ΣΤΟΧΟΙ ΧΗΜΕΙΑΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ ΚΑΙ ΠΕΡΙΟ ΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ Από την µελέτη του 1 ου Κεφαλαίου ο µαθητής πρέπει : Να γνωρίζει το ατοµικό πρότυπο του Bohr και τα µειονεκτήµατα του, να περιγράφει συνοπτικά τις δύο συνθήκες του (µηχανική και οπτική) και να υπολογίζει την συνολική ενέργεια του ηλεκτρονίου στο άτοµο του υδρογόνου. Να υπολογίζει την ενέργεια που εκπέµπεται ή απορροφάται όταν ένα ηλεκτρόνιο του ατόµου του υδρογόνου µεταπηδά από µια τροχιά σε άλλη και να συσχετίζει την διαφορά ενέργειας, κατά την µετάπτωση ηλεκτρονίου, µε την συχνότητα ακτινοβολίας χρησιµοποιώντας την σχέση Planck. Να εξιστορεί πως από την τροχιά του Bohr καταλήξαµε στο τροχιακό της κβαντοµηχανικής, αναφέροντας την κυµατική θεωρία της ύλης του De Broglie, την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg και την κυµατική εξίσωση του Schrödinger. Να µπορεί να υπολογίζει το µήκος κύµατος κινούµενου σωµατιδίου και να εκτιµά την σπουδαιότητα της αρχής της αβεβαιότητας του Heisenberg που οδηγεί αυτόµατα στην κατάρριψη όλων των πλανητικών προτύπων, συµπεριλαµβανοµένου και του προτύπου Bohr. Να γνωρίζει τι συσχετίζει η κυµατική εξίσωση του Schrödinger και τι µπορούµε να υπολογίσουµε µε βάση αυτή την εξίσωση, τι περιγράφουν οι κυµατοσυναρτήσεις ψ και ποια είναι η φυσική σηµασία του ψ 2. Να διακρίνει τις έννοιες του ηλεκτρονιακού νέφους και του τροχιακού, να γνωρίζει µε ποιους τρόπους µπορεί να γίνει η σχηµατική απεικόνιση του ηλεκτρονιακού νέφους και να µπορεί να απεικονίζει γραφικά τα τροχιακά s και p. Να αναφέρει ποιοι είναι οι κβαντικοί αριθµοί, τι καθορίζει ο καθένας και τι τιµές µπορούν να παίρνουν. Να βρίσκει τους κβαντικούς αριθµούς που χαρακτηρίζουν µία στιβάδα, υποστιβάδα ή ένα τροχιακό ή ένα ηλεκτρόνιο και αντίστροφα αν δίνονται οι κβαντικοί αριθµοί να µπορεί να προσδιορίζει στιβάδα, υποστιβάδα, τροχιακό ή ακόµα και ηλεκτρόνιο.
Να αναγνωρίζει ότι τα ηλεκτρόνια κάθε υποστιβάδας έχουν κοινούς τους δύο κβαντικούς αριθµούς (n και l), ενώ τα ηλεκτρόνια κάθε τροχιακού έχουν κοινούς τους τρεις κβαντικούς αριθµούς (n, l και m l ) και διαφέρουν ως προς τον κβαντικό αριθµό του spin, m s. Να ελέγχει αν ένα σύνολο κβαντικών αριθµών είναι δυνατό να υπάρχει ή όχι και να υπολογίζει τον αριθµό των ατοµικών τροχιακών και των ηλεκτρονίων που αντιστοιχούν σε µία στιβάδα ή σε µία υποστιβάδα ή σε ένα σύνολο κβαντικών αριθµών. Nα αναφέρει ότι κάθε τροχιακό µπορεί να δεχτεί το πολύ 2 ηλεκτρόνια µε αντιπαράλληλα spin και να ελέγχει αν µία ηλεκτρονιακή δοµή αντιστοιχεί σε θεµελιώδη, διεγερµένη ή αδύνατη κατάσταση. Να τοποθετεί τα ηλεκτρόνια σε υποστιβάδες και τροχιακά σε µη διεγερµένα πολύηλεκτρονικά άτοµα ή και ιόντα µε βάση τις αρχές της ηλεκτρονιακής δόµησηςaufbau principle- (αρχή ελάχιστης ενέργειας, απαγορευτική αρχή του Pauli, κανόνας του Hund). Να γράφει τους κβαντικούς τύπους των ηλεκτρονίων ενός ατόµου στοιχείου σε µη διεγερµένη κατάσταση και να βρίσκει τον αριθµό µονήρων ηλεκτρονίων ή το συνολικό άθροισµα των τιµών του κβαντικού αριθµού spin π.χ. 1s 2 2s 2 2p 3 και 3 µονήρη ηλεκτρόνια για το στοιχείο µε Ζ = 7. Να διατυπώνει το νόµο περιοδικότητας του Moseley, να γνωρίζει τι είναι οµάδα και τι περίοδος του περιοδικού πίνακα, να γνωρίζει τι ονοµάζουµε τοµέα του περιοδικού πίνακα και να βρίσκει τον τοµέα στον οποίο ανήκει ένα στοιχείο. Να «κατασκευάζει» το σύγχρονο περιοδικό πίνακα µε βάση την ατοµική ηλεκτρονιακή δοµή του κάθε στοιχείου. Να προσδιορίζει τη θέση (περίοδο και οµάδα σαν "συντεταγµένες") κάθε στοιχείου αν του δίνεται ο ατοµικός του αριθµός. Επίσης αν δίνεται η περίοδος και η οµάδα ενός στοιχείου να µπορεί να κάνει την ηλεκτρονική διαµόρφωση του στοιχείου και να προσδιορίζει τον ατοµικό του αριθµό. Να περιγράφει την περιοδική µεταβολή που παρατηρείται στις ιδιότητες των στοιχείων της 2 ης και 3 ης περιόδου (από το µεταλλικό στον αµεταλλικό χαρακτήρα), καθώς και των ενώσεων τους π.χ. των οξειδίων και χλωριδίων τους. Να καταγράφει τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των στοιχείων µετάπτωσης π.χ. ότι έχουν «πολλούς» αριθµούς οξείδωσης, είναι παραµαγνητικά κ.λ.π. Να ορίζει µερικά θεµελιώδη χαρακτηριστικά του ατόµου, όπως είναι η ατοµική ακτίνα και η ενέργεια πρώτου και δεύτερου ιοντισµού. Να περιγράφει επίσης τους παράγοντες που επηρεάζουν τα µεγέθη αυτά. Να αναγνωρίζει ότι τα µεγέθη αυτά, µαζί µε τον αριθµό ηλεκτρονίων εξώτατης στιβάδας, καθορίζουν τις ιδιότητες του ατόµου ενός στοιχείου. Να θυµάται πάντοτε ότι η δοµή καθορίζει τις ιδιότητες. Να µπορεί να δώσει τον ορισµό ηλεκτροθετικότητας και ηλεκτραρνητικότητας και να διακρίνει ποια στοιχεία είναι ηλεκτροθετικά και ηλεκτραρνητικά.
Να προβλέπει τη µεταβολή των τιµών των περιοδικών αυτών µεγεθών σε µια περίοδο και σε µια οµάδα. Πιο συγκεκριµένα να γνωρίζει πως µεταβάλλεται η ατοµική ακτίνα και η ενέργεια ιοντισµού κατά µήκος µίας οµάδας και κατά µήκος µίας περιόδου και να δικαιολογεί λογικά αυτή την µεταβολή. Να αναγνωρίζει τη σηµασία των χηµικών τύπων και ιδιαίτερα του ηλεκτρονιακού τύπου που θα καθορίσει στη συνέχεια το σχήµα και τις ιδιότητες του µορίου. Να γνωρίζει τις βασικές αρχές της ηλεκτρονιακής θεωρίας του σθένους, τον κλασσικό κανόνα της οκτάδας και την επουσιώδη διαφορά µεταξύ οµοιοπολικού και ηµιπολικού ή δοτικού δεσµού. Να περιγράφει τον τρόπο σύνδεσης των ατόµων σε µερικά απλά µόρια, όπως π.χ. H 2, O 2, N 2, HCl, H 2 Ο, C 2 H 4. Να γράφει τους ηλεκτρονιακούς τύπους πολυατοµικών µοριακών ή ιοντικών ενώσεων, όπως π.χ. HCN, HNO 2, HNO 3, HClO 4, NH 4 NO 3, Mg(NO 3 ) 2, ακολουθώντας µια σειρά κανόνων.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΟΞΕΑ ΒΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ Από την µελέτη του 3 ου Κεφαλαίου ο µαθητής πρέπει : Να γνωρίζει ποιες ουσίες ονοµάζονται ηλεκτρολύτες και από αυτούς ποιοι χαρακτηρίζονται ισχυροί και ποιοι ασθενείς. Να προσδιορίζει την διαφορά µεταξύ των όρων διάσπαση, διάσταση και ιοντισµός. Να γνωρίζει τι είναι ο ιοντισµός και τι είναι η διάσταση και σε ποιες περιπτώσεις έχουµε ιοντισµό και σε ποιες διάσταση. Να γράφει τη χηµική εξίσωση της ηλεκτρολυτικής διάστασης των ιοντικών ενώσεων. Να γράφει τη χηµική εξίσωση του ιοντισµού των οµοιοπολικών ενώσεων και να προσδιορίζει τον δότη και τον δέκτη πρωτονίων. Να γνωρίζει τους ορισµούς οξέων και βάσεων, σύµφωνα µε την θεωρία του Arrhenius και σύµφωνα µε την θεωρία Brönsted Lowry και να αναφέρει τις χαρακτηριστικές διαφορές ανάµεσα στις δύο θεωρίες. Να βρίσκει τη συζυγή βάση ενός οξέος και το συζυγές οξύ µίας βάσης και να αναγνωρίζει µέσα από ένα σύνολο ουσιών ποια είναι τα συζυγή ζεύγη οξέων - βάσεων. Να προβλέπει προς ποια κατεύθυνση είναι µετατοπισµένη η ισορροπία ανάµεσα σε ένα οξύ, µία βάση και τις συζυγείς τους ενώσεις, µε βάση την ισχύ τους. Να γνωρίζει ποιες ουσίες χαρακτηρίζονται ως αµφολύτες ή αµφιπρωτικές ουσίες. Να γνωρίζει πως ορίζεται ο βαθµός ιοντισµού (α) ενός ηλεκτρολύτη και από τι εξαρτάται. Να υπολογίζει τις συγκεντρώσεις των ιόντων και των µορίων σε διαλύµατα ασθενών και ισχυρών ηλεκτρολυτών. Να γνωρίζει τι είναι η σταθερά ιοντισµού ή γινόµενο ιόντων του νερού (Κ w ), από τι εξαρτάται η τιµή της. Να γνωρίζει τη σχέση µεταξύ [Η 3 Ο + ] και [ΟΗ ] σε διαλύµατα που είναι: α. ουδέτερα β. όξινα γ. βασικά Να γνωρίζει τις δυνατές τιµές των [Η 3 Ο + ] και [ΟΗ ] σε διαλύµατα θερµοκρασίας 25 ο C που είναι: α. ουδέτερα β. όξινα γ. βασικά Να γνωρίζει πως ορίζονται τα ph και poh.
Να γνωρίζει τη σχέση που συνδέει τα pη και poh, ενός υδατικού διαλύµατος: ph + poh = pk w Να γνωρίζει τη σχέση µεταξύ ph και poh σε διαλύµατα που είναι: α. ουδέτερα β. όξινα γ. βασικά Να γνωρίζει τις δυνατές τιµές των ph και poh σε διαλύµατα θερµοκρασίας 25 ο C που είναι: α. ουδέτερα β. όξινα γ. βασικά Να υπολογίζει το ph και τις συγκεντρώσεις των ιόντων, σε διάλυµα ισχυρού ηλεκτρολύτη. Να επιλύει ασκήσεις που έχουµε ανάµειξη διαλύµατος ισχυρού οξέος µε διάλυµα ισχυρής βάσης. Να γνωρίζει τις σχέσεις από τις οποίες υπολογίζονται οι σταθερές ιοντισµού K a, K b ασθενούς οξέος και ασθενούς βάσης αντίστοιχα. Να γνωρίζει πως µεταβάλλονται οι τιµές της σταθεράς ιοντισµού και του βαθµού ιοντισµού, όταν αλλάξουν η θερµοκρασία ή η αρχική συγκέντρωση του διαλύµατος. Να συγκρίνει την ισχύ ασθενών ηλεκτρολυτών µε κριτήριο είτε τις τιµές των σταθερών ιοντισµού είτε τις τιµές του βαθµού ιοντισµού. Να γνωρίζει την πλήρη και την απλοποιηµένη µορφή του νόµου αραίωσης του Ostwald. Να επιλύει ασκήσεις που αναφέρονται σε υδατικά διαλύµατα ασθενούς οξέος ή ασθενούς βάσης. Να επιλύει ασκήσεις που αναφέρονται σε υδατικά διαλύµατα αλάτων των οποίων ένα από τα ιόντα που προκύπτουν από τη διάστασή τους αντιδρά µε το νερό. Να επιλύει ασκήσεις που αναφέρονται σε υδατικά διαλύµατα αλάτων των οποίων και τα δύο ιόντα που προκύπτουν από τη διάστασή τους αντιδρούν µε το νερό. Να γνωρίζει σε ποιες περιπτώσεις έχουµε επίδραση κοινού ιόντος. Να µελετά τον ιοντισµό πολυπρωτικών οξέων. Να επιλύει ασκήσεις όπου: 1) Σε ένα διάλυµα υπάρχουν ισχυρός και ασθενής ηλεκτρολύτης µε κοινό ιόν. 2) Σε ένα διάλυµα υπάρχουν δύο ασθενή οξέα ή δύο ασθενείς βάσεις. 3) Έχουµε ανάµιξη διαλυµάτων ηλεκτρολυτών, οι οποίοι δεν αντιδρούν µεταξύ τους ή αντιδρούν. 4) Έχουµε προσθήκη καθαρής ουσίας σε διάλυµα η οποία αντιδρά µε τη διαλυµένη ουσία. Να γνωρίζει ποια διαλύµατα χαρακτηρίζονται ρυθµιστικά, ποια είναι η σχέση µε την οποία υπολογίζεται η συγκέντρωση κατιόντων υδροξωνίου ή ανιόντων
υδροξειδίου σε ένα ρυθµιστικό διάλυµα και πως από την σχέση αυτή προκύπτει µε λογαρίθµηση η εξίσωση Henderson - Hasselbalch. Να γνωρίζει τους τρόπους παρασκευής ρυθµιστικών διαλυµάτων, ώστε αν δοθεί ένα σύνολο αντιδραστηρίων να µπορεί να επιλέξει µερικά από αυτά για να δηµιουργήσει ένα ρυθµιστικό διάλυµα. Να εξηγεί τη ρυθµιστική δράση και τη χρησιµότητα των ρυθµιστικών διαλυµάτων. Να επιλύει ασκήσεις οι οποίες : 1) αναφέρονται σε ρυθµιστικά διαλύµατα 2) αναφέρονται σε προσθήκη ισχυρού ηλεκτρολύτη σε ρυθµιστικό διάλυµα ή ακόµα σε αραίωση ή συµπύκνωση ρυθµιστικού διαλύµατος. Να γνωρίζει ποιες ουσίες ονοµάζονται δείκτες, τι είδους δοµή έχουν και µε ποιο τρόπο αλλάζουν χρώµα ανάλογα µε το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται. Να µπορεί επίσης να προσδιορίζει την περιοχή ph όπου συντελείται η αλλαγή χρώµατος του δείκτη. Να γνωρίζει τι είναι η ογκοµέτρηση και πως ορίζεται το ισοδύναµο και το τελικό σηµείο µίας ένωσης. Να γνωρίζει τι είναι η οξυµετρία, η αλκαλιµετρία και η καµπύλη ογκοµέτρησης. Να γνωρίζει τις χαρακτηριστικές περιπτώσεις ογκοµέτρησης. Να επιλύει ασκήσεις όπου πρέπει να βρει το χρώµα ενός δείκτη σε ένα διάλυµα ή αναφέρονται σε κάποια ογκοµέτρηση.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ Από την µελέτη του 5 ου Κεφαλαίου ο µαθητής θα πρέπει να είναι σε θέση : Να γνωρίζει τα βασικά σηµεία της θεωρίας δεσµού σθένους. Να γνωρίζει σε ποιες περιπτώσεις δηµιουργείται δεσµός σ και τα χαρακτηριστικά του γνωρίσµατα και σε ποιες περιπτώσεις δηµιουργείται δεσµός π και τα χαρακτηριστικά του γνωρίσµατα. Να γνωρίζει τι είναι το φαινόµενο του υβριδισµού και ποιες ιδιότητες έχουν τα υβριδικά τροχιακά. Να γνωρίζει πότε δηµιουργούνται sp υβριδικά τροχιακά και τι σχήµα και διάταξη έχουν, πότε δηµιουργούνται sp 2 υβριδικά τροχιακά και τι σχήµα και διάταξη έχουν και πότε δηµιουργούνται sp 3 υβριδικά τροχιακά και τι σχήµα και διάταξη έχουν. Να βρίσκει το είδος των δεσµών και τον υβριδισµό των ατόµων του άνθρακα σε ένα µόριο οργανικής ένωσης, όπως επίσης και το είδος των τροχιακών που σχηµατίζουν τους σ και τους π δεσµούς Να ερµηνεύει µε βάση τα προηγούµενα το σχηµατισµό του απλού δεσµού C-C, του διπλού δεσµού C=C και του τριπλού δεσµού C C. Να γράφει τις χηµικές εξισώσεις οργανικών αντιδράσεων και να τις κατατάσσει στην κατηγορία που ανήκουν. Να ταξινοµεί τις οργανικές αντιδράσεις και να διακρίνει από ένα σύνολο αντιδράσεων ποιες είναι αντιδράσεις προσθήκης, απόσπασης, πολυµερισµού, υποκατάστασης, οξειδοαναγωγής κλπ. Να περιγράφει τον τρόπο µε τον οποίο µπορεί να γίνει η διάκριση ή η ταυτοποίηση µίας οργανικής ένωσης, µε τη βοήθεια των φυσικών και χηµικών ιδιοτήτων που εµφανίζουν οι χηµικές ενώσεις κάθε οµόλογης σειρά. Να επιλύει θεωρητικές ασκήσεις συµπλήρωσης αντιδράσεων. Να επιλύει ασκήσεις που περιέχουν στοιχειοµετρικούς υπολογισµούς σε αντιδράσεις οργανικής χηµείας. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΑΝΤΙ ΡΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΟΥ ΧΡΗΖΟΥΝ Ι ΙΑΙΤΕΡΗΣ ΠΡΟΣΟΧΗΣ Προσθήκη βρωµίου (υπό µορφή διαλύµατος σε τετραχλωράνθρακα) πάνω σε αλκένια (αποχρωµατισµός). Προσθήκη υδραλογόνου σε αλκένιο (κανόνας Markovnikov).
Προσθήκη νερού στα αλκίνια (σχηµατισµός κετονών και µιας αλδεύδης). Προσθήκη υδροκυανίου σε καρβονυλικές ενώσεις και υδρόλυση του παραγόµενου προϊόντος (κυανυδρινική σύνθεση). Προσθήκη οργανοµαγνησιακής ένωσης (αντιδραστήριο Grignard) σε καρβονυλική ένωση και υδρόλυση του ενδιάµεσου προϊόντος (σχηµατισµός πρωτοταγών, δευτεροταγών και τριτοταγών αλκοολών). Προσθήκη υδρογόνου σε νιτρίλια (σχηµατισµός αµινών) Προσθήκη 2 µορίων νερού σε νιτρίλια (υδρόλυση) οπότε σχηµατίζονται οξέα. Απόσπαση υδραλογόνου από αλκυλαλογονίδιο (κανόνας Saytzeff) µε επίδραση αλκοολικού διαλύµατος ισχυρής βάσης. Αφυδάτωση αλκοολών κάτω από διαφορετικές συνθήκες θερµοκρασίας (παραγωγή αλκενίων ή αιθέρων). Υποκατάσταση του αλογόνου των αλκυλαλογονιδίων από υδροξύλιο ( µε επίδραση υδατικού διαλύµατος ισχυρής βάσης ). Υποκατάσταση vs Απόσπαση. Υποκατάσταση του αλογόνου των αλκυλαλογονιδίων από κυάνιο και υδρόλυση του προϊόντος. Παρασκευές αιθέρων και εστέρων από αλκυλαλογονίδια µε επίδραση αλάτων αλκοολών και αλάτων οξέων αντίστοιχα. Υποκατάσταση του υδροξυλίου των αλκοολών από αλογόνο χρησιµοποιώντας κάποιο µέσο αλογόνωσης (συνήθως θειονυλοχλωρίδιο). Εστεροποίηση Υδρόλυση εστέρα Σαπωνοποίηση. Γενικό σχήµα πολυµερισµού (πολυµερισµός 1,2-προσθήκης) Πολυµερισµός 1,4 προσθήκης (προϊόντα καουτσούκ - γουταπέρκα) Οξείδωση µεθανόλης (τρία στάδια) Οξείδωση πρωτοταγών αλκοολών (δύο στάδια) Οξείδωση δευτεροταγών αλκοολών (ένα στάδιο) Οξείδωση αλδευδών µε ήπια οξειδωτικά µέσα Η οξείδωση γίνεται µε ισχυρά οξειδωτικά µέσα όπως όξινο διάλυµα υπερµαγγανικού καλίου (ιώδες άχρωµο) και όξινο διάλυµα διχρωµικού καλίου (πορτοκαλί πράσινο) Αντιδραστήριο Fehling (πτώση καστανού ιζήµατος) Αντιδραστήριο Tollens (σχηµατισµός κατόπτρου αργύρου) Οξείδωση µυρµηγκικού και οξαλικού οξέος (καθώς και των αλάτων τους) µε τα ισχυρά οξειδωτικά µέσα.
Αλογονοφορµική αντίδραση (ιδίως µε ιώδιο, υδροξείδιο νατρίου πτώση κίτρινου ιζήµατος). Προσοχή στις χηµικές ενώσεις που δίνουν την αλοφορµική αντίδραση. Αντιδράσεις όξινου χαρακτήρα ιδιαίτερα µε τα καρβοξυλικά οξέα. Αντιδράσεις βασικού χαρακτήρα ιδιαίτερα µε τις αµίνες. Αντικατάσταση του ασθενώς όξινου υδρογόνου των αλκινίων από νάτριο (έκλυση φυσαλίδων ) ή από χαλκό µε επίδραση αµµωνιακού διαλύµατος χλωριούχου υποχαλκού (πτώση καστανού ιζήµατος).