wszystkich trzech wymiarach w przestrzeni sieć atomów/cząsteczek, której rozstaw zachowuje się jak siatka dyfrakcyjna. Na tej sieci, w zależności od współczynnika pochłaniania badanego materiału i długości fali wiązki padającej, wiązka może tracić częściowo energię w wyniku absorbcji energii przez elektrony atomów badanego materiału lub ulegać rozproszeniu na każdym atomie dając wiele wiązek rozproszonych. Kierunki możliwych dyfrakcji zależą od wielkości i kształtu komórki elementarnej materiału, a intensywność fal ugiętych zależy od rodzaju i rozmieszczenia atomów w krysztale. Promieniowanie rozproszone, którego długość fali różni się od długości fali promieniowania padającego, jest rozpraszaniem niespójnym i wnosi wkład do tła rozproszonego obserwowanego wzoru dyfrakcyjnego. Najczęściej jednak dochodzi do rozpraszania bez zmiany długości fali (rozpraszanie spójne). Wiązka rozproszona ma różne fazy, ponieważ odległość przebyta przez wiązkę zależy od płaszczyzny odbicia, co zostało pokazane na Rys. 1, gdzie odległość A, B, C jest mniejsza niż D, E, F, w wyniku czego powstaje różnica faz w odbitej wiązce. W przypadku, gdy fale ugięte są w fazie, fale spójnie rozproszone na atomach z sąsiednich płaszczyznach ulegają konstruktywnej interferencji i następuje wzrost intensywności (wzmocnienie). Natomiast dla fal rozproszonych będących poza fazą dochodzi do destrukcyjnej interferencji (wygaszania). Prawo Bragga opisuje dyfrakcję promieni rentgenowskich na kryształach ( 1 ):",
"gdzie: \\( {d} \\) – oznacza odległość między płaszczyznami atomów, \\( {\\lambda} \\) – długość fali, \\( {n} \\) – liczba całkowita, która wynosi 1 dla odbicia pierwszego rzędu dla danego zbioru płaszczyzn atomowych.",
"Intensywności ugięcia są rejestrowane jako funkcja wektora rozpraszania \\( {q} \\), który jest powiązany z kątem rozpraszania \\( {2}{\\theta} \\) (kąt pomiędzy promieniowaniem padającym i ugiętym) zależnością ( 3 ):",
"Rozpraszanie przy \\( {q} \\) > \\( {5}{·}{10}{^-}{^1}{^1} \\) m ujawnia strukturę na poziomie atomów i cząsteczek ( \\( {d} \\) = \\( {10}{^-}{^1}{^1} \\) – \\( {10}{^-}{^9} \\) m), przy \\( {q} \\) w zakresie od \\( {10}{^-}{^1}{^3} \\) do \\( {10}{^-}{^1}{^1} \\) m rozpraszanie ujawnia strukturę wynikającą z tworzenia agregatów atomów i cząsteczek ( \\( {d} \\) w zakresie 10 – 100 nm), a przy \\( {q} \\) < \\( {10}{^-}{^1}{^3} \\) m ujawnia strukturę na poziomie struktur koloidalnych ( \\( {d} \\)∼0,5 μm). Najmniejsza skala długości, jaką można analizować to \\( \\cfrac{\\lambda}{2} \\) ( \\( {∼}{5}{·}{10}{^-}{^1}{^1} \\) m) i jest nazywana granicą dyfrakcji.",
"Polimery amorficzne nie mają uporządkowania dalekiego zasięgu, a ich wzór dyfrakcji nie pokazuje typowych serii prążków, które w sposób jednoznaczny mogłyby zidentyfikować badany materiał, lecz szerokie tło z pojedynczym lub kilkoma prążkami ( Rys. A ). Polimer krystaliczny daje dyfraktogram rentgenowski stanowiący odzwierciedlenie struktury kryształu (zgodnie z prawem Bragga) i zawiera indeksowane (opisujące orientację ściany (hkl) w sieci krystalicznej ( Rys. B ) prążki dyfrakcyjne o reprezentowanym wzorze pozycji, intensywności i szerokości ( Rys. B ). Niewiele jednak polimerów tworzy monokryształy. Zazwyczaj w jednej próbce polimeru występują wszystkie formy lub polimer jest polikrystaliczny, tzn. składa się z wielu drobnych krystalitów we wszystkich możliwych orientacjach zwanych polikrystalicznym agregatem lub proszkiem. Kiedy proszek z losowo zorientowanymi krystalitami zostanie umieszczony w wiązce promieniowania rentgenowskiego, wiązka ugnie się na wszystkich możliwych płaszczyznach (równoległych i równoodległych) międzyatomowych. Jeżeli kąt padania eksperymentalny jest systematycznie zmieniany, wszystkie możliwe prążki dyfrakcyjne z proszku zostaną wykryte.",
"Gdy monochromatyczna wiązka promieniowania rentgenowskiego uderza w próbkę obserwuje się:"
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 977 | Spektroskopia rentgenowska z dyspersją energii | [
"Spektroskopia rentgenowska z dyspersją energii (EDX lub EDS) polega na oddziaływaniu wiązki promieniowania rentgenowskiego (X) z badaną próbką. Promienie rentgenowskie (fala elektromagnetyczna o długości λ od \\( {10}{^-}{^1}{^2} \\) m do \\( {10}{^-}{^8} \\) m) powstaje, gdy wysokoenergetyczne elektrony uderzają w próbkę złożoną z pierwiastków o dużej liczbie atomowej (np. z wolframu, żelaza, miedzi lub molibdenu) i oddziałują z nią nie sprężyście tracą swoją energię. To promienie rentgenowskie jest powszechnie nazywane „promieniowaniem hamującym” i obserwujemy go w postaci szerokiego pasma ciągłego ( Rys. B ). Jeżeli bombardujące elektrony mają wystarczającą energię kinetyczną to w wyniku oddziaływania nieelastycznego dochodzi do wybicia elektronów z wewnętrznych powłok elektronowych ( \\( {K} \\) lub \\( {L} \\)) atomów, z których zbudowana jest badana próbka, w wyniku czego powstają luki ( Rys A ). Luki po wybitych elektronach są zapełniane przez elektrony z wyższych powłok elektronowych atomu. Elektron przechodząc z wyższej powłoki do powłoki niższej emituje kwant promieniowania rentgenowskiego (o precyzyjnych wartościach energii określonych przez poziomy energii elektronów), który jest obserwowany w postaci linii \\( {K}{_\\alpha} \\), \\( {K}{_\\beta} \\), itd. Oznaczenia \\( {K} \\), \\( {L} \\), \\( {M} \\) i \\( {N} \\) odnoszą się do powłok elektronowych, z których elektrony zostały wybite, natomiast oznaczenia \\( {\\alpha} \\), \\( {\\beta} \\) i \\( {\\gamma} \\) odnoszą się do elektronów z wyższych powłok elektronowych, które zrekombinowały z lukami. Ponieważ każdy pierwiastek ma unikalną strukturę atomową (energię poziomów elektronowych) to promieniowanie emitowane tworzy unikalny i charakterystyczny zestaw pików (o ściśle określonych energiach) w widmie emisji elektromagnetycznej (Tabela na Rys. C ) podaje energie linii charakterystycznych dla wybranych pierwiastków), co pozwala na identyfikację pierwiastków obecnych w badanej próbce [1], [2] – ( Rys. D )."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 958 | Metoda rozpraszania światła | [
"Rozpraszanie światła przez makrocząsteczki jest techniką szeroko stosowaną do wyznaczania masy cząsteczkowej polimerów. Małe cząsteczki rozpraszają światło izotropowo, czyli natężenie światła jest identyczne we wszystkich kierunkach, tak dzieje się dla cząsteczek o średnicy ponad dwudziestokrotnie mniejszej od długości fali padającego światła (d < \\( \\lambda \\)/20). Cząsteczki takie określamy jako punktowe. Jeżeli jednak cząsteczka jest większa (d > \\( \\lambda \\)/20) pojawia się w niej więcej punktów rozpraszających światło i rejestrowane natężenie światła będzie zależało od kąta obserwacji. Debye [1], [2] opracował ogólną teorię rozpraszania światła przez roztwory polimerowe i wyraził ją w postaci zależności:",
"gdzie: \\( R_\\Theta \\) – współczynnik Rayleigha, określa energię promieniowania rozproszonego pod kątem \\( \\Theta \\) przez jednostkę objętości roztworu przechodzącego w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię, K – stała optyczna, charakterystyczna dla danego układu polimer–rozpuszczalnik, wyznacza się ją doświadczalnie z pomiarów współczynnika załamania światła dla różnych stężeń polimeru, \\( A_2 \\) – współczynnik wirialny.",
"Mierząc natężenie światła rozproszonego dla kilku stężeń roztworu polimeru otrzymuje się wykres w postaci linii prostej, z którego po ekstrapolacji do wartości stężenia równej zero, można wyznaczyć wagowo średnią masę cząsteczkową polimeru, co zobrazowano na rysunku poniżej:",
"Najprostszą techniką pomiarową jest RALS (ang. Right Angle Light Scattering – prawokątowe rozpraszanie światła), gdzie mierzony jest sygnał pod kątem 90 stopni przy założeniu, że jest on taki sam jak przy kącie 0 stopni. Często stosowaną techniką pomiarową jest MALS (ang. Multi Angle Light Scattering – wielokątowe rozpraszanie światła), w której wykorzystuje się całkowitą intensywność rozproszonego światła mierzoną przy wszystkich kątach pomiarowych instrumentu i ekstrapolacji do kąta 0 stopni. W przypadku cząsteczek większych niż 1/20 \\( \\lambda \\) należy dodatkowo wziąć pod uwagę zależność współczynnika Rayleigha od kąta rozpraszania wyrażoną poprzez funkcję rozpraszania:",
"gdzie: \\( R_\\Theta \\) – rzeczywiste natężenie promieniowania pod kątem \\( \\Theta \\), \\( R_0 \\) – natężenie promieniowania rozproszonego bez interferencji. Wprowadzając wielkość \\( P(\\Theta) \\) do równania Debye otrzymuje się równanie Zimma [3]:",
"Które dla kłębków polimerowych przyjmuje ostatecznie postać:",
"gdzie: S – stała powiązana z promieniem cząsteczki oraz długością fali światła. Wykreślając wykres Zimma – zależność \\( \\frac{Kc}{R_\\Theta} \\) względem \\( sin^2 \\frac{\\Theta}{2} + kc \\) gdzie k – odpowiednio dobrana stała (najczęściej k = 100) i ekstrapolując go do zera względem c oraz \\( \\Theta \\), wyznacza się masę cząsteczkową."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 976 | Metody spektroskopowe | [
"Metody spektroskopowe są szeroko stosowane w badaniach ilościowych i jakościowych polimerów. Wykorzystują one oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego ( Rys. 1 ) przedstawia zakres energii/długości fali promieniowania elektromagnetycznego) z badaną materią w celu uzyskania informacji szczegółowych na temat poziomów energetycznych cząsteczek, okresów życia stanów energetycznych i prawdopodobieństw przejść między stanami. Informacje te z kolei są wykorzystywane w badaniach budowy chemicznej, struktury, taktyczności, czy konformacji polimeru oraz do monitorowania zmian tych właściwości w następstwie zaburzeń zewnętrznych (np. naprężenia mechanicznego, obróbki cieplnej, czy napromieniowania). Do ważnych zalet metod spektroskopowych należy ich niedestrukcyjny charakter i szybki sposób dostarczania informacji na poziomie cząsteczkowym.",
"Metody spektroskopowe rozróżnia się na podstawie energii przejść pomiędzy stanami energetycznymi cząsteczki. Rys. 2 przedstawia diagram Jabłońskiego, który schematycznie ilustruje rozmieszczenie poziomów energetycznych cząsteczki i możliwe przejścia między nimi. Absorpcja promieniowania o energii dopasowanej do różnicy poziomów energetycznych w cząsteczce prowadzi do wzbudzenia jej elektronu ze stanu podstawowego singletowego ( \\( {S}{_0} \\), \\( {S} \\) – spiny elektronów są przeciwległe) do wyższego singletowego stanu elektronowego ( \\( {S}{_n} \\)). Ponieważ, każdemu wzbudzonemu poziomowi singletowemu odpowiada stan elektronowy trypletowy ( \\( {T}{_n} \\), \\( {T} \\) – spiny elektronów są równoległe) przejścia obserwuje się do dowolnego stanu wzbudzonego, tj. \\( {S}{_0}{\\rightarrow}{S}{_n} \\) i \\( {T}{_0}{\\rightarrow}{T}{_n} \\), lub przejściowego cząsteczki. Relaksacja elektronu ze stanu wzbudzonego \\( {S}{_n} \\) do stanu podstawowego \\( {S}{_0} \\) i towarzysząca jej emisja promieniowania daje widmo fluorescencji ( \\( {S}{_1}{ \\rightarrow }{S}{_0} \\)) lub fosforescencji ( \\( {T}{_1}{ \\rightarrow }{S}{_0} \\)). Oddziaływanie fotonów padającego promieniowania elektromagnetycznego o energii nie pasującej do poziomów energetycznych cząsteczki prowadzi do wzbudzenia cząsteczki do tzw. stanu wirtualnego. Po wzbudzeniu, cząsteczka powracając na ten sam poziom energetyczny (wyjściowy) daje klasyczny efekt rozproszenia Rayleigha. Natomiast, gdy relaksująca cząsteczka przenosi się na wyższy poziom oscylacyjny aniżeli wyjściowy poziom oscylacyjny to rozproszony foton ma energię mniejszą o różnicę energii poziomów oscylacyjnych ( \\( {h}{\\nu}{ – }{h}{\\nu}{_0} \\)) i obserwuje się stokesowskie rozproszanie Ramana. W sytuacji, gdy przed oddziaływaniem z promieniowaniem elektromagnetycznym cząsteczka znajdowała się na wzbudzonym poziomie oscylacyjnym, jej relaksacja przenosi ją na podstawowy poziom oscylacyjny i jest rozpraszany foton o energii większej od energii fotonu wzbudzającego o różnicę energii poziomów oscylacyjnych ( \\( {h}{\\nu}{ + }{h}{\\nu}{_0} \\)) dając antystokesowskie rozpraszanie Ramana, które obserwujemy po przeciwnej stronie pasma Rayleya w stosunku do rozpraszania stokesowskiego. Ze względu na to, że zdecydowanie większa liczba cząsteczek znajduje się na podstawowym stanie oscylacyjnym ( \\( {\\nu}{_0} \\)), intensywność rozpraszania stokesowskiego jest znacznie wyższa aniżeli intensywność rozpraszania antystokesowskiego. Oprócz przejść promienistych zachodzą również procesy bezpromieniste, takie jak: konwersja wewnętrzna ( \\( {S}{_n}{ \\rightarrow}{S}{_n}{_-}{_1} \\)) i przejścia międzysystemowe ( \\( {S}{_n}{ \\rightarrow}{T}{_n} \\) i \\( {T}{_n}{ \\rightarrow}{S}{_n}{_-}{_1} \\))."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 980 | Spektrometria mas | [
"Spektrometria mas (MS) wykorzystuje zjawisko tworzenia się jonów próbki w fazie gazowej ( \\( M \\)) i polega na wyznaczeniu stosunku masy danego jonu do jego ładunku ( \\( {m}{/}{z} \\)) podając wykres liczebności jonów w funkcji ( \\( {m}{/}{z} \\)) (widmo masowe). Dokładna wartość \\( {m}{/}{z} \\) wskazuje na skład pierwiastkowy jonu, dzięki czemu jest możliwa analiza składu badanej próbki. W zależności od zastosowanej metody jonizacji, próbka jest przekształcana w jony molekularne, pseudomolekularne i fragmentacyjne. Jony molekularne to najczęściej kationy rodnikowe ( \\( {M}{^+}{^•} \\)) utworzone przez usunięcie elektronów z próbki (jony o masie równej masie cząsteczkowej związku z dokładnością do masy elektronu). Wprowadzanie elektronów do próbki w celu uzyskania jonów \\( {M}{^–}{^•} \\) jest stosowane sporadycznie i tylko w przypadku próbek elektroujemnych. Jony pseudomolekularne mogą być dodatnie lub ujemne, jak np. \\( {[M + H]}{^+} \\), \\( {[M – H]}{^–} \\), \\( {[M + Na]}{^+} \\) i \\( {[M + Cl]}{^–} \\) i powstają poprzez dodanie jonów \\( {H}{^+} \\), \\( {Na}{^+} \\) i \\( {Cl}{^–} \\) lub odłączenie jonu \\( {H}{^–} \\) z badanej cząsteczki. Metody jonizacji „miękkiej” generują głównie jony molekularne lub pseudomolekularne podczas gdy metody jonizacji „twardej” tworzą również jony fragmentacyjne.",
"Rys. 1 przedstawia przykładowe widma masowe poli(dimetylosiloksanu) i oktametylocyklotetrasiloksanu [1]. Analiza widm pokazuje, iż oba polisiloksany mają identyczne jony, ale intensywności niektórych jonów są różne. Jest to ważna informacja, ponieważ spotyka się często sytuacje, w których dwie lub więcej cząsteczek zawiera te same pierwiastki i cząsteczki, które nie mogą zostać rozróżnione w oparciu o jony fragmentacyjne, ale mogą zostać rozróżnione dzięki zależności pomiędzy intensywnościami pików dla niektórych z ich jonów. Na przykład, stosunki intensywności dla jonów przy \\( {m}{/}{z} \\) = 89 (jon \\( {S}{i}{C}{_3}{H}{_9}{O}{^¯} \\)) i 91 (jon \\( {S}{i}{C}{_2}{H}{_7}{O}{_2}{^¯} \\)) oraz 163 (jon \\( {S}{i}{_2}{C}{_4}{H}{_1}{_3}{O}{_2}{^¯} \\)) i 165 (jon \\( {S}{i}{_2}{C}{_4}{H}{_1}{_3}{O}{_3}{^¯} \\)) są odwrócone. Ta różnica jest odzwierciedleniem dużej zawartości \\( {S}{i}{(}{C}{H}{_3}{)}{_3} \\) w poli(dimetylosiloksanie) i braku \\( {S}{i}{(}{C}{H}{_3}{)}{_3} \\) w cyklosiloksanie.",
"Metody spektrometrii mas są często stosowane w analizie polimerów ze względu na ich wysoką czułość (<10 – 15 moli), selektywność (analiza mniejszych składników mieszaniny), specyficzność (dokładna masa i wzorce fragmentacji służą za odcisk palca) i szybkość (uzyskanie danych jest możliwe w ciągu kilku sekund). W zależności od stanu skupienia analizowanej próbki i metody jonizacji [2], [3], [4] wyróżnia się różne techniki MS, np.:",
"Materiały lotne na ogół są jonizowane w wyniku oddziaływania ich oparów z elektronami, jonami lub silnym polem elektrycznym (metoda stosowana do jonizacji monomerów i oligomerów o małej masie). Silne pola elektryczne mogą również jonizować materiały nielotne. Jony związków nielotnych i nietrwałych termicznie mogą być desorbowane do fazy gazowej także poprzez bombardowanie odpowiednio przygotowanej próbki szybkimi atomami, jonami lub fotonami emitowanymi przez lasery oraz poprzez szybkie ogrzewanie. Alternatywnie, ciekłe roztwory można bezpośrednio przekształcić w jony w fazie gazowej za pomocą technik rozpylania.",
"W przypadku metody jonizacji chemicznej (CI – Chemical Ionisation), próbkę i duży nadmiar (około 10 \\( {^3} \\) krotny) gazu buforowego ( \\( {R}{H} \\)) wprowadza się jednocześnie do źródła jonizującego. Próbka w stanie gazowym jest jonizowana (równania ( 3 ) – przeniesienie protonu i ( 4 ) – addycja elektrofilowa) w wyniku reakcji cząsteczek RH z jonami gazu buforowego ( \\( {R}{H}{^+}{^•} \\)) (równanie ( 2 ) – tworzenie jonu reagującego) powstałymi w wyniku jonizacji elektronowej.",
"W przypadku jonizacji polem elektrycznym (FI – Field Ionisation), próbka w stanie gazowym zbliża się do powierzchni anody o dużej krzywiźnie i o wysokim potencjale dodatnim, który jest odpowiedzialny za silne pole w pobliżu powierzchni anody (rzędu 10 \\( {^7} \\) V/cm). Pod wpływem tego pola, zachodzi tunelowanie kwantowe elektronu walencyjnego z próbki do powierzchni anody prowadzące do utworzenia \\( {M}{^+}{^•} \\). Jony \\( {[M + H]}{^+} \\) mogą również zostać utworzone w przypadku próbek polarnych poprzez oderwanie wodoru z powierzchni anody lub jej pobliża. Jony molekularne wytwarzane metodą FI mają niższe energie wewnętrzne niż te wytwarzane przez EI, a zatem ich zdolność do fragmentacji próbki jest mniejsza. Czasy przebywania jonów w źródłach FI i EI wynoszą odpowiednio około 10 \\( {^–}{^1}{^2} \\) s i 10 \\( {^–}{^6} \\) s. Krótszy czas przebywania jonów próbki w źródle FI eliminuje lub zmniejsza zakres przegrupowań, dzięki czemu np. izomery dające bardzo podobne widma EI można rozróżnić na podstawie ich widm FI.",
"W metodzie jonizacji przez desorpcję polem (FD – Field Desorption) próbka nie jest odparowywana do stanu gazowego, ale jest osadzana bezpośrednio na powierzchni emitera, która przenosi silne pole. W metodzie tej nie mam zatem konieczności ogrzewania emitera lub ogrzewa się go tylko łagodnie w celu desorpcji \\( {M}{^+}{^•} \\) lub \\( {[M + H]}{^+} \\). Aby utworzyć inne rodzaje jonów pseudomolekularnych, np. \\( {[M + Na]}{^+} \\) lub \\( {[M + K]}{^+} \\), do próbki dodaje się sole metali. Desorpcja polem prowadzi do mniej wzbudzonych jonów i często produkuje tylko jony molekularne lub pseudomolekularne, co ułatwia analizę składu. FD jest z powodzeniem stosowana do polimerów o masie cząsteczkowej do około 10 000 Da i polimerów węglowodorowych bez grup funkcyjnych, które są trudne do jonizacji innymi metodami.",
"W metodzie jonizacji laserem wspomaganej matrycą\t(MALDI — Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization) próbka jest równomiernie mieszana z dużą ilością matrycy, którą stanowią lotne małocząsteczkowe związki organiczne silnie pochłaniające promieniowanie z zakresu UV lub IR i przekształcające je w energię cieplną. Najczęściej jonizację i desorpcję próbki dokonuje się za pomocą lasera azotowego emitującego długość 337 nm lub lasera CO \\( {_2} \\) ( \\( {\\lambda} \\) = 9.4 i 10.6 μm). W wyniku naświetlania, nałożona na płytkę metalową niewielka część górnej zewnętrznej powierzchni matrycy (do 100 nm) nagrzewa się w ciągu kilku nanosekund i wraz z próbką odparowuje ułatwiając protonację/deprotonację cząsteczek próbki poprzez szereg procesów, takich jak ablacja i jonizacja prowadząca głównie do tworzenia pojedynczo naładowanych jonów ( \\( {[M + H]}{^+} \\) i \\( {[M – H]}{^–} \\)), co pozwala na łatwą identyfikację związków w mieszaninie. Metoda ta jest stosowana z powodzeniem do badań polimerów o masie cząsteczkowej w zakresie 500 – 1 000 000 Da.",
"Metoda jonizacji przez rozpylanie w polu elektrycznym (ESI — Electrospray Ionization) wymaga, aby analizowana próbka (o masie w zakresie 50 – 80 000 Da) była rozpuszczalna w rozpuszczalniku, który można elektrorozpylać, albowiem energia elektryczna jest wykorzystywana do wspomagania przeniesienie jonów próbki z roztworu do fazy gazowej, które obejmuje trzy etapy. W pierwszym etapie, ciągły strumień próbki jest przepuszczany przez kapilarę ze stali nierdzewnej lub krzemionki kwarcowej, która jest utrzymywana pod wysokim napięciem (np. 2.5 – 6.0 kV) w stosunku do ścianki komory. Generowana jest mgiełka silnie naładowanych kropelek o tej samej polaryzacji, co napięcie kapilarne. K kolejnym etapie, naładowane krople, generowane na wyjściu z elektrorozpylacza, przechodzą w dół gradientu ciśnienia i gradientu potencjału w kierunku obszaru analizatora spektrometru mas. Przy pomocy podwyższonej temperatury źródła ESI i / lub strumienia gazu suszącego (np. azotu) wielkość naładowanych kropelek jest stale zmniejszana przez odparowanie rozpuszczalnika, co prowadzi do zwiększenia gęstości ładunku powierzchniowego i zmniejszenia promienia kropli. Wreszcie, natężenie pola elektrycznego w naładowanej kropli osiąga punkt krytyczny, w którym wielokrotnie naładowane jony ( \\( {[M + zH]}{^z}{^+} \\), \\( {[M + (z+1)H]}{^(}{^z}{^+}{^1}{^)}{^+} \\), itd.) z powierzchni kropelek zostają wyrzucone do fazy gazowej.",
"Jonizacja wysokoenergetycznymi atomami (FAB — Fast Atom Bombardment) to metoda miękkiej jonizacji dobrze nadająca się do oznaczania dużych cząsteczek polarnych i termicznie nietrwałych. Próbkę rozpuszcza się w glicerolu, tioglicerolu lub innym nielotnym materiale, czyli w tzw. matrycy FAB, którą następnie wprowadza się do obszaru wysokiej próżni instrumentu. W obszarze tym, próbka jest wystawiana na działanie wiązki wysokoenergetycznych atomów ksenonu (Xe) lub argonu (Ar), co powoduje wyrzucenie i jonizację cząsteczek ( \\( {[M + H]}{^n}{^+} \\) lub \\( {[M + H]}{^n}{^–} \\)) z powierzchni matrycy. Przy użyciu tej techniki jonizacji można badać próbki do masy około 6 000 Da.",
"Technika, w której próbka ulega bezpośredniej jonizacji (równanie ( 5 ) ) jest nazywana bezpośrednią APPI. W technice tej niektóre próbki ulegają fotojonizacji w niewielkim stopniu. W celu znacznego zwiększenia liczby generowanych jonów (najczęściej poprzez wymianę ładunku lub transfer protonów) dodaje się jednej lub kilku odpowiednich substancji (domieszek ( \\( {D} \\)) - substancji o potencjale jonizacji niższym niż energia fotonu emitowanego przez źródło światła i niskim powinowactwie do protonu) – mówimy wówczas o technice APPI wspomaganej domieszką (DA-APPI). Początkowo domieszka ulega jonizacji pod wpływem fotonów (równanie ( 7 ) ). Zjonizowane jony domieszki ( \\( {D}{^+} \\)) mogą wymieniać ładunek bezpośrednio z próbką tworząc \\( {M}{^+} \\) (równanie ( 8 ) ) lub przenosić uzyskany ładunek dodatni do rozpuszczalnika (równanie ( 9 ) ), który z kolei przenosi protony do próbki tworząc \\( {[M + H]}{^+} \\) (równanie ( 10 ) ), które dostają się do spektrometru mas.",
"Metoda jonizacji przez plazmę sprzężoną indukcyjnie (ICP – Inductively Coupled Plasma) opiera się na jonizacji próbki przez ekstremalnie gorącą plazmę, zwykle wytwarzaną z argonu, który przepływa przez palnik ładowany za pomocą cewki elektromagnetycznej i zapalany za pomocą jednostki Tesli, która wytwarza łuk szybkiego wyładowania przez przepływ argonu. W metodzie tej, elektrony przyspieszane zderzają się z atomami argonu, w wyniku czego atom argonu wyrzuca jeden ze swoich elektronów. Uwolnione elektrony są następnie przyspieszane przez szybko zmieniające się pole magnetyczne jednostki elektromagnetycznej. System działa, aż szybkość uwalniania elektronów zostanie zrównoważona przez szybkość rekombinacji elektronów z powstającymi jonami argonu. To generuje „kulę ognia”, która składa się głównie z atomów argonu z niewielkim procentem wolnych elektronów i jonów argonu. Przez środek plazmy przepływa gaz tworzący kanał, który jest zimniejszy niż sąsiednia plazma, ale wciąż znacznie cieplejszy niż płomień chemiczny. Próbka jest wprowadzana do kanału w postaci mgiełki (przy wykorzystaniu nebulizatora) i jonizowana."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 974 | Spektroskopia oscylacyjna | [
"Spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni (IR) bada oddziaływanie promieniowania z zakresu podczerwieni (bliskiej podczerwieni (NIR, długość fali 0.7 – 2.5 μm, energia 14000 – 4000 cm \\( {^−}{^1} \\)); środkowej podczerwieni (MIR, 2.5 – 25 μm, 4000 – 400 cm \\( {^−}{^1} \\)) i dalekiej podczerwieni (FIR, 25 – 1000 μm, 400 – 10 cm \\( {^−}{^1} \\))) widma elektromagnetycznego z badaną materią, podczas gdy spektroskopia efektu rozpraszania Ramana (RS) (nieelastyczne rozpraszanie światła na badanej materii zachodzące pod wpływem naświetlania światłem monochromatycznym) bada oddziaływanie promieniowania z zakresu widzialnego (380 – 780 nm) widma elektromagnetycznego z badaną materią. Promieniowanie w zakresie NIR wzbudza nadtony lub drgania kombinacyjne cząsteczek. Promieniowanie w zakresie MIR wzbudza podstawowe drgania normalne cząsteczki. Promieniowanie z obszaru FIR wzbudza niskoczęstościowe drgania cząsteczki lub jest wykorzystywane w spektroskopii rotacyjnej. Dodatkowo promieniowanie o energii odpowiadającej zakresowi liczb falowych 2 – 130 cm \\( {^−}{^1} \\) (obszar terahercowy) wzbudza drgania międzycząsteczkowe. Natomiast promieniowanie z zakresu Vis wzbudza drgania normalne, nadtony i drgania kombinacyjne cząsteczki.",
"Zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga wszystkie atomy w cząsteczce znajdują się w ciągłym ruchu. Cząsteczka jako całość porusza się ruchem postępowym (translacyjnym; przemieszczenie się całej cząsteczki) i obrotowym (obrót cząsteczki względem osi własnej), podczas gdy każdy atom w cząsteczce drga względem położenia równowagowego, co opisuje się za pomocą drgań normalnych.",
"Drgania normalne powodują zmiany w długości wiązań lub zmiany w kątach pomiędzy wiązaniami chemicznymi. Do drgań zmieniających długości wiązań zalicza się zachodzące w płaszczyźnie drgania rozciągające symetryczne ( \\( {\\nu}{_s}{_y}{_m} \\)) i antysymetryczne ( \\( {\\nu}{_a}{_n}{_t}{_y}{_s}{_y}{_m} \\)). Do drgań zmieniających kąty między wiązaniami należą: drgania zginające w płaszczyźnie (wahadłowe, \\( {\\rho}{_r} \\)), drgania nożycowe w płaszczyźnie ( \\( {\\rho}{_b} \\)), drgania zginające poza płaszczyznę (wachlarzowe, \\( {\\rho}{_w} \\), i skręcające, \\( {\\rho}{_{\\tau}} \\)).",
"Jak wynika z równania ( 1 ), częstość drgań cząsteczki zależy od stałych siłowych wiązań i mas atomowych, a zatem przejścia pomiędzy poziomami elektronowo-oscylacyjnymi cząsteczki stanowią „odcisk palca struktury”, który jest charakterystyczny dla grup chemicznych obecnych w polimerze, np. glikolu etylenowego w poli(glikolu etylenowym) (zob. Rys. 1 ) [1], [2]. Ponieważ częstości drgań są wrażliwe na obecność i rodzaj sąsiednich grup chemicznych, na podstawie widm oscylacyjnych uzyskuje się informacje na temat lokalnego środowiska.",
"Przejścia oscylacyjne (przejścia między stanami elektronowo-oscylacyjnymi) dostępne dla spektroskopii IR podlegają zasadzie wyboru, zgodnie z którą musi nastąpić zmiana momentu dipolowego podczas drgań cząsteczki. Dlatego np. drgania symetryczne, w czasie których nie następuje zmiana momentu dipolowego, a następuje zmiana polaryzowalności cząsteczki, są wykrywane tylko metodą RS ( Rys. 2 ). Grupy polarne, takie jak: grupa karbonylowa ( \\( {>}{C}{=}{O} \\)), hydroksylowa ( \\( {–}{O}{H} \\)), czy aminowa ( \\( {–}{N}{H}{_2} \\)) ze względu na dużą zmianę momentu dipolowego w stanie podstawowym wykazują silne pochłanianie promieniowania IR przy charakterystycznych częstościach. Natomiast grupy niepolarne, takie jak: \\( {C}{–}{C} \\), \\( {C}{=}{C} \\) czy \\( {C}{≡}{C} \\) ze względu na dużą zmianę polaryzowalności w stanie podstawowym wykazują silne rozpraszanie Ramana przy charakterystycznych częstościach. Rys. 2 podaje zakres występowania drgań charakterystycznych grup atomów.",
"Na podstawie widm oscylacyjnych można uzyskać informacje na temat:"
] | [
{
"name": "Definicja 1: Drgania normalne (własne) cząsteczki",
"content": " to okresowy ruch atomów cząsteczki względem siebie w czasie, którego środek ciężkości cząsteczki pozostaje niezmieniony i który jest opisywany za pomocą oscylatora harmonicznego ( 1 ):\n\n\t\t\t\t\t(1)\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\\( {F}{=}{–}{k}{·}{Q} \\)\n\ngdzie: \\( {k} \\) – oznacza stałą siłową, a \\( {Q}{ =} {A}{·}{ cos}{(}{2}{\\pi}{⋅}{\\nu}{·}{t}{)} \\) i \\( {\\nu}{=}\\cfrac{1}{2\\pi}{√}\\cfrac{k}{{\\mu}{_z}{_r}{_e}{_d}} \\),\nA – jest maksymalną amplitudą współrzędnej drgań \\( {Q} \\),\n \\( {μ}{_z}{_r}{_e}{_d} \\) – masą zredukowaną i \\( {\\nu} \\) – częstością drgania.\n\nCząsteczka nieliniowa zawierająca N atomów ma 3N – 6 drgań normalnych, a cząsteczka liniowa ma 3N – 5 drgań normalnych."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 975 | Spektroskopia absorpcyjna UV-VIS | [
"Absorpcja promieniowania elektromagnetycznego z zakresu bliskiego ultrafioletu (UV) i obszaru widzialnego (VIS) w spektroskopii absorpcyjnej UV-VIS) jest związana z przejściami elektronów ( \\( {n}{\\rightarrow}{\\pi}{^*} \\) i \\( {\\pi}{\\rightarrow}{\\pi}{^*} \\)) pomiędzy poziomami elektronowymi cząsteczki. Dzieje się tak, ponieważ zdecydowana większość polimerów zbudowana jest z monomerów organicznych powstałych przez utworzenie pomiędzy atomami wiązań kowalencyjnych \\( {\\sigma} \\) (opisywanych za pomocą orbitali cząsteczkowych powstałych w wyniku czołowego nakładania się orbitali atomowych) i \\( {\\pi} \\) (opisywanych za pomocą orbitali cząsteczkowych powstałych w wyniku bocznego nakładania się orbitali atomowych typu p) wiążących ( \\( {\\sigma} \\) i \\( {\\pi} \\), o niższej energii niż energia orbitali atomowych) i antywiążących ( \\( {\\sigma}{^*} \\) i \\( {\\pi}{^*} \\), o energii wyższej niż e nergia orbitali atomowych) (zob. typy orbitali molekularnych ). W cząsteczkach organicznych różnica energii pomiędzy orbitalami \\( {\\sigma} \\) i \\( {\\sigma}{^*} \\) jest duża i wymaga długości fal <200 nm w celu przeniesienia elektronu pomiędzy tymi orbitalami. Natomiast orbitale \\( {\\pi} \\) i \\( {\\pi}{^*} \\) (wiązania podwójne) są mniej odległe od siebie, w rezultacie czego elektrony są przenoszone łatwiej między nimi ( \\( {\\pi}{\\rightarrow}{\\pi}{^*} \\)). Elektrony na orbitalach cząsteczkowych niewiążących są jeszcze łatwiej przenoszone w wyniku przejścia \\( {n}{\\rightarrow}{\\pi}{^*} \\), gdyż różnica energii między tymi orbitalami jest jeszcze mniejsza. Ogólnie, długość fali promieniowania związana z danym przejściem ujawnia się jako wartość maksymalna absorpcji ( \\( {\\lambda}{_m}{_a}{_x} \\)) w widmie UV-VIS.",
"Polimery nie zawierające wiązań podwójnych w swej strukturze lub zawierające tylko jedno wiązanie podwójne nie absorbują promieniowania z zakresu bliskiego ultrafioletu (UV) i obszaru widzialnego (VIS) widma elektromagnetycznego. Polimery zawierające sprzężone wiązania podwójne absorbują promieniowanie, a im większa jest liczba sprzężonych wiązań podwójnych, tym maksimum absorpcji przesuwa się w stronę fal dłuższych (np. \\( {\\lambda}{_m}{_a}{_x} \\) = 220 nm dla 1,3-butadienu ( \\( CH{_2}=CH–CH=CH{_2} \\)) – monomeru polibutadienu, który zawiera dwa sprzężone wiązanie podwójne i \\( {\\lambda}{_m}{_a}{_x} \\) = 550 nm dla poliacetylenu ( \\( –[CH=CH]{_n}– \\)), którego szkielet zawiera układ sprzężonych wiązań podwójnych) i w widmie pojawia się więcej maksimów absorpcyjnych ( Rys. 1 ). Z tego, powodu większość sprzężonych polimerów wykazuje absorpcję w zakresie widzialnym. Polimery zawierające w swej strukturze pierścień aromatyczny (np. polistyren) lub heteroaromatyczny (np. poli(3-metylotiofen) absorbują promieniowanie z zakresu UV widma elektromagnetycznego, gdyż w tym zakresie promieniowania obserwowane są przejścia \\( {n}{\\rightarrow}{\\pi}{^*} \\) dla tych pierścieni. Przykłady widm UV-VIS wybranych monomerów przedstawia Rys. 1. Jak wynika z rysunku, styren wykazuje maksimum absorpcji przy \\( {\\lambda}{_m}{_a}{_x} \\) = 242 nm, benzen przy \\( {\\lambda}{_m}{_a}{_x} \\) = 178 nm, a 3-metylotiofen przy \\( {\\lambda}{_m}{_a}{_x} \\) = 232 nm. Natomiast, metakrylan metylu, który jest nienasyconym sprzężonym ketonem, wykazuje dwa maksima absorpcyjne przy \\( {\\lambda}{_m}{_a}{_x} \\) = 232 nm (odpowiadające przejściu elektronów p) i \\( {\\lambda}{_m}{_a}{_x} \\) = 330 nm (odpowiadające przejściu niezwiązanych elektronów na atomie tlenu grupy karbonylowej). Położenie maksimum absorpcyjnego jest stałą charakterystyczną konkretnej struktury cząsteczkowej [1], [2], [3].",
"Intensywność pasma absorpcyjnego, która zależy od struktury cząsteczkowej i liczby cząsteczek absorbujących promieniowanie, wyraża się ilościowo za pomocą prawa Lamberta-Beera ( 1 ):",
"gdzie: \\( {\\epsilon} \\) oznacza współczynnik ekstynkcji, \\( {c} \\) – stężenie roztworu w mol/L i \\( {l} \\) – szerokość próbki, przez którą przechodzi światło w cm.",
"Ze względu na czułość metody UV-VIS (< 10-5 mol/L), widma UV-VIS pozwalają określić strukturę chemiczną, konformację polimeru, czy zidentyfikować zanieczyszczenia w polimerach, takie jak: pozostałości monomerów, inhibitory, przeciwutleniacze itd."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 981 | Spektroskopia fluorescencyjna | [
"Badania metodą spektroskopii fluorescencyjnej (spektrofluorymetria) dostarczają cennych informacji na temat dynamiki łańcuchów polimeru (fluorescencja ekscymerowa), granicy faz i dyspersji polimeru (rezonansowy transfer energii Förstera, FRET), procesów transportu, czy degradacji polimerów oraz zjawiska zmiękczania naprężeń w wypełnionych elastomerach, znanego jako efekt Mullinsa i charakteryzującego się wyraźnym obniżeniem naprężenia przy drugim rozciąganiu materiału po zwolnieniu pierwszego obciążenia.",
"Metoda ta wymaga włączenia do polimeru sondy fluorescencyjnej (chromoforu, barwnika) używanej w bardzo niskich stężeniach. Rys. 1 przedstawia przykładowe chromofory. Chromofor dobiera się tak, aby poprzez zmianę jego widma emisyjnego (np. zależność intensywności fluorescencji od temperatury) można było wykrywać zmiany w jego bezpośrednim otoczeniu."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Chromofor",
"content": "to atom, jon, fragment cząsteczki lub cząsteczka, która odpowiada za kolor. To znaczy, chromofor absorbuje promieniowanie z zakresu widzialnego (380 – 780 nm) widma elektromagnetycznego o tych długościach fali, które odpowiadają przejściom elektronów pomiędzy jego poziomami elektronowymi, a odbija lub przepuszcza promieniowanie elektromagnetyczne o innej długości fali, które obserwuje się w postaci określonej barwy."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 979 | Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego | [
"Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) to metoda spektroskopowa stosowana w:",
"Jądra atomowe są naładowane dodatnio i wykonują ruch obrotowy wokół własnej osi (określany jako spin ( \\( {s} \\))) generując pole elektromagnetyczne. NMR wykorzystuje ten fakt. Niektóre jądra mają spin całkowity (np. \\( {s} \\) = 1, 2, 3 ....), inne mają spin ułamkowy (np. \\( {s} \\) = \\( \\cfrac{1}{2} \\), \\( \\cfrac{3}{2}, \\) \\( \\cfrac{5}{2} \\) ....), a jeszcze inne mają spin równy 0 (np. \\( {^1}{^2}{C} \\), \\( {^1}{^6}{O} \\), \\( {^3}{^2}{S} \\)). Spin \\( {s} \\) = \\( \\cfrac{1}{2} \\) mają praktycznie wszystkie atomy o nieparzystej liczbie nukleonów (np. wodór \\( {^1}{H} \\), węgiel \\( {^1}{^3}{C} \\), azot \\( {^1}{^5}{N} \\), tlen \\( {^1}{^7}{O} \\), fluor \\( {^1}{^9}{F} \\) czy fosfor \\( {^3}{^1}{P} \\)) i dlatego chętnie są wykorzystywane w NMR, szczególnie \\( {^1}{H} \\). W przypadku braku zewnętrznego pola magnetycznego kierunek wirowania jąder jest zorientowany losowo. W obecności zewnętrznego pola magnetycznego ( \\( {B}{_0} \\), najczęściej 2.35 T), jądro obdarzone spinem o wartości \\( \\cfrac{1}{2} \\), przyjmie jedną z dwóch pozycji względem dowolnego kierunku, tzn. położenie zgodne ze zwrotem wektora indukcji pola magnetycznego ( \\( {s} \\) = \\( {+}\\cfrac{1}{2} \\) lub \\( \\alpha \\)) lub położenie przeciwne do zwrotu wektora indukcji pola magnetycznego ( \\( {s} \\) = \\( {–}\\cfrac{1}{2} \\) lub \\( \\beta \\) ) (zob. Rys. 1 ). Jeżeli jądro wykazuje niezerowy moment magnetyczny (np. \\( {^1}{H} \\) μ = 2.7927, \\( {^1}{^9}{F} \\) μ = 2.6273, \\( {^3}{^1}{P} \\) μ = 1.1305 czy \\( {^1}{^3}{C} \\) μ = 0.7022) to energia w tych stanach jest różna ( \\( {s = +}\\cfrac{1}{2} \\) – stan o energii niższej i \\( {s = –}\\cfrac{1}{2} \\) – stan o energii wyższej). Różnica energii między tymi dwoma stanami spinu zależy od natężenia zewnętrznego pola magnetycznego zgodnie z równaniem ( 1 ):",
"(gdzie: \\( {h} \\) – stała Plancka wynosząca 6.62⋅10 \\( {^–}{^3}{^4} \\) Js) i jest zawsze bardzo mała (mniejsza niż 0.1 cal/mol (dla porównania przejścia w podczerwieni wymagają od 1 do 10 kcal/mol, a energia przejść elektronowych jest prawie 100 razy większa). W temperaturze pokojowej, w stanie równowagi termodynamicznej, prawdopodobieństwo zajęcia stanu o niższej energii jest nieznacznie wyższe (ok. 1 na 100 000). W zewnętrznym silnym polu magnetycznym (1 – 20 T), jest możliwe przejście pomiędzy stanem niższym i wyższym (jądra pochłoną energię i „odwracają spin”, aby ustawić się w kierunku przeciwnym do pola, czyli wyższego stanu energii), które odbywa się przy długości padającej fali elektromagnetycznej odpowiadającej częstotliwościom radiowym (20 – 900 MHz). Kiedy spin powraca do swojego stanu podstawowego, energia jest emitowana przy tej samej częstotliwości. Sygnał przejścia (czyli dokładna częstotliwość rezonansowa energii przejścia ( \\( \\nu \\)) podawana w MHz) jest mierzony w celu uzyskania widma NMR dla danego jądra [1], [2], [3].",
"Położenie sygnałów rezonansowych w NMR zależy od natężenia zewnętrznego pola magnetycznego i częstotliwości wzbudzającej fali elektromagnetycznej oraz rodzaju badanych jąder. Na częstotliwość rezonansową ma wpływ tzw. ekranowanie elektronów. Dzieje się tak dlatego, że elektrony są cząstkami naładowanymi i poruszającymi się w zewnętrznym polu magnetycznym. Indukują one pole wtórne przeciwstawiające się przyłożonemu polu zewnętrznemu. To pole wtórne ekranuje jądro i dlatego \\( {B}{_0} \\) zwiększa się w celu uzyskania rezonansu (np. sygnały rezonansowe przy wyższej wartości mają jądra protonów, które są bardziej ekranowane (np. \\( {C}{H}{_4} \\), \\( {H}{C}{l} \\), \\( {H}{B}{r} \\) i \\( {H}{I } \\) niż przy niższych wartościach ( Rys. 2 ), tj. im bardziej elektroujemne jądro, tym wyższa częstotliwość rezonansowa).",
"Położenie sygnałów podaje się w odniesieniu do sygnału wzorca (związku standardowego dodanego do próbki). Wzorzec powinien być obojętny chemicznie, łatwo usuwany z próbki po pomiarze i dawać pojedynczy ostry sygnał NMR, który nie zakłóca rezonansów obserwowanych dla próbki. Warunki powyższe spełnia tetrametylosilan ( \\( {(}{C}{H}{_3}{)}{_4}{S}{i} \\), \\( {T}{M}{S} \\) ( \\( \\delta{_T}{_M}{_S}{ = 0 } \\) \\( {ppm} \\))), który jest najczęściej stosowanym wzorcem w \\( {^1}H \\) i \\( {^1}{^3}C \\) NMR.",
"Częstotliwość rezonansowa energii przejścia nie jest łatwa do zapamiętania (np. częstotliwość benzenu może wynosić 400.132869 MHz). Aby uzyskać wygodniejszą liczbę podaje się tzw. przesunięcie chemiczne (jest niezależne od pola i jest podawane w ppm (parts per milion) (skala 0-10 ppm), które definiuje się w sposób następujący (równanie ( 2 ) ):",
"gdzie: \\( {\\nu}{_p}{_r}{_ó}{_b}{_k}{_i} \\) oznacza częstotliwość badanego jądra, a \\( \\nu{_w}{_z}{_o}{_r}{_c}{_a} \\) oznacza częstotliwość wzorca.",
"Na efektywne pole magnetyczne ma również wpływ orientacja jąder sąsiednich. Efekt ten nazywany jest sprzężeniem spinowo-spinowym (zob. Rys. 3 ) i powoduje rozszczepienie sygnału każdego typu jądra na dwie lub więcej linii. Separacja linii jest zawsze stała w ramach danego multipletu i nazywana jest stałą sprzężenia (J), która jest niezależna od pola magnetycznego i dlatego jest mierzona jako częstotliwość (w Hz). Liczba rozszczepień wskazuje liczbę jąder związanych chemicznie w pobliżu obserwowanego jądra, a wzorce rozszczepień są symetrycznie rozmieszczone po obu stronach przesunięcia chemicznego, przy czym linie środkowe są zawsze silniejsze niż linie zewnętrzne. Najczęściej obserwowanym wzorcem jest singlet (jeden sygnał), dublet (dwa sygnały o jednakowej intensywności), triplet (trzy sygnały o stosunku intensywności 1:2:1) i kwartet (cztery sygnały o intensywności 1:3:3:1)."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 978 | Mikroskopia | [
"Mikroskopia świetlna to dziedzina wykorzystująca urządzenia – mikroskopy do oglądania próbek i obiektów, które są zbyt małe, aby można je było zobaczyć nieuzbrojonym okiem. Wizualizacja obiektu odbywa się za pośrednictwem wiązki światła lub elektronów. Ogólnie, padająca wiązka jest przesyłana ze źródła znajdującego się po przeciwnej stronie próbki/obiektu do soczewki skupiającej, która skupia ją na próbce w celu uzyskania maksymalnej jasności. Po przejściu przez próbkę, wiązka pada na soczewkę obiektywu, która powiększa obraz próbki, a następnie do okularów, gdzie oglądany obraz jest dodatkowo powiększany. W mikroskopii szczególnie ważne są dwa parametry: powiększenie i rozdzielczość.",
"Mikroskopy wykorzystujące światło widzialne (mikroskopy optyczne) (nie są w stanie rozróżnić szczegółów próbki mniejszych niż 0,2 μm, powiększenie do 1 000 razy) są zwykle mikroskopami jasnego pola, to znaczy, że światło widzialne przechodzące przez próbkę jest wykorzystywane do bezpośredniego tworzenia obrazu, bez żadnych modyfikacji. Innym rodzajem mikroskopii świetlnej jest mikroskopia fluorescencyjna, która służy do obrazowania próbek fluorescencyjnych, tzn. próbek absorbujących jedną długość fali promieniowania elektromagnetycznego i emitujących inną długość fali promieniowania elektromagnetycznego. Na przykład, w mikroskopach konfokalnych fluorescencyjnych światło monochromatyczne emitowane przez laser jest używane do wzbudzania cząsteczek fluorescencyjnych z cienkiej warstwy próbki, a światło o innej długości fali emitowane z tej warstwy tworzy ostry obraz bez interferencji ze strony cząsteczek fluorescencyjnych obecnych w innych warstwach. Ze względu na fakt, iż większość próbek nie jest naturalnym fluorescentem, przed pomiarem próbki zazwyczaj znakuje się barwnikiem lub znacznikiem fluorescencyjnym. Mikroskopy elektronowe różnią się od mikroskopów świetlnych tym, że tworzą obraz próbki za pomocą wiązki elektronów, a nie wiązki światła. Elektrony mają znacznie krótszą długość fali (około 0.1 nm) niż światło widzialne (380 – 780 nm), dzięki czemu mikroskop elektronowy daje obraz o wyższej rozdzielczości niż standardowy mikroskop świetlny. Jedyne ograniczenie mikroskopów elektronowych jest związane z koniecznością umieszczenia próbki pod próżnią. Istnieją trzy główne rodzaje mikroskopii elektronowej: mikroskopia sił atomowych (AFM), transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) i skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) [1].",
"W SEM niskoenergetyczna wiązka elektronów (energia 1 – 30 keV) ogniskowana w wąskiej sondzie przemieszcza się tam i z powrotem po powierzchni próbki, tworząc szczegółowy obraz 3D tej powierzchni (powiększenie 500 000 krotne), co sprawia, iż technika ta jest używana do analizy morfologii powierzchni dowolnej próbki. Wiązka elektronów oddziałuje z próbką w sposób bardzo podobny do kształtu łzy, który jest określany jako objętość oddziaływania. Głębokość tego oddziaływania wynosi od kilku nm do 5.0 μm. W wyniku oddziaływania dochodzi do odbicia wysokoenergetycznych elektronów wstecznie rozproszonych przez rozproszenie elastyczne (tryb obrazowania wstecznego), emisji elektronów wtórnych przez rozproszenie nieelastyczne (tryb obrazowania elektronów wtórnych) i emisji promieniowania elektromagnetycznego (ciągłego). Każdy z tych efektów może być oddzielnie wykrywany przez odpowiednio wyspecjalizowane detektory. Najczęściej stosowanymi mikroskopami SEM są konwencjonalne SEM o wysokiej rozdzielczości (powszechnie stosowane do badań nieorganicznych i twardych nanomateriałów) i SEM środowiskowe (powszechnie stosowane do badań miękkich biomateriałów i polimerów). Środowiskowa skaningowa mikroskopia elektronowa (ESEM) wykorzystuje niskie napięcie przyspieszające (np. 12 kV) i nie wymaga stosowania powłok na powierzchni próbki, które mogą zasłaniać drobną strukturę powierzchni próbki, a próbkę można obserwować w środowisku gazowym przy niskim ciśnieniu (1 – 50 Torr).",
"TEM wykorzystuje wiązkę elektronów poruszających się szybko ( \\( {\\lambda} \\) = 0.00251 nm (przy 200 kV)) emitowaną przez działo elektronowe, która za pomocą szeregu soczewek elektromagnetycznych jest skupiana na próbce. Na próbce elektrony są absorbowane lub przepuszczane przez próbkę i za pomocą soczewki projekcyjnej tworzą obraz na ekranie fosforyzującym lub detektorze CCD. Oddziaływanie wiązki elektronów z próbką wpływa na kontrast obrazu. Obszar tego oddziaływania zależy od liczby atomowej pierwiastków obecnych w próbce i grubości próbki. To znaczy, pierwiastki o rosnącej liczbie atomowej mają duży przekrój atomowy, a co za tym idzie, wykazują większe prawdopodobieństwo pochłaniania elektronów, co zapewnia większy kontrast przy obrazowaniu próbki. Przed obrazowaniem próbka jest cięta na wyjątkowo cienkie plasterki (1 100 nm), a wiązka elektronów przechodzi przez wycinek, a nie ślizga się po jego powierzchni, dzięki czemu daje obraz o wysokiej rozdzielczości, głębi ostrości i powiększeniu zapewniający dostęp do informacji na temat struktury wewnętrznej próbki (układu atomów w nanoskali; powiększenie nawet 10 000 000 krotne). Pomiary TEM zazwyczaj wykonuje się przy napięciu 80 – 300 kV. Energię dobiera się tak, aby uzyskać jak najlepszą rozdzielczość (długość fali elektronu jest odwrotnie proporcjonalna do energii elektronu, a zatem otrzymuje się wyższą rozdzielczość przy wyższej energii) nie niszcząc próbki. Dlatego w przypadku próbek biologicznych i miękkich polimerów napięcie robocze wynosić około 80 – 100 kV.",
"AFM to technika wykorzystująca sondę skanującą (SPM), która umożliwia uzyskanie rozdzielczości do ułamków nanometra i dostarcza informacji o powierzchni poprzez dotknięcie sondą powierzchni próbki. Pomiędzy próbką, a końcówką SPM dochodzi do oddziaływań o krótkim i długim zasięgu. W oddziaływaniach bliskiego zasięgu dominują siły van der Waalsa, podczas gdy w oddziaływaniach dalekiego zasięgu dominują siły elektryczne i magnetyczne. Podstawą AFM jest krzywa zależności energii potencjalnej od odległości ( \\( {r} \\)). Siła wypadkowa pomiędzy dwoma atomami jest wynikiem sił przyciągania ( \\( \\cfrac{1}{{r}{^2}} \\)) i odpychania ( \\( \\cfrac{1}{{r}{^6}} \\)), a nachylenie siły odpychającej dominuje bardziej na krótszych odległościach niż siły przyciągania. W przypadku dwóch atomów znajdujących się w dużej odległości od siebie, siłę wypadkową można zaniedbać. Gdy jeden atom zbliża się do drugiego, dominują siły przyciągania, które osiągają maksimum dla odległości międzyatomowej pomiędzy dwoma atomami. Następnie zaczynają dominować siły odpychające. W zależności od oddziaływania pomiędzy SPM a powierzchnią próbki, krzywa siły i odległości mierzona jest w postaci ugięcia odbitej wiązki lasera z pozycji centralnej."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Powiększenie",
"content": "jest miarą tego, o ile badany obiekt zostaje powiększony. Mikroskopy świetlne używane zwykle w szkołach i na uczelniach powiększają rzeczywisty rozmiar około 400 razy (rzeczywisty rozmiar 1 mm na obrazie mikroskopowym ma rozmiar 400 mm). Zdolność mikroskopu do powiększania obiektu jest zasadniczo nieograniczona."
},
{
"name": "Definicja 2: Rozdzielczość",
"content": "mikroskopu określa najmniejszą odległość, na jaką można oddzielić dwa punkty, aby były widoczne jak dwa oddzielne obiekty. Im mniejsza ta wartość, tym wyższa zdolność rozdzielcza mikroskopu, lepsza ostrość i szczegółowość obrazu. Zdolność rozdzielcza mikroskopu jest ograniczona przez naturę źródła oświetlenia, to znaczy przez długość fali oświetlającej. Długość fali wpływa na to, jak szeroki jest pojedynczy punkt światła. Np. krótsze długości fal światła (od UV do zielonego) wydają się ostrzejsze niż fale dłuższe (od czerwieni do podczerwieni), które wydają się być bardziej rozproszone, przez co zmniejszają zdolność rozdzielczą."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Wybrane metody badania polimerów | 937 | Chromatografia wykluczenia zależnego od wielkości cząsteczek | [
"Chromatografia wykluczenia zależnego od wielkości cząsteczek (SEC), zwana także chromatografią żelowo-permeacyjną lub chromatografią sita molekularnego) jest metodą chromatografii kolumnowej dedykowaną do badań np. polimerów począwszy od oczyszczania do kontroli jakości czy określania zależności struktura-właściwość. Metoda ta pozwala na rozdzielanie cząsteczek polimerów w roztworze w oparciu o wielkość tych cząsteczek niezależnie od użytego rozpuszczalnika (eluenta) i sposobu otrzymania makrocząsteczki. Pozwala zatem wyznaczyć liczbowo średnią ( \\( {M}{_n} \\)) i wagowo średnią( \\( {M}{_w} \\)) masę cząsteczkową polimeru, a na ich podstawie rozkład masy cząsteczkowej ( \\( {M}{_W}{_D} \\)).",
"Rozdzielanie zachodzi w kolumnie chromatograficznej, która zazwyczaj składa się z pustej rurki wypełnionej upakowanymi porowatymi cząstkami sferycznymi (perełkami) (faza stacjonarna, wypełniacz kolumny) ( Rys. 1 ) i jest procesem napędzanym przez entropię. Pory mogą mieć postać wgłębień na powierzchni lub kanałów przechodzących przez „perełki”. Próbka (rzędu kilku miligramów na pomiar) jest rozpuszczana w rozpuszczalniku, który jest stosowany jako faza ruchoma (eluent), a następnie wstrzykiwana na kolumnę. Roztwór przemieszcza się w dół kolumny, a niektóre jego cząsteczki dyfundują do porów. Rozdział cząsteczek odbywa się na podstawie zróżnicowania dróg i czasu dyfuzji wewnątrz porów wypełnienia kolumny, o różnych średnicach ( \\( \\phi{_p}{_o}{_r}{_ó}{_w} \\)), dla cząsteczek o różnych wartościach średnicy hydrodynamicznej ( \\( \\phi{_c}{_z}{_ą}{_s}{_t}{_e}{_c}{_z}{_e}{_k} \\)). Kolejność wymywania jest związana z zatrzymywaniem cząsteczek w porach wypełnienia kolumny. To znaczy, podczas przepływu próbki przez kolumnę, zawarte w próbce cząsteczki małe łatwo dyfundują do wnętrza porów i dłużej w nich przebywają, przez co wydłuża się ich czas retencji w stosunku do czasu retencji dla cząsteczek większych. Rys. 1 ilustruje ten proces. Cząsteczki większe ze względu na mniejszą liczbę dostępnych dla nich porów w ziarnach wypełnienia kolumny wnikają trudniej lub nie wnikają do porów i w trakcie wymywania przemieszczają się pomiędzy ziarnami złoża w stronę wylotu kolumny, a zatem w pierwszej kolejności są wymywane. Ponieważ wszystkie cząsteczki jednocześnie podlegają dyfuzji, cząsteczki małe, które dostały się do wnętrza porów, po jakimś czasie wydostają się na zewnątrz i są transportowane przez fazę ruchomą w kierunku wylotu kolumny. Czas przebywania cząsteczek wewnątrz porów jest proporcjonalny do ich wielkości ( objętości hydrodynamicznej ), to znaczy im cząsteczki są mniejsze, tym dłużej są zatrzymywane wewnątrz porów i tym później wymywane. W ten sposób rozdzielone cząsteczki są uporządkowane zgodnie z ich wielkością, a następnie charakteryzowane za pomocą jednego lub więcej detektorów. Najczęstszym detektorem jest refraktometr różnicowy, który wykrywa zmiany współczynnika załamania eluowanego roztworu. Otrzymany chromatogram (zależność sygnału od objetości eluenta (w jednostkach: mL) lub czasu retencji (w jednostkach: s) jest zatem rozkładem masy polimeru w funkcji czasu retencji.",
"W metodzie SEC istnieją ograniczenia dotyczące zakresów wielkości (mas) cząsteczek, które mogą zostać rozdzielone. Minimalna masa cząsteczkowa, która nie może dostać się do porów nazywana jest granicą wykluczenia. To znaczy, że cząsteczki większe niż granica wykluczenia kolumny nie mogą zostać rozdzielone. Dlatego, wielkość porów wypełniacza kolumny należy wybrać zgodnie z zakresem wielkości makrocząsteczek, które mają zostać rozdzielone. W przypadku separacji polimerów rozmiary porów wypełniacza kolumny powinny być rzędu analizowanych polimerów. W sytuacji gdy próbka polimerów zawiera cząsteczki o szerokim zakresie mas cząsteczkowych do całkowitego rozdzielenia próbki zazwyczaj stosuje się kilka kolumn w tandemie.",
"Wymiar i upakowanie kolumny, prędkość przepływu eluenta i selektywność wypełniacza (rozkład wielkości porów czy oddziaływania pomiędzy próbką, a wypełniaczem) to czynniki wpływające na rozdzielczość tej metody (odległość między dwoma pikami).",
"Równanie ( 1 ) opisuje zależność pomiędzy objętością eluenta ( \\( {V} \\)), a masą cząsteczkową ( \\( {M} \\)) polimerów, gdzie: \\( {b} \\) i \\( {c} \\) są stałym.",
"Wykres tej zależności nosi nazwę krzywej kalibracji. Krzywe kalibracyjne przygotowuje się przy wykorzystaniu polimerów o znanych masach cząsteczkowych w celu wyznaczenia objętości eluenta i wykreślenia logarytmu masy cząsteczkowej w funkcji objętości eluenta lub czasu retencji. Cząsteczki o rozmiarach większych od rozmiarów porów wypełniacza przechodzą pomiędzy ziarnami wypełniacza (limit wykluczenia \\( {V}{_o} \\)). Cząsteczki o rozmiarach poniżej pewnego rozmiaru wnikają w pory i ulegają wymywaniu prawie w tym samym położeniu. Nazywa się to granicą przenikania ( \\( {V}{_c} \\)). Krzywa kalibracji obowiązuje w zakresie między granicą wykluczenia, a granicą przenikania. W tym zakresie im większa cząsteczka, tym szybciej jest wymywana, a im mniejsza cząsteczka, tym później jest wymywana. Krzywe kalibracyjne o dużym nachyleniu uzyskuje się dla wypełniaczy o dużych rozmiarach porów (do pomiaru większych cząsteczek), a krzywe o łagodnym nachyleniu uzyskuje się dla wypełniaczy o małych rozmiarach porów (do pomiaru mniejszych cząsteczek). Im łagodniejsze nachylenie krzywej, tym większa różnica w objętości eluenta pomiędzy pikami dla polimerów o małych różnicach w masie cząsteczkowej, czyli tym większa rozdzielczość metody [1], [2], [3]."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Polimery winylowe | 913 | Polimery winylowe | [
"Polimery winylowe to polimery otrzymywane w wyniku polimeryzacji z monomerów zawierających podwójne wiązania C=C, których łańcuchy główne składają się z atomów węgla powiązanych pojedynczymi wiązaniami kowalencyjnymi -C-C-C-C-. Należą do nich:",
"Polietyleny (ang. polyethylene albo poly(methylene)) są bardzo urozmaiconą grupą polimerów o bardzo zróżnicowanych właściwościach, które ogólne dzielą się na dwie podstawowe grupy:",
"Polietyleny liniowe produkowane są metodami niskociśnieniowymi. Wśród nich wyróżnić możemy polietyleny: liniowe o małej gęstości, o dużej gęstości, te polietyleny na ogół mają architekturę rozgałęzionych i liniowych łańcuchów, z których każdy ma masę cząsteczkową mniejszą niż \\( 50 000 \\frac{g}{mol} \\). Polimery o dużym ciężarze cząsteczkowym i dużej gęstości PE- HMW-HD, o ultradużej masie cząsteczkowej, to poliwinyle liniowe o masie cząsteczkowej do \\( 200 000 \\frac{g}{mol} \\). Polietyleny rozgałęzione wytwarza się pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze, polimery te są na ogół mieszaninami dużych cząsteczek o różnej długości i różnym stopniu rozgałęzienia.Polietylen wysokociśnieniowy jest otrzymywany z etylenu w wyniku polimeryzacji, której katalizatorami są nadtlenki lub wodoronadtlenki organiczne w fazie gazowej pod ciśnieniem 180-250 MPa i w temperaturze \\( 200-250^oC \\). Polietylen niskociśnieniowy ma lepsze właściwości mechaniczne i cieplne od wysokociśnieniowego, lecz jednocześnie gorsze właściwości elektryczne wynikające z pozostałości katalizatora metaloorganicznego w polimerze. Przetwórstwo i zastosowanie obu typów polietylenu są podobne. Polietylen o niskiej gęstości PE-LD jest termoplastem otrzymywanym z monomeru etylenu poprzez polimeryzację wolnorodnikową. Stosowany w większości do wytwarzania folii, zastępowany jest przez PE-LLD, znajduje zastosowanie tam gdzie wymagana jest przezroczystość, np. izolacja kabli i przewodów. Polietylen o dużej gęstości PE-HD produkowany jest w procesie polimeryzacji koordynacyjnej, stosowany jest m.in. do produkcji pojemników na olej opałowy, kanistrów do paliw oraz zbiorników paliwa do samochodów, zbiorników na śmieci, rur ciśnieniowych, złączek, armatury do wody pitnej i ścieków, płyt, aparatury dla przemysłu chemicznego i samochodowego, skrzynek na butelki, beczek. Polietylen o ultra wysokiej masie cząsteczkowej PE-UHMW to wyjątkowy polimer o wyjątkowych właściwościach fizycznych, chemicznych i mechanicznych, włókna z tego materiału są stosowane do produkcji kamizelek kuloodpornych oraz taśm i repów we wspinaczce oraz żeglarstwie, jest również stosowany, jako biomateriał, np. w ortopedii, jako materiał łożyskowy w sztucznych stawach. Membrany wykonane z PE-UHMW mogą być używane jako membrany do wymiany protonów w ogniwach paliwowych [2].",
"Sieciowanie PEX-a przeprowadza się za pomocą nadtlenków, PEXb – w obecności silanów poprzez tworzenie mostków Si-O-Si, PXc jest sieciowanie wiązką elektronów za pomocą akceleratora elektronów, PE-Xd jest sieciowany związkami azowymi. PEX jest stosowany głównie w instalacjach rurociągów budowlanych, wodnych systemach ogrzewania i chłodzenia płaszczyznowego, rurociągach wody użytkowej oraz izolacji kabli elektrycznych wysokiego napięcia. Jest również używany do zastosowań związanych z gazem ziemnym i ropą morską, transportem chemicznym oraz transportem ścieków i szlamów. Polietylen usieciowany znajduje także zastosowanie w endoprotezoplastyce stawu biodrowego ze względu na jego odporność na ścieranie, w odbudowie zębów jako kompozytowy materiał wypełniający.",
"Polipropylen PP otrzymuje się przez polimeryzację propylenu w obecności katalizatorów. Reakcja zachodzi w temperaturze około \\( 100^oC \\) w środowisku ciekłych węglowodorów alifatycznych. W zależności od rodzaju katalizatora i warunków polimeryzacji otrzymuje się polimery o różnej budowie przestrzennej:",
"Główne zastosowania: folie sztywne do termoformowania (kubki, tacki, pudełka), folie giętkie np. folie orientowane OPP do formowania torebek, opakowania formowane wtryskowe (kubki, pudełka, skrzynki) oraz jako warstwy laminatów itd.",
"Polistyren PS otrzymywany w procesie polimeryzacji styrenu, pochodzącego zwykle z procesu katalitycznego odwodornienia etylobenzenu, procesu Halcon-Oxirane lub rafinacji ropy naftowej. PS jest najczęściej sprzedawany jako klarowny, twardy materiał, który oprócz niskich kosztów produkcji wykazuje wyjątkowe właściwości, takie jak dobra wytrzymałość mechaniczna, stabilność termiczna, stosunkowo niska gęstość. Struktura grup fenylowych i pojedynczych wiązań C-C sprawia, że polistyren jest bardzo stabilny i odporny na rozkład. Charakteryzuje się również dobrą stabilnością UV i odpornością na promieniowanie gamma, co oznacza, że PS jest często stosowany w produktach wymagających sterylizacji. Polistyren łatwo poddaje się obróbce, ma naturalny połysk i pozostaje najczęściej wybieranym materiałem do termoformowania.Polistyrenma szerokie zastosowanie od materiałów opakowaniowych, izolacje elektroniczne, elementy sprzętu gospodarstwa domowego do materiałów ociepleniowych w budownictwie.",
"Kwas polistyrenosulfonowy PSS to polielektrolit o szerokim zakresie zastosowań. Unikalne właściwości wynikają z modyfikacji łańcucha polimeru, zmieniając stopień sulfonowania w PSS, można dopasować właściwości polimeru do żądanego zastosowania. Modyfikacja struktury i możliwość kontrolowania nowych właściwości polimeru doprowadziły do różnorodnych zastosowań, takich jak biokompatybilne elektrody, reagujące na bodźce kryształy fotoniczne, czujniki wilgotności, elementy urządzeń fotowoltaicznych, membrany jonowymienne, materiał do uzdatniania wody i katalizator.",
"Poli(tetrafluoroetylen) PTFE został szerzej opisany w module Fluoroplasty wysokokrystaliczne.",
"Poli(chlorek winylu) PVC otrzymywany jest w wyniku polimeryzacji chlorku winylu. Ma właściwości termoplastyczne, charakteryzuje się dużą wytrzymałością mechaniczną, jest odporny na działanie wielu rozpuszczalników.Polimer ten jest stosowany do produkcji wykładzin podłogowych, stolarki okiennej i drzwiowej, rur i kształtek do wykonywania instalacji w budynkach, jako elewacja (siding), folii, w medycynie: dreny, sondy, cewniki, strzykawki, do wyrobu opakowań, elementów urządzeń, płyt gramofonowych, przeżywających swój renesans, drobnych przedmiotów, do pokrywania powierzchni sportowych zakrytych i otwartych jako igelit, w elektrotechnice jako izolacja w przewodach i kablach.",
"Poli(metakrylan metylu) PMMA otrzymywany w wyniku polimeryzacji metakrylanu metylu, znany jako szkło akrylowe, szkło organiczne, plexiglas, pleksi, metapleks, czy pleksa. Wykazuje bardzo dobre właściwości optyczne – przepuszczalność światła widzialnego wynosi \\( 92\\% \\), odporny na działanie światła UV, wykazuje dużą odporność na działanie czynników atmosferycznych i niskiej temperatury, małą chłonność wody oraz dobre właściwości elektroizolacyjne mechaniczne i dużą odporność chemiczną. Rozpuszcza się w większości rozpuszczalników organicznych, jego wadą jest skłonność do zarysowań. Zastosowania: w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, elektrotechnicznym i elektronicznym jako szyby, światła odblaskowe, osłony aparatury nawigacyjnej i pomiarowej, kierunkowskazy, obudowy kabin, tablice rozdzielcze, w przemyśle galanteryjnym (guziki) i dekoracyjnym (abażury, osłony świetlówek, naczynia stołowe), w przemyśle optycznym na pryzmaty, soczewki (w tym soczewki kontaktowe), jako powłoki, środki impregnujące (w postaci stężonych roztworów).",
"Poli(alkohol winylowy) PVA otrzymywany jest przez hydrolizę poli(octanu winylu) PVAc lub innych polimerów pochodzących z estru winylowego. Ma doskonałe właściwości błonotwórcze, emulgujące i adhezyjne, wykazuje biokompatybilność i niską toksyczność. Jest odporny na oleje, smary i rozpuszczalniki. Ma wysoką wytrzymałość na rozciąganie i elastyczność, właściwości te zależą od wilgotności: woda wchłaniana przy podwyższonej wilgotności działa jak plastyfikator, co zmniejsza wytrzymałość polimeru na rozciąganie, ale zwiększa jego wytrzymałość na rozciąganie i rozrywanie.Jest używany w różnych zastosowaniach medycznych, na implanty chrząstek, do produkcji nici chirurgicznych, na soczewki kontaktowe. Stosowany jest także jako składnik klejów, lakierów, do wyrobu aparatury chemicznej, jako stabilizator farb emulsyjnych, zagęszczaczy farmaceutycznych, produkcji rękawic ochronnych, folii, płyt i rur odpornych na działanie benzyny, olejów, także do wyrobu włókien."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Polimery winylowe | 967 | Kopolimery winylowe | [
"Do najważniejszych kopolimerów winylowych należą kopolimery etylenu z:",
"Do ważniejszych kopolimerów winylowych możemy także zaliczyć:",
"Tabela 1 przedstawia oznaczenia kopolimerów.",
"EAA otrzymywany w toku wysokociśnieniowej polimeryzacji rodnikowej. Jest łatwy w obróbce, wykazuje doskonałą przyczepność i właściwości uszczelniające, a także wysoki stopień twardości i elastyczności. Kopolimer (EAA) stosowany jest jako polimer bazowy do klejów i uszczelniaczy oraz jako modyfikator do tworzyw sztucznych i gum. Wykorzystywany głównie w produkcji lakierów do paznokci, produktów do stylizacji włosów i kosmetyków do makijażu, gdzie jest odpowiedzialny także za ich przedłużone utrzymywanie się na skórze, poprawia przyczepność. Stosowany również w kosmetykach pielęgnacyjnych jako zagęstnik i emulgator, poprawia właściwości aplikacyjne.",
"Kopolimer ten także otrzymuje się w wyniku wysokociśnieniowej polimeryzacji rodnikowej. Wykazuje dobrą miękkość, elastyczność i polarność. Jest odporny na działanie olejów i wysokie temperatury. Typowe zastosowania obejmują: powłoki, farby, tekstylia, wykańczanie skóry, produkty motoryzacyjne, kleje oraz elastomery odporne na oleje i wysokie temperatury.",
"EEA, również jak dwa poprzednie, jest otrzymywany w wyniku wysokociśnieniowej polimeryzacji wolnorodnikowej. Wykazuje wysoką elastyczność, stabilność w wysokich temperaturach, nadaje także żywicom technicznym wytrzymałość w niskich temperaturach. Może być stosowany jako warstwa wiążąca między poliolefinami a podłożami polarnymi, takimi jak metal, poliolefiny, celuloza, poliester, poliwęglan, szkło, folia, PVC, PET i polistyren. Może być również stosowany w klejach do zastosowań opakowaniowych.",
"Kopolimer ten wytwarza się podczas polimeryzacji w roztworze przy użyciu katalizatorów Zieglera-Natty. EPDM, z podwójnymi wiązaniami znajdującymi się w grupach bocznych, jest znacznie mniej podatny na degradację pod wpływem warunków atmosferycznych i światła słonecznego, niż polietylen. Główne zastosowania EPM to części samochodowe oraz jako modyfikator udarności dla polipropylenu. EPDM jest stosowany w elastycznych uszczelnieniach do samochodów, izolacji przewodów i kabli, powłokach odpornych na warunki atmosferyczne, ścianach bocznych opon, wężach i folii dachowej.",
"ETFE posiada wysoką odporność na korozję i wytrzymałość w szerokim zakresie temperatur oraz niską toksyczność. ETFE ma stosunkowo wysoką temperaturę topnienia, doskonałe właściwości chemiczne, elektryczne i jest odporny na wysokoenergetyczne promieniowanie. Stosuje się go do produkcji paneli pneumatycznych do pokrycia zewnętrznych części stadionów sportowych, pokrycia przewodów elektrycznych i światłowodowych stosowanych w sytuacjach wymagających dużego obciążenia, okablowania samolotów i statków kosmicznych. ETFE jako wykładzina termoplastyczna jest stosowany w rurach, zbiornikach i naczyniach w celu dodatkowej ochrony przed korozją.",
"EVA jest termoplastycznym elastomerem o różnej twardości i elastyczności, zależnej od zawartości octanu winylu. W porównaniu z PE wykazuje mniejszą odporność chemiczną, większą odporność na korozję naprężeniową i promieniowanie UV oraz wysoki współczynnik tarcia. Wykonuje się z niego między innymi folie opakowaniowe, podeszwy butów sportowych, maty podłogowe dla dzieci, ortezy, stosuje się go jako element mieszanek bitumicznych, dodatek do smarów parafinowych, wykorzystuje się go także jako materiał laminujący w modułach fotowoltaicznych, do termoizolacji i izolacji akustycznej, EVA znajduje także zastosowanie w medycynie – zapewnia doskonałą stabilność, wszechstronność i zdolność kontrolowania uwalniania wybranych leków [1].",
"EVOH charakteryzuje się doskonałą odpornością na warunki atmosferyczne, zapewniają wysoki połysk i przejrzystość. Materiały wykonane z tego polimeru posiadają właściwości antystatyczne, są odporne na oleje i rozpuszczalniki organiczne. Kopolimer ten wykazuje wyjątkowe właściwości barierowe dla gazów (tlenu, dwutlenku węgla, azotu i helu) i zachowuje swoje właściwości barierowe w szerokim zakresie wilgotności, dzięki nadaje się do produkcji opakowań produktów żywnościowych i kosmetyków.",
"ABS to amorficzne tworzywo otrzymywane w procesie polimeryzacji 1,3-butadienu oraz kopolimeryzacji akrylonitrylu ze styrenem wraz z jednoczesnym szczepieniem powstałego kopolimeru na polibutadienie. Tworzywo to charakteryzuje wysoka udarność, twardość oraz odporność na zarysowania. Posiada dobre właściwości izolacyjne, zadowalająca odporność na działanie ługów, rozcieńczonych kwasów, węglowodorów alifatycznych, olejów i tłuszczów. Jest jednym z niewielu tworzyw sztucznych, które można pokrywać warstwami metalicznymi podczas obróbki galwanicznej. Jest stosowany do produkcji obudów aparatury elektronicznej, sprzętu AGD, na elementy samochodów, zabawki, materiały biurowe i wiele innych.",
"MBS to modyfikowany udarowo terpolimer. MBS cechuje doskonała przepuszczalność światła, łatwość barwienia, przezroczystość, wysoka udarność i dobra odporność chemiczna, odporność na warunki atmosferyczne. Zastosowania MBS: opakowania, aspiratory, materiały do wyrobów medycznych, takich jak dializatory, pojemniki na wodę, artykuły gospodarstwa domowego i sprzęt, obudowy, zabawki, ogrodnictwo, komponenty medyczne, pojemniki kosmetyczne, wyroby medyczne, obudowy sanitarne, urządzenia, systemy do golenia, zabawki, długopisy oraz materiały elektroniczne, materiały odporne na zarysowania do obudów telewizorów, przezroczyste puszki.",
"SBS otrzymuje się w reakcji kopolimeryzacji jonowej. SBS jest niezwykle wytrzymały w temperaturze pokojowej. Stosuje się go do elementów formowanych wtryskowo, jako kleje termotopliwe (zwłaszcza w obuwiu) oraz jako dodatek poprawiający właściwości bitumu.",
"Kopolimer SIS reprezentuje elastomery termoplastyczne, wytwarzane są na drodze kopolimeryzacji jonowej. Właściwości mechaniczne elastomerów SIS są podobne do właściwości wulkanizowanych kauczuków, charakteryzuje je wytrzymałość mechaniczna, odporność na ścieranie, i elastyczność. Kopolimery blokowe SIS są często mieszane z lepkimi żywicami, olejami i wypełniaczami, szeroko stosowanymi w klejach topliwych, uszczelniaczach, materiałach uszczelniających, taśmach gumowych, zabawkach, podeszwach do butów i produktach bitumicznych do nawierzchni drogowych i pokryć dachowych.",
"VC/VAC jest to grupa kopolimerów o zawartości od kilku do kilkudziesięciu procent octanu winylu. Jest przeznaczony do formowania plastycznego w temperaturach niższych w stosunku do temperatur przetwarzania. Otrzymuje się przez kopolimeryzację rodnikową chlorku winylu z octanem winylu w zawiesinie. Kopolimery te odznaczają się dobrą płynnością są to tworzywa samogasnące i nietoksyczne. VAC wykorzystywany jest do produkcji folii opakowaniowych, pianki zabezpieczającej, produkcji dywaników samochodowych, opakowań termokurczliwych, laminowania innych materiałów, oraz jako warstwa zgrzewalna w laminatach."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Kopolimer",
"content": "Kopolimer – rodzaj polimeru, w którego łańcuchach występują dwa lub więcej rodzajów merów. Głównym powodem otrzymywania kopolimerów są ich szczególne własności fizyczne. Kopolimery zawierające trzy różne mery nazywamy terpolimerami."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Polimery fluorowe | 914 | Polimery fluorowe - ogólna charakterystyka | [
"Podstawowymi monomerami do syntezy tworzyw fluorowych są:",
"Wszystkie są bezbarwnymi gazami w większości bezwonnymi. Wszystkie są reaktywne, słabo rozpuszczalne w wodzie, a dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych [1], [2].",
"Fluoropolimery możemy podzielić na dwa typy: perfluorowane, czyli takie gdzie wszystkie atomy wodoru zostały zastąpione atomami fluoru i częściowo fluorowane. Bardziej wygodna klasyfikacja polega na podzieleniu fluoroplastów i amorficznych fluoropolimery na cztery kategorie [1], [2]:",
"Podstawowa metoda syntezy polimerów fluorowych to polimeryzacja wolnorodnikowa. Polimeryzacje wolnorodnikowe przeprowadzane są zazwyczaj w środowisku wodnym albo metodą polimeryzacji w zawiesinie albo jako wodna polimeryzacja emulsyjna w obecności emulgatorów.",
"Właściwości fluoropolimerów różnią się w zależności od ilości atomów fluoru i od rozmieszczenia atomów fluoru w łańcuchu polimerowym. Wyjątkowe właściwości fluoropolimerów wynikają z rodzaju wiązań które w nich występują. W szkielecie polimeru występują silne wiązania C – C i bardzo stabilne wiązania C – F. Zastąpienie wodoru fluorem poprawia trzy kluczowe własności polimeru:",
"Ze względu na swoje właściwości polimery fluorowe stały się niezbędne zarówno w życiu codziennym jak i w przemyśle. Obszary zastosowania w powiązaniu z właściwościami fluoroplastów zostały zebrane w Tabela 1 [2]."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Polimery fluorowe",
"content": "Polimery fluorowe (fluoroplasty) to polimery łańcuchowe, które otrzymuje się w reakcji polimeryzacji fluoroalkenów. Ich szkielet podstawowy zbudowany jest z węgla i fluoru."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Polimery fluorowe | 909 | Fluoroplasty wysokokrystaliczne | [
"Wszystkie homopolimery fluoroalkenów są ciałami krystalicznymi: politetrafluoroetylen (PTFE), politrifluorochloroetylen (PTFCE), polifluorek winylu (PFV). Najważniejszy z nich to politetrafluoroetylen. Występuje pod różnymi nazwami handlowymi (w zależności od producenta): Teflon [1], Polyflon [2], Fluon [3], Algoflon [4]. W Polsce jest produkowany pod nazwą Tarflen [5]. Często spotykana nazwa Teflon jest zastrzeżona przez przedsiębiorstwo DuPont, które wykorzystuje tą nazwę nie tylko do PTFE, ale również do kopolimerów, w których występuje mer \\( -(CF_2-CF_2)- \\) [1].",
"Politetrafluoroetylen (PTFE) jest prostołańcuchowym polimerem tetrafluoroetylenu o ogólnym wzorze:",
"Struktura łańcuchów PTFE jest całkowicie liniowa. Jego łańcuchy są sztywniejsze niż łańcuchy polietylenu, ponieważ atomy fluoru są większe niż atomy wodoru. Łańcuch ma strukturę zygzakowatą ze spiralnym skrętem wzdłuż osi łańcucha. Specyficzne cechy budowy łańcucha i duża jego masa cząsteczkowa odzwierciedlają się w niezwykle dużej stabilności i odporności termicznej. Charakteryzuje się wysoką temperaturę topnienia \\( T_t=327^{\\circ} C \\), bardzo wysoką lepkością stopu i bardzo szerokim zakresem temperatury użytkowania od \\( -200^{\\circ} C \\) do \\( 260^{\\circ} C \\). PTFE wykazuje niską stałą dielektryczną niezmienną w szerokim zakresie temperatur ( \\( 40^{\\circ} C \\) do \\( 250^{\\circ} C \\)) i częstotliwości (od 5 Hz do 10 GHz) [6], [7].",
"Duża energia wiązania \\( C – F \\) (najsilniejszego spośród wszystkich znanych w chemii organicznej wiązań C – inny pierwiastek) powoduje, że jest on odporny na działanie substancji chemicznych, odporny na gorący dymiący kwas azotowy (V), nie reaguje z gorącym, żrącym gazowym chlorem ani z kwasem fluorowodorowym. Jedyne substancje z którymi reaguje to stopione metale alkaliczne, trifluorek chloru i gazowy fluor w podwyższonym ciśnieniu i temperaturze [6], [7]. Charakteryzuje się bardzo niską energią powierzchniową, co odzwierciedla się w małej zwilżalności, adhezji i współczynniku tarcia. PTFE ma najmniejszą względną przenikalność elektryczną oraz współczynnik strat dielektrycznych. Jest najbardziej ognioodpornym ze wszystkich znanych polimerów, spala się tylko w czystym tlenie [7]. Wysoka lepkość stopionego PTFE wyklucza przetwarzanie go metodami typowymi dla termoplastów. Przetwarza się go metodami stosowanymi w metalurgii proszków, które w pierwszym etapie polegają na formowaniu kształtki wstępnej na zimno a następnie spiekaniu w temp. \\( 365-385^{\\circ} C \\). Obróbka PTFE polega na cięciu, wierceniu, toczeniu, szlifowaniu itp. [8]. Polimer ten charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością na starzenie. Jest obojętny fizjologicznie, nietoksyczny i odporny na działanie mikroorganizmów i grzybów. Z powodu względnie słabych właściwości mechanicznych (podatność na pełzanie lub rozrywanie nawet pod niewielkim obciążeniem), do celów konstrukcyjnych jest modyfikowany różnymi dodatkami, jak: węgiel, grafit, włókno szklane, brąz, stal, itp.",
"Zastosowanie PTFE PTFE w czystej postaci ma kolor biały i stosuje się do produkcji [1], [7], [8]:",
"PTFE + węgiel",
"Politetrafluoroetylen wzbogacony węglem ( \\( 25\\% \\)) ma kolor czarny. Dodatek węgla poprawia właściwości tworzywa takie jak:",
"Jest wykorzystywany do profili ślizgowych, gdzie dochodzi do powstawania ładunków elektrycznych, do produkcji łożysk, pierścieni tłokowych i uszczelek [9], [10], [11], [12].",
"PTFE + grafit",
"Dodatek grafitu powoduje:",
"Tworzywo stosuje się do produkcji folii ślizgowych, oraz tam gdzie są wymagane właściwości samosmarujące [9], [10], [11].",
"PTFE + stal",
"Politetrafluoroetylen wzbogacony cząsteczkami stali (zwykle stal 316) wyróżnia się:",
"Tworzywo stosuje się tam gdzie występuje zużycie ścierne na przeciwległych powierzchniach [11].",
"PTFE + włókno szklane (GF)",
"PTFE z dodatkiem włókien szklanych ( \\( 25\\% \\)) cechuje się:",
"Materiał ten jest stosowany w gniazdach zaworowych oraz jako taśmy w przenośnikach taśmowych [10], [11], [13], [14].",
"PTFE + brąz Dodatek cząstek brązu ( \\( 60\\% \\)) do PTFE wpływa na:",
"Tworzywo ma zastosowanie do produkcji łożysk, uszczelek i pierścieni tłokowych pracujących w wysokich temperaturach i pod wysokim ciśnieniem [9], [10], [11], [12]."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Polimery fluorowe | 983 | Fluorotermoplasty | [
"Fluorotermoplasty to fluoropolimery, które można przetwarzać w stanie stopionym. Mają one niewiele gorsze właściwości termiczne, chemiczne i powierzchniowe od czystego PTFE, ale można je przetwarzać metodami tradycyjnymi dla termoplastów. Dużą grupę fluorotermoplastów stanowią kopolimery tetrafluoroetylenu, polifluorek winylu (PVF) i polifluorek winylidenu (PVDF).",
"Obecność HFP w łańcuchu polimeru zmniejsza skłonność do krystalizacji. Charakteryzuje się doskonałą odpornością chemiczną i właściwościami elektrycznymi podczas pracy w wysokich temperaturach do \\( 200^{\\circ} C \\). Jest ognioodporny i wyróżnia się bardzo dobrą ciągliwością w niskich temperaturach [1]. Kopolimer ten znalazł zastosowanie w elektronice i elektrotechnice do izolacji przewodów pracujących w trudnych warunkach w dużym zakresie temperatur jak również w przemyśle chemicznym do bezpiecznego przechowywania i dystrybucji agresywnych związków chemicznych [2].",
"Kopolimer ETFE ma dużą wytrzymałość na rozciąganie, umiarkowaną sztywność, dużą elastyczność, wyjątkową udarność, dobre ścieranie, odporność i bardzo wysoką odporność na przecięcie. W przeciwieństwie do innych kopolimerów TFE, żywice ETFE mają wysoką odporność na promieniowanie wysokoenergetyczne. Niezmodyfikowane kopolimery etylenu i TFE mają słabą odporność na naprężenia termiczne - pęknięcia, które poważnie ogranicza ich użyteczność [3]. Stosowany jest jako izolacja kabli i przewodów w samochodach oraz wykładziny pomp i zaworów, obudowy baterii litowych. Ze względu na przeźroczystość dla światła widzialnego stosowany do budowy szklarni i innych konstrukcji budowlanych [4]. Stosowany również do produkcji sprzętu biomedycznego i laboratoryjnego, np. elementy respiratorów tlenowych, zawory analizatorów krwi, itp. [5]. Produkowany pod nazwami TEFZEL® [5].",
"W porównaniu z TFE kopolimer ten ma niższą stabilność termiczną i gorsze właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach. Zastępuje się nim PTFE, gdy potrzebne są wyroby o skomplikowanych kształtach, szczególnie produkowane masowo. Zastosowanie w elektronice do izolacji przewodów i kabli pracujących w trudnych warunkach w dużym zakresie temperatury [3]. Przewody izolowane PFA pozostają elastyczne w niskiej temperaturze dlatego są stosowane w czujnikach samochodowych, instrumentach medycznych i naukowych, a także w miniaturowych przewodach sygnałowych [6]. W przemyśle chemicznym służy do produkcji węży, rur , przeźroczystych naczyń odpornych na chemikalia [3], [4].",
"Kopolimer ten jest mniej stabilny termicznie niż PTFE. Pęcznieje narażony na działanie ciekłego chloru, \\( N_2O_4 \\) i dymiącego kwasu siarkowego (VI) [3]. Zdolny do wytrzymywania długotrwałych obciążeń mechanicznych co umożliwia zastosowanie go jako materiału konstrukcyjnego. W przeciwieństwie do PTFE posiada doskonałą odporność na pełzanie. Ze względu na temperaturę pracy \\( -240^{\\circ} C \\) do \\( +150^{\\circ} C \\) szczególnie nadaje się do zastosowań kriogenicznych [3], [7]. Jest przezroczysty dla światła widzialnego i IR, a nieprzepuszczalny dla promieniowania gamma [3], [4]. PCTFE znalazł zastosowanie w budowie maszyn, do wyrobu uszczelek, podkładek i pierścieni uszczelniających, izolacje elektryczne do wytwarzania specjalnych kabli dla przemysłu lotniczego. Jest dobrym materiałem na wzierniki. W postaci dyspersji stosowany na powłoki antykorozyjne. Z kopolimeru PCTFE produkuje się opakowania leków i produktów medycznych (blistry do przechowywania beztlenowego) [4], [7].",
"Odporność chemiczna ECTFE jest podobna do PCTFE. Charakteryzuje się dobrą wytrzymałością, małym pełzaniem i dużą odpornością na ścieranie. Grupy etylenowe powodują, że ten kopolimer ma doskonałą udarność. Jest jednym z polimerów najbardziej odpornych na promieniowanie [3], [8]. Z tego kopolimeru wytwarza się włókna o dużej ognioodporności oraz obojętnie chemicznie. Opakowania z tego tworzywa służą do przechowywania żrących chemikaliów. Jest wykorzystywany w reaktorach jądrowych i statkach kosmicznych. Spośród innych fluoropolimerów wyróżnia się wyjątkową gładkością powierzchni, dlatego jest stosowany w środowiskach ultra czystej wody i tam gdzie musi być zachowana czystość [3], [4], [8], [9]. Nazwa handlowa tego kopolimeru to Halar® ECTFE [8], [10].",
"PVF jest klasyfikowany jako termoplastyczny pomimo, że nie może w stanie czystym być przetwarzany metodami termoplastycznymi, ponieważ jest niestabilny powyżej temperatury topnienia. Można z niego wytwarzać folie przez mieszanie z utajonymi rozpuszczalnikami. Rozpuszczalnik utajony to taka substancja organiczna, o wysokiej temperaturze wrzenia, która nie rozpuszcza polimeru dopóki nie zostanie aktywowana przez ciepło, dodawana w celu obniżenia temperatury wytłaczania [11]. PVF jest nierozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych poniżej \\( 100^{\\circ} C \\). Powyżej tej temperatury rozpuszcza się w rozpuszczalnikach polarnych, takich jak amidy, ketony, tetrametylomoczniki [4]. Posiada najmniejszą gęstość spośród wszystkich polimerów fluorowych, dzięki czemu można go stosować do wyrobu najlżejszych kształtek. PFV można formować, zgrzewać, sklejać, tłoczyć [3]. Folie z PVF charakteryzują się wyjątkową odpornością na ścieranie, na działanie czynników chemicznych i promieni UV. Jest również wodoodporna i ma właściwości antyadhezyjne. Może być poddawana obróbce dla zwiększenia przyczepności [12]. Jest wykorzystywany [3], [4], [12]:",
"Polifluorek winylu występuje pod nazwą handlową Tedlar® [12].",
"Otrzymuje się w wyniku polimeryzacji winylidenu. W porównaniu z innymi tworzywami fluorowymi posiada niską gęstość. Charakteryzuje się dobrymi właściwościami chemicznymi, termicznymi i wytrzymałościowymi. Nieodporny na oleum i czynniki sulfonujące w wysokiej temperaturze [3]. Odporny na promieniowanie. Rurociągi z tego tworzywa wykorzystuje się do odprowadzania odpadów radioaktywnych [3]. Znalazł zastosowanie jako tworzywo konstrukcyjne i wykładzinowe. Wykorzystywany również do instalacji chemicznych z wyższym obciążeniem mechanicznym [13] oraz w bateriach litowych jako spoiwo w składzie elektrod oraz separator [14]. Występuje pod nazwą handlową TECAFLON PVDF [13] i SOLEF [14]."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Polimery fluorowe | 908 | Fluoroelastomery | [
"Fluoroelastomery – kauczuki fluorowe o wysokiej odporności na działanie czynników termicznych i chemicznych, powracające do formy po znacznej deformacji. Różne rodzaje fluoroelastomerów otrzymuje się w wyniku rodnikowej polimeryzacji monomerów winylowych.",
"Do syntezy elastomerów wykorzystuje się trzy rodzaje monomerów:",
"Właściwe proporcje różnych monomerów o różnej budowie przestrzennej i własnościach wraz z odpowiednią terminacją łańcucha umożliwiają regulowanie właściwości mechanicznych, zachowania w niskich temperaturach oraz odporności chemicznej. Elastomery zawierające fluor posiadają gumową elastyczność zarówno w wysokich jak i niskich temperaturach, a także w kontakcie z różnymi chemikaliami. Aby zapewnić im odwracalne właściwości sprężyste poddaje się je sieciowaniu. Elastomery fluorowe są kopolimerami powstałymi z monomerów gdzie jeden tworzy prosty długi łańcuch i ma tendencję do krystalizacji, a drugi jest wbudowany w pewnych odstępach, aby ograniczyć krystalizację. Łańcuchy z takimi monomerami jak fluorek winylidenu (FVD), tetrafluoroetylen, etylen mają tendencję do krystalizacji, jeśli są wystarczająco długie. Dlatego włącza się monomery z dużymi grupami bocznymi, takie jak HFP, PMVE i propylen, aby zapobiec krystalizacji [1].",
"Elastomery klasyfikuje się na trzy kategorie ze względu na rodzaj monomerów użytych do syntezy: FKM, FFKM i FEPM [2].",
"W elastomerach oznaczonych jako FKM wykorzystuje się monomery alkena częściowo podstawione fluorem (hydrofluoro). Jednym z monomerów jest zawsze fluorek winylidenu (FVD). Produkowany pod nazwą Viton®, Dydeon® i Tecnoflon®. FKM charakteryzuje się [1], [3], [4]:",
"Grupa FFKM – to rodzaj kauczuków perfluorowanych. Jest jednym z najdroższych elastomerów. Charakteryzuje się podobnymi właściwościami jak FKM jednak ma wyższą odporność na wysokie temperatury w pracy ciągłej, do 327°C, oraz jest bardziej odporny na środowisko silnie alkaliczne. Jest najbardziej odpornym chemicznie elastomerem [2], [5], [6], [7].",
"Grupa FEPM (TFEP) – kauczuk będący kopolimerem tetrafluoroetylenu i propylenu. Produkowany pod nazwą Aflas®. W porównaniu z innymi fluoroelastomerami jego wadami są [8], [9]:",
"Zastosowanie fluoroelastomerów Fluoroelastomery są szeroko stosowane w przemyśle chemicznym, samochodowym, lotniczym i naftowym [3], [4], [7], [8], [9]:"
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Polimery fluorowe | 982 | Fluoropolimery amorficzne | [
"Fluoropolimery amorficzne są polimerami syntetycznymi składającymi się zwykle z węgla, fluoru i tlenu. Jest to nowy rodzaj polimerów fluorowych opracowany po raz pierwszy w połowie lat 80 ubiegłego wieku. Charakteryzują się wysoką temperaturą zeszklenia, budową liniową i dużą masą cząsteczkową. Posiadają wszystkie cechy fluoroplastów a dodatkowo są rozpuszczalne w wybranych rozpuszczalnikach i mają doskonałe własności optyczne. Najważniejsze cechy fluoropolimerów bezpostaciowych to [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]:",
"Najbardziej popularne to te o nazwach handlowych: Teflon® AF, Cytop® i Hyflon® AD [1], [2].",
"jest kopolimerem tetrafluoroetylenu (TFE) i 2,2 di(trifluorometylo)-4,5-difluoro-1,3-dioksolanu.",
"jest homopolimerem otrzymywanym na drodze cyklicznej polimeryzacji perfluoro-4-winyloksy-1-butanu.",
"jest kopolimerem tetrafluoroetylenu (TFE) i 2,2-di(trifluoro)-4-fluoro-5-trifluorometyloksy-1,3-dioksolanu.",
"Fluoropolimery amorficzne są stabilne chemicznie i termicznie. Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach fluorowych, mają niskie stałe dielektryczne a folie z nich wykonane są przezroczyste. Mają wyjątkowe właściwości w porównaniu z tradycyjnymi fluoropolimerami [1], [2].",
"Amorficzne fluoropolimery mogą być przetwarzane w stanie stopionym wszystkimi konwencjonalnymi technikami takimi jak wytłaczanie, kompresja, wtrysk czy odlewanie. Roztwory polimerów amorficznych mogą być stosowane do powlekania wirowego, zanurzeniowego, natryskiwania czy odlewania [1].",
"Zastosowanie amorficznych fluoropolimerów Fluoropolimery bezpostaciowe znalazły zastosowanie jako [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]:"
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Poliestry | 915 | Poliestry - budowa i właściwości | [
"Metody otrzymywania poliestrów Poliestry mogą być otrzymywane na drodze polimeryzacji kondensacyjnej (najpopularniejsza metoda reakcji), polimeryzacji z otwarciem pierścienia.",
"Przykłady metod otrzymywania poliestrów: 1. Reakcja polikondensacji alkoholi polihydroksylowych (wielowodorotlenowych), np. alkohol dihydroksylowy (HO-R-OH) z wielofunkcyjnymi kwasami karboksylowymi (HOOC-R-COOH), która przebiega z wydzieleniem małocząsteczkowego produktu ubocznego (wody); jest to reakcja poliestryfikacji. Uwaga: W celu zwiększenia wydajności reakcji (czyli przesunięcia równowagi dynamicznej w prawo, w kierunku powstawania produktów) usuwa się produkt uboczny (wodę) ze środowiska reakcyjnego (np. prowadząc proces w wysokiej temperaturze). Wysoka temperatura może doprowadzić do występowania innych procesów ubocznych, użycie gazu obojętnego lub rozpuszczalnika prowadzi do obniżenia temperatury reakcji poliestryfikacji (eliminacja ubocznych procesów). Do katalizatorów reakcji poliestryfikacji należą kwasy (np. kwas siarkowy i p-toluenosulfonowy). 2. Reakcja homopolikondensacji hydroksykwasów. 3. Reakcja transestryfikacji estrów dimetylowych kwasu dikarboksylowego z glikolami (powstaje produkt uboczny alkohol – zob. rozdział Poliestry-Politereftalen etylenu, otrzymywanie, etap I. 4. Reakcja polikondensacji alkoholi dihydroksylowych (dioli) z dichlorkami kwasów karboksylowych (powstaje produkt uboczny – chlorowodór).",
"Wśród grupy poliestrów można wyróżnić m.in.:",
"Ze względu na bardzo szerokie możliwości syntezy, poliestry charakteryzują się bardzo zróżnicowanymi właściwościami. Właściwości fizyczne i chemiczne zależą m.in. od składu i struktury chemicznej, średniej masy cząsteczkowej, zawartości substancji małocząsteczkowych (zob. rozdziały, w których omówiono poliestry - politereftalen etylenu, poliestry alifatyczno-aromatyczne, żywice poliestrowe, żywice alkidowe, poliwęglany )."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Poliestry",
"content": "Polimery, które charakteryzują się występowaniem w łańcuchu głównym wiązania estrowego ( \\( -C(=O)-O- \\)) [1], [2], [3]."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Poliestry | 944 | Poliestry - politereftalan etylenu | [
"(skróty międzynarodowe PET, PETE) to jeden z najpopularniejszych polimerów z grupy poliestrów ( Rys. 1 ), polimer termoplastyczny (termoplast). Charakteryzuje się budową liniową, może być syntezowany w postaci amorficznej (bezpostaciowej) lub krystalicznej (masa molowa = \\( 1,5\\cdot 10^4 - 3\\cdot 10^4 g\\cdot mol^{-1} \\)).",
"Przykład przemysłowej syntezy PET, reakcja polimeryzacji kondensacyjnej ( Rys. 2 ).",
"Właściwości poli(tereftalanu etylenu):",
"jest jednym z najczęściej poddawanych recyklingowi tworzyw sztucznych, a jego symbolem jest liczba „1”.",
"Przykłady zastosowania poli(tereftalanu etylenu):"
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Poliestry | 953 | Polimery na bazie estrów alifatyczno-aromatycznych | [
"Bardzo ważną grupą wśród poliestrów alifatyczno-aromatycznych są poliestry biodegradowalne (m.in. ulegają degradacji hydrolitycznej w warunkach fizjologicznych, degradacji biologicznej katalizowanej enzymami).",
"Przykłady polimerów biodegradowalnych na bazie estrów alifatyczno-aromatycznych:"
] | [
{
"name": "Definicja 1: Poliestry alifatyczno-aromatyczne",
"content": " to polimery z grupy poliestrów, które otrzymuje się najczęściej w reakcji polikondensacji alifatycznych dioli (alkoholi z dwoma grupami hydroksylowymi), alifatycznych kwasów dikarboksylowych i aromatycznych kwasów /estrów dikarboksylowych [1]."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Poliestry | 943 | Poliestry - poliwęglany | [
"Rys. 1 przedstawia schemat otrzymywania poliwęglanów z bisfenolu A.",
"Właściwości poliwęglanów:",
"Poliwęglany są stosowane w wielu gałęziach przemysłu, przykłady zastosowania poliwęglanów:"
] | [
{
"name": "Definicja 1: Poliwęglany",
"content": " Poliwęglany to poliestry kwasu węglowego ( \\( H_2CO_3 \\)), cecha charakterystyczna to występowanie grupy estrowej w łańcuchu głównym polimeru."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Poliestry | 942 | Poliestry - żywice poliestrowe | [
"Żywice poliestrowe można podzielić na:",
"Nienasycone żywice poliestrowe, otrzymuje się najczęściej w reakcji polikondensacji kwasów (nienasyconych) dikarboksylowych z glikolami (w syntezie bardzo często stosuje się bezwodnik maleinowy, glikol propylenowy/etylenowy) oraz w reakcji polimeryzacji rodnikowej (estrów allilowych kwasów polikarboksylowych).",
"Rys. 1 przedstawia schemat otrzymywania żywicy poliestrowej (reakcja polikondensacji).",
"Ze względu na niską cenę i bardzo dużą reaktywność bardzo często w produkcji żywic poliestrowych stosuje się styren, jednak ze względu na toksyczne aspekty jego stosowania, takie jak m.in. uwalnianie się go w postaci oparów, jak i prawnym ograniczeniom jego stosowania, stosuje się różne rozwiązania technologiczne, które mają na celu ograniczenie lub wyeliminowanie jego użycia. Coraz częściej w produkcji żywic poliestrowych stosuje się monomery takie jak monomery winylowe (winylotoluen, octan winylu, metakrylan metylu).",
"Reakcję usieciowania (utwardzenia) przeprowadza się za pomocą m.in. styrenu, akrylanów, w obecności inicjatorów rodnikowych (np. nadtlenku benzoilu). Usieciowane żywice poliestrowe charakteryzują się m.in. bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi, dużą odpornością na korozję. Właściwości nienasyconych żywic poliestrowych wiążą się m.in. z liczbą oraz położeniem wiązań podwójnych w polimerze. Bardzo dużą elastycznością charakteryzują się poliestry, które zawierają w cząsteczce dwa wiązania podwójne (końcowe, terminalne).",
"Nienasycone żywice poliestrowe znalazły zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu m.in.:",
"Nasycone żywice poliestrowe są stosowane m.in. w przemyśle lakierniczym, np. do produkcji bezrozpuszczalnikowych farb proszkowych (sproszkowane lakiery z żywicami poliestrowymi, są produktami ekologicznymi, przy ich produkcji nie stosuje się szkodliwych dla środowiska rozpuszczalników), charakteryzują się dużą odpornością na czynniki mechaniczne."
] | [
{
"name": "Definicja 1: Żywice poliestrowe",
"content": "Żywice poliestrowe ( poliestry ) to wielkocząsteczkowe estry kwasów dikarboksylowych i alkoholi polihydroksylowych, które najczęściej otrzymuje się w wyniku reakcji polikondensacji ( przykład )."
},
{
"name": "Definicja 2: Żywice poliestrowe nienasycone",
"content": " oligomery, które w łańcuchu głównym makrocząsteczki zwierają grupy estrowe (-OCOR) i wiązanie podwójne (-CH=CH-)."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Poliestry | 941 | Poliestry - żywice alkidowe | [
"Najczęściej stosowane kwasy polikarboksylowe oraz ich bezwodniki to kwas izoftalowy, bezwodnik ftalowy, bezwodnik maleinowy. Natomiast przykłady alkoholi polihydroksylowych stosowanych w procesie syntezy to glicerol, pentaerytryt, glikol etylenowy. Dodatek kwasu tłuszczowego w procesie produkcji żywic alkidowych w znaczny sposób poprawia elastyczność żywic.",
"Żywice alkidowe, można podzielić m.in. ze względu na:",
"Właściwości żywic alkidowych:",
"Żywice alkidowe są stosowane w produkcji:"
] | [
{
"name": "Definicja 1: Żywice alkidowe",
"content": "Alkidale to żywice polimerowe z grupy poliestrów, otrzymywane z alkoholi polihydroksylowych (np. gliceryny) i kwasów polikarboksylowych lub ich bezwodników. Termin żywice alkidowe pochodzi od nazwy substratów używanych do ich produkcji."
}
] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Poliestry | 940 | Poliestry - przykłady i zastosowanie | [
"1. Poli(tereftalan etylenu), PET (zob. rozdział Poliestry - politereftalan etylenu ). 2. Poli(tereftalan butylenu), PBT – otrzymywany w reakcji polikondensacji kwasu tereftalowego i glikolu butylenowego, zastosowanie: przemysł elektroniczny i elektryczny (np. przełączniki elektryczne, gniazdka, włączniki, rozdzielnice), przemysł motoryzacyjny (np. części układu zapłonowego), w produkcji np. obudowy warstw izolacyjnych, silników. 3. Polilaktyd (poli(kwas mlekowy), PLA) – biodegradowalny polimer, poliester alifatyczny (otrzymywany z surowców odnawialnych), stosowany np. w przemyśle medycznym (implanty dentystyczne, nici chirurgiczna), w przemyśle opakowań (butelki, naczynia jednorazowe). 4. Poliglikolid (poli(kwas glikolowy), PGA) – biodegradowalny polimer, najprostszy poliester alifatyczny, stosowany w implantologii (np. w rekonstrukcji kości). 5. Polikaprolakton, (Poli(ε-kaprolakton), PCL), biodegradowalny polimer, stosowany w przetwórstwie jako surowiec do otrzymywania odpowiednich wyrobów w procesach np. wtrysku, wytłaczania, wytłaczania z rozdmuchem, do zastosowań jako modyfikator procesu adhezji, w medycynie np. w produkcji specjalnego rodzaju degradowalnych (poprzez powolną hydrolizę) biomateriałowych implantów, w tworzeniu powłok w kapsułkach leków (drażetek), w produkcji bioresorbowalnych nici chirurgicznych, w stomatologii (składnik żywic do wypełniania kanałów zębowych). 6. Polihydroksyalkaniany, PHA (zob. rozdział polimery na bazie PHA ) – na skalę przemysłową wytwarza się np. polihydroksymaślan, PHB, biodegradowalny przykład biopoliestru „bakteryjnego”, poliester produkowany przez organizmy żywe, stosowany np. w medycynie (implantologia), w przemyśle farmaceutycznym. 7. Poliwęglan, PC (zob. rozdział Poliestry - poliwęglany ). 8. Żywice alkidowe, (zob. rozdział Poliestry - żywice alkidowe ) – np. żywica gliptalowa (żywica glicerynowo-ftalowa) znalazła zastosowanie w produkcji żywic lakierniczych, różnego rodzaju lakierów (np. lakierów ochronnych, izolacyjnych). 9. Nienasycone żywice poliestrowe (zob. rozdział Poliestry - żywice poliestrowe ).",
"Rys. 1 przedstawia budowę oraz przykładowe zastosowania wybranych poliestrów stosowanych w różnych gałęziach przemysłu i przetwórstwa."
] | [] |
Chemia | Podstawy chemii polimerów | Polimery funkcjonalne | 948 | Polimery przewodzące prąd elektryczny | [
"Wyróżnia się trzy mechanizmy przewodnictwa tworzyw polimerowych.",
"Przewodnictwo elektronowe – przewodzenie prądu odbywa się podobnie jak w metalach, na skutek istnienia pasm przewodnictwa powstających w wyniku delokalizacji elektronów w wielokrotnych wiązaniach chemicznych występujących w głównym łańcuchu, bądź z nakładania się pustych orbitali wzdłuż łańcucha głównego. Rys. 1 przedstawia teorię pasmową przewodników elektronowych. Przewodzenie jest możliwe, kiedy pasma walencyjne i przewodnictwa zachodzą na siebie, bądź przerwa energetyczna pomiędzy nimi pozwala na przeskok elektronów.",
"Podobnie jak dla klasycznych półprzewodników, można modyfikować właściwości elektryczne polimerów przewodzących poprzez domieszkowanie – usuwanie lub wprowadzanie elektronów do układu. W przeciwieństwie jednak do półprzewodników nieorganicznych, nie stosuje się domieszek pierwiastków bogatych lub ubogich w elektrony, lecz prowadzi częściową redukcję lub utlenienie makrocząsteczek polimeru, co prowadzi do wytworzenia jonorodników. W zależności od sposobu domieszkowania, wyróżniamy n-domieszkowanie (redukcja) oraz p-domieszkowanie (utlenianie). Niektóre polimery wykazują przewodnictwo porównywalne z przewodnictwem półprzewodników, a domieszkowane – nawet na poziomie metali.",
"Polimery przewodzące elektronowo mogą występować w postaci neutralnej (brak ładunku), utlenionej (czyli w postaci kationowej) lub zredukowanej (postać anionowa). Rys. 3 przedstawia rodzaje nośników ładunków spotykane w polimerach przewodzących.",
"Przewodnictwo jonowe – przewodzenie prądu jest skutkiem ruchu jonów w matrycy, podobnie jak w przypadku roztworów klasycznych elektrolitów. Polielektrolity posiadać muszą grupy jonowymienne lub elektronodonorowe przyłączone do łańcucha głównego, nośnikiem ładunku jest niewielki kation (np. Li), poruszający się skokowo pomiędzy grupami elektronodonorowymi przyłączonymi do łańcucha głównego. Ruch kationu, powoduje ruch anionu w przeciwną stronę. Przewodnictwo tego typu rośnie wraz ze wzrostem temperatury, ponieważ zmniejsza się lepkość polimeru, co powoduje większą ruchliwość jonów. Polimery takie nazywa się elektrolitami stałymi i charakteryzuje za pomocą liczby jonowej i ruchliwości jonowej.",
"Przewodnictwo redoksowe – polimery tej grupy zawierają izolowane od siebie grupy, przyłączone do łańcucha głównego, które mogą ulegać odwracalnym reakcjom utlenienia i redukcji. Przewodzenie odbywa się na zasadzie przeskoku elektronu między grupami redoks.",
"Polimery, których przewodność elektryczna zmienia się pod wpływem oświetlenia są nazywane polimerami fotoprzewodzącymi (elektroluminescencyjnymi), zostały opisane w osobnym module.",
"Do najważniejszych polimerów wykazujących zdolność przewodnictwa zalicza się polimery:",
"Polimery przewodzące otrzymywać można zarówno klasycznie, na drodze syntezy chemicznej, biokatalizowanej syntezy chemicznej, elektrochemicznie, na drodze fotochemicznej oraz na drodze reakcji w stanie stałym (ang. solid state polymerisation).",
"Synteza elektrochemiczna – polega na elektrolizie monomeru w rozpuszczalniku, zawierającym często także elektrolit – prowadzi się anodowe utlenienie monomeru z wytworzeniem kationorodników, które następnie reagują z monomerem lub ze sobą nawzajem, aż do wytworzenia produktu przejściowego o strukturze dikationu. Powstałe dikationy, zawierające pewien układ wiązań sprzężonych mogą łatwo odszczepiać kationy wodorowe, pozbywając się ładunku. Produktami takiego odszczepiania są obojętne oligomery, które następnie mogą dyfundować do anody, gdzie zostaną ponownie utlenione. Powyższy cykl powtarza się aż do momentu, w którym stopień polimeryzacji osiągnie tak wysoką wartość, że polimer zacznie osadzać się na anodzie w postaci filmu.",
"Polikondensacja w stanie stałym to proces, w którym wzrost łańcucha polimeru zachodzi w warunkach, w których co najmniej jeden reagent jest w stanie stałym; proces zachodzi pod wpływem ciepła pod nieobecność tlenu i wody, w próżni lub w wyniku przedmuchiwania gazem obojętnym w celu usunięcia produktów ubocznych reakcji.",
"Właściwości Połączenie dużej elastyczności polimerów z dobrą przewodnością elektryczną czyni je znakomitymi zamiennikami metali. Polimerowy półprzewodnik łatwo można nanieść na ogromną płaszczyznę. Nie ulegają korozji.",
"Zastosowanie Polimery przewodzące są używane do produkcji przewodów, membran, przezroczystych elektrod w przenośnych komputerach, świecących wskaźnikach, kompozytów chroniących przed nagromadzeniem się ładunków elektrostatycznych, w fotoogniwach, układów zasilających lub sterujących, konstrukcji maszyn i robotów w skali mikro- i nano-, w samolotach niewidzialnych przez radary, w tkaninach maskujących żołnierzy przed noktowizorami, jako powłoki antystatyczne. Polielektrolity – elektrolity stałe, stosowane są w ogniwach elektrochemicznych, jako membrany pół przewodzące, wymieniacze jonowe, w akumulatorach litowo-polimerowych, do biosyntez z wykorzystaniem cieczy jonowych w celu uzyskania wyższej enancjoselektywności, np. w syntezie ibuprofenu [1]. Polimery przewodzące na drodze redoks znalazły zastosowanie jako aktywne warstwy czujników pH i niektórych rodzajów biosensorów czułych na zmiany potencjału redoks układu, stosowane są w wykrywaniu i ilościowym oznaczaniu różnych złożonych substancji organicznych, np. glukozy [2]."
] | [] |