Τα υλικά και η δόμησή τους Διαστάσεις. Εισαγωγική Χημεία

Transcript

1 Τα υλικά και η δόμησή τους Διαστάσεις Εισαγωγική Χημεία

2 Σύσταση Δεσμοί Ιδιότητες Διαχωρισμός Παραδείγματα Τα μίγματα σε σύγκριση με τις χημικές ενώσεις Μίγματα Μεταβλητή σύσταση-η ποσότητα συστατικού στο μίγμα μπορεί να μεταβληθεί Δεν υφίστανται μεταξύ των συστατικών των μιγμάτων Κάθε ουσία στο μίγμα διατηρεί τις ιδιότητές της Τα συστατικά μίγματος διαχωρίζονται σχετικά εύκολα Αέρας, νερό θάλασσας, η πλειονότητα των βράχων Ενώσεις Ορισμένη σύσταση. Δεν είναι δυνατή η μεταβολή της ποσότητας στοιχείο σε μια ένωση Τα διάφορα στοιχεία συνδέονται με χημικούς δεσμούς Η ένωση έχει διαφορετικές ιδιότητες από τα στοιχεία τα οποία την αποτελούν Διαχωρισμός στα στοιχεία μόνο μέσω χημικών αντιδράσεων Νερό, διοξείδιο άνθρακα, οξείδιο μαγνησίου, χλωριούχο νάτριο

3

4 Εισαγωγική Χημεία

5 Κατανομή στοιχείων στον φλοιό της γης (περιλαμβανομένων των φυσικών υδάτων) Εισαγωγική Χημεία

6 Κατανομή στοιχείων στο ανθρώπινο σώμα Εισαγωγική Χημεία

7 Το πλάσμα είναι μια ασυνήθιστη κατάσταση της ύλης. Το πλάσμα στους αστέρες και στο αραιό διάστημα μεταξύ των αστέρων αποτελεί πάνω από το 99% του ορατού σύμπαντος και πιθανώς το μεγαλύτερο μέρος από το μη ορατό.

8 Στη γη ζούμε σε μια νησίδα «κανονικής" ύλης. Οι συνηθέστερες μορφές της ύλης στη γη είναι στερεά, υγρά και αέρια. Έχουμε μάθει να εργαζόμαστε, να παίζουμε και να αναπαυόμαστε χρησιμοποιώντας αυτές τις καταστάσεις της ύλης. Ο Sir William Crookes, Άγγλος Φυσικός, όρισε μια τέταρτη κατάσταση της ύλης, γνωστής ως πλάσμα, το 1879.

9 Οι θερμοκρασίες και οι πυκνότητες του πλάσματος κυμαίνονται από σχετικά ψυχρές και αραιές (όπως η κατάσταση του σέλαος) μέχρι πολύ θερμές και πυκνές (όπως ο κεντρικός πυρήνας των αστέρων). Τα συνήθη στερεά, υγρά και αέρια είναι και ηλεκτρικά ουδέτερα και αρκετά ψυχρά ή μικρής σχετικά πυκνότητας ώστε να βρίσκονται σε κατάσταση πλάσματος. Ο όρος«πλασμα" χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Dr. Irving Langmuir, Αμερικανό φυσικοχημικό το 1929 για να περιγράψει ιονισμένο αέριο.

10 Το πλάσμα συνίσταται σε σύνολο ελεύθερων ηλεκτρονίων και ιόντων (άτομα που έχουν χάσει ηλεκτρόνια). Απαιτείται ενέργεια για την απομάκρυνση ηλεκτρονίων από τα μόρια προκειμένου να δημιουργηθεί το πλάσμα. Η ενέργεια αυτή μπορεί να είναι: θερμική, ηλεκτρική ή ενέργεια φωτός (υπεριώδες φως ή έντονο ορατό φως από a laser). Χωρίς την απαιτούμενη υψηλή ενέργεια το πλάσμα ξαναγίνεται αδρανές αέριο.

11 Σχηματισμός αστέρα στο νεφέλωμα του Αετού Space Telescope Science Institute, NASA X-ray view of Sun from Yohkoh, ISAS and NASA

12 Plasma radiation within the Princeton Tokamak during operation.

13 Laser plasma interaction during inertial confinement fusion test at the University of Rochester.

14 Το πλάσμα μπορεί να επιταχυνθεί και να οδηγηθεί με την βοήθεια ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων το οποίο δίνει την δυνατότητα ελέγχου και εφαρμογής του. Η έρευνα του πλάσματος είναι δυνατόν να δώσει κατανόηση του σύμπαντος ενώ δίνει την δυνατότητα πρακτικών εφαρμογών: Νέες διεργασίες βιομηχανικής παραγωγής, καταναλωτικών προϊόντων και παραγωγής ενέργειας.

15 Προϊόντα που παράγονται με τεχνικές πλάσματος:

16 Παραδείγματα: Chips υπολογιστών και ολοκληρωμένα κυκλώματα Σκληροί δίσκοι ηλεκτρονικά Εργαλειομηχανές Ιατρικά εμφυτεύματα και προσθετικές συσκευές Οπτικοακουστικά μέσα αποθήκευσης Εξαρτήματα μηχανών αυτοκινήτων και αεροσκαφών Εκτύπωση σε πλαστικές σακούλες τροφίμων Επικαλύψεις παραθύρων για εξοικονόμηση ενέργειας Υψηλής απόδοσης επικαλύψεις παραθύρων Ασφάλεια πόσιμου νερού και λοιπές περιβαλλοντικές εφαρμογές Μέρη επικοινωνίας με οπτικά και ακουστικά μέσα Επικαλύψεις αντιγρατσουνιστικές και αντιανακλαστικές σε γυαλιά όρασης και οπτικά

17 Ιδιότητες Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα εκείνα τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να περιγράψουν και να ταυτοποιήσουν τις διάφορες ουσίες ονομάζονται ιδιότητες Εντατικές (οι τιμές τους δεν εξαρτώνται από την ποσότητά τους, π.χ. Θερμοκρασία, πίεση, σημείο τήξεως κ.λ.π) Εκτατικές (οι τιμές τους εξαρτώνται από την ποσότητά τους-μήκος, όγκος-παγάκιπαγόβουνο..) Εισαγωγική Χημεία

18 Ιδιότητες Φυσικές (χαρακτηριστικά τα οποία δεν περιλαμβάνουν μεταβολές της χημικής σύστασης των ουσιών) Χημικές (χαρακτηριστικά τα οποία περιλαμβάνουν μεταβολές στη χημική σύσταση) Φυσικές Θερμοκρασία Χρώμα, οσμή Σημείο τήξης, ηλεκτρική αγωγιμότητα Διαλυτότητα, σκληρότητα Χημικές Διάβρωση Καύση Μαύρισμα (αργύρου) Σκλήρυνση τσιμέντου Εισαγωγική Χημεία

19 Εισαγωγική Χημεία

20 Si Units

21 Quantity Unit Symbol Length Metre m Mass Kilogram kg Time Second s Area Squared metre m 2 Solids volume Cubic metre m 3 Liquid volume Litre L=10-3 m 3 Velocity Metre per second m/s Acceleration Metre per second squared (m/s 2 ) Angle Radian rad Angular velocity Radian per second rad/s Angular acceleration Radians per second squared rad/s 2 Density Kilogram per cubic metre kg/m 3 Force Newton N = kgm/s 2 Moment of force Newton-metre Nm Stress and Pressure Pascal Pa = N/m 2 Frequency Hertz Hz = cycle/s Impulse Newton-second Ns Work Joule J = Nm Power Watt W=j/s Thermal Conductivity Watt per metre per degree centigrade W/m C Specific heat Joule per Kilogram per degree centigrade J/kg C Convection film coefficient Watt per metre squared per degree centigrade W/m 2 C Heat Power Watt W Heat Flux (heat generation per area) Watt per metre squared W/m 2

22 Εισαγωγική Χημεία

23 Prefix Symbol Numerical Exponential yotta Y 1,000,000,000,000, 000,000,000, zetta Z 1,000,000,000,000, 000,000, exa E 1,000,000,000,000, 000, peta P 1,000,000,000,000, tera T 1,000,000,000, giga G 1,000,000, mega M 1,000, kilo k 1, hecto h deca da no prefix means: deci d centi c milli m micro m nano n pico p femto f atto a zepto z yocto y

24 Εισαγωγική Χημεία

25 10 million light years (10 23 m) the distance to galaxy Milky-Way

26 1 million light years (10 22 m) The disc becomes visible.

27 light years (10 21 m) You can barely see our galaxy.

28 light years (10 20 m) You start to see the stars of our galaxy.

29 1.000 light years (10 19 m) The stars ten times closer.

30 100 light years (10 18 m) Nothing but stars.

31 10 light years (10 17 m) Even more stars.

32 1 light year (10 16 m) With a little attention you can see the sun.

33 1 trillion Km (10 15 m) The sun even bigger.

34 100 billion Km (10 14 m) Our solar system starts to show. (The orbits of the planets have been painted)

35 10 billion Km (10 13 m) Our solar system.

36 1 billion Km (10 12 m) The orbits of Hermes, Venus, Earth, Mars and Zeus.

37 100 million Km (10 11 m) The orbits of Venus, Earth and Mars.

38 10 million Km (10 10 m) Part of the orbit of Earth.

39 1 million Km (10 9 m) You can see the orbit of Moon.

40 Km (10 8 m) Our Earth still small.

41 Km(10 7 m) The northern hemisphere of Earth.

42 1.000 Km (10 6 m) Florida USA.

43 100 Km (10 5 m) From the surface of the sea. Florida even closer.

44 10 Km (10 4 m) You start to distinct places.

45 1 Km (10 3 m) What you can see when free falling off a plane.

46 100 m (10 2 m) An ordinary view from an helicopter.

47 10 m (10 1 m) Seeing off a cliff.

48 1 m (10 0 m) What you see when you reach out your arms...

49 10 cm (10-1 m) You can catch the leaves.

50 1 cm (10-2 m) You can see the structure of a leaf.

51 1 mm (10-3 m) Even closer.

52 100 micron (10-4 m) you can see the cells.

53 10 micron (10-5 m) The cells look clearer.

54 1 micron (10-6 m). The cell itself.

55 1.000 angstrom (10-7 m) You can see the chromosomes.

56 100 angstrom (10-8 m) You can see the DNA chain.

57 1 nanometre (10-9 m) The chromosomes parties.

58 1 angstrom (10-10 m) The atom of carbon. Life consists of it...

59 10 Pico metre (10-11 m) The electron within the atom.

60 1 Pico metre (10-12 m) The orbit of electrons.

61 100 Fermi (10-13 m) The inner of an atom.

62 10 Fermi (10-14 m) Closer.

63 1 Fermi (10-15 m) The surface of a neutron.

64 100 atom metre (10-16 m) we can see the quark. End of trip!

65 Priestley:Παρασκευή Οξυγόνου, 1774 Εισαγωγική Χημεία