Προλογοσ
Με το βιβλίο αυτό αρχίζει μια νέα προσπάθεια για την ανανέωση και τον εκ συγχρονισμό των συγγραμμάτων του Λυκείου. Ανανέωση τόσο στο περιεχόμενο όσο και στο ύφος, ώστε να μην είναι το σχολικό βιβλίο μια ξερή μόνο παράθεση μέρους των γνώσεων που συσσωρεύονται από τους επιστήμονες αιώνες τώρα.
Με ένα πολύ απλό ύφος γίνεται προσπάθεια να δοθούν οι θεμελιώδεις αρχές της Χημείας και μέσα από παρα -δείγματα της καθημερινής ζωής, ώστε και πιο κατανοητές να γίνουν και επιπλέον να βοηθήσουν τον αναγνώστη - μαθητή να αναπτύξει ένα κριτικό βλέμμα για ότι συμβαίνει γύρω και μέσα του.

Η βασική αρχή που ακολουθήθηκε τόσο στην παράθεση της θεωρίας όσο και στην εκλογή των ασκήσεων και των προβλημάτων είναι ότι ο μαθητής, από το δίδυμο δάσκαλος- βιβλίο, πρέπει να μπορεί να μαθαίνει και όχι μόνο να διδάσκεται, να μπορεί να βρίσκει και όχι μόνο να του λένε.
Όσον αφορά τη θεωρία αυτού του βιβλίου έγινε προσπάθεια να είναι προσαρμοσμένη στις νοητικές, δυνατότητες των μαθητών που προορίζεται, εξασφαλίζοντας στο μέγιστο δυνατό βαθμό τη μετά πλαση της επιστημονικής γνώσης σε διδάξιμη ύλη.

Προσπαθήσαμε κατά το δυνατόν να ακολουθήσουμε τις σύγχρονες τάσεις συγγραφής διδακτικών βιβλίων, μέσα στα πλαίσια βέβαια του δεδομένου αναλυτικού προγράμματος.
Για να το πετύχουμε αυτό στηριχτήκαμε:
-  σε σύγχρονη βιβλιογραφία η οποία περιλαμβάνει και εκπαιδευτικά περιοδικά.
-  σε ελκυστικό φωτογραφικό υλικό το οποίο σε κάποιο ποσοστό ικανοποιεί τον όρο πειραματική χημεία.
-  σε ιστορικές αναφορές με σκοπό να καταλάβει ο μαθητής - αναγνώστης ότι το θαυμάσιο αυτό οικοδόμημα της Χημείας στήθηκε από ανθρώπους αφοσιωμένους αλλά «ανθρώπινους», μέσα από λάθη, αντιγνωμίες, απογοητεύσεις αλλά και θριάμβους.
-  σε μεγάλο αριθμό των «γνωρίζεις ότι...» όπου αναφέρονται σύγχρο να θέματα τα οποία ενδιαφέρουν κάθε σκεπτόμενο άνθρωπο. Σε αυτά η χημεία είναι «εν δράσει» και αναδεικνύεται σαν η επιστήμη της «κάθε ημέρας». Χωρίς αυτά να είναι «εξεταστέα ύλη» ελπίζουμε να είναι «ύλη - πρόκλ ηση» για περαιτέρω βιβλι -ογραφική έρευνα σε βιβλιοθήκες και υπολογιστές.....

Η επιλογή των ασκήσεων και των προβλημάτων έγινε κατά τέτοιο τρόπο ώστε να υπάρχει συμφωνία με τις δυνατότητες των μαθητών και ο βαθμός δυσκολίας να είναι τέτοιος, ώστε να είναι δυνατή η εξαγωγή της απά -ντησης μέσα από τη θεωρία του βιβλίου αυτού.
Ο ικανοποιητικός αριθμός των ασκήσεων και των προβλημάτων έχει στόχο, όχι την επίλυση όλων αυτών μέσα στην τάξη, αλλά την πλήρη παροχή ενός υλικού, ώστε μέσα από την δημιουργική συνεργασία δασκάλου- μαθητή να επιτυγχάνεται η πλήρης αφομοίωση και εμπέδωση της ύλης που θα διδαχθεί. Ο πλούτος των προβλημάτων καθώς και των λυμένων εφαρμογών κάνει, για τον μέσο μαθητή, περιττό κάθε άλλο βοήθημα.

Η συγγραφική ομάδα

Περιεχομενα γενικησ Παιδειασ α' λυκειου

1 Βασικεσ εννοιεσ

2 Περιοδικοσ Πινακασ - δεσμοι
2.1 Ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων.............................................................................................................................. ............................ 44 2.2 Κατάταξη των στοιχείων (Περιοδικός Πίνακας). Χρησιμότητα του περιοδικού πίνακα ............................. 47 2.3 Γενικά για το χημικό δεσμό - Παράγοντες που καθορίζουν τη χημική συμπεριφορά του ατόμου. Είδη χημικών δεσμών (ιοντικός - ομοιοπολικός) ............................................................... ....................................................... 52 2.4 Η γλώσσα της χημείας - Αριθμός οξείδωσης - Γραφή χημικών τύπων και εισαγωγή στην ονοματολογία των ενώσεων .............................................................................................................................. ....................................... 62 Γνωρίζεις ότι: «Μια περιοδεία στον Περιοδικό Πίνακα...» ............................................................... ............................... 67 Ανακεφαλαίωση - Λέξεις κλειδιά - Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα ........................................................... 69

3 οξεα - Βασεισ - αλατα - οξειδια
3.1 Θεωρία ηλεκτρολυτικής διάστασης.............................................................................................................................. ...................... 83 3.2 Οξέα και βάσεις .............................................................................................................................. ............................................................... ... 84 3.3 Οξείδια ............................................................................................................................................................................................. ........................ 92 3.4 Άλατα ............................................................................................................................................................................................. ........................... 94 3.5 Χημικές αντιδράσεις .............................................................................................................................. ........................................................ 95 3.6 Οξέα, βάσεις, οξείδια, άλατα, εξουδετέρωση και... καθημερινή ζωή ............................................................... .......105 Γνωρίζεις ότι: «To pH του στομαχιού και τα αντιόξινα» ............................................................... ................................... 110 Ανακεφαλαίωση - Λέξεις κλειδιά -Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα ........................................................... 111
4 στοιχειομετρια 4.1 Βασικές έννοιες για τους χημικούς υπολογισμούς: σχετική ατομική μάζα σχετική μοριακή μαζά, mol. αριθμός Avogadro, γραμμομοριακός όγκος ............................................................... ..................................................... 128 4.2 Καταστατική εξίσωση των αερίων .............................................................................................................................. ......................137 4.3 Συγκέντρωση διαλύματος - Αραίωση, ανάμειξη διαλυμάτων ............................................................... ........................ 141 4.4 Στοιχειομετρικοί υπολογισμοί .............................................................................................................................. ................................ 147 Γνωρίζεις ότι: «Οι άνθρωποι που χάραξαν το δρόμο της χημείας» ............................................................... ............155 Γνωρίζεις ότι: «Η προέλευση του όρου mole» ............................................................... .......................................................... 156 Ανακεφαλαίωση - Λέξεις κλειδιά - Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα ......................................................... 157

5 Πυρηνικη Xhmeia
5.1 Ραδιενεργός διάσπαση - Χρόνος υποδιπλασιασμού - Συνέπειες ραδιενέργειας για τον άνθρωπο - Πηγές ραδιενέργειας ............................................................... ............................................................... ..........170 5.2 Μερικές εφαρμογές ραδιοϊσοτόπων .............................................................................................................................. ...................179 5.3 Μεταστοιχειώσεις - Σχάση - Σύντηξη ............................................................... ............................................................... ..............180 Γνωρίζεις ότι: «Το πρόβλημα των ραδιενεργών αποβλήτων» ............................................................... ........................ 182 Ανακεφαλαίωση - Λέξεις κλειδιά -Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα ........................................................... 184

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ
Στο τέλος αυτής της διδακτικής ενότητας θα πρέπει να μπορείς:
- -Να αναγνωρίζεις τη χρησιμότητα αλλά και τις παρενέργειες που έχει η χημεία στην καθημερινή μας ζωή.
- -Να διακρίνεις τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της ύλης, δηλαδή, τη μάζα, τον όγκο και την πυκνότητα.
- -Να περιγράφεις τα δομικά σωματίδια της ύλης, δηλαδή, τα άτομα, τα μόρια και τα ιόντα. Να ορίζεις τι είναι ατομικός και μαζικός αριθμός.
- -Να εντοπίζεις τα χαρακτηριστικά που έχει η αέρια, η υγρή και η στερεά φάση.
- -Να ταξινομείς τα φαινόμενα σε χημικά και φυσικά και να διακρίνεις τις διαφορές τους. Να αναγνωρίζεις, από ένα σύνολο μεταβολών, ποια είναι τα φυσικά και ποια τα χημικά φαινόμενα.
- -Να αναφέρεις ποιες είναι οι φυσικές και οι χημικές ιδιότητες μιας ουσίας, δίνοντας χαρακτηριστικά παραδείγματα.
- -Να ταξινομείς την ύλη σε κατηγορίες (καθαρή ουσία - μίγμα, ομογενές ετερογενές μίγμα, ένωση - στοιχείο), να διακρίνεις τις διαφορές αυτών. Να αναγνωρίζεις, σ' ένα σύνολο ουσιών σε ποια κατηγορία ανήκει κάθε ουσία.
- -Να εκφράζεις ποσοτικά την περιεκτικότητα ενός διαλύματος και να υπολο -γίζεις την περιεκτικότητα ενός διαλύματος από την ποσότητα του διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας. Να ορίζεις τι είναι διαλυτότητα ενός σώματος και να αναφέρεις τους παράγοντες που την επηρεάζουν.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

Εισαγωγή
Όταν κανείς πρωτομπαίνει σε μια χώρα που κάθε άλλο παρά «έρημη» είναι, το λιγότερο που έχει να κάνει είναι να μάθει τα βασικά της «γλώσ -σας» της, για να μπορεί να συνεννοείται και να καταλαβαίνει. Αυτός είναι και ο κεντρικός στόχος του πρώτου αυτού κεφαλαίου. Προσπαθεί να μεγαλώσει σε πλάτος και βάθος τις λίγες χημικές γνώσεις που έχει ο μαθητής στη φάση αυτή. Γνώσεις γύρω από τις έννοιες, τα σύμβολα, τους αριθμούς, τις εκφράσεις που χρησιμοποιούν οι χημικοί για τη μελέτη του αντικειμένου της επιστήμης τους, που είναι η ύλη . Και όπως είναι φυσι -κό, όταν το αντικείμενο μελέτης είναι τόσο ποικιλόμορφο, το κυριότερο μέλημα είναι η ταξινόμησή του. Ταξινόμηση με βάση π.χ. μακροσκοπικές ιδιότητες : σε στερεά, υγρά και αέρια . Ταξινόμηση με βάση τη χ ημική ανάλυση στοιχεία (η «αλφαβήτα» της χημείας), χημικές ενώσεις και μίγματα . Ταξινόμηση με βάση τις δομικές μονάδες : σε ατομικές, ιοντικές και μοριακές ουσίες . Η ύλη λοιπόν, οι ιδιότητές της (φυσικές και χημικές ιδιότητες) και οι μεταβολές της (φυσικά και χημικά φαινόμενα) είναι από τους βασικούς στόχους του κεφαλαίου αυτού. Μέσα δε από αυτά προβάλ -λεται μια σπουδαία επιστημονική διαδικασία, όπως είναι η χρήση ενός προτύπου - μοντέλου , με τη βοήθεια του οποίου ερμηνεύονται διάφορες παρατηρήσεις - πειράματα και προβλέπονται επίσης γεγονότα. Στη φάση αυτή το ατομικό - μοριακό μοντέλο, χωρίς «βαθύτερες» αναφορές, απαντά σε πολλές απορίες. Τέλος, η «γλώσσα» της χημείας και οι γενικότεροι συμβολισμοί της σχεδιάστηκαν, εξελίχθηκαν και εξελίσσονται έτσι ώστε να κωδικοποιούν το μέγιστο δυνατό πλήθος πληροφοριών με έναν τρόπο εύληπτο αλλά και πειθαρχημένο.

1.1 Με τι ασχολείται η Χημεία Ποια η σημασία της Χημείας στη ζωή μας

Χημεία: η επιστήμη της ύλης και των μεταμορφώσεων της
- -Η χημεία μελετά τη δομή, τη χημική σύσταση καθώς και τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα (φυσικές ιδιότητες) των καθαρών ουσιών και των μιγμάτων. Μελετά τον τρόπο με τον οποίο οι χημικές ουσίες αντιδρούν μεταξύ τους, δηλαδή μετατρέπονται μέσω χημικών φαινομένων σε άλλες ουσίες με διαφορετική σύσταση και ιδιότητες.
Όλοι επωφελούμαστε από τα επιτεύγματα της χημείας. Κανένας άλλος κλάδος της επιστήμης δεν έχει προσφέρει τόσα πολλά ούτε μπορεί να υποσχεθεί περισσότερα από τη χημεία. Μας χαρίζει όχι μόνο τα αναγκαία
αγαθά, αλλά και την πολυτέλεια του περιττού. Καθετί που υπάρχει στην ξηρά, στη θάλασσα και στον αέρα αποτελείται από χημικές ουσίες σε μια αδιάκοπη αλληλουχία αντιδράσεων. Το ανθρώπινο σώμα είναι ένα θαυματουργό εργαστήριο χημείας, που αποτελείται από τρισεκατομμύρια κύτταρα. Το καθένα απ' αυτά αποτελείται από εκατοντάδες χημικές ουσίες, που βρίσκονται σε συνεχή «χημική» εξάρτηση με το φυσικό περιβάλλον. Π.χ. ο άνθρωπος αναπνέει, δηλαδή «καίει» με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας τους υδατάνθρακες που παίρνει από τα φυτά, πίνει νερό, που αποτελεί το μεγαλύτερο ποσοστό του σώματός του, και ακόμα τρέφεται με στερεά τροφή, που δεν είναι τίποτα άλλο από χημικές ουσίες.

Τα τρόφιμα, τα φάρμακα, τα καλλυντικά, τα απορρυπαντικά, τα λιπάσματα, τα φυτοφάρμακα, τα τεχνολογικά προϊόντα, τα σπίτια, τα προ -ϊόντα ψυχαγωγίας μας και τόσα άλλα, έχουν κατασκευασθεί και βελτιωθεί με τη βοήθεια της χημικής επιστήμης. Ας δούμε μερικά παραδείγματα:
Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει ριζικές αλλαγές στη διατροφή μας με τις σύγχρονες μεθόδους παρασκευής, συντήρησης και τυποποίησης των τροφίμων. Ακόμα μελετήθηκε η θρεπτική αξία των τροφών και ανα -καλύφθηκαν οι βιταμίνες και η χρησιμότητά τους. Μεγάλη πρόοδος έγινε και στην ενδυμασία με την ανακάλυψη των συνθετικών υλικών όπως το νάιλον και το συνθετικό μετάξι. Ευρύτατα χρησιμοποιούνται τα τεχνητά δέρματα, οι τεχνητές βαφές και τα συνθετικά νήματα. Για τη θέρμανση και τη μεταφορά του ο άνθρωπος χρησιμοποιεί τα καύσιμα, στο παρελθόν τον άνθρακα, σήμερα το πετρέλαιο και τις βενζίνες. Αξιοποιεί δηλαδή την ενέργεια που ελευθερώνεται από μια χημική αντίδραση. Στην ιατρική νέα φάρμακα και νέες μέθοδοι εργαστηριακών αναλύσεων έχουν βελτιώσει σημαντικά την προφύλαξη, διάγνωση και θεραπεία των ασθενειών. Έτσι έχουν σωθεί αναρίθμητες ζωές. Όλα αυτά που αναφέραμε αποτελούν ένα πολύ μικρό μέρος των θετικών συνεπειών της χημικής επιστήμης.

Δυστυχώς όμως υπάρχουν και οι αρνητικές συνέπειες της ανάπτυξης της χημικής επιστήμης. Ως παράδειγμα φέρνουμε τα χημικά τοξικά αέρια, που χρησιμοποιήθηκαν σε μεγάλη κλίμακα στους τελευταίους παγκόσμι -ους πολέμους, και τα πυρηνικά οπλοστάσια, που αποτελούν σήμερα τον υπ' αριθμό ένα κίνδυνο για την καταστροφή του πλανήτη μας. Επίσης η μόλυνση του περιβάλλοντος από τα απόβλητα των βιομηχανιών και από τα καυσαέρια των αυτοκινήτων, καθώς και η υπερεκμετάλλευση των αποθεμάτων των φυσικών πόρων, θέτουν σε κίνδυνο την ισορροπία του οικοσυστήματος.

Όμως εδώ πρέπει να τονίσουμε ότι δεν υπάρχει «καλή» ή «κακή» χημεία. Ο άνθρωπος είναι εκείνος που χρησιμοποιεί θετικά ή αρνητικά τα επιτεύγματα της χημείας και τα καθιστά μοχλό της ανάπτυξης ή της οπισθοδρόμησης και της καταστροφής. Ο άνθρωπος είναι εκείνος που θα ανακαλύψει το φάρμακο για τον ιό του AIDS και ο άνθρωπος είναι εκείνος που θα δώσει την εντολή για το πάτημα ενός κουμπιού του πυ -ρηνικού οπλοστασίου.
«Κορώνα των επιστημών, θαυματουργή χημεία, και μέσα από τα σκύβαλα στο -λίδια βγάζεις και πετράδια.» ΚΩΣΤΗΣ ΠΑΛΑΜΑΣ
-  Η χημεία θεωρείται «βασι -κή επιστήμη», καθώς απο -τελεί το υπόβαθρο για τη σπουδή άλλων θετικών επι -στημών, όπως είναι η βιολο -γία, η ιατρική, η γεωλογία, η οικολογία.

1.2. Γνωρίσματα της ύλης (μάζα, όγκος, πυκνότητα) Μετρήσεις και μονάδες

Μετρήσεις - Μονάδες μέτρησης
Πολλά από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της ύλης είναι μετρήσιμα. Οι μετρήσεις αυτές γίνονται με τη βοήθεια ειδικών οργάνων. Έτσι για το μήκος έχουμε το μέτρο, για τη μάζα το ζυγό (ζυγαριά), για τον όγκο τον ογκομετρικό κύλινδρο, για τη θερμοκρασία το θερμόμετρο κλπ.
Η ποσοτική έκφραση ενός μεγέθους γίνεται με τη χρήση ενός αριθμού (αριθμητική τιμή) π.χ. 5 και μιας μονάδας μέτρησης π.χ. kg. Δηλαδή ένα υλικό σώμα έχει μάζα m = 5kg.
ΣΧΗΜΑ 1.1 α. Θερμόμετρο β. Ογκομετρικός κύλινδρος, για τη μέτρηση της θερμοκρασίας και του όγκου ενός υγρού, αντίστοιχα.

To Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI)
Το μετρικό σύστημα καθορίστηκε στη Γαλλία στα τέλη του 18$^{ου}$ αιώνα και χρησιμοποιήθηκε ως σύστημα μέτρησης στις περισσότερες χώρες του κόσμου. Το 1960 καθορίστηκε μετά από διεθνή συμφωνία, το Διεθνές Σύστημα Μονάδων: SI (από τα αρχικά των γαλλικών λέξεων Système International d' Unités). Το σύστημα SI περιέχει 7 θεμελιώδη μεγέθη με τις χαρακτηριστικές μονάδες τους (ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1). Όλα τα άλλα μεγέθη που χρησιμοποιούνται είναι παράγωγα των θεμελιωδών αυτών μεγεθών. Παρά την προσπάθεια των επιστημόνων για την πλήρη επικράτηση του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σή -μερα και άλλες μονάδες, π.χ. η πίεση ενός αερίου εκφράζεται συνήθως σε atm και όχι σε pascal - Pa (N/m$^{2}$ , όπου Ν = Kg.m/s$^{2}$).

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1: Θεμελιώδη μεγέθη - Μονάδες

Πολλές φορές χρησιμοποιούμε πολλαπλάσια και υποπολλαπλάσια των θεμελιωδών μονάδων (εύχρηστες μονάδες).

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.2: Πολλαπλάσια - Υποπολλαπλάσια μονάδων

Οι μετρήσεις που συχνότατα χρησιμοποιούμε στη χημεία περιλαμβάνουν τα μεγέθη μάζα, όγκος, πυκνότητα και θερμοκρασία.
- ● Μονάδες πίεσης: 1Pa = 1N/m$^{2}$(SI) 1atm = 101325 Pa= 760 mmHg
- ● Μονάδες θερμοκρασίας: °C, Κ (SI) Τ (Κ) = θ(°C) + 273
- ● Άλλη μονάδα μήκους : 1 Å = 10 $^{-8}$cm = 10 $^{-10}$m, χρησιμοποιείται συνήθως για την έκφραση της ατο -μικής ακτίνας, του μήκους του δεσμού κ.λ.π.

Παράδειγμα 1.1
Το όριο ταχύτητας σ' έναν αυτοκινητόδρομο είναι 110 km/h. Να εκ -φράσετε την ταχύτητα αυτή σε μονάδες SI.

ΛΥΣΗ
Γνωρίζουμε ότι 1 km = 10$^{3}$ m και 1 h = 3600 s. Άρα το όριο της ταχύτητας είναι 110 km/h = 11010$^{3}$ m / 3600 s = = 30,56 m s$^{-1}$.

Παράδειγμα 1.2
Η διάμετρος του ατόμου του υδρογόνου (Η) είναι 0,212 nm. Να υπο -λογίσετε τη διάμετρο του ατόμου σε m και σε Å.

ΛΥΣΗ
Αφού το l nm = 10$^{-9 }$m, η διάμετρος θα είναι 0,212 10$^{-9 }$m, και καθώς 1Å = 10$^{-10 }$m, δηλαδή 1m = 10$^{10}$Å, θα έχουμε 0,212 10$^{-9 }$m = 0,212  10$^{-9}$  10$^{10}$Å, δηλαδή 0,212 10 Å = 2,12 Å.

Γνωρίσματα της ύλης

Μάζα και Βάρος
Τα μεγέθη μάζα και βάρος είναι διαφορετικά. Ένα σώμα έχει την ίδια μάζα σ' όλα τα μέρη της γης, έχει όμως διαφορετικό βάρος από τόπο σε τόπο. Το βάρος είναι συνάρτηση του γεωγραφικού πλάτους και της απόστασης του σώματος από την επιφάνεια της θάλασσας.
ΣΧΗΜΑ 1.2 Το βάρος του αστροναύτη στη σελήνη είναι το 1/ 6 αυτού που έχει στη γη, λόγω διαφοράς ανάμεσα στο πεδίο βαρύτητας (g) της σελήνης και γης. Αντίθετα, ο αστροναύτης έχει την ίδια μάζα στη γη και στη σελήνη.
● Βάρος είναι η ελκτική δύναμη που ασκείται στο σώμα από το πεδίο βαρύτητας της γης.

Μάζα ( m )
- -Μάζα είναι το μέτρο της αντίστασης που παρουσιάζει ένα σώμα ως προς τη μεταβολή της ταχύτητάς του και εκφράζει το ποσό της ύλης που περιέχεται σε μία ουσία.
Η μάζα είναι κυρίαρχο μέγεθος στη χημεία και η μέτρησή της γίνεται με τη βοήθεια ζυγών. Παρ' όλο που η μονάδα μέτρησης στο SI είναι το χιλιόγραμμο (Kg), πολύ συχνά χρησιμοποιούνται υποπολλαπλάσιά της όπως το γραμμάριο (g) και χιλιοστόγραμμο (mg).
ΣΧΗΜΑ 1.3 Εργαστηριακός ζυγός ενός δίσκου με βερνιέρο και σύγχρονοι ηλεκτρο -νικοί ζυγοί ακριβείας για τη μέτρηση μάζας.

Όγκος ( V )
- -Όγκος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει ένα σώμα.
Στο σύστημα SI θεμελιώδες μέγεθος είναι το μήκος, με μονάδα το μέτρο (m), και παράγωγο αυτού μέγεθος είναι ο όγκος, εκφρασμένος σε κυβικά μέτρα (m$^{3}$). Στο χημικό εργαστήριο συνήθως χρησιμοποιούνται μικρότερες μονάδες, όπως είναι το κυβικό δεκατόμετρο (dm$^{3}$), που είναι περίπου ίσο με το λίτρο (L), και το κυβικό εκατοστόμετρο (cm$^{3}$), που είναι περίπου ίσο με το χιλιοστόλιτρο (mL).
ΣΧΗΜΑ 1.4 Ο ορισμός των μονάδων όγκου m$^{3}$, dm$^{3}$, cm$^{3}$ και η μεταξύ τους σχέση.

- ● 1 Kg = 10$^{3}$ g = 1000 g 1 g = 10$^{3 }$mg = 1000 mg
To δυναμόμετρο είναι όργανο μέτρησης βάρους.
- ● 1 L = 1000 mL 1 cm$^{3}$ = 1 mL 1 L = 1 dm 3
- ● To λίτρο (L) ορίζεται ως ο όγκος που καταλαμβάνει 1 kg νερού στους 4 °C.
Λόγω της μικρής τους διαφο -ράς το mL και cm$^{3}$ μπορούν να χρησιμοποιηθούν αδιά -κριτα. Για εκπαιδευτικούς λόγους πολλές φορές προ -τείνεται το cm 3 να χρησιμο -ποιείται για τη μέτρηση των αερίων όγκων και το mL για τους όγκους των υγρών. Με την ίδια λογική μπορούμε να διακρίνουμε το L από το dm$^{3}$.

Η μέτρηση του όγκου στο χημικό εργαστήριο γίνεται με τη βοήθεια ογκομετρικών οργάνων όπως είναι η προχοΐδα, το σιφώνιο (πιπέτα), ο ογκομετρικός κύλινδρος, η ογκομετρική φιάλη κ.λ.π.
ΣΧΗΜΑ 1.5 Από τα πιο συνηθισμένα όργανα για τη μέτρηση του όγκου ενός υγρού είναι: 1.η προχοΐδα : 2. το σιφώνιο εκροής 3.ο ογκομετρικός κύλινδρος και 4. η ογκο -μετρική φιάλη

Παράδειγμα 1.3
Το «ύψος» της βροχής μιας μέρας ήταν σ' ένα τόπο 10 mm. Να υπο -λογίσετε τον όγκο του νερού που κάλυψε επιφάνεια 1 km$^{2}$.

ΛΥΣΗ
Ο όγκος του νερού ισούται με το γινόμενο της επιφάνειας επί το ύψος. Δηλαδή V = s h .
h 10mm = 1010$^{-3}$m = 10$^{-2}$m
s = 1 km$^{2}$
l 10$^{6}$m$^{2}$ = 10$^{6}$m 2
Άρα V = sh = 10$^{6}$m$^{2}$10$^{-2}$m ή V = 10$^{4}$m$^{3}$ = 10000 m 3

Πυκνότητα (ρ)
- -Η πυκνότητα ορίζεται ως το πηλίκο της μάζας προς τον αντίστοιχο όγκο σε σταθερές συνθήκες πίεσης (όταν πρόκειται για αέριο) και θερμοκρασίας.
ρ=m/V
-  Η πυκνότητα πολλές φορές στην Ελληνική και διεθνή βι -βλιογραφία συμβολίζεται με d . Στο παρόν βιβλίο υιοθετείται η πρόταση της IUPAC και συμ -βολίζεται με ρ .
Η μονάδα της πυκνότητας (παράγωγο μέγεθος) στο SI είναι το Kg /m$^{3}$. Εύχρηστες όμως μονάδες είναι το g/mL (ή g/cm$^{3}$). Ειδικά στα αέρια, όπου έχουμε μικρές πυκνότητες, συνήθως χρησιμοποιούμε το g/L.

Παράδειγμα 1.4
Το αργίλιο (Αl) είναι ένα πολύ εύχρηστο μέταλλο. Ένας κύβος από αργίλιο έχει ακμή 2 cm. Με τη βοήθεια του ζυγού η μάζα του βρέθηκε 21,6 g. Ποια είναι η πυκνότητα του Αl;

ΛΥΣΗ
V = (2 cm)$^{3}$ ή V = 8 cm 3 ρ m / V = 21,6 g / 8 cm$^{3}$ ή ρ = 2,7 g/cm$^{3}$.

Παράδειγμα 1.5
Η πυκνότητα του νερού στη θερμοκρασία δωματίου θεωρείται περίπου ίση με 1 g /mL. Να εκφράσετε την πυκνότητα αυτή σε kg/m$^{3}$ και σε g/L.

ΛΥΣΗ
Είναι ρ = 1 g/mL = 10$^{-3}$kg/10$^{-6}$m$^{3}$ = 10$^{3}$ kg/m$^{3}$ = 1000 kg/m$^{3}$. Δηλαδή 1m$^{3}$ νερού ζυγίζει 1 (μετρικό) τόνο. Επίσης έχουμε ρ = 1 g /mL = 1 g/10$^{-3}$L = 1000 g/L. Δηλαδή 1L νερού ζυγίζει 1 kg.

1.3 Δομικά σωματίδια της ύλης - Δομή ατόμου Ατομικός αριθμός - Μαζικός αριθμός - Ισότοπα

Δομικά σωματίδια της ύλης
Κάθε σώμα συγκροτείται από απείρως μικρά σωματίδια (σχεδόν αμελη -τέα), που ονομάζονται δομικά σωματίδια ή δομικές μονάδες της ύλης. Τα σωματίδια αυτά είναι: τα άτομα, τα μόρια και τα ιόντα.

Άτομα - Μόρια - Ιόντα
Παίρνουμε μία καθορισμένη ουσία, για παράδειγμα τη ζάχαρη, και τεμα -χίζουμε μια ποσότητά της σε όσο το δυνατό μικρότερα κομμάτια. Αυτό μπορούμε να το πετύχουμε με διάλυση ποσότητας ζάχαρης σε νερό. Η ζάχαρη τότε χωρίζεται σε τόσο μικρά κομμάτια, που δεν μπορούμε πια να τα διακρίνουμε ούτε με μικροσκόπιο. Παρ' όλα αυτά η ζάχαρη εξακολουθεί να κρατά τις ιδιότητές της, π.χ. το διάλυμα είναι γλυκό. Ο διαχωρισμός βέβαια αυτός της ύλης δεν μπορεί να συνεχίζεται επ' άπειρον. Υπάρχει ένα πάρα πολύ μικρό κομμάτι ζάχαρης, πολύ μικρών διαστάσεων και μάζας, το οποίο δεν μπορεί να κοπεί σε μικρότερα κομμάτια, χωρίς να χάσει τις ιδιότητες του. Αυτό είναι το μόριο.

-  Ένα μόριο ζάχαρης ζυγίζει 5,7 10$^{-22}$ g.
- -Μόριο είναι το μικρότερο κομμάτι μιας καθορισμένης ουσίας (ένωσης ή στοιχείου) που μπορεί να υπάρξει ελεύθερο, διατηρώντας τις ιδιότητες της ύλης από την οποία προέρχεται.
Τα μόρια στην περίπτωση των χημικών στοιχείων συγκροτούνται από ένα είδος ατόμων, π.χ. O$\_{2}$, Ν$\_{2}$, O$\_{3}$, Ρ$\_{4}$, ενώ στην περίπτωση των χημικών ενώσεων από δύο ή περισσότερα είδη ατόμων, π.χ Η$\_{2}$O, CH$\_{4}$, C$\_{12}$H$\_{22}$O$\_{11}$.
- -Τα μόρια δηλαδή είναι ομάδες ατόμων με καθορισμένη γεωμετρική διάταξη στο χώρο, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

ΣΧΗΜΑ 1.6 Μοριακά μοντέλα των στοιχείων: υδρογόνου (Η$\_{2}$), οξυγόνου (Ο$\_{2}$), και των ενώσεων: νερού (Η$\_{2}$O), διοξειδίου του άνθρακα (CO$\_{2}$) και οινοπνεύματος (C$\_{2}$H$\_{5}$OH).
Η έννοια του ατόμου, όπως θα δούμε αμέσως παρακάτω, αποτελεί τη βάση της ατομικής θεωρίας.
- -Άτομο είναι το μικρότερο σωματίδιο ενός στοιχείου, που μπορεί να πάρει μέρος στο σχηματισμό χημικών ενώσεων.
Τα μόρια των χημικών στοιχείων δεν αποτελούνται πάντοτε από τον ίδιο αριθμό ατόμων. Έτσι υπάρχουν στοιχεία μονοατομικά , όπως είναι τα ευγενή αέρια, π.χ. ήλιο (He), στοιχεία διατομικά , όπως είναι το οξυγόνο (O$\_{2}$), το υδρογόνο (Η$\_{2}$), ή ακόμα και τριατομικά , όπως είναι το όζον (O$\_{3}$).

- -Ο αριθμός που δείχνει από πόσα άτομα συγκροτείται το μόριο ενός στοιχείου ονομάζεται ατομικότητα στοιχείου
Η ατομικότητα του στοιχείου αναγράφεται ως δείκτης στο σύμβολο του
-  Τα ατομικά και μοριακά μοντέλα μάς βοηθούν να κατανοήσουμε καλύτερα την έννοια των ατόμων και μορίων. Τα μοντέλα τύπου σφαίρας- ράβδου, που απεικονίζονται στο διπλανό σχήμα, είναι από τα πλέον διαδεδομένα. Τα άτομα συμβολίζονται με σφαίρες (λόγω της σφαιρικής συμ -μετρίας που παρουσιάζουν τα άτομα), με διάμετρο ανάλογη του μεγέθους του ατόμου. Η ράβδος ανάμεσα στα άτομα συμβολίζει το χημικό δεσμό που αναπτύσ -σεται ανάμεσα στα άτομα. Τα χρώματα στις σφαίρες κωδικοποιούνται ως εξής: Η (λευκή σφαίρα) C (μαύρη σφαίρα)
- Ο (κόκκινη σφαίρα) και φυσικά δεν ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα, αφού τα άτομα είναι άχρωμα.
-  To άτομο είναι ένα απει -ροελάχιστο σωματίδιο, με μέγεθος που ξεπερνά τα όρια της φαντασίας μας. Ωστόσο, νέες τεχνικές στην μικροσκοπία επιτρέπουν την παρατήρηση του και τον προσδιορισμό του μεγέθους του.
στοιχείου. Παρακάτω δίνεται πίνακας με τις ατομικότητες των σημαντι -κότερων στοιχείων.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.3: Ατομικότητες στοιχείων
ΜΟΝΟΑΤΟΜΙΚΑ: Ευγενή αέρια: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, και τα μέ -ταλλα σε κατάσταση ατμών.
Επίσης, στις χημικές εξισώσεις γράφονται σαν μονοατομικά τα στοιχεία C, S και P.
ΔΙΑΤΟΜΙΚΑ: Η$\_{2}$, O$\_{2}$, Ν$\_{2}$, F$\_{2}$, Cl$\_{2}$, Br$\_{2}$, I$\_{2}$.
ΤΡΙΑΤΟΜΙΚΑ: O$\_{3}$.
ΤΕΤΡΑΤΟΜΙΚΑ: Ρ$\_{4}$, As$\_{4}$, Sb$\_{4}$.

Ιόντα
Τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, αφού όπως θα δούμε πιο κάτω έχουν ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Τα άτομα όμως μπορούν να μετατραπούν σε ιόντα με αποβολή ή με πρόσληψη ενός ή περισσοτέρων ηλεκτρονίων.
- -Ιόντα είναι είτε φορτισμένα άτομα (μονοατομικά ιόντα), π.χ. Να $^{+}$, Ca$^{2+}$, S $^{2-}$, Cl$^{-}$ είτε φορτισμένα συγκροτήματα ατόμων (πολυατομικά ιόντα), π.χ. ΝΗ$\_{4}$ $^{+}$, CO$\_{3}$ $^{2-}$, Η$\_{2}$ΡO$\_{4}$$^{-}$ .
Τα ιόντα που έχουν θετικό ηλεκτρικό φορτίο ονομάζονται κατιόντα , π.χ. Na $^{+}$, και εκείνα που έχουν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο ονομάζονται ανι -όντα ., π.χ. Cl $^{-}$. Τα ιόντα αποτελούν τα δομικά σωματίδια των ιοντικών ή ετεροπολικών ενώσεων, που θα εξετάσουμε παρακάτω.

ΣΧΗΜΑ 1.7 Ο κρύσταλλος του NaCl συγκροτείται από ιόντα Na$^{+}$ και Cl $^{-}$.
-  Το θείο (S) έχει ατομικότητα 2 ή 4 ή 6 ή 8.
- Στις χημικές εξισώσεις όλα τα στοιχεία εκτός από τα διατομικά γράφονται σαν μονοατομικά.

Δομή του ατόμου
Τον 5° π.Χ. αιώνα οι Έλληνες φιλόσοφοι Δημόκριτος και Λεύκιππος, διατύπωσαν την άποψη ότι η ύλη αποτελείται από πολύ μικρά σωματί -δια που δεν μπορούν να διαιρεθούν σε άλλα απλούστερα. Τα σωματίδια αυτά ονόμασαν ατόμους (άτομα) . Να σημειωθεί ότι η άποψη αυτή ήταν αντίθετη με τη θεώρηση του Πλάτωνα και του Αριστοτέλη για τη συνεχή διαίρεση της ύλης.
Ωστόσο, τα άτομα του Δημόκριτου ξεχάστηκαν για τα επόμενα 2000 χρόνια, μέχρις ότου στις αρχές του 19$^{ου}$ αιώνα ο Άγγλος χημικός Dalton διατυπώσει την ατομική θεωρία . Σύμφωνα με την ατομική θεωρία, που αποτελεί θεμέλιο λίθο στην ανάπτυξη της χημείας, οι δομικές μονάδες της ύλης είναι τα άτομα και τα μόρια (συγκροτήματα ατόμων). Βέβαια ο Dalton δεν μπόρεσε να ερμηνεύσει τη συνένωση ατόμων ίδιου στοιχείου προς σχηματισμό μορίων. Αυτό ξεκαθαρίστηκε αργότερα (1811) από τον Ιταλό Avogadro. Επίσης, τα άτομα του Dalton ήταν συμπαγή και αδιαί -ρετα, άποψη που ήρθε σε αντίθεση με την ανακάλυψη των πρωτονίων, ηλεκτρονίων και νετρονίων (υποατομικά σωματίδια).

ΣΧΗΜΑ 1.8 Ο Δημόκριτος ήταν ο πρώτος που εισήγαγε την έννοια της ασυνέχειας της ύλης και του ατόμου.
Με την ανακάλυψη των υποατομικών σωματιδίων άνοιξε ο δρόμος για τη διατύπωση νέων θεωριών. Οι πιο χαρακτηριστικές απ' αυτές, με επιγραμ -ματική παρουσίαση της προσφοράς τους στη διαμόρφωση της γνώσης για τη συγκρότηση του ατόμου, είναι:
- 1. Rutherford (1911): η μάζα του ατόμου είναι συγκεντρωμένη σ' ένα πολύ μικρό χώρο που λέγεται πυρήνας .
- 2. Bohr (1913): τα ηλεκτρόνια κινούνται σε καθορισμένες κυκλικές τρο -χιές γύρω από τον πυρήνα, που ονομάζονται στιβάδες.
- 3. Sommerfield (1916): τα ηλεκτρόνια διαγράφουν εκτός από κυκλικές τροχιές (στιβάδες), και ελλειπτικές (υποστιβάδες).
- 4. Σύγχρονες αντιλήψεις για τη δομή των ατόμων: το ηλεκτρόνιο συμπε -ριφέρεται ως κύμα, συνεπώς δεν μπορούμε με ακρίβεια να γνωρίζουμε την τροχιά που διαγράφει. Εισαγωγή της έννοιας του ατομικού τροχιακού, του χώρου γύρω από τον πυρήνα όπου έχει μεγάλη πιθανότητα να βρεθεί ένα ηλεκτρόνιο.

-  Μερικές από τις πιο λαμπρές προσωπικότητες που διαμόρ -φωσαν τη γνώση γύρω από το άτομο.
- 1. Dalton (1808) θεμελίωσε την ατομική θεωρία.
- 2. Rutherford (1911) ανακά -λυψε τον πυρήνα.
- 3. Bohr (1913) εισήγαγε την έννοια της ηλεκτρονιακής στι -βάδας.
- 4. Sommerfield (1916) εισή -γαγε την έννοια της υποστιβά -δας.
- 5. Schrödinger (1926) Ανέ -πτυξε τη θεωρία της κβαντο -μηχανικής, που αποτελεί τη βάση των σύγχρονων αντιλή -ψεων για το άτομο.
Σε απλές γραμμές έχει διαμορφωθεί η εξής εικόνα για το άτομο. Η μάζα του ατόμου είναι συγκεντρωμένη σ' ένα χώρο που ονομάζεται πυρήνας. Ο πυρήνας συγκροτείται από πρωτόνια (p), που φέρουν θετικό ηλεκτρικό φορτίο, και από ουδέτερα νετρόνια (n). Γύρω από τον πυρήνα και σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις απ' αυτόν, κινούνται τα ηλεκτρόνια (e), που φέρουν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο και ευθύνονται για τη χημική συμπεριφορά των ατόμων. Τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, καθώς τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια έχουν αντίθετο στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο και ο αριθμός των πρωτονίων είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.4: Mάζα και φορτίο υποατομικών σωματιδίων

ΣΧΗΜΑ 1.9 Τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι συγκεντρωμένα σε ένα εξαιρετικά μικρό χώρο, τον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια είναι υπό μορφή νέφους γύρω από τον πυρήνα.

Ατομικός αριθμός- Μαζικός αριθμός - Ισότοπα
- -Ατομικός αριθμός (Ζ) είναι ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα του ατόμου ενός στοιχείου. Ο αριθμός αυτός καθορίζει το είδος του ατόμου, αποτελεί δηλαδή ένα είδος ταυτότητας για αυτό.
-  άτομο (atom): από το α-τέμνω
-  Ο πυρήνας καθορίζει τη μάζα του ατόμου, δηλαδή m ατόμου = m πρωτονίων + m νετρονίων
-  Ο χώρος που περιβάλλει τον πυρήνα, όπου διευθετούνται τα ηλεκτρόνια, καθορίζει το μέγεθος του ατόμου.
-  Τα ηλεκτρόνια καθορίζουν τη χημική συμπεριφορά των ατόμων, καθώς οι αλληλοεπι -δράσεις μεταξύ των ηλεκτρονί -ων διαφόρων ατόμων οδηγούν στη χημική αντίδραση.

Αν είστε στη θέση του πυρή -να, τότε τα ηλεκτρόνια είναι σκορπισμένα τουλάχιστον 61 km μακριά σας.
Η τιμή του Ζ δείχνει επίσης τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Μην ξεχνάτε ότι στο άτομο ο αριθμός ηλεκτρονίων ισούται με τον αριθμό των πρωτονίων, ώστε το άτομο να είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Για παράδειγμα, όταν λέμε ότι ο ατομικός αριθμός του νατρίου (Na) είναι 11, εννοούμε ότι το άτομο του Na έχει 11p στον πυρήνα του, αλλά και 11e γύρω από τον πυρήνα. Επειδή όμως ο ατομικός αριθμός είναι ο καθοριστικός αριθμός για το είδος του κάθε στοιχείου, μπορούμε να πούμε ότι κάθε άτομο στη φύση που έχει στον πυρήνα του 11p, είναι άτομο νατρίου.

- -Μαζικός αριθμός (Α) είναι ο αριθμός των πρωτονίων και των νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου.
Για παράδειγμα, όταν λέμε ότι ο μαζικός αριθμός του φθορίου (F) είναι 19 και ο ατομικός του αριθμός είναι 9, εννοούμε ότι στον πυρήνα του ατόμου του υπάρχουν 9 πρωτόνια και 19 νουκλεόνια (πρωτόνια και νε -τρόνια μαζί). Άρα στον πυρήνα του υπάρχουν 10 νετρόνια.
Αν συμβολίσουμε με Ν τον αριθμό των νετρονίων του ατόμου, τότε προφανώς ισχύει: A = Z + N
Το άτομο ενός στοιχείου Χ συμβολίζεται:
- -Ισότοπα ονομάζονται τα άτομα που έχουν τον ίδιο ατομικό αλλά διαφορετικό μαζικό αριθμό.

Τα ισότοπα είναι, με άλλα λόγια, άτομα του ίδιου είδους (στοιχείου) με διαφορετική μάζα. Για παράδειγμα, ο άνθρακας (C) έχει τέσσερα ισότοπα:
11 12 13 14
Απ' αυτά το πλέον διαδεδομένο στη φύση είναι ο που απαντά σε ποσοστό 99%.

1.4 Καταστάσεις της ύλης - Ιδιότητες της ύλης Φυσικά και Χημικά φαινόμενα

Καταστάσεις της ύλης
Η ύλη, ανάλογα με τις συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, βρίσκεται σε τρεις φυσικές καταστάσεις: τη στερεά (s) , την υγρή (l) και την αέρια (g) .
ΣΧΗΜΑ 1.10 Το νερό απαντά συχνά και στις τρεις φυσικές κατα -στάσεις του: αέρια (υδρα -τμοί π.χ. στα σύννεφα) υγρή (π.χ θάλασσα) και στερεή (π.χ. πάγος).
-  Νουκλεόνια είναι τα σωμα -τίδια του πυρήνα, δηλαδή πρωτόνια και νετρόνια. Από το nuclear που σημαίνει πυ -ρήνας.
-  στερεό: (s) solid
-  υγρό: (l) liquid
-  αέριο: (g) gas

Στη στερεά κατάσταση τα δομικά σωματίδια (π.χ. μόρια) βρίσκονται σε μικρές αποστάσεις μεταξύ τους, είναι σχεδόν ακίνητα, οι δε ελκτικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ τους είναι ισχυρές. Έτσι το σχήμα και ο όγκος τους πρακτικά δεν αλλάζει, εφ' όσον οι συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας δε μεταβάλλονται.
Στην υγρή κατάσταση τα δομικά σωματίδια βρίσκονται, συγκριτικά με τη στερεά κατάσταση, σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Επίσης οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων είναι ασθενέστερες, με αποτέλεσμα να υπάρχει μεγαλύτερη κινητικότητα. Έτσι τα υγρά έχουν καθορισμένο όγκο, δεν έχουν όμως καθορισμένο σχήμα και παίρνουν κάθε φορά το σχήμα του δοχείου στο οποίο τοποθετούνται.

Τέλος, στην αέρια κατάσταση , τα δομικά σωματίδια κινούνται άτακτα προς όλες τις διευθύνσεις, καθώς οι δυνάμεις συνοχής είναι αμελητέες. Έτσι στα αέρια δεν έχουμε ούτε καθορισμένο σχήμα, ούτε όγκο. Μάλιστα εδώ προκύπτουν σημαντικές μεταβολές των όγκων, όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία ή και η πίεση. Τη σχέση των μεταβολών αυτών μεταξύ του όγκου του αερίου και της θερμοκρασίας ή της πίεσης θα μελετήσουμε αναλυτικά στο 4° κεφάλαιο.
Όπως αναφέραμε στην αρχή αυτής της ενότητας, οι διάφορες ουσίες μπορούν να μεταπηδούν από τη μία φυσική κατάσταση στην άλλη. Αυτό μπορεί να γίνει με μεταβολή των συνθηκών πίεσης και θερμοκρασίας. Έτσι π.χ. με αύξηση της θερμοκρασίας περνάμε από το στερεό στο υγρό (τήξη) και από το υγρό στο αέριο (εξάτμιση). Αντίστροφα, με μείωση της θερμο -κρασίας έχουμε την αντίθετη πορεία (πήξη και υγροποίηση, αντίστοιχα).

ΣΧΗΜΑ 1.11 Απεικόνιση των τριών καταστάσεων της ύλης.

Ιδιότητες της ύλης
Κάθε υλικό έχει μία σειρά από χαρακτηριστικές ιδιότητες. Για παράδειγμα στον πίνακα που ακολουθεί φαίνονται μερικές από τις χαρακτηριστικές
-  Πλάσμα θεωρείται μια ειδι -κή κατάσταση της ύλης που συγκροτείται από φορτισμέ -να (ηλεκτρόνια, ιόντα) και ουδέτερα σωματίδια (άτομα, μόρια). Το πλάσμα είναι η πιο διαδεδομένη κατάσταση της ύλης που απαντά στο σύμπαν.
-  Εξάχνωση είναι η μετάβα -ση απευθείας από τη στερεά στην αέρια φάση, Αυτό συμ -βαίνει π.χ. στο ιώδιο και στη ναφθαλίνη.
-  Τα αέρια δεν έχουν ούτε καθορισμένο σχήμα ούτε όγκο.
-  Τα υγρά έχουν καθορισμέ -νο όγκο αλλά όχι σχήμα.
-  Τα στερεά έχουν καθορι -σμένο σχήμα και όγκο.
ιδιότητες του νερού, του υδρογόνου και του οξυγόνου, που μας επιτρέπουν να διακρίνουμε το ένα από το άλλο.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.5: Χαρακτηριστικές ιδιότητες νερού, υδρογόνου, οξυγόνου

Π.χ., το χρώμα, το σημείο τήξης, το σημείο βρασμού, η πυκνότητα απο -τελούν φυσικές ιδιότητες μιας ουσίας. Έτσι, μπορούμε να μετρήσουμε το σημείο τήξης του πάγου, θερμαίνοντας ένα κομμάτι πάγου και μετρώντας τη θερμοκρασία στην οποία ο πάγος μετατρέπεται σε υγρό νερό. Να παρα -τηρήσουμε ότι νερό και πάγος διαφέρουν μόνο ως προς τη μορφή της ύλης και όχι ως προς τη χημική τους σύσταση. Ο προσδιορισμός δηλαδή της φυσικής ιδιότητας μιας ουσίας δε μεταβάλλει τη χημική της σύσταση. -Οι χημικές ιδιότητες καθορίζουν τη συμπεριφορά μιας ουσίας σε σχέση με μίαν άλλη.

Όταν για παράδειγμα λέμε ότι το υδρογόνο καίγεται με το οξυγόνο προς σχηματισμό νερού, περιγράφουμε μία χημική ιδιότητα του υδρογόνου. Να παρατηρήσουμε ότι το υδρογόνο και το νερό δεν έχουν την ίδια χημική σύσταση. Δηλαδή, ο προσδιορισμός μιας χημικής ιδιότητας προκαλεί μεταβολή στη χημική σύσταση της ουσίας.

Φυσικά και χημικά φαινόμενα
Κατ' αναλογία με τις ιδιότητες των ουσιών, τα φαινόμενα (οι μεταβολές δηλαδή της ύλης) διακρίνονται σε φυσικά και χημικά φαινόμενα.
- -Στα φυσικά φαινόμενα αλλάζουν ορισμένες μόνο από τις φυσικές ιδιότητες των ουσιών, ενώ η χημική τους σύσταση διατηρείται.
Για παράδειγμα η εξαέρωση του νερού είναι φυσικό φαινόμενο, καθώς η μόνη αλλαγή που συμβαίνει είναι η αλλαγή της φυσικής κατάστασης του νερού, που από υγρό γίνεται αέριο.
- -Στα χημικά φαινόμενα (χημικές αντιδράσεις) έχουμε ριζική αλλαγή στη σύσταση και τις ιδιότητες των ουσιών.

Για παράδειγμα, όταν το υδρογόνο καίγεται στον αέρα, μετατρέπεται σε νερό, που έχει διαφορετική σύσταση και διαφορετικές ιδιότητες (φυσικές και χημικές) από το υδρογόνο.
-  Φυσικές σταθερές είναι το σημείο βρασμού και το ση -μείο τήξεως (ή πήξεως) μιας ουσίας. Οι σταθερές αυτές μπορούν να χρησιμεύσουν για την ταυτοποίηση (διάκρι -ση) μιας ουσίας και την εξα -κρίβωση αν η ουσία είναι σε καθαρή μορφή ή όχι.
-  Παραδείγματα φυσικών φαινομένων είναι η πήξη του νερού, η διάλυση της ζάχα -ρης στο νερό, η εξάτμιση του οινοπνεύματος.
-  Παραδείγματα χημικών φαινομένων είναι η μετατρο -πή του μούστου σε κρασί, η καύση του ξύλου, η μετατρο -πή του χαλκού σε άλας του.

ΣΧΗΜΑ 1.12 Στις χημικές αντιδράσεις (χημικά φαινόμενα) αλλάζει η μοριακή σύσταση, δηλαδή άλλα μόρια έχουμε στα αντιδρώντα και άλλα στα προϊόντα.

1.5 Ταξινόμηση της ύλης - ΔιαλύματαΠεριεκτικότητες διαλυμάτων - Διαλυτότητα

Ταξινόμηση της ύλης
Η ύλη, τα εκατομμύρια δηλαδή ουσιών που μας περιβάλλουν, μπορεί να ταξινομηθεί με βάση το παρακάτω σχήμα:

Καθαρές ουσίες και μίγματα
Κατ' αρχάς οι ουσίες μπορούν να διακριθούν σε καθαρές ουσίες και μίγματα.
- -Καθαρές ή καθορισμένες ουσίες είναι εκείνες που ανεξάρτητα από τον τρόπο παρασκευής τους έχουν καθορισμένη σύσταση και ιδιότητες.
Το νερό (Η$\_{2}$O), η ζάχαρη (C$\_{12}$H$\_{22}$O$\_{11}$), το οινόπνευμα (C$\_{2}$H$\_{5}$OH), το οξυγόνο (Ο$\_{2}$), ο σίδηρος (Fe) είναι καθαρές ουσίες. Το νερό για παράδειγμα έχει καθορισμένη σύσταση, δηλαδή αποτελείται από υδρογόνο και οξυγόνο με αναλογία μαζών 1:8.

- -Τα μίγματα έχουν μεταβλητή σύσταση ανάλογα με τον τρόπο παρασκευής και την προέλευσή τους.
Οι περισσότερες από τις ουσίες που συναντάμε είναι μίγματα, των οποίων η σύσταση ποικίλλει π.χ. το γάλα, το λάδι, το θαλασσινό νερό, ο ατμο -σφαιρικός αέρας. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας δεν έχει παντού την ίδια σύσταση, π.χ. ο αέρας της πόλης έχει διαφορετική σύσταση από τον αέρα του βουνού.

Στοιχεία και χημικές ενώσεις
Οι καθαρές ουσίες διακρίνονται στα χημικά στοιχεία και στις χημικές ενώσεις. Στοιχεία είναι οι απλές ουσίες, αυτές που δεν μπορούν να δια -σπαστούν σε απλούστερες. Σήμερα είναι γνωστά 112 στοιχεία. Απ' αυτά τα 88 υπάρχουν στη φύση, ενώ τα υπόλοιπα είναι τεχνητά. Το χαρακτη -ριστικό γνώρισμα των στοιχείων είναι ότι τα μόριά τους αποτελούνται από άτομα του ίδιου είδους. Συνοψίζοντας,
- -Στοιχείο ή χημικό στοιχείο ονομάζεται η καθαρή ουσία που δε διασπάται σε απλούστερη και αποτελείται από ένα είδος ατόμων (άτομα με τον ίδιο ατομικό αριθμό).

Πίνακας με τα σύμβολα και την ονομασία των στοιχείων δίνεται στο παράρτημα, στο τέλος του βιβλίου. Να παρατηρήσουμε ότι το μεγαλύ -τερο μέρος της γης και του ανθρώπινου σώματος αποτελείται από 7 μόνο στοιχεία, όπως χαρακτηριστικά απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα.
ΣΧΗΜΑ 1.13 Κατανομή χημικών στοιχείων στη γη και στον άνθρωπο.
Τα στοιχεία συνδυαζόμενα δίνουν εκατομμύρια χημικές ενώσεις. Π.χ. ο άνθρακας καίγεται με το οξυγόνο και παράγεται διοξείδιο του άνθρακα. Οι χημικές ενώσεις έχουν το χαρακτηριστικό, ότι μπορούν να διασπα -στούν σε άλλες απλούστερες. Επίσης, τα μόριά τους αποτελούνται από διαφορετικά είδη ατόμων. Στο παράδειγμα που αναφέραμε, το διοξείδιο του άνθρακα αποτελείται από άτομα C και Ο. Συνοψίζοντας,
- -Χημικές ενώσεις είναι καθαρές ουσίες που μπορούν να διασπαστούν σε άλλες απλούστερες και αποτελούνται από δύο τουλάχιστον είδη ατόμων (άτομα με διαφορετικό ατομικό αριθμό).

Ομογενή και ετερογενή μίγματα
- -Τα ομογενή μίγματα (διαλύματα) είναι ομοιόμορφα μίγματα, έχουν δηλαδή την ίδια σύσταση και τις ίδιες ιδιότητες σ' όλη την έκταση τους. Χαρακτηριστικό των ομογενών μιγμάτων είναι πως δεν μπορούμε να διακρίνουμε τα συστατικά τους. Για παράδειγμα, στο νερό της θάλασσας δεν μπορούμε να διακρίνουμε το αλάτι.
Στα μίγματα αυτά διακρίνουμε αρκετές φορές τα συστατικά τους και τις διαφορετικές τους ιδιότητες, π.χ. λάδι με νερό. Τα ομογενή μέρη ενός μίγματος ονομάζονται φάσεις . Στο προηγούμενο παράδειγμα διακρίνουμε τη φάση του λαδιού (που επιπλέει) και τη φάση του νερού (που βρίσκεται κάτω).

- -Τα ετερογενή μίγματα είναι ανομοιόμορφα, δηλαδή δεν έχουν την ίδια σύσταση σ' όλη την έκτασή τους.

Διαλύματα - Περιεκτικότητες διαλυμάτων

Γενικά για διαλύματα
Όπως ήδη έχουμε ορίσει, διάλυμα είναι ένα ομογενές μίγμα δύο ή πε -ρισσοτέρων ουσιών, οι οποίες αποτελούν τα συστατικά του διαλύματος. Από τα συστατικά αυτά, εκείνο που έχει την ίδια φυσική κατάσταση μ' αυτή του διαλύματος και βρίσκεται συνήθως σε περίσσεια, ονομάζεται διαλύτης . Τα υπόλοιπα συστατικά του διαλύματος ονομάζονται διαλυ -μένες ουσίες . Τα διαλύματα έχουν μεγάλο πρακτικό ενδιαφέρον, καθώς οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις στο εργαστήριο, τη βιομηχανία και τα βιολογικά συστήματα γίνονται σε μορφή διαλυμάτων.

Τα πιο συνηθισμένα διαλύματα είναι τα υδατικά, όπου ο διαλύτης είναι νερό. Σ' αυτά η διαλυμένη ουσία μπορεί να είναι αέριο, π.χ. διοξείδιο του άνθρακα (CΟ$\_{2}$) στην coca-cola, ή στερεό, π.χ. χλωριούχο νάτριο (NaCl) στο νερό της θάλασσας, ή υγρό, π.χ. οινόπνευμα (C$\_{2}$H$\_{5}$OH) στο κρασί. Βέβαια ο διαλύτης μπορεί να είναι και οργανική ουσία, όπως η ακετόνη, το βενζόλιο, ο αιθέρας, η βενζίνη, ο τετραχλωράνθρακας.
Τα διαλύματα διακρίνονται σε αέρια (π.χ. ατμοσφαιρικός αέρας), υγρά (π.χ. θαλασσινό νερό) και στερεά (π.χ. μεταλλικά νομίσματα). Μπορούν επίσης να ταξινομηθούν σε μοριακά διαλύματα , των οποίων η διαλυμένη ουσία είναι σε μορφή μορίων, και σε ιοντικά ή ηλεκτρολυτικά , τα οποία περιέχουν τη διαλυμένη ουσία με τη μορφή ιόντων.

Διαχωρισμός ρινισμάτων σι -δήρου από χώμα, σε ετερο -γενές μίγμα, με τη βοήθεια μαγνήτη.
-  Οι περισσότερες αντιδρά -σεις γίνονται σε διαλύματα. Μ ' αυτό τον τρόπο τα δια -λυμένα αντιδρώντα, έχοντας λεπτότατο διαμερισμό (άτο -μα, μόρια ή ιόντα), έρχονται σε καλύτερη επαφή μεταξύ τους και αντιδρούν πιο εύ -κολα.
-  Το νερό είναι άριστος δια -λύτης για τις περισσότερες ουσίες. Σε μεγάλη κλίμακα χρησιμοποιούνται επίσης ως διαλύτες η βενζίνη, ο αιθέρας, το οινόπνευμα, η ακετόνη κλπ.

Περιεκτικότητες Διαλυμάτων
Διαβάζοντας στην ετικέτα ενός εμφιαλωμένου κρασιού την ένδειξη 12° (12 αλκοολικοί βαθμοί), καταλαβαίνουμε σε ποια αναλογία βρίσκεται το οινόπνευμα (C$\_{2}$H$\_{5}$OH) στο κρασί. Έχουμε δηλαδή μία ένδειξη της περιεκτικότητας του διαλύματος. Η περιεκτικότητα δηλαδή εκφράζει την ποσότητα της διαλυμένης ουσίας που περιέχεται σε ορισμένη πο -σότητα διαλύματος. Πολλές φορές χρησιμοποιούμε και τους ποιοτικούς όρους πυκνό και αραιό για διαλύματα σχετικά μεγάλης ή σχετικά μικρής περιεκτικότητας, αντίστοιχα. Τέλος, να παρατηρήσουμε ότι, αν το διά -λυμα περιέχει περισσότερες από μία διαλυμένες ουσίες, θα έχει τόσες περιεκτικότητες όσες είναι και οι διαλυμένες ουσίες του.

Εκφράσεις περιεκτικότητας
Η περιεκτικότητα ενός διαλύματος εκφράζεται συνήθως με τους εξής τρόπους:

1. Περιεκτικότητα στα εκατό κατά βάρος (% w/w)
Όταν λέμε ότι ένα διάλυμα ζάχαρης (C$\_{12}$H$\_{22}$Ο$\_{11}$) είναι 8% w/w (ή κ.β), εννοούμε ότι περιέχονται 8 g ζάχαρης στα 100 g διαλύματος. Δηλαδή, η % w/w περιεκτικότητα εκφράζει τη μάζα (σε g) της διαλυμένης ουσίας σε 100 g διαλύματος.

2. Περιεκτικότητα στα εκατό βάρους κατ' όγκον (% w/v)
Όταν λέμε ότι ένα διάλυμα π.χ. χλωριούχου νατρίου (NaCl) είναι 10% w/v (ή κ.ο), εννοούμε ότι περιέχονται 10 g NaCl στα 100 mL διαλύματος. Δηλαδή,
- -Η % w/v περιεκτικότητα εκφράζει τη μάζα (σε g) της διαλυμένης ουσίας σε 100 mL του διαλύματος.

3. Περιεκτικότητα στα εκατό όγκου σε όγκο (% ν/ν)
Χρησιμοποιείται σε ειδικότερες περιπτώσεις:
- α. Για να εκφράσει την περιεκτικότητα υγρού σε υγρό. Δηλαδή, η ένδειξη στη μπίρα 3% ν/ν ή 3° (αλκοολικοί βαθμοί) υποδηλώνει ότι περιέχονται 3 mL οινοπνεύματος στα 100 mL της μπίρας.
- β. Για να εκφράσει την περιεκτικότητα ενός αερίου σε αέριο μίγμα. Δηλαδή η έκφραση ότι ο αέρας έχει περιεκτικότητα 20% ν/ν σε οξυγόνο, υποδηλώνει ότι περιέχονται 20 cm$^{3}$ οξυγόνου στα 100 cm$^{3}$ αέρα.
Όταν τα διαλύματα είναι πολύ αραιά (π.χ. ρύποι στον αέρα ή στη θάλασ -σα), μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις εξής εκφράσεις περιεκτικότητας:

- -Η % ν/ν περιεκτικότητα εκφράζει τον όγκο (σε mL) της διαλυμένης ουσίας σε 100 mL του διαλύματος.
- 4. ppm το οποίο εκφράζει τα μέρη της διαλυμένης ουσίας που περιέχονται σε 1 εκατομμύριο (10$^{6}$ ) μέρη διαλύματος.
- 5. ppb το οποίο εκφράζει τα μέρη της διαλυμένης ουσίας που περιέχονται σε 1 δισεκατομμύριο (10$^{9}$) μέρη διαλύματος.
-  w = weight, βάρος παρ' όλο που στη χημεία χρησιμοποι -είται η μάζα.
-  ν = volume, όγκος.
-  Η % ν/ν χρησιμοποιείται συνήθως σε αλκοολούχα ποτά και σε υγρά φαρμακευ -τικά σκευάσματα.

Διαλυτότητα
Σε 100 g Η$\_{2}$Ο στους 20 °C μπορούμε να διαλύσουμε το πολύ 35,5 g στε -ρεού χλωριούχου νατρίου (NaCl), ενώ μπορούμε να διαλύσουμε το πολύ 0,00016 g στερεού χλωριούχου αργύρου (AgCl). Έτσι, λέμε ότι το NaCl είναι μια ευδιάλυτη ουσία με μεγάλη διαλυτότητα , ενώ ο AgCl είναι μια δυσδιάλυτη ουσία με πολύ μικρή .
- -Διαλυτότητα ορίζεται η μέγιστη ποσότητα μιας ουσίας που μπορεί να διαλυθεί σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη, κάτω από ορισμένες συνθήκες (π.χ. θερμοκρασία).
Τα διαλύματα που περιέχουν τη μέγιστη ποσότητα διαλυμένης ουσίας ονομάζονται κορεσμένα διαλύματα . Αντίθετα τα διαλύματα που περι -έχουν μικρότερη ποσότητα διαλυμένης ουσίας από τη μέγιστη δυνατή ονομάζονται ακόρεστα .

2 Περιοδικοσ Πινακασ - δεσμοι
2.1 Ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων.............................................................................................................................. ............................ 44 2.2 Κατάταξη των στοιχείων (Περιοδικός Πίνακας). Χρησιμότητα του περιοδικού πίνακα ............................. 47 2.3 Γενικά για το χημικό δεσμό - Παράγοντες που καθορίζουν τη χημική συμπεριφορά του ατόμου. Είδη χημικών δεσμών (ιοντικός - ομοιοπολικός) ............................................................... ....................................................... 52 2.4 Η γλώσσα της χημείας - Αριθμός οξείδωσης - Γραφή χημικών τύπων και εισαγωγή στην ονοματολογία των ενώσεων .............................................................................................................................. ....................................... 62 Γνωρίζεις ότι: «Μια περιοδεία στον Περιοδικό Πίνακα...» ............................................................... ............................... 67 Ανακεφαλαίωση - Λέξεις κλειδιά - Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα ........................................................... 69

3 οξεα - Βασεισ - αλατα - οξειδια
3.1 Θεωρία ηλεκτρολυτικής διάστασης.............................................................................................................................. ...................... 83 3.2 Οξέα και βάσεις .............................................................................................................................. ............................................................... ... 84 3.3 Οξείδια ............................................................................................................................................................................................. ........................ 92 3.4 Άλατα ............................................................................................................................................................................................. ........................... 94 3.5 Χημικές αντιδράσεις .............................................................................................................................. ........................................................ 95 3.6 Οξέα, βάσεις, οξείδια, άλατα, εξουδετέρωση και... καθημερινή ζωή ............................................................... .......105 Γνωρίζεις ότι: «To pH του στομαχιού και τα αντιόξινα» ............................................................... ................................... 110 Ανακεφαλαίωση - Λέξεις κλειδιά -Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα ........................................................... 111
4 στοιχειομετρια 4.1 Βασικές έννοιες για τους χημικούς υπολογισμούς: σχετική ατομική μάζα σχετική μοριακή μαζά, mol. αριθμός Avogadro, γραμμομοριακός όγκος ............................................................... ..................................................... 128 4.2 Καταστατική εξίσωση των αερίων .............................................................................................................................. ......................137 4.3 Συγκέντρωση διαλύματος - Αραίωση, ανάμειξη διαλυμάτων ............................................................... ........................ 141 4.4 Στοιχειομετρικοί υπολογισμοί .............................................................................................................................. ................................ 147 Γνωρίζεις ότι: «Οι άνθρωποι που χάραξαν το δρόμο της χημείας» ............................................................... ............155 Γνωρίζεις ότι: «Η προέλευση του όρου mole» ............................................................... .......................................................... 156 Ανακεφαλαίωση - Λέξεις κλειδιά - Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα ......................................................... 157

5 Πυρηνικη Xhmeia
5.1 Ραδιενεργός διάσπαση - Χρόνος υποδιπλασιασμού - Συνέπειες ραδιενέργειας για τον άνθρωπο - Πηγές ραδιενέργειας ............................................................... ............................................................... ..........170 5.2 Μερικές εφαρμογές ραδιοϊσοτόπων .............................................................................................................................. ...................179 5.3 Μεταστοιχειώσεις - Σχάση - Σύντηξη ............................................................... ............................................................... ..............180 Γνωρίζεις ότι: «Το πρόβλημα των ραδιενεργών αποβλήτων» ............................................................... ........................ 182 Ανακεφαλαίωση - Λέξεις κλειδιά -Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα ........................................................... 184

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ
Στο τέλος αυτής της διδακτικής ενότητας θα πρέπει να μπορείς:
- -Να αναγνωρίζεις τη χρησιμότητα αλλά και τις παρενέργειες που έχει η χημεία στην καθημερινή μας ζωή.
- -Να διακρίνεις τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της ύλης, δηλαδή, τη μάζα, τον όγκο και την πυκνότητα.
- -Να περιγράφεις τα δομικά σωματίδια της ύλης, δηλαδή, τα άτομα, τα μόρια και τα ιόντα. Να ορίζεις τι είναι ατομικός και μαζικός αριθμός.
- -Να εντοπίζεις τα χαρακτηριστικά που έχει η αέρια, η υγρή και η στερεά φάση.
- -Να ταξινομείς τα φαινόμενα σε χημικά και φυσικά και να διακρίνεις τις διαφορές τους. Να αναγνωρίζεις, από ένα σύνολο μεταβολών, ποια είναι τα φυσικά και ποια τα χημικά φαινόμενα.
- -Να αναφέρεις ποιες είναι οι φυσικές και οι χημικές ιδιότητες μιας ουσίας, δίνοντας χαρακτηριστικά παραδείγματα.
- -Να ταξινομείς την ύλη σε κατηγορίες (καθαρή ουσία - μίγμα, ομογενές ετερογενές μίγμα, ένωση - στοιχείο), να διακρίνεις τις διαφορές αυτών. Να αναγνωρίζεις, σ' ένα σύνολο ουσιών σε ποια κατηγορία ανήκει κάθε ουσία.
- -Να εκφράζεις ποσοτικά την περιεκτικότητα ενός διαλύματος και να υπολο -γίζεις την περιεκτικότητα ενός διαλύματος από την ποσότητα του διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας. Να ορίζεις τι είναι διαλυτότητα ενός σώματος και να αναφέρεις τους παράγοντες που την επηρεάζουν.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

Εισαγωγή
Όταν κανείς πρωτομπαίνει σε μια χώρα που κάθε άλλο παρά «έρημη» είναι, το λιγότερο που έχει να κάνει είναι να μάθει τα βασικά της «γλώσ -σας» της, για να μπορεί να συνεννοείται και να καταλαβαίνει. Αυτός είναι και ο κεντρικός στόχος του πρώτου αυτού κεφαλαίου. Προσπαθεί να μεγαλώσει σε πλάτος και βάθος τις λίγες χημικές γνώσεις που έχει ο μαθητής στη φάση αυτή. Γνώσεις γύρω από τις έννοιες, τα σύμβολα, τους αριθμούς, τις εκφράσεις που χρησιμοποιούν οι χημικοί για τη μελέτη του αντικειμένου της επιστήμης τους, που είναι η ύλη . Και όπως είναι φυσι -κό, όταν το αντικείμενο μελέτης είναι τόσο ποικιλόμορφο, το κυριότερο μέλημα είναι η ταξινόμησή του. Ταξινόμηση με βάση π.χ. μακροσκοπικές ιδιότητες : σε στερεά, υγρά και αέρια . Ταξινόμηση με βάση τη χ ημική ανάλυση στοιχεία (η «αλφαβήτα» της χημείας), χημικές ενώσεις και μίγματα . Ταξινόμηση με βάση τις δομικές μονάδες : σε ατομικές, ιοντικές και μοριακές ουσίες . Η ύλη λοιπόν, οι ιδιότητές της (φυσικές και χημικές ιδιότητες) και οι μεταβολές της (φυσικά και χημικά φαινόμενα) είναι από τους βασικούς στόχους του κεφαλαίου αυτού. Μέσα δε από αυτά προβάλ -λεται μια σπουδαία επιστημονική διαδικασία, όπως είναι η χρήση ενός προτύπου - μοντέλου , με τη βοήθεια του οποίου ερμηνεύονται διάφορες παρατηρήσεις - πειράματα και προβλέπονται επίσης γεγονότα. Στη φάση αυτή το ατομικό - μοριακό μοντέλο, χωρίς «βαθύτερες» αναφορές, απαντά σε πολλές απορίες. Τέλος, η «γλώσσα» της χημείας και οι γενικότεροι συμβολισμοί της σχεδιάστηκαν, εξελίχθηκαν και εξελίσσονται έτσι ώστε να κωδικοποιούν το μέγιστο δυνατό πλήθος πληροφοριών με έναν τρόπο εύληπτο αλλά και πειθαρχημένο.

1.1 Με τι ασχολείται η Χημεία Ποια η σημασία της Χημείας στη ζωή μας

Χημεία: η επιστήμη της ύλης και των μεταμορφώσεων της
- -Η χημεία μελετά τη δομή, τη χημική σύσταση καθώς και τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα (φυσικές ιδιότητες) των καθαρών ουσιών και των μιγμάτων. Μελετά τον τρόπο με τον οποίο οι χημικές ουσίες αντιδρούν μεταξύ τους, δηλαδή μετατρέπονται μέσω χημικών φαινομένων σε άλλες ουσίες με διαφορετική σύσταση και ιδιότητες.
Όλοι επωφελούμαστε από τα επιτεύγματα της χημείας. Κανένας άλλος κλάδος της επιστήμης δεν έχει προσφέρει τόσα πολλά ούτε μπορεί να υποσχεθεί περισσότερα από τη χημεία. Μας χαρίζει όχι μόνο τα αναγκαία
αγαθά, αλλά και την πολυτέλεια του περιττού. Καθετί που υπάρχει στην ξηρά, στη θάλασσα και στον αέρα αποτελείται από χημικές ουσίες σε μια αδιάκοπη αλληλουχία αντιδράσεων. Το ανθρώπινο σώμα είναι ένα θαυματουργό εργαστήριο χημείας, που αποτελείται από τρισεκατομμύρια κύτταρα. Το καθένα απ' αυτά αποτελείται από εκατοντάδες χημικές ουσίες, που βρίσκονται σε συνεχή «χημική» εξάρτηση με το φυσικό περιβάλλον. Π.χ. ο άνθρωπος αναπνέει, δηλαδή «καίει» με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας τους υδατάνθρακες που παίρνει από τα φυτά, πίνει νερό, που αποτελεί το μεγαλύτερο ποσοστό του σώματός του, και ακόμα τρέφεται με στερεά τροφή, που δεν είναι τίποτα άλλο από χημικές ουσίες.

Τα τρόφιμα, τα φάρμακα, τα καλλυντικά, τα απορρυπαντικά, τα λιπάσματα, τα φυτοφάρμακα, τα τεχνολογικά προϊόντα, τα σπίτια, τα προ -ϊόντα ψυχαγωγίας μας και τόσα άλλα, έχουν κατασκευασθεί και βελτιωθεί με τη βοήθεια της χημικής επιστήμης. Ας δούμε μερικά παραδείγματα:
Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει ριζικές αλλαγές στη διατροφή μας με τις σύγχρονες μεθόδους παρασκευής, συντήρησης και τυποποίησης των τροφίμων. Ακόμα μελετήθηκε η θρεπτική αξία των τροφών και ανα -καλύφθηκαν οι βιταμίνες και η χρησιμότητά τους. Μεγάλη πρόοδος έγινε και στην ενδυμασία με την ανακάλυψη των συνθετικών υλικών όπως το νάιλον και το συνθετικό μετάξι. Ευρύτατα χρησιμοποιούνται τα τεχνητά δέρματα, οι τεχνητές βαφές και τα συνθετικά νήματα. Για τη θέρμανση και τη μεταφορά του ο άνθρωπος χρησιμοποιεί τα καύσιμα, στο παρελθόν τον άνθρακα, σήμερα το πετρέλαιο και τις βενζίνες. Αξιοποιεί δηλαδή την ενέργεια που ελευθερώνεται από μια χημική αντίδραση. Στην ιατρική νέα φάρμακα και νέες μέθοδοι εργαστηριακών αναλύσεων έχουν βελτιώσει σημαντικά την προφύλαξη, διάγνωση και θεραπεία των ασθενειών. Έτσι έχουν σωθεί αναρίθμητες ζωές. Όλα αυτά που αναφέραμε αποτελούν ένα πολύ μικρό μέρος των θετικών συνεπειών της χημικής επιστήμης.

Δυστυχώς όμως υπάρχουν και οι αρνητικές συνέπειες της ανάπτυξης της χημικής επιστήμης. Ως παράδειγμα φέρνουμε τα χημικά τοξικά αέρια, που χρησιμοποιήθηκαν σε μεγάλη κλίμακα στους τελευταίους παγκόσμι -ους πολέμους, και τα πυρηνικά οπλοστάσια, που αποτελούν σήμερα τον υπ' αριθμό ένα κίνδυνο για την καταστροφή του πλανήτη μας. Επίσης η μόλυνση του περιβάλλοντος από τα απόβλητα των βιομηχανιών και από τα καυσαέρια των αυτοκινήτων, καθώς και η υπερεκμετάλλευση των αποθεμάτων των φυσικών πόρων, θέτουν σε κίνδυνο την ισορροπία του οικοσυστήματος.

Όμως εδώ πρέπει να τονίσουμε ότι δεν υπάρχει «καλή» ή «κακή» χημεία. Ο άνθρωπος είναι εκείνος που χρησιμοποιεί θετικά ή αρνητικά τα επιτεύγματα της χημείας και τα καθιστά μοχλό της ανάπτυξης ή της οπισθοδρόμησης και της καταστροφής. Ο άνθρωπος είναι εκείνος που θα ανακαλύψει το φάρμακο για τον ιό του AIDS και ο άνθρωπος είναι εκείνος που θα δώσει την εντολή για το πάτημα ενός κουμπιού του πυ -ρηνικού οπλοστασίου.
«Κορώνα των επιστημών, θαυματουργή χημεία, και μέσα από τα σκύβαλα στο -λίδια βγάζεις και πετράδια.» ΚΩΣΤΗΣ ΠΑΛΑΜΑΣ
-  Η χημεία θεωρείται «βασι -κή επιστήμη», καθώς απο -τελεί το υπόβαθρο για τη σπουδή άλλων θετικών επι -στημών, όπως είναι η βιολο -γία, η ιατρική, η γεωλογία, η οικολογία.

1.2. Γνωρίσματα της ύλης (μάζα, όγκος, πυκνότητα) Μετρήσεις και μονάδες

Μετρήσεις - Μονάδες μέτρησης
Πολλά από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της ύλης είναι μετρήσιμα. Οι μετρήσεις αυτές γίνονται με τη βοήθεια ειδικών οργάνων. Έτσι για το μήκος έχουμε το μέτρο, για τη μάζα το ζυγό (ζυγαριά), για τον όγκο τον ογκομετρικό κύλινδρο, για τη θερμοκρασία το θερμόμετρο κλπ.
Η ποσοτική έκφραση ενός μεγέθους γίνεται με τη χρήση ενός αριθμού (αριθμητική τιμή) π.χ. 5 και μιας μονάδας μέτρησης π.χ. kg. Δηλαδή ένα υλικό σώμα έχει μάζα m = 5kg.
ΣΧΗΜΑ 1.1 α. Θερμόμετρο β. Ογκομετρικός κύλινδρος, για τη μέτρηση της θερμοκρασίας και του όγκου ενός υγρού, αντίστοιχα.

To Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI)
Το μετρικό σύστημα καθορίστηκε στη Γαλλία στα τέλη του 18$^{ου}$ αιώνα και χρησιμοποιήθηκε ως σύστημα μέτρησης στις περισσότερες χώρες του κόσμου. Το 1960 καθορίστηκε μετά από διεθνή συμφωνία, το Διεθνές Σύστημα Μονάδων: SI (από τα αρχικά των γαλλικών λέξεων Système International d' Unités). Το σύστημα SI περιέχει 7 θεμελιώδη μεγέθη με τις χαρακτηριστικές μονάδες τους (ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1). Όλα τα άλλα μεγέθη που χρησιμοποιούνται είναι παράγωγα των θεμελιωδών αυτών μεγεθών. Παρά την προσπάθεια των επιστημόνων για την πλήρη επικράτηση του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σή -μερα και άλλες μονάδες, π.χ. η πίεση ενός αερίου εκφράζεται συνήθως σε atm και όχι σε pascal - Pa (N/m$^{2}$ , όπου Ν = Kg.m/s$^{2}$).

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1: Θεμελιώδη μεγέθη - Μονάδες

| Μέγεθος                       | Σύμβολο μεγέθους   | Ονομασία μονάδας   | Σύμβολο μονάδας   |
|-------------------------------|--------------------|--------------------|-------------------|
| μήκος                         | l                  | μέτρο              | m                 |
| μάζα                          | m                  | χιλιόγραμμο        | kg                |
| χρόνος                        | t                  | Δευτερόλεπτο       | s                 |
| θερμοκρασία                   | Τ                  | κέλβιν             | Κ                 |
| ποσότητα ύλης                 | n                  | μολ                | mol               |
| ένταση ηλεκτρι - κού ρεύματος | I                  | αμπέρ              | A                 |
| φωτεινή ένταση                | I$\_{u}$            | καντέλα            | cd                |

Πολλές φορές χρησιμοποιούμε πολλαπλάσια και υποπολλαπλάσια των θεμελιωδών μονάδων (εύχρηστες μονάδες).

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.2: Πολλαπλάσια - Υποπολλαπλάσια μονάδων

| Πρόθεμα          | Σύμβολο   | Σχέση με τη βασική μονάδα   | Παράδειγμα          |
|------------------|-----------|-----------------------------|---------------------|
| μεγα (mega)      | Μ         | 10 6                        | 1 Mm  =  10$^{6}$m  |
| χιλιο (kilo)     | k         | 10$^{3}$                    | 1 km  =  10$^{3}$m  |
| δεκατο (deci)    | d         | 10$^{-1}$                   | 1dm  =  10$^{-1}$m  |
| εκατοστο (centi) | c         | 10 -2                       | 1 cm  =  10$^{-2}$m |
| χιλιοστο (milli) | m         | 10 -3                       | 1 mm  = 10$^{-3}$ m |
| μικρο (micro)    | μ         | 10 -6                       | 1 μm = 10$^{-6}$m   |
| νανο (nano)      | n         | 10 -9                       | 1 nm = 10$^{-9}$ m  |
| πικο (pico)      | p         | 10 -12                      | 1 pm = 10$^{-12}$ m |

Οι μετρήσεις που συχνότατα χρησιμοποιούμε στη χημεία περιλαμβάνουν τα μεγέθη μάζα, όγκος, πυκνότητα και θερμοκρασία.
- ● Μονάδες πίεσης: 1Pa = 1N/m$^{2}$(SI) 1atm = 101325 Pa= 760 mmHg
- ● Μονάδες θερμοκρασίας: °C, Κ (SI) Τ (Κ) = θ(°C) + 273
- ● Άλλη μονάδα μήκους : 1 Å = 10 $^{-8}$cm = 10 $^{-10}$m, χρησιμοποιείται συνήθως για την έκφραση της ατο -μικής ακτίνας, του μήκους του δεσμού κ.λ.π.

Παράδειγμα 1.1
Το όριο ταχύτητας σ' έναν αυτοκινητόδρομο είναι 110 km/h. Να εκ -φράσετε την ταχύτητα αυτή σε μονάδες SI.

ΛΥΣΗ
Γνωρίζουμε ότι 1 km = 10$^{3}$ m και 1 h = 3600 s. Άρα το όριο της ταχύτητας είναι 110 km/h = 11010$^{3}$ m / 3600 s = = 30,56 m s$^{-1}$.

Παράδειγμα 1.2
Η διάμετρος του ατόμου του υδρογόνου (Η) είναι 0,212 nm. Να υπο -λογίσετε τη διάμετρο του ατόμου σε m και σε Å.

ΛΥΣΗ
Αφού το l nm = 10$^{-9 }$m, η διάμετρος θα είναι 0,212 10$^{-9 }$m, και καθώς 1Å = 10$^{-10 }$m, δηλαδή 1m = 10$^{10}$Å, θα έχουμε 0,212 10$^{-9 }$m = 0,212  10$^{-9}$  10$^{10}$Å, δηλαδή 0,212 10 Å = 2,12 Å.

Γνωρίσματα της ύλης

Μάζα και Βάρος
Τα μεγέθη μάζα και βάρος είναι διαφορετικά. Ένα σώμα έχει την ίδια μάζα σ' όλα τα μέρη της γης, έχει όμως διαφορετικό βάρος από τόπο σε τόπο. Το βάρος είναι συνάρτηση του γεωγραφικού πλάτους και της απόστασης του σώματος από την επιφάνεια της θάλασσας.
ΣΧΗΜΑ 1.2 Το βάρος του αστροναύτη στη σελήνη είναι το 1/ 6 αυτού που έχει στη γη, λόγω διαφοράς ανάμεσα στο πεδίο βαρύτητας (g) της σελήνης και γης. Αντίθετα, ο αστροναύτης έχει την ίδια μάζα στη γη και στη σελήνη.
● Βάρος είναι η ελκτική δύναμη που ασκείται στο σώμα από το πεδίο βαρύτητας της γης.

Μάζα ( m )
- -Μάζα είναι το μέτρο της αντίστασης που παρουσιάζει ένα σώμα ως προς τη μεταβολή της ταχύτητάς του και εκφράζει το ποσό της ύλης που περιέχεται σε μία ουσία.
Η μάζα είναι κυρίαρχο μέγεθος στη χημεία και η μέτρησή της γίνεται με τη βοήθεια ζυγών. Παρ' όλο που η μονάδα μέτρησης στο SI είναι το χιλιόγραμμο (Kg), πολύ συχνά χρησιμοποιούνται υποπολλαπλάσιά της όπως το γραμμάριο (g) και χιλιοστόγραμμο (mg).
ΣΧΗΜΑ 1.3 Εργαστηριακός ζυγός ενός δίσκου με βερνιέρο και σύγχρονοι ηλεκτρο -νικοί ζυγοί ακριβείας για τη μέτρηση μάζας.

Όγκος ( V )
- -Όγκος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει ένα σώμα.
Στο σύστημα SI θεμελιώδες μέγεθος είναι το μήκος, με μονάδα το μέτρο (m), και παράγωγο αυτού μέγεθος είναι ο όγκος, εκφρασμένος σε κυβικά μέτρα (m$^{3}$). Στο χημικό εργαστήριο συνήθως χρησιμοποιούνται μικρότερες μονάδες, όπως είναι το κυβικό δεκατόμετρο (dm$^{3}$), που είναι περίπου ίσο με το λίτρο (L), και το κυβικό εκατοστόμετρο (cm$^{3}$), που είναι περίπου ίσο με το χιλιοστόλιτρο (mL).
ΣΧΗΜΑ 1.4 Ο ορισμός των μονάδων όγκου m$^{3}$, dm$^{3}$, cm$^{3}$ και η μεταξύ τους σχέση.

- ● 1 Kg = 10$^{3}$ g = 1000 g 1 g = 10$^{3 }$mg = 1000 mg
To δυναμόμετρο είναι όργανο μέτρησης βάρους.
- ● 1 L = 1000 mL 1 cm$^{3}$ = 1 mL 1 L = 1 dm 3
- ● To λίτρο (L) ορίζεται ως ο όγκος που καταλαμβάνει 1 kg νερού στους 4 °C.
Λόγω της μικρής τους διαφο -ράς το mL και cm$^{3}$ μπορούν να χρησιμοποιηθούν αδιά -κριτα. Για εκπαιδευτικούς λόγους πολλές φορές προ -τείνεται το cm 3 να χρησιμο -ποιείται για τη μέτρηση των αερίων όγκων και το mL για τους όγκους των υγρών. Με την ίδια λογική μπορούμε να διακρίνουμε το L από το dm$^{3}$.

Η μέτρηση του όγκου στο χημικό εργαστήριο γίνεται με τη βοήθεια ογκομετρικών οργάνων όπως είναι η προχοΐδα, το σιφώνιο (πιπέτα), ο ογκομετρικός κύλινδρος, η ογκομετρική φιάλη κ.λ.π.
ΣΧΗΜΑ 1.5 Από τα πιο συνηθισμένα όργανα για τη μέτρηση του όγκου ενός υγρού είναι: 1.η προχοΐδα : 2. το σιφώνιο εκροής 3.ο ογκομετρικός κύλινδρος και 4. η ογκο -μετρική φιάλη

Παράδειγμα 1.3
Το «ύψος» της βροχής μιας μέρας ήταν σ' ένα τόπο 10 mm. Να υπο -λογίσετε τον όγκο του νερού που κάλυψε επιφάνεια 1 km$^{2}$.

ΛΥΣΗ
Ο όγκος του νερού ισούται με το γινόμενο της επιφάνειας επί το ύψος. Δηλαδή V = s h .
h 10mm = 1010$^{-3}$m = 10$^{-2}$m
s = 1 km$^{2}$
l 10$^{6}$m$^{2}$ = 10$^{6}$m 2
Άρα V = sh = 10$^{6}$m$^{2}$10$^{-2}$m ή V = 10$^{4}$m$^{3}$ = 10000 m 3

Πυκνότητα (ρ)
- -Η πυκνότητα ορίζεται ως το πηλίκο της μάζας προς τον αντίστοιχο όγκο σε σταθερές συνθήκες πίεσης (όταν πρόκειται για αέριο) και θερμοκρασίας.
ρ=m/V
-  Η πυκνότητα πολλές φορές στην Ελληνική και διεθνή βι -βλιογραφία συμβολίζεται με d . Στο παρόν βιβλίο υιοθετείται η πρόταση της IUPAC και συμ -βολίζεται με ρ .
Η μονάδα της πυκνότητας (παράγωγο μέγεθος) στο SI είναι το Kg /m$^{3}$. Εύχρηστες όμως μονάδες είναι το g/mL (ή g/cm$^{3}$). Ειδικά στα αέρια, όπου έχουμε μικρές πυκνότητες, συνήθως χρησιμοποιούμε το g/L.

Παράδειγμα 1.4
Το αργίλιο (Αl) είναι ένα πολύ εύχρηστο μέταλλο. Ένας κύβος από αργίλιο έχει ακμή 2 cm. Με τη βοήθεια του ζυγού η μάζα του βρέθηκε 21,6 g. Ποια είναι η πυκνότητα του Αl;

ΛΥΣΗ
V = (2 cm)$^{3}$ ή V = 8 cm 3 ρ m / V = 21,6 g / 8 cm$^{3}$ ή ρ = 2,7 g/cm$^{3}$.

Παράδειγμα 1.5
Η πυκνότητα του νερού στη θερμοκρασία δωματίου θεωρείται περίπου ίση με 1 g /mL. Να εκφράσετε την πυκνότητα αυτή σε kg/m$^{3}$ και σε g/L.

ΛΥΣΗ
Είναι ρ = 1 g/mL = 10$^{-3}$kg/10$^{-6}$m$^{3}$ = 10$^{3}$ kg/m$^{3}$ = 1000 kg/m$^{3}$. Δηλαδή 1m$^{3}$ νερού ζυγίζει 1 (μετρικό) τόνο. Επίσης έχουμε ρ = 1 g /mL = 1 g/10$^{-3}$L = 1000 g/L. Δηλαδή 1L νερού ζυγίζει 1 kg.

1.3 Δομικά σωματίδια της ύλης - Δομή ατόμου Ατομικός αριθμός - Μαζικός αριθμός - Ισότοπα

Δομικά σωματίδια της ύλης
Κάθε σώμα συγκροτείται από απείρως μικρά σωματίδια (σχεδόν αμελη -τέα), που ονομάζονται δομικά σωματίδια ή δομικές μονάδες της ύλης. Τα σωματίδια αυτά είναι: τα άτομα, τα μόρια και τα ιόντα.

Άτομα - Μόρια - Ιόντα
Παίρνουμε μία καθορισμένη ουσία, για παράδειγμα τη ζάχαρη, και τεμα -χίζουμε μια ποσότητά της σε όσο το δυνατό μικρότερα κομμάτια. Αυτό μπορούμε να το πετύχουμε με διάλυση ποσότητας ζάχαρης σε νερό. Η ζάχαρη τότε χωρίζεται σε τόσο μικρά κομμάτια, που δεν μπορούμε πια να τα διακρίνουμε ούτε με μικροσκόπιο. Παρ' όλα αυτά η ζάχαρη εξακολουθεί να κρατά τις ιδιότητές της, π.χ. το διάλυμα είναι γλυκό. Ο διαχωρισμός βέβαια αυτός της ύλης δεν μπορεί να συνεχίζεται επ' άπειρον. Υπάρχει ένα πάρα πολύ μικρό κομμάτι ζάχαρης, πολύ μικρών διαστάσεων και μάζας, το οποίο δεν μπορεί να κοπεί σε μικρότερα κομμάτια, χωρίς να χάσει τις ιδιότητες του. Αυτό είναι το μόριο.

-  Ένα μόριο ζάχαρης ζυγίζει 5,7 10$^{-22}$ g.
- -Μόριο είναι το μικρότερο κομμάτι μιας καθορισμένης ουσίας (ένωσης ή στοιχείου) που μπορεί να υπάρξει ελεύθερο, διατηρώντας τις ιδιότητες της ύλης από την οποία προέρχεται.
Τα μόρια στην περίπτωση των χημικών στοιχείων συγκροτούνται από ένα είδος ατόμων, π.χ. O$\_{2}$, Ν$\_{2}$, O$\_{3}$, Ρ$\_{4}$, ενώ στην περίπτωση των χημικών ενώσεων από δύο ή περισσότερα είδη ατόμων, π.χ Η$\_{2}$O, CH$\_{4}$, C$\_{12}$H$\_{22}$O$\_{11}$.
- -Τα μόρια δηλαδή είναι ομάδες ατόμων με καθορισμένη γεωμετρική διάταξη στο χώρο, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

ΣΧΗΜΑ 1.6 Μοριακά μοντέλα των στοιχείων: υδρογόνου (Η$\_{2}$), οξυγόνου (Ο$\_{2}$), και των ενώσεων: νερού (Η$\_{2}$O), διοξειδίου του άνθρακα (CO$\_{2}$) και οινοπνεύματος (C$\_{2}$H$\_{5}$OH).
Η έννοια του ατόμου, όπως θα δούμε αμέσως παρακάτω, αποτελεί τη βάση της ατομικής θεωρίας.
- -Άτομο είναι το μικρότερο σωματίδιο ενός στοιχείου, που μπορεί να πάρει μέρος στο σχηματισμό χημικών ενώσεων.
Τα μόρια των χημικών στοιχείων δεν αποτελούνται πάντοτε από τον ίδιο αριθμό ατόμων. Έτσι υπάρχουν στοιχεία μονοατομικά , όπως είναι τα ευγενή αέρια, π.χ. ήλιο (He), στοιχεία διατομικά , όπως είναι το οξυγόνο (O$\_{2}$), το υδρογόνο (Η$\_{2}$), ή ακόμα και τριατομικά , όπως είναι το όζον (O$\_{3}$).

- -Ο αριθμός που δείχνει από πόσα άτομα συγκροτείται το μόριο ενός στοιχείου ονομάζεται ατομικότητα στοιχείου
Η ατομικότητα του στοιχείου αναγράφεται ως δείκτης στο σύμβολο του
-  Τα ατομικά και μοριακά μοντέλα μάς βοηθούν να κατανοήσουμε καλύτερα την έννοια των ατόμων και μορίων. Τα μοντέλα τύπου σφαίρας- ράβδου, που απεικονίζονται στο διπλανό σχήμα, είναι από τα πλέον διαδεδομένα. Τα άτομα συμβολίζονται με σφαίρες (λόγω της σφαιρικής συμ -μετρίας που παρουσιάζουν τα άτομα), με διάμετρο ανάλογη του μεγέθους του ατόμου. Η ράβδος ανάμεσα στα άτομα συμβολίζει το χημικό δεσμό που αναπτύσ -σεται ανάμεσα στα άτομα. Τα χρώματα στις σφαίρες κωδικοποιούνται ως εξής: Η (λευκή σφαίρα) C (μαύρη σφαίρα)
- Ο (κόκκινη σφαίρα) και φυσικά δεν ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα, αφού τα άτομα είναι άχρωμα.
-  To άτομο είναι ένα απει -ροελάχιστο σωματίδιο, με μέγεθος που ξεπερνά τα όρια της φαντασίας μας. Ωστόσο, νέες τεχνικές στην μικροσκοπία επιτρέπουν την παρατήρηση του και τον προσδιορισμό του μεγέθους του.
στοιχείου. Παρακάτω δίνεται πίνακας με τις ατομικότητες των σημαντι -κότερων στοιχείων.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.3: Ατομικότητες στοιχείων
ΜΟΝΟΑΤΟΜΙΚΑ: Ευγενή αέρια: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, και τα μέ -ταλλα σε κατάσταση ατμών.
Επίσης, στις χημικές εξισώσεις γράφονται σαν μονοατομικά τα στοιχεία C, S και P.
ΔΙΑΤΟΜΙΚΑ: Η$\_{2}$, O$\_{2}$, Ν$\_{2}$, F$\_{2}$, Cl$\_{2}$, Br$\_{2}$, I$\_{2}$.
ΤΡΙΑΤΟΜΙΚΑ: O$\_{3}$.
ΤΕΤΡΑΤΟΜΙΚΑ: Ρ$\_{4}$, As$\_{4}$, Sb$\_{4}$.

Ιόντα
Τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, αφού όπως θα δούμε πιο κάτω έχουν ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Τα άτομα όμως μπορούν να μετατραπούν σε ιόντα με αποβολή ή με πρόσληψη ενός ή περισσοτέρων ηλεκτρονίων.
- -Ιόντα είναι είτε φορτισμένα άτομα (μονοατομικά ιόντα), π.χ. Να $^{+}$, Ca$^{2+}$, S $^{2-}$, Cl$^{-}$ είτε φορτισμένα συγκροτήματα ατόμων (πολυατομικά ιόντα), π.χ. ΝΗ$\_{4}$ $^{+}$, CO$\_{3}$ $^{2-}$, Η$\_{2}$ΡO$\_{4}$$^{-}$ .
Τα ιόντα που έχουν θετικό ηλεκτρικό φορτίο ονομάζονται κατιόντα , π.χ. Na $^{+}$, και εκείνα που έχουν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο ονομάζονται ανι -όντα ., π.χ. Cl $^{-}$. Τα ιόντα αποτελούν τα δομικά σωματίδια των ιοντικών ή ετεροπολικών ενώσεων, που θα εξετάσουμε παρακάτω.

ΣΧΗΜΑ 1.7 Ο κρύσταλλος του NaCl συγκροτείται από ιόντα Na$^{+}$ και Cl $^{-}$.
-  Το θείο (S) έχει ατομικότητα 2 ή 4 ή 6 ή 8.
- Στις χημικές εξισώσεις όλα τα στοιχεία εκτός από τα διατομικά γράφονται σαν μονοατομικά.

Δομή του ατόμου
Τον 5° π.Χ. αιώνα οι Έλληνες φιλόσοφοι Δημόκριτος και Λεύκιππος, διατύπωσαν την άποψη ότι η ύλη αποτελείται από πολύ μικρά σωματί -δια που δεν μπορούν να διαιρεθούν σε άλλα απλούστερα. Τα σωματίδια αυτά ονόμασαν ατόμους (άτομα) . Να σημειωθεί ότι η άποψη αυτή ήταν αντίθετη με τη θεώρηση του Πλάτωνα και του Αριστοτέλη για τη συνεχή διαίρεση της ύλης.
Ωστόσο, τα άτομα του Δημόκριτου ξεχάστηκαν για τα επόμενα 2000 χρόνια, μέχρις ότου στις αρχές του 19$^{ου}$ αιώνα ο Άγγλος χημικός Dalton διατυπώσει την ατομική θεωρία . Σύμφωνα με την ατομική θεωρία, που αποτελεί θεμέλιο λίθο στην ανάπτυξη της χημείας, οι δομικές μονάδες της ύλης είναι τα άτομα και τα μόρια (συγκροτήματα ατόμων). Βέβαια ο Dalton δεν μπόρεσε να ερμηνεύσει τη συνένωση ατόμων ίδιου στοιχείου προς σχηματισμό μορίων. Αυτό ξεκαθαρίστηκε αργότερα (1811) από τον Ιταλό Avogadro. Επίσης, τα άτομα του Dalton ήταν συμπαγή και αδιαί -ρετα, άποψη που ήρθε σε αντίθεση με την ανακάλυψη των πρωτονίων, ηλεκτρονίων και νετρονίων (υποατομικά σωματίδια).

ΣΧΗΜΑ 1.8 Ο Δημόκριτος ήταν ο πρώτος που εισήγαγε την έννοια της ασυνέχειας της ύλης και του ατόμου.
Με την ανακάλυψη των υποατομικών σωματιδίων άνοιξε ο δρόμος για τη διατύπωση νέων θεωριών. Οι πιο χαρακτηριστικές απ' αυτές, με επιγραμ -ματική παρουσίαση της προσφοράς τους στη διαμόρφωση της γνώσης για τη συγκρότηση του ατόμου, είναι:
- 1. Rutherford (1911): η μάζα του ατόμου είναι συγκεντρωμένη σ' ένα πολύ μικρό χώρο που λέγεται πυρήνας .
- 2. Bohr (1913): τα ηλεκτρόνια κινούνται σε καθορισμένες κυκλικές τρο -χιές γύρω από τον πυρήνα, που ονομάζονται στιβάδες.
- 3. Sommerfield (1916): τα ηλεκτρόνια διαγράφουν εκτός από κυκλικές τροχιές (στιβάδες), και ελλειπτικές (υποστιβάδες).
- 4. Σύγχρονες αντιλήψεις για τη δομή των ατόμων: το ηλεκτρόνιο συμπε -ριφέρεται ως κύμα, συνεπώς δεν μπορούμε με ακρίβεια να γνωρίζουμε την τροχιά που διαγράφει. Εισαγωγή της έννοιας του ατομικού τροχιακού, του χώρου γύρω από τον πυρήνα όπου έχει μεγάλη πιθανότητα να βρεθεί ένα ηλεκτρόνιο.

-  Μερικές από τις πιο λαμπρές προσωπικότητες που διαμόρ -φωσαν τη γνώση γύρω από το άτομο.
- 1. Dalton (1808) θεμελίωσε την ατομική θεωρία.
- 2. Rutherford (1911) ανακά -λυψε τον πυρήνα.
- 3. Bohr (1913) εισήγαγε την έννοια της ηλεκτρονιακής στι -βάδας.
- 4. Sommerfield (1916) εισή -γαγε την έννοια της υποστιβά -δας.
- 5. Schrödinger (1926) Ανέ -πτυξε τη θεωρία της κβαντο -μηχανικής, που αποτελεί τη βάση των σύγχρονων αντιλή -ψεων για το άτομο.
Σε απλές γραμμές έχει διαμορφωθεί η εξής εικόνα για το άτομο. Η μάζα του ατόμου είναι συγκεντρωμένη σ' ένα χώρο που ονομάζεται πυρήνας. Ο πυρήνας συγκροτείται από πρωτόνια (p), που φέρουν θετικό ηλεκτρικό φορτίο, και από ουδέτερα νετρόνια (n). Γύρω από τον πυρήνα και σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις απ' αυτόν, κινούνται τα ηλεκτρόνια (e), που φέρουν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο και ευθύνονται για τη χημική συμπεριφορά των ατόμων. Τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, καθώς τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια έχουν αντίθετο στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο και ο αριθμός των πρωτονίων είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.4: Mάζα και φορτίο υποατομικών σωματιδίων

| Σωματίδιο  (σύμβολο)   | Θέση                 | Μάζα / g          | Σχετική  μάζα   | Φορτίο /C      |   Σχετικό  φορτίο |
|------------------------|----------------------|-------------------|-----------------|----------------|-------------------|
| Ηλεκτρόνιο (e)         | Γύρω από  τον πυρήνα | 9,11  10$^{-28}$ | 1/1830          | -1,60  10 -19 |                -1 |
| Πρωτόνιο (p)           | Πυρήνας              | 1,67  10$^{-24}$ | 1               | +1,60 10 -19  |                +1 |
| νετρόνιο (n)           | Πυρήνας              | 1,67  10$^{-24}$ | 1               | 0              |                 0 |

ΣΧΗΜΑ 1.9 Τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι συγκεντρωμένα σε ένα εξαιρετικά μικρό χώρο, τον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια είναι υπό μορφή νέφους γύρω από τον πυρήνα.

Ατομικός αριθμός- Μαζικός αριθμός - Ισότοπα
- -Ατομικός αριθμός (Ζ) είναι ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα του ατόμου ενός στοιχείου. Ο αριθμός αυτός καθορίζει το είδος του ατόμου, αποτελεί δηλαδή ένα είδος ταυτότητας για αυτό.
-  άτομο (atom): από το α-τέμνω
-  Ο πυρήνας καθορίζει τη μάζα του ατόμου, δηλαδή m ατόμου = m πρωτονίων + m νετρονίων
-  Ο χώρος που περιβάλλει τον πυρήνα, όπου διευθετούνται τα ηλεκτρόνια, καθορίζει το μέγεθος του ατόμου.
-  Τα ηλεκτρόνια καθορίζουν τη χημική συμπεριφορά των ατόμων, καθώς οι αλληλοεπι -δράσεις μεταξύ των ηλεκτρονί -ων διαφόρων ατόμων οδηγούν στη χημική αντίδραση.

Αν είστε στη θέση του πυρή -να, τότε τα ηλεκτρόνια είναι σκορπισμένα τουλάχιστον 61 km μακριά σας.
Η τιμή του Ζ δείχνει επίσης τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Μην ξεχνάτε ότι στο άτομο ο αριθμός ηλεκτρονίων ισούται με τον αριθμό των πρωτονίων, ώστε το άτομο να είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Για παράδειγμα, όταν λέμε ότι ο ατομικός αριθμός του νατρίου (Na) είναι 11, εννοούμε ότι το άτομο του Na έχει 11p στον πυρήνα του, αλλά και 11e γύρω από τον πυρήνα. Επειδή όμως ο ατομικός αριθμός είναι ο καθοριστικός αριθμός για το είδος του κάθε στοιχείου, μπορούμε να πούμε ότι κάθε άτομο στη φύση που έχει στον πυρήνα του 11p, είναι άτομο νατρίου.

- -Μαζικός αριθμός (Α) είναι ο αριθμός των πρωτονίων και των νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου.
Για παράδειγμα, όταν λέμε ότι ο μαζικός αριθμός του φθορίου (F) είναι 19 και ο ατομικός του αριθμός είναι 9, εννοούμε ότι στον πυρήνα του ατόμου του υπάρχουν 9 πρωτόνια και 19 νουκλεόνια (πρωτόνια και νε -τρόνια μαζί). Άρα στον πυρήνα του υπάρχουν 10 νετρόνια.
Αν συμβολίσουμε με Ν τον αριθμό των νετρονίων του ατόμου, τότε προφανώς ισχύει: A = Z + N
Το άτομο ενός στοιχείου Χ συμβολίζεται:
- -Ισότοπα ονομάζονται τα άτομα που έχουν τον ίδιο ατομικό αλλά διαφορετικό μαζικό αριθμό.

Τα ισότοπα είναι, με άλλα λόγια, άτομα του ίδιου είδους (στοιχείου) με διαφορετική μάζα. Για παράδειγμα, ο άνθρακας (C) έχει τέσσερα ισότοπα:
11 12 13 14
Απ' αυτά το πλέον διαδεδομένο στη φύση είναι ο που απαντά σε ποσοστό 99%.

1.4 Καταστάσεις της ύλης - Ιδιότητες της ύλης Φυσικά και Χημικά φαινόμενα

Καταστάσεις της ύλης
Η ύλη, ανάλογα με τις συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, βρίσκεται σε τρεις φυσικές καταστάσεις: τη στερεά (s) , την υγρή (l) και την αέρια (g) .
ΣΧΗΜΑ 1.10 Το νερό απαντά συχνά και στις τρεις φυσικές κατα -στάσεις του: αέρια (υδρα -τμοί π.χ. στα σύννεφα) υγρή (π.χ θάλασσα) και στερεή (π.χ. πάγος).
-  Νουκλεόνια είναι τα σωμα -τίδια του πυρήνα, δηλαδή πρωτόνια και νετρόνια. Από το nuclear που σημαίνει πυ -ρήνας.
-  στερεό: (s) solid
-  υγρό: (l) liquid
-  αέριο: (g) gas

Στη στερεά κατάσταση τα δομικά σωματίδια (π.χ. μόρια) βρίσκονται σε μικρές αποστάσεις μεταξύ τους, είναι σχεδόν ακίνητα, οι δε ελκτικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ τους είναι ισχυρές. Έτσι το σχήμα και ο όγκος τους πρακτικά δεν αλλάζει, εφ' όσον οι συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας δε μεταβάλλονται.
Στην υγρή κατάσταση τα δομικά σωματίδια βρίσκονται, συγκριτικά με τη στερεά κατάσταση, σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Επίσης οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων είναι ασθενέστερες, με αποτέλεσμα να υπάρχει μεγαλύτερη κινητικότητα. Έτσι τα υγρά έχουν καθορισμένο όγκο, δεν έχουν όμως καθορισμένο σχήμα και παίρνουν κάθε φορά το σχήμα του δοχείου στο οποίο τοποθετούνται.

Τέλος, στην αέρια κατάσταση , τα δομικά σωματίδια κινούνται άτακτα προς όλες τις διευθύνσεις, καθώς οι δυνάμεις συνοχής είναι αμελητέες. Έτσι στα αέρια δεν έχουμε ούτε καθορισμένο σχήμα, ούτε όγκο. Μάλιστα εδώ προκύπτουν σημαντικές μεταβολές των όγκων, όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία ή και η πίεση. Τη σχέση των μεταβολών αυτών μεταξύ του όγκου του αερίου και της θερμοκρασίας ή της πίεσης θα μελετήσουμε αναλυτικά στο 4° κεφάλαιο.
Όπως αναφέραμε στην αρχή αυτής της ενότητας, οι διάφορες ουσίες μπορούν να μεταπηδούν από τη μία φυσική κατάσταση στην άλλη. Αυτό μπορεί να γίνει με μεταβολή των συνθηκών πίεσης και θερμοκρασίας. Έτσι π.χ. με αύξηση της θερμοκρασίας περνάμε από το στερεό στο υγρό (τήξη) και από το υγρό στο αέριο (εξάτμιση). Αντίστροφα, με μείωση της θερμο -κρασίας έχουμε την αντίθετη πορεία (πήξη και υγροποίηση, αντίστοιχα).

ΣΧΗΜΑ 1.11 Απεικόνιση των τριών καταστάσεων της ύλης.

Ιδιότητες της ύλης
Κάθε υλικό έχει μία σειρά από χαρακτηριστικές ιδιότητες. Για παράδειγμα στον πίνακα που ακολουθεί φαίνονται μερικές από τις χαρακτηριστικές
-  Πλάσμα θεωρείται μια ειδι -κή κατάσταση της ύλης που συγκροτείται από φορτισμέ -να (ηλεκτρόνια, ιόντα) και ουδέτερα σωματίδια (άτομα, μόρια). Το πλάσμα είναι η πιο διαδεδομένη κατάσταση της ύλης που απαντά στο σύμπαν.
-  Εξάχνωση είναι η μετάβα -ση απευθείας από τη στερεά στην αέρια φάση, Αυτό συμ -βαίνει π.χ. στο ιώδιο και στη ναφθαλίνη.
-  Τα αέρια δεν έχουν ούτε καθορισμένο σχήμα ούτε όγκο.
-  Τα υγρά έχουν καθορισμέ -νο όγκο αλλά όχι σχήμα.
-  Τα στερεά έχουν καθορι -σμένο σχήμα και όγκο.
ιδιότητες του νερού, του υδρογόνου και του οξυγόνου, που μας επιτρέπουν να διακρίνουμε το ένα από το άλλο.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.5: Χαρακτηριστικές ιδιότητες νερού, υδρογόνου, οξυγόνου

| Ουσία                   | Νερό   | Υδρογόνο   | Οξυγόνο   |
|-------------------------|--------|------------|-----------|
| φυσική κατάσταση        | (l)    | (g)        | (g)       |
| σημείο βρασμού/ $^{ο}$C | 100    | -253       | -183      |
| πυκνότητα/g L $^{-1}$   | 1000   | 0,084      | 1,33      |
| καύσιμο                 | όχι    | ναι        | όχι       |
Οι ιδιότητες της ύλης διακρίνονται σε δύο κατηγορίες, τις φυσικές και τις χημικές.
- -Οι φυσικές ιδιότητες καθορίζονται από την ουσία αυτή καθ' αυτή, χωρίς να γίνεται αναφορά σε άλλες ουσίες.

Π.χ., το χρώμα, το σημείο τήξης, το σημείο βρασμού, η πυκνότητα απο -τελούν φυσικές ιδιότητες μιας ουσίας. Έτσι, μπορούμε να μετρήσουμε το σημείο τήξης του πάγου, θερμαίνοντας ένα κομμάτι πάγου και μετρώντας τη θερμοκρασία στην οποία ο πάγος μετατρέπεται σε υγρό νερό. Να παρα -τηρήσουμε ότι νερό και πάγος διαφέρουν μόνο ως προς τη μορφή της ύλης και όχι ως προς τη χημική τους σύσταση. Ο προσδιορισμός δηλαδή της φυσικής ιδιότητας μιας ουσίας δε μεταβάλλει τη χημική της σύσταση. -Οι χημικές ιδιότητες καθορίζουν τη συμπεριφορά μιας ουσίας σε σχέση με μίαν άλλη.

Όταν για παράδειγμα λέμε ότι το υδρογόνο καίγεται με το οξυγόνο προς σχηματισμό νερού, περιγράφουμε μία χημική ιδιότητα του υδρογόνου. Να παρατηρήσουμε ότι το υδρογόνο και το νερό δεν έχουν την ίδια χημική σύσταση. Δηλαδή, ο προσδιορισμός μιας χημικής ιδιότητας προκαλεί μεταβολή στη χημική σύσταση της ουσίας.

Φυσικά και χημικά φαινόμενα
Κατ' αναλογία με τις ιδιότητες των ουσιών, τα φαινόμενα (οι μεταβολές δηλαδή της ύλης) διακρίνονται σε φυσικά και χημικά φαινόμενα.
- -Στα φυσικά φαινόμενα αλλάζουν ορισμένες μόνο από τις φυσικές ιδιότητες των ουσιών, ενώ η χημική τους σύσταση διατηρείται.
Για παράδειγμα η εξαέρωση του νερού είναι φυσικό φαινόμενο, καθώς η μόνη αλλαγή που συμβαίνει είναι η αλλαγή της φυσικής κατάστασης του νερού, που από υγρό γίνεται αέριο.
- -Στα χημικά φαινόμενα (χημικές αντιδράσεις) έχουμε ριζική αλλαγή στη σύσταση και τις ιδιότητες των ουσιών.

Για παράδειγμα, όταν το υδρογόνο καίγεται στον αέρα, μετατρέπεται σε νερό, που έχει διαφορετική σύσταση και διαφορετικές ιδιότητες (φυσικές και χημικές) από το υδρογόνο.
-  Φυσικές σταθερές είναι το σημείο βρασμού και το ση -μείο τήξεως (ή πήξεως) μιας ουσίας. Οι σταθερές αυτές μπορούν να χρησιμεύσουν για την ταυτοποίηση (διάκρι -ση) μιας ουσίας και την εξα -κρίβωση αν η ουσία είναι σε καθαρή μορφή ή όχι.
-  Παραδείγματα φυσικών φαινομένων είναι η πήξη του νερού, η διάλυση της ζάχα -ρης στο νερό, η εξάτμιση του οινοπνεύματος.
-  Παραδείγματα χημικών φαινομένων είναι η μετατρο -πή του μούστου σε κρασί, η καύση του ξύλου, η μετατρο -πή του χαλκού σε άλας του.

ΣΧΗΜΑ 1.12 Στις χημικές αντιδράσεις (χημικά φαινόμενα) αλλάζει η μοριακή σύσταση, δηλαδή άλλα μόρια έχουμε στα αντιδρώντα και άλλα στα προϊόντα.

1.5 Ταξινόμηση της ύλης - ΔιαλύματαΠεριεκτικότητες διαλυμάτων - Διαλυτότητα

Ταξινόμηση της ύλης
Η ύλη, τα εκατομμύρια δηλαδή ουσιών που μας περιβάλλουν, μπορεί να ταξινομηθεί με βάση το παρακάτω σχήμα:

Καθαρές ουσίες και μίγματα
Κατ' αρχάς οι ουσίες μπορούν να διακριθούν σε καθαρές ουσίες και μίγματα.
- -Καθαρές ή καθορισμένες ουσίες είναι εκείνες που ανεξάρτητα από τον τρόπο παρασκευής τους έχουν καθορισμένη σύσταση και ιδιότητες.
Το νερό (Η$\_{2}$O), η ζάχαρη (C$\_{12}$H$\_{22}$O$\_{11}$), το οινόπνευμα (C$\_{2}$H$\_{5}$OH), το οξυγόνο (Ο$\_{2}$), ο σίδηρος (Fe) είναι καθαρές ουσίες. Το νερό για παράδειγμα έχει καθορισμένη σύσταση, δηλαδή αποτελείται από υδρογόνο και οξυγόνο με αναλογία μαζών 1:8.

- -Τα μίγματα έχουν μεταβλητή σύσταση ανάλογα με τον τρόπο παρασκευής και την προέλευσή τους.
Οι περισσότερες από τις ουσίες που συναντάμε είναι μίγματα, των οποίων η σύσταση ποικίλλει π.χ. το γάλα, το λάδι, το θαλασσινό νερό, ο ατμο -σφαιρικός αέρας. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας δεν έχει παντού την ίδια σύσταση, π.χ. ο αέρας της πόλης έχει διαφορετική σύσταση από τον αέρα του βουνού.

Στοιχεία και χημικές ενώσεις
Οι καθαρές ουσίες διακρίνονται στα χημικά στοιχεία και στις χημικές ενώσεις. Στοιχεία είναι οι απλές ουσίες, αυτές που δεν μπορούν να δια -σπαστούν σε απλούστερες. Σήμερα είναι γνωστά 112 στοιχεία. Απ' αυτά τα 88 υπάρχουν στη φύση, ενώ τα υπόλοιπα είναι τεχνητά. Το χαρακτη -ριστικό γνώρισμα των στοιχείων είναι ότι τα μόριά τους αποτελούνται από άτομα του ίδιου είδους. Συνοψίζοντας,
- -Στοιχείο ή χημικό στοιχείο ονομάζεται η καθαρή ουσία που δε διασπάται σε απλούστερη και αποτελείται από ένα είδος ατόμων (άτομα με τον ίδιο ατομικό αριθμό).

Πίνακας με τα σύμβολα και την ονομασία των στοιχείων δίνεται στο παράρτημα, στο τέλος του βιβλίου. Να παρατηρήσουμε ότι το μεγαλύ -τερο μέρος της γης και του ανθρώπινου σώματος αποτελείται από 7 μόνο στοιχεία, όπως χαρακτηριστικά απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα.
ΣΧΗΜΑ 1.13 Κατανομή χημικών στοιχείων στη γη και στον άνθρωπο.
Τα στοιχεία συνδυαζόμενα δίνουν εκατομμύρια χημικές ενώσεις. Π.χ. ο άνθρακας καίγεται με το οξυγόνο και παράγεται διοξείδιο του άνθρακα. Οι χημικές ενώσεις έχουν το χαρακτηριστικό, ότι μπορούν να διασπα -στούν σε άλλες απλούστερες. Επίσης, τα μόριά τους αποτελούνται από διαφορετικά είδη ατόμων. Στο παράδειγμα που αναφέραμε, το διοξείδιο του άνθρακα αποτελείται από άτομα C και Ο. Συνοψίζοντας,
- -Χημικές ενώσεις είναι καθαρές ουσίες που μπορούν να διασπαστούν σε άλλες απλούστερες και αποτελούνται από δύο τουλάχιστον είδη ατόμων (άτομα με διαφορετικό ατομικό αριθμό).

Ομογενή και ετερογενή μίγματα
- -Τα ομογενή μίγματα (διαλύματα) είναι ομοιόμορφα μίγματα, έχουν δηλαδή την ίδια σύσταση και τις ίδιες ιδιότητες σ' όλη την έκταση τους. Χαρακτηριστικό των ομογενών μιγμάτων είναι πως δεν μπορούμε να διακρίνουμε τα συστατικά τους. Για παράδειγμα, στο νερό της θάλασσας δεν μπορούμε να διακρίνουμε το αλάτι.
Στα μίγματα αυτά διακρίνουμε αρκετές φορές τα συστατικά τους και τις διαφορετικές τους ιδιότητες, π.χ. λάδι με νερό. Τα ομογενή μέρη ενός μίγματος ονομάζονται φάσεις . Στο προηγούμενο παράδειγμα διακρίνουμε τη φάση του λαδιού (που επιπλέει) και τη φάση του νερού (που βρίσκεται κάτω).

- -Τα ετερογενή μίγματα είναι ανομοιόμορφα, δηλαδή δεν έχουν την ίδια σύσταση σ' όλη την έκτασή τους.

Διαλύματα - Περιεκτικότητες διαλυμάτων

Γενικά για διαλύματα
Όπως ήδη έχουμε ορίσει, διάλυμα είναι ένα ομογενές μίγμα δύο ή πε -ρισσοτέρων ουσιών, οι οποίες αποτελούν τα συστατικά του διαλύματος. Από τα συστατικά αυτά, εκείνο που έχει την ίδια φυσική κατάσταση μ' αυτή του διαλύματος και βρίσκεται συνήθως σε περίσσεια, ονομάζεται διαλύτης . Τα υπόλοιπα συστατικά του διαλύματος ονομάζονται διαλυ -μένες ουσίες . Τα διαλύματα έχουν μεγάλο πρακτικό ενδιαφέρον, καθώς οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις στο εργαστήριο, τη βιομηχανία και τα βιολογικά συστήματα γίνονται σε μορφή διαλυμάτων.

Τα πιο συνηθισμένα διαλύματα είναι τα υδατικά, όπου ο διαλύτης είναι νερό. Σ' αυτά η διαλυμένη ουσία μπορεί να είναι αέριο, π.χ. διοξείδιο του άνθρακα (CΟ$\_{2}$) στην coca-cola, ή στερεό, π.χ. χλωριούχο νάτριο (NaCl) στο νερό της θάλασσας, ή υγρό, π.χ. οινόπνευμα (C$\_{2}$H$\_{5}$OH) στο κρασί. Βέβαια ο διαλύτης μπορεί να είναι και οργανική ουσία, όπως η ακετόνη, το βενζόλιο, ο αιθέρας, η βενζίνη, ο τετραχλωράνθρακας.
Τα διαλύματα διακρίνονται σε αέρια (π.χ. ατμοσφαιρικός αέρας), υγρά (π.χ. θαλασσινό νερό) και στερεά (π.χ. μεταλλικά νομίσματα). Μπορούν επίσης να ταξινομηθούν σε μοριακά διαλύματα , των οποίων η διαλυμένη ουσία είναι σε μορφή μορίων, και σε ιοντικά ή ηλεκτρολυτικά , τα οποία περιέχουν τη διαλυμένη ουσία με τη μορφή ιόντων.

Διαχωρισμός ρινισμάτων σι -δήρου από χώμα, σε ετερο -γενές μίγμα, με τη βοήθεια μαγνήτη.
-  Οι περισσότερες αντιδρά -σεις γίνονται σε διαλύματα. Μ ' αυτό τον τρόπο τα δια -λυμένα αντιδρώντα, έχοντας λεπτότατο διαμερισμό (άτο -μα, μόρια ή ιόντα), έρχονται σε καλύτερη επαφή μεταξύ τους και αντιδρούν πιο εύ -κολα.
-  Το νερό είναι άριστος δια -λύτης για τις περισσότερες ουσίες. Σε μεγάλη κλίμακα χρησιμοποιούνται επίσης ως διαλύτες η βενζίνη, ο αιθέρας, το οινόπνευμα, η ακετόνη κλπ.

Περιεκτικότητες Διαλυμάτων
Διαβάζοντας στην ετικέτα ενός εμφιαλωμένου κρασιού την ένδειξη 12° (12 αλκοολικοί βαθμοί), καταλαβαίνουμε σε ποια αναλογία βρίσκεται το οινόπνευμα (C$\_{2}$H$\_{5}$OH) στο κρασί. Έχουμε δηλαδή μία ένδειξη της περιεκτικότητας του διαλύματος. Η περιεκτικότητα δηλαδή εκφράζει την ποσότητα της διαλυμένης ουσίας που περιέχεται σε ορισμένη πο -σότητα διαλύματος. Πολλές φορές χρησιμοποιούμε και τους ποιοτικούς όρους πυκνό και αραιό για διαλύματα σχετικά μεγάλης ή σχετικά μικρής περιεκτικότητας, αντίστοιχα. Τέλος, να παρατηρήσουμε ότι, αν το διά -λυμα περιέχει περισσότερες από μία διαλυμένες ουσίες, θα έχει τόσες περιεκτικότητες όσες είναι και οι διαλυμένες ουσίες του.

Εκφράσεις περιεκτικότητας
Η περιεκτικότητα ενός διαλύματος εκφράζεται συνήθως με τους εξής τρόπους:

1. Περιεκτικότητα στα εκατό κατά βάρος (% w/w)
Όταν λέμε ότι ένα διάλυμα ζάχαρης (C$\_{12}$H$\_{22}$Ο$\_{11}$) είναι 8% w/w (ή κ.β), εννοούμε ότι περιέχονται 8 g ζάχαρης στα 100 g διαλύματος. Δηλαδή, η % w/w περιεκτικότητα εκφράζει τη μάζα (σε g) της διαλυμένης ουσίας σε 100 g διαλύματος.

2. Περιεκτικότητα στα εκατό βάρους κατ' όγκον (% w/v)
Όταν λέμε ότι ένα διάλυμα π.χ. χλωριούχου νατρίου (NaCl) είναι 10% w/v (ή κ.ο), εννοούμε ότι περιέχονται 10 g NaCl στα 100 mL διαλύματος. Δηλαδή,
- -Η % w/v περιεκτικότητα εκφράζει τη μάζα (σε g) της διαλυμένης ουσίας σε 100 mL του διαλύματος.

3. Περιεκτικότητα στα εκατό όγκου σε όγκο (% ν/ν)
Χρησιμοποιείται σε ειδικότερες περιπτώσεις:
- α. Για να εκφράσει την περιεκτικότητα υγρού σε υγρό. Δηλαδή, η ένδειξη στη μπίρα 3% ν/ν ή 3° (αλκοολικοί βαθμοί) υποδηλώνει ότι περιέχονται 3 mL οινοπνεύματος στα 100 mL της μπίρας.
- β. Για να εκφράσει την περιεκτικότητα ενός αερίου σε αέριο μίγμα. Δηλαδή η έκφραση ότι ο αέρας έχει περιεκτικότητα 20% ν/ν σε οξυγόνο, υποδηλώνει ότι περιέχονται 20 cm$^{3}$ οξυγόνου στα 100 cm$^{3}$ αέρα.
Όταν τα διαλύματα είναι πολύ αραιά (π.χ. ρύποι στον αέρα ή στη θάλασ -σα), μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις εξής εκφράσεις περιεκτικότητας:

- -Η % ν/ν περιεκτικότητα εκφράζει τον όγκο (σε mL) της διαλυμένης ουσίας σε 100 mL του διαλύματος.
- 4. ppm το οποίο εκφράζει τα μέρη της διαλυμένης ουσίας που περιέχονται σε 1 εκατομμύριο (10$^{6}$ ) μέρη διαλύματος.
- 5. ppb το οποίο εκφράζει τα μέρη της διαλυμένης ουσίας που περιέχονται σε 1 δισεκατομμύριο (10$^{9}$) μέρη διαλύματος.
-  w = weight, βάρος παρ' όλο που στη χημεία χρησιμοποι -είται η μάζα.
-  ν = volume, όγκος.
-  Η % ν/ν χρησιμοποιείται συνήθως σε αλκοολούχα ποτά και σε υγρά φαρμακευ -τικά σκευάσματα.

Διαλυτότητα
Σε 100 g Η$\_{2}$Ο στους 20 °C μπορούμε να διαλύσουμε το πολύ 35,5 g στε -ρεού χλωριούχου νατρίου (NaCl), ενώ μπορούμε να διαλύσουμε το πολύ 0,00016 g στερεού χλωριούχου αργύρου (AgCl). Έτσι, λέμε ότι το NaCl είναι μια ευδιάλυτη ουσία με μεγάλη διαλυτότητα , ενώ ο AgCl είναι μια δυσδιάλυτη ουσία με πολύ μικρή .
- -Διαλυτότητα ορίζεται η μέγιστη ποσότητα μιας ουσίας που μπορεί να διαλυθεί σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη, κάτω από ορισμένες συνθήκες (π.χ. θερμοκρασία).
Τα διαλύματα που περιέχουν τη μέγιστη ποσότητα διαλυμένης ουσίας ονομάζονται κορεσμένα διαλύματα . Αντίθετα τα διαλύματα που περι -έχουν μικρότερη ποσότητα διαλυμένης ουσίας από τη μέγιστη δυνατή ονομάζονται ακόρεστα .

Η διαλυτότητα μιας ουσίας επηρεάζεται από τους εξής παράγοντες:

α. τη φύση του διαλύτη
Εδώ ισχύει ο γενικός κανόνας «τα όμοια διαλύουν όμοια». Αυτό σημαίνει ότι διαλύτης και διαλυμένη ουσία θα πρέπει να έχουν παραπλήσια χημική δομή (π.χ. μοριακή ή ιοντική σύσταση).

β. τη θερμοκρασία
Συνήθως η διαλυτότητα των στερεών στο νερό αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, ενώ η διαλυτότητα των αερίων στο νερό μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.

γ. την πίεση
Γενικά, η διαλυτότητα των αερίων στο νερό αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης. Γι ' αυτό, μόλις ανοίξουμε μία φιάλη με αεριούχο ποτό (η πίεση ελαττώνεται και γίνεται ίση με την ατμοσφαιρική), η διαλυτότητα του CΟ$\_{2}$ στο νερό ελαττώνεται και το ποτό αφρίζει.
-  Η διαλυτότητα μπορούμε να πούμε ότι εκφράζει την περιεκτικότητα ενός κορε -σμένου διαλύματος.
ΣΧΗΜΑ 1.14 Το νερό είναι άριστος διαλύτης. Έχει την ικανότητα να διαλύει, όπως φαίνεται διαγραμματικά, τόσο τα μόρια (διάλυση ζάχαρης-μοριακή ένωση C$\_{12}$ H$\_{22}$ O$\_{11}$ ) όσο και τα ιόντα (διάλυση άλατος-ιοντική ένωση-NaCI).

Γνωρίζεις ότι......

Η ύλη: συνεχής ή ασυνεχής;
Από «παλιά» οι φιλόσοφοι είχαν διαφωνήσει πάνω στη διαιρετότητα της ύλης. Είναι δυ νατόν ένα κομμάτι ύλης να διχοτομείται συνεχώς σε ολοένα μικρότερα κομμάτια - πράγμα που η αριστοτελική θεωρία ευνοούσε - ή υπάρχει ένα όριο σ' αυτή τη διαδικασία της διαίρεσης, όπως ο Δημόκριτος - γεννημένος το 460 π.Χ.- είχε προτείνει; Ποια άποψη είναι «ορθή» με τα σημερινά δεδομένα; Βέβαια φαίνεται ότι οι «ατομιστές» είναι οι νικητές αυτής της διαμάχης. Άλλωστε ο Dalton το δικό τους κόσμο ανέπτυξε με την ατομική του θεωρία.

Εξαρτάται δηλαδή η αλήθεια των όσων λέει κανείς πάνω στη διαιρετότητα της ύλης από το ενεργειακό πεδίο στο οποίο βρίσκεται η υπό εξέταση ουσία. Παρακάτω, δίνονται τα ενεργειακά όρια κάτω από τα οποία τα αναφερόμενα σωματίδια είναι σταθερά και αντιπροσωπεύουν τα ελαχιστότατα αδιαίρετα κομμάτια ύλης.
Είχαν όμως δίκιο οι Έλληνες «ατομιστές»; Εξαρτάται από το πώς κανείς ορίζει την α συνέχεια - αδιαιρετότητα αυτή. Βέβαια είναι αποδεκτό ότι τα άτομα είναι θεμελιώδους σημασίας. Αλλά είναι επίσης γνωστό ότι τα άτομα δεν είναι αδιαίρετα, όπως οι Έλληνες «ατομιστές» και ο Dalton πρότειναν. Εξάλλου, ακόμα και ο Dalton προς το τέλος της ζωής του έκανε τη σημαντική «προφητεία» ότι μεγάλη ποσότητα ενέργειας θα εκλύεται, αν το άτομο σπάσει. Δεν υπάρχει πειραματική απόδειξη ότι η ύλη δεν είναι επ' άπειρον διαιρετή. Προφανώς, όσο μικρότερο είναι το υλικό σωματίδιο τόσο μεγαλύτερη είναι η δυσκολία διαίρεσής του. Ο καθοριστικός γι' αυτό παράγοντας είναι η ενέργεια που κάθε φορά θ' απαιτείται για τη διαίρεση αυτή. Καμιά από τις γενικές αυτές αρχές δεν μπορεί «άμεσα» να ελεγχθεί σαν ορθή ή όχι μια και θα πρέπει να εξαντληθούν όλες οι δυνατές περιπτώσεις.

| Σωματίδιο     | Ενεργειακή περιοχή   | Ενεργειακή περιοχή             |
|---------------|----------------------|--------------------------------|
|               | eV σωματίδιο$^{-1 }$ | J mol -1                       |
| Μόριο         | 10 έως 100           | 9,65 10$^{5}$-9,65  10 6     |
| Άτομο         | 100-10$^{6}$         | 9,65 10$^{6}$ - 9,65 10 10   |
| Πυρήνας(p, n) | 10$^{6}$ - 10$^{9}$  | 9,65  10$^{10}$- 9,65  10 13 |
| quarks        | > 10$^{9}$           | > 9,65  10 13                 |

Οι δύο τελευταίες ενεργειακές περιοχές αποτελούν αντικείμενο της φυσικής των υψηλών ενεργειών . Για σύγκριση αναφέρεται ότι η ενέργεια για τη διάσπαση του δεσμού Η-Η είναι 4,26  10$^{5}$J mol$^{-1}$ και του C ≡ C 8,37  10$^{5 }$J mol$^{-1}$. Η ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση όλων των ηλεκτρονίων από το άτομο του οξυ -γόνου είναι περίπου 10$^{8}$ J mol$^{-1}$. Η ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση του πυρήνα του αζώτου στα πρωτόνια και νετρόνια που τον αποτελούν είναι περίπου 10$^{13}$ J mol$^{-1}$. Τα πρωτόνια ακόμη δεν έχουν διασπασθεί πειραματικά. Δεν μπορεί κανείς να πει με βεβαιότητα ότι θα διασπασθεί το πρωτόνιο αλλά μπορεί με σιγουριά να προβλέψει ότι για αυτή τη διάσπαση θα απαιτούνται πολύ μεγαλύτερα ποσά ενέργειας. Τα πρω τόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια λέγονται θεμελιώδη σωματίδια, θεμελιώδη με την έννοια ότι απαντούν σε κάθε μορφή ύλης στη γη. Δεν μπορούμε όμως να πούμε ότι δε διασπώνται, διότι τότε θα διατρέχουμε τον ίδιο «κίνδυνο» με τον Dalton, που όριζε το άτομο σαν αδιάσπαστο...

Διαίρεση της ύλης.
Στερεά σωματίδια που αιωρούνται στον αέρα ή το νερό μπορούν να διαχωρίζονται από την αντίστοιχη φάση με φυγοκέντρηση και διήθηση. Το μέγεθος τους είναι της τάξης των 2 μm σε διάμετρο. Υπάρχουν ακόμη μικρότερα σωματίδια που αιωρούνται στον αέρα ή το νερό και διέρχονται και από τα πιο λεπτά διηθητικά φύλλα. Τέτοια αιωρήματα καλούνται κολλοειδή και το μέγεθος των σωματιδίων αυτών είναι περίπου 1 έως 100 nm (1 nm = 10$^{-9}$ m). Αν κανείς θέλει να διασπείρει μία ουσία σε σωματίδια μοριακού μεγέθους της τάξεως των 0,1 έως 10 nm δεν έχει παρά να διαλύσει ή να εξαερώσει την ουσία. Ωστόσο, η διάλυση είναι μία συνθετότερη διαδικασία και περι -λαμβάνει εκτός από το διαχωρισμό των σωματιδίων και αντίδραση με το διαλύτη.

Σχεδόν οποιοδήποτε στερεό σώμα μπορεί με την άλεση να μετατραπεί σε αναφή σκόνη (φαρίνα). Η ενέργεια που απαιτείται γι' αυτό εξαρτάται από τη σκληρότητα του υλικού. Το μέγεθος των κόκκων της σκόνης αυτής προσδι -ορίζεται με κοσκίνισμα και είναι της τάξεως των 10 μm (1μm =10$^{-6}$m).
Η εξαέρωση είναι απλούστερη από άποψη μηχανισμού. Σε αυτήν ένα στερεό ή υγρό σώμα με θέρμανση μεταπίπτει στην αέρια κατάσταση, όπου τα στοιχειώδη σωματίδια, μόρια ή για μερικές περιπτώσεις άτομα (ευγενή αέρια), είναι μεμονωμένα πολύ πιο «ελεύθερα» και καταλαμβάνουν πολύ μεγαλύτερο χώρο, όγκο. Και μάλιστα, όσο μικρότερη είναι η πίεση του αερίου αυτού, τόσο λιγότερα είναι τα μόρια που περιλαμβάνει στη μονάδα όγκου.

John Dalton 1766-1844

Γνωρίζεις ότι......

Έχουν πει για το άτομο
Ένα από τα πρώτα ατομικά μοντέλα (μοντέλο Rutherford)

R. Feynman (βραβείο Νόμπελ 1965)
Αν συνέβαινε κάποια βιβλική καταστροφή, ώστε να χαθεί όλη η επιστημονική γνώση και να απομείνει μόνο μία πρόταση για να μεταβιβαστεί στις επερχόμενες γενιές, ποια διατύπωση θα εμπεριείχε τις περισσότερες πληροφορίες με τις λιγότερες λέξεις; Πιστεύω πως θα ήταν η ατομική υπόθεση (ή ατομική πραγματικότητα ή όπως αλλιώς θέλετε να την ονομάσετε), πως όλα τα πράγματα αποτελούνται από άτομα, δηλαδή μικρά σωματίδια που κινούνται αδιάκοπα στο χώρο και τα οποία έλκονται όταν η μεταξύ τους απόσταση είναι μικρή, ενώ απωθούνται, όταν προσπαθούμε να τα φέρουμε πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Όπως θα δείτε, σε αυτή την πρόταση και μόνο συγκεντρώνεται τεράστια ποσότητα πληροφορίας σχετικά με τον κόσμο, αρκεί να ενεργοποιήσουμε λίγο τη σκέψη και τη φαντασία μας. .

Έτσι, λέμε ότι τα άτομα έχουν ακτίνα 1 ή 2 Angstrom. Ένας διαφορετικός τρόπος για να θυμάστε το μέγεθος είναι ο εξής: αν ένα μήλο μεγεθυνθεί στις διαστάσεις της Γης, τότε τα άτομά του θα έχουν κατά προσέγγιση το μέγεθος του αρχικού μήλου.
....τα άτομα έχουν ακτίνα 1 ή 2 10$^{-8}$ cm. Το 10$^{-8}$ cm ονομάζεται Angstrom (πρόκειται απλώς για ένα ακόμη όνομα).

Kerner
Δεν υπάρχει τέτοιο πράγμα, ένα ηλεκτρόνιο με καθορισμένη θέση και ορμή. Προσδιορίζεις τη μία, χάνεις την άλλη και όλα αυτά συμβαίνουν χωρίς κόλπα (...) Όταν τα πράγματα γίνονται πραγματικά μικρά, γίνονται τρελά (...). Σφίξτε λοιπόν τώρα τη γροθιά σας, και αν η γροθιά σας έχει το μέγεθος του πυρήνα ε νός ατόμου, τότε το άτομο είναι μεγάλο σαν τον καθεδρικό ναό του Αγίου Παύλου, και αν τυχαίνει να είναι το άτομο του υδρογόνου, τότε έχει ένα μοναδικό ηλεκτρόνιο, που πετάει εδώ και εκεί σαν πεταλουδίτσα στον άδειο ναό. τη μια στον τρούλο και την άλλη κοντά στην Αγία Τράπεζα (...). Κάθε άτομο είναι ένας καθεδρικός ναός (...). Ένα ηλεκτρόνιο δε διαγράφει μια τροχιά, όπως ένας πλανήτης. Μοιάζει με πεταλουδίτσα που ήταν εδώ πριν από μια στιγμή, κερδίζει ή χάνει ένα κβάντα ενέργειας και πηδάει, και τη στιγμή του κβαντικού πηδήματος μοιάζει με δύο πεταλούδες, μια που είναι εκεί και μια που παύει να είναι εκεί. Ένα ηλεκτρόνιο είναι σαν δίδυμα, το καθένα μοναδικό, ένα μοναδικό δίδυμο.

P. Atkins (καθηγητής στο πανεπιστήμιο της Οξφόρδης)
Αν «σηκώσετε» ένα άτομο, θα εκπλαγείτε από το βάρος του. Θα μείνετε άναυδοι, όταν διαπιστώσετε ότι η ύπαρξή του είναι σχεδόν ανύπαρκτη, σαν ιστός αράχνης. Στην πραγματικότητα ένα άτομο, φαινομενικά, είναι σχεδόν τίποτε. Μόνο ένα υπεράνθρωπα οξύ και διαπεραστικό βλέμμα θα μπορούσε να δει τη μικροσκοπική κουκίδα στο κέντρο του ιστού- μια κουκίδα στην οποία, παρά το ασήμαντο μέγεθος της, περιλαμβάνεται σχεδόν ολόκληρη η μάζα του ατόμου. Τούτη η συμπαγής αλλά μικροσκοπική κουκίδα αποτελεί τον πυρήνα του ατόμου. Αυτό που μας ενδιαφέρει είναι ότι οι πυρήνες συνίστανται από δύο τύπους στοιχειωδών σωματιδίων, τα πρωτόνια και τα νετρόνια, που συνδέονται ισχυρά μεταξύ τους (εξαίρεση αποτελεί το υδρογόνο, ο πυρήνας του οποίου συνίσταται από ένα μόνο πρωτόνιο). Οι πυρήνες επιβιώνουν, επειδή τα πρωτόνια και τα νετρόνια τους συγκολλώνται υπό την επίδραση μιας ειδικής δύναμης που ασκούν το ένα στο άλλο. Ενάντια σ' αυτή τη δύνα μη δρα η άπωση μεταξύ των ομωνύμων φορτίων, χαρακτηριστική των θετικά φορτισμένων πρωτονίων που συνωθούνται μέσα στον πυρήνα. Ένας πυρήνας μπορεί να επιβιώσει μόνο αν υπάρχουν αρκετά νετρόνια - ηλεκτρικά ουδέτερα σωματίδια - που συγκρατούνται σταθερά με τα πρωτόνια, σαν ναυαγοί επιζώντες πάνω σε μια εύθραυστ η σχεδία που κλυδωνίζεται σ' ένα τρικυμισμένο ωκεανό. Έξω από τον πυρήνα κατοικούν τα ηλεκτρόνια. Εδώ συντελείται η χημική δράση, και εδώ βρίσκονται οι αιτίες των διαφόρων ομοιοτήτων μεταξύ των στοιχείων.

Γ. Κον και Τ. Ποπλ (Βραβείο Νόμπελ Χημείας 1998)
Ο Κον διατύπωσε μια νέα θεωρία για τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων, μελετώντας πόσα ηλεκτρόνια κατά μέσο όρο βρίσκονται σε κάθε σημείο του χώρου. Έδειξε ότι δεν είναι απαραίτητο να περιγράφουμε με εξισώσεις την κίνηση των ηλεκτρονίων και έτσι, απλοποιώντας τα πράγματα βοήθησε τους ερευνητές να κόψουν πολύ δρόμο ως τον τελικό στόχο της διερεύνησης της συμπεριφοράς των ατόμων. Ο Ποπλ αξιοποίησε τις δυνατότητες των υπολογιστικών μηχανών, καταρτίζοντας ένα πρόγραμμα που βοηθά να διεισδύσουμε ακόμη περισσότερο στη συμπεριφορά των απειροελάχιστων σωματιδίων της ύλης.

Ανακεφαλαίωση
- 1. Η Χημεία είναι η επιστήμη της ύλης και των μεταμορφώσεων της.
- 2. Το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) περιέχει 7 θεμελιώδη μεγέθη με τις χαρα -κτηριστικές τους μονάδες.
- 3. Μάζα είναι το ποσό της ύλης που περιέχεται σε ένα σώμα.
- 4. Όγκος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει ένα σώμα.
- 5. Ως πυκνότητα ορίζεται το πηλίκο της μάζας προς τον αντίστοιχο όγκο σε στα -θερές συνθήκες πίεσης (για τα αέρια) και θερμοκρασίας.
- 6. Άτομο είναι το μικρότερο σωματίδιο ενός στοιχείου που μπορεί να πάρει μέρος στο σχηματισμό χημικών ενώσεων.
- 7. Μόριο είναι το μικρότερο κομμάτι μιας καθορισμένης ουσίας που μπορεί να υπάρχει ελεύθερο και να διατηρεί τις ιδιότητες του σώματος από το οποίο προ -έρχεται.
- 8. Τα ιόντα είναι τα φορτισμένα άτομα (μονοατομικά ιόντα) ή τα φορτισμένα συγκροτήματα ατόμων (πολυατομικά ιόντα).
- 9. Ατομικότητα στοιχείου ονομάζεται ο αριθμός που δείχνει από πόσα άτομα απο -τελείται το μόριο ενός στοιχείου.
- 10. Ατομικός αριθμός ( Ζ ) είναι ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα του ατό -μου ενός στοιχείου.
- 11. Μαζικός αριθμός ( Α ) είναι ο αριθμός των πρωτονίων και των νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου.
- 12. Ισότοπα ονομάζονται τα άτομα που έχουν τον ίδιο ατομικό αλλά διαφορετικό μαζικό αριθμό.
- 13. Η ύλη, ανάλογα με τις συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, βρίσκεται σε τρεις φυσικές καταστάσεις, τη στερεά την υγρή και την αέρια.
- 14. Ιδιότητες είναι τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των διαφόρων ουσιών και δια -κρίνονται σε φυσικές και χημικές.
- 15. Φαινόμενα ονομάζονται οι μεταβολές που υφίστανται τα σώματα και διακρί -νονται σε φυσικά και χημικά.
- 16. Όλα τα σώματα που μας περιβάλλουν διακρίνονται σε καθαρές ουσίες και σε μίγματα. Οι καθαρές ουσίες ή καθορισμένα σώματα διακρίνονται σε στοιχεία και χημικές ενώσεις, και τα μίγματα διακρίνονται σε ομογενή και ετερογενή.
- 17. Στοιχείο ονομάζεται η ουσία που αποτελείται από ένα είδος ατόμων, δηλαδή από άτομα που έχουν τον ίδιο ατομικό αριθμό.
- 18. Διάλυμα είναι το ομογενές μίγμα δύο ή περισσοτέρων συστατικών. Το διά -λυμα αποτελείται από το διαλύτη και τη διαλυμένη ουσία (μπορεί να είναι περισσότερες από μία).
- 19. Διαλυτότητα είναι η περιεκτικότητα ενός κορεσμένου διαλύματος. Κορεσμέ -νο είναι το διάλυμα το οποίο περιέχει τη μέγιστη ποσότητα της ουσίας που μπορεί να διαλυθεί στο συγκεκριμένο διαλύτη και σε σταθερές συνθήκες.
- 20. Η διαλυτότητα μιας ουσίας εξαρτάται από τη φύση του διαλύτη, τη θερμοκρα -σία και την πίεση (για αέρια διαλυμένη ουσία).

Λέξεις Κλειδιά
φυσικό φαινόμενο
όγκος
χημικό φαινόμενο
πυκνότητα
καθαρή ουσία
άτομο
ομογενές μίγμα
μόριο
ετερογενές μίγμα
στοιχείο
ατομικότητα
χημική ένωση
ατομικός αριθμός
διάλυμα
μαζικός αριθμός
διαλύτης
ισότοπα
διαλυμένη ουσία
στερεά κατάσταση
περιεκτικότητα διαλύματος
υγρή κατάσταση
διαλυτότητα
αέρια κατάσταση
κορεσμένο διάλυμα
φυσικές ιδιότητες
ευδιάλυτη ουσία
χημικές ιδιότητες
δυσδιάλυτη ουσία

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Ερωτήσεις Επανάληψης
- 1. Να ονομάσετε τα βασικά θεμελιώδη μεγέθη που ενδιαφέρουν τη Χημεία. Να δώσετε τις μονάδες στο σύστημα SI για τα παρακάτω μεγέθη:
- α) μήκος, β) όγκος, γ) μάζα, δ) χρόνος, ε) πυκνότητα, στ) ενέργεια, ζ) θερμο -κρασία, η) εμβαδόν επιφανείας.
- 2. Να ορίσετε και να συμβολίσετε τα θεμελιώδη υποατομικά σωματίδια, αναφέρο -ντας ότι γνωρίζετε σχετικά με το ηλεκτρικό φορτίο και τη μάζα τους.
- 3. α) Πώς συμβολίζεται ένα άτομο;
- β) Πώς ορίζεται ο ατομικός αριθμός ενός στοιχείου και πώς ο μαζικός αριθμός ενός ατόμου;
- 4. Ποια στοιχεία λέγονται μονοατομικά; Αναφέρετε μερικά από αυτά.
- 5. Ποια είναι τα ονόματα και τα σύμβολα των διατομικών στοιχείων;
- 6. Τι πληροφορίες μάς δίνει το σύμβολο 6 $^{14}$C ;
- 7. Σε τι διαφέρει το μόριο ενός στοιχείου από το μόριο μιας χημικής ένωσης;
- 8. Ποια είναι η συμπεριφορά των σωμάτων στις τρεις φυσικές καταστάσεις και πώς εξηγείται;
- 9. Πώς ονομάζονται οι μεταβολές της φυσικής κατάστασης των σωμάτων και οι αντίστοιχες θερμοκρασίες στις οποίες πραγματοποιούνται;
- 10. Πώς ορίζονται τα φυσικά και πώς τα χημικά φαινόμενα; Σε τι διαφέρουν;
- 11. Να δώσετε ένα παράδειγμα ομογενούς μίγματος και ένα παράδειγμα ετερογε -νούς μίγματος.
- 12. Να δώσετε από δύο παραδείγματα στοιχείων και χημικών ενώσεων. Πού δια -φέρουν τα στοιχεία από τις χημικές ενώσεις;
- 13. Να δώσετε τα ονόματα των στοιχείων που παριστάνονται από τα χημικά σύμ -βολα: Li, Κ, Cl, Ρ, Ν, S, Ba, Br, Fe, Αl, U, Mg, Si.
- 14. Να δώσετε τα χημικά σύμβολα των στοιχείων: νάτριο, ρουβίδιο, φθόριο, οξυ -γόνο, υδρογόνο, ασβέστιο, μαγγάνιο, ήλιο, άνθρακας, μόλυβδος.
- 15. Τι ονομάζεται διάλυμα και πώς ονομάζονται τα συστατικά του; Να αναφέρετε ένα παράδειγμα υγρού και ένα παράδειγμα αέριου διαλύματος.
- 16. Τι εννοούμε όταν λέμε ότι ένα διάλυμα είναι: α. αραιό, β. πυκνό.
- 17. Τι ονομάζεται διαλύτης; Να αναφέρετε μερικούς υγρούς διαλύτες. Ποιος είναι ο συνηθέστερος από αυτούς;
- 18. Από τι και πώς εξαρτάται η διαλυτότητα μιας στερεής και μιας αέριας ουσίας στο νερό;

Ασκήσεις - Προβλήματα

Μετρήσεις - Μονάδες - Γνωρίσματα της Ύλης
- 19. Ποιες μονάδες χρησιμοποιούν συνήθως οι χημικοί για την πυκνότητα των: α) στερεού, β) υγρού και γ) αερίου σώματος; Να εξηγήσετε τη διαφορά.
- 20. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
- β. Ο όγκος ενός σώματος είναι...................
- α. Η μάζα ενός σώματος είναι...................
- γ. Η πυκνότητα ενός σώματος είναι...................
- 21. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
- α. Η μάζα ενός σώματος υπολογίζεται πειραματικά με τη βοήθεια του
- β. Ο όγκος ενός υγρού υπολογίζεται πειραματικά με τη βοήθεια I. της ..................., II. του ο ...................κ...................
- 22. Διαθέτετε ζυγό ακριβείας, ογκομετρικό κύλινδρο, νερό, υποδεκάμετρο και ένα μικρό κύβο καθαρού σιδήρου. Να περιγράψετε δύο τρόπους με τους οποί -ους μπορείτε να υπολογίσετε τον όγκο του σιδερένιου κύβου και κατόπιν την πυκνότητά του. Ποιος από τους δύο τρόπους πιστεύετε ότι είναι πιο ακριβής για τους υπολογισμούς σας;
- 23. Αν η πυκνότητα ενός σώματος εκφράζεται στο SI σε g/cm 3 με τι πρέπει να πολλαπλασιαστεί η τιμή αυτή, ώστε να μετατραπεί σε kg/m$^{3}$;
- 24. Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση:
- α. ηλεκτρονικό ζυγό
- Για να μετρήσουμε τον όγκο μιας πολύ μικρής ποσότητας ενός υγρού θα χρη -σιμοποιήσουμε:
- β. φαρμακευτικό ζυγό
- δ. σιφώνιο
- γ. πυκνόμετρο
- ε. ποτήρι ζέσεως
- στ. ογκομετρικό κύλινδρο.
- 25. Ποια όργανα θα χρησιμοποιούσατε για να μετρήσετε:
- β. τη μάζα μιας ποσότητας ζάχαρης
- α. το μήκος μιας ράβδου
- γ. τον όγκο του περιεχομένου ενός κουτιού αναψυκτικού
- ε. την πίεση σ' ένα ελαστικό αυτοκινήτου.
- δ. το χρόνο στον οποίο ένας δρομέας διανύει 200 m
- 26. Τι είδους ποσότητα (για παράδειγμα, μήκος, πυκνότητα κ.λ.π.), δείχνουν οι πιο κάτω μετρήσεις;
β. 3,4 kg/L
στ. 3 mm 3
α. 8 ns
ε. 500 Κ
γ. 4,2 nm
ζ. 27 °C
δ. 412 km$^{2}$
η. 410 mg
- 27. Να αντιστοιχίσετε τα σύμβολα με τους σωστούς αριθμούς και μονάδες:
1. 5 mol
3. 298 Κ
2. 7,8 g/cm 3
4. 2 m
στ. ρ
6. 10 kg
5. 4 L
- 28. Ένα υγρό βρέθηκε με τη βοήθεια του ζυγού ότι έχει μάζα 22 g και με τη βο -ήθεια ογκομετρικού κυλίνδρου ότι έχει όγκο 20 mL. Η πυκνότητά του υγρού είναι:
α. 4,4 g/mL
β. 1,1 g/mL
γ. 2 g/mL

Διαλέξτε τη σωστή απάντηση δίνοντας κάποια εξήγηση.
- 29. To άτομο του υδρογόνου έχει ακτίνα ίση με 0,12 nm. Υποθέτοντας ότι έχει σφαιρικό σχήμα, ο όγκος του σε m$^{3}$ είναι: -10
α. 8,0 10 β. 4,5 10 20 γ. 7,2 10 -30
δ. 0,2 m 3
- 30. Ποιες από τις πιο κάτω προτάσεις είναι σωστές (Σ) και ποιες είναι λανθασμέ -νες (Λ);
α. το 1 g έχει όγκο 1 mL β. το 1 nm είναι 10 Å
γ. η μέτρηση της μάζας γίνεται με την προχοΐδα
- δ. το 1 cm$^{3}$ σιδήρου έχει ίδια μάζα με 1 cm$^{3}$ αργιλίου
- ε. η πυκνότητα του οξυγόνου εξαρτάται από τη θερμοκρασία.
- 31. Μια σφαίρα από αλουμίνιο έχει μάζα m και όγκο V και στο εσωτερικό της μία κοιλότητα όγκου V' . Η πυκνότητα του αλουμινίου δίνεται από τη σχέση:

. , . , . , . ' ' = =  = = + - m m m α β δ γ V V V V V
- 32. Αν η πυκνότητα του ατμοσφαιρικού αέρα σε συνήθη πίεση και στους 25 ºC είναι 1,19 g/dm$^{3}$, πόσο ζυγίζει ο αέρας που γεμίζει ένα δωμάτιο διαστάσεων 8,5 m, 13,5 m και 2,8 m; *
V$\_{σφαίρας}$ =4/3 . π . R 3
382,35 kg
- 33. O υδράργυρος έχει πυκνότητα ρ = 13,594 g/mL στους 25 °C. Ένας κυλινδρικός σωλήνας διαμέτρου 8,00 mm γεμίζει με Hg μέχρις ύψους 78,3 cm. Ποια είναι η μάζα του υδραργύρου στο σωλήνα στη θερμοκρασία αυτή; *
- 34. Το «όριο επιφυλακής» για την περιεκτικότητα του αέρα της Αθήνας σε διο -ξείδιο του αζώτου σύμφωνα με τις ανακοινώσεις του ΠΕΡΠΑ είναι 200 μg/ cm$^{3}$. Να εκφράσετε την περιεκτικότητα αυτή σε g/m$^{3}$, g/dm$^{3}$, mg/dm$^{3}$ (ή ppm) και g/cm$^{3}$.
- 35. Οι ανάγκες σε νερό των κατοίκων του λεκανοπεδίου της Αττικής είναι περί -που 300 εκατομμύρια m$^{3}$ ετησίως (365 ημέρες). Αν οι κάτοικοι του λεκανοπε δίου είναι 4 . 10$^{6}$, πόσα L νερού αντιστοιχούν ανά κάτοικο ημερησίως; *
- 36. Η μέση ακτίνα της γης είναι 6.340 km και η μάζα της είναι 6,5910$^{21}$ τόνοι. Ποια είναι η μέση πυκνότητά της; *

Δομικά σωματίδια ύλης (Άτομα - Μόρια - Ιόντα) Δομή Ατόμου

Ατομικός αριθμός - Μαζικός αριθμός - Ισότοπα
- 37. Με δεδομένο ότι το χλώριο βρίσκεται στη φύση με τη μορφή μίγματος των δύο ισοτόπων 35 $\_{17}$C και , ενώ το υδρογόνο με τη μορφή τριών ισοτόπων , , , να εξετάσετε πόσα είδη μορίων Η$\_{2}$, πόσα είδη μορίων Cl$\_{2}$ και πόσα είδη μορίων HCl υπάρχουν.
- 38. Είναι σωστό να πούμε ότι δομικές μονάδες όλων των χημικών ενώσεων είναι τα μόρια ή όχι και γιατί;
- 39. Να συμπληρώσετε τις προτάσεις:
- α. Άτομο είναι................
- β. Μόριο είναι................
- γ. Ιόν είναι................
- δ. Ατομικός αριθμός ενός................
- ε. Μαζικός αριθμός ενός................
- στ. Ισότοπα ονομάζονται τα άτομα τα οποία................
- 40. Το μικρότερο σωματίδιο ύλης που μπορεί να υπάρχει σε ελεύθερη κατάσταση και να διατηρεί τις ιδιότητες της ουσίας στην οποία ανήκει είναι:
- α. το άτομο
- β. το μόριο
- γ. το ιόν
- δ. το ηλεκτρόνιο
- ε. το πρωτόνιο

V$\_{κυλ}$ =πR$^{2}$h 534,76 g
200 g/m$^{3}$ - 0,2 g/dm$^{3}$ 200 mg/dm$^{3}$ - 2 . 10$^{-4}$ g/cm 3
205,5L
V$\_{σφαίρας}$ =4/3 π R 3
6,16 g/cm$^{3}$ ή 6,16 ton/m 3
- 41. Να συνδυάσετε τους αριθμούς με τα αντίστοιχα γράμματα:
Χημικό στοιχείο
Ατομικότητα
- 1. υδρογόνο
- 2. ήλιο
- 3. όζον
- 4. ατμός σιδήρου
- 5. φωσφόρος
ε. περισσότερο από μία
- 6. θείο
- 7. χλώριο
- 42. Να χαρακτηρίσετε με Σ τις παρακάτω προτάσεις αν είναι σωστές και με Λ αν είναι λανθασμένες:
- α. Η ατομικότητα του CΟ$\_{2}$ είναι 3.
- β. Η ατομικότητα του 35 $\_{17}$C είναι 17.
- γ. Η ατομικότητα του Ρ είναι 4.
- δ. Η ατομικότητα του Ο είναι 8.
- Τι εκφράζει ο αριθμός που δίνεται στο τέλος κάθε λανθασμένης πρότασης;
- 43. Το ανιόν του χλωρίου περιέχει 18 ηλεκτρόνια και 20 νετρόνια. Ο μαζικός του αριθμός θα είναι:
α. 20 β. 37 γ. 38 δ. 35
- 44. Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση στην έκφραση: «Η ταυτότητα ενός ατόμου είναι...»
- α. ο μαζικός του αριθμός
- β. ο αριθμός των νετρονίων του πυρήνα
- γ. ο αριθμός των ηλεκτρονίων που έχει
- δ. ο ατομικός αριθμός
- ε. η ατομικότητά του.
- 45. Να διαλέξετε τη σωστή από τις παρακάτω προτάσεις: «Ο ατομικός αριθμός εκφράζει...»
- α. το ηλεκτρικό φορτίο του πυρήνα
- β. τον αριθμό των νετρονίων του πυρήνα
- γ. τον αριθμό των ηλεκτρονίων ενός μονοατομικού ιόντος
- δ. τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα κάθε ατόμου ενός στοιχείου
- ε. τον αριθμό των νουκλεονίων στον πυρήνα ενός ατόμου.
- 46. Ένα μονοατομικό ιόν με θετικό φορτίο +2 προκύπτει από ένα άτομο όταν...
- α. αποβάλλει δύο ηλεκτρόνια
- β. προσλάβει δύο ηλεκτρόνια
- γ. προσλάβει δύο πρωτόνια
- δ. αποβάλλει δύο νετρόνια
- ε. προσλάβει δύο νετρόνια.
- 47. Πόσα πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια περιέχει καθένα από τα επόμενα άτομα:
- 13 27 7 14 92 235 26 56 82 207 AI, N U Fe Pb , , , ,
- 48.    27 19 39 17 35 16 32 AI K CIS 3+ + -2-, , , . *
- 49.   - 
- 50.  - 
- 51.   -
- 
- 
- 


















 9







- 52.  

| Στοιχείο                  | Σύμβολο   | Ζ                         | Α                         | e -                       | p                         | n   |
|---------------------------|-----------|---------------------------|---------------------------|---------------------------|---------------------------|-----|
|  |           |  |  |                           |                           |     |
|  |           |                           |  |  |                           |     |
|  |           |  |                           |                           |                           | 122 |
|  |           |                           |  |                           |  |     |
|  |           |                           |  |  |                           |     |
|  |           |                           |  |  |                           |     |
|  |           |  |  |                           |                           |     |

- 53.    .   *
- 54.   
-  
-   -
3,2 . 10$^{15}$ g/cm 3

Καταστάσεις της Ύλης

Ιδιότητες της Ύλης

Φυσικά και Χημικά Φαινόμενα
- 55. Να αναφέρετε ένα φυσικό και ένα χημικό φαινόμενο που παρατηρήσατε κατά τη διαδρομή σας από το σπίτι στο σχολείο και να εξηγήσετε γιατί το φαινόμε -νο αυτό είναι φυσικό ή χημικό.
- 56. Κατά την πραγματοποίηση ορισμένων χημικών φαινομένων ελαττώνεται η εσωτερική ενέργεια του συστήματος στο οποίο εκδηλώνεται αυτό, με αποτέ -λεσμα να ελευθερώνεται ενέργεια. Να περιγράψετε δύο περιπτώσεις τέτοιων φαινομένων κατά τις οποίες γίνεται εκμετάλλευση της ενέργειας αυτής.
- 57. Να δώσετε από μία φυσική ιδιότητα, π.χ. φυσική κατάσταση, σημείο τήξης, πυκνότητα, ηλεκτρική αγωγιμότητα, για κάθε μία από τις παρακάτω ουσίες: α. νερό, β. ζάχαρη, γ. υδράργυρος, δ. χαλκός, ε. οξυγόνο, στ. χλωριούχο νάτριο, ζ. Χρυσός.
- 58. Τι μεταβάλλεται κατά την πραγματοποίηση κάθε χημικού φαινομένου;
α. ................................ β. ................................ γ. ................................
- 59. Να χαρακτηρίσετε τα παρακάτω φαινόμενα ως φυσικά ή χημικά:
- α. η καύση του άνθρακα
- β. το σάπισμα ενός μήλου
- γ. το στέγνωμα της μπογιάς λόγω εξάτμισης του διαλύτη
- δ. η εξαέρωση του νερού
- ε. η αντίδραση μεταξύ του και του 8 $^{16}$O προς σχηματισμό CO$\_{2}$.
- 60. Ποιο από τα παρακάτω φαινόμενα είναι χημικό;
- α. η διάλυση του αλατιού στο νερό
- β. η εξάτμιση του οινοπνεύματος
- γ. η εξάχνωση του ιωδίου
- δ. το ξίνισμα στο γάλα.
- 61. Κατά την πραγματοποίηση κάθε φυσικού φαινομένου μεταβάλλεται
- α. η σύσταση των σωμάτων που συμμετέχουν σ' αυτό
- β. η συνολική μάζα του συστήματος
- γ. μία τουλάχιστον από τις μορφές ενέργειας του συστήματος
- δ. οι ιδιότητες των σωμάτων που μετέχουν σ' αυτό.
- 62. Να βρείτε τη σωστή απάντηση:
- 62. Να βρείτε τη σωστή απάντηση:

Όταν το οινόπνευμα (C$\_{2}$H$\_{5}$OH) εξατμίζεται,
- α. δημιουργούνται νέα μόρια
- β. διασπώνται τα άτομα του οξυγόνου
- γ. τα μόρια παραμένουν αμετάβλητα
- δ. τα μόρια κινούνται λιγότερο από πριν
- ε. το μόριο διασπάται στα συστατικά του.
- 63. Να βρείτε τη σωστή απάντηση:
- Τα μόρια του νερού κινούνται πιο γρήγορα:
- α. στη στερεά κατάσταση (πάγος)
- β. στην αέρια κατάσταση (υδρατμοί)
- γ. στην υγρή κατάσταση
- δ. το ίδιο σ' όλες τις καταστάσεις.
- 64. Να μετατρέψετε τις πιο κάτω θερμοκρασίες σε Κ.
- α. 113°C, το σημείο τήξης του θείου
- β. 37°C, η κανονική θερμοκρασία του σώματος του ανθρώπου
- γ. 357°C, το σημείο βρασμού του υδραργύρου
- 65. Να μετατρέψετε τις πιο κάτω θερμοκρασίες σε βαθμούς Κελσίου:
- α. 77 Κ, το σημείο βρασμού του υγρού αζώτου
- β. 4,2 Κ, το σημείο βρασμού του υγρού ηλίου
- γ. 601 Κ, το σημείο τήξης του μολύβδου
- 66 . Στην πορεία της προσπάθειας για το χαρακτηρισμό μιας ουσίας, ένας χημικός κάνει τις ακόλουθες παρατηρήσεις:
- ● Η ουσία είναι ένα αργυρόλευκο γυαλιστερό μέταλλο.
- ● Τήκεται στους 649 °Cκαι βράζει στους 1105°C
- ● Η πυκνότητά της στους 20 °Cείναι 1,738 g/cm $^{3}$.
- ● Η ουσία καίγεται στον αέρα παράγοντας ένα έντονο άσπρο φως.
- ● Αντιδρά με το χλώριο δίνοντας ένα εύθραυστο άσπρο στερεό.
- ● Η ουσία μπορεί να διαμερισθεί σε πολύ λεπτά φύλλα.
- ● Είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισμού.
- ● Ποια από τα πιο πάνω χαρακτηριστικά είναι φυσικές και ποια χημικές ιδι -ότητες;
- 67. Να διαβάσετε την ακόλουθη περιγραφή του στοιχείου βρωμίου (Br$\_{2}$) και δείξ -τε ποιες είναι φυσικές και ποιες χημικές ιδιότητες.
- ● Το βρώμιο είναι ένα καστανέρυθρο υγρό.
- ● Βράζει στους 58,9 °C και πήζει στους -7,2°C.
- ● Η πυκνότητα του υγρού στους 20$^{o}$C είναι 3,12 g/mL.
- ● Το υγρό βρώμιο εύκολα διαβρώνει τα μέταλλα.
- ● Αντιδρά ταχύτατα με το αργίλιο δίνοντας βρωμιούχο αργίλιο.
- 68. Να συμπληρώσετε σωστά την τελευταία στήλη του πίνακα.

| ΟΥΣΙΑ       | σ. τ. / ºC   | σ. β. / ºC   | Φυσική κατάσταση  στους 25 ºC   |
|-------------|--------------|--------------|---------------------------------|
| Ασβέστιο    | 850          | 1487         |                                 |
| Πυρίτιο     | 1410         | 2970         |                                 |
| Ψευδάργυρος | 420          | 907          |                                 |
| Νερό        | 0            | 100          |                                 |
| Βενζόλιο    | 5,5          | 80,1         |                                 |
| Οξικό οξύ   | 16,6         | 118          |                                 |
| Βρώμιο      | -7,2         | 58,9         |                                 |

Ταξινόμηση της Ύλης

Διαλύματα - Διαλυτότητα
- 69. Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση:
- Το αλατόνερο είναι μίγμα, διότι
- α. έχει μάζα ίση με το άθροισμα των μαζών των συστατικών του
- β. μπορεί να διαχωριστεί στα συστατικά του με εξάτμιση του νερού
- γ. έχει πυκνότητα μεγαλύτερη του νερού
- δ. βρίσκεται σε υγρή φυσική κατάσταση, όπως το νερό.
- 70. Σε ποιες από τις παρακάτω περιπτώσεις δε θα σχηματισθεί μίγμα;
- α. κατά την προσθήκη ζάχαρης στο νερό
- β. κατά την προσθήκη νερού σε λάδι
- γ. κατά την ανάμειξη ζεστού με κρύο νερό
- δ. κατά το επιφανειακό σκούριασμα του σιδήρου
- ε. κατά τη νοθεία της βενζίνης με νερό.
- 71. Ποια από τις παρακάτω ιδιότητες που αναφέρονται στα ομογενή μίγματα δεν ισχύει;
- α. Έχουν μεταβλητή πυκνότητα, που εξαρτάται από την αναλογία με την οποία αναμίχτηκαν τα συστατικά τους.
- β. Έχουν ίδια πυκνότητα σε όλα τα σημεία της μάζας τους.
- γ. Η πυκνότητά τους ισούται με το άθροισμα των πυκνοτήτων των συστατικών τους.
- 72. Να γράψετε ποιες από τις παρακάτω ιδιότητες αναφέρονται στα μίγματα και ποιες στις χημικές ενώσεις:
- α. Έχουν καθορισμένη σύσταση.
- β. Διατηρούν τις ιδιότητες των συστατικών τους.
- γ. Μπορεί να αποτελούνται από πολλές φάσεις.
- δ. Μπορούν να διαχωριστούν σε απλούστερα σώματα με φυσικές μεθόδους.
- 73. Να αναπτύξετε τρεις τουλάχιστον διαφορές μεταξύ μιγμάτων και χημικών ενώσεων.
- 74. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
- α. Καθαρή ουσία είναι ..............
β. Μίγμα είναι ..............
- γ. Ομογενές μίγμα είναι ..............
- δ. Ετερογενές μίγμα είναι ..............
- ε. Στοιχείο είναι ..............
- στ. Χημική ένωση είναι
- 75.
- 75.

Να κατατάξετε τα παρακάτω υλικά σα στοιχεία, χημικές ενώσεις και μίγματα: α. νερό, β. σίδηρος, γ. μπίρα, δ. ζάχαρη, ε. κρασί, στ. ατσάλι, ζ. θείο, η. γάλα, θ. αέρας, ι. θειικό οξύ.
- 76. Με τον όρο καθαρή ουσία, εννοούμε:
- α. ένα χημικό στοιχείο,
- β. μία χημική ένωση,
- γ. κάθε ομογενές κομμάτι ύλης που έχει μία καθορισμένη, σταθερή σύσταση και ένα χαρακτηριστικό και αποκλειστικό σύνολο χημικών και φυσικών ιδιοτήτων,
- δ. κάθε οργανική ένωση.
Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση.
- 77. Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι:
- β. ένα ομογενές μίγμα
- α. ένα μίγμα
- γ. ένα διάλυμα
- ε. όλα τα παραπάνω
- δ. ένα διάλυμα οξυγόνου σε άζωτο

Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση.
- 78. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
- α. Διαλυτότητα μιας ουσίας ονομάζεται...............
- β. Η διαλυτότητα μιας ουσίας εξαρτάται από:
I. τη............... του............... II. τη...............
- III. την...............
- IV. Ένα διάλυμα λέγεται ακόρεστο...............
- V. Ένα διάλυμα λέγεται κορεσμένο...............
- 79. Να συμπληρώσετε τις πιο κάτω προτάσεις:
- α. Διάλυμα ζάχαρης 10% w/w σημαίνει ότι..................
- β. Διάλυμα ιωδιούχου καλίου 4% w/v σημαίνει ότι..................
- γ. Κρασί 11 $^{ο}$ (βαθμών) σημαίνει ότι..................
- δ. Ο αέρας περιέχει 20% κατ' όγκο (ν/ν) οξυγόνο σημαίνει ότι..................
- 80. Διαθέτουμε κορεσμένο διάλυμα CO$\_{2}$ (διοξείδιο του άνθρακα) θερμοκρασίας
- α. αν θα μεταβληθεί η περιεκτικότητα του διαλύματος και με ποιο τρόπο, β. αν το διάλυμα των 12 °C θα είναι κορεσμένο ή ακόρεστο.
- 2 °C. Αν θερμάνουμε το διάλυμα αυτό στους 12 °C να εξετάσετε:

- 81. Να διαλέξετε ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή:
- Η διαλυτότητα του AgCl στο νερό είναι ένα μέγεθος που εκφράζει
- α. την ελάχιστη ποσότητα του νερού που μπορεί να διαλύσει ορισμένη ποσό -τητα AgCl
- β. τη μάζα σε g του AgCl που περιέχονται σε 100 mL διαλύματος
- γ. την ελάχιστη ποσότητα AgCl που μπορεί να διαλυθεί σε ορισμένη ποσότητα νερού
- δ. τη μέγιστη ποσότητα του AgCl που μπορεί να διαλυθεί σε ορισμένη ποσό -τητα νερού.
- 82. Σε 180 g διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου περιέχονται 9 g καθαρού υδρο -ξειδίου του νατρίου. Να βρείτε την % w/w περιεκτικότητα του διαλύματος.
- 83. Σε 400 mL διαλύματος υδροχλωρίου (υδροχλωρικό οξύ) περιέχονται διαλυμέ -να 12 g υδροχλωρίου. Να βρείτε την % w/v περιεκτικότητα του διαλύματος.
- 84. Πόσα g καθαρού θειικού οξέος περιέχονται σε 200 g διαλύματος θειικού οξέος περιεκτικότητας 4% w/w;
- 85. Πόσα g καθαρού νιτρικού οξέος περιέχονται σε 400 mL διαλύματος νιτρικού οξέος περιεκτικότητας 6% w/v;
- 86. Δίνεται κορεσμένο διάλυμα ουσίας Χ στους 40 °C που έχει μάζα 140 g. Το διάλυμα αυτό ψύχεται στους 30 °C. Από το διάλυμα αυτό θα αποβληθούν : *
- β. 5 g ουσίας
- α. 15 g ουσίας
- γ. καθόλου ουσία
- δ. όλη η περιεχόμενη ποσότητα.
- Τι συμπεραίνετε για τη φύση της διαλυμένης ουσίας; Να δώσετε εξηγήσεις με τη βοήθεια της παρακάτω γραφικής παράστασης.

5% w/w
3% w/v

Δραστηριότητα

To ppm και η «κοινή λογική»
Οι συγκεντρώσεις των ρυπαντών στην ορολογία των περιβαλλοντολόγων εκφρά -ζονται συνήθως σε «μέρη στο εκατομμύριο», parts per million, ppm. Έτσι, η συ γκέντρωση 1 ppm φανερώνει την παρουσία 1 «μέρους» του ρυπαντή σε 1 000 000 «μέρη» του μέσου. Τα μέρη μπορεί να είναι μέρη βάρους π.χ. g ή μέρη όγκου. Έτσι, π.χ. αναφέρεται ότι 0,2 ppm SO$\_{2}$ στον αέρα αυξάνει τη θνησιμότητα των αν -θρώπων, 1 ppm φαινόλης στο νερό το καθιστά τοξικό σε κάποια είδη ψαριών κλπ. Καλό θα είναι να έχει κανείς κάποιες αναλογίες στο μυαλό του για το ppm και τις αναλογίες αυτές μπορεί να τις έχει, αν το μεταφέρει σε άλλα πιο καθημερινά μεγέθη.

Χρόνος:
1 second
σε …… ημέρες
Στον παρακάτω πίνακα σας ζητείται να βρείτε με τι αντιστοιχεί το ppm σε:

Χρήμα:
δραχμή
σε …… δραχμές

Τροφή:
κουταλιά αλάτι (6 g)
σε …… Kg σαλάτα

Απόσταση:
σε …… μέτρα

Αγώνες:
1 ελεύθερη βολή στο basket
σε …… αγώνες (μέσος όρος
Επιφάνεια:

l m$^{2}$
σε …… στρέμματα
150 πόντοι)
Αν πολλαπλασιάσετε τα αποτελέσματά σας επί χίλια τότε θα έχετε και την εικόνα του μέρους στο δισεκατομμύριο, ppb.

Όγκος:
1 λίτρο πετρέλαιο
σε …… βαρέλια πετρέλαιο
```
23. 1000 24. δ 27. (α-4), (β-3), (γ-1), (δ-6), (ε-5), (στ-2) 28. β 29. γ 30. α:Λ, β:Σ, γ:Λ, δ:Λ, ε:Σ 31. δ 38. όχι 40. β 41. (1-β), (2-α), (3-γ), (4-α), (5-δ), (6ε), (7-β) 42. α:Λ, β:Λ, γ:Σ, δ:Λ 43. β 44. δ 45. δ 46. α 47. Αl: 13,14,13 Ν: 7,7,7 U: 92, 143, 92 Fe: 26,30,26 Pb: 82,125,82 48. Al$^{3+}$: 13, 14, 10 Κ $^{+}$: 19, 20, 18 Cl $^{-}$: 17, 18, 18 S$^{2-}$: 16, 16, 18 49. 19 50. 83 51. ουδέτερα: Α, Ε, Ζ θετικά: Γ αρνητικά: Β, Δ 54. Δευτέριο: $^{2}$$\_{1}$Η Τρίτιο: $^{3}$$\_{1}$Η 59. Χημικά: α, β, ε Φυσικά: γ, δ 60. δ 61. γ 62. γ 63. β 64. α: 386Κ, β: 310Κ, γ: 630Κ 65. α: -196°C, β: -268,8°C, γ: 328°C 66. κατά σειρά: Φ, Φ, Φ, Χ, Χ, Φ, Φ 67. κατά σειρά: Φ, Φ, Φ, Χ, Χ 68. Τα τρία πρώτα στερεά και τα τέσ -σερα επόμενα είναι υγρά 69. β 70. γ 71. γ 72. σε χημική ένωση: α σε μίγμα: β, γ, δ 75. στοιχεία: β, ζ χημική ένωση: α, δ, ι μίγμα: γ, ε, στ, η, θ 76. γ 77. ε 81. δ 86. β, στερεό Aπαντήσεις στις ασκήσεις πολλαπλής επιλογής και σωστού λάθους
```

ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ - ΔΕΣΜΟΙ

ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ
Στο τέλος αυτής της διδακτικής ενότητας θα πρέπει να μπορείς:
- -Να περιγράφεις ένα μοντέλο (πρότυπο) για το άτομο.
- -Να εξιστορείς την εξέλιξη καθώς και την ανάγκη ταξινόμησης των στοιχείων στον περιοδικό πίνακα.
- -Να περιγράφεις το σύγχρονο περιοδικό πίνακα. Να ορίζεις τι είναι ομάδα και τι περίοδος και να απαριθμείς αυτές. Να αναφέρεις παραδείγματα στοιχείων, εντοπίζοντας τη θέση τους στον περιοδικό πίνακα.
- -Να αναγνωρίζεις την αρχή που δομείται ο σύγχρονος περιοδικός πίνακας και να τη συνδέεις με τη λογική της ηλεκτρονιακής δόμησης των ατόμων. Κατ' επέκταση να συνδέεις τη χημική συμπεριφορά ενός στοιχείου με τη θέση του στοιχείου στον περιοδικό πίνακα.
- -Να ορίζεις τι είναι χημικός δεσμός και να ταξινομείς τους χημικούς δεσμούς σε κατηγορίες. Να διακρίνεις τις διαφορές μεταξύ του ομοιοπολικού και ιοντικού δεσμού και να συνδέεις τις διαφορές αυτές με τις αντίστοιχες ιδιότητες των ομοιοπολικών και ιοντικών ενώσεων.
- -Να ορίζεις τι είναι αριθμός οξείδωσης και να υπολογίζεις τον αριθμό οξείδωσης ενός στοιχείου σε μια ένωση.
- -Να γράφεις τους ηλεκτρονιακούς τύπους ορισμένων απλών μορίων.
- -Να μιλάς και να γράφεις τη γλώσσα της χημείας των ανόργανων ενώσεων.

Εισαγωγή
Στο πρώτο κεφάλαιο γνωρίσαμε την ύλη σαν «δάσος», από μακριά, μα -κροσκοπικά. Τώρα είναι ώρα να διακρίνουμε το «δέντρο», τη βασική δηλαδή μονάδα του «δάσους-ύλης». Και αυτό δεν είναι άλλο από το άτομο και το σταθερό σύμπλεγμα των ατόμων που είναι το μόριο . Θα έλεγε κανείς ότι το περιεχόμενο του κεφαλαίου που ακολουθεί συνοψί -ζεται στις λέξεις η δομή της ύλης .
Στη συνέχεια αναφέρεται η σπουδαιότερη ίσως έμμεση απόδειξη της ηλεκτρονιακής δομής των ατόμων -στοιχείων, που είναι ο περιοδικός πίνακας . Το ιστορικό της ανακάλυψης, της συμπλήρωσης (που είναι ίσως ακόμη «ανοικτή») και της ερμηνείας του αποτελούν βασικές γνώσεις για τη διαμόρφωση της χημικής σκέψης.

Ξεκινά λοιπόν κανείς από τη δομή του ατόμου δίνοντας την πρώ -τη κατά Bohr - Rutherford προσέγγιση του πλανητικού προτύπου με τις ηλεκτρονιακές στιβάδες και τις κατανομές ηλεκτρονίων σ' αυτές. Μην ξεχνάμε ότι πριν από την ανάπτυξη της κυματομηχανικής πολλά φαινό -μενα μπόρεσαν να ερμηνευθούν με τις ηλεκτρονιακές κατανομές κατά Bohr και τα ηλεκτρόνια της εξώτατης στιβάδας .
Ακολουθεί το κεντρικότερο θέμα στη μελέτη της χημείας, που είναι η απάντηση στο θεμελιακό ερώτημα: γιατί και πώς ενώνονται τα στοιχεία; Η απάντηση δίνεται στους χημικούς δεσμούς . Η θεωρία των «οκτώ» δίνει μία πρώτη προσέγγιση στο γιατί, και οι ηλεκτρικής φύσης δυνάμεις απαντά στο πώς. Δυνάμεις που οδηγούν στη δημιουργία ενός σταθερού και μικρής ενέργειας συγκροτήματος (π.χ. μόριο ). Τα είδη των δεσμών οι ιδιότητες που το είδος του δεσμού επιβάλλει στις ενώσεις, πρέπει να είναι ένα από τα κεντρικά σημεία της συζήτησης. Σημαντικό επίσης να μπορεί κανείς να προβλέψει το είδος του χημικού δεσμού που θα προκύψει με βάση κάποια χαρακτηριστικά των συνδεομένων ατόμων.

Το κεφάλαιο κλείνει με μία εφαρμογή θα έλεγε κανείς της ηλε -κτρονιακής θεωρίας, που είναι η γραφή των χημικών τύπων . Η ηλεκτρο νιακή θεωρία προβλέπει π.χ. αν ένα άτομο νατρίου ενώνεται με ένα άτο -μο χλωρίου. Πώς όμως αυτό μεταφράζεται στη γραφή του τύπου του χλωριούχου νατρίου (NaCl); Γιατί γράφουμε Η$\_{2}$Ο και όχι ΗΟ$\_{2}$; Πώς αυτή η ενωτική ικανότητα των στοιχείων - κατά παλαιότερη έκφραση - εκφρά -ζεται και βοηθά στην αναγραφή των χημικών τύπων των ενώσεων, χω ρίς την ανάγκη αναφοράς ηλεκτρονικών δομών; Έτσι, με τους αριθμούς οξείδωσης η γλώσσα της χημείας αποκτά την «ορθογραφία» της...

2.1 Ηλεκτρονική δομή των ατόμων

Ένα απλό μοντέλο για το άτομο
Μην ξεχνάμε ότι τα πάντα αποτελούνται από άτομα. Ένα κομμάτι μέταλλο ή ένας κόκκος αλατιού ή μία σταγόνα νερού δεν είναι παρά στοιβαγμένα άτομα διαταγμένα με τέτοιο τρόπο, ώστε να προδιαγράφουν με ένα μο -ναδικό τρόπο τις ιδιότητες του κάθε σώματος. Γι' αυτό και το ενδιαφέρον για τη διερεύνηση του ατόμου έχει μείνει αμείωτο εδώ και χιλιάδες χρό -νια, από την εποχή του Δημόκριτου μέχρι σήμερα. Τα βραβεία Νόμπελ χημείας 1998, αφορούσαν για μία ακόμα φορά τη μελέτη της ατομικής δομής. Οι σύγχρονες αντιλήψεις γύρω από το άτομο είναι βασισμένες στις αρχές της κβαντομηχανικής, μιας μηχανικής φτιαγμένης στα μέτρα του απειροελάχιστου κόσμου των ατόμων. Όμως, οι αντιλήψεις αυτές έχουν μία πολυπλοκότητα που δύσκολα καμιά φορά μπορεί να παρακολουθήσει ακόμα και ο ειδικός.

Μία πολύ απλή εικόνα σχετικά με το άτομο, ξεπερασμένη βέβαια σήμερα, μας έχει δώσει ο Bohr, εμπνευσμένος από τη βαρύτητα και αξι -οποιώντας τα πειραματικά δεδομένα του Rutherford για την ανακάλυ ψη του πυρήνα. Το ατομικό πρότυπο του Bohr αποτελεί μία μινιατούρα πλανητικού συστήματος. Το άτομο αποτελείται από τον πυρήνα, που περιέχει τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια και τα ουδέτερα νετρόνια. Στον πυρήνα είναι πρακτικά συγκεντρωμένη η μάζα του ατόμου. Γύρω από τον πυρήνα και σε αρκετά μεγάλες αποστάσεις κινούνται σε καθορισμένες (επιτρεπτές) τροχιές τα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια που κινούνται στην ίδια περίπου απόσταση από τον πυρήνα λέμε ότι βρίσκονται στην ίδια στιβάδα ή φλοιό ή ενεργειακή στάθμη .

ΣΧΗΜΑ 2.1 Το πλανητικό ατομικό μοντέλο
Όταν τα άτομα δεν είναι σε διέγερση, τα ηλεκτρόνιά τους κατανέμονται σε επτά το πολύ στιβάδες, τις Κ, L, Μ, Ν, Ο, Ρ, και Q. Κάθε στιβάδα χαρακτηρίζεται από έναν αριθμό που συμβολίζεται με n και ονομάζεται κύριος κβαντικός αριθμός .
Ο Δημόκριτος (460-370 π.Χ) διετύπωσε την άποψη ότι η ύλη αποτελείται από πολύ μι -κρά σωματίδια που δεν μπο -ρούν να διαιρεθούν σε άλλα απλούστερα. Τα σωματίδια αυτά ονόμασε ατόμους (άτο -μα).

Ν. Bohr (1885-1965).
Δανός φυσικός διετέλεσε δι -ευθυντής στο ινστιτούτο θεω -ρητικής φυσικής στην Κοπεγ -χάγη. Τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ φυσικής το 1922 για την θεωρία του περί κβαντι -σμένων (καθορισμένων) ηλε -κτρονικών τροχιών.
Είχε πει για τον 20ο αιώνα: «Σε όλη την ιστορία των επι -στημών δεν υπάρχει άλλη περίοδος αντίστοιχη του αι -ώνα μας, όπου η εξερεύνηση του κόσμου των ατόμων ήταν η απαρχή τεράστιων εξελί -ξεων. Ωστόσο, κάθε αύξηση των γνώσεών μας και της δύ -ναμής μας αυξάνει αυτομά -τως την ευθύνη μας».

Για n = 1 έχουμε την πλησιέστερη προς τον πυρήνα στιβάδα, την Κ, για n = 2 έχουμε τη στιβάδα L, κλπ. Όσο απομακρυνόμαστε από τον πυρήνα, τόσο αυξάνεται η ενεργειακή στάθμη της στιβάδας. Δηλαδή,
E$\_{K}$ < E$\_{L}$ < E$\_{M}$ < ...
Το ερώτημα που πολλές φορές τίθεται είναι ποιό ατομικό πρότυπο θα πρέπει να ακολουθήσουμε; Η απάντηση στο ερώτημα αυτό είναι ότι εξαρτάται... Εξαρτάται από τη χρήση που κάνουμε. Για παράδειγμα, στα πλαίσια της ύλης της Α' Λυκείου το μοντέλο του Bohr φτάνει. Εξάλλου η ατομική θεωρία του Dalton, παρά την απλότητά της, κατέχει κυρίαρχη θέση, καθώς αποτελεί τη βάση των διαφόρων χημικών υπολογισμών (προσδιορισμοί σχετικών ατομικών, μοριακών μαζών, στοιχειομετρικοί υπολογισμοί, κλπ.) που θίγονται στο κεφάλαιο 4. Στη θεωρία αυτή (ατο -μική θεωρία του Dalton) εστιάστηκαν οι χημικοί του 19$^{ου}$ αιώνα για να οικοδομήσουν τη χημική επιστήμη.

Κατανομή ηλεκτρονίων σε στιβάδες
Για τη διάταξη των ηλεκτρονίων σε στιβάδες (ηλεκτρονιακή δομή) ακο -λουθούμε τους εξής κανόνες:
- 1. Ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που μπορεί να πάρει κάθε μία από τις τέσσερις πρώτες στιβάδες δίνεται από τον τύπο 2 n $^{2}$, όπου n ο κύριος κβαντικός αριθμός, δηλαδή ο αριθμός της στιβάδας. Έτσι η Κ μπορεί να πάρει έως 2 ηλεκτρόνια, η L έως 8 ηλεκτρόνια, η Μ έως 18 ηλεκτρόνια και η Ν έως 32 ηλεκτρόνια.
- 2. Η τελευταία στιβάδα οποιουδήποτε ατόμου δεν μπορεί να έχει περισ -σότερα από 8 ηλεκτρόνια. Εκτός αν είναι η Κ που συμπληρώνεται με 2 ηλεκτρόνια.
- 3. Η προτελευταία στιβάδα δεν μπορεί να περιέχει περισσότερα από 18 ηλεκτρόνια, αλλά ούτε και λιγότερα από 8. Εκτός αν είναι η Κ που έχει το πολύ 2.

Με βάση τους παραπάνω κανόνες, μπορούμε να βρούμε την κατανομή των ηλεκτρονίων στα 20 πρώτα στοιχεία, (ατομικός αριθμός 1-20), όπως φαίνεται στον Πίνακα 2.1.

Παράδειγμα 2.1
Να κατανεμηθούν τα 19 ηλεκτρόνια του ατόμου του καλίου (Κ) σε στιβάδες.

ΛΥΣΗ
Πρώτα συμπληρώνεται η στιβάδα Κ με 2 ηλεκτρόνια και στη συνέχεια η στιβάδα L με 8 ηλεκτρόνια. Απομένουν 9 ηλεκτρόνια. Η κατανομή όμως 2,8,9 δεν υπακούει στον κανόνα «η εξωτερική στιβάδα δε μπορεί να έχει περισσότερα από 8 ηλεκτρόνια». Έτσι, η ηλεκτρονιακή δομή του καλίου γίνεται (2,8,8,1).
Τα βασικά σημεία της ατο -μικής θεωρίας του Dalton είναι:
- - Οι καθαρές ουσιές (στοιχεία ή χημικές ενώσεις) αποτε -λούνται από μικροσκοπικά, αόρατα και αδιαίρετα σωμα -τίδια, τα άτομα.
- -Τα άτομα του ίδιου στοιχείου είναι όμοια. Άτομα διαφορετι -κών στοιχείων διαφέρουν ως προς το βάρος τους.
- -Τα άτομα των στοιχείων συνδυάζονται μεταξύ τους με απλές αναλογίες (π.χ. 1:1,
- 1:2, 1:3), ώστε να σχηματί -σουν χημικές ενώσεις (στοι -χειομετρία χημικών ενώσε -ων).

Εφαρμογή

Να βρεθεί και να ερμηνευθεί η ηλεκτρονιακή δομή του $\_{17}$Cl

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1 Κατανομή ηλεκτρονίων σε στιβάδες, στα στοιχεία με ατομικό αριθμό Ζ =1-20

|   Ζ | στοιχείο   | στοιχείο   |   Κ | L   | Μ   | Ν   |
|-----|------------|------------|-----|-----|-----|-----|
|   1 | Η          | υδρογόνο   |   1 |     |     |     |
|   2 | He         | ήλιο       |   2 |     |     |     |
|   3 | Li         | λίθιο      |   2 | 1   |     |     |
|   4 | Be         | βηρύλλιο   |   2 | 2   |     |     |
|   5 | Β          | βόριο      |   2 | 3   |     |     |
|   6 | C          | άνθρακας   |   2 | 4   |     |     |
|   7 | Ν          | άζωτο      |   2 | 5   |     |     |
|   8 | Ο          | οξυγόνο    |   2 | 6   |     |     |
|   9 | F          | φθόριο     |   2 | 7   |     |     |
|  10 | Ne         | νέο        |   2 | 8   |     |     |
|  11 | Na         | νάτριο     |   2 | 8   | 1   |     |
|  12 | Mg         | μαγνήσιο   |   2 | 8   | 2   |     |
|  13 | Al         | αργίλιο    |   2 | 8   | 3   |     |
|  14 | Si         | πυρίτιο    |   2 | 8   | 4   |     |
|  15 | P          | φώσφορος   |   2 | 8   | 5   |     |
|  16 | S          | θείο       |   2 | 8   | 6   |     |
|  17 | Cl         | χλώριο     |   2 | 8   | 7   |     |
|  18 | Ar         | αργό       |   2 | 8   | 8   |     |
|  19 | K          | κάλιο      |   2 | 8   | 8   | 1   |
|  20 | Ca         | ασβέστιο   |   2 | 8   | 8   | 2   |

ΣΧΗΜΑ 2.2 Διαγραμματική απεικόνιση της κατανομής των ηλεκτρονίων σε στιβάδες (φλοιούς). Η ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων, όπως φαίνεται στο σχήμα, εμφανίζει μια περιοδικότητα η οποία τελικά εκφράζεται στον περιοδικό πίνακα.
Το ατομικό πρότυπο του Rutherford: η μάζα του ατό -μου είναι συγκεντρωμένη σε ένα πολύ μικρό χώρο, τον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια διευ -θετούνται γύρω από τον πυ -ρήνα με ακαθόριστο τρόπο.
Το ατομικό πρότυπο του Bohr: Σ' αντίθεση με το αστα -θές πρότυπο του Rutherford, τα ηλεκτρόνια κινούνται σε καθορισμένες (επιτρεπτές) τροχιές. Η ιδέα της επιτρε -πτής τροχιάς και κατ' επέκτα -ση της ηλεκτρονιακής στιβά -δας (ή φλοιού) βασίζεται στις αντιλήψεις του Bohr.

Εικονική παρουσίαση των ηλεκτρονιακών στιβάδων ή φλοιών.

2.2 Κατάταξη των στοιχείων (Περιοδικός Πίνακας) Χρησιμότητα του Περιοδικού Πίνακα

Περιοδικός Πίνακας των στοιχείων
Ο περιοδικός πίνακας είναι αναμφισβήτητα μία από τις σπουδαιότερες έννοιες της χημείας. Αποτελεί απόδειξη ότι τα χημικά στοιχεία δεν εί -ναι ένα συνονθύλευμα ουσιών, αλλά αντίθετα τα στοιχεία εκδηλώνουν γενικές τάσεις και συγκροτούν οικογένειες με παραπλήσιες ιδιότητες. Η γνώση του περιοδικού πίνακα είναι απαραίτητη σ' εκείνον που θέλει να κατανοήσει τον κόσμο, να δει τον τρόπο με τον οποίο έχει κατασκευαστεί από τους θεμελιώδεις δομικούς λίθους της χημείας, τα χημικά στοιχεία.

Ο σημερινός περιοδικός πίνακας είναι αποτέλεσμα πολλών προ -σπαθειών. Αξίζει να αναφερθούμε στην προσπάθεια του Άγγλου χημικού Newlands, ο οποίος το1864 πρότεινε να ταξινομηθούν τα στοιχεία κατά οκτάβες. Η βάση για την ταξινόμησή του ήταν η παρατήρηση ότι, αν τα στοιχεία καταταχθούν κατά αυξανόμενη σχετική ατομική μάζα (ατομικό βάρος), κάθε όγδοο στοιχείο παρουσιάζει ανάλογες ιδιότητες με το πρώτο. Κάθε όγδοο στοιχείο δηλαδή παρουσιάζει μίαν αρμονία, κάνοντας έτσι έναν ατυχή παραλληλισμό με τη μουσική κλίμακα (αρμονικές σχέσεις παρουσιάζονται κάθε οκτώ βήματα). Τον ίδιο χρόνο, το 1864, ο Γερμανός Meyer έδειξε ότι υπάρχει μία περιοδική σχέση μεταξύ των ιδιοτήτων των στοιχείων π.χ. του ατομικού όγκου και της σχετικής ατομικής μάζας.

Πολύ πιο μακριά, στην Αγία Πετρούπολη, την ίδια εποχή ο Ρώ -σος χημικός Mendeleev επικέντρωσε την προσοχή του στο θέμα της συγκρότησης του περιοδικού πίνακα, αγνοώντας όσα είχε επιτύχει ο Meyer. Ο Mendeleev κατατάσσοντας τα στοιχεία κατ' αυξανόμενη σχετική ατομική μάζα και έχοντας τη διορατικότητα να αφήνει κενές θέσεις (για τα στοιχεία που δεν είχαν ακόμα ανακαλυφθεί), και κάνοντας κάποιες διορθώσεις όσον αφορά στη σειρά ταξινόμησης (γνωστό ως μειονέκτημα των ανα -στροφών ή πρωθύστερων ), έφτασε το 1869 σε μια ορθογώνια διάταξη, που μοιάζει με το σύγχρονο περιοδικό πίνακα. Έτσι δημιουργήθηκε από τον Mendeleev ο πρώτος πίνακας ταξινόμησης των 63 γνωστών για την εποχή εκείνη στοιχείων.

Ο σύγχρονος περιοδικός πίνακας έχει απαλλαγεί από την «τυραννία» του ατομικού βάρους. Τα στοιχεία δεν κατατάσσονται πια σε σχέση με τη μάζα αλλά με βάση τον ατομικό αριθμό (Ζ) . Ο ατομικός αριθμός εκφρά -ζει και τον αριθμό των ηλεκτρονίων του ατόμου και συνεπώς καθορίζει την ηλεκτρονιακή δομή, η οποία με τη σειρά της διαμορφώνει (όπως θα δούμε στην ενότητα των «χημικών δεσμών») τη χημική συμπεριφορά του στοιχείου. Έτσι, η περιοδικότητα στην ηλεκτρονιακή δομή (βλέπε σχήμα 2.2) αντανακλάται στην περιοδικότητα των ιδιοτήτων των στοιχείων. Όμως δεν πρέπει να μας ξεφεύγει ότι ο σημερινός περιοδικός πίνακας είναι προϊόν των «μουσικών» οκτάβων του Newlands, των ρυθμών του Meyer και της διορατικότητας του Mendeleev.

Ο Newlands αντιμετώπισε πολλές φορές το χλευασμό των συναδέλφων του «Πώς μπορούν τα θεμέλια της φύ -σης να συσχετίζονται με την αρμονία της φύσης; Διέκρινε ο Μότσαρτ χημικούς συνδυ -ασμούς όταν συνέθετε; ή ο Χάυντ παρασκεύαζε ελιξίρια για να γαληνεύει τα αυτιά; Γιατί δεν προσπαθεί ο κύρι -ος Newlands να ταξινομήσει τα στοιχεία, ας πούμε, με αλ -φαβητική σειρά;»
Ο Γερμανός χημικός Lothar Meyer (1830-1895) ανα -κάλυψε ότι, αν παραστήσει κανείς γραφικά τον ατομικό όγκο σε σχέση με τη σχετι -κή ατομική μάζα, αναδύεται ένας ρυθμός. Έτσι, απο -κάλυψε μία περιοδικότητα στις ιδιότητες των στοιχείων. Στην έννοια της σχετικής ατομικής μάζας θα αναφερ -θούμε στο 4° κεφάλαιο.

To 1913 o Moseley έδωσε το σημερινό τρόπο ταξινόμησης των στοιχείων στον περιοδικό πίνακα κατά σειρά αυξανόμενου ατομικού αριθμού ( Ζ ). Ο Moseley έγραψε: «Υπάρχει στο άτομο μία θεμελιώδης ποσότητα που αυξάνεται κανονικά από στοιχείο σε στοιχείο. Η ποσότητα αυτή είναι το θετικό ηλεκτρικό φορτίο. Ο αριθμός των θετικών φορτίων του πυρήνα είναι ίδιος με τον αύξοντα αριθμό που έχει το στοιχείο στον περιοδικό πίνακα.». Έτσι διαμορφώθηκε ο σύγχρονος περιοδικός νόμος: -Οι ιδιότητες των στοιχείων είναι περιοδικές συναρτήσεις του ατομικού αριθμού.

Οι ομάδες, οι περίοδοι και τα κοινά χαρακτηριστικά τους
Μία σύγχρονη μορφή περιοδικού πίνακα (βλέπε σελίδα 51) δομείται από οριζόντιες σειρές (περίοδοι) και κατακόρυφες στήλες (ομάδες).
- -Κάθε οριζόντια σειρά καταλαμβάνεται από στοιχεία που τα άτομά τους έχουν «χρησιμοποιήσει» τον ίδιο αριθμό στιβάδων για την κατανομή των ηλεκτρονίων τους. Οι οριζόντιες αυτές σειρές του πίνακα ονομάζονται περίοδοι. Ο αριθμός μάλιστα της περιόδου στην οποία ανήκει το στοιχείο, δείχνει τον αριθμό των στιβάδων στις οποίες έχουν κατανεμηθεί τα ηλεκτρόνιά του.

Όπως φαίνεται στον περιοδικό πίνακα (σελίδα 51), συνολικά υπάρχουν επτά περίοδοι. Η πρώτη περίοδος περιλαμβάνει δύο μόνο στοιχεία, των οποίων τα άτομα έχουν ηλεκτρόνια μόνο στη στιβάδα Κ. Η δεύτερη και τρίτη περίοδος περιλαμβάνουν οκτώ στοιχεία η καθεμιά, τα άτομα των οποίων έχουν εξωτερική στιβάδα την L και Μ, αντίστοιχα. Η τέταρτη και πέμπτη περίοδος έχουν από δεκαοκτώ στοιχεία και τα άτομά τους έχουν εξωτερική στιβάδα την Ν και Ο, αντίστοιχα. Η έκτη περιλαμβάνει τριαντα -δύο στοιχεία με ηλεκτρόνια σθένους (ηλεκτρόνια εξωτερικής στιβάδας) στην Ρ στιβάδα. Η έβδομη περίοδος περιλαμβάνει προς το παρόν εικοσιέξι στοιχεία, (με την ανακάλυψη νέων τεχνητών στοιχείων ο αριθμός αυτός συνεχώς αυξάνεται) με ηλεκτρόνια σθένους στην Q στιβάδα.

Κατά μήκος μιας περιόδου υπάρχει συνήθως βαθμιαία μεταβολή ιδιοτήτων π.χ. κάθε περίοδος (εξαιρείται η πρώτη) αρχίζει με ένα δραστικό μέταλλο (αλκάλιο) και τελειώνει με ένα αδρανές αέριο (ευγενές αέριο), έχοντας στην προτελευταία θέση ένα πολύ δραστικό αμέταλλο (αλογόνο). Δηλαδή, με αλλά λόγια κατά μήκος μιας περιόδου έχουμε ελάττωση του μεταλλικού χαρακτήρα και αύξηση του χαρακτήρα αμετάλλου . Γι' αυτό τα αμέταλλα βρίσκονται στο δεξιό άκρο του περιοδικού πίνακα και διαχωρίζονται από τα υπόλοιπα στοιχεία, που είναι τα μέταλλα, με τεθλασμένη γραμμή. Τα στοιχεία που βρίσκονται κοντά στη διαχωριστι -κή αυτή γραμμή χαρακτηρίζονται μεταλλοειδή , καθ' όσον εμφανίζουν ιδιότητες τόσο μετάλλων όσο και αμετάλλων (βλέπε περιοδικό πίνακα).

Οι λανθανίδες και ακτινίδες , που ανήκουν στην έκτη και έβδομη περίοδο αντίστοιχα, θα έπρεπε κανονικά να τοποθετηθούν στην ίδια θέση του περιοδικού πίνακα (εκεί που είναι το λανθάνιο (La) και ακτίνιο (Ac) αντίστοιχα). Όμως, για να αποφύγουμε το «συνωστισμό» τοποθετούνται έξω από το κυρίως «σώμα» του περιοδικού πίνακα, σε δύο σειρές στο κάτω μέρος του πίνακα.
- Ο Mendeleev (1834-1907) έμοιαζε λίγο με τον παράφρο -να μοναχό Ρασπούτιν (συνή -θιζε, λένε, να πηγαίνει μια ορι -σμένη μόνο μέρα του χρόνου για κούρεμα).

Λέγεται ότι σχεδιάζοντας τον περιοδικό πίνακα τον πήρε ο ύπνος. Το όνειρο που είδε εκείνη τη νύκτα τον οδήγησε στη μεγαλοφυή του σκέψη να αφήσει τις κενές θέσεις και να δημιουργήσει τον πασίγνω -στο περιοδικό πίνακα.
Ο Mendeleev δεν επαναπαύ -θηκε στη δόξα που του προ -σπόρισε ο περιοδικός πίνακας, συνέχισε να μελετά με το ίδιο πείσμα, κυριως τεχνολο -γικά θέματα για την ανάπτυξη της ρωσικής βιομηχανίας. Δε δίστασε όμως να παραιτηθεί από το πανεπιστήμιο της Πε -τρούπολης, όπου επί πολλά χρόνια ήταν καθηγητής, όταν ο υπουργός παιδείας αρνήθη -κε να δεχτεί τα δίκαια αιτήμα -τα των φοιτητών του.

-  Οι λανθανίδες ονομάζονται και σπάνιες γαίες επειδή απα -ντούν στη φύση σε πολύ μι -κρές ποσότητες.
-  Οι ακτινίδες είναι ραδιενεργά στοιχεία.
- -Οι κατακόρυφες στήλες του περιοδικού πίνακα αποτελούν τις ομάδες και καταλαμβάνονται από στοιχεία με ανάλογες ιδιότητες.
Οι ομάδες χαρακτηρίζονται με τους λατινικούς αριθμούς I έως VIII. Δι -ακρίνονται στις κύριες με το χαρακτηρισμό Α και στις δευτερεύουσες με το χαρακτηρισμό Β.
- -Στοιχεία που ανήκουν στην ίδια κύρια ομάδα έχουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων στην εξωτερική τους στιβάδα, ο οποίος ταυτίζεται με τον αύξοντα αριθμό της ομάδας.

Γι' αυτό το λόγο εμφανίζουν έντονες ομοιότητες. Έτσι αν γνωρίζουμε τις ιδιότητες ενός μέλους της ομάδας, μπορούμε να προβλέψουμε τις ιδιότητες των υπολοίπων μελών της ομάδας.
Σύμφωνα με πρόταση της IUPAC (1985) η αρίθμηση των ομάδων γίνεται με ρωμαϊκούς αριθμούς από 1 έως 18 (βλέπε περιοδικό πίνακα). Τα μέταλλα της ΙΑ ομάδας ονομάζονται αλκάλια , της ΙΙΑ ομάδας αλκαλι -κές γαίες και της ΙΙΙΑ γαίες . Τα στοιχεία που ανήκουν σε δευτερεύουσες ομάδες ονομάζονται μεταβατικά στοιχεία ή στοιχεία μετάπτωσης . Τα στοιχεία της VIIA ομάδας ονομάζονται αλογόνα και της VIΙΙA ευγενή αέρια .

Παρακάτω βλέπουμε τα είκοσι πρώτα στοιχεία του περιοδικού πίνακα, που αποτελούν τη βάση στην επίλυση των ασκήσεων που ακολουθούν:

| IA $\_{1}$Η   | IIA        | IIIA      | IVA       | VA       | VIA      | VIIA      | VIIIA $\_{2}$He   |
|--------------|------------|-----------|-----------|----------|----------|-----------|------------------|
| $\_{3}$Li     | $\_{4}$Be   | $\_{5}$B   | $\_{6}$C   | $\_{7}$N  | $\_{8}$O  | $\_{9}$F   | $\_{10}$Ne        |
| $\_{11}$Na    | $\_{12}$Mg  | $\_{13}$AI | $\_{14}$Si | $\_{15}$P | $\_{16}$S | $\_{17}$Cl | $\_{18}$Ar        |
| $\_{19}$Κ     | $\_{20}$ Ca |           |           |          |          |           |                  |

Παράδειγμα 2.2
Σε ποια περίοδο και ποια ομάδα του περιοδικού πίνακα ανήκει στοιχείο X με ατομικό αριθμό Ζ = 9; Να μη γίνει χρήση του περιοδικού πίνακα.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ
Κάνουμε πρώτα την κατανομή των ηλεκτρονίων σε στιβάδες για το $\_{9}$Χ. Χ(2,7). Το άτομο του X έχει ηλεκτρόνια στις δύο πρώτες στιβάδες. To X ανήκει λοιπόν στη δεύτερη περίοδο του περιοδικού πίνακα. Επίσης το άτομο του X έχει στην εξωτερική του στιβάδα επτά ηλεκτρόνια. Άρα το X βρίσκεται στην έβδομη ομάδα (VIΙΑ), δηλαδή την ομάδα των αλογόνων.

Εφαρμογή
Να βρεθεί χωρίς να γίνει χρήση του περιοδικού πίνακα, σε ποια περίοδο και σε ποια ομάδα ανήκει το στοιχείο Ψ με ατομικό αριθμό Ζ = 18.

 IUPAC:
(International Union Pure and Applied Chemistry) Διε -θνής Ένωση Θεωρητικής και Εφαρμοσμένης Χημείας.
Στην ομάδα των αλκαλίων (ΙΑ) περιλαμβάνονται από πάνω προς τα κάτω τα δρα -στικά μέταλλα: Li, Na, Κ. Η δραστικότητα των μετάλλων αυξάνει με την ίδια σειρά. Γι ' αυτό το Κ φυλάσσεται σε πετρέλαιο, ώστε να αποφύ -γουμε την αυτοανάφλεξή του κατά την αντίδρασή του με την υγρασία του αέρα. Επί -σης είναι μαλακά μέταλλα, όπως βλέπετε το Na κόβεται με το μαχαίρι.
Ως μέταλλα που είναι, χαρακτηρίζονται (μεταλλικός χαρα -κτήρας) :

- - με μεταλλική λάμψη
- - είναι καλοί αγωγοί της θερ -μότητας και του ηλεκτρισμού - είναι ελατά και όλκιμα

Παράδειγμα 2.3
Ποιος είναι ο ατομικός αριθμός του στοιχείου που βρίσκεται στην 3$^{η}$ περίοδο του περιοδικού πίνακα και στην VA ομάδα; Να μη γίνει χρήση του περιοδικού πίνακα.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ
Εφόσον βρίσκεται στην 3$^{η}$ περίοδο του πίνακα, έχει ηλεκτρόνια μόνο στις τρεις πρώτες στιβάδες. Εφόσον βρίσκεται στην VA ομάδα, έχει πέντε ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα, που είναι η τρίτη. Είναι φανερό ότι το στοιχείο αυτό έχει δύο ηλεκτρόνια στη στιβάδα Κ, οκτώ ηλεκτρόνια στη στιβάδα L, και πέντε ηλεκτρόνια στη στιβάδα Μ. Έχει δηλαδή ηλεκτρονιακή δομή (2,8,5). Επομένως ο ατομικός αριθμός του στοιχείου αυτού είναι Ζ =1 5.

Εφαρμογή
Χωρίς να γίνει χρήση του πίνακα, να βρεθεί ο ατομικός αριθμός του στοιχείου που βρίσκεται στην 3$^{η}$ περίοδο και την VIIA ομάδα του περιοδικού πίνακα.

Η χρησιμότητα του περιοδικού πίνακα
Η ανακάλυψη του περιοδικού νόμου, δηλαδή ότι οι ιδιότητες των στοιχεί -ων είναι περιοδική συνάρτηση του ατομικού τους αριθμού, καθώς και η δημιουργία του σύγχρονου περιοδικού πίνακα, αποτέλεσαν σταθμό στην εξέλιξη της χημικής επιστήμης. Η χρησιμότητα του περιοδικού πίνακα είναι αναμφισβήτητη, για τους εξής λόγους:
- 1. Για την ανακάλυψη νέων στοιχείων. Είναι γνωστό ότι ο περιοδικός πίνακας Mendeleev αποτέλεσε τη βάση για την ανακάλυψη πολλών νέων στοιχείων. Η αναζήτηση αυτών υπαγορεύτηκε από τις κενές θέσεις. Να σημειώσουμε ότι ο Mendeleev προσδιόρισε τις ακριβείς ιδιότητες πολλών στοιχείων που δεν είχαν ανακαλυφθεί στην εποχή του. Γνωρίζοντας απλά και μόνο τη θέση τους στον περιοδικό πίνακα προέβλεψε την ύπαρξή τους. Ακόμα και σήμερα ο περιοδικός πίνακας αποτελεί χρήσιμο βοήθημα για την ανακάλυψη νέων τεχνητών στοιχείων.
- 2. Γιατί διευκολύνει τη μελέτη των ιδιοτήτων (φυσικών και χημικών) και των μεθόδων παρασκευής των στοιχείων , καθώς αυτά εξετάζονται κατά ομάδες αντί το καθένα χωριστά. Έτσι, μπορούμε να μιλάμε για τις γενικές ιδιότητες αλογόνων και όχι μόνο για το Cl, που είναι ένα αλογόνο. Ακόμα, μπορούμε να αναφερόμαστε στις γενικές μεθόδους παρασκευής των αλκαλίων και όχι ειδικά στις παρασκευές του Na.
- 3. Γιατί δίνει τη δυνατότητα πρόβλεψης της συμπεριφοράς ενός στοιχείου, για το είδος του δεσμού που μπορεί να δημιουργήσει, καθώς και για τη συμπεριφορά των ενώσεών του, με βάση τη συμπεριφορά των γειτονικών του στοιχείων. Π.χ. τα αλκάλια και οι αλκαλικές γαίες έχουν πολλά κοινά χαρακτηριστικά.

Στην ομάδα των αλογόνων (VIΙΑ) το CI$\_{2}$ είναι αέριο κιτρι -νοπράσινο, το Βr$\_{2}$ υγρό κα στανοκόκκινο και το I$\_{2}$ στερεό καστανόμαυρο. Χαρακτηρίζο -νται από την έντονή διαβρωτι κή τους δράση.
Ως αμέταλλα που είναι:
- - δεν έχουν μεταλλική λάμψη
- - δεν είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας και του ηλεκτρι -σμού
- - δεν είναι ελατά ή όλκιμα.
-  Τα μεταλλοειδή έχουν ενδι -άμεσες ιδιότητες μεταξύ με τάλλων και αμετάλλων, (π.χ. το Si έχει εξωτερική εμφάνιση μετάλλου και συμπεριφορά αμετάλλου). Αυτό τα καθιστά υλικά μοντέρνας τεχνολογί -ας π.χ. για την κατασκευή transistors, chips κλπ.

Mέταλλα Αμέταλλα Mεταλλοειδή

2.3 Γενικά για το χημικό δεσμό - Παράγοντες που καθορίζουν τη χημική συμπεριφορά του ατόμου. Είδη χημικών δεσμών (ιοντικός - ομοιοπολικός)

Τι είναι ο χημικός δεσμός; Πότε και γιατί δημιουργείται;
Το μεγαλύτερο μέρος, αν όχι ολόκληρο, του πλούτου του κόσμου που μας περιβάλλει πηγάζει από τις ενώσεις που σχηματίζονται με τη συνένωση των στοιχείων του περιοδικού πίνακα. Από τα εκατό περίπου στοιχεία προκύπτουν εκατομμύρια διαφορετικοί συνδυασμοί (χημικές ενώσεις), όπως από τους λίγους φθόγγους μιας γλώσσας παράγονται άπειρες λέξεις. Οι διασυνδέσεις αυτές των ατόμων προς σχηματισμό ενώσεων γίνονται μέσω των χημικών δεσμών. Ο χημικός δεσμός δηλαδή, με απλά λόγια, είναι η «κόλλα» που δένει τα άτομα (ή άλλες δομικές μονάδες της ύλης, π.χ. ιόντα) προς σχηματισμό ενώσεων ή ακόμα άλλων ομάδων ατόμων, όπως είναι τα πολυατομικά στοιχεία π.χ. S$\_{8}$.

- -Χημικός δεσμός δημιουργείται, όταν οι δομικές μονάδες της ύλης (άτομα, μόρια ή ιόντα) πλησιάσουν αρκετά, ώστε οι ελκτικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ τους (π.χ. μεταξύ του πυρήνα του ενός ατόμου και των ηλεκτρονίων του άλλου) να υπερβούν τις απωστικές δυνάμεις που αναπτύσσονται (π.χ. μεταξύ των πυρήνων ή μεταξύ των ηλεκτρονίων τους). Οι διασυνδέσεις αυτές των ατόμων γίνονται μέσω των ηλεκτρονίων σθένους, δηλαδή των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας . Μην ξεχνάτε ότι η ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων εμφανί -ζει μία περιοδικότητα, η οποία εκφράζεται στη διάταξη των στοιχείων στον περιοδικό πίνακα. Η δομή αυτή αντανακλάται στο είδος και την ισχύ των δεσμών που αναπτύσσονται μεταξύ των στοιχείων. Τέλος, θα πρέπει να τονιστεί ότι η δημιουργία του χημικού δεσμού οδηγεί το σύστημα σε χαμηλότερη ενέργεια, το κάνει δηλαδή σταθερότερο.

Παράγοντες που καθορίζουν τη χημική συμπεριφορά των ατόμων
Η χημική συμπεριφορά των στοιχείων καθορίζεται κατά κύριο λόγο από δύο παραμέτρους. Αυτές είναι:
- 1. τα ηλεκτρόνια σθένους
- 2. το μέγεθος του ατόμου (ατομική ακτίνα)
Τα θεμελιώδη αυτά χαρακτηριστικά του ατόμου θα εξεταστούν χωριστά και θα συσχετιστούν με τη χημική συμπεριφορά και κατ' επέκταση με το είδος του χημικού δεσμού που προκαλούν.
-  Περίπου 600 000 χιλιάδες ενώσεις παρασκευάζονται κάθε χρόνο.
-  Χημικός δεσμός είναι η δύ -ναμη που συγκροτεί τα άτομα (ή άλλες δομικές μονάδες της ύλης, π.χ. ιόντα) ενωμένα με -ταξύ τους.
-  Ηλεκτρόνια σθένους, τα «δυ -νατά» ηλεκτρόνια. Αυτά που έχουν το σθένος να κάνουν χημικούς δεσμούς.

Ηλεκτρόνια σθένους
Είναι γνωστό ότι η ηλεκτρονιακή δομή και κυρίως τα εξωτερικά ηλεκτρόνια (ηλεκτρόνια σθένους) ευθύνονται για τη χημική συμπεριφορά του ατόμου. Στοιχεία που έχουν συμπληρωμένη την εξωτερική στιβάδα του ατόμου τους με οκτώ ηλεκτρόνια (εκτός από τη στιβάδα Κ που συμπληρώνεται με δύο), δεν έχουν την τάση να σχηματίζουν χημικές ενώσεις. Στην κα -τηγορία αυτή ανήκουν τα ευγενή αέρια. Τα άτομα αυτών των στοιχείων βρίσκονται σε μία πολύ σταθερή ενεργειακή κατάσταση και η σταθερό -τητα αυτή αποδίδεται στην πληρότητα της εξωτερικής τους στιβάδας.

Άτομα άλλων στοιχείων που δε βρίσκονται στην ίδια μοίρα, που δεν έχουν δηλαδή στην εξωτερική τους στιβάδα οκτάδα ηλεκτρονίων (ή δυάδα αν πρόκειται για τη στιβάδα Κ), τείνουν να αποκτήσουν αυτή τη δομή, δηλαδή να «μοιάσουν» με τα ευγενή αέρια. Έτσι συνδέονται χη -μικά μεταξύ τους, αποβάλλοντας ή προσλαμβάνοντας ή συνεισφέροντας ηλεκτρόνια, ώστε να αποκτήσουν τη σταθερή ηλεκτρονική δομή των ευγενών αερίων (κανόνας των οκτώ) .
Παρακάτω δίνεται πίνακας με τα ηλεκτρόνια σθένους χαρακτηριστικών στοιχείων. Να σημειωθεί ότι τα ηλεκτρόνια μέχρι 4 είναι μονήρη (μοναχι -κά), ενώ από 5 και πάνω αρχίζουν τα ζευγάρια. Με βάση αυτό τον πίνακα μπορούμε να προσδιορίζουμε τους ηλεκτρονιακούς τύπους των ενώσεων.

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1 Ηλεκτρόνια σθένους στοιχείων που ανήκουν σε κύριες ομάδες του περιοδικού πίνακα

| ΙΑ   | ΙΙΑ   | ΙΙΙΑ   | Ι VA   | VA   | VIA   | VIIA   | Ευγενή αέρια   |
|------|-------|--------|--------|------|-------|--------|----------------|
| H    |       |        |        |      |       |        | He             |
| Li   | Be    | B      | C      | N    | O     | F      | Ne             |
| Na   | Mg    | AI     | Si     | P    | S     | Cl     | Ar             |
| K    | Ca    |        |        |      | Se    | Br     | Kr             |
| Rb   | Sr    |        |        |      | Te    | I      | Xe             |
| Cs   | Ba    |        |        |      |       |        |                |

Ένα στοιχείο της ομάδας ΙΑ των αλκαλίων, προφανώς έχει ένα μόνο ηλε -κτρόνιο στην εξωτερική του στιβάδα, το οποίο επιδιώκει να αποβάλλει, ώστε να αποκτήσει δομή ευγενούς αερίου. Κατ' αυτό τον τρόπο φορτίζεται θετικά (ηλεκτροθετικό στοιχείο). Με ανάλογο σκεπτικό, ένα στοιχείο της VIIA ομάδας του περιοδικού πίνακα, που έχει στην εξωτερική του στιβάδα επτά ηλεκτρόνια, τείνει να προσλάβει ένα ηλεκτρόνιο, ώστε να αποκτήσει δομή ευγενούς αερίου, οπότε και φορτίζεται αρνητικά (ηλε -κτραρνητικό στοιχείο). Έτσι μπορούμε να συμπεράνουμε ότι στοιχεία που έχουν «λίγα» ηλεκτρόνια στην εξωτερική τους στιβάδα έχουν την τάση να δίνουν ηλεκτρόνια, και αυτό συμβαίνει συνήθως με τα στοιχεία των ΙΑ, ΙΙΑ, και ΙΙΙΑ ομάδων του περιοδικού πίνακα. Αντίθετα, στοιχεία που

 Από τα μέσα της δεκαετίας του 60 παρασκευάστηκαν στο εργαστήριο, κάτω από ειδικές συνθήκες, ορισμένες ενώσεις ευγενών αερίων, όπως π.χ. XeF$\_{2}$, XeΟ$\_{4}$.

 Κανόνας των οκτώ :
τα άτομα έχουν την τάση να συμπληρώσουν τη στιβά -δα σθένους τους με οκτώ ηλεκτρόνια (εκτός αν είναι η στιβάδα Κ που συμπληρώ -νεται με δύο), ώστε να απο κτήσουν τη δομή ευγενούς αερίου.
έχουν «πολλά» ηλεκτρόνια στην εξωτερική τους στιβάδα έχουν τάση να παίρνουν ηλεκτρόνια, και αυτό συμβαίνει συνήθως με τα στοιχεία των VA, VIA και VIIA ομάδων του περιοδικού πίνακα.

Ατομική ακτίνα (το μέγεθος του ατόμου)
Το μέγεθος ενός ατόμου καθορίζει τη δύναμη με την οποία τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας συγκρατούνται από τον πυρήνα, αφού μεταξύ του θετικά φορτισμένου πυρήνα και των αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων ασκούνται δυνάμεις ηλεκτροστατικής φύσης (Coulomb). Συνεπώς, όσο πιο μικρό είναι ένα άτομο, τόσο πιο δύσκολα χάνει ηλεκτρόνια ή τόσο πιο εύκολα παίρνει ηλεκτρόνια (μεγάλη έλξη από τον πυρήνα). Αντίθε -τα, όσο πιο μεγάλο είναι ένα άτομο, τόσο πιο εύκολα χάνει ηλεκτρόνια ή τόσο πιο δύσκολα παίρνει ηλεκτρόνια (μικρή έλξη από τον πυρήνα).

Το μέγεθος ενός ατόμου είναι μία από τις πιο ομαλά μεταβαλλόμενες ιδιότητες στον περιοδικό πίνακα.
- -Κατά μήκος μιας περιόδου η ατομική ακτίνα ελαττώνεται από τα αριστερά προς τα δεξιά.
Αυτό συμβαίνει, γιατί όσο πηγαίνουμε προς τα δεξιά αυξάνει ο ατομικός αριθμός, κατά συνέπεια αυξάνει το θετικό φορτίο του πυρήνα, με αποτέλεσμα να μειώνεται η ακτίνα, λόγω μεγαλύτερης έλξης των ηλεκτρονίων από τον πυρήνα. Επίσης,
-Σε μία ομάδα η ατομική ακτίνα αυξάνεται από πάνω προς τα κάτω.
Όσο πηγαίνουμε προς τα κάτω προστίθενται στιβάδες στο άτομο, οπότε μεγαλώνει η απόσταση ηλεκτρονίων σθένους από τον πυρήνα, η έλξη μειώνεται, συνεπώς η ατομική ακτίνα αυξάνεται.

Μετά απ' αυτά φαίνεται ότι το καίσιο (Cs) χάνει πιο εύκολα ένα ηλεκτρόνιο απ' ότι το νάτριο (Na). Ομοίως, το χλώριο (Cl) παίρνει πιο εύκολα ένα ηλεκτρόνιο απ' ότι το ιώδιο (I).

Είδη χημικών δεσμών
Υπάρχουν δύο βασικά είδη χημικών δεσμών, ο ιοντικός ή ετεροπολικός δεσμός και ο ομοιοπολικός δεσμός . Πέρα όμως αυτών, υπάρχουν και άλλοι τύποι δεσμών, όπως είναι ο μεταλλικός δεσμός (που εμφανίζεται στα μέταλλα ή κράματα), οι δεσμοί Van der Waals (που αναπτύσσονται μεταξύ των μορίων) κλπ.

Ιοντικός ή ετεροπολικός δεσμός
- -Ο ιοντικός ή ετεροπολικός δεσμός, όπως υποδηλώνει το όνομά του, αναπτύσσεται μεταξύ ετεροατόμων, συνήθως μεταξύ ενός μετάλλου (στοιχείου δηλαδή που έχει την τάση να αποβάλλει ηλεκτρόνια) και ενός αμετάλλου (στοιχείου δηλαδή που έχει την τάση να προσλαμβάνει ηλεκτρόνια). Ο δεσμός αυτός απορρέει από την έλξη αντίθετα φορτισμένων ιόντων, κατιόντων (που είναι θετικά φορτισμένα) και ανιόντων (που είναι αρνητικά φορτισμένα). Τα ιόντα αυτά σχηματίζονται με μεταφορά ηλεκτρονίων, π.χ. από το μέταλλο στο αμέταλλο.

Η ατομική ακτίνα ορίζεται ως το μισό της απόστασης με -ταξύ των πυρήνων δύο γει τονικών ατόμων στοιχείου, που βρίσκονται σε στερεή κρυσταλλική κατάσταση.
Η ατομική ακτίνα των στοι -χείων στον περιοδικό πίνακα αυξάνεται από δεξιά προς τα αριστερά και από πάνω προς τα κάτω.
Br (114 pm)
Οι ατομικές ακτίνες των αλο -γόνων.
Με άλλα λόγια, κατά το σχηματισμό ιοντικού δεσμού μεταξύ δύο ατόμων, το ένα άτομο αποβάλλει 1 έως 3 ηλεκτρόνια, παίρνοντας έτσι τη μορφή κατιόντος (θετικό ιόν). Αντίθετα, το άλλο άτομο προσλαμβάνει 1 έως 3 ηλεκτρόνια, παίρνοντας έτσι τη μορφή ανιόντος (αρνητικό ιόν). Τα ιόντα που σχηματίζονται έλκονται μεταξύ τους με ηλεκτροστατικές δυνάμεις Coulomb και διατάσσονται στο χώρο σε κανονικά γεωμετρικά σχήματα, τους ιοντικούς κρυστάλλους.

Ας δούμε όμως, πώς σχηματίζεται η ιοντική ένωση LiF από το μέταλλο λίθιο ($\_{3}$Li) και το αμέταλλο φθόριο ($\_{9}$F).
Η ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων είναι: $\_{3}$Li (2,1) και $\_{9}$F (2,7)
Όταν τα δύο άτομα πλησιάσουν κοντά το ένα στο άλλο, μεταφέρε -ται ένα ηλεκτρόνιο από το άτομο του Li στο άτομο του F και κατ' αυτό τον τρόπο αποκτούν δομή ευγενούς αερίου, μεταπίπτοντας σε αντίθετα φορτισμένα ιόντα, δηλαδή έχουμε: Li $^{+}$ (2) και F$^{-}$ (2,8), όπως φαίνεται σχηματικά παρακάτω:
ΣΧΗΜΑ 2.3 Διαγραμματική απεικόνιση σχηματισμού της ιοντικής ένωσης LiF από Li και F.

Παρατηρήστε στο παραπάνω σχήμα ότι η αποβολή ενός ηλεκτρονίου από ένα άτομο Li οδηγεί σε μείωση της ατομικής του ακτίνας. Γι' αυτό και τα κατιόντα έχουν πάντοτε μικρότερο μέγεθος από τα αντίστοιχα ουδέτερα άτομα. Αντίθετα, η πρόσληψη ηλεκτρονίου από ένα ουδέτερο άτομο οδηγεί σε αύξηση της ατομικής του ακτίνας, γι' αυτό και τα ανιόντα έχουν πάντοτε μεγαλύτερο μέγεθος από τα αντίστοιχα ουδέτερα άτομα.
Με ανάλογο τρόπο σχηματίζεται η ιοντική ένωση NaCl από το νάτριο ($\_{11}$Na) και χλώριο ($\_{17}$Cl). Η ηλεκτρονιακή δομή του ατόμου του νατρίου είναι: $\_{11}$Na (2,8,1). Με αποβολή του ηλεκτρονίου σθένους, το άτομο του Na αποκτά τη δομή (2,8), δηλαδή τη δομή ευγενούς αερίου
-  Όσο μεγαλώνει η ατομική ακτίνα και μικραίνει ο αριθμός ηλεκτρονίων σθένους, τόσο αυξάνεται η ευκολία του ατό -μου για αποβολή ηλεκτρο νίων. Δηλαδή, αυξάνεται ο ηλεκτροθετικός (μεταλλικός) χαρακτήρας του στοιχείου.
-  Αντίθετα, όσο ελαττώνεται η ατομική ακτίνα και αυξάνε -ται ο αριθμός ηλεκτρονίων σθένους, τόσο μεγαλώνει η ευκολία πρόσληψης ηλε -κτρονίων από ένα άτομο. Δηλαδή, αυξάνεται ο ηλε -κτραρνητικός (μη μεταλλι κός) χαρακτήρας του στοι -χείου.
-  Ετεροπολικός δεσμός είναι οι δυνάμεις ηλεκτροστατικής φύσης που συγκρατούν τα κατιόντα και ανιόντα στις ιο -ντικές ενώσεις

(του νέου). Έτσι προκύπτει το κατιόν του νατρίου: Na → Na $^{+}$ + e$^{-}$.
Η ηλεκτρονιακή δομή του ατόμου του χλωρίου είναι: $\_{17}$Cl (2,8,7). Με πρόσληψη του ενός ηλεκτρονίου που απέβαλε το Na, το άτομο του Cl αποκτά δομή (2,8,8), δηλαδή δομή ευγενούς αερίου (του αργού). Έτσι προκύπτει το ανιόν του χλωρίου: Cl + e $^{-}$→ Cl $^{-}$.
ΣΧΗΜΑ 2.4 Εικονική παρουσίαση του σχηματισμού της ιοντικής ένωσης NaCI από Na και CI με μεταφορά ηλεκτρονίων.
Τέλος, τα ιόντα που σχηματίζονται συγκρατούνται με ισχυρές ηλεκτρο -στατικές δυνάμεις σε ορισμένες θέσεις στον κρύσταλλο του NaCl. Στον κρύσταλλο αυτό οι δυνάμεις Coulomb ασκούνται προς όλες τις διευθύν -σεις. Έτσι, τα ιόντα συσσωρεύονται, ώστε το κάθε κατιόν να περιβάλ λεται από έξι ανιόντα και κάθε ανιόν να περιβάλλεται από έξι κατιόντα. Αυτή η «συσσωρευμένη» κατάσταση εξασφαλίζει την ελάχιστη ενέργεια στο σύστημα, δηλαδή τη μέγιστη σταθερότητα. Επομένως, στις ιοντικές ενώσεις δεν υπάρχει η έννοια του μορίου . Ο δε χημικός τύπος, πχ. NaCl, δείχνει την απλούστερη ακέραια αναλογία κατιόντων και ανιόντων στον κρύσταλλο.

ΣΧΗΜΑ 2.5 Εικονική παρουσίαση του σχηματισμού στερεού χλωριούχου νατρίου (κοινό επιτραπέζιο αλάτι) από στερεό νάτριο και αέριο χλώριο.
-  Δεν είναι απαραίτητο να συμπίπτει ο αριθμός των ηλεκτρονίων που αποβάλλει το ένα άτομο με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που προ -σλαμβάνει το άλλο άτομο.
-  Κανόνας των οκτώ: τα άτομα έχουν την τάση να συμπληρώσουν τη στιβά -δα σθένους τους με οκτώ ηλεκτρόνια (εκτός αν είναι η στιβάδα Κ που συμπληρώ -νεται με δύο), ώστε να απο κτήσουν τη δομή ευγενούς αερίου.
-  Επειδή στις ιοντικές ενώ -σεις δεν υπάρχει η έννοια του μορίου, γι' αυτό ορισμέ -νες φορές χρησιμοποιείται ο όρος τυπική μάζα αντί της σχετικής μοριακής μάζας ή τυπικό βάρος αντί του μορι -ακού βάρους.

Ενέργεια
ΣΧΗΜΑ 2.6 Σχηματισμός κρυστάλλου NaCI από Na( s ) και Cl$\_{2}$ ( g ). Παρατηρήστε ότι τα ιόντα Na$^{+}$, που προκύπτουν με αποβολή ηλεκτρονίων, έχουν μικρότερο μέγεθος από τα άτομα Na (αργυρόχρωμες σφαίρες), ενώ τα ανιόντα CI $^{-}$ που προκύπτουν με πρόσληψη ηλεκτρονίων έχουν μεγαλύτερο μέγεθος από τα άτομα CI (κιτρινοπράσινες σφαίρες). Επίσης μη ξεχνάτε ότι ο ιοντικός δεσμός οδηγεί το σύστημα σε χαμηλότερη ενέργεια, όπως παραστατικά παρουσιάζεται στο σχήμα.
ΣΧΗΜΑ 2.7 Απεικόνιση του κρυστάλλου NaCI (συμπαγή μορφή). Το τελευταίο σχήμα δίνει τη φωτογραφική εικόνα του NaCI, όπως εμφανίζεται στον μακρόκοσμο.

Χαρακτηριστικά ιοντικών ή ετεροπολικών ενώσεων
Τα βασικά χαρακτηριστικά των ιοντικών ενώσεων είναι:
- 1. Ιοντικές ενώσεις είναι κατά πλειονότητα τα οξείδια των μετάλλων, τα υδροξείδια των μετάλλων και τα άλατα.
- 2. Στις ιοντικές ή ετεροπολικές ενώσεις δεν υπάρχουν μόρια. Σχηματίζε -ται κρύσταλλος του οποίου οι δομικές μονάδες είναι τα ιόντα (ιοντικός κρύσταλλος).
- 3. Οι ιοντικές ενώσεις έχουν υψηλά σημεία τήξεως λόγω των ισχυρών δυνάμεων Coulomb, που συγκρατούν τα ιόντα τους στον κρύσταλλο. Π.χ. το κοινό αλάτι (χλωριούχο νάτριο) τήκεται περίπου στους 800 °C.
- 4. Οι κρύσταλλοί τους είναι σκληροί και εύθραυστοι και όχι ελατοί και όλκιμοι, όπως είναι οι κρύσταλλοι των μετάλλων.
- 5. Σε αντίθεση με τους κρυστάλλους των μετάλλων (μεταλλικά κρυσταλλικά πλέγματα), οι ιοντικές ενώσεις σε στερεά κατάσταση είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. Όμως, τα τήγματα και τα υδατικά τους διαλύματα άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα (βλέπε σχήματα δίπλα και κάτω).
- 6. Πολλές ιοντικές ενώσεις είναι ευδιάλυτες στο νερό.

ΣΧΗΜΑ 2.8 Με τήξη ο κρύσταλλος NaCI «σπάζει», οπότε τα ιόντα κινούνται ελεύθερα (καλός αγωγός του ηλεκτρισμού).

Ομοιοπολικός δεσμός
Ας παρακολουθήσουμε τώρα πώς σχηματίζεται ο ομοιοπολικός δεσμός. Όταν η χημική ένωση δεν περιλαμβάνει μεταλλικό στοιχείο, το απαιτού -μενο ποσό ενέργειας για την εξαγωγή ηλεκτρονίων είναι πολύ μεγάλο, και επομένως ο σχηματισμός ιοντικής ένωσης είναι μάλλον αδύνατος. Το καλύτερο που μπορεί να συμβεί στις περιπτώσεις αυτές είναι τα άτομα να διατηρήσουν ουσιαστικά τα ηλεκτρόνιά τους και να συνάψουν ταυτόχρονα μία συμφωνία «συνιδιοκτησίας» μεταξύ τους, να σχηματίσουν δηλαδή κοινά ζευγάρια ηλεκτρονίων.

Η διάλυση του NaCl( s ) στο νερό προκαλεί διάσταση στον κρύσταλλο, οπότε τα ιόντα κινούνται ελεύθερα (καλός αγωγός του ηλεκτρι -σμού).
 Ημιπολικό δεσμό (ή δοτικό ομοιοπολικό) έχουμε όταν το κοινό ζεύγος ηλεκτρονί -ων προσφερθεί από το ένα μόνο άτομο.
- -Όταν δύο γειτονικά άτομα κατέχουν από κοινού ένα ζευγάρι ηλεκτρονίων, λέμε ότι συνδέονται μέσω ενός ομοιοπολικού δεσμού.
Το κοινό αυτό ζευγάρι ηλεκτρονίων δεν περιορίζεται σε ένα άτομο, αλλά απλώνεται σαν δίχτυ, περιβάλλοντας και τα δύο άτομα. Είναι δυνατόν επίσης τα άτομα να μοιράζονται περισσότερα από δύο ηλεκτρόνια. Κατά συνέπεια, τα άτομα είναι δυνατό να συνδέονται με απλό δεσμό (ένα κοινό ζευγάρι ηλεκτρονίων) ή με διπλό δεσμό (δύο κοινά ζευγάρια ηλεκτρονίων) ή με τριπλό δεσμό (τρία κοινά ζευγάρια ηλεκτρονίων).

- -Με ομοιοπολικό δεσμό, όπως υποδηλώνει και το όνομά του, μπορούν να συνδεθούν άτομα του ίδιου στοιχείου (αμέταλλα) ή διαφορετικών στοιχείων (συνήθως αμέταλλα).
Μη ξεχνάμε ότι, όπως στην περίπτωση ιοντικών ενώσεων, ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται μόνο όταν το σύστημα οδηγείται σε χαμηλότερη ενεργειακή στάθμη, οπότε έχουμε σταθερότερη δομή.
Ας δούμε τώρα πώς μπορούν να συνδεθούν δύο άτομα υδρογόνου, για να σχηματίσουν το μόριο του υδρογόνου. Κάθε άτομο υδρογόνου αμοιβαία συνεισφέρει το μοναδικό μονήρες ηλεκτρόνιο που διαθέτει, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός κοινού ζεύγους ηλεκτρονίων, δηλαδή ενός ζεύγους που να ανήκει και στα δύο άτομα. Κατ' αυτό τον τρόπο τα δύο άτομα αποκτούν δομή ευγενούς αερίου.

Η . + . Η Η : Η
Με ανάλογο τρόπο μπορούμε να μελετήσουμε το σχηματισμό του μορίου του υδροχλωρίου (HCl) από ένα άτομο $\_{1}$Η και ένα άτομο$\_{ 17}$Cl. Τα δύο άτομα αμοιβαία συνεισφέρουν τα μονήρη (μοναχικά) ηλεκτρόνιά τους προς σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού. Κατ' αυτό τον τρόπο τα δύο άτομα αποκτούν δομή ευγενούς αερίου.
Η . + . Cl : H : Cl : Η -Cl : :
Οι παραπάνω παραστάσεις, που δείχνουν την κατανομή των ηλεκτρο -νίων σθένους στο μόριο, καθώς και το σχηματισμό των ομοιοπολικών δεσμών, ονομάζονται ηλεκτρονιακοί τύποι . Με βάση τον ηλεκτρονιακό τύπο παρατηρούμε ότι στο μόριο του HCl έχουμε τρία μη δεσμικά ζεύγη ηλεκτρονίων (ηλεκτρόνια που δε συμμετέχουν στο σχηματισμό δεσμών) και ένα δεσμικό, τον ομοιοπολικό δεσμό. Ο ομοιοπολικός αυτός δεσμός μπορεί να παρασταθεί και με μία παύλα.

Στο σημείο αυτό καλό είναι να κάνουμε μία σύντομη αναφορά στην έννοια της ηλεκτραρνητικότητας. Ηλεκτραρνητικότητα στοιχείου ονο -μάζεται η τάση του ατόμου στοιχείου να έλκει ηλεκτρόνια, όταν αυτό συμμετέχει στο σχηματισμό πολυατομικών συγκροτημάτων.
Αν τα άτομα που σχηματίζουν τον ομοιοπολικό δεσμό είναι όμοια μεταξύ τους, όπως π.χ. στο μόριο του Η$\_{2}$, τότε το κοινό ζεύγος ηλεκτρο -νίων του ομοιοπολικού δεσμού έλκεται εξ ίσου από τους πυρήνες των δύο ατόμων, οπότε έχουμε ομοιόμορφη κατανομή του κοινού ζεύγους των ηλεκτρονίων μεταξύ των δύο ατόμων. Στην περίπτωση αυτή έχουμε ένα μη πολικό (μη πολωμένο) ομοιοπολικό δεσμό.

- Ο σχηματισμός ομοιοπολι -κού δεσμού οδηγεί το σύστη μα σε χαμηλότερη ενέργεια, όπως φαίνεται σχηματικά στην περίπτωση του σχη -ματισμού του μορίου του υδρογόνου. Αντίθετα, για να διασπαστεί ένας δεσμός απαιτείται ενέργεια (ενέργεια δεσμού). Όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια αυτή, τόσο πιο ισχυρός είναι ο δεσμός.
-  Γενικώς τα άτομα αμετάλ -λων ενώνονται με ομοιοπο λικό δεσμό.
-  Οι ηλεκτρονικοί τύποι των μορίων μάς δείχνουν ό,τι και οι μοριακοί τύποι (από ποια άτομα και με ποια αναλογία συγκροτείται το μόριο), και επιπλέον την κατανομή των ηλεκτρονίων σθένους ατόμων.
-  Ηλεκτραρνητικότητα ενός ατόμου είναι η δύναμη (τάση) με την οποία το άτομο έλκει ηλεκτρόνια μέσα στο μόριο των ενώσεων με άλλα άτο -μα. Να σημειωθεί ότι, όσο η ατομική ακτίνα μειώνεται και ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους αυξάνεται, τόσο η τιμή της ηλεκτραρνητικότη -τας αυξάνει.

Δε συμβαίνει όμως το ίδιο, όταν τα άτομα του μορίου είναι διαφορετι -κά, π.χ. στο μόριο του HCl. Στην περίπτωση αυτή το κοινό ζεύγος των ηλεκτρονίων έλκεται περισσότερο από το ηλεκτραρνητικότερο άτομο, π.χ. Cl. Έτσι, έχουμε ανομοιόμορφη κατανομή του κοινού ζεύγους των ηλεκτρονίων, με μεγαλύτερο ποσοστό προς την πλευρά του ηλεκτραρνη -τικότερου (π.χ. Cl). Στην περίπτωση αυτή ο δεσμός ονομάζεται πολικός (πολωμένος) ομοιοπολικός δεσμός . Είναι μάλιστα προφανές πως όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ των ατόμων, τόσο πιο πολωμένος είναι ο ομοιοπολικός δεσμός.

ΣΧΗΜΑ 2.9 Ο πολικός ομοιοπολικός δεσμός (μέσο) αποτελεί μία ενδιάμεση κατά -σταση μεταξύ του μη πολικού (αριστερά) και του ιοντικού δεσμού (δεξιά).
Παρακάτω δίνονται οι ηλεκτρονικοί τύποι των πολυατομικών μορίων, νερού (Η$\_{2}$Ο) και αμμωνίας (ΝΗ$\_{3}$), καθώς και των μορίων με πολλαπλούς ομοιοπολικούς δεσμούς, διοξειδίου του άνθρακα (CO$\_{2}$) και αζώτου (Ν$\_{2}$). Να παρατηρήσουμε ότι σε όλες τις περιπτώσεις, πλην της τελευταίας, οι δεσμοί είναι ομοιοπολικοί πολικοί. Επίσης να σημειώσουμε ότι ο διπλός και τριπλός δεσμός συγκροτείται από δύο ή τρία κοινά ζεύγη ηλεκτρο -νίων, αντίστοιχα.

-  Οι καθαρά ομοιοπολικοί και καθαρά ιοντικοί δεσμοί είναι ακραίες περιπτώσεις. Οι περισσότεροι δεσμοί είναι ενδιάμεσου χαρακτήρα.
-  Η πόλωση ενός ομοιοπολι -κού δεσμού υποδηλώνει την ύπαρξη ιοντικού χαρακτήρα στον ομοιοπολικό δεσμό.
Μοριακά μοντέλα ομοιο -πολικών ενώσεων

Χαρακτηριστικά ομοιοπολικών ή μοριακών ενώσεων
- 1. Οι μοριακές ενώσεις διαφέρουν εντυπωσιακά από τις ιοντικές, είναι δηλαδή διακριτά συμπλέγματα ατόμων (μόρια) και όχι εκτενή συσσωμα -τώματα (κρύσταλλοι). Επιπλέον, οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων είναι ασθενείς σε σχέση με αυτές μεταξύ των ιόντων στο κρυσταλλικό πλέγμα. Γι' αυτό οι μοριακές ενώσεις σχηματίζουν μαλακά στερεά με χαμηλά σημεία τήξεως, ή υγρά με χαμηλά σημεία βρασμού, ή αέρια σώ -ματα. Υπάρχουν βέβαια περιπτώσεις στις οποίες τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους και σχηματίζουν μεγαλομόρια, όπως είναι το διαμάντι ή ο γραφίτης, τα οποία χαρακτηρίζονται από εξαιρετική σκληρότητα και πολύ υψηλά σημεία τήξεως.
- 2. Ομοιοπολικές ενώσεις είναι κατά το πλείστον οι ενώσεις μεταξύ αμε -τάλλων, π.χ. οξέα, οξείδια αμετάλλων κλπ.
- 3. Σε καθαρή κατάσταση είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού, ενώ τα υδατικά διαλύματα ορισμένων ομοιοπολικών ενώσεων (π.χ. οξέων) άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα.

ΣΧΗΜΑ 2.11 Ο γραφίτης (πάνω) και το διαμάντι (κάτω) αποτελούν χαρα -κτηριστικά παραδείγματα κρυσταλλικών στερεών των οποίων τα άτομα συνδέ -ονται με ομοιοπολικούς δεσμούς (ομοιοπολικοί κρύσταλλοι).

2.4 Η γλώσσα της χημείας - Αριθμός οξείδωσης Γραφή χημικών τύπων και εισαγωγή στην ονοματο -λογία των ενώσεων

Εισαγωγή
Η γλώσσα της χημείας είναι η πλουσιότερη γλώσσα. Έχει να κάνει με τουλάχιστον δέκα εκατομμύρια γνωστές ενώσεις και ο αριθμός αυτός αυξάνεται ραγδαία. Περίπου 600 000 νέες ενώσεις παρασκευάζονται κάθε χρόνο. Σκεφθείτε για σύγκριση ότι η αγγλική γλώσσα δεν ξεπερνά τις 500 000 λέξεις.
Στην αρχή τα ονόματα δίνονταν κατά το πλείστον με βάση την προέλευση ή τις ιδιότητες της ένωσης, π.χ. το χρώμα. Μερικά απ' αυτά «αντέχουν» μέχρι σήμερα, πχ. οινόπνευμα ή άκουα φόρτε (δυνατό νερό, το νιτρικό οξύ). Λίγο αργότερα, με την αύξηση του αριθμού των ενώσεων, επικράτησε πλήρης σύγχυση, μέχρις ότου στις αρχές του 19$^{ου}$ αιώνα ο σπουδαίος χημικός Berzelius έδωσε τους συμβολισμούς των χημικών στοι -χείων και άνοιξε το δρόμο για τη συστηματική μελέτη της ονοματολογίας.

Στις ημέρες μας η Διεθνής Ένωση Θεωρητικής και Εφαρμοσμένης Χημείας (IUPAC) έχει επιφορτιστεί με το έργο της εναρμόνισης της διεθνούς αυτής «γλώσσας», με θέσπιση από καιρό σε καιρό νέων συμπληρωματικών κανόνων που να καλύπτουν τις νέες εξελίξεις και έχουν παγκόσμια ισχύ.

Χημικά σύμβολα, το αλφαβητάρι της χημείας
Τα χημικά σύμβολα είναι συντομογραφίες των ονομάτων των 112 στοι -χείων. Τα σύμβολα αυτά προέρχονται συνήθως από το πρώτο ή τα δύο πρώτα γράμματα του αγγλικού ή του λατινικού ονόματος του στοιχείου. Τα σύμβολα και τα ονόματα των στοιχείων δίνονται στο παράρτημα, στον πίνακα των σχετικών ατομικών μαζών (ατομικών βαρών).

Χημικοί τύποι ενώσεων, το λεξιλόγιο της χημείας
Οι χημικοί τύποι αποτελούν τα σύμβολα των χημικών ενώσεων. Οι χημικοί τύποι διακρίνονται σε διάφορα είδη ανάλογα με τις πληροφορίες που δίνουν για τις ενώσεις τις οποίες συμβολίζουν. Οι μοριακοί τύποι , που χρησιμοποιούνται συνήθως στην ανόργανη χημεία, μας δείχνουν:
- 1. από ποια στοιχεία αποτελείται η ένωση
- 2. τον ακριβή αριθμό των ατόμων στο μόριο της ένωσης.
Να σημειωθεί ότι η οργανική χημεία περιλαμβάνει τις ενώσεις του άν -θρακα πλην του CO, CO$\_{2}$, H$\_{2}$CO$\_{3}$ και ανθρακικών αλάτων.

Για τη γραφή και την ονομασία των μοριακών τύπων είναι απαραίτητη η γνώση των κυριότερων ιόντων καθώς και η εκμάθηση των συνηθέστερων αριθμών οξείδωσης των στοιχείων στις ενώσεις τους. Αυτά εκτίθενται αμέσως παρακάτω:
Berzelius (1779-1848)
Σουηδός γιατρός. Η αγάπη του για τις φυσικές επιστή -μες τον έστρεψε προς την ιατρική, το μόνο κατάλληλο πεδίο εκείνη την εποχή για όποιον ενδιαφερόταν να σπουδάσει χημεία. Γιγαντι -αίο ήταν το ερευνητικό του έργο. Σε μια εποχή όπου οι δημοσιεύσεις ήταν λιγοστές, αυτός δημοσίευσε 250 πε -ρίπου πρωτότυπα άρθρα, εκτός από βιβλία. Ανακάλυ -ψε νέα στοιχεία και προσ -διόρισε με σχολαστικότητα τις σχετικές ατομικές μάζες όλων των τότε γνωστών στοιχείων (43). Εφηύρε τη «χημική αλφάβητο», εισά -γοντας τις συντομογραφίες των στοιχείων, που έκτοτε χρησιμοποιούνται στη διε -θνή γλώσσα της χημείας.

Οι τύποι των ιόντων και οι ονομασίες τους
Τα ιόντα ως γνωστό είναι φορτισμένα άτομα, π.χ. Na $^{+}$, S$^{2-}$, ή φορτισμένα συγκροτήματα ατόμων, π.χ. ΝΗ$\_{4}$ $^{+}$, SO4$^{2-}$. Αυτά που έχουν θετικό φορτίο λέγονται κατιόντα, ενώ αυτά που έχουν αρνητικό φορτίο λέγονται ανιόντα. Οι ονομασίες και οι συμβολισμοί των κυριότερων μονοατομικών και πολυατομικών ιόντων δίνονται στους παρακάτω πίνακες:

Πίνακας 2.3 Ονοματολογία των κυριότερων μονοατομικών ιόντων

| Cl -   | χλωριούχο ή χλωρίδιο   | Ο 2-   | οξυγονούχο ή οξείδιο   |
|--------|------------------------|--------|------------------------|
| Br -   | βρωμιούχο ή βρωμίδιο   | S 2-   | θειούχο ή σουλφίδιο    |
| I -    | ιωδιούχο ή ιωδίδιο     | Ν 3-   | αζωτούχο ή νιτρίδιο    |
| F -    | φθοριούχο ή φθορίδιο   | Ρ 3-   | φωσφορούχο ή φωσφίδιο  |
| -      | υδρογονούχο ή υδρίδιο  |        | Η                      |
| -      |                        |        |                        |

Πίνακας 2.4 Ονοματολογία των κυριότερων πολυατομικών ιόντων

| ΝΟ$\_{3}$ -   | νιτρικό    | CN -        | κυάνιο (κυανίδιο)   | HCO$\_{3}$ -         | όξινο ανθρακικό    |
|--------------|------------|-------------|---------------------|---------------------|--------------------|
| CO$\_{3}$ 2-  | ανθρακικό  | ClO$\_{4}$ - | υπερχλωρικό         | ΗΡΟ$\_{4}$ 2-        | όξινο φωσφορικό    |
| SO$\_{4}$ 2-  | θειικό     | ClO$\_{3}$ - | χλωρικό             | Η$\_{2}$ΡΟ$\_{4}$ -   | δισόξινο φωσφορικό |
| ΡO$\_{4}$ 3-  | φωσφορικό  | ClO$\_{2}$ - | χλωριώδες           | ΜnO$\_{4}$ -         | υπερμαγγανικό      |
| ΟΗ -         | υδροξείδιο | ClO -       | υποχλωριώδες        | Cr$\_{2}$ O$\_{7}$ 2- | διχρωμικό          |
| ΝΗ$\_{4}$ +   | αμμώνιο    | HSO$\_{4}$ - | όξινο θειικό        | CrO$\_{4}$ 2-        | χρωμικό            |

Αριθμός οξείδωσης
Ο αριθμός οξείδωσης (Α.Ο.) είναι μία συμβατική έννοια που επινοήθηκε για να διευκολύνει, μεταξύ άλλων, τη γραφή των χημικών τύπων.
- -Αριθμός οξείδωσης ενός ατόμου σε μία ομοιοπολική ένωση ορίζεται το φαινομενικό φορτίο που θα αποκτήσει το άτομο, αν τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων αποδοθούν στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο. Αντίστοιχα, αριθμός οξείδωσης ενός ιόντος σε μια ιοντική ένωση είναι το πραγματικό φορτίο του ιόντος.
Οι συνηθέστεροι αριθμοί οξείδωσης στοιχείων σε ενώσεις είναι αυτοί που αναγράφονται στον παρακάτω πίνακα:

-  Ανάλογα πολυατομικά ιόντα με αυτά του CI σχηματίζουν το Br, και το I, π.χ. ΒrO$\_{3}$ -βρωμικό ιόν.

Πίνακας 2.5 Συνήθεις τιμές Α.Ο. στοιχείων σε ενώσεις τους

| Μέταλλα        | Μέταλλα    | Αμέταλλα   | Αμέταλλα           |
|----------------|------------|------------|--------------------|
| Κ, Na, Ag      | +1         | F          | -1                 |
| Ba, Ca, Mg, Zn | +2         | H          | +1 (-1)            |
| Al             | +3         | O          | -2 (-1, +2)        |
| Cu, Hg         | +1, +2     | Cl, Br, I  | -1(+1, +3, +5, +7) |
| Fe, Ni         | +2, +3     | S          | -2 (+4, +6)        |
| Pb, Sn         | +2, +4     | Ν, P       | -3 (+3, +5)        |
| Mn             | +2, +4, +7 | C, Si      | -4, +4             |
| Cr             | +3,+6      |            |                    |

Για τον υπολογισμό των αριθμών οξείδωσης στοιχείων σε ενώσεις ακολουθούμε τους παρακάτω πρακτικούς κανόνες:
- 2. Το Η στις ενώσεις του έχει Α.Ο ίσο με +1, εκτός από τις ενώσεις του με τα μέταλλα (υδρίδια) που έχει -1.
- 1. Κάθε στοιχείο σε ελεύθερη κατάσταση έχει Α.Ο. ίσο με το μηδέν.
- 3. To F στις ενώσεις του έχει πάντοτε Α.Ο ίσο με -1.
- 5. Τα αλκάλια, π.χ. Na, Κ, έχουν πάντοτε Α.Ο. +1, και οι αλκαλικές γαίες, π.χ. Ba, Ca, έχουν πάντοτε Α.Ο. +2 .
- 4. Το Ο στις ενώσεις του έχει Α.Ο ίσο με -2, εκτός από τα υπεροξείδια (που έχουν την ομάδα -Ο-Ο-), στα οποία έχει -1, και την ένωση OF$\_{2}$ (οξείδιο του φθορίου), στην οποία έχει +2.
- 6. Το αλγεβρικό άθροισμα των Α.Ο όλων των ατόμων σε μία ένωση είναι ίσο με το μηδέν.
- 7. Το αλγεβρικό άθροισμα των Α.Ο όλων των ατόμων σε ένα πολυατομικό ιόν είναι ίσο με το φορτίο του ιόντος.

Παράδειγμα 2.4
Να υπολογισθούν οι αριθμοί οξείδωσης:
β) του Ρ στο φωσφορικό ιόν (ΡΟ$\_{4}$$^{3-}$)
α) του S στο θειικό οξύ (H$\_{2}$SO$\_{4}$)

ΑΠΑΝΤΗΣΗ
2(+1) + x + 4(-2) = 0 x = + 6
x + 4(-2) = -3 = +
x + 4(-2) = -3 = +
α) Οι αριθμοί οξείδωσης για το Η είναι +1 και για το Ο είναι -2, άρα έχουμε: ⟹
β) Για το Ο ο αριθμός οξείδωσης είναι -2, άρα έχουμε:
δηλαδή, ο Α.Ο. του Ρ στο φωσφορικό ιόν είναι +5.

Εφαρμογή
Να υπολογίσετε τους αριθμούς οξείδωσης:
α) του χρωμίου (Cr) στο διχρωμικό κάλιο (K$\_{2}$Cr$\_{2}$O$\_{7}$) και
β) του άνθρακα (C) στο ανθρακικό ιόν (CO$\_{3}$$^{2-}$).

Γραφή μοριακών τύπων ανόργανων χημικών ενώσεων
Κατ' αρχάς δεχόμαστε ότι η ανόργανη ένωση αποτελείται από δύο μέρη, που μπορεί να είναι άτομα ή ιόντα. Αν το πρώτο μέρος, π.χ. Α, έχει θετικό αριθμό οξείδωσης + x, ενώ το δεύτερο τμήμα Β έχει αριθμό οξείδωσης -ψ, τότε ο μοριακός τύπος της ένωσης είναι Α$\_{ψ}$Β$\_{x}$.
Να παρατηρήσουμε ότι:
α. αν κάποιος δείκτης είναι 1, τότε αυτός παραλείπεται.
β. αν ο λόγος ψ:x απλοποιείται, τότε προηγείται απλοποίηση πριν από τη γραφή του μοριακού τύπου.

Παράδειγμα 2.5
Να γραφούν οι μοριακοί τύποι των ενώσεων που αποτελούνται από:
α) Αl$^{+3}$ και SO$\_{4}$$^{2-}$ β) Sn$^{4+}$ και Ο$^{2-}$.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ
α) Al$\_{2}$(SO$\_{4}$)$\_{3}$
β)Sn$\_{2}$O$\_{4}$ → SnO$\_{2}$.

Εφαρμογή
Να γραφούν οι μοριακοί τύποι των ενώσεων που αποτελούνται από: α) Ca$^{2+}$ και CO$\_{3}$$^{2-}$.
β) Fe$^{3+}$ και S$^{2-}$.

Ονοματολογία ανόργανων χημικών ενώσεων
Η χημική γλώσσα, τέλος, ολοκληρώνεται με την ονοματολογία των ενώσεων. Σε γενικές γραμμές η ονοματολογία των ενώσεων αποτελεί συνδυασμό των ονομάτων των δύο τμημάτων (A, Β) της ένωσης. Να παρατηρήσου -με ότι στην Ελλάδα, σε αντίθεση με τις οδηγίες της IUPAC, οι ενώσεις διαβάζονται αντίθετα από ότι γράφονται. Δηλαδή, το δεύτερο τμήμα της ένωσης διαβάζεται πρώτο και το πρώτο τμήμα αυτής δεύτερο. Οι κανόνες που παρατίθενται παρακάτω αφορούν την ονομασία ανόργανων ενώσεων, με την προϋπόθεση ότι γνωρίζουμε το μοριακό τύπο αυτών.

α. Οι ενώσεις των μετάλλων (ή του ιόντος ΝΗ$\_{4}$ $^{+}$) με πολυατομικό ανιόν ονομάζονται με το όνομα του ανιόντος πρώτο και το όνομα του μετάλ -λου (ή ΝΗ$\_{4}$ $^{+}$) μετά. Επίσης, οι ενώσεις του υδρογόνου με πολυατομικά ανιόντα ονομάζονται με το όνομα του ανιόντος πρώτο και τη λέξη «οξύ» μετά. Π.χ.
K$\_{2}$CO$\_{3}$
ανθρακικό κάλιο
Ca$\_{3}$(PΟ$\_{4}$)$\_{2}$
φωσφορικό ασβέστιο
NH$\_{4}$ClΟ$\_{3}$
χλωρικό αμμώνιο
Η$\_{2}$SO$\_{4}$
θειικό οξύ
H$\_{3}$PO$\_{4}$
φωσφορικό οξύ
-  Σύμφωνα με τις οδηγίες της IUPAC, στην ονοματολογία των ανόργανων ενώσεων προτάσσεται η ονομασία του πρώτου τμήματος και ακολουθεί η ονομασία του δεύτερου τμήματος, π.χ. SO$\_{3 }$ θείο τριοξείδιο.

 Εξαιρέσεις
υδροφθόριο
υδροχλώριο
υδροβρώμιο
υδροϊώδιο

H$\_{2}$S
υδρόθειο
υδροκυάνιο.
- β. Η ονομασία ένωσης μετάλλου (ή ΝΗ$\_{4}$ $^{+}$) με αμέταλλο προκύπτει από το όνομα του αμετάλλου με την κατάληξη -ούχο ή -ίδιο και ακολουθεί το όνομα του μετάλλου (ή ΝΗ$\_{4}$ $^{+}$). Να παρατηρήσουμε ότι, αν το μέταλλο έχει περισσότερους από έναν αριθμούς οξείδωσης, τότε μέσα σε παρέν -θεση αναγράφεται με λατινικό αριθμό ο αριθμός οξείδωσης στον οποίο αναφερόμαστε. π.χ.
MgBr$\_{2}$
βρωμιούχο μαγνήσιο
θειούχος σίδηρος (II)
Fe$\_{2}$Ο$\_{3}$
οξείδιο σιδήρου (III)
γ. Η ένωση ενός μετάλλου με το υδροξείδιο ονομάζεται υδροξείδιο του μετάλλου. π.χ.
υδροξείδιο του καλίου,

Αl(ΟΗ)$\_{3}$ υδροξείδιο του αργιλίου
- δ. Μερικές φορές δύο στοιχεία σχηματίζουν περισσότερες από μία ενώ -σεις. Για τη διάκριση αυτών, στις περιπτώσεις αυτές, χρησιμοποιούμε αριθμητικά προθέματα, που δείχνουν τον αριθμό ατόμων του δεύτερου στοιχείου. Π.χ.
- CO μονοξείδιο του άνθρακα
- CO$\_{2}$ διοξείδιο του άνθρακα
Ν$\_{2}$Ο$\_{5}$ πεντοξείδιο του αζώτου
- PCl$\_{5}$ πενταχλωριούχος φωσφόρος

Εφαρμογή
Δίνεται ο παρακάτω πίνακας:

|            | NO$\_{3}$ -   | ClO$\_{2}$ -   | SO$\_{4}$ 2-              | PO$\_{4}$ 3-   | S 2-   | OH -   | Cl -   | O 2-   |
|------------|--------------|---------------|--------------------------|---------------|--------|--------|--------|--------|
| Na +       |              |               |                          |               |        |        |        |        |
| Ca$\_{2}$ + |              |               |                          |               |        |        |        |        |
| Cu 2+      |              |               |                          |               |        |        |        |        |
| Al 3+      |              |               | Al$\_{2}$(SO$\_{4}$)$\_{3}$ |               |        |        |        |        |
| Fe 3+      |              |               |                          |               |        |        |        |        |
| ΝΗ$\_{4}$   |              |               |                          |               |        |        |        |        |
| Η +        |              |               |                          |               |        |        |        |        |

- α. Να συμπληρώσετε τον πίνακα γράφοντας σε κάθε κενό τον αντίστοιχο μοριακό τύπο, όπως δείχνει το παράδειγμα.
- β. Να αριθμήσετε και να ονομάσετε τις 63 ενώσεις του πίνακα.
- γ. Δίπλα από κάθε όνομα και χωρίς να βλέπετε τον πίνακα να γράψετε τον αντίστοιχο τύπο και στη συνέχεια να ελέγξετε τους τύπους με τους αντίστοιχους τύπους του πίνακα.

Γνωρίζεις ότι......

Μια περιοδεία στον περιοδικό πίνακα
(εμπνευσμένο από το περιοδικό βασίλειο του Atkins)
Καλώς ορίσατε στο περιοδικό βασίλειο. Τούτος ο τόπος είναι πραγματικός, όσο φανταστικός και αν φαίνεται. Είναι το βασίλειο των χημικών στοιχείων. Απ' τα στοιχεία αυτά φτιάχνονται οι πλανήτες, οι βράχοι, τα φυτά, τα ζώα, καθετί που μας περιβάλλει. Και εμείς οι ίδιοι στοιχεία είμαστε, οι εγκέφαλοί μας συντίθενται από στοιχεία, ακόμη και οι απόψεις μας, με κάποια έννοια, είναι ιδιότητες των στοιχείων. Είμαστε λοιπόν κάτοικοι στο ίδιο β ασίλειο, στο περιοδικό βασίλειο.

λόγω της εξαιρετικής τους δραστικότητας και
Αριστερά μας, στη χώρα της δύσης, απλώνεται ο ορθογώνιος τομέας των στ οιχείων s . Εδώ βασιλεύουν τα δραστικά μέταλλα. Αυτά που δε συναντάμε ποτέ ελεύθερα στη φύση, όσο προχωράμε προς τα νότια, τόσο η δράση αυξάνει. Να πάρουμε για παράδειγμα τη ν αντίδρασή τους με το νερό. Στην αρχή, στη βόρεια δυτική περιοχή του λίθιου (Li), το αποτέλεσμα της βροχής φαίνεται ασήμαντο. Η αντίδραση με το νερό είναι ήσυχη. Το έδαφος σιγοβράζει, και αναδίδει φυσαλίδες υδρογόνου. Ακριβώς παρακάτω, στο νάτριο (Na), το τοπίο αλλάζει. Εδώ η βροχή παλεύει με τον τόπο. Το έδαφος κοχλάζει και βράζει όποτε το κτυπά μία σταγόνα νερού. Στο κάλιο (Κ) τα πράγματα χειροτερεύουν. Εδώ το έδαφος όχι μόνο φουσκώνει και βράζει, αλλά πιάνει φωτιά και καίγεται το υδρογόνο που ελευθερώνει η αντίδραση. Ακόμα πιο νότια, στις περιοχές ρουβιδίου (Rb) και καισίου (Cs) τα πράγματα γίνονται εκρηκτικά. Εδώ, κάθε σταγόνα νερού είναι και μια βόμβα που σκάει μόλις προσκρούσει στο έδαφος. Τούτη η περιοχή δεν είναι κατοικήσιμη, όταν βρέχει.

Σχήμα : Η δράση του νερού διαδοχικά, από αριστερά προς τα δεξιά στο Λίθιο (Li), Νάτριο (Na) και Κάλιο (K).
Όμως, η δραστικότητα αυτή των αλκαλίων δε σημαίνει ότι είναι άχρηστα. Το νάτριο για παράδειγμα, που βρίσκεται σε αφθονία στη φύση υπό μορφή άλατος, είναι ουσιώδες συστατικό του νευρικού συστήματος και του εγκέφαλου μας, χωρίς αυτό θα ήμαστε άχρηστες μηχανές.
Αν διασχίσουμε προς τα αριστερά τη γέφυρα μετάβασης (μετάπτωσης), φτάνουμε στη χώρα της ανατολής, το δεξιό ορθογώνιο τμήμα των στοιχείων p . Εδώ βρίσκεται η πιο εύφορη περιοχή του περιοδικού βασιλείου, που είναι αυτή του άνθρακα. Ο C διακρίνεται από τη μετριοπάθειά του, είναι καλόβολος στις σχέσεις του, δεν είναι ψηλομύτης, όπως ας πούμε το φθόριο. Στη χημεία, όπως πολλές φορές και στη ζωή, αυτό ανταμείβεται. Ο C με τη μετριοφροσύνη του επέβαλε τον εαυτό του ως βασιλιά του περιοδικού πίνακα. Μην ξεχνάτε ότι ο άνθρακας αποτελεί το βασικό συστατικό των 10 περίπου εκατομμυρίων οργανικών ενώσεων. Εδώ στην ανατολική χώρα τα μέταλλα είναι πολύ πιο ήρεμα. Για παράδειγμα, ο κασσίτερος (Sn) για χρόνια χρησιμοποιούνταν σαν προστατευτική επικάλυψη των χαλύβδινων σωλή -νων στη κονσερβοποιία, προτού ο κοντινός βόρειος γείτονάς του, το αργίλιο (Α1), αντικαταστήσει τόσο το σκελετό (σίδηρο) όσο και την επιδερμίδα (κασσίτερο) σχεδόν όλων των συσκευασιών ποτών, ακ όμη κι εκείνων που είναι τόσο διαβρωτικά όσο τα ανθρακούχα αναψυκτικά. Ο μόλυβδος (Pb), ο βόρειος γείτονας του κασσιτέρου, διήνυσε ακόμη

Δίπλα στα αλκάλια και στον ίδιο ορθογώνιο τομέα βρίσκονται οι αλκαλικές γαίες. Εδώ ανήκει το ασβέστιο (Ca), χωρίς αυτό δεν θα υπήρχαν σταθερά οικοδομήματα στις σύγχρονες κοινωνίες, αφού αποτελεί βασικό συστατικό της οικοδομικής, π.χ. μάρμαρα. Ούτε τα μέλη του ζωικού βασιλείου θα είχαν ποτέ αναπτύξει τα επιθετικά τους όπλα χωρίς αυτό (δόντια, χαυλιόδοντες κλπ.). Ακριβώς πάνω του είναι το μαγνήσιο (Mg), που αποτελεί το βασικό συστατικό της χλωροφύλλης, χωρίς αυτήν ο κόσμος θα είχε μιαν αποπνικτική ξέρα αντί του πράσινου παράδεισου της ζωής που γνωρίζουμε.

μεγαλύτερη διαδρομή μέσα στην ιστορία χάρη στη χημική του αδράνεια. Από την εποχή της Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας μέχρι σήμερα χρησιμοποιείται για τη μεταγωγή του νερού, που είναι εξαιρετικά διαβρωτικό υγρό. Βέβαια ο μόλυβδος δεν είναι απολύτως αδρανής, κι έτσι, όταν μικρές ποσότητες αυτού εισέλθουν στον ανθρώπινο εγκέφαλο, προκαλούν διανοητική εξασθένηση.
Ακριβώς πιο κάτω η περιοχή είναι δηλητηριασμένη με το αρσενικό (As). Η δραστικότητα του As ως δηλητηρίου προκύπτει από τη στενή ομοιότητά του με το φωσφόρο, η οποία του παρέχει τη δυνατότητα να διεισδύει σε αντιδρά -σεις που μετέχει ο Ρ ενώ οι λεπτές διαφορές του συνωμοτούν στην απορύθμιση του μεταβολισμού του κυττάρου. To As χρησιμοποιείται για να σκοτώνει καλοπροαίρετα, σε συγκεκριμένα φάρμακα που καταπολεμούν τις λοιμώξεις, και κακόβουλα, στα χημικά αέρια που προσβάλλουν τα νεύρα.

Διασχίζοντας τη γραμμή των μεταλλοειδών φτάνουμε στην καρδιά της ανατολικής χώρας στο βασίλειο των αμε -τάλλων. Εδώ βρίσκουμε ορισμένες γνώριμες αόρατες αέριες περιοχές, όπως το άζωτο και το οξυγόνο. Το οξυγόνο είναι ζωτικής σημασίας. Το ίδιο απαραίτητο για τη ζωή είναι το άζωτο, γιατί οι πρωτεΐνες δομούνται από αυτό. Χάρη σ' αυτό μεταβιβάζεται η κληρονομικότητα, μέσω του DNA. Πιο κάτω διακρίνουμε το φώσφορο (Ρ), που αποτελεί συστατικό των οστών. Ο Ρ πέρα απ' αυτό έχει μία έντονη προσωπικότητα, που τον καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλο να αποθηκεύει ενέργεια στους οργανισμούς, υπό μορφή ΑΤΡ. Ένα σπουδαίο χαρακτηριστικό της ζωής είναι ότι δεν τελειώνει αστραπιαία, αλλά απαιτεί αργή εκτύλιξη και προσεκτική διάθεση ενέργειας. Μία μικρή ποσότητα ενέργειας εδώ, άλλη μία εκεί, όχι ένας αιφνίδιος κατακλυσμός. Ένα βήμα πιο δεξιά συναντάμε το θείο, ένα κίτρινο στερεό, που αποτελεί τη βάση για την παραγωγή του θειικού οξέος. Η παραγωγή του θειικού οξέος, που εμπλέκεται ισχυρά στη βιομηχανία λιπασμάτων, έχει χρησιμοποιηθεί ως δείκτης της απόδοσης της οικονομίας μιας χώρας. Να λοιπόν μία περίεργη συμμαχία: οι οργανισμοί με κύριο συστατικό τον C , χρησιμοποιούν οξέα, με κύριο συστατικό το S , ώστε να παράγουν λιπάσματα, με κύριο συ -στατικό το Ρ , για να παράσχουν ενέργεια σε πρωτεΐνες, των οποίων το κύριο συστατικό είναι το Ν .

Πιο ανατολικά βρίσκονται τα αλογόνα. Το φθόριο ξεχωρίζει, είναι πολύ δραστικό αέριο, που πολύ δύσκολα αποθηκεύεται εξ' αιτίας της ευκολίας που μετατρέπει τα δοχεία σε κόσκινα. Ευτυχές πάντως γεγονός είναι η χρήση του φθορίου ως παράγοντα σκλήρυνσης του σμάλτου των δοντιών και συμβάλλει σημαντικά στη συνολική βελτίωση της οδοντικής υγείας των εθνών. Το χλώριο, ακριβώς νότια, βρίσκεται σε μεγάλη αφθονία στο θαλασσινό νερό. Εκεί, αγκαλιά με το νάτριο, αποτελούν το επιτραπέζιο αλάτι. Το χλώριο υπάρχει άφθονο και στο σώμα μας, ο ρόλος του, όπως και στις θάλασσες, είναι κάπως παθητικός. Αποτελεί την ερωτική σύντροφο του νατρίου, και ο ρόλος του περιορίζεται σ' αυτό. Ωστόσο, σε αέρια μορφή το χλώριο παρουσιάζει έντονες ομοιότητες με το φθόριο, μπορεί να θανατώσει τόσο μικρόβια όσο και ανθρώπους. Αλλά μπορεί να ευθύνεται και για τη θανάτωση πληθυσμών με περισσότερο ανεπαίσθητους τρόπους: οι χλωράνθρακες και οι χλωροφθοράνθρακες, που χρησιμεύουν σαν ψυκτικά υγρά ή στα αεροζόλ, προκαλούν την τρύπα του όζοντος.

Ανάμεσα στην ανατολική και στη δυτική χώρα εκτείνεται η γέφυρα μετάβασης (μετάπτωσης) με τα στοιχεία d . Εδώ φαίνεται η περιοχή εξερευνήθηκε από ανατολάς προς δυσμάς. Ο χαλκός βοήθησε την ανθρωπότητα να φύγει από την εποχή του λίθου και να οδηγηθεί στην εποχή του μετάλλου. Ο χαλκός αντέχει στη διάβρωση γι' αυτό και έχει ακόμα και σήμερα δύο βασικές χρήσεις: στην κατασκευή υδροσωλήνων και στη νομισματοκοπία. (Την ίδια φιλοσοφία ακο -λουθούν ο άργυρος και ο χρυσός, που χρησιμοποιούνται πολύ καιρό τώρα ως μέταλλα του εμπορίου, της διακόσμησης και της νομισματοκοπίας, λόγω κυρίως της ελκυστικής τους εμφάνισης, της σπανιότητάς τους και της ανθεκτικότητάς τους στη διάβρωση). Ακολούθησε η εποχή του σιδήρου που οδήγησε τον κόσμο στη βιομηχανική επανάσταση. Τέλος, έχουμε το τιτάνιο με τις ιδιότητες ακριβώς που χρειάζεται μία κοινωνία η οποία επιδίδεται στην υψηλή τεχνολογία, ώστε να κατακτήσει τους ουρανούς (κατασκευή διαστημοπλοίων). Είναι ένα μέταλλο σκληρό και ανθεκτικό στη διάβρωση, ωστόσο ελαφρό...

Στο τέλος του κόσμου, στην Άπω Ανατολή, βρίσκονται τα ευγενή αέρια, που αρνούνται έντονα τη χημική δράση. Αυτή η έλλειψη δραστικότητας τα καθιστά χρήσιμα, γιατί μπορούν να δημιουργήσουν αδρανή ατμόσφαιρα όπου χρειαστεί.
Καιρός όμως είναι να δούμε και τη νησιώτικη χώρα του περιοδικού πίνακα . Στα βόρεια της ηπειρωτικής χώρας, όπως περίπου η Ισλανδία στα βόρεια της Ευρώπης, βρίσκεται μια μοναχική, απομονωμένη περιοχή, το υδρογόνο (Η). Το υδρογόνο παρά την απλότητά του έχει μία πληθωρική χημική συμπεριφορά και επιπλέον είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν, το καύσιμο των άστρων.

Η στενή Νότια Νήσος, στα ανοικτά, αποτελεί το παράρτημα του πίνακα, εδώ κατοικούν τα στοιχεία f, οι λαν -θανίδες στη βόρεια λωρίδα και οι ακτινίδες στη νότια. Εδώ η περιοχή είναι αναξιοποίητη. Υπάρχουν λίγες περιοχές του βασιλείου οι οποίες μέχρι στιγμής δε χρησιμεύουν σε τίποτε (δεν έχουν αξιοποιηθεί ούτε από τη φύση ούτε από τη βιομηχανία). Υπάρχουν δύο βασικοί λόγοι γι' αυτό. Ο ένας είναι ότι το στοιχείο υπάρχει στον πλανήτη μας σε πολύ μικρές ποσότητες. Για παράδειγμα φέρνουμε το φράγκιο (Fr). Έχει εκτιμηθεί ότι οποιαδήποτε στιγμή σε ολόκληρη τη γη υπάρχουν μόνο δεκαεπτά περίπου άτομα Fr. Το ίδιο σπάνια είναι όλα τα υπερουράνια στοιχεία. Ο δεύτερος λόγος είναι η ραδιενέργεια. Όλα τα στοιχεία πέρα απ' τo βισμούθιο είναι ραδιενεργά. Καθ' όλο το μήκος των νότιων ακτών υπάρχουν νεκροκεφαλές με σταυρωτά κόκαλα. Εδώ ακόμη και το ενδιαφέρον των χημικών αρχίζει να κάμπτεται και η επιφυλακτικότητα καταστέλλει την περιέργεια.

Ανακεφαλαίωση
- 1. Σύμφωνα με τον Bohr το άτομο αποτελείται από τον πυρήνα (θετικά πρωτόνια και ουδέτερα νετρόνια) και γύρω από τον πυρήνα σε καθορισμένες κυκλικές τροχιές περιστρέφονται τα ηλεκτρόνια (πλανητικό ατομικό μοντέλο).
- 2. Τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου κατανέμονται σε στιβάδες. Ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που μπορεί να πάρει καθεμία από τις τέσσερις πρώτες στιβάδες είναι 2 n $^{2}$, όπου n ο κύριος κβαντικός αριθμός.
- 3. Στο σύγχρονο περιοδικό πίνακα τα στοιχεία κατατάσσονται με βάση τον ατομικό τους αριθμό. Σύμφωνα με το σύγχρονο περιοδικό νόμο οι ιδιότητες των στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατομικού τους αριθμού.
- 4. Οι οριζόντιες σειρές του πίνακα ονομάζονται περίοδοι και κατά μήκος αυτών υπάρχει βαθμιαία μεταβολή των ιδιοτήτων των στοιχείων. Οι κατακόρυφες στήλες του πίνακα ονομάζονται ομάδες και καταλαμβάνονται από στοιχεία με ανάλογες ιδιότητες.
- 5. Η χημική συμπεριφορά των στοιχείων καθορίζεται από την ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων τους (ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας) και την ατομική ακτίνα.
- 6. Τα δύο κυριότερα είδη χημικών δεσμών είναι ο ιοντικός ή ετεροπολικός δεσμός, που δημιουργείται με αποβολή και πρόσληψη ηλεκτρονίων, και ο ομοιοπολικός δεσμός, που δημιουργείται με αμοιβαία συνεισφορά ηλεκτρονίων.
- 7. Ο ομοιοπολικός δεσμός που αναπτύσσεται μεταξύ ατόμων με διαφορετική ηλε -κτραρνητικότητα, ονομάζεται πολικός ομοιοπολικός δεσμός.
- 8. Για τη γραφή και την ονομασία των χημικών ενώσεων θα πρέπει να γνωρίζουμε τους συμβολισμούς, τις ονομασίες και τα φορτία των ιόντων.
- 9. Ως αριθμός οξείδωσης (Α.Ο.) ενός ατόμου σε μία ομοιοπολική ένωση ορίζεται το φαινομενικό φορτίο που θα αποκτήσει το άτομο αν τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων αποδοθούν στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο. Αντίστοιχα, Α.Ο. ενός ιόντος, σε μια ιοντική ένωση είναι το πραγματικό φορτίο του ιόντος.

Λέξεις Κλειδιά
άτομο
πυρήνας
πρωτόνιο
νετρόνιο
ηλεκτρόνιο
στιβάδα
κύριος κβαντικός αριθμός
περιοδικός πίνακας
ατομικός αριθμός
περίοδος
ομάδα
εξωτερική στιβάδα
χημικός δεσμός ηλεκτρόνια εξωτερικής στιβάδας ατομική ακτίνα ιοντικός ή ετεροπολικός δεσμός ιοντικός κρύσταλλος ομοιοπολικός δεσμός ηλεκτρονιακός τύπος ηλεκτραρνητικότητα πολικός ομοιοπολικός δεσμός αριθμός οξείδωσης (Α.Ο)

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Ερωτήσεις Επανάληψης
- 1. Τι ονομάζεται ηλεκτρονιακή στιβάδα; Πώς μεταβάλλεται η ενέργεια των ηλε -κτρονιακών στιβάδων;
- 2. Πώς συμβολίζονται οι ηλεκτρονιακές στιβάδες και σε ποια τιμή του κύριου κβαντικού αριθμού ( n ) αντιστοιχεί η καθεμία από αυτές;
- 3. Ποιος είναι ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων σε κάθε ηλεκτρονιακή στιβάδα; Ποιος τύπος προσδιορίζει τον αριθμό αυτό;
- 4. Τι ισχύει για τον αριθμό των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας και τι για τον αριθμό των ηλεκτρονίων της πλησιέστερης προς την εξωτερική στιβάδα;
- 5. Να διατυπώσετε το σύγχρονο περιοδικό νόμο.
- 6. Τι είναι η περίοδος στον περιοδικό πίνακα; Πόσες περιόδους έχουμε στο σύγ -χρονο περιοδικό πίνακα;
- 7. Για το στοιχείο κάλιο (Κ), που βρίσκεται στην 4$^{η}$ περίοδο του περιοδικού πίνακα, τι πληροφορία έχουμε;
- 8. Τι είναι η ομάδα στον περιοδικό πίνακα; Πόσες ομάδες έχουμε στο σύγχρονο περιοδικό πίνακα;
- 9. Για ποιο λόγο τα στοιχεία ενώνονται μεταξύ τους;
- 10. Πότε ένα στοιχείο μπορεί να σχηματίσει ιοντικό δεσμό;
- 11. Να περιγράψετε τρία διαφορετικά χαρακτηριστικά μεταξύ των ιοντικών και των ομοιοπολικών ενώσεων.
- 12. Τι ονομάζεται ηλεκτραρνητικότητα ενός στοιχείου;
- 13. Να δώσετε μερικούς κανόνες με τους οποίους μπορούμε να υπολογίσουμε τον αριθμό οξείδωσης ενός στοιχείου σε μία χημική ένωση.

Ασκήσεις - Προβλήματα
Ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων
Ένα απλό μοντέλο για το άτομο
- 14 Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι λάθος;
- α) Ηλεκτρόνια της ίδιας στιβάδας έχουν την ίδια ενέργεια.
- β) Η στιβάδα L μπορεί να περιέχει 10 ηλεκτρόνια.
- γ) Η εξωτερική στιβάδα (εκτός της Κ) περιέχει το πολύ 8 ηλεκτρόνια.
- δ) Η στιβάδα Ο περιέχει για τα γνωστά μέχρι σήμερα στοιχεία, βάσει του τύπου 2 n $^{2}$, 50 ηλεκτρόνια.
- 15 Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
- α) Το άτομο αποτελείται από τον πυρήνα, που περιέχει τα θετικά ………. ………..
β) Γύρω από τον ……….. κινούνται σε ……….. τροχιές τα ………………..
- και τα ……….. νετρόνια.
- 16. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι λάθος;
- α) Η στιβάδα Κ αντιστοιχεί σε n = 1.
- β) Η στιβάδα Ν αντιστοιχεί σε n = 2.
- γ) Η στιβάδα L περιέχει το πολύ 8 ηλεκτρόνια.
- δ) Για τις στιβάδες Κ και L ισχύει E$\_{K}$ < E$\_{L}$ .
- 17. Να συμπληρώσετε τον πίνακα:

|              |    | ΣΤΙΒΑΔΕΣ   | ΣΤΙΒΑΔΕΣ   | ΣΤΙΒΑΔΕΣ   | ΣΤΙΒΑΔΕΣ   | ΣΤΙΒΑΔΕΣ   | ΣΤΙΒΑΔΕΣ   |
|--------------|----|------------|------------|------------|------------|------------|------------|
|              | p  | n          | e          | K          | L          | M          | N          |
| 12 $^{24}$Mg |    |            |            |            |            |            |            |
| 19 $^{39}$K  |    |            |            |            |            |            |            |
| 17 $^{35}$Cl |    |            |            |            |            |            |            |
| K +          |    |            |            |            |            |            |            |
| Cl -         |    |            |            |            |            |            |            |

- 18. Το άτομο του φωσφόρου έχει 5 ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στιβάδα, η οποία είναι η Μ. Ποιος είναι ο ατομικός αριθμός του φωσφόρου;

Περιοδικός Πίνακας
- 19. Για το στοιχείο (Αl), που βρίσκεται στην ΙΙΙΑ ομάδα του περιοδικού πίνακα, τι πληροφορία έχουμε;
- 20. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
- β) Ένα στοιχείο που βρίσκεται στην VIIA ομάδα περιέχει … ……… στην ……… στιβάδα.
- α) Ένα στοιχείο που βρίσκεται στην 5$^{η}$ περίοδο έχει τα ηλεκτρόνιά του κατα -νεμημένα σε … …….. .
- 21. Για το άτομο του νατρίου (Na) δίνεται ο ατομικός του αριθμός: Ζ = 11. Σε τι μοιάζει και σε τι διαφέρει το ιόν του νατρίου από το άτομο του προηγού -μενού του ευγενούς αερίου και από το ιόν του επόμενού του στοιχείου στον περιοδικό πίνακα;
- Σε ποια ομάδα και σε ποια περίοδο του περιοδικού πίνακα ανήκει το καθένα από τα παραπάνω τρία στοιχεία;
- 22. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
- α) Στο σύγχρονο περιοδικό πίνακα τα στοιχεία είναι τοποθετημένα κατά αύξοντα
- β) Οι ιδιότητες των στοιχείων είναι………….. ……….του …………….. αριθ -μού τους.

…....….
- γ) Το χλώριο (Cl) και το βρώμιο (Br) έχουν παρόμοιες μεθόδους παρασκευής και παρόμοιες χημικές ιδιότητες και ανήκουν στην …… ………….. του περιοδικού πίνακα.
- δ) Το νάτριο (Na) και το αργίλιο (Αl) έχουν τα ηλεκτρόνιά τους κατανεμημένα στον ίδιο αριθμό στιβάδων και ανήκουν στην …… …… του περιοδικού πίνακα.
- 23. Έχουμε αναφέρει ότι στοιχεία που βρίσκονται στην ίδια ομάδα του περιοδικού πίνακα παρουσιάζουν ανάλογες φυσικές ιδιότητες.
- O (Ζ = 8), S (Z = 16), Se (Z = 34), Te (Z = 52) και Ρο (Ζ = 84). Να συμπληρώ -σετε τον παρακάτω πίνακα:
- Η VIA ομάδα του περιοδικού πίνακα περιέχει κατά σειρά τα στοιχεία:

| πυκνότητα /g  .   | cm$^{-3}$ στοιχείο   | ατομική ακτίνα/ A ο   | στοιχείο   |
|-------------------|----------------------|-----------------------|------------|
| 2,07              |                      | 1,04                  |            |
| 6,25              |                      | 1,43                  |            |
| 1,43 10 -3        |                      | 0,73 O                |            |
|                   | 9,4 Po               | 1,17                  |            |
| 4,81              |                      | 1,67                  |            |

- 24. Έχουμε αναφέρει ότι στοιχεία που βρίσκονται στην ίδια ομάδα του περιοδικού πίνακα παρουσιάζουν ανάλογες φυσικές ιδιότητες.
Να συμπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα:
- Η ομάδα των ευγενών αερίων περιέχει κατά σειρά τα στοιχεία: He (Ζ = 2), Ne ( Ζ = 10), Ar ( Ζ = 18), Kr ( Ζ = 36), Xe ( Ζ = 54), Rn ( Ζ = 86).

| σημείο βρασμού/ Κ   | στοιχείο   | πυκνότητα / g L$^{-1}$ στοιχείο   |
|---------------------|------------|-----------------------------------|
| 120                 | 120        | 0,90                              |
| 27,1                | 27,1       | 1,78                              |
| 4,2                 | 4,2        | 0,18 He                           |
| 87,3                | 87,3       | 5,90                              |
| 211 Rn              |            | 9,73                              |
| 165                 | 165        | 3,75                              |

25. Να συμπληρώσετε τον πίνακα:

| Στοιχείο   | Ηλεκτρονιακή Δομή σε Στιβάδες   | Ηλεκτρονιακή Δομή σε Στιβάδες   | Ηλεκτρονιακή Δομή σε Στιβάδες   | Ηλεκτρονιακή Δομή σε Στιβάδες   | Ηλεκτρονιακή Δομή σε Στιβάδες   | Ομάδα   | Περίοδος   |
|------------|---------------------------------|---------------------------------|---------------------------------|---------------------------------|---------------------------------|---------|------------|
| Στοιχείο   | K                               | L                               | M                               | N                               | O                               |         |            |
| H          | 1                               | -                               | -                               | -                               | -                               |         |            |
| Ca         | 2                               | 8                               | 8                               | 2                               | -                               |         |            |
| Br         | 2                               | 8                               | 18                              |                                 | -                               | VIIA    |            |
| O          | 2                               |                                 | -                               | -                               | -                               | VIA     | 2          |
| Na         | 2                               | 8                               |                                 | -                               | -                               | ΙΑ      |            |

- 26. Να δώσετε δύο παραδείγματα στοιχείων για καθεμία από τις παρακάτω ομάδες του περιοδικού πίνακα:
- α) αλκάλια β) αλκαλικές γαίες γ) αλογόνα δ) ευγενή αέρια.
- 27. Να ταξινομήσετε τα παρακάτω στοιχεία σε ομάδες, όπου τα στοιχεία θα πα -ρουσιάζουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες Κ ( Ζ = 19), F ( Ζ = 9), Ρ ( Ζ = 15), Na ( Ζ = 11), Cl ( Ζ = 17) και Ν ( Ζ = 7). *
- 28. Να συμπληρώσετε την πρόταση:
- α) τις ίδιες ιδιότητες
- Τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα που βρίσκονται κατά μήκος μιας οριζόντιας σειράς του αποτελούν μία ……….. αυτού και έχουν:
- β) τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων στην εξωτερική στιβάδα
- γ) τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονιακών στιβάδων
- δ) τον ίδιο ατομικό αριθμό
- ε) τον ίδιο μαζικό αριθμό
- Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση.
- 29. Να συμπληρώσετε την πρόταση:
- Τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα που βρίσκονται, κατά μήκος της ίδιας κα -τακόρυφης στήλης του αποτελούν μία …………… αυτού και έχουν: α) παρόμοιες ιδιότητες
- β) παραπλήσιο ατομικό αριθμό
- γ) τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονιακών στιβάδων
- δ) την ίδια ατομική ακτίνα
- Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση.
- 30. Ποια από τα στοιχεία Α, Β, Γ, Δ και Ε με αντίστοιχους ατομικούς αριθμούς 16, 12, 8, 20 και 38 έχουν παρόμοιες ιδιότητες; *

- 31. Το μαγνήσιο ( Mg ) βρίσκεται στην 3$^{η}$ περίοδο του περιοδικού πίνακα, ενώ το ιόν αυτού Mg$^{2+}$ έχει δομή ευγενούς αερίου. Με βάση αυτά τα δεδομένα προ -κύπτει για το μαγνήσιο ότι: *
- α) έχει ατομικό αριθμό 8 και βρίσκεται στην VIA ομάδα
- β) έχει ατομικό αριθμό 12 και βρίσκεται στην IVA ομάδα
- γ) έχει ατομικό αριθμό 16 και βρίσκεται στην VIA ομάδα
- δ) έχει ατομικό αριθμό 12 και βρίσκεται στην ΙΙΑ ομάδα
- 32. Αν τα ιόντα Α $^{+}$ και Β $^{3-}$ έχουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων με το ευγενές αέριο Ar ( Ζ = 18): *
- i) να βρείτε τους ατομικούς αριθμούς των στοιχείων Α και Β.
- ii) τα στοιχεία Α και Β βρίσκονται:
- α) στην ίδια περίοδο και σε διαφορετική ομάδα
- β) στην ίδια ομάδα και σε διαφορετική περίοδο
- γ) σε διαφορετική ομάδα και σε διαφορετική περίοδο
- δ) στην ίδια ομάδα και στην ίδια περίοδο
- Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση.
- 33. Να γράψετε το σύμβολο του κατιόντος Χ$^{2+ }$και του ανιόντος Ψ $^{-}$ που να έχουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων με το ευγενές αέριο Ne ( Ζ = 10). Δίνονται τα σύμβολα των 18 πρώτων στοιχείων κατά σειρά αυξανόμενου ατομικού αριθμού: Η, He, Li, Be, Β, C, Ν, Ο, F, Ne, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar. *
- 34. Ποιος είναι ο ατομικός αριθμός του στοιχείου που βρίσκεται στην 3$^{η}$ περίοδο του περιοδικού πίνακα και στην VA ομάδα;
- 35. Ποιος είναι ο ατομικός αριθμός του στοιχείου που βρίσκεται:
- α) στην 2$^{η}$ περίοδο και στην VIA ομάδα
- β) στην 3$^{η}$ περίοδο και στην VIIA ομάδα του περιοδικού πίνακα
- 36. Τα στοιχεία που έχουν εξωτερική στιβάδα την Ν σε ποια περίοδο ανήκουν;

α) στην 5$^{η}$ γ) στην 4$^{η}$
β) στην 2 η
δ) στην 7 η
- 37. Τα στοιχεία που έχουν στην εξωτερική τους στιβάδα τρία ηλεκτρόνια σε ποια από τις παρακάτω ομάδες του περιοδικού πίνακα ανήκουν;
- α) στην VA
β) στην ΙΙΒ
- γ) στην ΙΙΙΑ
δ) στην VIIA

Χημικοί Δεσμοί
- 38. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
α) Τα ευγενή αέρια έχουν στην εξωτερική τους στιβάδα ............... ηλεκτρόνια εκτός από το ......... που έχει στην .........στιβάδα ......... ηλεκτρόνια.
- β) Το χλώριο ( Cl ), που είναι στοιχείο της VIIA ομάδας του περιοδικού πίνακα,
σφέρει…………. ώστε να αποκτήσει δομή ……………αερίου.
έχει στην εξωτερική του …….
………… ηλεκτρόνια και ……….. ή συνει -
- γ) Το νάτριο (Na), που είναι στοιχείο της ΙΑ ομάδας του περιοδικού πίνακα, με δομή ηλεκτρονίων (2,8,1), για να αποκτήσει δομή ………… αερίου, ………… ένα ηλεκτρόνιο.
- δ) Η ατομική ακτίνα καθορίζει το …………….. του ………….
- 39. Να εξηγήσετε γιατί δεν πρέπει να χρησιμοποιείται η έννοια του μορίου στην περίπτωση του CaCl$\_{2}$ (χλωριούχο ασβέστιο). Τι ακριβώς μας δείχνει ο χημικός τύπος στις ιοντικές ενώσεις;
- 40. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του ομοιοπολικού δεσμού που σχηματίζεται μεταξύ ατόμων του ίδιου στοιχείου και μεταξύ ατόμων διαφορετικών στοιχείων; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.
- 41. Δίνονται τα στοιχεία Α και Β. Το στοιχείο Α ανήκει στην ΙΙΑ ομάδα και στην 4$^{η}$ περίοδο, ενώ το στοιχείο Β ανήκει στην VIIA ομάδα και στην 3$^{η}$ περίοδο του περιοδικού πίνακα. Να εξηγήσετε τι είδους δεσμό μπορούν να σχηματί -σουν τα παραπάνω στοιχεία. Ποιος είναι ο μοριακός τύπος της ένωσης που θα σχηματίσουν; Τι δείχνει ο τύπος αυτός; *
- 42. Δίνονται τα στοιχεία Γ και Δ. Το στοιχείο Γ ανήκει στην ΙΑ ομάδα και στην 1$^{η}$ περίοδο, ενώ το στοιχείο Δ ανήκει στην VIIA ομάδα και στη 2$^{η}$ περίοδο του περιοδικού πίνακα. Να εξηγήσετε τι είδους δεσμό μπορούν να σχηματίσουν τα παραπάνω στοιχεία. Ποιος είναι ο μοριακός τύπος της ένωσης που θα σχη -ματίσουν; Τι δείχνει ο τύπος αυτός; *
- 43. Να περιγράψετε τον τρόπο σχηματισμού των ιοντικών ενώσεων μεταξύ: α) του καλίου ($\_{19}$Κ) και του φθορίου ($\_{9}$F). *
- β) του μαγνησίου ($\_{12}$Mg) και του θείου ($\_{16}$S).
- γ) του ασβεστίου ($\_{20}$Ca) και του υδρογόνου ($\_{1}$Η).
- 44. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους των ομοιοπολικών ενώσεων: α) τριχλωριούχος φωσφόρος: ΡCΙ$\_{3}$, β) μεθάνιο: CH$\_{4}$, γ) χλωροφόρμιο: CHCI$\_{3}$. Οι ατομικοί αριθμοί των στοιχείων Ρ, Cl, C, Η είναι αντίστοιχα: 15, 17, 6, 1. *
- 45. Η ένωση NaCI (χλωριούχο νάτριο) είναι ένωση ομοιοπολική ή ετεροπολική; Είναι ………………… γιατί:
- α) βρίσκεται σε συνηθισμένες συνθήκες σε στερεά κατάσταση
- β) σχηματίζεται με μεταφορά ηλεκτρονίων από τα άτομα του χλωρίου στα άτομα του νατρίου
- γ) αποτελείται από μόρια που το καθένα έχει δύο ανόμοιους πόλους
- δ) Αποτελείται από μόρια που το καθένα έχει δύο όμοιους πόλους
- ε) σχηματίζεται με μεταφορά ηλεκτρονίων από τα άτομα του νατρίου στα άτομα του χλωρίου

Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση.
- 46. Στα κενά του παρακάτω πίνακα να συμπληρώσετε: *
- β) το γράμμα Ε αν η αντίστοιχη ένωση είναι ετεροπολική και
- α) Το γράμμα Ο, αν η ένωση που σχηματίζουν τα αντίστοιχα στοιχεία είναι ομοιοπολική,
- γ) το γράμμα X αν τα αντίστοιχα στοιχεία δε σχηματίζουν χημική ένωση.

|           | $\_{17}$CI   | $\_{16}$S   | $\_{20}$Ca   |
|-----------|-------------|------------|-------------|
| $\_{1}$Η   |             |            |             |
| $\_{11}$Na |             |            |             |
| $\_{6}$C   |             |            |             |
| $\_{10}$Ne |             |            |             |
Να γράψετε επίσης στο κάθε κενό τον τύπο της χημικής ένωσης που σχηματίζεται.
- 47. Να περιγράψετε τους δεσμούς (δίνοντας και τον ηλεκτρονιακό τύπο) στο μόριο του αιθανίου, που έχει χημικό τύπο C$\_{2}$H$\_{6}$. Δίνεται ότι τα άτομα του άνθρακα στο μόριο αυτό ενώνονται μεταξύ τους με έναν απλό ομοιοπολικό δεσμό. Πόσα είδη ομοιοπολικών δεσμών διακρίνετε στο μόριο του C$\_{2}$H$\_{6}$; Να τεκμηριώσετε την απάντηση σας. Δίνονται οι ατομικοί αριθμοί: Για τον άνθρακα Ζ = 6 και για το υδρογόνο Ζ = 1. *
- 48. Να χαρακτηρίσετε με Σ τις προτάσεις που είναι σωστές και με Λ αυτές που είναι λανθασμένες, και να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. *
- α) To Na με δομή (2,8,1) αποβάλλει πιο εύκολα ηλεκτρόνια από ότι το Κ με δομή (2,8,8,1).
- β) To F με δομή (2,7) προσλαμβάνει πιο εύκολα ηλεκτρόνια από ότι το C1 με δομή (2,8,7).
- γ) To Ca με δομή (2,8,8,2) δημιουργεί το ίδιο εύκολα χημικές ενώσεις όπως και το Kr (2,8,18,8) με ένα τρίτο στοιχείο π.χ. το C1 που έχει δομή (2,8,7).
- δ) To Na με δομή (2,8,1) έχει μεγαλύτερη ατομική ακτίνα από το Αl με δομή (2,8,3).
- ε) To Ca με δομή (2,8,8,2) έχει μεγαλύτερη ατομική ακτίνα από το Mg με δομή (2,8,2).
- 49. Δίνονται οι ατομικοί αριθμοί του άνθρακα (C): Ζ = 6 και του υδρογόνου (Η): Ζ = 1. Τα δύο αυτά στοιχεία σχηματίζουν τρεις ομοιοπολικές ενώσεις, την Α με τύπο C$\_{2}$H$\_{x}$, τη Β με τύπο C$\_{2}$H$\_{ψ}$ και τη Γ με τύπο C$\_{2}$H$\_{ω}$. Αν είναι γνωστό ότι η ένωση Α έχει ένα απλό ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ των ατόμων του άνθρακα, η ένωση Β έχει ένα διπλό ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ των ατόμων του άνθρακα και η ένωση Γ έχει ένα τριπλό ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ των ατόμων του άνθρακα, να δώσετε τους ηλεκτρονικούς τύπους των ενώσεων A, Β και Γ περιγράφοντας τον τρόπο δημιουρ -γίας των δεσμών. Πόσα και ποια είδη δεσμών υπάρχουν στις ενώσεις A, Β και Γ; *
- 50. Να εξηγήσετε για μία ιοντική ένωση ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή:

- α) Η έννοια του μορίου εκφράζει την ένωση αυτή.
- β) Ασκούνται μεταξύ των ατόμων δυνάμεις ηλεκτρομαγνητικής φύσης.
- γ) Όλες οι ιοντικές ενώσεις είναι αέρια σώματα.
- δ) Στα κρυσταλλικά πλέγματά τους υπάρχουν ιόντα αντίθετα φορτισμένα.
- 51. Να κατατάξετε τα παρακάτω μόρια σε ομοιοπολικά πολικά και ομοιοπολικά μη πολικά:
- Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας.
α) HCl
β) Ν$\_{2}$ γ) ΝΗ$\_{3}$ δ) Cl$\_{2}$
- 52. Ποιοι από τους παρακάτω δεσμούς βρίσκονται στο μόριο του οξυγόνου; Για το οξυγόνο: Ζ = 8.
- α) διπλός ομοιοπολικός δεσμός
- β) τριπλός ομοιοπολικός δεσμός μη πολικός
- γ) διπλός ομοιοπολικός μη πολικός δεσμός
- δ) ιοντικός
- ε) δεν σχηματίζεται δεσμός, γιατί είναι μονοατομικό στοιχείο.

Αριθμός Οξείδωσης - Γραφή Χημικών Τύπων - Ονοματολογία
- 53. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
α) Ο αριθμός οξείδωσης είναι ένας αριθμός που δείχνει το ……… φορτίο ενός ………. ή το φαινομενικό ………. ενός ………. σε μία ………. ………. β) Κάθε στοιχείο σε ελεύθερη ………. έχει αριθμό οξείδωσης ίσο με ……….
- γ) Το αλγεβρικό άθροισμα των ……… ένωση είναι ίσο με ……….
……. όλων των ………… σε μία χημική
- δ) Το αλγεβρικό άθροισμα των ……….
………. όλων των ατόμων σε ένα
…… είναι ίσο με το φορτίο του ………. .
- 54. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης των στοιχείων στις παρακάτω ενώσεις:
- α) του S στο Na$\_{2}$SΟ$\_{4 }$
- β) του Ν στο ΚΝΟ$\_{3}$
- γ) του Ρ στο Η$\_{3}$ΡΟ$\_{4}$
- 55. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης των στοιχείων στα παρακάτω ιόντα: α) του C στο CO$\_{3}$ 2-

- β) του I στο ΙΟ$\_{3}$
- γ) του S στο HSO$\_{3}$ $^{-}$.
- 56. Να χαρακτηρίσετε με Σ τις προτάσεις που είναι σωστές και με Λ τις προτάσεις που είναι λανθασμένες:
- α) Το χλώριο (Cl$\_{2}$) σε ελεύθερη κατάσταση έχει αριθμό οξείδωσης -1.
- β) Το θείο (S) στο H$\_{2}$S έχει αριθμό οξείδωσης -2.
- γ) Το χλώριο (Cl) στο ClO$\_{3}$ $^{-}$ έχει αριθμό οξείδωσης +4.
- δ) Το θείο (S) στο Fe$\_{2}$(SO$\_{4}$)$\_{3}$ έχει αριθμό οξείδωσης +6.
- 57. Ο αριθμός οξείδωσης του θείου στο A1$\_{2}$(SO$\_{4}$)$\_{3}$ είναι:

α) -2 β) +4 γ) +5 δ) +6.
Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση.
- 58. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης των στοιχείων στις παρακάτω ενώσεις: α) του Ν στις ενώσεις: ΝΗ$\_{3}$, Ν$\_{2}$O, NO, Ν$\_{2}$O$\_{3}$, Ba(NO$\_{3}$)$\_{2}$.
- β) του C στις ενώσεις: CH$\_{4}$, CH$\_{3}$OH, HCHO, CHCl$\_{3}$, CCl$\_{4}$.
- 59. Να συνδυάσετε τα γράμματα με τους αντίστοιχους αριθμούς:
α) Στοιχείο: P
αριθμός οξείδωσης
- 1. PH$\_{3}$
α. +3
2. P$\_{2}$O$\_{3}$
β. -3
3. AlPO$\_{4}$
4. P$\_{4}$
δ. +5
β) Στοιχείο: Cl
αριθμός οξείδωσης
1. HCl
α. +7
2.ClO$\_{3}$ $^{-}$
β. +5
3. HClO$\_{4}$
γ. +3
4. Cl$\_{2}$
δ. -1
5. ClO$\_{2}$ $^{-}$
- 60. Για να γράψουμε σωστά το μοριακό τύπο μιας ένωσης που αποτελείται από δύο στοιχεία πρέπει να γνωρίζουμε:
- α) τους μαζικούς αριθμούς των στοιχείων
- β) τους ατομικούς αριθμούς των στοιχείων
- γ) τους αριθμούς οξείδωσης των στοιχείων
- δ) τις ατομικότητες των στοιχείων
- ε) τα σύμβολα των στοιχείων

Ποια ή ποιες από τις παραπάνω προτάσεις είναι σωστές;
- 61. Να γράψετε τους μοριακούς τύπους των ενώσεων:
1. χλωριούχο ασβέστιο, 2. ιωδιούχο κάλιο, 3. υδροξείδιο του ασβεστίου, 4. νιτρικός άργυρος, 5. χλωρικό κάλιο, 6. θειούχο μαγνήσιο, 7. ανθρακικό νάτριο, 8. θειικό αργίλιο, 9. θειικός σίδηρος (II), 10. ανθρακικό αργίλιο, 11. οξείδιο του νατρίου, 12. βρωμιούχος ψευδάργυρος, 13. φωσφορικό μαγνήσιο, 14. υδρόθειο, 15. φθοριούχος μόλυβδος (II), 16. αζωτούχο αργίλιο, 17. φωσφορικό αμμώνιο, 18. κυανιούχο κάλιο, 19. χλωρικό ασβέστιο, 20. αμμωνία.

-  Δίνονται οι αριθμοί οξείδω -σης των στοιχείων: H = +1, O = -2, Ba = +2, Cl = -1.

62. Να ονομάσετε τις παρακάτω ενώσεις:

| 1. K$\_{2}$O     | 6. Al$\_{2}$S$\_{3}$    | 11.Ca(NO$\_{3}$)$\_{2}$       | 16.FePO$\_{4}$      |
|-----------------|-----------------------|-----------------------------|--------------------|
| 2. Ba(OH)$\_{2}$ | 7. Zn(NO$\_{3}$)$\_{2}$ | 12.CaCO$\_{3}$               | 17.KNO$\_{3}$       |
| 3. NaI          | 8. FeBr$\_{3}$         | 13.NO$\_{2}$                 | 18.H$\_{2}$S        |
| 4. CaCl$\_{2}$   | 9. NH$\_{3}$           | 14.CuOH                     | 19.H$\_{3}$PO$\_{4}$ |
| 5. HClO$\_{3}$   | 10.MgO                | 15.(NH$\_{4}$)$\_{2}$SO$\_{4}$ | 20.HCN             |

63. Να αντιστοιχίσετε τα γράμματα με τους σωστούς αριθμούς :
Α. H$\_{2}$SO$\_{4}$
- 1. οξείδιο του αργιλίου
Β. Ba(OH)$\_{2}$
- 2. υδροχλώριο
Γ. CO$\_{2}$
- 3. υδρογονούχο αργίλιο
Δ. AlH$\_{3}$
- 4. θειικό οξύ
Ε. Al$\_{2}$O$\_{3}$
- 5. διοξείδιο του άνθρακα
Z. Al$\_{2}$S$\_{3}$
- 6. υδροξείδιο του βαρίου
H. HCl
- 7. θειώδες αργίλιο
- Θ. Al$\_{2}$(SO$\_{3}$)$\_{3}$
- 8. θειούχο αργίλιο

64. Δίνετε ο παρακάτω πίνακας:

|       | BrO$\_{3}$ -   | CO$\_{3}$ 2-   | HSO$\_{4}$ -   | SO$\_{4}$ 2-   | OH -   | I -        | O 2-   |
|-------|---------------|---------------|---------------|---------------|--------|------------|--------|
| Κ +   |               |               |               |               |        |            |        |
| Βa 2+ |               |               |               |               |        | *BaI$\_{2}$ |        |
| Cu +  |               |               |               |               |        |            |        |
| Fe 2+ |               |               |               |               |        |            |        |
| Al 3+ |               |               |               |               |        |            |        |
| H +   |               |               |               |               |        |            |        |

- α) Να συμπληρώσετε τον πίνακα γράφοντας σε κάθε κενό τον αντίστοιχο μο -ριακό τύπο, όπως δείχνει το παράδειγμα *.
- β) Να αριθμήσετε και να ονομάσετε τις 42 ενώσεις του πίνακα.

Δραστηριότητα

Ατομικά πρότυπα - ερευνητές - χρονολογική εξέλιξη
Παρακάτω δίνονται:
- 2. Τα κυριότερα «ατομικά πρότυπα».
- 1. Ονόματα φιλοσόφων, επιστημόνων και ερευνητών που συνέβαλαν στην εξέλιξη των αντιλήψεων γύρω από το «άτομο», χωρίς χρονολογική, ή πολύ περισσότερο, αξιολογική σειρά.
Προσπαθήστε να τα τοποθετήσετε σε μία χρονολογική σειρά και ταυτόχρονα να τα αντιστοιχίσετε με τους ερευνητές που τα πρότειναν.

Φιλόσοφοι - Ερευνητές
Αλχημιστές, Albert Einstein, Αριστοτέλης, Geiger, Becquerel, Robert Millikan, Neils Bohr, Pauli, Sommerfield, Chadwick, Lavoisier, Coulomb, Max Planck, Crookes, Ernest Rutherford, Οι Curies, Erwin Schrödinger, John Dalton, J.J.Thomson, Δημό -κριτος, Glen T. Seaborg, Otto Hahn, Lise Meitner, W.K. Röntgen

Ατομικά πρότυπα
Στην αναφορά αυτή, όπου είναι δυνατόν, να δώσετε και εικόνες των προτύπων, καθώς, και τα πειράματα που υποστηρίζουν κάθε φορά το πρότυπο.
Αδιαίρετο, μία μικρή στερεή σφαίρα, το πρότυπο του ηλεκτρονιακού νέφους, πλα -νητικό πρότυπο, το πρότυπο του «σταφιδόψωμου».
Πληροφορίες σχετικά με το θέμα μπορείτε να αντλήσετε από το Internet.

Aπαντήσεις στις ασκήσεις πολλαπλής επιλογής και σωστού λάθους
14. β, δ
16. β
18. 15
27. (Κ, Νa),
(F, Cl), (Ρ, Ν)
28. γ
29. α
30. (Α-Γ) και (Β, Δ, Ε)
31. δ
32. i) το Α έχει
Ζ = 19 και το Β
έχει Ζ = 15
ii) γ
Mg και το Ψ είναι το F
33. το X είναι το
34. 15
35. α) 8 και β) 17
36. γ
37. γ
45. είναι ετεροπολική,
το ε 48. Λ είναι τα α, γ
Σ είναι τα β, δ, ε
50. δ
52. α και γ
α) +6, β) +5, γ) +5
55. α) +4, β) +5,
γ) +4
56. Λ είναι τα α, γ
Σ είναι τα β, δ
57. δ
58. α) -3, +1, +2, +3, +5 β) -4, -2, 0, +2, +4
59. Ρ: (1-β), (2-α),

(3-δ), (4-γ)
Cl: (1-δ), (2-β),
(3-α), (4-ε),
(5-γ)
60. γ και ε
63. (Α-4), (Β-6),
(Γ-5), (Δ-3),
(Ε-1), (Ζ-8),
(Η-2), (Θ-7)

ΟΞΕΑ - ΒΑΣΕΙΣ ΑΛΑΤΑ - ΟΞΕΙΔΙΑ

ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ
Στο τέλος αυτής της διδακτικής ενότητας θα πρέπει να μπορείς:
- -Να ορίζεις, να συμβολίζεις, να ονομάζεις και να ταξινομείς τα οξέα, τις βάσεις, τα άλατα και τα οξείδια.
- -Να περιγράφεις τις ιδιότητες των οξέων και βάσεων.
- -Να ορίζεις τι είναι pH διαλύματος και να ταξινομείς τα διαλύματα σε όξινα, βασικά και ουδέτερα, ανάλογα με την τιμή του pH τους.
- -Να συμβολίζεις ένα χημικό φαινόμενο (χημική αντίδραση) με μια χημική εξίσωση και να ισοσταθμίζεις αυτή.
- -Να ταξινομείς τις χημικές αντιδράσεις σε κατηγορίες και να αναγνωρίζεις από ένα σύνολο αντιδράσεων σε ποια κατηγορία ανήκει η καθεμιά.
- -Να αναλύεις το ρόλο της ταχύτητας και της απόδοσης μιας χημικής αντίδρασης.
- -Να συνδέεις τους όρους οξέα, βάσεις, άλατα, οξείδια και pH με φαινόμενα της καθημερινής μας ζωής (π.χ. όξινη βροχή, σταλακτίτες).

Εισαγωγή
Τα οξέα και οι βάσεις, αλλά και τα άλατα, είναι ουσίες που συνεχώς συ -ναντάμε στην καθημερινή μας ζωή. Είτε κάποιος έχει είτε όχι μελετήσει χημεία, πάντα έχει μία εμπειρία και γνώση γύρω από αυτά. Πολλοί από εμάς γνωρίζουν ότι το οξύ είναι π.χ. «ένα υγρό» που μπαίνει στις μπαταρίες των αυτοκινήτων. Είναι μία ουσία η οποία προκαλεί εγκαύματα και μπορεί να εξουδετερωθεί από κάποιο προϊόν που διαφημίζει η τηλεόραση και που λέγεται βάση. Και το λεμόνι είναι ένα οξύ αλλά δεν προκαλεί εγκαύματα. Άρα κάτι υπάρχει που κάνει κάποια οξέα ισχυρότερα από κάποια άλλα. Η αλήθεια είναι ότι οι βάσεις δεν είναι και τόσο συνηθισμένα προϊόντα. Ίσως όμως ήδη γνωρίζουμε ότι έχουν αφή σαπωνοειδή , ότι επίσης μπο -ρούν να προκαλούν εγκαύματα και ότι μπορούν να «ξεβουλώνουν» μία αποχέτευση από στερεοποιημένα λίπη. Οι αραβικής προέλευσης λέξεις άλκαλι, αλκαλικός αλλά και η Ελληνική καυστικός έχουν κατά κάποιο τρόπο συνδεθεί με αυτές. Τα άλατα τα γνωρίζουμε σαν ... «αλάτι» ή επιτραπέζιο άλας ή κοινό μαγειρικό αλάτι, το χλωριούχο νάτριο (NaCl) και καταλήγουμε να το «αποφεύγουμε», εφόσον η αλόγιστη χρήση του αυξάνει την αρτηριακή μας πίεση....Όμως, τα άλατα δεν είναι μόνο το κοινό αλάτι.

Στο κεφάλαιο αυτό θα γίνει μία προσπάθεια, να συστηματοποιη -θούν αυτές οι «σκόρπιες» γνώσεις και να τεθούν ει δυνατόν, κάτω από μία θεωρία . Πρώτα βέβαια πρέπει κανείς να τις «γνωρίσει» με το όνομά τους και τον τύπο τους. Να μελετήσει μετά τις ιδιότητες τους εκφράζοντάς τις με τις κατάλληλες χημικές αντιδράσεις . Να τις τοποθετήσει μέσα στο γενικό σύνολο των χημικών ενώσεων ως ηλεκτρολύτες . Πολύ σπουδαίο επίσης θα είναι να συνδέσει και να εξηγήσει τις ιδιότητες αυτές μέσα από τη δομή τους, πράγμα το οποίο είναι και η ουσία της χημείας ως επιστήμης.

3.1 Θεωρία ηλεκτρολυτικής διάστασης
Τα οξέα, οι βάσεις και τα προϊόντα αντιδράσεως αυτών, τα άλατα, αποτε -λούν μεγάλες τάξεις χημικών ενώσεων με τεράστιο ενδιαφέρον. Οι τρεις τάξεις των ενώσεων αυτών είναι γνωστές ως ηλεκτρολύτες. Τα υδατικά διαλύματα των ηλεκτρολυτών άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα. Η έρευνα γύρω από την ερμηνεία της αγωγιμότητας των ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων οδήγησαν τον Arrhenius το1887 στη διατύπωση της θεωρίας της ηλε -κτρολυτικής διάστασης. Η θεωρία αυτή συνοψίζεται στα εξής σημεία:

- 1. Όταν ο ηλεκτρολύτης (οξύ, βάση, άλας) διαλυθεί στο νερό, αυτός διίσταται σε κατιόντα (θετικά ιόντα) και ανιόντα (αρνητικά ιόντα).
- 2. Η διάσταση μπορεί να είναι πλήρης, ή μερική. Πλήρης αν διίσταται όλη η ποσότητα του ηλεκτρολύτη, και μερική, αν διίσταται μέρος αυτής.
- 3. Η διάσταση είναι ανεξάρτητη από την ύπαρξη ηλεκτρικού πεδίου.
- 4. Το συνολικό φορτίο των θετικών ιόντων είναι ίσο με το συνολικό φορτίο των αρνητικών ιόντων στο διάλυμα, ώστε το διάλυμα που προκύπτει να είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.

Εξάλλου τα οξείδια μπορούν να θεωρηθούν ως παράγωγα των οξέων και των βάσεων, καθώς πολλά από αυτά προκύπτουν με πλήρη αφυδάτωση οξέων (όξινα οξείδια) ή βάσεων (βασικά οξείδια).

3.2 Οξέα και Βάσεις

3.2.1 Ορισμός - Ονοματολογία - Ταξινόμηση Οξέων και Βάσεων

Οξέα
Τα οξέα περιέχονται σε πολλά τρόφιμα, ποτά, φάρμακα και άλλα υλικά καθημερινής χρήσης. Η ασπιρίνη, για παράδειγμα, περιέχει ακετυλοσα -λικυλικό οξύ, τα λεμόνια κιτρικό οξύ, το ξίδι οξικό οξύ, η coca-cola φω σφορικό οξύ και διοξείδιο του άνθρακα (όξινο οξείδιο) κλπ. Στο στομάχι μας το υδροχλωρικό οξύ παίζει βασικό ρόλο στη λειτουργία της πέψης.

Ορισμός οξέων
Έχουν διατυπωθεί κατά καιρούς διάφορες θεωρίες σχετικά με τα οξέα. Μία πολύ ενδιαφέρουσα άποψη περί οξέων και βάσεων δόθηκε το 1675 από το Γάλλο φαρμακοποιό Lémery. Ο Lémery συσχέτισε τη χημική συμπεριφορά των οξέων και βάσεων με το σχήμα και τη δομή τους. Τα οξέα, σύμφωνα με τις απόψεις του Lémery, έχουν στην επιφάνειά τους «καρφιά», πράγμα που δικαιολογεί το γδάρσιμο που προκαλούν στο δέρμα μας. Αργότερα, το 1787 ο Γάλλος Lavoisier (1743 - 1794) παρατήρησε ότι η καύση ορισμένων στοιχείων, όπως είναι ο άνθρακας, το θείο, το άζωτο οδηγεί σε ενώσεις (οξείδια) οι οποίες διαλυόμενες στο νερό δίνουν οξέα. Με βάση το σκεπτικό αυτό ο Lavoisier χαρακτήρισε ως οξέα τις χημικές ενώσεις που περιέχουν αμέταλλο και οξυγόνο (οξύ + γεννώ).

Οι σύγχρονες αντιλήψεις περί οξέων και βάσεων έχουν αφετηρία τη θεωρία ηλεκτρολυτικής διαστάσεως του Σουηδού χημικού Arrhenius, σύμφωνα με την οποία οξέα είναι οι υδρογονούχες ενώσεις που διαλυό -μενες στο νερό παρέχουν κατιόντα υδρογόνου (Η $^{+}$).
Θεωρία Arrhenius
Οξέα είναι οι υδρογονούχες ενώσεις που όταν διαλυ -θούν στο νερό δίνουν λόγω διάστασης Η$^{+}$.
Svante Arrhenius (1859-
1927) Σουηδός χημικός. Τι -μήθηκε με βραβείο Νόμπελ το 1903 για τη θεωρία του περί ηλεκτρολυτικής διάστα -σης. Συχνά του άρεσε να δι ηγείται την υποδοχή που του επιφύλαξε η επιστημονική κοινότητα για τις αντιλήψεις του περί ηλεκτρολυτικής διά -στασης:
- «... έτρεξα στον καθηγητή μου Cleve, που τόσο εκτι -μούσα (στο πανεπιστήμιο της Ουψάλας), και του ανα -κοίνωσα με ενθουσιασμό την ανάπτυξη μιας θεωρίας που είχα διαμορφώσει για την ερμηνεία της ηλεκτρολυ -τικής αγωγιμότητας των ηλε κτρολυτών. "Χάρηκα πολύ και για σας!" μου απάντησε κοφτά.

Πολύ αργότερα μου εκμυ -στηρεύτηκε πως είχε βαρεθεί την εποχή εκείνη να ακούει βλακώδεις θεωρίες....». Οι αντιλήψεις του Arrhenius πολύ δύσκολα μπορούσαν να γίνουν αντιληπτές την εποχή που διατυπώθηκαν, αφού τότε ακόμα η παρου -σία του ηλεκτρονίου ήταν αμφισβητήσιμη.
-  Στην περίπτωση των ηλε -κτρολυτών φορείς ρεύμα τος είναι τα ιόντα. Αντίθετα, στους μεταλλικούς αγωγούς ο φορέας ρεύματος είναι τα ηλεκτρόνια.

Συμβολισμός και ονοματολογία ανόργανων οξέων
Τα οξέα κατά Arrhenius έχουν το γενικό τύπο: όπου,
Α: είναι αμέταλλο, π.χ. Cl, ή ομάδα ατόμων (ρίζα), π.χ. SO$\_{4}$, κ α ι x: ο αριθμός οξείδωσης του Α
Ανάλογα με το είδος του Α, τα οξέα μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο κατηγορίες:
- α. Τα μη οξυγονούχα οξέα , τα οποία ονομάζονται με την πρόταξη υδρο -στο όνομα του Α . Π.χ.,
υδροβρώμιο

H$\_{2}$S
υδρόθειο
υδροκυάνιο
Τα υδατικά διαλύματα αυτών των οξέων ονομάζονται με το αρχικό υδρο -και ακολουθεί η κατάληξη -ικό οξύ . Έτσι, για παράδειγμα, το υδατικό διάλυμα του αερίου HCl, δηλαδή το HCl (aq) , ονομάζεται υδροχλωρικό οξύ.
β. τα οξυγονούχα οξέα , τα οποία ονομάζονται με το όνομα του Α και τη λέξη οξύ. Π.χ.,
ΗΝΟ$\_{3}$
νιτρικό οξύ
HCIO$\_{2}$
χλωριώδες οξύ
H$\_{2}$SO$\_{4}$
θειικό οξύ

Άλλη ταξινόμηση οξέων
- 1. Τα οξέα, ανάλογα με τον αριθμό των Η $^{+}$ που αποδίδουν στα υδατικά τους διαλύματα, διακρίνονται σε μονοπρωτικά (ή μονοβασικά), διπρω -τικά (ή διβασικά) κλπ. Έτσι έχουμε:
μονοπρωτικό οξύ
H$\_{2}$SO$\_{4}$:
διπρωτικό οξύ
Η$\_{3}$ΡΟ$\_{4}$:
τριπρωτικό οξύ
- 2. Τα οξέα διακρίνονται επίσης σε ισχυρά , τα οποία δεχόμαστε ότι διίστα -νται (ή καλύτερα ιοντίζονται) πλήρως σε ιόντα, και ασθενή , που διίστανται μερικώς σε ιόντα. Στην τελευταία δηλαδή περίπτωση συνυπάρχουν στο διάλυμα αδιάστατα μόρια και ιόντα. Παρακάτω δίνονται χαρακτηριστικά παραδείγματα για κάθε περίπτωση:

Ισχυρά οξέα: HCl, HBr, HI, ΗΝΟ$\_{3}$
Ασθενή οξέα: H$\_{2}$S, HCN, Η$\_{3}$ΡO$\_{4}$
Ασθενή οξέα: H$\_{2}$S, HCN, Η$\_{3}$ΡO$\_{4}$
Δηλαδή έχουμε, HCl
→ Η $^{+}$ + Cl-
(ισχυρό οξύ)
HCN GLYPH<horizontalharpoonextender>⇀ GLYPH<horizontalharpoonextender> ↽GLYPH<horizontalharpoonextender> Η $^{+}$ + CN(ασθενές οξύ)
Όπως είναι ευνόητο, διάλυμα ισχυρού οξέος π.χ. υδροχλωρικού οξέος (HCl), παρουσιάζει μεγάλη αγωγιμότητα. Στην περίπτωση αυτή η λά -μπα που εικονίζεται στη διάταξη του παρακάτω σχήματος ανάβει έντο να. Αντίθετα, στην περίπτωση που έχουμε διάλυμα ασθενούς οξέος π.χ. φωσφορικού οξέος (Η$\_{3}$ΡΟ$\_{4}$), η λάμπα ανάβει αμυδρά λόγω της μικρής συγκέντρωσης ιόντων στο διάλυμα.

Η ασπιρίνη είναι μία σχετικά πολύπλοκη μοριακή ένωση που συμπεριφέρεται ως οξύ, αφού κατά τη διάλυσή της στο νερό παρέχει Η$^{+}$.
-  Με βάση τις οδηγίες της IUPAC, που επί του παρό -ντος δεν ακολουθούμε στην Ελλάδα, ένα οξύ της μορφής ΗΑ ονομάζεται: υδρογόνο και ακολουθεί η ονομασία του Α π.χ. HCl : υδρογόνο χλωρίδιο
-  Μερικές «κοινές» ονομασί -ες οξέων είναι:
Η$\_{2}$ SO$\_{4}$ : βιτριόλι ΗΝΟ$\_{3}$: ακουαφόρτε
Τα ισχυρά οξέα έχουν μεγά -λη διαβρωτική ικανότητα και προκαλούν εγκαύματα στο δέρμα. Γι' αυτό τα δοχεία που έχουν τέτοια διαβρωτι -κά υγρά φέρουν την παρα πάνω ετικέτα.

To HCN είναι ένα ασθενές οξύ, με πολύ επικίνδυνη δη -λητηριώδη δράση. Τα τοξικά υλικά στη συσκευασία τους φέρουν την παραπάνω ετι -κέτα.
ΣΧΗΜΑ 3.1 Πειραματική διάταξη για τη μέτρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας δια -λύματος. Σε διάλυμα ασθενούς οξέος η λάμπα ανάβει αμυδρά ή καθόλου. Αντίθετα, σε διάλυμα ισχυρού οξέος ίδιας συγκέντρωσης η λάμπα ανάβει έντονα.

Βάσεις
Οι βάσεις περιέχονται σε πολλά υλικά καθημερινής χρήσης. Τα αντιόξινα φάρμακα, που χρησιμοποιούνται όταν έχουμε στομαχικές διαταραχές, περιέχουν βάσεις, π.χ. υδροξείδιο του μαγνησίου (γάλα της μαγνησί -ας). Τα αποφρακτικά νιπτήρων και σωλήνων (π.χ. tuboflo) περιέχουν υδροξείδιο του νατρίου. Η βάση αμμωνία αποτελεί το βασικό συστατικό καθαριστικών σπιτιού (π.χ. Ajax). Το υδροξείδιο του ασβεστίου αποτελεί σημαντικό υλικό της οικοδομικής. Βάσεις επίσης χρησιμοποιούνται σε πολλές βιομηχανικές διεργασίες, όπως για την παρασκευή των σαπουνιών, της τεχνητής μέταξας, στην επεξεργασία χάρτου κλπ.

Ορισμός βάσεων
Θεωρία Arrhenius
Βάσεις είναι ενώσεις που όταν διαλυθούν στο νερό δίνουν λόγω διάστασης ΟΗ $^{-}$

Συμβολισμός και ονοματολογία ανόργανων βάσεων
Οι βάσεις κατά Arrhenius έχουν κατά το πλείστον το γενικό τύπο: M(OH)$\_{X}$ όπου,
Μ: είναι μέταλλο, π.χ. Na, και x: ο αριθμός οξείδωσης του Μ Οι βάσεις (υδροξείδια των μετάλλων) ονομάζονται με την πρόταξη της λέξης υδροξείδιοστο όνομα του μετάλλου. Αν βέβαια το Μ έχει περισ -σότερους από έναν αριθμούς οξείδωσης, τότε στο τέλος της ονομασίας ακολουθεί ένας λατινικός αριθμός που δείχνει τον αριθμό οξείδωσης του Μ. Έτσι έχουμε:
NaOH υδροξείδιο του νατρίου
-  Η ισχύς των ηλεκτρολυτών: είναι μία γενική έκφραση της ικανότητας που έχουν οι ηλεκτρολύτες να διίστανται (ιονίζονται) πλήρως ή μερι -κώς σε ιόντα, κάτω από δε -δομένες συνθήκες.

Τα περισσότερα οξέα είναι ασθενή, εκτός από τα: HCl, HBr, HΙ, HNO$\_{3}$, H$\_{2}$ SO$\_{4}$ , HClO$\_{4}$
-  Σύμφωνα με τις σύγχρο -νες αντιλήψεις περί χημικών δεσμών, θεωρούμε ότι οι ετεροπολικές ενώσεις (π.χ. υδροξείδια μετάλλων και άλατα) διίστανται, σε αντιπα -ράθεση με τις ομοιοπολικές ενώσεις που ιοντίζονται, δη -λαδή, αντιδρούν με το νερό και σχηματίζονται ιόντα.
Ca(OH)$\_{2}$ υδροξείδιο του ασβεστίου
Fe(OH)$\_{2}$ υδροξείδιο του σιδήρου (II)
Να παρατηρήσουμε ότι η αμμωνία στα υδατικά της διαλύματα συμπε -ριφέρεται ως βάση, παρ' όλο που δεν περιέχει υδροξείδιο. Τα ιόντα του υδροξειδίου σχηματίζονται από την αντίδραση (ιοντισμός):

NH$\_{3}$ + H$\_{2}$O GLYPH<horizontalharpoonextender>⇀ GLYPH<horizontalharpoonextender> ↽GLYPH<horizontalharpoonextender> NH$\_{4}$ $^{+}$ + OH -

Ταξινόμηση βάσεων
- 1. Οι βάσεις, ανάλογα με τον αριθμό των ΟΗ $^{-}$ που αποδίδουν στα υδατικά τους διαλύματα, διακρίνονται σε μονουδροξυλικές (ή μονόξινες), πολυυδροξυλικές (ή πολυόξινες). Έτσι έχουμε:

ΚΟΗ :
μονόξινη βάση
Βa(OH)$\_{2}$: δισόξινη βάση
- 2. Οι βάσεις διακρίνονται επίσης σε ισχυρές , όταν διίστανται πλήρως σε ιόντα, και ασθενείς , όταν διίστανται μερικώς σε ιόντα. Παρακάτω δίνεται χαρακτηριστικό παράδειγμα για κάθε περίπτωση:
Ισχυρή βάση : NaOH → Na $^{+}$ + ΟΗ-
Ισχυρή βάση : NaOH
Ασθενής βάση: ΝΗ$\_{3}$ + Η$\_{2}$Ο  ΝΗ$\_{4}$ $^{+}$ + ΟΗ -
Στην τελευταία περίπτωση (ασθενούς βάσης) προφανώς συνυπάρχουν στο διάλυμα αδιάστατα μόρια και ιόντα, γι'αυτό και το διάλυμα παρουσιάζει σχετικά μικρή αγωγιμότητα.

3.2.2. Όξινος και Βασικός χαρακτήρας

Ιδιότητες οξέων
Τα οξέα παρουσιάζουν μία σειρά από κοινές ιδιότητες που ονομάζονται όξινος χαρακτήρας ή όξινες ιδιότητες ή όξινη αντίδραση . Οι κοινές αυτές ιδιότητες οφείλονται στην παρουσία κατιόντων υδρογόνου (Η $^{+}$) σε υδατικά διαλύματά τους. Οι ιδιότητες αυτές είναι:

α. Όξινη γεύση
Τα οξέα έχουν ξινή γεύση.

β. Αλλάζουν το χρώμα των δεικτών
Οι δείκτες είναι ουσίες που αλλάζουν χρώμα ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται (όξινο ή βασικό). Για παράδειγμα, η φαινολοφθα -λεΐνη έχει ανοικτό κόκκινο χρώμα σε διάλυμα βάσης (π.χ. NaOH), το οποίο, όμως, με προσθήκη κατάλληλης ποσότητας οξέος χάνεται (απο -χρωματισμός διαλύματος). Επίσης, το βάμμα του ηλιοτροπίου από μπλε χρώμα σε βασικό περιβάλλον, γίνεται κόκκινο σε όξινο περιβάλλον. Στο εμπόριο κυκλοφορούν ειδικές στενές λωρίδες χαρτιού διαποτισμένες με διάφορους δείκτες (πεχαμετρικό χαρτί). Έτσι, ανάλογα με το χρώμα που θα πάρει το χαρτί, όταν προσθέσουμε σ' αυτό μία σταγόνα από το διάλυμα, καταλαβαίνουμε πόσο όξινο ή πόσο βασικό είναι το διάλυμα.

-  Με βάση τις οδηγίες της IUPAC, που επί του παρό -ντος δεν ακολουθούμε στην Ελλάδα, οι βάσεις ονομάζο -νται: ΚΟΗ: κάλιο υδροξείδιο Fe(ΟH)$\_{3}$: σίδηρος (III) υδρο -ξείδιο.
-  Ορισμένες «κοινές» ονομα -σίες βάσεων είναι:

NaOH:
καυστική ποτάσα καυστική σόδα
-  Τα υδροξείδια των μετάλ -λων της ΙΑ και ΙΙΑ ομάδας του περιοδικού πίνακα που είναι διαλυτά στο νερό είναι ισχυροί ηλεκτρολύτες. Τα περισσότερα άλλα υδροξεί -δια είναι ασθενείς βάσεις, λόγω μικρής διαλυτότητας, παρόλο που το διαλυμένο μέρος του ηλεκτρολύτη διί -σταται πλήρως.
«Έκφραση» στην όξινη γεύση

γ. Αντιδρούν με μέταλλα
Ορισμένα δραστικά μέταλλα αντιδρούν με διαλύματα οξέων ελευθερώ -νοντας αέριο υδρογόνο
π.χ. Ζn (s) + 2HCl (aq) q ZnCl$\_{2}$ (aq) + H$\_{2}$ (g)
ΣΧΗΜΑ 3.2 Η αντίδραση ενός δραστικού μετάλλου με οξύ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εργαστηριακή παρασκευή του υδρογόνου.

δ. Αντιδρούν με βάσεις
Η αντίδραση αυτή μεταξύ ενός οξέος και μιας βάσης προς σχηματισμό άλατος και νερού ονομάζεται εξουδετέρωση . Ουσιαστικά η εξουδετέ -ρωση είναι η αντίδραση των Η $^{+}$ του οξέος και των ΟΗ$^{-}$ της βάσης προς σχηματισμό νερού.
ΗCl + NaOH NaCl + H$\_{2}$O
ΟΞΥ ΒΑΣΗ ΑΛΑΣ ΝΕΡΟ

ε. Άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα και κατά την ηλεκτρόλυσή τους ελευ -θερώνεται υδρογόνο στην κάθοδο
Τα ιόντα που προέρχονται από τη διάσταση του οξέος, όπως ήδη έχουμε αναφέρει, είναι φορείς ηλεκτρικού ρεύματος (βλέπε σχήμα 3.1). Μάλιστα η αγωγιμότητα, η ευκολία δηλαδή που περνά το ρεύμα, συσχετίζεται με την ισχύ του ηλεκτρολύτη. Πειραματικά έχει διαπιστωθεί ότι η διαβίβαση συνεχούς ρεύματος σε διάλυμα οξέος απελευθερώνει στην κάθοδο (αρνητικό πόλο της πηγής) αέριο Η$\_{2}$. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται ηλεκτρόλυση . Ηλεκτρόλυση, γενικώς, είναι το σύνολο των χημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα κατά τη διαβίβαση συνεχούς ρεύματος σε διαλύματα ηλεκτρολυτών.

Με προσθήκη οξέος σε διά -λυμα βάσης η φαινολοφθα λεΐνη, που βρίσκεται στο διάλυμα, αποχρωματίζεται.

Ιδιότητες βάσεων
Με ανάλογο τρόπο οι βάσεις παρουσιάζουν μία σειρά από κοινές ιδιότητες που ονομάζονται βασικός ή αλκαλικός χαρακτήρας ή βασική αντίδραση . Οι κοινές αυτές ιδιότητες των βάσεων, που οφείλονται στην παρουσία του ανιόντος υδροξειδίου (ΟΗ $^{-}$), είναι:

α. Αφή σαπωνοειδής και καυστική γεύση

β. Αλλάζουν το χρώμα των δεικτών
Π.χ. η φαινολοφθαλεΐνη σε διάλυμα οξέος είναι άχρωμη, ενώ με προ -σθήκη κατάλληλης ποσότητας βάσης αποκτά ανοικτό κόκκινο χρώμα (το διάλυμα χρωματίζεται).
- γ. Εξουδετερώνουν τα οξέα
- δ. Άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα τόσο τα τήγματα βάσεων όσο και τα υδατικά τους διαλύματα.
Κατά την ηλεκτρόλυση υδατικού διαλύματος βάσης απελευθερώνεται στην άνοδο (θετικός πόλος πηγής) αέριο Ο$\_{2}$.

To pH (πε -χα)
Σε κάθε υδατικό διάλυμα οξέος ή βάσης υπάρχουν κατιόντα υδρογόνου (Η $^{+}$) και ανιόντα υδροξειδίου (ΟΗ$^{-}$). Οι ποσότητες αυτές των ιόντων καθορίζουν το πόσο όξινο ή βασικό είναι το διάλυμα.
Έτσι, αν το πλήθος των Η $^{+}$ είναι μεγαλύτερο από αυτό των ΟΗ$^{-}$, τότε το διάλυμα χαρακτηρίζεται όξινο . Αντίθετα, αν το πλήθος των Η $^{+}$ είναι μικρότερο από των ΟΗ $^{-}$, τότε το διάλυμα χαρακτηρίζεται βασικό . Τέλος, αν το πλήθος των Η $^{+}$ είναι περίπου ίδιο με αυτό των ΟΗ$^{-}$, τότε έχουμε ουδέτερο διάλυμα.

ΣΧΗΜΑ 3.3 Κατά την ηλε -κτρόλυση υδατικού διαλύμα -τος οξέος στην κάθοδο ελευ -θερώνεται Η$\_{2}$Με προσθήκη βάσης σε διά -λυμα οξέος η φαινολοφθαλε -ΐνη που βρίσκεται στο διάλυ -μα χρωματίζεται κόκκινη.
-  pH: από τα αρχικά των λέ -ξεων Puissanse Hydrogene (δύναμη υδρογόνου).
To pH εκφράζει πόσο όξινο ή βασικό είναι ένα διάλυμα, αποτελεί δηλαδή ένα μέτρο της οξύτητας αυτού.
- -To pH παίρνει πρακτικά τιμές από 0 ως 14. Στα ουδέτερα διαλύματα (π.χ. στο νερό) το pH =7. Στα όξινα διαλύματα έχουμε ρΗ<7 και μάλιστα, όσο μικρότερη είναι η τιμή αυτή, τόσο πιο όξινο είναι το διάλυμα. Στα βασικά διαλύματα έχουμε pH > 7 και μάλιστα, όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή αυτή, τόσο πιο βασικό είναι το διάλυμα.

To pH ενός διαλύματος μπορεί να προσδιοριστεί κατά προσέγγιση με τη βοήθεια των δεικτών. Ιδιαίτερα εύχρηστος είναι ο λεγόμενος παγκόσμιος δείκτης (universal), ο οποίος κυκλοφορεί στο εμπόριο συνήθως σε μορφή στενών λωρίδων χαρτιού διαποτισμένων με το δείκτη. Ο δείκτης αυτός για κάθε τιμή του pH από 0 ως 14 παίρνει διαφορετικό χρώμα και μάλιστα με τη σειρά που έχουν τα χρώματα στο φάσμα του λευκού φωτός (ουράνιο τόξο), όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
ΣΧΗΜΑ 3.4 Ο παγκόσμι -ος δείκτης παίρνει διάφορα χρώματα, καθώς το pH του διαλύματος μεταβάλλεται από 0 έως 14.

Πρώτη σειρά από αριστερά προς τα δεξιά έχουμε δια -λύματα με pH = 1, pH = 4, αντίστοιχα.
Δεύτερη σειρά από αριστερά προς τα δεξιά έχουμε διαλύ -ματα με pH = 7, pH = 9, pH = 11, αντίστοιχα.
Η ακριβής, όμως, μέτρηση του pH διαλύματος γίνεται με ένα όργανο που λέγεται πεχάμετρο και που είναι ίσως το «δημοφιλέστερο» και σίγουρα το πιο απαραίτητο όργανο κάθε χημικού εργαστηρίου.
ΣΧΗΜΑ 3.5 Ο προσδιορισμός του pH με πεχάμετρο μπορεί να γίνει με μεγάλη ακρίβεια.
To pH έχει πολλές εφαρμογές στην καθημερινή μας ζωή. Στην τηλεόραση πολλές φορές έχουμε ακούσει τον όρο pH στις διαφημίσεις των σαμπου -άν, των σαπουνιών κλπ. Σήμερα γνωρίζουμε το pH πολλών βιολογικών υγρών, χυμών, ποτών και ειδών διατροφής. Στο σχήμα που ακολουθεί φαίνονται οι τιμές pH μερικών γνωστών διαλυμάτων:

ΣΧΗΜΑ 3.6 Τιμές pH ορισμένων γνωστών μας διαλυμάτων

3.3 Οξείδια
Ορισμένα οξείδια έχουν ιδιαίτερη βαρύτητα στην καθημερινή μας ζωή. Το πιο γνωστό από αυτά είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO$\_{2}$), που είναι το βασικό προϊόν της αναπνοής των έμβιων όντων και χρησιμοποιείται στη φωτοσύνθεση. Ακόμα, το CO$\_{2}$ είναι κυρίως υπεύθυνο για το φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Το διοξείδιο του θείου (SO$\_{2}$), το μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ), το διοξείδιο του αζώτου (ΝΟ$\_{2}$) και το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) ανήκουν στην κατηγορία των ατμοσφαιρικών ρύπων, που τόσο πολύ έχουν ταλαιπωρήσει τους κατοίκους πολλών μεγαλουπόλεων τα τελευταία χρόνια.

Άλλα χαρακτηριστικά οξείδια είναι το οξείδιο του ασβεστίου (CaO), ο γνωστός μας ασβέστης, που αποτελεί βασικό υλικό της οικοδομικής και πρώτη ύλη για την παρασκευή του γυαλιού. Τέλος, πολύ σημαντικά οξείδια είναι το Al$\_{2}$O$\_{3}$ και το Fe$\_{2}$O$\_{3}$, που υπό μορφή ορυκτών αποτελούν τη βάση για τη βιομηχανική παραγωγή (μεταλλουργία) των μετάλλων Al και Fe, αντίστοιχα.

Ορισμός, συμβολισμός, ονοματολογία και ταξινόμηση οξειδίων
Οξείδια ονομάζονται οι ενώσεις των στοιχείων με το οξυγόνο.
Τα περισσότερα οξείδια έχουν το γενικό τύπο:
Σ$\_{2}$Ο$\_{x}$
Όπου, x είναι ο αριθμός οξείδωσης του στοιχείου Σ.
Τα οξείδια ονομάζονται με τη λέξη οξείδιο και ακολουθεί το όνομα του στοιχείου. Π.χ.
CaO: οξείδιο του ασβεστίου
l $\_{2}$O$\_{3}$: οξείδιο του αργιλίου
C u $\_{2}$O: οξείδιο του χαλκού (Ι)
N a $\_{2}$O: οξείδιο του νατρίου
Όταν ένα στοιχείο (συνήθως αμέταλλο) σχηματίζει περισσότερα οξείδια, τότε αυτά διακρίνονται με πρόταξη στο όνομά τους των αριθμητικών μονο-, δι-, τρι- κλπ.

Έτσι, έχουμε:
μονοξείδιο του άνθρακα
C $\_{2}$:
διοξείδιο του άνθρακα
τριοξείδιο του αζώτου
N $\_{2}$O$\_{3}$:
S O $\_{3}$: τριοξείδιο του θείου
-  Με βάση τις οδηγίες της IUPAC, που δεν ακολουθού -με επί του παρόντος στην Ελλάδα, τα οξείδια ονομά -ζονται:
Ν$\_{2}$Ο$\_{5}$: διάζωτο πεντοξείδιο SO$\_{2}$ : θείο διοξείδιο

Ταξινόμηση οξειδίων
Τα οξείδια, ανάλογα με τη χημική τους συμπεριφορά, μπορούν να δια -κριθούν σε όξινα οξείδια, βασικά και επαμφοτερίζοντα οξείδια.

1. Όξινα οξείδια (ανυδρίτες οξέων)
Τα όξινα οξείδια είναι κατά το πλείστον οξείδια αμετάλλων. Προκύπτουν (θεωρητικά) απ' τα αντίστοιχα οξυγονούχα οξέα με αφαίρεση, με τη μορφή νερού, όλων των ατόμων υδρογόνου που περιέχουν.
Έτσι, για να βρούμε τον ανυδρίτη του θειικού οξέος (H$\_{2}$SO$\_{4}$) αφαιρούμε ένα μόριο Η$\_{2}$Ο από ένα μόριο Η$\_{2}$SO$\_{4}$, οπότε, προκύπτει SO$\_{3}$.
Δηλαδή, H$\_{2}$SO$\_{4}$ - H$\_{2}$O → SO$\_{3}$
Ομοίως, για να βρούμε τον ανυδρίτη του ΗΝΟ$\_{3}$, αφαιρούμε από δύο μόρια ΗΝΟ$\_{3}$ ένα μόριο νερού, οπότε προκύπτει Ν$\_{2}$Ο$\_{5}$.

Δηλαδή, 2ΗΝΟ$\_{3}$ - Η$\_{2}$Ο → Ν$\_{2}$Ο$\_{5}$
Ένας άλλος τρόπος καθορισμού του ανυδρίτη ενός οξέος είναι ο ακόλουθος: Έστω για παράδειγμα ότι θέλουμε να βρούμε τον ανυδρίτη του Η$\_{3}$ΡΟ$\_{4}$. Κατ' αρχάς βρίσκουμε τον αριθμό οξείδωσης του Ρ στο οξύ: 3(+1) + x +4(-2) = 0 ή x = +5.
Τον ίδιο αριθμό οξείδωσης θα έχει ο Ρ και στο οξείδιό του. Συνεπώς, το οξείδιο θα έχει τον μοριακό τύπο: Ρ$\_{2}$Ο$\_{5}$.

2. Βασικά οξείδια (ανυδρίτες βάσεων)
Τα οξείδια αυτά είναι συνήθως οξείδια μετάλλων και παραδείγματα τέ -τοιων οξειδίων είναι το Na$\_{2}$O, το CaO, το Fe$\_{2}$O$\_{3}$.
Τα βασικά οξείδια προκύπτουν (θεωρητικά) από τις αντίστοιχες βάσεις με αφαίρεση, με τη μορφή νερού όλων των ατόμων υδρογόνου που περιέχουν. Με τη λογική αυτή βρίσκουμε τους ανυδρίτες των βάσεων Ca(OH)$\_{2}$, NaOH και Fe(OH)$\_{3}$:
Ca(OH)$\_{2}$ - H$\_{2}$O → CaO
2NaOH - H$\_{2}$O → Na$\_{2}$O
2Fe(OH)$\_{3}$ - 3H$\_{2}$O → Fe$\_{2}$O$\_{3}$

Ένας πιο εύκολος τρόπος για τον καθορισμό του ανυδρίτη μιας βάσης στηρίζεται στην παρατήρηση, ότι τόσο ο ανυδρίτης όσο και η βάση πε -ριέχουν το μέταλλο με τον ίδιο αριθμό οξείδωσης. Κατόπιν τούτου, ο ανυδρίτης του Mg(ΟΗ)$\_{2}$ είναι το MgO, αφού το Mg και στις δύο ενώσεις έχει αριθμό οξείδωσης +2.

3. Επαμφοτερίζοντα
Επαμφοτερίζον είναι το οξείδιο εκείνο που άλλοτε συμπεριφέρεται ως οξύ και άλλοτε ως βάση. Αυτή του η συμπεριφορά καθορίζεται από τη φύση της ουσίας με την οποία αντιδρά. Έτσι, το Al$\_{2}$O$\_{3}$ κατά την αντίδραση με ένα οξύ συμπεριφέρεται ως βάση, Al(OH)$\_{3}$, ενώ κατά την αντίδρασή του με μία βάση, συμπεριφέρεται ως οξύ, H$\_{3}$AlO$\_{3}$, (αργιλικό οξύ).
-  Η χημική συμπεριφορά των όξινων οξειδίων είναι ανάλο -γη των αντίστοιχων οξέων τους.
-  Η χημική συμπεριφορά των βασικών οξειδίων είναι ανά -λογη των αντίστοιχων βάσε -ων τους.
-  Χαρακτηριστικά παραδείγ -ματα επαμφοτεριζόντων οξει -δίων: ZnO, Al$\_{2}$ O$\_{3}$ , PbO, SnO.

3.4 Άλατα
Τα οξέα και οι βάσεις, που περιγράψαμε στην προηγούμενη ενότητα, δεν απαντούν συνήθως ελεύθερα στη φύση. Πρώτες ύλες για την παρασκευή αυτών αποτελούν κυρίως τα άλατα τους, που βρίσκονται στη φύση υπό μορφή ορυκτών ή διαλυμένα στο νερό. Το πιο γνωστό άλας είναι το αλάτι ή μαγειρικό αλάτι (NaCl), που υπάρχει άφθονο ως ορυκτό ή διαλυμένο στο θαλασσινό νερό. Οι χρήσεις του είναι πολυάριθμες, π.χ. μαγειρική, συντήρηση τροφίμων, βιομηχανική παρασκευή χλωρίου κλπ. Άλλα γνω -στά άλατα είναι το ανθρακικό νάτριο (Na$\_{2}$CO$\_{3}$), που χρησιμοποιείται π.χ. για την παρασκευή γυαλιού, το υποχλωριώδες νάτριο (NaClO), που το αραιό διάλυμα του είναι η χλωρίνη, το ανθρακικό ασβέστιο (CaCO$\_{3}$), που απαντά στα μάρμαρα, ο βρωμιούχος άργυρος (ΑgBr), που χρησιμο -ποιείται στη φωτογραφική, τα φθοριούχα άλατα χρησιμοποιούνται στις οδοντόπαστες κλπ.

Συμβολισμός και ονοματολογία αλάτων
Tα άλατα είναι ιοντικές ενώσεις που περιέχουν κατιόν Μ (μέταλλο ή θετικό πολυατομικό ιόν, π.χ. ΝΗ$\_{4}$ $^{+}$) και ανιόν Α (αμέταλλο εκτός Ο ή αρνητικό πολυατομικό ιόν π.χ. CO$\_{3}$$^{2-}$).
Έτσι, ο γενικός τύπος των αλάτων είναι:
Όπου, x και ψ δείχνουν την αναλογία ανιόντων και κατιόντων στην ιο -ντική ένωση.
Υπάρχουν και πιο σύνθετα άλατα, όπως είναι τα διπλά, τα μικτά, τα ένυ -δρα και τα σύμπλοκα. Το θέμα όμως αυτό ξεπερνά τα όρια μελέτης του παρόντος βιβλίου.

Τα άλατα μπορούν να διακριθούν σε:
α. μη οξυγονούχα άλατα (το ανιόν τους δεν περιέχει οξυγόνο).
Τα άλατα αυτά ονομάζονται με πρώτη λέξη το όνομα του ανιόντος με την κατάληξη -ούχος και δεύτερη λέξη το όνομα του μετάλλου ή το αμμώνιο. Π.χ.,
NaCl: χλωριούχο νάτριο
FeS: θειούχος σίδηρος (ΙΙ)
FeCl$\_{3}$: χλωριούχος σίδηρος (ΙΙΙ) ή τριχλωριούχος σίδηρος
KCN: κυανιούχο κάλιο
N $\_{4}$I: ιωδιούχο αμμώνιο
β. οξυγονούχα άλατα (το ανιόν τους περιέχει οξυγόνο). Τα άλατα αυτά ονομάζονται με πρώτη λέξη το όνομα του ανιόντος και δεύτερη λέξη το όνομα του μετάλλου ή το αμμώνιο. Π.χ.,

$\_{3}$(PO$\_{4}$)$\_{2}$: φωσφορικό ασβέστιο
ZnCO$\_{3}$: ανθρακικός ψευδάργυρος
KHSO$\_{4}$: όξινο θειικό κάλιο
KHSO$\_{4}$: όξινο θειικό κάλιο
Τα οστά του ανθρώπου αποτελούνται κυρίως από Ca$\_{3}$(PO$\_{4}$)$\_{2}$, ένα δυσδιάλυτο στο νερό αλάτι του ασβεστίου.
-  KNaCO$\_{3}$: μικτό άλας CuSO$\_{4 }$ . 5H$\_{2}$O: ένυδρο άλας Fe$\_{4}$[Fe(CN)$\_{6}$ ]$\_{3}$ : σύμπλοκο άλας
-  Με βάση τις οδηγίες της IUPAC, που δεν ακολουθού -με επί του παρόντος στην Ελ -λάδα, τα άλατα ονομάζονται: ZnS: ψευδάργυρος σουλφίδιο FeBr$\_{2}$: σίδηρος (ΙΙ) βρωμίδιο NaCN: νάτριο κυανίδιο NaClO$\_{3}$: νάτριο χλωρικό Fe$\_{2}$ (SO$\_{4}$ )$\_{3}$: σίδηρος (ΙΙΙ) θειι -κός

NaH$\_{2}$PO$\_{4}$: νάτριο διυδρογόνο φωσφορικό
-  Ορισμένες «κοινές» ονομα -σίες αλάτων είναι:
NaHCO$\_{3}$ : σόδα
CaCO$\_{3 }$: ασβεστόλιθος
CaCO$\_{3 }$: ασβεστόλιθος
CaSO$\_{4}$.2H$\_{2}$Ο : γύψος CuSO$\_{4}$.5H$\_{2}$O : γαλαζόπετρα
Βa(ClO)$\_{2}$: χλωριώδες βάριο Al(NO$\_{3}$)$\_{3}$: νιτρικό αργίλιο

Χαρακτηριστικές ιδιότητες των αλάτων
Τα άλατα, όπως ήδη έχουμε αναφέρει, μπορούν να προκύψουν από την εξουδετέρωση οξέων με βάσεις ή με αντιδράσεις δραστικών μετάλλων με οξέα. Τα άλατα, ως ιοντικές ενώσεις, διίστανται πλήρως, είναι δηλαδή ισχυροί ηλεκτρολύτες. Για το λόγο αυτό τα υδατικά διαλύματα καθώς και τα τήγματα τους, είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος. Γενικώς, τα άλατα έχουν υψηλά σημεία τήξης και πολλά απ' αυτά είναι ευδιάλυτα στο νερό.

3.5 Χημικές αντιδράσεις
Χημικά φαινόμενα (αντιδράσεις) ονομάζονται οι μεταβολές κατά τις οποίες από ορισμένες αρχικές ουσίες (αντιδρώντα) δημιουργούνται νέες (προϊόντα) με διαφορετικές ιδιότητες.
Χημικές αντιδράσεις γίνονται συνεχώς στο φυσικό και ανθρωπογενές περιβάλλον με ή χωρίς την παρέμβαση του ανθρώπου. Στον άνθρωπο, που είναι ένα τεράστιο χημικό εργαστήριο με τρισεκατομμύρια κύτταρα, γίνονται αδιάκοπα χημικές αντιδράσεις με συνεχή αλληλεξάρτηση, που έχουν σαν αποτέλεσμα την ισορροπία του οργανισμού. Στα φυτά, από την αντίδραση διοξειδίου του άνθρακα (CO$\_{2}$) με νερό (Η$\_{2}$Ο), δημιουργείται η γλυκόζη (C$\_{6}$H1$\_{2}$O$\_{6}$) και με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας. Αυτή είναι η αντίδραση της φωτοσύνθεσης, που επιτελείται στους χλωροπλάστες και αποτελεί τη βασική αναβολική λειτουργία των αυτότροφων οργανισμών.

Ωστόσο, χημικές αντιδράσεις γίνονται και στο μήλο που σαπίζει, στην μπανάνα που μαυρίζει, στο γάλα που ξινίζει, στο κρασί που γίνεται ξίδι. Χημικές αντιδράσεις γίνονται στα μάρμαρα που μετατρέπονται σε γύψο, κατά τη δημιουργία της τρύπας του όζοντος κλπ.

Πως συμβολίζονται οι χημικές αντιδράσεις
Κάθε χημική αντίδραση συμβολίζεται με μία χημική εξίσωση . Στη χημική αυτή εξίσωση διακρίνουμε δύο μέλη, που συνδέονται μεταξύ τους με ένα βέλος ( → ). Στο πρώτο μέλος γράφουμε τα σώματα που έχουμε αρχικά, πριν ξεκινήσει η αντίδραση, που ονομάζονται αντιδρώντα , ενώ στο δεύτερο μέλος γράφουμε τα σώματα που σχηματίζονται κατά την αντίδραση και ονομάζονται προϊόντα .
-  Τήγμα:λιωμένο

ΑΝΤΙΔΡΩΝΤΑ

ΠΡΟΪΟΝΤΑ

Συνθήκες
Ας εξετάσουμε τώρα μία απλή χημική αντίδραση π.χ. την αντίδραση του αζώτου με το υδρογόνο προς σχηματισμό αμμωνίας. Το χημικό αυτό φαινόμενο περιγράφεται με την παρακάτω χημική εξίσωση:
Ν$\_{2}$ + Η$\_{2}$ → ΝΗ$\_{3}$ (1)
Στο πρώτο μέλος γράφουμε τα μόρια των αντιδρώντων , δηλαδή, το άζω -το και το υδρογόνο, ενώ στο δεύτερο μέλος της εξίσωσης γράφουμε τα προϊόντα της αντίδρασης, δηλαδή την αμμωνία.
Ωστόσο, η χημική εξίσωση (1) δεν είναι ακόμα σωστά γραμμένη, καθώς ο αριθμός των ατόμων κάθε στοιχείου θα πρέπει να είναι ίδιος στα αντιδρώ -ντα και προϊόντα, αφού τα άτομα ούτε φθείρονται, ούτε δημιουργούνται κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης. Θα πρέπει, λοιπόν να γίνει ισοστάθμιση μάζας. Έτσι, βάζουμε κατάλληλους συντελεστές στα δύο μέλη της εξίσωσης, ώστε να ικανοποιηθεί η παραπάνω απαίτηση.

Στο παράδειγμα της σύνθεσης της αμμωνίας, βάζουμε συντελεστή δύο μπροστά από την αμμωνία, ώστε να ισοσταθμίσουμε τα άτομα αζώτου, οπότε η χημική εξίσωση γράφεται:
Ν$\_{2}$ + Η$\_{2}$ → 2ΝΗ$\_{3}$ (2)
Επίσης βάζουμε συντελεστή τρία μπροστά από το μόριο του υδρο -γόνου, ώστε να ισοσταθμίσουμε στα δύο μέλη της χημικής εξίσωσης (αντιδρώντα και προϊόντα) τον αριθμό ατόμων υδρογόνου. Έτσι, η χημική εξίσωση παίρνει τη μορφή:
Ν$\_{2}$ + 3Η$\_{2}$ → 2ΝΗ$\_{3}$ (3)
Η (3) είναι τώρα σωστά γραμμένη χημική εξίσωση, καθώς έχει γίνει ισο -στάθμιση των ατόμων στα δύο μέλη της εξίσωσης. Επιπλέον πολλές φορές αναγράφεται και η φυσική κατάσταση των αντιδρώντων και προϊόντων, όπως θα δούμε παρακάτω.

Συμπερασματικά, λοιπόν, μία χημική εξίσωση περιλαμβάνει:

-τα αντιδρώντα και τα προϊόντα
- -τους κατάλληλους συντελεστές, ώστε τα άτομα κάθε στοιχείου να είναι ισάριθμα στα δύο μέλη της χημικής εξίσωσης.
Παρακάτω δίνονται χαρακτηριστικά παραδείγματα χημικών εξισώσεων στις οποίες αναγράφεται και η φυσική κατάσταση των αντιδρώντων και προϊόντων.
C H $\_{4}$(g) + 2O$\_{2}$ → CO$\_{2}$ (g) + 2H$\_{2}$O (g) (5)
P $\_{4}$(s) + 6Cl$\_{2}$ (g) → 4PCl$\_{3}$ (s) (4)
Οι παραπάνω χημικές εξισώσεις μπορούν να παρασταθούν και με προ -σομοιώματα μορίων (μοριακά μοντέλα), όπως φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί.

Antoine Lavoisier (17431794). Αν κανείς ήθελε να οριοθετήσει την εποχή που αρχίζει η ανάπτυξη της χη -μείας ως επιστήμη θα ξεκι -νούσε από την Γάλλο χημικό Lavoisier. Μια λαμπρή προ -σωπικότητα, προικισμένη με πολλές αρετές. Το ερευ -νητικό του έργο ήταν πολύ πλούσιο. Μεταξύ των άλλων περιλαμβάνεται ο νόμος δι -ατήρησης της μάζας:
«Σε κάθε χημική αντίδρα -ση η μάζα των αντιδρώ ντων είναι ίση με τη μάζα των προϊόντων.»
Το βιβλίο του «Στοιχειώδες Σύγγραμμα της Χημείας» αποτέλεσε τη βάση για τη θεμελίωση και διάδοση της χημικής επιστήμης. Παράλ -ληλα με τις επιστημονικές του δραστηριότητες, είχε αναπτύξει και επιχειρηματι -κή δράση, έχοντας μια φο -ροεισπρακτική εταιρεία. Η εταιρεία αυτή του εξασφά -λιζε μεγάλα κέρδη, ώστε να αυτοχρηματοδοτεί τις έρευ -νες του. Όμως, αυτή του στοίχισε το κεφάλι. Κατά τη διάρκεια της Γαλλικής επα -νάστασης κατηγορήθηκε για οικονομικά εγκλήματα και καρατομήθηκε. « Χάθηκε σ' ένα λεπτό ένα κεφάλι που ούτε κάθε εκατό χρόνια δε γεννιέται»

ΣΧΗΜΑ 3.7 Εικονική παρουσίαση των αντιδράσεων σε μορφή μοριακών μοντέλων: α. P$\_{4}$ (s) + 6Cl$\_{2}$ (g) $\_{ }$→$\_{ 4PCl}$$\_{3}$$\_{(s)}$$\_{ (πάνω) β. CH}$$\_{4}$$\_{(g) }$$\_{+ 2O}$$\_{2}$$\_{(g)}$$\_{ }$ →$\_{ CO}$$\_{2}$$\_{(g)}$$\_{ + 2H}$$\_{2}$$\_{O}$$\_{(g)}$$\_{ (κάτω).}$

Χαρακτηριστικά των χημικών αντιδράσεων

α. Πότε πραγματοποιείται μία χημική αντίδραση;
Για να πραγματοποιηθεί μία χημική αντίδραση θα πρέπει, σύμφωνα με τη θεωρία των συγκρούσεων , τα μόρια (ή γενικότερα οι δομικές μονάδες της ύλης) των αντιδρώντων να συγκρουστούν και μάλιστα να συγκρουστούν κατάλληλα . Με τον όρο «να συγκρουστούν κατάλληλα» εννοούμε ότι πρέπει να έχουν την κατάλληλη ταχύτητα και ένα ορισμένο προσανατο -λισμό. Αποτέλεσμα αυτής της σύγκρουσης είναι ότι «σπάνε» οι αρχικοί δεσμοί (των αντιδρώντων) και δημιουργούνται νέοι (των προϊόντων). Έχει εκτιμηθεί ότι μόνο ένα πολύ μικρό ποσοστό των συγκρούσεων των αντιδρώντων είναι αποτελεσματικές .

 Σύμβολα: (s) q στερεό (l) q υγρό (g) q αέριο (aq) q υδατικό διάλυμα
-  Αποτελεσματικές είναι οι συγκρούσεις που οδηγούν στην αντίδραση.
-  Σε βαθύτερο επίπεδο την απάντηση στο ερώτημα πότε πραγματοποιείται μια χημική αντίδραση δίνει η Χη -μική Θερμοδυναμική (βλέπε σχολικό βιβλίο Γ' Λυκείου).
ΣΧΗΜΑ 3.8 Για να γίνει η αντίδραση NO+Cl$\_{2}$$\_{ }$→  NOCl + Cl θα πρέπει τα αντιδρώντα μόρια να έχουν το σωστό προσανατολισμό και την κατάλληλη ταχύτητα (ενέργεια). Α: αποτελεσματική σύγκρουση Β: μη αποτελεσματική σύγκρουση.

β. Πόσο γρήγορα γίνεται μία χημική αντίδραση; (Ταχύτητα της αντίδρασης)
Εύκολα γίνεται αντιληπτό ότι η ταχύτητα με την οποία τα διάφορα χημικά φαινόμενα εξελίσσονται ποικίλλει. Έτσι, π.χ. ο Fe σκουριάζει (διάβρω -ση) πολύ αργά, ενώ η έκρηξη της πυρίτιδας ή η καύση του Mg με το Ο$\_{2}$ γίνονται ακαριαία. Επίσης, η αντίδραση 2Η$\_{2}$ + Ο$\_{2}$ → 2Η$\_{2}$Ο στη συνήθη θερμοκρασία προχωρεί τόσο αργά, ώστε πρακτικά δε γίνεται. Αν όμως τη «βοηθήσουμε» με ένα σπινθήρα, τότε γίνεται έκρηξη, δηλαδή η αντίδραση γίνεται με πολύ μεγάλη ταχύτητα.

Προφανώς ο ρυθμός των ενεργών συγκρούσεων καθορίζει την ταχύτητα μιας αντίδρασης.
- -Ταχύτητα μιας αντίδρασης ορίζεται η μεταβολή της συγκέντρωσης ενός από τα αντιδρώντα ή τα προϊόντα, στη μονάδα του χρόνου.
Η ταχύτητα μιας αντίδρασης μπορεί να αυξηθεί:
- 1. Με αύξηση της ποσότητας (συγκέντρωσης) των αντιδρώντων.
- 2. Με αύξηση της θερμοκρασίας .
- 3. Με την παρουσία καταλυτών . Ο καταλύτης αυξάνει την ταχύτητα της αντίδρασης, χωρίς να καταναλώνεται. Οι αντιδράσεις στους ζωντανούς οργανισμούς καταλύονται από τα ένζυμα ή βιοκαταλύτε ς.
- 4. Με την αύξηση της επιφάνειας επαφής των στερεών σωμάτων που μετέχουν στην αντίδραση. Π.χ. ο άνθρακας σε μεγάλα κομμάτια καί -γεται αργά, ενώ σε μορφή σκόνης σχεδόν ακαριαία.

-  Η συγκέντρωση εκφράζει το πλήθος των μορίων ανά μονάδα όγκου (στο επόμενο κεφάλαιο θα μιλήσουμε ανα -λυτικά για τη συγκέντρωση).
-  Όταν έχουμε πυρετό (υψη -λή θερμοκρασία), όλες οι αντιδράσεις του οργανισμού επιταχύνονται.
-  Η ζάχαρη στον αέρα καίγε -ται σε θ > 600 $^{ο}$C, ενώ στον οργανισμό μας «καίγεται» στους 37 $^{ο}$C. Γιατί;

γ. Ενεργειακές μεταβολές που συνοδεύουν τη χημική αντίδραση
Είναι πια γνωστό ότι στις χημικές μεταβολές (αντιδράσεις) τα άτομα διατηρούνται, ενώ ανακατανέμονται. Δηλαδή, οι αρχικοί δεσμοί «σπά -ζουν» και δημιουργούνται καινούργιοι σχηματίζοντας έτσι τα προϊόντα της αντίδρασης. Π.χ. στην αντίδραση H$\_{2}$ + Cl$\_{2}$ → 2HCl, «σπάζουν» οι δεσμοί Η-Η και Cl-Cl και δημιουργείται ο δεσμός H-Cl.
Γενικά, για να «σπάσει» ένας δεσμός, χρειάζεται ενέργεια, ενώ όταν δημιουργείται εκλύεται. Αυτό το «πάρε - δώσε» ενέργειας κρίνει τελικά κατά πόσο η αντίδραση συνολικά ελευθερώνει ή απορροφά ενέργεια σε μορφή θερμότητας.

- -Εξώθερμη ονομάζεται μία χημική αντίδραση που ελευθερώνει θερμότητα στο περιβάλλον.
- -Ενδόθερμη είναι η αντίδραση που απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον.

δ. Πόσο αποτελεσματική είναι μία αντίδραση; (Απόδοση αντίδρασης)
Πολλές χημικές αντιδράσεις δεν είναι πλήρεις, δηλαδή μέρος μόνο των αντιδρώντων μετατρέπονται σε προϊόντα (αμφίδρομες αντιδράσεις).
- -Η απόδοση μιας αντίδρασης καθορίζει τη σχέση μεταξύ της ποσότητας ενός προϊόντος που παίρνουμε πρακτικά και της ποσότητας που θα παίρναμε θεωρητικά, αν η αντίδραση ήταν πλήρης (μονόδρομη).
Όπως θα δούμε αναλυτικά στο βιβλίο της Γ' Λυκείου κατεύθυνσης, μπο -ρούμε να αυξήσουμε την απόδοση μιας αντίδρασης μεταβάλλοντας:

- 1. την ποσότητα (συγκέντρωση) των αντιδρώντων ή των προϊόντων
- 2. τη θερμοκρασία
- 3. την πίεση, εφ' όσον στην αντίδραση μετέχουν αέρια.

Μερικά είδη χημικών αντιδράσεων
Οι χημικές αντιδράσεις μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο μεγάλες κατη -γορίες, τις οξειδοαναγωγικές και τις μεταθετικές.

Α. ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ
Στις αντιδράσεις αυτές ο αριθμός οξείδωσης ορισμένων από τα στοιχεία που συμμετέχουν μεταβάλλεται. Τέτοιες αντιδράσεις απλής μορφής εί -ναι οι συνθέσεις, οι αποσυνθέσεις, οι διασπάσεις, οι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης. Υπάρχουν, βέβαια, και αντιδράσεις οξειδοαναγωγής πολύπλοκης μορφής, οι οποίες όμως δε θα μας απασχολήσουν στο κε -φάλαιο αυτό.
-  Εκλύεται: ελευθερώνεται
-  Εξώθερμη:
C + O$\_{2}$ q CO$\_{2}$ + 394kJ
-  Ενδόθερμη: CaCO$\_{3 }$ q CaO+CO$\_{2}$ - 178kJ

1. Αντιδράσεις σύνθεσης
Κατά τις αντιδράσεις αυτές αντιδρούν δύο ή περισσότερα στοιχεία για να σχηματίσουν μία χημική ένωση. Ας δούμε μερικά παραδείγματα.
N$\_{2}$ (g) + 3H$\_{2}$ (g) → 2NH$\_{3}$ (g)
H$\_{2}$ (g) + Cl$\_{2}$ (g) 2HCl (g) →
2K (s) + Cl$\_{2}$ (g) → 2KCl (s)
C (s) + O$\_{2}$ (g) → CO$\_{2}$ (g)

Εφαρμογή
Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των επόμενων αντιδράσεων: α) αργίλιο και θείο δίνουν θειούχο αργίλιο, β) αργίλιο και οξυγόνο δίνουν οξείδιο του αργιλίου, γ) σίδηρος και χλώριο δίνουν χλωριούχο σίδηρο (ΙΙΙ), δ) κασσίτερος και οξυγόνο δίνουν οξείδιο του κασσίτερου (ΙΙ).

2. Αντιδράσεις αποσύνθεσης και διάσπασης
Κατά τις αντιδράσεις αυτές μία χημική ένωση διασπάται στα στοιχεία της (αποσύνθεση) ή σε δύο ή περισσότερες απλούστερες χημικές ουσίες (διάσπαση). Ας δούμε μερικά παραδείγματα.
2HgO (s) → 2Hg (l) + O$\_{2}$ (g)
CaCO$\_{3}$ (s) → CaO (s) + CO$\_{2}$ (g)
2KClO$\_{3}$ (s) → 2KCl (s) + 3O$\_{2}$ (g)

Εφαρμογή
Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των επόμενων αντιδράσεων: α. οξείδιο του χαλκού (ΙΙ) διασπάται σε χαλκό και οξυγόνο, β. βρωμι -ούχος άργυρος διασπάται σε άργυρο και βρώμιο.

3. Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης
Κατά τις αντιδράσεις αυτές ένα στοιχείο που βρίσκεται σε ελεύθερη κα -τάσταση αντικαθιστά ένα άλλο στοιχείο που βρίσκεται σε μία ένωσή του. Έτσι, ένα μέταλλο Μ αντικαθιστά ένα άλλο μέταλλο Μ' ή το υδρογόνο, σύμφωνα με το γενικό σχήμα:
Μ + Μ'Χ → ΜΧ + Μ'
ή ένα αμέταλλο Α αντικαθιστά ένα άλλο αμέταλλο Α', σύμφωνα με το γενικό σχήμα:
Α + ΨΑ' → ΨΑ + Α'
-  Το Μ δραστικότερο του Μ' σημαίνει ότι το Μ δημι -ουργεί πιο «εύκολα» χημική ένωση με το Χ απ ' ότι το Μ'.
Απαραίτητη προϋπόθεση για να γίνει η αντίδραση απλής αντικατάστασης είναι το Μ να είναι δραστικότερο του Μ' και το Α δραστικότερο του Α'. Παρακάτω δίνεται η σειρά δραστικότητας των κυριότερων μετάλλων και αμετάλλων.

ΣΕΙΡΑ ΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΟΡΙΣΜΕΝΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΚΑΙ ΑΜΕΤΑΛΛΩΝ

ΜΕΤΑΛΛΑ:
K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H , Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Αύξηση δραστικότητας

ΑΜΕΤΑΛΛΑ:
F$\_{2}$, Cl$\_{2}$, Br$\_{2}$, O$\_{2}$, I$\_{2}$, S
Ας δούμε τώρα μερικά παραδείγματα
α) Μέταλλο + άλας → άλας + μέταλλο
Zn (s) + CuSO$\_{4}$ (aq) → ZnSO$\_{4}$ (aq) + Cu (s)
2Na + FeCl$\_{2}$ → 2NaCl + Fe
β) Μέταλλο + οξύ → άλας + Η$\_{2}$
2Al (s) + 6HCl (aq) → 2AlCl$\_{3}$ (aq) + 3H$\_{2}$ (g)
Να παρατηρήσουμε ότι στις αντιδράσεις αυτές το μέταλλο εμφανίζεται στα προϊόντα με το μικρότερο αριθμό οξείδωσης. Εξαιρείται ο χαλκός που δίνει ενώσεις του Cu$^{2+}$.
Π.χ. Fe (s) + 2HBr (aq) → FeBr$\_{2}$ (aq) + H$\_{2}$ (g)

Επίσης, τα πυκνά διαλύματα θειικού οξέος κατά τις αντιδράσεις τους με μέταλλα δίνουν πολύπλοκες οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις (και όχι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης). Το ίδιο ισχύει και για τα διαλύματα πυκνού και αραιού νιτρικού οξέος.
γ) Μέταλλο + νερό → …… + Η$\_{2}$
Τα πιο δραστικά μέταλλα K, Ba, Ca, Na αντιδρούν με το νερό και δίνουν την αντίστοιχη βάση (υδροξείδιο του μετάλλου) και Η$\_{2}$.
π.χ. 2Na (s) + 2H$\_{2}$O (l) → 2NaOH (aq) + H$\_{2}$ (g)
Τα υπόλοιπα πιο δραστικά από το υδρογόνο μέταλλα αντιδρούν με υδρατμούς σε υψηλή θερμοκρασία και δίνουν οξείδιο του μετάλλου και υδρογόνο,
π.χ. Mg (s) + H$\_{2}$O (g) → MgO (s) + H$\_{2}$ (g)

Η αντίδραση του νερού με Na (πάνω) και K (κάτω) γί -νεται πολύ βίαια, το δε Η$\_{2}$ που ελευθερώνεται αυτανα -φλέγεται.

Εφαρμογή
Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων (εφόσον αυτές γίνονται):
- 1. ψευδάργυρος + υδροβρώμιο → …, 2. ιώδιο + φθοριούχο νάτριο → …, 3. νάτριο + χλωριούχο αργίλιο → …, 4. χαλκός + νιτρικός άρ -γυρος → …, 5. άργυρος + υδροχλώριο → …, 6. κάλιο + φωσφορικό οξύ → …, 7. βάριο + νερό → …, 8. ψευδάργυρος + νερό → …

Β. ΜΕΤΑΘΕΤΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ
Στις αντιδράσεις αυτές οι αριθμοί οξείδωσης όλων των στοιχείων που μετέχουν στην αντίδραση παραμένουν σταθεροί. Τέτοιες αντιδράσεις είναι οι αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης και η εξουδετέρωση.

1. Αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης
Αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης ονομάζονται οι αντιδράσεις μεταξύ δύο ηλεκτρολυτών σε υδατικά διαλύματα, κατά τις οποίες οι ηλεκτρολύτες ανταλλάσσουν ιόντα, σύμφωνα με το σχήμα:
Α $^{+}$Β$^{-}$ + Γ$^{+}$Δ$^{-}$ → Α $^{+}$Δ$^{-}$ + Γ$^{+}$Β-
Σ' αυτό το είδος αντιδράσεων ανήκουν και οι αντιδράσεις μεταξύ οξέων και βάσεων (εξουδετερώσεις), οι οποίες εξετάζονται χωριστά στην αμέ -σως επόμενη ενότητα.
Ας δούμε, όμως, μερικά παραδείγματα.
AgNO$\_{3}$ (aq) + NaCl (aq) → NaNO$\_{3}$ (aq) + AgCl →

Na$\_{2}$CO$\_{3}$ (aq) + Ca(OH)$\_{2}$ (aq) → 2NaOH (aq) + CaCO$\_{3}$ →
BaCl$\_{2}$ (aq) + 2HNO$\_{3}$ (aq) → Ba(NO$\_{3}$)$\_{2}$ (aq) + 2HCl →
Εδώ πρέπει να υπογραμμίσουμε ότι μία αντίδραση διπλής αντικατάστασης γίνεται μόνο εφόσον ένα από τα προϊόντα της αντίδρασης:
- 1. «πέφτει» ως ίζημα (καταβύθιση).
- 2. εκφεύγει ως αέριο από το αντιδρών σύστημα
- 3. είναι ελάχιστα ιοντιζόμενη ένωση, δηλαδή διίσταται σε πολύ μικρό ποσοστό.
Η τελευταία περίπτωση θίγεται σχεδόν αποκλειστικά στην εξουδετέρωση, όπου σχηματίζεται η ελαχιστη ιοντιζόμενη ένωση νερό.

Για τις άλλες περιπτώσεις θα πρέπει να μάθουμε να αναγνωρίζουμε ποια είναι τα ιζήματα και τα αέρια. Αυτά δίνονται σε μορφή πίνακα παρακάτω.
Ηλεκτρολύτες είναι τα οξέα, οι βάσεις και τα άλατα
-  Σύμβολα:
- ↓: ίζημα, δηλαδή δυσδιάλυτη ουσία
- ↑: αέρια ουσία
-  Αν το αέριο προϊόν είναι ευδιάλυτο, τότε θερμαίνουμε για να απομακρυνθεί από το διάλυμα.

ΠΙΝΑΚΑΣ 3.1 : Κυριότερα αέρια και ιζήματα
ΑΕΡΙΑ: HF, HCl, HBr, HI, H$\_{2}$S, HCN, SO$\_{2}$, CO$\_{2}$, NH$\_{3}$
ΙΖΗΜΑΤΑ: AgCl, AgBr, AgI, BaSO$\_{4}$, CaSO$\_{4}$, PbSO$\_{4}$
Όλα τα ανθρακικά άλατα εκτός από K$\_{2}$CO$\_{3}$, Na$\_{2}$CO$\_{3}$, (NH$\_{4}$)$\_{2}$CO$\_{3}$.
Όλα τα θειούχα άλατα εκτός από K$\_{2}$S, Na$\_{2}$S, (NH$\_{4}$)$\_{2}$S.
Όλα τα υδροξείδια των μετάλλων εκτός από KOH, NaOH, Ca(OH)$\_{2}$, Ba(OH)$\_{2}$
Παρατήρηση: Το ανθρακικό οξύ (Η$\_{2}$CO$\_{3}$) και το θειώδες οξύ (H$\_{2}$SO$\_{3}$) είναι ασταθείς ενώσεις, ενώ το υδροξείδιο του αμμωνίου (ΝΗ$\_{4}$ΟΗ) είναι μόριο υποθετικό. Γι' αυτό στη θέση των προϊόντων γράφουμε:

CO$\_{2}$ → + H$\_{2}$O αντί H$\_{2}$CO$\_{3}$
SO$\_{2}$ → + H$\_{2}$O αντί H$\_{2}$SO$\_{3}$
NH$\_{3}$ → + H$\_{2}$O αντί NH$\_{4}$OH
ΣΧΗΜΑ 3.9 Εικονική παρουσίαση της αντίδρασης διπλής αντικατάστασης μεταξύ Pb(NO$\_{3}$)$\_{2}$ και KI προς σχηματισμό του κίτρινου ιζήματος PbI$\_{2}$.

Εφαρμογή
Να συμπληρωθούν οι αντιδράσεις:
- 1. χλωριούχο αργίλιο + νιτρικός άργυρος
- 2. ανθρακικό βάριο + υδροχλώριο
- 3. θειώδης ψευδάργυρος + θειικό οξύ
- 4. νιτρικό βάριο + θειικό νάτριο
- 5. χλωριούχο αμμώνιο + υδροξείδιο του μαγνησίου
- 6. όξινο ανθρακικό νάτριο + υδροϊώδιο
- 7. θειικό αμμώνιο + υδροξείδιο του καλίου
- 8. νιτρικός μόλυβδος (ΙΙ) + θειούχο νάτριο

2. Εξουδετέρωση
Εξουδετέρωση ονομάζεται η αντίδραση ενός οξέος με μία βάση. Κατά την αντίδραση αυτή τα υδρογονοκατιόντα (Η+) που προέρχονται από το οξύ ενώνονται με τα ανιόντα υδροξειδίου (ΟΗ $^{-}$) που προέρχονται από τη βάση, και δίνουν νερό:

Η $^{+}$ + ΟΗ$^{-}$ → Η$\_{2}$Ο
Εξαιτίας της αντίδρασης αυτής πολλές φορές «εξαφανίζονται» (εξουδετε -ρώνονται) τόσο οι ιδιότητες του οξέος (που οφείλονται στα Η $^{+}$) όσο και οι ιδιότητες της βάσης (που οφείλονται στα ΟΗ $^{-}$). Γι' αυτό και η αντίδραση ονομάζεται εξουδετέρωση .
Κατά την εξουδετέρωση το ανιόν του οξέος και το κατιόν της βάσης σχηματίζουν άλας. Ας δούμε μερικά παραδείγματα
NaOH (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H$\_{2}$O (l)
H$\_{2}$SO$\_{4}$ (aq) + 2KOH (aq) → K$\_{2}$SO$\_{4}$ (aq) + 2H$\_{2}$O (l)
3Ca(OH)$\_{2}$ (aq) + 2H$\_{3}$PO$\_{4}$ (aq) → Ca$\_{3}$(PO$\_{4}$)$\_{2}$ → + 6H$\_{2}$O (l)

Οι αντιδράσεις που προηγήθηκαν αποτελούν παραδείγματα πλήρους εξουδετέρωσης, οπότε το άλας που σχηματίζεται είναι ένα ουδέτερο ή κανονικό άλας . Στην περίπτωση που η εξουδετέρωση είναι μερική, είναι δυνατόν να σχηματιστούν όξινα ή βασικά άλατα (π.χ. KHSO$\_{4}$ και Ca(OH) Cl). Αυτές όμως οι αντιδράσεις παρασκευής όξινων και βασικών αλάτων είναι πέρα από τα πλαίσια των μαθημάτων που δίνονται σ' αυτό το βιβλίο. Όπως ήδη αναφέραμε, τα όξινα οξείδια έχουν στα υδατικά τους διαλύματα συμπεριφορά οξέων και αντίστοιχα τα βασικά οξείδια συμπεριφορά βάσε -ων. Έτσι, στις αντιδράσεις εξουδετέρωσης μπορούν να συμπεριληφθούν και οι παρακάτω περιπτώσεις:

N$\_{2}$ O$\_{5}$ (aq) + 2NaOH (aq) → 2NaNO$\_{3}$ (aq) + H$\_{2}$O (l)
όξινο οξείδιο βάση
CaO (aq) + 2HCl (aq) → CaCl$\_{2}$ (aq) + H$\_{2}$O (l)
βασικό οξείδιο οξύ
-  Στις εξουδετερώσεις περι -λαμβάνονται οι αντιδράσεις: 1. οξύ + βάση
- 2. όξινο οξείδιο + βάση
- 3. βασικό οξείδιο + οξύ
- 4. όξινο οξείδιο + βασικό οξείδιο
-  Για να προβλέψουμε τα προϊόντα της αντίδρασης θε -ωρούμε στη θέση του Ν$\_{2}$Ο$\_{5}$ το αντίστοιχο οξύ, δηλαδή το ΗΝΟ$\_{3}$.

Μία εξαίρεση:
Στις αντιδράσεις της ΝΗ$\_{3}$ με οξέα και στις αντιδράσεις μεταξύ όξινων και βασικών οξειδίων δεν έχουμε παραγωγή νερού. Π.χ.
3SO$\_{3}$ + Fe$\_{2}$O$\_{3}$ → Fe$\_{2}$(SO$\_{4}$)$\_{3}$ (aq)
2NH$\_{3}$ (aq) + H$\_{2}$SO$\_{4}$ (aq) → (NH$\_{4}$)$\_{2}$SO$\_{4}$ (aq)

Εφαρμογή
Να συμπληρωθούν οι αντιδράσεις:
- 1. πεντοξείδιο του φωσφόρου + υδροξείδιο του καλίου
- 2. τριοξείδιο του θείου + υδροξείδιο του αργιλίου
- 3. διοξείδιο του άνθρακα + υδροξείδιο του ασβεστίου
- 4. θειικό οξύ + οξείδιο του καλίου
- 5. νιτρικό οξύ + οξείδιο του σιδήρου (ΙΙΙ)
- 6. πεντοξείδιο του αζώτου + οξείδιο του ασβεστίου

3.6 Oξέα, βάσεις, οξείδια, άλατα, εξουδετέρωση και…καθημερινή ζωή

Όξινη βροχή και περιβάλλον
- -Όξινη ορίζεται η βροχή που έχει pH μικρότερο του 5,6 (pH της «καθαρής» βροχής).
Οι δύο κύριες πηγές ρυπαντών που προκαλούν την όξινη βροχή είναι το SO$\_{2}$, που προέρχεται κυρίως από τις βιομηχανίες, και το NO, που προέρχεται από τις βιομηχανίες και τα αυτοκίνητα. Τα οξείδια αυτά μετατρέπονται στην ατμόσφαιρα σε SO$\_{3}$ και NO$\_{2}$ και στη συνέχεια αντιδρώντας με το νερό της βροχής μετατρέπονται σε Η$\_{2}$SO$\_{4}$ και ΗNO$\_{3}$, αντίστοιχα.
ΣΧΗΜΑ 3.10 Εικονική πα -ρουσίαση της δημιουργίας όξινης βροχής.

Ένα μη αναμενόμενο πείραμα σε γήινο επίπεδο έδωσε αδιαμφισβήτητες αποδείξεις για την ευαισθησία που παρουσιάζουν οι ζώντες οργανισμοί και τα διάφορα οικοσυστήματα ακόμα και σε μικρές μεταβολές της οξύ -τητας (pH) των λιμνών, ποταμών και θαλασσών.
Τις τρεις τελευταίες δεκαετίες η οξύτητα της βροχής και του χιονιού που πέφτουν σε μεγάλες περιοχές των ΗΠΑ και Ευρώπης αυξήθηκε ση -μαντικά. Αυτό, προφανώς, οφείλεται στις ολοένα αυξανόμενες ποσότητες αέριων ρυπαντών, όπως του διοξείδιου του θείου (SO$\_{2}$), και των οξειδίων του αζώτου (ΝΟ$\_{x}$), τα οποία παράγονται από τις καύσεις των απολιθωμένων καυσίμων (π.χ. γαιάνθρακες, πετρέλαιο). Κάτω απ' αυτές τις συνθήκες, η όξινη βροχή προκάλεσε σημαντικές αλλαγές σε ορισμένες ευαίσθητες κατηγορίες ζώων, όπως στο σολομό και την πέστροφα και βαριές ζημιές σε πολλά φυτά.

Κάποια οξύτητα βέβαια, στο νερό της βροχής και στο χιόνι είναι αναμενόμενη, αφού το αέριο CO$\_{2}$ διαλύεται στο νερό δίνοντας ένα ασθε -νώς όξινο διάλυμα. Το ελάχιστο pH που αναμένεται να έχει το νερό σε ισορροπία με το CO$\_{2}$ είναι περίπου 5,6. Όμως, το pH της βροχής και του χιονιού σε πολλές περιοχές της βόρειας Ευρώπης και των ανατολικών ακτών των ΗΠΑ, έπεσε γύρω στο 5 και σε κάποιες περιπτώσεις ακόμα και στο 3. Η αυξημένη αυτή οξύτητα οφείλεται στις καταιονήσεις αυτές του θειικού και του νιτρικού οξέος.

Τα αποτελέσματα των όξινων αυτών καταιονήσεων βεβαιώθηκαν ειδικότερα στη Σκανδιναβία. Ρυπαντές από την Αγγλία και άλλες βιο -μηχανικές χώρες παρασύρθηκαν από τους ανέμους προς βορρά ή προς ανατολάς και αποτέθηκαν στις χώρες της Σκανδιναβίας. Περίπου 5.000 λίμνες στη Σουηδία βρέθηκαν να έχουν pH 5 ή μικρότερο, και οι πληθυσμοί των ψαριών επηρεάστηκαν σοβαρά κάτω από αυτές τις συνθήκες. Στη Νορβηγία μελέτες έδειξαν ότι η μέση οξύτητα των καταιονήσεων έπεσε σε pH 4,6, και ο αριθμός των λιμνών με τους σολομούς και τις πέστροφες που τέθηκαν σε κατάσταση κινδύνου αυξήθηκε έντονα.

ΣΧΗΜΑ 3.11: Οι επιπτώσεις της όξινης βροχής στα δάση.
Οι επιπτώσεις της όξινης βροχής στους υδρόβιους οργανισμούς
-  Τα αποτελέσματα της μό -λυνσης της ατμόσφαιρας από τα οξείδια του θείου εί -ναι χαρακτηριστικά στην πε -ρίπτωση της γνωστής ομί χλης του Λονδίνου , που προκάλεσε το θάνατο 4 000 ανθρώπων το 1952.
Πρόσφατες μελέτες που έγιναν στα δάση, των ΗΠΑ και της Σκανδιναβίας έδειξαν εκτεταμένες βλάβες σε δένδρα. Οι βλάβες αυτές συνδέθηκαν με την όξινη βροχή, αν και η σχέση αυτή αμφισβητείται.

Κύρια αιτία των αντιθέσεων και αμφισβητήσεων γύρω από τα αίτια και τα αποτελέσματα της όξινης βροχής είναι οι οικονομικές και πολιτικές διαφορές που χωρίζουν κράτη (ή και πολιτείες στις ΗΠΑ), μια και οι ρυ -παντές μεταφέρονται από χώρα σε χώρα «χωρίς τελωνειακούς ελέγχους».
Καμία γρήγορη λύση δε φαίνεται στο άμεσο μέλλον. Ακόμη και αν οι κυβερνήσεις και οι βιομηχανίες συμφωνήσουν για τις πηγές που προκαλούν τις όξινες καταιονήσεις, θα χρειαστούν χρόνια και πολλά δισεκατομμύρια δολάρια για να εγκατασταθεί ο κατάλληλος εξοπλισμός, ώστε να μειωθεί δραστικά η ρύπανση του αέρα. Όσο οι συζητήσεις γύρω από τα απαραίτητα βήματα που πρέπει να γίνουν, ώστε να μειωθεί η έκλυση NO$\_{x}$ και SO$\_{2}$, απλώς συνεχίζονται, τόσο το πρόβλημα της όξινης βροχής και των επιπτώσεών της θα παραμένει αναλλοίωτο γύρω μας ...

ΣΧΗΜΑ 3.12 Καταστροφή μαρμάρινων μνημείων ιστορικής αξίας. Η όξινη βροχή μετατρέπει το μάρμαρο (CaCO$\_{3}$) σε γύψο (CaSO$\_{4 }$ . 2H$\_{2}$O) - γυψοποίηση του μαρμάρου.

Έντομα και οξέα - βάσεις
Το αμυντικό σύστημα των εντόμων βασίζεται στην έκκριση οξέων ή βάσεων. Για παράδειγμα, το τσίμπημα της σφήκας έχει βασικές ιδιότητες και μπορεί να «εξουδετερωθεί» με οξύ (π.χ. ξίδι ή λεμόνι). Αντίθετα, το τσίμπημα από κουνούπι ή μέλισσα είναι όξινο και «εξουδετερώνεται» με βάση (π.χ. μαγειρική σόδα ή ΝΗ$\_{3}$).
ΣΧΗΜΑ 3.13 Το κεντρί της σφήκας εκκρίνει βάση.

Έδαφος και οξέα - βάσεις
Το pH του εδάφους έχει μεγάλη σημασία για τη σωστή ανάπτυξη των φυτών. Γι' αυτό πολλές φορές οι γεωργοί διορθώνουν το pH του εδάφους (π.χ. προσθέτοντας ασβεστόλιθο), ώστε να πετύχουν τη μέγιστη συγκομι -δή στις καλλιέργειές τους. Αξίζει να παρατηρήσουμε ότι ορισμένα φυτά, λόγω των δεικτών που έχουν στα άνθη τους, εμφανίζονται με διαφόρους χρωματισμούς, ανάλογα με το pH του εδάφους. Ως παράδειγμα φέρνουμε την ορτανσία, που εικονίζεται στο διπλανό σχήμα.

pH και υγιεινή
Το δέρμα μας είναι όξινο με pH μεταξύ 5 και 5,6. Κατ' αυτό τον τρόπο αποφεύγεται η ανάπτυξη μικροοργανισμών στο σώμα μας. Γι' αυτό προ -τείνεται η χρησιμοποίηση σαμπουάν με pH 5 έως 6.
Εξ' άλλου η φθορά που προκαλείται στα δόντια μας οφείλεται σε βακτηρίδια που μετατρέπουν τη ζάχαρη σε οξέα. Τα οξέα αυτά καταστρέ -φουν το σμάλτο και προκαλούν τρύπες στα δόντια.
Το pH στο στομάχι μας είναι περίπου 1 και οφείλεται στην παρουσία υδροχλωρικού οξέος, που εκκρίνεται από τα τοιχώματα του στομάχου, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αυτή η συγκέντρωση του οξέος είναι ικανή να διαλύσει ακόμα και ένα κομμάτι μέταλλο, π.χ. Zn. Σε μερικούς ανθρώπους η ποσότητα του οξέος που εκκρίνεται στο στομάχι είναι περισ -σότερη από ότι χρειάζεται για τη χώνευση των τροφών, με αποτέλεσμα να προκαλούνται στομαχικές διαταραχές. Για την καταπολέμηση αυτού του προβλήματος χρησιμοποιούνται οι λεγόμενες αντιόξινες ουσίες (antacids), δηλαδή βάσεις, όπως σόδα (NaHCO$\_{3}$), γάλα της μαγνησίας (Mg(OH)$\_{2}$),

Η ορτανσία βγάζει μπλε ή κόκκινα λουλούδια ανάλογα με pH του εδάφους
τα οποία εξουδετερώνουν την περίσσεια του οξέος.
ΣΧΗΜΑ 3.14 Το pH στο στομάχι μας είναι περίπου 1.

Σταλακτίτες και Σταλαγμίτες
Οι σταλακτίτες κρέμονται από τις οροφές των σπηλαίων, ενώ οι σταλαγμίτες αναπτύσσονται από το έδαφος του σπηλαίου. Και στις δύο περιπτώσεις έχουμε σχηματισμό CaCO$\_{3}$ με βάση την αντίδραση:
Ca(HCO$\_{3}$)$\_{2}$ (aq ) → CaCO$\_{3}$( s ) + CO$\_{2}$( g ) + H$\_{2}$O
Το όξινο ανθρακικό ασβέστιο Ca(HCO$\_{3}$)$\_{2}$ βρίσκεται διαλυμένο σε νερό που έχει περάσει μέσω ασβεστολιθικών πετρωμάτων. Το νερό αυτό πέφτει από την οροφή του σπηλαίου σταγόνα - σταγόνα και εξατμίζεται, οπότε σχηματίζεται σταλακτίτης. Αν προλάβει το νερό και πέσει στο έδαφος και ακολουθήσει εξάτμιση, τότε έχουμε σχηματισμό σταλαγμίτη.

ΣΧΗΜΑ 3.15 Η ροή του νερού καθορίζει το σχήμα του σταλαγμίτη.

Το pH του στομάχου και τα αντιόξινα
Τα τοιχώματα του ανθρώπινου στομάχου περιέχουν χιλιάδες κύτταρα τα οποία εκκρίνουν αραιό διάλυμα HCl (0,1 Μ). Η αποστολή αυτού του οξέος είναι να εμποδίσει την ανάπτυξη βακτηριδίων και να βοηθήσει την υδρόλυση (πέψη) των τροφών. Συνήθως η εσωτερική μεμβράνη του στομάχου δεν πληγώνεται από την παρουσία αυτού του ισχυρού οξέος, εφόσον το εσωτερικό αυτό τοίχωμα, η λεγόμενη mucosa , αντικαθίσταται με ρυθμό 500 000 κυττάρων το λεπτό.
Όταν εμφανίζεται ένα τέτοιο στομαχικό πρόβλημα λόγω υπερέκκρισης οξέος, οι περισσότεροι άνθρωποι καταφεύ -γουν στα αντιόξινα φάρμακα. Αυτά είναι ενώσεις που μειώνουν την ποσότητα του HCl στο στομάχι και κρατούν την τιμή του pH στα όρια 1,2 έως 0,3. Η μείωση αυτή μπορεί να επιτευχθεί και με διάφορους άλλους τρόπους, όπως π.χ. με ρόφηση ή ιονεναλλαγή.

Όταν κάποιος φαει πολύ, το στομάχι ανταποκρίνεται με έκκριση μεγαλύτερης ποσότητας HCl. Αυτό κατεβάζει το pH σε τιμές που προκαλούν πλέον δυσφορία, και το στομάχι αρχίζει να «χωνεύει τον εαυτό του». Ευτυχώς όμως, η μεμβράνη προστατεύεται από ένα παχύ στρώμα λίπους.
Τα αντιόξινα λοιπόν είναι ενώσεις βασικής αντίδρασης που εξουδετερώνουν την περίσσεια του οξέος ( υπερχλωριδρίαση και πεπτικό έλκος) . Παρακάτω αναφέρονται μερικά από αυτά, καθώς και ο τρόπος με τον οποίο δρουν:
Οξείδιο του μαγνησίου, MgO

MgO + 2 HCl → MgCl$\_{2}$ + H$\_{2}$O
Γάλα μαγνησίας (αιώρημα Mg(OH)$\_{2}$)
Mg(OH)$\_{2}$ + 2 HCl → MgCl$\_{2 }$+ 2H$\_{2}$O
Σόδα, NaHCO$\_{3}$
NaHCO$\_{3}$ + HCl → NaCl + CO$\_{2}$ → + H$\_{2}$O
Υδροξείδιο του αργιλίου
Al(OH)$\_{3 }$+ 3HCl → AlCl$\_{3}$ + 3H$\_{2}$O
Τέλος, να παρατηρήσουμε ότι τα αντιόξινα απλώς ανακουφίζουν το σύμπτωμα και δε θεραπεύουν την αιτία του στομαχικού προβλήματος. Επίσης, τα αντιόξινα δε θα πρέπει να ανεβάζουν την τιμή του pH πολύ, γιατί τότε το στομάχι αντιδρά και εκκρίνει νέες ποσότητες οξέος ( επαναφορά ή rebound του οξέος).

Γνωρίζεις ότι......

Ανακεφαλαίωση
- 1. Με βάση τη θεωρία ηλεκτρολυτικής διάστασης του Arrhenius o ηλεκτρολύτης (οξύ, βάση, άλας), όταν διαλυθεί στο νερό, διίσταται σε θετικά και αρνητικά ιόντα.
- 2. Οξέα κατά Arrhenius είναι οι υδρογονούχες ενώσεις, που όταν διαλυθούν στο νερό, δίνουν λόγω διάστασης Η $^{+}$, ενώ οι βάσεις δίνουν αντίστοιχα ΟΗ$^{-}$.
- 3. Ισχυρά λέγονται τα οξέα (ή οι βάσεις) τα οποία διίστανται πλήρως σε ιόντα, ενώ ασθενή είναι εκείνα που διίστανται μερικώς.
- 4. Όξινος χαρακτήρας (ή αντίδραση) ονομάζονται οι ιδιότητες των οξέων που οφείλονται στην παρουσία Η $^{+}$. Βασικός χαρακτήρας (ή αντίδραση) ονομάζονται οι ιδιότητες των βάσεων που οφείλονται στην παρουσία ΟΗ $^{-}$.
- 5. Το pH είναι ένα μέτρο της οξύτητας των διαλυμάτων. Ανάλογα με την τιμή του pH, ένα διάλυμα μπορεί να χαρακτηριστεί όξινο, βασικό ή ουδέτερο.
- 6. Οξείδια ονομάζονται οι ενώσεις διαφόρων στοιχείων με το οξυγόνο. Άλατα είναι οι ιοντικές ενώσεις που περιέχουν κατιόν μέταλλο ή θετικό πολυατομικό ιόν και ανιόν αμέταλλο ή αρνητικό πολυατομικό ιόν.
- 7. Στις χημικές αντιδράσεις γίνεται ανακατανομή ύλης και ενέργειας. Σε κάθε χημική αντίδραση η μάζα των αντιδρώντων είναι ίση με τη μάζα των προϊόντων.
- 8. Οξειδοαναγωγικές λέγονται οι αντιδράσεις στις οποίες ο αριθμός οξείδωσης ορισμένων από τα στοιχεία που συμμετέχουν σ' αυτές μεταβάλλεται. Στην κα -τηγορία αυτών των αντιδράσεων ανήκουν οι συνθέσεις, οι αποσυνθέσεις, οι διασπάσεις και οι απλές αντικαταστάσεις. Μεταθετικές λέγονται οι αντιδράσεις στις οποίες οι αριθμοί οξείδωσης όλων των στοιχείων που μετέχουν σ' αυτές παραμένουν σταθεροί. Εξουδετέρωση είναι η αντίδραση ενός οξέος με μία βάση. Κατά την αντίδραση αυτή, τα Η $^{+}$ του οξέος ενώνονται με τα ΟΗ$^{-}$ της βάση προς σχηματισμό νερού.
- 9. Όξινη ορίζεται η βροχή με pH μικρότερο του 5,6 (pH «καθαρής» βροχής). Η όξινη βροχή οφείλεται κυρίως στη δημιουργία H$\_{2}$SO$\_{4}$ ή ΗΝΟ$\_{3}$, στην ατμόσφαι -ρα. Η όξινη βροχή προκαλεί μεγάλες διαταραχές στα διάφορα οικοσυστήματα.

Λέξεις Κλειδιά
ηλεκτρολύτης
διάσταση
οξύ, βάση, άλας
ισχυρός ηλεκτρολύτης
ασθενής ηλεκτρολύτης
όξινος χαρακτήρας
βασικός χαρακτήρας
όξινο διάλυμα
βασικό διάλυμα
ουδέτερο διάλυμα
δείκτες
πεχάμετρο
οξείδιο
όξινο οξείδιο
βασικό οξείδιο
επαμφοτερίζον οξείδιο
χημική αντίδραση
διατήρηση της μάζας
ενεργές συγκρούσεις
ταχύτητα αντίδρασης εξώθερμη αντίδραση ενδόθερμη αντίδραση απόδοση αντίδρασης οξειδοαναγωγή μεταθετική αντίδραση εξουδετέρωση όξινη βροχή

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Ερωτήσεις Επανάληψης
- 1. Τι είναι οξύ και τι βάση σύμφωνα με τη θεωρία του Arrhenius;
- 2. Να αναφέρετε τι είναι όξινος και τι βασικός χαρακτήρας.
- 3. Πώς συμβολίζεται γενικά ένα οξύ μία βάση και ένα οξείδιο;
- 4. Τι είναι τα οξείδια; Πώς συμβολίζεται ένα οξείδιο;
- 5. Ποιες ουσίες λέγονται ηλεκτρολύτες; Ποιες κατηγορίες ενώσεων ανήκουν στους ηλεκτρολύτες;
- 6. Τι είναι η ηλεκτρόλυση; Τι παράγεται κατά την ηλεκτρόλυση ενός υδατικού διαλύματος οξέος; Τι παράγεται κατά την ηλεκτρόλυση ενός υδατικού διαλύ -ματος βάσης;
- 7. Τι ονομάζεται εξουδετέρωση; Ποιο είναι το χημικό φαινόμενο που συμβαίνει κατά την εξουδετέρωση ενός οξέος από μια βάση;
- 8. Τι είναι δείκτες; Να αναφέρετε μερικές ουσίες που είναι ή περιέχουν δείκτες.
- 9. Τι εκφράζει η ισχύς ενός ηλεκτρολύτη;
- 10. Τι είναι άλας; Να δώσετε το γενικό τύπο ενός άλατος.
- 11. Τι είναι χημική αντίδραση;
- 12. Πότε μία αντίδραση χαρακτηρίζεται εξώθερμη και πότε ενδόθερμη;
- 13. Να διατυπώσετε το νόμο διατήρησης της μάζας.
- 14. α) Τι μας δείχνει η ταχύτητα μιας αντίδρασης;
- β) Τι είναι ομογενής αντίδραση;
- 15. Πώς μπορούμε να αυξήσουμε την ταχύτητα μιας αντίδρασης;
- 16. Να αναφέρετε τρεις τρόπους με τους οποίους μπορούμε να αυξήσουμε την απόδοση μιας αντίδρασης.
- 17. Ποιες αντιδράσεις χαρακτηρίζονται:
- α) οξειδοαναγωγικές
- β) μεταθετικές
- γ) σύνθεσης
- δ) αποσύνθεσης
- ε) απλής αντικατάστασης
- στ) διπλής αντικατάστασης
- ζ) εξουδετέρωσης

Να δώσετε από ένα παράδειγμα σε κάθε περίπτωση.

Ασκήσεις - Προβλήματα

α. Οξέα - Βάσεις - Οξείδια - Άλατα
- 18. Να γράψετε τις ονομασίες των χημικών ουσιών που περιέχονται στα παρακάτω σώματα:
- 4. λεμόνια
- 5. ξίδι
- 6. coca - cola.
- 1. ασπιρίνη
- 2. αντιόξινα χάπια
- 3. tuboflo
- 19. Ποιος είναι ο χημικός τύπος:
- 4. καυστική σόδα
- 5. σόδα
- 6. ασβεστόλιθος
- 1. καυστική ποτάσα
- 2. βιτριόλι
- 3. ακουαφόρτε
- 20. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις με Σ αν είναι σωστές ή με Λ αν είναι λανθασμένες.
- α. Τα οξέα είναι υδρογονούχες ενώσεις.
- β. Οι βάσεις είναι οξυγονούχες ενώσεις.
- γ. Κάθε ένωση που περιέχει υδρογόνο είναι οξύ.
- δ. Η αμμωνία (ΝΗ$\_{3}$) είναι τριπρωτικό οξύ.
- ε. Τα υδροξείδια του σιδήρου είναι πολυπρωτικές βάσεις.
- στ. Το νιτρικό οξύ είναι διπρωτικό οξύ.
- 21. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις με Σ αν είναι σωστές ή με Λ αν είναι λανθασμένες.
- α. Η ένωση H$\_{2}$SO$\_{4}$ είναι οξύ, γιατί διαλύεται στο νερό.
- β. Η ένωση ΗΝΟ$\_{3}$ είναι οξύ, γιατί το υδατικό της διάλυμα περιέχει Η $^{+}$.
- γ. Η ένωση ΝaOH είναι βάση, γιατί το υδατικό της διάλυμα περιέχει ΟΗ $^{-}$.
- δ. Η ένωση Ca(OH)$\_{2}$ είναι βάση, γιατί περιέχει μέταλλο.
- ε. Η ένωση Η$\_{3}$ΡΟ$\_{4}$ είναι οξύ, γιατί μεταβάλλει το χρώμα ενός διαλύματος.
- 22. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
α. Όλα τα οξέα έχουν μία σειρά κοινών ιδιοτήτων που ονομάζονται …………. ………… και που οφείλονται στο ………… …………….
- β. Όλες οι βάσεις έχουν μία σειρά κοινών ιδιοτήτων που ονομάζονται ………
- β. Όλες οι βάσεις έχουν μία σειρά κοινών ιδιοτήτων που ονομάζονται ………

…………. και που οφείλονται στο ……… ………
- 23. Να γράψετε τους χημικούς τύπους των παρακάτω ενώσεων:
- 1. νιτρικό οξύ 2. υδροξείδιο του ασβεστίου 3. φωσφορικό οξύ 4. υδροξείδιο του σιδήρου (ΙΙΙ) 5. υδροχλώριο 6. θειικό οξύ 7. υδροξείδιο του χαλκού (Ι) 8. χλωρικό οξύ 9. υδροξείδιο του ψευδαργύρου 10. υδρόθειο 11. υδροξείδιο του καλίου 12. υδροξείδιο του αργιλίου.
- 24. Πώς μπορείτε να διαπιστώσετε με τη βοήθεια μιας απλής πειραματικής διάταξης την αγωγιμότητα του διαλύματος ενός ηλεκτρολύτη;
- 25. Να διαλέξετε τις σωστές απαντήσεις στις παρακάτω προτάσεις:
- 1. Με ηλεκτρόλυση των υδατικών διαλυμάτων των οξέων παράγεται στην κάθοδο:
- α. αέριο υδρογόνο
- β. αέριο οξυγόνο
- γ. ιόντα υδρογόνου
- δ. ένα αέριο που εξαρτάται από το οξύ
- ε. κανένα αέριο.
- 2. Με ηλεκτρόλυση των υδατικών διαλυμάτων των βάσεων παράγεται στην άνοδο:
- α. αέριο άζωτο
- β. αέριο οξυγόνο
- γ. ιόντα μετάλλου
- δ. ιόντα υδροξειδίου
- ε. κανένα αέριο.
- 26. Όπως έχουμε αναφέρει, το οξικό οξύ (CH$\_{3}$COOH) και το υδροξείδιο του νατρίου (NaOH) είναι ουσίες ευδιάλυτες στο νερό. Τρία ποτήρια Α, Β και Γ περιέχουν ξεχωριστά ένα διάλυμα οξικού οξέος (άχρωμο), ένα διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (άχρωμο) και αποσταγμένο νερό, χωρίς να γνωρίζουμε τι περιέχεται το κάθε ποτήρι. Με ποιο απλό πείραμα θα διαπιστώσουμε το περιεχόμενο του κάθε ποτηριού; *
- 27. Ποια συμπεράσματα προκύπτουν για τα παρακάτω διαλύματα που βρίσκονται σε θερμοκρασία 25 ο C;
- β. το pH ενός διαλύματος Β είναι μεγαλύτερο από το 7.
- α. το pH ενός διαλύματος Α είναι μικρότερο από το 7.
- Τι πρέπει να προσθέσουμε αντίστοιχα στα διαλύματα Α και Β ώστε αυτά να γίνουν ουδέτερα;
- 28. Να περιγράψετε δύο τρόπους με τους οποίους μπορούμε να προσδιορίσουμε το pH ενός διαλύματος. Ποιος από αυτούς είναι ακριβής;
- 29. Να συμπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα:

| ΔΙΑΛΥΜΑ   | Σχέση Η $^{+}$ και ΟΗ-   | pH (θ=25 ο C)   |
|-----------|--------------------------|-----------------|
| όξινο     |                          |                 |
| βασικό    |                          |                 |
| ουδέτερο  |                          |                 |
- 30. Ποια από τα παρακάτω διαλύματα είναι όξινα, ποια είναι βασικά και ποια είναι ουδέτερα;
- 4. αίμα
- 5. αποσταγμένο νερό
- 6. ξίδι
- 1. βροχή
- 2. ασβεστόνερο
- 3. νερό θάλασσας
- 7. σόδα
- 8. χυμός λεμονιού
- 9. Coca-Cola.

- 31. Να συνδυάσετε τα γράμματα με τους αριθμούς:

| Διάλυμα               | pH διαλύματος   |
|-----------------------|-----------------|
| υδροχλωρικό οξύ       | α. 13           |
| υδροξείδιο του καλίου | β. 7            |
| αποσταγμένο νερό      | γ. 0            |
- 32. Να συνδυάσετε τα γράμματα με τους αριθμούς:

| Διάλυμα            | pH διαλύματος   |
|--------------------|-----------------|
| αραιό διάλυμα NaOH | α. 1            |
| πυκνό διάλυμα HCl  | β. 7            |
| αραιό διάλυμα HCl  | γ. 6            |
| διάλυμα NaCl       | δ. 13           |
| πυκνό διάλυμα ΚΟΗ  | ε. 8            |
- 33. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις με Σ αν είναι σωστές ή με Λ αν είναι λανθασμένες.
- β. Μεταξύ δύο διαλυμάτων βάσεων, περισσότερο βασικό είναι εκείνο που έχει το μικρότερο pH.
- α. Μεταξύ δύο διαλυμάτων οξέων, περισσότερο όξινο είναι εκείνο που έχει το μικρότερο pH.
- γ. Διάλυμα HCl έχει pH = 9.
- δ. Διάλυμα NaOH έχει pH = 14.
- 34. Ένα διάλυμα Α που περιέχει HCl (υδροχλωρικό οξύ), έχει όπως γνωρίζουμε όξινη γεύση, μετατρέπει σε κόκκινο το μπλε βάμμα του ηλιοτροπίου και αντιδρά με Na ελευθερώνοντας αέριο υδρογόνο. Ένα διάλυμα Β υδροξειδίου του νατρίου, NaOH (το γνωστό μας tuboflo), είναι καυστικό, μετατρέπει σε μπλε το κόκκινο βάμμα του ηλιοτροπίου και κατά την ηλεκτρόλυση ελευθερώνει αέριο οξυγόνο. α) Πού οφείλονται οι παραπάνω ιδιότητες των διαλυμάτων Α και Β; *
- γ) Αν τα διαλύματα Α και Β αναμιχθούν με τέτοια αναλογία, ώστε μετά την αντίδραση το τελικό διάλυμα να μην αλλάζει το χρώμα του δείκτη του ηλιο -τροπίου, τότε ποιο θα είναι το pH του τελικού διαλύματος (θ = 25 ο C);
- β) Να αναφέρετε δύο διαλύματα που να έχουν τις ιδιότητες του Α και δύο διαλύματα που να έχουν τις ιδιότητες του Β.
- 35. Να συμπληρώσετε τις προτάσεις:
- β. Βασικά λέγονται τα οξείδια ……… .
- α. Όξινα λέγονται τα οξείδια ……… .
- γ. Επαμφοτερίζοντα λέγονται τα οξείδια ……… .
- 36. Να τοποθετήσετε στα κενά του παρακάτω πίνακα τους μοριακούς τύπους των ενώσεων που θα προκύψουν από την επίδραση του νερού στα οξείδια: *

- 37. Να τοποθετήσετε στα κενά του παρακάτω πίνακα τους μοριακούς τύπους των ανυδριτών των αντίστοιχων οξέων ή βάσεων: *
- 38. Nα γράψετε τους χημικούς τύπους των παρακάτω ενώσεων:
- 1. οξείδιο του καλίου, 2. διοξείδιο του άνθρακα, 3. οξείδιο του σιδήρου (ΙΙΙ), 4. τριοξείδιο του θείου, 5. οξείδιο του αργιλίου, 6. οξείδιο του χαλκού (Ι), 7. μονοξείδιο του άνθρακα, 8. οξείδιο του ψευδαργύρου.
- 39. Να γράψετε τους χημικούς τύπους των παρακάτω ενώσεων: 1. διάζωτο τριοξείδιο, 2. νάτριο οξείδιο, 3. θείο διοξείδιο, 4. διάζωτο πεντοξεί -διο, 5. σίδηρο(ΙΙ) οξείδιο.
- 40. Να περιγράψετε μέσω μιας απλής πειραματικής διάταξης τη μικρή αγωγιμότητα ενός ασθενούς οξέος και τη μεγάλη αγωγιμότητα ενός ισχυρού οξέος.
- 41. Να αναφέρετε δύο ισχυρά και δύο ασθενή οξέα που γνωρίζετε από την καθη -μερινή ζωή. Να αναφέρετε επίσης μία ισχυρή βάση και μία ασθενή βάση που γνωρίζετε από την καθημερινή ζωή.
- 42. Να συμπληρώσετε τις προτάσεις:
- β. Ένας ηλεκτρολύτης είναι ασθενής όταν ……………….
- α. Ένας ηλεκτρολύτης είναι ισχυρός όταν ……………….
- 43. Να συνδυάσετε τους αριθμούς της πρώτης στήλης με τα γράμματα της δεύτερης:
- 1. πολυπρωτικό οξύ
- 2. διπρωτική βάση
- 3. μονοπρωτικό οξύ
- 4. τριπρωτικό οξύ
- 5. πολυπρωτική βάση
- 6. μονοπρωτική βάση

Α. HCl
B. M(OH)$\_{x}$
Γ. H$\_{x}$A
Δ. Ca(OH)$\_{2}$
E. H$\_{3}$PO$\_{4}$

Z.NaOH
- 44. Να γράψετε τους χημικούς τύπους των παρακάτω ενώσεων: 1. θειικό αργίλιο, 2. ανθρακικός ψευδάργυρος, 3. υποχλωριώδες νάτριο, 4. θειούχο αμμώνιο, 5. βρωμιούχο κάλιο, 6. φωσφορικό ασβέστιο, 7. νιτρικός σίδηρος (ΙΙΙ), 8. χλωρι -ούχος χαλκός (Ι), 9. όξινο φωσφορικό βάριο, 10. ιωδιούχος υδράργυρος (ΙΙ), 11. κυανιούχος άργυρος.
- 45. Να ονομάσετε τις παρακάτω ενώσεις:
- 1. CaCO$\_{3}$, 2. Ba(OH)$\_{2}$, 3. FeCl$\_{3}$, 4. H$\_{3}$PO$\_{4}$, 5. Fe(OH)$\_{2}$, 6. Al$\_{2}$S$\_{3}$, 7. (NH$\_{4}$)$\_{3}$PO$\_{4}$, 8. KCN, 9. HBr, 10. N$\_{2}$O$\_{5}$, 11. HNO$\_{3}$, 12. H$\_{2}$SO$\_{4}$, 13. Al(OH)$\_{3}$, 14. Fe$\_{2}$(SO$\_{4}$)$\_{3}$, 15. SO$\_{3}$, 16. NaOH, 17. CuOH, 18. ZnO, 19. CO$\_{2}$, 20. H$\_{2}$S.

- 46. Να γράψετε το χημικό τύπο (μοριακό) και την ονομασία: *
- 46. Να γράψετε το χημικό τύπο (μοριακό) και την ονομασία: *
α) ενός διπρωτικού οξυγονούχου οξέος
- β) ενός μονοπρωτικού μη οξυγονούχου οξέος
- γ) ενός οξυγονούχου άλατος
- δ) μιας τριπρωτικής βάσης
- ε) ενός μη οξυγονούχου άλατος
- στ) ενός οξυγονούχου άλατος του αμμωνίου
- 47. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
- α. Τα όξινα οξείδια ή …….……
………… είναι συνήθως οξείδια ..………
και όταν διαλυθούν στο νερό ……..… με αυτό και παρέχουν το ….………

- β. Τα βασικά οξείδια ή …………
………… είναι συνήθως οξείδια …………
και όταν διαλυθούν στο νερό ……..… με αυτό και παρέχουν την ………… . γ. Τα άλατα είναι ιοντικές ενώσεις που περιέχουν ως κατιόν ..…… ή ……… ………. ………. και ως ανιόν ……… ή ……… ………. ………. δ. Τα άλατα έχουν ως γενικό τύπο Μ$\_{ψ}$Α$\_{x}$ όπου +x είναι ……… του ……….. και -ψ είναι ……… του ……….
- ε. Τα οξέα αντιδρούν με τις ……… και παρέχουν ……… και ……….
- στ.
Αρκετά μέταλλα που είναι δραστικότερα του ……… αντιδρούν με τα δια λύματα των ……… και παρέχουν άλας και αέριο ………

β. Χημικές αντιδράσεις
- 48. Να περιγράψετε τέσσερις χημικές αντιδράσεις που γίνονται στην καθημερινή μας ζωή.
- 49. Να συμπληρώσετε τις προτάσεις:
- β.
- α. Κάθε χημική αντίδραση συμβολίζεται με μία ……… .
- β.
- γ. Στο πρώτο μέλος υπάρχουν τα …… …… .
Στη χημική εξίσωση διακρίνουμε … ……… που συνδέονται μεταξύ τους με ………… …………… .
- δ. Φάση είναι …………….
- ε. Αποτελεσματικές είναι οι κρούσεις ………….
- 50. Να δώσετε μία σύντομη περιγραφή του τρόπου με τον οποίο μπορεί να πραγ -ματοποιηθεί μία χημική αντίδραση.
- 51. Να βάλετε τους κατάλληλους συντελεστές στις παρακάτω αντιδράσεις: *
- α. S + O$\_{2}$ → SO$\_{3}$
- β. Zn + HCl → ZnCl$\_{2}$ + H$\_{2}$
- γ. C + FeO → Fe + CO$\_{2}$
- δ. Cl$\_{2}$ + KI → KCl + I$\_{2}$
- ε. Al + HBr → AlBr$\_{3}$ + H$\_{2}$

- 52. Να δικαιολογήσετε τις παρακάτω προτάσεις:
- 1. Το μήλο σαπίζει πιο γρήγορα έξω από το ψυγείο.
- 2. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η$\_{2}$Ο$\_{2}$) διασπάται σε υδρογόνο και οξυγόνο παρουσία της χημικής ουσίας καταλάση.
- 3. Το ψυγείο ενός αυτοκινήτου σκουριάζει πιο εύκολα από ότι μία ηλεκτρική συσκευή.
- 53. Να συμπληρώσετε τις προτάσεις:
- α. Αμφίδρομη λέγεται η αντίδραση ……………
- β. Η απόδοση μίας αντίδρασης δείχνει …………
- 54. Να συμπληρώσετε τις προτάσεις:
- α. Απαραίτητη προϋπόθεση για να γίνει μία αντίδραση απλής αντικατάστασης είναι ………
- β. Απαραίτητες προϋποθέσεις για να γίνει μία αντίδραση διπλής αντικατάστασης είναι ………

1. ………….. 2. ………….. 3. …………..

55. Να γράψετε:
α) τα σύμβολα 8 μετάλλων κατά σειρά ελαττωμένης δραστικότητας.
- β) τα σύμβολα 5 αμετάλλων κατά σειρά ελαττωμένης δραστικότητας.

56. Να συμπληρώσετε τις αντιδράσεις: *
α) Na (s) + Cl$\_{2}$ (g) → …, γ) C (s) + O$\_{2}$ (g) → …, ε) H$\_{2}$ (g) + I$\_{2}$ (g) → …, ζ) HCl (g) → …,
β) Al (s) + Br$\_{2}$ (l) → …, δ) N$\_{2}$ (g) + H$\_{2}$ (g) → …, στ) HgO (s) → …, η) Η$\_{2}$Ο$\_{2}$ … . καταλύτης
- 57. Nα συμπληρώσετε όσες από τις παρακάτω αντιδράσεις μπορούν να πραγμα -τοποιηθούν: *
1) Na (s) + HCl (aq) → …, 3)Ba (s) + HI (aq) → …, 5) Al (s) + FeBr$\_{2}$ (aq) → …, 7) Fe (s) + K$\_{3}$PO$\_{4}$ (aq) → …, 9) Cl$\_{2}$ (g) + AlI$\_{3}$ (aq) → …, 11) Zn (s) + H$\_{2}$O (l) → …, 13) Ca (s) + H$\_{2}$O (l) → …,
2) Ag (s) + HCl (aq) → …, 4) Al (s) + HCl (aq) → …, 6) Ca (s) + AgNO$\_{3}$ (aq) → …, 8) Br$\_{2}$ (l) + KI (aq) → …, 10) S (s) + KCl (aq) → …, 12) Μg (s) + H$\_{2}$O (l) → …, 14) Ba (s) + H$\_{2}$O (l) → …
- 58. Να συμπληρώσετε όσες από τις παρακάτω αντιδράσεις μπορούν να πραγμα -τοποιηθούν: *

```
AgNO$\_{3}$ (aq) + BaCl$\_{2}$ (aq) → …, NaNO$\_{3}$ (aq) + KCl (aq) → …, H$\_{2}$SO$\_{4}$ (aq) + AlBr$\_{3}$ (aq) → …, ZnCl$\_{2}$ (aq) +NaOH (aq) → …, Pb(NO$\_{3}$)$\_{2}$ (aq) + Na$\_{2}$S (aq) → …, HNO$\_{3}$ (aq) +ZnCl$\_{2}$ (aq) → …,
```
```
Fe(NO$\_{3}$)$\_{3}$ (aq) + Ca(OH)$\_{2}$ (aq) → …, KNO$\_{3}$ (aq) +CaBr$\_{2}$ (aq) → …, NH$\_{4}$Cl (aq) + Ca(OH)$\_{2}$ (aq) → …, CaSO$\_{3}$ (aq) + HCl (aq) → …, Na$\_{2}$CO$\_{3}$ (aq) + H$\_{3}$PO$\_{4}$ (aq) → … .
```
- 59. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω αντιδράσεις: *

```
HNO$\_{3}$ (aq) + Ca(OH)$\_{2}$ (aq) → …, Zn(OH)$\_{2}$ (aq) +H$\_{2}$SO$\_{4}$ (aq) → …, KOH (aq) + H$\_{3}$PO$\_{4}$ (aq) → …, Fe(OH)$\_{3}$ (aq) + H$\_{2}$SO$\_{4}$ (aq) → …, N$\_{2}$ O$\_{5}$ + NaOH (aq) → …, P$\_{2}$O$\_{5}$ + Ca(OH)$\_{2}$ (aq) → …, CO$\_{2}$ (g) + Al(OH)$\_{3}$ (aq) → …, BaO + HCl (aq) → …, Fe$\_{2}$O$\_{3}$ + HNO$\_{3}$ (aq) → …, Al$\_{2}$O$\_{3}$ + H$\_{2}$SO$\_{4}$ (aq) → …, NH$\_{3}$ (aq) + H$\_{2}$SO$\_{4}$ (aq) → …, NH$\_{3}$ (aq) + HBr (aq) → …, CO$\_{2}$ + Al$\_{2}$O$\_{3}$ → …, P$\_{2}$O$\_{5}$ + Na$\_{2}$O → … .
```

- 60. Να συμπληρώσετε τις αντιδράσεις: *
SO$\_{3}$ + H$\_{2}$O → N$\_{2}$ O$\_{5}$ + H$\_{2}$O → Na$\_{2}$O + H$\_{2}$O →
MgO + H$\_{2}$O →
P$\_{2}$ O$\_{5}$ + H$\_{2}$O → Fe$\_{2}$O$\_{3}$ + H$\_{2}$O →
- 61. Το SO$\_{3}$ αντιδρά με διάλυμα ΚΟΗ γιατί:
α. το SO$\_{3}$ αντιδρά με όλες τις ενώσεις που περιέχουν Η
- β. όλα τα οξείδια αντιδρούν με τις βάσεις
- γ. το SO$\_{3}$ είναι αέρια ένωση
- δ. τα όξινα οξείδια αντιδρούν με τα διαλύματα των βάσεων
- 62. Να κατατάξετε τα παρακάτω μέταλλα κατά σειρά μειωμένης δραστικότητας: Fe, Ca, Cu, Al, Pb, Ag, Na, Hg. 1… 2… 3… 4… 5… 6… 7… 8…
- 63. Να κατατάξετε τα παρακάτω αμέταλλα κατά σειρά αυξημένης δραστικότητας: Cl$\_{2}$, I$\_{2}$, S, F$\_{2}$. 1… 2… 3… 4…
- 64. Να τοποθετήσετε σε κάθε κενό του ακόλουθου πίνακα τους τύπους των αλάτων που θα προκύψουν από την αντίδραση του κάθε οξέος που περιέχεται στην κάθετη στήλη και της ένωσης που περιέχεται στην οριζόντια στήλη.

|                 | Fe(OH)$\_{3}$   | Na$\_{2}$O   | CaCO$\_{3}$   | NH$\_{3}$   |
|-----------------|----------------|-------------|--------------|------------|
| H$\_{2}$SO$\_{4}$ |                |             |              |            |
| HBr             |                |             |              |            |
| H$\_{3}$PO$\_{4}$ |                |             |              |            |
- 65. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις με Σ αν είναι σωστές ή με Λ αν είναι λανθασμένες:
- α. διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου στο νερό
- β. διάλυμα πεντοξειδίου του αζώτου στο νερό
- γ. διάλυμα οξειδίου του καλίου στο νερό
- δ. διάλυμα υδροχλωρίου στο νερό
- 66. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις με Σ αν είναι σωστές ή με Λ αν είναι λανθασμένες:
- α. τα βασικά οξείδια αντιδρούν με βάσεις
- β. τα όξινα οξείδια αντιδρούν με βάσεις
- γ. τα επαμφοτερίζοντα οξείδια αντιδρούν είτε με οξέα είτε με βάσεις
- δ. όλα τα άλατα περιέχουν μεταλλικό κατιόν
- ε. το υδροχλωρικό οξύ αντιδρά με όλα τα μέταλλα και ελευθερώνεται υδρογόνο
- 67. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις με Σ αν είναι σωστές και με Λ αν είναι λανθασμένες:
- α. το Na αντιδρά με το νερό και δίνει βάση και αέριο Η$\_{2}$
- β. το Mg αντιδρά με τους υδρατμούς και δίνει οξείδιο του μαγνησίου και Η$\_{2}$
- γ. για να πραγματοποιηθεί μία αντίδραση διπλής αντικατάστασης θα πρέπει να παράγεται οπωσδήποτε αέρια ένωση
- δ. ο Ag αντιδρά με υδροχλωρικό οξύ και εκλύεται αέριο Η$\_{2}$
- 68. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις με Σ αν είναι σωστές ή με Λ αν είναι λανθασμένες και να τεκμηριώσετε τις απαντήσεις σας. *

- β. η αντίδραση: CaCO$\_{3}$ (s) → CaO (s) + CO$\_{2}$ (g) είναι μεταθετική
- α. η αντίδραση: Zn (s) + 2HCl (aq) ZnCl$\_{2}$ (aq) + H$\_{2}$ (g) είναι μεταθετική
- γ. η αντίδραση: H$\_{2}$ (g) + Cl$\_{2}$ (g) → 2HCl (g) είναι οξειδοαναγωγική
- δ. η αντίδραση: Cu(OH)$\_{2}$ (aq) + H$\_{2}$SO$\_{4}$ (aq) → CuSO$\_{4}$ (aq) + 2H$\_{2}$O (l) είναι οξειδοαναγωγική
- 69. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω χημικές εξισώσεις ποιοτικά και ποσοτικά: → *
- γ. NaOH + …. Na$\_{2}$SO$\_{4}$ + H$\_{2}$O →
α. HCl + K$\_{2}$CO$\_{3}$ …. + CO$\_{2}$ + .… β. FeS + .… → H$\_{2}$S + FeBr$\_{2}$
- δ. K + H$\_{2}$O → .… + .…
- 70. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω χημικές εξισώσεις ποιοτικά και ποσοτικά: *
- β. …. + H$\_{2}$O Fe(OH)$\_{2}$
- α. …. + H$\_{2}$O H$\_{3}$PO$\_{4}$
- γ. …. + H$\_{2}$O NaOH + ….
- γ. …. + H$\_{2}$O NaOH + ….
- ε. HgO → …. + ….
δ. …. + ….

→ NH$\_{3}$
- 71. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων από τις οποίες παράγονται τα άλατα: *
- 1. χλωριούχος σίδηρος (ΙΙ)
- 2. θειικό νάτριο
- 3. φωσφορικό κάλιο
- 4. νιτρικός χαλκός (ΙΙ)
- από την εξουδετέρωση του κατάλληλου βασικού οξειδίου με το κατάλληλο οξύ.
- 72. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των χημικών αντιδράσεων από τις οποίες προκύπτουν τα άλατα: CaBr$\_{2}$, Na$\_{3}$PO$\_{4}$, Al(NO$\_{3}$)$\_{3}$ από την εξουδετέρωση του κατάλληλου οξέος με την κατάλληλη βάση.
- 73. Να αναφέρετε δύο παραδείγματα χημικών αντιδράσεων εξουδετέρωσης κατά τις οποίες δεν έχουμε παραγωγή νερού. *
- 74. Κατά την επίδραση σκόνης μαγνησίου σε αραιό υδατικό διάλυμα υδροχλωρίου: α. Δεν θα γίνει χημική αντίδραση.
- β. Θα γίνει χημική αντίδραση αν θερμάνουμε το διάλυμα.
- γ. Θα γίνει οπωσδήποτε χημική αντίδραση.
- δ. Θα γίνει χημική αντίδραση αν το διάλυμα του υδροχλωρίου γίνει πυκνότερο. Να αιτιολογήσετε τη σωστή απάντηση.
- 75. Κατά την ανάμειξη διαλύματος AgNO$\_{3}$ με διάλυμα HBr θα γίνει χημική αντί -δραση γιατί:
- α. παράγεται αέριο
- β. τα άλατα αντιδρούν πάντοτε με τα οξέα
- γ. καταβυθίζεται ίζημα
- δ. είναι μεταθετική αντίδραση
- Να αιτιολογήσετε τη σωστή απάντηση.
- 76. Να γράψετε τις χημικές αντιδράσεις που οδηγούν στην παρασκευή των αλάτων Ag$\_{2}$SO$\_{4}$ και Ca$\_{3}$(PO$\_{4}$)$\_{2}$ με αντιδρώντα σώματα: *
- α) οξύ και βάση
- β) βάση και όξινο οξείδιο
- γ) οξύ και βασικό οξείδιο
- δ) βασικό οξείδιο και όξινο οξείδιο
- 77. Ποια είναι τα προϊόντα της αντίδρασης ενός οξέος:
- Με ποιες προϋποθέσεις αντιδρά ένα οξύ με ένα μέταλλο ή με ένα άλας;
- α) με βάση, β) με βασικό οξείδιο, γ) με μέταλλο και δ) με άλας.
- 78. Σε αποσταγμένο νερό προσθέτουμε μία σταγόνα διαλύματος φαινολοφθαλεΐνης και στη συνέχεια προσθέτουμε ένα μικρό κομμάτι νάτριο. *
- α) Να περιγράψετε δύο φαινόμενα που θα παρατηρήσετε μετά την προσθήκη του νατρίου.
- β) Να γράψετε μία χημική εξίσωση που περιγράφει ένα από τα φαινόμενα που παρατηρήσατε.

- 79. Σε κάθε ένα από τα δοχεία Α, Β και Γ περιέχονται τα διαλύματα H$\_{2}$SO$\_{4}$, HCl και NaCl, χωρίς να γνωρίζουμε ποια χημική ένωση περιέχεται στο κάθε δοχείο. Σε κάθε δοχείο προσθέτουμε μικρή ποσότητα μεταλλικού βαρίου. Παρατηρούμε ότι στο δοχείο Α εκλύεται αέριο. Στο δοχείο Β δεν παρατηρούμε καμία αλλαγή, ενώ στο δοχείο Γ καταβυθίζεται ίζημα ενώ ταυτόχρονα εκλύεται αέριο. Να εξηγήσετε δίνοντας ταυτόχρονα και τις χημικές εξισώσεις των φαινομένων, ποιο ήταν το συγκεκριμένο περιεχόμενο του κάθε δοχείου πριν από την προ -σθήκη του βαρίου. *
- 80. Σε ασθενή που βρέθηκε να πάσχει από υπερέκκριση γαστρικού υγρού ο γιατρός συνέστησε θεραπεία με χαπάκια ALUDROX τα οποία περιέχουν Mg(OH)$\_{2}$ και Αl(OH)$\_{3}$, ενώ του απαγόρευσε να παίρνει ασπιρίνη. Πώς δικαιολογείτε την ιατρική συμβουλή;
- 81. Σε κάθε ένα από τα δοχεία Α, Β και Γ περιέχεται ένα από τα παρακάτω: διάλυμα ασπιρίνης, διάλυμα από χαπάκι ALUDROX και φυσιολογικός ορός (διάλυμα NaCl 0,9% w/v). Πώς θα διαπιστώσουμε το περιεχόμενο του κάθε δοχείου; *
- 82. Σε ένα χημικό εργαστήριο υπάρχουν τρία δοχεία κατασκευασμένα από χαλκό και δύο δοχεία κατασκευασμένα από αργίλιο. Στα δοχεία αυτά θέλουμε να αποθηκεύσουμε για μεγάλο χρονικό διάστημα, χωρίς να αλλοιωθούν, τα πα -ρακάτω διαλύματα: **
- 1. θειικού σιδήρου (ΙΙ): FeSO$\_{4}$
- 2. χλωριούχου καλίου: KCl
- 3. θειικού μαγνησίου: MgSO$\_{4}$
- 4. νιτρικού ψευδαργύρου: Zn(NO$\_{3}$)$\_{2}$
- 5. υδροχλωρικού οξέος: HCl

Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.
- Σε τι είδους δοχείο πρέπει να αποθηκευτεί το κάθε διάλυμα;
Δίνεται η ηλεκτροχημική σειρά των στοιχείων:
K, Na, Mg, Al, Zn, H$\_{2}$, Cu, Hg.

Δραστηριότητα

Οξέα -Βάσεις -Δείκτες
Τα οξέα είναι ουσίες που έχουν ένα κοινό σύνολο ιδιοτήτων. Οι βάσεις (γνωστές και σαν αλκάλια ) είναι άλλες ουσίες με διαφορετικές ιδιότητες. Με τα παρακάτω πειράματα που χρησιμοποιούν απλές ουσίες «του σπι -τιού» μπορείτε να διερευνήσετε κάποιες από τις ιδιότητες αυτές. Επίσης, μπορείτε να κατανοήσετε την κλίμακα του pH που χρησιμοποιούν οι χημικοί για να περιγράψουν τις ουσίες αυτές.
Η πιο εντυπωσιακή ιδιότητα των οξέων - βάσεων είναι ότι αλλάζουν το χρώμα των δεικτών . Στο πείραμα που περιγράφεται, σαν δείκτης θα χρησιμοποιηθεί το εκχύλισμα από ένα κοινό λαχανικό, το κόκκινο λάχανο . Στο πρώτο βήμα θα παρασκευάσετε το εκχύλισμα αυτό. Κόβετε το λάχανο σε κομμάτια μήκους περίπου 2,5 cm και παίρνετε από αυτά δυο κούπες (περίπου 500 mL). Τα τοποθετείτε σε ένα blender με ένα ποτήρι νερό (250 mL) και τα κατεργάζεστε ώστε να γίνει ένας πολτός. Διηθείτε με ένα κόσκινο και το διήθημα θα είναι το διάλυμα του δείκτη.

Παρακάτω δίνονται τα χρώματα που παίρνει ο «δείκτης» αυτός σε διά -φορες τιμές pH.

| pH                    | 2       | 4         | 6     | 8    | 10            | 12      |
|-----------------------|---------|-----------|-------|------|---------------|---------|
| χρώμα εκχυλίσμα - τος | κόκκινο | πορτοκαλί | ιώδες | μπλε | μπλε- πράσινο | πράσινο |
Να ελέγξετε τώρα με τη βοήθεια του «δείκτη» σας την κατά προσέγγιση, τιμή του pH των παρακάτω διαλυμάτων που υπάρχουν γύρω σας, όπως: ξύδι, λεμόνι, οικιακό υγρό καθαρισμού τζαμιών, διάλυμα σόδας μαγει -ρικής, διάλυμα ζάχαρης, σαμπουάν, αντιόξινα χάπια, αναψυκτικά, γάλα κλπ. Να καταγράψετε τις παρατηρήσεις σας στον παρακάτω πίνακα:

```
20. Λ είναι: γ, δ, στ Σ είναι: α, β, ε 21. Λ είναι: α, δ, ε Σ είναι: β, γ 25. (1-α), (2-β) 27. Τ ο Α ε ί ν α ι ό ξ ι ν ο , τ ο Β β α σ ι κ ό . Στο Α προσθέτουμε βάση και στο Β οξύ. 31. (1-γ), (2-α), (3-β) 32. (1-ε), (2-α), (3-γ), (4-β), (5-δ) 33. Σ είναι: α, δ Λ είναι: β, γ 43. (1-Γ), (2-Δ), (3-Α), (4-Ε), (5-Β), (6-Ζ) 61. δ 65. Σ είναι: α, δ Λ είναι: β, γ 66. Σ είναι: β, γ Λ είναι: α, δ, ε 67. Σ είναι: α, β Λ είναι: γ, δ 68. Σ είναι: β, γ Λ είναι: α, δ 74. γ 75. Aπαντήσεις στις ασκήσεις πολλαπλής επιλογής και σωστού λάθους
```

ΣΤΟΙΧΕΙΟΜΕΤΡΙΑ

ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ
Στο τέλος αυτής της διδακτικής ενότητας θα πρέπει να μπορείς:
- -Να ορίζεις τι είναι σχετική ατομική μάζα (ατομικό βάρος) και τι σχετική μοριακή μάζα (μοριακό βάρος).
- -Να αναλύεις την έννοια του mol και του γραμμομοριακού όγκου, παίρνοντας σαν βάση την υπόθεση Αvogadro.
- -Να υπολογίζεις τη μάζα, τον όγκο αερίου (σε STP συνθήκες) ή τον αριθμό μορίων, αν γνωρίζεις τον αριθμό των mol μιας καθαρής ουσίας και αντίστροφα.
- -Να διατυπώνεις τους νόμους των αερίων. Να υπολογίζεις ένα από τα μεγέθη P, V, T, n μιας αέριας καθαρής ουσίας ή μίγματος, αν γνωρίζεις τα υπόλοιπα τρία μεγέθη. Να υπολογίζεις, μέσω της καταστατικής εξίσωσης την πυκνότητα ή τη σχετική μοριακή μάζα ενός αερίου.
- -Να εκφράζεις τη συγκέντρωση ενός διαλύματος και να υπολογίζεις τη τιμή αυτής σ' ένα διάλυμα, αν γνωρίζεις τη μάζα της διαλυμένης ουσίας και τον όγκο του διαλύματος. Να υπολογίζεις τη συγκέντρωση ενός διαλύματος κατά την αραίωση ή την ανάμιξη του με άλλα διαλύματα (εφ' όσον δεν λαμβάνει χώρα αντίδραση μεταξύ τους).
- -Να συνδέεις τις ποσότητες των αντιδρώντων με αυτές των προϊόντων, κάνοντας αναφορά στην ατομική θεωρία του Dalton. Να υπολογίζεις την ποσότητα ενός αντιδρώντος ή προϊόντος, αν γνωρίζεις την ποσότητα ενός άλλου αντιδρώντος ή προϊόντος (στοιχειομετρικοί υπολογισμοί).

ΣΤΟΙΧΕΙΟΜΕΤΡΙΑ

Εισαγωγή
Στις θετικές επιστήμες, άρα και στη χημεία, η «αλήθεια μετριέται». Τί -ποτα δε γίνεται αποδεκτό αν δε μετρηθεί με κάποιο τρόπο. Επειδή δε το βασικό αντικείμενο της χημείας είναι η ύλη, πρέπει να μάθουμε πώς αυτή μπορεί να μετρηθεί. Στο κεφάλαιο αυτό προσεγγίζονται δύο τρόποι. Ο ένας είναι η μέτρηση της μάζας, m , σαν ποσό της ύλης που περιέχεται στο συγκεκριμένο σώμα. Έτσι θα γνωρίσουμε το ζυγό και το kg. Όμως, η ύλη μετριέται και μ' άλλο τρόπο, αφού εκτός από 1,5 kg ζάχαρη υπάρχουν και 11 μαθητές ή 36 αυγά…

Ο δεύτερος αυτός τρόπος ξεκινά από το γεγονός ότι η ύλη είναι ασυνεχής , δηλαδή είναι πολλαπλάσια μιας δομικής μονάδας είτε αυτή είναι μόριο ή ιόν ή άτομο. Συνεπώς, η ύλη μπορεί να μετρηθεί και σαν αριθμός, Ν (Ν = number) , αυτών των δομικών μονάδων. Μάλιστα, επειδή ο αριθμός αυτός είναι τεράστιος - λόγω της απειροελάχιστης μάζας των δομικών μονάδων - εισάγεται ο αριθμός Avogadro ( Ν$\_{Α}$ ) σαν η «χημική δωδεκάδα ή ντουζίνα». Κατ' επέκταση, ορίζεται ως mol η ποσότητα της ουσίας ( n ) η οποία περιέχει έναν ορισμένο αριθμό σωματιδίων.

Η σύνδεση αυτών των δύο τρόπων μέτρησης θα εξηγήσει καλύ -τερα τις έννοιες της σχετικής ατομικής και μοριακής μάζας (ή ατομικού και μοριακού βάρους) , που είναι η βάση της στοιχειομετρίας και των στοιχειομετρικών υπολογισμών.
Επίσης θα δούμε πως ο χημικός τύπος μιας ένωσης και η χημική εξίσωση παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη μάζα και την ποσότητα της ύλης των σωμάτων που μετέχουν στην αντίδραση. Επειδή, μάλιστα, οι περισσότερες αντιδράσεις γίνονται σε διαλύματα, μοιραία θα οδηγη -θούμε στον ορισμό της συγκέντρωσης ( c ) του διαλύματος, που αποτελεί τη βασική χημική μονάδα περιεκτικότητας.

Στενά λοιπόν ορισμένη αυτή η σύνθετη ελληνική λέξη (στοιχείο + μέτρηση ) δηλώνει τη μελέτη των ποσοτήτων αντιδρώντων και προϊόντων μιας χημικής αντίδρασης - εξίσωσης. Ουσιαστικά αυτό ήταν και το πιο σημαντικό βήμα στην πορεία της χημείας, καθώς απ' αυτήν προέκυψαν οι ακριβέστατες αναλογίες μαζών, σύμφωνα με τις οποίες τα στοιχεία και οι ενώσεις παράγονται ή αντιδρούν. Όλη η νεώτερη χημεία στηρίχτηκε στα δεδομένα αυτά. Απαντήσεις σε προβλήματα όπως, πόσα g μιας βιταμίνης χρειάζεται ημερήσια ο οργανισμός ή ποια είναι η εν δυνάμει παραγωγή ενός μεταλλείου σε μέταλλο ή ποια είναι η ζωή μιας μπαταρίας ή ποια είναι η εκρηκτική ικανότητα μιας ράβδου δυναμίτιδας, ανάγονται τελικά σε κάποιους στοιχειομετρικούς υπολογισμούς.

Θεμέλιος λίθος για τους χη -μικούς υπολογισμούς απο -τέλεσε η ατομική θεωρία του Dalton η οποία σε γενικές γραμμές περιγράφεται από το παραπάνω σχήμα.
-  Είναι 3 δωδεκάδες αυγά, n = 3 και
Ν = 3 δωδ. . 12 αυγά / δωδ = 36 αυγά
Κατ' αναλογία σε 3 mol H$\_{2}$O περιέχονται 3 Ν$\_{Α}$ μόρια νερού.

4.1 Βασικές έννοιες για τους χημικούς υπολογισμούς: σχετική ατομική μάζα, σχετική μοριακή μάζα, mol, αριθμός Avogadro, γραμμομοριακός όγκος

Σχετική ατομική μάζα - Σχετική μοριακή μάζα
Από πολύ νωρίς, σχεδόν αμέσως μετά τη διατύπωση της ατομικής θεωρίας του Dalton (1803), και για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι χημικοί εστιά -στηκαν στο θέμα του προσδιορισμού της μάζας των ατόμων και μορίων. Το μέγεθος βέβαια των σωματιδίων αυτών είναι ασύλληπτα μικρό με αποτέλεσμα να καθίσταται αδύνατος ο απόλυτος υπολογισμός της μάζας τους. Ωστόσο, αυτό που ήταν δυνατό να γίνει, και έγινε με τη βοήθεια των ποσοτικών αναλύσεων καθαρών ουσιών, ήταν η σύγκριση της μάζας των ατόμων και των μορίων με μία συγκεκριμένη μονάδα μάζας. Αυτή είναι η ατομική μονάδα μάζας:

- -Ατομική μονάδα μάζας (amu) ορίζεται ως το 1/12 της μάζας του ατόμου του άνθρακα -12 ( $^{12}$C).
Να σημειωθεί ότι ο $^{12}$C είναι εκείνο το ισότοπο του άνθρακα που έχει 6 πρωτόνια και 6 νετρόνια στον πυρήνα του. Ως εκ τούτου, μία ατομική μονάδα μάζας υπολογίζεται ότι είναι ίση με 1,66 10$^{-24}$ g.

Σχετική ατομική μάζα ( A$\_{r}$ ) ή ατομικό βάρος (AB)
- -Σχετική ατομική μάζα ή ατομικό βάρος λέγεται ο αριθμός που δείχνει πόσες φορές είναι μεγαλύτερη η μάζα του ατόμου του στοιχείου από το 1/12 της μάζας του ατόμου του άνθρακα -12.
Έτσι λοιπόν, όταν λέμε ότι η σχετική ατομική μάζα του οξυγόνου είναι 16, εννοούμε ότι η μάζα του ατόμου του οξυγόνου είναι δεκαέξι φορές μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας του ατόμου $^{12}$C. Δηλαδή, A$\_{r}$ Ο = 16. Να παρατηρήσουμε ότι οι σχετικές ατομικές μάζες είναι καθαροί αριθμοί εκφρασμένες σε amu. Έτσι, αν θέλουμε να υπολογίσουμε την απόλυτη ατομική μάζα αρκεί να πολλαπλασιάσουμε τη σχετική ατομική μάζα με το 1,66 10$^{-24}$ g .

Τέλος, μελετώντας τον πίνακα των σχετικών ατομικών μαζών στο παράρτημα του βιβλίου, μπορούμε να παρατηρήσουμε, πως πολλά στοι -χεία έχουν δεκαδικές τιμές A$\_{r}$ αντί για ακέραιες που θα περιμέναμε με βάση τον ορισμό της σχετικής ατομικής μάζας. Στις περιπτώσεις αυτές, οι τιμές του πίνακα αναφέρονται στο μέσο όρο των σχετικών ατομικών μαζών των ισοτόπων, όπως αυτά απαντούν στη φύση.

Παράδειγμα 4.1
Αν θεωρήσουμε ότι ο φυσικός άνθρακας αποτελείται από 98,9% $^{12}$C και 1,1% $^{13}$C , να υπολογιστεί η σχετική ατομική μάζα του φυσικού άνθρακα δεχόμενοι ότι το A$\_{r}$ του $^{12}$C είναι 12 και το A$\_{r}$ του $^{13}$C είναι 13.
-  Η σχετική ατομική μάζα (Ατομικό Βάρος) τις πιο πολ -λές φορές στην Ελληνική βι -βλιογραφία συμβολίζεται με ΑΒ. Στο παρόν βιβλίο υιοθε -τείται η πρόταση της IUPAC και συμβολίζεται Α$\_{r}$ .
-  Η σχετική μοριακή μάζα (Μοριακό Βάρος) τις πιο πολλές φορές στην Ελληνι -κή βιβλιογραφία συμβολίζε -ται με ΜΒ. Στο παρόν βιβλίο υιοθετείται η πρόταση της IUPAC και συμβολίζεται Μ$\_{r}$ .
-  Ο ορισμός της Ατομικής Μονάδας Μάζας σε διάφο -ρες χρονικές περιόδους.
- 1 amu ισούται :
- - με τη μάζα του ενός ατόμου Η (19$^{ος}$ αιώνας)
- -με το 1/16 της μάζας του ατόμου του Ο (1904)
- -με το 1/12 της μάζας του ατόμου του C (1961σήμε -ρα)
- - 1,66 10$^{-24}$ g

m$\_{ατόμου}$  Α$\_{r}$ = 1/12 m$\_{ατόμου}$ $^{12}$C
-  Με το φασματόμετρο μά -ζας μπορεί να προσδιορι -στεί με ακρίβεια η σύσταση των ισοτόπων σ' ένα στοι -χείο στη φύση, καθώς και οι σχετικές ατομικές μάζες των ισοτόπων.

ΛΥΣΗ
Έχουμε ότι η σχετική ατομική μάζα του φυσικού άνθρακα είναι:
98 9 100 12 11 100 13 12 011 , , , + =

Εφαρμογή
Ο χαλκός, ένα μέταλλο γνωστό από τους αρχαίους χρόνους, χρησιμο -ποιείται στα ηλεκτρικά καλώδια, στα νομίσματα κλπ. Με δεδομένο ότι ο χαλκός απαντά στη φύση με τη μορφή δύο ισοτόπων  $^{63}$Cu (σε ποσοστό 69,09%) και $^{65}$Cu (σε ποσοστό 30,91%) να υπολογιστεί η σχετική ατομική μάζα του φυσικού Cu. (63,55 )

Σχετική μοριακή μάζα ( Μ$\_{r}$ ) ή Μοριακό βάρος (ΜΒ)
- -Σχετική μοριακή μάζα ή μοριακό βάρος (Μ$\_{r}$) χημικής ουσίας λέγεται ο αριθμός που δείχνει πόσες φορές είναι μεγαλύτερη η μάζα του μορίου του στοιχείου ή της χημικής ένωσης από το 1/12 της μάζας του ατόμου του άνθρακα -12.
Έτσι λοιπόν όταν λέμε ότι το μοριακό βάρος του θειικού οξέος (H$\_{2}$SO$\_{4}$) είναι 98, εννοούμε ότι η μάζα του μορίου του θειικού οξέος είναι 98 φορές μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας του ατόμου $^{12}$C.
Το Μ$\_{r}$ μπορεί να υπολογιστεί εύκολα με βάση το μοριακό τύπο, ακολου -θώντας το παρακάτω σκεπτικό:

- α. Το Μ$\_{r}$ στοιχείου ισούται με το γινόμενο του A$\_{r}$ επί την ατομικότητα του στοιχείου. Π.χ. Μ$\_{r}$ $\_{Ν}$$\_{2}$ = 2  A$\_{r Ν}$ = 2 14 = 28
- β. Το Μ$\_{r}$ χημικής ένωσης ισούται με το άθροισμα των γινομένων των δεικτών των στοιχείων στο μοριακό τύπο της ένωσης επί τα αντίστοιχα A$\_{r}$ των στοιχείων Π.χ. Μ$\_{r}$ $\_{Η}$$\_{2}$$\_{S}$ = 2  A$\_{r Η}$ + 1  A$\_{r S}$ = 2  1+1  32 = 34

Παράδειγμα 4.2
Να υπολογιστούν οι σχετικές μοριακές μάζες ( Μ$\_{r}$ ):
α. Ρ$\_{4 }$ β. Αl$\_{2}$(SO$\_{4}$)$\_{3}$ Δίνονται: Α$\_{r}$ : P:31, Al :27, O:16, S:32.

ΛΥΣΗ
α. Μ$\_{r Ρ}$$\_{4}$ = 4  Α$\_{r Ρ}$ = 4  31 = 124
β. M$\_{r Αl}$$\_{2}$$\_{(SO}$$\_{4}$$\_{)}$$\_{3}$ = 2  Α $\_{r Al}$ + 3 ( Α$\_{r S}$ + 4  Α $\_{r O}$) = 2  27 + 3(32+4 16) = 342
-  Χημική ουσία: στοιχείο ή χημική ένωση.
m$\_{μορίου}$  Μ$\_{r}$ = 1/12 m$\_{ατόμου}$ $^{12}$C
-  Η έννοια του Μ$\_{r}$ επεκτείνε -ται και στις ιοντικές ενώσεις, παρ' όλο που σ ' αυτές δεν υπάρχουν μόρια.

Εφαρμογή
Να βρεθούν οι σχετικές μοριακές μάζες ( Μ$\_{r}$ ): α.Cl$\_{2}$, β.Ο$\_{3}$, γ.CΟ$\_{2}$, δ.ΗΝΟ$\_{3}$, ε.Ca$\_{3}$(PO$\_{4}$)$\_{2}$ Δίνονται οι τιμές Α$\_{r}$ : Cl: 35,5, O: 16, C: 12, H: 1, N: 14, Ca: 40, P: 31.

Το mol: μονάδα ποσότητας ουσίας στο S.I.
Όπως ήδη αναφέραμε, η ύλη μπορεί να μετρηθεί είτε με βάση τη μάζα είτε αριθμώντας τις δομικές της μονάδες (άτομα, μόρια ή ιόντα), όπως ακριβώς στην καθημερινή μας ζωή μπορούμε να αγοράζουμε πορτοκάλια είτε με το ζύγι είτε με τα κομμάτια.
Είναι γνωστό ότι οι χημικές αντιδράσεις γίνονται μεταξύ μορίων (ή ατόμων ή ιόντων) με μία ορισμένη αναλογία, πράγμα που καθιστά αναγκαία τη μέτρηση του αριθμού των δομικών σωματιδίων για τους υπολογισμούς μας (π.χ. πόσα μόρια Η$\_{2}$Ο παράγονται από την καύση 5 μορίων Η$\_{2}$, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση 2Η$\_{2}$ + Ο$\_{2}$ → Η$\_{2}$Ο;)

Ωστόσο, ο αριθμός των δομικών σωματιδίων είναι αστρονομικός. Έτσι, οι χημικοί οδηγήθηκαν στη χρήση μιας μονάδας που ονομάζεται mol .
- -Το mol είναι μονάδα ποσότητας ουσίας στο Διεθνές Σύστημα μονάδων (S.I.) και ορίζεται ως η ποσότητα της ύλης που περιέχει τόσες στοιχειώδεις οντότητες όσος είναι ο αριθμός των ατόμων που υπάρχουν σε 12 g του $^{12}$C.
Ο αριθμός των ατόμων που περιέχονται σε 12 g του $^{12}$C ονομάζεται αριθ -μός Avogadro (Ν$\_{Α}$) και υπολογίσθηκε με πειραματικές μεθόδους και με μεγάλη προσέγγιση ίσος με 6,0210 $^{23}$. Δηλαδή,

N$\_{A }$ = 6,02
10$^{23}$ mol -1
Με αυτές τις σκέψεις καταλήγουμε:

1 mol είναι η ποσότητα μιας ουσίας που περιέχει Ν$\_{Α}$ οντότητες.
Με τον όρο οντότητες εννοούμε άτομα, μόρια, ιόντα, ηλεκτρόνια, αυγά κλπ. Έτσι, έχουμε:
- -1mol ατόμων περιέχει Ν$\_{Α}$ άτομα.
- -1mol μορίων περιέχει Ν$\_{Α}$ μόρια.
- -1mol ιόντων περιέχει Ν$\_{Α}$ ιόντα.
Συνοψίζοντας, μπορούμε να πούμε ότι ο χημικός επινόησε το mol για τη μέτρηση των δομικών σωματιδίων (ατόμων, μορίων, ιόντων), όπως ακριβώς ο έμπορος επινόησε την ντουζίνα (δωδεκάδα) για τη μέτρηση των αυγών, όπου τη θέση της ντουζίνας (12) κατέχει ο αριθμός Αvogadro(6,0210$^{23}$).

Ο αριθμός Avogadro, όπως επεκράτησε να αποκαλείται προς χάρη του διάσημου Ιταλού χημικού, υπολογίστη -κε από τον Αυστριακό καθη -γητή γυμνασίου Loschmidt. Η σημερινή ακριβής τιμή του αριθμού Avogadro, μετά από πολυάριθμες πειραμα -τικές μετρήσεις, συμφωνή -θηκε ότι είναι 6,0252 . 10$^{23}$. Συνήθως όμως χρησιμοποι -είται για απλούστευση η τιμή 6,02 . 10$^{23}$. Στην πραγματικό -τητα βέβαια οι δύο αυτοί δι -αφέρουν πολύ μεταξύ τους. Φανταστείτε αν τα νούμε -ρα αυτά αντιπροσώπευαν δραχμές και η διαφορά τους μοιραζόταν στο σημερινό πληθυσμό της γης, ο καθέ -νας μας θα έπαιρνε περίπου 10 δισεκατομμύρια δραχμές. Για να καταλάβετε το μέ -γεθος αυτών των αριθμών ας δώσουμε ένα άλλο πα -ράδειγμα. Σκεφτείτε ότι κά -ποιος κέρδισε στο λαχείο, τη μέρα που γεννήθηκε Ν$\_{Α }$ δραχμές και αποφάσιζε να τα ξοδέψει. Αν σπαταλούσε
- 1 δισεκατομμύριο δρχ το δευτερόλεπτο τότε πεθαίνο -ντας στα 90 του θα είχε αφή -σει άθικτο το 99,999% του αρχικού ποσού.
-  Ο όρος mol προέρχεται από τη λατινική λέξη moles που σημαίνει σωρό από πέ -τρες, τοποθετημένες για την κατασκευή λιμενοβραχίονα.

Τέλος, με βάση τους ορισμούς που δώσαμε για τις σχετικές ατομικές και σχετικές μοριακές μάζες, μπορούμε να συνδέσουμε τα μακροσκο -πικά μεγέθη μάζα και όγκο με το μικρόκοσμο των δομικών σωματιδίων (άτομα, μόρια ή ιόντα ) ή διαφορετικά να γεφυρώσουμε το πείραμα (π.χ. μετρήσεις με ζυγό) με τη θεωρία (π.χ. ατομική θεωρία)
- -Ο αριθμός Avogadro εκφράζει τον αριθμό των ατόμων οποιουδήποτε στοιχείου που περιέχονται σε μάζα τόσων γραμμαρίων όσο είναι η σχετική ατομική μάζα του. Δηλαδή,

1 mol ατόμων περιέχει Ν$\_{Α}$ άτομα και ζυγίζει Α$\_{r}$ g
π.χ. 1 mol ατόμων Ο περιέχει 6,0210$^{23}$ άτομα και ζυγίζει 16 g ( Α$\_{r Ο}$ =16) και 1 mol ατόμων Fe περιέχει 6,0210$^{23}$ άτομα και ζυγίζει 56g ( Α$\_{r Fe}$ =56)
- -Ο αριθμός Avogadro εκφράζει τον αριθμό των μορίων στοιχείου χημικής ένωσης που περιέχονται σε μάζα τόσων γραμμαρίων όσο είναι η σχετική μοριακή μάζα τους. Έτσι, έχουμε:

1 mol μορίων περιέχει Ν$\_{Α}$ μόρια και ζυγίζει Μ$\_{r}$ g
π.χ. 1 mol μορίων Ν$\_{2}$ περιέχει 6,0210$^{23}$ μόρια και ζυγίζει 28 g ( Μ$\_{r}$ = 28) και 1 mol μορίων Η$\_{2}$Ο περιέχει 6,0210$^{23}$ μόρια και ζυγίζει 18 g ( =18)
ΣΧΗΜΑ 4.1 Από αριστερά προς τα δεξιά ποσότητες 1 mol από : μαγειρικό αλάτι (NaCl), ζάχαρη (C$\_{12}$H$\_{22}$ O$\_{11}$ ), άνθρακα (C), χαλκό (Cu).

Παράδειγμα 4.3
Πόσο ζυγίζει το 1 άτομο υδρογόνου; ( Α$\_{r Η}$ = 1) ΛΥΣΗ
Σύμφωνα με τον ορισμό του mol:
A άτομα Η 1 άτομο ζυγίζουν = N
ατόμου 1 g m άρα
m N ατόμου g g = =  - 1 16610 23 A ,
-  ο όρος mol είναι γενικός και έχει εκτοπίσει την ορολογία g-at (γραμμoάτομο). g-ion (γραμμοϊόν).
1 mol H$\_{2}$O (18 g) σε σύγκρι -ση με 1 mol οινοπνεύματοςC$\_{2}$ H$\_{5}$OH (46 g)
1 mol NaCl (58 g) σε σύγκρι -ση με 1 mol CaCO$\_{3}$ (100 g)

Εφαρμογή
Να υπολογιστεί η μάζα του ατόμου του υδραργύρου ( Α$\_{rHg}$ = 200). (3,3210$^{-22}$ g)

Παράδειγμα 4.4
Πόσο ζυγίζει το 1 μόριο του θειικού οξέος (Η$\_{2}$SO$\_{4}$); Δίνονται οι τιμές Α$\_{r}$ : Η: 1, S:32, O:16.

ΛΥΣΗ
Μ r $\_{Η2SO4}$ = 21+132+416 = 98
Σύμφωνα με τον ορισμό του mol
N μόρια
1 μόριο
m μορίου 98 g άρα
ζυγίζουν =
m$^{A}$ μορίου A 22 98 g 1,63 10 g  - N

Εφαρμογή
Να υπολογιστεί η μάζα του μορίου της ζάχαρης (C$\_{12}$H$\_{22}$O$\_{11}$). Δίνονται οι τιμές Α$\_{r}$ : C: 12, H: 1, O: 16. (5,6710$^{-22}$ g)

Γραμμομοριακός όγκος ( V$\_{m}$ )
O Ιταλός φυσικός Avogadro διατύπωσε το 1811 την ομώνυμη υπόθεση (ή αρχή ή νόμο) στην προσπάθειά του να ερμηνεύσει το νόμο Gay-Lussac, ο οποίος αναφέρεται στην αναλογία όγκων που έχουν τα αέρια, όταν ενώνονται. Σύμφωνα με την υπόθεση αυτή:
- -Ίσοι όγκοι αερίων ή ατμών στις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων. Ισχύει και το αντίστροφο, δηλαδή ίσοι αριθμοί μορίων ή ατμών που βρίσκονται στις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης καταλαμβάνουν τον ίδιο όγκο.

Όπως γνωρίζουμε, 1 mol χημικής ουσίας περιέχει σταθερό αριθμό μορίων, οποίος καθορίζεται από τον αριθμό Avogadro ( N$\_{A}$ ).
N$\_{A}$ =6,02 . 10$^{23}$ mol -1
Με βάση τα παραπάνω δεδομένα καταλήγουμε ότι το 1 mol οποιουδήποτε αερίου καταλαμβάνει τον ίδιο όγκο, ο οποίος ονομάζεται γραμμομορι -ακός όγκος.
- -Γραμμομοριακός όγκος (V$\_{m}$) αερίου ονομάζεται ο όγκος που καταλαμβάνει το 1 mol αυτού, σε ορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης.
Amedeo Avogadro (17761856). Ιταλός αριστοκράτης. Σπούδασε νομικά και έγι -νε δημόσιος υπάλληλος. Η ενασχόληση του με τις φυσι -κές επιστήμες άρχισε με διά βασμα κατά τις ελεύθερες ώρες του και παρακολούθη -ση μαθημάτων φυσικής στο πανεπιστήμιο. Αργότερα έγινε καθηγητής σε γυμνά -σιο και έχοντας περισσότε ρο χρόνο στη διάθεση του συνέχισε τις μελέτες του. Βέβαια η έλλειψη εργαστηρι -ακού χώρου και το γενικότε ρο υπόβαθρο του, συνέβαλε στο να αφοσιωθεί σε θεωρη -τικές μελέτες, αποτελώντας ίσως τον πρώτο θεωρητικό επιστήμονα των φυσικών επιστημών. Το 1820 έγινε καθηγητής στο πανεπιστή -μιο, καταλαμβάνοντας την έδρα της μαθηματικής φυ -σικής.

-  Η υπόθεση Avogadro ξε -κίνησε σαν μια υπόθεση η οποία σήμερα έχει ισχύ νό -μου (αρχής). Με βάση αυτή την υπόθεση ο Avogadro απέδειξε για πρώτη φορά τη διαφορά μεταξύ των ατόμων και μορίων.
-  Αέρια: Α, Β, Γ,
1mol B t t V$\_{B}$
1mol Α t Ν$\_{Α}$ μόρια t V$\_{A}$
1mol Γ t Ν$\_{Α}$ μόρια t V$\_{Γ}$
άρα V$\_{A}$ = V$\_{B}$ = V$\_{Γ}$ = … = V$\_{m}$
-  Ο V$\_{m}$ αναφέρεται και σαν Μοριακός όγκος ή μολαρι -κός όγκος
Σε πρότυπες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, STP, δηλαδή, σε θερμο -κρασία 0 ο C (ή 273 Κ) και πίεση 1 atm (760mmHg), ο γραμμομοριακός όγκος των αερίων βρέθηκε πειραματικά ίσος με 22,4 L.

Δηλαδή,
V$\_{m }$ = 22,4 L mol$^{-1 }$σε STP συνθήκες
ΣΧΗΜΑ 4.2 Ο γραμμομοριακός όγκος ( V$\_{m}$ ) σε STP συνθήκες είναι ο όγκος των 22,4 L που καταλαμβάνει το κίτρινο κουτί. Για σύγκριση βάζουμε τη μπάλα.
Ο πίνακας που ακολουθεί συνοψίζει όσα αναφέραμε και θα μας φανεί ιδιαίτερα χρήσιμος στην επίλυση των προβλημάτων που ακολουθούν.
Ν$\_{Α}$ άτομα
Ν$\_{Α}$ μόρια
1mol ατόμων Α$\_{r}$ g * μέσω του μοριακού τύπου
1mol μορίων Μ$\_{r}$ g STP και μονό για αέρια
V$\_{m}$ = 22,4 L = 22 400 mL
- * Μέσω του μοριακού τύπου υπολογίζουμε τον αριθμό των mol ατόμων που περιέχονται σε συγκεκριμένο αριθμό mol της χημικής ουσίας.

Για παράδειγμα, από το μοριακό τύπο του θειικού οξέος (Η$\_{2}$SO$\_{4}$) έχουμε: στο 1 μόριο H$\_{2}$SO$\_{4}$ 2 άτομα Η 1 άτομο S 4 άτομα Ο
στο 1 mol H$\_{2}$SO$\_{4}$
2N$\_{A}$ άτομα Η 1N$\_{A}$ άτομα S 4N$\_{A}$ άτομα Ο
2 mol ατόμων Η 1 ατόμων S 4 mol ατόμων Ο
-  Απόλυτη θερμοκρασία, T (Κ):
Τ = θ $^{ο}$C+273
-  1atm = 760 mmHg
-  Οι πρότυπες συνθήκες πολλές φορές στην Ελληνι -κή βιβλιογραφία συμβολίζο νται με ΚΣ (Κανονικές Συν -θήκες).
Στο παρόν βιβλίο υιοθετεί -ται ο διεθνώς καθιερωμένος συμβολισμός STP.

-  STP συνθήκες ( S tandard T emperature P ressure).
Σύγκριση του όγκου που κα -ταλαμβάνει 1mol αερίου He (4 g) με 1 mol στερεού Cu (64 και 1mol Hg (201 g) σε STP συνθήκες.
Στα παραδείγματα που ακολουθούν συσχετίζονται τα μεγέθη:
- 1. αριθμός mol
- 2. μάζα
- 3. αριθμός μορίων
- 4. όγκος (μόνο για αέρια)
μιας καθαρής ουσίας (στοιχείου ή ένωσης). Μάλιστα με βάση την τιμή του ενός μεγέθους μπορούμε να υπολογίζουμε τα υπόλοιπα τρία.

Παράδειγμα 4.5
Ποσότητα υδρόθειου (H$\_{2}$S) ζυγίζει 170 g.
α Πόσα mol είναι η ποσότητα αυτή;
- β. Πόσο όγκο καταλαμβάνει η ποσότητα αυτή σε STP συνθήκες.
- γ. Πόσα μόρια H$\_{2}$S περιέχονται στην ποσότητα αυτή;
Δίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες Α$\_{r}$ : Η:1, S:32.

ΛΥΣΗ
- α. Όπως έχουμε δει, το 1 mol μιας χημικής ένωσης ή ενός στοιχείου ζυγίζει τόσα g, όση είναι η σχετική μοριακή μάζα της χημικής ένωσης ή του στοιχείου. Επομένως,
το 1 mol H$\_{2}$ ζυγίζει S g g n = 34 170
ή n = 5 mol Η$\_{2}$S.

Παρατήρηση
Ο υπολογισμός αυτός μπορεί να γίνει κάνοντας χρήση της σχέσης:
n m M = r g/mol
όπου n = ο αριθμός των mol και m = η μάζα της χημικής ουσίας. Στη συγκεκριμένη περίπτωση έχουμε:
n m M HS r 2 g/mol 170 g 34 g/mol 5mol =
β. Το 1 mol αέριας χημικής ένωσης καταλαμβάνει ως γνωστόν όγκο
1 mol HS 5 mol = = 22,4 L 2 2 V
V = 112 L αερίου H S
ή 22,4 L σε STP. Επομένως,
- γ. Επίσης γνωρίζουμε ότι 1 mol οποιασδήποτε χημικής ουσίας περιέχει Ν$\_{Α}$ μόρια. Επομένως,
1 mo ή x = 5 l H S 5 mol μόρια x 5 6,02 10 2 A  N N A $^{223}$ μόρια! μόρια, δηλαδή =
-  Το H$\_{2}$S είναι αέριo σε STP (Κ.Σ) συνθήκες.

Εφαρμογή
- α. Πόσα μόρια αμμωνίας (ΝΗ$\_{3}$) περιέχονται σε 1,12 L αυτής σε STP;
- β. Πόσο ζυγίζουν τα 1,8066 � 10$^{24}$ μόρια ΝΗ$\_{3}$;
Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Ν: 14, Η: 1.
(α. 0,05 Ν$\_{Α}$ , β. 51 g)
Όπως φαίνεται στο παράδειγμα που ακολουθεί, μπορούμε να υπολογίσουμε τις μάζες των στοιχείων που περιέχονται σε μία ένωση, αν μας δίνεται η μάζα της ένωσης. Και αντίστροφα, να υπολογίσουμε τη μάζα μιας ένω -σης, αν γνωρίζουμε την ποσότητα ενός από τα συστατικά της στοιχεία.

Παράδειγμα 4.6
Να υπολογιστεί πόσα γραμμάρια οξυγόνου περιέχονται σε 16 g διο -ξειδίου του θείου (SO$\_{2}$).
Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : S: 32, O: 16.
Μ$\_{r}$ =1 � 32+2 � 16 = 64.
Άρα το 1 mol SO$\_{2}$ ζυγίζει 64 g και έχουμε την κατάταξη
2 64 g SO 2 16 g 16 g m  =
άρα m$\_{O }$ = 8 g.

Εφαρμογή
Πόσα άτομα υδρογόνου (Η) περιέχονται σε 68 g υδρόθειου (H$\_{2}$S); Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : S: 32, H: 1. (4 Ν$\_{Α}$ )
Τέλος, δίνεται υποδειγματικά πρόβλημα με μίγμα ουσιών, στο οποίο ζητείται να βρεθεί η σύστασή του. Εδώ οι άγνωστοι εκφράζονται συ -νήθως σε mol. Με τους αγνώστους αυτούς και με βάση τα δεδομένα του προβλήματος π.χ. g, L, μόρια κλπ., δημιουργούμε σύστημα τόσων εξισώσεων, όσοι και οι άγνωστοι.

Παράδειγμα 4.7
Αέριο μίγμα περιέχει CO$\_{2}$ και SO$\_{2}$. Το μίγμα αυτό ζυγίζει 7,6 g, ενώ ο όγκος του σε STP συνθήκες είναι 3,36 L.
- α. Πόσα mol κάθε αερίου περιέχει το μίγμα;
- β. Ποια είναι η μάζα του CO$\_{2}$ στο μίγμα;
Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : C: 12, S: 32, O: 16.

ΛΥΣΗ
Έστω ότι το μίγμα περιέχει x mol CO$\_{2}$ και ψ mol SO$\_{2}$. Συναρτήσει των x και ψ μπορούμε να υπολογίσουμε τη μάζα του μίγματος και τον όγκο του.
1mol CO x mol 1mol SO ψ mol 2 2
g g 44 64 1 2 m m
ψg 64
g CO$\_{2}$ m m$\_{SO}$ += 2 7 6 , Επειδή όμως
έχουμε 44x + 64ψ = 7,6 (1)
Συναρτήσει πάλι των x και ψ μπορούμε να υπολογίσουμε τον όγκο του μίγματος σε STP.
1mol CO 2 x mol 22,4 L CO 2 1mol SO 2 ψ mol 22,4 L SO 2 = V V
CO 2 22,4x L V ή
ή SO 2 22,4ψ L V =
Επομένως, για το μίγμα που έχει όγκο 3,36 L θα ισχύει

CO 2 SO 2 3,36 L V V + =
και έχουμε: 22,4x + 22,4ψ = 3,36 (2)
Λύνοντας το σύστημα των (1) και (2) βρίσκουμε:
x = 0,1 και ψ = 0,05
Άρα το μίγμα περιέχει 0,1 mol CO$\_{2}$, δηλαδή 0,1 � 44 g δηλαδή 4,4 g CO$\_{2}$ και 0,05 mol SO$\_{2}$.

Εφαρμογή
Αέριο μίγμα αποτελείται από διοξείδιο του θείου και υδρόθειο. Το μίγμα ζυγίζει 13,2 g και καταλαμβάνει όγκο 6,72 L σε STP.
- α. Πόσα mol από κάθε αέριο περιέχονται στο μίγμα;
β. Ποια είναι η μάζα του κάθε συστατικού του μίγματος; Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : S: 32, O: 16, H: 1.
(α. 0,1 - 0,2 β. 6,4 g - 6,8 g )
 στο SI: R = 8,314 J K $^{-1}$ mol -1

4.2 Καταστατική εξίσωση των αερίων
Η συμπεριφορά των αερίων είναι περισσότερο απλή και ομοιόμορφη από τη συμπεριφορά των υγρών και των στερεών. Σε αντίθεση με τις υγρές και τις στερεές ουσίες, ορισμένες βασικές ιδιότητες των αερίων είναι ανεξάρτητες της χημικής τους φύσης και μπορούν να περιγραφούν με νόμους, όπως είναι:
- -Ο νόμος Boyle: «ο όγκος (V) που καταλαμβάνει ένα αέριο είναι αντιστρόφως ανάλογος της πίεσης (Ρ) που έχει, με την προϋπόθεση ότι ο αριθμός των mol (n) και η θερμοκρασία (Τ) του αερίου παραμένουν σταθερά». Δηλαδή, έχουμε:

νόμος Boyle
P V = σταθερό
όταν η , Τ σταθερά
ΣΧΗΜΑ 4.3 Εικονική παρουσίαση του νόμου του Boyle. Ο όγκος του αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος της πίεσης (με n, Τ σταθερά).
- -Ο νόμος Charles «ο όγκος (V) που καταλαμβάνει ένα αέριο είναι ανάλογος της απόλυτης θερμοκρασίας (Τ), με την προϋπόθεση ότι ο αριθμός των mol (n) και η πίεση (Ρ) παραμένουν σταθερά». Δηλαδή, έχουμε:
Νόμος Charles

V ∝ T
όταν n , P σταθερά
ΣΧΗΜΑ 4.4 Εικονική παρουσίαση του νόμου του Charles. Ο όγκος του αερίου είναι ανάλογος της απόλυτης θερμοκρασίας (με n, P σταθερά).
R. Boyle (1627-1691) Ιρλανδός χημικός και φιλόσο -φος. Ήταν το 14$^{ο}$ παιδί μιας εύπορης και ισχυρής οικογένει -ας. Κατά τη διάρκεια της ζωής του απέκτησε τεράστια φήμη κυρίως από τα πρωτοποριακά του πειράματα σχετικά με τις ιδιότητες των αερίων. Το βιβλίο του «Ο Σκεπτικιστής Χημικός» έθεσε τις βάσεις για τη μετά -βαση από την αλχημεία στη μοντέρνα χημεία.

C. Charles (1746-1823) Γάλλος χημικός πασίγνωστος στα χρόνια του για τα πειράματα που έκανε με μπαλόνια. Ένα χρόνο μετά την ανακάλυψη του αερόστατου από τους αδελφούς Montgollfier, ο Charles κατα -σκεύασε το δικό του αερόστατο κάνοντας χρήση υδρογόνου αντί θερμού αέρα. Το υδρο -γόνο που χρειάστηκε για τη κατασκευή του πρώτου μπα -λονιού παρασκεύασε ο ίδιος, αντιδρώντας 250 kg οξέος με 500 Kg σιδήρου. Την πρώτη του αυτή πτήση παρακολούθη -σε πλήθος κόσμου και στέφτηκε με επιτυχία.
ΣΧΗΜΑ 4.5 Με ψύξη (με υγρό άζωτο) ο όγκος του αερίου μειώνεται, σύμφωνα με το νόμο του Charles.

- -Ο νόμος Gay-Lussac: «η πίεση (P) που ασκεί ένα αέριο είναι ανάλογη της απόλυτης θερμοκρασίας (Τ), όταν ο αριθμός των mol (n) και ο όγκος (V) είναι σταθερά». Δηλαδή, έχουμε:
ΣΧΗΜΑ 4.6 Εικονική παρουσίαση του νόμου του Gay-Lussac. Η πίεση ενός αερίου είναι ανάλογος της απόλυτης θερμοκρασίας (με n, V σταθερά).
Με συνδυασμό των νόμων:
- 1. Boyle

V ∝ 1/P
- 2. Charles

V ∝ T
- 3. Avogadro
Καταλήγουμε,
V ∝ (1/P)T n
Η αναλογία αυτή μπορεί να μετατραπεί σε εξίσωση, αν εισάγουμε μια σταθερά R : V = R ( 1/P ) T n
Η σταθερά R ονομάζεται παγκόσμια σταθερά των αερίων .
Gay-Lussac:(1778-1850) Γάλλος χημικός και φυσικός. Έδειξε μεγάλη τόλμη, αφού για τις ανάγκες των πειραμά -των του αναγκάστηκε πολ -λές φορές να χρησιμοποιεί αερόστατο και να ανεβαίνει σε ύψος μέχρι 7000 m. Κα -τέλαβε ταυτόχρονα δύο περίβλεπτες καθηγητικές έδρες της χημείας και της φυσικής στο πανεπιστήμιο της Σορβόννης. Πέρασε το μεγαλύτερο μέρος της ζωής του στο υπόγειο εργαστήριό του, κάτω από δυσμενείς συνθήκες, όπου το χειμώνα δεν υπήρχε θέρμανση και το δάπεδο ήταν μονίμως υγρό. Αυτά βέβαια δεν τον εμπόδι -ζαν να χορεύει από χαρά σε κάθε πετυχημένο πείραμά του.Η πίεση που ασκεί ένα αέριο είναι αποτέλεσμα των συ -γκρούσεων των μορίων του στα τοιχώματα του δοχείου

Η σταθερά R μπορεί να υπολογιστεί παίρνοντας σαν βάση 1 mol ενός αερίου σε STP συνθήκες:
R PV nT = =   =   1atm 22,4 L 1mol 273 K 0,082 atmL molK
Η παραπάνω σχέση, η οποία συνήθως γράφεται με τη μορφή:

P V = n R Τ
ονομάζεται καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων .
Η καταστατική εξίσωση εμπεριέχει τους τρεις νόμους (Boyle, Charles, Avogadro) και περιγράφει πλήρως τη συμπεριφορά (κατάσταση) ενός αερίου. Γι' αυτό ονομάζεται καταστατική εξίσωση.
- -Τα αέρια που υπακούουν στην καταστατική εξίσωση, για οποιαδήποτε τιμή πίεσης και θερμοκρασίας, ονομάζονται ιδανικά ή τέλεια αέρια.
Τα περισσότερα αέρια, κάτω από συνθήκες χαμηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας, προσεγγίζουν την ιδανική συμπεριφορά και συνεπώς υπα -κούουν στους νόμους των αερίων. Αποκλίσεις παρατηρούνται σε χαμηλές θερμοκρασίες και υψηλές πιέσεις (συνθήκες υγροποίησης). Ιδανικά επίσης συμπεριφέρονται και τα περισσότερα μίγματα αερίων, κάτω από ορισμένες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Έτσι, μπορούμε να γράφουμε την καταστατική εξίσωση και για αέρια μίγματα:

P V = n$\_{ολ}$ R T όπου,
n$\_{ολ}$ ο συνολικός αριθμός mol του αερίου μίγματος V ο όγκος που καταλαμβάνει το αέριο μίγμα και Ρ η ολική πίεση των αερίων του μίγματος.

Παράδειγμα 4.8
Σε δοχείο όγκου 15 L και θερμοκρασίας 27 ο C, εισάγονται 4 mol αερίου Α. Να υπολογιστεί η πίεση που ασκεί το αέριο στο δοχείο.

ΛΥΣΗ
Αφού γνωρίζουμε τη θερμοκρασία, τον όγκο και την ποσότητα σε mol του αερίου μπορούμε να βρούμε πόση πίεση ασκεί, από την καταστα -τική εξίσωση.
Τ = θ + 273 = (27+273) Κ = 300 Κ
PV nRT nRT V =    4mol (0,082 atm L/mol K) 300 K 15 L P ή
ή P = 6,56 atm.

Εφαρμογή
Σε δοχείο όγκου 15 L και θερμοκρασίας 800 ο C, εισάγονται 2 Ν$\_{Α}$ μόρια οξυγόνου. Πόση πίεση ασκεί το οξυγόνο στο δοχείο; (11,73 atm)
Στην καταστατική εξίσωση μπορεί να εισαχθεί η πυκνότητα του αερίου, ρ , όπως φαίνεται στο παράδειγμα που ακολουθεί.

Παράδειγμα 4.9
Πόση είναι η πυκνότητα του οξυγόνου (Ο$\_{2}$) σε πίεση 8 atm και θερμο -κρασία 273 ο C. Α$\_{rΟ}$ =16.
Τ = θ + 273 = (273 + 273) K = 546 Κ.
M$\_{rO}$$\_{2}$ 2163 2 = =
Όμως, n m M = r g/mol
οπότε,
PV P P mRT M m V RT M RT M ρ P M =  r r r r g/mol g/mol g/mol g g/mol 8atm 32g/mol K 5,71 atmL molK RT =   =   0 082 546 , g g/L

Εφαρμογή
Αέριο Α έχει πυκνότητα 2,28 g/L σε θερμοκρασία 546 Κ και πίεση 6 atm. Ζητείται η σχετική μοριακή μάζα του Α. R = 0,082 atm . L/mol . K

4.3 Συγκέντρωση διαλύματος - Αραίωση, ανάμειξη διαλυμάτων

Συγκέντρωση ή μοριακότητα κατ' όγκο διαλύματος
Όπως αναφέραμε στο 1$^{ο}$ κεφάλαιο, υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους μπορούμε να εκφράσουμε την περιεκτικότητα ενός διαλύματος, δηλαδή την ποσότητα της διαλυμένης ουσίας που περιέχεται σε ορισμένη ποσότητα διαλύματος ή διαλύτη. Μία από τις συνηθέστερες μονάδες περιεκτικότητας ενός διαλύματος είναι η μοριακότητα κατ' όγκο:
-η μοριακότητα κατ ' όγκο ή συγκέντρωση ή Molarity, εκφράζει τα mol διαλυμένης ουσίας που περιέχονται σε 1 L διαλύματος. Δηλαδή, έχουμε:

c = n / V

Όπου,
- c = η συγκέντρωση του διαλύματος
- n = o αριθμός mol της διαλυμένης ουσίας και
- V = ο όγκος του διαλύματος σε L.
Μονάδα της συγκέντρωσης είναι το mol L$^{-1}$ ή Μ.
Για παράδειγμα, διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου συγκέντρωσης 1,5 Μ περιέχει 1,5 mol NaOH (60 g) σε 1 L (1000 mL) διαλύματος, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
ΣΧΗΜΑ 4.7 Παρασκευή διαλύματος ορισμένης συγκέντρωσης.

Παράδειγμα 4.10
Σε 300 mL διαλύματος περιέχονται 6 g υδροξειδίου του νατρίου (NaOH). Να βρεθεί η συγκέντρωση (μοριακότητα κατ' όγκο) του διαλύματος. Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Na: 23, O: 16, H: 1.
Παρασκευή διαλύματος ορι -σμένης συγκέντρωσης

ΛΥΣΗ

1$^{ος}$ τρόπος (με κατάταξη)
Υπολογίζουμε κατ' αρχήν τα mol της διαλυμένης ουσίας.
Μ$\_{r NaOH}$ = 123 + 116 + 11 = 40 n m M = r g/mol 6g 40 g/mol 0,15 mol
Άρα στα 300 mL διαλύματος υπάρχουν 0,15 mol NaOH
000 mL n
1 ή n = 0,5 mol
Άρα έχουμε συγκέντρωση = 0,5 mol/L.

2$^{ος}$ τρόπος (με τον τύπο)
έχουμε 0,15 mol NaOH και αφού V = 300 mL = 0,3 L. Συνεπώς,
c n V = = = 0,15 mol 0,3 L 0,5 mol/L ή 0,5 M

Εφαρμογή
Πόσα γραμμάρια καθαρού νιτρικού οξέος περιέχονται σε 400 mL δια -λύματος νιτρικού οξέος (ΗΝΟ$\_{3}$) συγκέντρωσης 2 Μ; Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Η: 1, Ν: 14, Ο: 16. (50,4 g)

Παράδειγμα 4.11
Να βρεθεί η % w/w (βάρος σε βάρος) περιεκτικότητα διαλύματος υδρο -χλωρίου συγκέντρωσης 0,2 Μ και πυκνότητας 1,05 g mL$^{-1}$, που περιέχει 14,6 g καθαρού υδροχλωρίου (HCl).
Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : H:1, Cl: 35,5.

ΛΥΣΗ
Θα βρούμε τον όγκο του διαλύματος, ώστε κατόπιν, με τη βοήθεια της πυκνότητας, να βρούμε τη μάζα του διαλύματος.
1mol HCl 36,5 g 14,6 g ζυγίζει n =
άρα n = 0,4 mol καθαρού ΗCl.
Από τον τύπο c ή V 2 L
δηλαδή V = 2000 mL.
Από τον τύπο της πυκνότητας υπολογίζουμε τη μάζα του διαλύματος Δ Δ ή 1,05 g/mL 2000 mL = =  =  m ρ m ρ V V
-  Για να υπολογίσουμε μία περιεκτικότητα όγκου (π.χ. c) από μία περιεκτικότητα βάρους (π.χ. % w/w), ή αντί -στροφα, χρειαζόμαστε την τιμή της πυκνότητας του δια -λύματος.

ή m$\_{Δ}$ = 2100 g.
Γνωρίζοντας τώρα τη μάζα του διαλύματος και τη μάζα της διαλυμένης ουσίας, βρίσκουμε την % w/w περιεκτικότητα:
2100 g διαλύματος 14,6 g καθαρού HCl Στα 100 g x =
ή x = 0,7 g καθαρού υδροχλωρίου.
Άρα το διάλυμα είναι περιεκτικότητας 0,7% w/w (κατά βάρος).

Εφαρμογή
Να βρεθεί η συγκέντρωση ( c ) διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) όγκου 500 mL, περιεκτικότητας 8% w/w και πυκνότητας 1,07 g/mL. Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Na: 23, O: 16, H: 1. ( 2,14 Μ )

Αραίωση διαλύματος
Όταν σε ένα διάλυμα προσθέσουμε νερό, η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας παραμένει σταθερή, ενώ ο όγκος του διαλύματος μεγαλώνει. Συ -νεπώς, το τελικό διάλυμα έχει μικρότερη συγκέντρωση από το αρχικό. Κατά την αραίωση ισχύει η σχέση:
c$\_{1}$ V$\_{1}$ = c$\_{2}$ V$\_{2}$

όπου,
c$\_{1}$ και V$\_{1}$ η συγκέντρωση και ο όγκος του διαλύματος, αντίστοιχα, πριν την αραίωση και
- c$\_{2}$ και V$\_{2}$ η συγκέντρωση και ο όγκος του διαλύματος, αντίστοιχα, μετά την αραίωση
ΣΧΗΜΑ 4.8 Στην αραίωση διαλύματος η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας παραμένει η ίδια, ενώ η συγκέντρωση μειώνεται.
Εικονική παρουσίαση για την αραίωση διαλύματος

Παράδειγμα 4.12
Σε διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) όγκου 400 mL συγκέντρω -σης 2 Μ προσθέτουμε 1200 mL νερού. Να υπολογιστεί η συγκέντρωση του τελικού διαλύματος. Θεωρούμε ότι κατά την ανάμειξη δεν έχουμε μεταβολή του όγκου.

ΛΥΣΗ

1$^{ος}$ τρόπος (με κατάταξη)
Αρχικό διάλυμα:
1000 mL διαλύματος 2 mol διαλ . ουσίας 2 M σημαίνει ότι στα 400 mL = n
ή n = 0,8 mol NaOH.
Μετά την προσθήκη του νερού η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας παραμένει σταθερή, άρα και στο τελικό διάλυμα θα υπάρχουν 0,8 mol καθαρού NaOH.
Όμως V$\_{τελ}$ = V$\_{αρχ}$ + V$\_{H}$$\_{2}$$\_{O}$ = 400 mL + 1200 mL = 1600 mL.
Τελικό διάλυμα:
1600 mL διαλύματος 0,8 mol διαλ . ουσίας Στα 1000 mL x =
ή x = 0,5 mol.
Άρα η συγκέντρωση του τελικού διαλύματος είναι 0,5 Μ.

2$^{ος}$ τρόπος (με τον τύπο)
Γνωρίζουμε ότι
ή = =  n c n c V V
Επειδή με την προσθήκη του νερού η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας παραμένει σταθερή έχουμε ότι:
n$\_{αρχ}$ = n$\_{τελ}$ ή c$\_{αρχ}$V$\_{αρχ}$ = c$\_{τελ}$V$\_{τελ}$ ή
3 3 2 M 400 10 L ή 1600 10 L - -   = =  αρχ αρχ τελ τελ c V c V
c$\_{τελ}$ = 0,5 M.

Εφαρμογή
Πόσα λίτρα νερού πρέπει να προστεθούν σε 3 L διαλύματος NaCl 1 Μ για να προκύψει διάλυμα NaCl 0,1 Μ; (27 L)
-  Η ποσότητα της διαλυμέ -νης ουσίας παραμένει στα -θερή κατά τη συμπύκνωση ενός διαλύματος, δηλαδή, όταν αφαιρείται νερό από το διάλυμα με εξάτμιση.

Ανάμειξη διαλυμάτων
Όταν αναμείξουμε δύο η περισσότερα διαλύματα που περιέχουν την ίδια διαλυμένη ουσία, τότε προκύπτει ένα διάλυμα το οποίο θα έχει τα ακό -λουθα χαρακτηριστικά:
α. Η μάζα του τελικού διαλύματος θα είναι ίση με το άθροισμα των μαζών των διαλυμάτων που αναμείξαμε. Δηλαδή,
m$\_{Δτελ}$ = m$\_{Δ1}$ + m$\_{Δ2}$ + m$\_{Δ3}$ + …
β. Ο όγκος του τελικού διαλύματος σχεδόν πάντα θεωρούμε ότι είναι ίσος με το άθροισμα των όγκων των διαλυμάτων που αναμείξαμε. Δηλαδή,
V$\_{τελ}$ = V$\_{1}$ + V$\_{2}$ + V$\_{3}$ + …

γ. Η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας στο τελικό διάλυμα θα είναι ίση με το άθροισμα των ποσοτήτων των διαλυμένων ουσιών που υπήρχαν στα αρχικά διαλύματα πριν από την ανάμειξη. Δηλαδή:
m$\_{τελ}$ = m$\_{1 }$ + m$\_{2 }$ + m$\_{3}$ + … ή n$\_{τελ}$ = n$\_{1}$ + n$\_{2}$ + n$\_{3}$ + …
Κατά την ανάμειξη διαλυμάτων της ίδιας ουσίας ισχύει η σχέση:
c$\_{1}$ . V$\_{1 }$ + c$\_{2}$ . V$\_{2 }$ = c$\_{τελ }$ V$\_{τελ}$
όπου,
c$\_{1}$ , c$\_{2}$ και V$\_{1}$ , V$\_{2}$ οι συγκεντρώσεις και οι όγκοι των αρχικών διαλυμάτων και c$\_{τελ}$ V$\_{τελ}$ η συγκέντρωση και ο όγκος του τελικού διαλύματος, αντίστοιχα.

Είναι προφανές ότι, αν c$\_{1}$ > c$\_{2}$ , τότε μετά την ανάμειξη θα έχουμε ότι c$\_{1}$ > c$\_{τελ}$ >c$\_{2}$.

Παράδειγμα 4.13
Αναμειγνύονται 3 L διαλύματος HCl 1 Μ με 7 L διαλύματος HCl 0,5 M. Να βρεθεί η συγκέντρωση του τελικού διαλύματος.

1$^{ος}$ τρόπος (με κατάταξη)
Διάλυμα (A): 1 Μ.
Στο 1L διαλύματος 1 mol HCI 3 mol 3L n = = ή A n $\_{A}$ Στα
Διάλυμα (Β): 0,5 Μ.
Στο 1L διαλύματος 0,5 mol HCI 3,5 mol 7L n = = ή Β n $\_{B}$
m$\_{Δ}$ = μάζα διαλύματος
V = όγκος διαλύματος
m = μάζα διαλυμένης ουσίας n = αριθμός mol διαλυμένης ουσίας
Στο τελικό διάλυμα έχουμε ότι
V$\_{τελ}$ = V$\_{A}$ + V$\_{B}$ = 3 L + 7 L = 10 L n$\_{τελ}$ n$\_{A}$ n$\_{B}$ = 3 mol + 3,5 mol = 6,5 mol
Άρα στο τελικό διάλυμα έχουμε:
10 L διαλύματος 6,5 mol HCl 1 L x =

ή x = 0,65 mol.
Άρα η συγκέντρωση του τελικού διαλύματος είναι 0,65 mol/L, δηλαδή 0,65 Μ.

2$^{ος}$ τρόπος (με τον τύπο)
Ισχύει στην ανάμειξη των διαλυμάτων για την ποσότητα της διαλυ -μένης ουσίας
n$\_{τελ}$ = n$\_{A}$ + n$\_{B}$ ή c$\_{τελ}$  V$\_{τελ}$ = c$\_{A}$  V$\_{A}$ + c$\_{B}$  V$\_{B}$ ή A A B B τελ τελ c V c V 1 mol/L 3 L 0,5 mol/L 7 L c V 10 L +  +  = = ή c$\_{τελ}$ = 0,65 M.

Εφαρμογή
500 mL διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου (NaΟΗ) περιεκτικότη -τας 8% w/v (κατ' όγκο) αναμειγνύονται με 1,5 L άλλου διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου συγκέντρωσης 0,8 Μ. Να υπολογιστεί η συ -γκέντρωση του τελικού διαλύματος. (1,1 Μ)

4.4 Στοιχειομετρικοί υπολογισμοί
H χημική εξίσωση, πέραν του ότι αποτελεί το σύμβολο μιας χημικής αντίδρασης, παρέχει μία σειρά πληροφοριών. Για παράδειγμα, η χημική εξίσωση της αντίδρασης σχηματισμού αμμωνίας από άζωτο και υδρο -γόνο Ν$\_{2}$ + 3Η$\_{2}$ → 2ΝΗ$\_{3}$ μας αποκαλύπτει:
- 1. Την ποιοτική σύσταση των αντιδρώντων (N$\_{2}$, H$\_{2}$) και προϊόντων (NH$\_{3}$).
- 2. Ποσοτικά δεδομένα σχετικά με τον τρόπο που γίνεται η αντίδραση. Δηλαδή ότι,
- D 1 μόριο Ν$\_{2}$ αντιδρά με 3 μόρια Η$\_{2}$ και δίνει 2 μόρια ΝΗ$\_{3}$.
- D 1 mol Ν$\_{2}$ αντιδρά με 3 mol Η$\_{2}$ και δίνει 2 mol ΝΗ$\_{3}$.
- D 1 όγκος αερίου N$\_{2}$ αντιδρά με τρεις όγκους αερίου H$\_{2}$ και δίνει δύο όγκους αέριας NH$\_{3}$ στις ίδιες συνθήκες P και T .

Αυτό όμως που τελικά έχει τη μεγαλύτερη σημασία είναι ότι:
- -οι συντελεστές σε μία χημική εξίσωση καθορίζουν την αναλογία mol των αντιδρώντων και προϊόντων στην αντίδραση. Γι' αυτό και οι συντελεστές ονομάζονται στοιχειομετρικοί συντελεστές.
Με δεδομένο ότι:
1 mol μιας χημικής ουσίας ζυγίζει τόσα γραμμάρια όσο η σχετική μορι -ακή της μάζα,
1 mol αερίου ουσίας καταλαμβάνει όγκο V$\_{m}$ ή 22,4 L (σε STP) και
1 mol μιας μοριακής χημικής ουσίας περιέχει Ν$\_{Α}$ μόρια, προκύπτει ότι η αναλογία mol των αντιδρώντων και των προϊόντων μπορεί να εκφραστεί και σαν αναλογία μαζών , όγκων (αερίων) ή αριθμού μορίων .
- -Οι παραπάνω χημικοί υπολογισμοί, οι οποίοι στηρίζονται στις ποσοτικές πληροφορίες που πηγάζουν από τους συντελεστές μιας χημικής εξίσωσης (στοιχειομετρικοί συντελεστές), ονομάζονται στοιχειομετρικοί υπολογισμοί.

Μεθοδολογία για την επίλυση προβλημάτων στοιχειομετρίας
Στα προβλήματα στοιχειομετρίας ακολουθούμε την εξής διαδικασία:
- 1. Βρίσκουμε τον αριθμό mol από τη μάζα ή τον όγκο που δίνεται (π.χ. ενός αντιδρώντος).
- 2. Υπολογίζουμε με τη βοήθεια της χημικής εξίσωσης τον αριθμό mol του αντιδρώντος ή προϊόντος που ζητείται.
- 3. Τέλος, από τον αριθμό mol υπολογίζουμε τη ζητούμενη μάζα (μέσω του Μ$\_{r}$ ) ή το ζητούμενο όγκο (μέσω του V$\_{m}$ ή της καταστατικής εξίσωσης).
Τα παραπάνω απεικονίζονται στο σχήμα που ακολουθεί. Στη συνέχεια δίνονται χαρακτηριστικές περιπτώσεις στοιχειομετρικών υπολογισμών με αντίστοιχα παραδείγματα.

ΣΧΗΜΑ 4.9 Εικονική παρουσίαση της μεθοδολογίας που ακολουθούμε σε στοι -χειομετρικούς υπολογισμούς. Σε μία χημική εξίσωση δεν περνάμε απ' ευθείας από τη μάζα των αντιδρώντων στη μάζα των προϊόντων. Θα πρέπει πρώτα οι μάζες να μετατραπούν σε mol. Αυτό γίνεται επειδή οι συντελεστές της χημικής εξίσωσης κα -θορίζουν τις αναλογίες mol αντιδρώντων και προϊόντων.

Παράδειγμα 4.14
Πόσα γραμμάρια Ν$\_{2}$ και πόσα mol Η$\_{2}$ απαιτούνται για την παρασκευή 448 L ΝΗ$\_{3}$ που μετρήθηκαν σε STP; Δίνεται Α$\_{r Ν}$ =14.

Βήμα 1
Βρίσκουμε κατ' αρχήν πόσα mol ΝΗ$\_{3}$ θα παρασκευάσουμε.
1 mol ΝΗ$\_{3}$ (STP) 22,4 L n$\_{1}$ 448 L ή n $\_{1}$ = 20 mol NH$\_{3}$

Βήμα 2
Γράφουμε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης με την οποία θα γίνουν οι υπολογισμοί:
Ν$\_{2}$ + 3Η$\_{2}$ → 2ΝΗ$\_{3}$

Βήμα 3
Γράφουμε για τις ουσίες τη σχέση mol με την οποία αντιδρούν ή πα -ράγονται, σχέση την οποία δείχνουν οι συντελεστές των ουσιών ( στοι χειομετρία της αντίδρασης ).
Ν$\_{2}$ + 3Η$\_{2}$ → 2ΝΗ$\_{3}$
1 mol 3 mol 2 mol

Βήμα 4
Γράφουμε κάτω από τα προηγούμενα (σχέση mol) την ποσότητα του δεδομένου σε mol και υπολογίζουμε την ποσότητα του ζητούμενου πάλι σε mol.
Ν$\_{2}$ + 3Η$\_{2}$ → 2ΝΗ$\_{3}$
1mol 3mol 2mol 20 mol 2 3 n n n$\_{2}$ = 10 mol N$\_{2}$ n$\_{3}$ = 30 mol H$\_{2}$.

Βήμα 5
Υπολογίζουμε τη ζητούμενη μάζα. Δηλαδή για το Ν$\_{2}$ με τη βοήθεια της σχετικής μοριακής μάζας ( Μ$\_{r}$ = 28), έχουμε:
2 2 ζυγίζει 1 mol N 28 g ή 280 g N 10 mol = = m m
Άρα για να παρασκευαστούν 448 L ΝΗ$\_{3}$ (σε STP) πρέπει να αντιδρά -σουν 280 g Ν$\_{2}$ με 30 mol Η$\_{2}$.

Εφαρμογή
Καίγονται 16 g θείου με το απαραίτητο οξυγόνο και παράγεται διοξείδιο του θείου. Να υπολογιστεί ο όγκος του SO$\_{2}$ σε θερμοκρασία 27 ο C και πίεση 2 atm. Δίνονται: Α$\_{r S}$ :32 και R = 0,082 atm L mol$^{-1}$ K -1 (6,15 L)

1. Ασκήσεις στις οποίες η ουσία που δίνεται ή ζητείται δεν είναι καθαρή
Σε πολλές περιπτώσεις οι ουσίες που χρησιμοποιούμε σε μία χημική αντί -δραση δεν είναι καθαρές. Αυτό συμβαίνει στην πράξη, αφού είναι σχεδόν αδύνατο να έχουμε απόλυτα καθαρές ουσίες. Η καθαρότητα ενός δείγματος εκφράζεται συνήθως %. Για παράδειγμα, δείγμα σιδήρου καθαρότητας 95% w/w σημαίνει ότι στα 100 g δείγματος τα 95 g είναι Fe και τα 5 g είναι ξένες προσμείξεις του. Ας δούμε όμως ένα σχετικό παράδειγμα.

Παράδειγμα 4.15
Πόσα λίτρα Η$\_{2}$ μετρημένα σε STP θα σχηματιστούν κατά την αντίδρα -ση 250 g δείγματος ψευδαργύρου με περίσσεια διαλύματος θειικού οξέος; Η περιεκτικότητα του δείγματος σε ψευδάργυρο είναι 97,5% w/w. Θεωρούμε ότι οι προσμείξεις δεν αντιδρούν με το θειικό οξύ. Δίνεται Α$\_{r Zn}$ = 65.

ΛΥΣΗ
Θα υπολογίσουμε πρώτα την ποσότητα του καθαρού ψευδάργυρου που περιέχεται στα 250 g του δείγματος ψευδάργυρου, καθώς μόνο αυτός αντιδρά με το θειικό οξύ.
περιέχονται 100 g δειγμ . Zn 97,5 g Zn 250 g = m
ή m = 243,75 g Ζn.
Άρα 243,75 g Zn αντέδρασαν με το οξύ. Μπορούμε πλέον να υπολο -γίσουμε το παραγόμενο υδρογόνο, αφού γράψουμε την αντίδραση και κάνουμε τους συνήθεις υπολογισμούς.
1 1 mol Zn g ή 3,75 mol Zn = = n n Zn + H$\_{2}$SO$\_{4}$ → ZnSO$\_{4}$ + H$\_{2}$
65 243,75 g
1mol 3,75 mol 1mol 2 = n
ή n$\_{2}$ = 3,75mol H$\_{2}$.

Για το Η$\_{2}$ σε STP έχουμε:
2 1 mol H 22,4 L ή 84 L 3,75 mol = = V V

Εφαρμογή
Πόσα γραμμάρια δείγματος ψευδαργύρου καθαρότητας 80% w/w θα αντιδράσουν με 10 L διαλύματος HCl 0,8 Μ;
Α$\_{r Ζn}$ : 65.

(325 g)

2. Ασκήσεις στις οποίες δίνονται οι ποσότητες δύο

αντιδρώντων ουσιών
Εδώ διακρίνουμε δύο περιπτώσεις:
Α. Οι ποσότητες που δίνονται είναι σε στοιχειομετρική αναλογία. Δηλαδή, οι ποσότητες είναι οι ακριβώς απαιτούμενες για πλήρη αντίδραση, σύμφωνα με τους συντελεστές της χημικής εξίσωσης. Στην περίπτωση αυτή οι υπολογισμοί στηρίζονται στην ποσότητα ενός εκ των δύο αντιδρώντων.
- Β. Η ποσότητα ενός εκ των δύο αντιδρώντων είναι σε περίσσεια.
Δηλαδή, το ένα από τα αντιδρώντα είναι σε περίσσεια (περισσεύει), ενώ το άλλο καταναλώνεται πλήρως ( περιοριστικό ). Οι στοιχειομετρικοί υπολογισμοί στην περίπτωση αυτή στηρίζονται στην ποσότητα του πε -ριοριστικού αντιδρώντος, όπως φαίνεται στο παράδειγμα που ακολουθεί.

Παράδειγμα 4.16
Διαθέτουμε 10 mol νατρίου (Na) και 8 mol χλωρίου (Cl$\_{2}$) τα οποία αντιδρούν για να σχηματίσουν χλωριούχο νάτριο (ΝaCl). Πόσα mol NaCl θα σχηματιστούν;

ΛΥΣΗ
Στο πρόβλημα αυτό πρέπει αρχικά να ελέγξουμε ποιο από τα δύο αντι -δρώντα θα αντιδράσει όλο. Γράφουμε τη χημική αντίδραση:

2Na + Cl$\_{2}$ → 2NaCl
Από την αντίδραση βλέπουμε ότι 2 mol Na αντιδρούν με 1 mol Cl$\_{2}$. Άρα τα 10 mol Na που διαθέτουμε χρειάζονται για να αντιδράσουν 5 mol Cl$\_{2}$. Εμείς όμως διαθέτουμε 8 mol Cl$\_{2}$. Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι θα αντιδράσει όλο το νάτριο (10 mol) με 5 mol χλωρίου και θα παρα -χθούν με βάση τη στοιχειομετρία 10 mol NaCl, ενώ θα περισσέψουν 3 mol Cl$\_{2}$. Δηλαδή, το χλώριο βρίσκεται σε περίσσεια.

Εφαρμογή
Πόσα γραμμάρια νερού θα παραχθούν αν αντιδράσουν 112 L Ο$\_{2}$ με -τρημένα σε STP με 10 g Η$\_{2}$; Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Η: 1, Ο: 16. (90 g)

3. Ασκήσεις με διαδοχικές αντιδράσεις
Υπάρχουν προβλήματα στοιχειομετρίας, στα οποία δεν έχουμε μόνο μια αντίδραση αλλά μία σειρά διαδοχικών αντιδράσεων. Διαδοχικές αντιδρά -σεις έχουμε, όταν το προϊόν της πρώτης αντίδρασης αποτελεί αντιδρών της δεύτερης αντίδρασης, κ.ο.κ. Ο τρόπος που επιλύονται αυτού του είδους τα προβλήματα επιδεικνύεται στα παραδείγματα που ακολουθούν.

Παράδειγμα 4.17
13 g ψευδάργυρου (Zn) αντιδρούν με περίσσεια διαλύματος υδροχλωρί -ου. Το αέριο που παράγεται αντιδρά πλήρως με οξυγόνο και παράγεται νερό. Να υπολογιστεί η μάζα του νερού.
Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Zn: 65, H: 1, O: 16.

ΛΥΣΗ
Οι διαδοχικές αντιδράσεις είναι οι εξής:
Zn + 2HCl → ZnCl$\_{2}$ + H$\_{2}$ (1)
-  Αν οι ποσότητες αντιδρώ -ντων δεν είναι σε στοιχειο -μετρική αναλογία, τότε, οι στοιχειομετρικοί προσδιορι -σμοί βασίζονται στην ποσό -τητα του περιοριστικού αντι -δρώντος. Αυτού, δηλαδή, που δεν είναι σε περίσσεια.
2H$\_{2 }$+ O$\_{2}$ → 2H$\_{2}$O (2)
Aπό την πρώτη αντίδραση παράγεται υδρογόνο, το οποίο κατόπιν καί -γεται και δίνει νερό.
Αφού γνωρίζουμε τη μάζα του Zn, τη μετατρέπουμε σε mol, και κατό -πιν υπολογίζουμε τον αριθμό των mol του Η$\_{2}$. Από την (2) και από το γνωστό αριθμό mol του Η$\_{2}$, υπολογίζουμε τον αριθμό mol του νερού και τα οποία μετατρέπουμε σε g. Έτσι έχουμε:

1 1 1 mol Zn 65 g ή 0,2 mol Zn. 13 g = = n n
από την (1) Zn + 2HCl → ZnCl$\_{2}$ + H$\_{2}$ ή n$\_{2}$ = 0,2 mol H$\_{2}$. 1mol 0,2 mol 1mol 2 = n
από την (2) 2Η$\_{2}$ + Ο$\_{2 }$ → 2Η$\_{2}$Ο
2mol 0,2 mol 2mol 3 = n
ή n$\_{3}$ = 0,2 mol H$\_{2}$O άρα m$\_{H2O}$ = 0,218 g = 3,6 g.

Εφαρμογή
11,7 g χλωριούχου νατρίου αντιδρούν με περίσσεια θειικού οξέος σε κατάλληλες συνθήκες. Το αέριο που παράγεται διαβιβάζεται σε περίσ -σεια διαλύματος ανθρακικού νατρίου. Να υπολογιστεί ο όγκος σε STP του αερίου που θα παραχθεί. Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Na : 23, Cl: 35,5. (2,24 L)

Παρατήρηση
Ένας δεύτερος πιο γενικός τρόπος , για να λύνουμε προβλήματα με διαδο -χικές αντιδράσεις, είναι ο ακόλουθος. Ορίζουμε x τον αριθμό των mol του «πρώτου» αντιδρώντος και υπολογίζουμε συναρτήσει του x τις ποσότητες όλων των υπολοίπων ουσιών που συμμετέχουν στις αντιδράσεις. Με βάση τα δεδομένα του προβλήματος υπολογίζουμε το x και απ' αυτό βρίσκουμε τον αριθμό mol όλων των άλλων ουσιών που μας ενδιαφέρουν.

Παράδειγμα 4.18
Ορισμένη ποσότητα ψευδαργύρου αντιδρά με αραιό διάλυμα θειικού οξέος. Το αέριο που παράγεται αντιδρά με οξείδιο του χαλκού, οπότε παράγονται 31,75 g Cu. Να υπολογιστεί η μάζα του Zn που αντέδρασε αρχικά. Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Cu: 63,5 , Zn: 65.

ΛΥΣΗ
Έστω x mol η αρχική ποσότητα του Zn.
Από την αντίδραση έχουμε:
Zn + H$\_{2}$SO$\_{4}$ → ZnSO$\_{4}$ + H$\_{2}$
1 mol
1 mol
x mol

; = x mol
Τα x mol όμως του Η$\_{2}$ αντιδρούν με το CuO σύμφωνα με την αντίδραση.
CuO + H$\_{2}$ → Cu + H$\_{2}$O
1 mol
1 mol
x mol

; = x mol
Όμως τα x mol ζυγίζουν 31,75 g και αφού
το 1 mol ζυγίζει 63,5 g
mol 31,75 g ή x = 0,5.
Δηλαδή, m$\_{Zn}$ = 0,565 g = 32,5 g.

Εφαρμογή
Ποσότητα μαγνησίου αντιδρά με περίσσεια διαλύματος HCl και δίνει αέριο το οποίο αντιδρά πλήρως με Cl$\_{2}$, και παίρνουμε νέο αέριο το οποίο αντιδρά με περίσσεια διαλύματος AgNO$\_{3}$ δίνοντας 28,7 g λευκού ιζήματος. Ποια είναι η μάζα της αρχικής ποσότητας του μαγνησίου; Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Mg: 24, Ag: 108, Cl: 35,5. (2,4 g)
Τελειώνοντας τα προβλήματα με στοιχειομετρικούς υπολογισμούς, ας δούμε πώς μπορούμε να βρούμε τη σύσταση ενός μίγματος με βάση την αντίδραση των συστατικών του με κάποια ή κάποιες άλλες ουσίες.

Παράδειγμα 4.19
13,3 g μίγματος χλωριούχου νατρίου και χλωριούχου καλίου αντιδρούν πλήρως με διάλυμα AgNO$\_{3}$. Αν μετά από τις αντιδράσεις έχουν κα -ταβυθιστεί 28,7 g AgCl, να βρεθεί η σύσταση του αρχικού μίγματος.
Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Na: 23, K: 39, Cl: 35,5, Ag: 108.
Βρίσκουμε τις σχετικές μοριακές μάζες:
NaCl → M$\_{r}$ = 58,5

KCl →

= 74,5
AgCl → M$\_{r}$ = 143,5
Έστω x τα mol του NaCl
και ψ τα mol του KCl.
NaCl + AgNO$\_{3}$ → NaNO$\_{3}$ + AgCl → 1 mol 1 mol x ; = x mol KCl + AgNO$\_{3}$ → KNO$\_{3}$ + AgCl → 1 mol 1 mol
ψ mol

; = ψ mol
Όμως γνωρίζουμε ότι:
m$\_{NaCl}$ + m$\_{KCl}$ = 13,3 g ή x58,5 + ψ74,5 = 13,3 (1) Για τον AgCl έχουμε (x+ψ) mol, άρα (x+ψ)143,5 = 28,7 (2)
Λύνω το σύστημα των δύο εξισώσεων και έχουμε ότι:

x = 0,1
Άρα στο μίγμα περιέχονται 0,1 mol ή 0,158,5 g = 5,85 g NaCl και 0,1 mol ή 0,174,5 g = 7,45 g KCl.

Εφαρμογή
10 g μίγματος Fe και FeS αντιδρούν πλήρως με περίσσεια διαλύματος HCl και από τις δύο αντιδράσεις εκλύονται 3,36 L αέριου μίγματος που μετρήθηκαν σε STP. Να βρεθεί η μάζα κάθε συστατικού του αρχικού μίγματος. Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Fe: 56, S: 32.
(5,6 g Fe - 4,4 g FeS)

Γνωρίζεις ότι......

Οι άνθρωποι που χάραξαν το δρόμο της Χημείας.

John DALTON (1766-1844)
- 1793 Δάσκαλος Μαθηματικών και Φυσικών Επιστη -μών στο Manchester
- 1801 Μετεωρολογικές Προβλέψεις, Έρευνα στα αέρια και τη σχέση τους με θερμοκρασία και πίεση
- 1803 Ερμηνεία συμπεριφοράς αερίων με τη βοήθεια των ατόμων, ως τα μικρότερα σωματίδια της ύλης
- 1805 Πρώτη εισαγωγή της Ατομικής Θεωρίας. Πίνακας Ατομικών Μαζών.
- 1808 Έκδοση βιβλίου: «Ένα νέο σύστημα Χημικής Φιλοσοφίας». Πρόταση του ατομικού μοντέ -λου του Dalton. Ξεκίνησε την γραφή χημικών ενώσεων με σύμβολα.

Οι χημικοί τύποι, πάντως, όπως τους γνωρίζουμε σή -μερα, προέρχονται από το Χημικό Berzelius.

Amadeo AVOGADRO (1776-18 56)
1796 Νομικές Σπουδές στο Τορίνο
- 1809 Καθηγητής Φυσικής Φιλοσοφίας
- 1811 Εισαγωγή της Μοριακής Θεωρίας: «Αναζήτηση μιας μεθόδου, ώστε να διαπιστωθεί η συσχέτιση των σχετικών μοριακώ ν μαζών στοιχείων και του υλικού από το οποίο αποτελούνται».
- 1820 Καθηγητής Μαθηματικώ ν και Φυσικής στο Τορίνο.
Η Μοριακή Θεωρία του Avogadro αναγνωρίστηκε και έγινε αποδεκτή μετά το θάνατό του. Η τελική απόφαση πάρθηκε σε ένα μεγάλο Συνέδριο Χημείας το 1860 στην Karlsruhe.
Για πολλά χρόνια, υπήρχε σύγχυση όσον αφορά τη διάκριση μεταξύ ατόμων και μορίων. Η σαφής διάκριση μεταξύ αυτών, δόθηκε 50 χρόνια αργότερα από τον μαθητή του Avogadro, Gannizzaro.

Γνωρίζεις ότι......
4 mol διαφορετικών στοιχείων. Από δεξιά προς τ' αριστερά: 1mol S, 1 mol Hg, 1mol Cu και 1mol He

Η προέλευση του όρου «mole»
O όρος «mol» χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον φυσικοχημικό Wilhelm Ostwald στις αρχές του 20$^{ου}$ αιώνα. Με αυτόν περιέγραφε την ποσότητα μιας ουσίας με μάζα σε g αριθμητικά ίση με τη σχετική μοριακή της μάζα. (Grundlinien der anorganischen chemie, Leipzig: Engelmann,1900). Προτίμησε τον όρο αυτό από τον "gram-molecule" ή γραμμομόριο, ο οποίος ήταν σε χρήση. Ο λόγος ήταν ότι εκείνη την εποχή ο Ostwald αισθανόταν πως δεν υπήρχαν αρκετές αποδείξεις για την ύπαρξη των μορίων. Γι' αυτόν το mol ήταν η ποσότητα μιας ουσίας η οποία συμπεριφερότανε σαν να περιείχε έναν ορισμένο αριθμό μορίων. Η ορολογία του ήταν συνεπής με τις σκέψεις του, εφόσον η λέξη "mole" σημαίνει μεγάλη μάζα (λατινικά moles) σε αντίθεση με τη λέξη "molecule" (molecula), που σημαίνει μικρή μάζα.

Ο Ostwald αργότερα άλλαξε άποψη σε ότι αφορά την ύπαρξη των μορίων. Αυτό έγινε μετά την απόδειξη από τον Einstein, ότι η κίνηση Brown των κόκκων της γύρης σε ένα ποτήρι νερό μπορεί ποσοτικά να δείχνει το βομβαρδισμό των κόκκων αυτών από τα μόρια του νερού.
Το όνομα και η σημασία αυτής της φυσικής ποσότητας έγινε αιτία πολλών συζητήσεων μέχρις ότου, από το 1971, έγινε το mol η έβδομη βασική μονάδα στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.) της φυσικής ποσότητας «ποσότητα ουσίας».

Ανακεφαλαίωση
- 1. Σχετική ατομική μάζα ( A$\_{r}$ ) ή ατομικό βάρος (ΑΒ) λέγεται ο αριθμός που δείχνει πόσες φορές είναι μεγαλύτερη η μάζα του ατόμου του στοιχείου από το 1/12 της μάζας του ατόμου του άνθρακα -12. Σχετική μοριακή μάζα ( M$\_{r}$ ) ή μοριακό βάρος (ΜΒ) χημικής ουσίας λέγεται ο αριθμός που δείχνει πόσες φορές είναι μεγαλύτερη η μάζα του μορίου του στοιχείου ή της χημικής ένωσης από το 1/12 της μάζας του ατόμου του άνθρακα -12.
- 2. Ο αριθμός Avogadro (6,0210$^{23}$) εκφράζει τον αριθμό των ατόμων οποιουδή -ποτε στοιχείου που περιέχονται σε μάζα τόσων γραμμαρίων όσο είναι το Α$\_{r}$ ή εκφράζει τον αριθμό των μορίων που περιέχονται σε μάζα τόσων γραμμαρίων όσο είναι το Μ$\_{r}$ της ουσίας.
- 3. Το 1 mol είναι η ποσότητα μιας ουσίας που περιέχει Ν$\_{Α}$ οντότητες.
- 4. Σύμφωνα με την υπόθεση του Avogadro, ίσοι όγκοι αερίων ή ατμών στις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων και αντι -στρόφως.
- 5. Γραμμομοριακός όγκος ( V$\_{m}$ ) μιας αέριας χημικής ουσίας ονομάζεται ο όγκος που καταλαμβάνει το 1 mol της ουσίας αυτής σε ορισμένες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας.
- 6. Η καταστατική εξίσωση των αερίων, που δίνεται από τη σχέση PV = nRT , συνδέει την πίεση ( Ρ ), τον όγκο ( V ), την απόλυτη θερμοκρασία ( Τ ) και τον αριθμό των mol ( n ) ενός ιδανικού αερίου.
- 7. Μία από τις συνηθέστερες μονάδες περιεκτικότητας ενός διαλύματος είναι η μοριακότητα κατ' όγκο ή συγκέντρωση ή Molarity, η οποία εκφράζει τα mol διαλυμένης ουσίας που περιέχονται σε 1 L διαλύματος. Όταν σε ένα διάλυμα προσθέτουμε νερό, η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας παραμένει σταθερή, ενώ το τελικό διάλυμα έχει μικρότερη συγκέντρωση από το αρχικό.
- 8 . Οι συντελεστές σε μία χημική εξίσωση καθορίζουν την αναλογία mol των αντι -δρώντων και προϊόντων στην αντίδραση (στοιχειομετρικοί συντελεστές). Οι στοιχειομετρικοί υπολογισμοί γίνονται με βάση το αντιδρών που δε βρίσκεται σε περίσσεια (περιοριστικό αντιδραστήριο).

Λέξεις Κλειδιά
σχετική ατομική μάζα
σχετική μοριακή μάζα
αριθμός Avogadro
υπόθεση Avogadro
Γραμμομοριακός όγκος
πρότυπες συνθήκες (STP)
καταστατική εξίσωση αερίων
παγκόσμια σταθερά αερίων
συγκέντρωση ή μοριακότητα κατ' όγκο διαλύματος
αραίωση διαλύματος
ανάμειξη διαλυμάτων
στοιχειομετρικοί υπολογισμοί
περίσσεια

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Ερωτήσεις Επανάληψης
- 1. Να δώσετε τους ορισμούς: α) ατομική μονάδα μάζας (amu) β) σχετική ατομική μάζα ή ατομικό βάρος γ) σχετική μοριακή μάζα ή μοριακό βάρος.
- 2. Να διατυπώσετε την υπόθεση του Avogadro για τα αέρια καθώς και το αντί -στροφό της.
- 3. α) Τι ονομάζεται αριθμός του Avogadro;
- β) Τι είναι το 1 mol;
- γ) Πόσο ζυγίζει το 1 mol μορίων μιας χημικής ουσίας;
- δ) Πόσο ζυγίζει το 1 mol ατόμων ενός στοιχείου;
- 4. Tι είναι ο γραμμομοριακός όγκος ( V$\_{m}$ ) μιας χημικής ουσίας; Ποιες είναι οι κα -νονικές συνθήκες για τα αέρια; Ποια είναι η τιμή του V$\_{m}$ για τα αέρια σε STP;
- 5. Να γράψετε την καταστατική εξίσωση των αερίων και να εξηγήσετε τα σύμβολα των μεγεθών. Σε ποιες μονάδες μετρούνται τα μεγέθη αυτά;

Ασκήσεις - Προβλήματα
Βασικές έννοιες: Σχετική Ατομική Μάζα (Ατομικό Βάρος) Σχετική Μοριακή Μάζα (Μοριακό Βάρος) - Mol - Αριθμός Avogadro - Γραμμομοριακός όγκος
- 6. α) Τι σημαίνει ότι το Α$\_{r}$ (σχετική ατομική μάζα) του υδραργύρου είναι 200; β) Τι σημαίνει ότι το Μ$\_{r }$ (σχετική μοριακή μάζα) του φωσφορικού ασβεστίου είναι 310;
- 7. Η ακριβής σχετική ατομική μάζα του μαγνησίου (Mg) φαίνεται από τον πίνακα ότι είναι 24,305. Να εξηγήσετε γιατί η σχετική ατομική μάζα του μαγνησίου είναι δεκαδικός αριθμός.
- 8. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
- 1) Το 1 mol είναι η ……………… μιας ουσίας που περιέχει ……. σωματίδια.
- 2) Ο αριθμός του Αvogadro ( Ν$\_{Α}$ = 6,0210$^{23}$) εκφράζει:
- α) τον αριθμό των ατόμων που ζυγίζουν τόσα γραμμάρια όσο είναι η ………………….…………… του στοιχείου
- β) τον αριθμό των μορίων που ζυγίζουν τόσα γραμμάρια όσο είναι η ………………….…………… της χημικής ουσίας
-  Η σχετική ατομική μάζα (Ατομικό Βάρος) τις πιο πολ -λές φορές στην Ελληνική βι -βλιογραφία συμβολίζεται με ΑΒ. Στο παρόν βιβλίο υιοθε -τείται η πρόταση της IUPAC και συμβολίζεται Α$\_{r}$ .
-  Η σχετική μοριακή μάζα (Μοριακό Βάρος) τις πιο πολλές φορές στην Ελληνι -κή βιβλιογραφία συμβολίζε -ται με ΜΒ. Στο παρόν βιβλίο υιοθετείται η πρόταση της IUPAC και συμβολίζεται Μ$\_{r}$
- 9. Να εξηγήσετε γιατί ο γραμμομοριακός όγκος ( V$\_{m}$ ) σε ορισμένες συνθήκες θερ -μοκρασίας και πίεσης των αερίων έχει σταθερή τιμή.
- 10. Η σχετική ατομική μάζα (ατομικό βάρος) του Cl προσδιορίστηκε με μεγάλη ακρίβεια και βρέθηκε ίση με 35,453. Αυτό οφείλεται στο ότι:
- α) όλα τα άτομα του χλωρίου δεν έχουν τον ίδιο ατομικό αριθμό
- β) κατά τον προσδιορισμό του ατομικού βάρους λαμβάνεται υπ' όψη και ο αριθμός των ηλεκτρονίων
- γ) το φυσικό χλώριο είναι μίγμα ισοτόπων
- δ) για κάποιο διαφορετικό λόγο από τους παραπάνω.
- Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση.
- 11. Να χαρακτηρίσετε με Σ τις παρακάτω προτάσεις αν είναι σωστές και με Λ αν είναι λανθασμένες.
- 1. η σχετική μοριακή μάζα (μοριακό βάρος) των χημικών ουσιών μετριέται σε γραμμάρια
- 2. το 1 mol οποιασδήποτε χημικής ουσίας σε STP συνθήκες καταλαμβάνει όγκο 22,4 L
- 3. το 1 mol μορίων σιδήρου ζυγίζει το ίδιο με το 1 mol ατόμων σιδήρου
- 4. όσο μεγαλύτερο είναι το Μ$\_{r}$ μιας χημικής ένωσης, τόσο μεγαλύτερη είναι και η μάζα του μορίου της
- 12. Nα βρείτε τις σχετικές μοριακές μάζες των παρακάτω στοιχείων και χημικών ενώσεων:
α) Br$\_{2}$ β) Fe γ) Ο$\_{3}$ δ) Ρ$\_{4}$ στ) ΗΝΟ$\_{2}$ ζ) Ca(OH)$\_{2}$ η) Fe$\_{2}$(SO$\_{4}$)$\_{3}$ Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ . Br: 80, Fe: 56, O: 16, P: 31, S: 32, H: 1, N: 14, Ca: 40

Η μάζα ενός μορίου CH$\_{4}$ είναι ίση με: α) 6,0210$^{23}$ g β) 2,6610$^{-23}$ g Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση.
γ) 16 g
δ) 0,000032 g
- 14. Να αντιστοιχίσετε τα γράμματα με τους αριθμούς

| Μοριακός τύπος   | Σχετική μοριακή μάζα   |
|------------------|------------------------|
| 1. O$\_{2}$       | α. 44                  |
| 2. CO$\_{2}$      | β. 28                  |
| 3. N$\_{2}$       | γ. 48                  |
| 4. O$\_{3}$       | δ. 32                  |
| 5. H$\_{2}$S      | ε. 34                  |
Δίνονται οι τιμές των Α$\_{r}$ : Ο: 16, C: 12, N: 14, H: 1, S: 32
ε) SO$\_{2}$
160-56-48-124-64-47-74400
- 15. Ένα στοιχείο έχει Α$\_{r}$ = 31 και Μ$\_{r}$ = 124. Το στοιχείο αυτό είναι: α) διατομικό β) μονοατομικό γ) τετρατομικό δ) τίποτε από αυτά. Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση.

Πόσο ζυγίζουν:
- α) 10 mol μοριακού οξυγόνου β) 2 mol διοξειδίου του άνθρακα γ) 4 mol φωσφορικού οξέος;
- 17. Πόσα mol είναι τα: α) 560 g αζώτου β) 68 g υδρόθειου γ) 3 kg υδρογόνου
- 18. Πόσο όγκο καταλαμβάνουν σε STP συνθήκες: α) 3 mol αμμωνίας (ΝΗ$\_{3}$) β) 0,001 mol διοξειδίου του θείου.
Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση σε καθεμία από τις παρακάτω προτάσεις: 1. Τα 10 Ν$\_{Α}$ μόρια αμμωνίας είναι:
α) 2 mol
β) 0,1 mol
γ) 10 mol
δ) 100 mol
- 2. Τα 2,6 mol διοξειδίου του άνθρακα περιέχουν: α) 0,26 Ν$\_{Α}$ μόρια β) 260 Ν$\_{Α}$ άτομα συνολικά από όλα τα στοιχεία γ) 26 Ν$\_{Α}$ μόρια δ) 2,6 Ν$\_{Α}$ μόρια
- 3. Τα 112 L αερίου H$\_{2}$S σε STP συνθήκες είναι: α) 11,2 mol β) 0,5 mol γ) 5 mol δ) 112 mol
- 20. Aν οι ενώσεις με μοριακούς τύπους C$\_{2}$H$\_{4}$ και ΝΗ$\_{3}$ έχουν αντίστοιχα σχετικές μοριακές μάζες 28 και 17, να βρείτε τη σχετική μοριακή μάζα της ένωσης C$\_{2}$H$\_{7}$N, χωρίς να χρησιμοποιήσετε τις σχετικές ατομικές μάζες των στοιχείων. *
- 21. Πόσα λίτρα υδρογόνου, μετρημένα σε πρότυπες συνθήκες, περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων με αυτόν που περιέχεται σε 8 g οξυγόνου; *
- 22. 100 g αερίου Χ καταλαμβάνουν όγκο 44,8 L σε STP συνθήκες. Πόση είναι η σχετική μοριακή μάζα του Χ; *
- 23. Η πυκνότητα του οξυγόνου σε STP συνθήκες είναι: α) 2,24 g/L β) 32 g/L γ) 1,43 g/L Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση.
- 24. Αέριο Α έχει πυκνότητα 3,04 g/L σε πρότυπες συνθήκες. Να βρείτε τη σχετική μοριακή μάζα του Α.
- 25. Αέριο με μοριακό τύπο XH$\_{3}$ έχει πυκνότητα 3,48 g/L σε STP συνθήκες. Να βρείτε τη σχετική ατομική μάζα του Χ, αν η σχετική ατομική μάζα του υδρο -γόνου είναι 1. *
320 g - 88 g - 392 g
20 mol - 2 mol - 1500 mol
67,2 L - 0,0224 L
5,6 L
- 26. Πόσα λίτρα διοξειδίου του άνθρακα μετρημένα σε πρότυπες συνθήκες περιέχουν τόσα άτομα οξυγόνου, όσα περιέχονται σε 3,2 g διοξειδίου του θείου; * *
- 27. Να διαλέξετε τις σωστές απαντήσεις:
- 1. Σε 90 g νερού περιέχονται:
- α) 18 g υδρογόνου β) 10 g υδρογόνου γ) 60 g οξυγόνου
- 2. 42 g αζώτου περιέχονται σε:
- α) 51 g NH$\_{3}$ β) 48 g NH$\_{3}$ γ) 126 g NH$\_{3}$
- 3. Σε 560 mL CO$\_{2}$ που μετρήθηκαν σε STP περιέχονται:
- α) 8 g οξυγόνου β) 0,4 g οξυγόνου γ) 0,8 g οξυγόνου
- 4. Σε 68 g υδρόθειου περιέχονται:
- α) 4 Ν$\_{Α}$ άτομα Η β) 4 Ν$\_{Α}$ άτομα S γ) 6,8 Ν$\_{Α}$ άτομα Η
- 28. Να χαρακτηρίσετε με Σ τις παρακάτω προτάσεις αν είναι σωστές και με Λ αν είναι λανθασμένες.
- 1. τα 20 L Η$\_{2}$ περιέχουν διπλάσιο αριθμό μορίων από τα 20 L He στις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης
- 2. στο 1 mol ΝΗ$\_{3}$ περιέχονται συνολικά από όλα τα στοιχεία 4 Ν$\_{Α}$ άτομα
- 3. στα 4 mol Η$\_{2}$SO$\_{4}$ περιέχονται 16 άτομα οξυγόνου
- 4. στα 4 mol CO$\_{2}$ περιέχεται διπλάσιος αριθμός μορίων από ό,τι στα 2 mol SO$\_{2}$
- 29. Πόσο ζυγίζει;
- α) 1 άτομο He β) 1 άτομο μολύβδου.
- 30. Ποια είναι η μάζα ενός μορίου;
- α) οξυγόνου β) υδροχλωρίου.
- 31. Να δείξετε ότι ο λόγος του αριθμού των mol δύο χημικών ουσιών είναι ίσος με το λόγο του αριθμού των μορίων τους.
- 32. Δίνεται ισομοριακό μίγμα δύο αερίων Α και Β. Αν η μάζα του Α στο μίγμα είναι τα τρία τέταρτα της μάζας του Β και η σχετική μοριακή μάζα του Α είναι 21, να υπολογίσετε τη σχετική μοριακή μάζα του Β. *
- 33. Αέριο μίγμα αποτελείται από 4 mol ΝΗ$\_{3}$ και 2 mol N$\_{2}$. Πόσο ζυγίζει το μίγμα; Πόσον όγκο καταλαμβάνει το μίγμα σε STP συνθήκες; *
- 34. Αέριο μίγμα αποτελείται από 3 mol H$\_{2}$S και 1,2 mol ΝΗ$\_{3}$. Πόσα άτομα και πόσα γραμμάρια υδρογόνου περιέχει το μίγμα; *
- 35. Σε 6,8 g μίγματος αμμωνίας και υδρόθειου περιέχονται 0,8NA άτομα υδρογόνου. Πόσα γραμμάρια αμμωνίας περιέχει το μίγμα; * *
- 36. Μίγμα περιέχει ίσα mol δύο αερίων Α και Β με σχετικές μοριακές μάζες ΜΑ και ΜΒ αντιστοίχως. Να υπολογίσετε:
- α) το λόγο των μαζών των δύο αερίων στο μίγμα
- β) το λόγο των όγκων των δύο αερίων στο μίγμα.
1,12 L
4/ Ν$\_{Α}$ g, 207/ Ν$\_{Α}$ g
32/ Ν$\_{Α}$ g, 36,5/ Ν$\_{Α}$ g
124 g, 134,4 L
9,6 Ν$\_{Α}$ άτομα
9,6 g
3,4 g
- 37. Να συμπληρώσετε τον επόμενο πίνακα: *

|          | mol   | g   | L (STP)   | μόρια   |
|----------|-------|-----|-----------|---------|
| CO$\_{2}$ | α     | 44α |           |         |
| H$\_{2}$S |       | β   |           |         |
| NH$\_{3}$ |       |     | γ         |         |
| SO$\_{2}$ |       |     |           | δ       |

Καταστατική Εξίσωση
- 38. Να υπολογίσετε την τιμή της παγκόσμιας σταθεράς των αερίων (R).
- 39. Για δύο αέρια Α και Β που βρίσκονται στις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης να δείξετε ότι ο λόγος των όγκων τους είναι ίσος με το λόγο των mol τους, δηλαδή ότι ισχύει:
V V n n A B A B =
- 40. Αέριο Χ σε δοχείο όγκου V και σε απόλυτη θερμοκρασία Τ ασκεί πίεση Ρ . Ι) Μέσω ενός εμβόλου τετραπλασιάζουμε την πίεση του αερίου σε σταθερή θερμοκρασία. Ο όγκος θα είναι:

- β) 4 V

γ) 2 V
- δ) 0,25 V
- ΙΙ) Διπλασιάζουμε την απόλυτη θερμοκρασία του αερίου υπό σταθερή πίεση. Ο όγκος θα είναι:
α) 0,5 V β) V
- γ) 2 V
- δ) 10 V
Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση σε κάθε περίπτωση.
- 41. Η τιμή της παγκόσμιας σταθεράς των αερίων ( R ) εξαρτάται: α) από τη θερμοκρασία των αερίων
- β) από τον όγκο και τη θερμοκρασία των αερίων
- γ) από την πίεση και τον όγκο των αερίων
- δ) από τη φύση κάθε αερίου
- ε) δεν εξαρτάται από κανένα από τους παραπάνω παράγοντες
Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση.

-  Για τα προβλήματα που θα χρησιμοποιηθεί η καταστατι -κή εξίσωση δίνεται, ότι
R = 0,082 L atm K $^{-1}$ mol-1
- 42. Να χαρακτηρίσετε με Σ τις παρακάτω προτάσεις αν είναι σωστές και με Λ αν είναι λανθασμένες. *
- 1. η προσθήκη ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα σε δοχείο σταθερού όγκου που περιέχει μονοξείδιο του άνθρακα σε σταθερή θερμοκρασία, αυξάνει την πίεση που ασκείται στα τοιχώματα του δοχείου
- 2. αν αυξήσουμε τον όγκο ενός δοχείου που περιέχει ποσότητα οξυγόνου δια -τηρώντας την πίεση σταθερή, η θερμοκρασία του αερίου παραμένει σταθερή Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας.
- 43. Αέριο διοχετεύεται σε ένα μπαλόνι όγκου 5 L και προκαλεί αύξηση της μάζας του μπαλονιού κατά 16 g στους 32 ο C και σε πίεση 1 atm. Να βρείτε τη σχετική μοριακή μάζα του αερίου.
- 44. Αέριο Χ σε δοχείο όγκου V και σε θερμοκρασία 27 ο C ασκεί πίεση 3 atm. Το αέριο θερμαίνεται στους 127 ο C, ενώ ο όγκος του δοχείου διατηρείται σταθερός. Πόση πίεση ασκεί το αέριο Χ στους 127 ο C; *
- 45. Σε δοχείο όγκου 5,6 L και θερμοκρασίας 57 ο C εισάγονται 64g οξυγόνου (Ο$\_{2}$). Να υπολογίσετε την πίεση που ασκεί το οξυγόνο στο δοχείο.
- 46. Δοχείο όγκου 56 L και θερμοκρασίας 77 ο C περιέχει ορισμένη ποσότητα αερίου Χ του οποίου η σχετική μοριακή μάζα είναι 40. Αν το Χ ασκεί πίεση 2 atm, να υπολογίσετε τη μάζα του στο δοχείο.
- 47. Σε δοχείο όγκου 2,8 L και θερμοκρασίας 273 ο C εισάγονται 0,5 Ν$\_{Α}$ μόρια διο -ξειδίου του άνθρακα. Πόση πίεση ασκεί το αέριο στο δοχείο;
- 48. Δοχείο Α έχει διπλάσιο όγκο από δοχείο Β. Στο Α εισάγονται 0,2 mol Ο$\_{2}$ και στο Β 0,4 mol N$\_{2}$. Να υπολογίσετε το λόγο των πιέσεων των αερίων στα δύο δοχεία, αν αυτά βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. *
- 49. 34 g του αερίου ΧΗ$\_{3}$ καταλαμβάνουν όγκο 22,4 L σε θερμοκρασία 546 K και πίεση 4 atm. Δίνεται Α$\_{r Η}$ =1 *
- α) Πόσα mol είναι τα 34 g του αερίου;
- β) Πόση είναι η σχετική μοριακή μάζα του αερίου;
- γ) Πόση είναι η σχετική ατομική μάζα του στοιχείου Χ;
- 50. Να υπολογίσετε την πυκνότητα της αμμωνίας (ΝΗ$\_{3}$): * *
α) σε STP συνθήκες β) σε πίεση 2 atm και θερμοκρασία 819 ο C
- 51. Nα υπολογίσετε τη σχετική μοριακή μάζα του αερίου Α, αν η πυκνότητά του είναι 2 g/L σε πίεση 2 atm και θερμοκρασία 546 Κ. *
- 52. Σε δοχείο όγκου 56 L και θερμοκρασία 546 K εισάγονται 11 g CO$\_{2}$, 34 g H$\_{2}$S και 56 g Ν$\_{2}$. Πόση πίεση ασκεί το μίγμα των τριών αερίων; *
4 atm
9,7 atm
156 g
8 atm
α) 2 mol
β) 17
γ) 14
α) 0,76 g/L β) 0,38 g/L
2,6 atm
- 53. Σε δοχείο θερμοκρασίας 57 ο C εισάγονται 288 g μίγματος οξυγόνου και αζώτου, το οποίο περιέχει τα δύο αέρια σε αναλογία mol 1:4 αντιστοίχως. Αν το μίγμα αυτό ασκεί πίεση 20 atm, να βρείτε: *
- α) πόσα mol από κάθε αέριο περιέχει το μίγμα
- β) τον όγκο του δοχείου

Συγκέντρωση διαλύματος
- 54. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
- α) Η συγκέντρωση ενός διαλύματος δείχνει τον αριθμό των …………… της διαλυμένης ουσίας που περιέχονται σε ……………. διαλύματος
- β) Διάλυμα 2 Μ σημαίνει ………………….

…………………

…………………
…………………… παραμένει σταθερή.
- γ) Με την προσθήκη ή αφαίρεση νερού από διάλυμα, η ……………..
- 55. Σε 400 mL διαλύματος υδροξειδίου του καλίου περιέχονται 0,2 mol KOH. Να υπολογίσετε τη μοριακότητα κατ' όγκον (συγκέντρωση) του διαλύματος.
- 56. Σε πόσα γραμμάρια διαλύματος νιτρικού οξέος, πυκνότητας 1,02 g/mL και μοριακότητας κατ' όγκον 0,2 Μ, περιέχονται 6,3 g του οξέος; *
- 57. Σε 400 g νερού διαλύονται 20 g υδροξειδίου του νατρίου (NaOH), οπότε προ -κύπτει διάλυμα με πυκνότητα 1,04 g/mL. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του διαλύματος. *
- 58. Να υπολογίσετε τη μοριακότητα κατ' όγκον (συγκέντρωση) ενός διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου, περιεκτικότητας 2% κατ' όγκον (w/v). *
- 59. Να υπολογίσετε την % κατά βάρος (w/w) περιεκτικότητα διαλύματος θειικού οξέος (H$\_{2}$SO$\_{4}$), του οποίου η συγκέντρωση είναι 2 Μ και η πυκνότητά του είναι 1,1 g/mL. *
- 60. Σε 200 mL θαλασσινού νερού περιέχονται 5,85 g καθαρού χλωριούχου νατρίου (NaCl). Να βρείτε τη συγκέντρωση του θαλασσινού νερού σε NaCl.
- 61. Να διαλέξετε τη σωστή απάντηση για καθεμία από τις παρακάτω προτάσεις, δικαιολογώντας τις απαντήσεις σας:
- 1. Σε διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (ΝaOH) συγκέντρωσης 2 Μ προσθέ -τουμε 400 mL Η$\_{2}$Ο. Η συγκέντρωση του τελικού διαλύματος θα είναι: α) 2 Μ β) 4 Μ γ) 0,5 Μ
- 2. Από διάλυμα χλωριούχου νατρίου (NaCl) συγκέντρωσης 1,5 Μ αφαιρούμε με εξάτμιση 500 mL H$\_{2}$O. Η συγκέντρωση του τελικού διαλύματος θα είναι: α) 3 Μ β) 1,5 Μ γ) 0,15 Μ
- 62. Σε 500 mL διαλύματος θειικού οξέος, περιεκτικότητας 8% κατ' όγκον (w/v) προστίθενται 100 mL νερού. Να βρείτε: *
- α) την % w/v περιεκτικότητα
- β) τη μοριακότητα κατ' όγκον (συγκέντρωση) του τελικού διαλύματος.

α) 2 mol - 8 mol β) 13,53 L
0,5 Μ
510 g
1,24 Μ
0,5 Μ
17,8% w/w
0,5 Μ
α) 6,67 % w/v β) 0,68 Μ
- 63. Θερμαίνουμε 40 mL διαλύματος νιτρικού νατρίου συγκέντρωσης 0,4 Μ, ώσπου να εξατμιστούν 8 mL H$\_{2}$O. Ποια θα είναι η συγκέντρωση του τελικού διαλύματος; *
- 64. Αναμειγνύονται 200 mL διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) περιε -κτικότητας 10% κατ' όγκον (w/v) με 300 mL άλλου διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου περιεκτικότητας 2% κατ' όγκον (w/v). Nα βρείτε για το διάλυμα που προέκυψε: *
- α) την % w/v περιεκτικότητα
β) τη συγκέντρωση (μοριακότητα κατ' όγκον).
- 65. Σε 540 g διαλύματος θειικού οξέος, περιεκτικότητας 9,8 % w/v και πυκνότητας 1,08 g/mL, προστίθενται 4,5 L άλλου διαλύματος θειικού οξέος συγκέντρωσης 2 Μ. Να βρείτε τη συγκέντρωση του τελικού διαλύματος. * *
- 66. Πόσα λίτρα διαλύματος υδροχλωρίου 0,1 Μ πρέπει να αναμιχθούν με 3 L δια -λύματος υδροχλωρίου 0,3 Μ για να προκύψει διάλυμα υδροχλωρίου 0,15 Μ; *
- 67. Σε ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμιχθούν δύο διαλύματα υδροχλωρίου, το ένα συγκέντρωσης 2 Μ και το άλλο περιεκτικότητας 3,65% w/v, για να προκύψει διάλυμα συγκέντρωσης 1,4 Μ; *
- 68. Πόσα mL νερού πρέπει να εξατμισθούν από 800 mL διαλύματος υδροξειδίου του καλίου, περιεκτικότητας 10% w/w και πυκνότητας 1,05 g/mL, για να προ -κύψει διάλυμα με συγκέντρωση 2 Μ; *

Στοιχειομετρικοί Υπολογισμοί
- 69. Πόσα mol ανθρακικού ασβεστίου πρέπει να αντιδράσουν με διάλυμα θειικού οξέος, για να εκλυθούν 4,48 L αερίου μετρημένα σε STP συνθήκες; Πόσα γραμμάρια θειικού ασβεστίου σχηματίζονται συγχρόνως;
- 70. Ζητείται ο όγκος της αμμωνίας που παράγεται σε θερμοκρασία 57 ο C και πίεση 1,5 atm, όταν αντιδράσουν 0,1 mol χλωριούχου αμμωνίου με περίσσεια διαλύ -ματος υδροξειδίου του νατρίου. *
- 71. Πόσα λίτρα υδρόθειου (μετρημένα σε STP) θα σχηματιστούν, αν αντιδράσουν με περίσσεια διαλύματος υδροχλωρίου, 20 g ορυκτού που περιέχει 88% κατά βάρος (w/w) θειούχο σίδηρο (ΙΙ); Τα υπόλοιπα συστατικά του ορυκτού δεν αντιδρούν με το υδροχλώριο. *
- 72. Πόσα γραμμάρια ακάθαρτου ψευδαργύρου, περιεκτικότητας 85% σε καθαρό ψευδάργυρο πρέπει να αντιδράσουν με περίσσεια διαλύματος υδροχλωρίου, για να παραχθούν 984 cm$^{3}$ υδρογόνου, μετρημένα σε θερμοκρασία 27 ο C και πίεση 3 atm; * *
0,5 Μ
α) 5,2% w/v β) 1,3 Μ
1,9 Μ
50 mL
0,2 mol - 27,2 g
1,8 L
4,48 L
9,18 g
- 73. Πόσα λίτρα διαλύματος υδροχλωρίου 2 Μ αντιδρούν πλήρως με 21,2 g αν -θρακικού νατρίου;
- 74. Το γαστρικό υγρό ασθενούς που πάσχει από έλκος του δωδεκαδάκτυλου έχει συγκέντρωση υδροχλωρίου 0,05 Μ. Αν υποτεθεί ότι μέσα στο στομάχι εισέρχο -νται 3 L γαστρικού υγρού την ημέρα, πόσα γραμμάρια υδροξειδίου του αργιλίου απαιτούνται ημερησίως για την εξουδετέρωση του οξέος;
- 75. Πόσα γραμμάρια υδροχλωρίου θα παραχθούν, αν επιδράσουν 44,8 L υδρογόνου (μετρημένα σε STP συνθήκες) σε 150 g χλωρίου, στις κατάλληλες συνθήκες; *
- 76. Κατά την καύση του θείου σχηματίζεται διοξείδιο του θείου. Πόσα mol διοξει -δίου του θείου θα παραχθούν, αν προσπαθήσουμε να κάψουμε 3,2 Kg θείου με 1,12 m$^{3}$ οξυγόνου μετρημένα σε STP συνθήκες; *
- 77. 2,4 g μαγνησίου αντιδρούν πλήρως με αραιό διάλυμα θειικού οξέος. Το αέριο που παράγεται αντιδρά με βρώμιο, οπότε σχηματίζεται νέο αέριο, που διαβι -βάζεται σε περίσσεια διαλύματος νιτρικού αργύρου. Να υπολογίσετε τη μάζα του ιζήματος που παράγεται.
- 78. 10 g ανθρακικού άλατος ενός μετάλλου Μ με αριθμό οξείδωσης 2+, αντιδρούν πλήρως με διάλυμα υδροχλωρίου. Για την πλήρη εξουδετέρωση του αερίου που παράγεται απαιτείται διάλυμα που περιέχει 11,2 g υδροξειδίου του καλίου. Να βρείτε τη σχετική ατομική μάζα του Μ. * *

Aπαντήσεις στις ασκήσεις πολλαπλής επιλογής και σωστού λάθους
```
10. γ 11. Σ είναι: 3, 4 Λ είναι: 1, 2 13. β 14. (1-δ), (2-α), (3-β), (4-γ), (5-ε) 15. γ 19. (1-γ), (2-δ), (3-γ) 23. γ 27. (1-β), (2-α), (3-γ), (4-α) 28. Σ είναι: 2, 4 Λ είναι: 1, 3 40. Ι) δ ΙΙ) γ 41. ε 42. Σ είναι: η 1 Λ είναι: η 2 61. (1-γ), (2-α)
```

0,2 L
3,9 g
146 g
50 mol
37,6 g

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ
Στο τέλος αυτής της διδακτικής ενότητας θα πρέπει να μπορείς:
- -Να αναφέρεις τι είναι ραδιενέργεια.
- -Να διακρίνεις τα είδη ακτινοβολίας α, β, γ.
- -Να αναφέρεις τι είναι χρόνος υποδιπλασιασμού και ποιες είναι οι μονάδες ραδιενέργειας και δόσης ακτινοβολίας.
- -Να αναφέρεις τις επιπτώσεις της ραδιενέργειας στον άνθρωπο.
- -Να διακρίνεις τις κυριότερες πηγές ραδιενέργειας (φυσικές και τεχνικές).
- -Να παραθέτεις παραδείγματα εφαρμογών των ραδιοϊσοτόπων π.χ. ιατρική, τεχνολογία.

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

Εισαγωγή
Στην «αυγή» του 20$^{ου}$ αιώνα το άτομο εθεωρείτο ως η αδιάσπαστη μο -νάδα της ύλης. Η ιδέα ότι ένα χημικό στοιχείο μπορούσε να μετατραπεί σε άλλο -να μεταστοιχειωθεί - εθεωρείτο μία συνέχεια της μεσαιωνικής ουτοπίας των αλχημιστών να μετατρέψουν σε χρυσό τα «αγενή» μέταλλα. Η ιδέα όμως αυτή επρόκειτο σύντομα να αλλάξει. Η ανακάλυψη των ηλε -κτρονίων έδειξε ότι το άτομο είναι σύνθετο και αποτελείται από μικρότερα σωματίδια. Το πυρηνικό πρότυπο έδωσε μία λεπτομερέστερη εικόνα της ατομικής δομής. Η ανακάλυψη της φυσικής ραδιενέργειας έδειξε ότι τουλάχιστον μερικά άτομα-στοιχεία μπορούν ν' αλλάξουν αυθόρμητα. Έτσι, ένας νέος κλάδος της χημείας, η Πυρηνική Χημεία, άνοιξε.

Η πυρηνική χημεία ασχολείται με μεταβολές οι οποίες γίνονται στον πυρήνα του ατόμου. Τα συνηθισμένα χημικά φαινόμενα (οι αντιδράσεις) είναι αποτέλεσμα των μεταβολών που γίνονται στις ηλεκτρονικές στιβάδες και συνήθως στην τελευταία. Αυτές οι χημικές μεταβολές είναι ευαίσθητες στις εξωτερικές συνθήκες, όπως π.χ. θερμοκρασία και πίεση. Αντίθετα, τα πυρηνικά φαινόμενα δεν επηρεάζονται από αυτές.
Στην πυρηνική χημεία οι μεταστοιχειώσεις είναι ένα φυσιολογικό γεγονός. Τέτοιες μεταβολές λέγονται πυρηνικές αντιδράσεις . Γύρω στο 1903 ο Rutherford υποστήριξε θεωρητικά ότι οι μεταστοιχειώσεις γίνονται αυθόρμητα στη φύση και μόνο στα ραδιενεργά στοιχεία. Όμως, περί το 1919 ο ίδιος πέτυχε την πρώτη τεχνητή μεταστοιχείωση «βομβαρδίζοντας» άτομα αζώτου με σωματίδια άλφα (δηλαδή πυρήνες του στοιχείου ήλιου). Έτσι προέκυψαν άτομα οξυγόνου με ταυτόχρονη παραγωγή πρωτονίων. Έκτοτε η μελέτη των πυρηνικών αντιδράσεων έγινε ένας κυρίαρχος τομέας της έρευνας. Η πυρηνική τεχνολογία, η οποία υπήρξε το αποτέλεσμα της έρευνας αυτής, μάλιστα, γιγαντώθηκε με απροσμέτρητες επιπτώσεις στην ανθρώπινη ζωή. Μάλιστα αυτή οδήγησε και στην ισχύουσα κοσμολογική άποψη για την αρχή (θεωρία της μεγάλης έκρηξης, Big bang), τη ζωή και τον τρόπο «θανάτου» του σύμπαντος.

Οι Rutherford (πάνω) και Soddy (κάτω) δημοσίευσαν το 1902 μία από τις πρώτες εργασίες που αναφέρονται στη ραδιενέργεια.
«…Rutherford, αυτή είναι μία μεταστοιχείωση» αναφώνη -σε ο Soddy κατά τη μελέτη της μετατροπής του ραδίου σε ραδόνιο και σωματίδια α. «Για το όνομα του θεού μη τη λες μεταστοιχείωση θα μας κόψουν το κεφάλι σαν αλχημιστές», αντιφώνησε ο Rutherford. (Scientific American, Αύγουστος 1966)

5.1 Ραδιενεργός διάσπαση -Χρόνος υποδιπλασια -σμού - Συνέπειες ραδιενέργειας για τον άνθρωποΠηγές ραδιενέργειας

Βασικές έννοιες
Ήδη έχουν αναφερθεί οι βασικοί συμβολισμοί και έννοιες γύρω από τη δομή του ατόμου και του πυρήνα (κεφάλαιο1). Έτσι, στον συμβολισμό $\_{Z}$ $^{A}$X ξέρει κανείς ότι το Α είναι ο μαζικός αριθμός (άθροισμα πρωτονίων και νετρονίων) και Ζ ο ατομικός αριθμός . Ο τελευταίος εκφράζει τον αριθμό των πρωτονίων του πυρήνα, που είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονί -ων για ένα ουδέτερο άτομο. Μάλιστα, δύο ή περισσότερα άτομα με ίδιο αριθμό πρωτονίων αλλά διαφορετικό μαζικό αριθμό καλούνται ισότοπα του ίδιου χημικού στοιχείου.

Τα ισότοπα μπορεί να είναι σταθερά ή ασταθή . Ένα σταθερό ισότοπο δεν παθαίνει ραδιενεργό διάσπαση. Αντίθετα, ένα ασταθές ισότοπο διασπά -ται ραδιενεργά και μεταπίπτει σε ένα σταθερό ισότοπο, συνήθως άλλου στοιχείου. Τα περισσότερα στοιχεία με Ζ < 83 έχουν τουλάχιστον ένα σταθερό ισότοπο. Ο μέσος όρος ισοτόπων που έχει κάθε στοιχείο είναι τρία. Ο όρος ισότοπο χρησιμοποιείται, όταν αναφέρεται κανείς σε δύο ή περισσότερους πυρήνες. Όταν αναφέρεται σε έναν πυρήνα με δοσμένα Α και Ζ , είναι προτιμότερος ο όρος νουκλίδιο . Έτσι, μπορεί να πει κανείς ότι τα 8 $^{16}$O και 8 $^{18}$O είναι ισότοπα του οξυγόνου, ενώ το 8 $^{16}$O είναι ένα νου -κλίδιο (του οξυγόνου).

Η σταθερότητα ή όχι ενός πυρήνα - νουκλιδίου είναι αποτέλεσμα δύο αντιθέτων δυνάμεων: των απωστικών δυνάμεων Coulomb μεταξύ των πρωτονίων, και των πυρηνικών ελκτικών δυνάμεων , οι οποίες είναι ισχυρότατες, αλλά έχουν ελάχιστη εμβέλεια. Όσο λοιπόν μεγαλώνει η τιμή του Ζ , τόσο οι δυνάμεις Coulomb αρχίζουν να υπερισχύουν των ελκτικών και ο πυρήνας γίνεται ασταθέστερος.

Παράδειγμα 5.1
Ποια θα έπρεπε να είναι η ακριβής σχετική ατομική μάζα, Α$\_{r}$ , του ισο -τόπου του υδραργύρου 80 $^{200}$Hg ; Δίνεται ότι για το νετρόνιο και πρωτόνιο έχουν μάζες 1,008665 και 1,007825 αντίστοιχα.

ΛΥΣΗ
Το δεδομένο ισότοπο του Hg έχει 80 πρωτόνια και βέβαια 200 - 80 = 120 νετρόνια. Με βάση το γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια δε συνεισφέρουν στη μάζα του ατόμου, το αναμενόμενο Α$\_{r}$ θα ισούται με το άθροισμα των μαζών των νουκλεονίων.
Άρα Α$\_{r}$ = 801,007825 + 1201,008665 = 201,66580
-  Γιατί το Α$\_{r}$ του ισοτόπου αυτού του Hg τελικά είναι 199,9683;

Εφαρμογή
Το υδρογόνο αποτελείται από δύο κύρια ισότοπα. Το $\_{1}$ $^{1}$H και το $\_{1}$ $^{2}$H με σχετική αφθονία 99,985% και 0,015% αντίστοιχα. Με βάση το δεδομένο αυτό να υπολογιστεί το Α$\_{r}$ του υδρογόνου; Η απάντηση να δοθεί με 4 δεκαδικά ψηφία και να συγκριθεί με εκείνη των πινάκων.

Η ραδιενέργεια
Η φυσική ραδιενέργεια ανακαλύφθηκε τυχαία το 1895 από τον Henry Becquerel. Αυτός, μελετώντας φαινόμενα φθορισμού , παρατήρησε ότι ένα ορυκτό του oυρανίου (μετάλλου χωρίς ιδιαίτερη αξία την εποχή εκείνη) εκπέμπει μία ακτινοβολία η οποία διαπερνά το περικάλυμμα μιας φωτο -γραφικής πλάκας. Στη συνέχεια το θέμα μελετήθηκε από το ζεύγος Curie, το οποίο μάλιστα έδωσε και το όνομα στο φαινόμενο. Οι σχετικές έρευνές τους κατέληξαν στην ανακάλυψη δύο ακόμη, πέρα από το ουράνιο, ραδι -ενεργών στοιχείων. Τα στοιχεία αυτά είναι τα ράδιο και πολώνιο. Για την προσφορά τους αυτή τιμήθηκαν και οι τρεις με βραβείο Nobel το 1903.

- -Ραδιενέργεια ονομάζεται η ακτινοβολία η οποία εκπέμπεται κατά τη ραδιενεργό αποσύνθεση (διάσπαση) ασταθών πυρήνων (νουκλιδίων) προς σταθερότερους πυρήνες. Η διάσπαση αυτή ακολουθείται από εκπομπή σωματιδίων και (όχι πάντα) ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Τα σωματίδια και η ακτινοβολία συνιστούν τη ραδιενέργεια.
Σε μία τέτοια διαδικασία ο ασταθής μητρικός πυρήνας αποσυντίθεται διασπάται - στο θυγατρικό πυρήνα, ο οποίος με τη σειρά του είναι είτε σταθερός είτε ραδιενεργός.
ΣΧΗΜΑ 5.1 Ραδιενεργός διάσπαση με εκπομπή: α. πυρήνων ηλίου (σωματίδια α) β. ηλεκτρονίων (σωματίδια β)

Becquerel (1852-1908): ανακάλυψε τη ραδιενέργεια το 1896. Για την εργασία του αυτή τιμήθηκε με βραβείο Νό -μπελ το 1903.
Η Marie Curie (1867-1934): τιμήθηκε με δύο βραβεία Νό -μπελ Χημείας, το 1903 και 1911, για την προσφορά της στη διερεύνηση του φαινομέ -νου της ραδιενέργειας. Πέθανε από κακοήθη αναιμία, πιθανόν από την πολυετή της έκθεση στις ακτινοβολίες.
Το ζεύγος Πιέρ και Μαρί Κιουρί με την κόρη τους Ιρέν, η οποία επίσης τιμήθηκε με βραβείο Νόμπελ το 1953 για την ανακά -λυψη νέων ραδιενεργών στοι χείων. Τρία βραβεία Νόμπελ Χημείας, μία μονάδα μέτρησης (Curie) και ένα τεχνητό στοιχείο (κιούριο), που φέρουν το όνο -μά τους, ήταν η συγκομιδή της οικογένειας Κιουρί ως επιβρά -βευση της προσφοράς της στη μελέτη της ραδιενέργειας.

Οι πρώτες μελέτες του Rutherford το 1899 στο Πανεπιστήμιο MacGil του Μόντρεαλ στον Καναδά, έδειξαν ότι η ραδιενέργεια η οποία εκπέμπεται από το ουράνιο ή το θόριο διαχωρίζεται σε τρεις διαφορετικούς τύπους ακτίνων. Όταν η ακτινοβολία αυτή περάσει μέσα από ισχυρό ηλεκτρο -μαγνητικό πεδίο, οι δύο πρώτοι τύποι ακτίνων αποκλίνουν αντίθετα ο ένας από τον άλλο (λόγω του αντιθέτου φορτίου τους), ενώ ο τρίτος δεν αποκλίνει καθόλου, επειδή δεν έχει φορτίο (βλέπε σχήμα 5.2).
Ο Rutherford τις ονόμασε ακτίνες α, β και γ, αντίστοιχα. Οι ακτίνες άλφα αποδείχτηκε ότι είναι σωματιδιακής φύσης. Κάθε σωματίδιο έχει μάζα τετραπλάσια από εκείνη του ατόμου του υδρογόνου και φορτίο διπλάσιο εκείνου του ηλεκτρονίου, με αντίθετο όμως απ' αυτό πρόσημο. Άρα, το σωματίδιο άλφα είναι ένας πυρήνας ηλίου. Οι ακτίνες βήτα αποδείχτηκε ότι είναι ταυτόσημες με τις καθοδικές ακτίνες . Είναι, δηλαδή, ένα ρεύμα ηλεκτρονίων από τα οποία το καθένα έχει μάζα ίση με το 1/1837 της μάζας του ατόμου του υδρογόνου και φορτίο ίσο με -1.

Οι ακτίνες γάμα είναι πράγματι, με την κλασική έννοια, ακτίνες. Πρόκειται για ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία , «φως», παρόμοια με εκεί -νη των ακτίνων Χ, αλλά με μικρότερο μήκος κύματος και μεγαλύτερη διεισδυτικότητα από αυτές .
ΣΧΗΜΑ 5.2 Επίδραση ηλεκτρικού πεδίου σε δέσμη α, β και γ.
ΣΧΗΜΑ 5.3 Διαπεραστική ικανότητα ακτίνων α, β και γ. Παρατηρήστε ότι τη μεγα -λύτερη διαπεραστική ικανότητα έχουν οι ακτίνες γ.
Φθορισμός είναι η ιδιότητα που έχουν μερικές ουσίες να απορροφούν ακτινοβο -λία μικρού μήκους κύματος (ακτίνες γ, Χ, UV) ή ενέρ -γεια από ταχέως κινούμενα σωματίδια και να την επα -νεκπέμπουν με ορατό φως. Πολλά ρολόγια έχουν φθο -ρίζοντες δείκτες από RaSO$\_{4}$ σε αναλογία
1:100 000 με ZnS που είναι η φθορίζουσα ουσία.

 Η διεισδυτική ικανότητα των ραδιενεργών ακτίνων ποικίλλει. Έτσι, οι ακτίνες άλφα διαπερνούν πολύ λε -πτά μεταλλικά ελάσματα, αλλά σταματούν σε ένα φύλ -λο συνηθισμένο χαρτί. Οι ακτίνες βήτα διαπερνούν λε -πτά μεταλλικά ελάσματα, ενώ οι ακτίνες γάμα διαπερνούν μεταλλικά φύλλα μολύβδου πάχους μέχρι και ≈ 25 cm. Η σχετική διεισδυτική ισχύς τους είναι αντίστοιχα : α:β:γ = 1:100 :10 000
Μηχανικό ανάλογο:
Τα μεγάλα σωματίδια (π.χ. α σωματίδια) δεν περνούν εύκολα τα εμπόδια, έχουν δηλαδή μικρή διαπεραστική ικανότητα. Αντίθετα, τα μι -κρά (π.χ. γ σωματίδια) ταξι -δεύουν πολύ περισσότερο.

Τα παραπάνω μπορούν να συνοψιστούν στον πίνακα 5.1.

ΠΙΝΑΚΑΣ 5.1 Tύποι Ραδιενέργειας

| Όνομα   | Σύμβολο   | Σχετική  Μάζα   |   Φορτίο | Φύση        | Διεισδυτικότητα   |
|---------|-----------|-----------------|----------|-------------|-------------------|
| άλφα    | α         | 4               |       +2 | πυρήνες     | μικρή             |
| βήτα    | β         | 1/1837          |       -1 | ηλεκτρόνια  | μέτρια            |
| γάμα    | γ         | 0               |        0 | ακτινοβολία | μεγάλη            |
Παρακάτω δίνεται ένα παράδειγμα μιας πυρηνικής αντίδρασης (ραδιε -νεργού διάσπασης) κατά την οποία παράγεται ακτινοβολία τύπου άλφα. Σαν μητρικός πυρήνας είναι το $^{238}$U, ενώ το θυγατρικό νουκλίδιο είναι το $^{234}$Th (θόριο 234):

92 238 90 234 U → Th + He 2 4
Θα πρέπει εδώ να παρατηρήσουμε ότι στις πυρηνικές αντιδράσεις το άθροισμα των μαζικών και των ατομικών αριθμών παραμένει σταθερό .
Εκτός από τα φυσικά ραδιενεργά ισότοπα υπάρχουν και τα τεχνητά ή ραδιοϊσότοπα . Αυτά παρασκευάζονται με «βομβαρδισμό» σταθερών πυ -ρήνων με βραδέα νετρόνια. Βραδέα, τόσο, όσο να δεσμεύονται από τους πυρήνες χωρίς αυτοί να διασπώνται. Προκύπτουν κατ' αυτό τον τρόπο ισότοπα των αρχικών πυρήνων - στοιχείων. Κλασικό παράδειγμα είναι η παραγωγή του κοβαλτίου 60, το οποίο χρησιμοποιείται στην καταπο -λέμηση κακοήθων όγκων. Αυτό παράγεται με τη δράση:

Co + n → Co + γ 27 59 0 1 27 60
Το παραγόμενο ραδιοϊσότοπο του κοβαλτίου διασπάται προς νικέλιο:
Co → Ni + β + γ 27 60 28 60 - 1 0
Η πρώτη ιστορικά «τεχνητή μεταστοιχείωση» είναι εκείνη του Rutherford (1919), κατά την οποία το άζωτο μετατρέπεται σε οξυγόνο:
N + O + 1 $^{1}$H 7 14 2 $^{4}$He → 8 17

Παράδειγμα 5.2
Μία από τις πλέον ενδιαφέρουσες εφαρμογές των πυρηνικών αντιδρά -σεων στους υψηλής ενέργειας επιταχυντές ήταν και η σύνθεση των νέων υπερουρανίων στοιχείων. Έτσι, το υπ' αριθμό 99 στοιχείο (Αϊνστάνιον) συντέθηκε από την παρακάτω πυρηνική αντίδραση:
U + N Es + ; Συμπληρώστε το σωματίδιο που λείπει. 92 238 7 14 99 247

ΛΥΣΗ
Επειδή στις πυρηνικές αντιδράσεις το άθροισμα των ατομικών και μαζικών αριθμών πρέπει να διατηρείται, έπεται ότι το σωματίδιο που λείπει θα έχει ατομικό αριθμό (92 + 7) - 99 = 0 και μαζικό αριθμό (238 + 14) - 247 = 5. Άρα πρόκειται για 5 νετρόνια (5 n).

Εφαρμογή
Το υπ' αριθμόν 105 στοιχείο (χάνιο ή εναμηδενπέμπτιο κατά IUPAC) συντέθηκε με την παρακάτω πυρηνική αντίδραση:
Cf + N → X + ; Συμπληρώστε αυτό που λείπει. 98 249 7 15 105 206

Χρόνος υποδιπλασιασμού (ημιζωή)
Οι ραδιενεργές διασπάσεις και γενικότερα οι πυρηνικές αντιδράσεις, σε αντίθεση με τις συνήθεις χημικές αντιδράσεις, δεν επηρεάζονται από μεταβολές θερμοκρασίας και πίεσης (μέσα σε κάποια όρια βέβαια). Επί -σης, με ελάχιστες εξαιρέσεις, δεν επηρεάζονται από τη χημική (χημικός τύπος ένωσης) και φυσική κατάσταση της ουσίας η οποία διασπάται. Η ταχύτητα της πυρηνικής δράσης εξαρτάται μόνο από τη φύση του ραδι -ενεργού ισοτόπου (υλικού).
Ένας τρόπος για να εκφράσει κανείς την ταχύτητα με την οποία ένα ρα -διενεργό ισότοπο διασπάται, άρα έμμεσα και την σχετική σταθερότητά του, είναι ο λεγόμενος χρόνος υποδιπλασιασμού.

- -Χρόνος υποδιπλασιασμού (ημιζωή), t$\_{1/2}$, είναι ο χρόνος ο οποίος απαιτείται, ώστε να διασπαστεί η μισή από την αρχική ποσότητα του ραδιενεργού υλικού.
Ο χρόνος υποδιπλασιασμού αποτελεί μέτρο της σταθερότητας της ραδιε -νεργού ουσίας, δηλαδή, όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του t$\_{1/2}$, τόσο σταθε ρότερο είναι το ισότοπο. Είναι φανερό ότι μετά την πάροδο χρόνου ίσου με t$\_{1/2 }$έχει παραμείνει το μισό της αρχικής ποσότητας. Μετά την πάροδο 2 t$\_{1/2}$ θα έχει μείνει το 1/4 (ή ½)$^{2}$ της αρχικής ποσότητας κλπ, όπως φαί -νεται διαγραμματικά στο σχήμα που ακολουθεί. Δηλαδή, γενικώς ισχύει:

m = (1/2)$^{ν}$ m$\_{o}$ όπου
m : η ποσότητα της ραδιενεργού ουσίας που έχει παραμείνει
m$\_{o}$ : η αρχική ποσότητα της ραδιενεργού ουσίας
- ν : ο αριθμός των ημιζωών
- Ο σχετικά απλούστερος τρόπος για να εκτιμηθεί η ταχύτητα μιας ραδιε -
Με βάση το χρόνο υποδι -πλασιασμού του ουράνιου - 236 προς, τελικά, το σταθε -ρό μόλυβδο - 206, εκτιμήθη -κε ότι η ηλικία της γης είναι μεταξύ 4 και 6 δισεκατομμυ -ρίων ετών, με πιθανότερη τιμή τα 4,6 δισεκατομμύ -ρια χρόνια. Τα δείγματα τα οποία έφεραν στη Γη από τη Σελήνη οι Απόλλων 11 και 12 έδειξαν ότι η ηλικία της Σελήνης είναι 3,6 - 4,2 δισε -κατομμύρια χρόνια.

-  Χρόνοι υποδιπλασιασμού μερικών κοινών ισοτόπων

| Ισότοπο  t$\_{½}$                |
|---------------------------------|
| $^{238}$U 4,5  10$^{9}$ χρόνια |
| $^{3- }$Η 12,3 χρόνια           |
| $^{14}$C 5,7  10$^{3}$ χρόνια  |
| $^{32}$P 14,3 ημέρες            |
| $^{60}$Co 5,27 χρόνια           |
| $^{131}$Ι 8,04 ημέρες           |
| $^{15}$Ο 118 s                  |
| $^{94}$Kr 1,4 s                 |
-  Από την παραπάνω σχέ -ση, αν είναι γνωστά τα m και m$\_{o}$ , υπολογίζεται το ν , άρα και η ηλικία του δείγματος. Είναι ν = log( m/m$\_{0}$ )  (-0,301) και t = ν  T $\_{½}$

ΣΧΗΜΑ 5.4 Εικονική πα -ρουσίαση της ραδιενεργού διάσπασης
νεργού διάσπασης είναι να μετρηθεί ο αριθμός των σωματιδίων α ή β τα οποία παράγονται από ένα δείγμα ορισμένης μάζας της ουσίας και για ορισμένο χρόνο. Τα εκπεμπόμενα σωματίδια μετριούνται με όργανα, όπως ο απαριθμητής Geiger-Muller ή ο απαριθμητής σπινθηρισμών (σπινθηροσκόπιο) . Ο αριθμός των κτύπων στο μετρητή Geiger είναι ανάλογος της ποσότητας της ραδιενεργού ουσίας η οποία είναι παρούσα.
ΣΧΗΜΑ 5.5 Αρχή λειτουργίας του μετρητή Geiger - Muller. Η ραδιενεργός ακτινοβολία εισέρχεται στο θάλαμο και ιοντίζει τα άτομα ενός ευγενούς αερίου. Έτσι, παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα το οποίο αφού ενισχυθεί καταγράφεται.

Παράδειγμα 5.3
Ποια ποσότητα από τα 10,0 g του ραδιενεργού $^{15}$O θα παραμείνει μετά την πάροδο 8 min, αν είναι γνωστό ότι ο χρόνος υποδιπλασιασμού του $^{15}$O είναι 2 min;
-  Η ραδιενέργεια ανήκει στις ιονίζουσες ακτινοβολίες , γιατί προκαλεί σχηματισμό ιόντων στην ύλη, απομακρύ -νοντας ηλεκτρόνια από τα άτομα και τα μόρια.
- Τα σωματίδια άλφα εκπέ -μπονται με ταχύτητες της τάξης των 16 000 Km s $^{-1}$. Τα σωματίδια βήτα έχουν ταχύ -τητες που αρχίζουν από το μηδέν και φτάνουν το 99% της ταχύτητας του φωτός.

Τα σωματίδια άλφα παρά -γουν από 50 000-100 000 ζεύγη ιόντων (ένα θετικό ιόν και ένα ηλεκτρόνιο) ανά cm αέρα που διανύουν.

ΛΥΣΗ
Υπολογίζεται αρχικά ο αριθμός των ημιζωών στο δοσμένο χρόνο: είναι ν = 8,0 min / 2,0 min  (ημιζωή)$^{-1}$ = 4 ημιζωές. Συνεπώς, η ποσότητα που παραμένει είναι:
m = (½)$^{ν}$  m$\_{o}$ → m = (½)$^{4}$  10,0 g = 1/16  10,0 = 0,63 g

Εφαρμογή
Το ραδιενεργό $^{90}$Sr έχει t$\_{½}$ = 29 χρόνια. Ποια ποσότητα θα παραμείνει μετά από 87 χρόνια, αν αρχικά υπήρχαν 2,00 g αυτού;

Μονάδες ραδιενέργειας
Η ένταση της ραδιενέργειας μπορεί να εκφραστεί με πολλούς τρόπους:

Α. Μονάδες που εκφράζουν το επίπεδο ραδιενέργειας ενός υλικού
- 1. Η συνηθέστερη μονάδα είναι το Curie (Ci) . Ένα Curie είναι ποσότητα ουσίας η οποία υφίσταται 3,7 . 10$^{10}$ ραδιενεργές διασπάσεις ανά δευτερόλεπτο.
- 2. Στο SI. μονάδα ραδιενέργειας είναι το Becquerel (Bq) , που αντιστοιχεί σε μία ραδιενεργό διάσπαση ανά δευτερόλεπτο. Δηλαδή, έχουμε 1 Ci = 3,7 . 10$^{10}$ Bq

Β. Μονάδες που εκφράζουν την απορροφούμενη ακτινοβολία από έναν οργανισμό
- 1. Για να εκτιμήσουμε ποσοτικά τα αποτελέσματα της επίδρασης της ακτινοβολίας, θεσπίστηκε αρχικά μία μονάδα ακτινοβολίας, η οποία ονομάστηκε rad ( r adiaton a bsorbed d ose). Αυτή εκφράζει τη δόση ρα -διενέργειας η οποία απελευθερώνει 10$^{-2}$ J ενέργειας ανά kg βάρους του σώματος που την απορροφά.
- 2. Στο SI. μονάδα είναι το Gray (Gy) , που αντιστοιχεί σε απορρόφηση ακτινοβολίας ενέργειας 1 J ανά kg βάρους του σώματος. Δηλαδή, έχουμε 1 Gy = 100 rad.
- Γ. Μονάδες που εκφράζουν την απορροφούμενη ακτινοβολία από ένα οργανισμό σε σχέση με τις βιολογικές επιπτώσεις που προκαλούν 1 Gy ακτινοβολίας α προκαλεί 20 φορές μεγαλύτερη καταστροφή στους ανθρώπινους ιστούς από 1 Gy ακτινοβολίας γ. Το rem ( r adiation e quivalent m an) είναι μία μονάδα ραδιενέργειας που δεν εξαρτάται από το είδος της ακτινοβολίας, και εκφράζει τις βιολογικές καταστροφές που προκαλούνται στον άνθρωπο από την απορρόφηση των διαφόρων ακτινοβολιών. Δηλαδή, 1 rem είναι ποσότητα ακτινοβολίας η οποία επιφέρει ένα συγκεκριμένο βιολογικό αποτέλεσμα. Είναι μάλιστα 1 rem =1 rad ακτίνων Χ ή γ .
-  Το Curie είναι μία μεγάλη μονάδα. 1 Curie ραδίου π.χ. ισούται με 1 g αυτού. Στα διά -φορα εργαστήρια τα μεγέθη εκφράζονται σε millicuries. Έχει π.χ. εκτιμηθεί ότι το αν -θρώπινο σώμα περιέχει ρα -διενεργά νουκλίδια τα οποία δίνουν 400 000 διασπάσεις το λεπτό ή 1,1  10 -5 Curies, δηλαδή 11μCuries.

Επιπτώσεις της ραδιενέργειας στον άνθρωπο και κυριότερες πηγές ραδιενέργειας
Τα βιολογικά υλικά υφίστανται γενικά βλάβες από τη λεγόμενη ιονίζουσα ακτινοβολία (ακτινοβολία που προκαλεί σχηματισμό ιόντων). Αυτή μπορεί να είναι ακτίνες γ ή Χ, νετρόνια, σωματίδια άλφα και ηλεκτρόνια. Σχε -δόν όλα αυτά μπορούν να προκύψουν από τη ραδιενέργεια. Ελεγχόμενη έκθεση του ανθρώπου σε τέτοιες ακτινοβολίες μπορεί βέβαια να έχει και ευεργετικά αποτελέσματα, όπως π.χ. καταστροφή ανεπιθύμητων ιστών (ραδιοθεραπεία των καρκινικών κυττάρων). Μικρές δόσεις μαλακών ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται στις ακτινογραφίες (δηλαδή φωτογραφίες με ακτίνες Χ) ανθρωπίνων ιστών και οστών.

Το γεγονός ότι η ραδιενέργεια προκαλεί σοβαρότατες βλάβες στον άνθρωπο είναι γνωστό ήδη από την εποχή της έκρηξης ατομικών βομ -βών στη Χιροσίμα και το Ναγκασάκι (1945). Το πυρηνικό ατύχημα του Cernobil το επιβεβαίωσε (1986). Ο ανθρώπινος οργανισμός είναι σταθερά εκτεθειμένος σε μία βασική, φυσική, ιονίζουσα ακτινοβολία, η οποία προέρχεται από ένα σύνολο πηγών. Έτσι, υπάρχει η κοσμική ακτινοβολία , η ακτινοβολία που προέρχεται από ραδιονουκλίδια που υπάρχουν σε βράχους, στο έδαφος, στο νερό, στον αέρα, στις τροφές κλπ. Ραδιενεργά νουκλίδια υπάρχουν επίσης και μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό, όπως π.χ. το $^{40}$Κ. Στη φυσική αυτή ραδιενεργό ακτινοβολία έχουν προστεθεί και τα προϊόντα διάσπασης από πυρηνικές δοκιμές. Αυτές μπορεί να έχουν μπει κάτω από κάποιο γενικό έλεγχο ή και να γίνονται «υπόγεια» (τελευταίες δοκιμές από Ινδία και Πακιστάν το 1998), αλλά τα παράγωγά τους θα βρίσκονται στην ατμόσφαιρα για πολλά χρόνια.

Ανθρωπογενείς επίσης πηγές ραδιενέργειας, πέρα από τα πυρηνικά όπλα και τις σχετικές τους δοκιμές, είναι οι γεννήτριες ακτίνων Χ, όπως και τα πυρηνικά εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος και το συ -ναφές με αυτά πρόβλημα των πυρηνικών αποβλήτων (βλέπε και σχετικό ένθετο). Τέλος αναφέρουμε τα ραδιενεργά ισότοπα, τα οποία παράγονται για ερευνητική, εργαστηριακή και νοσοκομειακή χρήση.
Οι βλάβες στον οργανισμό από τις ακτινοβολίες αυτές οφείλονται στην ικανότητά τους να προκαλούν ιοντισμό και ηλεκτρονιακή διέγερση . Παράγονται έτσι ιόντα και ελεύθερες ρίζες , τα οποία είναι δραστικά στην όλη βιοχημική διαδικασία. Μ' αυτόν τον τρόπο, προκύπτουν βλάβες στο μεταβολισμό , όπως παρεμπόδιση στη δράση των ενζύμων και αλλαγές στα DNA και RNA.

Οι ακτίνες γ και Χ είναι οι επιβλαβέστερες, εφόσον εισδύουν βαθιά στον οργανισμό (βλέπε και πίνακα 5.2). Τα νετρόνια προκαλούν επίσης βλάβες σε βάθος μέσω δευτερογενών δράσεων, οι οποίες παράγουν ρα -διενεργά προϊόντα. Έτσι π.χ. μία αντίδραση δέσμευσης νετρονίων, όπως η 7 14 Ν (n,p) → 6 14 C, είναι δυνατόν να αλλάξει τη δομή των αμινοξέων, άρα και των πρωτεϊνών.
Στον πίνακα 5.2 δίνονται τα διάφορα χαρακτηριστικά των κυριοτέρων ακτινοβολιών.
ΠΙΝΑΚΑΣ 5.2 Χαρακτηριστικά ραδιενεργών ακτινοβολιών

| ακτινοβολία   | φύση        | φορτίο   | ενέργεια / MeV   | μέση διείσδυση σώμα   | μέση διείσδυση σώμα   |
|---------------|-------------|----------|------------------|-----------------------|-----------------------|
|               |             |          |                  | αέρα                  |                       |
| ακτίνες γ     | ηλεκτρ/τική | -        | 0,1-40           | χωρίς όριο            | το διαπερνά           |
| ακτίνες Χ     | ηλεκτρ/τική | -        | 0,01-0,1         | χωρίς όριο            | β α θιά               |
| α             | σωματίδια   | 2        | 4-10             | 4-10cm                | ρούχα, δέρμα          |
| β -           | σωματίδια   | -1       | 0,025-2          | μερικά m              | λίγα mm               |

Η ραδιενέργεια δρα στον οργανισμό με δύο τρόπους. Ο ένας είναι καθαρά σωματικός και ο άλλος γενετικός . Στην πρώτη περίπτωση το ίδιο το άτομο υφίσταται τη βλάβη. Στη δεύτερη, οι βλάβες μπορούν να μεταβιβαστούν και στις επόμενες γενιές. Οι σωματικές βλάβες μπορεί να είναι βραχύβιες ή και μακροχρόνιες. Στις πρώτες τα αποτελέσματα εκδηλώνονται σύντο -μα μετά την έκθεση, ενώ οι δεύτερες εμφανίζονται μετά από μήνες ή και χρόνια. Στον πίνακα 5.3 δίνονται τα βιολογικά αποτελέσματα (βλάβες) από έκθεση σε διάφορες δόσεις ακτινοβολιών.

ΠΙΝΑΚΑΣ 5.3 Επιδράσεις ακτινοβολίας στον οργανισμό

| Δόση (rem)   | κλινικό αποτελέσματα                                                                                                        |
|--------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 25           | μείωση των λευκών αιμοσφαιρίων                                                                                              |
| 25-100       | ναυτία, κόπωση, αιματολογικές αλλοιώσεις                                                                                    |
| 100-200      | ναυτία, εμετοί, κόπωση , πιθανός θάνατος από  μολύνσεις λόγω μείωσης λευκών αιμοσφαιρίων                                    |
| 200-400      | θανατηφόρα δόση για το 50% των εκτεθέντων,  ιδιαίτερα αν μείνουν χωρίς θεραπεία. Βλάβες  στη σπλήνα και το μυελό των οστών. |
| > 600        | θανατηφόρα έστω και με θεραπεία.                                                                                            |

Ειδικότερα δόσεις μεταξύ 200 και 700 rem επικεντρωμένες όμως σε ορι -σμένη περιοχή του σώματος προκαλούν μόνο τοπικές βλάβες. Ανάμεσα σ' αυτές είναι εγκαύματα από ακτίνες Χ, βλάβες στους οφθαλμούς (π.χ. καταρράχτης) και στείρωση. Τα πλέον ευαίσθητα όργανα στη ραδιενέργεια είναι τα μάτια, η κοιλιακή χώρα, ο μυελός των οστών, η σπλήνα και τα όργανα αναπαραγωγής . Το πλέον σαφές αποτέλεσμα της έκθεσης είναι η λευχαιμία . Όσον αφορά στις γενετικές βλάβες, αυτές, επηρεάζοντας τα DNA και RNA, καταλήγουν σε μετάλλαξη .

Το ανθρώπινο σώμα δέχεται μία φυσική ακτινοβολία της τάξεως των 0,1 rem το χρόνο. Επιπλέον, άτομα εκτεθειμένα σε ιατρικές χρήσεις, στην έγχρωμη TV, σε αεροπορικά ταξίδια δέχονται μία πρόσθετη ακτι -νοβολία 0,2 rem το χρόνο. Το μέγιστο επιτρεπτό - ανεκτό όριο για όλο το σώμα και το μέσο άνθρωπο είναι τα 0,5 rem το χρόνο. Ειδικότερα το όριο για τα όργανα αναπαραγωγής είναι μικρότερο των 5 rem για διάρ -κεια 30 χρόνων.

5.2 Μερικές εφαρμογές των ραδιοϊσοτόπων

Ραδιοχρονολόγηση με άνθρακα
Ένα ραδιενεργό ισότοπο του άνθρακα, το οποίο έχει ιδιαίτερη σημασία σε πολλά επιστημονικά πεδία, είναι το 6 14 C. Αυτό έχει χρόνο ημιζωής 5 760 χρόνια. Το ισότοπο αυτό παράγεται συνεχώς στην ατμόσφαιρα από το «βομβαρδισμό» του Ν$\_{2}$ από την κοσμική ακτινοβολία. Ο ρυθμός με τον οποίο το ισότοπο αυτό διασπάται εξισορροπείται από το ρυθμό με τον οποίο παράγεται. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα μία περίπου σταθερή συγκέντρωση του $^{14}$C στην ατμόσφαιρα για σχετικά μεγάλες χρονικά περιόδους. Παλιότερα πολλοί υποστήριζαν ότι η συγκέντρωση αυτή πα -ραμένει σταθερή. Νεότερες όμως παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι αυτή αλλάζει κατά καιρούς και οι αλλαγές αυτές αποδίδονται στην ηλιακή δραστηριότητα (π.χ. κηλίδες , εκρήξεις).

Το ισότοπο αυτό $^{14}$C δημιουργεί ραδιενεργό διοξείδιο του άνθρακα, $^{14}$CO$\_{2}$, το οποίο αφομοιώνεται από τα φυτά και εισέρχεται έτσι στην τροφική αλυσίδα. Όταν ο οργανισμός πεθάνει, η αφομοίωση αυτή σταματά. Τότε ο λόγος $^{14}$C/$^{12}$C (το σταθερό ισότοπο του άνθρακα) μειώνεται σταθερά συναρτήσει του χρόνου που μεσολαβεί μετά το θάνατο. Ο χρόνος δηλαδή που έχει παρέλθει από το θάνατο ενός οργανισμού μπορεί να μετρηθεί μέσα από τον λόγο $^{14}$C/$^{12}$C .
Η ραδιοχρονολόγηση με τη μέτρηση του λόγου αυτού σε οργανική ύλη (ξύλα, οστά κ.λ.π.) είναι ευρύτατα διαδεδομένη. Γίνονται εκτιμήσεις από λίγες εκατοντάδες χρόνια μέχρι περίπου 50 000 χρόνια.

Όμως η ανακάλυψη ότι η ατμοσφαιρική συγκέντρωση του  $^{14}$C ήταν μεγαλύτερη πριν από κάποιες χιλιάδες χρόνια επέβαλε την ανα -θεώρηση στη μέθοδο. Αιτία για την ανακάλυψη αυτή είναι η διάσταση στα αποτελέσματα του άνθρακα με εκείνα τα οποία προέρχονται από τη δενδροχρονολόγηση . Η τελευταία είναι μία μέθοδος υπολογισμού της ηλικίας μέσα από τους δακτυλίους των κορμών των δένδρων και απο -δείχτηκε ακριβέστερη εκείνης του άνθρακα. Πάντως η μέθοδος με τον $^{14}$C εξακολουθεί να είναι εν χρήσει, κυρίως για την πιστοποίηση της αυθεντικότητας των έργων τέχνης.

Mε τη ραδιοχρονολόγηση με C επιτυγχάνεται ακρίβεια ± 200 χρόνια και υπολογισμοί μέχρι 20 000 χρόνια. Έτσι, για παράδειγμα ο μάλλινος φάκελος που περιείχε τα χει -ρόγραφα της Νεκράς θάλασ -σας βρέθηκε να είναι 1917 ± 200 ετών. Τα παλαιότερα ευρήματα από τον προϊστο -ρικό άνθρωπο (εικόνες από τα σπήλαια Lascaux) έχουν ηλικία 15 516 ± 900 χρόνια.
 Πλην του $^{14}$C και άλλα ισό -τοπα μπορούν να χρησιμο -ποιηθούν για ραδιοχρονολό -γηση. Μεταξύ αυτών τα $^{238}$U και $^{232}$Th έχουν ιδιαίτερη ση -μασία μια και σχηματίστηκαν ταυτόχρονα με τη δημιουρ -γία της γης. Αυτά διασπώ -νται ραδιενεργά δίνοντας τελικά αέριο He το οποίο μένει παγιδευμένο μέσα στα ορυκτά τους.

Η ηλικία του «Ευρωπαίου της Κίνας» βρέθηκε περίπου 3 000 χρόνων με τη βοήθεια της ραδιοχρονολόγησης με άνθρακα.

Εφαρμογές στην ιατρική
Η χρήση ραδιοϊσοτόπων στην ιατρική καλύπτει πολλές εφαρμογές, τόσο στη διαγνωστική, όσο στη θεραπευτική (πυρηνική ιατρική).

Ραδιοθεραπεία
Τα διάφορα είδη κυττάρων δεν προσβάλλονται με τον ίδιο τρόπο από τις ακτινοβολίες. Μερικά απ' αυτά είναι ανθεκτικά, ενώ άλλα προσβάλλονται εύκολα. Έτσι, με κατάλληλη ακτινοβολία μπορεί να γίνει καταστροφή των «ασθενών», χωρίς να προξενείται βλάβη στα υγιή. Για παράδειγμα ο καρ -κίνος, του θυρεοειδούς μπορεί να καταπολεμηθεί με το ραδιοϊσότοπο $^{131}$I.

Διάγνωση
Ορισμένα ραδιοϊσότοπα έχουν αποδειχθεί πολύ αποτελεσματικά ως ιχνηθέτες σε ορισμένες διαγνωστικές διαδικασίες. Αυτό συμβαίνει γιατί τα ραδιοϊσότοπα εύκολα μπορούν να αντικαταστήσουν τα αντίστοιχα φυσικά ισότοπα, ενώ εύκολα μπορούν να ανιχνευθούν, ακόμη κι όταν βρίσκονται σε ίχνη, με τη βοήθεια οργάνων. Για παράδειγμα φέρνουμε τη χρήση του $^{99}$Tc (τεχνήτιο) σε ραδιογραφικές διατάξεις σάρωσης, που πραγματοποιούνται με βάση την κατανομή του ραδιοϊσοτόπου στο όργανο που εξετάζεται. Κατ' αυτό τον τρόπο διαπιστώνουμε την καλή λειτουργία οργάνων, π.χ. καρδιάς ή ανίχνευση κακοήθων όγκων στον εγκέφαλο κλπ.

Εφαρμογές στην τεχνολογία
Χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιων εφαρμογών είναι:
- 1. Παραγωγή πυρηνικής ενέργειας. Αυτή γίνεται με τη βοήθεια πυρηνικών αντιδραστήρων και αποτελεί τη σημαντικότερη εφαρμογή των ραδιοϊσο -τόπων στη βιομηχανία.
- 2. Μέτρηση και έλεγχος του πάχους μεταλλικών ή πλαστικών επιφα -νειών. Αυτή γίνεται με ακτινοβολία που διαπερνά το φύλλο και η οποία η απορροφάται ανάλογα με το πάχος του υλικού.
- 3. Εντοπισμός διαρροών σωληνώσεων. Αυτό μπορεί να γίνει με προσθήκη ενός ραδιοϊσοτόπου σ' ένα αντλούμενο υγρό ή αέριο, οπότε με τη βοήθεια ενός μετρητή, π.χ. Geiger - Muller, εύκολα μπορούμε να διαπιστώσουμε από που διαφεύγει.
- 4. Μέτρηση της στάθμης υγρών ή στερεών σε δεξαμενή. Και στην πε -ρίπτωση αυτή μετριέται η απορροφούμενη ραδιενεργός ακτινοβολία, καθώς η απορρόφηση αυξάνει, όταν το υλικό γεμίζει τη δεξαμενή και παρεμβάλλεται στην πορεία των ακτίνων.
- 5. Συντήρηση ορισμένων τροφίμων , χάρη στη μικροβιοκτόνο δράση των ακτινοβολιών.

5.3 Μεταστοιχειώσεις - Σχάση - Σύντηξη
Μεταστοιχείωση είναι η μεταβολή ενός χημικού στοιχείου σε άλλο, μέσα από μία πυρηνική αντίδραση. Φυσικές αυθόρμητες μεταστοιχειώσεις γί -νονται συνεχώς στη φύση στα ραδιενεργά υλικά. Η πρώτη τεχνητή ήταν εκείνη του Rutherford (Βλέπε ενότητα 5.1). Οι πρώτες τεχνητές μεταστοι -

Υγιής
Ασθενής Σπινθηρογράφημα που δεί -χνει τη ροή αίματος στην καρδιά με τη βοήθεια του ραδιοϊσοτόπου $^{99}$Tc.
Ραδιογραφική σάρωση των οστών με τη βοήθεια του ρα -διοϊσοτόπου $^{99}$Tc.
χειώσεις με σωματίδια μικρής ενέργειας ήταν δύσκολες. Μόνο 1 σωματί -διο κάθε 250 000 0000 έκανε την πυρηνική μεταβολή. Έκτοτε όμως, με τους επιταχυντές (π.χ. κύκλοτρο), πολλές εκατοντάδες μεταστοιχειώσεις έχουν πραγματοποιηθεί. Επιπλέον, με τις τεχνικές αυτές συντέθηκαν και τα υπερουράνια στοιχεία .
Η τεχνική αυτή συνίσταται στο βομβαρδισμό διαφόρων στοιχείων - στόχων με ταχέως κινούμενα υποατομικά ή και ατομικά σωματίδια, όπως π.χ. νετρόνια, πρωτόνια, δευτερόνια (πυρήνες του ισοτόπου $\_{1}$ $^{2}$H ), σωματίδια άλφα κλπ.

Από ενεργειακή και τεχνολογική άποψη οι πλέον ενδιαφέρουσες πυρηνικές αντιδράσεις είναι η σχάση και η σύντηξη . Στη σχάση ορισμένα βαρέα άτομα , όπως π.χ. $^{235}$U και το $^{234}$Pu, βομβαρδίζονται με νετρόνια κατάλληλης ενέργειας. Τότε οι πυρήνες τους σπάζουν - σχάζονται σε δύο μικρότερους πυρήνες, ενώ ελευθερώνονται ταυτόχρονα δύο ή περισσότερα ταχέα νετρόνια και μεγάλες ποσότητες ενέργειας. Από τα νετρόνια που ελευθερώνονται τουλάχιστον ένα προκαλεί νέα σχάση και έτσι γίνεται μία αλυσιδωτή αντίδραση . Αν ο ρυθμός αυτής ελέγχεται, τότε έχουμε έναν ατομικό (πυρηνικό) αντιδραστήρα (στήλη) . Αν η αλυσιδωτή αντίδραση γίνεται εκρηκτικά γρήγορα, τότε έχουμε την ατομική βόμβα .

Στη σύντηξη ελαφροί πυρήνες , όπως π.χ. $\_{1}$ $^{1}$H , $\_{1}$ $^{2}$H , $\_{1}$ $^{3}$H , συγχωνεύο -νται - ενώνονται και δίνουν βαρύτερους, όπως π.χ. $\_{2}$ $^{4}$He , με ταυτόχρονη έκλυση πολύ μεγαλύτερων από τη σχάση ποσοτήτων ενέργειας. Στην κοσμολογία δέχονται ότι στα άστρα γίνονται συνεχώς τέτοιες αντιδράσεις μετατροπής του υδρογόνου σε ήλιο. Αυτά άλλωστε τα στοιχεία αποτελούν το μεγαλύτερο ποσοστό της μάζας των ζωντανών αστεριών. Η σύντηξη, για να γίνει, χρειάζεται πολύ υψηλή θερμοκρασία

(>10 000 000 $^{o}$C). Στη λεγόμενη βόμβα υδρογόνου γίνεται πρώτα μία έκρηξη σχάσης (ουρανίου), οπότε η θερμοκρασία ανέρχεται τοπικά σε όρια, ώστε να ακολουθήσει η σύντηξη.
ΣΧΗΜΑ 5.6 Τεχνητή σχάση του ουρανίου 235, η οποία αποτελεί τη βάση της ατο -μικής βόμβας που έπεσε στη Χιροσίμα το 1945.

Γνωρίζεις ότι......

Το πρόβλημα των πυρηνικών αποβλήτων
Τα απόβλητα των θερμοηλεκτρικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος οι οποίοι καταναλώνουν κάρβουνο (π.χ. λιγνίτη) περιέχουν, πλην των άλλων, οξείδια του θείου και στάχτη. Όταν όμως χρησιμοποιείται πυρηνικό «καύσιμο» για την παραγωγή ρεύματος, τα απόβλητα περιέχουν ένα μεγάλο αριθμό ραδιενεργών στοιχείων. Άλλα απ' αυτά είναι ιδιαιτέρως χρήσιμα και άλλα άκρως επικίνδυνα. Εδώ και αρκετά χρόνια έχει ξεσπάσει μία διαμάχη σε επίπεδο κυβερνήσεων, επιστημόνων και τεχνικών για τον τρόπο διαχείρισης των αποβλήτων αυτών.

Μία από τις προτάσεις προβλέπει την απομάκρυνση από τα πυρηνικά απόβλητα των πυρηνικά σχάσιμων υλι -κών, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν πλέον σαν πυρηνικά «καύσιμα». Μία τυπική «ράβδος» πυρηνικού καυσίμου περιέχει ουράνιο (3,3% $^{235}$U και 97,7% $^{238}$U). Καθώς το σχάσιμο $^{235}$U καταναλώνεται, δίνοντας την απαιτούμενη ενέργεια, κάποιες ποσότητες από το $^{238}$U μετατρέπονται ραδιενεργά σε υπερουράνια στοιχεία , όπως είναι τα ραδιοϊσότοπα του πλουτώνιου $^{239}$Pu και $^{240}$Pu . Αυτά μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν σαν «καύσιμο». Για να διαχωριστεί και να παραληφθεί το πλουτώνιο, η ράβδος διαλύεται σε οξύ και από το διάλυμα που προκύπτει με χημικούς διαχωρισμούς απομονώνεται το σχάσιμο υλικό. Το μίγμα οξειδίων του $^{235}$U και του πλουτωνίου χρησιμοποιείται με μορφή οξειδίων των μετάλλων σαν πυρηνικό καύσιμο.

Το μειονέκτημα στη λύση ανακύκλωση πυρηνικών καυσίμων οφείλεται, εν μέρει, στη δυνατότητα χρησιμοποίησης του παραγόμενου πλουτώνιου για την παραγωγή πυρηνικών όπλων από παρακρατικές οργανώσεις, από ομάδες τρομοκρατών κλπ. Επιπρόσθετα, η διαδικασία αφήνει σαν κατάλοιπα υγρά απόβλητα με εξαιρετικά μεγάλη ρα -διενέργεια, τα οποία είναι επικίνδυνα για πολλά, ίσως και χιλιάδες, χρόνια.
Για παράδειγμα, στην υγρή φάση που παραμένει από τη διεργασία, υπάρχουν προϊόντα σχάσης, όπως $^{90}$Sr (στρό -ντιο-39) με ημιζωή 29 χρόνια , $^{137}$Cs (καίσιο-137) με ημιζωή 30 χρόνια.

Θα πρέπει λοιπόν να περάσουν περίπου 400 χρόνια, ώστε η ραδιενέργεια από αυτά τα παραπροϊόντα να μειωθεί σε ανεκτά επίπεδα . Όμως, και πέρα από τα 400 αυτά χρόνια θα εξακολουθεί να υπάρχ ει κίνδυνος από ραδιενεργά κατάλοιπα, όπως π.χ. $^{241}$Am (αμερίκιο-241) και $^{229}$Th (θόριο-229), των οποίων η ημιζωή μετριέται σε χιλιάδες ή και εκατομμύρια χρόνια. Το πλέον συζητημένο σχέδιο είναι η μετατροπή των υγρών αυτών αποβλήτων σε υα -λώδεις κεραμικές ράβδους με μήκος 3 m και διάμετρο 30 cm καθεμία. Οι δε ράβδοι στη συνέχεια να «ταφούν» σε κατάλληλες γεωλογικές θέσεις, όπως γρανίτες, παλιά ορυχεία και στρώματα αλάτων. Εκεί πιθανολογείται ότι θα παραμείνουν θαμμένες επί χιλιάδες χρόνια, όσα χρειάζονται τα ραδιενεργά στοιχε ία για να εξαντληθούν. Τα απόβλητα ενός μόνο πυρηνικού σταθμού ισχύος 1000 MW θα περιέχονται σε 10 τέτοιες ράβδους.

Αρκετές μελέτες έδειξαν ότι η μέθοδος αυτή είναι εφικτή και αρκετές γεωλογικές θέσεις ταφής μπορούν να βρεθούν. Παρόλα αυτά, επειδή τα υλικά αυτά θα πρέπει να μείνουν θαμμένα για χιλ ιάδες χρόνια κανένας δεν μπορεί να εγγυηθεί για τις απόψεις και τις συμπεριφορές των μελλοντικών γενεών. Τα ήδη υπάρχοντα πυρηνικά απόβλητα είτε φυλάσσονται μέχρι να βρεθεί γενικότερα μία λύση είτε ενταφιάζονται σε επιλεγμένες θέσεις. Ήδη έχουν σημειωθεί κρούσματα «πειρατείας και λαθρεμπορίας» πυρηνικών αποβλήτων. Είναι φανερό ότι η τελική τύχη τους δεν έχει ακόμα κριθεί ...

Η διαχείριση των ραδιενεργών υλικών γίνεται κάτω από δρακόντεια μέτρα ασφαλείας, όπως πχ μέσω ενός ρομπο -τικού συστήματος πίσω από ένα παράθυρο με γυαλί πολύ μεγάλου πάχους, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.

Ανακεφαλαίωση
- 1. Πυρηνική χημεία είναι ο κλάδος της χημείας που ασχολείται με τα πυρηνικά φαι -νόμενα, δηλαδή μεταβολές στον πυρήνα των στοιχείων τα οποία συμμετέχουν. Αυτά δεν επηρεάζονται από τις εξωτερικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης.
- 2. Ισότοπα είναι δύο ή περισσότερα άτομα με τον ίδιο ατομικό αριθμό αλλά διάφορο μαζικό. Τα άτομα π.χ. 8 $^{18}$O και 8 $^{16}$O είναι ισότοπα του οξυγόνου.
- 3 . Νουκλίδιο είναι ένας πυρήνας με δεδομένο Ζ και Α. Το 8 $^{16}$O είναι ένα νου -κλίδιο.
- 4. Υπάρχουν ισότοπα σταθερά και ισότοπα ραδιενεργά τα οποία διασπώνται
- 5. Ραδιενέργεια είναι η ακτινοβολία η οποία εκπέμπεται κατά τη ραδιενεργό αποσύνθεση ασταθών ισοτόπων προς σταθερότερους πυρήνες. Συνίσταται από σωματίδια α και β και ακτινοβολία.
- 6. Οι ακτίνες α είναι ροή πυρήνων ηλίου. Οι ακτίνες β είναι ροή ηλεκτρονίων. Οι ακτίνες γ είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος.
- 7. Σε μία πυρηνική αντίδραση το άθροισμα μαζικών και ατομικών αριθμών παραμένει σταθερό.
- 8. Ένας τρόπος έκφρασης της ταχύτητας μιας ραδιενεργού διάσπασης είναι ο χρόνος υποδιπλασιασμού (t$\_{1/2}$), ο χρόνος δηλαδή που απαιτείται, ώστε να δι -ασπαστεί η μισή από την αρχική ποσότητα του ραδιενεργού υλικού. Λέγεται και ημιζωή του υλικού.
- 9. Μετά την πάροδο ν «ημιζωών» θα παραμείνει, από μία αρχική ποσότητα m$\_{0}$, ποσότητα ραδιενεργού υλικού m, ίση με : m = (½)$^{ν}$ m$\_{0}$
- 10. Όργανα με τα οποία μετριέται η εκπεμπόμενη ραδιενέργεια είναι τα σπινθη -ροσκόπια ή ο απαριθμητής Geiger- Muller.
- 11. Μονάδες έντασης εκπεμπόμενης ραδιενέργειας ανά s είναι το Curie, που είναι ποσότητα ουσίας η οποία υφίσταται 3,710$^{10}$ διασπάσεις. Το Bq αντιστοιχεί σε μία διάσπαση ανά s.
- 12. Μονάδα απορροφούμενης ακτινοβολίας είναι το Gy, που αντιστοιχεί σε απορρόφηση 1 J ανά Kg βάρους.
- 13. Η ιονίζουσα ακτινοβολία, όταν υπερβαίνει κάποια όρια, προκαλεί στον άν -θρωπο βλάβες σωματικές και γενετικές.
- 14. Ραδιοχρονολόγηση λέγεται ο προσδιορισμός της ηλικίας πετρωμάτων, αρχαι -ολογικών ευρημάτων κ.λ.π. μέσω μετρήσεων ραδιενεργών ισοτόπων. Ανάμε σα σε αυτά κυριότερο είναι το ισότοπο του άνθρακα 14.
- 15. Τα ραδιενεργά ισότοπα χρησιμοποιούνται στην ιατρική (διάγνωση και θε -ραπεία) και στην τεχνολογία. Η πυρηνική ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στους λεγόμενους πυρηνικούς σταθμούς.
- 16. Οι πυρηνικές αντιδράσεις είναι μεταστοιχειώσεις, δηλαδή μετατροπές ενός στοιχείου σε άλλο. Τυπικές πυρηνικές αντιδράσεις είναι η σχάση βαρύτερων πυρήνων σε ελαφρότερους και η σύντηξη ελαφρών πυρήνων σε βαρύτερους. Και οι δύο συνοδεύονται από έκλυση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας.
- 17. Οι πυρηνικές συντήξεις συντηρούν τη ζωή των άστρων.

Λέξεις κλειδιά
πυρηνική χημεία
μητρικός-θυγατρικός πυρήνας
μεταστοιχείωση
πυρηνική αντίδραση
ισότοπα
ραδιοϊσότοπα
νουκλίδιο
χρόνος υποδιπλασιασμού
ασταθές ισότοπο
αριθμός ημιζωών
ραδιενέργεια
απαριθμητής Geiger
ακτίνες α ,β και γ
Curie, Becquerel, rem
ιονίζουσα ακτινοβολία
ραδιοχρονολόγηση
κοσμική ακτινοβολία
σχάση και σύντηξη

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Ερωτήσεις Επανάληψης
- 1. Ποιο είναι το περιεχόμενο της πυρηνικής χημείας;
- 2. Τι ονομάζονται ισότοπα ενός στοιχείου; Να δώσετε ένα παράδειγμα.
- 3. Ποια ισότοπα είναι σταθερά και ποια ασταθή;
- 4. Τι είναι το νουκλίδιο;
- 5. Πώς ορίζεται γενικά η ραδιενέργεια;
- 6. Ποια είναι η φύση των ακτίνων α, β και γ;
- 7. Ποιος πυρήνας λέγεται μητρικός και ποιος θυγατρικός;
- 8. Ποιο είναι το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας;
- 9. Σε μία πυρηνική αντίδραση τι παραμένει σταθερό;
- 10. Τι καλείται χρόνος υποδιπλασιασμού ή ημιζωή ενός ραδιενεργού υλικού;
- 11. Αν παρέλθουν ν ημιζωές ποια ποσότητα, m , θα παραμείνει, αν η αρχική πο -σότητα ήταν m$\_{0}$ ;
- 12. Τι είναι και πώς λειτουργεί ο απαριθμητής Geiger;
- 13. Τι εκφράζουν οι μονάδες ραδιενέργειας Curie και Becquerel;
- 14. Ποιες είναι οι ανθρωπογενείς πηγές ραδιενέργειας;
- 15. Τι καλούμε γενετικές βλάβες της ιονίζουσας ακτινοβολίας;
- 16. Τι ονομάζουμε ραδιοχρονολόγηση με άνθρακα και πού κυρίως χρησιμοποι -είται;
- 17. Τι είναι η δενδροχρονολόγηση;
- 18. Πώς χρησιμοποιούνται τα ραδιοϊσότοπα στην ιατρική;
- 19. Τι είναι ένας πυρηνικός σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας;
- 20. Να δώσετε από ένα παράδειγμα πυρηνικής σχάσης και σύντηξης.
- 21. Από πού αντλεί ο ήλιος του πλανητικού μας συστήματος την ενέργεια την οποία εκπέμπει;

Βασικές γνώσεις
- 22. Να υπολογίσετε τον αριθμό των πρωτονίων και των νετρονίων σε καθένα από τα παρακάτω νουκλίδια : λίθιο- 7, νέον -22 και πλουτώνιο -239
- 23. Ένα mol από πυρήνες δευτερίου ($\_{1}$ $^{2}$H ) ζυγίζει :
α . 1,0000 g
β. 2,0000 g
γ. 4,0000 g
δ. 2,016 g
- 24. Aν τα νουκλίδια 6 $^{14}$C , 7 $^{15}$N και 9 $^{17}$F είναι ισότονα τι νομίζετε ότι εκφράζει ο όρος ισότονα;
- β. νουκλίδια με διαφορετικό Ζ και αριθμό νετρονίων, αλλά το ίδιο Α
- α. νουκλίδια με τον ίδιο αριθμό e, αλλά διαφορετικό Ζ
2 - 5 , 10 - 12, 94 - 145
- γ. νουκλίδια με το ίδιο Ζ, αλλά διαφορετικό Α
- δ. νουκλίδια με ίσο αριθμό νετρονίων, αλλά διαφορετικό Ζ και Α
- 25. Το άτομο του ασβεστίου έχει 20 ηλεκτρόνια και 20 νετρόνια στον πυρήνα του. Άρα το άτομο του ασβεστίου συμβολίζεται σαν : α. 20 Ca β. 20 40 Cα γ. 20 50 Ca δ. 20 60 Ca
- 26. Ο μαζικός αριθμός, Α , ενός πυρήνα είναι 127. Ο ατομικός του αριθμός εί -ναι 53. Πόσα νουκλεόνια, νετρόνια και πρωτόνια περιέχει ο πυρήνας αυτός; Πόσα ηλεκτρόνια περιέχει το αντίστοιχο ουδέτερο άτομο;
- 27. 1 mol ηλεκτρόνια πόσο φορτίο φέρουν; Πόσα g ζυγίζουν; (Χρησιμοποιήστε για τις απαιτούμενες σταθερές τη βιβλιογραφία)
- 28. Η σχετική αφθονία των δύο ισοτόπων του ρουβιδίου με Ar 85 και 87 αντίστοι -χα είναι 75% και 25 % . Άρα η σχετική ατομική μάζα του ρουβιδίου θα είναι : α. 75,5 β. 85,5 γ. 87,5 δ. 86,5 ε. 86
- 29. Στοιχειώδες σωματίδιο είναι:
- α. ένα σωματίδιο του οποίου δε γνωρίζουμε τη σύσταση
- β. ένα σωματίδιο το οποίο αποτελεί συστατικό ενός πολυπλοκότερου συστή -ματος.
- γ. ένα σωματίδιο το οποίο μέχρι σήμερα δεν έχει διασπαστεί.
- 30. Ο συμβολισμός 19 40 Κ παριστά:
- α. ένα νουκλεόνιο β. ένα νουκλίδιο γ. ένα ισότοπο
- δ. το στοιχείο κάλιο
- 31. Σε ποιο από τα παρακάτω άτομα περιέχεται ο μικρότερος αριθμός νετρονίων :
- α. 92 235 U β. 92 238 U γ. 93 239 Np δ. 94 239 Pu ε. 93 240 Np
- 32. Το άτομο ενός στοιχείου έχει το σύμβολο 67 139 Χ. Αυτό σημαίνει ότι αυτό έχει:
- α. 206 πρωτόνια στον πυρήνα του β. 139 ηλεκτρόνια γ.139 πρωτόνια δ. ατομική μάζα 67 ε. 72 νετρόνια στον πυρήνα του.
- 33. Το ζεύγος $\_{17}$ $^{35}$Cl και 17 37 Cl παριστά : α. ισομερή β. ισότοπα γ. ισότονα δ. αλλότροπα ε. ισοβαρή
- 34. Ο ατομικός αριθμός ενός στοιχείου είναι 83. Αυτό σημαίνει ότι ένα άτομο του στοιχείου αυτού έχει :
- α. 42 πρωτόνια και 41 νετρόνια
β. 83 νετρόνια
- γ. 41 πρωτόνια, 41 ηλεκτρόνια και 1 νετρόνιο
- δ. 42 νετρόνια και 41 πρωτόνια ε. 83 ηλεκτρόνια
127, 74, 53, 53
96320 C
- 35. Ένα άτομο χλωρίου με ατομικό αριθμό 17 και σχετική ατομική μάζα 35 έχει στον πυρήνα του:
- ε. 18 πρωτόνια
- α. 35 πρωτόνια β. 17 νετρόνια γ. 35 νετρόνια δ. 17 πρωτόνια

Πυρηνικές αντιδράσεις
- 36. Τα σωματίδια τα οποία κατά κύριο λόγο χρησιμοποιούνται για το βομβαρδι -σμό και τη μεταστοιχείωση είναι τα νετρόνια. Αυτό διότι :
- α. μπορούν εύκολα να επιταχύνονται
- β. είναι ουδέτερα και δεν απωθούνται από τους πυρήνες
- γ. είναι αβλαβή για τον άνθρωπο
- δ. παράγονται άφθονα στις πυρηνικές αντιδράσεις
- 37. Να συμπληρώσετε την παρακάτω πυρηνική αντίδραση
3 8 Li → ; + 2 4 He
- 38. Το 1934 το ζεύγος Joliot - Curie πραγματοποίησε μία τεχνητή μεταστοιχείω -ση σύμφωνα με την πυρηνική αντίδραση
13 27 Al + 2 4 He → ; + 0 $^{1}$n
- Το ραδιενεργό ισότοπο που παρασκευάστηκε είναι :
α. 15 30 P β 14 30 Si γ. $\_{15}$ $^{31}$P
- 39. Δίνονται οι αντιδράσεις:

$^{226}$Ra → $^{ 222}$Rn + 2 4 He + 6MeV και Η$\_{2}$ + 1/2Ο$\_{2}$ → Η$\_{2}$Ο + 68 Kcal Πόσα Kg Η$\_{2}$ πρέπει να καούν, ώστε να παραχθεί ενέργεια ίση με εκείνη η οποία παράγεται από τη διάσπαση 1 mol ραδίου: Δίνονται 1 Kcal = 4,184 . 10$^{3}$J και 1J = 6,24 . 10$^{18}$ eV
- 40. Στην αντίδραση της φωτοσύνθεσης με χρήση ραδιενεργού ισοτόπου του Οξυ -γόνου, 8 $^{18}$O :
6 CO$\_{2}$ + 12 H$\_{2}$ $^{18}$O → C$\_{6}$H$\_{12}$O$\_{6}$ + 6 $^{18}$O$\_{2}$ + 6 H$\_{2}$O, παρουσία φωτός και χλωροφύλλης , το ισότοπο αυτό παίζει ρόλο: α. καταλύτη β. παρεμποδιστή γ. ιχνηθέτη δ. οξειδωτικού
- 41 . Στην παρακάτω πυρηνική αντίδραση: →
29 64 Cu

; + 28 63 Ni , το σωματίδιο που λείπει είναι:
- α. ένα ηλεκτρόνιο β. ένα πρωτόνιο γ. ένα νετρόνιο
- δ. ένα σωματίδιο άλφα ε. ένα φωτόνιο

Χρόνος υποδιπλασιασμού - Χρονολογήσεις
- 42. Να δώσετε μία ερμηνεία στο γεγονός ότι το CO$\_{2}$ που προέρχεται από την καύση πετρελαίου και παραγώγων του δεν περιέχει το ραδιενεργό ισότοπο 6 $^{14}$C και είναι μόνο $^{12}$CO$\_{2}$.
- 43. Το % ποσοστό των ατόμων  $^{128}$Ι το οποίο παραμένει αδιάσπαστο μετά την πάροδο 2,5 h (χρόνος υποδιπλασιασμού = 25 min) είναι:
- α. 15,6% β. 1,56% γ. 3,13% δ. 6,26%
(; = $\_{1}$ $^{3}$H )
4080 kg
- 44. Το ραδιενεργό ισότοπο του μολύβδου $^{201}$Pb έχει χρόνο υποδιπλασιασμού 8 h. Αν ξεκινήσει κανείς με 1 g αυτού, η ποσότητα που θα παραμείνει αδιάσπαστη στο τέλος 24 h είναι:
- α. 0,5 g β. 0,33g γ. 0,25g δ. τίποτα ε. 0,125g
- 45. Η συγκέντρωση του  $^{85}$Kr (Τ$\_{½}$ = 10,73 χρόνια) σε ύψος 15 Κm είναι 10,0 picocuries ανά m$^{3}$. Πόσα χρόνια πρέπει να περάσουν, ώστε η συγκέντρωσή του να πέσει στα 0,625 picocuries /m$^{3}$;
- 46. Ένας αιγυπτιακός πάπυρος εξετάζεται για ραδιοχρονολόγηση με $^{14}$C. Έτσι, ένα δείγμα από αυτόν καίγεται και το παραγόμενο CO$\_{2}$ συλλέγεται. Ο με -τρητής Geiger δίνει γι' αυτό 11,7 κτύπους ανά λεπτό για κάθε g της ένωσης. Ζωντανό υλικό από το οποίο φτιάχτηκε ο πάπυρος δίνει αντίστοιχα 15,3 κτύ -πους. Αν ο χρόνος υποδιπλασιασμού για τον $^{14}$C είναι 5760 χρόνια να εκτιμή σετε την ηλικία του παπύρου.
- 47. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις που αφορούν τη ραδιοχρονολόγηση με άνθρακα δεν είναι ορθή :
- α. $^{14}$C παράγεται από την επίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας στο Ν$\_{2}$ της ατμόσφαιρας
- β. το $^{14}$C οξειδώνεται προς $^{14}$CO$\_{2}$ το οποίο αναμειγνύεται με το μη ραδιενεργό CO$\_{2}$ της ατμόσφαιρας.
- γ. όταν ο οργανισμός πεθάνει ο $^{14}$C αποσυντίθεται προς $^{14}$Ν
- δ. η μέθοδος μπορεί να προσδιορίζει ηλικίες μεγαλύτερες από το χρόνο υπο -διπλασιασμού του $^{14}$C.
- 48. Ένα ραδιοϊσότοπο έχει χρόνο υποδιπλασιασμού 10 ημέρες. Το ποσό που θα παραμείνει από 8 g αυτού μετά από 40 ημέρες είναι:
- α 0,5g β. 4,0g γ. 2,0 g δ. 6,0 g ε. 1,0g
- 49. Αν υπάρχει ίσος αριθμός mol από δύο ραδιενεργά ισότοπα, εκείνο το οποίο είναι το πλέον επικίνδυνο σε άμεση προσέγγιση είναι εκείνο το οποίο έχει χρόνο υποδιπλασιασμού:
- α. 4,5 . 10$^{6}$ χρόνια β. 65 χρόνια γ. 12 ημέρες δ. 10$^{-4}$ min ε.1 min
- 50. Ένα δείγμα ξύλου από αιγυπτιακό πάπυρο δίνει 9,4 κτύπους ανά min και ανά g από τη διάσπαση του $^{14}$C. Ποια είναι η ηλικία του παπύρου; (Δεδομένα από την άσκηση 46)
- 51. Ο χρόνος ζωής του πρωτονίου υπολογίζεται σε 10 35 s. Να τον συγκρίνετε με το χρόνο ζωής του σύμπαντος, ο οποίος εκτιμάται σε 10$^{10}$ χρόνια. Είναι μακρύτερος ή όχι και κατά πόσα χρόνια;

Γενικά Προβλήματα
- 52. Ένα ηλεκτρονιοβόλτ ( eV ) είναι η ενέργεια που αποδίδεται, όταν ένα ηλεκτρό -νιο περνά μεταξύ δύο σημείων τα οποία παρουσιάζουν διαφορά δυναμικού 1 volt. Άρα 1 eV ισοδυναμεί με :
α. 1,6 . 10$^{-16}$ J β. 4,8 . 10$^{-25}$ J γ. 1,6 . 10$^{-19}$ J δ. 4,8 . 10$^{-11}$ J ε. 6,62 . 10$^{-34}$ J
43 χρόνια
2230 ετών
4063 ετών
μακρύτερος κατά 10 27 χρό -νια
- 53. Από τα παρακάτω όργανα εκείνο το οποίο δεν μπορεί ν' ανιχνεύσει άμεσα ραδιενέργεια είναι:
- α. το σπινθηροσκόπιο
- δ. το φωτογραφικό film
β. το ηλεκτροσκόπιο ε. ο θάλαμος Wilson
- 54. Το οξικό οξύ, CH$\_{3}$COOH, αντιδρά με τη μεθανόλη, CH$\_{3}$OH, για να σχηματί -σει έναν εστέρα, CH$\_{3}$COOCH$\_{3}$ και Η$\_{2}$Ο. Πώς θα χρησιμοποιούσατε το ισότο πο $^{18Ο}$, για να αποδείξετε αν το άτομο του οξυγόνου στο νερό προέρχεται από το -ΟΗ του οξέος ή από το -ΟΗ της αλκοόλης;
- 55. Η ποσότητα των 3,7 . 10 10 ραδιενεργών διασπάσεων ανά δευτερόλεπτο είναι γνωστή σαν ένα:
- α. Debye β. Rutherford γ. Einstein δ. Fermi ε. Curie
- 56. Ένας μαγνήτης θα προκαλέσει τη μεγαλύτερη απόκλιση σε δέσμη α. ακτίνων γ β. νετρονίων γ. ηλεκτρονίων δ. σωματιδίων α ε. πρωτονίων
- 57. Δίνονται οι:$\_{82}$Pb +$\_{24}$Cr → A, $\_{98}$Cf +$\_{8}$O → A, A → a +X, X → a + Ψ, Ψ → α + Ζ.

Να υπολογίσετε τους ατομικούς αριθμούς των Α, Χ, Ψ και Ζ και από αυτό να βρείτε και ποια στοιχεία είναι.
- 58. Σε ένα από τα πειράματα του Rutherford το 1911 παράγονταν 3,410$^{10}$ σωματίδια α /s, τα οποία έδιναν τελικά 0,039 cm$^{3}$ He μετρημένα σε STP ανά έτος. Με τα δεδομένα αυτά να υπολογίσετε την τιμή του αριθμού του Αvogadro.
- 59. Στην παρακάτω πυρηνική αντίδραση: 24 64 Cu → ; + 28 64 Ni, αυτό που λείπει είναι:
- δ. ένα σωματίδιο άλφα ε. ένα φωτόνιο
- α. ένα ηλεκτρόνιο β. ένα πρωτόνιο γ. ένα νετρόνιο
- 60. Πόσα «είδη» μορίων νερού μπορούν να προκύψουν από τα:

1 Η, 1 2 Η, 1 3 Η, και 8 16 Ο, 8 17 Ο, 8 18 Ο: α.3 β.9 γ.6 δ.27 ε.18
- 61. Ισοβαρείς λέγονται δύο πυρήνες οι οποίοι έχουν τον ίδιο ……… αριθμό αλλά διάφορο ………. αριθμό
- 62. Από τις παρακάτω ακτινοβολίες εκείνη η οποία ευκολότερα σταματά στον αέρα είναι:
- α. ακτίνες άλφα β. ακτίνες βήτα γ. νετρόνια δ. ακτίνες γάμα ε. ακτίνες Χ
- 63. Σε ένα δείγμα ορυκτού του ουρανίου βρέθηκε ότι το βάρος του περιεχομένου Pb είναι το 22,8% του ουρανίου που υπάρχει σ' αυτό. Να εκτιμήσετε την ηλικία της γης από τα δεδομένα αυτά (συμπληρωματικά δεδομένα από το κείμενο).
- γ. το αμπερόμετρο
- 64. Ο αριθμός των σωματιδίων άλφα τα οποία εκλύονται ανά s από 1,0 g ραδίου είναι 3,60810$^{10}$. Να προσδιορίσετε την t$\_{½}$ του ραδίου.
- 65. Ποιο από τα παρακάτω στοιχεία παρασκευάστηκε τεχνητά από τον άνθρωπο α. ακτίνιο β. θόριο γ. ραδόνιο δ. κιούριο ε. καίσιο
- 66. Ραδιενεργό Να με Τ$\_{½}$ = 14,8 h εισάγεται με ένεση στο αίμα ενός ζώου στα πλαίσια ενός πειράματος ιχνηθέτησης. Μετά από πόσες ημέρες η ραδιενέρ -γεια θα πέσει στο 10% της αρχικής;
- 67. Η απώλεια ενός νετρονίου από τον πυρήνα του ατόμου ενός στοιχείου: α. αλλάζει τη χημική φύση του ατόμου β. προκαλεί πρόσληψη ενός πρω -τονίου γ. επιφέρει ταυτόχρονη απώλεια ενός ηλεκτρονίου δ. αλλάζει τις φυσικές ιδιότητες του ατόμου ε. μειώνει τον ατομικό αριθμό του στοιχείου
- 68. Το δευτέριο είναι :
- α. ένα ηλεκτρόνιο με θετικό φορτίο
- β. ένα νετρόνιο συν δύο πρωτόνια
- γ. ένας πυρήνας με 1 πρωτόνιο και δύο νετρόνια
- δ. ένας πυρήνας με 1 πρωτόνιο και ένα νετρόνιο
- 69. Η εκπομπή ενός σωματιδίου άλφα από τον πυρήνα του 88 $^{226}$Ca θα δημιουρ -γήσει:
α. 88 226 Ra β. 87 222 Fr γ. 87 223 Fr δ. 86 222 Rn ε. 86 223 Rn
- 70. Δείγμα 1,0 mL από ένα διάλυμα το οποίο περιέχει ραδιενεργό τρίτιο και το οποίο δίνει σε κατάλληλο μετρητή 2,0 10$^{5}$ κτύπους ανά s εισάγεται με ένεση στο σώμα ενός ζώου. Μετά από λίγο χρόνο, αφού δηλαδή κυκλοφορήσει η ένεση σε όλο το αίμα, λαμβάνεται από αυτό δείγμα 1,0 mL, το οποίο στο ίδιο όργανο δίνει 1,510$^{4}$ κτύπους ανά s. Ποιος είναι ο όγκος του αίματος του ζώου;
- 71. Ποιο από τα παρακάτω σωματίδια δεν μπορεί να επιταχυνθεί σε επιταχυντή σωματιδίων:
- α. σωματίδιο άλφα β. ηλεκτρόνιο γ. ιόν άνθρακα δ. νετρόνιο ε. πρωτόνιο
- 72. Η παρακάτω μεταβολή, 1 2 Η + 1 3 Η → 2 4 Ηe + 0 1 n, παριστάνει μία: α. σχάση β. χημική αντίδραση γ. αυτοκατάλυση δ. σύντηξη ε. εξώθερμη αντίδραση
133 mL

Δραστηριότητα

Η πυρηνική ενέργεια, μία παρεξηγημένη πηγή ηλεκτρισμού
Η χρήση της πυρηνικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος είναι αρκετά παρεξηγημένη, λόγω άγνοιας κυρίως, στη σημερινή κοινωνία. Καλό λοι -πόν είναι να γίνει μία σύγκριση με τους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, οι οποίοι καταναλώνουν απολιθωμένα καύσιμα .
Η σύγκριση να περιλάβει τα εξής θέματα :
- 1. Περιβάλλον . Όξινη βροχή, CO$\_{2}$, NO$\_{x}$, SO$\_{2}$.
- 2. Υγεία . ακτινοβολίες, πυρηνικές δοκιμές, ατομικά όπλα.
- 3. Ασφάλεια . Ατυχήματα Chernobyl, Three mile island. Συνέπειες.
- 4. Απόβλητα . Όγκος, είδη και φύλαξη αποβλήτων.
- 5. Διαρροή τεχνολογίας σε «τρομοκράτες».

6. Κόστος .
Με βιβλιογραφική έρευνα να στηρίξετε επιχειρήματα υπέρ ή κατά των πυρηνικών σταθμών.
Να συλλέξετε στοιχεία για τα πυρηνικά ατυχήματα που αναφέρονται παραπάνω.
Τι είναι η «ιπτάμενη τέφρα»;
Ποιες γειτονικές μας χώρες διαθέτουν πυρηνικούς σταθμούς;
Παίζει ρόλο η σεισμικότητα της περιοχής;
Τι ρόλο παίζει ο λιγνίτης στη χώρα μας;

Aπαντήσεις στις ασκήσεις πολλαπλής επιλογής και σωστού λάθους

$^{226}$Ra → $^{ 222}$Rn + 2 4 He + 6MeV και Η$\_{2}$ + 1/2Ο$\_{2}$ → Η$\_{2}$Ο + 68 Kcal Πόσα Kg Η$\_{2}$ πρέπει να καούν, ώστε να παραχθεί ενέργεια ίση με εκείνη η οποία παράγεται από τη διάσπαση 1 mol ραδίου: Δίνονται 1 Kcal = 4,184 . 10$^{3}$J και 1J = 6,24 . 10$^{18}$ eV
- 40. Στην αντίδραση της φωτοσύνθεσης με χρήση ραδιενεργού ισοτόπου του Οξυ -γόνου, 8 $^{18}$O :
6 CO$\_{2}$ + 12 H$\_{2}$ $^{18}$O → C$\_{6}$H$\_{12}$O$\_{6}$ + 6 $^{18}$O$\_{2}$ + 6 H$\_{2}$O, παρουσία φωτός και χλωροφύλλης , το ισότοπο αυτό παίζει ρόλο: α. καταλύτη β. παρεμποδιστή γ. ιχνηθέτη δ. οξειδωτικού
- 41 . Στην παρακάτω πυρηνική αντίδραση: →
29 64 Cu

; + 28 63 Ni , το σωματίδιο που λείπει είναι:
- α. ένα ηλεκτρόνιο β. ένα πρωτόνιο γ. ένα νετρόνιο
- δ. ένα σωματίδιο άλφα ε. ένα φωτόνιο

Χρόνος υποδιπλασιασμού - Χρονολογήσεις
- 42. Να δώσετε μία ερμηνεία στο γεγονός ότι το CO$\_{2}$ που προέρχεται από την καύση πετρελαίου και παραγώγων του δεν περιέχει το ραδιενεργό ισότοπο 6 $^{14}$C και είναι μόνο $^{12}$CO$\_{2}$.
- 43. Το % ποσοστό των ατόμων  $^{128}$Ι το οποίο παραμένει αδιάσπαστο μετά την πάροδο 2,5 h (χρόνος υποδιπλασιασμού = 25 min) είναι:
- α. 15,6% β. 1,56% γ. 3,13% δ. 6,26%
(; = $\_{1}$ $^{3}$H )
4080 kg
- 44. Το ραδιενεργό ισότοπο του μολύβδου $^{201}$Pb έχει χρόνο υποδιπλασιασμού 8 h. Αν ξεκινήσει κανείς με 1 g αυτού, η ποσότητα που θα παραμείνει αδιάσπαστη στο τέλος 24 h είναι:
- α. 0,5 g β. 0,33g γ. 0,25g δ. τίποτα ε. 0,125g
- 45. Η συγκέντρωση του  $^{85}$Kr (Τ$\_{½}$ = 10,73 χρόνια) σε ύψος 15 Κm είναι 10,0 picocuries ανά m$^{3}$. Πόσα χρόνια πρέπει να περάσουν, ώστε η συγκέντρωσή του να πέσει στα 0,625 picocuries /m$^{3}$;
- 46. Ένας αιγυπτιακός πάπυρος εξετάζεται για ραδιοχρονολόγηση με $^{14}$C. Έτσι, ένα δείγμα από αυτόν καίγεται και το παραγόμενο CO$\_{2}$ συλλέγεται. Ο με -τρητής Geiger δίνει γι' αυτό 11,7 κτύπους ανά λεπτό για κάθε g της ένωσης. Ζωντανό υλικό από το οποίο φτιάχτηκε ο πάπυρος δίνει αντίστοιχα 15,3 κτύ -πους. Αν ο χρόνος υποδιπλασιασμού για τον $^{14}$C είναι 5760 χρόνια να εκτιμή σετε την ηλικία του παπύρου.
- 47. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις που αφορούν τη ραδιοχρονολόγηση με άνθρακα δεν είναι ορθή :
- α. $^{14}$C παράγεται από την επίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας στο Ν$\_{2}$ της ατμόσφαιρας
- β. το $^{14}$C οξειδώνεται προς $^{14}$CO$\_{2}$ το οποίο αναμειγνύεται με το μη ραδιενεργό CO$\_{2}$ της ατμόσφαιρας.
- γ. όταν ο οργανισμός πεθάνει ο $^{14}$C αποσυντίθεται προς $^{14}$Ν
- δ. η μέθοδος μπορεί να προσδιορίζει ηλικίες μεγαλύτερες από το χρόνο υπο -διπλασιασμού του $^{14}$C.
- 48. Ένα ραδιοϊσότοπο έχει χρόνο υποδιπλασιασμού 10 ημέρες. Το ποσό που θα παραμείνει από 8 g αυτού μετά από 40 ημέρες είναι:
- α 0,5g β. 4,0g γ. 2,0 g δ. 6,0 g ε. 1,0g
- 49. Αν υπάρχει ίσος αριθμός mol από δύο ραδιενεργά ισότοπα, εκείνο το οποίο είναι το πλέον επικίνδυνο σε άμεση προσέγγιση είναι εκείνο το οποίο έχει χρόνο υποδιπλασιασμού:
- α. 4,5 . 10$^{6}$ χρόνια β. 65 χρόνια γ. 12 ημέρες δ. 10$^{-4}$ min ε.1 min
- 50. Ένα δείγμα ξύλου από αιγυπτιακό πάπυρο δίνει 9,4 κτύπους ανά min και ανά g από τη διάσπαση του $^{14}$C. Ποια είναι η ηλικία του παπύρου; (Δεδομένα από την άσκηση 46)
- 51. Ο χρόνος ζωής του πρωτονίου υπολογίζεται σε 10 35 s. Να τον συγκρίνετε με το χρόνο ζωής του σύμπαντος, ο οποίος εκτιμάται σε 10$^{10}$ χρόνια. Είναι μακρύτερος ή όχι και κατά πόσα χρόνια;

Γενικά Προβλήματα
- 52. Ένα ηλεκτρονιοβόλτ ( eV ) είναι η ενέργεια που αποδίδεται, όταν ένα ηλεκτρό -νιο περνά μεταξύ δύο σημείων τα οποία παρουσιάζουν διαφορά δυναμικού 1 volt. Άρα 1 eV ισοδυναμεί με :
α. 1,6 . 10$^{-16}$ J β. 4,8 . 10$^{-25}$ J γ. 1,6 . 10$^{-19}$ J δ. 4,8 . 10$^{-11}$ J ε. 6,62 . 10$^{-34}$ J
43 χρόνια
2230 ετών
4063 ετών
μακρύτερος κατά 10 27 χρό -νια
- 53. Από τα παρακάτω όργανα εκείνο το οποίο δεν μπορεί ν' ανιχνεύσει άμεσα ραδιενέργεια είναι:
- α. το σπινθηροσκόπιο
- δ. το φωτογραφικό film
β. το ηλεκτροσκόπιο ε. ο θάλαμος Wilson
- 54. Το οξικό οξύ, CH$\_{3}$COOH, αντιδρά με τη μεθανόλη, CH$\_{3}$OH, για να σχηματί -σει έναν εστέρα, CH$\_{3}$COOCH$\_{3}$ και Η$\_{2}$Ο. Πώς θα χρησιμοποιούσατε το ισότο πο $^{18Ο}$, για να αποδείξετε αν το άτομο του οξυγόνου στο νερό προέρχεται από το -ΟΗ του οξέος ή από το -ΟΗ της αλκοόλης;
- 55. Η ποσότητα των 3,7 . 10 10 ραδιενεργών διασπάσεων ανά δευτερόλεπτο είναι γνωστή σαν ένα:
- α. Debye β. Rutherford γ. Einstein δ. Fermi ε. Curie
- 56. Ένας μαγνήτης θα προκαλέσει τη μεγαλύτερη απόκλιση σε δέσμη α. ακτίνων γ β. νετρονίων γ. ηλεκτρονίων δ. σωματιδίων α ε. πρωτονίων
- 57. Δίνονται οι:$\_{82}$Pb +$\_{24}$Cr → A, $\_{98}$Cf +$\_{8}$O → A, A → a +X, X → a + Ψ, Ψ → α + Ζ.

Να υπολογίσετε τους ατομικούς αριθμούς των Α, Χ, Ψ και Ζ και από αυτό να βρείτε και ποια στοιχεία είναι.
- 58. Σε ένα από τα πειράματα του Rutherford το 1911 παράγονταν 3,410$^{10}$ σωματίδια α /s, τα οποία έδιναν τελικά 0,039 cm$^{3}$ He μετρημένα σε STP ανά έτος. Με τα δεδομένα αυτά να υπολογίσετε την τιμή του αριθμού του Αvogadro.
- 59. Στην παρακάτω πυρηνική αντίδραση: 24 64 Cu → ; + 28 64 Ni, αυτό που λείπει είναι:
- δ. ένα σωματίδιο άλφα ε. ένα φωτόνιο
- α. ένα ηλεκτρόνιο β. ένα πρωτόνιο γ. ένα νετρόνιο
- 60. Πόσα «είδη» μορίων νερού μπορούν να προκύψουν από τα:

1 Η, 1 2 Η, 1 3 Η, και 8 16 Ο, 8 17 Ο, 8 18 Ο: α.3 β.9 γ.6 δ.27 ε.18
- 61. Ισοβαρείς λέγονται δύο πυρήνες οι οποίοι έχουν τον ίδιο ……… αριθμό αλλά διάφορο ………. αριθμό
- 62. Από τις παρακάτω ακτινοβολίες εκείνη η οποία ευκολότερα σταματά στον αέρα είναι:
- α. ακτίνες άλφα β. ακτίνες βήτα γ. νετρόνια δ. ακτίνες γάμα ε. ακτίνες Χ
- 63. Σε ένα δείγμα ορυκτού του ουρανίου βρέθηκε ότι το βάρος του περιεχομένου Pb είναι το 22,8% του ουρανίου που υπάρχει σ' αυτό. Να εκτιμήσετε την ηλικία της γης από τα δεδομένα αυτά (συμπληρωματικά δεδομένα από το κείμενο).
- γ. το αμπερόμετρο
- 64. Ο αριθμός των σωματιδίων άλφα τα οποία εκλύονται ανά s από 1,0 g ραδίου είναι 3,60810$^{10}$. Να προσδιορίσετε την t$\_{½}$ του ραδίου.
- 65. Ποιο από τα παρακάτω στοιχεία παρασκευάστηκε τεχνητά από τον άνθρωπο α. ακτίνιο β. θόριο γ. ραδόνιο δ. κιούριο ε. καίσιο
- 66. Ραδιενεργό Να με Τ$\_{½}$ = 14,8 h εισάγεται με ένεση στο αίμα ενός ζώου στα πλαίσια ενός πειράματος ιχνηθέτησης. Μετά από πόσες ημέρες η ραδιενέρ -γεια θα πέσει στο 10% της αρχικής;
- 67. Η απώλεια ενός νετρονίου από τον πυρήνα του ατόμου ενός στοιχείου: α. αλλάζει τη χημική φύση του ατόμου β. προκαλεί πρόσληψη ενός πρω -τονίου γ. επιφέρει ταυτόχρονη απώλεια ενός ηλεκτρονίου δ. αλλάζει τις φυσικές ιδιότητες του ατόμου ε. μειώνει τον ατομικό αριθμό του στοιχείου
- 68. Το δευτέριο είναι :
- α. ένα ηλεκτρόνιο με θετικό φορτίο
- β. ένα νετρόνιο συν δύο πρωτόνια
- γ. ένας πυρήνας με 1 πρωτόνιο και δύο νετρόνια
- δ. ένας πυρήνας με 1 πρωτόνιο και ένα νετρόνιο
- 69. Η εκπομπή ενός σωματιδίου άλφα από τον πυρήνα του 88 $^{226}$Ca θα δημιουρ -γήσει:
α. 88 226 Ra β. 87 222 Fr γ. 87 223 Fr δ. 86 222 Rn ε. 86 223 Rn
- 70. Δείγμα 1,0 mL από ένα διάλυμα το οποίο περιέχει ραδιενεργό τρίτιο και το οποίο δίνει σε κατάλληλο μετρητή 2,0 10$^{5}$ κτύπους ανά s εισάγεται με ένεση στο σώμα ενός ζώου. Μετά από λίγο χρόνο, αφού δηλαδή κυκλοφορήσει η ένεση σε όλο το αίμα, λαμβάνεται από αυτό δείγμα 1,0 mL, το οποίο στο ίδιο όργανο δίνει 1,510$^{4}$ κτύπους ανά s. Ποιος είναι ο όγκος του αίματος του ζώου;
- 71. Ποιο από τα παρακάτω σωματίδια δεν μπορεί να επιταχυνθεί σε επιταχυντή σωματιδίων:
- α. σωματίδιο άλφα β. ηλεκτρόνιο γ. ιόν άνθρακα δ. νετρόνιο ε. πρωτόνιο
- 72. Η παρακάτω μεταβολή, 1 2 Η + 1 3 Η → 2 4 Ηe + 0 1 n, παριστάνει μία: α. σχάση β. χημική αντίδραση γ. αυτοκατάλυση δ. σύντηξη ε. εξώθερμη αντίδραση
133 mL

Δραστηριότητα

Η πυρηνική ενέργεια, μία παρεξηγημένη πηγή ηλεκτρισμού
Η χρήση της πυρηνικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος είναι αρκετά παρεξηγημένη, λόγω άγνοιας κυρίως, στη σημερινή κοινωνία. Καλό λοι -πόν είναι να γίνει μία σύγκριση με τους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, οι οποίοι καταναλώνουν απολιθωμένα καύσιμα .
Η σύγκριση να περιλάβει τα εξής θέματα :
- 1. Περιβάλλον . Όξινη βροχή, CO$\_{2}$, NO$\_{x}$, SO$\_{2}$.
- 2. Υγεία . ακτινοβολίες, πυρηνικές δοκιμές, ατομικά όπλα.
- 3. Ασφάλεια . Ατυχήματα Chernobyl, Three mile island. Συνέπειες.
- 4. Απόβλητα . Όγκος, είδη και φύλαξη αποβλήτων.
- 5. Διαρροή τεχνολογίας σε «τρομοκράτες».

6. Κόστος .
Με βιβλιογραφική έρευνα να στηρίξετε επιχειρήματα υπέρ ή κατά των πυρηνικών σταθμών.
Να συλλέξετε στοιχεία για τα πυρηνικά ατυχήματα που αναφέρονται παραπάνω.
Τι είναι η «ιπτάμενη τέφρα»;
Ποιες γειτονικές μας χώρες διαθέτουν πυρηνικούς σταθμούς;
Παίζει ρόλο η σεισμικότητα της περιοχής;
Τι ρόλο παίζει ο λιγνίτης στη χώρα μας;

Aπαντήσεις στις ασκήσεις πολλαπλής επιλογής και σωστού λάθους

-ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΑΤΟΜΙΚΕΣ ΜΑΖΕΣ Ο ΡΙΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥΣ
-ΠΙΝΑΚΕΣ ΣΧΕΤΙΚΩΝ ΑΤΟΜΙΚΩΝ Μ ΑΖΩΝ ΜΕ ΤΕΣΣΕΡΑ ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΨΗΦΙΑ

Σχετικές Ατομικές Μάζες ορισμένων στοιχείων (για υπολογισμούς)

ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΑΤΟΜΙΚΕΣ ΜΑΖΕΣ ( A$\_{r}$ ) ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΕ ΤΕΣΣΕΡΑ ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΨΗΦΙΑ
Η σύγκριση έγινε με βάση το ισότοπο 12 C που έχει Α$\_{r}$ =12 ακριβώς

-ΘΕΜΕΛΙΩΔΗ Μ ΕΓΕΘΗ ΚΑΙ ΜΟΝΑΔΕΣ -ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑ ΚΑΙ ΥΠΟΠΟ ΛΛΑΠΛΑΣΙΑ ΜΟΝΑΔΩΝ


ΧΗΜΕΙΑ
ΧΗΜΕΙΑ