1 o Μάθημα. Μαθήματα Ακαδημαϊκού Έτους Γαλάνη Απ. Αγγελική, Χημικός PhD Εργαστηριακό Διδακτικό Προσωπικό, (Ε.ΔΙ.Π.

Transcript

1 Τμήμα Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων, Πολυτεχνική Σχολή Μαθήματα Ακαδημαϊκού Έτους o Μάθημα Γαλάνη Απ. Αγγελική, Χημικός PhD Εργαστηριακό Διδακτικό Προσωπικό, (Ε.ΔΙ.Π.) Χημείας

2 Αντικείμενο Μελέτης Περιβαλλοντικής Χημείας Γεωχημείας Φυσικό Περιβάλλον Άτομα Ανιόντα Κατιόντα Ιονισμός και Ενέργεια Ιονισμού Ηλεκτρονική Συγγένεια Ηλεκτραρνητικότητα Ατομικά Σύμβολα Ατομικός Αριθμός Μαζικός Αριθμός Ισότοπα Στοιχεία Ισοβαρή Στοιχεία Ατομικό Βάρος Στοιχείου Μοριακό Βάρος Ερωτήσεις - Ασκήσεις

3 Τις φυσικές διεργασίες, (χημικές, βιολογικές, γεωλογικές), στο φυσικό περιβάλλον και την επίδραση των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων σε αυτό. Ως ρύπανση ορίζεται η εκούσια ή ακούσια προσθήκη ουσιών στο φυσικό περιβάλλον, οι οποίες είναι δυνατόν να προκαλέσουν βλάβες τόσο στο οικοσύστημα, όσο και στην ανθρώπινη υγεία.

4 Μεγαλύτερη έμφαση στο μάθημα της Περιβαλλοντικής Χημείας Γεωχημείας, δίνεται στις χημικές διεργασίες καθώς και σε εισαγωγικές έννοιες χημείας, εφόσον αφενός το μάθημα απευθύνεται σε φοιτητές πρώτου εξαμήνου σπουδών, αφετέρου βασικές έννοιες βιολογίας και γεωλογίας αποτελούν αντικείμενο μελέτης άλλων μαθημάτων.

5 Οτιδήποτε βρίσκεται στη φύση, χαρακτηρίζεται ως φυσικό περιβάλλον, (άψυχα υλικά, ή έμψυχα). Ατμόσφαιρα Φυσικό περιβάλλον Υδρόσφαιρα Λιθόσφαιρα Βιόσφαιρα

6 Έτσι χαρακτηρίζεται ο φλοιός και μέρος του στερεού ανώτερου μανδύα. Χαρακτηριστικό της λιθόσφαιρας, είναι η υποδιαίρεσή της με βάση τη μορφολογία της σε διάφορους τύπους όπως, ψηλά βουνά, λόφους, πεδιάδες, νησιά, κλπ., τα οποία προσφέρουν διαφορετικά φυσικά περιβάλλοντα για την διαβίωση του ανθρώπου.

7 Ονομάζεται έτσι το στρώμα των αερίων που περιβάλλει τη γη. Η ατμόσφαιρα ανταλλάσσει ποσότητες θερμότητας και υγρασίας με τη γήινη επιφάνεια και η ανταλλαγή αυτή είναι αμφίδρομη.

8 Στην υδρόσφαιρα συναντάται το νερό σε όλες του τις μορφές. Η μεγαλύτερη ποσότητα του νερού βρίσκεται στους ωκεανούς, όμως αυτό υπάρχει και στην ατμόσφαιρα, (υδρατμοί), στην επιφάνεια της λιθόσφαιρας, (τρεχούμενο νερό), στα ποτάμια και στις λίμνες. Τέλος υπάρχει και στα ανώτερα στρώματα της λιθόσφαιρας με την μορφή υπόγειου νερού. y/img0101.html

9 Ως βιόσφαιρα, ορίζεται ο χώρος που ζουν αναπτύσσονται και αναπαράγονται όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί του πλανήτη. Η ανάπτυξη των ζωντανών οργανισμών της γης εξαρτάται από τα αέρια της ατμόσφαιρας, (κυρίως οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα), το νερό της υδρόσφαιρας και τα θρεπτικά συστατικά της λιθόσφαιρας. Άρα εξαρτάται σε πολύ μεγάλο βαθμό από τις τρεις αβιοτικές σφαίρες. mg0101.html

10

11 Φλοιός(crust) Πυρήνας(core) Εδώ οι βιολογικοί 32,4% μάζας γης Οργανισμοί κράματαfe/ni 0,5% συνολικής μάζας Μέση d =11,0 g/cm3 της γης Μέση d =2,8 g/cm 3 Μανδύας(mantle) 67,1% συνολικής μάζας της γης Μέση d =4,5 g/cm 3

12 ΜΟΡΦΕΣ ΥΛΗΣ

13 Στοιχείο: Μια μορφή της ύλης που αποτελείται από ένα μόνο είδος ατόμων. Μορφές ύλης Απλά Σώματα Σύνθετα Σώματα Μέταλλα Αμέταλλα Μεταλλοειδή Χημικές Ενώσεις Μείγματα Ένωση: Μορφή ύλης που αποτελείται από άτομα δύο ή περισσοτέρων στοιχείων, ενωμένων με χημικό τρόπο, σε απλή και σταθερή αριθμητική αναλογία.

14 Σύμφωνα με το πρώτο, η ύλη είναι συνεχώς διαιρούμενη σε μικρότερες μονάδες, (συνεχής θεώρηση της ύλης). Σύμφωνα με το δεύτερο, υπάρχει όριο μονάδων, (ασυνεχής θεώρηση της ύλης). Σήμερα γνωρίζουμε πως όντως η δομή της ύλης είναι ασυνεχής, (πρώτος ο Δημόκριτος το είχε υποστηρίξει), μόνο που είναι αρκετά πιο περίπλοκη από ότι μπορούσαμε μέχρι πρόσφατα να φανταστούμε. Δεκαετία 60: Ανακάλυψη των «κουάρκς», μικρών σωματιδίων που απαρτίζουν τα νετρόνια και πρωτόνια. 1974: Ανακάλυψη πληθώρας νέων σωματιδίων.

15

16 Σε g Σε μονάδες Ατ. βαρών Σε Coulomb e -1 0 e 9, , , p +1 1 H 1, , , n 0 1 n 1, ,

17

18 2

19

20

21 Ιονισμός ονομάζεται η απόσπαση ηλεκτρονίων από ένα άτομο. Μ 0 + (ενέργεια ιονισμού) Μ + + e - Ισχύει πάντα ΕΙ 1 < ΕΙ 2 < ΕΙ 3.

22 Ηλεκτρονική συγγένεια Ως ηλεκτρονική συγγένεια, ορίζεται το ποσό της ενέργειας που εκλύεται κατά την πρόσληψη ηλεκτρονίου από ένα ουδέτερο άτομο, για το σχηματισμό αρνητικού ιόντος. Ηλεκτραρνητικότητα Η ηλεκτραρνητικότητα ενός στοιχείου, μπορεί να οριστεί ως η δύναμη με την οποία το άτομο του στοιχείου έλκει ηλεκτρόνια σε ένα μόριο.

23 Ατομικά σύμβολα Όνομα στοιχείου Ατομικό Σύμβολο Φυσική κατάσταση Άζωτο Ν Άχρωμο αέριο Άνθρακας, Γραφίτης Διαμάντι C Μαύρο μαλακό στερεό Σκληρός άχρωμος κρύσταλλος Αργίλιο Al Αργυρόλευκο μέταλλο Άργυρος Ag Αργυρόλευκο μέταλλο Ασβέστιο Ca Αργυρόλευκο μέταλλο Βάριο Ba Αργυρόλευκο μέταλλο Βρώμιο Br Καστανέρυθρο υγρό Ήλιο He Άχρωμο αέριο Θείο S Κίτρινο στερεό Ιώδιο I Κυανόμαυρο στερεό Κάλιο K Μαλακό αργυρόλευκο μέταλλο Κασσίτερος Sn Αργυρόλευκο μέταλλο Κοβάλτιο Co Αργυρόλευκο μέταλλο Μαγγάνιο Mn Γκριζόλευκο μέταλλο

24 Μαγνήσιο Mg Αργυρόλευκο μέταλλο Μόλυβδος Pb Κυανωπό- λευκό μέταλλο Νάτριο Na Μαλακό αργυρόλευκο μέταλλο Νέο Ne Άχρωμο αέριο Νικέλιο Ni Αργυρόλευκο μέταλλο Οξυγόνο O Άχρωμο αέριο Πυρίτιο Si Γκρίζο στιλπνό στερεό Σίδηρος Fe Αργυρόλευκο μέταλλο Υδράργυρος Hg Αργυρόλευκο λευκό μέταλλο Φθόριο F Άχρωμο αέριο Φώσφορος P Ωχροκίτρινο αέριο Χαλκός Cu Κιτρινωπό λευκό κηρώδες στερεό Χλώριο Cl Κιτρινοπράσινο αέριο Χρυσός Au Μαλακό κίτρινο μέταλλο Χρώμιο Cr Αργυρόλευκο μέταλλο Ψευδάργυρος Zn Κυανωπό λευκό μέταλλο

25 Νουκλίδιο, ονομάζεται κάθε ατομικό είδος, που χαρακτηρίζεται από δύο αριθμούς, τον ατομικό Ζ και τον μαζικό Α. Α Ζ Χ Ατομικός αριθμός Ζ είναι ο αριθμός των πρωτονίων του πυρήνα. Αφού σε ένα ουδέτερο άτομο ο αριθμός των πρωτονίων του πυρήνα ισούται με τον αριθμό των ηλεκτρονίων ο ατομικός αριθμός δίνει και τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Μαζικός αριθμός Α είναι ο συνολικός αριθμός πρωτονίων και νετρονίων, (νουκλεονίων) του πυρήνα. Αν Ν ο αριθμός των νετρονίων του πυρήνα, τότε ισχύει: Ν = Α-Ζ

26 Νουκλίδια με τον ίδιο ατομικό αριθμό Ζ και διαφορετικό μαζικό Α, ονομάζονται ισότοπα. Π.χ Cl : 17p 18N 17e Cl : 17p 20N 17e Τα ισότοπα διαφέρουν στον αριθμό νετρονίων του πυρήνα και άρα στην ατομική μάζα. Έχουν ίδιες χημικές ιδιότητες αφού έχουν ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων.

27 Είναι άτομα διαφορετικών στοιχείων με ίδιο μαζικό αριθμό αλλά διαφορετικό ατομικό αριθμό. Διαφέρουν τόσο στις φυσικές όσο και στις χημικές ιδιότητες.

28 Ατομικό βάρος στοιχείου Η κλίμακα ατομικής μάζας, βασίζεται στον 12C. Δίνεται στο σύστημα αυτό στον 12C, η μάζα 12 μονάδων ατομικής μάζας, (atomic mass units, amu ή u). Σε μονάδες SI 1 amu = 1,66054 x Kg Όλα τα ισότοπα δίνονται σε σχέση με τον 12C με τη χρήση φασματοφωτομετρίας μάζας. Π.χ. Μάζα 13C = Μάζα 12C x 1, = 12 amu x 1, = 13, amu

29 Ως ατομικό βάρος ενός στοιχείου, ορίζεται το άθροισμα των μαζών των ξεχωριστών ισοτόπων του, ισοσταθμισμένα σύμφωνα με την αφθονία του καθενός.

30 Ερωτήσεις - Ασκήσεις Αρχές Περιβαλλοντικής Γεωχημείας G. NELSON EBY Μετάφραση Νίκος Λυδάκης Σημαντήρης, Δέσποινα Πεντάρη

31 1. Να διακρίνετε τη διαφορά μεταξύ συνεχούς και μη συνεχούς θεώρησης της ύλης 2. Να διακρίνετε τη διαφορά μεταξύ ανιόντων και κατιόντων 3. Nα ορίσετε τα ισότοπα 4. Πόσα πρωτόνια και πόσα νετρόνια περιέχει 57 ο 26 Fe; 5. Πόσα πρωτόνια και πόσα νετρόνια περιέχει 121 το Sb; 51 Αγγελική Απ. Γαλάνη 2/10/17

32 6. Υπάρχουν τρία σταθερά ισότοπα νέον. Χρησιμοποιώντας τα πιο κάτω δεδομένα να υπολογίσετε το ατομικό βάρος του νέον Ισότοπο % Αφθονία Μάζα (amu) 20 Ne 90,48 19, Ne 0,27 20, Ne 9,25 21, Ο λόγος 51 V/ 12 C = 4,2453. Να υπολογίσετε τη μάζα σε amu του 51 V. Αγγελική Απ. Γαλάνη 2/10/17

33 8. Να υπολογίσετε το μοριακό βάρος του καολινίτη [Al 2 Si 2 O 5 (OH) 2 ]. Δίνονται Α.Β. :Al= 26,982 Si=28,086, O = 15,999, H = 1, Υπάρχουν 5 σταθερά ισότοπα Ti Χρησιμοποιώντας τα πιο κάτω δεδομένα να βρείτε το Α.Β. του Τi Ισότοπο % Αφθονία Μάζα (amu) 46 Ti 8,0 45, Ti 7,28 46, Ti 73,8 47, Ti 5,5 48, Ti 5,4 49,94479

34 Αρχές Περιβαλλοντικής Γεωχημείας G. NELSON EBΥ, Μετάφραση Νίκος Λυδάκης Σημαντήρης, Δέσποινα Πεντάρη, 2011, Εκδόσεις Κωσταράκη «Γεωχημεία», Στέργιος Θεοδωρίκας, 2014, Γραφικές Τέχνες «Μέλισσα» ΑΕ 1.html