ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΓΕΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ DARRELL D. EBBING Wayne State University STEVEN D. GAMMON Western Washington University 10 Η ΈΚΔΟΣΗ 2014 ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ: ΝΙΚΟΛΑΟΣ Δ. ΚΛΟΥΡΑΣ Καθηγητής Χημείας, Πανεπιστήμιο Πατρών
Συγγραφείς DARRELL D. EBBING Ο Darrell Ebbing άρχισε να ενδιαφέρεται για τη Χημεία σε νεαρή ηλικία, όταν δοκίμασε να παρουσιάσει διάφορα μαγικά τρικ σε φίλους του, όπως να μετατρέψει νερό σε κρασί και να εξαφανίσει ένα μαντήλι διαποτισμένο με νιτρικά. Γρήγορα όμως τα ενδιαφέροντά του στράφηκαν στη Χημεία που κρυβόταν στα μαγικά κόλπα και μάλιστα εγκατέστησε ένα εργαστήριο στο σπίτι του. Αργότερα, στο Γυμνάσιο, έδειξε ενδιαφέρον και στη Βοτανική, έχοντας συλλέξει μερικές εκατοντάδες δειγμάτων φυτών. Όμως, η αγάπη του για τη Χημεία κορυφώθηκε, όταν κατάφερε να απομονώσει λευκούς κρυστάλλους καφεΐνης από εκχύλιση τσαγιού. Εκείνη την ημέρα αποφάσισε να σπουδάσει Χημεία. Στη διάρκεια των σπουδών του εργαζόταν ως βοηθός ενός Χημικού που μελετούσε παράγωγα του αμύλου σε ένα κρατικό εργαστήριο, στην πόλη Peoria, του κεντρικού Illinois. Αποφοιτώντας από το Πανεπιστήμιο της Indiana, τα ενδιαφέροντά του επικεντρώθηκαν στη θεωρία, και, προκειμένου να κατανοήσει τη βάση της Χημείας, συνέχισε τις σπουδές του επιδιώκωντας ένα διδακτορικό δίπλωμα (PhD) στη Φυσικοχημεία, στο πεδίο της Κβαντικής Χημείας. Ο Καθηγητής Ebbing ξεκίνησε την ακαδημαϊκή καριέρα του στο Κρατικό Πανεπιστήμιο Wayne (Wayne State University, Detroit Michigan), όπου δίδαξε Χημεία σε φοιτητές προπτυχιακού και μεταπτυχιακού επιπέδου και για αρκετά χρόνια διετέλεσε Διευθυντής του Τομέα Φυσικοχημείας. Ασχολήθηκε ιδιαίτερα με τη διδασκαλία της Γενικής Χημείας, καταλαμβάνοντας τη θέση του Συντονιστή Γενικής Χημείας. Χρησιμοποιώντας τις γνώσεις του περί «χημικής μαγείας», συνόδευε τις διαλέξεις του με πειράματα Χημείας. Ο Ebbing έχει γράψει ένα βιβλίο για εισαγωγή στη Χημεία, καθώς και το παρόν της Γενικής Χημείας στο οποίο ο αναγνώστης μπορεί να θαυμάσει αρκετές εικόνες από τα πειράματα των διαλέξεών του. Αν και έχει αποσυρθεί από την ενεργό διδασκαλία, διατηρεί ζωηρό το ενδιαφέρον του για επιστημονικά θέματα αιχμής, καθώς και για την ιστορία και φιλοσοφία των φυσικών επιστημών. Έχοντας μεγαλώσει σε μια περιοχή που περιβάλλεται από χωράφια και δάση, ο Καθηγητής Ebbing δείχνει μια ιδιαίτερη αγάπη για τη ζωή στην ύπαιθρο. Χαίρεται να περπατάει στη φύση και να παρατηρεί τα πουλιά. Στα ενδιαφέροντά του επίσης συγκαταλέγονται οι συναυλίες και το θέατρο, καθώς και τα ταξίδια στον κόσμο. STEVEN D. GAMMON Ο Steven Gammon αποφάσισε να γίνει Χημικός καθώς παρακολουθούσε, σαγηνευμένος, τα πειράματα που έκανε ο σπουδαίος δάσκαλος Χημικός που είχε στο σχολείο του. Αφού έλαβε το διδακτορικό του στην Ανόργανη Χημεία και στη Χημική Εκπαίδευση από το Πανεπιστήμιο του Illinois-Urbana, εργάστηκε στο Πανεπιστήμιο Winconsin-Madison ως Συντονιστής του Εργαστηρίου Γενικής Χημείας, οπότε και ενεπλάκη στο πεδίο της χημικής εκπαίδευσης. Κατόπιν, ο Καθηγητής Gammon προσελήφθη ως Συντονιστής Γενικής Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Idaho. Υπό αυτή την ιδιότητα, δίδαξε σε χιλιάδες φοιτητές, ανέπτυξε εκπαιδευτικό λογισμικό, διηύθυνε σεμινάρια για εκπαιδευτικούς, χρηματοδοτούμενα από προγράμματα της ομοσπονδιακής κυβέρνησης και άρχισε τη συνεργασία του με τον Ebbing κατά την 6η έκδοση της Γενικής Χημείας. Στη διάρκεια των έντεκα χρόνων στο Πανεπιστήμιο του Idaho, ο Καθηγητής Gammon τιμήθηκε με το Βραβείο Διδασκαλίας τόσο από το Πανεπιστήμιό του όσο και σε εθνικό επίπεδο (Carnegie Foundation). Στη θέση που κατέχει σήμερα στο Western Washington University (Bellingham), ο Καθηγητής Gammon, πέραν της Χημικής Εκπαίδευσης, έχει επικεντρωθεί και στη διδακτική της επιστήμης, παραδίδοντας μαθήματα όχι μόνο σε φοιτητές αλλά και σε πολλές κατηγορίες δασκάλων διαφόρων βαθμίδων. Μέρος της τρέχουσας εργασίας του έχει χρηματοδοτηθεί από επιχορηγήσεις του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών. Όμως, παρά τις πολλές και διάφορες δραστηριότητές του, ο Καθηγητής Gammon διατηρεί αμείωτο το ενδιαφέρον του για τη μάθηση και τη διδασκαλία εισαγωγικής Χημείας. Οι εμπειρίες του από τη διδακτική της επιστήμης τον έχουν κάνει καλύτερο στο να κατανοεί και να ανταποκρίνεται επιτυχώς στις ανάγκες των φοιτητών στο μάθημα της Γενικής Χημείας. Κίνητρό του αποτελεί η δημιουργία εκπαιδευτικού υλικού και μεθόδων που θα εμπνέουν τον φοιτητή και θα τον συνεγείρουν στη μελέτη της Χημείας και της επιστήμης. Όταν ο Καθηγητής Gammon δεν ασχολείται με τη διδασκαλία της Χημείας, απολαμβάνει τη ζωή κάνοντας διάφορες δραστηριότητες στην ύπαιθρο με την οικογένειά του, όπως περίπατο, ποδηλασία, κατασκήνωση, έκπλυση χρυσοφόρου άμμου σε ποτάμια (gold panning) και ψάρεμα. Σε πολλά σημεία του βιβλίου διαβάζουμε παραδείγματα, αναφορικά με το πάθος του για τις παραπάνω δραστηριότητες, τα οποία χρησιμοποιεί για να συσχετίσει τη Χημεία με την καθημερινή ζωή.
Πρόλογος Το βιβλίο που κρατάτε στα χέρια σας είναι η 10η διεθνής έκδοση ενός πολύ επιτυχημένου, παγκοσμίως, πανεπιστημιακού συγγράμματος για τη διδασκαλία της Γενικής Χημείας. Στον πρόλογο της πρώτης έκδοσης γράψαμε «Κάποιοι επιστήμονες ανατρέχουν στους μοριακούς μηχανισμούς του βιολογικού κυττάρου, άλλοι εξετάζουν υλικά σωματίδια από τους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος. Η πρόκληση για τους διδάσκοντες «Εισαγωγική Χημεία» είναι να συλλάβουν τον ενθουσιασμό αυτών των χημικών ανακαλύψεων και να τον μεταδώσουν στους φοιτητές τους μέσα από τη συζήτηση βασικών αρχών και γεγονότων. Η πρόκληση για τους φοιτητές είναι να γίνουν επιδεκτικοί ενός νέου τρόπου σκέψης που θα τους επιτρέψει να συμμετέχουν στον ενθουσιασμό της ανακάλυψης». Ήδη, από την πρώτη έκδοση αυτού του βιβλίου οι στόχοι μας ήταν πάντα να βοηθήσουμε τους διδάσκοντες να συλλάβουν τη μαγεία της χημείας και να διδάξουν στους φοιτητές τους να «σκέπτονται χημικά». Παραθέτουμε μερικά από τα νέα, καινοτόμα χαρακτηριστικά αυτού του βιβλίου, τα οποία πιστεύουμε ότι είναι ιδιαίτερα σημαντικά για την επίτευξη των παραπάνω στόχων. Σαφείς, Ευκρινείς Εξηγήσεις των Χημικών Εννοιών Η σαφής και ευκρινής ερμηνεία των χημικών εννοιών έχει, πάντοτε, μέγιστη προτεραιότητα. Αγωνιστήκαμε να συσχετίσουμε αφηρημένες έννοιες με ειδικά γεγονότα του πραγματικού κόσμου και της καθημερινότητας. Τα καταφέραμε! Παρουσιάσαμε όλα τα θέματα της Γενικής Χημείας με λογική και ευπροσάρμοστη σειρά. Στην παρούσα έκδοση βελτιώσαμε αισθητά τη γλώσσα του κειμένου, την απεικόνιση, τα σχήματα και την οπτικοποίηση της γνώσης, υιοθετώντας υποδείξεις διδασκόντων και φοιτητών. Λογική Μέθοδος Επίλυσης Προβλημάτων Στην πρώτη έκδοση, παρουσιάσαμε μια λογική διαδικασία επίλυσης προβλημάτων που εμπεριείχε επεξεργασμένα Παραδείγματα συνδεδεμένα με Ασκήσεις μέσα στο κεφάλαιο και αντίστοιχα Προβλήματα στο τέλος του κεφαλαίου. Η μέθοδος αυτή βρήκε θετική ανταπόκριση και γι αυτό συνεχίσαμε να βελτιώνουμε τα παιδαγωγικά και εννοιολογικά στοιχεία σε κάθε επανέκδοση. Στις επανεκδόσεις αναθεωρήσαμε κάθε Παράδειγμα, χωρίζοντας τη διαδικασία επίλυσης προβλημάτων σε Ακολουθητέα Στρατηγική, Λύση και Έλεγχο Απάντησης. Με αυτή την τακτική, βοηθήσαμε τους φοιτητές να αναπτύξουν δικές τους δεξιότητες στην επίλυση προβλημάτων: σκέψου πώς θα προχωρήσεις, λύσε το πρόβλημα και έλεγξε την απάντηση. Το τελευταίο συχνά παραβλέπεται από τους φοιτητές, όμως, είναι κρίσιμο για όποιον επιδιώκει αξιόπιστα και λογικά αποτελέσματα. Σε αυτή την έκδοση, δώσαμε ακόμα ένα επίπεδο υποστήριξης στους φοιτητές, στην προσπάθειά τους για επίλυση προβλημάτων: Παραθέσαμε πλήθος Παραδειγμάτων, και σε κάθε Παράδειγμα προσθέσαμε το κομμάτι που ονομάσαμε «Εμβαθύνοντας στη Γνώση». Πρόκειται για μια πανίσχυρη «εργαλειοθήκη» βασισμένη στον τρόπο που εμείς από την εμπειρία μας ως εκπαιδευτές καταφέραμε να βοηθήσουμε τον φοιτητή να ξεπεράσει τις δυσκολίες του σε κάθε συγκεκριμένο πρόβλημα. Πώς λειτουργούμε: Εστιάζουμε την προσοχή του φοιτητή στην «κρίσιμη έννοια» την ονομάσαμε Βασική Ιδέα που απαιτείται ώστε να προσεγγίσει την επίλυση. Εάν ο φοιτητής εξακολουθεί να έχει δυσκολία στην προσέγγιση του προβλήματος, επιδιώκουμε να τον εξοικειώσουμε με προγενέστερη γνώση την ονομάσαμε Απαραίτητα Εφόδια που είναι απαραίτητη για τη διαδικασία της επίλυσης. Διαπιστώσαμε πως αυτή η σημαντικότατη εργαλειοθήκη, αυτή η νέα προσθήκη που λέγεται «Εμβαθύνοντας στη Γνώση» βοηθά τον φοιτητή σε μεγάλο βαθμό, όπως ακριβώς τον βοηθά μια επίσκεψη στο γραφείο του καθηγητή του. Η Βασική Ιδέα που εμπλέκεται στην επίλυση του εκάστοτε προβλήματος (στο κάθε παράδειγμα), καθώς και τα Απαραίτητα Εφόδια (ο πίνακας με τα απαραίτητα αντικείμενα για την επίλυση του προβλήματος), βοηθούν τον φοιτητή να αναπτύξει τη συνήθεια μιας δοκιμασμένης, και επιτυχημένης προσέγγισης του ζητούμενου θέματος.
Ενώ πιστεύουμε στη σπουδαιότητα αυτής της λογικής προσέγγισης παράδειγμα/άσκηση, ταυτόχρονα, θεωρούμε πως είναι αναγκαίο οι φοιτητές να εμβαθύνουν ακόμα περισσότερο στην κατανόηση των εννοιών. Για το σκοπό αυτό, στην παρούσα έκδοση έχουμε συμπεριλάβει έναν δεύτερο τύπο ασκήσεων, εντός των κεφαλαίων τον ονομάσαμε «Έλεγχο Κατανόησης Εννοιών». Αυτές οι ασκήσεις στοχεύουν να «αναγκάσουν» τον φοιτητή να σκεφτεί σχετικά με τις έννοιες που εμπεριέχονται στην άσκηση και όχι να επικεντρωθεί στην αριθμητική απάντηση του τελικού αποτελέσματος ή στην προσπάθεια να ταιριάξει την άσκηση σε έναν απομνημονευμένο αλγόριθμο. Οι φοιτητές αρχίζουν να μαθαίνουν, όταν ξεκινούν κάθε πρόβλημα με την ερώτηση: «ποιες είναι οι χημικές έννοιες που εφαρμόζονται εδώ;» Πολλές από αυτές τις ασκήσεις εμπεριέχουν οπτική αναπαράσταση μιας μοριακής κατάστασης, επειδή κάτι τέτοιο αποτελεί ένα κρίσιμο κομμάτι για την εκμάθηση και κατανόηση της σύγχρονης Χημείας. Παρόμοιου τύπου προβλήματα τα ονομάσαμε Προβλήματα Κατανόησης Εννοιών προσθέσαμε στο τέλος κάθε κεφαλαίου, ώστε να παρέχεται η δυνατότητα περαιτέρω εξάσκησης. Ευρεία Εστίαση στην Κατανόηση των Εννοιών Κατά τη συγγραφή αυτού του βιβλίου, πρωταρχικός σκοπός μας ήταν να ενισχύσουμε την εννοιολογική εστίαση. Έτσι, προσθέσαμε τρεις νέους τύπους προβλημάτων στο τέλος κάθε κεφαλαίου: τις Διερευνήσεις Εννοιών, τα Προβλήματα Στρατηγικής και τις Ερωτήσεις Αυτοαξιολόγησης. Οι Διερευνήσεις Εννοιών διαφέρουν δομικά από τους άλλους τύπους προβλημάτων στο ότι αποτελούνται από δύο ή τρία μέρη, καθένα από τα οποία μπορεί να έχει αρκετά βήματα. Πρόκειται για διαρθρωτικές δραστηριότητες που αναπτύχθηκαν για να βοηθήσουν τους φοιτητές να διερευνήσουν σημαντικές χημικές έννοιες τις ιδέες-κλειδιά στη Γενική Χημεία και να αντιμετωπίσουν συχνές παρανοήσεις ή κενά στις γνώσεις τους. Μολονότι είναι φαινομενικά απλές, οι Διερευνήσεις Εννοιών θέτουν ανιχνευτικές ερωτήσεις για έλεγχο της κατανόησης από την πλευρά του φοιτητή. Επειδή πιστεύουμε ακράδαντα ότι η κατανόηση των εννοιών πρέπει να μην είναι πρόσκαιρη, αλλά διαχρονική πράγμα που επιτυγχάνεται όταν οι φοιτητές σκέπτονται την ερώτηση και αυτενεργούν, χωρίς να ανατρέχουν αμέσως σε τύπους και αλγόριθμους (ή ακόμα και σε έναν υπολογιστή) δημιουργήσαμε τα Προβλήματα Στρατηγικής. Αυτά αποσκοπούν στο να επεκτείνουν τις δεξιότητες του φοιτητή στην επίλυση προβλημάτων πέραν εκείνων που αναπτύχθηκαν στα Προβλήματα για Εξάσκηση και στα Γενικά Προβλήματα. Στη συγκεκριμένη έκδοση διπλασιάσαμε τον αριθμό αυτών των προβλημάτων προκειμένου να ωθήσουμε τον φοιτητή να συνειδητοποιήσει ότι επιδίωξή του πρέπει να είναι η εννοιολογική κατανόηση και όχι η απλή απομνημόνευση αλγορίθμων από παραδείγματα και λυμένες ασκήσεις. Για να δουλέψει ο φοιτητής ένα Πρόβλημα Στρατηγικής, θα χρειαστεί να μελετήσει προσεκτικά το πρόβλημα (το οποίο μπορεί να εμπεριέχει αρκετές έννοιες και δεξιότητες από το εκάστοτε κεφάλαιο) και να φτάσει μόνος στη λύση, χωρίς να προσπαθήσει να βρει κάποιο παρόμοιο πρόβλημα από όπου θα μπορούσε να μοντελοποιήσει την απάντησή του. Στη νέα ενότητα, με τίτλο «Ερωτήσεις Αυτοαξιολόγησης και Ανασκόπησης», ανατροφοδούμε τη γνώση που λαμβάνεται αναπτύσσοντας εννοιολογικά εστιασμένες ερωτήσεις πολλαπλών επιλογών ώστε να δώσουμε στον φοιτητή μια γρήγορη ευκαιρία για αυτοαξιολόγηση. Καθώς αποσκοπούν κυρίως στην κατ ιδίαν μελέτη, οι ερωτήσεις αυτές έχουν συμπεριληφθεί στη νέα ενότητα με τον τίτλο Ερωτήσεις Ανασκόπησης. Ως διδάσκοντες, γνωρίζουμε ότι ένας φοιτητής μπορεί να απαντήσει σωστά σε μια ερώτηση πολλαπλών επιλογών, όμως, ενδέχεται η αιτιολόγηση της απάντησής του να είναι εσφαλμένη. Σε αυτή την έκδοση, χρησιμοποιούμε ερωτήσεις δύο βαθμίδων προκειμένου να εξακριβώσουμε αν ο φοιτητής έχει κατανοήσει μια έννοια σε βάθος ή αν την έμαθε επιφανειακά. Η πρώτη βαθμίδα μιας ερώτησης μπορεί να είναι αρκετά ευθεία. Π.χ., μπορούμε να αρχίσουμε μια ερώτηση παραθέτοντας έναν αριθμό τύπων ενώσεων και να ζητήσουμε από τον φοιτητή να κατατάξει καθεμία ένωση στις ιοντικές ή μοριακές ενώσεις. Ο φοιτητής μπορεί να δώσει τη σωστή απάντηση άραγε, γνωρίζει την ακριβή αιτιολόγηση; Για να το διαπιστώσουμε, προσθέτουμε μια επιπλέον ερώτηση την ονομάσαμε δεύτερη βαθμίδα όπως, για παράδειγμα, «ποια από τις παρακάτω προτάσεις, αναφορικά με μοριακές ενώσεις, είναι η καλύτερη;» Βλέποντας πώς απαντά ο φοιτητής τη δεύτερη βαθμίδα μιας ερώτησης δύο βαθμίδων, μπορούμε να καταλάβουμε αν υπάρχει παρανόηση. Με άλλα λόγια, μαθαίνουμε αν ο φοιτητής έχει πλήρη και σωστή κατανόηση μιας σημαντικής χημικής έννοιας.
Πρόγραμμα Απεικονίσεων με Έμφαση σε Μοριακές Έννοιες Οι περισσότεροι από εμάς (αλλά και πολλοί από τους φοιτητές μας) είμαστε, κατά τη μελέτη μας, οπτικοί τύποι. Μόλις δούμε κάτι, τείνουμε να το θυμόμαστε. Στη συγκεκριμένη, 10η διεθνή έκδοση της Γενικής Χημείας, εξετάσαμε κάθε τεχνική δυνατότητα που βοηθάει προς αυτή την κατεύθυνση, δηλαδή στην ενίσχυση της μνήμης μέσω κατάλληλων εικόνων και γραφημάτων. Σε αυτό το πλαίσιο, συνεχίζουμε να εστιάζουμε στην παρουσίαση της Χημείας σε μοριακό επίπεδο. Η μοριακή «ιστορία» αρχίζει στο Κεφάλαιο 1, ενώ στο Κεφάλαιο 2 έχουμε αναπτύξει τη μοριακή θεώρηση και την έχουμε ενσωματώσει στον μηχανισμό επίλυσης προβλημάτων, καθώς και σε συζητήσεις μέσα σε κείμενα. Στα επόμενα κεφάλαια συνεχίζουμε να χρησιμοποιούμε τη μοριακή θεώρηση για ενίσχυση των χημικών εννοιών. Επιπλέον, έχουμε εισαγάγει χάρτες ηλεκτροστατικού δυναμικού κάτι που έχει ιδιαίτερη παιδαγωγική συνάφεια προκειμένου να δείξουμε πώς μεταβάλλεται η ηλεκτρονική πυκνότητα από σημείο σε σημείο μέσα στο μόριο. Αυτό διευκολύνει ιδιαίτερα στην οπτική παρουσίαση ορισμένων θεμάτων, όπως η πολικότητα δεσμών και μορίων, καθώς και η συμπεριφορά οξέων βάσεων. Δοκίμια που προβάλλουν τη Χημεία ως μία Σύγχρονη Επιστήμη με πολλές Εφαρμογές Εμπλουτίσαμε τα δοκίμιά μας με τίτλο «Από τη σκοπιά ενός χημικού» ώστε να καλύπτουν πολλά σύγχρονα θέματα επιστήμης και τεχνολογίας. Επιλέξαμε θέματα που ελκύουν το ενδιαφέρον των φοιτητών, ενώ, παράλληλα, δώσαμε έμφαση στην εμπλεκόμενη σε αυτά Χημεία. Για την περιγραφή του θέματος που αναπτύσσεται (υλικά, περιβάλλον, καθημερινή ζωή, επιστημονικά όρια και επιστήμη ζωής) χρησιμοποιούμε χαρακτηριστικά εικονίδια. Τα δοκίμια δείχνουν στους φοιτητές ότι η Χημεία είναι μια ζωντανή, συνεχώς μεταβαλλόμενη επιστήμη, που σχετίζεται άμεσα με τον σύγχρονο κόσμο. Για παράδειγμα, το δοκίμιο «Τα κολλητικά αλλά, κόλλα δάκτυλα του Γκέκο», περιγράφει τις δυνάμεις van der Waals, που χρησιμοποιούνται από τα δάκτυλα του Γκέκο, και τις πιθανές εφαρμογές τους, π.χ., στην ανάπτυξη μιας πλαστικής ταινίας που να κολλάει και να ξεκολλάει άπειρες φορές χωρίς να καταστρέφεται ή στην κατασκευή ρομπότ που να μπορούν να σκαρφαλώνουν σε τοίχους! Επίσης, εμπλουτίσαμε τα δοκίμιά μας με τίτλο «Ενόργανες Μέθοδοι» ώστε να υπερτονίσουμε τη σπουδαιότητα πολύπλοκων οργάνων στη σύγχρονη Χημεία, επικεντρώνοντας σε ενόργανες μεθόδους που χρησιμοποιούνται από ερευνητές, κυρίως χημικούς, όπως, για παράδειγμα, τη φασματομετρία μάζας ή τον πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό. Μολονότι είναι σύντομα, τα δοκίμια αυτά δίνουν στο φοιτητή λεπτομερή στοιχεία, ικανά να του κινήσουν την περιέργεια για το εκάστοτε θέμα. Αναγνωρίζουμε ότι οι αίθουσες και οι χρόνοι διδασκαλίας ολοένα περιορίζονται και ότι η ενσωμάτωση αυτού του υλικού στον κύκλο μαθημάτων μπορεί να είναι δύσκολη. Για το λόγο αυτό, περιλαμβάνουμε ερωτήσεις στο τέλος των κεφαλαίων, που βασίζονται στα δοκίμια Από τη Σκοπιά ενός Χημικού και Ενόργανες Μέθοδοι. Οι ερωτήσεις αυτές προωθούν την ανάπτυξη δεξιοτήτων στο επιστημονικό γράψιμο, κάτι το οποίο συχνά παραμελείται σε τυποποιημένους κύκλους μαθημάτων Χημείας. Ελπίδα μας είναι ότι έχοντας σύντομες ερωτήσεις δοκιμίων, έτοιμες να δοθούν (προκειμένου να απαντηθούν), θα βοηθήσουμε τόσο τον φοιτητή όσο και τους διδάσκοντες να εκτιμήσουν τη σημασία αυτού του περιεχομένου και να το εντάξουν πιο εύκολα στη διδακτέα τους ύλη. Καινοτομίες και Προσθήκες στη 10η, Διεθνή Έκδοση, της Γενικής Χημείας Σύγχρονος, όμορφος σχεδιασμός του βιβλίου, φιλικός προς το χρήστη, μέσα από τον οποίο μεταδίδεται στον φοιτητή μια αίσθηση ενθουσιασμού για τη Χημεία. Ριζικά αναθεωρημένη διάταξη εικόνων και φωτογραφιών, που βοηθά στην οπτικοποίηση της γνώσης, ενώ παράλληλα εξηγούνται λεπτομερώς έννοιες-κλειδιά. Αναλυτικές λεζάντες και ερμηνευτικές σημειώσεις διασαφηνίζουν το επιμέρους καθώς και το σύνολο της εικόνας. Εκσυγχρονισμένα με νέες εικόνες, και εκ νέου διατυπωμένα δοκίμια περί «Καθημερινής Ζωής», περί «Επιστημονικών Ορίων», περί «Ενόργανων Μεθόδων» και «Περιβάλλοντος». Εντελώς νέα διατύπωση των Ενοτήτων 6.2 και 6.3 (στο Κεφάλαιο «Θερμοδυναμική») προκειμένου να συμπεριληφθεί σε αυτό μια διεξοδική συζήτηση του πρώτου νόμου της θερμοδυναμικής. Εκ νέου διατύπωση στο Κεφάλαιο 8 της ενότητας περί ατομικών ακτίνων για μια ευρύτερη συζήτηση του θέματος.
Εντελώς νέα διατύπωση στο Κεφάλαιο 8, της ηλεκτρονικής συγγένειας με θετικό πρόσημο για σταθερά αρνητικά ιόντα. Μολονότι πολλά συγγράμματα Γενικής Χημείας εξακολουθούν να χρησιμοποιούν το αντίθετο πρόσημο, οι ειδικοί επιστήμονες, αλλά και συγγράμματα Ανόργανης Χημείας και Φυσικοχημείας καθιέρωσαν και χρησιμοποιούν θετικό πρόσημο το οποίο θεωρούμε ότι μπορεί να οριστεί με τελείως φυσικό τρόπο. Όλες οι τιμές ηλεκτρονικής συγγένειας έχουν ενημερωθεί ανάλογα. Σαφής ορισμός του νόμου του Coulomb στο Κεφάλαιο 9. Εκ νέου διατύπωση στο Κεφάλαιο 9, της ενότητας για το μήκος δεσμού και τις ομοιοπολικές ακτίνες, ώστε αυτή να συνδεθεί απόλυτα με την προηγηθείσα συζήτηση περί ατομικής ακτίνας του Κεφαλαίου 8. Αλλαγή στο Κεφάλαιο 9 του όρου ενέργεια δεσμού με ενθαλπία δεσμού για προσαρμογή στην προτιμώμενη ορολογία. Προσθήκη στο Κεφάλαιο 10 μιας υποενότητας περί γεωμετρίας μεγάλων μορίων. Η συζήτηση της διπολικής ροπής έχει επαναδιατυπωθεί. Νέα διατύπωση της πρώτης ενότητας στο Κεφάλαιο 18, επειδή τώρα το Κεφάλαιο 6 εμπεριέχει μια πλήρη συζήτηση του πρώτου νόμου της θερμοδυναμικής, η οποία παλιότερα υπήρχε στο Κεφάλαιο 18. Η πραγματοποίηση στο Κεφάλαιο 21 μικρών αλλαγών για ενημέρωση της συζήτησης σύγχρονων εφαρμογών των στοιχείων των κύριων ομάδων και των ενώσεών τους. Εκ νέου διατύπωση στο Κεφάλαιο 24 σχετικά με τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών για αποσαφήνιση της συζήτησης. Διπλασιασμός του αριθμού των Προβλημάτων Στρατηγικής σε όλα τα κεφάλαια, με εξαίρεση δύο περιγραφικά κεφάλαια. Darrell Ebbing, Steven Gammon
Τα περιεχόμενα εν συντομία 1 Χημεία και Μετρήσεις 1 2 Άτομα, Μόρια και Ιόντα 41 3 Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις 88 4 Χημικές Αντιδράσεις 126 5 Η Αέρια Κατάσταση 178 6 Θερμοχημεία 226 7 Η Κβαντική Θεωρία του Ατόμου 268 8 Ηλεκτρονικές Δομές και Περιοδικότητα 299 9 Ιοντικός και Ομοιοπολικός Δεσμός 334 10 Μοριακή Γεωμετρία και Θεωρία του Χημικού Δεσμού 381 11 Καταστάσεις της Ύλης: Υγρά και Στερεά 427 12 Διαλύματα 487 13 Ταχύτητες Αντίδρασης 533 14 Χημική Ισορροπία 590 15 Οξέα και Βάσεις 634 16 Ισορροπίες Οξέων Βάσεων 663 17 Διαλυτότητα και Ισορροπίες Συμπλόκων Ιόντων 709 18 Θερμοδυναμική και Ισορροπία 741 19 Ηλεκτροχημεία 778 20 Πυρηνική Χημεία 827 21 Χημεία των Στοιχείων των Κυρίων Ομάδων 873 22 Τα Μεταβατικά Στοιχεία και Ενώσεις Σύνταξης 936 23 Οργανική Χημεία 975 24 Πολυμερή Υλικά: Συνθετικά και Βιολογικά 1012
Περιεχόμενα Δοκίμια xvii Πρόλογος της Ελληνικής Έκδοσης Πρόλογος της Αγγλικής Έκδοσης Ποιοι είναι οι Συγγραφείς xxix Η Εικόνα του Εξωφύλλου xxx xviii xxviii 1 Χημεία και Μετρήσεις 1 Εισαγωγή στη Χημεία 2 1.1 Σύγχρονη Χημεία: Μια σύντομη ματιά 3 1.2 Πείραμα και ερμηνεία 4 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Η Γέννηση του Αυτοκόλλητου Σημειώματος 5 1.3 Ο νόμος διατήρησης της μάζας 6 1.4 Ύλη: Φυσική κατάσταση και χημική σύσταση 8 ΕΝΟΡΓΑΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Διαχωρισμός Μιγμάτων μέσω Χρωματογραφίας 13 Φυσικές Μετρήσεις 15 1.5 Μετρήσεις και σημαντικά ψηφία 15 1.6 Μονάδες SI 18 1.7 Παράγωγες μονάδες 21 1.8 Μονάδες και διαστατική ανάλυση (Μέθοδος των συντελεστών μετατροπής) 25 2 Άτομα, Μόρια και Ιόντα 41 Ατομική Θεωρία και Ατομική Δομή 42 2.1 Ατομική θεωρία της ύλης 43 2.2 Η δομή του ατόμου 45 2.3 Η δομή του πυρήνα Ισότοπα 48 2.4 Ατομικές μάζες 50 2.5 Περιοδικός πίνακας των στοιχείων 52 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Τριάντα Δευτερόλεπτα στη Νησίδα Σταθερότητας 54 Χημικές Ουσίες: Τύποι και Ονόματα 55 2.6 Χημικοί τύποι Μοριακές και ιοντικές ενώσεις 56 2.7 Οργανικές ενώσεις 60 2.8 Ονοματολογία απλών ενώσεων 61 Χημικές Αντιδράσεις: Εξισώσεις 72 2.9 Αναγραφή χημικών εξισώσεων 72 2.10 Ισοστάθμιση χημικών εξισώσεων 73 x
3 Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις 88 Μάζα και Mole μιας Ουσίας 89 3.1 Μοριακή μάζα και τυπική μάζα 89 3.2 Η έννοια του mole 91 Προσδιορισμός Χημικών Τύπων 95 3.3 Εκατοστιαία περιεκτικότητα από τον χημικό τύπο 95 3.4 Στοιχειακή ανάλυση: Εκατοστιαία περιεκτικότητα σε άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο 97 3.5 Προσδιορισμός τύπων 99 ΕΝΟΡΓΑΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Φασματομετρία Μάζας και Μοριακός Τύπος 100 Στοιχειομετρία: Ποσοτικές Σχέσεις σε Χημικές Αντιδράσεις 104 3.6 Γραμμομοριακή ερμηνεία μιας χημικής εξίσωσης 104 3.7 Ποσότητες ουσιών σε μια χημική αντίδραση 105 3.8 Περιοριστικό αντιδρών: Θεωρητικές και εκατοστιαίες αποδόσεις 109 4 Χημικές Αντιδράσεις 126 Ιόντα σε Υδατικό Διάλυμα 127 4.1 Η ιοντική θεωρία των διαλυμάτων και κανόνες διαλυτότητας 127 4.2 Μοριακές και ιοντικές εξισώσεις 132 Τύποι Χημικών Αντιδράσεων 135 4.3 Αντιδράσεις καταβύθισης 136 4.4 Αντιδράσεις οξέων-βάσεων 138 4.5 Αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής 146 4.6 Ισοστάθμιση απλών εξισώσεων οξείδωσης-αναγωγής 153 Εργασίες με Διαλύματα 156 4.7 Γραμμομοριακή συγκέντρωση 156 4.8 Αραίωση διαλυμάτων 158 Ποσοτική Ανάλυση 160 4.9 Σταθμική ανάλυση 160 4.10 Ογκομετρική ανάλυση 162
5 Η Αέρια Κατάσταση 178 Νόμοι των Αερίων 179 5.1 Πίεση αερίων και μέτρηση αυτής 179 5.2 Εμπειρικοί νόμοι των αερίων 181 5.3 Ο νόμος των ιδανικών αερίων 188 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Αέριο Μονοξείδιο του Αζώτου και Βιολογική Σηματοδότηση 189 5.4 Προβλήματα στοιχειομετρίας που περιλαμβάνουν όγκους αερίων 194 5.5 Μίγματα αερίων Νόμος των μερικών πιέσεων 196 Κινητική Μοριακή Θεωρία 200 5.6 Κινητική θεωρία ιδανικών αερίων 201 5.7 Μοριακές ταχύτητες Διάχυση και διαπίδυση 204 5.8 Πραγματικά αέρια 209 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Το Αέριο Διοξείδιο του Άνθρακα και το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου 212 6 Θερμοχημεία 226 Τι είναι Θερμότητα Αντίδρασης 227 6.1 Ενέργεια και μονάδες ενέργειας 228 6.2 Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής Έργο και θερμότητα 230 6.3 Θερμότητα αντίδρασης Ενθαλπία αντίδρασης 234 6.4 Θερμοχημικές εξισώσεις 237 6.5 Εφαρμογή στοιχειομετρίας σε θερμότητες αντιδράσεων 240 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Η Ανακάλυψη των Σπίρτων (Πυρείων) 240 6.6 Μέτρηση θερμότητας μιας αντίδρασης 241 Χρησιμοποίηση της Θερμότητας από Αντιδράσεις 245 6.7 Νόμος του Hess 245 6.8 Πρότυπες ενθαλπίες σχηματισμού 249 6.9 Καύσιμα τρόφιμα, εμπορικά καύσιμα και καύσιμα πυραύλων 253 7 Η Κβαντική Θεωρία του Ατόμου 268 Φωτεινά Κύματα, Φωτόνια και Θεωρία του Bohr 270 7.1 Η κυματική φύση του φωτός 270 7.2 Κβαντικά φαινόμενα και φωτόνια 273 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Αποστείρωση των Χάμπουργκερ με Ακτίνες Γ 275 7.3 Η θεωρία του Bohr για το άτομο του υδρογόνου 276 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Λέιζερ και Συσκευές Ανάγνωσης Ψηφιακών Δίσκων CD και DVD 280
Κβαντομηχανική και Κβαντικοί Αριθμοί 282 7.4 Κβαντομηχανική 282 7.5 Κβαντικοί αριθμοί και ατομικά τροχιακά 285 ΕΝΟΡΓΑΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Σαρωτική Μικροσκοπία Σήραγγας 286 8 Ηλεκτρονικές Δομές και Περιοδικότητα 299 Ηλεκτρονική Δομή Ατόμων 300 8.1 Spin ηλεκτρονίου και απαγορευτική αρχή του Pauli 300 ΕΝΟΡΓΑΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός (NMR) 302 8.2 Αρχή δόμησης και ο περιοδικός πίνακας 305 ΕΝΟΡΓΑΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Ακτίνες Χ, Ατομικοί Αριθμοί και Δομή Τροχιακών (Φωτοηλεκτρονική Φασματοσκοπία) 310 8.3 Αναγραφή ηλεκτρονικών δομών με χρησιμοποίηση του περιοδικού πίνακα 310 8.4 Διαγράμματα τροχιακών των ατόμων Κανόνας του Hund 314 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Μετεώριση Βατράχων και Ανθρώπων 316 Περιοδικότητα των Στοιχείων 317 8.5 Προβλέψεις του Mendeleev βάσει του περιοδικού πίνακα 317 8.6 Μερικές περιοδικές ιδιότητες 318 8.7 Περιοδικότητα στα στοιχεία των κυρίων ομάδων 325 9 Ιοντικός και Ομοιοπολικός Δεσμός 334 Ιοντικοί Δεσμοί 335 9.1 Περιγραφή ιοντικών δεσμών 335 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Ιοντικά Υγρά και Πράσινη Χημεία 340 9.2 Ηλεκτρονικές δομές ιόντων 341 9.3 Ιοντικές ακτίνες 344 Ομοιοπολικοί Δεσμοί 346 9.4 Περιγραφή ομοιοπολικών δεσμών 347 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Χημικοί Δεσμοί στη Νιτρογλυκερίνη 350 9.5 Πολωμένοι ομοιοπολικοί δεσμοί Ηλεκτραρνητικότητα 351 9.6 Αναγραφή τύπων Lewis με ηλεκτρόνια-κουκκίδες 353 9.7 Απεντοπισμένοι δεσμοί Συντονισμός 356 9.8 Εξαιρέσεις του κανόνα της οκτάδας 358 9.9 Τυπικό φορτίο και τύποι Lewis 361 9.10 Μήκος δεσμού και τάξη δεσμού 364 9.11 Ενέργεια δεσμού 366 ΕΝΟΡΓΑΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Φασματοσκοπία Υπερύθρου και Δονήσεις Χημικών Δεσμών 370
10 Μοριακή Γεωμετρία και Θεωρία του Χημικού Δεσμού 381 Μοριακή Γεωμετρία και Κατευθυνόμενος Δεσμός 383 10.1 Το μοντέλο VSEPR (άπωσης ηλεκτρονικών ζευγών του φλοιού σθένους) 383 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Μόρια σε Σχέση Αριστερού Δεξιού Χεριού 392 10.2 Διπολική ροπή και μοριακή γεωμετρία 393 10.3 Θεωρία του δεσμού σθένους 397 10.4 Περιγραφή πολλαπλών δεσμών 404 Θεωρία Μοριακών Τροχιακών 408 10.5 Αρχές της θεωρίας μοριακών τροχιακών 409 10.6 Ηλεκτρονικές δομές διατομικών μορίων των στοιχείων της δεύτερης περιόδου 411 10.7 Μοριακά τροχιακά και απεντοπισμένοι δεσμοί 414 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Ανθρώπινη Όραση 416 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Το Όζον της Στρατόσφαιρας: Ένας Απορροφητής των Υπεριωδών Ακτίνων 417 11 Καταστάσεις της Ύλης: Υγρά και Στερεά 427 11.1 Σύγκριση αερίων, υγρών και στερεών 428 Μεταβολές Καταστάσεων 429 11.2 Μετατροπές φάσεων 429 11.3 Διαγράμματα φάσεων 439 Υγρή Κατάσταση 441 11.4 Ιδιότητες υγρών: Επιφανειακή τάση και ιξώδες 441 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Αφαίρεση της Καφεΐνης από τον Καφέ 442 11.5 Διαμοριακές δυνάμεις: Ερμηνεία ιδιοτήτων υγρών 445 Στερεά Κατάσταση 452 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Τα Κολλητικά, αλλά χωρίς Κόλλα, Δάκτυλα του Γκέκο 453 11.6 Ταξινόμηση των στερεών σύμφωνα με το είδος έλξης των δομικών τους μονάδων 453 11.7 Κρυσταλλικά στερεά: Κρυσταλλικά πλέγματα και μοναδιαίες κυψελίδες 457 11.8 Δομές μερικών κρυσταλλικών στερεών 461 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Οθόνες Υγρών Κρυστάλλων 461 11.9 Υπολογισμοί που εμπεριέχουν διαστάσεις μοναδιαίων κυψελίδων 467 11.10 Προσδιορισμός κρυσταλλικής δομής με περίθλαση ακτίνων Χ 469 ΕΝΟΡΓΑΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Αυτοματοποιημένη Περιθλασιμετρία Ακτίνων Χ 471
ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Νερό: Μια Ιδιαίτερη Ουσία για τον Πλανήτη Γη 472 12 Διαλύματα 487 Σχηματισμός Διαλυμάτων 488 12.1 Τύποι διαλυμάτων 488 12.2 Διαλυτότητα και η διαδικασία διάλυσης 490 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Διαλυτότητα Αιμοσφαιρίνης και Δρεπανοκυτταρική Αναιμία 495 12.3 Επιδράσεις θερμοκρασίας και πίεσης πάνω στη διαλυτότητα 496 Αθροιστικές Ιδιότητες 499 12.4 Τρόποι έκφρασης της συγκέντρωσης 499 12.5 Τάση ατμών διαλύματος 505 12.6 Ανύψωση σημείου ζέσεως και ταπείνωση σημείου πήξεως 509 12.7 Ώσμωση 513 12.8 Αθροιστικές ιδιότητες ιοντικών διαλυμάτων 516 Σχηματισμός Κολλοειδών 518 12.9 Κολλοειδή 518 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Οι Μικρότεροι Δοκιμαστικοί Σωλήνες στον Κόσμο 522 13 Ταχύτητες Αντίδρασης 533 Ταχύτητες Αντίδρασης 534 13.1 Ορισμός της ταχύτητας αντίδρασης 535 13.2 Πειραματικός προσδιορισμός ταχύτητας 539 13.3 Εξάρτηση της ταχύτητας από τη συγκέντρωση 540 13.4 Μεταβολή της συγκέντρωσης με τον χρόνο 546 13.5 Θερμοκρασία και ταχύτητα Θεωρίες συγκρούσεων και μεταβατικής κατάστασης 554 13.6 Εξίσωση του Arrhenius 558 Μηχανισμοί Αντιδράσεων 560 13.7 Στοιχειώδεις αντιδράσεις 560 13.8 Ο νόμος ταχύτητας και ο μηχανισμός 564 13.9 Κατάλυση 569 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Βλέποντας τα Μόρια να αντιδρούν 574
14 Χημική Ισορροπία 590 Περιγραφή Χημικής Ισορροπίας 591 14.1 Χημική ισορροπία Μια δυναμική ισορροπία 591 14.2 Η σταθερά ισορροπίας 594 14.3 Ετερογενής ισορροπία Διαλύτες σε ετερογενείς ισορροπίες 601 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Μυξομύκητες και Βούλες Λεοπάρδαλης 602 Χρήση της Σταθεράς Ισορροπίας 603 14.4 Ποιοτική ερμηνεία της σταθεράς ισορροπίας 604 14.5 Πρόβλεψη της κατεύθυνσης μιας αντίδρασης 605 14.6 Υπολογισμός συγκεντρώσεων ισορροπίας 607 Μεταβολή των Συνθηκών Αντίδρασης Αρχή του Le Châtelier 611 14.7 Απομάκρυνση προϊόντων ή προσθήκη αντιδρώντων 611 14.8 Μεταβολή πίεσης και θερμοκρασίας 614 14.9 Επίδραση ενός καταλύτη 619 15 Οξέα και Βάσεις 634 Θεωρίες Οξέων Βάσεων 635 15.1 Οξέα και βάσεις κατά Arrhenius 635 15.2 Οξέα και βάσεις κατά Brønsted Lowry 636 15.3 Οξέα και βάσεις κατά Lewis 639 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Παίρνοντας το Φάρμακό μας 641 Ισχύς Οξέων και Βάσεων 642 15.4 Σχετική ισχύς οξέων και βάσεων 642 15.5 Μοριακή δομή και ισχύς οξέων 644 Αυτοϊοντισμός του Νερού και ph 647 15.6 Αυτοϊοντισμός του νερού 647 15.7 Διαλύματα ισχυρών οξέων και βάσεων 648 15.8 Το ph ενός διαλύματος 650 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Απόφραξη του Νιπτήρα και Άλλες Αγγαρείες 654 16 Ισορροπίες Οξέων Βάσεων 663 Διαλύματα Ασθενών Οξέων ή Βάσεων 664 16.1 Ισορροπίες ιοντισμού οξέων 664 16.2 Πολυπρωτικά οξέα 671 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Όξινη Βροχή 674
16.3 Ισορροπίες ιοντισμού βάσεων 674 16.4 Οξεοβασικές ιδιότητες διαλυμάτων αλάτων 678 Διαλύματα Ασθενούς Οξέος ή Βάσης παρουσία άλλης Διαλυμένης Ουσίας 682 16.5 Επίδραση κοινού ιόντος 683 16.6 Ρυθμιστικά διαλύματα 686 16.7 Καμπύλες ογκομέτρησης οξέος βάσης 693 17 Διαλυτότητα και Ισορροπίες Συμπλόκων Ιόντων 709 Ισορροπίες Διαλυτότητας 710 17.1 Η σταθερά γινομένου διαλυτότητας 710 17.2 Διαλυτότητα και επίδραση κοινού ιόντος 715 17.3 Υπολογισμοί καθίζησης 717 17.4 Επίδραση του ph πάνω στη διαλυτότητα 721 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Ασβεστολιθικά Σπήλαια 723 Charles D. Winters Ισορροπίες Συμπλόκων Ιόντων 724 17.5 Σχηματισμός συμπλόκων ιόντων 724 17.6 Σύμπλοκα ιόντα και διαλυτότητα 727 Εφαρμογή Ισορροπιών Διαλυτότητας 730 17.7 Ποιοτική ανάλυση μεταλλικών ιόντων 730 18 Θερμοδυναμική και Ισορροπία 741 18.1 Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής: Μια ανασκόπηση 742 Αυθόρμητες Διεργασίες και Εντροπία 743 18.2 Εντροπία και ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής 744 18.3 Πρότυπες εντροπίες και ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής 749 Charles D. Winters Η Έννοια της Ελεύθερης Ενέργειας 753 18.4 Ελεύθερη ενέργεια και αυθόρμητες αντιδράσεις 753 18.5 Ερμηνεία της ελεύθερης ενέργειας 757 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Σύζευξη Αντιδράσεων 758 Ελεύθερη Ενέργεια και Σταθερές Ισορροπίας 760 18.6 Σχέση της DG 8 με τη σταθερά ισορροπίας 760 18.7 Μεταβολή ελεύθερης ενέργειας με τη θερμοκρασία 763
19 Ηλεκτροχημεία 778 Ημιαντιδράσεις 779 19.1 Ισοστάθμιση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής σε όξινα και βασικά διαλύματα 779 Βολταϊκά Στοιχεία 783 19.2 Κατασκευή βολταϊκών στοιχείων 784 19.3 Συμβολισμοί βολταϊκών στοιχείων 786 19.4 Δυναμικό στοιχείου 788 19.5 Πρότυπα δυναμικά στοιχείων και πρότυπα δυναμικά ηλεκτροδίων 790 19.6 Σταθερές ισορροπίας από τιμές δυναμικών στοιχείων 797 19.7 Εξάρτηση του δυναμικού στοιχείου από τη συγκέντρωση 799 19.8 Μερικά εμπορικά βολταϊκά στοιχεία 803 Ηλεκτρολυτικά Στοιχεία 807 19.9 Ηλεκτρόλυση τηγμένων αλάτων 807 19.10 Ηλεκτρόλυση σε υδατικό διάλυμα 808 19.11 Στοιχειομετρία ηλεκτρόλυσης 813 20 Πυρηνική Χημεία 827 Ραδιενέργεια και Αντιδράσεις με Βομβαρδισμό Πυρήνων 828 20.1 Ραδιενέργεια 828 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Μαγικοί Αριθμοί 834 20.2 Αντιδράσεις με βομβαρδισμό πυρήνων 839 20.3 Ακτινοβολίες και ύλη: Ανίχνευση και βιολογικές επιδράσεις 843 20.4 Ρυθμός ραδιενεργού διάσπασης 845 20.5 Εφαρμογές ραδιενεργών ισοτόπων 852 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων (ΡΕΤ) 856 Ενέργεια Πυρηνικών Αντιδράσεων 857 20.6 Υπολογισμοί μάζας ενέργειας 857 20.7 Πυρηνική σχάση και πυρηνική σύντηξη 861 21 Χημεία των Στοιχείων των Κυρίων Ομάδων 873 21.1 Γενικές παρατηρήσεις για τα στοιχεία των κυρίων ομάδων 874 Η Χημεία των Μετάλλων των Κυρίων Ομάδων 876 21.2 Μέταλλα: Χαρακτηριστικά και παραγωγή 877 21.3 Ο Δεσμός στα μέταλλα 881 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Υπεραγωγιμότητα 883 21.4 Ομάδα ΙΑ: Τα αλκαλιμέταλλα 884 21.5 Ομάδα ΙΙΑ: Τα μέταλλα των αλκαλικών γαιών 889
21.6 Τα μέταλλα των ομάδων ΙΙΙΑ και ΙVΑ 894 Η Χημεία των Αμετάλλων 898 21.7 Υδρογόνο 899 21.8 Ομάδα ΙVΑ: Η ομάδα του άνθρακα 901 21.9 Ομάδα VΑ: Η ομάδα του αζώτου και του φωσφόρου 906 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Buckminster Φουλλερένιο: Μια Τρίτη Αλλοτροπική Μορφή του Άνθρακα 907 21.10 Ομάδα VΙΑ: Η ομάδα του οξυγόνου και του θείου 914 21.11 Ομάδα VΙΙΑ: Τα αλογόνα 919 21.12 Ομάδα VΙΙΙΑ: Τα ευγενή αέρια 923 Προβλήματα Προβλήματα Στρατηγικής 22 Τα Μεταβατικά Στοιχεία και Ενώσεις Σύνταξης 936 Ιδιότητες των Μεταβατικών Στοιχείων 937 22.1 Περιοδικές τάσεις των μεταβατικών στοιχείων 937 22.2 Η χημεία δύο μεταβατικών στοιχείων 941 Σύμπλοκα Ιόντα και Ενώσεις Σύνταξης 944 22.3 Σχηματισμός και δομή συμπλόκων 944 22.4 Ονοματολογία ενώσεων σύνταξης 948 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Ντρέσινγκ Σαλάτας και Σταθερότητα Χηλικών Ενώσεων 949 22.5 Δομή και ισομέρεια ενώσεων σύνταξης 952 22.6 Η θεωρία δεσμού σθένους στα σύμπλοκα 959 22.7 Η θεωρία του κρυσταλλικού πεδίου 960 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Η Συνεργειακή Αποδέσμευση Οξυγόνου από Οξυαιμοσφαιρίνη 967 Προβλήματα Προβλήματα Στρατηγικής 23 Οργανική Χημεία 975 23.1 Οι δεσμοί που σχηματίζει ο άνθρακας 976 Υδρογονάνθρακες 977 23.2 Αλκάνια και Κυκλοαλκάνια 977 23.3 Αλκένια και Αλκύνια 984 23.4 Αρωματικοί Υδρογονάνθρακες 988 23.5 Ονοματολογία Υδρογονανθράκων 991 Παράγωγα Υδρογονανθράκων 998 23.6 Οργανικές οξυγονούχες ενώσεις 998 23.7 Οργανικές αζωτούχες ενώσεις 1002 Προβλήματα Προβλήματα Στρατηγικής
24 Πολυμερή Υλικά: Συνθετικά και Βιολογικά 1012 Συνθετικά Πολυμερή 1013 24.1 Σύνθεση οργανικών πολυμερών 1014 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Η Ανακάλυψη του Νάιλον 1016 24.2 Ηλεκτρικά αγώγιμα πολυμερή 1018 Βιολογικά Πολυμερή 1020 24.3 Πρωτεΐνες 1020 24.4 Νουκλεϊκά οξέα 1025 ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Ιός του Μωσαϊκού του Καπνού και Μικροσκόπιο Ατομικών Δυνάμεων 1033 Προβλήματα Προβλήματα Στρατηγικής Παραρτήματα A-1 A. Μαθηματικές δεξιότητες A-1 Β. Τάση ατμών νερού σε διάφορες θερμοκρασίες A-7 Γ. Θερμοδυναμικές ποσότητες για ουσίες και ιόντα στους 25 C A-8 Δ. Ηλεκτρονικές δομές ατόμων στη θεμελιώδη κατάσταση A-12 Ε. Σταθερές ιοντισμού οξέων στους 25 C A-13 ΣΤ. Σταθερές ιοντισμού βάσεων στους 25 C A-14 Ζ. Σταθερές γινομένου διαλυτότητας στους 25 C A-15 Η. Σταθερές σχηματισμού συμπλόκων ιόντων στους 25 C A-16 Θ. Πρότυπα δυναμικά ηλεκτροδίων (αναγωγής) σε υδατικά διαλύματα στους 25 C A-16 Απαντήσεις των Ασκήσεων A-18 Απαντήσεις στους Ελέγχους Κατανόησης Εννοιών A-22 Απαντήσεις σε Επιλεγμένα Προβλήματα με Περιττό Αύξοντα Αριθμό A-25 Γλωσσάριο A-39 Ευρετήριο A-53
Ingram Publishing/ the Agency Collection/ Getty Images Fuse/Getty Images Δοκίμια Εφαρμογές ΑΠΟ ΤΗ ΣΚΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΧΗΜΙΚΟΥ Επιστήμη Ζωής Αέριο Μονοξείδιο του Αζώτου και Βιολογική Σηματοδότηση 189 Ανθρώπινη Όραση 416 Διαλυτότητα Αιμοσφαιρίνης και Δρεπανοκυτταρική Αναιμία 495 Παίρνοντας το Φάρμακό μας 641 Σύζευξη Αντιδράσεων 758 Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων (ΡΕΤ) 856 Η Συνεργειακή Αποδέσμευση Οξυγόνου από Οξυαιμοσφαιρίνη 967 Ιός του Μωσαϊκού του Καπνού και Μικροσκόπιο Ατομικών Δυνάμεων 1033 Υλικά Λέιζερ και Συσκευές Ανάγνωσης Ψηφιακών Δίσκων CD και DVD 280 Υπεραγωγιμότητα 883 Buckminster Φουλλερένιο: Μια Τρίτη Αλλοτροπική Μορφή του Άνθρακα 907 Η Ανακάλυψη του Νάιλον 1016 Paul Cooklin/Brand X Pictures/Getty Images Image Source/ Getty Images Όρια Επιστήμης Τριάντα Δευτερόλεπτα στη Νησίδα Σταθερότητας 54 Μετεώριση Βατράχων και Ανθρώπων 316 Ιοντικά Υγρά και Πράσινη Χημεία 340 Τα Κολλητικά αλλά, χωρίς Κόλλα Δάκτυλα του Γκέκο 453 Οι Μικρότεροι Δοκιμαστικοί Σωλήνες στον Κόσμο 522 Βλέποντας τα Μόρια να αντιδρούν 574 Μαγικοί Αριθμοί 834 Από την Καθημερινή μας Ζωή Η Γέννηση του Αυτοκόλλητου Σημειώματος 5 Η Ανακάλυψη των Σπίρτων (Πυρείων) 240 Αποστείρωση των Χάμπουργκερ με Ακτίνες Γ 275 Χημικοί Δεσμοί στη Νιτρογλυκερίνη 350 Μόρια σε Σχέση Αριστερού Δεξιού Χεριού 392 Αφαίρεση της Καφεΐνης από τον Καφέ 442 Οθόνες Υγρών Κρυστάλλων 461 Μυξομύκητες και Βούλες Λεοπάρδαλης 602 Απόφραξη του Νιπτήρα και Άλλες Αγγαρείες 654 Ντρέσινγκ Σαλάτας και Σταθερότητα Χηλικών Ενώσεων 949 Image Source/ Getty Images Περιβάλλον Το Αέριο Διοξείδιο του Άνθρακα και το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου 212 Το Όζον της Στρατόσφαιρας: Ένας Απορροφητής των Υπεριωδών Ακτίνων 417 Νερό: Μια Ιδιαίτερη Ουσία για τον Πλανήτη Γη 472 Όξινη Βροχή 674 Ασβεστολιθικά Σπήλαια 723 imagewerks/ Getty Images ΕΝΟΡΓΑΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Διαχωρισμός Μιγμάτων μέσω Χρωματογραφίας 13 Φασματομετρία Μάζας και Μοριακός Τύπος 100 Σαρωτική Μικροσκοπία Σήραγγας 286 Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός (NMR) 302 Ακτίνες Χ, Ατομικοί Αριθμοί και Δομή Τροχιακών (Φωτοηλεκτρονική Φασματοσκοπία) 310 Φασματοσκοπία Υπερύθρου και Δονήσεις Χημικών Δεσμών 370 Αυτοματοποιημένη Περιθλασιμετρία Ακτίνων Χ 471