Χημεία

X H M E I A Cotton Darlington Lynch

×ÇÌÅÉÁ ISBN 960-337-024-X

1954

ÉÄÑÕÌÁ ÅÕÃÅÍÉÄÏÕ ×ÑÕÓÏÕÍ ÌÅÔÁËËÉÏÍ ÁÊÁÄÇÌÉÁÓ

ÅÉÓÁÃÙÃÇ Ôï âéâëßï ”×ÇÌÅÉÁ: Ìéá åñåõíçôéêÞ ðñïóÝããéóç” Ý÷åé Ýíáí ðïëý äéáêåêñéìÝíï ðñüãïíï. Ôï 1959 ìéá ïñãáíùôéêÞ åðéôñïðÞ, ìå äéåõèõíôÞ ôïí ôéìçèÝíôá ìå ôï âñáâåßï Íüìðåë óôç ×çìåßá êáèçãçôÞ Glenn T. Seaborg, áðïöÜóéóå íá åöïäéÜóåé ôá ó÷ïëåßá ôçò ìÝóçò åêðáéäåýóåùò ìå ìéá ðñáãìáôéêÜ íÝá êáé óýã÷ñïíç åéóáãùãÞ äéäáóêáëßáò êáé åêìáèÞóåùò ôçò ÷çìåßáò. Ìéá ïìÜäá êáèçãçôþí áðü äéÜöïñá ðáíåðéóôÞìéá êáé ãõìíÜóéá-ëýêåéá, óõãêñïôÞèçêå, ãéá íá ó÷åäéÜóåé êáé íá ãñÜøåé Ýíá ôÝôïéï “íåùôåñéóôéêü” êåßìåíï. Ç ðñþôç Ýêäïóç, ìáæß ìå ôïí åñãáóôçñéáêü ïäçãü, ïëïêëçñþèçêå ôï êáëïêáßñé ôïõ 1960 êáé ÷ñçóéìïðïéÞèçêå óå 23 Ëýêåéá, ôùí ÇÐÁ êáôÜ ôï ó÷ïëéêü Ýôïò 1960 - 61, áðü 1300 ìáèçôÝò. Ôï âéâëßï ïíïìáæüôáí “×çìåßá - Ìéá ÐåéñáìáôéêÞ ÅðéóôÞìç”. Êáé ìå åêåßíïí ôïí ôßôëï üðùò êáé ìå ôïí ôßôëï ôïõ âéâëßïõ ðïõ äéáâÜæåôå ôþñá, åðéóçìáßíåôáé üôé ç ÷çìåßá åßíáé ìéá åðéóôÞìç ðïõ ðñïóåããßæåôáé ìÝóá áðü ôï ðåßñáìá êáé ôçí Ýñåõíá. Ôï áñ÷éêü âéâëßï Ýãéíå áðïäåêôü ìå åíèïõóéáóìü áðü ôïõò êáèçãçôÝò êáé ôïõò ìáèçôÝò. Óôç óõíÝ÷åéá áêïëïýèçóáí ìéá äåýôåñç êáé ìéá ôñßôç Ýêäïóç. ÊÜèå íÝá Ýêäïóç ðåñéåëÜìâáíå áëëáãÝò ôéò ïðïßåò õðåäåßêíõáí êáèçãçôÝò êáé ìáèçôÝò ðïõ ÷ñçóéìïðïßçóáí ôçí ðñïçãïýìåíç Ýêäïóç. ÌÝ÷ñé ôï 1966 ôï âéâëßï åß÷å ÷ñçóéìïðïéçèåß áðü ðåñéóóüôåñïõò ôùí 700.000 ìáèçôþí óôá ó÷ïëåßá ôùí ÇÐÁ êáé áðü ðïëëïýò Üëëïõò óôï åîùôåñéêü. Ç âáóéêÞ éäÝá, êáôÜ ôçí åêðüíçóç ôïõ áñ÷éêïý êåéìÝíïõ, Þôáí íá ðñïâëçèïýí ôá óôÜäéá äéÜ ìÝóïõ ôùí ïðïßùí ïé åðéóôÞìïíåò âáäßæïõí ãéá íá öèÜóïõí óôá èåìåëéþäç öáéíüìåíá êáé ôéò áñ÷Ýò - êëåéäéÜ ðïõ åñìçíåýïõí ôç óõìðåñéöïñÜ ôïõ êüóìïõ ãýñù ìáò. ÁõôÞ ç âáóéêÞ éäÝá äéáôçñÞèçêå êáé óå áõôü ôï âéâëßï. Åðßóçò, èåùñÞèçêå óêüðéìï íá ðñïóåããéóèïýí ïé âáóéêÝò Ýííïéåò êáé áëÞèåéåò - ìéá ðñþôç ãíùñéìßá ìå ôç ÷çìåßá - ìÝóá áðü ðåéñÜìáôá. Ôá ðåéñÜìáôá áõôÜ ðñáãìáôïðïéïýíôáé áðü ôïõò ìáèçôÝò áìÝóùò ìüëéò áíáöåñèïýí óôï êåßìåíï ïé Ýííïéåò, ðïõ ôï êÜèå ðåßñáìá ðåñéëáìâÜíåé. ~Åôóé, äßíåôáé Ýìöáóç óôçí Üðïøç üôé ïé åðéóôçìïíéêÝò Ýííïéåò êáé áëÞèåéåò ðçãÜæïõí áðü ôï ðåßñáìá. ÂÝâáéá Ýìöáóç äßíåôáé åðßóçò óôçí éäÝá üôé ç åðéóôÞìç åßíáé êÜôé ðïëý ðåñéóóüôåñï áðü ìéá óõëëïãÞ öáéíïìÝíùí (üóï áêñéâÞ, åíôõðùóéáêÜ êáé ðïëõÜñéèìá êé áí åßíáé ôá öáéíüìåíá áõôÜ). Ôá õðïäåßãìáôá êáé ïé ïìïéüôçôåò óõìðåñéöïñÜò êáé éäéïôÞôùí ðïõ óçìåéþíïíôáé ìå ôéò ðáñáôçñÞóåéò ðåéñáìÜôùí, üðùò êáé ôá ðñüôõðá Þ ïé èåùñßåò ðïõ ìðïñïýí íá äéáìïñöùèïýí, óýìöùíá ìå áõôÜ ôá õðïäåßãìáôá êáé ôéò ïìïéüôçôåò óõìðåñéöïñÜò, åßíáé Ýíá ðïëý óçìáíôéêü ìÝñïò ôçò åðéóôÞìçò. Óôï âéâëßï áõôü, ðáñÜëëçëá ìå ôçí åñãáóôçñéáêÞ äïõëåéÜ, äßíåôáé ìåãÜëç Ýìöáóç óôï óõó÷åôéóìü ôùí ðåéñáìáôéêþí äåäïìÝíùí, Ýôóé þóôå íá äéáìïñöùèïýí ôá õðïäåßãìáôÜ ôïõò, êáèþò åðßóçò ç áíÜðôõîç êáé ï Ýëåã÷ïò ôùí ðñïôýðùí êáé ôùí èåùñéþí. Ç åðéóôÞìç, óôçí êáëýôåñç ðåñßðôùóç, åîåôÜæåé ôç óðïõäáéüôçôá ôçò áëëçëåðéäñÜóåùò ðåéñÜìáôïò èåùñßáò êáé óôï âéâëßï áõôü ãßíåôáé ðñïóðÜèåéá íá äïèåß óôï ìáèçôÞ ìéá éäÝá áõôÞò ôçò áëëçëåðéäñÜóåùò. Áõôü ôï âéâëßï Ý÷åé ãñáöåß ìå ôçí ðåðïßèçóç üôé ï êáëýôåñïò ôñüðïò ãéá íá ðáñïõóéÜóåéò ôç ÷çìåßá åßíáé íá ðáñïõóéÜóåéò ôéò ðéï âáóéêÝò áñ÷Ýò ôçò, óõìðåñéëáìâáíïìÝíùí ôùí åííïéþí ôçò åíÝñãåéáò, ôçò ôá÷ýôçôáò êáé ôçò éóïññïðßáò ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí, ôçò ôñéóäéÜóôáôçò äïìÞò ôùí ìïñßùí, ôùí ÷çìéêþí äåóìþí, üðùò áõôïß áðáíôïýí óôá õãñÜ, ôá óôåñåÜ êáé ôá áÝñéá, êáèþò åðßóçò êáé ôùí éäåþí ðåñß ôçò áôïìéêÞò äïìÞò êáé ôçò ÷çìéêÞò ðåñéïäéêüôçôáò. ÖõóéêÜ, üëåò áõôÝò ïé áñ÷Ýò êáé ïé Ýííïéåò äåí ìðïñïýí íá ðáñïõóéáóèïýí ïëïêëçñùìÝíåò, áëëÜ ðáñïõóéÜæïíôáé êáôÜ Ýíáí áðëïõóôåõìÝíï áëëÜ åðéóôçìïíéêÜ Ýãêõñï ôñüðï, þóôå íá áðïôåëÝóïõí ôá èåìÝëéá, ðÜíù

óôá ïðïßá èá ïéêïäïìçèåß ç ðåñáéôÝñù ìåëÝôç. Âåâáßùò, ïðïéáäÞðïôå ãíþóç áðïêôçèåß ôþñá äåí óçìáßíåé üôé èá ðñÝðåé íá “îå÷áóèåß”. ÔÝëïò, ìå áõôü ôï âéâëßï, åëðßæïìå íá ëÜâåôå ìéá éäÝá ôçò óçìáóßáò êáé ôùí äõíáôïôÞôùí ôùí åðéóôçìïíéêþí äñáóôçñéïôÞôùí óôï ó÷åäéáóìü ôïõ ìÝëëïíôïò ôïõ áíèñþðïõ êáé ôïõ êüóìïõ ôïõ. Áêüìç êáé ï ìáèçôÞò, ôïõ ïðïßïõ ç ìåëëïíôéêÞ áðáó÷üëçóç åßíáé ðéèáíüí íá ìçí Ý÷åé Üìåóç ó÷Ýóç ìå ôéò öõóéêÝò åðéóôÞìåò, èá äéáðéóôþóåé üôé ç óôáäéïäñïìßá ôïõ åðçñåÜæåôáé Ýììåóá áðü ôéò äñáóôçñéüôçôåò ôùí ÷çìéêþí êáé üóùí Üëëùí áêüìç áó÷ïëïýíôáé ìå ôéò öõóéêÝò åðéóôÞìåò. Åëðßæïìå üôé ç ìåëÝôç áõôïý ôïõ âéâëßïõ èá âïçèÞóåé üëïõò ôïõò ìåëëïíôéêïýò ðïëßôåò íá êáôáíïÞóïõí êáé íá åêôéìÞóïõí óùóôÜ ôçí áõîáíüìåíç åðßäñáóç ôùí ôå÷íïëïãéêþí åîåëßîåùí óôï öõóéêü êáé êïéíùíéêü ðåñéâÜëëïí ôïõò. Ôá ôåëåõôáßá ìüëéò ÷ñüíéá áíáãíùñßóôçêå åõñÝùò üôé ðïëëÝò áðü ôéò äñáóôçñéüôçôÝò ìáò, âáóéóìÝíåò óôçí ôå÷íïëïãßá, åðéâáñýíïõí óå ìåãÜëï âáèìü ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. Ñõðáßíïìå ôïí áÝñá êáé ôï íåñü, êáé åéóÜãïìå óôï ðåñéâÜëëïí ïõóßåò ïé ïðïßåò äéáôáñÜóóïõí óïâáñÜ ôéò ïéêïëïãéêÝò éóïññïðßåò. Ç öýóç ðïëëþí áðü áõôÜ ôá ðåñéâáëëïíôéêÜ ðñïâëÞìáôá åßíáé êáôÜ âÜóç ÷çìéêÞ. Ãé' áõôü åßíáé ïñèü - êáé ó÷åäüí åðåßãïí - óôï âéâëßï áõôü, üðïõ äßíåôáé Ýìöáóç óôéò áñ÷Ýò ôçò ÷çìåßáò ùò êáèáñÞò åðéóôÞìçò, íá äïèåß ðñïóï÷Þ óôá óçìáíôéêÜ ðñïâëÞìáôá ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò. Ãéá ôï ëüãï áõôü óõìðåñéëÜâáìå ìéá óåéñÜ áðü óýíôïìá Üñèñá õðü ôïí ôßôëï Ç ×çìåßá êáé ôï ÐåñéâÜëëïí ìáò, óôá ïðïßá ïñéóìÝíá óïâáñÜ ðåñéâáëëïíôéêÜ ðñïâëÞìáôá èåùñïýíôáé áðü ôçí ïðôéêÞ ãùíßá ôïõ ÷çìéêïý. Åëðßæïìå Ýôóé íá äåßîïìå üôé ç ÷çìåßá äåí åßíáé ìüíï Ýíáò óðïõäáßïò åðéóôçìïíéêüò êëÜäïò, áëëÜ êáé Ýíá óçìáíôéêü åñãáëåßï ãéá ôç ÷Üñáîç ôïõ ìÝëëïíôïò ôïõ áíèñþðïõ êáôÜ ôñüðï Ýîõðíï êáé öñüíéìï. Èá åðéèõìïýóáìå íá åêöñÜóïìå ôï ìåãÜëï ÷ñÝïò ìáò, ðñïò üëïõò üóïõò óõíÝâáëáí óôçí ðñïåôïéìáóßá ôïõ ðïíÞìáôïò áõôïý. Åßíáé ìéá åîïõóéïäïôçìÝíç áíáèåþñçóç ôïõ âéâëßïõ “×çìåßá - Ìéá ðåéñáìáôéêÞ åðéóôÞìç” ðïõ åêäüèçêå áðü ôï CHEMICAL EDUCATION MATERIAL STUDY, ìå ôçí õðïóôÞñéîç ôïõ Éäñýìáôïò Öõóéêþí Åðéóôçìþí. Ãéá ôçí Üäåéá ðñáãìáôïðïéÞóåùò áõôÞò ôçò åêäüóåùò ïé óõããñáöåßò åêöñÜæïõí ôçí åõãíùìïóýíç ôïõò. Ç Üäåéá áõôÞ äåí óõíåðÜãåôáé ôçí áíÜëçøç åõèýíçò áðü ôçí Chemical Educational Material Study ãéá ôçí ðáñïýóá Ýêäïóç. Ãíùñßæïíôáò üôé óå áõôü ôï âéâëßï, üðùò óå üëåò ôéò áíèñþðéíåò ðñïóðÜèåéåò, ôá ðåñéèþñéá âåëôéþóåùò åßíáé ðïëëÜ, åéëéêñéíÜ åíèáññýíïìå üëïõò ôïõò ÷ñÞóôåò ôïõ, êáèçãçôÝò êáé ìáèçôÝò, íá ìáò åêöñÜóïõí ôéò êñßóåéò êáé ôéò ðñïôÜóåéò ôïõò. Oé óõããñáöåßò

Ðñüëïãïò Éäñýìáôïò Åõãåíßäïõ Ôï ~Éäñõìá Åõãåíßäïõ áðü ðïëý íùñßò õéïèÝôçóå ôç ìåôÜöñáóç Þ ðñïóáñìïãÞ óôá åëëçíéêÜ êáôáîéùìÝíùí äéåèíþò äéäáêôéêþí êáé Üëëùí åã÷åéñéäßùí. ×áñáêôçñéóôéêü åßíáé üôé ôï ðñþôï âéâëßï, áðü ôá õðåñôñéáêüóéá ðïõ Ý÷åé Þäç óõããñÜøåé êáé åêäüóåé ôï ºäñõìá ìÝ÷ñé óÞìåñá, Þôáí ôï 1957 ç ðñïóáñìïãÞ óôá åëëçíéêÜ ôïõ âéâëßïõ ôïõ R. Cluzel “Les Mathé matiques en 1re Anné e apprentissage”, áðü ôïí áåßìíçóôï êáèçãçôÞ ôùí ìáèçìáôéêþí ôïõ ÅÌÐ Íéê. Êñéôéêü. Ìå ôï âéâëßï åêåßíï ðñïóÞããéóáí ôçí ìáèçìáôéêÞ óêÝøç êáé áíôåëÞöèçóáí ôçí óçìáóßá ôùí ìáèçìáôéêþí ãéá ôá ôå÷íéêÜ ìáèÞìáôá ãåíéÝò ïëüêëçñåò ìáèçôþí ôùí ôüôå êáôùôÝñùí Ôå÷íéêþí Ó÷ïëþí. Áêïëïýèçóå ç ìåôÜöñáóç ôùí âéâëßùí: Éáôñéêüò ïäçãüò ãéá ðëïßá, Ïäçãüò áóöÜëåéáò äåîáìåíïðëïßùí, Ðõñüóâåóç-Ðõñïðñïóôáóßá êáé ÐõñáóöÜëåéá óôá ðëïßá, Ðñüëçøç áôõ÷çìÜôùí åðß ôïõ ðëïßïõ “åí ðëù” êáé “åí üñìù” êáé Ùêåáíïãñáößá, åã÷åéñßäéá ìç êáèáñþò äéäáêôéêÜ áëëÜ áðáñáßôçôá ãéá ôïõò íáõôéëïìÝíïõò. Ó’ áõôÜ ðñÝðåé íá ðñïóôåèïýí ôá âéâëßá: Ç ÂéïëïãéêÞ ÅðéóôÞìç êáé PSSC ÖõóéêÞ, ôï ïðïßï åðß óåéñÜí åôþí åß÷å ÷ñçóéìïðïéçèåß ùò äéäáêôéêü âéâëßï ãéá ôçí Á´ êáé ´ ôÜîç ôùí Ëõêåßùí ðåéñáìáôéêþò. Ç ìáêñü÷ñïíç åêäïôéêÞ ðåßñá ôïõ Éäñýìáôïò åðÝôñåøå ôçí åðéëïãÞ ôïõ ðáñüíôïò âéâëßïõ ×çìåßáò, äéåèíïýò áêôéíïâïëßáò. Âáóéêü ðñïôÝñçìá ôïõ âéâëßïõ åßíáé üôé ç ãñáðôÞ Ýêèåóç ôçò ýëçò ãßíåôáé óå ýöïò æùíôáíü ðïõ äéåãåßñåé ôï åíäéáöÝñïí êáé åõ÷áñéóôåß ôïí ìáèçôÞ, óáí Ýíáò æùçñüò ðñïöïñéêüò ëüãïò ôáéñéáóôüò ìå ôçí çëéêßá ôïõ. ÅîÜëëïõ ç ðñïóÝããéóç ôïõ ðåñéå÷ïìÝíïõ êáé ç îåêÜèáñç êáé êõñéïëåêôïýóá ãëùóóéêÞ äéáôýðùóç, äéäÜóêïõí óéãÜ-óéãÜ ôïí ìáèçôÞ íá åêöñÜæåé ôçí óêÝøç ôïõ ìå ôçí ãëþóóá ôçò åðéóôÞìçò êáé ðñïÜãïõí ôç äéáíïçôéêÞ ôïõ ìüñöùóç. Ôï ºäñõìá ðéóôåýåé üôé ç ÷ñçóéìüôçôá ôïõ âéâëßïõ áõôïý äåí ðåñéïñßæåôáé ìüíï óôïõò ìáèçôÝò êáé óðïõäáóôÝò, áëëÜ åðåêôåßíåôáé êáé óå üóïõò äéäÜóêïõí ôï ó÷åôéêü ìÜèçìá· ôï ãåãïíüò üôé ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ äåí óõìðßðôåé áðïëýôùò ìå ôï éó÷ýïí áíáëõôéêü ðñüãñáììá äéäáêôÝáò ýëçò ôïõ ìáèÞìáôïò óôá ó÷ïëåßá ìáò äåí áðïôåëåß åìðüäéï. Ôï ºäñõìá ðñïãñáììáôßæåé Þäç ôçí ìåôÜöñáóç ôùí óõíïäåõôéêþí âéâëßùí ôïõ åã÷åéñéäßïõ: Supplementary Readings and Investigations, Laboratory Supplement to accompany êáé Teacher’s Guide, ìå ôá ïðïßá èá äéåõêïëõíèåß ðëÞñùò ç äéäáóêáëßá ôïõ ìáèÞìáôïò. Ôï ~Éäñõìá åõ÷áñéóôåß ôïí åêäïôéêü ïßêï Houghton Mifflin Company ãéá ôçí ðáñá÷þñçóç ôùí äéêáéùìÜôùí ìåôáöñÜóåùò. Åõ÷áñéóôåß åðßóçò èåñìþò ôçí êõñßá ÍéêïëÝôôá ÃéÜííïâéôò, Äñá ×çìåßáò, ãéá ôçí ðïëý êáëÞ ìåôÜöñáóç ôïõ êåéìÝíïõ êáé ôïõò êõñßïõò Âáóßëåéïí Êáñþíçí, ×çìéêüí ô. Ó÷ïëéêüí Óýìâïõëïí êáé ôïí Äñá Áíôþíéïí ÌðïìðÝôóçí, ×çìéêüí ãéá ôçí åðéóôçìïíéêÞ êáé ðáéäáãùãéêÞ åðéìÝëåéá ôïõ êåéìÝíïõ ôçò ìåôáöñÜóåùò êáé ôéò ðïëý ÷ñÞóéìåò ðáñáôçñÞóåéò ôïõò. Ôçò åêäüóåùò ôïõ âéâëßïõ áõôïý ðñïçãÞèçêáí, üðùò åëÝ÷èç, ïé ìåôáöñÜóåéò ôùí âéâëßùí ôçò ÖõóéêÞò êáé ôçò Âéïëïãßáò. Ìå ôçí Ýêäïóç ôçò ×çìåßáò ïëïêëçñþíåôáé ï êýêëïò ôùí âáóéêþí ãíþóåùí ôùí èåôéêþí åðéóôçìþí êáé ôï ~Éäñõìá èåùñåß üôé ðñïóöÝñåé ü,ôé êáëýôåñï óôïí ôïìÝá áõôüí.

É

Ä

Ñ

Õ

Ì

Á

Å

Õ

Ã

Å

Í

É

Ä

Ï

Õ

× Ç Ì Å É Á F. ALBERT COTTON

C. LEROY DARLINGTON

LAWRENCE D. LYNCH

Texas A & M University

Montclair High School

Palo Alto Senior High School

Áðüäïóç óôá åëëçíéêÜ ÍÉÊÏËÅÔÔÁ ÃÉÁÍÍÏÂÉÔÓ - ÁÑÃÕÑÉÁÄÇ Äñ. ×çìåßáò

ÁÈÇÍÁ 1997

Ðñüëïãïò óõããñáöÝùí Ç ÷çìåßá åßíáé ìßá åê ôùí öõóéêþí åðéóôçìþí. Ó÷åäüí êÜèå öÜóç ôçò æùÞò ìáò åðçñåÜæåôáé áðü ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí äñáóôçñéïôÞôùí ðïõ áíáðôýóóïíôáé óå áõôÜ ôá åðéóôçìïíéêÜ ðåäßá. ÊáôÜ ôïõò äõï ôåëåõôáßïõò áéþíåò ï Üíèñùðïò ìÝóù ôùí öõóéêþí åðéóôçìþí êáôÜöåñå íá êáôáíïÞóåé êáé íá åëÝãîåé ôï ðåñéâÜëëïí, åíôüò ôïõ ïðïßïõ æåé ìå áðïôÝëåóìá ïé óõíèÞêåò ôçò æùÞò ôïõ íá áëëÜîïõí ðåñéóóüôåñï áðü ü,ôé óôéò ðñïçãïýìåíåò ÷éëéåôßåò. Ç åðßäñáóç ôùí öõóéêþí åðéóôçìþí óôç æùÞ ôïõ áíèñþðïõ èá ãßíåé áêüíç ìåãáëýôåñç óôï ìÝëëïí. Ãé' áõôü üëïé ìáò èá ðñÝðåé íá Ý÷ïìå êÜðïéåò ãíþóåéò ãéá ôéò äñáóôçñéüôçôåò óôá åí ëüãù åðéóôçìïíéêÜ ðåäßá, ðþò áõôÝò áíáðôýóóïíôáé êáé ðþò åðçñåÜæïõí ôï áíèñþðéíï ãÝíïò. Ìå ôç ìåëÝôç ôçò ÷çìåßáò ìðïñåß êÜðïéïò íá åîïéêåéùèåß ìå áõôÜ ôá èÝìáôá. Ç ÷çìåßá áó÷ïëåßôáé ìå üëåò ôéò ïõóßåò ðïõ âñßóêïíôáé óôï ðåñéâÜëëïí ìáò êáé ìå ôéò ìåôáâïëÝò ôïõò. Ïé ìåôáâïëÝò ìðïñåß íá åßíáé ôüóï áðëÝò êáé óõíçèéóìÝíåò, üóï ç êáýóç åíüò êåñéïý, Þ ôüóï ðïëýðëïêåò êáé ëåðôÜ åîéóïññïðçìÝíåò, üóï ïé äéåñãáóßåò ðïõ äéáôçñïýí ôï óþìá ìáò óôç æùÞ. Ïé ßäéåò áõôÝò ïõóßåò ìðïñåß íá åßíáé óêëçñÝò êáé áíèåêôéêÝò, üóï ôá âñÜ÷éá êáé ôï áôóÜëé, Þ ôüóï áíåðáßóèçôåò êáé öáéíïìåíéêÜ áíýðáñêôåò, üóï ôá áÝñéá êáé ï áÝñáò. Ôï âéâëßï áõôü ðáñïõóéÜæåé ôç ÷çìåßá üðùò åßíáé óÞìåñá. Äßíåôáé ìåãÜëç Ýìöáóç óôï ðåßñáìá êáé ôçí ðáñáôÞñçóç ðïõ ëåéôïõñãïýí ùò âÜóç ãéá ôçí åðéóôÞìç áõôÞ, ðñÜãìá ôï ïðïßï, åîÜëëïõ, éó÷ýåé êáé ãéá üëåò ôéò öõóéêÝò åðéóôÞìåò. Ïé åíïðïéçìÝíåò áñ÷Ýò ôçò ÷çìåßáò áíáðôýóóïíôáé êáôÜ Ýíá ëïãéêü ôñüðï, åíþ ç åñãáóôçñéáêÞ åñãáóßá áðïôåëåß ôç âÜóç ãéá áõôÞí ôçí áíÜðôõîç. ÕðÜñ÷ïõí ãíùóôÜ öáéíüìåíá ðïëý ðåñéóóüôåñá áðü üóá åëðßæåé êÜðïéïò íá èõìÜôáé. ÁëëÜ, åðéóôÞìç äåí åßíáé ç áðëÞ óõãêÝíôñùóç êáé êáôáãñáöÞ öáéíïìÝíùí. Ï ðñáãìáôéêüò ñüëïò ôçò åðéóôÞìçò åßíáé ç êáôÜ óõóôçìáôéêü ôñüðï êáôáíüçóç êáé åñìçíåßá ôùí öáéíïìÝíùí, äçëáäÞ ç ãíþóç ôùí áñ÷þí óôéò ïðïßåò âáóßæïíôáé ôåëéêÜ ôá öáéíüìåíá. Óôï âéâëßï áõôü äßíåôáé Ýìöáóç óå áõôÝò ôéò áñ÷Ýò êáé óôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï ðñïÝêõøáí Þ ðñïêýðôïõí áðü ôçí ðåéñáìáôéêÞ ðáñáôÞñçóç. Èá áó÷ïëçèåßôå ìå ôçí åðéóôçìïíéêÞ äñáóôçñéüôçôá êáôÜ ôïí ßäéï âáóéêÜ ôñüðï ìå ôïí ïðïßï áó÷ïëåßôáé êáé êÜèå åðéóôÞìïíáò. ÄçëáäÞ, êáèþò èá ìåëåôÜôå ÷çìåßá, èá ãßíåóèå, êáôÜ êÜðïéï ôñüðï, êáé åóåßò åðéóôÞìïíåò. Åðß ðëÝïí, èá ìÜèåôå ãéá ìåñéêÝò áðü ôéò åðéâëáâåßò óõíÝðåéåò ôçò ôå÷íïëïãßáò óôï ðåñéâÜëëïí. Âáóéæüìåíïé óôéò êáôáêôÞóåéò ôçò ÷çìåßáò èá åíèáññõíèåßôå óôçí áíáæÞôçóç ôñüðùí, ìå ôïõò ïðïßïõò ìðïñåß íá áíôéìåôùðéóèïýí ôÝôïéïõ åßäïõò ðñïâëÞìáôá êáé íá áðïöåõ÷èåß äçìéïõñãßá Üëëùí áíôéóôïß÷ùí ðñïâëçìÜôùí. Óôï ôÝëïò áõôÞò ôç ìáèçóéáêÞò ðïñåßáò èá Ý÷åôå ãíùñßóåé ìüíï Ýíá ìéêñü ìÝñïò üëùí üóùí åßíáé ãíùóôÜ óôï ÷þñï ôçò åðéóôÞìçò ôçò ÷çìåßáò. Ðáñ' üëá áõôÜ, èá óõíåéäçôïðïéÞóåôå üôé üëá üóá äåí ãíùñßæåôå (ìåñéêÜ áðü ôá ïðïßá êÜðïéïò äå ôá ãíùñßæåé áêüìç) äåí åßíáé áêáôáíüçôá. Áíôßèåôá, ìðïñïýí, áí ðñïóåããéóèïýí ìå êáôÜëëçëåò åðéóôçìïíéêÝò ìåèüäïõò, íá ãßíïõí êáôáíïçôÜ. Åëðßæïìå áêüìç üôé èá óõíåéäçôïðïéÞóåôå ðùò ç åíáó÷üëçóç ìå íÝá ìÝôùðá Ýñåõíáò óôç ÷çìåßá - üðùò êáé óå êÜèå åðéóôÞìç - áðïôåëåß ìéá äñáóôçñéüôçôá ðïõ ðñïêáëåß Ýíôïíç óõãêßíçóç êáé éêáíïðïßçóç. ÐëÞèïò óôïé÷åßùí áõôïý ôïõ âéâëßïõ Ý÷ïõí äïèåß êáôÜ ôÝôïéï ôñüðï, þóôå ç ìåëÝôç áõôïý íá åßíáé åõ÷Üñéóôç êáé áðïôåëåóìáôéêÞ. ÓçìáíôéêÝò ëÝîåéò êáé üñïé åßíáé ôõðùìÝíïé ìå Ýíôïíá ìáýñá óôïé÷åßá üôáí åìöáíßæïíôáé ãéá ðñþôç öïñÜ óôï êåßìåíï: ðñüôõðï, åõãåíÞ áÝñéá ê.ë.

ÌåôÜ áðü êÜèå ôìÞìá åíüò êåöáëáßïõ áêïëïõèåß ìéá óýíôïìç ðåñßëçøç êáé åðáíáëçðôéêÝò åñùôÞóåéò ãéá íá óáò âïçèïýí íá åëÝãîåôå ôéò ãíþóåéò óáò. Óôï ôÝëïò êÜèå êåöáëáßïõ õðÜñ÷åé ðåñßëçøç ôùí ðëÝïí óçìáíôéêþí óçìåßùí ôïõ êåöáëáßïõ êáé Ýíáò ìåãáëýôåñïò áñéèìüò åñùôÞóåùí êáé ðñïâëçìÜôùí. Ôï ÃëùóóÜñéï óôï ôÝëïò ôïõ âéâëßïõ ðáñÝ÷åé óõíïðôéêïýò ïñéóìïýò óçìáíôéêþí üñùí êáé öñÜóåùí. Óôá ÐáñáñôÞìáôá 1-7 õðÜñ÷ïõí äéÜöïñïé ðßíáêåò áíáöïñÜò. Óôï ÐáñÜñôçìá 8 ðåñéãñÜöïíôáé äéáäéêáóßåò êáé ãåíéêÝò ïäçãßåò ãéá áóöáëÞ êáé áðïôåëåóìáôéêÞ åñãáóôçñéáêÞ äïõëåéÜ êáé ðáñáôßèåíôáé öùôïãñáößåò ôùí ðéï óõíçèéóìÝíùí ïñãÜíùí åñãáóôçñéáêþí óõóêåýùí. Ïé óõããñáöåßò

Ï Äñ. F. Albert Cotton åßíáé êáèçãçôÞò ×çìåßáò óôï ÐáíåðéóôÞìéï Á & Ì ôïõ ÔÝîáò üðïõ äéåîÜãåé Ýíá åêôåôáìÝíï åñåõíçôéêü ðñüãñáììá. Åßíáé óõããñáöÝáò ðåñéóóïôÝñùí áðü 300 åñåõíçôéêþí Üñèñùí êáé ìåñéêþí åõñåßáò êõêëïöïñßáò âéâëßùí äéäáóêáëßáò ãéá êïëëÝãéá êáé ðáíåðéóôÞìéá. Åðß ðëÝïí, Ý÷åé äþóåé äéáëÝîåéò óå üëï ôïí êüóìï êáé åßíáé ìÝëïò ôçò ÅèíéêÞò Áêáäçìßáò åðéóôçìþí. Ï Äñ. Cotton ãíùñßæåé êáëÜ ôéò áðáéôÞóåéò üëùí ôùí åðéðÝäùí ôçò ÷çìéêÞò åêðáéäåýóåùò êáé Ý÷åé åðéäåßîåé Ýíá óõíå÷Ýò åíäéáöÝñïí ãéá ôçí áíáâÜèìéóç ôùí ìÝóùí êáé ôùí ôå÷íéêþí ôçò åêðáéäåýóåùò. Ï ê. C. LeRoy Darlington äéäÜóêåé ÷çìåßá óôï ÃõìíÜóéï ôïõ Montclair ôïõ New Jersey. ¸÷åé äéäÜîåé óå ôìÞìáôá öõóéêþí åðéóôçìþí êáé ìáèçìáôéêþí ôüóï óå éäéùôéêÜ üóï êáé óå äçìüóéá ó÷ïëåßá ôçò äåõôåñïâÜèìéáò åêðáéäåýóåùò ãéá ðåñéóóüôåñá áðü åßêïóé ÷ñüíéá. Ðñéí áð’ áõôü åñãÜóôçêå óôá ôå÷íéêÜ Ýñãá ôïõ Manhattan ùò ìÝëïò ôçò åôáéñåßáò E. I. DuPont de Nemours and Company. Åîáêïëïýèçóå íá áó÷ïëåßôáé ìå âéïìç÷áíéêÞ Ýñåõíá ðÜíù óôç ÷çìåßá êáé íá ðáñáêïëïõèåß óåéñÝò ìáèçìÜôùí ÷çìåßáò êáé Üëëùí åðéóôçìþí êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí èåñéíþí äéáêïðþí ôïõ. Ï ê. Lawrence D. Lynch åßíáé ðñïúóôÜìåíïò óôï ÃõìíÜóéï ôïõ Palo Alto óôçí California. Äßäáîå ÷çìåßá óôï ãõìíÜóéï ãéá ðåñéóóüôåñï áðü 15 ÷ñüíéá. Áñ÷éêÜ äßäáîå óôï Denver, ôïõ Colorado êáé áñãüôåñá óôï Beverly Hills.ôçò California. ÐñïçãïõìÝíùò ï ê. Lynch Þôáí åñåõíçôÞò óôçí åôáéñåßá Union Carbide and Carbon Chemical, óôï åñãáóôÞñéï ôïõ Oak Ridge. Ï ê. Lynch åñãÜóôçêå óôïí ôïìÝá ôçò áíÜðôõîçò ôïõ ðñïãñÜììáôïò ìáèçìÜôùí ãéá áñêåôÜ ÷ñüíéá, êáé õðÞñîå åíåñãü ìÝëïò ôçò óõããñáöéêÞò ïìÜäáò ôïõ “CHEM Study”.

Áðüäïóç óôá åëëçíéêÜ áðü ôçí áããëéêÞ Ýêäïóç ôïõ âéâëßïõ CHEMISTRY An Investigative Approach ôùí F. Albert Cotton, C. LeRoy Darlington, Lawrence D. Lynch ôïõ åêäïôéêïý ïßêïõ Houghton Mifflin Company Boston

Copyright © 1976, 1973 by Houghton Mifflin Company. All rights reserved. No part of this work may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and recording, or by any information storage or retrieval system without permission in writing from the publisher. Printed in the U.S.A.

ISBN 960-337-024-X

ÅÐÉÔÑÏÐÇ ÅÊÄÏÓÅÙÍ ÉÄÑÕÌÁÔÏÓ ÅÕÃÅÍÉÄÏÕ Ìé÷áÞë Áããåëüðïõëïò, ïì. êáèçãçôÞò ÅÌÐ. Ðñüåäñïò. ÁëÝîáíäñïò Óôáõñüðïõëïò, ïì.êáèçãçôÞò Ðáíåðéóôçìßïõ Ðåéñáéþò, Áíôéðñüåäñïò. ÉùÜííçò Ôåãüðïõëïò, êáèçãçôÞò ÅÌÐ. ÓôáìÜôçò ÐáëáéïêñáóóÜò, Çëåêôñïëüãïò Ìç÷áíéêüò Óýìâïõëïò Ðáéäáãùãéêïý Éíóôéôïýôïõ. ×ñÞóôïò ÓéãÜëáò, Ä/íôÞò Óð. Äåõô. Åêðáéäåýóåùò ÕÐÅÐÈ. Óýìâïõëïò åðß ôùí åêäüóåùí ôïõ Éäñýìáôïò Ê. Á. ÌáíÜöçò, êáèçã. Öéë. Ó÷ïëÞò Ðáí/ìßïõ Áèçíþí. ÃñáììáôÝáò ôçò ÅðéôñïðÞò, Ãåþñãéïò ÁíäñåÜêïò.

×ÇÌÅÉÁ - Ï ìýèïò êáé ç ðñáãìáôéêüôçôá Ï áìýçôïò üôáí ìéëÜåé ãéá ÷çìåßá, óõíÞèùò áíáëïãßæåôáé ðåñßåñãåò ãõÜëéíåò óõóêåõÝò, ðïëý÷ñùìá õãñÜ, áôìïýò, áíáèõìéÜóåéò, äõóïóìßåò, ðïëåìéêÜ áÝñéá. Áêüìá, óôï ìíçìïíéêü ôïõ Ýñ÷ïíôáé ìéóçôïß ÷çìéêïß ôýðïé, ðïõ ßóùò êÜðïôå ôïí âáóÜíéóáí ãéá íá ôïõò áðïóôçèßóåé. Ïé ðéï ðïëëïß Üíèñùðïé, áí äåí ôñÝöïõí áðÝ÷èåéá, äåí äéáôçñïýí ôïõëÜ÷éóôïí óõìðÜèåéá ãéá ôç ÷çìåßá. ºóùò ãé’ áõôü íá åõèýíåôáé êáé ôï åêðáéäåõôéêü óýóôçìá, ðïõ áðü ôéò ñßæåò ôïõ äéá÷ùñßæåé ôç ÷çìåßá áðü ôçí êáèçìåñéíÞ æùÞ, áðü ôïí ßäéï ôïí åáõôü ìáò êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. Ç ÷çìåßá ðïõ äéäÜóêåôáé, áêüìá êáé óôá ðáíåðéóôÞìéá, åßíáé ðïëëÝò öïñÝò, ç ôõðéêÞ: äçëáäÞ ç óôõãíÞ áðïìíçìüíåõóç íüìùí êáé ôýðùí. Ôï óýóôçìá áõôü äéäáóêáëßáò áðïìïíþíåé óôåãáíÜ ôç âéïëïãßá, ôç ÷çìåßá êáé ôç öõóéêÞ ìåôáîý ôïõò. ×ñåéÜóèçêáí ðïëëÜ ÷ñüíéá ãéá íá óõíåéäçôïðïéçèïýí áõôÜ ðïõ ôá óôåãíÜ äéäáêôéêÜ åã÷åéñßäéá ðïôÝ äåí ìáò áöçãÞèçêáí áðëÜ, äçëáäÞ üôé ÷çìåßá åßíáé ü,ôé áíôéêñßæïìå ìÝóá êáé ãýñù ìáò, óôïí ïõñáíü, óôç ãç, óôç èÜëáóóá. Åßíáé ç åðéóôÞìç ðïõ ìåëåôÜ ôçí ýëç, ôçí ìåôáìïñöþíåé êáé áããßæåé Ýôóé ôç æùÞ ìáò êÜèå äåõôåñüëåðôï. Åßíáé ç ßäéá ç æùÞ ìáò. Åßíáé ç ðéï äéåèíÞò ãëþóóá, êáôáíïçôÞ óå êÜèå ìÞêïòêáé ðëÜôïò ôïõ ðëáíÞôç êáé ôïõ Óýìðáíôïò. Åßíáé Ýíá èåìåëéþäåò öáéíüìåíï ôïõ ðïëéôéóìïý. Ç ÷çìåßá äåí åßíáé äçìéïýñãçìá ôïõ áíèñþðïõ. Åßíáé áðëÜ ìéá áðü ôéò èåìåëéþäåéò êáôåõèýíóåéò ãéá ôçí áíÜðôõîç ôïõ Óýìðáíôïò. Åßíáé ç ïìïñöéÜ êáé ç ðñáãìáôéêüôçôá ç áíôéêåéìåíéêÞ. Ï,ôéäÞðïôå áíôéêñßæïìå óôïí êüóìï áõôüí Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ôç ÷çìåßá. Ìéá áðëÞ ðáñáôÞñçóç ôùí êáèçìåñéíþí áíôéêåéìÝíùí, ìáò åðéâåâáéþíåé üôé ç ÷çìåßá åðçñåÜæåé êáèçìåñéíÜ êáé ðåñéóóüôåñï ôç æùÞ ìáò. Æïýìå ó’ Ýíáí ÷çìéêü êüóìï. ¸íáí êüóìï áðü ðõñçíéêÜ áðüâëçôá, êïéôÜóìáôá ðåôñåëáßïõ, öÜñìáêá, áíáéóèçôéêÜ, âéôáìßíåò, ïñìüíåò, áíôéóõëëçðôéêÜ, öõôïöÜñìáêá, åíôïìïêôüíá, ðñüóèåôá ôùí ôñïößìùí, ëéðÜóìáôá, áðïññõðáíôéêÜ, ðëáóôéêÜ, åëáóôéêÜ, âåñíßêéá, åêñçêôéêÜ, ÷ñþìáôá, áñþìáôá, êáëëõíôéêÜ, êñÜìáôá ìåôÜëëùí, áëëÜ êáé ñõðáíôÝò. Êáèåôß ðïõ ôñþìå, ðßíïìå, áíáðíÝïìå, ìõñßæïìå, áããßæïìå, áëëÜ êáé áõôü ôï ßäéï ôï óþìá ìáò åßíáé ìüñéá «÷çìéêÜ». ¼ëïé óõíçèßóáìå íá âëÝðïìå ôïí åáõôü ìáò óáí ôï áðëü åßäùëï, ðïõ åìöáíßæåôáé óôïí êáèñÝöôç êáé ôßðïô’ Üëëï. Ðüóï áëçèéíü, üìùò, ðüóï áíôéêåéìåíéêü åßíáé áõôü; ÁëëÜ êáé ç äéÜèåóÞ ìáò êÜèå óôéãìÞ ìåôáöñÜæåôáé ìå ïõóßåò ðïõ åêêñßíïíôáé áðü ôá êýôôáñÜ ìáò êáé ôá óùìáôéêÜ õãñÜ ðïõ ôéò ìåôáöÝñïõí. Ç áêñéâÞò óýóôáóç áõôþí ìáò êáèéóôÜ âßáéïõò Þ ðñÜïõò, áéóéüäïîïõò Þ áðáéóéüäïîïõò, ÷áñïýìåíïõò Þ èëéììÝíïõò. Ôï áíèñþðéíï êïñìß åßíáé Ýíá ïëïêëÞñùìá õãñþí ìÝóá óôï ïðïßï êõêëïöïñïýí, áíÜìåóá óôá óôåñåÜ ìüñéá ôùí ðñùôåúíþí ðïõ ôá ðåñéêëåßïõí, ïé ïñìüíåò, ïé íåõñïäéáâéâáóôÝò, ôá ìüñéá ôùí åêÜóôïôå äéáèÝóåþí ìáò. Ðáñüëï ðïõ óðïýäáóá ÷çìåßá, ÷ñåéÜóèçêå íá ðåñÜóïõí ðïëëÜ ÷ñüíéá åìðåéñßáò, ãéá íá áíôéëçöèþ ôçí ôåëåéüôçôá áõôïý ôïõ ÷çìéêïý åñãáóôçñßïõ, ðïõ êñýâåôáé ìÝóá óôï ßäéï ôï êïñìß ìáò: ôéò ìõñéÜäåò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé óõíå÷þò ìÝñá êáé íý÷ôá, Üëëåò óõíåéäçôÜ, Üëëåò áóõíåßäçôá, êáé åðéôñÝðïõí ôçí ïìáëÞ åêäÞëùóç ôçò æùÞò. Ç áíÜóá ìáò, ïé ðáëìïß ôçò êáñäéÜò ìáò, ç ðÜ÷õíóç Þ ôï áäõíÜôéóìá, ç óêÝøç, ç ìÜèçóç, ç äñáóôçñéüôçôá Þ ç áäñÜíåéá, ç ÷áñÜ êáé ç ëýðç, ç áéóéïäïîßá êáé ç áðáéóéïäïîßá, ïé ÝñùôÝò ìáò ïöåßëïíôáé áêñéâþò ó’ áõôÝò ôéò áíôéäñÜóåéò. Ïé åíóôéêôþäåéò áéóèÞóåéò ìáò, ç üóöñçóç êáé ç ãåýóç ïñèÜ ïñßæïíôáé ùò ÷çìéêÝò áéóèÞóåéò, áöïý åäþ ïé áíôéäñÜóåéò ó’ åðßðåäï ìïñßùí åßíáé Üìåóá åìöáíåßò.

Ç ÷çìåßá áó÷ïëåßôáé áêüìá ìå ôç ìåëÝôç ôùí ðéï áðåéñïåëá÷ßóôùí óõóôáôéêþí ôçò ýëçò, üðùò ôá Üôïìá êáé ôá çëåêôñüíéá, ïé åöáñìïãÝò êõñéïëåêôéêÜ Üëëáîáí äñáìáôéêÜ ôç ìïßñá ôïõ áíèñþðéíïõ ãÝíïõò, åßôå ùò ðõñçíéêÞ åíÝñãåéá, åßôå ùò çëåêôñïíéêüò õðïëïãéóôÞò, åßôå ùò ìáãíçôïóêüðéï (âßíôåï) êáé ôçëåüñáóç, åßôå ùò ñïìðüô. Ôï çëåêôñéêü ñåýìá äåí åßíáé ðáñÜ ñïÞ çëåêôñïíßùí áðü ìßá ïõóßá (Þ Ýíá ìÝôáëëï) ðñïò ìéáí Üëëç ïõóßá (Þ Ýíá Üëëï ìÝôáëëï), üðùò ð.÷. óôïõò óõóóùñåõôÝò (ìðáôáñßåò) ôçò êáèçìåñéíÞò ÷ñÞóåùò. Ç ïîåßäùóç (ç êáýóç), áíôéäñÜóåéò êáèáñÜ ÷çìéêÝò, ìåôáöñÜæïíôáé ôåëéêÜ êáé áõôÝò óå ìåôáêßíçóç çëåêôñïíßùí. Óå áõôÝò âáóßóèçêå ç åêôüîåõóç ôïõ áíèñþðïõ óôï äéáóôçìéêü ÷þñï. ¸ôóé, ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò, çëåêôñéóìüò, íåõñéêÜ óÞìáôá, ç áíÜóá ìáò, ç ßäéá ç ëåéôïõñãßá ôïõ åãêåöÜëïõ ìåôáöñÜæïíôáé êáé åíïðïéïýíôáé óå ìåôáêßíçóç çëåêôñïíßùí. Ç ïõóßá ôçò ßäéáò ôçò æùÞò öáßíåôáé íá ìçí åßíáé Üëëï ðáñÜ ç åêäÞëùóç áóèåíéêþí çëåêôñéêþí ñåõìÜôùí, ñïÞò äçëáäÞ çëåêôñïíßùí ôùí áôüìùí ðïõ áðáñôßæïõí ôï êáèåôß óôç Ãç êáé ôï Óýìðáí. Ç ÷çìåßá áêüìá áó÷ïëåßôáé ôüóï ìå ôç óýóôáóç ôùí ãáëáîéþí, üóï êáé ôïõ ðïëýðëïêïõ áíèñþðéíïõ ïñãáíéóìïý. Ç åðßäñáóÞ ôçò ðñï÷ùñåß ìáêñýôåñá áðü ôï ìåìïíùìÝíï Üíèñùðï, åðçñåÜæåé ôçí êïéíùíéêÞ äïìÞ ùò óýíïëï, äçìéïõñãþíôáò ôï óýã÷ñïíï ðïëéôéóìü êáé ôçí Üíèçóç ôçò ïéêïíïìßáò. Ôá ìåãÜëá Üëìáôá óôçí éóôïñßá ôïõ åéêïóôïý áéþíá ïöåßëïíôáé óôçí áíÜðôõîç ôùí ìåãáôå÷íïëïãéþí, üðùò åßíáé: ï çëåêôñéóìüò, ç çëåêôñïíéêÞ, ç ðåôñï÷çìåßá, ç âéïôå÷íïëïãßá. Óôéò áñ÷Ýò ôïõ åéêïóôïý áéþíá ç áíÜðôõîç ôçò ìåôáëëïõñãßáò êáé ôùí êñáìÜôùí Ýäùóå íÝá õëéêÜ êáé áðåñéüñéóôåò äõíáôüôçôåò óôçí ôå÷íïëïãßá. Ç áíÜðôõîç ôçò áõôïêéíçôïâéïìç÷áíßáò, ôùí áåñïðëÜíùí, ôùí çëåêôñéêþí óõóêåõþí, ôùí äïñõöüñùí êáé ôùí ôçëåðéêïéíùíéþí, óõíéóôïýí ìåñéêÜ ðáñáäåßãìáôá óôïí ôïìÝá áõôüí. Áðü ôçí Üëëç ìåñéÜ, ç ìåôáôñïðÞ ôïõ Üíèñáêá êáé ôïõ ðåôñåëáßïõ óå «÷çìéêÜ» ðñïúüíôá, ôá ðåôñï÷çìéêÜ, üðùò óõíçèßæåôáé íá ôá áðïêáëïýìå, ìåôáìüñöùóáí ñáãäáßá ìÝóá óå ìéá ãåíéÜ ôïí ôñüðï æùÞò ôïõ åéêïóôïý áéþíá. ÐïôÝ äåí ôïíßóèçêå üôé áí óÞìåñá æïýìå ôåëåßùò äéáöïñåôéêÜ êáé êáëýôåñá, ÷ùñßò ôéò ìéæÝñéåò êáé ôéò öôþ÷éåò ôçò äéêÞò ìáò íéüôçò, ôï ïöåßëïìå óôç ÷çìåßá êáé ôçí ôå÷íïëïãßá. Ï êüóìïò ðïõ æïýìå ÷áñáêôçñßæåôáé áðü ôá÷åßá ìåôáâïëÞ. Ôï ìüíï óôáèåñü óôïí êüóìï áõôüí öáßíåôáé íá åßíáé ç ìåôáâïëÞ. Ç ÷çìåßá, ç åðéóôÞìç ðïõ ìåëåôÜ ôç ìåôáâïëÞ êáé ôç ìåôáìüñöùóç ôçò ýëçò, áããßæåé ôç æùÞ ìáò êÜèå äåõôåñüëåðôï. ÌåôáâÜëëïìå ôçí ýëç ìáò ãéá íá ôçí êÜíïìå ðéï ÷ñÞóéìç ó’ åìÜò. Ôï ìåãÜëï üìùò Üëìá óõíôåëåßôáé ôþñá ìå ôçí áíÜðôõîç ôçò ìïñéáêÞò âéïëïãßáò êáé ôçò ìéêñïçëåêôñïíéêÞò, üðïõ ç ìéá âïçèÜåé ôçí Üëëç óôçí áíÜðôõîÞ ôïõò êáé ôá åðéôåýãìáôá ðñï÷ùñïýí åêèåôéêÜ. Ôþñá ðéá îÝñïìå üôé ôï êáèåôß óôï êüóìï, Ýìâéï Þ Üøõ÷ï, ìðïñåß íá áíáëõèåß óå ìüñéá, Üôïìá, çëåêôñüíéá, ðñùôüíéá, quarks. Ôï åíïðïéçìÝíï ïéêïäüìçìá öõóéêÞò-÷çìåßáò-âéïëïãßáò èñéáìâåýåé. Ç âéï÷çìåßá äéáèÝôåé áðßóôåõôåò éêáíüôçôåò ãéá ôç ìåôáìüñöùóç ôçò ýëçò. Ïé éêáíüôçôåò ôïõ óçìåñéíïý ÷çìéêïý, ðáñÜ ôéò ôåñÜóôéåò äõíáôüôçôåò ðïõ ôïõ ðáñÝ÷åé ç óýã÷ñïíç ôå÷íïëïãßá, äåí åßíáé äõíáôüí íá óõãêñéèïýí ìå áõôÝò ðïõ äéáèÝôåé êáé ï áðëïýóôåñïò áêüìá ìéêñïïñãáíéóìüò, Þ Ýóôù êáé Ýíá áðü ôá Ýîé ôñéóåêáôïììýñéá êõôôÜñùí ðïõ óõíéóôïýí ôïí ßäéï ôïí ïñãáíéóìü ôïõ ìå ôéò åìðåéñßåò äéóåêáôïììõñßùí åôþí åîåëßîåùò ðïõ äéáèÝôïõí. Ðïéá ÷çìéêÞ âéïìç÷áíßá èá ìðïñïýóå êáô’ åëÜ÷éóôïí íá óõãêñéèåß ìå ôï ðïëýðëïêï åñãïóôÜóéï åíüò öõôéêïý êõôôÜñïõ, ðïõ áèüñõâá, ëéôÜ, äéáêñéôéêÜ, ÷ùñßò íá ñõðáßíåé ôï ðåñéâÜëëïí, ÷ùñßò áðÜíèñùðåò åãêáôáóôÜóåéò êáé êëéâÜíïõò êáé êáìéíÜäåò, ìåôáìïñöþíåé ôéò çëéá÷ôßäåò êáé ôá áêáôÜóôáôá ìüñéá ôïõ áÝñá êáé ôïõ íåñïý óå áñìïíßá, ôÜîç, ÷ñþìáôá, áñþìáôá, áëëÜ êáé óå ïõóßåò ÷ñÞóéìåò ãéá ôçí êáôáðïëÝìçóç ôùí áóèåíåéþí: ôéò öáñìáêåõôéêÝò ïõóßåò ôïõ öõôéêïý âáóéëåßïõ, êõñéüôåñç ðçãÞ ôùí ðåñéóóïôÝñùí öáñìÜêùí. Êáé áò ìçí îå÷íÜìå üôé ôá êýôôáñá ó÷çìáôßæïõí ôïõò éóôïýò, ïé éóôïß ôá üñãáíá êáé ôïõò ìõò êáé ï óõíäõáóìüò ôïõò ôïí ïñãáíéóìü. Áí üìùò Þèåëå êÜðïéïò í’ áêñéâïëïãÞóåé,

ôï ýóôáôï óõóôáôéêü ôïõ ïñãáíéóìïý åßíáé ôá õðïáôïìéêÜ óùìáôßäéá (ðñùôüíéá, íåôñüíéá, çëåêôñüíéá, quarks) áöïý ôï êýôôáñï óõíßóôáôáé áðü ìüñéá êáé áõôÜ äïìïýíôáé áðü óõíäõáóìïýò áôüìùí. Êïéíü üìùò ÷áñáêôçñéóôéêü ôùí áôüìùí åßíáé ôá õðïáôïìéêÜ óùìáôßäéá. ÁëëÜ êáé ôï íåõñéêü äßêôõï êáé ï áíèñþðéíïò åãêÝöáëïò, ôï ðïëõðëïêüôåñï óýóôçìá ðïõ äçìéïõñãÞèçêå óôïí ðëáíÞôç, ëåéôïõñãåß ìå áíåðáßóèçôá çëåêôñéêÜ ñåýìáôá ðïõ äçìéïõñãïýí óôá äßêôõá ôùí íåõñþíùí ôá éüíôá êáëßïõ, íáôñßïõ, áóâåóôßïõ, ÷ëùñßïõ. ¸íáò áðßèáíçò ôåëåéüôçôáò çëåêôñïíéêüò õðïëïãéóôÞò ðïõ ìðñïóôÜ ôïõ ù÷ñéÜ ïðïéáäÞðïôå áíèñþðéíç êáôáóêåõÞ ìéáò êáé äéáèÝôåé ðåñéÝñãåéá êáé äçìéïõñãéêüôçôá. Ç ÷çìåßá ðïõ áíÝðôõîå ï Üíèñùðïò, ðïõ ìüëéò ôþñá ðñï÷ùñåß óôçí åöçâåßá ôçò, åßíáé Ýíáò ãïçôåõôéêüò êüóìïò ìéá äéáóêåäáóôéêÞ áðáó÷üëçóç, ðïõ äçìéïõñãÞèçêå êáé ãéãáíôþèçêå ôá ôåëåõôáßá åêáôü ÷ñüíéá. Ðñüêåéôáé ãéá ìéá óåéñÜ áðü äéáíïçôéêÝò åðéôåýîåéò ôéò ïðïßåò ï Üíèñùðïò ùò óêåðôüìåíï ïí ïöåßëåé íá ÷áßñåôáé. Ç âéïôå÷íïëïãßá, ðáéäß ôçò ôå÷íïëïãßáò, ôçò ìïñéáêÞò âéïëïãßáò êáé ôùí áíèñùðßíùí åìðåéñéþí äåêÜäùí áéþíùí ìáæß ìå ôç íáíï÷çìåßá, ôç ìéêñïçëåêôñïíéêÞ êáé ôçí ðëçñïöïñéêÞ èá äþóïõí íÝåò äéáóôÜóåéò óôç æùÞ êáé ôçí ïéêïíïìßá ôïõ áéþíá ðïõ Ýñ÷åôáé. ¸ôóé ç ìáêñïúáôñéêÞ êáé ç óõìðôùìáôïëïãßá ôá åðüìåíá ÷ñüíéá èá âïçèçèïýí óçìáíôéêÜ áðü ôçí ìïñéáêÞ âéïëïãßá. Ç ìéêñïúáôñéêÞ, ðïõ åîåôÜæåé ôïí Üíèñùðï óå åðßðåäï ìïñßùí ôïõ, (ìïñéáêÞ âéïëïãßá)

ôçí åðéêåßìåíç ÷áñôïãñÜöçóç êáé

áðïêùäéêïðïßçóç ôïõ áíèñþðéíïõ ãïíéäþìáôïò, ìáæß ìå ôá íÝá çëåêôñïíéêÜ üñãáíá äéáíïßãåé Ýíá öáíôáóôéêü ìÝëëïí óôçí éáôñéêÞ. ËÝãåôáé üôé ç éóôïñßá åðáíáëáìâÜíåôáé, ç áëÞèåéá óÞìåñá åßíáé äéáöïñåôéêÞ, ãéáôß ç áíÜðôõîç ôùí èåôéêþí åðéóôçìþí êáé ôïõ ðáéäéïý ôïõò, ôçò ôå÷íïëïãßáò, ðïõ åöáñìüæåé ôá åðéôåýãìáôÜ ôïõò óôç æùÞ åßíáé ôÝôïéá, þóôå íá ëÝìå ìå âåâáéüôçôá üôé ç åðéóôÞìç åßíéá ç äýíáìç ðïõ ðáñåìðïäßæåé ôçí éóôïñßá áðü ôçí áõôïåðáíÜëçøÞ ôçò. Ï áíôßêôõðüò ôïõò Ý÷åé ìåôáôñÝøåé ôïí êýêëï óå åëáôÞñéï, ðïõ óõíÞèùò Ýëêåé ôçí áíèñùðüôçôá ðñïò ôá ðÜíù. ¸íá ãåãïíüò åßíáé âÝâáéï: ï êüóìïò äåí èá åßíáé áýñéï ðïôÝ ï ßäéïò îáíÜ. Âåâáßùò üðùò üëá ôá áíèñþðéíá, ç ôå÷íïëïãéêÞ ðñüïäïò Ý÷åé êáé ôçí Üëëç, ôçí êáêÞ üøç ôçò. Ç áíèñþðéíç áëáæïíåßá êáé ðïëëÝò öïñÝò ç óðïõäÞ êáé ç ïëéãùñßá Ýöåñáí ìáæß ìå ôçí ðñïêïðÞ êáé ôç ñýðáíóç êáé óå ïñéóìÝíåò ðåñéðôþóåéò ôçí áëëïßùóç óôï ïéêïóýóôçìá. Äåí õðÜñ÷åé üìùò áìöéâïëßá üôé ï Üíèñùðïò, ðïõ äçìéïýñãçóå ôá ðñïâëÞìáôá, Ý÷åé üëåò ôéò äõíáôüôçôåò êáé íá ôá åëÝãîåé êáé ïöåßëåé êáé Ý÷åé õðï÷ñÝùóç íá ôï êÜíåé, áí èÝëåé íá åðéâéþóåé åðÜíù óôïí åõÜëùôï ãáëÜæéï ðëáíÞôç ìáò. Êáèçã. Á. Óôáõñüðïõëïò.

ÅÉÓÁÃÙÃÇ Ôï âéâëßï “×ÇÌÅÉÁ: Ìéá ÄéåñåõíçôéêÞ ÐñïóÝããéóç” Ý÷åé Ýíáí ðïëý äéáêåêñéìÝíï ðñüãïíï. Ôï 1959 ìéá ïñãáíùôéêÞ åðéôñïðÞ, ìå äéåõèõíôÞ ôïí ôéìçèÝíôá ìå ôï âñáâåßï Íüìðåë óôç ×çìåßá êáèçãçôÞ Glenn T. Seaborg, áðïöÜóéóå íá åöïäéÜóåé ôá ó÷ïëåßá ôçò ìÝóçò åêðáéäåýóåùò ìå ìéá ðñáãìáôéêÜ íÝá êáé óýã÷ñïíç åéóáãùãÞ äéäáóêáëßáò êáé åêìáèÞóåùò ôçò ÷çìåßáò. Ìéá ïìÜäá êáèçãçôþí áðü äéÜöïñá ðáíåðéóôÞìéá êáé ãõìíÜóéá-ëýêåéá, óõãêñïôÞèçêå, ãéá íá ó÷åäéÜóåé êáé íá ãñÜøåé Ýíá ôÝôïéï “íåùôåñéóôéêü” êåßìåíï. Ç ðñþôç Ýêäïóç, ìáæß ìå ôïí åñãáóôçñéáêü ïäçãü, ïëïêëçñþèçêå ôï êáëïêáßñé ôïõ 1960 êáé ÷ñçóéìïðïéÞèçêå óå 23 Ëýêåéá ôùí ÇÐÁ êáôÜ ôï ó÷ïëéêü Ýôïò 1960 - 61, áðü 1300 ìáèçôÝò. Ôï âéâëßï ïíïìáæüôáí “×çìåßá - Ìéá ÐåéñáìáôéêÞ ÅðéóôÞìç”. Êáé ìå åêåßíïí ôïí ôßôëï üðùò êáé ìå ôïí ôßôëï ôïõ âéâëßïõ ðïõ äéáâÜæåôå ôþñá, åðéóçìáßíåôáé üôé ç ÷çìåßá åßíáé ìéá åðéóôÞìç ðïõ ðñïóåããßæåôáé ìÝóá áðü ôï ðåßñáìá êáé ôçí Ýñåõíá. Ôï áñ÷éêü âéâëßï Ýãéíå áðïäåêôü ìå åíèïõóéáóìü áðü ôïõò êáèçãçôÝò êáé ôïõò ìáèçôÝò. Óôç óõíÝ÷åéá áêïëïýèçóáí ìéá äåýôåñç êáé ìéá ôñßôç Ýêäïóç. ÊÜèå íÝá Ýêäïóç ðåñéåëÜìâáíå áëëáãÝò ôéò ïðïßåò õðåäåßêíõáí êáèçãçôÝò êáé ìáèçôÝò ðïõ ÷ñçóéìïðïßçóáí ôçí ðñïçãïýìåíç Ýêäïóç. ÌÝ÷ñé ôï 1966 ôï âéâëßï åß÷å ÷ñçóéìïðïéçèåß áðü ðåñéóóüôåñïõò ôùí 700.000 ìáèçôþí óôá ó÷ïëåßá ôùí ÇÐÁ êáé áðü ðïëëïýò Üëëïõò óôï åîùôåñéêü. Ç âáóéêÞ éäÝá, êáôÜ ôçí åêðüíçóç ôïõ áñ÷éêïý êåéìÝíïõ, Þôáí íá ðñïâëçèïýí ôá óôÜäéá äéÜ ìÝóïõ ôùí ïðïßùí ïé åðéóôÞìïíåò âáäßæïõí ãéá íá öèÜóïõí óôá èåìåëéþäç öáéíüìåíá êáé ôéò áñ÷Ýò – êëåéäéÜ ðïõ åñìçíåýïõí ôç óõìðåñéöïñÜ ôïõ êüóìïõ ãýñù ìáò. ÁõôÞ ç âáóéêÞ éäÝá äéáôçñÞèçêå êáé óå áõôü ôï âéâëßï. Åðßóçò, èåùñÞèçêå óêüðéìï íá ðñïóåããéóèïýí ïé âáóéêÝò Ýííïéåò êáé áëÞèåéåò - ìéá ðñþôç ãíùñéìßá ìå ôç ÷çìåßá – ìÝóá áðü ðåéñÜìáôá. Ôá ðåéñÜìáôá áõôÜ ðñáãìáôïðïéïýíôáé áðü ôïõò ìáèçôÝò áìÝóùò ìüëéò áíáöåñèïýí óôï êåßìåíï ïé Ýííïéåò, ðïõ ôï êÜèå ðåßñáìá ðåñéëáìâÜíåé. ~Åôóé, äßíåôáé Ýìöáóç óôçí Üðïøç üôé ïé åðéóôçìïíéêÝò Ýííïéåò êáé áëÞèåéåò ðçãÜæïõí áðü ôï ðåßñáìá. ÂÝâáéá Ýìöáóç äßíåôáé åðßóçò óôçí éäÝá üôé ç åðéóôÞìç åßíáé êÜôé ðïëý ðåñéóóüôåñï áðü ìéá óõëëïãÞ öáéíïìÝíùí (üóï áêñéâÞ, åíôõðùóéáêÜ êáé ðïëõÜñéèìá êé áí åßíáé ôá öáéíüìåíá áõôÜ). Ôá õðïäåßãìáôá êáé ïé ïìïéüôçôåò óõìðåñéöïñÜò êáé éäéïôÞôùí ðïõ óçìåéþíïíôáé ìå ôéò ðáñáôçñÞóåéò ðåéñáìÜôùí, üðùò êáé ôá ðñüôõðá Þ ïé èåùñßåò ðïõ ìðïñïýí íá äéáìïñöùèïýí, óýìöùíá ìå áõôÜ ôá õðïäåßãìáôá êáé ôéò ïìïéüôçôåò óõìðåñéöïñÜò, åßíáé Ýíá ðïëý óçìáíôéêü ìÝñïò ôçò åðéóôÞìçò. Óôï âéâëßï áõôü, ðáñÜëëçëá ìå ôçí åñãáóôçñéáêÞ äïõëåéÜ, äßíåôáé ìåãÜëç Ýìöáóç óôï óõó÷åôéóìü ôùí ðåéñáìáôéêþí äåäïìÝíùí, Ýôóé þóôå íá äéáìïñöùèïýí ôá õðïäåßãìáôÜ ôïõò, êáèþò åðßóçò ç áíÜðôõîç êáé ï Ýëåã÷ïò ôùí ðñïôýðùí êáé ôùí èåùñéþí. Ç åðéóôÞìç, óôçí êáëýôåñç ðåñßðôùóç, åîåôÜæåé ôç óðïõäáéüôçôá ôçò áëëçëåðéäñÜóåùò ðåéñÜìáôïò èåùñßáò êáé óôï âéâëßï áõôü ãßíåôáé ðñïóðÜèåéá íá äïèåß óôï ìáèçôÞ ìéá éäÝá áõôÞò ôçò áëëçëåðéäñÜóåùò. Áõôü ôï âéâëßï Ý÷åé ãñáöåß ìå ôçí ðåðïßèçóç üôé ï êáëýôåñïò ôñüðïò ãéá íá ðáñïõóéÜóåéò ôç ÷çìåßá åßíáé íá ðáñïõóéÜóåéò ôéò ðéï âáóéêÝò áñ÷Ýò ôçò, óõìðåñéëáìâáíïìÝíùí ôùí åííïéþí ôçò åíÝñãåéáò, ôçò ôá÷ýôçôáò êáé ôçò éóïññïðßáò ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí, ôçò ôñéóäéÜóôáôçò äïìÞò ôùí ìïñßùí, ôùí ÷çìéêþí äåóìþí, üðùò áõôïß áðáíôïýí óôá õãñÜ, ôá óôåñåÜ êáé ôá áÝñéá, êáèþò åðßóçò êáé ôùí éäåþí ðåñß ôçò áôïìéêÞò äïìÞò êáé ôçò ÷çìéêÞò ðåñéïäéêüôçôáò. ÖõóéêÜ, üëåò áõôÝò ïé áñ÷Ýò êáé ïé Ýííïéåò äåí ìðïñïýí íá ðáñïõóéáóèïýí ïëïêëçñùìÝíåò, áëëÜ ðáñïõóéÜæïíôáé êáôÜ Ýíáí áðëïõóôåõìÝíï áëëÜ åðéóôçìïíéêÜ Ýãêõñï ôñüðï, þóôå íá áðïôåëÝóïõí ôá èåìÝëéá, ðÜíù

óôá ïðïßá èá ïéêïäïìçèåß ç ðåñáéôÝñù ìåëÝôç. Âåâáßùò, ïðïéáäÞðïôå ãíþóç áðïêôçèåß ôþñá, äåí óçìáßíåé üôé èá ðñÝðåé íá “îå÷áóèåß”. ÔÝëïò, ìå áõôü ôï âéâëßï, åëðßæïìå íá ëÜâåôå ìéá éäÝá ôçò óçìáóßáò êáé ôùí äõíáôïôÞôùí ôùí åðéóôçìïíéêþí äñáóôçñéïôÞôùí óôï ó÷åäéáóìü ôïõ ìÝëëïíôïò ôïõ áíèñþðïõ êáé ôïõ êüóìïõ ôïõ. Áêüìç êáé ï ìáèçôÞò, ôïõ ïðïßïõ ç ìåëëïíôéêÞ áðáó÷üëçóç åßíáé ðéèáíüí íá ìçí Ý÷åé Üìåóç ó÷Ýóç ìå ôéò öõóéêÝò åðéóôÞìåò, èá äéáðéóôþóåé üôé ç óôáäéïäñïìßá ôïõ åðçñåÜæåôáé Ýììåóá áðü ôéò äñáóôçñéüôçôåò ôùí ÷çìéêþí êáé üóùí Üëëùí áêüìç áó÷ïëïýíôáé ìå ôéò öõóéêÝò åðéóôÞìåò. Åëðßæïìå üôé ç ìåëÝôç áõôïý ôïõ âéâëßïõ èá âïçèÞóåé üëïõò ôïõò ìåëëïíôéêïýò ðïëßôåò íá êáôáíïÞóïõí êáé íá åêôéìÞóïõí óùóôÜ ôçí áõîáíüìåíç åðßäñáóç ôùí ôå÷íïëïãéêþí åîåëßîåùí óôï öõóéêü êáé êïéíùíéêü ðåñéâÜëëïí ôïõò. Ôá ôåëåõôáßá ìüëéò ÷ñüíéá áíáãíùñßóôçêå åõñÝùò üôé ðïëëÝò áðü ôéò äñáóôçñéüôçôÝò ìáò, âáóéóìÝíåò óôçí ôå÷íïëïãßá, åðéâáñýíïõí óå ìåãÜëï âáèìü ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. Ñõðáßíïìå ôïí áÝñá êáé ôï íåñü, êáé åéóÜãïìå óôï ðåñéâÜëëïí ïõóßåò ïé ïðïßåò äéáôáñÜóóïõí óïâáñÜ ôéò ïéêïëïãéêÝò éóïññïðßåò. Ç öýóç ðïëëþí áðü áõôÜ ôá ðåñéâáëëïíôéêÜ ðñïâëÞìáôá åßíáé êáôÜ âÜóç ÷çìéêÞ. Ãé' áõôü åßíáé ïñèü – êáé ó÷åäüí åðåßãïí – óôï âéâëßï áõôü, üðïõ äßíåôáé Ýìöáóç óôéò áñ÷Ýò ôçò ÷çìåßáò ùò êáèáñÞò åðéóôÞìçò, íá äïèåß ðñïóï÷Þ óôá óçìáíôéêÜ ðñïâëÞìáôá ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò. Ãéá ôï ëüãï áõôü óõìðåñéëÜâáìå ìéá óåéñÜ áðü óýíôïìá Üñèñá õðü ôïí ôßôëï Ç ×çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò, óôá ïðïßá ïñéóìÝíá óïâáñÜ ðåñéâáëëïíôéêÜ ðñïâëÞìáôá èåùñïýíôáé áðü ôçí ïðôéêÞ ãùíßá ôïõ ÷çìéêïý. Åëðßæïìå Ýôóé íá äåßîïìå üôé ç ÷çìåßá äåí åßíáé ìüíï Ýíáò óðïõäáßïò åðéóôçìïíéêüò êëÜäïò, áëëÜ êáé Ýíá óçìáíôéêü åñãáëåßï ãéá ôç ÷Üñáîç ôïõ ìÝëëïíôïò ôïõ áíèñþðïõ êáôÜ ôñüðï Ýîõðíï êáé öñüíéìï. Èá åðéèõìïýóáìå íá åêöñÜóïìå ôï ìåãÜëï ÷ñÝïò ìáò, ðñïò üëïõò üóïõò óõíÝâáëáí óôçí ðñïåôïéìáóßá ôïõ ðïíÞìáôïò áõôïý. Åßíáé ìéá åîïõóéïäïôçìÝíç áíáèåþñçóç ôïõ âéâëßïõ “×çìåßá - Ìéá ÐåéñáìáôéêÞ ÅðéóôÞìç” ðïõ åêäüèçêå áðü ôï CHEMICAL EDUCATION MATERIAL STUDY, ìå ôçí õðïóôÞñéîç ôïõ Éäñýìáôïò Öõóéêþí Åðéóôçìþí. Ãéá ôçí Üäåéá ðñáãìáôïðïéÞóåùò áõôÞò ôçò åêäüóåùò ïé óõããñáöåßò åêöñÜæïõí ôçí åõãíùìïóýíç ôïõò. Ç Üäåéá áõôÞ äåí óõíåðÜãåôáé ôçí áíÜëçøç åõèýíçò áðü ôçí Chemical Educational Material Study ãéá ôçí ðáñïýóá Ýêäïóç. Ãíùñßæïíôáò üôé óå áõôü ôï âéâëßï, üðùò óå üëåò ôéò áíèñþðéíåò ðñïóðÜèåéåò, ôá ðåñéèþñéá âåëôéþóåùò åßíáé ðïëëÜ, åéëéêñéíÜ åíèáññýíïìå üëïõò ôïõò ÷ñÞóôåò ôïõ, êáèçãçôÝò êáé ìáèçôÝò, íá ìáò åêöñÜóïõí ôéò êñßóåéò êáé ôéò ðñïôÜóåéò ôïõò. Oé óõããñáöåßò

ÐÉÍÁÊÁÓ ÐÅÑÉÅ×ÏÌÅÍÙÍ ÌÅÑÏÓ ÐÑÙÔÏ

2.10

×çìåßá: Ç åðéóôÞìç ôùí õëéêþí óùìÜôùí êáé ôçò åíÝñãåéáò

2.11 2.12

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÐÑÙÔÏ Ìå ôé ìïéÜæåé ç ×çìåßá 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13

Ôé åßíáé ç ÷çìåßá; Ïé ÷çìéêïß åêôåëïýí ðåéñÜìáôá ÅðéóôçìïíéêÞ ðáñáôÞñçóç êáé ðåñéãñáöÞ ÓõìðåñéöïñÜ ôùí óôåñåþí üôáí èåñìáßíïíôáé Èåñìïêñáóßá ôÞîåùò. Ç åðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäïò ÐáñáôÞñçóç ÊáôáãñáöÞ ôùí ãåãïíüôùí ÏñãÜíùóç ôùí ðáñáôçñÞóåùí Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò Áíáæçôþíôáò êáíüíåò êáé ëïãéêÜ óõìðåñÜóìáôá Áíáæçôþíôáò ôï ãéáôß Áíáêïßíùóç ôùí áðïôåëåóìÜôùí Áðü ôé åîáñôÜôáé ç êáýóç; Ôé ðáñÜãåôáé; Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

3 4

18 19 19 20 23

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10

2.6 2.7 2.8 2.9

44 45 46

Ç åíÝñãåéá Ý÷åé ðïëëÝò ìïñöÝò ÄõíáìéêÞ åíÝñãåéá ÈåñìéêÞ åíÝñãåéá êáé èåñìïêñáóßá ÌïíÜäåò åíÝñãåéáò êáé èåñìïêñáóßáò Ç åéäéêÞ èåñìüôçôá ôùí ìåôÜëëùí ÄéáôÞñçóç ôçò åíÝñãåéáò ÅíÝñãåéá êáé Ýñãï Ç åíÝñãåéá Ý÷åé ôçí ôÜóç íá äéáóêïñðßæåôáé áõèüñìçôá Ç ôõ÷áßá äéÜôáîç (Þ áôáîßá) åßíáé åðßóçò óçìáíôéêüò ðáñÜãïíôáò ÄéáôÞñçóç ìÜæáò êáé åíÝñãåéáò Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÈåñìéêÞ ñýðáíóç Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

50 50 52 52 56 59 60 61 61 62 62 65

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÔÅÔÁÑÔÏ

¾ëç êáé ìÜæá H âáóéêÞ éäéüôçôá ôçò ýëçò Ï Íüìïò ôçò Âáñýôçôáò ÌïíÜäåò ìÜæáò ÌÝôñçóç ôçò ìÜæáò Ðñïóäéïñéóìüò ôçò ìÜæáò åíüò áíôéêåéìÝíïõ Ôé åííïïýìå üôáí ëÝìå âÜñïò êáé ìÝôñçóç âÜñïõò; Ç Üíùóç ôïõ áÝñá Ôï öáéíüìåíï ôçò áíþóåùò Ðþò íá äéïñèþíåôå ôï óöÜëìá ìåôñÞóåùò

42

ÅíÝñãåéá

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÕÔÅÑÏ 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

41

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÔÑÉÔÏ

5 6 9 14 15 16 16 17

ðïõ ïöåßëåôáé óôçí Üíùóç ÄéÜöïñåò Üëëåò áéôßåò óöÜëìáôïò êáôÜ ôç æýãéóç Äéåñåýíçóç ìåñéêþí áíôéäñÜóåùí ãéá ðéèáíÝò ìåôáâïëÝò ôçò ìÜæáò Ç ìÜæá äéáôçñåßôáé óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

26 26 28 29 32 35 36 36

ÌïíÜäåò êáé áêñßâåéá 4.1 4.2

4.3 4.4 4.5 4.6 4.7

Ôï ðñáêôéêü óýóôçìá Óýãêñéóç ôùí ìïíÜäùí ôïõ Ðñáêôéêïý ÓõóôÞìáôïò ìå Üëëåò ðéï ãíùóôÝò ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò Ðõêíüôçôá ÌÝôñçóç ôçò ðõêíüôçôáò Ç áâåâáéüôçôá óôç ìÝôñçóç Áâåâáéüôçôá óå ðáñÜãùãï ìÝãåèïò: Ðñüóèåóç êáé áöáßñåóç Áâåâáéüôçôá óå ðáñÜãùãá (Þ äåõôåñï-

68

70 71 72 78 79

4.8

4.9 4.10 4.11 4.12 4.13

ãåíÞ) ìåãÝèç: Ðïëëáðëáóéáóìüò êáé äéáßñåóç ÌÝôñçóç ôùí ìåôáâïëþí ôçò èåñìüôçôáò êáôÜ ôçí êáýóç êáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá áëëáãÞò öÜóåùò Õðïëïãéóìüò ôçò áâåâáéüôçôáò åíüò äåõôåñïãåíïýò ìåãÝèïõò Õðïëïãéóìüò ôçò áâåâáéüôçôáò ìå ôç âïÞèåéá ôçò åêáôïóôéáßáò áíáëïãßáò ÓçìáíôéêÜ øçößá: ÓöÜëìá êáôÜ ðñïóÝããéóç ÌåãÜëïé êáé ìéêñïß áñéèìïß Ôõ÷áßá êáé óõóôçìáôéêÜ óöÜëìáôá Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÅÊÔÏ

80

Ðåñéóóüôåñåò ãíþóåéò ó÷åôéêÜ ìå ôï ìïñéáêü ðñüôõðï ôùí áåñßùí

81

6.1

87

6.2

87 88 88 89 93

ÌÅÑÏÓ ÄÅÕÔÅÑÏ

6.3

6.4 6.5 6.6

¢ôïìá êáé ìüñéá: Äïìéêïß ëßèïé ôçò ýëçò 6.7

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÐÅÌÐÔÏ ¢ôïìá êáé ìüñéá óôá áÝñéá 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14

5.15

Áðü ôçí êáèçìåñéíÞ åìðåéñßá óôï åðéóôçìïíéêü ðñüôõðï Ïñéóìüò êáé ìÝôñçóç ôçò ðéÝóåùò ¼ñãáíá ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò ðéÝóåùò Ó÷Ýóç áíÜìåóá óôçí ðßåóç êáé ôïí üãêï: Ï íüìïò ôïõ Boyle Ìßá äéáöïñåôéêÞ ìáôéÜ óôï ðñüôõðï ôçò óùìáôéäéáêÞò õöÞò åíüò áåñßïõ Ïé ìÜæåò ßóùí üãêùí áåñßùí Ó÷Ýóåéò ðéÝóåùò-üãêïõ äéáöüñùí áåñßùí ÌåñéêÝò áêüìç éäéüôçôåò ôùí áåñßùí Õðüèåóç ôïõ Avogadro ¢ôïìá êáé ìüñéá Ôï mole ÅöáñìïãÞ ôçò õðïèÝóåùò ôïõ Avogadro óå áíôéäñÜóåéò áåñßùí Ç óõíôïìïãñáößá ôùí ÷çìéêþí: Ôýðïé êáé åîéóþóåéò ÁíôéäñÜóåéò áåñßùí åßíáé äõíáôü íá äþóïõí ðëçñïöïñßåò ãéá ôïõò ìïñéáêïýò ôýðïõò Áðüäåéîç ôïõ ôýðïõ ôïõ ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

98 100 102 103 106 109 113 114 115 116 117 119 120

127 128 132

134 136 137

141

142 144

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÅÂÄÏÌÏ Óôïé÷åßá, ÷çìéêÝò åíþóåéò êáé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10 7.11 7.12 7.13 7.14 7.15

121 7.16 122 123

Ï ðñïóäéïñéóìüò ôùí ìïëáñéêþí (áôïìéêþí Þ ìïñéáêþí) ìáæþí Ðßåóç åíüò ìßãìáôïò áåñßùí. ÌåñéêÝò ðéÝóåéò. Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. Áéèáëïìß÷ëç Ï üãêïò ðïõ êáôáëáìâÜíåé ôï mole åíüò áåñßïõ óå äéáöïñåôéêÝò èåñìïêñáóßåò: Íüìïò ôïõ Charles Ç êëßìáêá ôçò áðüëõôçò èåñìïêñáóßáò Ìßá ðïóïôéêÞ äéåñåýíçóç ôçò áíôéäñÜóåùò åíüò ìåôÜëëïõ ìå õäñï÷ëùñéêü ïîý Óõíäõáóìüò ôïõ íüìïõ ôïõ Boyle, ôïõ íüìïõ ôïõ Charles êáé ôçò õðïèÝóåùò ôïõ Avogadro Ôï ìïñéáêü ðñüôõðï óõìöùíåß êáé óôéò ëåðôïìÝñåéåò ìå ôï íüìï ôùí éäáíéêþí áåñßùí Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

¢ôïìá êáé ìüñéá óå õãñÜ êáé óôåñåÜ Ôá áÝñéá ìðïñïýí íá õãñïðïéçèïýí Óôïé÷åßá êáé ÷çìéêÝò åíþóåéò ÁíÜëõóç ôùí ÷çìéêþí åíþóåùí ÄéÜóðáóç ìéáò óõíçèéóìÝíçò ïõóßáò ×çìéêÞ áíÜëõóç ×çìéêÞ óýíèåóç Óýíèåóç åíüò ìåôáëëéêïý ïîåéäßïõ ÓôáèåñÝò áíáëïãßåò Ôá óôïé÷åßá Óýìâïëá ôùí óôïé÷åßùí Ìïñéáêïß ôýðïé ÌïñéáêÝò äïìÝò êáé ðñüôõðá Åîéóþóåéò ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí Ðïéåò áêñéâþò ðëçñïöïñßåò ìáò äßíåé ìßá ÷çìéêÞ åîßóùóç; Ðþò ãñÜöïíôáé êáé éóïóôáèìßæïíôáé ìåñéêÝò åîéóþóåéò Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

149 149 152 154 155 157 157 158 159 160 161 164 165 167 169 170 171

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÏÃÄÏÏ

ÌÅÑÏÓ ÔÑÉÔÏ

Ç öýóç ôïõ áôüìïõ

×áñáêôçñéóôéêÝò êáôçãïñßåò ÷çìéêÞò óõìðåñéöïñÜò 8.1

8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10

ÁíôéäñÜóåéò ìå ïîõãüíï Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. Óßäçñïò êáé ïîåßäéá ôïõ áñãéëßïõ (áëïõìéíßïõ) ÄñáóôéêÜ ìÝôáëëá áíôéäñïýí ìå íåñü Óýãêñéóç ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí ìåôÜëëùí ìå ôï íåñü Ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí: Ìéá ÷çìéêÞ ïéêïãÝíåéá Ìéá Üëëç ÷çìéêÞ ïéêïãÝíåéá: Ôá áëïãüíá ¢ëëá óôïé÷åßá ðïõ ðáñïõóéÜæïõí åðßóçò áíÜëïãåò éäéüôçôåò Ï ðñþôïò ðåñéïäéêüò ðßíáêáò Ï óýã÷ñïíïò ðåñéïäéêüò ðßíáêáò Ïé éäéüôçôåò ðïéêßëëïõí åëáöñÜ ìÝóá óôéò ßäéåò ïìÜäåò Ôá åõãåíÞ áÝñéá åßíáé áäñáíÞ áëëÜ ÷ñÞóéìá Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

177 179 180 182 183 184 185 186 190 191 193 196

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ Ç äïìÞ ôïõ áôüìïõ

10.1 10.2 10.3

ÐåéñÜìáôá óêåäÜóåùò ôïõ Rutherford Ôï áôïìéêü ðñüôõðï ôïõ Rutherford Ôï Üôïìï ìå ðõñÞíá. ¸íá åðéôõ÷çìÝíï åðéóôçìïíéêü ðñüôõðï 10.4 ÌÝãåèïò ôïõ áôüìïõ 10.5 ÌåôñÞóåéò ôïõ ìåãÝèïõò åíüò ìïñßïõ 10.6 Íåôñüíéá 10.7 ÂáóéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôïõ ðõñçíéêïý áôüìïõ 10.8 Éóüôïðá 10.9 ÑáäéåíÝñãåéá 10.10 ÐõñçíéêÝò áíôéäñÜóåéò êáé ðõñçíéêÞ åíÝñãåéá 10.11 Õðïëïãéóìïß ôçò åíÝñãåéáò ôùí ðõñçíéêþí áíôéäñÜóåùí Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÐõñçíéêÞ åíÝñãåéá Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÅÍÁÔÏ

9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10

9.11

ÂáóéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí çëåêôñéêþí öïñôßùí ÓõíôåëåóôÝò ðïõ ðñïóäéïñßæïõí ôï ìÝãåèïò ôçò Ýëîåùò Þ ôçò áðþóåùò ÅîïõäåôÝñùóç ôùí öïñôßùí Ç öýóç êáé ç ðñïÝëåõóç ôùí çëåêôñéêþí öïñôßùí êáé ôùí äõíÜìåùí ËåðôïìåñÝóôåñåò åíäåßîåéò ãéá öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá Ôï öïñôßï êáé ç ìÜæá ôïõ çëåêôñïíßïõ Ðþò ìÝôñçóå ï Thomson ôï ëüãï e/m Éüíôá óôá áÝñéá Éüíôá óå äéÜëõìá Ç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôá moles ôùí çëåêôñïíßùí êáé ôá moles ôùí ìåôÜëëùí ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôçí çëåêôñüëõóç Éüíôá, Üôïìá êáé çëåêôñüíéá Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

233 233 235 238 238 238 241 243 244 245 251

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÅÍÄÅÊÁÔÏ

Ç çëåêôñéêÞ öýóç ôïõ áôüìïõ 9.1

228 230

ÁëëçëåðéäñÜóåéò áíÜìåóá óôï öùò êáé ôá Üôïìá

199 201 201 202 204 209 212 213 215

216 221 222

11.1 11.2

Ôï öùò ùò êõìáôïìïñöÞ Ôï öùò óõìðåñéöÝñåôáé Üñáãå üðùò ìßá áëëçëïõ÷ßá êõìÜôùí; 11.3 Ôï öùò áðïôåëåßôáé áðü êõìáôéêÝò áêôéíïâïëßåò äéáöüñùí óõ÷íïôÞôùí 11.4 Ôï öùò åßíáé ìßá ìïñöÞ åíÝñãåéáò 11.5 Ôá öùôüíéá êáé ôï öùôïçëåêôñïíéêü öáéíüìåíï Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÇëéáêÞ åíÝñãåéá 11.6 ÁôïìéêÜ öÜóìáôá 11.7 Ôï öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ 11.8 ¸íá ðñüôõðï ãéá ôçí åñìçíåßá ôïõ öÜóìáôïò ôïõ õäñïãüíïõ 11.9 ÓôÜèìåò åíÝñãåéáò ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ 11.10 Ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr ãéá ôï Üôïìï

254 259 262 266 266 269 272 273 275 278

ôïõ õäñïãüíïõ 11.11 Óõíå÷Þ öÜóìáôá Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

×çìéêïß äåóìïß

Ôï Üôïìï óýìöùíá ìå ôçí êâáíôïìç÷áíéêÞ èåùñßá

12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9

Ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr áðïôõã÷Üíåé íá åîçãÞóåé ôá õðüëïéðá Üôïìá, ðëçí ôïõ õäñïãüíïõ Äéáðéóôþíåôáé ðùò ç ýëç Ý÷åé êáé éäéüôçôåò êýìáôïò Ç ðéèáíüôçôá Ôñï÷éáêÜ êáé ï êýñéïò êâáíôéêüò áñéèìüò Ç áñ÷Þ ôçò áâåâáéüôçôáò Ó÷Þìáôá ôùí s ôñï÷éáêþí p ôñï÷éáêÜ d êáé f ôñï÷éáêÜ ÌåñéêÝò áêüìá ðëçñïöïñßåò ãéá ôï ó÷Þìá ôùí ôñï÷éáêþí Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

14.1 14.2 292 292 296 298 299 301 302 302 304 307

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÔÑÉÔÏ Ç áôïìéêÞ âÜóç ôùí ðåñéïäéêþí éäéïôÞôùí 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9

×çìéêïß äåóìïß êáé ìïñéáêÞ äïìÞ

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÔÅÔÁÑÔÏ

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÙÄÅÊÁÔÏ

12.1

ÌÅÑÏÓ ÔÅÔÁÑÔÏ

279 282 289

Ôï Üôïìï ôïõ óôïé÷åßïõ Þëéï êáé ïé çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò 310 Ôï Üôïìï ôïõ ëéèßïõ êáé ç áðáãïñåõôéêÞ áñ÷Þ 311 ¢ôïìá ìå áôïìéêïýò áñéèìïýò áðü ôÝóóåñá ìÝ÷ñé äÝêá 312 ¢ôïìá ìåôÜ ôï óôïé÷åßï íÝï 313 Ç ðåñéïäéêÞ åìöÜíéóç ôçò äéáìïñöþóåùò óõìðëçñùìÝíùí óôïéâÜäùí 315 Ïé éäéüôçôåò ìåôáâÜëëïíôáé ðåñéïäéêÜ áíÜëïãá ìå ôïí áôïìéêü áñéèìü 316 Ç äéáëõôüôçôá ôùí áëÜôùí: ÁíáæÞôçóç êÜðïéïõ õðïäåßãìáôïò 318 Ïé çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò óõíäÝïíôáé Üìåóá ìå ôéò éäéüôçôåò 320 Ðþò ðñïóäéüñéóå ï Moseley ôïõò áôïìéêïýò áñéèìïýò 324 Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá 326-327

14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 14.10 14.11 14.12 14.13 14.14 14.15 14.16

14.17

Ôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ 332 Ï ÷çìéêüò äåóìüò ùò åðéêÜëõøç ôùí çìéóõìðëçñùìÝíùí ôñï÷éáêþí 334 Áëëçëåðßäñáóç áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ çëßïõ 336 Áðåéêüíéóç ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý 337 Ï äåóìüò ôïõ öèïñßïõ 337 Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ ïîõãüíïõ íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò 340 Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ áæþôïõ íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò 341 Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ Üíèñáêá íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò 342 Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ âïñßïõ íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò 343 Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ âçñõëëßïõ íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò 343 Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ ëéèßïõ íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò 344 Äéåõêñßíéóç ó÷åôéêÜ ìå ôç ÷ñÞóç ôïõ üñïõ “óèÝíïò” 344 Ôï åßäïò ôïõ äåóìïý óôï áÝñéï öèïñéïý÷ï ëßèéï 345 Ï éïíôéêüò ÷áñáêôÞñáò ôùí äåóìþí ôïõ öèïñßïõ 347 Ï éïíôéêüò ÷áñáêôÞñáò ôùí äåóìþí õäñïãüíïõ 347 ÏìïéïðïëéêÝò êáé éïíôéêÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò 350 Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÄéáèÝóéìá êáé áíáêõêëïýìåíá áðüâëçôá 353 ×Üñôåò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò 355 Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá 358-359

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÐÅÌÐÔÏ Ôá ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí 15.1

Ôá ðåéñÜìáôá ìáò ðëçñïöïñïýí ãéá ôç

15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15.10 15.11 15.12 15.13 15.14 15.15

ìïñéáêÞ áñ÷éôåêôïíéêÞ 362 Ôï ó÷Þìá ïñéóìÝíùí ìïñßùí ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü ïîõãüíï êáé Üæùôï 363 Ç ôÜóç ôùí çëåêôñïíßùí íá ó÷çìáôßæïõí æåýãç 364 Ç èåùñßá áðùèÞóåùò ôùí æåõãþí çëåêôñïíßùí óôïõò ìïñéáêïýò ó÷çìáôéóìïýò 367 ÕâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ 370 Äéðëïß äåóìïß 373 Ôñéðëïß äåóìïß 375 Óõíôïíéóìüò 376 ÌïñéáêÜ ôñï÷éáêÜ 378 Ïñéóìüò ôçò äéðïëéêÞò ñïðÞò 381 Ðþò åßíáé äõíáôüí íá Ý÷ïõí ôá ìüñéá äéðïëéêÝò ñïðÝò 382 ÓõíôáêôéêÜ éóïìåñÞ 383 ÃåùìåôñéêÜ éóïìåñÞ 387 Ôá ìüñéá êáé ôá ó÷ÞìáôÜ ôïõò 389 ¸íáò äéáöïñåôéêüò ôñüðïò ðåñéãñáöÞò ôùí äéðëþí êáé ôùí ôñéðëþí äåóìþí 393 Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá 396-397

Ìüñéá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí Üíèñáêá

16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 16.10 16.11 16.12 16.13 16.14

ÐçãÝò åíþóåùí ôïõ Üíèñáêá Óýóôáóç êáé äïìÞ ôùí ïñãáíéêþí åíþóåùí Ðñïóäéïñéóìüò åìðåéñéêïý êáé ìïñéáêïý ôýðïõ Ïíïìáôïëïãßá ÊïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò ÌåñéêÝò éäéüôçôåò êáé áíôéäñÜóåéò ôùí õäñïãïíáíèñÜêùí Áêüñåóôïé õäñïãïíÜíèñáêåò ÓõóôçìáôéêÜ ïíüìáôá ãéá ìç êõêëéêïýò õäñïãïíÜíèñáêåò Áñùìáôéêïß õäñïãïíÜíèñáêåò: Ôï âåíæüëéï êáé ðáñÜãùãÜ ôïõ ÃåíéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí äñáóôéêþí ïìÜäùí Áëêïüëåò ÌåñéêÝò éäéüôçôåò êáé áíôéäñÜóåéò ôùí áëêïïëþí Áëäåàäåò ÊáñâïîõëéêÜ ïîÝá

Êåôüíåò ÅóôÝñåò Óáðïýíéá êáé áðïññõðáíôéêÜ ÄñáóôéêÝò ïìÜäåò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí Üæùôï: Áìßíåò êáé áìßäéá 16.19 Äåîéüóôñïöá êáé áñéóôåñüóôñïöá ìüñéá Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. Ìç áðïéêïäïìïýìåíá åíôïìïêôüíá Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6 17.7

17.11 402 17.12

409 412 414

17.13 17.14 17.15 17.16 17.17 17.18 17.19

415 17.20 420 421 423 427 429

432 433 436 440

ÓôåñåÜ, õãñÜ êáé äéáëýìáôá

400

403 405 405

429 430 431

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÅÂÄÏÌÏ

17.8 17.9 17.10

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÅÊÔÏ 16.1 16.2

16.15 16.16 16.17 16.18

17.21 17.22 17.23 17.24

Ïé äõíÜìåéò Ýëîåùò ðñïêáëïýí ôç óõìðýêíùóç ôùí áåñßùí Ç öýóç ôùí êñõóôáëëéêþí óôåñåþí Ç öýóç ôùí êáèáñþí õãñþí Ç öýóç ôùí äéáëõìÜôùí Ç ôïðïèÝôçóç ôùí áôüìùí Þ ôùí éüíôùí ìÝóá óôïõò êñõóôÜëëïõò ÄõíÜìåéò ìåôáîý ôùí áôüìùí Ïìïéïðïëéêïß äåóìïß êáé óôåñåÜ ðëÝãìáôá Ìåôáëëéêïß äåóìïß Ðñüóèåôåò äõíÜìåéò óôéò ÷çìéêÝò åíþóåéò ÄõíÜìåéò van der Waals êáé ìïñéáêÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò Ïìïéïðïëéêïß äåóìïß êáé ÷çìéêÝò åíþóåéò óôåñåïý ðëÝãìáôïò ÐáñÜãïíôåò ðïõ åõíïïýí ôï ó÷çìáôéóìü éüíôùí ÄïìÝò ôùí éïíôéêþí ÷çìéêþí åíþóåùí Éäéüôçôåò ôùí éïíôéêþí åíþóåùí ÌåñéêÝò ðïóïôéêÝò Ýííïéåò ó÷åôéêÜ ìå ôïõò éïíôéêïýò êñõóôÜëëïõò Éäéüôçôåò ôùí äéáëõôþí ÌïñéáêÜ äßðïëá Äéáëõôüôçôá ôùí çëåêôñïëõôþí óôï íåñü Óçìåßá âñáóìïý êáé ðÞîåùò ôùí äéáëõìÜôùí ÌïíÜäåò ãéá ôçí Ýêöñáóç ôçò óõãêåíôñþóåùò. ÌïñéáêÞ óõãêÝíôñùóç êáôÜ üãêï (molarity) Äåóìïß õäñïãüíïõ ÅíÝñãåéá ôùí äåóìþí õäñïãüíïõ Ðïý áðáíôïýí ïé äåóìïß õäñïãüíïõ; Ç öýóç ôïõ äåóìïý õäñïãüíïõ

444 445 445 446 447 451 452 453 459 459 462 464 465 466 467 470 470 472 472

474 476 476 477 478

17.25 Ç óçìáóßá ôïõ äåóìïý õäñïãüíïõ Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

478 479-480

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÏÃÄÏÏ Ãéãáíôéáßá ìüñéá 18.1

Ôá ãéãáíôéáßá ìüñéá åßíáé óõíÞèùò ðïëõìåñÞ 484 18.2 Ðïëõìåñéóìüò óõìðõêíþóåùò 484 18.3 Ðïëõìåñéóìüò ðñïóèÞêçò 486 18.4 Ç ðáñáóêåõÞ ìåñéêþí ðïëõìåñþí 487 18.5 ÐñùôåÀíåò 493 18.6 ¢ìõëï êáé êõôôáñßíç 494 18.7 Êáïõôóïýê 495 Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ×áñôß 497 18.8 ÍïõêëåúíéêÜ ïîÝá, DNA êáé RNA 500 18.9 Ç äéðëÞ Ýëéêá êáé ç Ýííïéá ôïõ ðñïôýðïõ 502 18.10 RNA 502 18.11 ÐõñéôéêÜ ïñõêôÜ 504 18.12 Áìßáíôïò, ìßêá êáé ãõáëß 506 Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá 507-508

ÌÅÑÏÓ ÐÅÌÐÔÏ

19.11 Ç ðáñáóêåõÞ ôïõ Ç2SO4: Õðïëïãéóìïß ìÜæáò-üãêïõ 19.12 ÐáñáãùãÞ Ç2SO4: Õðïëïãéóìïß üãêïõ üãêïõ Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. Áéèáëïìß÷ëç áõôïêéíÞôùí 19.13 Óôïé÷åéïìåôñßá óå ìéá ïñãáíéêÞ áíôßäñáóç Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

ÓèÝíïò, ç éêáíüôçôá óõíäÝóåùò ôùí óôïé÷åßùí 19.2 Ç ÷ñçóéìïðïßçóç ôùí êáíüíùí ôïõ óèÝíïõò ãéá ôç ãñáöÞ ôùí ôýðùí 19.3 Ç ïíïìáôïëïãßá ôùí ÷çìéêþí åíþóåùí 19.4 ÓõìðåñéöïñÜ ôïõ óôåñåïý óéäÞñïõ ìÝóá óå õäáôéêü äéÜëõìá èåééêïý ÷áëêïý 19.5 Ðþò ãñÜöïíôáé ïé ÷çìéêÝò åîéóþóåéò 19.6 Ïé ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óôéò ìÜæåò êáôÜ ôéò ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò 19.7 Óôïé÷åéïìåôñßá 19.8 Ç ìÝèïäïò ôùí moles 19.9 ÓõíôåëåóôÝò ìåôáôñïðÞò 19.10 Ç ðáñáãùãÞ ôïõ èåééêïý ïîÝïò: Õðïëïãéóìïß ìÜæáò-ìÜæáò

530 532 534

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÅÉÊÏÓÔÏ 20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 20.7

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÅÍÁÔÏ ×çìéêÝò áíôéäñÜóåéò êáé õðïëïãéóìïß

529

ÅíÝñãåéá êáé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò

20.8 20.9

Ç äõíáìéêÞ ôçò ÷çìåßáò

528

Ìéá ðñáêôéêÞ áðåéêüíéóç Èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ìéáò ïõóßáò ÌÝôñçóç ôçò èåñìüôçôáò áíôéäñÜóåùò Ïé èåñìüôçôåò áíôéäñÜóåùí ðñïóôßèåíôáé êáé áöáéñïýíôáé; Èåñìüôçôåò ó÷çìáôéóìïý Ðñüâëåøç ôçò èåñìüôçôáò ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò Èåñìéäïìåôñßá Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. Åßíáé äõíáôüí ïé äñáóôçñéüôçôÝò ìáò íá ìåôáâÜëïõí ôï êëßìá; Ç åíÝñãåéá ôùí ìïñßùí ÅíåñãåéáêÝò ìåôáâïëÝò êáôÜ ôç èÝñìáíóç Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

539 540 541 545 545 546 547

549 551 551 553

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÅÉÊÏÓÔÏ ÐÑÙÔÏ

19.1

512 513 514 515 518 520 523 524 525 526

Ïé ôá÷ýôçôåò ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí 21.1 21.2 21.3 21.4

Ïñéóìüò ôçò ôá÷ýôçôáò áíôéäñÜóåùò Ç öýóç ôùí ïõóéþí ðïõ áíôéäñïýí ÌåëÝôç ôùí ôá÷õôÞôùí áíôéäñÜóåùò Åðßäñáóç ôçò óõãêåíôñþóåùò óôçí ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò 21.5 Ìç÷áíéóìüò áíôéäñÜóåùò 21.6 Åðßäñáóç ôçò èåñìïêñáóßáò óôçí ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò 21.7 ÊáôáíïìÞ ôùí êéíçôéêþí åíåñãåéþí 21.8 ÅíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò 21.9 ÅíÝñãåéåò åíåñãïðïéÞóåùò êáé èåñìüôçôåò áíôéäñÜóåùí 21.10 Êáôáëýôåò

557 558 559 562 564 566 568 571 574 576

21.11 ¸íæõìá, ïé êáôáëýôåò ôùí æùíôáíþí ïñãáíéóìþí Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

580 585

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÅÉÊÏÓÔÏ ÔÑÉÔÏ

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÅÉÊÏÓÔÏ ÄÅÕÔÅÑÏ ×çìéêÞ éóïññïðßá 22.1 22.2 22.3 22.4 22.5 22.6 22.7 22.8 22.9 22.10 22.11 22.12 22.13

22.14 22.15 22.16 22.17 22.18 22.19 22.20 22.21

22.22

Éóïññïðßá óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò Éóïññïðßá êáôÜ ôçí áëëáãÞ öÜóåùò Óçìåßï âñáóìïý Éóïññïðßá äéáëõôüôçôáò Åîáêñßâùóç ôçò êáôáóôÜóåùò éóïññïðßáò Ç äõíáìéêÞ öýóç ôçò éóïññïðßáò óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò Ç äõíáìéêÞ öýóç ôçò éóïññïðßáò áëëáãÞò öÜóåùò Ç äõíáìéêÞ öýóç ôçò éóïññïðßáò êáôÜ ôç äéÜëõóç ¢ìåóç áðüäåéîç ôçò äõíáìéêÞò öýóåùò ôçò éóïññïðßáò Ç êáôÜóôáóç éóïññïðßáò ÁëëáãÞ ôçò êáôáóôÜóåùò éóïññïðßáò Ðñüâëåøç íÝùí óõãêåíôñþóåùí éóïññïðßáò: Áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier ÅöáñìïãÞ ôùí êáíüíùí ôçò éóïññïðßáò: Ç äéåñãáóßá ôïõ Haber Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ¼æïí, ç æùÞ óôç ãç êáé ïé õðåñç÷çôéêÝò ìåôáöïñÝò (SST) ÐïóïôéêÞ ðñïóÝããéóç ôçò ÷çìéêÞò éóïññïðßáò Ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò ìéáò áíôéäñÜóåùò Ï íüìïò ôçò ÷çìéêÞò éóïññïðßáò Ðñïóäéïñéóìüò ôïõ ãéíïìÝíïõ äéáëõôüôçôáò ôïõ ïîéêïý áñãýñïõ ÐïóïôéêÞ ðñïóÝããéóç ôçò éóïññïðßáò äéáëõôüôçôáò Õðïëïãéóìüò ôçò äéáëõôüôçôáò ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ãéíïìÝíïõ äéáëõôüôçôáò Ðüôå ó÷çìáôßæåôáé ßæçìá; Ï Íüìïò ôçò ×çìéêÞò Éóïññïðßáò üôáí ðñïÝñ÷åôáé áðü ôéò ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéèÝôùí äéáäéêáóéþí ÐáñÜãïíôåò ïé ïðïßïé ðñïóäéïñßæïõí ôçí éóïññïðßá

589 589 590 591

ÏîÝá êáé âÜóåéò 23.1 23.2 23.3 23.4

591 594 595 596 597 598 599

23.5 23.6 23.7 23.8 23.9

23.10

600 23.11 602 23.12 603 606 610 612

626-627

23.13 23.14 23.15 23.16 23.17

613

Éó÷õñïß êáé áóèåíåßò çëåêôñïëýôåò Ôï íåñü åßíáé Ýíáò áóèåíÞò çëåêôñïëýôçò ÁëëáãÞ ôùí óõãêåíôñþóåùí ôùí éüíôùí Ç+ êáé ÏǼîéíá, âáóéêÜ êáé ïõäÝôåñá äéáëýìáôá. Ðñïóäéïñéóìüò ôïõ pH Ç ìåôáâïëÞ ôïõ Kw ìå ôç èåñìïêñáóßá Éäéüôçôåò ôùí õäáôéêþí äéáëõìÜôùí ôùí ïîÝùí Éäéüôçôåò ôùí õäáôéêþí äéáëõìÜôùí ôùí âÜóåùí Ìéá åñìçíåßá ôùí éäéïôÞôùí ôùí âÜóåùí Ðñïóäéïñéóìüò ôçò óõãêåíôñþóåùò ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ åíüò äéáëýìáôïò ìå ôç âïÞèåéá äåéêôþí HCl êáé ÍaOH óôï ßäéï äéÜëõìá Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ¼îéíç âñï÷Þ êáé ÷éüíé Ç äéáäéêáóßá ôçò ôéôëïäïôÞóåùò áðü èåùñçôéêÞò áðüøåùò Ç äéáäéêáóßá ôçò ôéôëïäïôÞóåùò óôçí ðñÜîç ÁóèåíÞ ïîÝá Ðñïóäéïñéóìüò ôçò ÊÁ Õðïëïãéóìüò ôçò [Ç+] Áíôáãùíéóìüò ãéá Ç+ áíÜìåóá óå áóèåíÞ ïîÝá Ôï éüí õäñïãüíïõ óôç èåùñßá ìåôáöïñÜò ðñùôïíßïõ áðü ôá ïîÝá Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá

631 631 632 634 635 636 636 637

639 644 645 647 649 652 654 654 655 657 659

616 617 618

619 621

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÅÉÊÏÓÔÏ ÔÅÔÁÑÔÏ ÁíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò 24.1 24.2 24.3 24.4

Ç ÷çìåßá åíüò çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ ÅîÝôáóç ôïõ çëåêôñï÷çìéêïý ðåéñÜìáôïò ÁíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé Ï ñüëïò ôçò ãÝöõñáò Üëáôïò

663 666 667 668

24.5 24.6 24.7 24.8 24.9 24.10 24.11 24.12

24.13 24.14 24.15

ÌåñéêÝò áêüìá áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò Áíôáãùíéóìüò çëåêôñïíßùí ÌÝôñçóç ôùí äõíáìéêþí ôùí óôïé÷åßùí ÌÝôñçóç ôùí äõíáìéêþí ôùí çìéóôïé÷åßùí ×ñÞóç ôùí ðéíÜêùí ìå ôá äõíáìéêÜ áíáãùãÞò Áñéèìïß ïîåéäþóåùò ×ñÞóç ôùí áñéèìþí ïîåéäþóåùò ×ñÞóç ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí çìéóôïé÷åßùí ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôùí óõíôåëåóôþí óôéò ÷çìéêÝò åîéóþóåéò ÓõóóùñåõôÝò (ìðáôáñßåò) ÄéåîáãùãÞ ìéáò áíôéäñÜóåùò ìå ôç âïÞèåéá êÜðïéáò ôÜóåùò Ç äéåñãáóßá ôçò åðéìåôáëëþóåùò

Ðåñßëçøç - ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá 669 669 671 673 674 676 677

678 680 681 683

685

ÐÁÑÁÑÔÇÌÁÔÁ 1. Ó÷åôéêÞ éó÷ýò ôùí ïîÝùí 2. ÊáíïíéêÜ äõíáìéêÜ áíáãùãÞò ôùí çìéáíôéäñÜóåùí 3. ÁôïìéêÝò ìÜæåò ôùí óôïé÷åßùí 4. ÇëåêôñïíéáêÞ äéÜôáîç ôùí óôïé÷åßùí 5. Ïíüìáôá, ôýðïé êáé öïñôßá ìåñéêþí áðü ôá êïéíÜ éüíôá 6. Äéáëõôüôçôá ãíùóôþí ÷çìéêþí åíþóåùí óôï íåñü 7. Ðßíáêáò ìïíÜäùí ìåôñÞóåùò 8. ÅéóáãùãÞ óôï åñãáóôÞñéï Ëåîéëüãéï ÅõñåôÞñéï

690 691 692 694 696 697 698 699 704 713

MÅÑÏÓ ÐÑÙÔÏ

Xçìåßá: Ç åðéóôÞìç ôùí õëéêþí êáé ôçò åíÝñãåéáò ×çìåßá åßíáé ç åðéóôÞìç ðïõ åîåôÜæåé ôá õëéêÜ óþìáôá^ åéäéêüôåñá åîåôÜæåé ôç óýóôáóÞ ôïõò, ôéò éäéüôçôÝò ôïõò, ôéò áëëçëåðéäñÜóåéò ôïõò êáé ôéò ìåôáâïëÝò ôçò óõóôÜóåþò ôïõò (÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò). ÅðåéäÞ ïé ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò óõíÞèùò óõíïäåýïíôáé êáé áðü åíåñãåéáêÝò ìåôáâïëÝò, ïé ÷çìéêïß ðñÝðåé åðßóçò íá áó÷ïëïýíôáé êáé ìå ôçí åíÝñãåéá. Ôçí åíÝñãåéá êáé ôéò ìåôáâïëÝò ôçò åîåôÜæåé êõñßùò ç öõóéêÞ. Ç ÷çìåßá åéäéêüôåñá ç öõóéêï÷çìåßá- åîåôÜæåé ìüíï ìåñéêÝò áðü ôéò ìåôáâïëÝò ôçò åíÝñãåéáò êáé óõãêåêñéìÝíá åêåßíåò ðïõ óõíäÝïíôáé ìå ÷çìéêÜ öáéíüìåíá. Ç ÷çìåßá ìåëåôÜ ü÷é ìüíï üëá ôá óôïé÷åßá ðïõ âñßóêïíôáé óôç öýóç êáé åêåßíá, ôá ëßãá áêüìç, ðïõ Ý÷ïõí ðáñáóêåõáóèåß áðü ôïí Üíèñùðï, áëëÜ êáé ôéò åêáôïíôÜäåò ÷éëéÜäåò ôùí åíþóåùí ðïõ áõôÜ ó÷çìáôßæïõí. Ç ÷çìéêÞ ãíþóç åßíáé áðïôÝëåóìá ìáêñü÷ñïíçò ðñïóðÜèåéáò ðïëëþí ÷çìéêþí. ~Åíáò ÷çìéêüò óõíÞèùò áñ÷ßæåé ôéò ÝñåõíÝò ôïõ ìå åñùôÞóåéò ôïõ ôýðïõ: “Ôé èá óõìâåß áí ìßá ïõóßá èåñìáíèåß;”, “Ðþò ìðïñïýìå íá ðÜñïõìå ìéá ïõóßá óå êáèáñÞ êáôÜóôáóç;”, “Ðïéá åßíáé ç áéôßá ðïõ ôï ÷ñþìá ìéáò ïõóßáò áëëÜæåé;”. ~Éóùò üìùò ðéï óçìáíôéêÞ åßíáé ç åñþôçóç: “Ãéáôß óõìâáßíïõí üëá áõôÜ ôá öáéíüìåíá;”. Aíáæçôþíôáò áðáíôÞóåéò óå áõôÝò ôéò åñùôÞóåéò, Ýíáò ÷çìéêüò ðñÝðåé óõ÷íÜ íá äéåîÜãåé åíôåëþò íÝá ðåéñÜìáôá êáèþò êáé íá êáôáóêåõÜæåé íÝåò óõóêåõÝò. Óõ÷íÜ áñ÷ßæåé ëáíèáóìÝíá êáé ðïëëÝò öïñÝò áðïôõã÷Üíåé. Ôï ãåãïíüò üôé äéáâÜæåôå ìüíï ãéá ôéò åðéôõ÷ßåò ôçò åðéóôÞìçò, óáò ïäçãåß ßóùò óôç óêÝøç üôé ç åðéóôÞìç öáßíåôáé íá åßíáé áðëÞ êáé åýêïëç õðüèåóç. Ç áëÞèåéá üìùò åßíáé ðïëý äéáöïñåôéêÞ. Óôï ðñþôï ìÝñïò áõôïý ôïõ âéâëßïõ èá ìÜèåôå ôïí ôñüðï, ìå ôïí ïðïßï ïé ÷çìéêïß èÝôïõí åñùôÞìáôá, äéåîÜãïõí ðåéñÜìáôá êáé êáôáãñÜöïõí Þ áíáëýïõí ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí åñãáóéþí ôïõò. Êáé öõóéêÜ áõôü äåí èá ôï ìÜèåôå ìüíï ìå ôï äéÜâáóìá áëëÜ êáé ìå ôï íá èÝôåôå êáé åóåßò ïé ßäéïé åñùôÞìáôá êáé óôç óõíÝ÷åéá íá äéåîÜãåôå ôá äéêÜ óáò ðåéñÜìáôá. Ãéáôß ç ÷çìåßá, üðùò Üëëùóôå êáé üëåò ïé Üëëåò öõóéêÝò åðéóôÞìåò, âáóßæåôáé óôï óõíäõáóìü óêÝøåùò êáé ðñÜîåùò. Èá åîïéêåéùèåßôå åðßóçò ìå ôéò âáóéêÝò éäÝåò ôçò ýëçò êáé ôçò åíÝñãåéáò, êáèþò êáé ìå ôïõò ôñüðïõò äéÜ ôùí ïðïßùí åßíáé äõíáôüí íá ãßíïõí ìåôñÞóåéò êáé íá åêöñáóèïýí ôá áðïôåëÝóìáôÜ ôïõò.

KÅÖÁËÁÉÏ ÐÑÙÔÏ

Ìå ôé ìïéÜæåé ç ÷çìåßá

Áñ÷ßæïíôáò áðü ðÜíù áñéóôåñÜ êáé áêïëïõèþíôáò ôç öïñÜ ôùí äåéêôþí ôïõ ùñïëïãßïõ: ÅðéóôÞìïíåò äéåîÜãïõí Ýñåõíåò ãéá ôïí êáñêßíï, ðáñÜãïõí ßíåò ðïõ èá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ãéá ôïí êáèáñéóìü ôïõ èáëáóóéíïý íåñïý êáé åêôåëïýí ðåéñÜìáôá õøçëÞò åíÝñãåéáò ìå ôá óôïé÷åéþäç óùìáôßäéá ôçò ýëçò.

3

ÐïëëÜ áðü áõôÜ ðïõ âëÝðåôå êáèçìåñéíÜ óôï ðåñéâÜëëïí óáò ïöåßëïíôáé, êáôÜ Ýíá ìÝñïò, óôçí åñãáóßá ôùí ÷çìéêþí. Êáé ìüíï áõôü åßíáé áñêåôü ãéá íá áíáæçôçèåß ôï ôé áêñéâþò êÜíïõí ïé ÷çìéêïß. Ðáñ’ üëï ðïõ äåí åßíáé äõíáôüí äýï ÷çìéêïß íá åñãáóèïýí êáôÜ ôïí ßäéï áêñéâþò ôñüðï, õðÜñ÷åé Ýíá åõäéÜêñéôï ðñüôõðï, êÜðïéïò ëïãéêüò åéñìüò âÜóåé ôïõ ïðïßïõ åîåôÜæïõí ôï èÝìá ôïõò. Ç ÷çìåßá, ðåñéóóüôåñï ßóùò áðü êÜèå Üëëç åðéóôÞìç, âáóßæåôáé óôï ðåßñáìá. Ìßá åîÞãçóç ãé’ áõôü èá ìðïñïýóå íá åßíáé üôé ï ÷çìéêüò áó÷ïëåßôáé ìå ðñÜãìáôá, ðïõ äå ìðïñåß íá ôá äåé êáé íá ôá ìåôñÞóåé åýêïëá, üðùò åßíáé ôá Üôïìá

êáé ôá ìüñéá. Ìßá Üëëç ðéèáíÞ áéôßá èá Þôáí ç åîÞò: ç óõìðåñéöïñÜ ôçò ýëçò áêïëïõèåß ãåíéêïýò êáíüíåò, ðïëëïß áðü ôïõò ïðïßïõò åßíáé Þäç ãíùóôïß. Óõ÷íÜ üìùò õðÜñ÷ïõí íÝïé ðáñÜãïíôåò ðïõ åðçñåÜæïõí Ýíá ÷çìéêü ðñüâëçìá Þ ìßá ÷çìéêÞ éäÝá. ~Åôóé ï ìüíïò ôñüðïò ãéá íá äéáðéóôþóïìå áí Ýíá ðåßñáìá ëåéôïõñãåß, åßíáé íá ðåéñáìáôéóèïýìå ïé ßäéïé. ÅðéâÜëëåôáé ëïéðüí ïé ìåëÝôåò ðïõ èá åêðïíÞóåôå óôï ÷þñï ôçò ÷çìåßáò íá ðåñéëáìâÜíïõí áðü ôçí áñ÷Þ êáé ðåéñÜìáôá. Ìüíï ìå ôá ðåéñÜìáôá åßíáé äõíáôüí íá ìÜèåôå ðñáãìáôéêÜ ôé åßíáé ç ÷çìåßá.

Ãéáôß êáé ðþò åßíáé óêüðéìï íá ìåëåôçèåß ç ÷çìåßá 1.1 Ôé åßíáé ç ÷çìåßá; ~Ïóïé áðü åìÜò æïõí óå êïéíùíßåò áíåðôõãìÝíåò ôå÷íïëïãéêÜ, áðïëáìâÜíïõí ìåñéêÝò áíÝóåéò êáé åõêïëßåò, ðïõ óõíÞèùò ôéò èåùñïýìå áõôïíüçôåò. Êáé üìùò, ãíùñßæïìå üôé ç ðïéüôçôá æùÞò ðïõ åìåßò áðïëáìâÜíïìå äåí Ý÷åé êáìßá ó÷Ýóç ìå áõôÞí ðáëáéïôÝñùí åðï÷þí, üðùò åßíáé êáé åíôåëþò äéáöïñåôéêÞ áðü ôçí ðïéüôçôá æùÞò ðïõ ÷áñáêôçñßæåé óÞìåñá Üëëåò ìåãÜëåò ðåñéï÷Ýò ôïõ êüóìïõ. Óå ôé äéáöÝñïõí ïé ôå÷íïëïãéêÜ ðñïçãìÝíåò êïéíùíßåò, üðùò ïé äéêÝò ìáò, áðü ôéò ëéãüôåñï ðñïçãìÝíåò; Ìßá äéáöïñÜ åßíáé üôé äéáèÝôïìå ðïëëÜ õëéêÜ êáôÜëëçëá ãéá äéÜöïñåò ÷ñÞóåéò. ~Åíá õëéêü ßóùò íá åßíáé êáôÜëëçëï íá ÷ñçóéìïðïéçèåß óå Ýíá äéáóôçìéêü äïñõöüñï, åíþ Ýíá Üëëï ãéá ôçí åðéóêåõÞ ìéáò âáëâßäáò ôçò áíèñþðéíçò êáñäéÜò. ÐïëëÜ Ý÷ïõí ëéãüôåñï åíôõðùóéáêÝò áëëÜ ïðùóäÞðïôå óçìáíôéêÝò ÷ñÞóåéò. Ôá íÞìáôá ðïõ äåí ÷ñåéÜæïíôáé óéäÝñùìá, ôá ìÝôáëëá ðïõ äåí óêïõñéÜæïõí êáé ïé ôå÷íçôïß ÷ëïïôÜðçôåò* åßíáé ìüíï ìåñéêÜ áðü ôá ðïëëÜ ðéèáíÜ ðáñáäåßãìáôá (ó÷. 1-1). ÊÜôé Üëëï ðïõ èá ðñÝðåé íá äéáèÝôåé Üöèïíï ìßá êïéíùíßá üðùò ç äéêÞ ìáò åßíáé ç åíÝñãåéá. Èá ðñÝðåé íá äéáôßèåôáé ãéá êÜèå ÷ñÞóç óôéò áíÜëïãåò ìïñöÝò. Ïé ìïñöÝò ðïõ åßíáé ðåñéóóüôåñï êáôÜëëçëåò ãéá ôçí ôñïöïäïóßá åíüò *

Ó×ÇÌÁ 1-1. Âáëâßäá ôå÷íçôÞò êáñäéÜò. Ôá ðåñéóóüôåñá áðü ôá õëéêÜ ðïõ ôçí áðïôåëïýí äåí õðÞñ÷áí ðñéí áðü ìåñéêÝò äåêáåôßåò.

äïñõöüñïõ üðùò áõôüò ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 1-2, ßóùò íá åßíáé ôåëåßùò äéáöïñåôéêÝò áðü áõôÝò ðïõ âïçèïýí óôç ñýèìéóç ôçò ëåéôïõñãßáò ôçò áíèñþðéíçò êáñäéÜò, ðïõ öùôßæïõí ìßá ðüëç Þ

Ó.ô.Ì. Ôï ôå÷íçôü “ãñáóßäé” ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé óå ïñéóìÝíá ðïäïóöáéñéêÜ ãÞðåäá.

4

Åðéóôçìoíéêüôåñç åðåîåñãáóßá ôïõ üñïõ “ýëç” èá ãßíåé óôï åðüìåíï êåöÜëáéï. ÂÝâáéá äåí åßíáé áñêåôü íá ðïýìå üôé ïé ÷çìéêïß áó÷ïëïýíôáé ìüíï ìå ôçí ýëç êáé ôçí åíÝñãåéá. Ãéáôß êáé Ýíáò ðïäïóöáéñéóôÞò èá ìðïñïýóå åðßóçò íá ðåé üôé áó÷ïëåßôáé ìå áõôÜ ôá äýï ðñÜãìáôá. ~Ïôáí åëÝã÷åé Þ ëáêôßæåé ôç ìðÜëá, îïäåýåé áñêåôÞ åíÝñãåéá, ãéá íá ìåôáêéíÞóåé ôçí ýëç ôçò ìðÜëáò. ÁëëÜ âÝâáéá äåí åßíáé äõíáôü íá ÷áñáêôçñéóèåß “÷çìéêüò”. Åêåßíï ðïõ êÜíåé Ýíá ÷çìéêü íá îå÷ùñßæåé åßíáé ï ôñüðïò ðïõ ÷ñçóéìïðïéåß ôçí ýëç êáé ôçí åíÝñãåéá. Êáé áêñéâþò áõôüò ï åéäéêüò ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï áó÷ïëïýíôáé ïé ÷çìéêïß ìå ôçí ýëç êáé ôçí åíÝñãåéá åßíáé ôï âáóéêü êëåéäß ãéá ôçí êáôáíüçóç êáé ôçí áîéïðïßçóç áõôïý ôïõ âéâëßïõ.

1.2 Ïé ÷çìéêïß åêôåëïýí ðåéñÜìáôá. Ó×ÇÌÁ 1-2. Ðñüôõðï ôçëåðéêïéíùíéáêïý äïñõöüñïõ ôýðïõ Telstar. Ôá óêïõñü÷ñùìá ôåôñÜãùíá ðÜíù óôçí åðéöÜíåéÜ ôïõ åßíáé çëéáêÜ óôïé÷åßá, ðïõ ìåôáôñÝðïõí ôï çëéáêü öùò óå çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá.

ðïõ êéíïýí Ýíá áõôïêßíçôï. ÁëëÜ ôé ó÷Ýóç Ý÷åé ç ÷çìåßá ìå üëá áõôÜ; Ç áðÜíôçóç åßíáé üôé Ý÷åé ó÷Ýóç êáé ìÜëéóôá ìåãÜëç. Ãéáôß ×çìåßá åßíáé ç åðéóôÞìç ôùí õëéêþí. Ïé ÷çìéêïß, ìå ôçí áíÜìéîç áðëïõóôÝñùí õëéêþí, êáôáóêåõÜæïõí Üëëá ðéï ðïëýðëïêá êáé äéáóðïýí ôá ðïëõðëïêüôåñá óå Üëëá ðéï áðëÜ. ÌåôáôñÝðïõí ïñéóìÝíá õëéêÜ óå êÜðïéá Üëëá, ðïõ éêáíïðïéïýí ìßá åéäéêÞ áíÜãêç. Êáé ôé ãßíåôáé ìå ôçí åíÝñãåéá; Ç åíÝñãåéá åßíáé áðáñáßôçôç óôç ìåëÝôç ôùí õëéêþí. ~Ïëåò åêåßíåò ïé äéáäéêáóßåò, ìå ôéò ïðïßåò ïé ÷çìéêïß åðåîåñãÜæïíôáé ôá õëéêÜ åîáñôþíôáé áðü ôçí åíÝñãåéá. ~Áëëåò ÷çìéêÝò äéáäéêáóßåò ãéá íá ãßíïõí ÷ñåéÜæïíôáé åíÝñãåéá êáé Üëëåò ðáñÜãïõí åíÝñãåéá. Åêåßíåò ðïõ ðáñÜãïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óõ÷íÜ ãé’ áõôüí áêñéâþò ôï óêïðü, äçëáäÞ ãéá ôçí ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò. ~Åíá êáëü ðáñÜäåéãìá åßíáé ç ÷ñÞóç ôùí êáõóßìùí (âåíæßíçò, êÜñâïõíïõ, îýëïõ êëð.). Ç åñãáóßá ôïõ ÷çìéêïý ëïéðüí Ý÷åé ó÷Ýóç êáé ìå ôçí åíÝñãåéá êáé ìå ôá õëéêÜ Þ êáëýôåñá ãéá íá ìåôá÷åéñéóèïýìå Ýíáí üñï ðéï ãåíéêü áðü ôïí üñï “õëéêÜ”, ìå ôçí åíÝñãåéá êáé ôçí ýëç. Áò ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ôç ëÝîç ýëç ðñïò ôï ðáñüí ìå ôç óõíçèéóìÝíç ôçò Ýííïéá.

Áí èÝëåôå íá ìÜèåôå ðþò ðáßæåôáé ôï ðáé÷íßäé ôçò ÷çìåßáò ðñÝðåé íá åêôåëåßôå ðåéñÜìáôá. Ï ËåïíÜñíôï íôá Âßíôóé (1452-1519) Ýëåãå üôé: «Ïé åðéóôÞìåò åêåßíåò ðïõ äåí Ý÷ïõí ãåííçèåß áðü ôï ðåßñáìá, ôç ìçôÝñá êÜèå âåâáéüôçôáò, åßíáé Üóêïðåò êáé ãåìÜôåò ëÜèç». Ôá ëüãéá áõôÞò ôçò áîéüëïãçò éôáëéêÞò ìåãáëïöõßáò åßíáé êáé óÞìåñá ôï ßäéï áëçèéíÜ. ~Ïëá üóá Ý÷ïõí ìÜèåé ïé ÷çìéêïß âáóßæïíôáé óôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ðåéñáìÜôùí êáé ï ëüãïò ðïõ åîáêïëïõèïýí íá ðåéñáìáôßæïíôáé åßíáé ôï ãåãïíüò üôé óõíåéäçôïðïéïýí ðùò áõôÜ ðïõ ãíùñßæïõí åßíáé åëÜ÷éóôá óå ó÷Ýóç ìå áõôÜ ðïõ èá Þèåëáí íá ãíùñßæïõí. ~Åíá ðåßñáìá ðéèáíüí íá ìáò äþóåé ðëçñïöïñßåò ãéá êÜôé ðïõ ßóùò ïýôå êáí õðïøéáæüìáóôå Þ íá âïçèÞóåé óôç ëýóç ïñéóìÝíùí õðáñêôþí ðñïâëçìÜôùí, üðùò áõôÜ ðïõ áöïñïýí óôçí ðñïóôáóßá ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò. Óå áõôÞí ôç óåéñÜ ôùí ìáèçìÜôùí, ðïëëÜ áðü üóá èá ìÜèåôå èá ðñïêýøïõí áðü ôá äéêÜ óáò ðåéñÜìáôá. ÖõóéêÜ äåí åßíáé äõíáôüí íá ìÜèåôå ôá ðÜíôá ìå ôï ðåßñáìá, ãéáôß ï ÷ñüíïò äåí åßíáé áñêåôüò. Ãé’ áõôü èá ðñÝðåé íá âáóéóèåßôå êáé óôç äéäáóêáëßá äéÜ ôçò ïðïßáò èá ãíùñßóåôå ôïõò êáñðïýò ôùí ðåéñáìÜôùí, ôá ïðïßá Ý÷ïõí ãßíåé áðü Üëëïõò. ÁëëÜ áêüìç êáé áí ï ÷ñüíïò äåí Þôáí ðåñéïñéóìÝíïò, åßíáé ðáñÜëïãï íá ðéóôåýåé êÜðïéïò üôé ðñÝðåé íá ðáñá÷ùñçèåß óôïõò óðïõäáóôÝò ÷çìåßáò Ýíáò áôïìéêüò áíôéäñáóôÞñáò, þóôå íá áíáêáëýøïõí ìüíïé ôïõò ôé åßíáé ôá Üôïìá (ó÷. 1-3). Ðáñ’ üëá áõôÜ, ðïëëÜ ðåéñÜìáôá åßíáé äõíáôüí íá ãßíïõí óôá áðëÜ

åñãáóôÞñéá ôïõ ó÷ïëåßïõ^ ìå áõôÜ ôá ðåéñÜìáôá èá áðïêôÞóåôå ôçí áðáñáßôçôç ðåßñá ãéá ôçí áíôéìåôþðéóç êáé ôçí áîéïðïßçóç ïñéóìÝíùí öáéíïìÝíùí. Áí áðïêôÞóåôå Ýôóé ìåñéêÝò ãíþóåéò ÷çìåßáò, èá ìðïñåßôå íá áíôéìåôùðßæåôå êáé ôá õðüëïéðá öáéíüìåíá êáôÜ ôñüðï ðéï äéåéóäõôéêü êáé áíôéêåéìåíéêü. Åî Üëëïõ åßíáé êáé åõ÷Üñéóôï ôï íá åêôåëåßò ðåéñÜìáôá! ÊÜôé åíäéáöÝñïí êáé åêðëçêôéêü óôç ÷çìåßá åßíáé üôé óõ÷íÜ ðïëý áðëÜ ðåéñÜìáôá áðïäåéêíýïíôáé ðïëý óðïõäáßá áðü åðéóôçìïíéêÞò ðëåõñÜò, ãéáôß åßíáé äõíáôüí íá óõíïäåýïíôáé áðü áíáðÜíôå÷á ãåãïíüôá êáé ðñÜãìáôá, ðïõ áîßæïõí ôïí êüðï íá äéåñåõíçèïýí. Ç ðñïóåêôéêÞ ðáñáôÞñçóç ìðïñåß íá ìåôáôñÝøåé Ýíá óõíçèéóìÝíï áðü ðñþôç ìáôéÜ öáéíüìåíï óå Ýíá ðåßñáìá ãåìÜôï ðëçñïöïñßåò. Ãéá íá ôï äéáðéóôþóåôå êáé ìüíïé óáò áõôü, èá êÜíåôå ìåñéêÜ ðåéñÜìáôá ìå Ýíá êåñß. Èá åêðëáãåßôå áíáêáëýðôïíôáò ðüóï ëßãá ãíùñßæåôå áðü áõôÜ ðïõ óõìâáßíïõí óå Ýíá êåñß ðïõ êáßãåôáé. ÅðÜíù óå áõôü ôï ðñüâëçìá Ý÷ïõí åñãáóèåß ðïëëïß äéáêåêñéìÝíïé åðéóôÞìïíåò êáé ìÝ÷ñé óÞìåñá åîáêïëïõèïýí íá áíáêáëýðôïõí êáéíïýñãéá êáé óçìáíôéêÜ ðñÜãìáôá, ðïõ óõìâáßíïõí óôçí ðéï èåñìÞ ðåñéï÷Þ ôçò öëüãáò.

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

5

Ó×ÇÌÁ 1-3. Ôï åèíéêü åñãáóôÞñéï ôïõ åðéôá÷õíôÞ óôï Illinois. Ï “êýñéïò äáêôýëéïò”, Ýíá ìÝñïò ôïõ ïðïßïõ öáßíåôáé óôçí åéêüíá, Ý÷åé ðåñßìåôñï 6,5 ðåñßðïõ ÷éëéüìåôñá.

Ìçí íïìßæåôå üôé ðñÝðåé íá áöÞóåôå íá ðåñÜóåé áðáñáôÞñçôï Ýíá ôáðåéíü êåñß.

1.3 ÅðéóôçìïíéêÞ ðáñáôÞñçóç êáé ðåñéãñáöÞ. Ç åñãáóßá ðïëëþí Üëëùí åðéóôçìüíùí, ìç ÷çìéêþí, äåí ðåñéïñßæåôáé áðáñáßôçôá ìüíï ìÝóá óôï ÷þñï ôïõ åñãáóôçñßïõ ôïõò. ~Åíáò ùêåáíïãñÜöïò óõ÷íÜ äéáó÷ßæåé ÷éëéÜäåò ÷éëéüìåôñá, ãéá íá óõãêåíôñþóåé êáé íá áíáëýóåé äåßãìáôá èáëáóóéíïý íåñïý áðü ðïëëÜ óçìåßá ôçò õäñïãåßïõ. Âéïëüãïé åðßóçò, ßóùò ÷ñåéÜæåôáé íá ôïðïèåôÞóïõí êáìéÜ öïñÜ ìéêñïóêïðéêïýò ñáäéïðïìðïýò óôï ëáéìü ôùí Üñêôùí ôçò Âüñåéáò ÁìåñéêÞò, ìå óêïðü íá ðñïóäéïñßóïõí ôéò ìåôáêéíÞóåéò ôïõò êáé ôïí ôñüðï äéáâéþóåþò ôïõò êáôÜ ôï ÷åéìþíá. ~Áëëïé âéïëüãïé ðÜëé ðåñíïýí ÷ñüíéá ïëüêëçñá óôçí ÁíôáñêôéêÞ Þ óôéò ôñïðéêÝò æïýãêëåò, ãéá íá ìåëåôÞóïõí äéÜöïñïõò ïñãáíéóìïýò óôï öõóéêü ôïõò ðåñéâÜëëïí. Áíôßèåôá, ïé ðåñéóóüôåñïé ÷çìéêïß êáé öõóéêïß ðåñíïýí ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôïõ ÷ñüíïõ ôïõò ìÝóá óôá åñãáóôÞñéÜ ôïõò, ãéáôß åêåß ìðïñïýí íá åëÝãîïõí ôéò óõíèÞêåò, êÜôù áðü ôéò ïðïßåò åêôåëïýí ôá ðåéñÜìáôÜ ôïõò. Áêüìç êáé áõôïß ðïõ áó÷ïëïýíôáé ìå ôç ìåëÝôç ðïëõðëüêùí ðñïâëçìÜôùí, üðùò ç ìüëõíóç ôïõ íåñïý êáé ç ñýðáíóç ôïõ áÝñá åðéóôñÝöïõí óôï åñãáóôÞñéü ôïõò, ãéá íá ìåëåôÞóïõí ôï áíôéêåßìåíï ôçò ÝñåõíÜò ôïõò êÜôù áðü äéáöïñåôéêÝò åëåã÷üìåíåò óõíèÞêåò êÜèå öïñÜ. Ôï êëåéäß ãéá üëåò ôéò åðéôõ÷åßò åðéóôçìïíéêÝò Ýñåõíåò åßíáé ç éêáíüôçôá íá ãßíïíôáé ëåðôïìåñåßò ðáñáôçñÞóåéò, áíåîÜñôçôá áí ï åðéóôÞìïíáò åñãÜæåôáé óôï åñãáóôÞñéï Þ óôï ýðáéèñï. Áðü ðñïóåêôéêÝò ðáñáôçñÞóåéò óå ðñïêáôáñêôéêÜ

6

ðåéñÜìáôá, ïé åñåõíçôÝò-åðéóôÞìïíåò êáèïñßæïõí ðïéåò óõíèÞêåò èá ðñÝðåé íá åëÝãîïõí áñãüôåñá óôá ëåðôïìåñÝóôåñá ðåéñÜìáôá ðïõ èá áêïëïõèÞóïõí. ÓÊÏÐÏÓ

Óêïðüò ôïõ ðåéñÜìáôïò ðïõ áêïëïõèåß åßíáé íá äéáðéóôþóåôå ðüóåò ðïëëÝò ðáñáôçñÞóåéò ìðïñåßôå íá óçìåéþóåôå ðáñáêïëïõèþíôáò Ýíá êåñß êáé ôïí ôñüðï ðïõ áõôü êáßãåôáé. ~Ïôáí èá ôåëåéþóåôå, óõãêñßíïíôáò ôéò äéêÝò óáò ðáñáôçñÞóåéò ìå áõôÝò ôùí óõììáèçôþí óáò, ßóùò áíáêáëýøåôå ðñÜãìáôá ðïõ äåí åß÷áôå èåùñÞóåé üôé åßíáé áñêåôÜ óçìáíôéêÜ, þóôå íá ôá êáôáãñÜøåôå. ÕËÉÊÁ

ÔåôñÜäéï Óðßñôá

×Üñáêáò Êåñß óôåñåùìÝíï óå êçñïðÞãéï

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

1. Íá åîåôÜóåôå ìå ðñïóï÷Þ ôï êåñß. Íá êáôáãñÜøåôå ïðïéïäÞðïôå ÷áñáêôçñéóôéêü ôïõ êåñéïý, ôï ïðïßï èåùñåßôáé üôé åßíáé åíäéáöÝñïí. 2. ÁíÜøôå ôï êåñß. ÊáôáãñÜøôå óôï ôåôñÜäéü óáò üóåò ðáñáôçñÞóåéò ìðïñåßôå íá êÜíåôå ðáñáêïëïõèþíôáò åðß 10-15 ëåðôÜ ôï êåñß ðïõ êáßãåôáé. ÁöÞóôå êåíü ÷þñï óôï ôåôñÜäéü óáò, ãéá íá óõìðëçñþóåôå ôéò åðß ðëÝïí ðáñáôçñÞóåéò ðïõ Ýãéíáí áðü ôïõò óõììáèçôÝò óáò. ~Éóùò ÷ñåéáóèåß íá óõìðëçñþóåôå áõôÞí ôç ëßóôá êáé êáôÜ ôç óõæÞôçóç ðïõ èá áêïëïõèÞóåé ó÷åôéêÜ ìå ôï ðåßñáìá. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. ÐåñéãñÜøôå ìå ôç ìåãáëýôåñç äõíáôÞ ëåðôïìÝñåéá ôéò óõíèÞêåò ðïõ åðéêñáôïýóáí óôï åñãáóôÞñéü óáò, üóç þñá êáéãüôáí ôï êåñß. 2. Ðïéá áðü áõôÝò ôéò óõíèÞêåò åß÷å óçìáíôéêÞ åðßäñáóç óôïí ôñüðï ðïõ êáéãüôáí ôï êåñß; Ðïéåò åßíáé áíôßóôïé÷á åêåßíåò ðïõ åß÷áí ôç ìéêñüôåñç åðßäñáóç; 3. Áí èÝëáôå íá ìåëåôÞóåôå ðñïóåêôéêÜ ôçí ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá êáßãåôáé ôï êåñß, ðïéåò íïìßæåôå üôé èá Þôáí ïé óõíèÞêåò åêåßíåò ðïõ èá Ýðñåðå íá åëÝãîåôå; 4. Ùò áðïôÝëåóìá ôùí ðáñáôçñÞóåþí óáò, êáôáñôßóôå Ýíáí êáôÜëïãï ìå ôéò áíáðÜíôçôåò åñùôÞóåéò ðïõ ðñïÝêõøáí áðü áõôü ôï ðåßñáìá.

ÄÉÅÕÑÅÕÍÇÓÇ

1.4 ÓõìðåñéöïñÜ ôùí óôåñåþí üôáí èåñìáßíïíôáé. Áí ðáñáôçñÞóáôå ðñïóåêôéêÜ ôï êåñß, ßóùò áíáêáëýøáôå ìåñéêÜ ðñÜãìáôá êáéíïýñãéá ãéá óáò. Åßíáé ðéèáíüí ìÜëéóôá íá óáò äçìéïõñãÞèçêáí êáé áðïñßåò, üðùò ïé ðáñáêÜôù: “Ðïéï åßíáé ôï Ü÷ñùìï õãñü ðïõ äçìéïõñãåßôáé óôï êïßëï ìÝñïò ðïõ ó÷çìáôßóôçêå óôï åðÜíù ôìÞìá ôïõ áíáììÝíïõ êåñéïý;” (ó÷. 1-4) Þ “Áõôü ôï õãñü åßíáé Üñáãå ìüíï ëéùìÝíï êåñß Þ Ý÷åé ó÷çìáôéóèåß êáé êÜôé Üëëï üóï ôï êåñß êáßãåôáé”; ~Éóùò ôï õãñü íá åßíáé ìüíï ëéùìÝíï êåñß, Üëëá åóåßò ðþò èá ôï åîáêñéâþóåôå; Ðïéo ðåßñáìá èá óáò âïçèÞóåé íá êáôáëÜâåôå áí åßíáé ìüíï êåñß Þ êÜôé Üëëï; Åßíáé äõíáôüí ç óõìðåñéöïñÜ ôïõ êåñéïý êáôÜ ôç èÝñìáíóç íá åßíáé äéáöïñåôéêÞ áðü ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí Üëëùí ïõóéþí;

7

Ãéá íá äïèåß áðÜíôçóç óå áõôÜ, åßíáé áðáñáßôçôï íá ìÜèåôå ðþò óõìðåñéöÝñïíôáé êáé äéÜöïñåò Üëëåò ïõóßåò, üôáí èåñìáßíïíôáé. ÓÊÏÐÏÓ

Óå áõôü ôï ðåßñáìá èá Ý÷åôå ôçí åõêáéñßá íá óõãêñßíåôå ôç óõìðåñéöïñÜ ìåñéêþí äéáöïñåôéêþí ïõóéþí, üôáí áõôÝò èåñìáßíïíôáé. Ùò áðïôÝëåóìá ôùí ðáñáôçñÞóåþí óáò èá ðñïóðáèÞóåôå íá âñåßôå Ýíáí ôñüðï ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ôáõôüôçôáò ôïõ õëéêïý ðïõ ó÷çìáôßóèçêå óôï ðÜíù ìÝñïò ôï êåñéïý ðïõ êáßãåôáé. YËÉÊÁ Ó×ÇÌÁ 1-4.

ÏñèïóôÜôçò, 2 äáêôýëéïé ÓõñìÜôéíï ðëÝãìá Ëý÷íïò Êåñß 7 äïêéìáóôéêïß óùëÞíåò 16 x 125 mm ÐïôÞñé æÝóåùò 250 ml Ëáâßäá Ìá÷áßñé Þ óðÜôïõëá (ãéá íá êüâåôå êïììÜôéá áðü ôï êåñß) Øáëßäé Þ ôáíÜëéá (ãéá íá êüâåôå óýñìá)

ÌéêñÜ êïììÜôéá èåßïõ, áôóÜëéíïõ óýñìáôïò ãéá ôá ðéÜôá, êáóóßôåñïõ, ìïëýâäïõ êáé ÷áëêïý (Ýíá áðü ôï êáèÝíá) 40-50 cm óýñìá áðü ÷áëêü, #16 Óêüíç ÷ëùñéïý÷ïõ áñãýñïõ ÕðïäåêÜìåôñï Ãõáëü÷áñôï Þ óýñìá ãéá ôá ðéÜôá Áõôïêüëëçôåò åôéêÝôåò-÷áñôïðåôóÝôåò

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á. Óýãêñéóç äéáöïñåôéêþí ïõóéþí.

Ó×ÇÌÁ 1-5.

Ó×ÇÌÁ 1-6.

1. ×ñçóéìïðïéÞóôå Ýíá ÷Üëêéíï óýñìá #16, ãéá íá äÝóåôå ìáæß åðôÜ äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò 16 x 125 mm óå ìßá äÝóìç. ÐñïóÝîôå íá óößîåôå áñêåôÜ ôïõò óùëÞíåò ãõñßæïíôáò ôéò Üêñåò ôïõ ÷Üëêéíïõ óýñìáôïò, þóôå íá ìçí ãëéóôñÞóåé êáíÝíáò áðü ôç äÝóìç (ó÷. 1-5). 2. ÄéáìïéñÜóôå ôá áêüëïõèá õëéêÜ ìÝóá óôïõò åðôÜ äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò: Ýíá êïììÜôé èåßïõ, Ýíá êïììÜôé êåñéïý, ìßá ìðÜëá áðü áôóÜëéíï óýñìá ãéá ôá ðéÜôá (ôï êáèÝíá íá Ý÷åé ìÝãåèïò üóï ç ãüìá óôçí Üêñç åíüò ìïëõâéïý), ëùñßäåò äéáóôÜóåùí ðåñßðïõ 1 x 4 cm áðü öýëëá ìïëýâäïõ, êáóóßôåñïõ êáé ÷áëêïý (ôá ïðïßá èá Ý÷åôå ðñïçãïõìÝíùò ôñßøåé ìå Ýíá ãõáëü÷áñôï Þ ìå ëßãï óýñìá ãéá ôá ðéÜôá) êáé áñêåôÞ óêüíç ÷ëùñéïý÷ïõ áñãýñïõ, þóôå íá óêåðÜóåé ôïí ðõèìÝíá åíüò äïêéìáóôéêïý óùëÞíá. 3. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá ëý÷íï óôç âÜóç åíüò ïñèïóôÜôç äáêôõëßùí êáé ðñïóáñìüóôå åðÜíù óå áõôüí Ýíá óéäåñÝíéï äáêôýëéï óå ýøïò ðåñßðïõ 50 mm áðü ôçí êïñõöÞ ôïõ ëý÷íïõ. ÅðÜíù óôï äáêôýëéï ôïðïèåôÞóôå Ýíá óõñìÜôéíï ðëÝãìá êáé ðÜíù óå áõôü Ýíá ðïôÞñé æÝóåùò ôùí 250 ml. 4. Ðñïóáñìüóôå áêüìá Ýíá óéäåñÝíéï äáêôýëéï óôï ðÜíù ìÝñïò ôïõ ïñèïóôÜôç. ÊáôáóêåõÜóôå äýï ãÜíôæïõò áðü óýñìá ÷áëêïý #16, ðïõ íá Ý÷ïõí ìÞêïò ðåñßðïõ 10 cm, êáé ðñïóðáèÞóôå íá êñåìÜóåôå ìå áõôïýò ôç äÝóìç ôùí äïêéìáóôéêþí óùëÞíùí áðü ôïí åðÜíù äáêôýëéï. ×áìçëþóôå ðñïóåêôéêÜ ôï äáêôýëéï ìå ôç äÝóìç ôùí äïêéìáóôéêþí óùëÞíùí Ýôóé, þóôå íá âõèéóèïýí óôï ðïôÞñé ôùí 250 ml êáé íá áðÝ÷ïõí ïé Üêñåò ôïõò áðü ôïí ðõèìÝíá ôïõ ðïôçñéïý ðåñßðïõ 2,5 cm (ó÷. 1-6). Âåâáéùèåßôå üôé öïñÜôå ôá ãõáëéÜ áóöáëåßáò, ðñéí ðñï÷ùñÞóåôå óôï åðüìåíï ðåßñáìá!

8

Ó×ÇÌÁ 1-7.

5. ÁíÜøôå ôï ëý÷íï êáé èåñìÜíåôå ôïí ðõèìÝíá ôïõ ðïôçñéïý üóï ðéï ðïëý ìðïñåßôå (êáëü åßíáé íá Ý÷åôå ðñïçãïõìÝíùò óõìâïõëåõèåß ôéò ïäçãßåò ÷ñÞóåùò ôïõ ëý÷íïõ ðïõ áíáãñÜöïíôáé óôï ôÝëïò ôçò ðåñéãñáöÞò áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò). ÐáñáôçñÞóôå ðñïóåêôéêÜ ôá õëéêÜ ðïõ âñßóêïíôáé ìÝóá óôïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò êáé êáôáãñÜøôå áìÝóùò óôï ôåôñÜäéü óáò ôéò ðáñáôçñÞóåéò óáò ãéá êÜèå áëëáãÞ ðïõ ãßíåôáé. Éäéáßôåñá ðñÝðåé íá ðñïóÝîåôå ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí õëéêþí êáôÜ ôçí ôÞîç áöïý âåâáéùèåßôå üôé Ý÷åôå êáôáãñÜøåé ôüóï ôéò áëëáãÝò ôïõ ÷ñþìáôïò üóï êáé ôéò óõíèÞêåò êÜôù áðü ôéò ïðïßåò ðñáãìáôïðïéïýíôáé. 6. Áí, ìïëïíüôé åîáêïëïõèåßôå íá èåñìáßíåôå ôï ðïôÞñé, ìåñéêÜ äåßãìáôá äå ëéþíïõí, ôüôå áðïìáêñýíåôå ôï ëý÷íï. Ðñïóôáôåýïíôáò ôá ÷Ýñéá óáò ìå Ýíá êïììÜôé äéðëùìÝíçò ÷áñôïðåôóÝôáò ÷áëáñþóôå ôïí êï÷ëßá ôïõ êÜôù äáêôõëßïõ ðïõ óõãêñáôåß ôï ðïôÞñé æÝóåùò êáé êáôåâÜóôå ôï äáêôýëéï ìå ôï ðïôÞñé Ýôóé, þóôå ïé äïêéìáóôéêïß óùëÞíåò íá âãïõí Ýîù áðü ôï ðïôÞñé (ðñïóï÷Þ ãéáôß åßíáé æåóôü). Óôç óõíÝ÷åéá ãõñßóôå ôï äáêôýëéï ðñïò ôçí áíôßèåôç êáôåýèõíóç áðü áõôÞí ôùí äïêéìáóôéêþí óùëÞíùí. ÁìÝóùò ôïðïèåôÞóôå ôï ëý÷íï êáô’ åõèåßáí êÜôù áðü ôç äÝóìç ôùí äïêéìáóôéêþí óùëÞíùí êáé óõíå÷ßóôå íá èåñìáßíåôå áõôïýò ìå üóï ôï äõíáôüí ìåãáëýôåñç öëüãá (ó÷. 1-7). Óçìåéþóôå üëåò ôéò õðüëïéðåò ìåôáâïëÝò, áêüìç êáé áõôÝò ðïõ ãßíïíôáé ìåôÜ ôçí ôÞîç ôùí äåéãìÜôùí. ÔÝëïò, üôáí íïìßæåôå üôé ôßðïôá Üëëï äåí ãßíåôáé ðéá, óâÞóôå ôï ëý÷íï êáé áöÞóôå ôïõò óùëÞíåò íá êñõþóïõí. 7. Áí êÜðïéï õëéêü äåí Ýëéùóå, üôáí èåñìÜíèçêå ìÝóá óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá, ðÜñôå Ýíá êïììÜôé áðü êáéíïýñãéï äåßãìá áõôïý ôïõ õëéêïý, ðéÜóôå ôï ìå ìéá ìåôáëëéêÞ ëáâßäá êáé èåñìÜíåôÝ ôï óôï ðéï æåóôü óçìåßï ôçò öëüãáò ôïõ ëý÷íïõ (üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 1-8). Óçìåéþóôå üëåò ôéò áëëáãÝò.

Ðþò íá ÷ñçóéìïðïéåßôå ôï ëý÷ío. Ãéá íá áíÜøåôå ôï ëý÷íï óáò, áíïßîôå ôç âáëâßäá (äéÜ ôçò ïðïßáò äéï÷åôåýôáé ôï áÝñéï) êáôÜ ìéóÞ óôñïöÞ êáé êñáôÞóôå Ýíá áíáììÝíï óðßñôï ëßãï ðéï ðÜíù áðü ôçí êïñõöÞ ôïõ ëý÷íïõ. Áí ç öëüãá ðïõ ó÷çìáôßóèçêå åßíáé êßôñéíç, ãõñßóôå ôï ñõèìéóôÞ ôïõ áÝñá (ó÷. 1-8á) ìÝ÷ñé íá åîáöáíéóèåß ôï êßôñéíï ÷ñþìá. Ìßá óùóôÜ ñõèìéóìÝíç öëüãá åßôå åßíáé ó÷åäüí áüñáôç åßôå Ý÷åé ìðëå-ìùâ ÷ñþìá. Áí ç âÜóç ôçò öëüãáò åßíáé ëßãï ðéï øçëÜ áðü ôçí êïñõöÞ ôïõ ëý÷íïõ, åëáôôþóôå ôç ñïÞ ôïõ áåñßïõ. Áõôü åðéôõã÷Üíåôáé ñõèìßæïíôáò åßôå ôç âáëâßäá áåñßïõ ôïõ ëý÷íïõ åßôå ôç âáëâßäá áåñßïõ ôçò êåíôñéêÞò ãñáììÞò, áí äåí Ý÷åé âáëâßäá ï ëý÷íïò óáò. Êáëüí åßíáé íá ãßíïõí üëåò áõôÝò ïé ñõèìßóåéò äéáäï÷éêÜ êáé ü÷é üëåò ìáæß. Ç öëüãá ôïõ ëý÷íïõ Ý÷åé äéáöïñåôéêÝò èåñìïêñáóßåò óôá äéÜöïñá óçìåßá ôçò. Ç ðéï èåñìÞ ðåñéï÷Þ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 1-8â. Ðñïóï÷Þ: Áí ï ëý÷íïò óáò Ý÷åé ó÷åäüí áüñáôç öëüãá, ðñÝðåé íá åßóèå ðïëý ðñïóåêôéêïß, ãéáôß ìðïñåß íá ðÜèåôå óïâáñÜ åãêáýìáôá, áöïý äåí ôç âëÝðåôå. Áí áðïññïöçèåßôå áðü êÜðïéá Üëëç åñãáóßá, åßíáé ðïëý åýêïëï íá îå÷Üóåôå üôé ï ëý÷íïò åßíáé áíáììÝíïò êáé íá êáåßôå.

Èåñìüôåñï ôìÞìá ôçò öëüãáò

(â)

Ñýèìéóç áÝñá

(á)

Ñýèìéóç áåñßïõ

Ó×ÇÌÁ 1-8.

9

ÌÝñïò Â. Óýãêñéóç ôùí õëéêþí ôïõ êåñéïý. 1. Áöïý áðïìáêñýíåôå ôç äÝóìç ôùí äïêéìáóôéêþí óùëÞíùí áðü ôïí ïñèïóôÜôç, ôïðïèåôÞóôå Ýíá ìåôáëëéêü ðëÝãìá áìéÜíôïõ ðÜíù óå Ýíá äáêôýëéï êáé óå ýøïò ðåñßðïõ 5 cm áðü ôçí êïñõöÞ ôïõ ëý÷íïõ. Ãåìßóôå Ýíá ðïôÞñé æÝóåùò ôùí 250 ml Þ Ýíá ìåôáëëéêü ÷õôñßäéï êáôÜ ôï Ýíá ôñßôï ðåñßðïõ ìå íåñü êáé ôïðïèåôÞóôå ôï ðÜíù óôï ðëÝãìá, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 1-9. 2. ÁäåéÜóôå ìåñéêÝò óôáãüíåò áðü ôï õãñü ðïõ äçìéïõñãåßôáé óôçí êïñõöÞ åíüò áíáììÝíïõ êåñéïý, ðÜíù óå Ýíá êïììÜôé ÷áñôß êáé, üôáí óôåñåïðïéçèåß, êüøôå Ýíá ìéêñü êïììÜôé áõôïý ôïõ óôåñåïý êáé ñßîôå ôï óôï íåñü ðïõ ðñïóèÝóáôå ðñïçãïõìÝíùò óôï ðïôÞñé Þ óôï ÷õôñßäéï. Óôç óõíÝ÷åéá êüøôå Ýíá ìéêñü êïììÜôé êåñß, ðåñßðïõ ôïõ ßäéïõ ìåãÝèïõò ìå ôï ðñïçãïýìåíï, áðü ôï êÜôù ìÝñïò ôïõ êåñéïý êáé ñßîôå ôï åðßóçò ìÝóá óôï íåñü, óå ìéêñÞ áðüóôáóç áðü ôï Üëëï óôåñåü. 3. ÈåñìÜíåôå ôï ðïôÞñé æÝóåùò Þ ôï ÷õôñßäéï ìå ôç öëüãá åíüò ëý÷íïõ êáé óçìåéþóôå ðüôå áñ÷ßæåé íá ëéþíåé êÜèå ïõóßá. Áöïý áöÞóåôå ôéò ëéùìÝíåò ïõóßåò íá óôåñåïðïéçèïýí, íá ôéò áäåéÜóåôå óôï äï÷åßï ôùí áðïññéììÜôùí êé ü÷é óôï íåñï÷ýôç. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ Ó×ÇÌÁ 1-9.

1. Íá óõãêñßíåôå ôéò äéêÝò óáò ðáñáôçñÞóåéò, ó÷åôéêÜ ìå ôç óåéñÜ ìå ôç ïðïßá Ýëéùóáí ïé åîåôáæüìåíåò ïõóßåò, ìå ôéò ðáñáôçñÞóåéò ôùí óõììáèçôþí óáò. Ôé äéáðéóôþíåôå; 2. Aí ðñïêýðôïõí óõìðåñÜóìáôá áðü ôï óõíäõáóìü ôùí ðáñáôçñÞóåùí, ôüôå ðïéá åßíáé áõôÜ; 3. Té ìðïñåßôå íá óõìðåñÜíåôå ãéá ôçí ôáõôüôçôá ôïõ õëéêïý ðïõ ó÷çìáôßæåôáé óôï åðÜíù ìÝñïò ôïõ áíáììÝíïõ êåñéïý; 4. ÐáñÜëëçëá ìå ôéò äéáöïñÝò óôç óåéñÜ ìå ôçí ïðïßá Ýëéùóáí ïé ïõóßåò, íá åîåôÜóåôå êáé üðïéåò Üëëåò ìåôáâïëÝò ðáñáôçñÞóáôå. Ìðïñåßôå íá ôéò åîçãÞóåôå; Áí ü÷é, ôüôå ìÞðùò óáò äçìéïõñãïýí êÜðïéåò áðïñßåò êáé ðïéåò;

ÌåñéêÜ èÝìáôá ðïõ åßíáé ÷ñÞóéìï íá äéåñåõíÞóåôå. Ãéáôß ïé äéÜöïñåò ïõóßåò ðïõ åîåôÜóáôå Üñ÷éóáí íá ëéþíïõí óå äéáöïñåôéêÝò èåñìïêñáóßåò; Ãéáôß ìåñéêÝò ïõóßåò äåí Ýëéùóáí;

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

1.5 Èåñìïêñáóßá ôÞîåùò. Ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï óõãêñßíáôå ôç èåñìïêñáóßá ôÞîåùò óôá ðñïçãïýìåíá ðåéñÜìáôá Þôáí áñêåôÜ êáëüò ãéá ëßãá äåßãìáôá. ~Ïôáí üìùò ðñüêåéôáé íá åîåôáóèïýí åêáíôïíôÜäåò ÷çìéêÝò ïõóßåò, áõôüò ï ôñüðïò ôçò êáô’ åõèåßáí óõãêñßóåùò ôçò ìéáò ïõóßáò ìå ôçí Üëëç äåí åßíáé ðñáêôéêüò. Ìßá Üëëç ðåñéóóüôåñï ðñáêôéêÞ ìÝèïäïò åßíáé íá ìåôñÞóåôå ôï óçìåßï ôÞîåùò ôçò êÜèå ïõóßáò ÷ùñéóôÜ êáé óôç óõíÝ÷åéá, áöïý óõãêåíôñþóåôå áõôÝò ôéò ÷áñáêôçñéóôéêÝò èåñìïêñáóßåò, íá êáôáñôßóåôå Ýíáí ðßíáêá, ôïí ïðïßï èá óõìðëçñþíåôå êÜèå öïñÜ ìå ôï óçìåßï ôÞîåùò êÜèå íÝáò ïõóßáò. Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá åîåôÜóåôå Ýíá êïéíü óôåñåü õëéêü, ôï ðáñáäé÷ëùñïâåíæüëéï, ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôçí êáôáðïëÝìçóç ôïõ óêüñïõ.

10

ÓÊÏÐÏÓ

Óêïðüò ôùí ðåéñáìÜôùí ðïõ áêïëïõèïýí åßíáé íá ìåëåôÞóåôå áðü êïíôÜ ðþò óõìðåñéöÝñåôáé ôï ðáñáäé÷ëùñïâåíæüëéï, áñ÷éêÜ üôáí øý÷åôáé, åíþ âñßóêåôáé óå èåñìïêñáóßá ëßãï ìåãáëýôåñç áðü ôï óçìåßï ôÞîåþò ôïõ, êáé óôç óõíÝ÷åéá üôáí èåñìáßíåôáé áñãÜ, îåêéíþíôáò áðü èåñìïêñáóßá ëßãï ðéï ÷áìçëÞ áðü ôï óçìåßï ôÞîåþò ôïõ. Èá áíáêáëýøåôå ôïí ôñüðï, ìå ôïí ïðïßï áëëÜæåé ç èåñìïêñáóßá ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ ìÝóá óå êáíïíéêÜ ÷ñïíéêÜ äéáóôÞìáôá, üóï äéáñêåß ç øýîç êáé ç èÝñìáíóç. ÕËÉÊÁ

Ëý÷íïò Ëáâßäá åñãáóßáò ÐïôÞñé æÝóåùò 400 ml ÏñèïóôÜôçò, äáêôýëéïò Ìåôáëëéêü ðëÝãìá áìéÜíôïõ 2 èåñìüìåôñá (ðåñéï÷Þò -10o C ìÝ÷ñé 110ï C

ÐïôÞñé æÝóåùò 400 ml ×ñïíüìåôñï Þ êïéíü ñïëüé ÷åñéïý ìå äåßêôç äåõôåñïëÝðôùí Ðáñáäé÷ëùñïâåíæüëéï ìÝóá óå Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá Pyrex äéáóôÜóåùí 18 x 150 mm.

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á. ÓõìðåñéöïñÜ êáôÜ ôçí øýîç.

Ó×ÇÌÁ 1-10.

1. Ãéá íá ãßíåé åõêïëüôåñç ç êáôáãñáöÞ ôùí äåäïìÝíùí ôïõ ðåéñÜìáôïò, åßíáé ðñïôéìüôåñï íá óõíåñãáóèåßôå ìå êÜðïéï óõììáèçôÞ óáò. Ï Ýíáò èá ðñÝðåé íá åôïéìÜóåé óôï ôåôñÜäéü ôïõ Ýíáí ðßíáêá, óôïí ïðïßï èá êáôáãñÜøåé ôç èåñìïêñáóßá, ôï ÷ñüíï êáé ôç óõìðåñéöïñÜ ôïõ õëéêïý êáôÜ ôçí øýîç. ~Åíá áíôßãñáöï áõôïý ôïõ ðßíáêá èá ðÜñåé êáé ï Üëëïò óõíåñãÜôçò (óôï ôÝëïò ôïõ  ÌÝñïõò ôçò ðåñéãñáöÞò áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò õðÜñ÷åé Ýíá ðáñÜäåéãìá ôÝôïéïõ ðßíáêá). 2. Ãåìßóôå Ýíá ðïôÞñé æÝóåùò 400 ml êáôÜ ôá 3/4 ìå íåñü áðü ôç âñýóç èåñìïêñáóßáò äùìáôßïõ (êÜôù áðü 30°C) êáé ôïðïèåôÞóôå ôï óôç âÜóç ôïõ ïñèïóôÜôç óáò. 3. ÈåñìÜíåôå áñãÜ Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá, ãåìÜôï êáôÜ ôï 1/3 Þ ôï 1/2 ìå ðáñáäé÷ëùñïâåíæüëéï, åðÜíù áðü ôç ÷áìçëÞ öëüãá åíüò ëý÷íïõ ìÝ÷ñé íá ëéþóåé, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 1-10. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá èåñìüìåôñï óôï õãñü êáé óõíå÷ßóôå íá ôï èåñìáßíåôå, ìÝ÷ñé íá öèÜóåé ç èåñìïêñáóßá áíÜìåóá óôïõò 65°C êáé ôïõò 70°C. Íá áíáêéíåßôå óõíÝ÷åéá ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ðÜíù áðü ôç öëüãá. 4. Óôåñåþóôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï ëéùìÝíï ðáñáäé÷ëùñïâåíæüëéï óå ìßá èÝóç ëßãï ðéï øçëÜ áðü ôï ðïôÞñé ìå ôï íåñü. 5. Áðü áõôÞ ôç öÜóç êáé ìåôÜ íá äéá÷ùñßóåôå ôéò åñãáóßåò ðïõ åêôåëåßôå ìå ôï óõììáèçôÞ óáò. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá ÷ñïíüìåôñï êáôÜ ôñüðï ðïõ ï Ýíáò óõíåñãÜôçò, áõôüò ðïõ êáôáãñÜöåé, íá åßíáé óå èÝóç íá äéáâÜæåé ôï ÷ñüíï êÜèå 30 äåõôåñüëåðôá. Ï ßäéïò èá ðñÝðåé åðßóçò íá êáôáãñÜöåé üëåò ôéò ðáñáôçñÞóåéò ðïõ êÜíåé ï Üëëïò óõíåñãÜôçò. 6. ~Ïôáí åôïéìáóèïýí üëá, íá åëåã÷èåß ç èåñìïêñáóßá ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ êáé íá êáôáãñáöåß ìå ðñïóÝããéóç 0,2°C (âåâáéùèåßôå üôé ôá ìÜôéá óáò âñßóêïíôáé óôï ßäéï ýøïò ìå ôçí Üêñç ôçò óôÞëçò ôïõ õäñáñãýñïõ ðïõ õðÜñ÷åé óôï èåñìüìåôñï, äéüôé óå äéáöïñåôéêÞ ðåñßðôùóç èá äéáâÜæåôå ëÜèïò). ÁìÝóùò ìüëéò óáò åéäïðïéÞóåé ï óõíåñãÜôçò óáò, ðïõ Ý÷åé áíáëÜâåé íá ãñÜöåé, âõèßóôå ôï êÜôù ìéóü ìÝñïò ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá óôï õäñüëïõôñï êáé óôåñåþóôå ôïí óå áõôÞí ôç èÝóç. Âõèßóôå ôï èåñìüìåôñï óôï óùëÞíá êáôÜ ôÝôïéï ôñüðï, þóôå íá

11

åöÜðôåôáé óôá ôïé÷þìáôÜ ôïõ êáé íá öèÜíåé ëßãï ðéï ðÜíù áðü ôïí ðõèìÝíá ôïõ Ýôóé, þóôå üôáí óôåñåïðïéçèåß ôï ðáñáäé÷ëùñïâåíæüëéï íá óôáèåñïðïéçèåß êáé ôï èåñìüìåôñï óå áõôÞí ôç èÝóç, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 1-11. Íá êáôáãñÜöåôå ôç èåñìïêñáóßá êÜèå 30 äåõôåñüëåðôá, ìÝ÷ñé íá öèÜóåé ðåñßðïõ ôïõò 30 âáèìïýò. Óçìåéþóôå åðßóçò ðüôå áñ÷ßæåé ç óôåñåïðïßçóç êáé ðüôå ïëïêëçñþíåôáé.

ÌÝñïò Â. ÓõìðåñéöïñÜ êáôÜ ôç èÝñìáíóç. Óôï óçìåßï áõôü èá ðñÝðåé ï ðáñáôçñçôÞò êáé áõôüò ðïõ êáôáãñÜöåé íá áíôéóôñÝøïõí ôïõò ñüëïõò ôïõò. 1. Áöïý áíõøþóåôå êáé âãÜëåôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá áðü ôï õäñüëïõôñï óôñÝøôå ôïí ìáæß ìå ôç ëáâßäá ìå ôçí ïðïßá ôïí êñáôÜôå ðñïò ôï ðßóù ìÝñïò ôïõ ïñèïóôÜôç, äçëáäÞ áíôßèåôá áðü åêåß üðïõ âñßóêåôáé ôï õäñüëïõôñï, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 1-12. ÔïðïèåôÞóôå ôï ðïôÞñé æÝóåùò, ãåìÜôï êáôÜ 3/4 ìå íåñü, ðÜíù óå Ýíá ìåôáëëéêü ðëÝãìá áìéÜíôïõ êáé áõôü ðÜíù óå Ýíá äáêôýëéï, êáé áñ÷ßóôå íá æåóôáßíåôå ôï õäñüëïõôñï ìÝ÷ñé ôïõò 70°C (áñ÷ßóôå ìå æåóôü íåñü ôçò âñýóçò, áí õðÜñ÷åé, äéüôé Ýôóé êåñäßæåôå ÷ñüíï). ÔÝëïò, óâÞóôå ôï ëý÷íï áëëÜ áöÞóôå ôá Üëëá óôç èÝóç ôïõò. 2. ÊáôáãñÜøôå ôç èåñìïêñáóßá óôçí ïðïßá óôåñåïðïéåßôáé ôï ðáñáäé÷ëùñïâåíæüëéï ìå ðñïóÝããéóç 0,2°C. Ìå Ýíá äåýôåñï èåñìüìåôñï ìåôñÞóôå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ õäñïëïýôñïõ ìå ðñïóÝããéóç 1°C. Ìüëéò óáò åéäïðïéÞóåé ï óõíåñãÜôçò óáò ðïõ ãñÜöåé, âõèßóôå ôï êÜôù ìÝñïò ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá óôï õäñüëïõôñï, þóôå ç åðéöÜíåéá ôïõ íåñïý íá åßíáé ðÜíù áðü ôçí åðéöÜíåéá ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ. ÊáôáãñÜøôå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ äåßãìáôïò êÜèå 30 äåõôåñüëåðôá, óçìåéþíïíôáò ôáõôü÷ñïíá ðüôå áñ÷ßæåé íá ëéþíåé êáé ðüôå èá ëéþóåé ôåëåßùò. 3. Ìüëéò ôï óôåñåü îåêïëëÞóåé áðü ôá ôïé÷þìáôá ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá, áíáêéíÞóôå åëáöñÜ ôï èåñìüìåôñï ðÜíù-êÜôù, ìåôñþíôáò êáôÜ äéáóôÞìáôá ôç èåñìïêñáóßá ôïõ õäñïëïýôñïõ ìå Ýíá äåýôåñï èåñìüìåôñï. Áí ç

Ó×ÇÌÁ 1-11.

Ó×ÇÌÁ 1-12.

12

èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý êáôÝâåé êÜôù áðü 60o C ðñéí íá ëéþóåé óôï óôåñåü, íá åßóèå ðñïåôïéìáóìÝíïé íá ôï îáíáèåñìÜíåôå ìå ôï ëý÷íï þóôå íá äéáôçñÞóåôå ôç èåñìïêñáóßá áíÜìåóá óôïõò 60o C ìå 65o C. ÅîáêïëïõèÞóôå íá êéíåßôå ôï èåñìüìåôñï ðÜíù-êÜôù óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá êáé óçìåéþóôå ôéò èåñìïêñáóßåò, ìÝ÷ñé íá öèÜóåé ç èåñìïêñáóßá ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ ãýñù óôïõò 60o C. ÌÅÔÑÇÓÅÉÓ ÊÁÉ ÓÕÌÐÅÑÁÓÌÁÔÁ

Óôï ôåôñÜäéü óáò ðñÝðåé íá Ý÷åôå ó÷çìáôßóåé Ýíáí ðßíáêá üðùò áõôüí ðïõ áêïëïõèåß, ãéá íá êáôáãñÜøåôå ôéò ìåôñÞóåéò ðïõ ðñáãìáôïðïéÞóáôå êáôÜ ôçí øýîç, üðùò åðßóçò êáé Ýíáí Üëëï üìïéï, üðïõ èá êáôáãñÜøåôå ôéò ìåôñÞóåéò ðïõ Ýãéíáí êáôÜ ôç èÝñìáíóç. ×ñüíïò (ëåðôÜ)

Èåñìïêñáóßá (°C)

ÐáñáôçñÞóåéò êáé ó÷üëéá

Áñ÷Þ 0,5 1,0 1,5 (Óõíå÷ßæåôáé êÜèå 0,5 ëåðôÜ êáé ãéá 8 ëåðôÜ ðåñßðïõ)

Ãéá íá êáôáíïÞóåôå êáëýôåñá ôá áðïôåëÝóìáôá áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò, åßíáé ÷ñÞóéìï íá áðåéêïíßóåôå ôéò ìåôñÞóåéò óå ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç, äçëáäÞ íá ôá åêöñÜóåôå ìå ôç ìïñöÞ ìéáò êáìðýëçò. Êáìðýëç åßíáé Ýíá åßäïò áðåéêïíßóåùò ðïõ äåß÷íåé ïðôéêÜ ðþò ìåôáâÜëëåôáé ìßá áñéèìçôéêÞ éäéüôçôá (ð.÷. ç èåñìïêñáóßá ôçò ïõóßáò) óå óõíÜñôçóç ìå ôç ìåôáâïëÞ Üëëùí áñéèìçôéêþí äåäïìÝíùí (ð.÷. ôïõ ÷ñüíïõ ðïõ Ý÷åé ìåóïëáâÞóåé). ~Åíá óýíïëï áñéèìþí, üðùò áõôïß ðïõ Ý÷åôå êáôáãñÜøåé êáôÜ ôéò ðåéñáìáôéêÝò óáò ðáñáôçñÞóåéò ðåñéÝ÷åé ôéò ðëçñïöïñßåò ðïõ ÷ñåéÜæåóèå. Ìßá êáìðýëç üìùò ðïõ ðñïêýðôåé áðü áõôïýò ôïõò ßäéïõò áñéèìïýò, äçëáäÞ áðü ôç óõó÷Ýôéóç ôïõ åíüò ìåãÝèïõò ìå ôï Üëëï, åßíáé ç êáëýôåñç âïÞèåéá, ãéá íá äéáðéóôþóåôå êáé ïðôéêÜ ôç ó÷Ýóç ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôá äýï ìåãÝèç ðïõ ìåôñÞóáôå. Óôéò öõóéêÝò åðéóôÞìåò êáé éäéáßôåñá ôç öõóéêÞ êáé ôç ÷çìåßá äéåîÜãïíôáé ðïëëÜ ðïóïôéêÜ ðåéñÜìáôá êáé ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óõ÷íÜ ïé ãñáöéêÝò ðáñáóôÜóåéò ãéá ôçí êáôáãñáöÞ ôùí ìåôñÞóåùí. Ãé’ áõôü åßíáé óçìáíôéêü íá ìÜèåôå íá ó÷åäéÜæåôå áëëÜ êáé íá åñìçíåýåôå ôéò êáìðýëåò. ×ñçóéìïðïéÞóôå ìßá ïëüêëçñç óåëßäá áðü ôï ôåôñÜäéü óáò, ãéá íá ÷áñÜîåôå ôçí êáìðýëç, ôïðïèåôþíôáò ôï ÷ñüíï óôïí ïñéæüíôéï Üîïíá. Ãéá êÜèå ëåðôü ÷ñçóéìïðïéÞóôå äýï äéáóôÞìáôá (ó÷. 1-13). Áðåéêïíßóôå ôç èåñìïêñáóßá óôïí êáôáêüñõöï Üîïíá. ÎåêéíÞóôå áðü ôïõò 30 o C êáé áöÞóôå ãéá êÜèå âáèìü Ýíá äéÜóôçìá. ÁõôÞ ç êëßìáêá äéåõêïëýíåé ôçí ôïðïèÝôçóç ôùí äåäïìÝíùí óôïõò äýï Üîïíåò êáôÜ äéáóôÞìáôá ó÷åäüí ßóá ìåôáîý ôïõò (ó÷. 1-13). ÅðÜíù óôï ßäéï ó÷åäéÜãñáììá óçìåéþóôå ìå Ýíá ìéêñü êýêëï ôéò èåñìïêñáóßåò êáôÜ ôç èÝñìáíóç êáé ìå Ýíá óôáõñü áíôßóôïé÷á ôéò èåñìïêñáóßåò êáôÜ ôçí øýîç, óå óõíÜñôçóç ìå ôï ÷ñüíï Ýôóé, þóôå íá äéáêñßíïíôáé ìåôáîý ôïõò. Ìå Ýíá êüêêéíï ìïëýâé ÷áñÜîôå ìßá êáìðýëç, ðïõ íá åíþíåé ôïõò ìéêñïýò êýêëïõò. Ç êáìðýëç áõôÞ ðáñéóôÜíåé ôç óõìðåñéöïñÜ ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ êáôÜ ôç èÝñìáíóç. Ìå Ýíá ìáýñï ìïëýâé åðáíáëÜâåôå ôï ßäéï ãéá ôç óõìðåñéöïñÜ ôïõ õëéêïý êáôÜ ôçí øýîç. Âåâáéùèåßôå üôé óôç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç áíáãñÜøáôå êÜðïéïí ôßôëï ðïõ äåß÷íåé ôé åêöñÜæåé ç êÜèå êáìðýëç êáé üôé Ý÷ïõí ÷áñáêôçñéóèåß ïé Üîïíåò.

13

70

Èåñìïêñáóßá °C

60 ÓõìðåñéöïñÜ ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ êáôÜ ôç èÝñìáíóç êáé ôçí øýîç 50

40

30 0

1

2

3

4

5

6

7

8

×ñüíïò, ðñþôá ëåðôÜ

Ó×ÇÌÁ 1-13.

Åðßóçò âåâáéùèåßôå üôé Ý÷åôå ãñÜøåé ôï üíïìÜ óáò, ôï üíïìá ôïõ óõíåñãÜôç óáò, ôçí çìåñïìçíßá êáé ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôïõ ðåéñÜìáôïò. Íá ìåëåôÞóåôå ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá, üðùò áðåéêïíßæïíôáé óôç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç êáé íá áíáöÝñåôå ôá óõìðåñÜóìáôÜ óáò áðü ôï ðåßñáìá. ÐñïóðáèÞóôå íá åîçãÞóåôå ôéò êëßóåéò ôùí êáìðõëþí øýîåùò êáé èåñìÜíóåùò (óå ôé áíôéóôïé÷åß êÜèå ôìÞìá ôçò êáìðýëçò). ÅðéóõíÜøôå ôç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç óôéò óçìåéþóåéò óáò. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Ôé åðßäñáóç èá åß÷å ç áýîçóç ôçò ðïóüôçôáò ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ óôçí êëßóç ôùí êáìðõëþí øýîåùò êáé èåñìÜíóåùò; 2. Ìå âÜóç ôéò ìåôñÞóåéò óáò, ðïéï âñßóêåôå üôé åßíáé ôï óçìåßï ôÞîåùò êáé ðïéï ôï óçìåßï ðÞîåùò ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ;

~Åíá ðñüâëçìá ôï ïðïßï ðñÝðåé íá äéåñåõíçèåß: Ãéáôß ïé êáìðýëåò øýîåùò êáé èåñìÜíóåùò åìöáíßæïõí ÷áñáêôçñéóôéêÝò êëßóåéò üðùò áõôÝò öáßíïíôáé óôç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç;

14

ÁÊÏÌÇ ÌÅÑÉÊÅÓ ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÅÉÓ

Èá ðñÝðåé íá èåùñçèïýí ðåéñÜìáôá åêôüò ðñïãñáììáôéóìÝíçò ýëçò. Ðñéí îåêéíÞóåôå, óõìâïõëåõèåßôå ôïí êáèçãçôÞ óáò. 1. Êáôáóôñþóôå Ýíá ðåßñáìá, êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôïõ ïðïßïõ èá ðñÝðåé íá êÜíåôå ìåôñÞóåéò, ðïõ èá óáò âïçèÞóïõí íá ÷áñÜîåôå êáìðýëç èåñìÜíóåùò ãéá ôçí åîÜôìéóç ìéáò õãñÞò ïõóßáò. 2. ×áñÜîôå åðßóçò êáìðýëåò øýîåùò êáé èåñìÜíóåùò ãéá ìßá óôåñåÜ ïõóßá.

Ðåñßëçøç. ×çìåßá åßíáé ç åðéóôÞìç ðïõ áó÷ïëåßôáé ìå õëéêÜ êáé ìå ôïí ôñüðï ðïõ áõôÜ ìåôáâÜëëïíôáé áðü ôç ìßá ìïñöÞ óôçí Üëëç. [H ÷çìåßá åîåôÜæåé êõñßùò ôïí ôñüðï ðïõ ìéá ïõóßá ìåôáôñÝðåôáé óå Üëëç äéáöïñåôéêÞ. Ï ôñüðïò ðïõ ìåôáâÜëëåôáé ç ìïñöÞ ìéáò ïõóßáò óå Üëëç ìïñöÞ ôçò ßäéáò ïõóßáò (ð.÷. ðÜãïò íåñü õäñáôìüò) åßíáé èÝìá ðåñéóóüôåñï ôçò öõóéêÞò. Óôá ðåéñÜìáôá ðïõ Ýãéíáí ìÝ÷ñé ôþñá (åêôüò áðü ôï ðåßñáìá ìå ôçí êáýóç ôïõ êåñéïý) åîåôÜóèçêáí ìåôáâïëÝò êáôáóôÜóåùò (óôåñåÜ õãñÜ), èÝìáôá äçëáäÞ êõñßùò ôçò öõóéêÞò. ~Ïìùò åíäéáöÝñïõí Üìåóá êáé ôç ÷çìåßá, ôüóï áðü ôçí Üðïøç ôçò åñãáóôçñéáêÞò ôå÷íéêÞò, üóï êáé ãéáôß ðïëëÝò öïñÝò äéáðéóôþíåôáé ç ôáõôüôçôá åíüò óþìáôïò êáé åëÝã÷åôáé ç êáèáñüôçôÜ ôïõ ìå ôçí åîÝôáóç ôùí óçìåßùí ôÞîåùò êáé âñáóìïý]. Ïé ìåôáâïëÝò áõôÝò óõíïäåýïíôáé óõíÞèùò áðü áðïññüöçóç Þ ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò. Ïé ÷çìéêïß, üðùò êáé üëïé ïé åðéóôÞìïíåò, âáóßæïíôáé óôçí ðñïóåêôéêÞ ðáñáôÞñçóç, ãéá íá

åîçãÞóïõí ôá äéÜöïñá öáéíüìåíá. Ôá ðåéñÜìáôá ó÷åäéÜæïíôáé êáé äéåîÜãïíôáé êÜôù áðü åëåã÷üìåíåò óõíèÞêåò, ôéò ðåñéóóüôåñåò öïñÝò ìÝóá óôï åñãáóôÞñéï Ýôóé, þóôå ïé ðáñáôçñÞóåéò íá ìðïñåß íá ãßíïíôáé óõóôçìáôéêÜ êáé ìå áêñßâåéá. Ïé ðáñáôçñÞóåéò ðïõ êÜíáôå ó÷åôéêÜ ìå ôçí êáýóç åíüò êåñéïý, ç óõìðåñéöïñÜ äéáöüñùí ïõóéþí êáôÜ ôç èÝñìáíóç êáé ôï öáéíüìåíï ôçò ôÞîåùò äçìéïõñãïýí åíäéáöÝñïõóåò åñùôÞóåéò. Ïé åñùôÞóåéò áõôÝò Ý÷ïõí Üìåóç ó÷Ýóç ìå ôç öýóç ôùí äéáöüñùí ìïñöþí ôçò ýëçò êáé ôç óõìðåñéöïñÜ ôïõò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. 2. 3.

ÐáñïõóéÜóôå ìå óõíôïìßá ôé íïìßæåôå üôé åßíáé ç åðéóôÞìç ôçò ÷çìåßáò. Ãéáôß åêôåëïýí ïé ÷çìéêïß ðåéñÜìáôá; ÐåñéãñÜøôå üóï ôï äõíáôüí óõíôïìüôåñá ôé ìÜèáôå óå êÜèå Ýíá áðü ôá ôñßá ðåéñÜìáôá ðïõ åêôåëÝóáôå.

ÅðéóôçìïíéêÞ ðïñåßá 1.6 Ç åðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäïò. Ôþñá ðïõ áðïêôÞóáôå êÜðïéá ðåßñá ó÷åôéêÜ ìå ôïí ôñüðï ðïõ äéåîÜãïíôáé ôá ðåéñÜìáôá, ðñïóðáèÞóôå íá âñåßôå áí óôç óåéñÜ ôùí åñãáóéþí ðïõ åêôåëÝóáôå õðÜñ÷åé êÜðïéá ëïãéêÞ óõíÝðåéá, áí áêïëïõèåßôáé êÜðïéá ìÝèïäïò ðïõ èá ìðïñïýóáìå íá ôç ÷áñáêôçñßóïìå “ìÝèïäï åñãáóßáò”. Áñ÷éêÜ îåêéíÞóôå êÜèå ðåßñáìá êÜíïíôáò ðñïóåêôéêÝò ðáñáôçñÞóåéò, êáôáãñÜöïíôáò ôáõôü÷ñïíá üëåò ôéò óõíèÞêåò, ðïõ èá Þôáí ðéèáíüí íá åðçñåÜóïõí ôá áðïôåëÝóìáôá. ÐñïóðáèÞóôå íá ïñãáíþóåôå ôéò ìåôñÞóåéò Þ ôéò ðáñáôçñÞóåéò óáò êáôÜ êÜðïéï ëïãéêü ôñüðï, ãéá

ðáñÜäåéãìá ìå ôç ìïñöÞ ðßíáêá Þ ãñáöéêÞò ðáñáóôÜóåùò. Óôï óçìåßï áõôü ßóùò åíôïðßóåôå êÜðïéá êëßóç Þ Üëëç éäéïìïñößá ôçò êáìðýëçò, üðùò ôï ìáêñý åõèýãñáììï ôìÞìá óôçí êáìðýëç èåñìÜíóåùò Þ øýîåùò ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ. Êáé ôÝëïò, ßóùò ìðïñÝóåôå íá âãÜëåôå ìåñéêÜ óõìðåñÜóìáôá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, óå ðïéá äéåñãáóßá áíôéóôïé÷åß ôï åõèýãñáììï ôìÞìá ôçò êáìðýëçò. Óôç óõíÝ÷åéá ôùí ðåéñáìÜôùí óáò, áêïëïõèïýí ìåñéêÝò åñùôÞóåéò ãéá äéåñåýíçóç. ÁõôÝò áðïôåëïýí Ýíá ìÝñïò ìéáò ãåíéêüôåñçò åðéóôçìïíéêÞò ðïñåßáò, äçëáäÞ áõôÞò ðïõ áêïëïõèåßôáé, ãéá íá åñìçíåõèåß ôï öáéíüìåíï ðïõ ðáñáôçñÞóáôå êáé ðïõ åßíáé ôï óçìåßï, ôï

15

ïðïßï ðïëëïß åðéóôÞìïíåò èåùñïýí üôé áðïôåëåß ìåãÜëç ðñüêëçóç. Áõôü üìùò áðáéôåß ôçí ýðáñîç öáíôáóßáò áíÜëïãçò ìå áõôÞí ðïõ óõ÷íÜ åßíáé ÷Üñéóìá ôùí êáëëéôå÷íþí. Ç ðáñáðÜíù ðåñéãñáöÞ ôïõ ôñüðïõ ìå ôïí ïðïßï åêôåëÝóáôå ôá ðåéñÜìáôÜ óáò óå óõíäõáóìü ìå ôï ôåëéêü óôÜäéï üðïõ, üðùò áíáöÝñèçêå åñìçíåýôáé ôï öáéíüìåíï, åßíáé ßóùò ç êáëýôåñç åéêüíá ôçò ðïñåßáò ðïõ áêïëïõèïýí ïé åðéóôÞìïíåò. Ï ôñüðïò åñãáóßáò ðïõ ðåñéãñÜøáìå ÷áñáêôçñßæåôáé óõíÞèùò ùò “åðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäïò”. ÂÝâáéá óôçí ðáñáðÜíù ðåñéãñáöÞ ðáñáëåßøáìå Ýíá ðïëý óçìáíôéêü âÞìá ôçò åñãáóßáò óáò, ôéò åñãáóôçñéáêÝò óçìåéþóåéò óáò. ~Åíáò åðéóôÞìïíáò ïöåßëåé íá åßíáé óå èÝóç íá áíáêïéíþíåé ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ðñïóðáèåéþí ôïõ, áí ðñüêåéôáé áõôÜ íá âïçèÞóïõí êÜðïéïí Üëëï. ~Ïðùò èá êáôáëÜâáôå áðü üóá áíáöÝñèçêáí ðñïçãïõìÝíùò, ç “åðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäïò” äåí åßíáé Ýíá óýíïëï êáíüíùí ðïõ ïöåßëïõí ïé åðéóôÞìïíåò íá áêïëïõèïýí êáôÜ ãñÜììá, áëëÜ ðåñéãñÜöåé ìå áñêåôÞ áêñßâåéá ôï ëïãéêü êáé óõóôçìáôéêü ôñüðï ìå ôïí ïðïßï åñãÜæïíôáé ïé åðéóôÞìïíåò. Äåí ðñÝðåé íá îå÷íÜôå üôé åðéóôÞìç åßíáé ôï áðïôÝëåóìá áíèñùðßíùí ðñïóðáèåéþí êáé Ýôóé õðüêåéôáé óôïõò áíèñþðéíïõò ðåñéïñéóìïýò êáé ìå äåäïìÝíï ôéò ðåðåñáóìÝíåò äéáíïçôéêÝò äõíáôüôçôåò ôïõ áíèñþðïõ, ç ðïñåßá ôçò åðéóôÞìçò äåí ìðïñåß íá åßíáé ðÜíôá ôÝëåéá êáé åðéôõ÷Þò. Ç åðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäïò åßíáé ßóùò ç ðéï áóöáëÞò ãéá íá ðñïóäéïñßóåé êáíåßò ôçí áíôéêåéìåíéêÞ* áëÞèåéá. Ç áëÞèåéá áõôÞ ðñÝðåé íá åßíáé áíåîÜñôçôç áðü áíèñþðéíç äýíáìç Þ áäõíáìßá, åëåýèåñç áðü ìáôáéïäïîßåò, ðñïóùðéêÜ óõìöÝñïíôá, ðñïêáôáëÞøåéò êáé Üó÷åôç ðñïò ôçí áðñïíïçóßá. Ãéá íá ðáßîåôå ôï ðáé÷íßäé ôçò ÷çìåßáò, äåí åßóèå õðï÷ñåùìÝíïé íá áðïìíçìïíåýóåôå êáé íá ôçñÞóåôå Ýíá óýíïëï êáíüíùí. Åßíáé ðñïôéìüôåñï *

íá ðñïóðáèÞóåôå íá áíáðôýîåôå ìéá ðñïóùðéêÞ áßóèçóç ôïõ ôé ðñÝðåé íá ãßíåé, ðïéá ðïñåßá ðñÝðåé íá áêïëïõèçèåß êÜèå öïñÜ. Ôüôå ìüíï èá åßóèå óå èÝóç íá åöáñìüóåôå ôéò ãíþóåéò óáò óå êÜèå ðåñßðôùóç, ôçí ïðïßá èá èåëÞóåôå íá ìåëåôÞóåôå óå âÜèïò. Ìå óêïðü íá óáò âïçèÞóïìå óôçí áíÜðôõîç áõôþí ôùí ãíþóåùí, èá åîåôÜæïìå ôï êÜèå âÞìá ìå ìåãáëýôåñç ðñïóï÷Þ.

1.7 ÐáñáôÞñçóç. Ç âÜóç ôçò åðéôõ÷ßáò åíüò ðåéñÜìáôïò åßíáé ç ðñïóåêôéêÞ ðáñáôÞñçóç. Ç ìåãáëýôåñç ßóùò ðáãßäá ðïõ èá ðñÝðåé íá áðïöýãåôå óå áõôü ôï óôÜäéï åßíáé ç ôÜóç íá øÜ÷íåôå ãéá åðéèõìçôÜ Þ áíáìåíüìåíá áðïôåëÝóìáôá. Óõ÷íÜ ìßá ðñïêáôÜëçøç ãéá ôçí Ýêâáóç ôùí áðïôåëåóìÜôùí ìðïñåß íá áðïôåëÝóåé åìðüäéï óå ìßá ðñïóåêôéêÞ, áìåñüëçðôç ðáñáôÞñçóç. ~Åíá áðü ôá ðéï åíäéáöÝñïíôá ðñÜãìáôá ãýñù áðü ôçí åðéóôçìïíéêÞ Ýñåõíá åßíáé üôé ðïëëÝò óçìáíôéêÝò áíáêáëýøåéò ðñïÞëèáí áðü ðáñáôçñÞóåéò öáéíïìÝíùí, ðïõ ðñïçãïõìÝíùò èåùñïýíôáí Þóóïíïò óçìáóßáò Þ Üó÷åôá. ÊÜðïéá óôéãìÞ ðñïóåêôéêïß ðáñáôçñçôÝò ðñüóåîáí ìßá ëåðôïìÝñåéá, ðïõ ôçí åß÷áí ðñïçãïõìÝíùò ðáñáâëÝøåé Þ åßäáí ó÷Ýóåéò ðïõ Üëëïé ôéò åß÷áí ðñïóðåñÜóåé^ Ýôóé áíïßãåé Ýíáò êáéíïýñãéïò äñüìïò. ×ùñßò áìöéâïëßá, áõôü öáßíåôáé êáèáñÜ, áí óõãêñßíåôå ôéò ðáñáôçñÞóåéò óáò ó÷åôéêÜ ìå Ýíá áíáììÝíï êåñß ìå áõôÝò ðïõ èá ìðïñïýóå íá êÜíåé Ýíáò ðñïóåêôéêüò, åîáóêçìÝíïò ðáñáôçñçñÞò. Èá åêðëáãåßôå ßóùò áðü ôï ìåãÜëï áñéèìü ôùí ðáñáôçñÞóåùí ðïõ èá ìðïñïýóáôå íá åß÷áôå áíáöÝñåé, áëëÜ ôåëéêþò äåí ôéò áíáöÝñáôå. Ç öÜóç ôçò åðéóôçìïíéêÞò ìåèüäïõ ðïõ áíôéóôïé÷åß óôçí ðáñáôÞñçóç, äçëáäÞ ç áîéïëüãçóç üëùí ôùí öáéíïìÝíùí êáé ìÜëéóôá ç áêñéâÞò áîéïëüãçóÞ ôïõò, äåí åßíáé êÜôé åýêïëï Þ åðïõóéþäåò. Åßíáé ç âÜóç ãéá üëá ôá åðüìåíá óôÜäéá.

Ó.ô.Ì. Ïé óõããñáöåßò ÷ñçóéìïðïéïýí ôïí üñï “áíôéêåéìåíéêÞ” áëÞèåéá. Ôï åðßèåôï üìùò ðñïóäßäåé óôçí Ýííïéá ôçò áëÞèåéáò êáèïëéêÞ, äéá÷ñïíéêÞ êáé áíáìöéóâÞôçôç éó÷ý. Êñßíïìå ðñïôéìüôåñï ôïí üñï “åðéóôçìïíéêÞ” áëÞèåéá. Ç åðéóôçìïíéêÞ áëÞèåéá äåí åßíáé ìéá óôáèåñÞ, áðüëõôç êáé ãéá ðÜíôá éó÷ýïõóá áëÞèåéá (üðùò ç áíôéêåéìåíéêÞ). ÌåôáâÜëëåôáé áíÜëïãá ìå ôá äåäïìÝíá êÜèå åðï÷Þò. Ç åðéóôçìïíéêÞ áëÞèåéá åßíáé ðñïóùñéíü ïñüóçìï óôçí áóõìðôùôéêÞ ðïñåßá ôçò åðéóôçìïíéêÞò Ýñåõíáò ãéá ôç äéåñåýíçóç ôçò ðñáãìáôéêüôçôáò.

EðéóôçìïíéêÞ Ýñåõíá Ðñáãìáôéêüôçôá

(Äçìüêñéôïò: [ Åí âõè?~`ù ]ç [áëÞèåéá (Äçìüêñéôïò: Åí âõèþ ç áëÞèåéá)

16

ÕðÜñ÷åé üìùò êáé Ýíá Üëëï ðñüâëçìá ðïõ áíôéìåôùðßæåé êÜèå éêáíüò ðáñáôçñçôÞò. Åßíáé áðáñáßôçôï íá ìåëåôÞóåé üëïõò ôïõò ðáñÜãïíôåò ðïõ ßóùò åðçñåÜæïõí ôç äéåîáãùãÞ ôïõ ðåéñÜìáôïò. Ãé’ áõôü ðñÝðåé íá äçìéïõñãÞóåé ìéá äéÜôáîç ôÝôïéá, þóôå íá åßíáé äõíáôüí íá ñõèìßæïíôáé ïé óõíèÞêåò ðïõ åðçñåÜæïõí ôï ðåßñáìá. Åßíáé óçìáíôéêü íá åßíáé êáíåßò åíÞìåñïò ãéá üëåò ôéò óõíèÞêåò, åßôå ðéóôåýåé üôé áõôÝò åðçñåÜæïõí ôï ðåßñáìá åßôå ü÷é.

1.8 ÊáôáãñáöÞ ôùí ãåãïíüôùí. Ðñùôáñ÷éêÞò óçìáóßáò åßíáé êáé ç ëåðôïìåñÞò êáôáãñáöÞ üëùí ôùí ðáñáôçñÞóåþí óáò êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí ðåéñáìÜôùí óáò. Ç êáôáãñáöÞ áõôÞ ðñÝðåé íá ãßíåôáé ðáñÜëëçëá ìå ôç äéåîáãùãÞ ôçò õðüëïéðçò åñãáóßáò, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 114. Èá ðñÝðåé ðáñÜëëçëá ìå ôçí õðüëïéðç åñãáóôçñéáêÞ åñãáóßá óáò íá åëÝã÷åôå êáé ôçí êáôáãñáöÞ ôùí óôïé÷åßùí, ôá ïðïßá ðñÝðåé íá åßíáé áêñéâÞ êáé ðëÞñç. Ó÷åäüí óå üëåò ôéò ðåñéðôþóåéò èá ðñÝðåé íá áíáãñÜöïíôáé ðëçñïöïñßåò, üðùò ç çìåñïìçíßá, ç þñá, ïé óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò êáé õãñáóßáò óôï åñãáóôÞñéï, üðùò åðßóçò èá ðñÝðåé íá áíáöåñèåß

êÜèå Üëëïò ðáñÜãïíôáò, ðïõ êáôÜ ôç ãíþìç óáò åßíáé óçìáíôéêüò. Óõ÷íÜ áíáöÝñåôáé ìßá éóôïñßá, ðïõ äåß÷íåé ôçí áíÜãêç íá õðïëïãßæïìå êÜèå ó÷åôéêü ðáñÜãïíôá. ÊÜðïéïò ÷çìéêüò åß÷å äéåîÜãåé óïâáñÝò Ýñåõíåò ó÷åôéêÜ ìå ôç ÷çìéêÞ óýóôáóç ôïõ öëïéïý ôçò ãçò. ~Áëëïé åðéóôÞìïíåò üìùò óõíáíôïýóáí ìåãÜëç äõóêïëßá êÜèå öïñÜ ðïõ Þèåëáí íá åðáíáëÜâïõí ìåñéêÜ áðü ôá ðåéñÜìáôÜ ôïõ êáé íá åðáëçèåýóïõí ôá áðïôåëÝóìáôÜ ôïõ. Áñãüôåñá, Ýíáò íÝïò âïçèüò ðñüóåîå üôé ï áñ÷éêüò åñåõíçôÞò êÜðíéæå óõíÝ÷åéá ðïýñá êáé óðÜíéá åñãáæüôáí ÷ùñßò íá Ý÷åé Ýíá ðïýñï óôï óôüìá. Åßíáé äõíáôüí åî áéôßáò áõôïý ôïõ ãåãïíüôïò íá ðñïÝêõøáí äéáöïñåôéêÜ áðïôåëÝóìáôá; ÐñÜãìáôé, äéáðéóôþèçêå üôé ïé äéáöïñÝò ïöåßëïíôáí óå ß÷íç ÷çìéêþí ïõóéþí, ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óôç óôÜ÷ôç ôïõ ðïýñïõ, ç ïðïßá ßóùò åß÷å ðÝóåé óôá äåßãìáôá ðïõ áíÝëõå ï ÷çìéêüò. Ôï óõìðÝñáóìá åßíáé ðñïöáíÝò: Ïé ëåðôïìÝñåéåò, êÜôù áðü ôéò ïðïßåò åêôåëåßôáé Ýíá ðåßñáìá, åßíáé óçìáíôéêÝò. Ç áêñßâåéá Ý÷åé åî ßóïõ ôåñÜóôéá óçìáóßá. Ï åñãáóôçñéáêüò åñåõíçôÞò ïöåßëåé íá åëÝã÷åé ðÜíôá äéðëÜ ôá äåäïìÝíá, ôéò åíäåßîåéò ôùí ïñãÜíùí êáé üëåò ôéò Üëëåò ìåôñÞóåéò.

1.9 ÏñãÜíùóç ôùí ðáñáôçñÞóåùí.

Ó×ÇÌÁ 1-14. ~Åíáò óðïõäáóôÞò ÷çìåßáò êáôáãñÜöåé ðñïóåêôéêÜ üëá üóá ðáñáôçñåß êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôïõ ðåéñÜìáôüò ôïõ. *

Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ üôé õðáêïýïõí óôçí êáíïíéêüôçôá êÜðïéïõ íüìïõ.

ÐïëëÜ ðåéñÜìáôá áðïôõã÷Üíïõí óõ÷íÜ, ãéáôß ôá öáéíüìåíá, áíåîÜñôçôá áðü ôï ðüóï ðñïóåêôéêÜ Ýãéíáí ïé ðáñáôçñÞóåéò Þ ìå ðüóç áêñßâåéá êáôåãñÜöçóáí, äåí Ý÷ïõí ïñãáíùèåß Ýôóé, þóôå íá áðïêáëýðôïõí êÜðïéá ó÷Ýóç Þ êÜðïéï ðñüôõðï, äçëáäÞ ìßá íïìïôÝëåéá*. ÌåñéêÝò öïñÝò ïé êáíüíåò (ðñüôõðï, íïìïôÝëåéá) ãßíïíôáé åõêïëüôåñá áíôéëçðôïß, áí ôá äåäïìÝíá êáé ôá áðïôåëÝóìáôá ôïðïèåôçèïýí óå Ýíáí ðßíáêá, ðïõ Ý÷åé ðñïåôïéìáóèåß ðñïóåêôéêÜ. Ìéá Üëëç ìÝèïäïò åßíáé ç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç ôïõ ó÷Þìáôïò. Åóåßò óôá ôåëåõôáßá ðåéñÜìáôá ðïõ åêôåëÝóáôå ÷ñçóéìïðïéÞóáôå êáé ôéò äýï ìåèüäïõò. Áñãüôåñá èá äéáðéóôþóåôå üôé ïé åðéóôÞìïíåò Ý÷ïõí áíáðôýîåé êáé Üëëïõò ôñüðïõò, ðïõ âïçèïýí óôçí ïñãÜíùóç êáé óôçí ðáñïõóßáóç ôùí äåäïìÝíùí. Ìåñéêïß áðü áõôïýò ôïõò ôñüðïõò åßíáé ç ÷ñÞóç ôùí óõìâüëùí, ôùí åîéóþóåùí êáé ôùí ìáèçìáôéêþí åêöñÜóåùí. ÊÜèå ìÝèïäïò åðéôñÝðåôáé, üóï êáéíïýñãéá êé áí åßíáé, áñêåß äéÜ áõôÞò íá ðáñïõóéÜæïíôáé ìå óáöÞíåéá ôá äåäïìÝíá.

17

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ~Åíáò áðü ôïõò ëüãïõò ðïõ ü÷é ìüíï åóåßò áëëÜ êáé êÜèå ðïëßôçò èá ðñÝðåé íá ãíùñßæåé êÜôé ãýñù áðü ôç ÷çìåßá åßíáé êáé ôï üôé üëïé ìáò åßìáóôå õðåýèõíïé ãéá ôï ðåñéâÜëëïí. Ï ôñüðïò ôçò æùÞò ìáò óÞìåñá åîáñôÜôáé Üìåóá áðü ôçí åöáñìïãÞ êáé ôç ÷ñÞóç ÷çìéêþí äéåñãáóéþí. Ðáßñíïìå ÷çìéêÝò ðñþôåò ýëåò áðü ôç ãç, üðùò ïñõêôÜ, ìÝôáëëá, ðåôñÝëáéï, öõóéêü áÝñéï, êÜñâïõíï, áëÜôé, èåßï êáé áðü ôïí áÝñá ïîõãüíï êáé Üæùôï. Óôï ðåñéâÜëëïí åðéóôñÝöïõí ü÷é ìüíï ôá äéÜöïñá ôåëéêÜ ðñïúüíôá, ðïõ êáôáóêåõÜæïíôáé áðü áõôÝò ôéò ðñþôåò ýëåò, áëëÜ ôáõôü÷ñïíá êáé Ýíá ðëÞèïò áíåðéèõìÞôùí õðïðñïúüíôùí. ÐïëëÝò áðü ôéò Üëëåò äñáóôçñéüôçôÝò ìáò, ðïõ óôçí ðñáãìáôéêüôçôá äåí Ý÷ïõí Üìåóç ó÷Ýóç ìå ôç ÷çìéêÞ âéïìç÷áíßá, åðéäñïýí ÷çìéêþò óôï ðåñéâÜëëïí. Ãéá ðáñÜäåéãìá üôáí êáßãåôáé ôï êÜñâïõíï ãéá ôçí ðáñáãùãÞ çëåêôñéóìïý, åêëýïíôáé óôçí áôìüóöáéñá áñêåôÜ áÝñéá, óå ðïóüôçôåò åêáíôïíôÜäùí ôüíùí ôçí çìÝñá. ÁíÜëïãá, ç êáýóç ôïõ ðåôñåëáßïõ óôá áõôïêßíçôá êáé ôá Üëëá ôñï÷ïöüñá, ðïõ Ý÷ïõí ìç÷áíÝò åóùôåñéêÞò êáýóåùò, åðéâáñýíåé ôïí áÝñá ìå ðïëëÜ áíåðéèýìçôá áÝñéá. ÌåñéêÜ áðü áõôÜ, áí îåðåñÜóïõí Ýíá üñéï, ãßíïíôáé ðïëý åðéêßíäõíá. ~Áëëá ðåñéâáëëïíôéêÜ ðñïâëÞìáôá ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ôç ÷çìåßá óõíäÝïíôáé ìå ôç äéÜèåóç ôùí óôåñåþí áðïññéììÜôùí, ôçí êáôåñãáóßá ôùí áðïâëÞôùí, ôïí Ýëåã÷ï ôùí åíôïìïêôüíùí êáé ôç ÷ñÞóç ôùí ÷çìéêþí ïõóéþí ãéá ôç äéáôÞñçóç ôùí ôñïöþí Þ ôç âåëôßùóç ôçò èñåðôéêÞò ôïõò áîßáò. ÅðéðëÝïí ôá õðåñç÷çôéêÜ áåñïðëÜíá ðïõ ðåôïýí óôá õøçëüôåñá óôñþìáôá ôçò áôìüóöáéñáò ßóùò åðçñåÜæïõí ôï ðïóüí ôçò çëéáêÞò åíÝñãåéáò, ðïõ öèÜíåé óå åìÜò åäþ, óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò. Ìå ôçí åðéóôÞìç, üðùò êáé ìå ôéò ôÝ÷íåò, ãéá ðáñÜäåéãìá ôç ìïõóéêÞ, åßíáé äõíáôüí êáíåßò íá áó÷ïëåßôáé áðëÜ êáé ìüíï ãéá ôç äéêÞ ôïõ åõ÷áñßóôçóç êáé öõóéêÜ äåí õðÜñ÷åé êáíÝíá ëÜèïò óå ìßá ôÝôïéá åðéëïãÞ. ÓÞìåñá üìùò ðïõ ç åðßäñáóç ôïõ áíèñþðïõ óôï ðåñéâÜëëïí åßíáé ôüóï ìåãÜëç, åßíáé æùôéêÞò óçìáóßáò ãéá üëïõò ôïõò õðåýèõíïõò ðïëßôåò,

Ôï êÝíôñï ôïõ Ìáí÷Üôôáí êáëõììÝíï áðü õøçëÞò ðåñéåêôéêüôçôáò óå ñýðïõò áÝñá, óôéò 25 Íïåìâñßïõ ôïõ 1966.

åðéóôÞìïíåò êáé ìç, íá ìÜèïõí üëá üóá ìðïñïýí ãéá ôéò åðéóôçìïíéêÝò áñ÷Ýò, ðÜíù óôéò ïðïßåò âáóßæïíôáé ïé ó÷Ýóåéò ôïõ áíèñþðïõ ìå ôï ðåñéâÜëëïí ôïõ. Äåí åðéôñÝðåôáé ðéá íá óõíå÷ßóïìå ôçí êáêïðïßçóç ôïõ óðéôéïý ìáò, äçëáäÞ ôçò ãçò, üðùò ãßíåôáé ìÝ÷ñé ôþñá. Äõóôõ÷þò äåí åßíáé ñåáëéóôéêü íá óêåöèïýìå üôé ìðïñïýìå íá ãõñßóïìå ðßóù ôï ñïëüé êáé íá åðéóôñÝøïìå óå Ýíáí ðñùôüãïíï ôñüðï æùÞò, åãêáôáëåßðïíôáò üëá ôá õëéêÜ êáé ôéò ìç÷áíÝò, ìå ôéò ïðïßåò Ý÷ïìå åîïéêåéùèåß. Ïöåßëïìå íá ìÜèïìå íá åëÝã÷ïìå ôéò äñáóôçñéüôçôÝò ìáò Ýôóé, þóôå íá æïýìå áñìïíéêÜ ìå ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. Ï ìüíïò ôñüðïò ãéá íá ôï åðéôý÷ïìå åßíáé íá ðáßñíïìå ìåôÜ áðü óêÝøç Ýîõðíåò áðïöÜóåéò, ðïõ íá âáóßæïíôáé óôç ãíþóç.

18

Óôá äéÜöïñá êåöÜëáéá áõôïý ôïõ âéâëßïõ èá óõíáíôÞóåôå åéäéêÜ Üñèñá áöéåñùìÝíá óôç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí. Áõôü èá ãßíåôáé êÜèå öïñÜ ðïõ ç óõæÞôçóç ôçò ÷çìåßáò èá ìáò öÝñíåé áíôéìÝôùðïõò ìå Ýíá èÝìá, ðïõ Ý÷åé ó÷Ýóç ìå êÜðïéï ðåñéâáëëïíôéêü ðñüâëçìá. Ôï âéâëßï áõôü èá ðáñïõóéÜóåé ôç ÷çìåßá ùò ìßá åðéóôÞìç. ÄçëáäÞ ç ÷çìåßá èá ðáñïõóéáóèåß êáé èá áíáðôõ÷èåß êáôÜ Ýíá ëïãéêü ôñüðï, þóôå íá ãßíïõí áíôéëçðôÝò ïé âáóéêÝò éäÝåò êáé ïé áñ÷Ýò ôçò. Ç ðáñïõóßáóç äåí Ý÷åé ìüíï óêïðü ôç óõæÞôçóç ôçò ÷çìåßáò ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò, ãéáôß êÜôé ôÝôïéï èá åß÷å ùò áðïôÝëåóìá íá êáôáóôåß áêüìç ðéï äýóêïëç ç êáôáíüçóç ôùí âáóéêþí áñ÷þí. ÅîÜëëïõ ôá Üñèñá ðïõ Ý÷ïõí ôïí ôßôëï “Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò” èá óáò âïçèÞóïõí êáé èá óáò åíèáññýíïõí íá óõãêåíôñùèåßôå êáé íá óêåöèåßôå ôç ÷çìéêÞ ðëåõñÜ ôùí ðåñéâáëëïíôéêþí ìáò ðñïâëçìÜôùí. Åðßóçò, èá óáò óõìâïõëÝøïõí ðþò íá ðñïóðáèÞóåôå íá ôá ëýóåôå ìå ãíþóç êáé ðåéèáñ÷ßá. Èá åêðëáãåßôå âëÝðïíôáò ðüóï ãñÞãïñá ç ãíþóç óáò ãýñù áðü ôç ÷çìåßá èá áõîÞóåé ôçí éêáíüôçôÜ óáò íá êáôáíïåßôå ìåñéêÜ áðü ôá ðåñéâáëëïíôéêÜ ìáò ðñïâëÞìáôá.

O Barry Commoner åßíáé Ýíáò åðéóôÞìïíáò, ï ïðïßïò áðü êáéñü Ý÷åé åðéóôÞóåé ôçí ðñïóï÷Þ ôùí áíèñþðùí óôá ðñïâëÞìáôá ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò. Èåùñåßôáé áðü ðïëëïýò ùò Ýíáò áðü ôïõò ðåñéóóüôåñï åíçìåñùìÝíïõò Áìåñéêáíïýò áñìüäéïõò ãé’ áõôü ôï èÝìá. Áí åßìáóôå óå èÝóç íá ëýóïìå ôá ðñïâëÞìáôá ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò ðïõ áíôéìåôùðßæïìå óÞìåñá, ôï ïöåßëïìå êáôÜ ìåãÜëï ìÝñïò óå ìåñéêïýò ðñùôåñãÜôåò

1.10 Áíáæçôþíôáò êáíüíåò êáé ëïãéêÜ óõìðåñÜóìáôá. Ìå ìéá ðñþôç ìáôéÜ óôá ðïëëÜ êáé äéÜöïñá óþìáôá ðïõ õðÜñ÷ïõí óôç öýóç, äåí äéáêñßíïìå íá õðÜñ÷ïõí óå áõôÜ êÜðïéåò ïìïéüôçôåò óôç äïìÞ ôïõò, ôéò éäéüôçôåò Þ ôç óêïðéìüôçôá õðÜñîåþò ôïõò. Ìå ðéï ðñïóåêôéêÞ üìùò ðáñáôÞñçóç êáé óõóôçìáôéêÞ ìåëÝôç áíáêáëýðôïìå êÜðïéåò ïìïéüôçôåò, êÜðïéåò ÷áñáêôçñéóôéêÝò äïìÝò êáé ëåéôïõñãßåò ðïõ ìáò åðéôñÝðïõí íá êáôáëÞîïìå óå êÜðïéá óõìðåñÜóìáôá ãéá ôïí ôñüðï ðïõ óõìðåñéöÝñåôáé ç öýóç. Áêñéâþò áõôÞ ç ãíþóç ôçò óõìðåñéöïñÜò ôçò öýóåùò åßíáé ï óêïðüò ôçò åðéóôÞìçò. Ï ÷çìéêüò áíáæçôÜ, ìÝóá áðü ôéò ðëçñïöïñßåò ðïõ óõãêåíôñþíåé, ìåñéêÝò ïìïéüôçôåò êáé áíáëïãßåò óôç óýóôáóç êáé ôéò éäéüôçôåò ôùí äéáöüñùí õëéêþí. Áí ðñïêýøåé êÜðïéïò êáíüíáò, ðñïóðáèåß íá ôïí åêöñÜóåé ìå ôñüðï óýíôïìï êáé áêñéâÞ^ áõôü áêñéâþò èá åßíáé êáé ôï óõìðÝñáóìá, óôï ïðïßï ôïí ïäÞãçóáí ïé ðáñáôçñÞóåéò ôïõ. Éäéáßôåñç óçìáóßá Ý÷åé ôï íá ìçí ãåíéêåýåé ï ÷çìéêüò ôá óõìðåñÜóìáôá ðïõ âãÞêáí ìÝóá áðü ìåñéêÝò ìüíï ðáñáôçñÞóåéò. Óõ÷íÜ, åíþ ï êáíüíáò öáßíåôáé íá åßíáé áðüëõôá óùóôüò, ôï óõìðÝñáóìá ìðïñåß íá åßíáé ëáíèáóìÝíï. Ãéá íá ôï êáôáëÜâåôå áõôü êáëýôåñá, áò åîåôÜóïìå ôçí åìðåéñßá åíüò õðïèåôéêïý óðïõäáóôÞ ÷çìåßáò. Ï Wilbur Bright Þôáí Ýíá áñ÷Üñéïò óðïõäáóôÞò ÷çìåßáò. Ç öáíôáóßá ôïõ åß÷å äéåãåñèåß áðü ôï ãåãïíüò üôé ôá êáýóéìá åßíáé ìéá ðçãÞ åíÝñãåéáò. ÐñïóðÜèçóå íá óêåöèåß üëá ôá äéáöïñåôéêÜ êáýóéìá ðïõ åß÷å óõíáíôÞóåé óôç æùÞ ôïõ. ~Çôáí ôï ðåôñÝëáéï, ðïõ ç ïéêïãÝíåéÜ ôïõ ÷ñçóéìïðïéïýóå êÜðïôå ãéá ôç èÝñìáíóç ôïõ óðéôéïý, ç âåíæßíç ãéá ôï áõôïêßíçôï, ôï öùôéóôéêü ðåôñÝëáéï ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýóå óôï öïñçôü êáìéíÝôï ðïõ Ýðáéñíå ìáæß ôïõ óôéò åêäñïìÝò, ôï öõóéêü áÝñéï ðïõ ç ìçôÝñá ôïõ ÷ñçóéìïðïéïýóå ãéá ôï ìáãåßñåìá, êáé ôá îýëá ðïõ Ýêáéãáí óôï ôæÜêé. ÓêÝöôçêå åðßóçò êáé ôï êÜñâïõíï. ÊÜðïôå åß÷å äåé Ýíáí ôåñÜóôéï óùñü áðü êÜñâïõíï óå Ýíá ãåéôïíéêü åñãïóôÜóéï êáé ñþôçóå ôïí ðáôÝñá ôïõ ôé Þôáí áõôü. Áõôüò ôïõ áíÝöåñå ìåôáîý Üëëùí üôé ôï êÜñâïõíï åßíáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá êáèáñüò Üíèñáêáò (Üíèñáêáò åßíáé ìßá áðü ôéò ïõóßåò ðïõ ïé ÷çìéêïß ïíïìÜæïõí “óôïé÷åßá”^ ï Wilbur åß÷å äéáâÜóåé êÜðïõ ãé’ áõôÜ. Áí èÝëåôå íá âñåßôå ðåñéóóüôåñåò ðëçñïöïñßåò ãé’ áõôÜ ìðïñåßôå íá áíáôñÝîåôå óå ìåñéêÜ êåöÜëáéá ðéï êÜôù, áëëÜ äåí åßíáé áðáñáßôçôï ãé’ áõôÞí ôçí éóôïñßá). Óôç óõíÝ÷åéá ï Wilbur èõìÞèçêå êÜôé áêüìç. Åß÷å äéáâÜóåé êÜðïõ üôé ç âåíæßíç ðåñéÝ÷åé

19

Üíèñáêá. ~Áñáãå üëá ôá êáýóéìá ðåñéÝ÷ïõí Üíèñáêá; ÐÞãå óôç âéâëéïèÞêç áíáæçôþíôáò êÜðïéá áðÜíôçóç óå áõôÞí ôçí áðïñßá ôïõ. Ðåñßìåíå üôé èá Ýâñéóêå ðùò üëá ôá êáýóéìá ðïõ åß÷áí ðåñÜóåé áðü ôç óêÝøç ôïõ ðåñéÝ÷ïõí Üíèñáêá. ÂñÞêå äçëáäÞ Ýíáí êáíüíá! Ï Wilbur Üñ÷éóå áìÝóùò íá áíáñùôéÝôáé ãéáôß Üñáãå ï Üíèñáêáò èá ðñÝðåé íá âñßóêåôáé óå üëá ôá êáýóéìá êáé Üñ÷éóå íá øÜ÷íåé ãéá êÜðïéï âéâëßï, ðïõ ßóùò íá ôïõ Ýëõíå ôçí áðïñßá. ~Åíá âéâëßï ó÷åôéêü ìå ôá êáýóéìá ôùí ðõñáýëùí ôñÜâçîå ðñþôá ôçí ðñïóï÷Þ ôïõ. Äåí åß÷å êáëÜ êáëÜ äéáâÜóåé ôçí ðñþôç óåëßäá, üôáí ðñüóåîå êÜôé áðñïóäüêçôï. ÌåñéêÜ áðü ôá êáýóéìá ôùí ðõñáýëùí äåí ðåñéÝ÷ïõí êáèüëïõ Üíèñáêá. Ôï óõìðÝñáóìá ôïõ Wilbur åß÷å âáóéóôåß óå ðïëý ðåñéïñéóìÝíï áñéèìü êáõóßìùí. Ï êáíüíáò ðïõ ðßóôåøå üôé áíáêÜëõøå äåí ðåñéëÜìâáíå üëá ôá êáýóéìá. ÐñïÝâç óå ìßá ãåíßêåõóç, ðïõ îåðåñíïýóå ôá üñéá ôùí “äåäïìÝíùí” ôïõ, ôùí ðëçñïöïñéþí äçëáäÞ ðïõ åß÷å óõãêåíôñþóåé.

1.11 Áíáæçôþíôáò ôï ãéáôß.

êáéíïýñãéùí ðëçñïöïñéþí. ~Ïôáí Ýíáò åñåõíçôÞò Þ ìßá åñåõíÞôñéá Ý÷åé áîéïãÞóåé ðñïóåêôéêÜ áõôÝò ôéò ðëçñïöïñßåò, Ý÷åé áíáêáëýøåé êÜðïéïõò êáíüíåò êáé ßóùò Ý÷åé êáôáëÞîåé óå êÜðïéá óõìðåñÜóìáôá, åßíáé óçìáíôéêü íá ìðïñÝóåé íá ðëçñïöïñÞóåé ãé’ áõôÞí ôïõ ôçí åñãáóßá êáé Üëëïõò åñåõíçôÝò, ðïõ åñãÜæïíôáé ðÜíù óôï ßäéï èÝìá. ~Åíá áðü ôá ìåãáëýôåñá óçìåñéíÜ ðñïâëÞìáôá ôçò åðéóôÞìçò åßíáé ç ïñèÞ äéáôýðùóç êáé ç åõñåßá êõêëïöïñßá ôùí áðïôåëåóìÜôùí ôçò Ýñåõíáò. ÕðÜñ÷ïõí åõôõ÷þò ðïëëÜ åðéóôçìïíéêÜ ðåñéïäéêÜ êáé Üëëá Ýíôõðá, óôá ïðïßá áíáêïéíþíïíôáé ôá áðïôåëÝóìáôá ôçò Ýñåõíáò êáé ôùí óõíáíôÞóåùí ðïõ ãßíïíôáé óå äéáöüñïõò åñåõíçôéêïýò ôïìåßò ìå óõíå÷þò áõîáíüìåíç óçìáóßá (ó÷. 1-15). Ìßá ïñèÜ äéáôõðùìÝíç (þóôå íá ãßíåé êáôáíïçôÞ) Ýêèåóç åíüò åñåõíçôéêïý ðñïãñÜììáôïò åßíáé ôï ðéï êñßóéìï ìÝñïò ôçò åðéóôçìïíéêÞò åðéêïéíùíßáò. Ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ðåéñáìÜôùí óáò äåí èá Ý÷ïõí áîßá, áí äåí ôá áíáêïéíþóåôå. ÂÝâáéá áõôü áðáéôåß ãíþóç ôçò ãëþóóáò êáé éêáíüôçôá íá ôç ÷ñçóéìïðïéÞóåôå.

~Ïôáí ôá ðåéñÜìáôÜ óáò Ý÷ïõí ãßíåé ðñïóåêôéêÜ, ïé êáíüíåò Ý÷ïõí ìåëåôçèåß êáé áîéïëïãçèåß êáé Ý÷åôå öèÜóåé óå ëïãéêÜ óõìðåñÜóìáôá, ôüôå åßóèå Ýôïéìïé ãéá ôçí ðéï äçìéïõñãéêÞ åñãáóßá áðü üëåò: “ôçí áíáæÞôçóç ôïõ ãéáôß”. Ôé ó÷Ýóç Ý÷åé ç íÝá óáò áíáêÜëõøç ìå Üëëá ðñÜãìáôá, ðïõ Þäç ãíùñßæåôå; Ðþò åíôÜóóåôáé Þ áíôéôÜóóåôáé óôç ãíþìç ðïõ Ý÷åôå ãéá ôï óýìðáí; Ï Jacob Bronowski ðñïóðÜèçóå íá åîçãÞóåé óôï âéâëßï ôïõ “Ç áðëÞ ëïãéêÞ ôçò åðéóôÞìçò” ôçí éêáíïðïßçóç ðïõ íéþèïõí ïé åðéóôÞìïíåò ìå ôÝôïéïõ åßäïõò ðñïóðÜèåéåò: «Åßíáé ç ìïíáäéêüôçôá ôçò öýóåùò, æùíôáíÞò êáé íåêñÞò, ãéá ôçí ïðïßá ç óêÝøç ìáò ðáó÷ßæåé... ØÜ÷íïìå íá âñïýìå óôç öýóç ìßá áñìïíéêÞ åíüôçôá. Áõôü ðñïóöÝñåé óôïõò åðéóôÞìïíåò ôçí áßóèçóç ôçò áðïóôïëÞò ôïõò... ôçò áéóèçôéêÞò ôïõò ïëïêëçñþóåùò: üôé êÜèå Ýñåõíá äßíåé ôçí åíôýðùóç ðùò óõíäõÜæåé ôá íÞìáôá ôïõ êüóìïõ áêïëïõèþíôáò Ýíáí ðñïó÷åäéáóìÝíï éóôü. Áñãüôåñá, üôáí èá åîåôÜæïìå ìåñéêÝò ïìïéïìïñößåò óôç óõìðåñéöïñÜ, èá äéáðéóôþóåôå ðüóï ÷ñÞóéìç åßíáé “ç áíáæÞôçóç ôïõ ãéáôß” õðÜñ÷ïõí...».

1.12 Áíáêïßíùóç ôùí áðïôåëåóìÜôùí. Áò õðïèÝóïìå üôé Ýíáò ÷çìéêüò Þ êÜðïéïò Üëëïò åðéóôÞìïíáò Ýêáíå Ýíá ðåßñáìá, ðïõ åß÷å ùò áðïôÝëåóìá ôç óõãêÝíôñùóç êÜðïéùí

Ó×ÇÌÁ 1-15. Áíáêïßíùóç ôùí áðïôåëåóìÜôùí, Ýíá óçìáíôéêü ôìÞìá ôçò åðéóôçìïíéêÞò åñãáóßáò ìðïñåß íá ãßíåé åßôå ìÝóá áðü óåìéíÜñéá (åðÜíù) åßôå ìÝóá áðü åðéóôçìïíéêÜ ðåñéïäéêÜ (êÜôù).

20

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

1.13 Áðü ôé åîáñôÜôáé ç êáýóç; Ôé ðáñÜãåôáé; Ãéá ìßá áêüìá öïñÜ èá ðåéñáìáôéóèåßôå ìå Ýíá áíáììÝíï êåñß. ÐñïóðáèÞóôå íá åöáñìüóåôå ü,ôé Ý÷åôå ìÜèåé ó÷åôéêÜ ìå ôçí åðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäï, þóôå íá ïäçãçèåßôå óå êÜðïéá óõìðåñÜóìáôá ó÷åôéêÜ ìå ôç äéáäéêáóßá ôçò êáýóåùò. ÐåñéãñÜöïíôáò ôï áíáììÝíï êåñß, áíÜìåóá óôéò ðáñáôçñÞóåéò óáò ßóùò èá åßíáé êáé ìåñéêÝò, üðùò ïé ðáñáêÜôù: ôï ìÞêïò ôïõ êåñéïý åëáôôþíåôáé, êáèþò áõôü êáßãåôáé. Ôï õëéêü ôïõ êåñéïý åëáôôþíåôáé. ÐáñÜãåôáé èåñìüôçôá êáé öùò. ~Ïìùò äåí áíáñùôéÝóôå ôé óõìâáßíåé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá êáé ðïéá åßíáé ç áéôßá ãéá ü,ôé óõìâáßíåé; Ãíùñßæåôå üôé ôï êåñß êáßãåôáé, áëëÜ ôé óçìáßíåé ç ëÝîç “êáßãåôáé”; ÓÞìåñá ðïëëÜ åßíáé ãíùóôÜ -ü÷é üìùò êáé üëáãéá ôç äéáäéêáóßá ôçò êáýóåùò. Ìüëéò ðñéí äéáêüóéá ÷ñüíéá ïé ìåãáëýôåñïé åðéóôÞìïíåò ôïõ êüóìïõ áãíïïýóáí ó÷åäüí åíôåëþò ôéò áëëáãÝò ðïõ óõíôåëïýíôáé, üôáí êÜôé êáßãåôáé. ÓÊÏÐÏÓ

Óôï ðåßñáìá áõôü èá ðñïóðáèÞóåôå íá âñåßôå ãéáôß Ýíá êåñß êáßãåôáé êáé ðïéá åßíáé ôá ðñïúüíôá, ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé êáôÜ ôçí êáýóç. ÕËÉÊÁ

Êåñß ×áñôß ÷ëùñéïý÷ïõ êïâáëôßïõ 4 åõñýëáéìåò öéÜëåò ôùí 250 ml ðåñßðïõ (Þ ðïôÞñéá æÝóåùò ôùí 1000 ml) Åõñýëáéìç öéÜëç ôùí 150 ml ðåñßðïõ (Þ ðïôÞñé ôùí 500 ml)

200 ml áóâåóôüíåñï ÌéêñÝò öéÜëåò ðéÝóåùò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, ïîõãüíï êáé áÝñéï Üæùôï 4 öéÜëåò Erlenmeyer* ôùí 250 ml ÃõÜëéíïò óùëÞíáò Þ êáëáìÜêé

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

Ôï ðåßñáìá áõôü ðñüêåéôáé íá ãßíåé ìå ôç ìïñöÞ “ðåéñÜìáôïò åðéäåßîåùò”. Ï êáèÝíáò ðñÝðåé íá ðáñáôçñåß êáé íá êáôáãñÜöåé üëá üóá óõìâáßíïõí.

ÌÝñïò Á. 1. ÔïðïèåôÞóåôå ìßá åõñýëáéìç öéÜëç ôùí 250 ml ðÜíù áðü Ýíá áíáììÝíï êåñß, üðùò óôï ó÷Þìá 1-16. Óôç óõíÝ÷åéá åîåôÜóôå ôï ëåðôü õãñü óôñþìá, ðïõ ó÷çìáôßæåôáé óôá åóùôåñéêÜ ôïé÷þìáôá ôçò öéÜëçò ìå Ýíá êïììÜôé äïêéìáóôéêü ÷áñôß ÷ëùñéïý÷ïõ êïâáëôßïõ**. 2. ÂñÝîôå Ýíá êïììÜôé ÷áñôß ÷ëùñéïý÷ïõ êïâáëôßïõ ìå ìßá óôáãüíá áðåóôáãìÝíïõ áðéïíéóìÝíïõ íåñïý (äçëáäÞ ìå íåñü ðïõ Ý÷åé õðïóôåß êÜðïéá êáôåñãáóßá, ãéá íá áðïìáêñõíèïýí ïé ðñïóìßîåéò ôïõ).

ÌÝñïò Â.

Ó×ÇÌÁ 1-16.

1. Ðñïóäéïñßóôå ìå áêñßâåéá äåõôåñïëÝðôùí ôï ÷ñüíï, êáôÜ ôïí ïðïßï åîáêïëïõèåß Ýíá êåñß íá êáßãåôáé, åíþ Ý÷åé ôïðïèåôçèåß áðü ðÜíù ôïõ ìßá öéÜëç ôùí 250 ml, üðùò óôï ó÷Þìá 1-17.

* Ó.ô.Ì. Ïé öéÜëåò Erlenmeyer åßíáé êùíéêÝò. ** Ó.ô.Ì. Ôï ÷áñôß ÷ëùñéïý÷ïõ êïâáëôßïõ Ý÷åé ÷ñþìá ìðëå, ôï ïðïßï ìå ôçí åðßäñáóç Ýóôù êáé ß÷íïõò íåñïý ãßíåôáé êüêêéíï áíïéêôü.

21

2. ÁíÜøôå ðÜëé ôï êåñß êáé åðáíáëÜâåôå ôçí ðïñåßá Â-1, ÷ñçóéìïðïéþíôáò ìßá öéÜëç ôïõ ìéóïý üãêïõ áðü ôçí ðñïçãïýìåíç (äçëáäÞ 125 ml). Óçìåßùóç: ìðïñåßôå íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ðïôÞñéá æÝóåùò ôùí 1000 êáé ôùí 500 ml áíôßóôïé÷á ãéá ôéò öéÜëåò. ~Ïðùò óõìâáßíåé óõ÷íÜ óôçí åðéóôÞìç, ç ðñïóðÜèåéá íá âñåèåß áðÜíôçóç óå êÜðïéá åñþôçóç äçìéïõñãåß Üëëåò åñùôÞóåéò. Ôé åßíáé áõôü ðïõ áíáãêÜæåé ôç öëüãá ôïõ êåñéïý íá óâÞóåé, áí ôç ðåñéïñßóïìå; Ðéï êÜôù õðÜñ÷ïõí äýï ðéèáíÝò áðáíôÞóåéò. (á) ÊáôÜ ôçí êáýóç ðáñÜãåôáé Ýíá áÝñéï õëéêü, ðïõ óâÞíåé ìå êÜðïéï ôñüðï ôç öëüãá. (â) ÊáôÜ ôçí êáýóç êáôáíáëþíåôáé Ýíá õëéêü, ðïõ õðÜñ÷åé óôïí áÝñá. ~Ïôáí áõôü ôï õëéêü åîáíôëçèåß, ç êáýóç óôáìáôÜ. Ó×ÇÌÁ 1-17.

ÌÝñïò Ã. 1. ÔïðïèåôÞóôå ìßá öéÜëç Erlenmeyer ôùí 250 ml ðÜíù áðü Ýíá áíáììÝíï êåñß, üðùò óôï Â-1. ~Ïôáí óâÞóåé ç öëüãá ôïõ êåñéïý, ôïðïèåôÞóôå ôç öéÜëç üñèéá ðÜíù óôï ôñáðÝæé. ÐÜñôå ìßá äåýôåñç, êáèáñÞ öéÜëç Erlenmeyer ôùí 250 ml, ôçí ïðïßá èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ùò ìÜñôõñá. Ïé åðéóôÞìïíåò ÷ñçóéìïðïéïýí ôïí üñï ìÜñôõñáò, ãéá íá åêôåëÝóïõí Ýíá ðåßñáìá üìïéï óå üëåò ôéò ëåðôïìÝñåéåò ìå áõôü ðïõ ôïõò áðáó÷ïëåß åêôüò áðü ìßá. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ìÜñôõñá èá äéáðéóôþóïõí, áí êÜðïéï áðïôÝëåóìá ïöåßëåôáé óôïí ðáñÜãïíôá ðïõ åîåôÜæïõí êÜèå öïñÜ Þ óå êÜôé Üëëï. Óôçí ðåñßðôùóç ðïõ åîåôÜæåôå ôþñá, áí ç öéÜëç-ìÜñôõñáò äþóåé ôá ßäéá áðïôåëÝóìáôá ìå áõôÞí ðïõ Þôáí ðÜíù áðü ôï êåñß, ôüôå äåí èá Ý÷åé áðïäåé÷èåß ôßðïôá. Áí üìùò ìüíï ç öéÜëç ðïõ Þôáí ðÜíù áðü ôï êåñß äßíåé êÜðïéá áíôßäñáóç ìå ôï áóâåóôüíåñï, ôüôå èá ðñÝðåé ôï êåñß ðïõ êáßãåôáé íá Ý÷åé êÜðïéá ó÷Ýóç ìå áõôü. ÐñïóèÝóôå 25 ml áóâåóôüíåñï óå êÜèå ìßá áðü ôéò öéÜëåò, áíáäåýóáôå ôï äéÜëõìá êáé óôéò äýï óõã÷ñüíùò, ìÝ÷ñé íá ðáñáôçñÞóåôå êÜðïéá áëëáãÞ. 2. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò ãõÜëéíïõ óùëÞíá Þ ìå Ýíá êáëáìÜêé öõóÞîôå ìÝóá óå ìßá ôñßôç öéÜëç ðïõ ðåñéÝ÷åé ëßãï áóâåóôüíåñï. 3. Ãéá óýíôïìï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá áöÞóôå íá ðåñÜóïõí ìåñéêÝò öõóáëßäåò áåñßïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá ìÝóá óå ìßá ôÝôáñôç öéÜëç, ðïõ ðåñéÝ÷åé ëßãï áóâåóôüíåñï. Ôï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá ìðïñåß íá ðñïÝñ÷åôáé áðü ìßá ìéêñÞ óõóêåõÞ ðáñáóêåõÞò äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá Þ áðü öéÜëç ðéÝóåùò ðïõ ðåñéÝ÷åé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá õðü ðßåóç. Áðü ü,ôé öáßíåôáé, ç êáýóç ðáñÜãåé ðñÜãìáôé ìßá íÝá áÝñéá ïõóßá, ðïõ èïëþíåé ôï áóâåóôüíåñï. Ðïéá áðü ôéò äýï ðéèáíÝò áðáíôÞóåéò ðïõ ðñïôåßíïíôáé óôï ôÝëïò ôïõ  ìÝñïõò åßíáé Üñáãå óùóôÞ; Áí ðáñÜãåôáé Ýíá íÝï áÝñéï õëéêü, ôüôå èá ðñÝðåé íá åßíáé óùóôÞ ç áðÜíôçóç á. Áðïäåß÷èçêå ìå ôá ðéï ðÜíù üôé åßíáé óùóôÞ; Ôï Ä ìÝñïò èá óáò âïçèÞóåé íá áðïöáóßóåôå.

ÌÝñïò Ä. 1. ÊñáôÞóôå ìßá åõñýëáéìç öéÜëç ôùí 250 ml áíÜðïäá êáé áöÞóôå íá äéáöýãåé áðü ôçí öéÜëç ðéÝóåùò óôï åóùôåñéêü ôçò åõñýëáéìçò, ñåýìá áåñßïõ áæþôïõ. ~Ïôáí áíôéêáôáóôáèåß üëïò ï áÝñáò ôçò öéÜëçò áðü êáèáñü Üæùôï, ôïðïèåôÞóôå ôçí ãñÞãïñá ðÜíù áðü ôï áíáììÝíï êåñß. Ôé ðáñáôçñåßôå; 2. ÊñáôÞóôå ìßá öéÜëç ôùí 250 ml áíÜðïäá êáé äéáâéâÜóôå ìÝóá óå áõôÞí

22

ëßãï áÝñéï ïîõãüíï. Ðñïóï÷Þ: íá ìçí áíôéêáôáóôÞóåôå üëïí ôïí áÝñá ìå êáèáñü ïîõãüíï, áëëÜ ìüíï ôï Ýíá ôñßôï ðåñßðïõ áõôïý. ÔïðïèåôÞóôå êáé áõôÞí ôç öéÜëç ðÜíù áðü Ýíá áíáììÝíï êåñß. Óçìåéþóôå êÜèå áëëáãÞ óôç óõìðåñéöïñÜ êáýóåùò ôïõ êåñéïý, êáèþò êáé ãéá ðüóï ÷ñüíï åîáêïëïõèåß íá êáßãåôáé. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Óå ôé óõìðåñÜóìáôá ïäçãïýìáóôå áðü ôï ðåßñáìá áõôü; 2. ÌÞðùò ïé åíäåßîåéò ðåñéïñßæïõí ôç äõíáôüôçôá íá õðÜñ÷åé êÜôé Üëëï åêôüò áðü ôï íåñü, ðïõ ðñïêÜëåóå ôéò áëëáãÝò ðïõ ðáñáôçñÞèçêáí óôï ÷áñôß ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ êïâáëôßïõ; ÄéêáéïëïãÞóôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. 3. Áí ôï ëåðôü õãñü óôñþìá óôçí åóùôåñéêÞ åðéöÜíåéá ôçò öéÜëçò åßíáé íåñü, ôüôå áðü ðïý ðñïÝñ÷åôáé; 4. Ðïéá åßíáé ôá äýï ðñïúüíôá ôçò êáýóåùò ôùí ïðïßùí ôçí ôáõôüôçôá Ý÷åôå ðñïóäéïñßóåé; 5. ÔÝëïò, ìå âÜóç ôéò ðáñáôçñÞóåéò óáò, åîçãÞóôå üóï ôï äõíáôüí ëïãéêüôåñá ãéáôß ôï êåñß óâÞíåé, üôáí ôï óêåðÜóïìå. ÕðÜñ÷åé êÜðïéïò ëüãïò, ðïõ ìáò áíáãêÜæåé íá õðïèÝóïìå üôé ôï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá Þ ôï Üæùôï åßíáé áõôü ðïõ ôï óâÞíåé; ÓÕÌÐËÇÑÙÌÁÔÉÊÅÓ ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÅÉÓ

1. Áí ï ÷ñüíïò ôï åðéôñÝðåé, ßóùò ìðïñåßôå íá äïêéìÜóåôå ôï áêüëïõèï ðåßñáìá ìå óêïðü íá âñåßôå ìéá ðéï éêáíïðïéçôéêÞ áðÜíôçóç óôï ðñüâëçìá 5. Ãåìßóôå äýï öéÜëåò ôùí 250 ml ìå íåñü. ÓêåðÜóôå ôéò ìå ìßá ãõÜëéíç ðëÜêá êáé âõèßóôå ôéò áíåóôñáììÝíåò ìÝóá óå ìßá êáôóáñüëá Þ ëåêÜíç, ðïõ ðåñéÝ÷åé ôïõëÜ÷éóôïí 2-3 åêáôïóôÜ íåñü. Ðñïóáñìüóôå Ýíá ëáóôé÷Ýíéï óùëÞíá óå ìßá öéÜëç ðéÝóåùò ïîõãüíïõ êáé äéáâéâÜóôå áÝñéï ïîõãüíï ìÝóá óôçí êáèåìéÜ, ìÝ÷ñé íá áíôéêáôáóôáèåß ìå ïîõãüíï ðåñßðïõ ôï ìéóü áðü ôï íåñü ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óôç öéÜëç. Óôç óõíÝ÷åéá äéáâéâÜóôå áÝñéï Üæùôï ìÝóá óôç ìßá öéÜëç, Ýùò üôïõ öýãåé üëï ôï íåñü. Óôçí Üëëç öéÜëç äéáâéâÜóôå áÝñéï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, þóôå íá áðïìáêñõíèåß åðßóçò üëï ôï íåñü. Áðïìáêñýíåôå ôéò öéÜëåò áðü ôçí êáôóáñüëá ìå ôï íåñü, ôç ìßá ìåôÜ ôçí Üëëç, êáé ôïðïèåôÞóôå ôçí êáèåìéÜ ðÜíù áðü Ýíá áíáììÝíï êåñß. ÌåôñÞóôå ãéá ðüóï ÷ñüíï åîáêïëïõèåß ôï êÜèå êåñß íá êáßãåôáé. Ìðïñåßôå ôþñá íá ðåßôå ôé åßíáé áõôü, ðïõ óôçí ðñáãìáôéêüôçôá áíáãêÜæåé ôï êåñß íá êáßãåôáé Þ íá ìçí êáßãåôáé; 2. Áöïý ôá ðåéñáìáôéêÜ óáò áðïôåëÝóìáôá ïäçãïýí óôï óõìðÝñáóìá üôé ç áíáðíïÞ óáò ðåñéÝ÷åé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, ðñïóðáèÞóôå íá âñåßôå, áí óôá ðñïúüíôá ôçò åêðíïÞò õðÜñ÷åé åðßóçò êáé ïîõãüíï. Ãåìßóôå ìßá öéÜëç ôùí 250 ml ìå íåñü êáé áíáóôñÝøôå ôçí ìÝóá óå ìßá êáôóáñüëá, üðùò ðñïçãïõìÝíùò. ÐÜñôå ìßá âáèéÜ áíáðíïÞ êáé äéáâéâÜóôå ôïí áÝñá ôçò åêðíïÞò óáò ìÝóá áðü Ýíá ëáóôé÷Ýíéï óùëÞíá óôç öéÜëç, ìÝ÷ñé íá öýãåé üëï ôï íåñü. ÔïðïèåôÞóôå ôç öéÜëç ðÜíù áðü Ýíá áíáììÝíï êåñß êáé ðáñáôçñÞóôå áí ôï êåñß óõíå÷ßóåé íá êáßãåôáé. Áí êáßãåôáé ðñÜãìáôé,

Ðåñßëçøç. Ç åðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäïò óõíïøßæåôáé óôéò ðáñáêÜôù åíÝñãåéåò: (1) Ãßíïíôáé ðñïóåêôéêÝò ðáñáôçñÞóåéò. (2) Ïé ðáñáôçñÞóåéò êáôáãñÜöïíôáé áìÝóùò êáé ìå áêñßâåéá. (3) Ôá óôïé÷åßá ðïõ Ý÷ïõí êáôáãñáöåß ïñãáíþíïíôáé,

óõíÞèùò ìå ôç ìïñöÞ ìéáò ãñáöéêÞò ðáñáóôÜóåùò. (4) ÅîåôÜæåôáé áí ôá óôïé÷åßá áõôÜ áêïëïõèïýí êÜðïéïõò ÷áñáêôçñéóôéêïýò êáíüíåò. (5) Ïé åðéóôÞìïíåò óôç óõíÝ÷åéá áíáæçôïýí ôçí áéôßá ôçò õðÜñîåùò ôùí

23

ôõ÷üí ÷áñáêôçñéóôéêþí, ðïõ Ý÷ïõí äéáðéóôùèåß. (6) Ôá áðïôåëÝóìáôá ôçò åðéóôçìïíéêÞò åñãáóßáò êïéíïðïéïýíôáé êáôÜ ôïí ðéï óáöÞ ôñüðï óå Üëëïõò. ÂÝâáéá, ôá áðïôåëÝóìáôá êáé ôá óõìðåñÜóìáôá áðü Ýíá ðåßñáìá óõíÞèùò äçìéïõñãïýí áêüìç ðåñéóóüôåñåò åñùôÞóåéò. Ãéá ôï óêïðü áõôü ãßíïíôáé íÝá ðåéñÜìáôá êáé ðáñáôçñÞóåéò, þóôå íá áðïêôÞóïõìå ìßá êáëýôåñç áíôßëçøç ãéá ôç öýóç, êáé üëç áõôÞ ç ðïñåßá óõíå÷þò åðáíáëáìâÜíåôáé.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ãéáôß åßíáé óçìáíôéêü ãéá ôïõò åðéóôÞìïíåò íá áíáêïéíþíïõí ôá áðïôåëÝóìáôá ôçò åñãáóßáò ôïõò êáé óå Üëëïõò; 2. Ãéáôß èá ðñÝðåé íá êáôáãñÜöïíôáé ïé ðáñáôçñÞóåéò áìÝóùò; 3. Ôé åßäïõò äéåõèåôÞóåéò âïçèïýí óôï íá âñåèåß ìéá êáíïíéêüôçôá óôá åñãáóôçñéáêÜ áðïôåëÝóìáôá; 4. ~Oôáí Ýíá êåñß êáßãåôáé, ðïéåò åßíáé ïé ïõóßåò ðïõ êáôáíáëþíïíôáé êáé ðïéåò ðáñÜãïíôáé;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Xçìåßá åßíáé ç åðéóôÞìç, ðïõ áó÷ïëåßôáé ìå ôá õëéêÜ. Ïé éäéüôçôåò êáé ç óýóôáóç ôùí õëéêþí, êáèþò êáé ï ôñüðïò ðïõ Ýíá õëéêü ìåôïõóéþíåôáé óå Ýíá Üëëï, åßíáé ôá êýñéá åíäéáöÝñïíôá åíüò ÷çìéêïý. Ïé ÷çìéêïß ìåëåôïýí áêüìç ôéò åíåñãåéáêÝò ìåôáâïëÝò ðïõ óõíôåëïýíôáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá áõôþí ôùí ìåôïõóéþóåùí. ~Ï,ôé ãíùñßæáìå ìÝ÷ñé óÞìåñá ãéá ôç ÷çìåßá áëëÜ êáé ü,ôé èá áíáêáëõöèåß óôï ìÝëëïí åßíáé êáé ðñÝðåé íá åßíáé áðïôåëÝóìáôá ðïõ âáóßæïíôáé óå ðáñáôçñÞóåéò êáé ðåéñÜìáôá. ~Åíá ðåßñáìá äå åßíáé ôßðïôá Üëëï áðü ìßá

ðñïó÷åäéáóìÝíç êáé åëåã÷üìåíç óåéñÜ ðáñáôçñÞóåùí. Ç óõëëïãÞ ôùí ðåéñáìáôéêþí äåäïìÝíùí áðïôåëåß ìüíï ôï ðñþôï âÞìá ôçò åðéóôçìïíéêÞò ìåèüäïõ. Ôá öáéíüìåíá èá ðñÝðåé íá êáôáãñáöïýí, íá ïñãáíùèïýí êáé íá áíáëõèïýí, ìå áíôéêåéìåíéêü óêïðü ôçí åîåýñåóç êáíüíùí. ÔÝëïò ðñÝðåé íá áíáæçôçèïýí êáé åñìçíåßåò. ~Ïëá áõôÜ ïäçãïýí óõíÞèùò óå íÝá ðåéñÜìáôá, þóôå íá äïèïýí áðáíôÞóåéò êáé óôéò íÝåò åñùôÞóåéò, ðïõ ðñïêýðôïõí êÜèå öïñÜ. Åðßóçò åßíáé óçìáíôéêü ïé åðéóôÞìïíåò íá áíáêïéíþíïõí ôá áðïôåëÝóìáôÜ ôïõò óå Üëëïõò.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ôéò ôåëåõôáßåò äåêáåôßåò Ý÷åé óôïí ðëáíÞôç ìáò óçìåéùèåß ðëçèõóìéáêÞ Ýêñçîç. Óå ðïëëÝò ÷þñåò ïé ïéêïäïìéêÝò åôáéñåßåò äåí óôÜèçêáí éêáíÝò íá ðáñáêïëïõèÞóïõí áõôÞí ôç ìåãÜëç áýîçóç ôïõ ðëçèõóìïý. Êáôáñôßóôå Ýíáí ðßíáêá äïìéêþí õëéêþí, ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí åðß óåéñÜ åôþí ãéá ôçí êáôáóêåõÞ óðéôéþí. Óôç óõíÝ÷åéá öôéÜîôå Ýíáí Üëëï ðßíáêá ðïõ íá ðåñéÝ÷åé õëéêÜ, ôá ïðïßá Ý÷ïõí áíáðôõ÷èåß ðñüóöáôá êáé åßôå ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óå ïéêïäïìéêÝò êáôáóêåõÝò åßôå åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ãé’ áõôüí ôï óêïðü. 2. Ðïëëïß Üíèñùðïé ðéóôåýïõí Þ õðïðôåýïíôáé üôé ç âéïìç÷áíéêÞ ñýðáíóç åðçñåÜæåé óçìáíôéêÜ ôç æùÞ ôïõò, üðùò êáé ôçí åñãáóßá êáé ôá åéóïäÞìáôÜ ôïõò. Áêïëïõèåß Ýíá

ðñáêôéêü ðñüâëçìá, ðïõ èá ìðïñïýóå ðïëý åýêïëá íá ðñïêýøåé. Ìßá êôçíïôñïöéêÞ ìïíÜäá ãáëáêôïêïìéêþí ðñïúüíôùí áðÝ÷åé ðåñßðïõ 20 ÷éëéüìåôñá áðü ìßá ìåãÜëç ÷çìéêÞ âéïìç÷áíßá. ~Ïëï ôï íåñü ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ôï ðñïìçèåýåôáé áðü Ýíá âáèý áñôåóéáíü ðçãÜäé. ÌåôÜ áðü ðïëëÜ ÷ñüíéá ðñïóåêôéêÞò åêôñïöÞò, ìå éäéáßôåñç ìÜëéóôá ðñïóï÷Þ óôéò áðáéôÞóåéò äéáôñïöÞò ôùí áãåëÜäùí ôïõ, ï êôçíïôñüöïò Ý÷åé êáôïñèþóåé íá äçìéïõñãÞóåé Ýíá õãéÝò êïðÜäé áãåëÜäùí, ðïõ ðáñÜãïõí ìåãÜëç ðïóüôçôá ãÜëáêôïò. Ìßá ìÝñá üìùò ðñüóåîå üôé ïé áãåëÜäåò ôïõ äåí Þôáí ôï ßäéï äñáóôÞñéåò üðùò Üëëïôå. Êáé ü÷é ìüíï áõôü, áëëÜ ìåôÜ áðü ÷ñüíéá Üñ÷éóå íá ìåéþíåôáé áéóèçôÜ ç ðáñáãùãÞ óå ãÜëá.

24

Áí êáé ç ãíþóç óáò ãýñù áðü ôçí åðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäï åßíáé ðåñéïñéóìÝíç ôþñá óôçí áñ÷Þ, êáôáãñÜøôå Ýíáí êáôÜëïãï, ðïõ íá ðåñéÝ÷åé üëåò ôéò åíÝñãåéåò óôéò ïðïßåò èá ðñïÝâáéíå Ýíáò åðéóôÞìïíáò, ðñïóðáèþíôáò íá âñåé ôç ëýóç óôï ðñüâëçìá ôïõ êôçíïôñüöïõ. 3. Óôï êåöÜëáéï áõôü áíáöÝñèçêå üôé ç åðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäïò åßíáé ìßá ðñïóðÜèåéá íá ãßíåé ç åðéóôçìïíéêÞ áëÞèåéá áíôéêåéìåíéêüôåñç, äçëáäÞ áíåîÜñôçôç áðü áíèñþðéíç äýíáìç Þ áäõíáìßá, ìáôáéïäïîßá, óõìöÝñïíôá, ðñïêáôáëÞøåéò Þ áðü êÜèå Üëëç áíïçóßá. Ðþò åîçãåßôå ôï ãåãïíüò üôé ðïëëïß óõììáèçôÝò óáò Ýêáíáí ðáñáôçñÞóåéò ðÜíù óôï áíáììÝíï êåñß, ôéò ïðïßåò åóåßò ïýôå êáí ðñïóÝîáôå Þ óêåöôÞêáôå íá ôéò êáôáãñÜøåôå; 4. Áò õðïèÝóïìå üôé âãÜæåôå áðü ôï øõãåßï ìßá èÞêç ìå ðáãÜêéá êáé âñßóêåôå üôé ç èåñìïêñáóßá ôïõò åßíáé -15°C. Áí èåùñÞóïìå ãíùóôü üôé ï ðÜãïò ëéþíåé óôïõò 0°C, íá êáôáóêåõÜóåôå ìßá ðñü÷åéñç êáìðýëç ôçò ãñáöéêÞò ðáñáóôÜóåùò ìå ôéò äéÜöïñåò èåñìïêñáóßåò ôïõ ðÜãïõ êáèþò ìåôáôñÝðåôáé óôáäéáêÜ óå íåñü, óå óõíÜñôçóç ìå ôï ÷ñüíï. 5. ÄéêáéïëïãÞóôå ôç ìïñöÞ ôçò êáìðýëçò ðïõ ó÷åäéÜóáôå óôçí åñþôçóç 4. ÌÞðùò Ý÷åé êáìéÜ ïìïéüôçôá ìå áõôÞí ðïõ ðñïÝêõøå óôï ðåßñáìá ìå ôï ðáñáäé÷ëùñïâåíæüëéï; Áí íáé, ðïéïõò ðåñéïñéóìïýò ðñÝðåé íá èÝóåôå ðñéí ó÷åäéÜóåôå ôçí êáìðýëç; ×ùñßò íá ìåôñÞóåôå óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ôç ìåôáâïëÞ èåñìïêñáóßáò ôùí êýâùí ôïõ ðÜãïõ ðïõ ëéþíåé, ðïéá Üëëç ðëçñïöïñßá ÷ñåéÜæåóèå, ãéá íá âåâáéùèåßôå üôé ç êáìðýëç, üðùò ôçí ðñïâëÝøáôå, åßíáé óùóôÞ; 6. Ìå ôç ìåëÝôç ôçò ÷çìåßáò åßíáé äõíáôüí íá áðïêôÞóåôå ôç óõíÞèåéá íá êÜíåôå ðñïóåêôéêÝò ðáñáôçñÞóåéò. ÁõôÞ ç óõíÞèåéá åßíáé ÷ñÞóéìç êáé óå ðïëëïýò Üëëïõò ôïìåßò. ÁíáöÝñáôå ìåñéêÜ ðáñáäåßãìáôá ôçò óçìáíôéêÞò áîßáò ðïõ Ý÷ïõí ïé áêñéâåßò ðáñáôçñÞóåéò óå ðåäßá åíôåëþò äéáöïñåôéêÜ, üðùò ç íïìïèåóßá êáé ïé áõôïêéíïýìåíåò êáôáóêåõÝò. 7. Ðïéá íïìßæåôå üôé åßíáé ç óçìáóßá åíüò

åëåã÷üìåíïõ ðåéñÜìáôïò; Ðüóåò óõíèÞêåò ôïõ ðåéñÜìáôïò èá ðñÝðåé íá ìåôáâÜëëåôå êÜèå öïñÜ, þóôå íá âãÜëåôå ôá êáëýôåñá óõìðåñÜóìáôá áðü ôï ðåßñáìá; 8. Ôá óôïé÷åßá ðïõ áêïëïõèïýí åëÞöèçóáí óå Ýíá åñãáóôÞñéï, üôáí ìåôñÞèçêå ï üãêïò åíüò áåñßïõ óå äéáöïñåôéêÝò èåñìïêñáóßåò. Ïé èåñìïêñáóßåò ìåôñÞèçêáí óå Kelvins (Kelvin åßíáé ç ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ôçò èåñìïêñáóßáò, ¼ãêïò áåñßïõ (ml)

Èåñìïêñáóßá (K)

300 350 400 450 500 550 600

273 318 364 409 455 500 546

ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé éäéáßôåñá áðü ôïõò åðéóôÞìïíåò. ÐåñéãñÜöåôáé óôï êåöÜëáéï 6). (á) Äéáôõðþóôå ìå ìßá öñÜóç ôç ó÷Ýóç ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôïí üãêï ôïõ áåñßïõ êáé ôç èåñìïêñáóßá. (â) ÊáôáóêåõÜóôå ìßá ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç, ðïõ íá áðåéêïíßæåé ôçí õðÜñ÷ïõóá ó÷Ýóç. (ã) ÃñÜøôå ìßá ìáèçìáôéêÞ åîßóùóç ãé’ áõôÞí ôç ó÷Ýóç. 9. Ó÷ïëéÜóôå ôá ðëåïíåêôÞìáôá ôïõ óõíïðôéêïý êáé ìåèïäéêïý ôñüðïõ êáôáãñáöÞò ôùí äåäïìÝíùí óôïé÷åßùí, ðïõ áöïñïýí óôéò óõíôåëïýìåíåò áëëáãÝò êáôÜ ôç äéÜñêåéá åíüò ðåéñÜìáôïò. Ðþò èá ïñãáíþóåôå Ýíáí ðßíáêá äåäïìÝíùí ãéá Ýíá ðåßñáìá, óôïí ïðïßï äåí åßóèå âÝâáéïé ôé áêñéâþò èá âñåßôå; 10. Ðïéåò ãíùóôÝò ôå÷íéêÝò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá íá ðáñïõóéáóèïýí ïðôéêÜ ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá óå êÜðïéïí Üëëïí; 11. Ãéáôß Ý÷åé ôüóï ìåãÜëç óçìáóßá ôï íá ãßíåôáé üóï ôï äõíáôüí ðéï ðñïóåêôéêÜ ï Ýëåã÷ïò ôùí óõíèçêþí åíüò ðåéñÜìáôïò; 12. Ãéá ðïéï ëüãï íïìßæåôå üôé åßíáé áðáñáßôçôç (Þ ü÷é áðáñáßôçôç) ç êáôáãñáöÞ üëùí ôùí

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÕÔÅÑÏ

~Õëç êáé ìÜæá

Ï áóôñïíáýôçò Edward White åíþ åñãÜæåôáé Ýîù áðü ôï äéáóôçìüðëïéï ÔæÝìéíé 4, óå ðåñéâÜëëïí üðïõ äåí õðÜñ÷åé åðßäñáóç ôçò âáñýôçôáò.

26

Åßíáé óçìáíôéêü ãéá óáò íá ìÜèåôå ðþò êáèïñßæåôáé ç ýëç, åðåéäÞ ç ÷çìåßá áó÷ïëåßôáé ìå ôéò ðïëëÝò ìïñöÝò ôçò ýëçò êáé ôéò ìåôáôñïðÝò ðïõ åßíáé äõíáôüí áõôÞ íá õðïóôåß. Ôé åßíáé áõôü ðïõ õðÜñ÷åé óå üëá ôá “õëéêÜ óþìáôá” êáé ðïõ âáóéóìÝíïé óå áõôü ôá ÷áñáêôçñßæïìå “õëéêÜ”; Ðïéá åßíáé ç ìÝèïäïò ðïõ ðñÝðåé íá áêïëïõèÞóïìå, ãéá íá ìåôñÞóïìå ôï ðïóü ôçò ýëçò ðïõ

õðÜñ÷åé óå êÜèå óþìá; ~Ïôáí ìåôáôñÝðåôáé ìéá ïõóßá óå ìéáí Üëëç Þ óå Üëëåò, ôï óõíïëéêü ðïóü ôçò ýëçò ðïõ ðñïûðÜñ÷åé åßíáé ôï ßäéï ìå ôï óõíïëéêü ðïóü ôçò ýëçò ðïõ ó÷çìáôßæåôáé; Ðñéí áêüìá áñ÷ßóåôå íá ìåëåôÜôå ôç ÷çìåßá ùò åðéóôÞìç ðñÝðåé íá ãíùñßóåôå ìåñéêÜ âáóéêÜ ðñÜãìáôá, ÷ñÞóéìá ãéá ôéò áðáíôÞóåéò ðïõ èá ÷ñåéáóèåß íá äþóåôå óå åñùôÞìáôá üðùò ôá ðéï ðÜíù.

Ôé åßíáé ç ýëç; 2.1 Ç âáóéêÞ éäéüôçôá ôçò ýëçò. Óôï êåöÜëáéï 1 ìÜèáôå üôé ÷çìåßá åßíáé ç åðéóôÞìç ôùí õëéêþí. Äåí Ýãéíå üìùò óáöÝò ôé åííïïýìå ìå ôç ëÝîç “õëéêÜ” ïýôå êáé ìå ôç ëÝîç “ýëç”. ÁõôÝò ïé äýï Ýííïéåò èá åîåôáóèïýí ðñïóåêôéêÜ óå áõôü ôï êåöÜëáéï. Óôá ðåéñÜìáôÜ óáò áó÷ïëçèÞêáôå ìå ðïëëÜ õëéêÜ óþìáôá. ~Çôáí öáíåñü üôé åß÷áí ðïëëÝò äéáöïñÝò. Ôï êåñß åßíáé ðéï ìáëáêü áðü ôï ÷áëêü êáé ëéþíåé ðïëý ðéï åýêïëá. Ï ÷áëêüò åßíáé óôéëðíüò êé Ý÷åé ÷áñáêôçñéóôéêü ÷ñþìá, åíþ ôï êáèáñü êåñß åßíáé Üóðñï*. Ôï èåéÜöé åßíáé êßôñéíï, áëëÜ ãßíåôáé ðéï óêïýñï, ó÷åäüí êáöÝ, üôáí ëéþíåé. Ï ÷áëêüò äéáôçñåß ôï ÷ñþìá ôïõ üôáí èåñìáíèåß êáé ëéþóåé, áí üìùò èåñìáíèåß ðéï Ýíôïíá óôïí áÝñá ãßíåôáé ìáýñïò. Ôï èåéÜöé äå üôáí èåñìáíèåß Ýíôïíá óôïí áÝñá êáßãåôáé ìå ìðëå öëüãá êáé åîáöáíßæåôáé, áêñéâþò üðùò åîáöáíßæåôáé êáé ôï êåñß ðïõ êáßãåôáé. Ôá ôñßá õëéêÜ, ÷áëêüò, èåéÜöé êáé êåñß, åìöáíßæïõí óçìáíôéêÜ äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò. Áóöáëþò ìðïñåßôå áêüìá íá óêåöèåßôå ðïëëÜ Üëëá õëéêÜ ìå äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò. ÏðùóäÞðïôå üìùò üëá Ý÷ïõí êÜôé êïéíü. Áðïôåëïýíôáé üëá áðü ýëç. Áêüìá êáé ôá áüñáôá áÝñéá ðïõ äçìéïõñãïýíôáé üôáí ôï êåñß Þ ôï èåéÜöé êáßãïíôáé, áðïôåëïýíôáé áðü ýëç. Ôï áÝñéï ðïõ äçìéïõñãåßôáé áðü ôçí êáýóç ôïõ èåßïõ äåí ðåñíÜåé áðáñáôÞñçôï åî áéôßáò ôçò Ýíôïíçò ïóìÞò ôïõ. ~Ïðùò åðßóçò äåí ðåñíïýí áðáñáôÞñçôá ôá äéÜöïñá Üïóìá êáé áüñáôá áÝñéá ðïõ õðÜñ÷ïõí óôïí áôìïóöáéñéêü áÝñá ãýñù ìáò, üôáí êéíïýíôáé ãñÞãïñá, üðùò *

Ó.ô.Ì. Ôï êåñß ðïõ ãßíåôáé áðü êçñÞèñåò ìåëéóóþí åßíáé êßôñéíï.

óõìâáßíåé óå ìéá áíåìïèýåëëá. Ïé ÷çìéêïß ðñïóðáèïýí íá êáôáíïÞóïõí ðþò åßíáé äõíáôüí ç ýëç íá Ý÷åé ôüóï äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò. ÁëëÜ ôé åííïïýí ëÝãïíôáò “ýëç”; Ðïéá åßíáé ç âáóéêÞ éäéüôçôá ôçò ýëçò; Óêåöèåßôå ðñþôá ôéò áðáíôÞóåéò óå ìåñéêÝò Üëëåò åñùôÞóåéò. Ãéáôß ï áÝñáò ðáñáìÝíåé ãýñù áðü ôç ãç êáé äåí äéáóêïñðßæåôáé óôï äéÜóôçìá; Ãéáôß ç ãÝöõñá ôïõ Ëïíäßíïõ êÜìðôåôáé ðñïò ôá êÜôù áíôß ðñïò ôá ðÜíù Þ ðñïò ôï ðëÜé; ÌÞðùò ïé áðáíôÞóåéò óáò Ý÷ïõí ùò ðñïûðüèåóç ìéá éäéüôçôá ðïõ åßíáé êïéíÞ óå üëåò ôéò ìïñöÝò ôçò ýëçò; Êáé âÝâáéá. ~Ïëá ôá õëéêÜ óþìáôá Ýëêïíôáé ðñïò ôç ãç. ÊÜèå ôé õëéêü Ý÷åé âÜñïò.

2.2 Ï Íüìïò ôçò Báñýôçôáò. Ç ðáñáôÞñçóç üôé üëåò ïé ìïñöÝò ôçò ýëçò Ýëêïíôáé ðñïò ôç ãç, äçëáäÞ Ý÷ïõí âÜñïò, åßíáé äõíáôüí íá áðïôåëÝóåé èåìåëéþäç ïñéóìü ôçò ýëçò. Ï ÉóáÜê Íåýôùí åß÷å êÜíåé ôéò ßäéåò ðáñáôçñÞóåéò ðñéí 300 êáé ðëÝïí ÷ñüíéá êáé åß÷å äéáôõðþóåé ôï Íüìï ôçò Âáñýôçôáò. Ï Íåýôùí õðïóôÞñéæå üôé ç äýíáìç Ýëîåùò, áíÜìåóá óôç ãç êáé óå êÜðïéï Üëëï óþìá, üðùò ð.÷. óå Ýíá ìÞëï ðïõ êñÝìåôáé áðü Ýíá äÝíôñï, Ý÷åé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá áìïéâáßá äñÜóç. Åßíáé ìéá áìïéâáßá Ýëîç ôçò ãçò ðñïò ôï ìÞëï, áëëÜ êáé ôïõ ìÞëïõ ðñïò ôç ãç. Áõôü ðïõ ôá åìðïäßæåé íá ðëçóéÜóïõí åßíáé üôé ôï ìÞëï åßíáé óôåñåùìÝíï óôï äÝíôñï. ~Ïôáí ôï ìÞëï êïðåß áðü ôï äÝíôñï, ôüôå ç ãç êáé ôï ìÞëï èá êéíçèïýí ôï êáèÝíá ðñïò ôï ìÝñïò ôïõ Üëëïõ. ÅðåéäÞ üìùò ç ãç åßíáé ðïëý ìåãÜëç êáé ôï ìÞëï ðïëý ìéêñü, èåùñïýìå üôé

27

ðñáêôéêÜ ôï ìÞëï åßíáé áõôü ðïõ ðñáãìáôïðïéåß üëç (ü÷é áðïëýôùò üëç) áõôÞí ôçí êßíçóç êé Ýôóé âëÝðïìå ôï ìÞëï íá ðÝöôåé ðñïò ôç ãç. Ï Íåýôùí äéáôýðùóå ôçí áêüëïõèç åîßóùóç, ãéá íá ðåñéãñÜøåé ôç äýíáìç F, ðïõ äñá áíÜìåóá óå äýï óþìáôá: 2

⎛ 6800 ⎞ ⎜ ⎟ ≅ 0 ,998 ⎝ 6807 ⎠

(1)

Ôá óýìâïëá Ì1 êáé Ì2 åêöñÜæïõí ôéò ìÜæåò ôùí äýï óùìÜôùí êáé ôï d ôç ìåôáîý ôïõò áðüóôáóç (ôï G åßíáé ìéá óôáèåñÜ áíïëïãßáò ðïõ âïçèÜ íá õðïëïãßóïìå ôçí ôéìÞ ôçò F, áí ãíùñßæïìå ôéò ôéìÝò ôùí Üëëùí ìåãåèþí). Ùò ìÜæá åíüò óþìáôïò ïñßæåôáé ôï ðïóü ôçò ýëçò ðïõ ðåñéÝ÷åé áõôü ôï óþìá. Áõôü éó÷ýåé ãéá ïðïéïäÞðïôå åßäïò ýëçò åßôå óêëçñÞò åßôå ìáëáêÞò, õãñÞò Þ óôåñåÞò, ïñáôÞò Þ áüñáôçò, Þ ïðïéáóäÞðïôå Üëëçò ìïñöÞò. Óôçí åîßóùóç (1) ÷ñçóéìïðïéÞèçêå ç óýíôïìç áëãåâñéêÞ ãñáöÞ ãéá íá áðåéêïíéóèïýí óõíïðôéêÜ äéÜöïñåò Ýííïéåò. Áí âáóéóèåß êÜðïéïò óôïí ôýðï, ìðïñåß íá ðñïâåß óôéò áêüëïõèåò ðáñáôçñÞóåéò: 1. Ç äýíáìç áíÜìåóá óå äýï óþìáôá áõîÜíåôáé áíÜëïãá ðñïò ôï ðïóü ôçò ýëçò ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óôï êáèÝíá (äçë. áíÜëïãá ðñïò ôç ìÜæá ôïõ). Áí äéðëáóéáóèåß ôï ðïóü ôçò ýëçò ôïý åíüò ç äýíáìç äéðëáóéÜæåôáé. Áí äéðëáóéáóèåß ôï ðïóü ôçò ýëçò êáé ôùí äýï, ç äýíáìç ôåôñáðëáóéÜæåôáé (2 x 2 = 4). 2. ~Ïôáí ôá óþìáôá áðïìáêñýíïíôáé, ç äýíáìç áíÜìåóÜ ôïõò åëáôôþíåôáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãá ðñïò ôï ôåôñÜãùíï ôçò áðïóôÜóåþò ôïõò. ~Åôóé, üôáí ç áðüóôáóç áíÜìåóá óôá äýï óþìáôá äéðëáóéáóèåß, ç ìåôáîý ôïõò äýíáìç èá åëáôôùèåß óôï Ýíá ôÝôáñôï (22 = 4) ôçò áñ÷éêÞò ôéìÞò ôçò. Ï Íüìïò ôçò Âáñýôçôáò äéáôõðþèçêå áðü ôï Íåýôùíá ìå âÜóç ôéò ðáñáôçñÞóåéò ðïõ åß÷áí êÜíåé ïé áóôñïíüìïé ó÷åôéêÜ ìå ôçí êßíçóç ôçò óåëÞíçò, ôçò ãçò êáé ôùí Üëëùí ðëáíçôþí. Áðü ôüôå ç ïñèüôçôá ôïõ íüìïõ åëÝã÷èçêå êáé åðéâåâáéþèçêå åðáíåéëçììÝíá ìå äéÜöïñá ðåéñÜìáôá ðïõ Ýãéíáí óôç ãç, áëëÜ êáé áðü áóôñïíïìéêÜ äåäïìÝíá. Ìå ëßãá ëüãéá, ï Íüìïò ôçò Âáñýôçôáò áíáêáëýöèçêå, åëÝã÷èçêå êáé áðïäåß÷èçêå ìå ôéò äéáäéêáóßåò áõôÝò ðïõ ïíïìÜæïìå åðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäï. ÓÞìåñá ôïí áðïäå÷üìáóôå ùò Ýíá öõóéêü íüìï. Ôïí ÷ñçóéìïðïéïýìå ÷ùñßò íá ðñïóðáèïýìå êÜèå

öïñÜ íá áðïäåßîïìå ôçí ïñèüôçôÜ ôïõ. Óõ÷íÜ ïé åðéóôÞìïíåò èåùñïýí áðáñáßôçôï íá áðïäå÷èïýí ôÝôïéïõò íüìïõò ÷ùñßò íá ôïõò åëÝãîïõí ìüíïé ôïõò. Èåùñïýí (÷ùñßò âåâáßùò íá åßíáé áðïëýôùò óßãïõñïé) üôé ôá óõìðåñÜóìáôá Üëëùí åðéóôçìüíùí ðïõ Ý÷ïõí åñãáóèåß ðñïóåêôéêÜ êáé ôá Ý÷ïõí ïñèÜ ôåêìçñéþóåé åßíáé óùóôÜ êáé áðïäåêôÜ. Êé áõôü ü÷é åðåéäÞ ôï åßðáí êÜðïéïé äéÜóçìïé åðéóôÞìïíåò (üðùò ï ÉóáÜê Íåýôùí), áëëÜ ãéáôß, ãéá íá öèÜóïõí óå áõôÜ ôá óõìðåñÜóìáôá, áêïëïýèçóáí óùóôÝò åðéóôçìïíéêÝò ìåèüäïõò. Áí ÷ñåéáóôåß, ìðïñïýí ðÜíôá íá åëÝãîïõí ãéá Üëëç ìéá öïñÜ áðü ôçí áñ÷Þ, ôçí ïñèüôçôÜ ôïõò. Áîßæåé íá óçìåéþóïìå üôé, áí êáé ï Íåýôùí Þôáí ßóùò Ýíáò áðü ôïõò ðéï éêáíïýò êáé ðáñáãùãéêïýò åðéóôÞìïíåò óôçí éóôïñßá ôùí öõóéêþí åðéóôçìþí, Ýêáíå êÜðïéá ëÜèç, ðïõ ôá åíôüðéóáí áñãüôåñá Üëëïé áêïëïõèþíôáò êáé ðÜëé ôçí åðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäï ÷ñçóéìïðïéþíôáò üìùò íåüôåñá äåäïìÝíá êáé êÜíïíôáò ëåðôüôåñïõò óõëëïãéóìïýò êáé ðáñáôçñÞóåéò. Ï Íüìïò ôçò Âáñýôçôáò âïçèÜåé óôçí êáôáíüçóç ôçò Ýííïéáò ôïõ âÜñïõò êáé ôçò ó÷Ýóåùò áíÜìåóá óå âÜñïò êáé ìÜæá. Áò õðïèÝóïìå üôé èÝëåôå íá ðñïóäéïñßóåôå ôç ìÜæá (Ì1) åíüò ìéêñïý óþìáôïò, ðÜíù óôç ãç. Áò ïíïìáóèåß Ì2 ç ìÜæá ôçò ãçò. ~Ïôáí ôá äýï óþìáôá áðëþò åöÜðôïíôáé (äçëáäÞ ôï Ýíá äåí åéó÷ùñåß ìÝóá óôï Üëëï), ç áðüóôáóç d áíÜìåóÜ

d (á)

d (â)

(ã)

Ó×ÇÌÁ 2-1. Ðþò êáèïñßæåôáé ç áðüóôáóç d áíÜìåóá óå äýï óþìáôá (á, â), ìå ôçí ðñïûðüèåóç üôé ôï Ýíá äåí åéó÷ùñåß ìÝóá óôï Üëëï (ã);

28

ôïõò, óôçí åîßóùóç (1), åßíáé ßóç ìå ôçí áðüóôáóç ôùí êÝíôñùí ôïõò, (ó÷. 2-1). ÁêñéâÝóôåñá åßíáé ßóç ìå ôçí áðüóôáóç ôùí êÝíôñùí ôçò ìÜæáò ôïõò. ÊÝíôñï ìÜæáò åßíáé ôï óçìåßï åêåßíï, óôï ïðïßï èá ìðïñïýóå íá óõìðõêíùèåß üëç ç ìÜæá åíüò óþìáôïò åîáêïëïõèþíôáò íá Ý÷åé, áðü Üðïøç âáñýôçôáò, ôç ßäéá åðßäñáóç óå Ýíá Üëëï óþìá. Áò õðïôåèåß åðßóçò üôé ç ãç åßíáé ìéá ôÝëåéá óöáßñá (äåí åßíáé áêñéâþò óöáßñá^ ôçí åðßäñáóç ôïõ ðñáãìáôéêïý ó÷Þìáôüò ôçò èá ôç äéåñåõíÞóïìå óôç óõíÝ÷åéá áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ). ~Åôóé, áí ïé ìåôñÞóåéò ãßíïíôáé óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò, ç áðüóôáóç ðïõ èá áíáãñáöåß óôçí åîßóùóç (1), èá åßíáé ðÜíôá ç ßäéá, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 2-2. Ìå âÜóç ôéò ðñïçãïýìåíåò õðïèÝóåéò ç åîßóùóç (1) ìåôáôñÝðåôáé óôçí åîßóùóç (2). Åäþ ôï Ì áíôéðñïóùðåýåé ôç ìÜæá ôçò ãçò, ôï R ôçí áêôßíá ôçò êáé ôï m ôç ìÜæá ôïõ áíôéêåéìÝíïõ ðïõ ìåôñïýìå óå Ýíá åñãáóôÞñéï, ðïõ âñßóêåôáé óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò. EðåéäÞ G, R êáé M åßíáé óôáèåñÜ, ôï GM/R2 èá åßíáé åðßóçò óôáèåñü. Áí ðáñáóôÞóïìå ôç óôáèåñÞ ôéìÞ ôïõ GM/R2 ìå C*, ôüôå Ý÷ïìå: F = mx

GM R

2

=m xC

(2)

~Åôóé ôï âÜñïò F åíüò ìéêñïý áíôéêåéìÝíïõ óå êÜðïéï óçìåßï ôçò åðéöÜíåéáò ôçò ãçò, åßíáé åõèÝùò áíÜëïãï ìå ôç ìÜæá ôïõ óþìáôïò. Äéáéñþíôáò êáé ôá äýï ìÝñç ôçò åîéóþóåùò (2) ìå ôï C, êáôáëÞãïìå óôçí áêüëïõèç åîßóùóç: 2

⎛ 6800 ⎞ ⎜ ⎟ ≅ 0 ,9 ⎝ 6807 ⎠

(3)

Ç åîßóùóç (3) äåß÷íåé üôé ç ìÜæá m åíüò óþìáôïò ìðïñåß íá ðñïóäéïñéóèåß, áí ìåôñçèåß ç äýíáìç Ýëîåùò áíÜìåóá óå áõôü êáé ôç ãç êáé óôç óõíÝ÷åéá äéáéñåèåß ìå ôç óôáèåñÜ C. ~Ïðùò åßäáôå, ç óôáèåñÜ C åîáñôÜôáé áðü éäéüôçôåò ôçò ãçò, äçëáäÞ ôç ìÜæá êáé ôçí áêôßíá ôçò.

2.3 ÌïíÜäåò ìÜæáò. Ãéá íá ìåôñÞóïìå ôç ìÜæá åíüò óþìáôïò, åßíáé áðáñáßôçôï íá êáèïñßóïìå êÜðïéá ìïíÜäá ìÜæáò. ÌïíÜäá åßíáé ìéá óôáèåñÞ êáé êáèïñéóìÝíç ðïóüôçôá åíüò ðñÜãìáôïò, ùò ðñïò ôçí ïðïßá åßíáé äõíáôü íá ìåôñçèïýí üëåò ïé *

rá

rÃ

rà + rá ≅ rÃ

Ó×ÇÌÁ 2-2. Ãéá áíôéêåßìåíá ðïõ âñßóêïíôáé óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò, ç áðüóôáóç áðü êÝíôñï óå êÝíôñï éóïýôáé ìå ôï Üèñïéóìá ôçò áêôßíáò ôçò ãçò rà êáé ôçò áêôßíáò ôïõ áíôéêåßìåíïõ rá ôï ïðïßï ðñáêôéêÜ åßíáé ßóï ìå ôï rà ôçò áêôßíáò ôçò ãçò (ãéáôß ôï rá åßíáé óõãêñéôéêÜ ðïëý ìéêñü).

Üëëåò ðïóüôçôåò ôïõ éäßïõ ðñÜãìáôïò. Ãéá ðáñÜäåéãìá ôï âïýôõñï ðùëåßôáé ìå ôï êéëü, ôá áõãÜ ìå ôç äùäåêÜäá êáé ôï ãÜëá ìå ôï ëßôñï. Ôï êéëü, ç äùäåêÜäá, ôï ëßôñï, åßíáé óõíçèéóìÝíåò ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãé’ áõôÜ ôá ôñüöéìá. Óôçí ÅëëÜäá ç íïìéóìáôéêÞ ìïíÜäá åßíáé ç äñá÷ìÞ. Áí èÝëåôå íá õðïëïãßóåôå ðüóá ÷ñÞìáôá Ý÷åôå, ìåôñÜôå ðüóåò äñá÷ìÝò Þ êáé ìÝñç ôçò äñá÷ìÞò Ý÷åôå. Óôéò Ç.Ð.Á ç íïìéóìáôéêÞ ìïíÜäá äåí åßíáé ç äñá÷ìÞ, áëëÜ ôï äïëÜñéï. Óôïí ÊáíáäÜ íïìéóìáôéêÞ ìïíÜäá åßíáé ðÜëé ôï äïëÜñéï, áëëÜ ôï äïëÜñéï ôïõ ÊáíáäÜ äåí åßíáé áêñéâþò ßäéï ìå áõôü ôùí Ç.Ð.Á. ~Áëëïôå ç ôéìÞ ôïõ åßíáé ìåãáëýôåñç êáé Üëëïôå ìéêñüôåñç. ÅîáñôÜôáé áðü ôéò ïéêïíïìéêÝò óõíèÞêåò êáé ôéò åìðïñéêÝò ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óôéò ÷þñåò áõôÝò. Óôçí Éôáëßá, ç íïìéóìáôéêÞ ìïíÜäá Ý÷åé Üëëï üíïìá (ëéñÝôá) êáé åíôåëþò äéáöïñåôéêÞ áîßá. ÕðÜñ÷ïõí äéÜöïñïé ëüãïé ðïõ åðéâÜëëïõí ôçí ýðáñîç ìåãÜëçò ðïéêéëßáò ìïíÜäùí ìåôñÞóåùò óôçí åìðïñéêÞ æùÞ. Ïé åðéóôÞìïíåò üìùò äåí åßíáé äõíáôüí íá äå÷èïýí êÜôé áíÜëïãï êáé ìÜëéóôá ãéá ìïíÜäåò ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå âáóéêÝò åðéóôçìïíéêÝò ìåôñÞóåéò. Åßíáé ëïãéêü íá

Ó.ô.Ì. Eäþ ôï óýìâïëï C ÷ñçóéìïðïéåßôáé áíôß ôïõ óõìâüëïõ g, ìå ôï ïðïßï óõíÞèùò óõìâïëßæåôáé ç åðéôÜ÷õíóç ôçò âáñýôçôáò.

29

ÑÜâäïò Õðïìü÷ëéï

Ó×ÇÌÁ 2-3. Ôï áíôßãñáöï áõôü ôïõ ðñïôýðïõ ÷éëéïãñÜììïõ öõëÜóóåôáé óôï Åèíéêü Ãñáöåßï Ðñïôýðùí ôùí ÇÐÁ.

õðÜñ÷åé Ýíá óýóôçìá ìïíÜäùí ìåôñÞóåùò ãéá üëåò ôéò âáóéêÝò ðïóüôçôåò ðïõ ìåôñïýí ïé åðéóôÞìïíåò, êáé ìÜëéóôá áõôü ôï óýóôçìá ìïíÜäùí íá ôï ÷ñçóéìïðïéïýí ïé åðéóôÞìïíåò óå üëï ôïí êüóìï. ÐñáãìáôéêÜ ïé åðéóôÞìïíåò ðñéí äéáêüóéá ðåñßðïõ ÷ñüíéá óõìöþíçóáí íá ÷ñçóéìïðïéïýí Ýíá ôÝôïéï óýóôçìá ìïíÜäùí, ôï ïðïßï èá ðñÝðåé íá åîåôÜóïìå. Åäþ èá áíáöåñèïýìå óôéò ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò ôçò ìÜæáò, åíþ ïé Üëëåò ìïíÜäåò èá ìåëåôçèïýí ðáñáêÜôù. Ç äéåèíÞò åðéóôçìïíéêÞ ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ôçò ìÜæáò åßíáé ôï ÷éëéüãñáììï (Þ êéëü, kg). Åßíáé ìéá êáèïñéóìÝíç ìïíÜäá, äçëáäÞ Ý÷åé ïñéóèåß íá éóïýôáé ìå ôç ìÜæá åíüò óõãêåêñéìÝíïõ ðñïôýðïõ. Ôï ðñüôõðï ÷éëéüãñáììï åßíáé Ýíá êïììÜôé ìåôÜëëïõ ëåõêï÷ñýóïõ, ðïõ öõëÜóóåôáé óôïí Ðýñãï ôùí Óåâñþí, óå Ýíá ðñïÜóôåéï ôïõ Ðáñéóéïý. ~Å÷ïõí ãßíåé áñêåôÜ áíôßãñáöá áõôïý ôïõ ðñïôýðïõ. ~Åíá áðü áõôÜ åßíáé êáé ôï åéêïíéæüìåíï óôï ó÷Þìá 23, ðïõ âñßóêåôáé óôï Åèíéêü Ãñáöåßï Ðñïôýðùí ôùí ÇÐÁ. ÅðåéäÞ ç ìïíÜäá áõôÞ, äçëáäÞ ôï ÷éëéüãñáììï, åßíáé ó÷åôéêÜ ìåãÜëç ãéá åñãáóôçñéáêÝò ìåôñÞóåéò, óõíÞèùò ÷ñçóéìïðïéåßôáé áðü ôïõò ÷çìéêïýò, áíôß ãé’ áõôü, ôï ãñáììÜñéï, ðïõ Ý÷åé ïñéóèåß üôé éóïýôáé ìå ôï Ýíá ÷éëéïóôü ôïõ ÷éëéïãñÜììïõ (kg). 1 ÷éëéüãñáììï = 1000 ãñáììÜñéá (g). 1 ãñáììÜñéï = 0,001 ÷éëéüãñáììï (kg).

2.4 ÌÝôñçóç ôçò ìÜæáò. ÕðÜñ÷ïõí äýï ôñüðïé ìåôñÞóåùò ôçò ìÜæáò. Ï Ýíáò åßíáé ìå Üìåóç óýãêñéóç. Óå áõôÞí ôçí

(á)

Äåßêôçò

Êëßìáêá (â)

Ó×ÇÌÁ 2-4. Äýï ôýðïé åíüò áðëïý æõãïý, ðïõ åßíáé äõíáôü íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò ìÜæáò åíüò áíôéêåéìÝíïõ, óõãêñßíïíôÜò ôï ìå êÜðïéï ðñüôõðï. Ç ðñïóèÞêç óôï æõãü (â) ôïõ äåßêôç êáé ôçò êëßìáêáò ôïí êáèéóôïýí ðéï åý÷ñçóôï.

ðåñßðôùóç ÷ñçóéìïðïéåßôáé ìéá óõóêåõÞ ðïõ ïíïìÜæåôáé æõãüò. Ï æõãüò áðïôåëåßôáé áðü ìßá ïñéæüíôéá ñÜâäï, ðïõ óôçñßæåôáé åðÜíù óå Ýíá ëåðôü êáôáêüñõöï óôÞñéãìá, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 2-4. Ç ñÜâäïò èá ðñÝðåé íá ôïðïèåôçèåß áðü ôçí áñ÷Þ Ýôóé, þóôå íá éóïññïðåß áðüëõôá. Ôï óçìåßï óôçñßîåùò ëÝãåôáé õðïìü÷ëéï. Áò õðïèÝóïìå üôé Ýíá áíôéêåßìåíï ãíùóôÞò ìÜæáò ôïðïèåôåßôáé óôïí Ýíá âñá÷ßïíá ôçò ñÜâäïõ, óå áêñéâþò êáèïñéóìÝíç áðüóôáóç áðü ôï õðïìü÷ëéï, êáé Ýíá Üëëï áíôéêåßìåíï ôïðïèåôåßôáé óôï Üëëï Üêñï ôçò ñÜâäïõ êáé óôçí ßäéá áêñéâþò áðüóôáóç áðü ôï õðïìü÷ëéï. Áí ç ñÜâäïò åîáêïëïõèåß íá éóïññïðåß, óõìðåñáßíïìå üôé ôá äýï áíôéêåßìåíá Ý÷ïõí ôçí ßäéá ìÜæá. Áí ç óýãêñéóç ãßíåé óôïí áÝñá, ôï óõìðÝñáóìá èá

30

Õðïìü÷ëéï (áêìÞ óôçñßîåùò) Êëßìáêá ÑÜâäïò æõãïý

ÉððÝáò

Äßóêïò ôïõ æõãïý

Ó×ÇÌÁ 2-5. Ìéá áêüìç ðáñáëëáãÞ ôïõ áðëïý æõãïý.

åßíáé ìåñéêþò ëáíèáóìÝíï ãéá ôïõò ëüãïõò ðïõ èá áíáðôõ÷èïýí óôçí ðáñÜãñáöï 2.7. Ï æõãüò ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 2-4 åßíáé äõíáôüí íá ãßíåé áêüìá ðéï åý÷ñçóôïò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò õðïèÝóïìå üôé Ýíá óþìá Üãíùóôçò ìÜæáò ôïðïèåôåßôáé óå áðüóôáóç d áðü ôï õðïìü÷ëéï êáé üôé, ãéá íá éóïññïðÞóåé ç ñÜâäïò, ðñÝðåé íá ôïðïèåôÞóïìå Ýíá Üëëï óþìá ãíùóôÞò ìÜæáò óå áðüóôáóç d/2. Ôüôå ç ìÜæá ôïõ Üãíùóôïõ áíôéêåéìÝíïõ èá éóïýôáé ìå ôï ìéóü ôçò ìÜæáò ôïõ ãíùóôïý. Åêôåëþíôáò ðåñéóóüôåñá ðåéñÜìáôá äéáðéóôþíïìå üôé éóïññïðßá åðéôõã÷Üíåôáé ðÜíôïôå üôáí ôï ãéíüìåíï ôçò ìÜæáò åðß ôçí áðüóôáóç ôïõ åíüò áíôéêåéìÝíïõ áðü ôï õðïìü÷ëéï åßíáé ßóï ìå ôï ãéíüìåíï ôçò ìÜæáò åðß ôçí áðüóôáóç ôïõ Üëëïõ áíôéêåéìÝíïõ áðü ôï õðïìü÷ëéï. ~Åôóé, ðñïêåéìÝíïõ ãéá äýï ôõ÷áßåò ìÜæåò m1 êáé m2 óå áðüóôáóç d1 êáé d2 áíôßóôïé÷á áðü ôï êÝíôñï óôçñßîåùò ôçò ñÜâäïõ (õðïìü÷ëéï), éó÷ýåé ç áêüëïõèç åîßóùóç: m1 d1 = m2 d2

Áí ãíùñßæïìå ôç ìÜæá ôïõ äåýôåñïõ áíôéêåéìÝíïõ (m2) åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãßóïìå ôç ìÜæá ôïõ ðñþôïõ (m1) ùò åîÞò: 2

⎛ 6800 ⎞ ⎜ ⎟ ≅ 0 ,998 ⎝ 6807 ⎠

Ç áñ÷Þ áõôÞ ÷ñçóéìïðïéåßôáé êáé óôï æõãü ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 2-5, üðïõ ôï áíôßâáñï ôçò êëßìáêáò (éððÝáò) åßíáé Ýíá áíôéêåßìåíï ãíùóôÞò ìÜæáò. Ôï óþìá ôçò Üãíùóôçò ìÜæáò (m1) ôïðïèåôåßôáé óôï äßóêï ôïõ æõãïý êáé ñõèìßæåôáé ç áðüóôáóç ôïõ áíôßâáñïõ áðü ôï óçìåßï óôçñßîåùò Ýôóé, þóôå íá éóïññïðÞóåé üëï ôï óýóôçìá. ~Ïóï ìåãáëýôåñç åßíáé ç ìÜæá ôïõ Üãíùóôïõ áíôéêåéìÝíïõ, ôüóï ìåãáëýôåñç èá åßíáé êáé ç áðüóôáóç êáôÜ ôçí ïðïßá èá ðñÝðåé íá ìåôáêéíçèåß ôï áíôßâáñï êáôÜ ìÞêïò ôïõ ÜîïíÜ ôïõ, áðü ôï óçìåßï óôçñßîåùò. Ãéá åõêïëßá ï Üîïíáò Ý÷åé âáèìïëïãçèåß áð’ åõèåßáò óå ìïíÜäåò ìÜæáò êáé Ý÷åé õðïäï÷Ýò, ãéá íá ôïðïèåôåßôáé ôï áíôßâáñï áóöáëÝóôåñá êáé ìå ìåãáëýôåñç áêñßâåéá. Ï æõãüò ôñéðëÞò öÜëáããáò

31

ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 2-8(â), ÷ñçóéìïðïéåßôáé óõíÞèùò óôá åðéóôçìïíéêÜ åñãáóôÞñéá. ~Ïðùò âëÝðåôå, åßíáé êáôÜ âÜóç ßäéïò ìå áõôüí ðïõ ðåñéãñÜøáìå ëßãï ðñéí óå áõôÞí ôçí ðáñÜãñáöï. Ìå ôï æõãü ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 2-5 Ý÷ïìå ÷Üóåé êáôÜ êÜðïéï ôñüðï ôçí Ýííïéá ôçò Üìåóçò óõãêñßóåùò ôçò Üãíùóôçò ìå ôç ãíùóôÞ ìÜæá. ÕðÜñ÷ïõí Üëëåò äéáôÜîåéò, üðïõ äåí ÷ñçóéìïðïéåßôáé êáèüëïõ ç áð’ åõèåßáò óýãêñéóç. Ïé äéáôÜîåéò áõôÝò åßíáé ãíùóôÝò ùò äõíáìüìåôñá êáé ç ÷ñÞóç ôïõò áðïôåëåß ìéá Üëëç âáóéêÞ ìÝèïäï ðñïóäéïñéóìïý ôçò ìÜæáò. ÓõíÞèùò ðåñéëáìâÜíïõí Ýíá åëáôÞñéï Þ êÜôé áíÜëïãï ðïõ íá åðéìçêýíåôáé Þ íá ðåñéóôñÝöåôáé, üôáí ðñïóáñìïóèåß ðÜíù ôïõò Ýíá áíôéêåßìåíï. Ôï ìÝãåèïò ôçò åðéìçêýíóåùò Þ ôçò ðåñéóôñïöÞò åßíáé áíÜëïãï ìå ôç ìÜæá ôïõ áíôéêåéìÝíïõ. ~Åíáò áðëüò æõãüò áõôïý ôïõ ôýðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 2-6. ÊÜèå äõíáìüìåôñï èá ðñÝðåé íá âáèìïëïãåßôáé, äçëáäÞ íá êáèïñßæåôáé ìå áêñßâåéá ç áýîçóç ôïõ ìÞêïõò ôïõ áíÜ ìïíÜäá ìÜæáò (ó÷. 2-7). Ãéá íá èåùñçèåß óùóôÞ ç âáèìïëüãçóç, èá ðñÝðåé ôï áðïôÝëåóìá ôçò ìåôñÞóåùò íá åßíáé åðáíáëÞøéìï, èá ðñÝðåé äçëáäÞ ç áýîçóç ôïõ ìÞêïõò ôïõ åëáôçñßïõ, ãéá

Ó×ÇÌÁ 2-6. ~Åíá äõíáìüìåôñï ðïõ ëåéôïõñãåß ìå âÜóç ôçí áñ÷Þ ôïõ åðéìçêõíüìåíïõ åëáôçñßïõ.

(á)

(â)

(ã)

Ó×ÇÌÁ 2-7. Ç êëßìáêá åíüò äõíáìïìÝôñïõ âáèìïëïãåßôáé âñßóêïíôáò ôçí áýîçóç ðïõ äçìéïõñãïýí áíôéêåßìåíá ãíùóôÞò ìÜæáò óôï ìÞêïò ôïõ åëáôçñßïõ.

32

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

2.5 Ðñïóäéïñéóìüò ôçò ìÜæáò åíüò áíôéêåéìÝíïõ. ~Åíáò æõãüò áðïôåëåß ìéá áðü ôéò óðïõäáéüôåñåò óõóêåõÝò óå Ýíá ÷çìéêü åñãáóôÞñéï. ÕðÜñ÷ïõí áñêåôïß æõãïß, äéáöüñùí ôýðùí. Ç åêëïãÞ ôïõ ôýðïõ åîáñôÜôáé áðü ôéò áðáéôÞóåéò ôïõ óõãêåêñéìÝíïõ ðåéñÜìáôïò óôï ïðïßï èá ÷ñçóéìïðïéçèåß. Ðïëëïß æõãïß áðü áõôïýò ðï óõíÞèùò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé êáé óôá ó÷ïëåßá Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá ðñïóäéïñßóïõí ôç ìÜæá åíüò óþìáôïò ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. ~Åíáò êáëüò áíáëõôéêüò æõãüò óõ÷íÜ öèÜíåé óå áêñßâåéá ôï 0,0001 ôïõ ãñáììáñßïõ. Ãéá íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå Ýíá æõãü ðñÝðåé íá ãíùñßæåôå ðïëý êáëÜ ôïí ôñüðï ëåéôïõñãßáò ôïõ. ÐáñÜëëçëá, ðñÝðåé íá Ý÷åôå êáôáëÜâåé ôïõò ðåñéïñéóìïýò óôéò äõíáôüôçôåò ôïõ æõãïý üðùò åðßóçò ðñÝðåé íá ãíùñßæåôå ôç öñïíôßäá ðïõ ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá åîáêïëïõèÞóåé íá ëåéôïõñãåß éêáíïðïéçôéêÜ. ÃåíéêÜ ïé æõãïß åßíáé åõáßóèçôåò óõóêåõÝò êáé áí äåí áêïëïõèçèïýí óùóôÜ ïé ïäçãßåò ÷ñÞóåùò, åýêïëá ìðïñïýí íá êáôáóôñáöïýí. Âåâáéùèåßôå üôé ìåëåôÞóáôå ðñïóåêôéêÜ ôéò ïäçãßåò ãéá ôç óùóôÞ ëåéôïõñãßá êáé öñïíôßäá ôïõ æõãïý. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá ôïõ ðåéñÜìáôïò ðïõ èá áêïëïõèÞóåé èá óõãêåíôñþóåôå óôïé÷åßá ðïõ èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå êáé èá áíáëýóåôå áñãüôåñá. Ãé’ áõôü Ý÷åé éäéáßôåñç óçìáóßá íá êáôáãñÜøåôå ôéò ðáñáôçñÞóåéò óáò êáèáñÜ êáé ìå áêñßâåéá. ÓÊÏÐÏÓ

Óêïðüò ôïõ ðåéñÜìáôïò åßíáé ç äéáðßóôùóç áðü ðüóåò ðáñáìÝôñïõò åîáñôþíôáé ôá áðïôåëÝóìáôá*, üôáí ìåôñÜôå ìå æõãü ôç ìÜæá åíüò áíôéêåéìÝíïõ. ÕËÉÊÁ

Æõãüò áêñéâåßáò 0,01 g

AñéèìçìÝíá áíôéêåßìåíá ìå Üãíùóôç ìÜæá

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

Èá óõíåñãáóôåßôå ìå Ýíáí Þ äýï áðü ôïõò óõììáèçôÝò óáò. Èá äïèåß Ýíá áíôéêåßìåíï ìå Üãíùóôç ìÜæá óå êÜèå ïìÜäá ôçò ôÜîåùò. 1. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ æõãïý ðïõ Ý÷åé ðáñá÷ùñçèåß óôçí ïìÜäá óáò, ìåôñÞóôå ôç ìÜæá åíüò áðü ôá áíôéêåßìåíá ðïõ Ý÷ïõí åðéëåãåß ìå ôç ìåãáëýôåñç äõíáôÞ áêñßâåéá êáé ðñïóï÷Þ. Ìçí äïêéìÜóåôå íá áëëÜîåôå ôç ñýèìéóç ôïõ æõãïý êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôïõ ðåéñÜìáôïò. Áöïý êáôáãñÜøåôå áìÝóùò ôéò ìåôñÞóåéò óáò óôï ôåôñÜäéü óáò, äþóôå ôï áíôéêåßìåíï óôçí åðüìåíç ïìÜäá. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá åíüò Üëëïõ áíôéêåéìÝíïõ êáé óõíå÷ßóôå ìÝ÷ñé íá ôåëåéþóïõí üëá ôá áíôéêåßìåíá ðïõ Ý÷åôå óôç äéÜèåóÞ óáò ãé’ áõôü ôï ðåßñáìá. 2. Èá ó÷åäéÜóåôå óôï ìáõñïðßíáêá ôçò ôÜîåþò óáò Ýíáí ðßíáêá äåäïìÝíùí êáé áðïôåëåóìÜôùí üìïéï ìå áõôü ðïõ âñßóêåôáé óôï ôÝëïò áõôÞò ôçò ðáñáãñÜöïõ (äéáäéêáóßá). Óçìåéþóôå åðÜíù óôïí ðßíáêá ôïí áñéèìü ôïõ æõãïý óáò. Óôçí ïñéæüíôéá ãñáììÞ, äßðëá áðü áõôüí ôïí áñéèìü ãñÜøôå ôç ìÜæá ôïõ êÜèå áíôéêåéìÝíïõ ðïõ ìåôñÞóáôå óôç óôÞëç ðïõ áíôéóôïé÷åß ãéá ôï êáèÝíá. ~Ïôáí óõìðëçñùèïýí üëá ôá äéáóôÞìáôá áðü üëåò ôéò ïìÜäåò, áíôéãñÜøôå ôá êáé óôï äéêü óáò ôåôñÜäéï. 3. ÅîåôÜóôå ôá áðïôåëÝóìáôá ðïõ áíáöÝñèçêáí áðü üëç ôçí ôÜîç. ÌÞðùò êÜðïéïò æõãüò Ýäùóå ìåôñÞóåéò, ðïõ Þôáí óçìáíôéêÜ ìåãáëýôåñåò Þ *

Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ èá åîåôáóèåß åÜí åßíáé ðÜíôá ßäéá ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ìåôñÞóåþí óáò üôáí ðñüêåéôáé ãéá ôï ßäéï áíôéêåßìåíï êáé áðü ôé åîáñôþíôáé ïé ôõ÷üí ìåôáâïëÝò ôïõò.

33

ìéêñüôåñåò áðü ôéò ìåôñÞóåéò ðïõ Ýäùóáí üëïé ïé Üëëïé æõãïß; 4. ÔÝóóåñéò-ðÝíôå ïìÜäåò èá ðñÝðåé íá ìåôñÞóïõí ôþñá ôç ìÜæá ôïõ Üãíùóôïõ äåßãìáôïò Á ìå ôï æõãü ðïõ Ýäùóå ìåãáëýôåñá áðïôåëÝóìáôá. Åðßóçò, ôÝóóåñéò Þ ðÝíôå ïìÜäåò èá ìåôñÞóïõí ôçí ßäéá ìÜæá ìå ôï æõãü ðïõ Ýäùóå ìéêñüôåñá áðïôåëÝóìáôá. Ôá áðïôåëÝóìáôá áõôÜ èá ôá ãñÜøáôå óôïí ðßíáêá ôçò ôÜîåùò êÜôù áðü ôéò óôÞëåò ðïõ ïíïìÜæïíôáé “Äåßãìá Á, æõãüò ìå ìåãÜëåò ôéìÝò” êáé “Äåßãìá Á, æõãüò ìå ìéêñÝò ôéìÝò”. ÔÝëïò, áíôéãñÜøôå üëá áõôÜ ôá óôïé÷åßá óôï ôåôñÜäéü óáò. Æõãüò # 1 2

Äåßãìá Á − −

Öñïíôßäá êáé ÷ñÞóç ôùí æõãþí. Ï æõãüò áðïôåëåß Ýíá áðü ôá ðéï óçìáíôéêÜ üñãáíá óå Ýíá ÷çìéêü åñãáóôÞñéï. Áí èÝëïìå üìùò íá åßìáóôå óßãïõñïé üôé Ýíáò æõãüò èá äßíåé áêñéâÞ áðïôåëÝóìáôá ãéá ìåãÜëï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá, èá ðñÝðåé íá ôïí ìåôá÷åéñéæüìáóôå ìå ìåãÜëç ðñïóï÷Þ. Äýï áðü ôïõò êïéíïýò åñãáóôçñéáêïýò æõãïýò öáßíïíôáé óôï ó÷Þìá 2-8. ÊÜèå öïñÜ ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôå ïðïéïíäÞðïôå ôýðï æõãïý ðñÝðåé íá áêïëïõèåßôå ôéò ðáñáêÜôù äéáäéêáóßåò. Ìçí èåùñÞóåôå ðïôÝ üôé Ýíáò æõãüò åßíáé Ýôïéìïò ãéá íá æõãßóåôå, áí äåí ôïí åëÝãîåôå ðñïçãïõìÝíùò, áêüìç êé áí Ý÷åôå æõãßóåé ëßãï ðéï ðñéí. 1. Ï æõãüò ðñÝðåé íá ôïðïèåôçèåß ðÜíù óå ìéá óôáèåñÞ ïñéæüíôéá åðéöÜíåéá, óå ÷þñï ðïõ äåí åðçñåÜæåôáé áðü äïíÞóåéò, ñåýìáôá áÝñá Þ ðçãÝò èåñìüôçôáò. Áðïöýãåôå åðßóçò ðåñéï÷Ýò ðïõ Ýñ÷ïíôáé óå Üìåóç åðáöÞ ìå ôï çëéáêü öùò. 2. Áí ï æõãüò äéáèÝôåé öõóáëßäá åíäåßîåùò ôçò óùóôÞò ïñéæïíôéþóåùò, öñïíôßóôå ìåôÜ ôçí ôïðïèÝôçóç ôïõ æõãïý, ç öõóáëßäá íá âñßóêåôáé óôç óùóôÞ èÝóç. 3. Ðñéí íá ôïðïèåôÞóåôå ïôéäÞðïôå ðÜíù óôï äßóêï ôïõ æõãïý, âåâáéùèåßôå üôé åßíáé êáèáñüò. ÌåôáêéíÞóôå

(á)

Äåßãìá Â − −

Äåßãìá Ã − −

êëð.

ôá áíôßâáñá óôç ìçäåíéêÞ ôïõò èÝóç êáé åëÝãîôå áí ï âñá÷ßïíáò êéíåßôáé åëåýèåñá. Âåâáéùèåßôå åðßóçò áí ï äåßêôçò ìåôáêéíåßôáé êáôÜ ßóç áðüóôáóç äåîéÜ êáé áñéóôåñÜ ôïõ ìçäåíüò. Áí ï æõãüò åßíáé åöïäéáóìÝíïò ìå ìáãíçôéêü áíôéóôáèìéóôÞ, êïéôÜîôå áí ï äåßêôçò óôáìáôÜ áêñéâþò ìðñïóôÜ óôï ìçäÝí. Ïé ðåñéóóüôåñïé æõãïß äéáèÝôïõí Ýíáí êï÷ëßá ñõèìßóåùò, ðïõ âïçèÜåé óôç ñýèìéóç ôïõ äåßêôç, þóôå íá äåß÷íåé ðÜíôá ôï ìçäÝí. ÅëÝãîôå ôçí ìå ôïí êáèçãçôÞ óáò ðñéí îåêéíÞóåôå ïðïéáäÞðïôå ñýèìéóç. 4. Áí ï æõãüò óáò Ý÷åé óýóôçìá óôåñåþóåùò ôïõ âñá÷ßïíá, èõìçèåßôå íá ôï áóöáëßóåôå, ðñéí ôïðïèåôÞóåôå óôï äßóêï ôïõ ôï áíôéêåßìåíï ðïõ ðñüêåéôáé íá æõãßóåôå. Åßôå Ý÷åé åßôå äåí Ý÷åé óýóôçìá óôåñåþóåùò, ðñÝðåé íá ðñïóÝ÷åôå, üôáí ôïðïèåôåßôå êÜðïéï áíôéêåßìåíï óôï äßóêï, ãéáôß õðÜñ÷åé êßíäõíïò íá êáôáóôñáöïýí ïé áêßäåò ôùí ðñéóìÜôùí Þ êÜðïéï Üëëï ôìÞìá ôïõ æõãïý. 5. Ìçí æõãßæåôå ðïôÝ ôïðïèåôþíôáò êáô’ åõèåßáí ðÜíù óôï äßóêï ôïõ æõãïý êÜðïéï õãñü Þ óôåñåü ÷çìéêü äåßãìá. Åßíáé ðñïôéìüôåñï, ãéá íá ôïí ðñïóôáôÝøåôå, íá ôï ôïðïèåôÞóåôå ìÝóá óå Ýíá óôåãíü äï÷åßï áðü ãõáëß, Þ ðëáóôéêü, Þ ìÝôáëëï, Þ ðïñóåëÜíç. ÌåñéêÝò

(â)

Ó×ÇÌÁ 2-8. Óôï æõãü ìå ôïõò äßóêïõò (á), åßíáé äõíáôüí íá æõãßóïìå ìå áêñßâåéá 0,5 g, åíþ óôï æõãü ôñéðëÞò öÜëáããáò (â) ìðïñïýìå íá æõãßóïìå ìå áêñßâåéá 0,01 g.

34

ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Óôï ðñþôï ìÝñïò áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò, ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí äéÜöïñïé ôýðïé æõãþí ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ìÜæáò äéáöüñùí áãíþóôùí áíôéêåéìÝíùí. Ðïéá Þôáí ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôç ìåãáëýôåñç êáé ôç ìéêñüôåñç ôéìÞ êáôÜ ôç ìÝôñçóç ôçò ìÜæáò ôïõ ßäéïõ áíôéêåéìÝíïõ; Ãéáôß óõìâáßíåé Ýíá áíôéêåßìåíï íá åìöáíßæåôáé íá Ý÷åé äéáöïñåôéêÝò ìÜæåò, üôáí ìåôñçèåß ìå äéáöïñåôéêïýò æõãïýò; ÁíáöÝñáôå üóï ôï äõíáôüí ðåñéóóüôåñåò ôåêìçñéùìÝíåò åîçãÞóåéò ãé’ áõôÝò ôéò äéáöïñÝò ðïõ åìöáíßæïíôáé. 2. ÅîåôÜóôå ðÜëé ôá óôïé÷åßá ôïõ áñ÷éêïý ðßíáêá. Áí õðïëïãßóåôå ôç ìåãáëýôåñç êáé ôç ìéêñüôåñç ìÜæá ðïõ Ý÷åé êáôáãñáöåß ãéá êÜèå Üãíùóôï áíôéêåßìåíï, ôé äéáöïñÜ õðÜñ÷åé ìåôáîý ôïõ ìåãáëýôåñïõ êáé ôïõ ìéêñüôåñïõ áðïôåëÝóìáôïò; Áí óõãêñßíåôå áõôÞí ôç äéáöïñÜ ìå åêåßíåò ðïõ õðÜñ÷ïõí áíÜìåóá óôéò ìÜæåò ðïõ Ý÷ïõí êáôáãñáöåß óôéò óôÞëåò ìå ôïõò ôßôëïõò “Äåßãìá Á, æõãüò ìå ìåãÜëåò ôéìÝò êáé Äåßãìá Á, æõãüò ìå ìéêñÝò ôéìÝò”, ôé óõìðÝñáóìá âãÜæåôå; 3. Ðþò åîçãåßôå ôï ãåãïíüò üôé ï Ýíáò æõãüò Ýäùóå ìåãÜëåò åíþ ï Üëëïò ìéêñÝò ôéìÝò; 4. Ìå âÜóç üëá ôá óôïé÷åßá ðïõ Ý÷åôå ôþñá ãéá ôï äåßãìá Á, ðïéá íïìßæåôå üôé åßíáé ç ìÜæá ôïõ; Ãéáôß; 5. Ï êáèçãçôÞò èá óõìðëçñþóåé ðÜíù óôï ìáõñïðßíáêá ôçò ôÜîåùò ôï âÜñïò óå ãñáììÜñéá ìåñéêþí áðü ôá äåßãìáôá Üãíùóôçò ìÜæáò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí óôï ðñþôï ìÝñïò ôïõ ðåéñÜìáôïò. Áðü ôïí ðßíáêá ôùí öïñÝò îçñÜ óôåñåÜ åßíáé äõíáôüí íá æõãéóèïýí ðÜíù óå Ýíá êïììÜôé áðü äéçèçôéêü ÷áñôß. Áí êÜðïéá ÷çìéêÞ ïõóßá ðÝóåé ðÜíù Þ äßðëá óôï æõãü óêïõðßóôå ôçí áìÝóùò. 6. Ìçí ôïðïèåôåßôå æåóôÜ áíôéêåßìåíá ðÜíù óôï æõãü, ãéáôß õðÜñ÷åé ðéèáíüôçôá íá êáôáóôñÝøïõí ôï äßóêï. ÐáñÜëëçëá, èÝñìáíóç ôïõ æõãïý áðü ôá æåóôÜ áíôéêåßìåíá êáèéóôÜ áíáêñéâåßò ôéò åíäåßîåéò ôïõ. 7. Ãéá íá õðïëïãßóåôå ôç ìÜæá åíüò óþìáôïò, ìåôáêéíÞóôå áñ÷éêÜ ôï ìåãáëýôåñï áðü ôá áíôßâáñá óå ìéá èÝóç ëßãï ìéêñüôåñç áðü áõôÞí ðïõ áíôéóôïé÷åß óôçí Üãíùóôç ìÜæá. Óôç óõíÝ÷åéá (áöïý Ý÷åôå ðñïóåããßóåé ôç ìÜæá ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ìåãÜëïõ áíôßâáñïõ) ôïðïèåôÞóôå ôï ìéêñüôåñï áíôßâáñï. Ôï ìéêñü áíôßâáñï èá âñßóêåôáé óôç óùóôÞ èÝóç, üôáí ç âåëüíá ôïõ äåßêôç êéíåßôáé êáôÜ ôçí ßäéá áðüóôáóç äåîéÜ êáé áñéóôåñÜ áðü ôï ìçäÝí Þ üôáí óôáìáôÜ óôï ìçäÝí óôçí ðåñßðôùóç ðïõ ï æõãüò äéáèÝôåé ìáãíçôéêü áíôéóôáèìéóôÞ. Áí ï æõãüò óáò Ý÷åé âñá÷ßïíá ìå åãêïðÝò èá ðñÝðåé, üôáí åêôåëåßôå æõãßóåéò, ôá áíôßâáñá íá âñßóêïíôáé ìÝóá óôéò åãêïðÝò. ÄéáöïñåôéêÜ, ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò èá åßíáé ëáíèáóìÝíá. 8. Ç ìÜæá ôùí áíôéêåéìÝíùí ðïõ ìåôñÜôå éóïýôáé ìå ôï óýíïëï ôùí åíäåßîåùí üëùí ôùí áíôéâÜñùí ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí. Óçìåéþóôå ôçí ôéìÞò ôçò ìÜæáò ðïõ âñÞêáôå óôï ôåôñÜäéü óáò. Ìçí ôç óçìåéþóåôå óå

ðñü÷åéñá ÷áñôéÜ, äéüôé ÷Üíïíôáé åýêïëá, åêôüò ôïõ üôé ãßíïíôáé ëÜèç êáôÜ ôçí áíôéãñáöÞ ôïõò óôï ôåôñÜäéï. 9. Áöïý êáôáãñÜøåôå ôéò ìåôñÞóåéò óáò, áðïìáêñýíåôå ðñïóåêôéêÜ ôï áíôéêåßìåíï áðü ôï äßóêï ôïõ æõãïý. Áí ï æõãüò äéáèÝôåé óýóôçìá óôåñåþóåùò ôïõ âñá÷ßïíá, áóöáëßóôå ôï, ðñéí áðïìáêñýíåôå ôï áíôéêåßìåíï, þóôå íá áíõøùèåß ï âñá÷ßïíáò áðü ôéò áêßäåò ôïõ ðñßóìáôïò Þ üðïõ âñßóêåôáé áêïõìðéóìÝíïò. Óå Ýíá æõãü ðïõ äåí áóöáëßæåé (äçë. äåí Ý÷åé óýóôçìá óôåñåþóåùò

ôïõ

âñá÷ßïíá),

äåí

ðñÝðåé

íá

ìçäåíßæïíôáé ôá áíôßâáñá ìåôÜ ôï ôÝëïò ôçò æõãßóåùò. ~Åôóé ðñïöõëÜóóåôáé ï âñá÷ßïíáò áðü ìéá äéáñêÞ êßíçóç êáé ðåñéïñßæåôáé ç ôñéâÞ ðÜíù óôéò áêßäåò. 10. Ðñéí öýãåôå, åëÝãîôå ôï æõãü êáé ôï ÷þñï ãýñù áðü áõôüí, þóôå íá âåâáéùèåßôå ðùò Ý÷åôå ôáêôïðïéÞóåé êÜèå ôé êáé üôé üëá åßíáé Ýôïéìá ãéá ôïí åðüìåíï ðïõ ðñüêåéôáé íá ÷ñçóéìïðïéÞóåé ôï æõãü.

35

Ðåñßëçøç. Ïé äéÜöïñåò ìïñöÝò ôçò ýëçò, áí êáé äéáöÝñïõí ñéæéêÜ óå ðïëëÝò áðü ôéò éäéüôçôÝò ôïõò, Ý÷ïõí üëåò ìßá éäéüôçôá ðïõ åßíáé êïéíÞ, Ý÷ïõí äçëáäÞ ìÜæá. Ëüãù ôïõ üôé ôá õëéêÜ óþìáôá Ý÷ïõí ìÜæá Ýëêïíôáé ìåôáîý ôïõò. ~Ïóï ìåãáëýôåñç åßíáé ç ìÜæá åíüò óþìáôïò, ôüóï ìåãáëýôåñç åßíáé ç Ýëîç ðïõ áóêåß. Ç Ýëîç áíÜìåóá óå äýï óþìáôá ìåôáâÜëëåôáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãá ðñïò ôï ôåôñÜãùãï ôçò áðïóôÜóåþò ôïõò. ~Ïôáí ìåôñïýìå ôç äýíáìç, ìå ôçí ïðïßá Ýíá óþìá Ýëêåôáé ðñïò ôç ãç, ìåôñïýìå ôï âÜñïò ôïõ. Áí áõôü ãßíåé êÜôù áðü åéäéêÝò óõíèÞêåò, åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñéóèåß ç ìÜæá ôïõ óþìáôïò. Ïé ìïíÜäåò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýí ïé åðéóôÞìïíåò, ãéá íá ìåôñïýí ôç ìÜæá, åßíáé ôï

÷éëéüãñáììï (kg) êáé ôï ãñáììÜñéï (g). ~Åíá ãñáììÜñéï éóïýôáé ìå Ýíá ÷éëéïóôü ôïõ ÷éëéïãñÜììïõ (êéëïý). Ç ìÜæá åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèåß åßôå ìå Ýíá æõãü, üðïõ ìðïñåß íá ãßíåé êáô’ åõèåßáí óýãêñéóç ìå ìéá Üëëç ãíùóôÞ ìÜæá, åßôå ìå Ýíá äõíáìüìåôñï ìå åëáôÞñéï, üðïõ ç óýãêñéóç åßíáé Ýììåóç.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. ÁíáöÝñáôå ôé ëÝåé ï Íüìïò ôçò Âáñýôçôáò ãéá ôç äýíáìç ðïõ áíáðôýóóåôáé áíÜìåóá óå äýï óþìáôá, êáèþò êáé ãéá ôçí åîÜñôçóÞ ôçò áðü ôéò ìÜæåò êáé ôç ìåôáîý ôïõò áðüóôáóç. 2. Ðïéåò åßíáé ïé äýï ðïóüôçôåò ðïõ ðñÝðåé íá

ÂÜñïò êáé ìÜæá 2.6 Ôé åííoïýìå üôáí ëÝìå âÜñïò êáé ìÝôñçóç âÜñïõò; H ðïñåßá ðïõ ðåñéãñÜøáôå ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ìÜæáò, äåí óáò åßíáé ôåëåßùò Üãíùóôç. Ç ÷ñÞóç ôïõëÜ÷éóôïí ôùí äõíáìïìÝôñùí åßíáé ãíùóôÞ óå üëïõò êáé üëïé ãíùñßæåôå ôç ÷ñÞóç ôùí äéáöüñùí ôýðùí æõãþí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, üôáí áíåâáßíåôå ðÜíù óôç æõãáñéÜ ôïõ ëïõôñïý, ëÝôå üôé æõãßæåóôå Þ äéáöïñåôéêÜ, üôé âñßóêåôå ôï âÜñïò óáò. ~Ç ìÞðùò “ìÜæá” êáé “âÜñïò” åßíáé äýï äéáöïñåôéêïß üñïé ãéá ôï ßäéï ðñÜãìá, ï Ýíáò ðåñéóóüôåñï ãíùóôüò êé ï Üëëïò åîåéäéêåõìÝíïò; ÕðÜñ÷ïõí óõãêåêñéìÝíåò äéáöïñÝò, êáé èåùñçôéêÝò áëëÜ êáé ðñáêôéêÝò, áíÜìåóá óôï âÜñïò êáé ôç ìÜæá, üðùò êáé áíÜìåóá óôç ìÝôñçóç ôïõ âÜñïõò ìå æýãéóìá êáé ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ìÜæáò åíüò óþìáôïò. Ðñþôïí, ç ìÝôñçóç ôïõ âÜñïõò åíüò óþìáôïò, äçëáäÞ ç ìÝôñçóç ôçò Ýëîåþò ôïõ ðñïò ôç ãç (Þ ðñïò êÜðïéï Üëëï óþìá) åßíáé ìüíï Ýíáò ôñüðïò ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ìÜæáò ôïõ. Ç Ýêöñáóç “ðñïóäéïñéóìüò ôçò ìÜæáò” åßíáé ðïëý ðéï ãåíéêÞ áðü ü,ôé ï üñïò “âÜñïò”. Äåýôåñïí, ç ìÜæá åíüò áíôéêåéìÝíïõ åßíáé áêñéâþò ðñïóäéïñéóìÝíç ðïóüôçôá, åíþ ôï âÜñïò ôïõ åßíáé áðëÜ ôï

áðïôÝëåóìá ðïõ ðáßñíïìå ìå Ýíáí åéäéêü ôñüðï ìåôñÞóåùò. Ôñßôïí, êáôÜ ôïí ðñïóäéïñéóìü ôïõ âÜñïõò õðÜñ÷ïõí ðïëëÝò ðéèáíüôçôåò óöÜëìáôïò. Ôï âÜñïò åíüò óþìáôïò áí óõãêñéèåß ìå ôçí ðñáãìáôéêÞ ôïõ ìÜæá, ßóùò íá äéáöÝñåé áñêåôÜ êáé áõôü åîáñôÜôáé áðü ôï ðïý, ðüôå êáé êÜôù áðü ðïéåò óõíèÞêåò Ýãéíáí ïé ìåôñÞóåéò (ó÷. 2-9). Óå Üëëï óçìåßï ôïõ êåöáëáßïõ èá óõæçôçèïýí ìåñéêÝò áðü ôéò ÷áñáêôçñéóôéêÝò áéôßåò

Ó×ÇÌÁ 2-9. Ï áóôñïíáýôçò Edwin Albrin, åíþ âáäßæåé åðÜíù óôï Ýäáöïò ôçò óåëÞíçò. Ôï âÜñïò ôïõ åßíáé ôï ßäéï ìå áõôü ðïõ åß÷å óôç ãç; Ç ìÜæá ôïõ åßíáé ç ßäéá;

36

óöáëìÜôùí êáôÜ ôç ìÝôñçóç ôïõ âÜñïõò. Èá ðñÝðåé íá ãßíåé óáöÝò óå üëïõò üóïõò æïõí óôç äéáóôçìéêÞ åðï÷Þ üôé ïé ëÝîåéò “âÜñïò” êáé “ìÜæá” äåí óçìáßíïõí ôï ßäéï ðñÜãìá. ~Åíá áíôéêåßìåíï åîáêïëïõèåß íá Ý÷åé ìÜæá áêüìá êáé üôáí äåí Ý÷åé âÜñïò. Êáèþò ïé áóôñïíáýôåò êéíïýíôáé áðïìáêñõíüìåíïé áðü ôç ãç, ôï âÜñïò ôïõò óõíå÷þò ìåéþíåôáé. ~Ïôáí ïé äõíÜìåéò âáñýôçôáò ôçò ãçò êáé ôçò óåëÞíçò Ý÷ïõí éóïññïðÞóåé, ôï âÜñïò ôùí áóôñïíáõôþí åßíáé ìçäÝí. Ç óõíèÞêç ôçò åëëåßøåùò âáñýôçôáò ìðïñåß íá åðéôåõ÷èåß êáé ìå Üëëïõò ôñüðïõò, üìùò ðÜíôïôå üëá ôá áíôéêåßìåíá, Ýóôù áí ÷Üíïõí ôï âÜñïò ôïõò, Ý÷ïõí ðÜíôïôå ìÜæá. Ç Ýííïéá ôçò ìÜæáò åßíáé èåìåëéþäçò, óõãêåêñéìÝíç êáé áíôéëçðôÞ. Ôï âÜñïò åßíáé ìüíï ç äýíáìç ðïõ åîáóêåßôáé ðÜíù óå Ýíá áíôéêåßìåíï áðü êÜðïéï óþìá, üðùò ç ãç, êáé ðïéêßëëåé áíáëüãùò ôùí äéáöüñùí êáôÜ ôüðïõò óõíèçêþí. ÅðïìÝíùò, ìÜæá êáé âÜñïò åßíáé óßãïõñá äéáöïñåôéêÝò Ýííïéåò.

2.7 Ç Üíùóç ôïõ áÝñá. Äéáðéóôþóáôå üôé õðÜñ÷åé Üìåóç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôï âÜñïò êáé ôç ìÜæá åíüò óþìáôïò. Åðßóçò, äéäá÷ôÞêáôå üôé Ýíáò áðëüò ôñüðïò, ãéá

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

íá ìåôñÞóåôå ôç ìÜæá åíüò óþìáôïò, åßíáé íá ôï ôïðïèåôÞóåôå óôïí Ýíáí âñá÷ßïíá åíüò æõãïý êáé êáôüðéí íá ôïðïèåôÞóåôå óôïí Üëëï âñá÷ßïíá áíôéêåßìåíá ãíùóôÞò ìÜæáò (áíôßâáñá) ìÝ÷ñé íá éóïññïðÞóåé ï æõãüò. Ç ìÜæá ôïõ óþìáôïò åßíáé ßóç áêñéâþò ìå ôï óýíïëï ôùí ìáæþí ôùí áíôéêåéìÝíùí ðïõ ôï åîéóïññïðïýí (áíôßâáñá). Áõôü üìùò éó÷ýåé ìüíï áí ç æýãéóç ðñáãìáôïðïéåßôáé õðü êåíü. Ôï “êåíü” åßíáé Ýíáò ÷þñïò êõñéïëåêôéêÜ Üäåéïò*. Áí èÝëáìå íá æõãßóïìå õðü êåíü, èá Ýðñåðå ï æõãüò êáé ôá áíôéêåßìåíá ôçò ãíùóôÞò êáé ôçò Üãíùóôçò ìÜæáò íá âñßóêïíôáé ìÝóá óå Ýíá áåñïóôåãÝò êïõôß, áðü ôï ïðïßï íá Ý÷åé áöáéñåèåß üëïò ï áÝñáò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá üìùò èá Þôáí ìåãÜëïò êüðïò íá æõãßæïìå áíôéêåßìåíá õðü êåíü. ~Åôóé, åßíáé áðáñáßôçôï íá âñïýìå ãéáôß ç ðáñïõóßá ôïõ áôìïóöáéñéêïý áÝñá êáèéóôÜ ôç æýãéóç áíáêñéâÞ êáé, áí åßíáé äõíáôüí, ðïéïò ôñüðïò õðÜñ÷åé, ãéá íá ôç äéïñèþóïìå. Ç äéüñèùóç ðïõ ÷ñåéÜæåôáé íá ãßíåé ïíïìÜæåôáé äéüñèùóç ôïõ óöÜëìáôïò ðïõ ïöåßëåôáé óôçí Üíùóç. Ôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß êáé ðïõ èá óáò åðéäåßîåé ï êáèçãçôÞò óáò, èá óáò âïçèÞóåé íá êáôáëÜâåôå ôçí åðßäñáóç ôçò áíþóåùò. Èá óáò âïçèÞóåé åðßóçò íá êáôáëÜâåôå êáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò óõæçôÞóåùò ðïõ èá áêïëïõèÞóåé

2.8 Ôï öáéíüìåíï ôçò áíþóåùò. Áêüìç êáé áí äéáèÝôáìå ìéá óõóêåõÞ ðïõ èá ìáò Ýäéíå ôç äõíáôüôçôá íá æõãßæïìå Ýíá áíôéêåßìåíï ðñþôá óôïí áÝñá êáé ìåôÜ óå êåíü áÝñïò, ïé äéáöïñÝò ðïõ èá Þôáí äõíáôüí íá ðñïóäéïñéóèïýí èá Þôáí ó÷åôéêÜ ìéêñÝò. Ãéá íá êáôáöÝñïìå íá äçìéïõñãÞóïìå ìåãáëýôåñåò äéáöïñÝò, þóôå íá ìðïñïýí íá ìåôñçèïýí, æõãßæïìå áíôéêåßìåíá ðñþôá óôïí áÝñá êáé ìåôÜ ìÝóá óôï íåñü. ÅðåéäÞ ôï âÜñïò åíüò ïñéóìÝíïõ üãêïõ íåñïý åßíáé áéóèçôÜ ìåãáëýôåñï áðü ôï âÜñïò ôçò ìÜæáò ßóïõ üãêïõ áÝñá, ôï öáéíüìåíï ôçò áíþóåùò óôï íåñü èá åßíáé ðïëý ìåãáëýôåñï áðü áõôü óôïí áÝñá. ÓÊÏÐÏÓ

Óêïðüò áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò åßíáé ôá ðñïóäéïñßóåôå ôç äéáöïñÜ ðïõ õðÜñ÷åé óôï âÜñïò åíüò áíôéêåéìÝíïõ, üôáí ôï æõãßæåôå óôïí áÝñá êáé üôáí ôï æõãßæåôå ìÝóá óôï íåñü. Èá óáò âïçèÞóåé íá ìÜèåôå ðþò ãßíïíôáé äéïñèþóåéò üôáí õðÜñ÷åé Üíùóç. Ìå ôç âïÞèåéá áõôþí ôùí äéïñèþóåùí èá åßóôå óå èÝóç íá ðñïóäéïñßóåôå ôçí ðñáãìáôéêÞ ìÜæá åíüò óþìáôïò. *

Ó.ô.Ì. Ç áöáßñåóç ôïõ áôìïóöáéñéêïý áÝñá óå Ýíá ðåñéïñéóìÝíï ÷þñï ðñáãìáôïðïéåßôáé ìå åéäéêÝò áíôëßåò, ðïõ áíáññïöïýí ôïí áÝñá.

37

Joseph Weber (1919 - )

¸÷ïõí ðåñÜóåé ó÷åäüí ôñéáêüóéá ÷ñüíéá áðü ôüôå ðïõ ï Íåýôùí åß÷å ðñïôåßíåé ìéá åîßóùóç ðïõ ðñïÝâëåðå óùóôÜ ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí äõíÜìåùí ôçò âáñýôçôáò. Åðßóçò áñêåôÝò äåêáåôßåò ðÝñáóáí áðü ôüôå ðïõ ï Albert Einstein ìåëÝôçóå ôç âáñýôçôá êáé ìåñéêÝò áðü ôéò éäéüôçôÝò ôçò ìå âÜóç ìéá èåùñßá ôïõ ðïõ ïíïìÜóôçêå “ÃåíéêÞ èåùñßá ôçò ó÷åôéêüôçôáò”. Êáíåßò üìùò äåí Ý÷åé êáôáöÝñåé íá åîçãÞóåé ðþò ëåéôïõñãåß ç âáñýôçôá. Ï Joseph Weber, êáèçãçôÞò ÖõóéêÞò óôï ÐáíåðéóôÞìéï ôïõ Meryland, ðñïóðÜèçóå íá áíáêáëýøåé ìåñéêÜ áðü ôá ìõóôéêÜ áõôÞò ôçò êïéíÞò áëëÜ ìõóôçñéþäïõò äõíÜìåùò. Áðü ôï 1958 ðñïóðáèåß íá áíé÷íåýóåé áõôÜ ôá åîáéñåôéêÜ áíåðáßóèçôá êýìáôá âáñýôçôáò ðïõ ðñïÝâëåøå ï Åinstein. EðåéäÞ, ÷ñåéÜæåôáé ôåñÜóôéá ðïóüôçôá ýëçò ãéá íá ðáñá÷èïýí

áñêåôÜ éó÷õñÜ êýìáôá, þóôå íá áíé÷íåõôïýí, ï Weber áðïöÜóéóå íá óõãêåíôñþóåé ôçí ðñïóï÷Þ ôïõ óå ìåñéêÜ áóôÝñéá êáé ãáëáîßåò óôï ðïëý ìáêñéíü äéÜóôçìá. Õðïëüãéóå üôé ç åíÝñãåéá áðü ôá åéóåñ÷üìåíá êýìáôá âáñýôçôáò èá ðñÝðåé íá åßíáé éêáíÞ íá äçìéïõñãÞóåé ôáëáíôþóåéò óå Üëëá ìåãÜëá óþìáôá. Ãéá Ýíá äéÜóôçìá ðñïóðÜèçóå íá ìåôá÷åéñéóèåß ïëüêëçñç ôç ãç óáí áíé÷íåõôÞ, áëëÜ åãêáôÝëåéøå áõôÞí ôçí éäÝá üôáí äéáðßóôùóå üôé ïé óåéóìïß êáé Üëëåò äéáôáñá÷Ýò âáèéÜ ìÝóá óôç ãç åðéäñïýí óôéò ôáëáíôþóåéò, ôéò ïðïßåò ðáñáêïëïõèïýóå. Ôï 1968 ï Weber êáôáóêåýáóå äõï ìåãÜëïõò êõëßíäñïõò áðü áëïõìßíéï ðïõ æýãéæáí áðü 3,5 ôüíïõò ï êáèÝíáò, þóôå íá ôïõò ÷ñçóéìïðïéåß óáí áíé÷íåõôÝò. Åõáßóèçôïé êñýóôáëëïé ðÜíù óôéò ðëåõñÝò ôùí êõëßíäñùí äçìéïõñãïýóáí åëÜ÷éóôåò ðïóüôçôåò çëåêôñéêïý ñåýìáôïò, üôáí ïé êýëéíäñïé ôáëáíôþíïíôáí. Ãéá íá ðåñéïñßóåé ôçí ðéèáíüôçôá åðéäñÜóåùò ôïðéêþí äéáôáñá÷þí ðÜíù óôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ìåôñÞóåþí ôïõ ôïðïèÝôçóå ôïí Ýíá êýëéíäñï óôï Maryland êáé ôïí Üëëï ÷ßëéá ðåñßðïõ ÷éëéüìåôñá ìáêñýôåñá, êïíôÜ óôï ÓéêÜãï. Áí ïé äýï áíé÷íåõôÝò êáôÝãñáöáí ôáëáíôþóåéò ôáõôü÷ñïíá óå óôéãìÝò ðïõ ç ãç äåí ðñïêáëïýóå êÜðïéá ôáëÜíôùóç, ç åíÝñãåéá èá Ýðñåðå íá åñ÷üôáí áðü êÜðïéá ðçãÞ ðïõ äåí åß÷å ó÷Ýóç ìå ôïí äéêü ìáò ðëáíÞôç. ~Ïôáí ïé óõóêåõÝò óçìÜôùí Üñ÷éóáí íá ëåéôïõñãïýí óôá ôÝëç ôïõ 1968 Üñ÷éóå íá êáôáãñÜöåé Ýíá ðëÞèïò óçìÜôùí. Äéåñåõíþíôáò ðñïóåêôéêÜ äéÜöïñá ôìÞìáôá ôïõ ïõñáíïý ï Weber áíáêÜëõøå üôé ôá êýìáôá Ýìïéáæáí íá äçìéïõñãïýíôáé óôï êÝíôñï ôïõ Ãáëáîßá, ôïõ ïðïßïõ ôï çëéáêü ìáò óýóôçìá áðïôåëåß Ýíá åëÜ÷éóôï ôìÞìá. Ïé åðéóôÞìïíåò åîáêïëïõèïýí íá ìçí ìðïñïýí íá åîçãÞóïõí ôçí ðñïÝëåõóç ôùí êõìÜôùí, áëëÜ Ý÷ïõí êÜíåé Ýíá áêüìá âÞìá ðñïò ôçí êáëýôåñç êáôáíüçóç ôçò âáñýôçôáò.

38

ÕËÉÊÁ

Ìüëõâäïò, 1 êïììÜôé Áëïõìßíéï, 1 êïììÜôé ÐïôÞñé 100 ml Æõãüò ìå Ýíáí Þ ìå äýï äßóêïõò ÂÜóç ãéá ôï æõãü ôùí äýï äßóêùí, áí ðñüêåéôáé íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå Ýíáí ôÝôïéï æõãü

~Aãêéóôñï ãéá íá êñåìÜôå áíôéêåßìåíá áðü ôï äßóêï ôïõ æõãïý 60-80 cm êëùóôÞ Þ ðïëý ëåðôü óýñìá ÌåñéêÝò ÷áñôïðåôóÝôåò ÄéÜëõìá áðïññõðáíôéêïý Óôáãïíüìåôñï

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

1. ÐÜñôå Ýíá êïììÜôé ìïëýâäïõ êé Ýíá áëïõìéíßïõ ðïõ íá æõãßæïõí ðåñßðïõ ôï ßäéï ìå ðñïóÝããéóç 0,1 ôïõ ãñáììáñßïõ. ÄÝóôå Ýíá êïììÜôé êëùóôÞ Þ ðïëý ëåðôü óýñìá ãýñù áðü ôï áëïõìßíéï êáé êñåìÜóôå ôï áðü ôï Üãêéóôñï óôï æõãü óáò. Áí èÝëåôå, ìðïñåßôå íá ìåôá÷åéñéóèåßôå æõãü åßôå ìå äýï äßóêïõò åßôå ìå Ýíáí. Áí ÷ñçóéìïðïéÞóåôå æõãü ìå äýï äßóêïõò ðñÝðåé íá ôïðïèåôÞóåôå áõôüí ðÜíù óå Ýíá êïõôß Þ êÜðïéï Üëëï êáôÜëëçëï õðïóôÞñéãìá, þóôå íá áíõøùèåß ç âÜóç ôïõ æõãïý êáôÜ äÝêá Ýùò äåêáðÝíôå åêáôïóôÜ ðÜíù áðü ôïí ðÜãêï åñãáóßáò, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 2-10á. Áí ÷ñçóéìïðïéÞóåôå æõãü ìå Ýíá äßóêï, ôüôå áêïëïõèÞóåôå ôç äéÜôáîç ôïõ ó÷Þìáôïò 2-11á. ÌåôñÞóôå ôï öáéíüìåíï (apparent) âÜñïò ôïõ êïììáôéïý ôïõ áëïõìéíßïõ êáé êáôáãñÜøôå ôï áðïôÝëåóìá óôï ôåôñÜäéü óáò êÜôù áðü ôçí åðéêåöáëßäá “âÜñïò ôïõ áëïõìéíßïõ óôïí áÝñá”. 2. Ôþñá ôïðïèåôÞóôå Ýíá ìéêñü ðïôÞñé ìå íåñü êÜôù áðü ôï êïììÜôé ôïõ áëïõìéíßïõ Ýôóé, þóôå ïëüêëçñï ôï êïììÜôé ôïõ ìåôÜëëïõ íá åßíáé åíôåëþò âõèéóìÝíï óôï íåñü, üðùò óôá ó÷Þìáôá 2-10â Þ 2-11â. ~Åíáò ìéêñüò îýëéíïò êýâïò åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèåß, ãéá íá óôåñåþóåôå ôï ðïôÞñé, üðùò óôï ó÷Þìá 2-10â. Óçìåéþóôå ðÜëé ôï âÜñïò ôïõ áëïõìéíßïõ êÜôù áðü ôçí åðéêåöáëßäá “âÜñïò ôïõ áëïõìéíßïõ ìÝóá óôï íåñü”. 3. ÄÝóôå Ýíá êïììÜôé êëùóôÞ Þ ëåðôü óýñìá ãýñù áðü ôï êïììÜôé ìïëýâäïõ. ÊñåìÜóôå ôï ìüëõâäï áðü ôï Üãêéóôñï óôï æõãü êáé æõãßóôå ôïí ðñþôá óôïí áÝñá êáé Ýðåéôá ìÝóá óôï íåñü. ÊáôáãñÜøôå ôá âÜñç óôï ôåôñÜäéü óáò, êÜôù áðü ôïõò ôßôëïõò “âÜñïò ìïëýâäïõ óôï áÝñá” êáé “âÜñïò ìïëýâäïõ ìÝóá óôï íåñü”. 4. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá ìéêñü ðïôÞñé ðÜíù óôïí ðÜãêï åñãáóßáò, áöïý óôñþóåôå ðñïçãïõìÝíùò ìéá ÷áñôïðåôóÝôá, êáé ðñïóèÝóôå 4-5 óôáãüíåò äéáëýìáôïò áðïññõðáíôéêïý (ôï äéÜëõìá áõôü äßíåé óôï íåñü ïñéóìÝíåò éäéüôçôåò ðïõ ôéò ÷ñåéáæüìáóôå óå áõôü ôï ðåßñáìá). ÐñïóèÝóôå íåñü óôï ðïôÞñé, ìÝ÷ñé íá ãåìßóåé åíôåëþò êáé íá ÷õèåß ëßãï íåñü Ýîù áðü ôá ÷åßëç ôïõ. ÊñáôÞóôå ôï êïììÜôé ôïõ áëïõìéíßïõ, ðïõ ìåôá÷åéñéóèÞêáôå óôá óôÜäéá 1 êáé 2, áðü ôçí êëùóôÞ ôïõ êáé âõèßóôå ôï áñãÜ ìÝóá óôï íåñü êáôÜ ôñüðï ôÝôïéï þóôå ôï íåñü ðïõ èá åêôïðéóèåß íá ôñÝîåé Ýîù áðü ôï ðïôÞñé êáé åðÜíù óôç ÷áñôïðåôóÝôá. Áðïìáêñýíáôå ôï áëïõìßíéï áðü ôï ðïôÞñé ìå ôï íåñü. Óêïõðßóôå ðñïóåêôéêÜ áðü Ýîù ôï ðïôÞñé êáé áöïý ôï ôïðïèåôÞóåôå ìáæß ìå ôï íåñü ðïõ Ý÷åé áðïìåßíåé ðÜíù óå Ýíá æõãü, æõãßóôå ôï. ÃñÜøôå ôá áðïôåëÝóìáôá óôç èÝóç ôïõ ôåôñáäßïõ óáò ðïõ ðñïïñßæåôáé ãéá ôï «âÜñïò ôïõ ðïôçñéïý êáé ôïõ íåñïý áöïý âõèßóïìå óå áõôü ôï áëïõìßíéï». 5. Ìå ôï ðïôÞñé áêüìç óôï æõãü ðñïóèÝóôå ðñïóåêôéêÜ íåñü ìÝ÷ñéò üôïõ ó÷åäüí ãåìßóåé. Óôç óõíÝ÷åéá, ìå Ýíá óôáãïíüìåôñï ãåìßóôå åíôåëþò ôï ðïôÞñé ðñïóÝ÷ïíôáò íá ìçí ôñÝîåé íåñü áðü Ýîù. Áí ÷õèïýí Ýîù ìéá Þ äýï

39

Ó×ÇÌÁ 2-10á.

Ó×ÇÌÁ 2-10â.

Ó×ÇÌÁ 2-11á.

Ó×ÇÌÁ 2-11â.

40

óôáãüíåò óêïõðßóôå ôéò ìå Ýíá ÷áñôïìÜíôçëï, áëëÜ ìçí ðñïóðáèÞóåôå íá ìåôáêéíÞóåôå ôï ðïôÞñé, ãéáôß ôï ðéèáíüôåñï åßíáé íá ÷õèåß êáé Üëëï íåñü. Æõãßóôå ôï ðïôÞñé ðïõ åßíáé ãåìÜôï íåñü êáé óçìåéþóôå ôï áðïôÝëåóìá óôçí áíÜëïãç èÝóç ôïõ ðßíáêÜ óáò. ÁöáéñÝóôå ôï âÜñïò ðïõ âñÞêáìå óôï óôÜäéï 4 áðü áõôü ôï âÜñïò, þóôå íá ðñïóäéïñßóåôå ôï “âÜñïò ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôï áëïõìßíéï”. Áðïìáêñýíáôå ôï ðïôÞñé ìå ôï íåñü áðü ôï æõãü êáé âåâáéùèåßôå üôé Ý÷åôå óêïõðßóåé ôï äßóêï ôïõ æõãïý êáëÜ, áí ðñïçãïõìÝíùò ÷ýèçêå ðÜíù óå áõôüí ëßãï íåñü. 6. ÅðáíáëÜâáôå ôá óôÜäéá 4 êáé 5 ÷ñçóéìïðïéþíôáò ìüëõâäï óôç èÝóç ôïõ áëïõìéíßïõ. ÊáôáãñÜøôå ôç äéáöïñÜ óôá âÜñç ùò ôï “âÜñïò ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôï ìüëõâäï”. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

ÁöÞóôå ÷þñï óôï ôåôñÜäéü óáò ãéá êáèåìßá áðü ôéò ðáñáêÜôù ìåôñÞóåéò (üëåò ïé ìåôñÞóåéò íá åêöñáóèïýí óå ãñáììÜñéá). ÂÜñïò ôïõ áëïõìéíßïõ óôïí áÝñá. ÂÜñïò ôïõ áëïõìéíßïõ óôï íåñü. Áðþëåéá âÜñïõò ôïõ áëïõìéíßïõ. ÂÜñïò ôïõ ãåìÜôïõ ìå íåñü ðïôçñéïý. ÂÜñïò ôïõ ðïôçñéïý ìå ôï íåñü ìåôÜ ôçí åìâÜðôéóç ôïõ áëïõìéíßïõ. ÂÜñïò íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôï áëïõìßíéï.

ÂÜñïò ôïõ ìïëýâäïõ óôïí áÝñá. ÂÜñïò ôïõ ìïëýâäïõ óôï íåñü. Áðþëåéá âÜñïõò ôïõ ìïëýâäïõ. ÂÜñïò ôïõ ãåìÜôïõ ìå íåñü ðïôçñéïý ìåôÜ ôçí åìâÜðôéóç ôïõ ìïëýâäïõ. ÂÜñïò íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôï ìüëõâäï.

Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôçí áðþëåéá âÜñïõò ôïõ áëïõìéíßïõ, üôáí âõèßóèçêå óôï íåñü, ìå ôï âÜñïò ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôï áëïõìßíéï; 2. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôçí áðþëåéá âÜñïõò ôïõ ìïëýâäïõ, üôáí âõèßóèçêå óôï íåñü, ìå ôï âÜñïò ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôï ìüëõâäï; 3. Áí êáé ôá êïììÜôéá ôïõ áëïõìéíßïõ êáé ôïõ ìïëýâäïõ æýãéæáí ðåñßðïõ ôï ßäéï óôçí áñ÷Þ ôïõ ðåéñÜìáôïò, ôé åîÞãçóç äßíåôå óôï ãåãïíüò üôé ç áðþëåéá âÜñïõò ðïõ åìöáíßæïõí üôáí âõèßæïíôáé óôï íåñü åßíáé äéáöïñåôéêÞ; 4. ~Oôáí êÜðïéï áíôéêåßìåíï âõèßæåôáé ìÝóá óôï íåñü, ôüôå ôï íåñü ðïõ ôï ðåñéâÜëëåé ôé åðßäñáóç áóêåß ðÜíù óôï áíôéêåßìåíï; 5. Áí ôï âÜñïò ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßæåôáé áðü êÜðïéï áíôéêåßìåíï åßíáé ìéêñüôåñï áðü ôï âÜñïò ôïõ áíôéêåéìÝíïõ óôïí áÝñá, ôé èá óõìâåß óôï áíôéêåßìåíï, üôáí áõôü ðÝóåé ìÝóá óôï íåñü; 6. ÕðïèÝóôå üôé Ýíá áíôéêåßìåíï åßíáé åíôåëþò âõèéóìÝíï óôï íåñü. ÕðïèÝóôå áêüìç üôé ôï âÜñïò ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå åßíáé ìåãáëýôåñï áðü Þ ßóï ìå ôï âÜñïò ôïõ áíôéêåéìÝíïõ óôïí áÝñá. Ôé èá óõìâåß óå áõôü ôï áíôéêåßìåíï, áí áöåèåß åëåýèåñï ìÝóá óôï íåñü; 7. Öïõóêþóôå Ýíá ìðáëüíé ìå ôïí áÝñá ðïõ åêðíÝåôå êáé äÝóôå ôï óôüìéü ôïõ. Èá äéáðéóôþóåôå ðùò, áí ôï áöÞóåôå åëåýèåñï, èá ðÝóåé óôç ãç. Áíôßèåôá, èá Ý÷åôå ðáñáôçñÞóåé üôé Ýíá ìðáëüíé ôïõ ßäéïõ ìåãÝèïõò ãåìéóìÝíï ìå áÝñéï Þëéï èá áíõøùèåß óôïí áÝñá. Áí äå÷èåßôå üôé üëá ôá õëéêÜ, óõìðåñéëáìâáíïìÝíïõ êáé ôïõ çëßïõ, Ý÷ïõí ìÜæá, ðþò åîçãåßôå ôï

41

2.9 Ðþò íá äéïñèþíåôå ôï óöÜëìá ìåôñÞóåùò ðïõ ïöåßëåôáé óôçí Üíùóç. Èá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ôþñá Ýíá ìÝñïò áðü ôéò ãíþóåéò ðïõ áðïêôÞóáìå óôï ðñïçãïýìåíï ðåßñáìá, ãéá íá åîçãÞóïìå ðþò èá äéïñèþíïìå ôï óöÜëìá ðïõ ãßíåôáé óôéò æõãßóåéò ëüãù ôïõ öáéíïìÝíïõ ôçò áíþóåùò. Åßäáôå üôé, áí Ýíá áíôéêåßìåíï æõãßæåôáé, åíþ åßíáé âõèéóìÝíï óôï íåñü, æõãßæåé ëéãüôåñï áðü ü,ôé áí æõãéóèåß ìå ôï óõíçèéóìÝíï ôñüðï. Ôï ðïóü ôïõ âÜñïõò ðïõ öáßíåôáé íá ÷Üíåé åßíáé ßóï ìå ôï âÜñïò ôçò ìÜæáò ôïõ íåñïý ðïõ êáôáëáìâÜíåé ôïí ßäéï üãêï ìå ôï áíôéêåßìåíï. ÐñïóèÝôïíôáò ôï âÜñïò ôçò ìÜæáò ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå óôçí Ýíäåéîç ðïõ ðÞñáìå áðü ôï æõãü, üôáí ôï áíôéêåßìåíï âõèßóôçêå óôï íåñü, ðáßñíïìå ôï ßäéï áðïôÝëåóìá, óáí íá åß÷áìå æõãßóåé ôï áíôéêåßìåíï óôïí áÝñá. ~Éóùò íá íïìßæåôå üôé üëá áõôÜ åßíáé ìéá ðåñéôôÞ Üóêçóç. Áí èÝëïìå íá ìÜèïìå ôï âÜñïò åíüò áíôéêåéìÝíïõ óôïí áÝñá, áñêåß íá ôï æõãßóïìå óôïí áÝñá. Ãéáôß íá ôï æõãßóïìå ìåôÜ óôï íåñü êáé óôç óõíÝ÷åéá íá äéïñèþíïìå ôçí åðßäñáóç ôçò áíþóåùò ôïõ íåñïý; Ôï ðåßñáìá áõôü äåí Ýãéíå, ãéá íá óáò äéåõêïëýíåé íá æõãßóåôå áíôéêåßìåíá óôï íåñü êáé ìåôÜ íá äéïñèþóåôå ôá âÜñç áðü ôçí åðßäñáóç ôçò áíþóåùò. Óêïðüò ôïõ Þôáí íá êáôáíïÞóåôå ôï öáéíüìåíï ôçò áíþóåùò åýêïëá êáé íá åêôåëÝóåôå ôéò ó÷åôéêÝò ìåôñÞóåéò. Ç Üíùóç ðïõ ïöåßëåôáé óôïí áÝñá äåí åßíáé ôüóï åìöáíÞò. ~Ïôáí æõãßæïìå Ýíá áíôéêåßìåíï óôïí áÝñá, èá ðñÝðåé ðÜëé íá ðñïâïýìå óå äéüñèùóç ôïõ óöÜëìáôïò ðïõ ïöåßëåôáé óôçí Üíùóç, áí Ý÷ïìå óêïðü íá âñïýìå ôçí ðñáãìáôéêÞ ìÜæá ôïõ áíôéêåéìÝíïõ áðü ôçí Ýíäåéîç âÜñïõò ôïõ æõãïý. Ï áÝñáò áóêåß Üíùóç ðÜíù óå êÜèå áíôéêåßìåíï ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óå áõôüí. ~Åíá áíôéêåßìåíï æõãßæåé ëéãüôåñï óôïí áÝñá áðü ü,ôé óôï êåíü. Ôï âÜñïò ôïõ åßíáé ëéãüôåñï êáôÜ ôï âÜñïò ôçò ìÜæáò ôïõ áÝñá ðïõ êáôáëáìâÜíåé ôïí ßäéï üãêï ìå ôï áíôéêåßìåíï. ÅðåéäÞ äåí åîõðçñåôåß íá æõãßæïìå ðñÜãìáôá õðü êåíü, ôá æõãßæïìå óôïí áÝñá êáé ìåôÜ ðñáãìáôïðïéïýìå ôéò áðáñáßôçôåò äéïñèþóåéò, ãéá íá äéïñèþóïìå ôï óöÜëìá ðïõ ïöåßëåôáé óôçí Üíùóç êáé íá âñïýìå êÜðïéïí áñéèìü ðëçóéÝóôåñï óôï ðñáãìáôéêü âÜñïò êáé, êáôÜ óõíÝðåéá, óôçí ðñáãìáôéêÞ ìÜæá.

ÐñáãìáôéêÞ ìÜæá åßíáé ç Ýíäåéîç ðïõ èá ìáò Ýäéíå ï æõãüò, áí æõãßæáìå õðü êåíü êáé äåí õðÞñ÷áí Üëëåò ðçãÝò óöÜëìáôïò. Ïé äéïñèþóåéò ôçò áíþóåùò ðïõ èá ðñÝðåé íá ãßíïõí, ðñïêåéìÝíïõ ãéá æýãéóç óôïí áÝñá, åßíáé ðïëý ìéêñüôåñåò áðü ôéò áíôßóôïé÷åò ðïõ ãßíïíôáé ãéá æõãßóåéò ìÝóá óôï íåñü. ~Åíáò óõãêåêñéìÝíïò üãêïò áÝñá æõãßæåé ðåñßðïõ ⎛⎜ 680 áðü ü,ôé ï ßäéïò üãêïò íåñïý. Ôï äéïñèùôéêü ðïóü ëüãù ôçò áíþóåùò ðïõ ÷ñåéÜóèçêå ôï êïììÜôé ôïõ áëïõìéíßïõ, üôáí æõãßóèçêå óôï íåñü, Þôáí 1,5 ãñáììÜñéï. Áí æõãéæüôáí óôïí áÝñá, ôï äéïñèùôéêü ðïóü èá Þôáí ìüíï: 1,5 = 0,0019 g. 800

Ôï ðïóü áõôü áí ðñïóôåèåß óôï âÜñïò ðïõ åß÷å ôï êïììÜôé ôïõ áëïõìéíßïõ, üôáí æõãßóèçêå ìÝóá óôïí áÝñá, äßíåé ôï âÜñïò ðïõ èá åß÷å, áí æõãéæüôáí õðü êåíü êáé êáôÜ óõíÝðåéá ôçí ðñáãìáôéêÞ ôïõ ìÜæá. Óôéò ðåñéóóüôåñåò åñãáóôçñéáêÝò óáò äñáóôçñéüôçôåò èá ìåôá÷åéñéóèåßôå æõãïýò, ðïõ ìðïñïýí íá äþóïõí åíäåßîåéò ìå áêñßâåéá ìüíï 0,01 ãñáììáñßïõ. Ôüóï ìéêñÜ óöÜëìáôá äåí åßíáé óçìáíôéêÜ. ÕðÜñ÷åé ìéá ðåñßðôùóç, óôçí ïðïßá ç äéüñèùóç ôçò áíþóåùò áðü ôïí áÝñá ãßíåôáé óçìáíôéêÞ, Ýóôù êáé áí æõãßæåôå ìå áêñßâåéá 0,01 ãñáììáñßïõ. Ôé óõìâáßíåé áí æõãßóåôå Ýíá ðïëý âáñý áíôéêåßìåíï; Áò õðïèÝóïìå üôé æõãßæåôå Ýíá äï÷åßï ÷ùñçôéêüôçôáò åíüò ôåôÜñôïõ ôïõ ëßôñïõ, ôï ïðïßï êáôÜ óõíÝðåéá åêôïðßæåé Ýíá ôÝôáñôï ôïõ

Ó×ÇÌÁ 2-12. ~Ïôáí æõãßóïìå Ýíá ìåãÜëï åëáöñý áíôéêåßìåíï óôïí áÝñá êáé èÝëïìå íá ìåôñÞóïìå ìå áêñßâåéá ôç ìÜæá ôïõ, åßíáé áðáñáßôçôï íá äéïñèùèåß ôï óöÜëìá ðïõ ïöåßëåôáé óôçí Üíùóç.

42

ëßôñïõ áÝñá, üðùò óôï ó÷Þìá 2-12. ~Åíá ôÝôáñôï ôïõ ëßôñïõ áÝñá Ý÷åé ìÜæá ðåñßðïõ 1,2 ãñáììÜñéá êÜôù áðü êáíïíéêÝò óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò êáé áôìïóöáéñéêÞò ðéÝóåùò. ÐñïêåéìÝíïõ íá õðïëïãßóïìå áêñéâþò ôçí ðñáãìáôéêÞ ìÜæá ôïõ äï÷åßïõ, èá ðñÝðåé íá ãßíåé ìéá äéüñèùóç êáôÜ ôï ìÝãåèïò áõôü. Áñãüôåñá èá ðñáãìáôïðïéÞóåôå Ýíá ðåßñáìá óôï ïðïßï èá ðñÝðåé íá ðñïóäéïñéóèåß ç ìÜæá åíüò áíôéêåéìÝíïõ ðåñßðïõ ôïõ ßäéïõ ìåãÝèïõò, áðü ôï âÜñïò ðïõ Ý÷åé óôïí áÝñá. Ðñïò ôï ðáñüí áõôü ðïõ Ý÷åé óçìáóßá íá áíôéëçöèåßôå, óå ó÷Ýóç ìå ôï áðïôÝëåóìá ôçò áíþóåùò, åßíáé üôé ç Üíùóç äçìéïõñãåß äéáöïñÜ áíÜìåóá óôçí Ýíäåéîç ðïõ ðáßñíåôå áðü Ýíá æõãü, äçëáäÞ ôï âÜñïò ôïõ áíôéêåéìÝíïõ, êáé ôç ìÜæá ôïõ. Ç ýðáñîç áõôïý ôïõ öáéíïìÝíïõ ðáñÝ÷åé ìéá óçìáíôéêÞ áðüäåéîç ãéá ôç äéáöïñÜ ìåôáîý âÜñïõò êáé ìÜæáò.

üøç ìáò ôï õøüìåôñï, óôï ïðïßï ãßíïíôáé ïé æõãßóåéò. Ç áêôßíá ôçò ãçò åßíáé ðåñßðïõ 6.800 ÷éëéüìåôñá (km). Áí æõãßóïìå Ýíá áíôéêåßìåíï óå êÜðïéï óçìåßï ôçò åðéöÜíåéÜò ôçò, ðïõ áðÝ÷åé 6800 km áðü ôï êÝíôñï ôçò ãçò êá ìåôÜ ôï îáíáæõãßóïìå ðÜíù óå Ýíá âïõíü, ðïõ Ý÷åé ýøïò 7 km, èá äéáðéóôþóïìå üôé ôá áðïôåëÝóìáôá èá äéáöÝñïõí. ~Ïðùò ðñïêýðôåé áðü ôçí åîßóùóç ðïõ åêöñÜæåé ôï Íüìï ôçò Âáñýôçôáò ôïõ Íåýôùíá (áíáöÝñèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 2.2), üóï ìåãáëýôåñç åßíáé ç áðüóôáóç áðü ôï êÝíôñï ôçò ãçò, ôüóï ìéêñüôåñç èá åßíáé ç äýíáìç ðïõ áíáðôýóóåôáé áíÜìåóá óôï áíôéêåßìåíï êáé ôç ãç. Ôï âÜñïò ðïõ ìåôñÞèçêå óôçí êïñõöÞ ôïõ âïõíïý èá åßíáé ìéêñüôåñï áðü ôï âÜñïò ðïõ åß÷å óôï ÷áìçëüôåñï õøüìåôñï êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ

2.10 ÄéÜöïñåò Üëëåò áéôßåò óöÜëìáôïò êáôÜ ôç æýãéóç.

Áõôü ôï ìéêñü óöÜëìá äåí èá ëçöèåß ðïôÝ õðüøç óôá ðåéñÜìáôá ðïõ èá ãßíïõí êáôÜ ôç äéÜñêåéá áõôþí ôùí ìáèçìÜôùí. Õðïëïãßæåôáé óõíÞèùò óå ìåôñÞóåéò ìåãÜëçò áêñéâåßáò, ðïõ ÷ñåéÜæïíôáé óå ïñéóìÝíåò åéäéêÝò Ýñåõíåò. ÁíÜëïãï áðïôÝëåóìá ðñïêýðôåé áðü ôï ãåãïíüò ïôé ç ãç äå åßíáé ôÝëåéá óöáßñá áëëÜ åßíáé ëßãï ðåðëáôõóìÝíç, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 2-13. Óôï åðßðåäï ôçò èÜëáóóáò, óôïí éóçìåñéíü, âñßóêåóôå ðåñßðïõ 44 km ìáêñýôåñá áðü ôï êÝíôñï ôçò ãçò áðü ü,ôé áí åßóáóôå óôï åðßðåäï ôçò èÜëáóóáò êïíôÜ óå êÜðïéïí áðü ôïõò

Ìüëéò ðñéí ëßãï ìÜèáôå üôé ç ìÜæá åíüò áíôéêåéìÝíïõ ðïõ ðñïóäéïñßóèçêå æõãßæïíôÜò ôï óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò èá åßíáé ëáíèáóìÝíç, áí äåí óõíõðïëïãéóèåß ôï áðïôÝëåóìá ôçò áíþóåùò ðïõ áóêåß ðÜíù ôïõ ç ãÞéíç áôìüóöáéñá. Ç óçìáóßá áõôïý ôïõ áðïôåëÝóìáôïò åßíáé ìåãáëýôåñç, áí ðñüêåéôáé ãéá áíôéêåßìåíá ðïõ åßíáé ôáõôï÷ñüíùò åëáöñÜ êáé ïãêþäç. ÕðÜñ÷ïõí êáé Üëëá óöÜëìáôá, ðïõ åßíáé äõíáôüí íá åðçñåÜóïõí ôéò æõãßóåéò. ÌåñéêÜ áðü áõôÜ èá áíáöåñèïýí åäþ, ãéá íá ôïíéóèåß üôé ôï âÜñïò åíüò áíôéêåéìÝíïõ ìðïñåß íá èåùñçèåß ßóï ìå ôç ìÜæá ôïõ, ìüíï üôáí ç æýãéóç Ýãéíå êÜôù áðü áõóôçñÜ åëåã÷üìåíåò óõíèÞêåò. ÖõóéêÜ, êáé ç óõóêåõÞ ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôéò æõãßóåéò èá ðñÝðåé íá åßíáé õøçëÞò áêñéâåßáò, óå êáëÞ êáôÜóôáóç ëåéôïõñãßáò êáé íá Ý÷åé åëåã÷èåß ðñïóåêôéêÜ ìå ôç âïÞèåéá äéáöüñùí áíôéêåéìÝíùí ãíùóôÞò ìÜæáò. Áò ìåëåôÞóïìå ìåñéêÜ áðü ôá ðéï åðéêßíäõíá ëÜèç ðïõ ßóùò ðñïêýøïõí êáôÜ ôç æýãéóç. Ç ãç äåí åßíáé åðßðåäç, äåí Ý÷åé ïìïéüìïñöç óýóôáóç êáé äåí åßíáé áêñéâþò óôñïããõëÞ. ~Ïëá áõôÜ ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ åðçñåÜæïõí ôçí áêñßâåéá ôùí ðñïóäéïñéóìþí ôçò ìÜæáò ôçò. Ïé áéôßåò åßíáé ðñïöáíåßò, áí èåëÞóïìå íá ôéò åîåôÜóïìå. Áöïý ç ãç äåí åßíáé åðßðåäç*, èá ðñÝðåé íá ëÜâïìå õð’ *

Ó.ô.Ì. ~Å÷åé âïõíÜ, êïéëÜäåò, èÜëáóóåò êëð.

2

⎛ 6800 ⎞ ⎜ ⎟ ≅ 0 ,998 ⎝ 6807 ⎠

Ó×ÇÌÁ 2-13. ÁõôÞ ç öùôïãñáößá, ðïõ åëÞöèç áðü ýøïò 38.000 km, äåß÷íåé üôé ç ãç äåí åßíáé ôÝëåéá

43

ðüëïõò. ~Åôóé, ç Ýëîç ôçò ãçò ðÜíù óå Ýíá áíôéêåßìåíï èá åßíáé ìéêñüôåñç óôïí éóçìåñéíü áðü ü,ôé óôïõò ðüëïõò êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ êáôÜ ðñïóÝããéóç 2

⎛ 6800 ⎞ ⎟ ≅ 0 ,998 ⎜ ⎝ 6807 ⎠

Ôï ãåãïíüò üôé ç óýóôáóç ôçò ãçò äåí åßíáé ïìïéüìïñöç, ìðïñåß íá åðçñåÜóåé ôï âÜñïò Ýôóé þóôå íá Ý÷åé ðñáêôéêÞ óçìáóßá. ÊáôÜ ìÝóï üñï ç ãç Ý÷åé ìÜæá áíÜ ìïíÜäá üãêïõ ðåñßðïõ 5,5 ãñáììÜñéá áíÜ ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ. Ç ìÜæá áíÜ ìïíÜäá üãêïõ ôïõ ðåôñåëáßïõ åßíáé ìüíï ðåñßðïõ 0,9 ãñáììÜñéá áíÜ ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ. Áí ìéá æýãéóç ãßíåé óå êÜðïéï óçìåßï ôçò ãçò, ðïõ âñßóêåôáé êáô’ åõèåßáí ðÜíù áðü êÜðïéï ìåãÜëï êïßôáóìá ðåôñåëáßïõ ç Ýëîç ôçò âáñýôçôáò èá åßíáé ëßãï ìéêñüôåñç áðü ü,ôé èá Þôáí áí ôï ßäéï êïßôáóìá áðïôåëïýíôáí áðü õëéêü ìåãáëýôåñçò ðõêíüôçôáò. ÕðÜñ÷åé ëéãüôåñç ýëç óôï êïßôáóìá ôïõ ðåôñåëáßïõ áðü ü,ôé óå ßäéï üãêï ðÝôñáò. Ãé’ áõôü êáé áóêåßôáé ìéêñüôåñç Ýëîç óôï áíôéêåßìåíï ðïõ æõãßæåôáé. Ç äéáöïñÜ áõôÞ åßíáé åîáéñåôéêÜ ìéêñÞ, áëëÜ Ý÷ïõí êáôáóêåõáóèåß óõóêåõÝò ðïõ ôçí ðñïóäéïñßæïõí êáé Ýôóé Ý÷ïõí áíáêáëõöèåß ìåñéêÜ ìåãÜëá êïéôÜóìáôá ðåôñåëáßïõ. ~Ïôáí ïé æõãßóåéò ãßíïíôáé ìå ôá üñãáíá ðïõ ïíoìÜæïíôáé äõíáìüìåôñá ôüôå ôá äéÜöïñá óöÜëìáôá, ðïõ ìüëéò áíáöÝñèçêáí, åðçñåÜæïõí

óçìáíôéêÜ ôá áðïôåëÝóìáôá. Áí üìùò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé æõãïß, áõôÜ ôá óöÜëìáôá ðåñéïñßæïíôáé. Áò åðéóôñÝøïìå óôç ãåíéêåõìÝíç ìáèçìáôéêÞ åîßóùóç, ðÜíù óôçí ïðïßá âáóßæåôáé ï æõãüò: m1 d1 = m2 d2

~Ïðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò ôï m1 ðáñéóôÜíåé ôçí Üãíùóôç ìÜæá ðïõ èÝëïìå íá ìåôñÞóïìå êáé ôï m2 åßíáé ç ãíùóôÞ ìÜæá ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá óýãêñéóç (óôáèìÜ). Ç áðüóôáóç ôçò ìÜæáò áðü ôï õðïìü÷ëéï åßíáé d. Ç åîßóùóç åßíáé äõíáôüí íá ôñïðïðïéçèåß óôçí áêüëïõèç ìïñöÞ: 2

⎛ 6800 ⎞ ⎜ ⎟ ≅ ⎝ 6807 ⎠

ÏðïéoóäÞðïôå áðü ôïõò ôñåéò ðáñÜãïíôåò ðïõ áíáöÝñèçêáí ðñïçãïõìÝíùò êáé ðïõ ó÷åôßæåôáé ìå ôï ó÷Þìá êáé ôç óýóôáóç ôçò ãçò èá åëáôôþóåé (Þ èá áõîÞóåé) ôçí Ýëîç ôçò ãçò ðÜíù óôï áíôéêåßìåíï ôçò Üãíùóôçò áëëÜ êáé ôçò ãíùóôÞò ìÜæáò (óôáèìÜ) êáôÜ ôï ßäéï ðïóïóôü. ~Åôóé, ç áíáëïãßá ôùí äýï ìáæþí èá ìåßíåé áìåôÜâëçôç, üðùò êáé ïé äýï áðïóôÜóåéò, åíþ ç Ýíäåéîç ôïõ æõãïý èá åîáêïëïõèåß íá áíôéðñïóùðåýåé ôï óùóôü âÜñïò ôïõ áíôéêåéìÝíïõ ðïõ æõãßæïìå. Áõôü áêñéâþò åßíáé êáé ôï ðëåïíÝêôçìá ôïõ æõãïý Ýíáíôé ôïõ äõíáìüìåôñïõ. ÐïëëÜ ðéèáíÜ óöÜëìáôá êáôÜ ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ìÜæáò åßíáé äõíáôüí íá ðåñéïñéóèïýí óå Ýíá æõãü åî áéôßáò

Ðåñßëçøç. Ôï âÜñïò åßíáé êÜôé äéáöïñåôéêü áðü ôç ìÜæá. Ôï âÜñïò åßíáé áíÜëïãï ìå ôçí Ýëîç ðïõ áóêåß ç ãç (Þ êÜðïéï Üëëï óþìá) åðÜíù óå Ýíá áíôéêåßìåíï. Ôï ìÝãåèïò áõôÞò ôçò Ýëîåùò ìðïñåß íá ìåôáâëçèåß êÜôù áðü äéáöïñåôéêÝò óõíèÞêåò, åíþ ç ðñáãìáôéêÞ ìÜæá ôïõ áíôéêåéìÝíïõ (äçëáäÞ ôï ðïóü ôçò ýëçò ðïõ ðåñéÝ÷åé) äåí áëëÜæåé. Ìéá áðü ôéò óõíèÞêåò ðïõ åðçñåÜæåé ôï âÜñïò åíüò áíôéêåéìÝíïõ êáèéóôþíôáò ôï äéáöïñåôéêü áðü ôç ìÜæá åßíáé ç åðßäñáóç ôçò áíþóåùò ðïõ äÝ÷åôáé ôï áíôéêåßìåíï áõôü, åî áéôßáò ôïõ ìÝóïõ óôï ïðïßï âñßóêåôáé âõèéóìÝíï êáôÜ ôç æýãéóç. Ôï âÜñïò ôïõ âõèéóìÝíïõ áíôéêåéìÝíïõ èá åßíáé ìéêñüôåñï áðü ôç ìÜæá ôïõ êáôÜ Ýíá óõãêåêñéìÝíï ðïóü. Ôï ðïóü áõôü åßíáé ßóï ìå ôï âÜñïò ôçò ìÜæáò ôïõ ìÝóïõ óôï ïðïßï âñßóêåôáé âõèéóìÝíï ôï áíôéêåßìåíï êáé Ý÷åé ßóï üãêï ìå ôïí üãêï ôïõ áíôéêåéìÝíïõ ðïõ

æõãßæåôáé. Áí èÝëïìå ôï âÜñïò íá åßíáé ßóï ìå ôç ìÜæá Ýóôù êáé áí äåí õðÜñ÷ïõí êÜðïéåò áéôßåò óöÜëìáôïò, ôüôå èá ðñÝðåé ç æýãéóç íá ãßíåé õðü êåíü. Ãéá ðñáêôéêïýò ëüãïõò óõíÞèùò æõãßæïìå ôá áíôéêåßìåíá óôïí áÝñá. Ãé’ áõôü, üôáí èÝëïìå íá âñïýìå êÜðïéï áðïôÝëåóìá ìå éêáíïðïéçôéêü âáèìü áêñéâåßáò èá ðñÝðåé íá ðñáãìáôïðïéÞóïìå ìéá äéüñèùóç, êáôÜ ôçí ïðïßá èá ëÜâïìå õðüøç ôá áðïôåëÝóìáôá ôçò áíþóåùò ôïõ áÝñá.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ãéáôß óçìåéþèçêå ìåãáëýôåñç ìåßùóç óôç öáéíïìåíéêÞ ìÜæá ôïõ êïììáôéïý ôïõ áëïõìéíßïõ áðü ü,ôé óôç öáéíïìåíéêÞ ìÜæá ôïõ êïììáôéïý ôïõ ìïëýâäïõ, üôáí æõãßóèçêáí êáé ôá äýï ìÝóá óôï íåñü;

44

2. Ãéáôß ç äéüñèùóç ôçò áíþóåùò ãéá ìéá æýãéóç ðïõ ãßíåôáé óôïí áÝñá åßíáé ìéêñüôåñç áðü

áõôÞí ðïõ áðáéôåßôáé, áí ç æýãéóç áõôÞ ãßíåé ìÝóá óôï íåñü;

ÊáôÜ ôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò Ý÷ïìå ìåôñÞóéìç ìåôáâïëÞ ôçò ìÜæáò; ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

2.11 Äéåñåýíçóç ìåñéêþí áíôéäñÜóåùí ãéá ðéèáíÝò ìåôáâïëÝò ôçò ìÜæáò. Óå ðñïçãïýìåíï ðåßñáìá åßäáôå üôé üôáí êáßãåôáé Ýíá êåñß, Ýíá ìÝñïò áðü ôçí ïõóßá ôïõ êåñéïý öáßíåôáé üôé ÷Üíåôáé åíþ ó÷çìáôßæïíôáé äýï íÝåò ïõóßåò, ôï íåñü êáé ôï áÝñéï ðïõ ïíïìÜæåôáé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá. Äéáðéóôþóáôå åðßóçò üôé åßíáé áðáñáßôçôç ç ðáñïõóßá ôïõ áåñßïõ ðïõ ïíïìÜæåôáé ïîõãüíï êáé üôé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò êáýóåùò êáôáíáëþíåôáé ïîõãüíï. ÄçëáäÞ âñÞêáôå üôé ç êáýóç ôïõ êåñéïý åßíáé ìéá äéáäéêáóßá ðïõ ðåñéëáìâÜíåé ðïëëÝò ìåôáôñïðÝò ïõóéþí óå Üëëåò ïõóßåò. ÓÊÏÐÏÓ

Èá ðñïóðáèÞóåôå íá äéáðéóôþóåôå áí åìöáíßæåôáé êÜðïéá áëëáãÞ óôï óõíïëéêü ðïóü ôçò ýëçò ðïõ ëáìâÜíåé ìÝñïò óå ìåñéêÝò, äéáöïñåôéêïý ôýðïõ, ìåôáâïëÝò. ÕËÉÊÁ

Óýñìá ÷áëêïý #16 (ðåñßðïõ 100 cm) Æõãüò Êåñß 100 ml áñáéü èåééêü ïîý ÃõÜëéíï âÜæï ìå êáðÜêé Þ öéÜëç ÷ùñçôéêüôçôáò ðåñßðïõ 4 L

¸íá ðáãÜêé Þ ìåñéêÜ êïììÜôéá ôñéììÝíïõ ðÜãïõ 100 ml áñáéü äéÜëõìá BaCl2 óå íåñü 2 öéÜëåò 250 ml ÖéÜëç 500 ml

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á.

Ó×ÇÌÁ 2-14.

1. Ôõëßîôå ìéá Üêñç ôïõ ÷Üëêéíïõ óýñìáôïò óöéêôÜ ãýñù áðü ôçí êÜôù Üêñç åíüò êåñéïý ðïõ Ý÷åé äéÜìåôñï ðåñßðïõ 2 cm êáé ìÞêïò 5-6 cm. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ óýñìáôïò êáôåâÜóôå ôï êåñß óôïí ðõèìÝíá åíüò ãõÜëéíïõ äï÷åßïõ ÷ùñçôéêüôçôáò 4 ðåñßðïõ ëßôñùí ìå êáðÜêé ðïõ âéäþíåé, Þ óôïí ðõèìÝíá ìéáò ðëáóôéêÞò öéÜëçò ôçò ßäéáò ðåñßðïõ ÷ùñçôéêüôçôáò, ðïõ äéáèÝôåé ðþìá, ãéá íá êëåßíåé áåñïóôåãþò. Êüøôå ôï ÷Üëêéíï óýñìá ðïõ ðåñéóóåýåé, þóôå íá óôåñåùèåß ìÝóá óôï äï÷åßï ÷ùñßò íá åìðïäßæåé ôï êáðÜêé íá êëåßóåé, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 2-14. ÔïðïèåôÞóôå ôï äï÷åßï Þ ôç öéÜëç ìå ôï êåñß, ôï óýñìá êáé ôï êáðÜêé óå Ýíáí êáôÜëëçëï æõãü. Ñõèìßóôå ôá áíôßâáñá, þóôå íá éóïññïðÞóåé ï æõãüò, üðùò êáôÜ ôç óõíÞèç æýãéóç. 2. ÂãÜëôå ôï êåñß áðü ôï äï÷åßï êñáôþíôáò ôï áðü ôï óýñìá, áíÜøôå ôï êáé êáôåâÜóôå ôï ãñÞãïñá ðÜëé óôïí ðõèìÝíá ôïõ äï÷åßïõ. Óöñáãßóôå áìÝóùò ôï äï÷åßï êáé ðáñáôçñÞóôå ôé óõìâáßíåé óôçí éóïññïðßá ôïõ æõãïý, üóï ÷ñüíï êáßãåôáé ôï êåñß.

45

3. ~Ïôáí óâÞóåé ç öëüãá, áíïßîôå ôï äï÷åßï, öõóÞîôå ìÝóá óå áõôü, þóôå íá áðïìáêñýíåôå ôá ðñïúüíôá ôçò êáýóåùò, Þ ãõñßóôå ôï ãéá ìåñéêÜ ëåðôÜ áíÜðïäá, þóôå íá äéáöýãïõí ìüíá ôïõò. Óôç óõíÝ÷åéá, ôïðïèåôÞóôå ôï äï÷åßï, ìáæß ìå ôï êåñß ðïõ ðåñéÝ÷åé, óôï äßóêï ôïõ æõãïý ìå ôï êáðÜêé ôïðïèåôçìÝíï äßðëá. Áí ÷ñåéáóèåß ñõèìßóôå ôï æõãü þóôå íá éóïññïðÞóåé. ÁíÜøôå ðÜëé ôï êåñß êáé ðáñáôçñÞóôå êÜèå ìåôáâïëÞ óôï æõãü.

ÌÝñïò Â. 1. ÔïðïèåôÞóôå, óå Ýíá æõãü ìéá öéÜëç ôùí 500 ml ãåìÜôç ìÝ÷ñé ôç ìÝóç ìå íåñü èåñìïêñáóßáò 30-35°C. 2. ÐñïóèÝóôå ìÝóá ìåñéêÜ êïììÜôéá ðÜãïõ êáé êëåßóôå ôç öéÜëç. 3. ÉóïññïðÞóôå ôï æõãü êáé ðáñáôçñÞóôå ôç óõìðåñéöïñÜ ôïõ êáôÜ ôï ÷ñüíï ðïõ ëéþíåé ï ðÜãïò. ÕðÜñ÷åé êáìßá ìåôáâïëÞ óôçí áñ÷éêÞ ìÜæá;

ÌÝñïò Ã. 1. ÔïðïèåôÞóôå äýï öéÜëåò ôùí 250 ml óôïí ßäéï äßóêï åíüò æõãïý. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 100 ml áñáéïý äéáëýìáôïò èåééêïý ïîÝïò óôçí Üëëç öéÜëç. ÉóïññïðÞóôå ôï æõãü. 2. ÁäåéÜóôå ôï ðåñéå÷üìåíï ôçò ìéáò öéÜëçò ìÝóá óôçí Üëëç. Óçìåéþóôå êÜèå ìåôáâïëÞ ðïõ ôõ÷üí óõìâáßíåé. ~Å÷ïíôáò ôþñá êáé ôéò äýï öéÜëåò ðÜíù óôï æõãü, ôçí Üäåéá êáé ôçí Üëëç ðïõ ðåñéÝ÷åé êÜðïéá íÝá ïõóßá, óçìåéþóôå êÜèå ìåôáâïëÞ óôç ìÜæá. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Óå ðïéï óçìåßï êáé ãéáôß äéáöÝñïõí ïé ðáñáôçñÞóåéò óáò óôï ÌÝñïò Á-3 áðü áõôÝò ôïõ Á-2; 2. Ôé ìðïñåßôå íá óõìðåñÜíåôå ãéá ôéò ìåôáâïëÝò ôïõ óõíïëéêïý ðïóïý ôçò ýëçò ðïõ ëáìâÜíåé ìÝñïò óå ìéá áíôßäñáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá Ý÷ïìå ìåôáôñïðÞ ôçò ýëçò áðü ìéá ïõóßá óå Üëëç äéáöïñåôéêÞ;

Äéåñùôçèåßôå: Óå ðïéï óõìðÝñáóìá èá êáôáëÞãáôå áí óõãêñßíáôå ôéò ìåôáâïëÝò ôïõ Â

2.12 Ç ìÜæá äéáôçñåßôáé óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ï âáóéêüôåñïò íüìïò ôçò ÷çìåßáò ßóùò åßíáé ï Íüìïò ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÌÜæáò*. Ï íüìïò áõôüò áðïôåëåß ìéá ãåíßêåõóç, ðïõ âáóßóôçêå óôçí åìðåéñßá åêáôïíôÜäùí ÷çìéêþí ðÜíù óå ðïëëþí åéäþí ðåéñÜìáôá. ~Ïðùò åßäáôå ðñïçãïõìÝíùò üôáí ìéá ãåíßêåõóç Ý÷åé äïêéìáóèåß åðß ôüóï ìáêñü ÷ñïíéêü äéÜóôçìá êáé ôüóåò öïñÝò, þóôå íá

öáßíåôáé áäýíáôïí íá åßíáé ëáíèáóìÝíç, ôüôå óõíçèßæïìå íá ôçí ïíïìÜæïìå íüìï. Óýìöùíá ìå ôï íüìï áõôü: “Ç ýëç ìðïñåß íá áëëÜîåé ìïñöÞ, áëëÜ äåí ìðïñåß íá äçìéïõñãçèåß Þ íá êáôáóôñáöåß”. Ç ÷çìåßá áó÷ïëåßôáé êõñßùò ìå ôéò äéáäéêáóßåò åêåßíåò, êáôÜ ôéò ïðïßåò ðñáãìáôïðïéåßôáé ìåôáôñïðÞ ôçò ýëçò áðü ôç ìéá ìïñöÞ óôçí Üëëç**. Ãé’ áõôü ï íüìïò áõôüò Ý÷åé ðïëý ìåãÜëç óçìáóßá ãéá ôç ÷çìåßá. Ï ÷çìéêüò, óôçí

* Ó.ô.Ì. ~Ç Íüìïò ôçò Áöèáñóßáò ôçò ¾ëçò. ** Ó.ô.Ì. Ãéá ìåãáëýôåñç áêñßâåéá “ðñáãìáôïðïéåßôáé ìåôáâïëÞ ìéáò ïõóßáò óå Üëëç äéáöïñåôéêÞ Þ Üëëåò äéáöïñåôéêÝò ïõóßåò”.

46

ðñïóðÜèåéÜ ôïõ íá êáôáíïÞóåé áõôÝò ôéò ìåôáâïëÝò, äéáðéóôþíåé üôé Ý÷åé ôåñÜóôéá óçìáóßá íá ãíùñßæåé ðùò üóï äéáöïñåôéêÝò êé áí åßíáé ïé éäéüôçôåò ôùí áñ÷éêþí õëéêþí áðü áõôÝò ôùí ðñïúüíôùí, ôï óõíïëéêü ðïóü ôçò ýëçò èá ðáñáìåßíåé áìåôÜâëçôï. Ç êáèéÝñùóç ôïõ Íüìïõ ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÌÜæáò ùò âáóéêïý êáíüíá ãéá ôç ÷çìåßá, ïöåßëåôáé, êáôÜ ìåãÜëï ìÝñïò, óôéò Ýñåõíåò ôïõ ÃÜëëïõ ÷çìéêïý Lavoisier ó÷åôéêÜ ìå ôçí êáýóç. ~Çôáí ôüóï óçìáíôéêÞ ç óõíåéóöïñÜ ôïõ, þóôå

áîßæåé ãé’ áõôü êáé ìüíï íá ïíïìáóèåß ï Lavoisier ðáôÝñáò ôçò åðéóôçìïíéêÞò ÷çìåßáò (ðáñÜëëçëá ï Lavoisier Ýêáíå êáé ðïëëÜ Üëëá óçìáíôéêÜ ðåéñÜìáôá). Ï Lavoisier Ýäåéîå ìå Üìåóá êáé ðñïóåêôéêÜ ðåéñÜìáôá üôé, üôáí óõìâáßíïõí ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò, üðùò ç êáýóç, ç óõíïëéêÞ ìÜæá üëùí ôùí ïõóéþí ðñéí êáé ìåôÜ áðü áõôÝò ôéò ìåôáâïëÝò ðáñáìÝíåé áìåôÜâëçôç. Óå åðüìåíï ðåßñáìá èá ãíùñßóåôå êáé ôï åßäïò ôùí óôïé÷åßùí óôá ïðïßá âáóßóèçêå ï Lavoisier, ãéá íá ôï áðïäåßîåé. ~Ïëá áõôÜ ôá ðåéñÜìáôá ðïõ Ý÷ïõí ãßíåé

äåß÷íïõí üôé óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò äåí õðÜñ÷åé ìåôáâïëÞ óôçí ðïóüôçôá ôç ìÜæáò ôüóï ìåãÜëç, þóôå íá ìðïñåß íá ìåôñçèåß.

ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÌÜæáò. Åßíáé Ýíáò áðü ôïõò ðéï âáóéêïýò êáé ÷ñÞóéìïõò íüìïõò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýí ïé ÷çìéêïß óôçí ðñïóðÜèåéÜ ôïõò íá êáôáíïÞóïõí êáé íá åñìçíåýóïõí ôá ðåéñÜìáôÜ ôïõò.

Ðåñßëçøç. ÊáôÜ ôçí åêôÝëåóç äéáöüñùí åðéóôçìïíéêþí äñáóôçñéïôÞôùí áðü ôïõò ÷çìéêïýò, ç óõíïëéêÞ ìÜæá ôùí õëéêþí ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýí äåí ìåôáâÜëëåôáé áéóèçôÜ. Ç ìÜæá áëëÜæåé óýóôáóç, áëëÜ ç óõíïëéêÞ ôçò ðïóüôçôá ðáñáìÝíåé óôáèåñÞ. Áõôüò ï íüìïò ïíïìÜæåôáé Íüìïò ôçò

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ãéáôß ÷áñáêôçñßæïìå ôï Íüìï ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÌÜæáò “Íüìï”; 2. ~Ïôáí êáßãåôáé Ýíá êåñß, ãßíåôáé ìéêñüôåñï.

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ç âáóéêÞ éäéüôçôá ôçò ýëçò, óå üëåò ôçò ôéò ìïñöÝò, åßíáé üôé ç ýëç Ý÷åé ìÜæá. Ùò “ìÜæá” ïñßæåôáé ôï óõíïëéêü ðïóü ôçò ýëçò ðïõ õðÜñ÷åé, áíåîÜñôçôá áðü ôç ìïñöÞ ôçò Þ ôç óýóôáóÞ ôçò. Ç ìÜæá åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèåß ìå ôç âïÞèåéá ôïõ Íüìïõ ôçò Âáñýôçôáò, ôïõ Íåýôùíá. Ï íüìïò áõôüò ïñßæåé üôé äýï áíôéêåßìåíá Ýëêïíôáé ìåôáîý ôïõò ìå äýíáìç ðïõ åßíáé áíÜëïãç ðñïò ôï ãéíüìåíï ôùí ìáæþí ôïõò êáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãç ðñïò ôï ôåôñÜãùíï ôçò áðïóôÜóåùò áíÜìåóá óôï êÝíôñá ôçò ìÜæáò ôïõò. Ï ðéï óõíçèéóìÝíïò ôñüðïò ãéá íá ìåôñçèåß ç ìÜæá åßíáé íá èåùñçèåß ç ãç Ýíá áðü ôá äõï áíôéêåßìåíá ðïõ Ýëêïíôáé êáé íá ìåôñçèåß ç äýíáìç ìå ôçí ïðïßá Ýëêåôáé êÜðïéï Üëëï áíôéêåßìåíï áðü ôç ãç. Áõôü ïíïìÜæåôáé âÜñïò ôïõ áíôéêåéìÝíïõ. Ôï âÜñïò éóïýôáé ìå ôç ìÜæá, ìüíï áí ãßíåé ç ìÝôñçóç êÜôù áðü áõóôçñÜ åëåã÷üìåíåò óõíèÞêåò. Ç ìÜæá ìåôñåßôáé ìå ôç ìïíÜäá ðïõ ïíïìÜæåôáé ÷éëéüãñáììï (Þ êéëü, kg). Ãéá ìéêñüôåñåò ìÜæåò õðÜñ÷ïõí ôá ãñáììÜñéá. ~Åíá ãñáììÜñéï (g) åßíáé ßóï ìå ôï Ýíá ÷éëéïóôü ôïõ ÷éëéïãñÜììïõ. Ìéá áðü

ôéò áðáñáßôçôåò ðñïûðïèÝóåéò, ãéá íá éóïýôáé áñéèìçôéêÜ ôï âÜñïò åíüò óþìáôïò ìå ôç ìÜæá ôïõ åßíáé íá ãßíåé ç ìÝôñçóç õðü êåíü, þóôå íá áðïöåõ÷èåß ôï óöÜëìá ðïõ ïöåßëåôáé óôï öáéíüìåíï ôçò áíþóåùò ôïõ áÝñá. Áí êÜðïéï áíôéêåßìåíï æõãéóèåß âõèéóìÝíï óôï íåñü, ôï áðïôÝëåóìá ôçò áíþóåùò ãßíåôáé áêüìá åìöáíÝóôåñï. Äéüñèùóç ôçò áíþóåùò ãßíåôáé, áí ðñïóèÝóïìå, óôï öáéíüìåíï âÜñïò, ôï âÜñïò ôçò ìÜæáò ôïõ ìÝóïõ (üðùò ï áÝñáò Þ ôï íåñü), ðïõ êáôáëáìâÜíåé üãêï ßóï ìå ôïí üãêï ðïõ êáôáëáìâÜíåé ôï áíôéêåßìåíï ðïõ æõãßæåôáé. ÂÜñïò êáé ìÜæá äåí åßíáé ôï ßäéï ðñÜãìá. ~Åíáò èåìåëéþäçò íüìïò ôçò ÷çìåßáò åßíáé ï Íüìïò ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÌÜæáò, ðïõ ïñßæåé üôé óå êÜèå ÷çìéêÞ äéáäéêáóßá ôï óõíïëéêü ðïóü ôçò ìÜæáò ðïõ ëáìâÜíåé ìÝñïò óôç äéáäéêáóßá áõôÞ ðáñáìÝíåé áìåôÜâëçôï.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ç áðüóôáóç ôçò ãçò áðü ôïí Þëéï åßíáé

47

Roy J. Plunkett (1910 - )

ÔÏ 1938, Ýíáò ÷çìéêüò åñåõíçôÞò, ðïõ ëåãüôáí Roy Plunkett, áíáêÜëõøå êÜôé óçìáíôéêü, ãéáôß ãíþñéæå êáé ðßóôåõå ôï Íüìï ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÌÜæáò (Þ ôçí Áñ÷Þ ôçò Áöèáñóßáò ôçò ~Õëçò). ÁíáêÜëõøå ôï ðëáóôéêü teflon. Ìéá áðü ôéò ðÜñá ðïëëÝò ÷ñÞóéìåò åöáñìïãÝò áõôïý ôïõ ðëáóôéêïý åßíáé ôá “áíôéêïëëçôéêÜ” óêåýç ìåãåéñéêÞò. Ï Plunkett åñãáæüôáí óå êÜðïéï åñåõíçôéêü ðñüãñáììá ãéá ôï ïðïßï ÷ñåéáæüôáí Ýíá áÝñéï ðïõ ïíïìáæüôáí ôåôñáöèïñïáéèõëÝíéï. ÐáñÝëáâå ëïéðüí

ðåñßðïõ 150 åêáôïììýñéá ÷éëéüìåôñá. Áí êÜðïéïò Üëëïò ðëáíÞôçò Ý÷åé ìÜæá äéðëÜóéá áðü ôç ìÜæá ôçò ãçò êáé âñßóêåôáé óå áðüóôáóç 300 ðåñßðïõ ÷éëéïìÝôñùí áðü ôïí Þëéï, ôüôå ðïéá èá åßíáé ç ó÷Ýóç ôçò äõíÜìåùò ôçò âáñýôçôáò áíÜìåóá óôïí Þëéï êáé ôïí Üëëï ðëáíÞôç; 2. ~Åíá áíôéêåßìåíï æõãßóèçêå óôç ãç ìå Ýíá äõíáìüìåôñï åëáôçñßïõ êáé âñÝèçêå üôé æýãéæå 100 ãñáììÜñéá. Áí áõôü ôï áíôéêåßìåíï Þôáí äõíáôüí íá æõãéóèåß ìå ôï ßäéï äõíáìüìåôñï åëáôçñßïõ ðÜíù óå Ýíáí ðëáíÞôç ðïõ Ý÷åé äéðëÜóéá ìÜæá áðü ôç ìÜæá ôçò ãçò áëëÜ ôçí ßäéá ìå áõôÞí äéÜìåôñï, ðïéï èá Þôáí ôï öáéíïìåíéêü âÜñïò ôïõ; 3. Áí ôï ßäéï áíôéêåßìåíï ðïõ æõãßóèçêå ðÜíù óå êÜðïéïí Üëëï ðëáíÞôç ìå Ýíá äõíáìüìåôñï åëáôçñßïõ (åñþôçóç 2) *

Ó.ô.Ì. ¸íá åßäïò ðïëý åëáöñïý îýëïõ.

áõôü ôï áÝñéï ìÝóá óå Ýíá ìåôáëëéêü äï÷åßï, ôï ïðïßï áí êáé Þôáí ìéêñü ðåñéåß÷å ìåãÜëç ðïóüôçôá, ãéáôß ôï áÝñéï Þôáí õðü ðßåóç. Ç ðïóüôçôá ôïõ áåñßïõ õðïëïãßóôçêå æõãßæïíôáò ôï äï÷åßï ðñéí êáé ìåôÜ ôï ãÝìéóìá. Êáèþò ðñï÷ùñïýóå ç åñãáóßá, ï Plunkett ÷ñçóéìïðïéïýóå ìéêñÝò ðïóüôçôåò áåñßïõ ãéá ôéò áíÜãêåò ôùí ðåéñáìÜôùí ôïõ. ÊÜðïéá çìÝñá äéáðßóôùóå üôé ôï äï÷åßï äåí åß÷å Üëëï áÝñéï êáé õðÝèåóå üôé ôï åß÷å êáôáíáëþóåé üëï. ~Ïôáí üìùò äïêßìáóå íá óçêþóåé ôï äï÷åßï áðü ôïí ðÜãêï åñãáóßáò, áéóèÜíèçêå üôé Þôáí áêüìá âáñý, ðåñéóóüôåñï áðü ü,ôé èá ðåñßìåíå íá åßíáé, áí Þôáí Üäåéï. ÌåôÜ áðü áõôü, ôï æýãéóå êáé äéáðßóôùóå üôé ðñÜãìáôé æýãéæå ðåñéóóüôåñï áðü ü,ôé ôï Üäåéï äï÷åßï. Ôï ìüíï ðïõ ìðïñïýóå íá óõìðåñÜíåé âÜóåé ôïõ Íüìïõ ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÌÜæáò, Þôáí üôé êÜôé Ýðñåðå íá Ý÷åé ìåßíåé ìÝóá óôï äï÷åßï Ýóôù êé áí áõôü äåí Þôáí ßäéï ìå ôï áÝñéï ðïõ ôïðïèåôÞèçêå áñ÷éêÜ. ~Åêïøå ôï äï÷åßï êáé âñÞêå üôé ðåñéåß÷å ìéá Üóðñç óêüíç. Ìå êÜðïéï ôñüðï ôï áÝñéï ôåôñáöèïñïáéèõëÝíéï åß÷å ìåôáôñáðåß óå áõôÞí ôç íÝá ïõóßá, üóï äéÜóôçìá Ýìåéíå ìÝóá óôï äï÷åßï õðü ðßåóç. Ç íÝá ïõóßá Þôáí ôï teflon. ÄéÜöïñá óõóôçìáôéêÜ ðåéñÜìáôá Ýäåéîáí óýíôïìá üôé ôï teflon ìðïñåß ó÷åôéêÜ åýêïëá êáé ìå éêáíïðïéçôéêÞ áðüäïóç íá ðáñá÷èåß áðü ôåôñáöèïñïáéèõëÝíéï.

æõãéæüôáí óôïí ßäéï ðëáíÞôç ìå æõãü êáé ìå áíôßâáñá ãíùóôÞò ìÜæáò, ôé íïìßæåôå üôé èá óõíÝâáéíå ìå ôï âÜñïò ôïõ; 4. Èõìçèåßôå ôï ðåßñáìá ôçò æõãßóåùò ðïõ ðåñéãñÜøáìå óôçí ðáñÜãñáöï 2.5. Èá äéáðéóôþóåôå ßóùò üôé ç ìÜæá åíüò êïììáôéïý ìåôÜëëïõ ôï ïðïßï åß÷å æõãéóèåß óå äéáöïñåôéêïýò æõãïýò äåí Þôáí ðÜíôá ç ßäéá. Ó÷çìáôßóôå Ýíáí êáôÜëïãï ìå üëïõò åêåßíïõò ôïõò óõíôåëåóôÝò ðïõ íïìßæåôå üôé èá ìðïñïýóáí íá åðçñåÜóïõí ôçí áêñßâåéá ôùí ìåôñÞóåùí ðïõ Ýãéíáí ìå ôç âïÞèåéá ôùí æõãþí, óõìðåñéëáìâáíïìÝíùí êáé áõôþí ðïõ áíáöÝñèçêáí óå áõôü ôï êåöÜëáéï. 5. ~Åíá êïììÜôé îýëïõ ìðÜëóá (balsa)* ôïðïèåôåßôáé ðÜíù óôï äßóêï åíüò æõãïý êáé æõãßæåôáé ðñïóåêôéêÜ ìå ìåôáëëéêÜ óôáèìÜ, ðïõ Ý÷ïõí ãíùóôÞ ìÜæá êáé ìÜëéóôá ßóç ìå

48

99,95 ãñáììÜñéá. ÄéÜöïñåò ìåôñÞóåéò Ýäåéîáí üôé ôï êïììÜôé áõôïý ôïõ îýëïõ åêôïðßæåé 0,19 ãñáììÜñéá áÝñá. Íá âñåèåß ðïéá åßíáé ç ìÜæá ôïõ êïììáôéïý áðü îýëï ìðÜëóá ìå ðñïóÝããéóç 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. 6. ~Å÷ïíôáò óôï íïõ óáò ôï öáéíüìåíï ôçò áíþóåùò êáé ôé áõôü óçìáßíåé, íá åîçãÞóôå ãéáôß Ýíá ìåôáëëéêü óêÜöïò åðéðëÝåé, áëëÜ áí äçìéïõñãçèåß êÜðïéá ôñýðá óôá ôïé÷þìáôÜ ôïõ, âõèßæåôáé. 7. Ôï ðåßñáìá ôçò áíþóåùò (ðáñÜãñáöïò 2.8) ðåñéåëÜìâáíå ôç ÷ñÞóç äýï êïììáôéþí ìåôÜëëïõ ðïõ åíþ åß÷áí ôçí ßäéá ìÜæá äéÝöåñáí ðïëý óôï ìÝãåèïò. Ðþò äéêáéïëïãåßôå áõôÞí ôç äéáöïñÜ;

8. ÌÜèáôå üôé ôï âÜñïò åßíáé Ýíá ìÝôñï ôùí äõíÜìåùí âáñýôçôáò áíÜìåóá óå äýï óþìáôá. Áðü üóï ãíùñßæåôå ãéá ôç âáñýôçôá, èá ìðïñïýóáôå íá ôç ÷áñáêôçñßóåôå ùò éó÷õñÞ Þ ùò áóèåíÞ äýíáìç; Äþóôå ìéá óýíôïìç åîÞãçóç. 9. Ðïéåò Üëëåò öõóéêÝò äõíÜìåéò ìðïñïýí íá áíáãêÜóïõí äýï óþìáôá íá áëëçëïÝëêïíôáé; ÁõôÝò èá ôéò ÷áñáêôçñßæáôå ùò áóèåíåßò Þ ùò éó÷õñÝò äõíÜìåéò; 10. To oîåßäéï ôïõ áñãýñïõ åßíáé ìéá óôåñåÜ ïõóßá ðïõ áí èåñìáíèåß óå õøçëÞ èåñìïêñáóßá, èá äþóåé ìåôáëëéêü Üñãõñï êáé áÝñéï ïîõãüíï. ÐåñéãñÜøôå ìå óõíôïìßá Ýíá ðåßñáìá, ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ïðïßïõ èá

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÔÑÉÔÏ

ÅÍÅÑÃÅÉÁ

Ï Pioneer 10 êáôÜ ôçí åêôüîåõóÞ ôïõ ðñïêåéìÝíïõ íá ôáîéäåýóåé óôçí ðåñéï÷Þ ôïõ Äéüò êáé ðÝñá áðü áõôÞí. Ôá êáýóéìá ôïõ ðõñáýëïõ ðáñÝ÷ïõí Üöèïíç ÷çìéêÞ åíÝñãåéá ãéá ôçí ðñáãìáôïðïßçóç ôïõ ôáîéäéïý.

50

ÏðïéáäÞðïôå ìåôáôñïðÞ ôçò ýëçò áðü ôç ìéá ìïñöÞ óôçí Üëëç óõíïäåýåôáé áðü êáôáíÜëùóç Þ ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò. Áõôü ìðïñåß íá ãßíåé áíôéëçðôü ðïëý èåáìáôéêÜ, üðùò üôáí åêñÞãíõôáé ìéá âüìâá Þ åêôïîåýåôáé Ýíá ðõñïôÝ÷íçìá Þ çðéüôåñá, üðùò üôáí êáßãåôáé Ýíá êåñß. Óå êÜèå ìéá áðü áõôÝò ôéò ðåñéðôþóåéò ðáñÜãåôáé åíÝñãåéá, äçëáäÞ åêëýåôáé èåñìüôçôá Þ öùò. Åêôüò áðü ôç èåñìüôçôá êáé ôï öùò

õðÜñ÷ïõí êáé ðïëëÝò Üëëåò ìïñöÝò åíÝñãåéáò, üðùò åßíáé ï çëåêôñéóìüò. ÅðåéäÞ ïé ìåôáâïëÝò ôçò åíÝñãåéáò óõìâáäßæïõí ìå ôéò ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò åßíáé åî ßóïõ áðáñáßôçôï íá åîïéêåéùèåßôå ìå ìåñéêÝò âáóéêÝò Ýííïéåò ó÷åôéêÜ ìå ôçí åíÝñãåéá, üðùò ÷ñåéÜóôçêå íá ìÜèåôå êáé ôéò âáóéêÝò éäéüôçôåò ôçò ýëçò. Óôï êåöÜëáéï áõôü èá ìÜèåôå ìåñéêÜ ðñÜãìáôá ãéá ôçí åíÝñãåéá, ðïõ èá óáò öáíïýí ÷ñÞóéìá êáôÜ ôç

Áíáãíþñéóç êáé ìÝôñçóç ôçò åíÝñãåéáò 3.1 Ç åíÝñãåéá Ý÷åé ðïëëÝò ìïñöÝò. Ç åíÝñãåéá åßíáé ôï äåýôåñï óçìáíôéêü èÝìá ìå ôï ïðïßï áó÷ïëåßôáé ç ÷çìåßá. ~Ïðùò ç ýëç, Ýôóé êáé ç åíÝñãåéá äåí åßíáé åýêïëï íá ïñéóèåß ìå êÜðïéá öñÜóç, êáé äåí åßíáé óôïõò óêïðïýò ìáò íá åðé÷åéñÞóïìå íá äþóïìå Ýíáí ôÝôïéï ïñéóìü. Áò îåêéíÞóïìå ëïéðüí äéáôõðþíïíôáò åñùôÞóåéò êáé áò ðñïóðáèÞóïìå íá áðáíôÞóïìå óå ìåñéêÜ ðñáêôéêÜ åñùôÞìáôá ó÷åôéêÜ ìå ôçí åíÝñãåéá. Ðïéåò ìïñöÝò ðáßñíåé ç åíÝñãåéá; Mðïñïýí áõôÝò ïé ìïñöÝò íá ìåôáôñáðïýí ç ìéá óôçí Üëëç Þ óôéò Üëëåò; Ðþò êáé ìå ðïéåò ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò ìðïñåß íá ìåôñçèåß ç åíÝñãåéá; ÊÜôé ðïõ ç åíÝñãåéá ìðïñåß íá êÜíåé Üìåóá, óå ìéá áðü ôéò ìïñöÝò ôçò, åßíáé íá áíáãêÜóåé ôçí ýëç íá ìåôáêéíçèåß. Ãéá ôçí ýëç ðïõ êéíåßôáé ëÝìå üôé Ý÷åé êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, üôáí ç ñÜâäïò (óôÝêá) ôïõ óöáéñéóôçñßïõ (ìðéëéÜñäïõ) êôõðÜ ìéá ìðÜëá, ç ìðÜëá êõëÜ. Ç ìðÜëá ðïõ êõëÜ Ý÷åé êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Áí óõãêñïõóèåß ìå ìéá Üëëç êáé óôç óõíÝ÷åéá êéíçèïýí êáé ïé äýï áðïìáêñõíüìåíåò ç ìéá áðü ôçí Üëëç, ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá èá Ý÷åé êáôÜ Ýíá ìÝñïò ìåôáöåñèåß áðü ôçí ðñþôç óôç äåýôåñç. ~Åíá áõôïêßíçôï, Ýíá çëåêôñïêßíçôï áõôïêéíçôÜêé êáé ìéá áôìïìç÷áíÞ üôáí êéíïýíôáé, Ý÷ïõí åðßóçò êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá Ý÷åé ðñïóäïèåß óå áõôÜ áðü êÜðïéá Üëëç ìïñöÞ åíÝñãåéáò, äéáöïñåôéêÞ óå êÜèå ðåñßðôùóç. Ôï áõôïêßíçôï êéíåßôáé ìå ÷çìéêÞ åíÝñãåéá. ÕðÜñ÷åé åíÝñãåéá, ðïõ âñßóêåôáé åãêëùâéóìÝíç óôá ìüñéá ôçò âåíæßíçò êáé åëåõèåñþíåôáé üôáí êáßãåôáé ç âåíæßíç. ~Åíá ìÝñïò áðü áõôÞí ôç ÷çìéêÞ åíÝñãåéá ìåôáôñÝðåôáé óå êéíçôéêÞ, ðïõ êéíåß ôá ðéóôüíéá ôçò ìç÷áíÞò êáé óôç óõíÝ÷åéá ìåôáôñÝðåôáé ìå ìç÷áíéêü ôñüðï óå êßíçóç,

äçëáäÞ óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ìå ôçí ïðïßá êéíåßôáé ôï áõôïêßíçôï. Ôï çëåêôñïêßíçôï áõôïêéíçôÜêé êéíåßôáé ìå çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá. Ç áôìïìç÷áíÞ êéíåßôáé ìå èåñìéêÞ åíÝñãåéá, äçëáäÞ ìå èåñìüôçôá. Ôï öùò åßíáé ìéá áêüìá ìïñöÞ åíÝñãåéáò. Áò åîåôÜóïìå ôþñá ëßãï ðéï ðñïóåêôéêÜ ìåñéêÝò óçìáíôéêÝò ìïñöÝò åíÝñãåéáò.

3.2 ÄõíáìéêÞ åíÝñãåéá. Áò ðáñáôçñÞóïìå ôï ó÷Þìá 3-1. Ï âþëïò óôï õøçëüôåñï åðßðåäï áñéóôåñÜ, âñßóêåôáé óå çñåìßá (èÝóç 1). Óôç óõíÝ÷åéá ôïí óðñþ÷íïìå åëáöñÜ ðñïò ôçí Üêñç ôçò êïéëüôçôáò (èÝóç 2) êáé áñ÷ßæåé íá êõëÜ ìÝóá óå áõôÞí (èÝóç 3). Óõíå÷ßæåé ðåñíþíôáò áðü ôï ÷áìçëüôåñï óçìåßï (èÝóåéò 4 êáé 5) êáé ìåôÜ áíÝñ÷åôáé óôç äåîéÜ ðëåõñÜ ôçò êïéëüôçôáò (èÝóç 6). ÔåëéêÜ çñåìåß óôï õøçëüôåñï åðßðåäï äåîéÜ (èÝóç 7). ÁíÜìåóá óôéò èÝóåéò 2 êáé 7 ï âþëïò Ý÷åé êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Áò óçìåéùèåß üôé ï âþëïò ðñéí îåêéíÞóåé (èÝóç 1) êáé üôáí óôáìáôÞóåé (èÝóç 7) äåí åß÷å êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. 1

2

7

6

3

4

5

ÄõíáìéêÞ ÊéíçôéêÞ åíÝñãåéá åíÝñãåéá

Ó×ÇÌÁ 3-1. Ç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá åíüò âþëïõ ðïõ êõëÜ ìÝóá êáé Ýîù áðü ìßá êïéëüôçôá, ìåôáôñÝðåôáé óå êéíçôéêÞ êáé ç êéíçôéêÞ ðÜëé óå äõíáìéêÞ.

51

Óôéò èÝóåéò 1, 2 êáé 7 ëÝìå üôé ï âþëïò Ý÷åé äõíáìéêÞ åíÝñãåéá. ÁõôÞí ôç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá, ôçí Ý÷åé ëüãù èÝóåùò (ýøïõò). ~Ïôáí áñ÷ßæåé íá êõëÜ ìÝóá óôçí êïéëüôçôá, Ýíá ìÝñïò ôçò äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò ìåôáôñÝðåôáé óå êéíçôéêÞ. ~Ïôáí ï âþëïò äéÝñ÷åôáé áðü ôï ÷áìçëüôåñï åðßðåäï (èÝóåéò 4 êáé 5), ç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá Ý÷åé ãßíåé êéíçôéêÞ, åíþ, üôáí ï âþëïò áíÝñ÷åôáé óôçí Üëëç ðëåõñÜ, ç êéíçôéêÞ ôïõ åíÝñãåéá ìåôáôñÝðåôáé ðÜëé óå äõíáìéêÞ. ~Ïôáí ôåëéêÜ óôáìáôÜ, Ý÷åé ìüíï äõíáìéêÞ åíÝñãåéá. Ôï ÷áñáêôçñéóôéêü åßäïò äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò ðïõ áíáöÝñåôáé åäþ ìðïñåß íá ïíïìáóèåß âáñõôéêÞ äõíáìéêÞ åíÝñãåéá, ãéáôß áðïêôÞèçêå êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò êáôáêüñõöçò ðñïò ôá Üíù êéíÞóåùò (äçëáäÞ ìå öïñÜ áíôßèåôç áðü ôç öïñÜ ðïõ Ý÷åé ç äýíáìç ôçò âáñýôçôáò).

ÓôáèåñÞ ôá÷ýôçôá

Åðéâñáäõíüìåíï

Áêßíçôï

Åðéôá÷õíüìåíï

ÓôáèåñÞ ôá÷ýôçôá

(á)

(â)

Ó×ÇÌÁ 3-2. ~Ïôáí ôåíôþíïìå ôï ëáóôé÷Üêé (á), ôïõ äßíïìå äõíáìéêÞ åíÝñãåéá. Óôï (â) ç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá Ý÷åé ìåôáôñáðåß óå êéíçôéêÞ.

Ó×ÇÌÁ 3-3. ~Åíá ðáñÜäåéãìá åëáóôéêÞò êñïýóåùò. ÊéíçôéêÞ åíÝñãåéá ìåôáôñÝðåôáé óå äõíáìéêÞ êáé áõôÞ ðÜëé óå êéíçôéêÞ ìå ìéá áíôéóôñïöÞ ìüíï óôç öïñÜ.

~Åíá Üëëï ðïëý áðëü ðáñÜäåéãìá äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò åßíáé áõôÞ ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óå Ýíá ôåíôùìÝíï ëáóôé÷Üêé [ó÷. 3-2(á)]. ÁõôÞ ç åíÝñãåéá ìðïñåß íá ïíïìáóèåß ìç÷áíéêÞ äõíáìéêÞ åíÝñãåéá. ~Ïðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 3-2(â) áõôÞ ìåôáôñÝðåôáé óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá (üôáí åëåõèåñùèåß ôï ëáóôé÷Üêé). ÔÝëïò áò åîåôÜóïìå áêüìç Ýíá ðáñÜäåéãìá, ðïõ äåß÷íåé áëëáãÝò óôçí êéíçôéêÞ êáé ôç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá. Áõôü åéóÜãåé ìéá êáéíïýñãéá Ýííïéá, ðïõ Ý÷åé ðïëý ìåãÜëç óçìáóßá üðùò èá öáíåß áñãüôåñá. Óôï ó÷Þìá 3-3 öáßíåôáé Ýíá âáãïíÜêé ðïõ ðëçóéÜæåé ìå óôáèåñÞ ôá÷ýôçôá Ýíá åëáôÞñéï. Áðü ôç óôéãìÞ ðïõ ôï âáãïíÜêé èá áããßîåé ôï åëáôÞñéï, ç êßíçóÞ ôïõ áñ÷ßæåé íá åðéâñáäýíåôáé êáé ÷Üíåé êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Ôé ãßíåôáé üìùò áõôÞ ç åíÝñãåéá; ÌåôáôñÝðåôáé óå äõíáìéêÞ åíÝñãåéá

52

ðïõ åíáðïèçêåýåôáé óôï åëáôÞñéï, ôï ïðïßï óõóðåéñþíåôáé. Óå êÜðïéá óôéãìÞ ôï âáãïíÜêé óôáìáôÜåé åíôåëþò. Ôüôå ïëüêëçñç ç êéíçôéêÞ ôïõ åíÝñãåéá Ý÷åé ìåôáôñáðåß óå äõíáìéêÞ. Ôï âáãïíÜêé óôç óõíÝ÷åéá áñ÷ßæåé íá áíáêôÜ ðÜëé ôá÷ýôçôá êéíïýìåíï ðñïò ôçí áíôßèåôç êáôåýèõíóç, êáèþò åêôåßíåôáé. Ôï åëáôÞñéï êáé, ôåëéêÜ, ôï âáãïíÜêé áðïìáêñýíåôáé ìå óôáèåñÞ ôá÷ýôçôá. ~Ïëç ç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá Ý÷åé ìåôáôñáðåß ðÜëé óå êéíçôéêÞ. Ç äéáäéêáóßá ðïõ ðåñéãñÜøáìå oíïìÜæåôáé åëáóôéêÞ êñïýóç. Óôçí åëáóôéêÞ êñïýóç äåí õðÜñ÷åé ðñáãìáôéêÞ ìåôáâïëÞ óôï ðïóü ôçò êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò ðïõ Ý÷åé ôï âáãïíÜêé. Ôï ìüíï ðïõ áëëÜæåé åßíáé ç öïñÜ ôçò êéíÞóåþò ôïõ. Ôï åëáôÞñéï Ý÷åé ðáñáìåßíåé Ýôóé üðùò áñ÷éêÜ Þôáí, ÷ùñßò êÜðïéá ìåôáâïëÞ óôç äõíáìéêÞ ôïõ åíÝñãåéá. Ç Ýííïéá ôçò åëáóôéêÞò êñïýóåùò åßíáé ìéá Ýííïéá ðïõ èá ôç ÷ñçóéìïðïéÞóåôå áñãüôåñá.

3.3 ÈåñìéêÞ åíÝñãåéá êáé èåñìïêñáóßá. Ìßá áðü ôéò ðåñéóóüôåñï ãíùóôÝò, áëëÜ êáé ðéï óçìáíôéêÝò ìïñöÝò åíÝñãåéáò åßíáé ç èåñìüôçôá Þ èåñìéêÞ åíÝñãåéá. Ó÷åäüí óå êÜèå öõóéêÞ êáé ÷çìéêÞ äéáäéêáóßá êáôáíáëþíåôáé Þ ðáñÜãåôáé åíÝñãåéá. ÈåñìéêÞ åíÝñãåéá åßíáé óõ÷íÜ ç ôåëéêÞ ìïñöÞ óôçí ïðïßá ìåôáôñÝðïíôáé äéÜöïñåò Üëëåò ìïñöÝò åíÝñãåéáò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò èåùñÞóïìå üôé Ýíá ôïýâëï ðÝöôåé áðü Ýíá ñÜöé óôç ãç. Áñ÷éêÜ óôï ñÜöé, ôï ôïýâëï Ý÷åé äõíáìéêÞ åíÝñãåéá. Êáèþò ðÝöôåé êáé áðïêôÜ ôá÷ýôçôá, ç äõíáìéêÞ ôïõ åíÝñãåéá ìåôáôñÝðåôáé óå êéíçôéêÞ. ÔÝëïò, ôï ôïýâëï ðñïóêñïýåé óôï Ýäáöïò êáé óôáìáôÜ. Ôüôå ôï ôïýâëï äåí Ý÷åé ðéá ïýôå êéíçôéêÞ áëëÜ ïýôå êáé ôçí áñ÷éêÞ ôïõ äõíáìéêÞ åíÝñãåéá. Ôé Ýãéíå ç åíÝñãåéÜ ôïõ; ~Åãéíå èåñìüôçôá, ç ïðïßá óôç óõíÝ÷åéá ðïëý ãñÞãïñá äéáóêïñðßóèçêå ìÝóá óôï ôïýâëï, óôï Ýäáöïò, óôïí áÝñá êáé óå üëá ôá Üëëá õëéêÜ óþìáôá ðïõ ôï ðåñéâÜëëïõí. ÄçëáäÞ, ç èåñìéêÞ åíÝñãåéá äéáóêïñðßæåôáé óôï ðåñéâÜëëïí. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç ç ðïóüôçôá ôçò èåñìüôçôáò åßíáé ðïëý ìéêñÞ ãéá íá áíé÷íåõèåß ÷ùñßò ôç âïÞèåéá ðïëý åõáéóèÞôùí ïñãÜíùí. ÕðÜñ÷ïõí üìùò ðåñéðôþóåéò, óôéò ïðïßåò ç ìç÷áíéêÞ Þ ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ìåôáôñÝðåôáé óå èåñìüôçôá, êáé ìÜëéóôá óå ðïëý ìåãÜëåò ðïóüôçôåò. ~Åôóé, áí êÜðïéïò ìïôïóõêëåôéóôÞò ðáôÞóåé áðüôïìá öñÝíï, ôá åëáóôéêÜ áëëÜ êáé ïé *

óéáãüíåò ôùí öñÝíùí èá æåóôáèïýí ðÜñá ðïëý. Ôþñá èá ìðïñïýóáìå íá óõãêñßíïìå ôï ðáñÜäåéãìá ìå ôï ôïýâëï ðïõ ðÝöôåé ìå ôï ðáñÜäåéãìá ôçò åëáóôéêÞò êñïýóåùò. Ôï ôïýâëï ðïõ êôõðÜ óôï Ýäáöïò åßíáé Ýíá ðáñÜäåéãìá ôÝëåéáò áíåëáóôéêÞò êñïýóåùò. ~Ïëç ç êéíçôéêÞ ôïõ åíÝñãåéá ÷Üèçêå êáé ìåôáôñÜðçêå óå èåñìüôçôá. Åßíáé åðßóçò ãíùóôÜ äéÜöïñá Üëëá ðáñáäåßãìáôá áð’ åõèåßáò ìåôáôñïðÞò Üëëùí ìïñöþí åíÝñãåéáò óå èåñìéêÞ åíÝñãåéá. Ç æåóôáóéÜ ðïõ áéóèÜíåóôå, üôáí óôÝêåóôå óôïí Þëéï, ïöåßëåôáé óå ìåôáôñïðÞ ôçò öùôåéíÞò åíÝñãåéáò óå èåñìéêÞ. Ôá çëåêôñéêÜ öþôá êáé ïé çëåêôñéêÝò èåñìÜóôñåò áðïôåëïýí -êáé ôá äýïðáñáäåßãìáôá ìåôáôñïðÞò çëåêôñéêÞò åíÝñãåéáò óå èåñìüôçôá. Ï çëåêôñéêüò ëáìðôÞñáò Ý÷åé ó÷åäéáóèåß Ýôóé, þóôå íá ìåôáôñÝðåé üóï ôï äõíáôüí ðåñéóóüôåñç çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá óå öùò, åíþ óõã÷ñüíùò ðáñÜãåôáé êáé êÜðïéï ðïóü èåñìüôçôáò. Óôçí ðåñßðôùóç ôçò èåñìÜóôñáò ç ðåñéóóüôåñç çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá ìåôáôñÝðåôáé óå èåñìüôçôá, åíþ óõã÷ñüíùò ðáñÜãåôáé êáé ëßãï öùò. Ôï ðïóü ôçò èåñìéêÞò* åíÝñãåéáò ðïõ ðåñéÝ÷åé Ýíá óþìá êáèïñßæåé ôç èåñìïêñáóßá ôïõ. ~Ïóï ðåñéóóüôåñç èåñìüôçôá ðåñéÝ÷åé ôï óþìá, ôüóï ìåãáëýôåñç åßíáé êáé ç èåñìïêñáóßá ôïõ. Áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò åíüò óþìáôïò áðïôåëåß Ýíäåéîç üôé óôï óþìá áõôü ðñïóôßèåôáé åíÝñãåéá.

3.4 ÌïíÜäåò åíÝñãåéáò êáé èåñìïêñáóßáò. ~Åíáò ðñáêôéêüò ôñüðïò ìåôñÞóåùò ôçò åíÝñãåéáò åßíáé ç ìåôáôñïðÞ ôçò óå èåñìüôçôá -áí äåí âñßóêåôáé Þäç ìå áõôÞí ôç ìïñöÞ åíÝñãåéáòêáé óôç óõíÝ÷åéá ç áðïññüöçóÞ ôçò áðü ôï íåñü. Ç áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ íåñïý ìðïñåß íá ìåôñçèåß êáé Ýôóé íá õðïëïãéóèåß ç ðïóüôçôá ôçò èåñìéêÞò åíÝñãåéáò ðïõ áðïññïöÞèçêå áðü ôï íåñü. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï èá ìåôñÞóåôå ôçí åíÝñãåéá óôá ðåéñÜìáôÜ óáò. Ç ÷ñçóéìïðïßçóç ôïõ íåñïý êáé ôùí ìåôáâïëþí ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ ïäÞãçóáí óôéò ðñþôåò áêñéâåßò ìåôñÞóåéò ôçò åíÝñãåéáò. ~Åôóé ëïéðüí ïé åðéóôçìïíéêÝò ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò ôçò åíÝñãåéáò êáé ôçò èåñìïêñáóßáò âáóßóèçêáí áñ÷éêÜ óôéò éäéüôçôåò ôïõ íåñïý. Ìå óêïðü íá êáèïñßóïìå ìéá êáôÜëëçëç ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ôçò èåñìïêñáóßáò, ÷ùñßóáìå óå 100 ßóá ìÝñç ôï äéÜóôçìá ôçò ìåôáâïëÞò ôçò èåñìïêñáóßáò áðü ôï óçìåßï ðÞîåùò ùò ôï óçìåßï

Ó.ô.Ì. Èåñìüôçôá åßíáé ìéá ìïñöÞ åíÝñãåéáò. Èåñìïêñáóßá åßíáé ôï ìÝôñï ôçò êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò ôùí ìïñßùí åíüò óþìáôïò.

53

Benjamin Thomson êüìçò ôïõ Rumford (1753 ‐ 1814)

O Benjamin Thomson ðïõ ðÞñå ôï üíïìá êüìçò ôïõ Rumford, üôáí ôï 1791 ïíïìÜóèçêå êüìçò ôçò Áãßáò ÑùìáúêÞò Áõôïêñáôïñßáò, åßíáé ãíùóôüò êõñßùò ãéá ôéò åñãáóßåò ôïõ ðÜíù óôç ó÷Ýóç ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôç èåñìüôçôá êáé ôç ìç÷áíéêÞ åíÝñãåéá. ~Çôáí Üíäñáò ìå ðïëëÜ åðéóôçìïíéêÜ ðñïóüíôá êáé Ýæçóå Ýíôïíá áíáðôýóóïíôáò ðïéêßëåò äñáóôçñéüôçôåò. Áí êáé ãåííÞèçêå óôç Ìáóá÷ïõóÝôç ôï 1753 êáé áðïöÜóéóå íá õðïóôçñßîåé ôç âñåôáíéêÞ Üðïøç óôçí áìåñéêáíéêÞ åðáíÜóôáóç, åãêáôÝëåéøå ôçí ÁìåñéêÞ êáé ðÞãå óôçí Áããëßá, üôáí ïé Âñåôáíïß áðùèÞèçêáí Ýîù áðü ôçí ðåñéï÷Þ ôçò Âïóôþíçò. ÐÝñáóå ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôçò æùÞò ôïõ óôï Ëïíäßíï, ôï Ìüíá÷ï êáé ôï Ðáñßóé, êáé ìïßñáæå ôï ÷ñüíï ôïõ áíÜìåóá óå êõâåñíçôéêÝò õðçñåóßåò êáé ôçí åðéóôçìïíéêÞ Ýñåõíá ðÜíù óå äéÜöïñá èÝìáôá, üðùò ç Ýêñçîç ôçò ðõñßôéäáò, êáëýôåñåò ìÝèïäïé óçìÜíóåùò óôç èÜëáóóá, ç åîÝëéîç ìç ñõðïãüíùí êáðíïäü÷ùí, ç ìÝôñçóç ôçò åíôÜóåùò ôïõ öùôüò êáé ðëÞèïò Üëëùí ðñïâëçìÜôùí, ðïõ åß÷áí ó÷Ýóç ìå ôç èåñìüôçôá. Åðß óåéñÜ åôþí ï Rumford êáôåß÷å ìåñéêÝò ìåãÜëåò èÝóåéò óôç âáõáñéêÞ êõâÝñíçóç ôïõ ÌïíÜ÷ïõ. Ùò Ãåíéêüò ÅðéèåùñçôÞò ôïõ

Ðõñïâïëéêïý óôï âáõáñéêü óôñáôü, Þôáí õðåýèõíïò ãéá ôçí êáôáóêåõÞ êáíïíéþí êáé üðëùí. Ðáñáêïëïõèïýóå óõ÷íÜ ôç äéáäéêáóßá äéáôñÞóåùò ôùí ïñåé÷áëêßíùí êáíïíéþí óôï ïðëïóôÜóéï ôïõ ÌïíÜ÷ïõ êáé åß÷å åíôõðùóéáóèåß áðü ôç ìåãÜëç ðïóüôçôá èåñìüôçôáò ðïõ áíáðôõóóüôáí óôá üðëá, êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò äéáíïßîåùò ôçò ïðÞò ôïõò. ÅðåéäÞ ç èåñìüôçôá ðïõ äçìéïõñãïýíôáí áðü ôç äéÜíïéîç ôçò ïðÞò Ýìïéáæå íá ðáñáìÝíåé áìåôÜâëçôç üóï äéáñêïýóå áõôÞ ç äéáäéêáóßá, ï Rumford Üñ÷éóå íá õðïðôåýåôáé üôé ç èåñìüôçôá äåí Þôáí êÜðïéï ñåõóôü õëéêü ðïõ ìðïñåß íá êõêëïöïñåß ìÝóá êáé Ýîù áðü ôá óþìáôá, üðùò ðßóôåõáí ðïëëïß äéáêåêñéìÝíïé åðéóôÞìïíåò ôçò åðï÷Þò åêåßíçò. ÌÜëéóôá ï Lavoisier åß÷å ïíïìÜóåé áõôü ôï ñåõóôü, ôï 1787, èåñìéêü ñåõóôü. ÈÝëïíôáò íá åðéâåâáéþóåé ôéò õðïøßåò ôïõ, ï Rumford ÷ñçóéìïðïßçóå áñ÷éêÜ Ýíáí áðü ôïõò êáëýôåñïõò æõãïýò ðïõ õðÞñ÷áí óôçí Åõñþðç, ãéá íá áðïäåßîåé üôé üôáí ï ðÜãïò ëéþíåé êáé ó÷çìáôßæåôáé íåñü, ôï âÜñïò äåí áõîÜíåé. ~Åôóé åãêáôÝóôçóå Ýíáí ôñï÷ü, ðïõ ôïí ãýñéæáí äýï Üëïãá. Ï ôñï÷üò ÷ñçóßìåõå ãéá íá ðåñéóôñÝöåé Ýíá ôñá÷ý åñãáëåßï óôï åóùôåñéêü åíüò ìåôáëëéêïý êõëßíäñïõ, ðïõ ðåñéâáëëüôáí áðü ãíùóôÞ ðïóüôçôá íåñïý. ÌåôÜ 2 1/2 þñåò óõíå÷ïýò ðåñéóôñïöÞò, ç èåñìüôçôá ðïõ ðñïåñ÷üôáí áðü ôçí ôñéâÞ ðñïêÜëåóå âñáóìü ôïõ íåñïý. ~Åôóé Ýãéíå öáíåñÞ ìßá óáöÞò ó÷Ýóç áíÜìåóá óôç ìç÷áíéêÞ åíÝñãåéá êáé óôç èåñìüôçôá. Áðü ôá ðåéñÜìáôÜ ôïõ Ýâãáëå ôï óõìðÝñáóìá üôé ç èåñìüôçôá äåí åßíáé äõíáôüí íá èåùñçèåß ùò êÜðïéï õëéêü óþìá, ðáñÜ ùò ìéá ôáëÜíôùóç, óôçí ïðïßá õðïâÜëëïíôáé ôá óôïé÷åéþäç óùìáôßäéá ðïõ óõíéóôïýí ôï õëéêü óþìá.

54

æÝóåùò ôïõ íåñïý. Ïé ìåôñÞóåéò ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôùí óçìåßùí ðÞîåùò êáé æÝóåùò ôïõ íåñïý Ýãéíáí êÜôù áðü êáèïñéóìÝíåò óõíèÞêåò. ÊÜèå Ýíá áðü áõôÜ ôá 100 ßóá ìÝñç ïíïìÜóèçêå âáèìüò Êåëóßïõ. Áí ÷áñáêôçñéóèåß ìå ìçäÝí ôï óçìåßï ðÞîåùò ôïõ íåñïý êáé ìå åêáôü ôï óçìåßï âñáóìïý ôïõ, ôüôå äçìéïõñãåßôáé ç èåñìïìåôñéêÞ êëßìáêá Êåëóßïõ Þ åêáôïíôáâÜèìéá êëßìáêá. Ôï ðïóü ôçò èåñìüôçôáò ðïõ áðáéôåßôáé ãéá ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò åíüò ãñáììáñßïõ íåñïý êáôÜ Ýíá âáèìü Êåëóßïõ åßíáé ó÷åäüí óôáèåñü ìåôáîý 8°C êáé 80°C. Ôï ðïóü áõôü ôçò åíÝñãåéáò ìåôñçìÝíï ðÜëé êÜôù áðü êáèïñéóìÝíåò óõíèÞêåò ïñßóèçêå ùò èåñìßäá (calorie). EðåéäÞ, üðùò ìÜèáôå üëåò ïé ìïñöÝò åíÝñãåéáò ìåôáôñÝðïíôáé ç ìéá óôçí Üëëç, ç ÷ñÞóç ôùí èåñìßäùí äåí ðåñéïñßæåôáé ìüíï óôç ìÝôñçóç èåñìéêÞò åíÝñãåéáò. Ïé èåñìßäåò ìðïñïýí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí, ãéá íá ìåôñçèïýí ðïóüôçôåò êÜèå ìïñöÞò åíÝñãåéáò, ãé’ áõôü êáé ïé åðéóôÞìïíåò ôéò ÷ñçóéìïðïéïýí óõ÷íÜ. Ðñüóöáôá, ãéá íá äéåõêïëõíèåß ç áíáêïßíùóç-êáôáíüçóç ôùí åðéóôçìïíéêþí áðïôåëåóìÜôùí, Ýãéíå áðïäåêôü áðü ôç äéåèíÞ åðéóôçìïíéêÞ êïéíüôçôá Ýíá íÝï óýóôçìá ìïíÜäùí, ôï ÄéåèíÝò óýóôçìá ìïíÜäùí (S.I.). Áõôü äåí ðåñéëáìâÜíåé ïýôå ôéò èåñìßäåò ïýôå ôçí êëßìáêá Êåëóßïõ. Ç äéåèíÞò ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ôçò åíÝñãåéáò åßíáé ôï Joule (ÔæÜïõë) êáé ãéá óõíôïìßá J. Ï âáóéêüò ïñéóìüò ôïõ, ôïí ïðïßï äåí õðÜñ÷åé ëüãïò íá áíáöÝñïìå åäþ, ãßíåôáé ìå ôç âïÞèåéá êÜðïéùí çëåêôñéêþí ìïíÜäùí. Ìéá

èåñìßäá éóïäõíáìåß ìå 4,184 Joules. Ç äéåèíÞò óôáèåñÞ ìïíÜäá ìåôñÞóåùò èåñìïêñáóßáò åßíáé ï âáèìüò Êelvin, ãéá óõíôïìßá Ê. ~Åíáò âáèìüò Kelvin éóïýôáé êáôÜ ìÝãåèïò ìå Ýíá âáèìü Êåëóßïõ, áëëÜ ïé èåñìïìåôñéêÝò êëßìáêåò äéáöÝñïõí (äçëáäÞ äåí óõìðßðôåé ôï ìçäÝí ôïõò). Ç áéôßá áõôÞò ôçò äéáöïñÜò èá åîåôáóèåß óôï êåöÜëáéï 6. ÅðåéäÞ ï âáèìüò Êelvin êáé ï âáèìüò Êåëóßïõ åßíáé ßóïé êáôÜ ìÝãåèïò, ïé åðéóôÞìïíåò âñßóêïõí áêüìá âïëéêü íá ÷ñçóéìïðïéïýí ôçí êëßìáêá Êåëóßïõ óå ðïëëÝò ðåñéðôþóåéò, üðïõ èÝëïõí íá êáèïñßóïõí èåñìïêñáóßåò. Ãéá áõôü êáé åìåßò èá ìåôá÷åéñéóèïýìå óå áõôü ôï âéâëßï, ôéò ðåñéóóüôåñåò öïñÝò, ôéò èåñìïêñáóßåò Êåëóßïõ. ~Ïëá ôá èåñìüìåôñá ðïõ Ý÷åôå óôï åñãáóôÞñéü óáò åßíáé âáèìïëïãçìÝíá ìå ôçí êëßìáêá Êåëóßïõ. Êáô’ áíáëïãßá, áí êáé ôï Joule åßíáé ç åðßóçìç äéåèíÞò ìïíÜäá åíÝñãåéáò, ïé åðéóôÞìïíåò åîáêïëïõèïýí íá ÷ñçóéìïðïéïýí ôç èåñìßäá (calorie), ùò ðñáêôéêÞ ìïíÜäá ìåôñÞóåùò. Ç ÷ñçóéìïðïßçóç ôçò èåñìßäáò åíäåßêíõôáé ãéá ôéò ðåñéðôþóåéò, óôéò ïðïßåò ìðïñïýìå ìåôñþíôáò ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ íåñïý íá õðïëïãßóïìå ôçí ðïóüôçôá ôçò èåñìéêÞò åíÝñãåéáò ðïõ Ý÷åé áðïññïöçèåß áðü áõôü. Óå áõôü ôï âéâëßï èá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ùò ìïíÜäåò åíÝñãåéáò êáé ç èåñìßäá êáé ôï Joule. Ç èåñìßäá (calorie) èá ÷ñçóéìïðïéçèåß óå ìåñéêÜ ðåéñÜìáôá êáé óå ðïëëÝò óõæçôÞóåéò ó÷åôéêÝò ìå ôçí åíÝñãåéá ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. Ôï Joule èá ÷ñçóéìïðïéçèåß óå ïñéóìÝíåò ðåñéðôþóåéò êáé ìå óêïðü ìüíï êáé ìüíï íá ìçí ôï îå÷Üóåôå.

Ðñùôïðüñïé óôç ìÝôñçóç ôçò èåñìïêñáóßáò.

Gabriel D. Fahrenheit óôéò áñ÷Ýò ôïõ 17ïõ áéþíá. Ï Fahrenheit, ðïõ ãåííÞèçêå óôçí Ðïëùíßá, ðÝñáóå ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôçò æùÞò ôïõ óôçí Ïëëáíäßá, üðïõ åß÷å éäñýóåé Ýíá åñãáóôÞñéï êáôáóêåõÞò êáé åðéóêåõÞò åðéóôçìïíéêþí ïñãÜíùí áêñéâåßáò. Ðåéñáìáôéæüìåíïò ìå èåñìüìåôñá ôüóï ïéíïðíåýìáôïò üóï êáé õäñáñãýñïõ, äéáðßóôùóå ôçí áíÜãêç êáèïñéóìïý êÜðïéùí óôáèåñþí óçìåßùí áíáöïñÜò ðïõ èá Þôáí åýêïëï íá áíáðáñá÷èïýí, þóôå íá êáôáóêåõáóèåß ìéá éêáíïðïéçôéêÞ èåñìïìåôñéêÞ êëßìáêá. ÂñÞêå üôé óå Ýíá ìßãìá áðü ßóåò ðïóüôçôåò ðÜãïõ êáé áëáôéïý óçìåéþèçêå ç ÷áìçëüôåñç èåñìïêñáóßá ðïõ åß÷å åðéôåõ÷èåß ìÝ÷ñé ôüôå óôï åñãáóôÞñéü ôïõ. Áêüìç õðÝèåóå üôé ç èåñìïêñáóßá ôïõ

Ç ðñþôç óïâáñÞ áðüðåéñá ãéá íá êáôáóêåõáóèåß ìéá óõóêåõÞ ðïõ ìåôñÜ ôç èåñìïêñáóßá Ýãéíå ôï 1593 áðü ôï äéÜóçìï Éôáëü áóôñïíüìï êáé åðéóôÞìïíá Ãáëéëáßï, ï ïðïßïò åöçýñå ìéá óõóêåõÞ, ðïõ ôçí ïíüìáóå èåñìïóêüðéï. Ôï èåñìïóêüðéï äåí Þôáí ðïëý áêñéâÝò üñãáíï, áëëÜ ç åöåýñåóÞ ôïõ ïäÞãçóå Üëëïõò åðéóôÞìïíåò íá åñåõíÞóïõí þóôå íá âñïõí êáé Üëëïõò êáëýôåñïõò ôñüðïõò, ãéá íá ðåôý÷ïõí ôï óêïðü áõôü. ~Åíá áñêåôÜ áêñéâÝò èåñìüìåôñï ðïõ ëåéôïõñãïýóå ìå ïéíüðíåõìá êáôáóêåõÜóèçêå ôï 1641. Ç ðéï óçìáíôéêÞ åñãáóßá üìùò Ýãéíå áðü ôïí

55

Ôï èåñìïóêüðéï ôïõ Ãáëéëáßïõ. Ç äéüãêùóç ôïõ ãõÜëéíïõ óùëÞíá (ãõÜëéíç ìðÜëá) èåñìáßíåôáé ìå ôï ÷Ýñé, êáé ôï áíïéêôü Üêñï ôïõ óùëÞíá ñõèìßæåôáé óôï íåñü. ~Ïôáí áðïìáêñõíèåß ôï ÷Ýñé ìáò êáé áñ÷ßóåé íá øý÷åôáé ç ãõÜëéíç ìðÜëá, ôï íåñü áíÝñ÷åôáé óôï

Ï William Thomson, Ëüñäïò ôïõ Kelvin, ðñüôåéíå ðñþôïò ôç äéåèíþò áíáãíùñéóìÝíç êëßìáêá èåñìïêñáóéþí, ðïõ öÝñåé ôï üíïìÜ ôïõ.

áíèñþðéíïõ áßìáôïò Þôáí ßäéá ãéá üëï ôïí êüóìï. Êáôáóêåýáóå ëïéðüí ìéá êëßìáêá, óýìöùíá ìå ôçí ïðïßá äéáéñïýóå ôï äéÜóôçìá áíÜìåóá óôç èåñìïêñáóßá ôïõ ìßãìáôïò áëáôéïý‐ðÜãïõ êáé óå áõôÞí ôïõ áíèñþðéíïõ áßìáôïò óå åíåíÞíôá Ýîé ßóá äéáóôÞìáôá. Ìå áõôÞí ôçí êëßìáêá âñÞêå üôé ôï íåñü Ýâñáæå óôïõò 212 âáèìïýò êáé ðÜãùíå óôïõò 32. ÅðåéäÞ ïé ÷áñáêôçñéóôéêÝò óôáèåñÝò ôïõ íåñïý Þôáí ðïëý åõêïëüôåñï íá áíáðáñá÷èïýí áðü ôéò óôáèåñÝò ðïõ ÷ñçóéìïðïßçóå áñ÷éêÜ, áðïöÜóéóå íá âáóßóåé ôçí êëßìáêÜ ôïõ óôá óçìåßá æÝóåùò êáé ðÞîåùò ôïõ íåñïý. Ôï ãåãïíüò üôé ç èåñìïêñáóßá ðïõ åß÷å äå÷èåß ãéá ôï áíèñþðéíï áßìá Þôáí ÷áìçëüôåñç áðü ôçí ôéìÞ ðïõ äå÷üìáóôå óÞìåñá ßóùò ïöåßëåôáé óå êÜðïéá áôÝëåéá ðïõ åß÷áí ïé óùëÞíåò ôùí èåñìïìÝôñùí ôïõ. ÔñéÜíôá ÷ñüíéá ðåñßðïõ áñãüôåñá ï Anders

Celsius, Ýíáò Óïõçäüò áóôñïíüìïò ðïõ åß÷å êáôáóêåõÜóåé ôï Áóôåñïóêïðåßï óôï ÐáíåðéóôÞìéï ôçò ÏõøÜëá, õðÝèåóå üôé èá Þôáí áðëïýóôåñï íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ìéá èåñìïìåôñéêÞ êëßìáêá, óôçí ïðïßá íá äéáéñåßôáé óå åêáôü âáèìïýò ôï äéÜóôçìá áíÜìåóá óôá óçìåßá ðÞîåùò êáé âñáóìïý ôïõ íåñïý. Ãéá ðïëëÜ ÷ñüíéá ç êëßìáêÜ ôïõ ïíïìáæüôáí åêáôïíôáâÜèìéïò êëßìáêá, ìÝ÷ñé ðïõ Ýãéíå Ýíá äéåèíÝò óõíÝäñéï åðéóôçìüíùí ôï 1948, óôï ïðïßï ïé åðéóôÞìïíåò ôçí ïíüìáóáí êëßìáêá Êåëóßïõ ðñïò ôéìÞ ôïõ åöåõñÝôç ôçò. Ç êëßìáêá ÊÝëâéí ðïõ ïíïìÜóèçêå Ýôóé ðñïò ôéìÞ ôïõ William Thomson, Ëüñäïõ ôïõ ÊÝëâéí, ÷ñçóéìïðïéåß âáèìïýò ôïõ ßäéïõ ìåãÝèïõò, üðùò êáé ç êëßìáêá Êåëóßïõ, áëëÜ ïñßæåé ùò ìçäÝí êÜðïéï óçìåßï ðïõ âñßóêåôáé 273 âáèìïýò ðéï êÜôù áðü ôï óçìåßï ðÞîåùò ôïõ íåñïý (âë. ðáñÜã. 6.4, áðüëõôï ìçäÝí).

56

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

3.5 Ç åéäéêÞ èåñìüôçôá ôùí ìåôÜëëùí. Ùò åéäéêÞ èåñìüôçôá ìéáò ïõóßáò ïñßæïìå ôï ðïóü ôçò èåñìïêñáóßáò ðïõ áðáéôåßôáé ãéá íá áëëÜîåé ôç èåñìïêñáóßá åíüò ãñáììáñßïõ áõôÞò ôçò ïõóßáò êáôÜ Ýíá âáèìü Êåëóßïõ. ~Å÷åé êéüëáò áíáöåñèåß üôé ôï ðïóü ôçò èåñìüôçôáò ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá áëëÜîåé ç èåñìïêñáóßá åíüò ãñáììáñßïõ íåñïý êáôÜ Ýíá âáèìü Êåëóßïõ åßíáé ßóï ìå ìßá èåñìßäá. Ç åéäéêÞ èåñìüôçôá ôïõ íåñïý åßíáé ìßá èåñìßäá áíÜ ãñáììÜñéï êáé áíÜ âáèìü Êåëóßïõ. Åßíáé öõóéêü íá áíáñùôéÝóôå áí êáé Üëëåò ïõóßåò èá ÷ñåéÜæïíôáé åðßóçò ìßá èåñìßäá, ãéá íá ìåôáâëçèåß ç èåñìïêñáóßá åíüò ãñáììáñßïõ ôïõò êáôÜ Ýíá âáèìü Êåëóßïõ Þ áí ïé åéäéêÝò ôïõò èåñìüôçôåò ìðïñåß íá äéáöÝñïõí óçìáíôéêÜ áðü áõôÞí ôïõ íåñïý. ~Éóùò ìåñéêÝò öïñÝò íá åðéäéþîåôå ôçí øýîç êÜðïéïõ èåñìïý áíôéêåéìÝíïõ ôïðïèåôþíôáò ôï ìÝóá óå êñýï íåñü. Åíþ èá ìåßíáôå éêáíïðïéçìÝíïé áðü ôï ãåãïíüò üôé ôï èåñìü áíôéêåßìåíï êñýùóå, äåí èá óáò áðáó÷üëçóå êáèüëïõ ç ìåôáâïëÞ ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ íåñïý ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå ðñïêåéìÝíïõ íá åðéôý÷åôå ôï óêïðü óáò. Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá ôïðïèåôÞóåôå Ýíá èåñìü êïììÜôé ìåôÜëëïõ ãíùóôÞò ìÜæáò êáé èåñìïêñáóßáò ìÝóá óå êñýï íåñü åðßóçò ãíùóôÞò ìÜæáò êáé èåñìïêñáóßáò. Êáèþò ôï ìÝôáëëï øý÷åôáé, ôï íåñü ãßíåôáé èåñìüôåñï. Ãíùñßæïíôáò ôç ìÜæá ôïõ íåñïý êáé üôé ìßá èåñìßäá áõîÜíåé ôç èåñìïêñáóßá åíüò ãñáììáñßïõ íåñïý êáôÜ Ýíá âáèìü Êåëóßïõ, åýêïëá ìðïñåßôå íá âñåßôå ðüóåò èåñìßäåò ðÝñáóáí áðü ôï ìÝôáëëï óôï íåñü. ÓÊÏÐÏÓ

Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá ìåôñÞóåôå êáé èá óõãêñßíåôå ôéò åéäéêÝò èåñìüôçôåò äéáöüñùí ìåôÜëëùí. ÕËÉÊÁ

ÏñèïóôÜôçò, äáêôýëéïò Ëý÷íïò Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò ôùí 100 ml 2 ðïôÞñéá 250 ml Äåßãìáôá áëïõìéíßïõ, ÷áëêïý, óéäÞñïõ êáé ìïëýâäïõ

ÓõñìÜôéíï íÞìá Èåñìüìåôñï Ëáâßäá Æõãüò Áíèåêôéêü íÞìá Þ óýñìá ×áñôïðåôóÝôá

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

Èá ìåôñÞóåôå ôçí åéäéêÞ èåñìüôçôá ôåóóÜñùí ìåôÜëëùí (áëïõìéíßïõ, ÷áëêïý, óéäÞñïõ êáé ìïëýâäïõ). Ç ìÝèïäïò ðïõ èá áêïëïõèÞóåôå èá åßíáé ç ßäéá ãéá êÜèå Ýíá áðü áõôÜ. 1. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá åíüò êïììáôéïý ìåôÜëëïõ ìå áêñßâåéá åíüò ãñáììáñßïõ. 2. ÄÝóôå Ýíá êïììÜôé áíèåêôéêïý íÞìáôïò ãýñù áðü ôï êïììÜôé ôïõ ìåôÜëëïõ. ÊñåìÜóôå ôï êïììÜôé ôïõ ìåôÜëëïõ áðü ôç ëáâßäá ðÜíù áðü Ýíá êáôÜ ôï Þìéóõ ãåìÜôï ìå íåñü ðïôÞñé ôùí 250 ml*. Xáìçëþóôå ôç ëáâßäá ìÝ÷ñé íá âõèéóèåß ôåëåßùò ôï ìÝôáëëï ìÝóá óôï íåñü áëëÜ íá ìçí áããßæåé ôïí ðõèìÝíá ôïõ ðïôçñéïý. Ìðïñåßôå íá ìåôá÷åéñéóèåßôå ôçí ßäéá ëáâßäá ãéá íá óôåñåþóåôå Ýíá èåñìüìåôñï (ôï ó÷Þìá 3-4 äåß÷íåé ôç äéÜôáîç ôïõ ðåéñÜìáôïò). ÈåñìÜíåôå ôï íåñü ìÝ÷ñé ôïõ óçìåßïõ âñáóìïý êáé êñáôÞóôå ôï óå áõôÞí ôç èåñìïêñáóßá ìÝ÷ñé ôç óôéãìÞ ðïõ èá åßóôå Ýôïéìïé íá *

Ó.ô.Ì. 1 ml (÷éëéïóôüëéôñï) = 1 cm3 (êõâéêü åêáôïóôü).

57

3.

4.

5. 6. 7.

Ó×ÇÌÁ 3-4.

áðïìáêñýíåôå ôï ìÝôáëëï. ÄéáâÜóôå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý ðïõ âñÜæåé. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò ïãêïìåôñéêïý êõëßíäñïõ ìåôñÞóôå ìå áêñßâåéá 100 ml íåñïý (äéáâÜóôå ðþò íá ÷ñçóéìïðïéåßôå Ýíá ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï). ÁäåéÜóôå áõôü ôï íåñü óå Ýíá Üëëï ðïôÞñé ôùí 250 ml, ôïðïèåôçìÝíï ðÜíù óå ìßá äéðëùìÝíç ÷áñôïðåôóÝôá, ãéá íá ðñïóôáôåýóåôå ôïí ðÜãêï åñãáóßáò áðü ôï íåñü. ÅðåéäÞ Ýíá ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ íåñü Ý÷åé ìÜæá ó÷åäüí ßóç ìå Ýíá ãñáììÜñéï, ìðïñåßôå íá õðïèÝóåôå óå áõôü ôï ðåßñáìá üôé ç ìÜæá ôùí 100 ml íåñïý åßíáé ßóç ìå 100 ãñáììÜñéá. ÌåôñÞóôå ôç èåñìïêñáóßá ôùí 100 ãñáììáñßùí íåñïý. ÐñïóðáèÞóôå íá äéáâÜóåôå ôç èåñìïêñáóßá êáôÜ ðñïóÝããéóç 0,1 âáèìïý Êåëóßïõ. Ãéá íá Ý÷åôå êáëýôåñá áðïôåëÝóìáôá, åßíáé ðñïôéìüôåñï ç èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý íá åßíáé 4 âáèìïýò ðéï êÜôù áðü ôç èåñìïêñáóßá ôïõ äùìáôßïõ. Áðïìáêñýíåôå ôï êïììÜôé ôïõ ìåôÜëëïõ áðü ôï íåñü ðïõ âñÜæåé êáé ôïðïèåôÞóôå ôï ãñÞãïñá ìÝóá óôá 100 ãñáììÜñéá ôïõ êñýïõ íåñïý. ÁíáêéíÞóôå ðñïóåêôéêÜ ôï íåñü ãýñù áðü ôï ìåôáëëéêü êïììÜôé êáé äéáâÜóôå ôï èåñìüìåôñï ìå áêñßâåéá 0,1 âáèìïý, üôáí óôáèåñïðïéçèåß ç èåñìïêñáóßá, äçëáäÞ üôáí óôáìáôÞóåé íá áíåâáßíåé. Áðïìáêñýíåôå ôï ìÝôáëëï áðü ôï ðïôÞñé êáé áäåéÜóôå ôï íåñü. Ãåìßóôå ðÜëé ôï ðïôÞñé ìå 100 ml öñÝóêï íåñü êáé åðáíáëÜâáôå ôï ðåßñáìá ìå êÜðïéï êïììÜôé Üëëïõ ìåôÜëëïõ.

ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Èá ðñÝðåé, ðñéí Ýñèåôå óôï åñãáóôÞñéï, íá êáôáñôßóåôå óôï ôåôñÜäéü óáò

Ðþò íá ÷ñçóéìïðïéåßôå Ýíáí ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï. O ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôç ìÝôñçóç ôïõ üãêïõ åíüò õãñïý, üôáí ôï ðåßñáìá áðáéôåß Ýíá ó÷åôéêü âáèìü áêñéâåßáò. Áí áðáéôåßôáé ìåãáëýôåñç áêñßâåéá, ôüôå ÷ñçóéìïðïéåßôáé ìßá ðñï÷ïÀäá Þ Ýíá óéöþíéï. Áí óõãêñßíåôå ôéò äéáâáèìßóåéò êõëßíäñùí äéáöïñåôéêïý ìåãÝèïõò, èá äéáðéóôþóåôå üôé ìå ôïõò ðåñéóóüôåñïõò êõëßíäñïõò ôùí 10 ml åßíáé äõíáôüí íá ìåôñÞóåôå üãêïõò ìå áêñßâåéá 0,1 ml åíþ ìå Ýíáí êýëéíäñï ôùí 100 ml ç ìÝôñçóç ìðïñåß íá ãßíåé ìå áêñßâåéá ìüíï 1 ml. Ãéá íá åîáóöáëßóåôå ôç ìåãáëýôåñç áêñßâåéá óôéò ìåôñÞóåéò óáò, èá ðñÝðåé íá äéáëÝîåôå ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï ìå ÷ùñçôéêüôçôá ü÷é ðïëý ìåãáëýôåñç áðü ôïí üãêï ðïõ åðéèõìåßôå íá ìåôñÞóåôå. Èá åßíáé Üóêïðï íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ð.÷. Ýíáí êýëéíäñï ôùí 100 ml, ãéá íá ìåôñÞóåôå üãêï 9 ml, áí õðÜñ÷åé äéáèÝóéìïò Ýíáò ìéêñüôåñïò êýëéíäñïò. Ôá ðåñéóóüôåñá õãñÜ, üôáí ôïðïèåôçèïýí ìÝóá óå Ýíáí êýëéíäñï, ó÷çìáôßæïõí ìßá êáìðýëç

åðéöÜíåéá óôï åðÜíù ìÝñïò ôïõò, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 3‐5. Èá ðáñáôçñÞóáôå üôé ôá Üêñá áõôÞò ôçò åðéöÜíåéáò åßíáé åëáöñþò õøçëüôåñá

Ó×ÇÌÁ 3-5.

58

ðßíáêåò ãéá ôçí êáôáãñáöÞ ôùí äåäïìÝíùí êáé ôùí áðïôåëåóìÜôùí, üðùò ðéï êÜôù: Åßäïò ìåôÜëëïõ ÌÜæá ìåôÜëëïõ (g) Èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý ðïõ âñÜæåé (°C) ÔåëéêÞ èåñìïêñáóßá øõ÷ñïý íåñïý êáé ìåôÜëëïõ (°C) Aðþëåéá èåñìïêñáóßáò ôïõ ìåôÜëëïõ

ÌÜæá øõ÷ñïý íåñïý (g) ÔåëéêÞ èåñìïêñáóßá øõ÷ñïý íåñïý êáé ìåôÜëëïõ (°C) Áñ÷éêÞ èåñìïêñáóßá øõ÷ñïý íåñïý (°C) Áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ øõ÷ñïý íåñïý (°C)

Yðïëïãéóìïß. 1. Ìéá áýîçóç ôçò èåñìüôçôáò êáôÜ ìßá èåñìßäá áõîÜíåé ôç èåñìïêñáóßá åíüò ãñáììáñßïõ íåñïý êáôÜ Ýíá âáèìü Êåëóßïõ. ~Åôóé, ãéá íá ðñïóäéïñßóåôå ôç èåñìüôçôá ðïõ áðïññïöÞèçêå áðü m ãñáììÜñéá íåñïý, ôïõ ïðïßïõ ìåôáâëÞèçêå ç èåñìïêñáóßá êáôÜ Ät, áñêåß íá ðïëëáðëáóéÜóåôå ôï m x Ät (ôï åëëçíéêü ãñÜììá Ä ÷ñçóéìïðïéåßôáé óõ÷íÜ äéåèíþò êáé ìå áõôü äçëþíåôáé ìßá ìåôáâïëÞ åíüò ìåãÝèïõò). 2. Ç áðþëåéá èåñìüôçôáò ôïõ ìåôÜëëïõ åßíáé ßäéá ìå ôç èåñìüôçôá ðïõ áðïññïöÞèçêå áðü ôï íåñü, ìå ôçí ðñïûðüèåóç üôé äåí õðÜñ÷ïõí Üëëåò óçìáíôéêÝò áðþëåéåò èåñìüôçôáò êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôïõ ðåéñÜìáôïò. ~Åôóé, ãéá íá âñåßôå ôçí áðþëåéá èåñìüôçôáò ãéá êÜèå ãñáììÜñéï ìåôÜëëïõ êáé ãéá êÜèå Ýíá âáèìü (äçëáäÞ ôçí åéäéêÞ ôïõ èåñìüôçôá) äéáéñÝóôå ôï áðïôÝëåóìá áðü ôï ðñïçãïýìåíï åñþôçìá ìå ôç ìÜæá ôïõ ìåôÜëëïõ êáé ìå ôç ìåôáâïëÞ ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ. áðü ôï êÝíôñï ôçò. ÁõôÞ ç êáìðýëç åðéöÜíåéá ïíïìÜæåôáé ìçíßóêïò êáé äçìéïõñãåßôáé áðü ôçí Ýëîç áíÜìåóá óôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ êáé óôï õãñü. ~Ïôáí ìåôñÜôå ôïí üãêï åíüò õãñïý óôïí êýëéíäñï, ðñÝðåé íá âåâáéùèåßôå üôé ôï ìÜôé óáò âñßóêåôáé óôï ßäéï åðßðåäï ìå ôï ìçíßóêï. Óôç óõíÝ÷åéá äéáâÜæåôå ôïí üãêï óçìåéþíïíôáò ôç ãñáììÞ ôïõ êõëßíäñïõ ðïõ âñßóêåôáé áêñéâþò êÜôù áðü ôç âÜóç ôïõ ìçíßóêïõ, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 3‐6. Áí ôï ìÜôé óáò âñßóêåôáé õøçëüôåñá Þ ÷áìçëüôåñá áðü áõôü ôï åðßðåäï, ôüôå õðïëïãßæåôå ðüóï áðÝ÷åé áðü ôç ÷áìçëüôåñç Ýíäåéîç. Ìå Ýíáí êýëéíäñï âáèìïëïãçìÝíï ìå äéáóôÞìáôá ôïõ åíüò ÷éëéïóôüëéôñïõ ìðïñåßôå íá õðïëïãßóåôå ìå ðñïóÝããéóç 0,1 ml. Ç èåñìïêñáóßá, ãéá ôçí ïðïßá ðñïïñßæåôáé íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ï êýëéíäñïò, áíáãñÜöåôáé óõíÞèùò óôï åðÜíù ìÝñïò ôïõ. Ïé ìåôñÞóåéò Ý÷ïõí ìåãáëýôåñç áêñßâåéá, üôáí ç èåñìïêñáóßá ôïõ õãñïý ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óôïí êýëéíäñï åßíáé êïíôÜ óå áõôÞí ôç èåñìïêñáóßá.

Ðïë

Ìçíßóêïò

ýø

çëÜ

ÓùóôÞ åõèåßá ðáñáôçñÞóåùò

Ü

ë áìç

ý÷ Ðïë

Ó×ÇÌÁ 3-6.

59

3. ÊáôáãñÜøôå ôçí åéäéêÞ èåñìüôçôá ðïõ âñÞêáôå åóåßò ãéá êÜèå ìÝôáëëï, üðùò êáé ôï ìÝóï üñï ôùí åéäéêþí èåñìïôÞôùí ðïõ âñÞêå ç ôÜîç ãéá êÜèå ìÝôáëëï. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. ÐñïóðáèÞóôå íá ðñïôåßíåôå êÜðïéá èåùñßá, ðïõ íá åîçãåß ðþò ìåôáöÝñåôáé ç èåñìüôçôá áðü ôï èåñìü êïììÜôé ôïõ ìåôÜëëïõ óôï êñýï íåñü. 2. Óå áõôü ôï ðåßñáìá äåí õðïëïãßóèçêå ç èåñìüôçôá ðïõ ÷ñåéÜóèçêå, ãéá íá èåñìÜíåé ôï ãõáëß ôïõ ðïôçñéïý ðïõ ðåñéåß÷å ôï êñýï íåñü, åðåéäÞ åßíáé ó÷åôéêÜ ìéêñÞ óõãêñéôéêÜ ìå ôç èåñìüôçôá ðïõ áðïññïöÞèçêå áðü ôï íåñü. Ðïéåò Üëëåò èá ìðïñïýóáí íá åßíáé ïé ðçãÝò óöÜëìáôïò óå áõôü ôï ðåßñáìá;

Ðåñßëçøç. ÕðÜñ÷ïõí äéÜöïñåò ìïñöÝò åíÝñãåéáò. Ìßá áðü ôéò ðéï óçìáíôéêÝò åßíáé ç èåñìüôçôá Þ èåñìéêÞ åíÝñãåéá. ~Áëëåò óçìáíôéêÝò ìïñöÝò åíÝñãåéáò åßíáé ç öùôåéíÞ êáé ç çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá. ÊéíçôéêÞ åíÝñãåéá åßíáé ç åíÝñãåéá ðïõ Ý÷åé Ýíá êéíïýìåíï áíôéêåßìåíï êáé ðïõ ïöåßëåôáé óôçí êßíçóÞ ôïõ. ÄõíáìéêÞ åíÝñãåéá åßíáé ìéá ìïñöÞ åíÝñãåéáò ðïõ ßóùò íá ìçí ãßíåôáé áíôéëçðôÞ êÜðïéá óôéãìÞ, áëëÜ ìðïñåß íá åìöáíéóèåß ìåôáôñåðüìåíç óå êÜðïéá Üëëç ìïñöÞ. ~Åíá óõìðéåóìÝíï åëáôÞñéï, Ýíá ôåíôùìÝíï ëáóôé÷Üêé Þ Ýíá áíôéêåßìåíï ðïõ âñßóêåôáé óå êÜðïéï õøçëü óçìåßï Ý÷ïõí äõíáìéêÞ åíÝñãåéá, ðïõ ìðïñåß íá ìåôáôñáðåß óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Ç èåñìïêñáóßá åíüò áíôéêåéìÝíïõ åßíáé ìÝôñï ôçò èåñìéêÞò åíÝñãåéáò ðïõ ðåñéÝ÷åé áõôü ôï áíôéêåßìåíï. ~Ïôáí Ýíá áíôéêåßìåíï áðïêôÜ èåñìéêÞ åíÝñãåéá, ç èåñìïêñáóßá ôïõ áõîÜíåôáé, åêôüò áí ôï óþìá õößóôáôáé êÜðïéï åßäïò ìåôáôñïðÞò, üðùò ð.÷. ìåôÜðôùóç áðü ôçí õãñÞ óôç óôåñåÜ êáôÜóôáóç. Ìßá óçìáíôéêÞ åðéóôçìïíéêÞ èåñìïìåôñéêÞ êëßìáêá åßíáé ç åêáôïíôáâÜèìéïò Þ êëßìáêá Êåëóßïõ. Óå áõôÞí ç èåñìïìåôñéêÞ ðåñéï÷Þ áíÜìåóá óôï óçìåßï ðÞîåùò êáé óôï

óçìåßï æÝóåùò ôïõ íåñïý Ý÷åé ÷ùñéóèåß óå åêáôü âáèìïýò êáé Ý÷åé ïñéóèåß ôï óçìåßï ðÞîåùò ôïõ íåñïý íá ôáõôßæåôáé ìå 0°C. H åðßóçìç äéåèíÞò ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ôçò èåñìéêÞò êáé êÜèå Üëëçò ìïñöÞò åíÝñãåéáò åßíáé ôï Joule. Méá ÷ñÞóéìç ìïíÜäá ãéá åñãáóôçñéáêÝò äñáóôçñéüôçôåò åßíáé ç èåñìßäá (calorie), ðïõ éóïýôáé ðåñßðïõ ìå ôï ðïóü ôçò èåñìüôçôáò ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá áõîçèåß ç èåñìïêñáóßá åíüò ãñáììáñßïõ íåñïý êáôÜ Ýíá âáèìü Êåëóßïõ (ï ðñïóäéïñéóìüò ðñáãìáôïðïéåßôáé óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ).

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. ÈåùñÞóôå ôñåéò ìïñöÝò åíÝñãåéáò êáé óêåöèåßôå ìéá óåéñÜ öáéíïìÝíùí ðïõ ìðïñåß íá óõìâïýí óôçí êáèçìåñéíÞ æùÞ, ôá ïðïßá åßíáé äõíáôüí íá ïäçãÞóïõí óôç ìåôáôñïðÞ êÜèå ìéáò áðü áõôÝò ôéò ìïñöÝò åíÝñãåéáò óôéò Üëëåò äõï äéáäï÷éêÜ. 2. Ðüóåò èåñìßäåò ÷ñåéÜæïíôáé ãéá íá áõîÞóïõí ôç èåñìïêñáóßá äÝêá ãñáììáñßùí íåñïý áðü 15°C óå 25°C;

Ïé ìåôáôñïðÝò åíÝñãåéáò äéÝðïíôáé áðü íüìïõò 3.6 ÄéáôÞñçóç ôçò åíÝñãåéáò. ~Å÷åôå ìÜèåé üôé ç åíÝñãåéá ìðïñåß íá åìöáíéóèåß ìå äéÜöïñåò ìïñöÝò, ðïõ üëåò åßíáé ìåôáôñÝøéìåò ç ìéá óôçí Üëëç. Ãéá ðåñéóóüôåñá áðü 150 ÷ñüíéá, ÷çìéêïß êáé öõóéêïß äéåîÜãïõí ðåéñÜìáôá, ãéá íá äéáðéóôþóïõí óå ðïéï ðïóïóôü

Ýíá åßäïò åíÝñãåéáò ìðïñåß íá ðñïÝëèåé áðü êÜðïéï Üëëï. ÐÜíôá âñßóêïõí üôé óå áõôÝò ôéò ìåôáâïëÝò ôï óõíïëéêü ðïóü åíÝñãåéáò ðáñáìÝíåé óôáèåñü. ~Åíá åßäïò åíÝñãåéáò, üðùò ç çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá, ìðïñåß íá ìåôáôñáðåß ôåëåßùò óå Üëëç ìïñöÞ, üðùò óå öùò, äçëáäÞ óå öùôåéíÞ åíÝñãåéá. Óå Üëëåò ðåñéðôþóåéò ìéá ìïñöÞ åíÝñãåéáò åßíáé

60

äõíáôüí íá ìåôáôñáðåß óå ðåñéóóüôåñåò áðü ìßá íÝåò ìïñöÝò. Èõìçèåßôå ãéá ðáñÜäåéãìá üôé ç çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá ðïõ êáôáíáëþíåé Ýíáò ëáìðôÞñáò öùôéóìïý ðáñÜãåé êáé èåñìüôçôá áëëÜ êáé öùò. Óå ïðïéáäÞðïôå åíåñãåéáêÞ ìåôáâïëÞ Þ ìåôáâïëÝò ôï óõíïëéêü ðïóüí ôçò åíÝñãåéáò äåí ìåôáâÜëëåôáé. ÁëëÜæåé ç ìïñöÞ ôçò åíÝñãåéáò áëëÜ ü÷é êáé ç ðïóüôçôÜ ôçò. ÅîÜëëïõ, ðïôÝ äåí Ý÷åé ðáñáôçñçèåß áõôüìáôç åìöÜíéóç åíÝñãåéáò, äçëáäÞ äçìéïõñãßá åíÝñãåéáò áðü ôï ôßðïôá. Ïé åðéóôÞìïíåò óõíïøßæïõí ôçí åìðåéñßá ôïõò ó÷åôéêÜ ìå ôçí åíÝñãåéá óå Ýíá íüìï, ðïõ ïíïìÜæåôáé Íüìïò ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÅíÝñãåéáò (åßíáé åðßóçò ãíùóôüò êáé ùò Ðñþôïò Íüìïò ôçò ÈåñìïäõíáìéêÞò). Ï íüìïò áõôüò ïñßæåé ôá åîÞò: Ç åíÝñãåéá äåí åßíáé äõíáôüí ïýôå íá äçìéïõñãçèåß áëëÜ ïýôå êáé íá êáôáóôñáöåß. ~Ïôáí ç åíÝñãåéá áëëÜæåé ìïñöÞ, ç óõíïëéêÞ ôçò ðïóüôçôá ðáñáìÝíåé áìåôÜâëçôç. Ï íüìïò áõôüò áðïôåëåß ìéá áðü ôéò óçìáíôéêüôåñåò áíáêáëýøåéò ôçò åðéóôÞìçò. Èåùñåßôáé óùóôüò, ãéáôß êÜèå ðñïóðÜèåéá íá áðïäåé÷èåß üôé åßíáé ëÜèïò Ý÷åé áðïôý÷åé. Ï Ðñþôïò Íüìïò ôçò ÈåìïäõíáìéêÞò, üðùò êáé ï Íüìïò ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÌÜæáò, åßíáé ìéá ãåíßêåõóç. Èõìçèåßôå ôçí ðåñßðôùóç ôïõ ìáèçôÞ, ðïõ Ýêáíå ìéá ãåíßêåõóç ó÷åôéêÜ ìå ôá êáýóéìá. Äéáðßóôùóå üôé ìéá ãåíßêåõóç ìðïñåß íá åßíáé ëáíèáóìÝíç, áí ï áñéèìüò ôùí ðáñáôçñÞóåùí óôéò ïðïßåò âáóßóèçêå åßíáé ðïëý ðåñéïñéóìÝíïò. Ï Ðñþôïò Íüìïò ôçò ÈåñìïäõíáìéêÞò Ý÷åé åëå÷èåß ìå ôüóåò ðáñáôçñÞóåéò, ôüóï óõ÷íÜ êáé áðü ôüóïõò ðïëëïýò åðéóôÞìïíåò, þóôå íá èåùñåßôáé áðüëõôá áîéüðéóôïò. ÏðùóäÞðïôå üìùò äåí éó÷ýåé, áí ïé óõíèÞêåò åßíáé åíôåëþò äéáöïñåôéêÝò áðü áõôÝò ìå ôéò ïðïßåò ìåëåôÞèçêå êáé äïêéìÜóèçêå. ~Ïðùò åî Üëëïõ äåí éó÷ýåé, óå ôÝôïéá ðåñßðôùóç, êáé ï Íüìïò ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÌÜæáò. ÌåñéêÝò äéáäéêáóßåò, êõñßùò áõôÝò ðïõ áöïñïýí óôïí áôïìéêü ðõñÞíá, äéÝðïíôáé áðü Ýíáí ðåñéóóüôåñï èåìåëéþäç íüìï, ðïõ óõíäõÜæåé ôïõò ðñïçãïýìåíïõò äýï. ÏíïìÜæåôáé “Íüìïò ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÌÜæáò êáé ôçò ÅíÝñãåéáò” êáé èá ôïí åîåôÜóïìå áñãüôåñá. ÐñÝðåé íá ôïíéóèåß üôé óôéò óõíçèéóìÝíåò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò, ïé áñ÷Ýò äéáôçñÞóåùò ôçò ìÜæáò êáé ôçò åíÝñãåéáò éó÷ýïõí îå÷ùñéóôÜ ç ìéá áðü ôçí Üëëç, óýìöùíá ìå ôïõò äýï ðáñáðÜíù íüìïõò.

3.7 ÅíÝñãåéá êáé Ýñãï.

~Ïëïé ãíùñßæïìå ôé óçìáßíåé Ýñãï ìå ôç óõíçèéóìÝíç Ýííïéá ôçò ëÝîåùò. Óçìáßíåé ìéá ðñïóðÜèåéá ðïõ êáôáâÜëëåôáé, ãéá íá ãßíåé êÜðïéá åñãáóßá. Êáôáíáëþíïìå åíÝñãåéá êáé üôáí ïëïêëçñþíïìå ôçí åñãáóßá åßìáóôå êïõñáóìÝíïé. Ï áõóôçñÜ åðéóôçìïíéêüò ïñéóìüò ôïõ Ýñãïõ äåí äéáöÝñåé ðïëý ùò ðñïò ôï íüçìá áðü ôá ðñïçãïýìåíá áëëÜ åßíáé ðåñéóóüôåñï áêñéâÞò. ÅðéóôçìïíéêÜ ôï Ýñãï ïñßæåôáé ùò ôï ãéíüìåíï ôçò äõíÜìåùò åðß ôçí áðüóôáóç, êáôÜ ìÞêïò ôçò ïðïßáò áóêåßôáé ç äýíáìç. ~Åñãï äçëáäÞ åßíáé äýíáìç åðß áðüóôáóç. Ïé ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò ôïõ Ýñãïõ åßíáé ßäéåò ìå ôéò ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò ôçò åíÝñãåéáò, äçëáäÞ ïé èåñìßäåò êáé ôá Joules. ~Åñãï êáé åíÝñãåéá åßíáé Ýííïéåò óôåíÜ óõíäåäåìÝíåò, áëëÜ äåí óõìðßðôïõí. Ç ó÷Ýóç ôïõò åßíáé ç åîÞò: ãéá íá ðáñá÷èåß Ýñãï áðáéôåßôáé åíÝñãåéá^ åðßóçò, ôï Ýñãï ìðïñåß íá ðáñÜãåé åíÝñãåéá. Áò õðïèÝóïìå üôé Ýíáò âñÜ÷ïò âñßóêåôáé óôïõò ðñüðïäåò åíüò ëüöïõ, êáé Ýíáò åêóêáöÝáò ôïí óðñþ÷íåé óôçí êïñõöÞ. Áí ôï ü÷çìá áóêåß ìéá ïñéóìÝíç óõíå÷Þ äýíáìç F ðÜíù óôï âñÜ÷ï, ãéá íá ôïí áíåâÜóåé óôçí êïñõöÞ, êáé ôïí ìåôáêéíåß êáôÜ ìßá áðüóôáóç d, ôüôå ôï Ýñãï ðïõ åêôåëåß ï åêóêáöÝáò åßíáé ßóï ìå F x d. O åêóêáöÝáò åßíáé óå èÝóç íá åêôåëÝóåé áõôü ôï Ýñãï, ãéáôß ç ìç÷áíÞ ôïõ êáßåé ðåôñÝëáéï êáé ðáñÜãåé èåñìéêÞ åíÝñãåéá. Ç èåñìéêÞ åíÝñãåéá ìåôáôñÝðåôáé óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ôïõ êéíïýìåíïõ ï÷Þìáôïò êáé ôïõ âñÜ÷ïõ ðïõ âñßóêåôáé ìðñïóôÜ áðü áõôü. ~Åíá ìÝñïò áõôÞò ôçò åíÝñãåéáò ìåôáôñÝðåôáé óå èåñìüôçôá (êáé èüñõâï, ðïõ åßíáé ìéá Üëëç ìïñöÞ åíÝñãåéáò). ~Åíá Üëëï ìÝñïò ìåôáôñÝðåôáé óå äõíáìéêÞ åíÝñãåéá ôçò âáñýôçôáò, ðïõ áðÝêôçóáí ï åêóêáöÝáò êáé ï âñÜ÷ïò ìåôáêéíïýìåíïé ðñïò ôçí êïñõöÞ ôïõ ëüöïõ. Áí ï âñÜ÷ïò áöåèåß íá êõëÞóåé ðÜëé ðñïò ôá êÜôù, ç äõíáìéêÞ ôïõ åíÝñãåéá èá ìåôáôñáðåß êáôÜ Ýíá ìÝñïò óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá êáé êáôÜ Ýíá Üëëï óå èåñìüôçôá. Ç èåñìüôçôá ðáñÜãåôáé áðü ôçí ôñéâÞ, êáèþò ï âñÜ÷ïò êáôñáêõëÜåé. ÔåëéêÜ ï âñÜ÷ïò èá óôáìáôÞóåé, üôáí üëç ç êéíçôéêÞ ôïõ åíÝñãåéá ìåôáôñáðåß óå èåñìüôçôá. ÁöÞíåé ðßóù ôïõ êÜðïéï åëÜ÷éóôï ðïóü èåñìüôçôáò, ðïõ ôåëéêÜ áðïññïöÜôáé áðü ôï ðåñéâÜëëïí. Ôï åíäéáöÝñïí ìáò ãéá ôçí åíÝñãåéá ïöåßëåôáé óå ðñáêôéêïýò êõñßùò ëüãïõò. Ìðïñïýìå íá ôçí ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ãéá ôçí ðáñáãùãÞ Ýñãïõ, ôï ïðïßï óå äéáöïñåôéêÞ ðåñßðôùóç èá Ýðñåðå íá ðáñÜãïìå ïé ßäéïé ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôïõò ìýåò ìáò. ×ñçóéìïðïéïýìå ðçãÝò åíÝñãåéáò, üðùò ìç÷áíÝò åóùôåñéêÞò êáýóåùò, çëåêôñïãåííÞôñéåò,

61

óõóóùñåõôÝò (ìðáôáñßåò) Þ êáé õäáôïðôþóåéò, êáé ðñïóðáèïýìå Üìåóá Þ Ýììåóá íá ðáñÜãïìå êÜðïéï Ýñãï áîéïðïéþíôáò ôçí åíÝñãåéá ðïõ ðñïÝñ÷åôáé áðü ôéò ðáñáðÜíù ðçãÝò. Ðñéí áðü åêáôü ÷ñüíéá, ç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá ôïõ íåñïý ðïõ Ýöôáíå óå Ýíá êáôáññÜêôç ÷ñçóéìïðïéåßôï ó÷åäüí Üìåóá. Ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ôïõ íåñïý ðïõ Ýðåöôå ìåôáôñåðüôáí óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá åíüò ôñï÷ïý, ï ïðïßïò óôç óõíÝ÷åéá êéíïýóå äéÜöïñá Üëëá ìç÷áíéêÜ ìÝñç. ÓÞìåñá ïé öõóéêïß êáôáññÜêôåò Þ êáé áõôïß ðïõ äçìéïõñãïýíôáé ìå ôá ôå÷íçôÜ öñÜãìáôá êéíïýí çëåêôñéêÝò ãåííÞôñéåò. Ç çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá ìåôáöÝñåôáé óå Üëëïõò ôüðïõò, üðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé óå äéÜöïñåò çëåêôñéêÝò åöáñìïãÝò ãéá ôçí ðáñáãùãÞ Ýñãïõ*.

3.8 Ç åíÝñãåéá Ý÷åé ôçí ôÜóç íá äéáóêïñðßæåôáé áõèüñìçôá. ~Ïôáí õðÜñ÷åé ìåãÜëç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò óõãêåíôñùìÝíç óå êÜðïéï óçìåßï, áõôÞ Ý÷åé ôçí ôÜóç íá äéáóêïñðßæåôáé óôï ðåñéâÜëëïí. Åíäåéêôéêü ðáñÜäåéãìá åßíáé üôé êÜèå óþìá èåñìüôåñï áðü ôï ðåñéâÜëëïí ôïõ åêëýåé áõèüñìçôá èåñìüôçôá ðñïò ôï ðåñéâÜëëïí. Ç Ýêëõóç ôçò èåñìüôçôáò óõíå÷ßæåôáé ìÝ÷ñéò üôïõ ç èåñìïêñáóßá ôïõ óþìáôïò åîéóùèåß ìå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò. Êáô’ áíáëïãßá, êé Ýíá óþìá ðïõ Ý÷åé áõîçìÝíç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá, åðåéäÞ âñßóêåôáé óå ìåãÜëï ýøïò, èá ðÝóåé áõôüìáôá áí äåí óôçñßæåôáé êÜðïõ, ÷Üíïíôáò óôçí ðïñåßá äõíáìéêÞ åíÝñãåéá. Óå üëá ôá êéíïýìåíá áíôéêåßìåíá áíáðôýóóïíôáé äõíÜìåéò ôñéâÞò. Áí äåí ôñïöïäïôïýíôáé äéáñêþò ìå ðñïùèçôéêÞ åíÝñãåéá, ôüôå ç êßíçóÞ ôïõò åðéâñáäýíåôáé âáèìéáßá. Ïëüêëçñç ç êéíçôéêÞ ôïõò åíÝñãåéá ìåôáöÝñåôáé ôåëéêÜ óôï ðåñéâÜëëïí ìå ôç ìïñöÞ ôçò èåñìüôçôáò. ~Ïôáí ï áñíçôéêüò êáé èåôéêüò ðüëïò åíüò óõóóùñåõôÞ åíùèïýí ìå Ýíáí áãùãü çëåêôñéêïý ñåýìáôïò, äçìéïõñãåßôáé áõèüñìçôá ñïÞ çëåêôñéêïý ñåýìáôïò. Ôüóï ï óõóóùñåõôÞò üóï êáé áãùãüò ðïõ óõíäÝåé ôïõò ðüëïõò èåñìáßíïíôáé êáôÜ ôç äéÝëåõóç ôïõ ñåýìáôïò êé áõôÞ ç èåñìüôçôá åêëýåôáé óôï ðåñéâÜëëïí. ÔåëéêÜ üëç ç ðïóüôçôá ôçò åíÝñãåéáò, ðïõ áñ÷éêÜ åß÷å óõóóùñåõèåß óôï ìéêñü üãêï ôïõ óõóóùñåõôÞ, äéáóêïñðßæåôáé óôï ðåñéâÜëëïí ìå ôç ìïñöÞ èåñìüôçôáò. *

Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ öùò, èåñìüôçôá, êßíçóç êëð.

Óôç ÷çìåßá, ç ôÜóç ðïõ Ý÷åé ç åíÝñãåéá íá åêëýåôáé åßíáé Ýíáò ðáñÜãïíôáò éäéáßôåñá óçìáíôéêüò. Ó÷åäüí óå üëåò ôéò ÷çìéêÝò äéáäéêáóßåò ðïõ óõíôåëïýíôáé áõèüñìçôá åêëýåôáé åíÝñãåéá. Åßäáôå Ýíá ôõðéêü ðáñÜäåéãìá, üôáí ðáñáôçñïýóáôå ôçí êáýóç ôïõ êåñéïý. Åßíáé áëÞèåéá üôé áõôÞ ç äéáäéêáóßá äåí åßíáé áõèüñìçôç, ìå ôçí Ýííïéá üôé äåí áñ÷ßæåé áðü ìüíç ôçò. Èá ðñÝðåé êÜðïéïò íá áíÜøåé ðñþôá ôï êåñß. ÁëëÜ üôáí áíÜøåé êáé áí ôñïöïäïôåßôáé óõíå÷þò ìå ïîõãüíï, ôï êåñß åîáêïëïõèåß íá êáßãåôáé ÷ùñßò Üëëç ðáñÝìâáóç. Ìå áõôÞí ôçí Ýííïéá, ç äéáäéêáóßá ôçò êáýóåùò åßíáé áõèüñìçôç.

3.9 Ç ôõ÷áßá äéÜôáîç (Þ áôáîßá) åßíáé åðßóçò óçìáíôéêüò ðáñÜãïíôáò. Åêôüò áðü ôçí ôÜóç ôçò åíÝñãåéáò íá äéáóêïñðßæåôáé, õðÜñ÷åé êáé Ýíáò äåýôåñïò ðáñÜãïíôáò ðïõ âïçèÜåé óôï íá ðñïêáèïñßóïìå áí êÜôé èá óõìâåß áðü ìüíï ôïõ, äçëáäÞ áõèüñìçôá. Áõôüò ï ðáñÜãïíôáò åßíáé ç öõóéêÞ ôÜóç ãéá áýîçóç ôçò áôáîßáò Þ ãéá ôõ÷áßá äéÜôáîç. Áò õðïèÝóïìå üôé Ý÷åôå Ýíá äï÷åßï (üðùò áõôü ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 3-7) ðïõ ðåñéÝ÷åé 10 ëåõêïýò âþëïõò óôï Ýíá ôìÞìá ôïõ êáé 10 ìáýñïõò óôï Üëëï. Ç ôïðïèÝôçóç ôùí âþëùí ìå âÜóç ôï ÷ñþìá ôïõò áðïôåëåß ìéá ðïëý óõóôçìáôéêÞ êáé

Áíáêßíçóç

Ó×ÇÌÁ 3-7. ~Ïôáí áíáêéíÞóïìå Ýíá äï÷åßï ðïõ ðåñéÝ÷åé âþëïõò ôïðïèåôçìÝíïõò ìå ìåãÜëç ôÜîç, ç ôÜîç ÷Üíåôáé êáé ðáñá÷ùñåß ôç èÝóç ôçò óå ìéá áðü ôéò Ýíá åêáôïììýñéï ðéèáíÝò ôõ÷áßåò äéáôÜîåéò ôùí âþëùí.

ü÷é ôõ÷áßá ôïðïèÝôçóç. Áò õðïèÝóïìå üôé

62

áíáêéíåßôå ôï äï÷åßï ãéá áñêåôÞ þñá êáé óôç óõíÝ÷åéá ôï ôïðïèåôåßôå ðÜëé ðÜíù óôï ôñáðÝæé. Óýíôïìá üëç ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ðïõ åß÷å ðñïóäïèåß óôïõò âþëïõò üóç þñá áíáêéíïýóáôå ôï äï÷åßï èá Ý÷åé ÷áèåß, êáé ïé âþëïé èá âñßóêïíôáé óôï ßäéï ýøïò êáé óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá üðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò. ~Åôóé áðü ìéá ðñþôç ìáôéÜ, äåí öáßíåôáé üôé åßíáé äõíáôüí üëç áõôÞ ç äéáäéêáóßá ôçò áíáêéíÞóåùò íá Ý÷åé ðñïêáëÝóåé êÜðïéá ìåôáâïëÞ óôçí åíÝñãåéá. ~Å÷åé ðñïêýøåé üìùò ìéá ôåñÜóôéá áëëáãÞ óôç óåéñÜ, ìå ôçí ïðïßá åßíáé ôïðïèåôçìÝíïé ï âþëïé. Ç ôÜîç Ý÷åé ÷áèåß! Ç ôõ÷áßá äéÜôáîç ôùí âþëùí åßíáé ôþñá ôï íÝï äåäïìÝíï. ÊÜèå öïñÜ ðïõ áíáêéíåßôå ôï äï÷åßï, Ý÷åôå ùò áðïôÝëåóìá ìéá äéáöïñåôéêÞ ôõ÷áßá ôïðïèÝôçóç ôùí âþëùí. ÕðÜñ÷åé ìüíï ìéá ðéèáíüôçôá óôï Ýíá åêáôïììýñéï íá ðñïêýøåé ðÜëé ç óõóôçìáôéêÞ äéÜôáîç, áðü ôçí ïðïßá îåêéíÞóáôå. Ç öõóéêÞ ôÜóç åßíáé ç áñ÷éêÞ óõóôçìáôéêÞ ôïðïèÝôçóç íá ðÜøåé íá éó÷ýåé êáé áíôß áõôÞò íá ðñïêýøåé ìéá ôõ÷áßá äéÜôáîç. Óôéò ðåñéóóüôåñåò ÷çìéêÝò äéáäéêáóßåò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé áõèüñìçôá óçìåéþíåôáé ìéá áðþëåéá åíÝñãåéáò êáé ìéá áýîçóç ôçò áôáîßáò óôçí ýëç. ÄçëáäÞ êáé ïé äýï ðáñÜãïíôåò ðïõ õðïâïçèïýí ôç äçìéïõñãßá ìéáò áõèüñìçôçò äéáäéêáóßáò åíåñãïýí êáôÜ ôçí ßäéá êáôåýèõíóç, åíéó÷ýïíôáò áìïéâáßá ï Ýíáò ôïí Üëëï. Óôçí ðåñßðôùóç ðïõ êáé ïé äýï ðáñÜãïíôåò åßíáé åõíïúêïß, åßíáé áõôïíüçôï üôé ç äéáäéêáóßá èá åßíáé áõèüñìçôç. Ãéá ðáñÜäåéãìá, êáèþò êáßãåôáé Ýíá êåñß, åêëýåôáé åíÝñãåéá ìå ôç ìïñöÞ èåñìüôçôáò êáé öùôüò. Ôáõôü÷ñïíá, ç ýëç ðïõ Þôáí ôáîéíïìçìÝíç êáôÜ Ýíá óõóôçìáôéêü ôñüðï ìÝóá óôï êåñß, ìåôáôñÝðåôáé óå äéÜöïñá áÝñéá, ôá ïðïßá äéáóêïñðßæïíôáé Üôáêôá óôï ðåñéâÜëëïí. Ðåñéóóüôåñï äýóêïëï åßíáé íá ðñïâëÝøïìå ôá áðïôåëÝóìáôá, üôáí åßíáé åõíïúêüò ìüíï ï Ýíáò ðáñÜãïíôáò êáé ü÷é ï Üëëïò.

3.10 ÄéáôÞñçóç ìÜæáò êáé åíÝñãåéáò. Óôçí ðáñÜãñáöï 3.6 áíáöÝñèçêå ðïëý óýíôïìá üôé äéáäéêáóßåò, ðïõ áöïñïýí óôïí ðõñÞíá ôïõ áôüìïõ êáé Üëëá óùìáôßäéá ìéêñüôåñá áðü ôá Üôïìá, äåí õðáêïýïõí ðÜíôá îå÷ùñéóôÜ óôïõò íüìïõò äéáôçñÞóåùò ôçò ìÜæáò êáé ôçò åíÝñãåéáò. Õðáêïýïõí üìùò óå êÜðïéï óõíäõáóìü áõôþí ôùí äýï íüìùí. Áò åìâáèýíïìå ëßãï ðåñéóóüôåñï óå áõôü ôï èÝìá.

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÈÅÑÌÉÊÇ ÑÕÐÁÍÓÇ Ç ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò åßíáé áðáñáßôçôç óå ìéá ôå÷íïëïãéêÜ áíåðôõãìÝíç êïéíùíßá. ~Ïëç ç åíÝñãåéá ðïõ ðáñÜãåôáé, üðïéá êáé áí åßíáé ç áñ÷éêÞ ôçò ìïñöÞ, ìåôáôñÝðåôáé ôåëéêÜ óå èåñìéêÞ åíÝñãåéá, ç ïðïßá ðñÝðåé íá áðïññïöçèåß áðü ôï ðåñéâÜëëïí. ÌÝ÷ñé ðïëý ðñüóöáôá, ç ðïóüôçôá ôçò èåñìéêÞò åíÝñãåéáò ðïõ ðñïåñ÷üôáí áðü ôçí ðáñáãùãÞ âéïìç÷áíéêÞò åíÝñãåéáò Þôáí ðïëý ëéãüôåñç áðü áõôÞí ðïõ õðÞñ÷å Þäç óôç ãç, êáé ôçí ïðïßá ðáßñíåé ç ãç óôáèåñÜ áðü ôïí Þëéï. ÓÞìåñá üìùò, ðñïóôßèåíôáé óôï ðåñéâÜëëïí ôüóï ìåãÜëá ðïóÜ èåñìüôçôáò, þóôå ç éóïññïðßá ôçò öýóåùò Ý÷åé äéáôáñá÷èåß. Áõôü ôï áðïôÝëåóìá åßíáé ãíùóôü ùò èåñìéêÞ ñýðáíóç! Ïé êáôáöáíÝóôåñåò ðçãÝò èåñìéêÞò ñõðÜíóåùò åßíáé ïé åãêáôáóôÜóåéò ðïõ ðáñÜãïõí çëåêôñéóìü. ÁõôÝò ðáñÜãïõí èåñìüôçôá êáßãïíôáò êÜñâïõíï, ðåôñÝëáéï Þ åöáñìüæïíôáò ðõñçíéêÝò äéáäéêáóßåò (ãé’ áõôÝò èá ìÜèåôå óôï êåöÜëáéï 10). Ç ðáñáãüìåíç èåñìéêÞ åíÝñãåéá ÷ñçóéìïðïéåßôáé óôç óõíÝ÷åéá ãéá ôçí ôñïöïäüôçóç åíüò êéíçôÞñá Þ åíüò óôñïâßëïõ, ðïõ êéíåß ìéá çëåêôñïãåííÞôñéá, êáé Ýôóé ðáñÜãåôáé çëåêôñéóìüò. ~Ïìùò åßíáé áäýíáôïí íá ìåôáôñÝøïìå ïëüêëçñç ôç èåñìéêÞ åíÝñãåéá óå çëåêôñéêÞ. Ïé åðéóôÞìïíåò ãíùñßæïõí üôé áêüìç êáé ç ðéï áðïôåëåóìáôéêÞ ìç÷áíÞ ðïõ èá ìðïñïýóå íá ó÷åäéáóèåß, äåí èá ìðïñïýóå íá ìåôáôñÝøåé üëç ôç èåñìéêÞ åíÝñãåéá óå êÜðïéá Üëëç ìïñöÞ åíÝñãåéáò, üðùò åßíáé ï çëåêôñéóìüò. ÔïõëÜ÷éóôïí Ýíá ìÝñïò áðü ôç èåñìéêÞ åíÝñãåéá äéáöåýãåé óôï ðåñéâÜëëïí ùò èåñìüôçôá, áêüìç êáé êÜôù áðü ôéò éäáíéêüôåñåò óõíèÞêåò ëåéôïõñãßáò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ôï åßäïò ôïõ ìç÷áíïëïãéêïý åîïðëéóìïý ðïõ õðÜñ÷åé óÞìåñá ìåôáôñÝðåé ëéãüôåñï áðü ôç ìéóÞ èåñìéêÞ åíÝñãåéá óå çëåêôñéêÞ. Ç õðüëïéðç åêëýåôáé ìå ôç ìïñöÞ èåñìüôçôáò óôï Üìåóï ðåñéâÜëëïí ôçò çëåêôñéêÞò åãêáôáóôÜóåùò. ÔåëéêÜ ïëüêëçñç ç çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá ìåôáôñÝðåôáé åðßóçò óå èåñìéêÞ. Ç èåñìüôçôá üìùò ðïõ ðáñÜãåôáé áðü ôïí ßäéï ôïí çëåêôñéóìü äåí åðéäñÜ áñíçôéêÜ óôï ðåñéâÜëëïí, ãéáôß äéáóêïñðßæåôáé óå ðïëý ìåãÜëç Ýêôáóç (óå üëç ôçí Ýêôáóç äçëáäÞ ðïõ ôñïöïäïôåßôáé ìå çëåêôñéêü ñåýìá). Ùò

63

Áõôïß ïé äýï ðýñãïé øýîåùò ó÷Þìáôïò õðåñâïëÞò óôïí ðõñçíéêü óôáèìü ôïõ Rancho Seco ôçò Êáëéöüñíéáò áðïìáêñýíïõí ôçí áðïâáëëüìåíç èåñìüôçôá áíáêõêëþíïíôáò ôï íåñü øýîåùò ìå ôá÷ýôçôá 2.250.000 ëßôñùí ðåñßðïõ ôï

áðïôÝëåóìá ôçò èåñìéêÞò ñõðÜíóåùò ðñïêýðôïõí äýï ðñïâëÞìáôá. Ôï ðñþôï áöïñÜ óôï Üìåóï ðåñéâÜëëïí ôçò çëåêôñïðáñáãùãéêÞò ìïíÜäáò. ÓõíÞèùò ãéá ôçí áðïññüöçóç ôçò ðåñßóóåéáò ôçò èåñìüôçôáò ÷ñçóéìïðïéåßôáé íåñü áðü ìéá ëßìíç, Ýíá ðïôÜìé Þ Ýíáí êüëðï. Ôï íåñü áõôü, ìåôÜ ôç ÷ñÞóç ôïõ åðéóôñÝöåé èåñìüôåñï óôçí ðçãÞ áðü ôçí ïðïßá ðñïÞëèå. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôç óçìáíôéêÞ áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ íåñïý ðïõ âñßóêåôáé êïíôÜ óå áõôÜ ôá åñãïóôÜóéá êáé éäéáßôåñá üôáí áõôü ðñïÝñ÷åôáé áðü ìéêñÝò ëßìíåò. ÐïëëÜ øÜñéá êáé Üëëá õäñüâéá üíôá ìðïñïýí íá æÞóïõí ìüíï óå ó÷åôéêÜ ìéêñÝò èåñìïêñáóßåò. Áêüìá êáé ìéêñÝò ìåôáâïëÝò ôçò èåñìïêñáóßáò ìðïñåß íá åßíáé ôï ßäéï êáôáóôñïöéêÝò üóï êáé ìéá äçëçôçñéþäçò ïõóßá. ~Åôóé ç èåñìéêÞ ñýðáíóç äéáôáñÜóóåé ôéò ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óôïõò ïñãáíéóìïýò êáé ôï ðåñéâÜëëïí ôïõò, ïäçãþíôáò óôçí êáôáóôñïöÞ ôçò ïéêïëïãéêÞò éóïññïðßáò. Ï ôüðïò åãêáôáóôÜóåùò ôùí íÝùí çëåêôñïðáñáãùãéêþí ìïíÜäùí üðùò êáé ï ó÷åäéáóìüò ôçò øýîåþò ôïõò ðñÝðåé íá ìåëåôþíôáé ðïëý ðñïóåêôéêÜ. Íåñü áðü ïðïéáäÞðïôå ðåñéï÷Þ åßíáé ó÷åäüí ðÜíôá êáôÜëëçëï ãéá Ýíá åñãïóôÜóéï, üìùò ôï åñãïóôÜóéï ßóùò íá åðçñåÜæåé áñíçôéêÜ ôçí ïéêïëïãßá ôçò ðåñéï÷Þò áð’ üðïõ ðñïÝñ÷åôáé ôï

íåñü. Ôï äåýôåñï ðñüâëçìá äçìéïõñãåßôáé áðü ôïí ôñïìáêôéêü êáé óõíå÷þò áõîáíüìåíï ñõèìü ðáñáãùãÞò çëåêôñéêÞò åíÝñãåéáò, åíÝñãåéáò ðïõ ìåôáöÝñåôáé êáé äéáíÝìåôáé óå äéÜöïñá ìÝñç óå ïëüêëçñç ôç ãç (äåí áíáöåñüìáóèå ðëÝïí ìüíï óôéò ðåñéï÷Ýò ãýñù áðü ôá åñãïóôÜóéá çëåêôñïðáñáãùãÞò). Åßíáé öáíåñü üôé ôåëéêÜ üëç ç åíÝñãåéá ðïõ ðáñÜãåôáé óå üëåò ôéò åãêáôáóôÜóåéò ðñÝðåé íá áðïññïöçèåß áðü ôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò êé áðü ôçí áôìüóöáéñá. Ðüôå üìùò áõôÞ ç èåñìéêÞ åíÝñãåéá èá áñ÷ßóåé íá åðçñåÜæåé ôï êëßìá; Äåí õðÜñ÷åé áñêåôÞ ðëçñïöüñçóç, þóôå íá äïèåß áðÜíôçóç óå áõôü ôï åñþôçìá Þ íá ó÷åäéáóèåß óôï ìÝëëïí Ýíá óýóôçìá åëÝã÷ïõ ôïõ ôñüðïõ ÷ñÞóåùò ôçò åíÝñãåéáò. ÐñÝðåé íá ìÜèïìå áêüìá ðïëëÜ ãéá ôï ðþò ëåéôïõñãåß ç ãç êáé ãéá ôéò ó÷åôéêÝò öõóéêÝò êáé ÷çìéêÝò äéáäéêáóßåò ðïõ óõíôåëïýíôáé. ÐñÝðåé íá åßìáóôå éêáíïß íá ðñïâëÝðïìå ôéò ìåëëïíôéêÝò áíÜãêåò óå çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá êáé íá áîéïëïãïýìå ôéò åðéðôþóåéò ðïõ èá Ý÷åé óôï ðåñéâÜëëïí ç ÷ñÞóç ôïõò. Ç èåñìéêÞ ñýðáíóç áðïôåëåß âñá÷õðñüèåóìï áëëÜ êáé ìáêñõðñüèåóìï ðñüâëçìá. Ïé íÝïé ðïõ åíäéáöÝñïíôáé ãéá ôçí åðéóôÞìç êáé ôï ðåñéâÜëëïí, èá ðñïóöÝñïõí ðïëý åíäéáöÝñïí êáé óçìáíôéêü Ýñãï, áí âïçèÞóïõí íá ëõèåß áõôü ôï ðñüâëçìá.

64

Ï ìåãÜëïò èåùñçôéêüò öõóéêüò Albert Einstein åßíáé ï ðñþôïò ðïõ äéáðßóôùóå üôé êÜôé ôÝôïéï Ýðñåðå íá óõìâáßíåé ìå áõôÜ ôá ìéêñÜ óùìáôßäéá. Ìå áöåôçñßá ôç èåùñßá ôïõ ãéá ôç ó÷åôéêüôçôá êáôÝëçîå íá ðñïôåßíåé ìéá áêñéâÞ ìáèçìáôéêÞ ó÷Ýóç, ðïõ óõíäÝåé ôç ìÜæá êáé ôçí åíÝñãåéá. Åßíáé ç ðïëý ãíùóôÞ åîßóùóç Å = mc2. To E ðáñéóôÜíåé ôçí åíÝñãåéá, ôï m ôç ìÜæá êáé ôï c ôçí ôá÷ýôçôá ôïõ öùôüò. Ç åîßóùóç áõôÞ Ý÷åé óçìáóßá ìüíï üôáí ðñüêåéôáé ãéá ôåñÜóôéá ðïóÜ åíÝñãåéáò. Ãéá íá êáôáëÜâïìå ôï ãéáôß, áò ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ìåñéêïýò áñéèìïýò. Ç ôá÷ýôçôá ôïõ öùôüò óôï êåíü åßíáé 3,00 x 108 ìÝôñá/äåõôåñüëåðôï (ç ôá÷ýôçôÜ ôïõ óôïí áÝñá äå÷üìáóôå üôé åßíáé ðñáêôéêÜ ç ßäéá). Áò õðïèÝóïìå üôé Ýíá ãñáììÜñéï (1,00 g) ðñüêåéôáé íá ìåôáôñáðåß óå åíÝñãåéá Å = (1,00 x 10-3 kg) x (3,00 x 108 m/sec)2 = = 9,00 x 1013 kg m2/sec2 Óôï óýóôçìá ìïíÜäùí ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýìå, Ýíá Joule åßíáé åî ïñéóìïý 1 kg m2/sec2. ~Åôóé: Å = 9,00 x 1013 Joules. Tï ðïóü áõôü ôçò åíÝñãåéáò åßíáé öáíôáóôéêÜ ìåãÜëï. Èá ìðïñïýóå íá ôñïöïäïôÞóåé ìå çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá, ðåñßðïõ 5.000 íïéêïêõñéÜ ãéá Ýíá ÷ñüíï. Ôï áîéïóçìåßùôï åßíáé üôé ìéá ðïëý ìéêñÞ ìÜæá ýëçò áíôéóôïé÷åß óå ôåñÜóôéá ðïóüôçôá åíÝñãåéáò*. ~Ç áò ôï åîåôÜóïìå äéáöïñåôéêÜ. Äåí õðÜñ÷åé æõãüò, ìå ôïí ïðïßï íá ìðïñïýìå íá äéáðéóôþóïìå ôçí åëÜôôùóç ôçò ìÜæáò, ðáñÜ ìüíï áí áíôßóôïé÷á ç ðïóüôçôá ôçò åíÝñãåéáò ðïõ åëåõèåñþíåôáé åßíáé ôåñÜóôéá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, üôáí Ýíáò ôüíïò êÜñâïõíï êáßãåôáé, ôï ðïóü ôçò

åíÝñãåéáò ðïõ åêëýåôáé åßíáé ðåñßðïõ 3 x 1010 Joules. Ìå ôç âïÞèåéá áõôþí ôùí áñéèìçôéêþí äåäïìÝíùí, åýêïëá õðïëïãßæåôå ôçí áíôßóôïé÷ç áðþëåéá ìÜæáò:

Äåí õðÜñ÷åé ãíùóôÞ óõóêåõÞ ðïõ íá ðñïóäéïñßæåé áðþëåéá åíüò äåêÜôïõ ôïõ ÷éëéïóôïý ôïõ ãñáììáñßïõ óå ìéá óõíïëéêÞ ìÜæá ôùí 1000 kg ðåñßðïõ. Áõôü áíôéóôïé÷åß ðåñßðïõ óå Ýíá ìÝñïò óôá 1010. Äåí åßíáé ðñáêôéêÜ äõíáôÞ ç êáôáóêåõÞ åíüò ôÝôïéïõ æõãïý, ðïõ íá ðñïóäéïñßæåé ìéá ôÝôïéá äéáöïñÜ. Èåùñïýìå üôé ôï êÜñâïõíï (êáé ôï ïîõãüíï ðïõ âïçèÜ óôçí êáýóç ôïõ) ðåñéÝ÷åé äõíáìéêÞ åíÝñãåéá, ç ïðïßá ìåôáôñÝðåôáé óå èåñìéêÞ, üôáí ôï êÜñâïõíï êáßãåôáé. ~Éóùò áõôÞ ç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá íá âñßóêåôáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ìå ôç ìïñöÞ ôçò ìÜæáò, áëëÜ äåí õðÜñ÷åé ôñüðïò íá ôï áðïäåßîïìå. Ãé’ áõôü êáé äåí ôï åîåôÜæïìå. Áðü üóåò ðëçñïöïñßåò åßíáé äõíáôüí íá ìáò äþóïõí ôá ðåéñÜìáôá, ç ìÜæá ðáñáìÝíåé áìåôÜâëçôç óå üëåò ôéò óõíçèéóìÝíåò ÷çìéêÝò êáé öõóéêÝò äéáäéêáóßåò. Ôï ßäéï óõìâáßíåé êáé ãéá ôï óõíïëéêü Üèñïéóìá üëùí ôùí ìïñöþí åíÝñãåéáò, ìå ôçí ðñïûðüèåóç üôé ëáìâÜíïìå õðüøç êáé ôçí Ýííïéá ôçò äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò. ~Åôóé äéêáéïëïãçìÝíá èá ìåôá÷åéñéæüìáóèå îå÷ùñéóôÜ ôïõò íüìïõò ôçò äéáôçñÞóåùò ôçò ìÜæáò êáé ôçò äéáôçñÞóåùò ôçò åíÝñãåéáò. Óå ìåñéêÝò äéáäéêáóßåò ðïõ áöïñïýí óôïí ðõñÞíá ôïõ áôüìïõ, ôá ðïóÜ ôçò åíÝñãåéáò ðïõ åëåõèåñþíïíôáé áíÜ ãñáììÜñéï ýëçò åßíáé ôüóï ìåãÜëá, þóôå õðÜñ÷ïõí óõóêåõÝò ðïõ ìðïñïýí íá ìåôñÞóïõí ôçí áëëáãÞ ôçò ìÜæáò óå

Ðåñßëçøç. ~Åíáò áðü ôïõò ðéï óçìáíôéêïýò íüìïõò ôçò ÷çìåßáò áíáöÝñåé üôé ç åíÝñãåéá äåí ìðïñåß ïýôå íá äçìéïõñãçèåß áðü ôï ôßðïôá, áëëÜ ïýôå êáé íá êáôáóôñáöåß. Ôï ìüíï ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ãßíåé åßíáé íá ìåôáôñáðåß áðü ôç ìéá ìïñöÞ óå êÜðïéáí Üëëç. Áõôüò ï íüìïò ïíïìÜæåôáé êáé Íüìïò ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÅíÝñãåéáò. ~Ïôáí ìéá äýíáìç åíåñãåß ðÜíù óå êÜðïéï óþìá êáé ôï áíáãêÜæåé íá êéíçèåß óå êÜðïéáí áðüóôáóç, ðáñÜãåôáé Ýñãï. Ôï Ýñãï ìðïñåß íá ìåôáôñáðåß óå åíÝñãåéá êáé áíôéóôñüöùò ç åíÝñãåéá ìðïñåß *

íá ìåôáôñáðåß óå Ýñãï. Ãé’ áõôü êáé ôï Ýñãï ìåôñåßôáé ìå ôéò ßäéåò ìïíÜäåò, ôá Joules êáé ôéò èåñìßäåò, üðùò êáé ç åíÝñãåéá. ÕðÜñ÷åé ìéá öõóéêÞ ôÜóç ôçò åíÝñãåéáò íá äéáóêïñðßæåôáé áõèüñìçôá óôï ðåñéâÜëëïí. ÕðÜñ÷åé åðßóçò ìéá öõóéêÞ ôÜóç, ïðïéáäÞðïôå êáíïíéêÞ äéÜôáîç, áí áöåèåß åëåýèåñç, íá ÷Üóåé áõôÞí ôçí ôÜîç ôçò êáé íá ïäçãçèåß óå áôáîßá. Äéáäéêáóßåò óôéò ïðïßåò åßôå ôï Ýíá åßôå êáé ôá äýï áðü ôá ðáñáðÜíù óõìâáßíïõí, åßíáé äõíáôüí íá ãßíïõí êáé áõèüñìçôá.

Ó.ô.Ì. Ãéáôß ç ìÜæá ðïëëáðëáóéÜæåôáé ìå Ýíáí åîáéñåôéêÜ ìåãÜëï áñéèìü, äçëáäÞ ôï ôåôñÜãùíï ôçò ôá÷ýôçôáò ôïõ öùôüò.

65

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò.

ðéóôåýïõí ïé åðéóôÞìïíåò üôé åßíáé óùóôüò;

1. ÁíáöÝñåôå ìå äéêÜ óáò ëüãéá ôï Íüìï ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÅíÝñãåéáò. 2. Ãéáôß ÷áñáêôçñßæåôáé ùò “Íüìïò”; Ãéáôß

3. Ðïéá åßíáé ôá äýï ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí áõèïñìÞôùí äéáäéêáóéþí;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ç åíÝñãåéá åìöáíßæåôáé ìå äéÜöïñåò ìïñöÝò. Åßíáé äõíáôüí íá ìåôáôñáðåß áðü ôç ìéá ìïñöÞ óôçí Üëëç ÷ùñßò áðþëåéá. Óå ðïëëÝò ðåñéðôþóåéò ç åíÝñãåéá ìåôáôñÝðåôáé ôïõëÜ÷éóôïí ìåñéêþò óå èåñìéêÞ åíÝñãåéá, ç ïðïßá êáé äéáóêïñðßæåôáé óôï ðåñéâÜëëïí. ÓçìáíôéêÝò ìïñöÝò åíÝñãåéáò åßíáé ç èåñìéêÞ, ç öùôåéíÞ, ç çëåêôñéêÞ, ç êéíçôéêÞ êáé ôá äéÜöïñá åßäç äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò. Ôï Ýñãï ïñßæåôáé áðü ôïõò åðéóôÞìïíåò ùò ôï ãéíüìåíï ôçò äõíÜìåùò åðß ôçí áðüóôáóç. Ç åíÝñãåéá ìðïñåß íá ðáñÜãåé Ýñãï, Þ ôï Ýñãï íá äçìéïõñãÞóåé åíÝñãåéá. Ãé’ áõôü, ôï Ýñãï áëëÜ êáé üëåò ïé ìïñöÝò ôçò åíÝñãåéáò ìåôñïýíôáé ìå ôéò ßäéåò ìïíÜäåò. Ïé ìïíÜäåò áõôÝò ïñßæïíôáé óå óõíÜñôçóç ìå ôç èåñìüôçôá êáé ôç èåñìïêñáóßá.

Ç èåñìïêñáóßá åíüò óþìáôïò áõîÜíåé üôáí áõîÜíåôáé êáé ç èåñìéêÞ ôïõ åíÝñãåéá. Ìéá ÷ñÞóéìç åðéóôçìïíéêÞ êëßìáêá èåñìïêñáóßáò ïñßæåé ôï óçìåßï ôÞîåùò ôïõ íåñïý óôïõò 0°C êáé ôï óçìåßï âñáóìïý ôïõ óôïõò 100°C âáèìïýò. Åßíáé ç êëßìáêá ôïõ Êåëóßïõ Þ åêáôïíôáâÜèìéá êëßìáêá, êáé ïé âáèìïß ïíïìÜæïíôáé âáèìïß Êåëóßïõ (°C). Ìåôáîý 8°C êáé 80°C, áðáéôåßôáé ðåñßðïõ ôï ßäéï ðïóü åíÝñãåéáò ãéá íá áõîçèåß ç èåñìïêñáóßá åíüò ãñáììáñßïõ íåñïý êáôÜ Ýíá âáèìü °C. Ç ðïóüôçôá áõôÞ ôçò èåñìüôçôáò Þ êáé êÜèå Üëëçò ìïñöÞò åíÝñãåéáò Þ Ýñãïõ ïíïìÜæåôáé ìßá èåñìßäá (calorie). Ìßá Üëëç ìïíÜäá åíÝñãåéáò ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé äéåèíþò åßíáé ôï Joule (4,184 Joules áíôéóôïé÷ïýí óå ìßá èåñìßäá).

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. ¸óôù üôé êñáôÜôå ìå ôï Ýíá óáò ÷Ýñé ìéá êïéíÞ ëáóôé÷Ýíéá ìðÜëá, óå ýøïò ðåñßðïõ åíüò ìÝôñïõ ðÜíù áðü Ýíá óõìðáãÝò, ëåßï ðÜôùìá, êáé ôçí áöÞíåôå íá ðÝóåé. Óå ðïéï óçìåßï èá Ý÷åé ôç ìÝãéóôç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá êáé óå ðïéï óçìåßï ôç ìÝãéóôç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá; 2. Íïìßæåôå üôé ç ëáóôé÷Ýíéá ìðÜëá (Ýóôù êáé áí Þôáí êáôáóêåõáóìÝíç áðü åéäéêü õëéêü, ðïõ èá âïçèïýóå íá áíáðçäÜ øçëÜ) èá åðÝóôñåöå óôï ßäéï ýøïò áðü üðïõ ñß÷èçêå; Íá äéêáéïëïãÞóåôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. 3. Ôï íåñü ðïõ Ýñ÷åôáé áðü ôçí áìåñéêáíéêÞ ðëåõñÜ ôïõ êáôáññÜêôç ôïõ ÍéáãÜñá, ðÝöôåé óå âñÜ÷éá áðü ýøïò 167 ìÝôñùí. Íïìßæåôå üôé èá õðÜñ÷åé êÜðïéá äéáöïñÜ áíÜìåóá óôç èåñìïêñáóßá ðïõ Ý÷åé ôï íåñü óôçí êïñõöÞ ôïõ êáôáññÜêôç êáé óå áõôÞí ðïõ Ý÷åé, üôáí êôõðÜåé ôá âñÜ÷éá; EîçãÞóôå ôï. 4. Öáíôáóôåßôå Ýíá ìåãÜëï öïñôçãü êáé Ýíá *

Ó.ô.Ì. Ãéá íá äçìéïõñãçèåß åðéêëéíÝò åðßðåäï.

ìéêñü åðéâáôçãü áõôïêßíçôï, ðïõ êéíïýíôáé óå ðáñÜëëçëåò ëùñßäåò óå Ýíáí áõôïêéíçôüäñïìï. Ðïéïé ðáñÜãïíôåò íïìßæåôå üôé êáèïñßæïõí ôï ðïóü ôçò êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò ðïõ Ý÷åé ôï êÜèå ü÷çìá; Ðïéï íïìßæåôå üôé èá Ý÷åé ôç ìåãáëýôåñç ðïóüôçôá êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò; Ìå ðïéïí êáôáóôñïöéêü ßóùò ôñüðï èá ìðïñïýóå íá áðïäåé÷èåß áõôü; 5. YðïèÝóôå üôé óáò äßíåôáé Ýíá ìéêñü ôåôñÜôñï÷ï êáñüôóé ìÞêïõò 15-20 cm êáé üôé ìáæß óáò äßíïíôáé Ýíáò æõãüò, ìéá óåéñÜ áðü âÜñç ãíùóôÞò ìÜæáò, ìéá óáíßäá ìÞêïõò åíüò ìÝôñïõ ðåñßðïõ êáé Ýíáò ìéêñüò îýëéíïò ôÜêïò. Ï ôÜêïò ôïðïèåôåßôáé ðÜíù óå Ýíá ôñáðÝæé, êÜôù áðü ôç ìéá Üêñç ôçò óáíßäáò*. ÐåñéãñÜøôå ìéá óåéñÜ áðü ðåéñÜìáôá, ôá ïðïßá áí ãßíïõí, èá óáò âïçèÞóïõí íá åêôéìÞóåôå ôçí åðßäñáóç ôçò ìÜæáò êáé ôçò ôá÷ýôçôáò óôçí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá åíüò êéíïõìÝíïõ óþìáôïò.

66

6. ~Åíá áõôïêßíçôï êéíåßôáé ìå ôá÷ýôçôá 100 ÷éëéïìÝôñùí ôçí þñá ðÜíù óå ìáêñý, åðßðåäï êáé åíôåëþò åõèýãñáììï áõôïêéíçôüäñïìï. ÅîçãÞóôå ôé èá óõìâåß áí ç ìç÷áíÞ ìðåé óôï íåêñü óçìåßï, åëåõèåñþíïíôáò ôï óõìðëÝêôç, åíþ ôï áõôïêßíçôï êéíåßôáé ìå áõôÞí ôçí ôá÷ýôçôá. 7. Öáíôáóèåßôå Ýíáí çëåêôñéêü êéíçôÞñá óõíäåäåìÝíï ìå ôïí Üîïíá ìéáò çëåêôñïãåííÞôñéáò. Áí ï êéíçôÞñáò îåêéíÞóåé ðáßñíïíôáò çëåêôñéóìü áðü êÜðïéá Üëëç ðçãÞ, íïìßæåôå üôé ï çëåêôñéóìüò ôçò ãåííÞôñéáò ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïéçèåß, ãéá íá äéáôçñÞóåé ôïí êéíçôÞñá óå êßíçóç êáé ìåôÜ ôçí áðïóýíäåóÞ ôïõ áðü ôçí ðñþôç ðçãÞ; ÄéêáéïëïãÞóôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. 8. Áí âáóéóèåßôå óôéò áðáíôÞóåéò ôùí åñùôÞóåùí 2, 6 êáé 7, ðïéï íïìßæåôå üôé åßíáé ôï ìåãáëýôåñï åìðüäéï óôçí ðëÞñç áîéïðïßçóç ôçò ìç÷áíéêÞò åíÝñãåéáò; 9. ÄéÜ ìÝóïõ ôùí áéþíùí ðïëëïß åðéóôÞìïíåò êáé åñáóéôÝ÷íåò ðñïóðÜèçóáí íá ó÷åäéÜóïõí ìç÷áíÝò ôýðïõ áåéêéíÞôïõ, ðïõ Ý÷ïõí äçëáäÞ ôç äõíáôüôçôá íá êéíïýíôáé ãéá ðÜíôá áðü ôç óôéãìÞ ðïõ èá îåêéíÞóïõí. Ãéáôß êáíåßò äåí ôï ðÝôõ÷å; Ðïéåò äõíáôüôçôåò õðÜñ÷ïõí íá áíáêáëõöèåß ìéá ôÝôïéá ìç÷áíÞ óôï ìÝëëïí; 10. Tá êáýóéìá ðïõ ðáñÜãïíôáé óå Ýíá äéõëéóôÞñéï ðåôñåëáßïõ áíôëïýíôáé ìå ôç âïÞèåéá óùëÞíùí êáé óõ÷íÜ äéáíýïõí ìåãÜëåò áðïóôÜóåéò ìÝ÷ñé ôï óçìåßï ðñïïñéóìïý ôïõò. Íá ðåñéãñÜøåôå üëåò ôéò åíåñãåéáêÝò ìåôáâïëÝò ðïõ óõìâáßíïõí êáôÜ ôç ìåôáöïñÜ ôïõ êáõóßìïõ óå áðüóôáóç 300 ÷éëéïìÝôñùí, äçëáäÞ áðü ôï äéõëéóôÞñéï óôï åñãïóôÜóéï ðáñáãùãÞò çëåêôñéóìïý êáé óôç óõíÝ÷åéá êáôÜ ôç ìåôáöïñÜ ôïõ ðáñáãïìÝíïõ çëåêôñéóìïý óå Ýíá óðßôé, ðïõ âñßóêåôáé ðåñßðïõ 30 ÷éëéüìåôñá Ýîù áðü ôá üñéá ôçò ðüëåùò. Åðßóçò, íá ðåñéãñÜøåôå ðþò èá Þôáí äõíáôüí íá ÷áèåß åíÝñãåéá êáôÜ ìÞêïò áõôÞò ôçò äéáäñïìÞò.

11. Ðïéá íïìßæåôå üôé åßíáé ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôç èåñìüôçôá êáé ôç èåñìïêñáóßá; 12. ÕðïèÝóôå üôé óáò äßíïõí áðü Ýíá êïììÜôé ìåôÜëëùí üðùò ï ìüëõâäïò, ôï áëïõìßíéï, ï óßäçñïò êáé ï ÷áëêüò (üëá ìå ôçí ßäéá ìÜæá). Åðßóçò õðïèÝóôå üôé ôá èåñìáßíåôå óôïõò 100°C, ôïðïèåôþíôáò ôá ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé, ðïõ ðåñéÝ÷åé âñáóôü íåñü. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò èåñìïìÝôñïõ êáé ôåóóÜñùí ðïôçñéþí, ðïõ èá ðåñéÝ÷ïõí ßóç ðïóüôçôá íåñïý, ðþò ìðïñåßôå íá äéáðéóôþóåôå áí ôá ôÝóóåñá êïììÜôéá áõôþí ôùí ìåôÜëëùí ðåñéåß÷áí ôçí ßäéá Þ äéáöïñåôéêÞ ðïóüôçôá èåñìüôçôáò; 13. O êüìçò Rumford, óå Ýíá ðåßñáìá ðïõ åß÷å åêôåëÝóåé ðáëéÜ, ãéá íá âñåé êÜðïéá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôç ìç÷áíéêÞ åíÝñãåéá êáé ôç èåñìüôçôá, ÷ñçóéìïðïßçóå äýï Üëïãá ãéá íá óôñÝøåé Ýíá ôñï÷ü. Áñãüôåñá ï James Watt, Ýíáò ÓêùôóÝæïò ìç÷áíéêüò, ãíùóôüò ãéá ôçí áíáêÜëõøç ôçò áôìïìç÷áíÞò, ìÝôñçóå ôï ðïóü ôïõ Ýñãïõ ðïõ ìðïñåß íá ðáñÜãåé Ýíá Üëïãï óå ìßá þñá (ç åñãáóßá ôïõ Watt óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ïäÞãçóå óôïí ïñéóìü ôçò ìïíÜäáò ìåôñÞóåùò ôçò éó÷ýïò, äçë. ôïõ ßððïõ). Áí ùò Ýñãï ïñßæåôáé ç äýíáìç åðß ôçí áðüóôáóç, ðþò èá âñåßôå ôï Ýñãï ðïõ ìðïñåß íá ðáñá÷èåß áðü Ýíá Üëïãï óå ìßá þñá; 14. Áò õðïèÝóïìå üôé Ý÷åôå ôñßá êÝñìáôá ãõñéóìÝíá áðü ôçí ðëåõñÜ ðïõ äåß÷íïõí “êïñþíá”. Áöïý ôá áíáêáôÝøåôå, óôç óõíÝ÷åéá ðåôÜîôå ôá óôï ðÜôùìá. Íïìßæåôå üôé èá Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÞ äéÜôáîç; Ðüóåò äéáöïñåôéêÝò äéáôÜîåéò åßíáé äõíáôüí íá õðÜñîïõí ìå ôá ôñßá êÝñìáôá; Ãéáôß áíáêáôåýïíôÜò ôá, êáôÜ ôïí ðñïçãïýìåíï ôñüðï, Ý÷ïõí ôçí ôÜóç íá áðïêôÞóïõí ðåñéóóüôåñï ôõ÷áßá äéÜôáîç; 15. Óå êÜðïéï Ëýêåéï öïéôïýí 1500 ìáèçôÝò. Ðïéåò þñåò ìÝóá óå ìéá ôõðéêÞ ó÷ïëéêÞ çìÝñá ãßíåôáé ç êßíçóç ôùí ìáèçôþí ðåñéóóüôåñï Üôáêôç (ôõ÷áßá); Ðüôå íïìßæåôå üôé Ý÷ïõí ôç ìåãáëýôåñç ôÜîç; ÕðÜñ÷åé êÜðïéá þñá êáôÜ ôçí ïðïßá ç êßíçóç ôùí ìáèçôþí ãßíåôáé

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÔÅÔÁÑÔÏ

ÌÏÍÁÄÅÓ ÊÁÉ ÁÊÑÉÂÅÉÁ

Ïé ðïóïôéêÝò ìåôñÞóåéò áðïôåëïýí ïõóéáóôéêü ìÝñïò ôçò ×çìåßáò.

68

Ïé ÷çìéêïß ðáñáôçñïýí ôç óõìðåñéöïñÜ ôçò ýëçò. Ìåëåôïýí ôéò éäéüôçôåò ôùí ïõóéþí, ìå óêïðü íá ôéò êáèáñßóïõí, íá ðñïóäéïñßóïõí ôçí ôáõôüôçôÜ ôïõò êáé íá ìÜèïõí ðþò ìéá ïõóßá ìåôáôñÝðåôáé óå êÜðïéáí Üëëç. ÐïëëÝò áðü ôéò ðáñáôçñÞóåéò ôùí ÷çìéêþí åßíáé ðïóïôéêÞò öýóåùò. ÄçëáäÞ ìåôñåßôáé ôï ìÝãåèïò êÜðïéáò éäéüôçôáò, üðùò ç èåñìïêñáóßá, ôï ìÞêïò Þ ï üãêïò, êáé åêöñÜæåôáé ìå êÜðïéïõò áñéèìïýò. Óõ÷íÜ, áí èÝëïìå íá êáôáíïÞóïìå áðüëõôá ìéá ÷çìéêÞ äéáäéêáóßá, áðáéôïýíôáé ðñïóåêôéêÝò ìåôñÞóåéò ôçò ìÜæáò êáé ôçò åíÝñãåéáò. ÐñïêåéìÝíïõ íá ãßíïõí áðü Ýíá ÷çìéêü ôÝôïéåò ìåôñÞóåéò, èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷åé Ýíá ïñéóìÝíï óýóôçìá ìïíÜäùí, óýìöùíá ìå ôï ïðïßï áõôüò

èá åêöñÜæåé ôá äåäïìÝíá ôïõ. ÂáóéêÞ ðñïûðüèåóç åßíáé íá êáôáíïåß ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï èá áîéïëïãåß ôçí áêñßâåéá ôùí ìåôñÞóåþí ôïõ, êáèþò êáé ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï èá åêöñÜæåé ôá áðïôåëÝóìáôÜ ôïõ, þóôå ï âáèìüò áêñéâåßáò ôïõò íá åßíáé ðÜñá ðïëý õøçëüò. ÔÝëïò, èá ðñÝðåé ï ÷çìéêüò íá ãíùñßæåé ðþò íá ðñïóäéïñßæåé ôï üñéï áêñéâåßáò ìéáò ðïóüôçôáò ðïõ Ý÷åé õðïëïãéóèåß ìå Üëëåò ðñïçãïýìåíåò áñéèìçôéêÝò ìåôñÞóåéò. Ôá ðåéñÜìáôá Ý÷ïõí Þäç áðïôåëÝóåé Ýíá ìÝñïò ôçò ìåëÝôçò óáò ãýñù áðü ôç ÷çìåßá. Åßíáé áðáñáßôçôï üìùò, ôþñá óôç áñ÷Þ, íá äïèåß éäéáßôåñç ðñïóï÷Þ óôá ðñïâëÞìáôá ðïõ áöïñïýí óôéò ìåôñÞóåéò, ôçí áêñßâåéÜ ôïõò êáé

ÌïíÜäåò ìåôñÞóåùò 4.1 Tï ðñáêôéêü óýóôçìá. Ìåëåôþíôáò ÷çìåßá, óýíôïìá èá äéáðéóôþóåôå üôé óå ðïëëÝò Ýñåõíåò åßíáé áðáñáßôçôåò ïé ìåôñÞóåéò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, óõ÷íÜ èá ðñÝðåé íá êáôáãñÜøåôå ìåôáâïëÝò óôï ìÞêïò, ôïí üãêï êáé ôç èåñìïêñáóßá. Èá ðñÝðåé åðßóçò íá ìåôñÞóåôå ôéò ìÜæåò ïõóéþí ðñéí êáé ìåôÜ áðü ìéá áíôßäñáóç, Þ ôç ÷ñïíéêÞ äéÜñêåéá ìéáò áíôéäñÜóåùò. Åßíáé öáíåñü ëïéðüí üôé Ý÷åé éäéáßôåñç óçìáóßá ôï íá ìÜèåôå ðþò åêöñÜæïíôáé óõíÞèùò áõôÝò ïé ìåôñÞóåéò. Ãíùñßæåôå Þäç ìåñéêÜ ãéá ôï ðñáêôéêü óýóôçìá ìåôñÞóåùò. Óôá ðñïçãïýìåíá êåöÜëáéá ìÜèáôå üôé ôï ÷éëüãñáììï êáé ôï ãñáììÜñéï åßíáé ìïíÜäåò ìÜæáò, åíþ ôï Joule åßíáé ìïíÜäá åíÝñãåéáò Þ Ýñãïõ. Óôç óõíÝ÷åéá èá áó÷ïëçèïýìå ìå ôéò õðüëïéðåò êýñéåò ìïíÜäåò ôïõ ðñáêôéêïý óõóôÞìáôïò ìåôñÞóåùò. Ôï ðñáêôéêü óýóôçìá áðïôåëåß óÞìåñá óå ðïëëÝò ÷þñåò ôï áðïêëåéóôéêü óýóôçìá ìïíÜäùí ìåôñÞóåùò. Áêüìá êáé óôéò ÇíùìÝíåò Ðïëéôåßåò, üðïõ äåí åßíáé óå êáèçìåñéíÞ ÷ñÞóç, ÷ñçóéìïðïéåßôáé üôáí ðñüêåéôáé ãéá åðéóôçìïíéêÞ Ýñåõíá. ~Åíá ìåãÜëï ðëåïíÝêôçìá ôùí ìïíÜäùí ìåôñÞóåùò ôïõ ðñáêôéêïý óõóôÞìáôïò åßíáé üôé âáóßæïíôáé óôï äåêáäéêü óýóôçìá. ~Åôóé, ç ìåôáôñïðÞ óôéò äéÜöïñåò ìïíÜäåò ãßíåôáé ìå ìéá áðëÞ ìåôáôüðéóç ôïõ äåêáäéêïý øçößïõ. ~Åíá

äåýôåñï ðëåïíÝêôçìá åßíáé üôé áõôÝò ïé ìïíÜäåò åßíáé êïéíÝò áíÜìåóá óôïõò åðéóôÞìïíåò üëïõ ôïõ êüóìïõ. Ìå óêïðü íá äåßîïìå ôá ðëåïíåêôÞìáôá ôïõ äåêáäéêïý óõóôÞìáôïò, áò öáíôáóèïýìå ôéò ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò ôïõ ìÞêïõò. Ãéá ìåãÜëåò áðïóôÜóåéò ÷ñçóéìïðïéåßôáé ôï ÷éëéüìåôñï åíþ óôéò ÇíùìÝíåò Ðïëéôåßåò ÷ñçóéìïðïéïýí ôá ìßëéá. Êáô’ áíáëïãßá ôï ìÝôñï åßíáé ç ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ðïõ áíôéóôïé÷åß óôï ðüäé* Þ ôç ãõÜñäá**. Ç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôá ìÝôñá êáé ôá ÷éëéüìåôñá åßíáé áðëÞ êáé óáöÞò: 1000 ìÝôñá = 1 ÷éëéüìåôñï Óõãêñßíåôå áõôÞí ôç ó÷Ýóç ìå áõôÝò ðïõ áêïëïõèïýí, ïé ïðïßåò ü÷é ìüíï åßíáé ðéï ðïëýðëïêåò, áëëÜ áðïôåëïýí êáé ðåñéôôü öïñôßï ãéá ôç ìíÞìç óáò. 5280 ðüäéá = 1 ìßëé 1760 ãõÜñäåò = 1 ìßëé Ôï ìÝôñï áðïôåëåß ôç âáóéêÞ ìïíÜäá ìÞêïõò óôï ðñáêôéêü óýóôçìá. Èåùñïýìå üôé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá áíôéóôïé÷åß óå Ýíá äåêÜêéò åêáôïììõñéïóôü ôçò áðïóôÜóåùò ôïõ éóçìåñéíïý áðü ôï âüñåéï ðüëï. ~Éóùò áõôü íá öáßíåôáé áõèáßñåôç åðéëïãÞ. ~Ïìùò äåí åßíáé ôüóï áõèáßñåôç, üóï åßíáé ïé ðåñéóóüôåñåò åðéëïãÝò ãéá Üëëåò ìïíÜäåò ìÞêïõò ðïõ äåí áíÞêïõí óôï ðñáêôéêü óýóôçìá. ÔÝôïéåò ìïíÜäåò Ý÷ïõí êáèïñéóèåß ìå ôç âïÞèåéá ôüóï ðïéêßëùí ðïóïôÞôùí, üðùò åßíáé ôï ìÝãåèïò ôïõ ðïäéïý

* Ó.ô.Ì. Åßíáé ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò ôïõ ìÞêïõò, ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôéò ÇÐÁ. ** Ó.ô.Ì. 1 ðüäé = 0,305 m, 1 ãõÜñäá = 0,914 m.

69

êÜðïéïõ (ðüäé), ôï âÞìá åíüò Üíäñá (ãõÜñäá) êáé ç áðüóôáóç ôïõ áãêþíá åíüò Üíäñá áðü ôçí Üêñç ôïõ ìåóáßïõ äáêôýëïõ ôïõ (ðÞ÷õò). Áêüìç üìùò êáé ìå áõôÞí ôçí éóïäõíáìßá ôïõ ìÝôñïõ ìå êÜðïéï êëÜóìá ôïõ ìÞêïõò åíüò ìåóçìâñéíïý ôçò ãçò ï áêñéâÞò ðñïóäéïñéóìüò ôïõ ðáñïõóéÜæåé ðñáêôéêÜ ðñïâëÞìáôá. Ãé’ áõôü, ôï óôáèåñü ìÞêïò ãéá ôï ìÝôñï ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå áñ÷éêÜ, Þôáí ôï ìÞêïò ìéáò ìåôáëëéêÞò ñÜâäïõ. ÁõôÞ ç ðñüôõðç ñÜâäïò ôïõ åíüò ìÝôñïõ êáôáóêåõÜóèçêå áðü ÃÜëëïõò* åðéóôÞìïíåò, ïé ïðïßïé êáé ôï öýëáîáí óôçí Ãáëëßá öñïíôßæïíôáò íá âñßóêåôáé êÜôù áðü õðåñâïëéêÜ áêñéâåßò óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò êáé ðåñéâÜëëïíôïò. ÁñêåôÜ áêñéâÞ áíôßãñáöá ôçò ñÜâäïõ Ý÷ïõí ðñïóåêôéêÜ êáôáóêåõáóèåß êáé öõëÜóóïíôáé óå åðéóôçìïíéêÜ éäñýìáôá äéáöüñùí ÷ùñþí. ~Åíá ôÝôïéï áíôßãñáöï, ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 4-1 (á,â), öõëÜóóåôáé óôï åèíéêü ãñáöåßï Ðñïôýðùí ôùí ÇíùìÝíùí Ðïëéôåéþí. Må âÜóç ôï óôáèåñü ìÞêïò áõôÞò ôçò ñÜâäïõ, ôï ìÝôñï åßíáé ìéá êáèïñéóìÝíç ìïíÜäá, üðùò êáé ôï ÷éëéüãñáììï. Ôï 1960, ïé åðéóôÞìïíåò åóôñÜöçóáí óå Ýíáí ïñéóìü ôçò ìïíÜäáò ôïõ ìÞêïõò, ðïõ âáóßæåôáé óå Ýíá óôáèåñü öõóéêü ìÝãåèïò, óôï ìÞêïò êýìáôïò ðïõ åêðÝìðåôáé áðü ôï áÝñéï êñõðôüí**.

Ó×ÇÌÁ 4-1á. ÅðéóôÞìïíáò ðáñáôçñåß ôï öùò ðïõ åêðÝìðåôáé áðü ôï áÝñéï êñõðôüí. Ôï ìÞêïò êýìáôïò áõôïý ôïõ öùôüò åßíáé ç íÝá óôáèåñÞ ìïíÜäá ìÞêïõò.

ÄÉÅÈÍÅÓ ÓÕÓÔÇÌÁ ÌÏÍÁÄÙÍ (S.I.). To 1960, óå ìéá ðñïóðÜèåéá ðñïôõðïéÞóåùò ôùí ìïíÜäùí ìåôñÞóåùò ôùí äéáöüñùí öõóéêþí ìåãåèþí, äéáìïñöþèçêå ôï ÄéåèíÝò Óýóôçìá ÌïíÜäùí (S.I.), ðïõ õéïèåôÞèçêå êáé áðü ôçí ÅëëÜäá ôï 1983. Ôá âáóéêÜ öõóéêÜ ìåãÝèç êáé ïé ìïíÜäåò ôïõò óôï S.I. åßíáé ôá áêüëïõèá: - Ìå åéäéêÜ ðñïèÝìáôá üëåò ïé ìïíÜäåò ôïõ S.I. ðïëëáðëáóéÜæïíôáé Þ õðïðïëëáóéÜæïíôáé Ýôóé, þóôå ôï áñéèìçôéêü åýñïò ôïõò íá êõìáßíåôáé áðü 108 ìÝ÷ñé 10-18 öïñÝò ôçí áñéèìçôéêÞ ôéìÞ ôçò ìïíÜäáò. Åîáßñåóç áðïôåëåß ôï ÷éëéüãñáììï (kg), ðïõ Ý÷åé ôï ðñüèåìá ÷éëéï (Kilo), áí êáé åßíáé ç âáóéêÞ ìïíÜäá ìÜæáò óôï S.I. - ÏñéóìÝíåò ìïíÜäåò, ðïõ äåí óõìðåñéëáìâÜíïíôáé óôéò âáóéêÝò, Ý÷ïõí äéáôçñçèåß ðñïóùñéíÜ, ð.÷. ôï ëßôñï (l), ôïõ ïðïßïõ ç áíôßóôïé÷ç ìïíÜäá óôï S.I. åßíáé ôï êõâéêü äåêáôüìåôñï (dm3). *

Ó×ÇÌÁ 4-1â. Ç ìåôáëëéêÞ ñÜâäïò åßíáé Ýíá áêñéâÝò áíôßãñáöï ôïõ óôáèåñïý ìÞêïõò ðïõ ßó÷õå ðñïçãïõìÝíùò.

Ó.ô.Ì. ÌÝëç ôçò ÃáëëéêÞò Áêáäçìßáò Åðéóôçìþí.

** Ó.ô.Ì. Ùò ìÝôñï ïñßæåôáé åêåßíï ôï ìÞêïò, ôï ïðïßï áíôéóôïé÷åß óå 107 ìÞêç êýìáôïò ôïõ êüêêéíïõ ÷ñþìáôïò öùôüò ðïõ åêðÝìðåé õðü ïñéóìÝíåò óõíèÞêåò, ôï áÝñéï êñõðôüí 86.

70

Öõóéêü ìÝãåèïò

ÌïíÜäá

Óýìâïëï

ÌÞêïò

ÌÝôñï

m

ÌÜæá

×éëéüãñáììï

kg

×ñüíïò

Äåõôåñüëåðôï

s

Çëåêôñéêü ñåýìá

ÁìðÝñ

Á

ÖùôåéíÞ Ýíôáóç

ÊáíôÝëá*

Cd

ÈåñìïäõíáìéêÞ èåñìïêñáóßá

ÊÝëâéí

Ê

Ðïóüôçôá ïõóßáò

Ìïë(mole)

mol

*

Ó.ô.Ì. Áðü ôï éôáëéêü Candela. Ðáëáéüôåñá ÷ñçóéìïðïéïýíôáí ùò

ìïíÜäá öùôïâïëßáò ôï êçñßï ôï ïðïßï åßíáé ßóï ìå 0,91 cd.

4.2 Óýãêñéóç ôùí ìïíÜäùí ôïõ Ðñáêôéêïý ÓõóôÞìáôïò ìå Üëëåò ðéo ãíùóôÝò ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò. ~Åíá ìÝôñï (m) åßíáé ëßãï ìáêñýôåñï áðü ìßá ãõÜñäá, ç ïðïßá åßíáé 39,37 ßíôóåò. Ãéá ðïëëÝò ìåôñÞóåéò óôï åñãáóôÞñéï, üðïõ ÷ñåéÜæåôáé ìéá ìéêñüôåñç ìïíÜäá, ÷ñçóéìïðïéåßôáé ôï åêáôïóôüìåôñï (cm). Ôï åêáôïóôüìåôñï åßíáé 1/100 ôïõ ìÝôñïõ Þ 0,39 ôçò ßíôóáò. ~Ïôáí áðáéôåßôáé ìßá áêüìç ìéêñüôåñç ìïíÜäá, ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ôï ÷éëéóôüìåôñï (mm), ðïõ éóïäõíáìåß ìå ôü 1/1000 ôïõ ìÝôñïõ. ~Åíá ÷éëéïóôüìåôñï åßíáé âÝâáéá ôï 1/10 ôïõ åêáôïóôüìåôñïõ. Ôá åêáôïóôüìåôñá, ôá ÷éëéïóôüìåôñá êáé ïé ßíôóåò áíôéðáñáâÜëëïíôáé óôï ó÷Þìá 4-2. ÕðÜñ÷ïõí êáé Üëëåò ìïíÜäåò ìÞêïõò, áëëÜ ïé ôñåéò ðïõ Ý÷ïõí Þäç áíáöåñèåß åßíáé áñêåôÝò ãéá ôéò áíÜãêåò óáò. Äåí åßíáé áðáñáßôçôï íá èõìÜóôå ôçí áêñéâÞ ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò ìåôñéêÝò ìïíÜäåò ôïõ Ðñáêôéêïý ÓõóôÞìáôïò êáé ôéò ßíôóåò, ôá ðüäéá Þ ôéò ãõÜñäåò. Áñêåß íá Ý÷åôå ìüíï êÜðïéá éäÝá ãéá ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôá ìåãÝèç ôùí äéáöüñùí ìïíÜäùí (óôï ó÷Þìá 4-3 áíôéðáñáâÜëëïíôáé äéÜöïñåò ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò). Ãéá åîÜóêçóç èá ðñÝðåé íá ìåôñÞóåôå ôï ðëÜôïò êáé ôï ìÞêïò ìåñéêþí ìéêñþí áíôéêåéìÝíùí ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôüóï ôéò ìïíÜäåò ôïõ Ðñáêôéêïý ÓõóôÞìáôïò üóï êáé ôéò ìïíÜäåò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôéò ÇÐÁ. Êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï èá äéáðéóôþóåôå ôçí åõêïëßá, ìå ôçí ïðïßá ãßíïíôáé ïé õðïëïãéóìïß óôéò ìåôñéêÝò ìïíÜäåò ôïõ Ðñáêôéêïý ÓõóôÞìáôïò, ïé ïðïßåò åêöñÜæïíôáé ìå äåêáäéêïýò áñéèìïýò. ÅéäéêÜ áõôü öáßíåôáé *

Ó.ô.Ì. Tï quart éóïäõíáìåß ìå 1/4 ôïõ ãáëïíéïý.

Ó×ÇÌÁ 4-2. Ïé áñéèìçìÝíåò õðïäéáéñÝóåéò óôï õðïäåêÜìåôñï åßíáé åêáôïóôüìåôñá, êáé êáèÝíá åßíáé ÷ùñéóìÝíï óå ÷éëéïóôüìåôñá. Ïé áñéèìçìÝíåò õðïäéáéñÝóåéò óôï ÷Üñáêá ìå ôéò ãõÜñäåò åßíáé ßíôóåò.

êáèáñÜ, áí óõãêñßíåôå ôïõò äåêáäéêïýò ìå ôïõò êëáóìáôéêïýò áñéèìïýò. Áò õðïôåèåß üôé ìåôñÞóáôå ôéò äéáóôÜóåéò åíüò ìéêñïý ïñèïãùíßïõ óôåñåïý óþìáôïò ìå Ýíá õðïäåêÜìåôñï, ôïõ ïðïßïõ ïé õðïäéáéñÝóåéò äåí áíÞêïõí óôï äåêáäéêü óýóôçìá êáé âñÞêáôå ôá áêüëïõèá áðïôåëÝóìáôá: ÌÞêïò = ÐëÜôïò = ~Õøïò =

4 3/4 ßíôóåò 37/8 ßíôóåò 2 1/2 ßíôóåò

Õðïëïãßóôå (1) ôçí ðåñßìåôñï ôçò ìåãáëýôåñçò Ýäñáò êáé (2) ôïí üãêï ôïõ óþìáôïò. Ïé áðáíôÞóåéò åßíáé: (1) 171/4 ßíôóåò, (2) 46 1/64 êõâéêÝò ßíôóåò. Ïé äéáóôÜóåéò ôïõ éäßïõ óþìáôïò áí åêöñáóèïýí óå ìåôñéêÝò ìïíÜäåò ôïõ Ðñáêôéêïý ÓõóôÞìáôïò åßíáé: ÌÞêïò = ÐëÜôïò = ~Õøïò =

12,1 cm 9,8 cm 6,4 cm

Ôþñá õðoëïãßóôå (1) ôçí ðåñßìåôñï ôçò ìåãáëýôåñçò Ýäñáò êáé (2) ôïí üãêï ôïõ óþìáôïò. Êáé ôá äýï íá õðïëïãéóèïýí óå ìåôñéêÝò ìïíÜäåò ôïõ Ðñáêôéêïý ÓõóôÞìáôïò. Ïé áðáíôÞóåéò åßíáé: (1) 43,8 cm êáé (2) 759 êõâéêÜ cm. Ðïéïé õðïëïãéóìïß ãßíïíôáé åõêïëüôåñá; Ç ìïíÜäá üãêïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ðåñéóóüôåñï óôï Ðñáêôéêü Óýóôçìá åßíáé ôï ëßôñï (éóïäõíáìåß ìå 1,057 quarts*). Ãéá ìéêñüôåñïõò üãêïõò ÷ñçóéìïðïéåßôáé ôï ÷éëéïóôü

71

Ó×ÇÌÁ 4-3. Ç õøçëüôåñç åðßäïóç óôï Üëìá åéò ìÞêïò (áñéóôåñÜ) ôï 1970 Þôáí 8,9 ìÝôñá Þ 29 ðüäéá êáé 2 1/2 ßíôóåò. Ï äñüìïò ôùí 100 ìÝôñùí (äåîéÜ) åßíáé êáôÜ 9 1/2 ãõÜñäåò ìáêñýôåñïò áðü ôï äñüìï ôùí 100 ãõÜñäùí.

ôïõ ëßôñïõ (ml). Éóïäõíáìåß ìå 1/1000 ôïõ ëßôñïõ. Óå Üëëá åðéóôçìïíéêÜ âéâëßá èá äåßôå üôé ìéêñïß üãêïé ìåôñïýíôáé êáé óå êõâéêÜ åêáôïóôÜ, cm3 (Þ c.c.). ~Oôáí êáèéåñþèçêå ôï Ðñáêôéêü Óýóôçìá ìïíÜäùí ìåôñÞóåùò ïé åðéóôÞìïíåò åðåäßùîáí ôçí éóïäõíáìßá áíÜìåóá óôï 1 ml êáé ôï 1 cm3. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá üìùò õðÜñ÷åé ìéá ìéêñÞ äéáöïñÜ. Ãéá ôéò ðåñéóóüôåñåò ìåôñÞóåéò, ìå åîáßñåóç ôéò ìåôñÞóåéò áêñéâåßáò, áõôÞ ç äéáöïñÜ åßíáé áóÞìáíôç. Ôï ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ åßíáé ç ìéêñÞ ìïíÜäá üãêïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé óå áõôü ôï âéâëßï. Áí èÝëåôå íá áðïêôÞóåôå êÜðïéá Üìåóç áßóèçóç ôïõ ìåãÝèïõò áõôþí ôùí ìïíÜäùí, ðñÝðåé íá ìåôñÞóåôå ôç ÷ùñçôéêüôçôá ìåñéêþí óõíçèéóìÝíùí äï÷åßùí óå ëßôñá Þ ÷éëéïóôÜ ôïõ ëßôñïõ. Ìéá ìÝôñéá êïýðá ôïõ ôóáãéïý ãéá ðáñÜäåéãìá, èá äéáðéóôþóåôå üôé ÷ùñÜåé ðåñßðïõ 250 ml Þ Ýíá ôÝôáñôï ôïõ ëßôñïõ (0,25 l). MÜèáôå ðñïçãïõìÝíùò üôé ïé ìïíÜäåò ìÜæáò åßíáé ôï ÷éëéüãñáììï êáé ôï ãñáììÜñéï. ~Åíá ãñáììÜñéï (g) åßíáé ìéá áñêåôÜ ìéêñÞ ìïíÜäá (ìßá ïõããéÜ åßíáé ßóç ìå 28,35 g). Åßíáé Ýíá ìÝãåèïò âïëéêü ãéá åñãáóôçñéáêÝò ìåôñÞóåéò êáé èá ôï ÷ñçóéìïðïéÞóïìå óõ÷íÜ óå áõôü ôï âéâëßï.

Óå ðïëëÜ åðéóôçìïíéêÜ Üñèñá èá äåßôå üôé ãßíåôáé áíáöïñÜ óå ìßá áêüìá ìéêñüôåñç ìïíÜäá, ôï ÷éëéïóôüãñáììï (mg), ðïõ éóïýôáé ìå ôï 1/1000 ôïõ åíüò ãñáììáñßïõ.

4.3 Ðõêíüôçôá. Ìéá ÷áñáêôçñéóôéêÞ éäéüôçôá êÜèå êáèáñÞò ïõóßáò åßíáé ç ðõêíüôçôÜ ôçò. Ðõêíüôçôá åßíáé ç ðïóüôçôá ôçò ýëçò ðïõ õðÜñ÷åé óå ìéá ãíùóôÞ ìïíÜäá üãêïõ. Óôï Ðñáêôéêü Óýóôçìá, ç ðõêíüôçôá åêöñÜæåôáé óõíÞèùò ìå ôïí áñéèìü ôùí ãñáììáñßùí áíÜ ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ, ãéá óõíôïìßá g/ml. Ï óõíäõáóìüò áõôüò g/ml, åßíáé äõíáôüí íá áðïôåëÝóåé ôç ìïíÜäá ôçò ðõêíüôçôáò. ÁõôÞ ç óõãêåêñéìÝíç ìïíÜäá ðõêíüôçôáò åßíáé ðïëý óõíçèéóìÝíç. Ôç ìåôá÷åéñßæïíôáé ïé åðéóôÞìïíåò ÷ùñßò åîáßñåóç ãéá õãñÜ êáé óôåñåÜ. Ãéá ôá áÝñéá ðïõ Ý÷ïõí ðïëý ìéêñüôåñç ðõêíüôçôá, ÷ñçóéìïðïéåßôáé óõíÞèùò ç ìïíÜäá ãñáììÜñéá áíÜ ëßôñï, g/l. H ìïíÜäá ðõêíüôçôáò åßíáé ç ðñþôç äåõôåñïãåíÞò Þ ðáñÜãùãïò ìåôñéêÞ ìïíÜäá ôïõ Ðñáêôéêïý ÓõóôÞìáôïò ðïõ ìáèáßíåôå. Ï üñïò ðáñÜãùãïò Þ äåõôåñïãåíÞò ìïíÜäá óçìáßíåé ôç

72

ìïíÜäá åêåßíç ðïõ ðñïÝñ÷åôáé áðü äýï (Þ ðåñéóóüôåñåò) èåìåëéþäåéò ðñùôïãåíåßò Þ âáóéêÝò ìïíÜäåò*. Óôçí êáèçìåñéíÞ æùÞ, ìéá áðü ôéò ðéï êïéíÝò ðáñÜãùãåò äåõôåñïãåíåßò ìïíÜäåò åßíáé áõôÞ ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýìå ãéá íá ìåôñïýìå ôçí ôá÷ýôçôá. Óôéò ÇíùìÝíåò Ðïëéôåßåò áõôÞ ç ìïíÜäá åßíáé ìßëéá áíÜ þñá. Óôï Ðñáêôéêü Óýóôçìá ç ôá÷ýôçôá ìåôñåßôáé óå ìÝôñá áíÜ äåõôåñüëåðôï Þ ÷éëéüìåôñá áíÜ þñá.

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

ÅðåéäÞ ç ðõêíüôçôá åêöñÜæåôáé ìå ôç âïÞèåéá äýï ðñùôïãåíþí-èåìåëéùäþí ìïíÜäùí, ôùí ãñáììáñßùí êáé ôùí ÷éëéïóôþí ôïõ ëßôñïõ, ãéá íá ôçí ðñïóäéïñßóïìå ðñÝðåé íá ãßíïõí äýï ìåôñÞóåéò. Èá óáò äïèåß ç åõêáéñßá íá êÜíåôå ìåñéêÝò ìåôñÞóåéò, ìå ôéò ïðïßåò èá ðñïóäéïñßóåôå ðõêíüôçôåò. Óôéò åðüìåíåò ðáñáãñÜöïõò äßíïíôáé ïäçãßåò ãéá ôï ðþò èá ãßíåé áõôü.

4.4 ÌÝôñçóç ôçò ðõêíüôçôáò. Ç ðõêíüôçôá åßíáé ìéá óçìáíôéêÞ éäéüôçôá ôçò ýëçò. ÅðåéäÞ äéáöïñåôéêÝò ìïñöÝò ýëçò óõíÞèùò Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò ðõêíüôçôåò, ãé’ áõôü ç ìÝôñçóç ôçò ðõêíüôçôáò ìéáò Üãíùóôçò ïõóßáò åßíáé äõíáôüí íá âïçèÞóåé óôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ôáõôüôçôáò ôçò ïõóßáò. Åðßóçò ç ðõêíüôçôá åíüò äéáëýìáôïò åîáñôÜôáé áðü ôï ðüóç ïõóßá åßíáé äéáëõìÝíç óå áõôü. Óõ÷íÜ åßíáé äõíáôüí íá ìåôñÞóïìå ôçí ðõêíüôçôá åíüò äéáëýìáôïò êáé áíáôñÝ÷ïíôáò óôç óõíÝ÷åéá óå ðßíáêåò ðïõ äåß÷íïõí ôéò ðõêíüôçôåò ìéãìÜôùí ãíùóôÞò óõóôÜóåùò íá âñïýìå ôï ðïóü ôçò äéáëõìÝíçò óå áõôü ïõóßáò. Ç ðõêíüôçôá åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñéóèåß ìå äéÜöïñïõò ôñüðïõò. Óýìöùíá ìå ìéá ìÝèïäï, üôáí ðñüêåéôáé ãéá áíôéêåßìåíá êáíïíéêïý ó÷Þìáôïò, ìðïñïýìå ðñþôá íá âñïýìå ôç ìÜæá ôïõò ìå ôç âïÞèåéá åíüò æõãïý. Ãéá íá âñïýìå ôïí üãêï ôïõ áíôéêåéìÝíïõ ìåôñïýìå ôéò äéáóôÜóåéò ôïõ êáé õðïëïãßæïìå ôïí üãêï ôïõ ìå ôç âïÞèåéá ãíùóôþí ôýðùí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ï üãêïò åíüò ðáñáëëçëåðéðÝäïõ óôåñåïý åßíáé ßóïò ìå ôï ãéíüìåíï ôïõ ìÞêïõò åðß ôï ðëÜôïò åðß ôï ýøïò ôïõ. Ï üãêïò åíüò êõëéíäñéêïý óôåñåïý åßíáé ßóïò ìå ð åðß ôï ôåôñÜãùíï ôçò áêôßíáò åðß ôï ýøïò ôïõ. ~Åôóé, ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôþñá ôï ãíùóôü ôýðï, ðõêíüôçôá , ìðïñïýìå íá õðïëïãßóïìå ôçí ðõêíüôçôá. Ãéá Ýíá óôåñåü ìå áêáíüíéóôï ó÷Þìá, ôï ïðïßï ïýôå äéáëýåôáé ïýôå áíôéäñÜ ìå êÜðïéï õãñü, åßíáé äõíáôüí íá âñïýìå ôïí üãêï ôïõ âõèßæïíôÜò ôï ìÝóá óôï õãñü. ÅðåéäÞ Ýíá óôåñåü áíôéêåßìåíï åêôïðßæåé ôüóïí üãêï õãñïý üóïò êáé ï äéêüò ôïõ üãêïò, ìðïñïýìå íá ôï âõèßóïìå ìÝóá óå Ýíáí ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï ðïõ ðåñéÝ÷åé ãíùóôü üãêï õãñïý. Ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôï íÝï åðßðåäï ôïõ õãñïý ðïõ åßíáé óôïí êýëéíäñï, êáé óôï áñ÷éêü åðßðåäï èá éóïäõíáìåß ìå ôïí üãêï ôïõ óôåñåïý. Óôá ðåéñÜìáôá ðïõ åêôåëÝóáìå ó÷åôéêÜ ìå ôçí Üíùóç, äéáðéóôþóáìå üôé ç “öáéíïìåíéêÞ áðþëåéá” óôç ìÜæá åíüò áíôéêåéìÝíïõ ðïõ âñßóêåôáé âõèéóìÝíï óå Ýíá õãñü éóïýôáé ìå ôç ìÜæá ôïõ õãñïý ðïõ åêôïðßæåôáé. Óõ÷íÜ áõôü áíáöÝñåôáé ùò áñ÷Þ ôïõ Áñ÷éìÞäç. Ç ßäéá áñ÷Þ ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïéçèåß êáé üôáí ðñüêåéôáé íá âñåèåß ç ðõêíüôçôá ôïõ áíôéêåéìÝíïõ. Ç ìÜæá åíüò áíôéêåéìÝíïõ âñßóêåôáé áñ÷éêÜ æõãßæïíôÜò ôï óôïí áÝñá ìå Ýíá æõãü. Ç ìÜæá ôïõ õãñïý ðïõ åêôïðßæåôáé ìðïñåß óôç óõíÝ÷åéá íá âñåèåß æõãßæïíôáò ôï áíôéêåßìåíï, üóï áõôü âñßóêåôáé âõèéóìÝíï óôï õãñü. Ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôéò äýï æõãßóåéò áíôéóôïé÷åß óôç ìÜæá ôïõ åêôïðéæïìÝíïõ õãñïý. Ãéá íá âñïýìå ôïí üãêï ôïõ õãñïý ðïõ åêôïðßóèçêå êáé ðïõ åßíáé ï ßäéïò ìå ôïí üãêï ôïõ âõèéóìÝíïõ áíôéêåéìÝíïõ, âáóéæüìáóôå óôïí ßäéï ôýðï ôçò ðõêíüôçôáò üðùò êáé

*

Ó.ô.Ì. Ãéá ðáñÜäåéãìá ëßôñï, ìÝôñï êëð.

73

ðñïçãïýìåíùò (ðõêíüôçôá

). Ï ôýðïò áõôüò ìåôáó÷çìáôßæåôáé ùò åîÞò:

ìÜæá üãêïò= ðõêíüôçôá Þ ìÜæá ôïõ õãñïý ðïõ åêôïðßóèçêå üãêïò ôïõ õãñïý ðïõ åêôïðßóèçêå = ðõêíüôçôá ôïõ õãñïý ðïõ åêôïðßóèçêå

Ó×ÇÌÁ 4-4á.

Ãíùñßæïíôáò ëïéðüí üôé ï üãêïò ôïõ õãñïý ðïõ åêôïðßóèçêå åßíáé ßóïò ìå ôïí üãêï ôïõ óôåñåïý, ìðïñïýìå ôþñá íá õðïëïãßóïìå ôçí ðõêíüôçôá ôïõ óôåñåïý. Óôá ðñïçãïýìåíá ðáñáäåßãìáôá ðåñéãñÜøáìå ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï âñßóêïìå ôçí ðõêíüôçôá ôïõ óôåñåïý. ÕðÜñ÷ïõí äéÜöïñïé ôñüðïé ãéá íá âñïýìå ôçí ðõêíüôçôá åíüò õãñïý. Åßíáé ðïëý åýêïëï íá õðïëïãßóïìå ôç ìÜæá åíüò õãñïý, ôïõ ïðïßïõ ãíùñßæïìå ôïí üãêï, áí ôï æõãßóïìå ìáæß ìå ôïí ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï ðïõ ôï ðåñéÝ÷åé, êáé óôç óõíÝ÷åéá õðïëïãßóïìå ôçí ðõêíüôçôÜ ôïõ êáôåõèåßáí áðü ôéò ìåôñÞóåéò ôçò ìÜæáò êáé ôïõ üãêïõ. Ðñïûðïôßèåôáé üôé Ý÷ïìå ìåôñÞóåé ðñïçãïõìÝíùò ôç ìÜæá ôïõ Üäåéïõ êõëßíäñïõ. ~Åíá ðïëý áðëü üñãáíï, ãíùóôü ìå ôï üíïìá áñáéüìåôñï, ÷ñçóéìïðïéåßôáé åðßóçò ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ðõêíüôçôáò åíüò õãñïý. Ôï áñáéüìåôñï áðïôåëåßôáé áðü Ýíáí êëåéóôü ãõÜëéíï óùëÞíá ìå Ýíá âÜñïò óôï êÜôù Üêñï ôïõ, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 4-4á. Óôï åðÜíù ìÝñïò ôïõ áñáéïìÝôñïõ õðÜñ÷åé ìéá êëßìáêá. Ôï áñáéüìåôñï âõèßæåôáé ëéãüôåñï ìÝóá óå Ýíá ðõêíü äéÜëõìá ðáñÜ óå Ýíá ëéãüôåñï ðõêíü. Ç ðõêíüôçôá ôïõ äéáëýìáôïò âñßóêåôáé ìå áíÜãíùóç ôçò åíäåßîåùò ôçò êëßìáêáò ôïõ áñáéïìÝôñïõ óôï óçìåßï üðïõ öôÜíåé ç åðéöÜíåéá ôïõ õãñïý, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 4-4â. Ôï áñáéüìåôñï äåí ìåôñÜ áð’ åõèåßáò ôçí ðõêíüôçôá, áëëÜ Ý÷åé ó÷åäéáóèåß Ýôóé, þóôå íá ìåôñÜ ôçí ôéìÞ åíüò ìåãÝèïõò ðïõ åßíáé ãíùóôü ùò “åéäéêü âÜñïò” ôïõ õãñïý. Ùò åéäéêü âÜñïò ïñßæåôáé ï ëüãïò ôçò ìÜæáò åíüò óþìáôïò ðñïò ôï ëüãï ôçò ìÜæáò ßóïõ üãêïõ íåñïý, Þ ï ëüãïò ôçò ðõêíüôçôáò ìéáò ïõóßáò ðñïò ôçí ðõêíüôçôá ôïõ íåñïý. Åßíáé óçìáíôéêü íá óõíåéäçôïðïéÞóïìå üôé ïé üãêïé êáé ïé ðõêíüôçôåò üëùí ôùí ïõóéþí áëëÜæïõí ìå ôçí áëëáãÞ ôçò èåñìïêñáóßáò. Óôïõò 4°C Ýíá ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ íåñü æõãßæåé 1,0 ãñáììÜñéï. Óôïõò 25°C Ýíá ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ íåñü æõãßæåé 0,997 ãñáììÜñéá. Áí ôï áñáéüìåôñï ðïõ ðñüêåéôáé íá ÷ñçóéìïðïéçèåß, Ý÷åé ó÷åäéáóèåß íá ìåôñÜ ôï åéäéêü âÜñïò åíüò äéáëýìáôïò ìå âÜóç ôçí ðõêíüôçôá ôïõ íåñïý óôïõò 4°C, ôüôå êáé ç Ýíäåéîç ôïõ åéäéêïý âÜñïõò èá éóïýôáé áñéèìçôéêÜ ìå ôçí ðõêíüôçôá. ÓÊÏÐÏÓ

Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá ìåôñÞóåôå ôçí ðõêíüôçôá åíüò óôåñåïý êáé åíüò õãñïý ìå ôç âïÞèåéá áìÝóùí êáé åììÝóùí ìåèüäùí. ÕËÉÊÁ

Ó×ÇÌÁ 4-4â.

ÕðïäåêÜìåôñï Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò 100 ml Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò 25 ml ÐïôÞñé 250 ml ÏñèïóôÜôçò, äáêôýëéïò Ðáñáëëçëåðßðåäï Þ êõëéíäñéêü êïììÜôé ìåôÜëëïõ Æõãüò, ìå áêñßâåéá åêáôïóôïý ôïõ

ãñáììáñßïõ (ßóùò ÷ñåéáóèåß æõãüò ìå äßóêïõò). Ëåðôü íÞìá áðü óýñìá ÊëùóôÞ ÄéÜëõìá ìáãåéñéêïý Üëáôïò Þ áëêïüëçò Añáéüìåôñï

74

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÐáñÜãñáöïò É. Åýñåóç ðõêíüôçôáò óôåñåïý. ÌÝñïò Á. Áð’ åõèåßáò ìÝôñçóç ôçò ìÜæáò êáé ôïõ üãêïõ. 1. Ðñéí îåêéíÞóåôå áõôü ôï ðåßñáìá, êáôáñôßóôå Ýíáí ðßíáêá äåäïìÝíùí óáí áõôüí ðïõ ðáñåôßèåôáé óôçí ðáñÜãñáöï “ÄåäïìÝíá êáé áðïôåëÝóìáôá”. 2. Èá óáò äïèåß Ýíá ðáñáëëçëåðßðåäï Þ êõëéíäñéêü êïììÜôé ìåôÜëëïõ. Íá âñåßôå ôç ìÜæá ôïõ ìå æýãéóç óå Ýíá æõãü êáé ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. Óçìåéþóôå ôï áðïôÝëåóìá óôïí ðßíáêÜ óáò. 3. ÌåôñÞóôå ôéò äéáóôÜóåéò ôïõ óôåñåïý óþìáôïò ðïõ óáò äüèçêå. ~Åíá õðïäåêÜìåôñï åßíáé áñêåôü, áëëÜ, áí õðÜñ÷ïõí êáé áêñéâÝóôåñá üñãáíá, üðùò ôá ðá÷ýìåôñá, ìðïñïýí åðßóçò íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí. ÐñïóðáèÞóôå, áí åßíáé äõíáôüí, íá åêöñÜóåôå ôéò ìåôñÞóåéò óáò ìå ðñïóÝããéóç 0,1 ôïõ ÷éëéïóôïìÝôñïõ. Áí Ý÷åôå Ýíá ðáñáëëçëåðßðåäï óôåñåü, ìåôñÞóôå ôï ìÞêïò, ôï ðëÜôïò êáé ôï ýøïò ôïõ. Áí ôï óôåñåü åßíáé êõëéíäñéêü, ôüôå ìåôñÞóôå ôï ýøïò êáé ôç äéÜìåôñü ôïõ. Óçìåéþóôå ôá áðïôåëÝóìáôá üëùí ôùí ìåôñÞóåùí. 4. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ êáôÜëëçëïõ ôýðïõ õðïëïãßóôå ôïí üãêï ôïõ óôåñåïý. 5. Áðü ôéò ìåôñÞóåéò ôïõ üãêïõ êáé ôçò ìÜæáò âñåßôå ôçí ðõêíüôçôá ôïõ óôåñåïý êáé ãñÜøôå ôï áðïôÝëåóìá óôïí ðßíáêÜ óáò.

ÌÝñïò Â. Ðñïóäéïñéóìüò ôïõ üãêïõ êáé ôçò ðõêíüôçôáò ìå ôç ìÝèïäï ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßæåôáé. 1. ×ñçóéìïðïéÞóôå ôï ßäéï êïììÜôé ìåôÜëëïõ, ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå êáé óôï Á ÌÝñïò. 2. Ãéá íá âñåßôå ôïí üãêï ôïõ ìåôáëëéêïý êïììáôéïý, ãåìßóôå ðñþôá Ýíáí ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï ìÝ÷ñé ôç ìÝóç ìå íåñü. Óçìåéþóôå ôïí áñ÷éêü üãêï ôï íåñïý óôïí êýëéíäñï. 3. ÄÝóôå ôï ìÝôáëëï ìå Ýíá êïììÜôé êëùóôÞ êáé âõèßóôå ôï ðñïóåêôéêÜ ìÝóá óôïí êýëéíäñï ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï íåñü. Óçìåéþóôå ôïí ôåëéêü üãêï ðïõ êáôáëáìâÜíåé ôï íåñü êáé ôï ìÝôáëëï ìÝóá óôïí êýëéíäñï. 4. Âñåßôå ôïí üãêï ôïõ ìåôáëëéêïý êïììáôéïý, ðïõ åßíáé ßäéïò ìå ôïí üãêï ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå, áöáéñþíôáò ôïí áñ÷éêü üãêï ðïõ êáôáëÜìâáíå ôï íåñü ìÝóá óôïí êýëéíäñï áðü ôïí ôåëéêü ôïõ üãêï. 5. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ üãêïõ ðïõ âñÞêáôå óôï ðñïçãïýìåíï óôÜäéï, êáé ôç ìÜæá ôïõ ìåôÜëëïõ ðïõ åß÷áôå âñåé óôï Á ÌÝñïò, õðïëïãßóôå ôçí ðõêíüôçôá ôïõ óôåñåïý. ÃñÜøôå ôï áðïôÝëåóìá óôïí ðßíáêÜ óáò.

ÌÝñïò Ã. Åýñåóç ôçò ðõêíüôçôáò ìå ôç âïÞèåéá ôïõ öáéíïìÝíïõ ôçò áíþóåùò. 1. ×ñçóéìïðïéþíôáò ôçí êëùóôÞ ðïõ åßíáé äåìÝíç óôï êïììÜôé ôïõ ìåôÜëëïõ, êñåìÜóôå ôï áðü ôï Üãêéóôñï ðïõ åßíáé ðÜíù áðü ôï äßóêï åíüò æõãïý ôñéðëÞò öÜëáããáò üðùò óôï ó÷Þìá 2-11á (âåâáéùèåßôå üôé Ý÷åôå óôåãíþóåé ôï ìÝôáëëï ìåôÜ ôï  ÌÝñïò). Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ ìåôÜëëïõ æõãßæïíôÜò ôï óôïí áÝñá. ÐñÝðåé íá åßíáé ç ßäéá ìå áõôÞí ðïõ âñÞêáôå óôï Á ÌÝñïò. 2. ×ñçóéìïðïéÞóôå ôï äßóêï ðïõ åßíáé óôåñåùìÝíïò óôï æõãü, Þ Ýíá äáêôýëéï óôåñåùìÝíï óå Ýíáí ïñèïóôÜôç ãéá íá ðñïóáñìüóåôå Ýíá ðïôÞñé íåñü

75

êÜôù áðü ôï ìåôáëëéêü êïììÜôé, þóôå üëï ôï ìÝôáëëï íá åßíáé åíôåëþò âõèéóìÝíï óôï íåñü (êïéôÜîôå ôï ó÷Þìá 2-11â). ÃñÜøôå ôç öáéíïìåíéêÞ ìÜæá ôïõ ìåôÜëëïõ ðïõ âñßóêåôáé âõèéóìÝíï óôï íåñü. 3. ÁöáéñÝóôå ôç öáéíïìåíéêÞ ìÜæá ôïõ ìåôÜëëïõ ðïõ âñßóêåôáé âõèéóìÝíï óôï íåñü áðü áõôÞí ðïõ âñÞêáôå ìå æýãéóç óôïí áÝñá. Ç äéáöïñÜ óáò äßíåé ôç ìÜæá ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå. 4. Ï üãêïò ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå éóïäõíáìåß ìå ôç ìÜæá ôïõ íåñïý áõôïý, áöïý ôç äéáéñÝóïìå ìå ôçí ðõêíüôçôá ôïõ íåñïý. Ç ðõêíüôçôá ôïõ íåñïý óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ åßíáé 1,0 g áíÜ ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ. ~Åôóé, ï üãêïò ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå åêöñáóìÝíïò óå ÷éëéïóôÜ ôïõ ëßôñïõ åßíáé áñéèìçôéêÜ ßóïò ìå ôç ìÜæá ôïõ ðïõ åêôïðßóèçêå, åêöñáóìÝíç óå ãñáììÜñéá. ÖõóéêÜ, åßíáé ßóïò êáé ìå ôïí üãêï ôïõ ìåôÜëëïõ. ÃñÜøôå êáé áõôü ôï áðïôÝëåóìá óôïí ðßíáêÜ óáò. 5. Áðü ôç ìÜæá ôïõ áíôéêåéìÝíïõ óôïí áÝñá êáé ôïí üãêï ôïõ, õðïëïãßóôå ôçí ðõêíüôçôÜ ôïõ.

ÐáñÜãñáöïò ÉÉ. Åýñåóç ðõêíüôçôáò õãñïý. ÌÝñïò Á. Áð’ åõèåßáò ìÝôñçóç ôïõ üãêïõ êáé ôçò ìÜæáò. 1. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá åíüò óôåãíïý, êáèáñïý êõëßíäñïõ ôùí 25 ml, æõãßæïíôÜò ôïí óå Ýíá æõãü, ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. 2. ÁäåéÜóôå ðåñßðïõ 15 ml åíüò äéáëýìáôïò, ðïõ èá óáò äþóåé ï êáèçãçôÞò óáò, ìÝóá óôïí ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï. ÄéáâÜóôå êáé êáôáãñÜøôå ôïí üãêï ôïõ õãñïý ìå üóï ðåñéóóüôåñç áêñßâåéá ìðïñåßôå. ÐñïóðáèÞóôå íá åêöñÜóåôå ôï áðïôÝëåóìÜ óáò ìå ðñïóÝããéóç 0,1 ml. 3. Âñåßôå ôç óõíïëéêÞ ìÜæá ôïõ êõëßíäñïõ êáé ôïõ õãñïý ðïõ ðåñéÝ÷åé æõãßæïíôÜò ôá óôïí ßäéï æõãü ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå êáé ãéá ôç æýãéóç ôïõ êõëßíäñïõ. Óçìåéþóôå ôï áðïôÝëåóìá ðïõ âñÞêáôå. 4. ÁöáéñÝóôå ôç ìÜæá ôïõ Üäåéïõ êõëßíäñïõ áðü ôç ìÜæá ôïõ êõëßíäñïõ ìáæß ìå ôï õãñü, ãéá íá âñåßôå ôç ìÜæá ôïõ õãñïý. 5. Õðïëïãßóôå ôçí ðõêíüôçôá ôïõ õãñïý. 6. Ç áðü÷õóç ôïõ õãñïý íá ãßíåé óýìöùíá ìå ôéò ïäçãßåò ôïõ êáèçãçôÞ óáò.

ÌÝñïò Â. ×ñÞóç áñáéïìÝôñïõ. 1. Ñßîôå ôï äéÜëõìá óå Ýíá ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï êáé âõèßóôå ðñïóåêôéêÜ Ýíá áñáéüìåôñï ìÝóá óå áõôü. Áí ôï áñáéüìåôñï äåí åßíáé äõíáôüí íá åðéðëÝåé ÷ùñßò íá áããßæåé ôïí ðõèìÝíá, áäåéÜóôå ôï äéÜëõìá ìÝóá óå Ýíáí õøçëüôåñï êýëéíäñï. ÄéáâÜóôå ôï åéäéêü âÜñïò ðïõ äåß÷íåé ç êëßìáêá ôïõ áñáéïìÝôñïõ êáé ãñÜøôå ôï óôïí ðßíáêá áðïôåëåóìÜôùí. 2. Óõãêñßíáôå áõôÞí ôçí Ýíäåéîç ìå ôï áðïôÝëåóìá ðïõ ðÞñáôå óôï Á ÌÝñïò áõôÞò ôçò ðáñáãñÜöïõ. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

~Ïðùò áíáöÝñèçêå êáé ðñïçãïõìÝíùò ç óõóôçìáôéêÞ ôáîéíüìçóç ôùí ðáñáôçñÞóåùí êáé ôùí ìåôñÞóåùí áðïôåëåß Ýíá áðü ôá óçìáíôéêüôåñá ìÝñç ôïõ êÜèå ðåéñÜìáôïò. Áí Ý÷åôå ôïõò êáôÜëëçëïõò ðßíáêåò êáôáãñáöÞò óôïé÷åßùí Ýôïéìïõò óôï ôåôñÜäéü óáò ðñéí åêôåëÝóåôå Ýíá ðåßñáìá, ôüôå ç ôáîéíüìçóç ôùí óôïé÷åßùí èá ãßíåé ìå ôïí êáëýôåñï ôñüðï. Ðñéí áñ÷ßóåôå ôï ðåßñáìá, èá ðñÝðåé íá áíôéãñÜøåôå óôï ôåôñÜäéü óáò

76

ôïõò ðßíáêåò ðïõ áêïëïõèïýí, êáé ìåôÜ, êáôÞ ôç äéÜñêåéá ôïõ ðåéñÜìáôïò, íá êáôá÷ùñåßôå üëåò ôéò ìåôñÞóåéò óáò óå áõôïýò ôïõò ðßíáêåò. Åßíáé éäéáßôåñá óçìáíôéêü óå áõôü ôï ðåßñáìá íá áêïëïõèÞóåôå áõôÞí ôç óåéñÜ åñãáóßáò, ãéáôß äéáöïñåôéêÜ õðÜñ÷åé ðåñßðôùóç íá ðñïêëçèåß óýã÷õóç ëüãù ðéèáíÞò áíáìßîåùò ôùí äåäïìÝíùí åíüò ìÝñïõò ôïõ ðåéñÜìáôïò ìå áõôÜ Üëëùí ìåñþí. Õðïëïãßóôå üëåò ôéò ðõêíüôçôåò ìå ðñïóóÝããéóç 0,001 g/ml.

ÐáñÜãñáöïò É. Åýñåóç ðõêíüôçôáò óôåñåïý. ÌÝñïò Á.

ÌÝñïò Â.

ÌÜæá óôåñåïý (g) MÞêïò (cm) ÐëÜôïò Þ äéÜìåôñïò (cm) ~Yøïò (cm) ~Ïãêïò (ml) Ðõêíüôçôá óôåñåïý (g/ml)

Áñ÷éêüò üãêïò óôïí êýëéíäñï (ml) Tåëéêüò üãêïò óôïí êýëéíäñï (ml) ~Oãêïò íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå (ml) ~Ïãêïò óôåñåïý (ml) MÜæá óôåñåïý (g) Ðõêíüôçôá óôåñåïý (g/ml)

MÝñïò Ã. ÌÜæá óôåñåïý óôïí áÝñá (g) ÖáéíïìåíéêÞ ìÜæá ôïõ óôåñåïý ìÝóá óôï íåñü (g) ÌÜæá ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå (g) Ðõêíüôçôá ôïõ íåñïý (g/ml) ~Ïãêïò ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßæåôáé (ml) ~Oãêïò ôïõ óôåñåïý (ml) Ðõêíüôçôá ôïõ óôåñïý (g/ml)

ÐáñÜãñáöïò ÉÉ. Åýñåóç ðõêíüôçôáò õãñïý. ÌÝñïò Á.

ÌÝñïò Â.

ÌÜæá êõëßíäñïõ êáé õãñïý (g) ÌÜæá êåíïý êõëßíäñïõ (g) ÌÜæá õãñïý (g) ~Ïãêïò õãñïý (ml) Ðõêíüôçôá õãñïý (g/ml)

Eéäéêü âÜñïò, óýìöùíá ìå ôçí Ýíäåéîç ôïõ áñáéïìÝôñïõ

Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Ï êáèçãçôÞò óáò èá óáò ðåé ôç óùóôÞ ðõêíüôçôá ôïõ ìåôáëëéêïý êïììáôéïý, ôï ïðïßï ÷ñçóéìïðïéÞóáôå óôéò ìåôñÞóåéò óáò. Ðüóï êïíôÜ óôçí ðñáãìáôéêÞ ôéìÞ Ýðåóáí ïé ìåôñÞóåéò óáò ãéá ôçí åýñåóç ôçò ðõêíüôçôáò ôïõ ìåôáëëéêïý êïììáôéïý; Ðùò äéêáéïëïãåßôå ôçí ïðïéáäÞðïôå äéáöïñÜ; 2. Óå ðïéï óçìåßï ôçò êÜèå ìåèüäïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå íïìßæåôå üôé èá ìðïñïýóáí íá ãßíïõí óöÜëìáôá; 3. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí ìåôñÞóåùí ðïõ åðé÷åéñÞóáôå, óáò æçôÞèçêå íá âñåßôå ôç ìÜæá ìå ðñïóÝããéóç 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. ~Ïôáí ìåôñïýóáôå ôï ìÞêïò ðñïóðáèÞóáôå íá äéáâÜóåôå ôï õðïäåêÜìåôñï ìå áêñßâåéá 0,1 ôïõ ÷éëéïóôïìÝôñïõ. Êáô’ áíáëïãßá êáé ôïí üãêï ôïõ íåñïý óôïí ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï ðñïóðáèÞóáôå íá ôïí äéáâÜóåôå ìå ðñïóÝããéóç 0,1 ôïõ ÷éëéïóôïý ôïõ ëßôñïõ. Íïìßæåôå üôé áõôÝò ïé ðñïóåããßóåéò Þôáí ëïãéêÝò

77

óå ó÷Ýóç ìå ôá üñãáíá ìåôñÞóåùò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå; Áí åðáíáëáìâÜíáôå ôéò ìåôñÞóåéò óáò ìåñéêÝò öïñÝò, ðüóï êïíôÜ íïìßæåôå üôé èá Þôáí ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò óå ó÷Ýóç ìå áõôÜ ðïõ âñÞêáôå ôçí ðñþôç öïñÜ (ìå ôçí ðñïûðüèåóç âÝâáéá üôé êáôÜ ôçí åðáíÜëçøç ôùí ìåôñÞóåùí èá “îå÷Üóåôå” ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí áñ÷éêþí ìåôñÞóåùí); Ðïéá íïìßæåôå üôé åßíáé ôá ëïãéêÜ üñéá ðñïóåããßóåùò ðïõ èá Ýðñåðå íá ðåñéìÝíåôå áðü ôá üñãáíá ìåôñÞóåùò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå; 4. Áí Þóáóôå óå èÝóç íá ìåôñÞóåôå 15,0 ml íåñïý ìå ðñïóÝããéóç 0,1 ml, óå ôé ðïóïóôü óöÜëìáôïò èá áíôéóôïé÷ïýóå ìéá áðüêëéóç 0,1 ôïõ ÷éëéïóôïý ôïõ ëßôñïõ; Óå ôé ðïóïóôü èá áíôéóôïé÷ïýóå Ýíá óöÜëìá 0,2 ml; Ðïóïóôü óöÜëìáôïò = =

ÄéáöïñÜ áíÜìåóá óôçí ðñáãìáôéêÞ êáé ôçí ðåéñáìáôéêÞ ôéìÞ x 100 ÐñáãìáôéêÞ ôéìÞ

5. Ôé ðïóïóôü óöÜëìáôïò íïìßæåôå üôé èá åß÷áôå, áí ìåôñïýóáôå 1,0 ml íåñïý ìå ðñïóÝããéóç 0,1 ml; 6. Óôïõò 32°C ìéá öéÜëç ôùí 1000 ml ÷ùñÜåé 995 ãñáììÜñéá íåñïý. Óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá ç ßäéá öéÜëç ÷ùñÜåé 800 ãñáììÜñéá åíüò Üëëïõ õãñïý. Ðïéá åßíáé ç ðõêíüôçôá ôïõ íåñïý ðïõ âñßóêåôáé óôç öéÜëç, óå áõôÞí ôç èåñìïêñáóßá; Ðïéá åßíáé ç ðõêíüôçôá ôïõ Üëëïõ õãñïý; Ðïéï åßíáé ôï åéäéêü âÜñïò ôïõ Üëëïõ õãñïý óõãêñéôéêÜ ìå ôï íåñü óôïõò 32°C; Ðüóá ãñáììÜñéá íåñïý ÷ùñÜåé ç öéÜëç ôùí 1000 ml óôïõò 4°C;

Åñþôçóç ãéá ðñïâëçìáôéóìü. Ãéáôß íïìßæåôå üôé äéáöïñåôéêÝò ïõóßåò Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò ðõêíüôçôåò;

Ðåñßëçøç. Ôï Ðñáêôéêü Ìåôñéêü Óýóôçìá åßíáé Ýíá óýóôçìá ìïíÜäùí áðïäåêôü áðü ôïõò åðéóôÞìïíåò óå üëåò ôéò ÷þñåò, ìå ôï ïðïßï åêôåëïýí êáé êáôáãñÜöïõí åðéóôçìïíéêÝò ìåôñÞóåéò. Óôéò ðåñéóóüôåñåò ÷þñåò, ìå åîáßñåóç ôéò ÇÐÁ, ôï Ðñáêôéêü Óýóôçìá ôï ÷ñçóéìïðïéïýí ãéá ôéò ìåôñÞóåéò ôçò êáèçìåñéíÞò æùÞò. Ç ìïíÜäá ðïõ Ý÷åé ïñéóèåß ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò ìÜæáò åßíáé ôï ÷éëéüãñáììï (Þ êéëü) åíþ ïé ìéêñüôåñåò ìïíÜäåò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óõíÞèùò åßíáé ôï ãñáììÜñéï (= 1/1000 ôïõ ÷éëéïãñÜììïõ) êáé ôï ÷éëéïóôüãñáììï (1/1000 ôïõ ãñáììáñßïõ). Ãéá ôï ìÞêïò, ç ìïíÜäá ìåôñÞóåùò åßíáé ôï ìÝôñï êáé ìéêñüôåñåò óõíçèéóìÝíåò ìïíÜäåò åßíáé ôï åêáôïóôüìåôñï (1/100 ôïõ ìÝôñïõ) êáé ôï ÷éëéïóôüìåôñï* (1/1000 ôïõ ìÝôñïõ). ÐñáêôéêÞ ìåôñéêÞ ìïíÜäá üãêïõ åßíáé ôï ëßôñï. Ìéêñüôåñïé üãêïé ìåôñïýíôáé ìå ôï ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ**, (1/1000 ôïõ ëßôñïõ). Ðõêíüôçôá ìéáò ïõóßáò åßíáé ç *

Ó.ô.Ì. ~Ç ÷éëéïóôü ôïõ ìÝôñïõ.

** Ó.ô.Ì. ~Ç êõâéêü åêáôïóôü (cm3).

ìÜæá ôçò ðïõ áíôéóôïé÷åß óå ïñéóìÝíç ìïíÜäá üãêïõ. Ìéá ÷ñÞóéìç ìïíÜäá ðïõ åêöñÜæåé ôçí ðõêíüôçôá åíüò õãñïý Þ åíüò óôåñåïý åßíáé ãñáììÜñéá áíÜ ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéåò åßíáé ïé èåìåëéþäåéò ìïíÜäåò ìåôñÞóåùò ôçò ìÜæáò, ôïõ ìÞêïõò êáé ôïõ üãêïõ óôï Ðñáêôéêü Ìåôñéêü Óýóôçìá; 2. Té óçìáßíïõí ôá ðñïèÝìáôá “÷éëéï”, “åêáôï” êáé “÷éëéïóôï”; Må ôç âïÞèåéá ìïíÜäùí ðïõ ìÜèáôå óå áõôü ôé êåöÜëáéï, äåßîôå ðþò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé. 3. Ðþò ìðïñåßôå íá âñåßôå ôçí ðõêíüôçôá åíüò ìéêñïý êïììáôéïý ìéáò óôåñåÜò ïõóßáò (áêáíïíßóôïõ ó÷Þìáôïò);

78

Äåí õðÜñ÷ïõí áðüëõôá áêñéâåßò ìåôñÞóåéò 4.5 Ç áâåâáéüôçôá óôç ìÝôñçóç. ~Ïðùò ìÜèáôå, ïé åðéóôÞìïíåò áöéåñþíïõí Ýíá ìåãÜëï ìÝñïò ôïõ ÷ñüíïõ ôïõò óôçí åêôÝëåóç ìåôñÞóåùí. ~Ïôáí êÜíïõí üìùò ìåôñÞóåéò Þ õðïëïãßæïõí ôá áðïôåëÝóìáôá êáé ôá ãíùóôïðïéïýí óôïí åðéóôçìïíéêü êüóìï, áíôéìåôùðßæïõí ìåñéêÜ ðñïâëÞìáôá. ~Eíá áðü áõôÜ åßíáé ç áâåâáéüôçôá Þ áëëéþò ôï ðéèáíü óöÜëìá*, ðïõ èá ãßíåé óå üëåò ôéò ìåôñÞóåéò. Ç áâåâáéüôçôá Ý÷åé äýï ðéèáíÝò áéôßåò: (1) Ïé ðåñéïñéóìïß ðïõ èÝôïõí ôá äéÜöïñá üñãáíá êáé óõóêåõÝò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôéò ìåôñÞóåéò êáé (2) ç áêñßâåéá êáé ç ðåßñá ðïõ äéáèÝôåé ï ßäéïò ï ðáñáôçñçôÞò. ÁíÜëïãá ðñïâëÞìáôá åìöáíßæïíôáé êáé üôáí ïé åðéóôÞìïíåò áó÷ïëïýíôáé ìå ó÷åôéêÜ ìåãÜëïõò Þ ìéêñïýò áñéèìïýò. Ïé áñéèìïß áõôïß ðñÝðåé íá åßíáé åý÷ñçóôïé êáé ôáõôü÷ñïíá íá åêöñÜæïõí ìüíï ôï âáèìü áêñéâåßáò ðïõ åîáóöáëßæåôáé áðü ôï üñãáíï Þ ôç óõóêåõÞ, áëëÜ êáé áðü ôéò óõíèÞêåò ôïõ ðåéñÜìáôïò. Áí óõãêåíôñþóåôå ôçí ðñïóï÷Þ óáò óå ëßãá âáóéêÜ óçìåßá, èá êáôáëÜâåôå áõôÜ ôá ðñïâëÞìáôá êáé èá ìðïñÝóåôå íá óõíå÷ßóåôå áðåñßóðáóôïé ôçí åñãáóßá óáò óôç ÷çìåßá. Áò ðñïóÝîïìå ôá ðéï êÜôù äåäïìÝíá ó÷åôéêÜ ìå ôçí ôÞîç ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ, ðïõ ìåëåôÞóáôå óå ðñïçãïýìåíï êåöÜëáéï (ðáñÜãñáöï 1.5). 1. Ôï óçìåßï ôÞîåùò åßíáé 53°C 2. Ôï óçìåßï ôÞîåùò åßíáé 53,2°C 3. Ôï óçìåßï ôÞîåùò åßíáé 53,203°C ~Éóùò íá íïìßæåôå üôé ç ôñßôç ìÝôñçóç äßíåé ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò áðü ôç äåýôåñç êáé ç äåýôåñç ðåñéóóüôåñåò áðü ôçí ðñþôç. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, óýìöùíá ìå ôï ðåßñáìá ðïõ åêôåëÝóáôå, ç äåýôåñç åßíáé áõôÞ ðïõ äßíåé ôéò ðåñéóóüôåñåò ðëçñïöïñßåò. ÊÜèå åðéóôçìïíéêü äåäïìÝíï éóïäõíáìåß ìå ãíþóç êÜðïéïõ ãåãïíüôïò Þ áíôéêåéìÝíïõ. Êáé âÝâáéá ôá äåäïìÝíá èåùñïýíôáé åðéðüëáéá áí ðåñéãñÜöïõí ëéãüôåñá áðü üóá åßíáé ãíùóôÜ, åíþ áíôßèåôá åßíáé ðáñáðëáíçôéêÜ, áí åêöñÜæïõí ðåñéóóüôåñá áðü ôá ãíùóôÜ. Ç ðåñéóóüôåñï áêñéâÞò äéáôýðùóç ôùí äåäïìÝíùí åßíáé áõôÞ ðïõ ðåñéãñÜöåé áêñéâþò üóá åßíáé ãíùóôÜ êáé ôßðïôá ðáñáðÜíù. ~Åíáò åðéóôÞìïíáò ïöåßëåé íá

áðïöáóßæåé áí èá êáôá÷ùñÞóåé ùò óçìåßï ôÞîåùò ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ ôïõò 53°C, ôïõò 53,2°C Þ ôïõò 53,203°C åêôéìþíôáò ðïéá ôéìÞ áíôáðïêñßíåôáé ìå ìåãáëýôåñç áêñßâåéá óôéò ìåôñÞóåéò. Èõìçèåßôå ðþò ìåôñÞóáôå ôï óçìåßï ôÞîåùò ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ (Ýíá üìïéï èåñìüìåôñï öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 4-5, ãéá íá âïçèÞóåé ôç ìíÞìç óáò). Ç ìÝôñçóç ôçò èåñìïêñáóßáò ðïõ êÜíáôå óáò åðéôñÝðåé íá ðåßôå üôé ôï óçìåßï ôÞîåùò åßíáé 53°C êáé ü÷é 54°C. Ðéèáíüí íáé. Äåí åßíáé äýóêïëç ç áíÜãíùóç åíüò èåñìïìÝôñïõ ìå áõôüí ôï âáèìü áêñéâåßáò. Åßíáé äõíáôüí íá äéáâÜóåôå ôï èåñìüìåôñï Ýôóé, þóôå íá äéáêñßíåôå ôïõò 53°C ìå ôïõò 53,2°C; Áõôü âÝâáéá åßíáé ðéï äýóêïëï. ÅîáñôÜôáé áðü ôï èåñìüìåôñï áëëÜ êáé áðü ôçí ðåßñá ðïõ Ý÷åôå óôï íá ôï ÷ñçóéìïðïéåßôáé. ÅîáñôÜôáé áêüìá áðü ôï áí ç èåñìïêñáóßá ôïõ óôåñåïý êáôÜ ôçí ôÞîç åßíáé üìïéá áðü ôçí áñ÷Þ ùò ôï ôÝëïò ôçò ôÞîåùò. ÔÝëïò, Ýíáò ìåãåèõíôéêüò öáêüò åðéôñÝðåé ìåãáëýôåñç áêñßâåéá óôçí áíÜãíùóç ôçò êëßìáêáò êáèþò åðßóçò êáé ç âñáäýôåñç èÝñìáíóç âåëôéþíåé Þ äéåõêïëýíåé ôçí ïìïéïìïñößá ôçò èåñìïêñáóßáò óå üëç ôç ìÜæá ôïõ äåßãìáôïò**. Áí åöáñìüóåôå áõôüí ôïí åîáéñåôéêÜ ðñïóåêôéêü ôñüðï åñãáóßáò, èá äéáðéóôþóåôå üôé ôï óçìåßï ôÞîåùò ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ åßíáé 53,2°C êáé ü÷é 53°C. Áò õðïèÝóïìå ôþñá üôé ç Ýíäåéîç âñßóêåôáé áíÜìåóá óôïõò 53,200°C êáé óôïõò 53,203°C. Ìå ôá üñãáíá ðïõ äéáèÝôåôå, äåí åßíáé äõíáôüí íá ôï ðñïóäéïñßóåôå ìå âåâáéüôçôá. Ìéá ðñïóåêôéêÞ

Ó×ÇÌÁ 4-5. ~Åíá óõíçèéóìÝíï åñãáóôçñéáêü èåñìüìåôñï. Ðïéá èåñìïêñáóßá äéáâÜæåôå;

ìÝôñçóç üìùò åßíáé äõíáôüí íá åðéâåâáéþóåé üôé ôï óçìåßï ôÞîåùò åßíáé 53,2°C. Ãé’ áõôü, ç äåýôåñç

* Ó.ô.Ì. Óôá åðüìåíá üðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ï üñïò áâåâáéüôçôá èá åííïåßôáé ôï ðéèáíü óöÜëìá. ** Ó.ô.Ì. Áí ôï äåßãìá èåñìáßíåôáé óéãÜ óéãÜ, åðéôõã÷Üíåôáé êáëýôåñç ïìïéïìïñößá ôçò èåñìïêñáóßáò êáé ôï áðïôÝëåóìá åßíáé áêñéâÝóôåñï.

79

ôéìÞ åßíáé áõôÞ ðïõ áíôáðïêñßíåôáé áêñéâþò óôç äõíáôüôçôá ðïõ ðáñÝ÷ïõí ôá üñãáíá ìåôñÞóåùò (ó.ô. = 53,2°C). Áíôßèåôá ç ðñþôç ôéìÞ (ó.ô. = 53°C) äåí ëÝåé ïëüêëçñç ôçí áëÞèåéá, åðåéäÞ äßíåé äýï ìüíï øçößá, áí êáé ìåôñÞèçêáí ôñßá, åíþ ç ôñßôç ôéìÞ (ó.ô. = 53,203°C) ëÝåé ðïëý ðåñéóóüôåñá áðü üóá åßíáé ãíùóôÜ, ìéáò êáé ôá äýï ôåëåõôáßá øçößá ôçò äåí ìðïñïýí íá ðñïóäéïñéóèïýí.~Åôóé ëïéðüí ç ðéï áêñéâÞò ôéìÞ* åßíáé áõôÞ ðïõ ðåñéÝ÷åé ôñßá øçößá. Ï áñéèìüò 53,2°C ëÝãåôáé üôé Ý÷åé ôñßá “óçìáíôéêÜ” øçößá.

4.6 Áâåâáéüôçôá óå ðáñÜãùãï ìÝãåèïò: Ðñüóèåóç êáé áöáßñåóç. Óõ÷íÜ ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí åðéóôçìïíéêþí ðáñáôçñÞóåùí áëëçëïóõíäÝïíôáé. Ãéá ðáñÜäåéãìá óôï åðüìåíï ðåßñáìÜ óáò èá ðñïóäéïñßóåôå ôç ìåôáâïëÞ ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ íåñïý ôçí þñá ðïõ êáßãåôáé Ýíá êåñß (Þ ôçí þñá ðïõ ôï êåñß óôåñåïðïéåßôáé). Ç ìåôáâïëÞ óôç èåñìïêñáóßá ðïõ óõìâïëßæåôáé ìå Ät** åßíáé áðïôÝëåóìá äýï ìåôñÞóåùí êáé ü÷é ìüíï ìßáò. ~Åôóé ëïéðüí ç ìåôáâïëÞ áõôÞ üðùò êáé ç ðõêíüôçôá åßíáé ðïóüôçôåò ðïõ ðñïêýðôïõí ýóôåñá áðü ìáèçìáôéêïýò õðïëïãéóìïýò. Äåí ðñïÝñ÷ïíôáé äçëáäÞ áðü Üìåóç ìÝôñçóç, áëëÜ áðü êÜðïéïõò ìáèçìáôéêïýò óõíäõáóìïýò ôùí áðåõèåßáò ìåôñÞóåùí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò èåùñÞóïìå ôá áêüëïõèá áðïôåëÝóìáôá ðïõ óõãêÝíôñùóå Ýíáò ìáèçôÞò. Ôá áðïôåëÝóìáôá áõôÜ äåß÷íïõí ôç ìåôáâïëÞ ôçò èåñìïêñáóßáò ìéáò ðïóüôçôáò íåñïý ðïõ èåñìÜíèçêå ìå Ýíá êåñß. Èåñìïêñáóßá ìåôÜ ôç èÝñìáíóç Èåñìïêñáóßá ðñéí ôç èÝñìáíóç ÄéáöïñÜ (ìåôáâïëÞ èåñìïêñáóßáò), Ät

38,5°C 9,3°C 29,2°C

Aí áêïëïõèÞóåôå óùóôÞ åðéóôçìïíéêÞ ðñáêôéêÞ, ðñÝðåé íá åêöñÜóåôå ôç ìåôáâïëÞ ôçò èåñìïêñáóßáò ìå Ýíáí áñéèìü ðïõ ðåñéãñÜöåé áêñéâþò üóá åßíáé ãíùóôÜ êáé ôßðïôá ðåñéóóüôåñï Þ ëéãüôåñï. Ãéá íá ãßíåé êÜôé ôÝôïéï, áò åîåôÜóïìå ðþò ïé áâåâáéüôçôåò óôéò äýï åíäåßîåéò ôçò èåñìïêñáóßáò, ïñéïèåôïýí êáé ôçí áâåâáéüôçôá óôç äéáöïñÜ, Ät. Áò õðïèÝóïìå üôé ç “èåñìïêñáóßá ìåôÜ ôç èÝñìáíóç” ìåôñåßôáé áðü Ýíá äåýôåñï ìáèçôÞ, ï ïðïßïò êáé äéáâÜæåé 38,3°C, åíþ Ýíáò ôñßôïò * Ó.ô.Ì. Ìå ôá üñãáíá êáé ôç ìÝèïäï ìåôñÞóåùò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáìå. ** Ó.ô.Ì. Ôï óýìâïëï Ä åêöñÜæåé äéáöïñÜ áíÜìåóá óå äýï êáôáóôÜóåéò.

ìáèçôÞò äéáâÜæåé 38,7°C. Eßíáé öõóéêü äéÜöïñïé ìáèçôÝò ðïõ åêôåëïýí ôçí ßäéá ìÝôñçóç íá äßíïõí áðïôåëÝóìáôá ðïõ äéáöÝñïõí ìåñéêÜ äÝêáôá ôïõ âáèìïý. Óýìöùíá ìå ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ìáèçôþí ëïéðüí, ç èåñìïêñáóßá ôçí ïðïßá êáôÝãñáøáí ùò 38,5°C èá ìðïñïýóå íá åßíáé êáé ëßãï õøçëüôåñç, üðùò 38,7°C (0,2°C õøçëüôåñç) Þ êáé ëßãï ÷áìçëüôåñç, üðùò 38,3°C (0,2°C ÷áìçëüôåñç). Áõôü åêöñÜæåôáé êáé ùò åîÞò: Èåñìïêñáóßá ìåôÜ ôç èÝñìáíóç = 38,5 ± 0,2°C (Ôï óýìâïëï ± äéáâÜæåôáé “óõí Þ ðëçí”). Áò õðïèÝóïìå üôé ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ôñéþí ìáèçôþí áíôéðñïóùðåýïõí áêñéâþò ôï óöÜëìá ðïõ åìöáíßæåôáé óõíÞèùò óå áõôïý ôïõ åßäïõò ôéò ìåôñÞóåéò. ~Åôóé, ôï ßäéï óöÜëìá èá õðÜñ÷åé êáé óôç ìÝôñçóç ôçò áñ÷éêÞò èåñìïêñáóßáò, ãé’ áõôü ïäçãïýìåèá óôïõò áêüëïõèïõò õðïëïãéóìïýò: Èåñìïêñáóßá ìåôÜ ôç èÝñìáíóç 38,5 ± 0,2°C Èåñìïêñáóßá ðñéí ôç èÝñìáíóç 9,3 ± 0,2°C ÄéáöïñÜ (ìåôáâïëÞ èåñìïêñáóßáò), Ät 29,2 ± ;,; °C Ãéá íá áðïöáóßóïìå ðïéï åßíáé ôï óöÜëìá ôïõ ðñÝðåé, íá áðïäïèåß óôï 29,2 áò êáèïñßóïìå ðñïçãïõìÝíùò ðïéïò åßíáé ï óõíäõáóìüò åêåßíïò ôçò èåñìïêñáóßáò ðïõ äßíåé ôç ìåãáëýôåñç ôéìÞ óôï Ät. H ìéêñüôåñç ôéìÞ ôçò áñ÷éêÞò èåñìïêñáóßáò èá ìðïñïýóå íá åßíáé 9,1°C, åíþ ç ìåãáëýôåñç ôéìÞ ôçò ôåëéêÞò èåñìïêñáóßáò èá ìðïñïýóå íá åßíáé 38,7°C. ~Åôóé ç äéáöïñÜ èá Þôáí 29,6°C. Ï óõíäõáóìüò áõôüò äçìéïõñãåß óôç äéáöïñÜ Ýíá óöÜëìá ßóï ìå ôï Üèñïéóìá ôùí óöáëìÜôùí ôïõ êáèåíüò ìÝñïõò, 0,2 + 0,2 = 0,4. Ðïéá åßíáé ç ìéêñüôåñç äõíáôÞ ôéìÞ ðïõ ìðïñåßôå íá ðÜñåôå áðü ôá óôïé÷åßá ðïõ óáò Ý÷ïõí äïèåß ãéá ôï Ät ; Áí áðáíôÞóåôå 28,8°C, ôüôå áðáíôÜôå óùóôÜ. Ôï óöÜëìá óôï áðïôÝëåóìá åßíáé ðÜëé 0,4°C. ~Åôóé 0,4°C åßíáé ôï ìåãáëýôåñï óöÜëìá ðïõ ìðïñåß íá äçìéïõñãçèåß áðü ôçí áöáßñåóç ôùí äýï èåñìïêñáóéþí. Ç ôéìÞ ôïõ Ät ðñÝðåé íá âñßóêåôáé êÜðïõ áíÜìåóá óôá üñéá 28,8°C êáé 29,6°C. Ç äéáöïñÜ èåñìïêñáóßáò ðïõ áêïëïõèåß åêöñÜæåôáé Ýôóé, þóôå íá ðåñéÝ÷åé êáé ôá üñéá ôïõ ìåãßóôïõ óöÜëìáôïò. Ät = 29,2 ± 0,4°C Ôï ðñïçãïýìåíï ðáñÜäåéãìá äåß÷íåé üôé ôï

80

óöÜëìá óå ìéá ðïóüôçôá ðïõ ðñïêýðôåé ìå ìáèçìáôéêïýò õðïëïãéóìïýò êáèïñßæåôáé áðü ôá óöÜëìáôá ôùí ìåôñÞóåùí ðïõ åßíáé ðéèáíüí íá Ýãéíáí ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôçò. Êáô’ áíáëïãßá êáé ãéá êÜèå ðñüóèåóç Þ áöáßñåóç, ôï ìÝãåèïò ôïõ óöÜëìáôïò ôïõ áðïôåëÝóìáôïò éóïýôáé ìå ôï óõíïëéêü ìÝãåèïò ôùí óöáëìÜôùí ôùí áñéèìþí ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí. Ç åîßóùóç ðïõ áêïëïõèåß åêöñÜæåé ôçí åöáñìïãÞ áõôïý ôïõ íüìïõ óôçí ðåñßðôùóç ôïõ äéêïý ìáò ðáñáäåßãìáôïò: (± 0,2) + (± 0,2) = ± 0,4 Áò äïêéìÜóïìå íá ëýóïìå Ýíá Üëëï ó÷åôéêü ðñüâëçìá, ìå ôïí ßäéï êáíüíá. Ç ìÜæá åíüò äåßãìáôïò íåñïý ðñïóäéïñßæåôáé ìå áöáßñåóç ôçò ìÜæáò ôïõ Üäåéïõ äï÷åßïõ áðü ôç ìÜæá ôïõ äï÷åßïõ üôáí ðåñéÝ÷åé íåñü. (ìÜæá íåñïý) = = (ìÜæá äï÷åßïõ + íåñü) - (ìÜæá Üäåéïõ äï÷åßïõ)

Áò õðïèÝóïìå üôé ç ìÜæá ôïõ äï÷åßïõ åßíáé 61 ± 1 ãñáììÜñéá êáé ç ìÜæá ôïõ äï÷åßïõ ìáæß ìå ôï íåñü åßíáé 406 ± 1 ãñáììÜñéá. Íá äåé÷èåß üôé áí õðïëïãéóèåß ôï ìÝãéóôï êáé ôï åëÜ÷éóôï ôùí ôéìþí, ôüôå ôï óùóôü áðïôÝëåóìá åßíáé áõôü ðïõ ðñïâëÝðåôáé áðü ôïí êáíüíá ôçò ðñïóèÝóåùò êáé ôçò áöáéñÝóåùò, äçëáäÞ 345±2 ãñáììÜñéá.

4.7 Áâåâáéüôçôá óå ðáñÜãùãá (Þ äåõôåñïãåíÞ) ìåãÝèç: Ðïëëáðëáóéáóìüò êáé äéáßñåóç. ~Ïôáí, ãéá íá âñïýìå ìéá ðïóüôçôá ðïõ ðñïêýðôåé ýóôåñá áðü ìáèçìáôéêïýò õðïëïãéóìïýò*, ðñÝðåé íá ðïëëáðëáóéÜóïìå Þ íá äéáéñÝóïìå áñéèìïýò, åðéâÜëëåôáé ðÜëé íá ëÜâïìå õðüøç ìáò ôá äéÜöïñá óöÜëìáôá, þóôå íá õðïëïãßóïìå ôï óöÜëìá ôïõ ôåëéêïý áðïôåëÝóìáôïò. ÄçëáäÞ, ðñÝðåé íá õðoëïãéóèïýí ðÜëé ç ìÝãéóôç êáé ç åëÜ÷éóôç ôùí ôéìþí. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç üìùò ôï óýíïëï ôùí óöáëìÜôùí ôùí äéáöüñùí ìåôñÞóåùí äåí ìáò ïñßæåé êáé ôï ôåëéêü óöÜëìá, üðùò óõíÝâáéíå ìå ôçí ðñüóèåóç êáé ôçí áöáßñåóç. Ç äéåñåýíçóç ðïõ áêïëïõèåß ó÷åôéêÜ ìå ôïí õðïëïãéóìü ôïõ óöÜëìáôïò óå Ýíá áðïôÝëåóìá ðïõ ëáìâÜíåôáé ìå ðïëëáóéáóìü, êáèéóôÜ öáíåñÞ áõôÞí ôç äéáöïñÜ. Áò õðïèÝóïìå üôé èÝëïìå íá õðïëïãßóïìå ôï åìâáäüí ìéáò Ýäñáò åíüò ðáñáëëçëåðéðÝäïõ. Ôá *

Ó.ô.Ì. ÂëÝðå ðáñÜãñáöï 4.3.

ìÞêç ôùí ðëåõñþí ôçò, ðïõ ìðïñïýìå íá ìåôñÞóïìå ìå áêñßâåéá ± 0,1 cm âñÝèçêáí üôé åßíáé 12,1 cm êáé 9,9 cm. Ôï åìâáäüí áõôÞò ôçò åðéöÜíåéáò åßíáé: 12,1 cm x 9,9 cm = 119,79 cm 2 Ôï áðïôÝëåóìá áõôü ìïéÜæåé íá åßíáé ðïëý áêñéâÝò. ~Ïìùò ðüóï áêñéâÝò åßíáé; Ðüóá áðü ôá ðÝíôå øçößá èá åßíáé óçìáíôéêÜ; ÄçëáäÞ ðüóá áðü áõôÜ ìðïñïýìå ðñáãìáôéêÜ íá ôá åìðéóôåõèïýìå; ÅðåéäÞ êÜèå ìÝôñçóç åßíáé áêñéâÞò êáôÜ ± 0,1 cm, ôá ìÞêç áõôÜ èá ìðïñïýóáí íá åßíáé ôï ðïëý 12,2 cm êáé 10,0 cm Þ ôï ëéãüôåñï 12,0 êáé 9,8 cm. Ãéá Üëëç ìéá öïñÜ èá ðñÝðåé íá èåùñÞóïìå ôç ÷åéñüôåñç ðåñßðôùóç ôïõ óõíäõáóìïý ôùí áâåâáéïôÞôùí óôéò ðïóüôçôåò ðïõ ìåôñÞèçêáí. ~Åôóé èá âñïýìå üôé ç åðéöÜíåéá èá ìðïñïýóå Þ íá åßíáé ôï ðïëý 12,2 cm x 10,0 cm = 122, 00 cm2 Þ íá åßíáé ôï ëéãüôåñï 12,0 cm x 9,8 cm = 117,60 cm2 Oé äýï áõôÝò áðáíôÞóåéò äéáöÝñïõí êáôÜ 4,40 cm2. ~Eôóé ôï åìâáäüí ôçò åðéöÜíåéáò èá åßíáé 119,79 ± 2,20 cm2. Ïé ÷çìéêïß èá èåùñïýóáí ëÜèïò ôç äéáôýðùóç üôé ôï åìâáäüí åßíáé 119,79, ãéáôß áõôü èá óÞìáéíå üôé ç áðÜíôçóç äßíåé áêñßâåéá ìÝ÷ñé åêáôïóôü ôïõ ôåôñáãùíéêïý åêáôïóôïý, åíþ ìüëéò ðñïçãïõìÝíùò åßäáôå üôé ç áðÜíôçóç óôçí ðñáãìáôéêüôçôá äßíåé ìéá áêñßâåéá ìåñéêþí ôåôñáãùíéêþí åêáôïóôþí, êáé óõãêåêñéìÝíá ±2,20 cm 2. Áí êáé áõôü õðïäçëþíåé üôé õðÜñ÷åé áâåâáéüôçôá óå ôñßá øçößá, ç ìÝãéóôç óõíåéóöïñÜ óôçí áâåâáéüôçôá ïöåßëåôáé óôï ðñþôï øçößï ðïõ âñßóêåôáé óôï áñéóôåñü ìÝñïò ôçò õðïäéáóôïëÞò. Ãéá íá ãßíïìå óáöÝóôåñïé, áí áìöéâÜëëïìå ãéá Ýíá ïëüêëçñï cm2, äåí õðÜñ÷åé ëüãïò íá áíçóõ÷ïýìå ãéá ôá äÝêáôá ôïõ cm2. ~Åôóé ëïéðüí ïé ÷çìéêïß èá óôñïããýëåõáí ôï áðïôÝëåóìá äßíïíôáò ìüíï ôïõò áêÝñáéïõò áñéèìïýò. Ç áðÜíôçóç èá Þôáí 120 ± 2 cm2 äßíïíôáò ìüíï Ýíá áâÝâáéï øçößï êáé ðáñáëåßðïíôáò ôá Üëëá áâÝâáéá øçößá, åðåéäÞ óõãêñéôéêÜ åßíáé áñêåôÜ ìéêñÜ. Áí èÝëïìå íá óõãêñßíïìå ôï óöÜëìá óôç äéáßñåóç ìå áõôü óôïí ðïëëáðëáóéáóìü, áò ðñïóÝîïìå ôï áêüëïõèï ðáñÜäåéãìá. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò ìÝãéóôçò êáé ôçò åëÜ÷éóôçò ôùí ôéìþí, êáôáëÞãïìå óå Ýíáí õðïëïãéóìü ôïõ óöÜëìáôïò

81

ôçò ðõêíüôçôáò åíüò èñáýóìáôïò óéäçñïý÷ïõ ìåôåùñßôç ðïõ âñÝèçêå óôéò ÇÐÁ.

ÐáñÜäåéãìá. m = 950,3 ± 0,2 g^ V = 120 ± 1 ml d = m/V d = 950,3 g/120 ml = 7,919 g/ml dmax = 950,5 g/119 ml = 7,987 g/ml dmin = 950,1 g/121 ml = 7,852 g/ml dmax - dmin = 0,068 g/ml 2 d = 7,919 ± 0,068 g/ml

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

Ï êáèïñéóìüò ôïõ óöÜëìáôïò óôçí ôåëåõôáßá óåéñÜ äåß÷íåé üôé ôç ìåãáëýôåñç óçìáóßá ãéá ôïí êáèïñéóìü ôçò áâåâáéüôçôáò Ý÷åé ôï äåýôåñï øçößï ðïõ âñßóêåôáé äåîéÜ áðü ôçí õðïäéáóôïëÞ. ÅðåéäÞ üëá ôá Üëëá øçößá ðïõ âñßóêïíôáé äåîéüôåñá áðü áõôü åßíáé óõãêñéôéêÜ áìåëçôÝá, ôá áãíïïýìå. ~Åôóé, Ýíáò ÷çìéêüò èá Ýãñáöå ôï áðïôÝëåóìá óôñïããõëåýïíôáò ôïí áñéèìü ùò åîÞò: d= 7,92 ± 0,07 g/ml Ç áðÜíôçóç óôñïããõëåýèçêå óôï 7,92, ãéáôß ôï 7,919 åßíáé ðéï êïíôÜ óôï 7,92 áðü ü,ôé óôï 7,91.

4.8 ÌÝôñçóç ôùí ìåôáâïëþí ôçò èåñìüôçôáò êáôÜ ôçí êáýóç êáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá áëëáãÞò öÜóåùò. Oé ìåôñÞóåéò ôçò èåñìïêñáóßáò, üðùò êáé áõôÝò ðïõ äéåñåõíÞèçêáí óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áíáöÝñèçêå êáôÜ ôçí ðåñéãñáöÞ ôïõ ðñïóäéïñéóìïý ôçò áâåâáéüôçôáò óôçí ðñüóèåóç êáé ôçí áöáßñåóç (ðáñÜãñ. 4.6), óáò Ýäùóáí ôçí åõêáéñßá íá õðïëïãßóåôå ôçí ðïóüôçôá ôçò èåñìüôçôáò ðïõ åëåõèåñþíåôáé, üôáí êáßãåôáé Ýíá êåñß ãíùóôÞò ìÜæáò. Ç èåñìüôçôá, ùò ìéá ìïñöÞ åíÝñãåéáò, ìåôñåßôáé óå Joules Þ èåñìßäåò. ~Åíáò óõíçèéóìÝíïò ôñüðïò ãéá íá ìåôñÞóïìå ôç èåñìüôçôá åßíáé íá ôç äéï÷åôåýóïìå óå ìéá ãíùóôÞ ðïóüôçôá íåñïý êáé íá ìåôñÞóïìå ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ. ~Å÷åé âñåèåß ìå áêñéâåßò ìåôñÞóåéò üôé ãéá íåñü, ôïõ ïðïßïõ ç èåñìïêñáóßá åßíáé áíÜìåóá óôïõò 8°C êáé ôïõò 80°C, ç èåñìïêñáóßá ôïõ èá áõîÜíåé êáôÜ 1,00°C, üôáí 1,00 ãñáììÜñéï íåñïý áðïññïöÜ 4,18 Joules Þ èåñìüôçôá ìéáò (1) èåñìßäáò. Áíôßóôñïöá åëåõèåñþíåôáé èåñìüôçôá ìéáò (1) èåñìßäáò, üôáí 1,00 ãñáììÜñéï íåñïý øý÷åôáé êáôÜ 1,00°C. Ç åéäéêÞ èåñìüôçôá ôïõ íåñïý êõìáßíåôáé ãýñù áðü ôï 1,00 cal/g °C, êáé áõôü åîáñôÜôáé áðü ôç èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý. Ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôçí ðñáãìáôéêÞ ôéìÞ êáé ôï 1,00 åßíáé åëÜ÷éóôç ãéá ôçí ðåñéï÷Þ èåñìïêñáóéþí ðïõ ìåëåôïýìå. Ôï óöÜëìá ðïõ åéóÜãåôáé óôïõò õðïëïãéóìïýò, üôáí èåùñïýìå ôçí åéäéêÞ èåñìüôçôá 1,00 cal/g°C, óõãêñéôéêÜ ìå ôá óöÜëìáôá óôç ìÝôñçóç Üëëùí ðïóïôÞôùí åßíáé ìéêñü. Ãé’ áõôü èá ðñÝðåé íá áãíïÞóåôå óôïõò õðïëïãéóìïýò óáò ïðïéïäÞðïôå óöÜëìá ðñïÝñ÷åôáé áðü ôéò äéáöïñÝò ôçò åéäéêÞò èåñìüôçôáò ôïõ íåñïý. ~Ïðùò ïñßóèçêå óå ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï, ç åðßóçìç äéåèíÞò ìïíÜäá åíÝñãåéáò Þ èåñìüôçôáò åßíáé ôï Joule. Ðáñ’ üëá áõôÜ ç èåñìßäá áðïôåëåß ìéá ðïëý ðéï åý÷ñçóôç ìïíÜäá ãéá ôïõò ðñü÷åéñïõò õðïëïãéóìïýò ãéáôß Ý÷åé ðéï áðëÞ ó÷Ýóç ìå ôéò éäéüôçôåò ôïõ íåñïý. Ãéá íá õðïëïãßóåôå ôï ðïóü ôçò èåñìüôçôáò, q, ðïõ Ý÷åé áðïññïöçèåß áðü m ãñáììÜñéá íåñïý, üôáí ç èåñìïêñáóßá ôïõ áõîÞèçêå êáôÜ Ät°C, áñêåß íá êÜíåôå ôïí ðïëëáðëáóéáìü: m x Ät. Ç áðÜíôçóç âãáßíåé áìÝóùò óå èåñìßäåò (cal), üðùò äåß÷íïõí êáé ïé áêüëïõèïé õðïëïãéóìïß: ìÜæá (g) x ìåôáâïëÞ èåñìïêñáóßáò (°C) x åéäéêÞ èåñìüôçôá (cal/g°C) = èåñìüôçôá (cal).

82

James Prescott Joule (1818 - 1889)

¼ôáí ï James Joule Þôáí äåêáåðôÜ åôþí åß÷å ôçí ôý÷ç íá Ý÷åé ãéá äÜóêáëï ôïí John Dalton, áõôüí ðïõ äéáôýðùóå ôçí ÁôïìéêÞ Èåùñßá ôçò ~Õëçò. ÌÝóá óå ðÝíôå ÷ñüíéá ï Joule, åß÷å îåêéíÞóåé ìéá óåéñÜ ìåëåôþí, ôéò ïðïßåò óõíÝ÷éóå ãéá ìéóü ðåñßðïõ áéþíá. ~Å÷ïíôáò äéáâÜóåé ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï ï êüìçò Rumford (B. Thomson) åß÷å åðéâåâáéþóåé ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôç ìç÷áíéêÞ åíÝñãåéá êáé ôç èåñìüôçôá, ôï 1798, áðïöÜóéóå íá ðñïóäéïñßóåé áí ôï ðïóü ôçò èåñìüôçôáò ðïõ ðáñÜãåôáé áðü ïñéóìÝíç ðïóüôçôá Ýñãïõ åßíáé ðÜíôá ôï ßäéï áíåîÜñôçôá áðü ôç ìÝèïäï ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôçí ðáñáãùãÞ ôçò èåñìüôçôáò. Óôá ðñþôá ôïõ ðåéñÜìáôá ìÝôñçóå ôçí ðïóüôçôá ôçò ìç÷áíéêÞò åíÝñãåéáò ðïõ áðáéôåßôáé, ãéá íá ëåéôïõñãÞóåé ìéá çëåêôñéêÞ ãåííÞôñéá. Óôç óõíÝ÷åéá ðñïóäéüñéóå ôçí ðïóüôçôá ôçò èåñìüôçôáò ðïõ ðáñÜãåôáé áðü ôïí çëåêôñéóìü, üôáí ðåñÜóåé ìÝóá áðü Ýíá óýñìá. Êáôüðéí Üíôëçóå íåñü ìÝóá áðü ëåðôïýò óùëÞíåò êáé óýãêñéíå ôç èåñìüôçôá ðïõ äçìéïõñãÞèçêå áðü ôçí ôñéâÞ ôïõ íåñïý óôïõò óùëÞíåò, ìå ôçí ðïóüôçôá ôïõ Ýñãïõ ðïõ ÷ñåéÜóèçêå, ãéá íá ëåéôïõñãÞóåé ç áíôëßá. Óå åðüìåíá ðåéñÜìáôá, ìÝôñçóå ôç èåñìüôçôá ðïõ ðáñÜãåôáé óõìðéÝæïíôáò Ýíá áÝñéï, áíáäåýïíôáò *

Ó.ô.Ì. ÌïíÜäåò Ýñãïõ Joule.

äéÜöïñá õãñÜ óå ìïíùìÝíá äï÷åßá êáé ôñßâïíôáò äýï ìåôáëëéêïýò äßóêïõò ìåôáîý ôïõò ìÝóá óå íåñü. ÌåëÝôçóå áêüìç ôï ðåßñáìá ôïõ ÑÜìöïñíô, ï ïðïßïò ìå Ýíá êïöôåñü åñãáëåßï ÷Üñáîå Ýíá ìåôáëëéêü êýëéíäñï êáé õðïëüãéóå ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôç ìç÷áíéêÞ åíÝñãåéá ðïõ êáôáíáëþèçêå áðü ôá Üëïãá ðïõ Ýóåñíáí ôïí ôñï÷ü ôïõ ÑÜìöïñíô êáé ôç èåñìüôçôá ðïõ ðáñÞ÷èç êáôÜ ôç ÷Üñáîç ôïõ êõëßíäñïõ. Áõôüò Þôáí Ýíáò õðïëïãéóìüò ðïõ ï ÑÜìöïñíô ðïôÝ äåí åðé÷åßñçóå íá ðñáãìáôïðïéÞóåé. ÌåôÜ áðü ïêôþ ÷ñüíéá ìåëÝôçò êáé åñåõíþí, óõãêÝíôñùóå üëá ôá áðïôåëÝóìáôÜ ôïõ êáé áíáêïßíùóå ìéá ôéìÞ ãéá áõôü ðïõ óÞìåñá ÷áñáêôçñßæåôáé ùò “ìç÷áíéêü éóïäýíáìï ôçò èåñìüôçôáò”. Áí, ãéá íá åêöñÜóïìå ôï áðïôÝëåóìá ðïõ âñÞêå, ÷ñçóéìïðïéÞóïìå óýã÷ñïíåò ìïíÜäåò (ðïõ Ý÷ïõí ôï üíïìá áõôïý ôïõ Ýîï÷ïõ åðéóôÞìïíá)*, ôï áðïôÝëåóìá ôùí 4,150 Joules ìç÷áíéêÞò åíÝñãåéáò ãéá êÜèå èåñìßäá, ðïõ åß÷å âñåé, äåí áðÝ÷åé ðïëý áðü ôçí áðïäåêôÞ óÞìåñá ôéìÞ ôùí 4,184 Joules áíÜ èåñìßäá. Ç åñãáóßá ôïõ Joule ãýñù áðü ôç èåñìüôçôá, ôïí ïäÞãçóå óýíôïìá óôç äéáôýðùóç ìéáò êéíçôéêÞò èåùñßáò ãéá ôçí ýëç, ðïõ óõó÷Ýôéæå üëá ôá áðïôåëÝóìáôá ðïõ Ý÷åé ç åðßäñáóç ôçò èåñìüôçôáò ðÜíù óôçí ýëç ìå ôçí êßíçóç ôùí óùìáôéäßùí ôçò ýëçò êáé ôçí ìåôáîý ôïõò Ýëîç. Ï Joule åß÷å åíèïõóéáóèåß ôüóï ðïëý ìå áõôÞí ôçí åñåõíçôéêÞ åñãáóßá ôïõ þóôå áêüìç êáé êáôÜ ôï ìÞíá ôïõ ìÝëéôïò ðïõ ðÝñáóå óôçí Åëâåôßá, âñÞêå ôï ÷ñüíï íá ìåôñÞóåé ôçí áýîçóç óôç èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý åíüò êáôáññÜêôç üôáí ï üãêïò ôïõ íåñïý öôÜíåé óôï êáôþôåñï óçìåßï ôçò äéáäñïìÞò ôïõ. Ç éóôïñßá äåí áíáöÝñåé áí êáé ç óýíôñïöüò ôïõ åêåßíç ôçí ðåñßïäï ÷áñáêôçñéæüôáí áðü ôïí ßäéï åíèïõóéáóìü ãéá ôçí åñãáóßá ôïõ óõæýãïõ ôçò.

83

EðåéäÞ ç åéäéêÞ èåñìüôçôá ôïõ íåñïý åßíáé 1 cal/g °C, ç åîßóùóç ìðïñåß íá ãñáöåß êáé ùò åîÞò: m x Ät = q

H ìåôáâïëÞ ðïõ óçìåéþíåôáé, üôáí Ýíá óôåñåü ëéþíåé Þ Ýíá õãñü óôåñåïðïéåßôáé, áðïôåëåß Ýíá ðáñÜäåéãìá áëëáãÞò öÜóåùò. Óôçí ðáñÜãñáöï 1.5 äéáðéóôþóáôå üôé ç èåñìïêñáóßá åíüò óôåñåïý ðïõ ëéþíåé Þ åíüò õãñïý ðïõ óôåñåïðïéåßôáé ðáñáìÝíåé óôáèåñÞ, üóï äéÜóôçìá óõíõðÜñ÷ïõí êáé ïé äýï öÜóåéò, ç õãñÞ êáé ç óôåñåÜ. Ç ßäéá èåñìéêÞ åíÝñãåéá ðïõ áðïññïöÜôáé, üôáí áëëÜæåé ôï óôåñåü óå õãñü, åëåõèåñþíåôáé êáé üôáí ç ïõóßá áëëÜæåé áðü õãñü óå óôåñåü. Ï ôýðïò ôçò ìåôáâïëÞò, êáôÜ ôçí ïðïßá ó÷çìáôßæïíôáé íÝåò ïõóßåò, ïíïìÜæåôáé ÷çìéêÞ ìåôáâïëÞ. ~Ïôáí åîåôÜæáôå ôá ðñïúüíôá êáýóåùò ôïõ êåñéïý, óôçí ðáñÜãñáöï 1.13, âñÞêáôå üôé ôï êåñß üôáí êáßãåôáé ìåôáôñÝðåôáé óå äýï ôïõëÜ÷éóôïí ïõóßåò: äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá êáé íåñü. ÅðåéäÞ áõôÜ ôá ðñïúüíôá äéáöÝñïõí óå óýóôáóç áðü ôá áñ÷éêÜ õëéêÜ, áõôÞ ç äéáäéêáóßá áðïôåëåß ðáñÜäåéãìá ÷çìéêÞò ìåôáâïëÞò. ÓÊÏÐÏÓ

Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá âñåßôå ôï ðïóü ôçò èåñìüôçôáò ðïõ ðáñÜãåôáé áðü Ýíá êåñß ðïõ êáßãåôáé (ÌÝñïò Á) êáé èá ôï óõãêñßíåôå ìå ôï ðïóü ôçò èåñìüôçôáò ðïõ åëåõèåñþíåôáé, üôáí ôï êåñß ìåôáôñÝðåôáé áðü õãñü óå óôåñåü (ÌÝñïò Â). Åðßóçò èá ðñïóäéïñßóåôå ôï óöÜëìá ðïõ äçìéïõñãåßôáé, üôáí ðïëëáðëáóéÜæåôå Þ äéáéñåßôå ðïóüôçôåò ðïõ Ý÷ïõí ðñïêýøåé áðü ôéò ìåôñÞóåéò óáò. ÕËÉÊÁ

Êåñß êáé Ýíá êáðÜêé ãéá ôç óôåñÝùóç Óýñìá ôïõ êåñéïý Èåñìüìåôñï Æõãüò ÏñèïóôÜôçò êáé äáêôýëéïò 15-20 cm ãõÜëéíç ñÜâäïò Äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò êåíüò, ÐáãÜêéá 18 x 150 mm Ëý÷íïò 2 ðïôÞñéá, 250 ml Äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò ðïõ Ëáâßäá ãéá äïêéìáóôéêü óùëÞíá ðåñéÝ÷åé êåñß, 18 x 150 mm ~Åíá ìåãÜëï óôñïããõëü êïõôß áðü êïíóÝñâá, ðïõ Ý÷åé áíïßãìáôá ãýñù áðü ôç âÜóç ôïõ êáé áðü ôï ïðïßï Ý÷ïõí áöáéñåèåß ç ðÜíù êáé ç êÜôù ðëåõñÜ. ~Åíá ìéêñü êïõôß áðü êïíóÝñâá ìå äýï áíôéêñéóôÝò ôñýðåò, áðü ôï ïðïßï Ý÷åé áöáéñåèåß ç ìßá ìüíï ðëåõñÜ. ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á. Èåñìüôçôá êáýóåùò. Óôï ðåßñáìá áõôü èá èåñìÜíåôå ãíùóôÞ ìÜæá íåñïý åêìåôáëëåõüìåíïé ôç èåñìüôçôá ðïõ åêëýåôáé áðü Ýíá áíáììÝíï êåñß, êáé èá âñåßôå ôçí áýîçóç ðïõ ðñïêáëåßôáé óôç èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý. Áí ãíùñßæåôå ôç ìÜæá ôïõ íåñïý êáé ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ ìðïñåßôå íá õðïëïãßóåôå ôï ðïóü ôçò èåñìüôçôáò ðïõ åëåõèåñþèçêå áðü ôï êåñß, áöïý äå÷èåßôå ùò ðñïûðüèåóç üôé ïëüêëçñç ç èåñìüôçôá ôïõ êåñéïý ÷ñçóéìïðïéÞèçêå ìüíï ãéá íá èåñìÜíåé ôï íåñü*. Èá âñåßôå åðßóçò ôç ìÜæá ôïõ êåñéïý ðñéí êáé ìåôÜ ôçí êáýóç ôïõ. Áí

84

Ó×ÇÌÁ 4-6.

Ó×ÇÌÁ 4-7.

ãíùñßæåôå ôç ìÜæá ôïõ êåñéïý ðïõ êÜçêå êáé ôç èåñìüôçôá ðïõ åëåõèåñþèçêå êáôÜ ôç äéåîáãùãÞ áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò, åßóôå óå èÝóç íá õðïëïãßóåôå ôç èåñìüôçôá ðïõ ðáñÜãåôáé áíÜ ìïíÜäá ìÜæáò ôïõ êåñéïý. Ðñéí áñ÷ßóåôå, äéáâÜóôå ðñïóåêôéêÜ ôçí ðïñåßá ðïõ èá áêïëïõèÞóåôå êáé êáôáñôßóôå Ýíá êáôÜëëçëï ðßíáêá äåäïìÝíùí. Óôïí ðßíáêá ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí äýï óôÞëåò: “ôá äåäïìÝíá êáé ôá áðïôåëÝóìáôá”. 1. Óôåñåþóôå ôï êåñß óå Ýíá ìåôáëëéêü êáðÜêé áðü êïõôß êïíóÝñâáò êáé ðñïóäéïñßóôå ìå æýãéóç ôç ìÜæá ôïõò ìå áêñßâåéá 0,01 g, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 4-6. Óçìåéþóôå ôç ìÜæá ôïõ êåñéïý êáé ôïõ êáðáêéïý óôïí ðßíáêá ôùí äåäïìÝíùí. Óçìåéþóôå åðßóçò êÜðïéï ÷áñáêôçñéóôéêü áñéèìü ôïõ æõãïý, þóôå, áí ÷ñåéáóèåß íá åðáíáëÜâåôå ôï ðåßñáìá, íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôïí ßäéï æõãü (áõôü èá ðåñéïñßóåé ôçí ðéèáíüôçôá óöÜëìáôïò ðïõ ïöåßëåôáé óå äéáöïñåôéêïýò æõãïýò). 2. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá Üäåéï êïõôß êïíóÝñâáò, áíïéêôü áðü ôç ìéá ðëåõñÜ, óôï äßóêï åíüò æõãïý, üðùò óôï ó÷Þìá 4-7, êáé ìåôñÞóôå ôç ìÜæá ôïõ ìå áêñßâåéá 1 g. Óçìåéþóôå ôç ìÜæá ôïõ óôïí ðßíáêÜ óáò, óôç óôÞëç ôùí äåäïìÝíùí. 3. ÊáôáóêåõÜóôå ôç äéÜôáîç ôïõ ó÷Þìáôïò 4-8 Ýôóé, þóôå ç öëüãá ôïõ êåñéïý, üôáí åßíáé áíáììÝíï (ìçí ôï áíÜøåôå áêüìç) ó÷åäüí íá áããßæåé, ü÷é áêñéâþò, ôïí ðõèìÝíá ôïõ êïõôéïý. Ãéá êáìéíÜäá ÷ñçóéìïðïéÞóôå Ýíá öáñäý êïõôß, áíïéêôü êáé áðü ôéò äýï ðëåõñÝò. 4. Ãåìßóôå ôï äï÷åßï ðïõ æõãßóáôå êáôÜ ôá 2/3 ìå êñýï íåñü. Ðñïò ôï ðáñüí ìçí ìåôñÞóåôå ôïí üãêï Þ ôç ìÜæá ôïõ íåñïý. 5. Êñõþóôå ôï íåñü ìå ðÜãï, áí ÷ñåéáóèåß, þóôå ç èåñìïêñáóßá ôïõ íá åßíáé ðåñßðïõ óôïõò 10 ìå 15°C, êÜôù äçëáäÞ áðü ôç èåñìïêñáóßá ôïõ äùìáôßïõ. ÐñïóèÝóôå ôïí ðÜãï êáô’ åõèåßáí óôï íåñü. ~Ïôáí åðéôý÷åôå ôç èåñìïêñáóßá ðïõ èÝëåôå, áöáéñÝóôå ôïí ðÜãï ðïõ äåí Ýëéùóå. 6. ÄéáâÜóôå êáé óçìåéþóôå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý ìå ðñïóÝããéóç 0,2°C. AíÜøôå ôï êåñß êáé èåñìÜíåôå ôï íåñü áíáäåýïíôÜò ôï áñãÜ ìÝ÷ñé íá öèÜóåé óå ìéá èåñìïêñáóßá ôüóï õøçëüôåñç áðü ôç èåñìïêñáóßá ôïõ äùìáôßïõ, üóï ÷áìçëüôåñç Þôáí óôçí áñ÷Þ ôïõ ðåéñÜìáôïò. ÐñïóåêôéêÜ óâÞóôå ôï êåñß. Óõíå÷ßóôå íá áíáäåýåôå ôï íåñü, ðáñáêïëïõèþíôáò ôçí Ýíäåéîç ôïõ èåñìïìÝôñïõ, ìÝ÷ñé íá öèÜóåôå óôç ìÝãéóôç èåñìïêñáóßá. ÊáôáãñÜøôå ôç ìÝãéóôç èåñìïêñáóßá ìå áêñßâåéá 0,2°C, üðùò ðñïçãïõìÝíùò. 7. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ êåñéïý ìáæß ìå ôï êáðÜêé óôïí ßäéï æõãü ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå ðñïçãïõìÝíùò. ÊáôÜ ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò íÝáò ìÜæáò æõãßóôå êáé ôéò óôáãüíåò ðïõ åß÷áí ó÷çìáôéóèåß áðü ôï ëéþóéìï ôïõ êåñéïý. ÊáôáãñÜøôå ôç ìÜæá. 8. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ðïõ Ý÷åé ôï íåñü ìå ôï êïõôß óôïí ßäéï æõãü ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå ðñïçãïõìÝíùò êáé óçìåéþóôå ôçí óôïí ðßíáêÜ óáò. ÅðáíáëÜâáôå ôï ðåßñáìá, áí ôï åðéôñÝðåé ï ÷ñüíïò óáò.

ÌÝñïò Â. Èåñìüôçôá óôåñåïðïéÞóåùò. Óôï ðåßñáìá áõôü èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå êÜðïéá ðïóüôçôá ëéùìÝíïõ êåñéïý, ðïõ âñßóêåôáé óôï óçìåßï ôÞîåùò, ãéá íá ðñïêáëÝóåôå ìåôáâïëÞ óôç èåñìïêñáóßá ãíùóôÞò ìÜæáò íåñïý. Ìðïñåßôå íá õðïèÝóåôå üôé üëç ç èåñìüôçôá ðïõ áíôáëëÜóóåôáé áíÜìåóá óôï êåñß êáé ôï íåñü ðáñÜãåôáé áðü ôç óôåñåïðïßçóç ôïõ êåñéïý. Ç èåñìüôçôá ðïõ áðáéôåßôáé ãéá ôç ìåôáâïëÞ ôçò Ó×ÇÌÁ 4-8. *

Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ äå÷üìáóôå üôé äåí äéáóêïñðßæåôáé ìÝñïò áõôÞò óôï ðåñéâÜëëïí.

85

Ó×ÇÌÁ 4-9.

èåñìïêñáóßáò ôïõ ðïôçñéïý åßíáé ðïëý ìéêñÞ, ãéá íá ìðïñÝóåé íá åðçñåÜóåé áõôü ôï ðåßñáìá. Êáôáñôßóôå Ýíáí ðßíáêá ìåôñÞóåùí óôïí ïðïßï èá õðÜñ÷ïõí äýï óôÞëåò ãéá ôç êáôá÷þñçóç ôùí “äåäïìÝíùí êáé ôùí áðïôåëåóìÜôùí”. 1. ÐÜñôå Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá 18 x 150 mm ìå ëßãï êåñß (ðåñßðïõ 10 g êåñéïý). Ðñïóäéïñßóôå ìå æýãéóç êáé êáôáãñÜøôå ôç ìÜæá ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá ìáæß ìå ôï êåñß, ìå ðñïóóÝããéóç 0,1 g. 2. Óôïí ßäéï æõãü ìåôñÞóôå ôç ìÜæá åíüò üìïéïõ êáèáñïý, óôåãíïý äïêéìáóôéêïý óùëÞíá, ðïõ èá óáò äþóåé ï êáèçãçôÞò óáò þóôå íá õðïëïãßóåôå êáôÜ ðñïóÝããéóç ôçò ìÜæá åíüò Üäåéïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá. ÊáôáãñÜøôå ôçí ìå áêñßâåéá 0,1 g. 3. Ðñïóäéïñßóôå ìå æýãéóç ôç ìÜæá åíüò Üäåéïõ ðïôçñéïý ôùí 250 ml. Óå áõôü ôï ðïôÞñé èá âÜëåôå ôï êñýï íåñü ðïõ èá èåñìáíèåß áðü ôï óôåñåïðïéïýìåíï êåñß. ÊáôáãñÜøôå ôç ìÜæá óôïí ðßíáêÜ óáò ìå áêñßâåéá ãñáììáñßïõ. 4. Ãåìßóôå ôï ðïôÞñé ðåñßðïõ ìÝ÷ñé ôç ìÝóç ìå êñýï íåñü ôçò âñýóçò. Áí ÷ñåéáóèåß, ÷ñçóéìïðïéÞóôå ðÜãï, ãéá íá ñõèìßóåôå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý ôçò âñýóçò êáôÜ 1 Þ 2°C êÜôù áðü ôç èåñìïêñáóßá ôïõ äùìáôßïõ. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ ðïôçñéïý êáé ôïõ íåñïý ìå ôïí ßäéï æõãü, êáé êáôáãñÜøôå ôï áðïôÝëåóìá ôçò æõãßóåùò. 5. ÐñïóèÝóôå íåñü óå Ýíá äåýôåñï ðïôÞñé ôùí 250 ml Þ óå Ýíá ìéêñü ìåôáëëéêü ÷õôñßäéï, ðåñßðïõ ìÝ÷ñé ôç ìÝóç êáé êáôüðéí èåñìÜíåôå ôï íåñü ìÝ÷ñé íá âñÜóåé. ÔïðïèåôÞóôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ðïõ ðåñéÝ÷åé ëßãï êåñß ìÝóá óôï íåñü ðïõ âñÜæåé, êáé äéáôçñÞóôå ôï åêåß ìÝ÷ñé áêñéâþò ôç óôéãìÞ ðïõ èá Ý÷åé ëéþóåé üëï ôï êåñß. ÐñïóÝîôå íá áðïöýãåôå ôçí õðåñèÝñìáíóç. 6. Ìå ôç âïÞèåéá ìéáò ëáâßäáò ãéá äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò áðïìáêñýíáôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï ëéùìÝíï êåñß áðü ôï æåóôü íåñü. ÁöÞóôå ôï êåñß íá êñõþóåé, ìÝ÷ñé íá áñ÷ßóïõí íá äéáêñßíïíôáé ôá ðñþôá óçìÜäéá èïëþìáôïò (óôåñåïðïéÞóåùò), üðùò óôï ó÷Þìá 4-9. ~Ïóç þñá êñõþíåé ôï êåñß, ìåôñÞóôå êáé êáôáãñÜøôå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ êñýïõ õäñüëïõôñïõ ìå áêñßâåéá 0,2°C. ÃñÞãïñá ôïðïèåôÞóôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ìå ôï åëáöñÜ èïëü êåñß ìÝóá óôï êñýï íåñü êáé áíáäåýóáôå áñãÜ ôï íåñü ìå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá (ó÷. 4-10). Óçìåéþóôå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý êáèþò áíáäåýåôå êáé óõíå÷ßóôå íá ðáñáôçñåßôå ôç èåñìïêñáóßá ìÝ÷ñé ôïõ óçìåßïõ ðïõ íá ìçí ãßíåôáé áéóèçôÞ Üëëç áýîçóç (üôáí äéáâÜæåôå ôï èåñìüìåôñï, öñïíôßóôå íá åßíáé âõèéóìÝíï óôï íåñü, áíÜìåóá óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá êáé ôá ôïé÷þìáôá ôïõ ðïôçñéïý). ÊáôáãñÜøôå áõôÞí ôç ìÝãéóôç èåñìïêñáóßá ìå áêñßâåéá 0,2°C êáé, áí óáò åðéôñÝðåé ï ÷ñüíïò, åðáíáëÜâåôå ôï ðåßñáìá. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

ÌÝñïò Á.

Ó×ÇÌÁ 4-10.

Áñéèìüò æõãïý. (Äßíåôáé áðü ôïí êáôáóêåõáóôÞ). Èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ (°C). MÜæá êåñéïý êáé êáðáêéïý ðÜíù óôï ïðïßï óôåñåþíåôáé ôï êåñß ðñéí ôçí êáýóç (g). ÌÜæá êåñéïý êáé êáðáêéïý ìåôÜ ôçí êáýóç (g). ÌÜæá êåñéïý ðïõ êÜçêå (g). ÌÜæá êïõôéïý êïíóÝñâáò ìå ôï íåñü (g). ÌÜæá Üäåéïõ êïõôéïý êïíóÝñâáò (g). MÜæá íåñïý ðïõ èåñìÜíèçêå (g).

86

Èåñìïêñáóßá íåñïý ðñéí ôç èÝñìáíóç (°C). Èåñìïêñáóßá íåñïý ìåôÜ ôç èÝñìáíóç (°C). ÌåôáâïëÞ èåñìïêñáóßáò íåñïý, Ät (°C). Ðïóüôçôá èåñìüôçôáò ðïõ ÷ñåéÜóèçêå, ãéá íá èåñìáíèåß ôï íåñü, q (cal). Èåñìüôçôá êáýóåùò ôçò ïõóßáò áðü ôçí ïðïßá áðïôåëåßôáé ôï êåñß (cal/g).

ÌÝñïò Â. Áñéèìüò æõãïý. ÌÜæá äïêéìáóôéêïý óùëÞíá ìå ôï êåñß (g). ÌÜæá Üäåéïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá (g). MÜæá êåñéïý (g). ÌÜæá ðïôçñéïý ìå ôï íåñü (g). MÜæá Üäåéïõ ðïôçñéïý (g). ÌÜæá íåñïý (g). Èåñìïêñáóßá íåñïý ðñéí (°C). Èåñìïêñáóßá íåñïý ìåôÜ (°C). MåôáâïëÞ èåñìïêñáóßáò íåñïý, Ät (°C). Ðïóüôçôá èåñìüôçôáò ðïõ áðïññïöÞèçêå áðü ôï íåñü, q (cal). Èåñìüôçôá óôåñåïðïéÞóåùò ôïõ êåñéïý (cal/g).

Yðïëïãéóìïß. Ìå ôç âïÞèåéá ôùí äåäïìÝíùí, êáé ìå ôïõò êáíüíåò ðïõ äéäá÷ôÞêáôå ôïõò ó÷åôéêïýò ìå ôá óöÜëìáôá, íá ãßíïõí ïé õðïëïãéóìïß ðïõ ÷ñåéÜæïíôáé óôïõò ðñïçãïýìåíïõò ðßíáêåò. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Aí åîåôÜóåôå ü,ôé ðáñáäå÷èÞêáìå êáôÜ ôïí õðïëïãéóìü ôçò “èåñìéêÞò óôåñåïðïéÞóåùò” Þ ôçò “èåñìüôçôáò êáýóåùò”, íïìßæåôå üôé ïé ðñáãìáôéêÝò ôéìÝò èá åßíáé ìåãáëýôåñåò Þ ìéêñüôåñåò áðü áõôÝò ðïõ åóåßò âñÞêáôå; Äþóôå åîçãÞóåéò. 2. Óõãêñßíáôå ôï ìÝóï üñï ãéá ôç èåñìüôçôá êáýóåùò ìå áõôüí ãéá ôç èåñìüôçôá óôåñåïðïéÞóåùò ðïõ âñÞêå üëç ç ôÜîç. Ðüóï äéáöÝñåé ï ìÝóïò üñïò ôçò èåñìüôçôáò êáýóåùò áðü áõôüí ôçò èåñìüôçôáò óôåñïðïéÞóåùò;

Eñþôçóç ãéá ðñïâëçìáôéóìü. Ãéáôß ç èåñìüôçôá êáýóåùò äéáöÝñåé ôüóï ðïëý áðü ôç èåñìüôçôá ðïõ óõíïäåýåé ôçí áëëáãÞ öÜóåùò; ÅÐÉÐÑÏÓÈÅÔÅÓ ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÅÉÓ

1. Ó÷åäéÜóôå Ýíá ðåßñáìá, ãéá íá ìåôñÞóåôå ôç ìåôáâïëÞ ôçò èåñìüôçôáò êáôÜ ôçí áëëáãÞ öÜóåùò (áÝñéï óå õãñü Þ õãñü óå áÝñéï) ãéá ìåñéêÝò êáôÜëëçëåò ïõóßåò. 2. Ó÷åäéÜóôå ìåñéêÝò âåëôéþóåéò óôï Á ÌÝñïò áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò, ìå óêïðü íá ðåñéïñßóåôå ôéò óçìáíôéêüôåñåò ðçãÝò óöÜëìáôïò. Ðñïóäéïñßóôå ôç èåñìüôçôá êáýóåùò ìéáò êáèáñÞò ïõóßáò, üðùò ôï óôåáôéêü ïîý, êáé óôç óõíÝ÷åéá óõãêñßíáôå ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò ìå áõôÜ ðïõ õðÜñ÷ïõí óôç âéâëéïãñáößá.

87

4.9 Õðïëïãéóìüò ôçò áâåâáéüôçôáò åíüò äåõôåñïãåíïýò ìåãÝèïõò. Óôï ðñïçãïýìåíï ðåßñáìá õðïëïãßóáôå ôá ìÝãéóôá äõíáôÜ óöÜëìáôá óôá áðïôåëÝóìáôá ãéá ôç èåñìüôçôá êáýóåùò êáé ôç èåñìüôçôá óôåñåïðïéÞóåùò ôïõ êåñéïý. Óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ èá áêïëïõèÞóåé, ãßíåôáé õðïëïãéóìüò ôïõ óöÜëìáôïò óå ìéá ôõðéêÞ ôéìÞ ôïõ q, ìå ôç âïÞèåéá ôùí ìåãßóôùí êáé åëá÷ßóôùí ôéìþí. Åßíáé ÷ñÞóéìï íá óõãêñßíåôå ôï áðïôÝëåóìá ðïõ èá ðñïêýøåé ìå áõôÜ ðïõ èá ðñïêýøïõí ìå ôçí åöáñìïãÞ Üëëùí ìåèüäùí ðñïóäéïñéóìïý ôïõ óöÜëìáôïò, ïé ïðïßåò ðñüêåéôáé íá óõæçôçèïýí óôéò åðüìåíåò ðáñáãñÜöïõò. Óå êÜèå ðåñßðôùóç èá ÷ñçóéìïðïéïýìå ôá áðïôåëÝóìáôá ðïõ ðñïÝêõøáí óôçí ðáñÜãñáöï 4.6 ãéá ôç ìÜæá ôïõ íåñïý ðïõ èåñìÜíèçêå áðü ôï êåñß êáé ôç ìåôáâïëÞ ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ íåñïý ðïõ ðñïêëÞèçêå.

ÐáñÜäåéãìá. m = 345 ± 2 g^ Ät = 29,2 ± 0,4°C q = m x Ät = (345 ± 2) (29,2 ± 0,4) = = 10.074,0 ± ; cal qmax = (347) (29,6) = 10.271,2 cal qmin = (343) (28,8) = 9.878,4 cal

q = 10.074,0 ± 196,4 cal

Ôï áðïôÝëåóìá äåß÷íåé áâåâáéüôçôá óôï ôñßôï øçößï áñéóôåñÜ áðü ôçí õðïäéáóôïëÞ. ~Åôóé, ôá øçößá ðïõ âñßóêïíôáé äåîéÜ áðü áõôü ôï øçößï åßíáé “ìç óçìáíôéêÜ” êáé ãéá ôçí ðïóüôçôá ðïõ Ý÷åé õðïëïãéóèåß áëëÜ êáé ãéá ôçí åêôßìçóç ôçò áâåâáéüôçôáò. ~Åíáò ÷çìéêüò èá Ýäéíå ôï áêüëïõèï áðïôÝëåóìá, óôï ïðïßï Ý÷åé óôñïããõëÝøåé êáé ôïõò äýï áñéèìïýò óôï ôñßôï øçößï áñéóôåñÜ áðü ôçí õðïäéáóôïëÞ. q = 10.100 ± 200 cal

4.10 Yðïëïãéóìüò ôçò áâåâáéüôçôáò ìå ôç âïÞèåéá ôçò åêáôïóôéáßáò áíáëïãßáò. Óôçí ðáñÜãñáöï 4.9 áíáöÝñèçêå ôñüðïò, ãéá íá õðïëïãßæåôå ôçí áâåâáéüôçôá óå Ýíá äåõôåñïãåíÝò áðïôÝëåóìá. Åßíáé ï ßäéïò ôñüðïò

ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå, ãéá íá õðïëïãßóåôå ôçí áâåâáéüôçôá óôï ðåéñáìáôéêü óáò áðïôÝëåóìá. Èá áíáñùôéÝóôå ìÞðùò õðÜñ÷åé êáé êÜðïéïò Üëëïò åýêïëïò ôñüðïò, åðåéäÞ áõôüò áðáéôåß áñêåôü ÷ñüíï êáé ðñïóðÜèåéá ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôçò ìÝãéóôçò êáé ôçò åëÜ÷éóôçò ôéìÞò. Ïé åðéóôÞìïíåò Ý÷ïõí ðñÜãìáôé ìéá ðåñéóóüôåñï åý÷ñçóôç ìÝèïäï ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôçò áâåâáéüôçôáò. Ç ìÝèïäïò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýóáôå ìÝ÷ñé ôþñá Þôáí êáëÞ, ãéá íá óáò âïçèÞóåé ôáõôü÷ñïíá íá êáôáëÜâåôå ôé åßíáé ãåíéêÜ ç áâåâáéüôçôá. Áðü ôþñá üìùò êáé åîÞò èá åßóôå óå èÝóç íá ÷ñçóéìïðïéåßôå ìéá ðåñéóóüôåñï ðñáêôéêÞ ìÝèïäï. Ïé åðéóôÞìïíåò áêïëïõèïýí óõíÞèùò ôïí ðáñáêÜôù êáíüíá ãéá íá õðïëïãßæïõí ôï óöÜëìá üôáí ðñüêåéôáé ãéá áðïôåëÝóìáôá ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ðïëëáðëáóéáóìü êáé äéáßñåóç. Ôï åðß ôïéò åêáôü óöÜëìá óôï áðïôÝëåóìá éóïýôáé ìå ôï Üèñïéóìá ôùí åðß ôïéò åêáôü óöáëìÜôùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óå üëïõò ôïõò óõíôåëåóôÝò Þ äéáéñåôÝïõò. Ãéá íá áíôéëçöèåßôå ðþò ëåéôïõñãåß ç ìÝèïäïò ôïõ “åêáôïóôéáßïõ êáíüíá”, ìåëåôÞóôå ôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áêïëïõèåß. Ìå óêïðü íá óáò äïèåß ç äõíáôüôçôá íá óõãêñßíåôå åýêïëá ôçí åêáôïóôéáßá ìÝèïäï ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôïõ óöÜëìáôïò, ìå áõôÞí ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå óôçí ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï, ÷ñçóéìïðïéïýìå ôïõò ßäéïõò áñéèìïýò.

ÐáñÜäåéãìá. m = 345 ± 2 g^ óöÜëìá =

(100) = 0,58%

Ät = 29,2 ± 0,4°C^ óöÜëìá =

(100) = 1,37%

Óýíïëï ôùí åðß ôïéò åêáôü óöáëìÜôùí = 1,37% + 0,58% = 1,95% m x Ät = 10.074 ±

cal =

= 10.074 ± 196 cal = 10.100 ± 200 cal

To óöÜëìá ðïõ õðïëïãßóèçêå ìå áõôüí ôïí ôñüðï, 196 cal, äåí äéáöÝñåé áðü áõôü ðïõ âñÞêáôå ðñïçãïõìÝíùò ìåôÜ áðü ìéá áñêåôÜ ðéï êïðéþäç äéáäéêáóßá.

88

4.11 ÓçìáíôéêÜ øçößá: ÓöÜëìá êáôÜ ðñïóÝããéóç. ÌÜèáôå ðñïçãïõìÝíùò üôé üôáí ç ðïóüôçôá ôùí 10.074 cal õðïëïãßæåôáé áðü ôéò ôéìÝò ìåôñÞóåùò ôïõ m, ôïõ Ät êáé ôçò åéäéêÞò èåñìüôçôáò ôïõ íåñïý, ôüôå ôï óöÜëìá óå áõôü ôï áðïôÝëåóìá åßíáé ± 196 cal (õðåíèõìßæåôáé üôé ôï óöÜëìá óôçí åéäéêÞ èåñìüôçôá ôïõ íåñïý åßíáé áìåôçëÝï êé Ýôóé ôï ðáñáëåßøáìå). ÊáôÜ óõíÝðåéá, êáíÝíáò áðü ôïõò áñéèìïýò ðïõ âñßóêåôáé ìåôÜ ôï ôñßôï øçößï óôï 10.074 äåí Ý÷åé êáìéÜ óçìáóßá. ~Åôóé óôñïããõëåýïìå êáé ôïí 10.074 áëëÜ êáé ôïí 196 ðñïò ôçí ðëçóéÝóôåñç åêáôïíôÜäá êáé ôïõò ãñÜöïìå 10.100 ± 200. Ï áñéèìüò 10.100 ðåñéÝ÷åé ôñßá ìüíï óçìáíôéêÜ øçößá. Ôá ôñßá ðñþôá øçößá åßíáé áîéüðéóôá, ìÝóá óå êÜðïéá ìÜëëïí óôåíÜ üñéá, åíþ üëá ôá Üëëá øçößá ðïõ åßíáé äåîéüôåñá äåí Ý÷ïõí êáìéÜ áîéïðéóôßá. ~Åíáò ãåíéêüò êáíüíáò ïñßæåé üôé óçìáíôéêÜ øçößá åßíáé ôá øçößá ðïõ åßíáé áðïëýôùò âÝâáéá êáé Ýíá áêüìá. Ôï “Ýíá áêüìá” åìðåñéÝ÷åé êÜðïéá áâåâáéüôçôá. Ãéá ðáñÜäåéãìá óôïí áñéèìü 10.100 ± 200, ôá äýï ðñþôá øçößá åßíáé áðïëýôùò âÝâáéá. Ôï ôåëåõôáßï óçìáíôéêü øçößï ðéèáíüí íá åßíáé ôï 1, áëëÜ èá ìðïñïýóå íá äéáöÝñåé áðü ôï 1 êáé êáôÜ ± 2. Ôþñá ðïõ äüèçêå Ýíáò ïñéóìüò ãéá ôá óçìáíôéêÜ øçößá, åßíáé åýêïëï íá äéáôõðùèåß Ýíáò åý÷ñçóôïò êáíüíáò ãéá ôïí êáèïñéóìü ôçò ìÝãéóôçò áâåâáéüôçôáò óå Ýíá ðáñÜãùãï Þ äåõôåñïãåíÝò ìÝãåèïò. “~Åíá ðáñÜãùãï ìÝãåèïò ìðïñåß íá Ý÷åé ôüóá óçìáíôéêÜ øçößá, üóá Ý÷åé ôï ëéãüôåñï áêñéâÝò ìÝãåèïò, áðü ôï ïðïßï Ý÷åé ðñïÝëèåé ï õðïëïãéóìüò ôïõ”. Óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ åîåôÜóáìå, õðÜñ÷ïõí ìüíï ôñßá óçìáíôéêÜ øçößá óå êÜèå Ýíá áðü ôá ìåãÝèç ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí^ Ýôóé èá õðÜñ÷ïõí åðßóçò ìüíï ôñßá óçìáíôéêÜ øçößá óôïí áñéèìü ôùí èåñìßäùí ðïõ õðïëïãßóèçêáí, óýìöùíá ìå ôïí ðñïçãïýìåíï êáíüíá. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç ï êáíüíáò óõìöùíåß ìå ôïõò ðñïçãïýìåíïõò õðïëïãéóìïýò ìáò, ðïõ Ýäåé÷íáí üôé ôï ôñßôï øçößï åßíáé áâÝâáéï. Áò åîåôÜóïìå ôþñá Ýíá Üëëï ðáñÜäåéãìá. ÕðïèÝôïìå üôé ðñïóäéïñßæåôå ôçí ðõêíüôçôá åíüò óôåñåïý ôåìá÷ßïõ áëïõìéíßïõ ðïõ Ý÷åé êáíïíéêÝò äéáóôÜóåéò. ÕðïèÝôïìå åðßóçò, üôé åßóôå óå èÝóç íá ðñïóäéïñßóåôå ôç ìÜæá ôïõ ìå áêñßâåéá ± 0,01 g êáé ôï ìÞêïò êÜèå ðëåõñÜò ôïõ ìå áêñßâåéá ± 0,2 cm. Må ôç âïÞèåéá ôùí óôïé÷åßùí ðïõ äßíïíôáé

óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áêïëïõèåß êáé ìå ôïí êáíüíá ðïõ áíáöÝñèçêå ðñïçãïõìÝíùò óáò äßíåôáé ç äõíáôüôçôá íá õðïëïãßóåôå åýêïëá ôçí ðõêíüôçôá ìå ôï óùóôü áñéèìü óçìáíôéêþí øçößùí. Èá åðéèõìåßôå ßóùò íá äéáðéóôþóåôå áí ç áðÜíôçóÞ óáò óõìöùíåß ìå ôï áðïôÝëåóìá ðïõ ðñïêýðôåé, áí ðñïóèÝóåôå ôá åðß ìÝñïõò åêáôïóôéáßá óöÜëìáôá.

ÐáñÜäåéãìá. m = 41,93 ± 0,01 g. l = 4,02 ± 0,02 cm w = 2,80 ± 0,02 cm. h = 1,38 ± 0,02 cm

= 2,70 g/cm3 = 2,70 g/ml

Ç áðÜíôçóç äßíåôáé ìå ôñßá óçìáíôéêÜ øçößá, ãéáôß áõôüò åßíáé ï áñéèìüò ôùí óçìáíôéêþí øçößùí óôç(éò) ëéãüôåñï áêñéâÞ(åßò) ìÝôñçóç (óåéò). Ðïéï èá Þôáí ôï áðïôÝëåóìá, áí ðñïóèÝôáìå ôá åðß ìÝñïõò åêáôïóôéáßá óöÜëìáôá; l = 4,02 ± 0,02^ (0,02/4,02) (100) = 0,5% w = 2,80 ± 0,02^ (0,02/2,80) (100) = 0,7% h = 1,38 ± 0,02^ (0,02/1,38) (100) = 1,4% m = 41,93 ± 0,01^ (0,01/41,93) (100) = 0,02% Óýíïëï ôùí åðß % óöáëìÜôùí = 2,6% d = 2,70 ± (0,026) (2,70) = 2,70 ± 0,07 g/ml To áðïôÝëåóìá áõôü äåß÷íåé üôé ôï ìçäÝí åßíáé ôï áâÝâáéï øçößï, êÜôé ðïõ åß÷å ðñïâëåöèåß ìå ôïí ðïëý áðëü êáíüíá ìáò. Óçìåéþóôå, ãéá óýãêñéóç, üôé ç åðßóçìç ôéìÞ ãéá ôçí ðõêíüôçôá ôïõ áëïõìéíßïõ, ðïõ Ý÷åé ðñïóäéïñéóèåß ìå 4 óçìáíôéêÜ øçößá, óôïõò 20°C, åßíáé 2,698 g/ml. Íïìßæåôå üôé áõôÞ ç ôéìÞ âñßóêåôáé ìÝóá óôá üñéá ôùí áðïôåëåóìÜôùí ðïõ ìüëéò õðïëïãßóáôå;

4.12 ÌåãÜëoé êáé ìéêñïß áñéèìïß. Óôç ÷çìåßá õðÜñ÷åé óõ÷íÜ ç áíÜãêç íá ÷ñçóéìïðïéïýìå ðïëý ìåãÜëïõò êáèþò êáé ðïëý ìéêñïýò áñéèìïýò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ìéá äéÜóôáóç åíüò ìïñßïõ ìðïñåß íá åßíáé 0,000000021 cm, åíþ ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí óå Ýíá ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ åíüò áåñßïõ ôï ïðïßï âñßóêåôáé óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ åßíáé êáôÜ

89

ðñïóÝããéóç ßóïò ìå 20.000.000.000.000.000.000. Ðñïöáíþò äåí åßíáé êáèüëïõ ðñáêôéêü íá ãñÜöïìå ôÝôïéïõò áñéèìïýò ìå ôïí ôñüðï ðïõ ôïõò ãñÜøáìå ðñïçãïõìÝíùò. Åßíáé äõíáôüí íá ãñÜøïìå ðïëý ìéêñïýò êáé ðïëý ìåãÜëïõò áñéèìïýò, áëëÜ êáé óõíÞèåéò áñéèìïýò ìå Ýíá ðéï óýíôïìï ôñüðï. Áñéèìïß ãñáììÝíïé ìå áõôüí ôïí ôñüðï ëÝãåôáé üôé âñßóêïíôáé óå “åêèåôéêÞ ìïñöÞ”. Áñéèìïß ãñáììÝíïé ìå åêèåôéêÞ ìïñöÞ åßíáé äõíÜìåéò ôïõ äÝêá, ðïõ äåß÷íïõí óå ðïéï óçìåßï âñßóêåôáé ç õðïäéáóôïëÞ. Ãéá ðáñÜäåéãìá, üëïé ïé áñéèìïß ðïõ åßíáé ìåãáëýôåñïé áðü 100 (10 x 10 = 102) áëëÜ ìéêñüôåñïé áðü 1000 åêöñÜæïíôáé ùò Ýíáò áñéèìüò áðü 1 ìÝ÷ñé 10 åðß 102. ~Åôóé, ôï 200 åßíáé 2 x 102, ôï 635 åßíáé 6,35 x 102, ôï 527,28 åßíáé 5,2728 x 102 êïê. Áêïëïõèåß ìéá óåéñÜ áðü ìåñéêÝò äõíÜìåéò ôïõ äÝêá, ðïõ åêöñÜæïíôáé åßôå ìå ôç óõíÞèç åßôå ìå ôçí åêèåôéêÞ ìïñöÞ. Áîéïóçìåßùôï åßíáé üôé áñéèìïß ìéêñüôåñïé ôïõ Ýíá áíôéóôïé÷ïýí óå áñíçôéêÝò äõíÜìåéò ôïõ äÝêá. 1.000.000 = 106 100.000 = 105 10.000 = 104 1000 = 103 100 = 102 10 = 101 1 = 100 0,1 = 10-1 0,01 = 10-2 0,001 = 10-3 0,0001 = 10-4 0,00001 = 10-5 0,000001 = 10-6

~Ïôáí Ý÷åôå íá ðïëëáðëáóéÜóåôå åêèåôéêïýò áñéèìïýò, áñêåß íá ðñïóèÝóåôå ôïõò åêèÝôåò, üðùò óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áêïëïõèåß. (3 x 104) (2 x 105) (4 x 10-5) (1 x 10-7) (6 x 106) (4 x 10-8)

= = =

6 x 109 4 x 10-12 24 x 10-2 = 2,4 x 10-1

~Ïôáí èÝëåôå íá äéáéñÝóåôå, áñêåß íá áöáéñÝóåôå ôïõò åêèÝôåò. (8 x 103)/(4 x 106) (6 x 10-4)/(2 x 10-7) (2 x 10-8)/(4 x 10-5)

= = =

2 x 10-3 3 x 103 5 x 10-4

Aí èÝëåôå íá õøþóåôå óôï ôåñÜãùíï áõôïýò ôïõò áñéèìïýò, ðïëëáðëáóéÜæåôå ôïõò åêèÝôåò ôïõò åðß äýï. Ôï ôåôñÜãùíï ôïõ 2 x 104 åßíáé 4 x 108

To ôåôñÜãùíï ôïõ 5 x 10-6 åßíáé 2,5 x 10-11 Aí èÝëåôå ôçí ôåôñáãùíéêÞ ñßæá, äéáéñåßôå ôïí åêèÝôç äéÜ ôïõ äýï. Áí äåí äéáéñåßôáé áêñéâþò äéÜ ôïõ äýï, ôüôå ìåôáôïðßæåôå ôçí õðïäéáóôïëÞ ôüóï, þóôå ï åêèÝôçò íá ãßíåé ðïëëáðëÜóéï ôïõ äýï. Ç ôåôñáãùíéêÞ ñßæá ôïõ 9 x 10-8 åßíáé 3 x 10-4. H ôåôñáãùíéêÞ ñéæá ôïõ 2,5 x 105 åßíáé 5 x 102 (2,5 x 105 = 25 x 104) H ôåôñáãùíéêÞ ñßæá ôïõ 3,6 x 10-7 åßíáé 6 x 10-4. (3,6 x 10-7 = 36 x 10-8). Aò åðéóôñÝøïìå ôþñá óôïõò äýï äýó÷ñçóôïõò áñéèìïýò, ìå ôïõò ïðïßïõò îåêéíÞóáìå áõôÞí ôçí ðáñÜãñáöï (ìå åêèåôéêÞ ìïñöÞ) ïé ïðïßïé åêöñÜæïíôáé ùò åîÞò: 2,1 x 10-8 cm êáé 2 x 1019 ìüñéá áíÜ ml, (ôï ó÷Þìá 4-11 áðåéêïíßæåé ìåñéêÝò áêüìç åöáñìïãÝò åêèåôéêÞò ìïñöÞò). H åêèåôéêÞ ìïñöÞ, åêôüò áðü ôï óýíôïìï ôñüðï ãñáöÞò ôùí ðïëý ìåãÜëùí êáé ôùí ðïëý ìéêñþí áñéèìþí, ðñïóöÝñåé áêüìç Ýíá ðëåïíÝêôçìá. Åîáóöáëßæåé Ýíáí ôñüðï ãéá íá öáßíïíôáé ôá óçìáíôéêÜ øçößá óå Ýíá ðïëý ìåãÜëï áñéèìü. Áõôü ãßíåôáé åõêïëüôåñá êáôáíïçôü áí ðÜñåôå ôïí áñéèìü 10.100 ± 200 ðïõ õðïëïãßóáôå ëßãï ðéï ðñéí. Ãéá íá äçëþóåôå üôé ìüíï ôá ôñßá ðñþôá øçößá åßíáé óçìáíôéêÜ, ÷ùñßò íá äåßîåôå üôé ç áâåâáéüôçôá óôï ôñßôï áðü áõôÜ åßíáé ± 2, èá ðñÝðåé íá ãñÜøåôå ôïí áñéèìü óå åêèåôéêÞ ìïñöÞ ùò 1,01x104. ~Ïôáí ãñÜöåôå 10.100, äåí åßíáé óáöÝò áí ôá äýï ôåëåõôáßá øçößá åßíáé óçìáíôéêÜ Þ áí õðÜñ÷ïõí åêåß ìüíï ãéá íá äåß÷íïõí ôç óùóôÞ èÝóç ôùí øçößùí. Åíþ, üôáí ãñÜöåôå 1,01 x 104, åßíáé áðüëõôá óáöÝò üôé ìüíï ôñßá øçößá åßíáé óçìáíôéêÜ. Áí õðÞñ÷áí ðÝíôå óçìáíôéêÜ øçößá, èá Þôáí äõíáôüí íá ôï õðïäçëþóåôå, ÷ùñßò êáìéÜ áìöéâïëßá, ãñÜöïíôáò 1,0100 x 104. Óôçí åêèåôéêÞ ìïñöÞ ôá äýï ôåëåõôáßá ìçäåíéêÜ óçìåéþíïíôáé ìüíï êáé ìüíï ãéá íá õðïäçëùèåß üôé åßíáé óçìáíôéêÜ øçößá.

4.13 Ôõ÷áßá êáé óõóôçìáôéêÜ óöÜëìáôá. ~Ïðùò ìÜèáôå óôá ðñïçãïýìåíá, äåí õðÜñ÷ïõí ìåôñÞóåéò ðïõ íá åßíáé áðüëõôá áêñéâåßò. Áõôü óáò ôï Ýäåéîáí åî Üëëïõ êáé ôá ðåéñÜìáôá ðïõ åêôåëÝóáôå óôï åñãáóôÞñéü óáò. ÐÜíôá õðÜñ÷åé êÜðïéï óöÜëìá óå ìéá ìÝôñçóç, üóï ðñïóåêôéêÜ êé áí Ý÷åé ãßíåé. ~Åíáò åðéóôÞìïíáò äåí ìðïñåß íá åëðßæåé üôé èá ðñáãìáôïðïéÞóåé áðüëõôá áêñéâåßò ìåôñÞóåéò.

90

Ó×ÇÌÁ 4-11. O ãáëáîßáò (ðÜíù öùôïãñáößá) Ý÷åé äéÜìåôñï ðåñßðïõ 1025 cm. Ç öùôïãñáößá äåîéÜ, ðïõ åëÞöèç ìå çëåêôñïíéêü ìéêñïóêüðéï, äåß÷íåé ôá óôñþìáôá ôùí áôüìùí óå Ýíá äåßãìá Üíèñáêá, 5 x 106 öïñÝò ìåãáëýôåñï áðü ôï ðñáãìáôéêü ôïõ ìÝãåèïò.

Áõôü üìùò ðïõ ðñÝðåé íá åëðßæåé êáé íá åðéäéþêåé åßíáé íá âåâáéþíåôáé üôé ïé ìåôñÞóåéò ôïõ åßíáé ôüóï áêñéâåßò, üóï ÷ñåéÜæåôáé ãéá ôç äïõëåéÜ üðïõ ðñüêåéôáé íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ôá áðïôåëÝóìáôá. Ìå óôü÷ï íá ðñïåôïéìÜóåé ôá ðåéñÜìáôÜ ôïõ Ýôóé, þóôå íá åîáóöáëéóèåß ç áêñßâåéá ðïõ ôïõ ÷ñåéÜæåôáé, ïöåßëåé íá áíôéëçöèåß áðü ðñéí ôéò ðéèáíÝò ðçãÝò ôùí óöáëìÜôùí. ÄçëáäÞ ðñÝðåé íá êáôáëÜâåé ôé åéäþí óöÜëìáôá åßíáé äõíáôüí íá ðñïêýøïõí êáôÜ ôéò ìåôñÞóåéò ôïõ. Ôï ðñþôï ðñÜãìá ðïõ ðñÝðåé íá åîåôÜóåé åßíáé ôá üñãáíá êáé ïé óõóêåõÝò ðïõ ìåôá÷åéñßæåôáé. Åßíáé óå èÝóç ôï üñãáíï Þ ç óõóêåõÞ íá ìåôñÞóåé ìå ôçí áðáéôïýìåíç áêñßâåéá áõôÜ ãéá ôá ïðïßá ðñïïñßæåôáé; Áí åßíáé ãéá ðáñÜäåéãìá áðáñáßôçôï íá ðñïóäéïñéóèåß ç ìÜæá åíüò áíôéêåéìÝíïõ ìå áêñßâåéá 0,1 ôïõ ãñáììáñßïõ, ôüôå èá ðñÝðåé íá ÷ñçóéìïðïéçèåß Ýíáò æõãüò ìå áêñßâåéá 0,1 Þ êáé áêüìç ëéãüôåñï, ð.÷. 0,01. Ç ìåôáâïëÞ êáôÜ 0,1 ãñáììÜñéï ðñÝðåé íá åßíáé áéóèçôÞ, êáèþò êáé ç êëßìáêá ôçí ïðïßá

äéáâÜæåôå ðñÝðåé íá Ý÷åé äéáâáèìßóåéò áõôïý ôïõ ìåãÝèïõò Þ ìéêñüôåñåò. Óôçí ðáñÜãñáöï 2.5 Ýãéíå áðü áñêåôÜ ðáéäéÜ ôçò ôÜîåþò óáò Ýíá ðåßñáìá, óýìöùíá ìå ôï ïðïßï ðñïóäéïñßóèçêå ç ìÜæá åíüò áíôéêåéìÝíïõ ÷ñçóéìïðïéþíôáò äéáöïñåôéêïýò æõãïýò. ~Ïëïé áõôïß ïé æõãïß åß÷å õðïôåèåß üôé äéÝèåôáí ôçí ßäéá åõáéóèçóßá, äçëáäÞ áêñßâåéá 0,1 ôïõ ãñáììáñßïõ. Óôï ôåôñÜäéü óáò ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí óõãêåíôñùìÝíá ôá áðïôåëÝóìáôá ðïõ åß÷áí åîá÷èåß áðü ïëüêëçñç ôçí ôÜîç. Áí åîåôÜóåôå ôþñá áõôÜ áêñéâþò ôá áðïôåëÝóìáôá, èá äéáðéóôþóåôå üôé ðáñ’ üëï ðïõ åß÷å õðïôåèåß üôé üëïé ïé æõãïß äéÝèåôáí åõáéóèçóßá 0,1 ôïõ ãñáììáñßïõ, ôá áðïôåëÝóìáôá äåí äéáöÝñïõí ìüíï êáôÜ 0,1 ôïõ ãñáììáñßïõ. Ïé äéáöïñÝò ðïõ åìöáíßæïíôáé óôá ðåñéóóüôåñá áðïôåëÝóìáôá, êáôáôÜóóïíôáé óõíÞèùò óå äýï êáôçãïñßåò. Óôçí ðñþôç êáôçãïñßá áíÞêïõí áõôÜ óôá ïðïßá êáôÝëçîáí äéÜöïñåò ïìÜäåò ðïõ ìåôá÷åéñßóèçêáí ôïí ßäéï æõãü êáé ôá ïðïßá, åíþ äåí åßíáé áêñéâþò ßäéá ìåôáîý ôïõò, äåí

91

ôéò ìåôñÞóåéò Ýíá óõóôçìáôéêü óöÜëìá, ôüôå ôá áðïôåëÝóìáôá èá áðïêëßíïõí ðÜíôá ðñïò ôçí ßäéá êáôåýèõíóç. Óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ ìåëåôïýìå, ç áéôßá ôïõ óõóôçìáôéêïý óöÜëìáôïò åßíáé áðïôÝëåóìá êÜðïéáò êáêÞò ñõèìßóåùò ðïõ ßóùò ïöåßëåôáé óå âëÜâç åíüò ïñéóìÝíïõ æõãïý. ÁõôÞ ç ìüíéìç ðçãÞ óöÜëìáôïò èá õðÜñ÷åé óå êÜèå ìÝôñçóç ìå ôï æõãü êáé, üóåò öïñÝò êáé áí åðáíáëçöèåß ç ìÝôñçóç, Ýíá ôÝôïéï óöÜëìá äåí ìðïñåß íá åîïõäåôåñùèåß. ÌåñéêÜ áêüìç ðáñáäåßãìáôá ó÷åôéêÜ ìå áõôüí ôïí ôýðï óöÜëìáôïò áíáöÝñïíôáé óôá ó÷Þìáôá 4-12 êáé 413.

25 20 10 5 0 -5 (á)

Èåñìïêñáóßá °C

åìöáíßæïõí êáé óçìáíôéêÞ äéáöïñÜ. Óôç äåýôåñç êáôçãïñßá áíÞêïõí áðïôåëÝóìáôá, ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü êÜðïéï æõãü ðïõ äßíåé ìïíßìùò áðïôåëÝóìáôá ìéêñüôåñá Þ ìåãáëýôåñá, áíåîÜñôçôá áðü ôï ÷åéñéóôÞ ôïõ. Ïé äýï êáôçãïñßåò ðïõ áíáöÝñèçêáí, óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ðñïêýðôïõí ëüãù ôïõ üôé óçìåéþíïíôáé äýï åéäþí óöÜëìáôá. Ç ðñþôç ðñïêýðôåé ëüãù ôùí ôõ÷áßùí óöáëìÜôùí. ~Åôóé ïíïìÜæïíôáé, ôá óöÜëìáôá ðïõ ãßíïíôáé üôáí êÜðïéïò åñãÜæåôáé óôá üñéá ôçò åõáóèçóßáò åíüò ïñãÜíïõ. Ïé ìåôñÞóåéò ðïõ ãßíïíôáé áðü äéáöïñåôéêïýò áíèñþðïõò Þ êáé äéáöïñåôéêÝò ïìÜäåò, ßóùò íá äéáöÝñïõí êáôÜ ìßá Þ äýï ìïíÜäåò óôá ôåëåõôáßá øçößá ôùí áñéèìþí ðïõ ðñïÝêõøáí áðü áõôÝò. ~Åíá áíÜëïãï ðñüâëçìá åß÷áìå áíôéìåôùðßóåé, üôáí äéáâÜæáìå ôï èåñìüìåôñï ìå áêñßâåéá 0,1°C. Aí êÜðïéïé Üíèñùðïé ðñïóðáèÞóïõí íá äéáâÜóïõí ôéò åíäåßîåéò åíüò ïñãÜíïõ ìå ôç ìåãáëýôåñç äõíáôÞ áêñßâåéá, ôüôå ïé äéÜöïñåò ìåôñÞóåéò ôïõò èá äéáöÝñïõí åëÜ÷éóôá. ÊÜôé áíÜëïãï óõìâáßíåé, üôáí êÜðïéïò ðñïâåß óå åðáíåéëçììÝíåò ìåôñÞóåéò ôïõ éäßïõ ìåãÝèïõò. Áí ãßíïõí ðïëëÝò ìåôñÞóåéò, ôüôå ìåñéêÝò èá âñßóêïíôáé ðéï øçëÜ êáé Üëëåò ðéï ÷áìçëÜ áðü ôçí ðñáãìáôéêÞ ôéìÞ. Áõôüò åßíáé êáé ï ëüãïò ðïõ áõôü ôï åßäïò ôïõ óöÜëìáôïò ïíïìÜæåôáé ôõ÷áßï. ÊÜèå ìåìïíùìÝíç ìÝôñçóç Ý÷åé ôéò ßäéåò ðéèáíüôçôåò íá åßíáé ìéêñüôåñç êáèþò êáé ìåãáëýôåñç áðü üóï ðñÝðåé. Åßíáé åýêïëï íá åëá÷éóôïðïéÞóïìå ôçí åðßäñáóç ôùí ôõ÷áßùí óöáëìÜôùí, áêñéâþò åðåéäÞ åßíáé ôõ÷áßá. Áí ðÜñïìå Ýíá ìåãÜëï áñéèìü ìåôñÞóåùí êáé õðïëïãßóïìå ôï ìÝóï üñï ôïõò, ôüôå åßíáé âÝâáéï ðùò ï ìÝóïò üñïò2áõôüò èá âñßóêåôáé ðëçóéÝóôåñá ðñïò ôçí “áëçèéíÞ” ôéìÞ. Áõôü óõìâáßíåé ãéáôß, üôáí Ý÷ïìå ìåãÜëï áñéèìü ìåôñÞóåùí, ôüôå ôá èåôéêÜ óöÜëìáôá áíôéóôáèìßæïõí ôá áñíçôéêÜ. ~Ïôáí ðáñáôçñïýóáôå ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí óõììáèçôþí óáò, ßóùò ðñïóÝîáôå êáé Ýíá äåýôåñï åßäïò ïìïéïìïñößáò. ÊÜðïéïò æõãüò Ýäéíå ðÜíôá Ýíá áðïôÝëåóìá ìåãáëýôåñï (Þ ìéêñüôåñï) áðü ü,ôé ïé Üëëïé æõãïß. Áõôü áêñéâþò áðïôåëåß Ýíá ðáñÜäåéãìá óõóôçìáôéêïý óöÜëìáôïò. Óõóôçìáôéêü óöÜëìá åßíáé áõôü ðïõ áêïëïõèåß ðÜíôá ôçí ßäéá êáôåýèõíóç. ÁíåîÜñôçôá áðü ôïí áñéèìü ôùí ìåôñÞóåùí Þ áðü ôï ðëÞèïò ôùí áíèñþðùí ðïõ êÜíïõí ôç ìÝôñçóç, áí õðÜñ÷åé óå êÜðïéá óõóêåõÞ Þ óôç ìÝèïäï ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýìå ãéá íá ðñáãìáôïðïéÞóïìå

ÓõìðåñéöïñÜ ôïõ ðáñáäé÷ëùñïâåíæïëßïõ êáôÜ ôç èÝñìáíóç

58 53

ÌåôñçèÝí m.p = 58°C (Ðñáãìáôéêü m.p = 53°C)

1

2

3

4

5

6

7

8

×ñüíïò, Ðñþôá ëåðôÜ (â)

Ó×ÇÌÁ 4-12. ÐáñÜäåéãìá óõóôçìáôéêïý óöÜëìáôïò ðïõ ðñïÝêõøå ëüãù ôçò åóöáëìÝíçò âáèìïëïãÞóåùò ôïõ èåñìïìÝôñïõ.

92

1

2

3

4

5

Êáêþò âáèìïëïãçìÝíïò ÷Üñáêáò 1

2

3

4

(á)

5 ÁêñéâÞò ÷Üñáêáò

ÓöÜëìá, mm

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ÌåôñçèÝí ìÞêïò, cm (â)

Ó×ÇÌÁ 4-13. ÐáñÜäåéãìá óõóôçìáôéêïý óöÜëìáôïò ðïõ ïöåßëåôáé óôçí åóöáëìÝíç âáèìïëüãçóç åíüò õðïäåêáìÝôñïõ.

Ôá óõóôçìáôéêÜ óöÜëìáôá åßíáé äõíáôüí íá ãßíïõí êáé åî áéôßáò Üëëùí ðáñáãüíôùí åêôüò áðü ôéò åããåíåßò áôÝëåéåò ôïõ ïñãÜíïõ. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ìðïñïýí íá ðñïêýøïõí ëüãù ôçò ÷ñçóéìïðïéÞóåùò õëéêþí ðïõ äåí Ý÷ïõí êáèáñÞ óýóôáóç. Áò õðïôåèåß üôé ðñïóäéïñßæåôå ôçí ðõêíüôçôá ôïõ ìåôÜëëïõ áëïõìéíßïõ ìå ôç ìÝèïäï ðïõ áêïëïõèåß: Ðáßñíåôå Ýíá êïììÜôé áëïõìéíßïõ êáé êüâåôå áðü áõôü ìåñéêïýò ìéêñïýò êýâïõò. Ãéá êÜèå êïììÜôé ìåôñÜôå ôç ìÜæá äÝêá öïñÝò êáé õðïëïãßæåôå ôï ìÝóï üñï ôùí áðïôåëåóìÜôùí. Åðßóçò, ãéá êÜèå êïììÜôé ìåôñÜôå ôéò ðëåõñÝò ôïõ äÝêá öïñÝò êáé õðïëïãßæåôå áðü áõôÝò ôïõò üãêïõò êáèþò êáé ôï ìÝóï üñï ôùí üãêùí. Óôç óõíÝ÷åéá õðïëïãßæåôå ôçí ðõêíüôçôá êáèåíüò êïììáôéïý. ÔÝëïò ðñïóäéïñßæåôå ôï ìÝóï üñï ôùí áðïôåëåóìÜôùí ãéá êÜèå êïììÜôé. Áí åß÷áôå áêïëïõèÞóåé

ðñïóåêôéêÜ üëåò áõôÝò ôéò ïäçãßåò, èá ðåñéìÝíáôå ÷ùñßò áìöéâïëßá üôé ç ôéìÞ ðïõ âñÞêáôå ãéá ôçí ðõêíüôçôá èá Þôáí ôüóï áêñéâÞò, üóï Þôáí êáé ïé ìåôñÞóåéò ðïõ ðñáãìáôïðïéÞóáôå ãéá ôç ìÜæá êáé ôï ìÞêïò. Áò õðïèÝóïìå üìùò üôé ôï äåßãìá ôïõ áëïõìéíßïõ åí áãíïßá óáò äåí Þôáí êáèáñü êáé ðåñéåß÷å Ýíá ìéêñü ðïóïóôü óéäÞñïõ (ï óßäçñïò Ý÷åé ìåãáëýôåñç ðõêíüôçôá áðü ôï áëïõìßíéï). Ôüôå ðáñÜ ôéò ðñïóðÜèåéÝò óáò íá áðïöýãåôå Ýíá ôõ÷áßï óöÜëìá, èá åîáêïëïõèïýóå íá õðÜñ÷åé Ýíá óõóôçìáôéêü áõôÞ ôç öïñÜ óöÜëìá óôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò. Ãé’ áõôü êáé ç ôåëéêÞ ôéìÞ ðïõ èá äßíáôå èá âñéóêüôáí ëßãï õøçëüôåñá áðü ôçí ðñáãìáôéêÞ. Ôá óõóôçìáôéêÜ ëÜèç óõíÞèùò óçìåéþíïíôáé åðåéäÞ ðáñáâëÝðïíôáé ïñéóìÝíïé ðáñÜãïíôåò ðïõ åðçñåÜæïõí ôï áðïôÝëåóìá. Áí õðïôåèåß, ãéá ðáñÜäåéãìá, ü,ôé Ý÷åôå Ýíá æõãü, ìå ôïí ïðïßï ðñÝðåé íá õðïëïãßóåôå ôç ìÜæá åíüò ëßôñïõ íåñïý (óôïõò 25°C åßíáé ðåñßðïõ 1000 g) ìå áêñßâåéá 0,1 ôïõ ãñáììáñßïõ, êáé üôé ï üãêïò ðïõ åßíáé äéáèÝóéìïò åßíáé ðñáêôéêÜ óùóôüò ìå áêñßâåéá 0,1 ml. ~Éóùò èá íïìßæåôå üôé åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãßóåôå ôçí ðõêíüôçôá ìå áêñßâåéá ± 0,0002 g/ml (ç ðñïóÝããéóç áõôÞ õðïëïãßæåôáé ìå ôç âïÞèåéá ôùí åêáôïóôéáßùí óöáëìÜôùí). Áí äåí ëÜâåôå õðüøç óáò ôï áðïôÝëåóìá ðïõ ðñïêáëåß ç Üíùóç, ôüôå èá Ý÷åôå êÜíåé ëÜèïò. ~Åíá ëßôñï áÝñá, êÜôù áðü êáíïíéêÝò óõíèÞêåò, Ý÷åé ìÜæá 1,20 g. Óôçí ðåñßðôùóç ðïõ äåí èá õðïëïãßóåôå ôç äéüñèùóç ëüãù áíþóåùò, ôüôå ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôçò ðõêíüôçôáò èá ìåôá÷åéñéóèåßôå ùò ìÜæá ôïõ íåñïý ìéá ðïóüôçôá ìéêñüôåñç êáôÜ 1,20 g áðü ôçí ðñáãìáôéêÞ. Áõôü áêñéâþò èá äçìéïõñãÞóåé Ýíá óõóôçìáôéêü óöÜëìá óôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ðõêíüôçôáò ðåñßðïõ 0,0012 g/ml. Äåí Ý÷åé óçìáóßá ðüóåò öïñÝò èá åðáíáëÜâåôå ôéò ìåôñÞóåéò óáò. ~Áí åîáêïëïõèÞóåôå íá îå÷íÜôå ôç äéüñèùóç ðïõ ïöåßëåôáé óôçí Üíùóç, ç ôéìÞ ðïõ èá äßíåôå åßíáé ðÜíôá êáôÜ 0,0012 g/ml ìéêñüôåñç áðü ôçí ðñáãìáôéêÞ ôéìÞ. ~Ïôáí Ýíáò ÷çìéêüò äéåîÜãåé ðåéñÜìáôá ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ðïóïôéêÝò ìåôñÞóåéò, ðñÝðåé íá ðñïóÝîåé ôñßá óçìåßá. Ðñþôïí, ðñÝðåé íá Ý÷åé óôç äéÜèåóÞ ôïõ áñêåôÜ åõáßóèçôá üñãáíá, þóôå íá ðñáãìáôïðïéÞóåé ìåôñÞóåéò ôüóï áêñéâåßò, üóï ôïõ ÷ñåéÜæïíôáé. Äåýôåñïí ðñÝðåé íá åðáíáëÜâåé ôéò ìåôñÞóåéò ôïõ áñêåôÝò öïñÝò êáé íá õðïëïãßóåé ôï ìÝóï üñï ôùí áðïôåëåóìÜôùí, þóôå

93

Ðåñßëçøç. Óå üëåò ôéò ìåôñÞóåéò ãßíïíôáé óöÜëìáôá. ÕðÜñ÷åé ðÜíôá êÜðïéï óöÜëìá óôçí ôéìÞ ðïõ ðñïóäéïñßæåôáé ãéá êÜèå ðïóüôçôá ìåôÜ áðü ìÝôñçóç Þ õðïëïãéóìü. Åßíáé óçìáíôéêü íá êáèïñéóèïýí óùóôÜ ôá óöÜëìáôá óôéò ðïóüôçôåò ðïõ ìåôñÞèçêáí êáé íá õðïëïãéóèïýí ïé åðéäñÜóåéò áõôþí ôùí óöáëìÜôùí åðÜíù óôá óöÜëìáôá ôùí äåõôåñïãåíþí ðïóïôÞôùí, äçëáäÞ áõôþí ðïõ ðñïÝêõøáí áðü õðïëïãéóìïýò ðïóïôÞôùí ðïõ Ý÷ïõí ìåôñçèåß. ~Åíá ìÝãåèïò ðïõ ðñïÝñ÷åôáé áðü ðñüóèåóç Þ áöáßñåóç Üëëùí ìåãåèþí, èá Ý÷åé Ýíá óöÜëìá ßóï ìå ôï Üèñïéóìá ôùí óöáëìÜôùí üëùí ôùí ìåãåèþí ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôïõ. ~Åíá ìÝãåèïò ðïõ ðñïÝñ÷åôáé áðü ðïëëáðëáóéáóìü Þ äéáßñåóç, Ý÷åé Ýíá åêáôïóôéáßï óöÜëìá ßóï ìå ôï Üèñïéóìá ôùí

åêáôïóôéáßùí óöáëìÜôùí ôùí ìåãåèþí ðïõ ÷ñçóéìïéÞèçêáí ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôïõ. Óå êÜèå ðïóüôçôá ôá óçìáíôéêÜ øçößá åßíáé ôá øçößá ðïõ åßíáé âÝâáéá êáé Ýíá áêüìá. ~Åíá ðáñÜãùãï ìÝãåèïò ìðïñåß íá Ý÷åé ôüóá óçìáíôéêÜ øçößá, üóá õðÜñ÷ïõí óôï ëéãüôåñï áêñéâÝò ìÝãåèïò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôïõ. Ïé ðïëý ìåãÜëïé êáé ïé ðïëý ìéêñïß áñéèìïß åêöñÜæïíôáé êáôÜ ôñüðï ðéï åý÷ñçóôï ìå åêèåôéêÞ ìïñöÞ.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. ~Ïôáí ðñïóäéïñßæïìå ôçí ôéìÞ åíüò ìåãÝèïõò, ðüóá øçößá ðñÝðåé íá ãñÜöïìå; 2. Ðüóá óçìáíôéêÜ øçößá ìðïñåß íá Ý÷åé Ýíá ìÝãåèïò ðïõ ðñïÝêõøå áðü õðïëïãéóìïýò;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ

~Ïðùò ìÜèáôå óôï êåöÜëáéï 1, ôï ðåßñáìá åßíáé ôï êëåéäß ãéá ôç ÷çìåßá. Ôï êåöÜëáéï áõôü Ýäåéîå üôé ç áêñßâåéá åßíáé ôï êëåéäß ãéá ôï ðåßñáìá. Ï âáèìüò áêñéâåßáò ðïõ åßíáé äõíáôüí íá åðéôåõ÷èåß, êáèïñßæåôáé êáôÜ Ýíá ìÝñïò áðü ôïõò ðåñéïñéóìïýò ôùí ïñãÜíùí ìåôñÞóåùò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé êáé áðü ôçí åìðåéñßá ôïõ ÷åéñéóôÞ. Åîáéôßáò áõôþí ôùí ðåñéïñéóìþí ï ðñïóäéïñéóìüò üëùí ôùí ìåãåèþí åíÝ÷åé êÜðïéá óöÜëìáôá. ÁõôÜ ôá óöÜëìáôá åðáõîÜíïíôáé, üôáí ôá ìåãÝèç ðïõ ìåôñÞèçêáí ðñüêåéôáé íá óõíäõáóèïýí ìáèçìáôéêÜ ìå óêïðü ôïí õðïëïãéóìü Üëëùí ðáñáãþãùí ìåãåèþí. Ìå ôç âïÞèåéá ôùí óçìáíôéêþí øçößùí ïé åðéóôÞìïíåò ìðïñïýí íá åêöñÜóïõí ÷ùñßò äõóêïëßåò ôï

âáèìü áâåâáéüôçôáò ðïõ õðÜñ÷åé óôá áðïôåëÝóìáôÜ ôïõò. Ç åêèåôéêÞ áðåéêüíéóç åßíáé ÷ñÞóéìç ôüóï ãéá ôçí Ýíäåéîç ôùí óçìáíôéêþí øçößùí, üóï êáé ãéá ôç ãñáöÞ ðïëý ìåãÜëùí Þ ðïëý ìéêñþí áñéèìþí. ÅðéóôÞìïíåò áðü üëï ôïí êüóìï ìåôá÷åéñßæïíôáé ôï Ðñáêôéêü Ìåôñéêü Óýóôçìá ãéá ôéò äéêÝò ôïõò åñãáóßåò, áëëÜ êáé ãéá ôçí áíáêïßíùóç ôùí áðïôåëåóìÜôùí ôïõò. Ç ðõêíüôçôá åßíáé Ýíá ðáñÜãùãï ìÝãåèïò ðïõ åêöñÜæåé ôï ðïóü ôçò ìÜæáò óôç ìïíÜäá ôïõ üãêïõ. Ïé ðõêíüôçôåò ôùí õãñþí êáé ôùí óôåñåþí åêöñÜæïíôáé óõíÞèùò óå ãñáììÜñéá áíÜ ÷éëéïóôü ôïõ ëßôñïõ.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Áðü ðüóá ìÝôñá áðïôåëåßôáé Ýíá ÷éëéüìåôñï; Ðüóá ãñáììÜñéá Ý÷åé Ýíá ÷éëéüãñáììï; 2. Ðüóá ÷éëéïóôÜ ôïõ ëßôñïõ õðÜñ÷ïõí óå Ýíá ëßôñï; Ðüóá ÷éëéïóôüãñáììá óå Ýíá ãñáììÜñéï; 3. ~Eíá ëßôñï åßíáé ìéêñüôåñï Þ ìåãáëýôåñï áðü Ýíá ãáëüíé; Ðïéï åßíáé ìåãáëýôåñï, ôï ìÝôñï Þ ï ðÞ÷õò; 4. Óôïõò áãþíåò äñüìïõ, ôá 1500 ìÝôñá áíáöÝñïíôáé óõíÞèùò ùò Ýíá “ìåôñéêü ìßëé”. Óå ðïéï áãþíéóìá ç äéáäñïìÞ èá åßíáé

5. 6. 7. 8. 9.

ìáêñýôåñç, ôïõ åíüò ìéëßïõ Þ ôùí 1500 ìÝôñùí; Ðþò ïñßæåôáé ç ðõêíüôçôá; Ãéáôß ç ðõêíüôçôá èåùñåßôáé ðáñÜãùãï Þ äåõôåñïãåíÝò ìÝãåèïò; Ðþò ïñßæåôáé ç èåñìïìåôñéêÞ êëßìáêá Êåëóßïõ; Ôé óçìáßíåé óõíÞèùò ôï óýìâïëï äÝëôá (Ä); Ðþò ïñßæåôáé ìéá èåñìßäá; Ç èåñìßäá åßíáé ðñùôïãåíÞò Þ äåõôåñïãåíÞò ìïíÜäá; Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óå Joules êáé óå èåñìßäåò;

94

10. Ðïéï ìÝñïò ôçò åðéöÜíåéáò ôçò ãçò åß÷å åðéëåãåß áñ÷éêÜ, ãéá íá ïñéóèåß ôï ìÞêïò ôïõ åíüò ìÝôñïõ; Èá ìðïñïýóå íá ÷ñçóéìïðïéçèåß êÜðïéá Üëëç áðüóôáóç ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôïõ åíüò ìÝôñïõ; 11. Ðïéá åßíáé ç óõíÞèçò áéôßá óöÜëìáôïò, üôáí ãßíïíôáé ìåôñÞóåéò èåñìïêñáóßáò ìå Ýíá èåñìüìåôñï; Ðïéåò åßíáé ïé áéôßåò óöÜëìáôïò üôáí åêôåëïýíôáé ìåôñÞóåéò ôçò ìÜæáò ìå Ýíá æõãü; 12. Ðþò ðñïóäéïñßæåôáé ôï óöÜëìá óôï áðïôÝëåóìá ðïõ Ý÷åé ðñïÝëèåé áðü ðñüóèåóç Þ áöáßñåóç Üëëùí ðïóïôÞôùí ðïõ Ý÷ïõí ìåôñçèåß; 13. Ðþò ðñïóäéïñßæåôáé ôï óöÜëìá óå áðïôåëÝóìáôá ðïõ Ý÷ïõí ðñïêýøåé áðü ðïëëáðëáóéáóìü Þ äéáßñåóç Üëëùí ðïóïôÞôùí ðïõ Ý÷ïõí ìåôñçèåß; 14. Ðþò ðñïóäéïñßæåôáé ôï åðß ôïéò åêáôü óöÜëìá óå Ýíáí áñéèìü ðïõ åêöñÜæåé êÜðïéáí áâåâáéüôçôá; 15. Ðüóá óçìáíôéêÜ øçößá õðÜñ÷ïõí óôïí áñéèìü 1.253,7; Áí áõôüò ï áñéèìüò áíôéóôïé÷åß óå ìéá ðïóüôçôá ðïõ Ý÷åé ìåôñçèåß, ôüôå ðïéï øçößï åßíáé áõôü ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï ìåãáëýôåñï ðéèáíü óöÜëìá; 16. ÅêöñÜóôå ôïõò áñéèìïýò ðïõ áêïëïõèïýí ìå åèåôéêÞ ìïñöÞ: á) 14.729, â) 368, ã) 0,0059. 17. Ôé óçìáßíåé Ýíáò áñíçôéêüò åêèÝôçò óå Ýíáí åêèåôéêü áñéèìü; 18. Ðüóá ÷éëéïóôüãñáììá õðÜñ÷ïõí óå Ýíá ÷éëéüãñáììï; ×ñçóéìïðïéÞóôå åêèåôéêÞ ãñáöÞ; 19. Óôïí áñéèìü 6240 ôï ìçäÝí åßíáé óçìáíôéêü øçößï; Ôé åßíáé áíôßóôïé÷á ôï ìçäÝí óôïí áñéèìü 6,240 x 1037; 20. Aí Ýíá óöÜëìá äýï ìåñþí óôá åêáôü áðïäßäåôáé ùò óöÜëìá 2%, ôüôå ðüóá ôïéò åêáôü åßíáé ôï óöÜëìá ôÝóóåñá ìÝñç óôá 400; 21. Áò õðïèÝóïìå üôé Ý÷åôå Ýíá æõãü ðïõ ìðïñåß íá æõãßóåé ôç ìÜæá åíüò áíôéêåéìÝíïõ ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. Áí êÜðïéï ðåßñáìá áðáéôåß áðïôåëÝóìáôá ìå óöÜëìá ðïõ íá ìçí îåðåñíÜ ôï 0,1%, èá ÷ñçóéìïðïéïýóáôå êÜðïéï äåßãìá ìå ìÜæá 1,00 g, 10,00 g, Þ 100,00 g; ÅîçãÞóáôå. 22. Ðïéï åßíáé ôï ìéêñüôåñï ìÝãåèïò äåßãìáôïò ðïõ ìðïñåßôå íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå óå Ýíá æõãü, ðïõ Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ðñóäéïñßæåé ìÜæá ìå áêñßâåéá 0,0001 g, üôáí ôï åðéôñåðüìåíï óöÜëìá åßíáé 0,1%; 23. Áí 2,54 cm áíôéóôïé÷ïýí óå ìßá ßíôóá, ðüóá

24. 25. 26. 27. 28.

åêáôïóôÜ ôïõ ìÝôñïõ áíôéóôïé÷ïýí óå 6 7/8 ßíôóåò; Ðüóåò ßíôóåò áíôéóôïé÷ïýí óå 6,5 ìÝôñá; Ðïéá åßíáé ç ìÝãéóôç ôéìÞ ðïõ ìðïñåß íá ðÜñåé ï áñéèìüò 68,5 ± 0,4; Ðïéï åßíáé ôï óöÜëìá ðïõ õðÜñ÷åé óôï Üèñïéóìá ôùí áñéèìþí 16 ± 3 êáé 14 ± 2; Ðïéïò åßíáé ï ìéêñüôåñïò áñéèìüò ðïõ ìðïñåß íá ðñïêýøåé áðü ôçí áöáßñåóç ôùí áñéèìþí 16 ± 4 áðü 23 ± 2; Ëýóôå êáé åêöñÜóôå ìå åêèåôéêÞ ìïñöÞ ôçí ðáñÜóôáóç:

29. ÓôñïããõëÝøôå ôïí áñéèìü 26.060 ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôñßá óçìáíôéêÜ øçößá. 30. Ðïéï åßíáé ôï ðçëßêï ôçò äéáéñÝóåùò ôïõ 6,25 x 102 äéÜ ôïõ 25; 31. Ðñïóäéïñßóôå ôçí ôåôñáãùíéêÞ ñßæá ôïõ 1.440.000 ÷ñçóéìïðïéþíôáò åêèåôéêÞ ãñáöÞ. 32. Ç ðõêíüôçôá åíüò óþìáôïò ðïõ ìåôñÞèçêå âñÝèçêå 2,36 g/ml. Ç êáëýôåñç åðßóçìç ôéìÞ åßíáé 2,41 g/ml. Ðïéï åßíáé ôï åðß ôïéò åêáôü óöÜëìá; 33. Ðüóá óçìáíôéêÜ øçößá õðÜñ÷ïõí óôï ðçëßêï: 122/31,29; 34. ÌåôáôñÝøôå ôçí áðüóôáóç ôïõ åíüò ìéëßïõ óå ìÝôñá. 35. Ìå ðüóá ìßëéá éóïäõíáìïýí ôñßá ÷éëéüìåôñá; 36. Ðïéï åßíáé ôï óöÜëìá ðïõ õðÜñ÷åé óôï ãéíüìåíï: (314 ±3) (696 ± 4); 37. Ðüóá óçìáíôéêÜ øçößá õðÜñ÷ïõí óôïí áñéèìü 26.400; 38. Ðüóá óçìáíôéêÜ øçößá Ý÷åé ï áñéèìüò 0,0140; 39. Ðïéï åßíáé ôï ðçëßêï ôïõ 1,50 x 104 äéÜ ôïõ 3,75x102; 40. Ìå ôç âïÞèåéá åêèåôéêþí ìïñöþí, ðïëëáðëáóéÜóôå ôï 62.800 åðß ôï 0,005. 41. ÅêöñÜóôå ìå åêèåôéêÞ ìïñöÞ êáé ëýóôå ôçí ðáñÜóôáóç;

42. Ìéá ïìÜäá ìåôñÜ ìßá ðïóüôçôá åîÞíôá ðÝíôå öïñÝò êáé ôï áðïôÝëåóìá ðïõ ðñïêýðôåé åßíáé 25,6±0,3. Ðïéï åßíáé ôï åðß ôïéò åêáôü óöÜëìá ôùí ìåôñÞóåùí;

MÅÑÏÓ ÄÅÕÔÅÑÏ

96

¢ôïìá êáé ìüñéá: Äïìéêïß ëßèïé ôçò ýëçò Ï ïñéóìüò ôçò ýëçò ùò êÜôé ðïõ Ý÷åé ìÜæá, åßíáé ìéá êáëÞ áñ÷Þ, áëëÜ äåí åßíáé êáé ç óùóôÞ áðÜíôçóç óôçí åñþôçóç, áðü ôé áðïôåëåßôáé ç ýëç. Åðß åêáôïíôÜäåò ÷ñüíéá ïé Üíèñùðïé äéåôýðùíáí áõôÞí ôçí åñþôçóç. Óôçí ðñïóðÜèåéá íá ôçí áðáíôÞóïõí, äçìéïýñãçóáí ðïëëÝò èåùñßåò êáé äéåîÞãáãáí ðïëëÜ ðåéñÜìáôá. Ôï ðñüâëçìá áõôü åß÷å ãßíåé Ýíá áðü ôá ðéï ðñïêëçôéêÜ ôçò åðéóôÞìçò ãéáôß ïé åðéóôÞìïíåò Ýðñåðå íá êáôáíïÞóïõí ðñÜãìáôá ðïõ Þôáí ôüóï ìéêñÜ, þóôå äåí ìðïñïýóáí íá ôá äïõí Þ íá ôá ÷åéñéóèïýí ÷ùñéóôÜ. ×ñåéÜóèçêå ìåãÜëç åõöõßá êáé ðñïóðÜèåéá ãéá íá êáôáëÞîïõí óå êÜðïéåò åíäåßîåéò ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí. Ôá ìåìïíùìÝíá Üôïìá Ý÷ïõí äéÜìåôñï ôçò ôÜîåùò ôùí 10-8 cm, êáé ç ìéêñüôåñç ðïóüôçôá ôçò ýëçò ðïõ åßíáé äõíáôüí íá áíé÷íåõèåß áðü ôá óõíÞèç ìÝóá åßíáé êéüëáò ìåñéêÜ äéóåêáôïììýñéá ìüñéá (ìéá åîáßñåóç áðïôåëåß ç öùôïãñáößá ðïõ Ý÷åé ëçöèåß áðü Ýíá ìéêñïóêüðéï ðåäßïõ éüíôùí êáé ç ïðïßá âñßóêåôáé óôçí áñ÷Þ ôïõ êåöáëáßïõ 7). ÓÞìåñá åßíáé äõíáôüí íá äåßîïìå ôçí ýðáñîç ôùí áôüìùí ìå ôç âïÞèåéá óåéñÜò óõëëïãéóìþí ðïõ Ý÷ïõí ùò âÜóç ðåéñÜìáôá ôá ïðïßá åýêïëá åðáíáëáìâÜíïíôáé êáé ðéóôïðïéïýíôáé óå ïðïéïäÞðïôå óçìåßï ôïõ êüóìïõ. Åðß ðëÝïí, ìðïñïýìå íá äåßîïìå üôé õðÜñ÷ïõí äéÜöïñá åßäç áôüìùí, êáé üôé üëá áðïôåëïýíôáé áðü áêüìá ìéêñüôåñá óùìáôßäéá. Åßíáé äõíáôüí åðßóçò íá äåßîïìå êáé ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï óõíäÝïíôáé ôá Üôïìá, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ìüñéá, áëëÜ êáé íá ìåôñÞóïìå ôéò äõíÜìåéò ðïõ ôá óõãêñáôïýí åíùìÝíá. Ïé åêáíôïíôÜäåò ÷éëéÜäåò ãíùóôÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò ãßíïíôáé êáôáíïçôÝò ìå âÜóç ôá ìüñéá ðïõ ôéò óõíèÝôïõí. Áõôü ôï ìÝñïò ôïõ âéâëßïõ èá óáò âïçèÞóåé íá áíôéëçöèåßôå ðþò åßíáé äõíáôüí íá äéáðéóôþóåôå ôçí ýðáñîç ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí ìÝóá áðü ôá áðïôåëÝóìáôá ðåéñáìÜôùí ðïõ èá åêôåëÝóåôå åóåßò ïé ßäéïé.

97

KÅÖÁËÁÉÏ ÐÅÌÐÔÏ

¢ôïìá êáé ìüñéá óôá áÝñéá

ÁÝñéï íåöÝëùìá óôïí áóôåñéóìü ôïõ Ïöéïý÷ïõ, ðïõ Ý÷åé öùôïãñáöçèåß ìå åñõèñü öùò.

98

Ðþò åßíáé äõíáôüí íá äéáðéóôþóåôå êÜôé ðïõ äåí ìðïñåßôå íá äåßôå; ~Åíáò ôñüðïò åßíáé íá ôï öÝñåôå óôï íïõ óáò óõãêñéôéêÜ ìå êÜôé Üëëï ðïõ ìðïñåßôå íá äåßôå. Áí õðÜñ÷ïõí áñêåôÝò ïìïéüôçôåò áíÜìåóá óôá äýï, èá õðïèÝóåôå üôé ôï ïñáôü ìïéÜæåé ìå ôï áüñáôï. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ Ýíáò åðéóôÞìïíáò èá ïíüìáæå ôï ïñáôü ðñüôõðï Þ ìïíôÝëï ôïõ áïñÜôïõ áíôéêåéìÝíïõ*. Ïé ÷çìéêïß ãéá ðïëëÜ ÷ñüíéá, üôáí åðñüêåéôï íá ìåëåôÞóïõí êÜôé ðïõ åß÷å ó÷Ýóç ìå ôïõò üñïõò “Üôïìï” êáé “ìüñéï”, åñãÜæïíôáí ðÜíù óå ìïíôÝëá. Ðáñ’ üëï ðïõ ôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá åßíáé ðïëý ìéêñÜ ãéá íá ìðïñÝóåé íá ôá äåé ï ïðïéïóäÞðïôå, ïé ÷çìéêïß êáôüñèùóáí íá ðåñéãñÜøïõí ôç óõìðåñéöïñÜ áõôþí

ôùí ôüóï ìéêñþí óùìáôéäßùí ìå ðïëý ìåãÜëç áêñßâåéá. ÐáñáôçñÞóåéò ôçò óõìðåñéöïñÜò ôùí áåñßùí Ýäùóáí ðïëëÝò åíäåßîåéò ãéá ôçí ýðáñîç ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí. Óôá óôåñåÜ êáé óôá õãñÜ ôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá åßíáé ðïëý ðåñéóóüôåñï ðåñéïñéóìÝíá áðü ü,ôé óôá áÝñéá. ÅðåéäÞ ëïéðüí óôá áÝñéá õðÜñ÷åé ìåãáëýôåñç åëåõèåñßá íá åêäçëùèïýí ôá éäéáßôåñá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôïõò, Ýíá ëïãéêü ðñþôï âÞìá óôç ìåëÝôç ôùí áôüìùí åßíáé ç ìåëÝôç ôùí áåñßùí. Óôï êåöÜëáéï ðïõ áêïëïõèåß ðáñïõóéÜæïíôáé ïé éäéüôçôåò ôùí áåñßùí êáé óõó÷åôßæïíôáé ìå ôá áôïìéêÜ ðñüôõðá.

Ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óôéò ðéÝóåéò êáé ôïõò üãêïõò ôùí áåñßùí 5.1 Áðü ôçí êáèçìåñéíÞ åìðåéñßá óôï åðéóôçìïíéêü ðñüôõðï. Óõ÷íÜ ïé åðéóôÞìïíåò ÷ñçóéìïðïéïýí Ýíá ãíþñéìï óýóôçìá, ðïõ èá ôïõò âïçèÞóåé íá êáôáíïÞóïõí Ýíá Üãíùóôï. Ôï ãíþñéìï óýóôçìá ïíïìÜæåôáé ðñüôõðï ôïõ áãíþóôïõ. ÓõíÞèùò, áí êáé ü÷é ðÜíôá, óôï ðñüôõðï êáôáëÞãïõí ýóôåñá áðü ðáñáôçñÞóåéò ðïõ Ýêáíáí áð’ åõèåßáò ìå ôç âïÞèåéá ôùí áéóèÞóåþí ôïõò, äçëáäÞ ôéò ìáêñïóêïðéêÝò ðáñáôçñÞóåéò. Ôï öáéíüìåíï ðïõ èá ìåëåôÞóïìå äçìéïõñãåßôáé óõíÞèùò áðü ðïëý ìéêñÜ Þ ìéêñïóêïðéêÜ áíôéêåßìåíá ðïõ äåí åßíáé áð’ åõèåßáò ïñáôÜ. ~Åíá ðñüôõðï, ìå áõôÞí ôçí åðéóôçìïíéêÞ Ýííïéá, äåí ðñÝðåé íá óõã÷Ýåôáé ìå Ýíá áðëü áíôéêåßìåíï õðü êëßìáêá, üðùò ð.÷. ãßíåôáé ìå Ýíá ìïíôÝëï áåñïðëÜíïõ Þ Ýíá ìïíôÝëï ôñÝíïõ. Åßíáé êÜôé áíÜëïãï êáé ü÷é Ýíá áíôßãñáöï Þ ìéá áðïìßìçóç (üðùò ç “áëõóßäá ôùí óêÝøåùí” åßíáé ìéá óåéñÜ óêÝøåùí ðïõ äéáäÝ÷ïíôáé ç ìéá ôçí Üëëç, óáí ôá âáãüíéá ìéáò áìáîïóôïé÷ßáò). ~Åíá ðñüôõðï äåí åßíáé áðáñáßôçôï íá åßíáé êÜðïéï öõóéêü áíôéêåßìåíï. Ìðïñåß êáìéÜ öïñÜ íá åßíáé Ýíá ìáèçìáôéêü ìïíôÝëï, äçëáäÞ ìéá ïìÜäá áðü åîéóþóåéò. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ, Ý÷ïìå Ýíá èåùñçôéêü ðñüôõðï, ç âáóéêÞ éäÝá ðáñáìÝíåé üìùò ç ßäéá. *

~Åíá ðñüôõðï åîçãåß êÜôé íÝï êáé áóõíÞèéóôï Þ áüñáôï, ìå ôç âïÞèåéá áõôþí ðïõ åßíáé ãíùóôÜ êáé ïñáôÜ. ÂÝâáéá, Ýíá ðñüôõðï (ìïíôÝëï) äåí ìðïñåß íá åßíáé áêñéâþò ôï ßäéï ðéóôü ìå ôï ðñáãìáôéêü öáéíüìåíï ðïõ ðåñéãñÜöåé, áëëÜ, Ýóôù êé Ýôóé, ìðïñåß íá ðñïóöÝñåé óçìáíôéêÞ âïÞèåéá óôçí ðñïóðÜèåéá íá åñìçíåýóïìå ôï óýíïëï ôùí ðáñáôçñÞóåùí. Áí åöáñìüóåôå ôç ìåèïäïëïãßá ôùí ðñïôýðùí (ìïíôÝëùí), èá óêåöèåßôå óõ÷íÜ üôé ðñÝðåé íá äéåîáãÜãåôå íÝá ðåéñÜìáôá. Ôá áðïôåëÝóìáôÜ ôïõò èá õðïóôçñßîïõí áêüìá ðåñéóóüôåñï ôï ðñüôõðï Þ èá äåßîïõí ôïõò ðåñéïñéóìïýò ôïõ. Êáé óôéò äýï ðåñéðôþóåéò èá Ý÷åôå áðïêôÞóåé ðåñéóóüôåñåò ðëçñïöïñßåò ãéá ôï áëçèéíü, ôï ðñáãìáôéêü óýóôçìá. Áò õðïèÝóïìå üôé öïõóêþíåôå Ýíá ìðáëüíé, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 5-1. Êáèþò öõóÜôå îáíÜ êáé îáíÜ, ôï ìðáëüíé áõôü äéïãêþíåôáé êáé ãßíåôáé ðéï óêëçñü. Ðñïöáíþò ï áÝñáò ùèåßôáé óôï åóùôåñéêü ôïõ ìðáëïíéïý êáé ôåíôþíåé ôçí åëáóôéêÞ ôïõ åðéöÜíåéá. Ãéáôß ï áÝñáò ðéÝæåé ðñïò ôá Ýîù üëï êáé ðéï äõíáôÜ ôçí åóùôåñéêÞ åðéöÜíåéá ôï ìðáëïíéïý ðïõ öïõóêþíåôå; Ãéáôß ï áÝñáò åîáêïëïõèåß íá ðéÝæåé ðñïò ôá Ýîù, åìðïäßæïíôáò ôï ìðáëüíé íá îåöïõóêþóåé, áêüìç êáé üôáí óôáìáôÞóåôå íá öõóÜôå ìÝóá óôï ìðáëüíé êáé Ý÷åôå äÝóåé ôï ÜíïéãìÜ ôïõ; Ïé ðïëý áðëÝò ðáñáôçñÞóåéò ðïõ ìðïñåß íá

Ó.ô.Ì. Ïé üñïé ðñüôõðï êáé ìïíôÝëï èá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé åöåîÞò åíáëëáêôéêÜ.

99

Ó×ÇÌÁ 5-2. Ïé ìðÜëåò ôïõ ìðéëéÜñäïõ ðïõ óõãêñïýïíôáé ìå ôéò ðëåõñÝò ôïõ ôñáðåæéïý åßíáé Ýíá ðñüôõðï, ðïõ åîçãåß ðþò öïõóêþíåé Ýíá ìðáëüíé.

Ó×ÇÌÁ 5-1. Ï áÝñáò ðïõ öõóÜìå ìÝóá óå Ýíá ìðáëüíé ôï öïõóêþíåé. Ðþò ìðïñåß íá åîçãçèåß áõôÞ ç ôüóï ãíùóôÞ äéåñãáóßá;

ãßíïõí, êáèþò êáé ôá åñùôÞìáôá ðïõ åßíáé öõóéêü íá äçìéïõñãçèïýí óôï ìõáëü óáò åíþ ðáñáôçñåßôå ôï öïýóêùìá ôïõ ìðáëïíéïý, ßóùò óáò áíáãêÜóïõí íá óêåöèåßôå êÜðïéï ðñüôõðï, ìå óêïðü íá åîçãÞóåôå ôéò ðáñáôçñÞóåéò êáé íá äþóåôå áðÜíôçóç óôá åñùôÞìáôá. Ðþò èá ìðïñïýóå íá åßíáé áõôü ôï ðñüôõðï; Ãéá íá ó÷åäéÜóåôå Ýíá êáëü ðñüôõðï äåí ðñÝðåé íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ìüíï ôéò Üìåóåò ðáñáôçñÞóåéò, áëëÜ êáé ü,ôé Üëëï ãíùñßæåôå, ðïõ ìðïñåß íá ó÷åôßæåôáé ìå ôï ðñüâëçìá. Óôçí ðåñßðôùóç ôïõ ìðáëïíéïý èá ðñÝðåé íá õéïèåôÞóåôå ôçí éäÝá üôé ï áÝñáò ðïõ öõóÜôå ìÝóá óôï ìðáëüíé, Ý÷åé èåùñçèåß üôé áðïôåëåßôáé áðü ìéêñÜ óùìáôßäéá ðïõ äåí ìÝíïõí ðïôÝ áêßíçôá. ÄçëáäÞ ç êßíçóç áõôþí ôùí óùìáôéäßùí äåí åðéâñáäýíåôáé êáé äåí óôáìáôÜåé ðïôÝ (äéáöïñåôéêÜ, ï áÝñáò ðïõ õðÜñ÷åé ìÝóá óå Ýíá êïõôß, ãéá ðáñÜäåéãìá, èá ìåôáôñåðüôáí ôåëéêÜ óå ìéá ÷ïýöôá áðü óùìáôßäéá óùñåõìÝíá óôïí ðõèìÝíá ôïõ êïõôéïý, êÜôé ðïõ äå óõìâáßíåé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá). Ôá óùìáôßäéá ôïõ áÝñá ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óå Ýíá äï÷åßï, èá ìðïñïýóáìå íá ôá ðáñïìïéÜóïìå ìå ôéò ìðÜëåò ôïõ ìðéëéÜñäïõ ðïõ êéíïýíôáé ðÜíù óå Ýíá ôñáðÝæé, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 5-2. Áò õðïèÝóïìå üôé ìéá ìðÜëá áíáãêÜæåôáé íá êéíçèåß êáé íá êôõðÞóåé óå ìéá ðëåõñÜ ôïõ ôñáðåæéïý ôïõ ìðéëéÜñäïõ. Åêåß óõãêñïýåôáé

åëáóôéêÜ (üðùò ðåñéãñÜöåôáé óôçí ðáñÜãñáöï 3.2), åðéóôñÝöåé êáé êéíåßôáé ðÜëé ìÝ÷ñé íá îáíáêôõðÞóåé óå êÜðïéá Üëëç ðëåõñÜ. Êáôüðéí êéíåßôáé îáíÜ ðñïò Üëëç êáôåýèõíóç êáé óõãêñïýåôáé ìå Üëëç ðëåõñÜ. Áí ç ìðÜëá áöåèåß íá êõëÜåé åëåýèåñá, èá åîáêïëïõèÞóåé íá óõãêñïýåôáé ìå ôéò ðëåõñÝò ôïõ ôñáðåæéïý, óå äéáöïñåôéêÜ óçìåßá. Áí åðÜíù óôï ôñáðÝæé ôïðïèåôçèïýí ðåñéóóüôåñåò ìðÜëåò êáé ôåèïýí óå êßíçóç, èá åðáíáëçöèåß ôï ßäéï ðñÜãìá, åíþ ôáõôü÷ñïíá èá óõãêñïýïíôáé êáé ìåôáîý ôïõò êáé èá åðéóôñÝöïõí. ~Ïóï ðåñéóóüôåñåò ìðÜëåò ðñïóôåèïýí ôüóï ðåñéóóüôåñåò èá åßíáé êáé ïé óõãêñïýóåéò áíÜìåóá óå áõôÝò êáé ôéò ðëåõñÝò ôïõ ôñáðåæéïý. Ïé ðëåõñÝò ôïõ ôñáðåæéïý ôïõ ìðéëéÜñäïõ äåí åßíáé åëáóôéêÝò, üðùò ôï ëáóôé÷Ýíéï ìðáëüíé. Áí Þôáí êáé êôõðïýóáí åðÜíù ôïõò ðïëëÝò ìðÜëåò, ôüôå ïé ðëåõñÝò èá õðï÷ùñïýóáí áðïìáêñõíüìåíåò üëï êáé ðåñéóóüôåñï, áêñéâþò üðùò óõìâáßíåé ìå ôï ìðáëüíé, üôáí öõóÞîïìå ìÝóá óå áõôü ðïëëÜ óùìáôßäéá áÝñá. Áí êáé ç éäÝá ìå ôéò ìðÜëåò êáé ôï ôñáðÝæé ôïõ ìðéëéÜñäïõ äåí åßíáé êáè’ üëá üìïéá ìå áõôÞí ôùí óùìáôéäßùí ôïõ áÝñá ìÝóá óå Ýíá ìðáëüíé, õðÜñ÷ïõí áñêåôÜ êïéíÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ. ÁõôÜ ôá êïéíÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ âïçèïýí íá äïèåß ìéá áðÜíôçóç óôï åñþôçìá: Ãéáôß ôåíôþíåôáé ôï ìðáëüíé, üôáí óõìðéÝæåôáé ï áÝñáò ìÝóá ôïõ; Ìå áõôü ôï ðñüôõðï ìðïñåßôå íá äþóåôå ìéá ðéèáíÞ åîÞãçóç, üôé äçëáäÞ ôá óùìáôßäéá ôïõ áÝñá, êáèþò óõóóùñåýïíôáé ìÝóá óôï ìðáëüíé, ôï ðéÝæïõí áêñéâþò, üðùò ïé ìðÜëåò ôïõ ìðéëéÜñäïõ óöõñïêïðïýí ôéò ðëåõñÝò ôïõ ôñáðåæéïý. ~Ïóï

100

ðåñéóóüôåñïò áÝñáò åéóÝñ÷åôáé óôï ìðáëüíé, ôüóï ðåñéóóüôåñá óùìáôßäéá óõãêñïýïíôáé ìå ôá åóùôåñéêÜ ôïõ ôïé÷þìáôá êáé áíáãêÜæïõí ôï åëáóôéêü ìðáëüíé íá öïõóêþíåé. Áõôü Þôáí Ýíá ðáñÜäåéãìá ãéá ôï ðþò ÷ñçóéìïðïéåßôáé Ýíá ðñüôõðï. Ç äéáäéêáóßá áñ÷ßæåé ìå ìéá åñþôçóç ó÷åôéêÜ ìå êÜðïéï ðåñéóôáôéêü, ðïõ äåí åßíáé áðüëõôá êáôáíïçôü. Ðñïôåßíåôáé ìéá áðÜíôçóç ìå ôç ìåóïëÜâçóç êÜðïéïõ Üëëïõ ðåñéóôáôéêïý ðåñïóóüôåñï ãíùóôïý. Óôï ðáñÜäåéãìÜ ìáò, áõôü ðïõ èÝëáìå íá åîçãÞóïìå Þôáí ç öýóç ôçò ðéÝóåùò ôïõ áåñßïõ ìÝóá óôï ìðáëüíé. ~Ïìùò, ôá óùìáôßäéá ôïõ áÝñá (ü÷é ìüíï), åßíáé áüñáôá, áëëÜ åßíáé äýóêïëï áêüìç êáé íá áéóèáíèåßò ôçí ðáñïõóßá ôïõò. Óå êáíïíéêÝò óõíèÞêåò, äåí ìðïñïýìå íá äïýìå, íá ãåõèïýìå Þ íá ìõñßóïìå ôïí áÝñá. Äåí åßíáé äõíáôüí íá áêïõóèåß Þ íá ãßíåé áíôéëçðôüò, áí äåí öõóÜåé. Áí üìùò ôá óùìáôßäéá ôïõ áÝñá óõìðåñéöÝñïíôáé üðùò ïé ìðÜëåò ôïõ ìðéëéÜñäïõ, ôüôå áõôÝò ïé ìðÜëåò ðïõ åßíáé åýêïëá ïñáôÝò êé áíôéëçðôÝò, åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìåýóïõí ùò ðñüôõðï. Ç óõìðåñéöïñÜ ôïõò Ý÷åé ìåëåôçèåß ðñïóåêôéêÜ êáé åßíáé áðüëõôá êáôáíïçôÞ. ~Åíá ðñüôõðï èåùñåßôáé åðéôõ÷Ýò åÜí ðëçñïß ôéò ðáñáêÜôù ðñïûðïèÝóåéò: 1. ÐñÝðåé íá åßíáé åýêïëá êáôáíïçôü. Ïé éäéïìïñößåò ôçò óõìðåñéöïñÜò ôïõ ðñÝðåé íá Ý÷ïõí ðåñéãñáöåß ðñïóåêôéêÜ. 2. ÐñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí ïìïéüôçôåò áíÜìåóá óôï óýóôçìá ðïõ ðñüêåéôáé íá ìåëåôçèåß êáé óôï ðñüôõðï óýóôçìá. Ôï ðñüôõðï ðïõ áíáðôýîáìå óôï ðáñÜäåéãìÜ ìáò èåùñåßôáé åðéôõ÷Ýò êõñßùò ãéá ôïõò äýï ëüãïõò ðïõ áêïëïõèïýí: 1. Åßíáé åýêïëá êáôáíïçôüò ï ôñüðïò êáôÜ ôïí ïðïßïí áíáðçäÜ ç ìðÜëá ôïõ ìðéëéÜñäïõ. Ôï ðïóü ôçò ùèÞóåùò ðïõ áóêåß ç ìðÜëá ôïõ ìðéëéÜñäïõ ðÜíù óôéò ðëåõñÝò ôïõ ôñáðåæéïý óå êÜèå ðñüóêñïõóç, åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèåß ìå ìáèçìáôéêü ôñüðï. 2. ÕðÜñ÷åé ðïëý ìåãÜëç ïìïéüôçôá áíÜìåóá óôç óõìðåñéöïñÜ ðïõ åìöáíßæïõí ïé ìðÜëåò ôïõ ìðéëéÜñäïõ êáé óôç óõìðåñéöïñÜ ôùí áåñßùí óùìáôéäßùí. Áõôü äéáðéóôþíåôáé êáé áðü ôï ãåãïíüò üôé ïé õðïëïãéóìïß ðïõ åñìçíåýïõí ôç óõìðåñéöïñÜ ôçò ìðÜëáò ôïõ ìðéëéÜñäïõ *

ðåñéãñÜöïõí áðïëýôùò óùóôÜ óõìðåñéöïñÜ ðéÝóåùò ôùí áåñßùí.

5.2

êáé

ôç

Ïñéóìüò êáé ìÝôñçóç ôçò ðéÝóåùò.

ÐñïçãïõìÝíùò áíáðôýîáìå ìåñéêÝò áðëÝò Ýííïéåò ó÷åôéêÜ ìå ôç öýóç ôùí áåñßùí, üðùò åðßóçò åîçãÞóáìå ãéáôß áóêïýí ðßåóç êáé êáôáëáìâÜíïõí üãêï. Ôï ðñüôõðï ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáìå åßíáé âáóéêÜ óùóôü, áëëÜ ÷ñåéÜæåôáé íá ãßíåé ðéï ëåðôïìåñåéáêü êáé ðéï ðïóïôéêü. ~Åíá ðïóïôéêü ðñüôõðï èá ðñÝðåé íá óõìöùíåß ìå ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ðåéñáìáôéêþí ìåôñÞóåùí, üðùò êáé ìå êÜèå Üëëï áðïôÝëåóìá ðïõ Ý÷åé ðñïÝëèåé áðü áõôÝò ìå õðïëïãéóìïýò. Áò îåêéíÞóïìå ëïéðüí ìå ôçí Ýííïéá ôçò ðéÝóåùò åíüò áåñßïõ êáé áò åîåôÜóïìå ðþò ìðïñïýìå íá ôçí ïñßóïìå Ýôóé, þóôå íá ôç ìåôáôñÝøïìå óå ìéá ðïóüôçôá éêáíÞ íá ìåôñçèåß ìå áêñßâåéá. Ïé åðéóôÞìïíåò óõìöþíçóáí íá ïñßóïõí ôçí ðßåóç ùò ôçí ðïóüôçôá ôçò äõíÜìåùò Þ ôçò “ùèÞóåùò” ðïõ åîáóêåßôáé óôç ìïíÜäá ôçò åðéöÜíåéáò. Ç ðßåóç ðïõ äçìéïõñãåß Ýíá áíôéêåßìåíï åîáñôÜôáé ü÷é ìüíï áðü ôç äýíáìç ðïõ áóêåß, áëëÜ êáé áðü ôï åìâáäüí ôçò åðéöÜíåéáò, åðÜíù óôçí ïðïßá êáôáíÝìåôáé áõôÞ ç äýíáìç. Ãéá ðáñÜäåéãìá, Ýíá áíôéêåßìåíï ðïõ æõãßæåé 1000 kg êáé óôçñßæåôáé ðÜíù óå ìéá ïñéæüíôéá åðéöÜíåéá ìå åìâáäüí 10 ôåôñáãùíéêþí ìÝôñùí, áóêåß ìéá ðßåóç ôùí 100 kg/m2. Áí êÜðïéï Üëëï áíôéêåßìåíï ôïõ éäßïõ âÜñïõò êáëýðôåé 100 ôåôñáãùíéêÜ ìÝôñá åðéöÜíåéáò, ç ðßåóç èá åßíáé ìüíï 10 kg/m2. Óôï ó÷Þìá 5-3 öáßíåôáé Ýíá óôåñåü áíôéêåßìåíï ðïõ æõãßæåé 20 kg. Áí ôïðïèåôçèåß, üðùò óôï ó÷Þìá (á), áóêåß ðßåóç 29 kg óôá 4 m2. Ç ðßåóç ðïõ äçìéïõñãåßôáé åßíáé 5 kg/m2. Óôï ó÷Þìá 5-3 (â) ç ßäéá äýíáìç êáôáíÝìåôáé óå 8 m2 êáé ç ðßåóç åßíáé 2,5 kg/m2. Ðïéá åßíáé ç ðßåóç ðïõ áóêåßôáé óôï ó÷Þìá 5-3 (ã), üðïõ ç ßäéá äýíáìç áóêåßôáé ðÜíù óå åðéöÜíåéá ìüíïí 2 m2; Óå ðïëëÜ ÷çìéêÜ ðåéñÜìáôá ÷ñçóéìïðïéåßôáé ìéá ìïíÜäá ðéÝóåùò, ðïõ ïíïìÜæåôáé áôìüóöáéñá. ~Ïðùò åéêïíßæåôáé óôï ó÷Þìá 5-4, áõôÞ éóïýôáé ìå ôç äýíáìç ðïõ áóêåßôáé áðü ôçí áôìüóöáéñá ôçò ãçò, óôï åðßðåäï ôçò èÜëáóóáò, ðÜíù óôç ìïíÜäá åðéöÜíåéáò (éóïäõíáìåß ðåñßðïõ ìå 1,013 kg/cm2). Óôçí åðéóôçìïíéêÞ Ýñåõíá, áõôÞ ç ðïóüôçôá, ç

Ó.ô.Ì. Ðßåóç = ýøïò óôÞëçò Hg x ðõêíüôçôá Çg x åðéôÜ÷õíóç âáñýôçôáò. 1 Atm = 0,76 m Hg x 13595,1 kg/m3 x 9,806665 m/sec2 = 101324 N/m2 êáé åðåéäÞ 1 Pá = 1N/m2 (N = Newton) 1 Atm = 101324 Pá = (Pá Pascal).

101

Áíþôáôï üñéï ôçò áôìüóöáéñáò

4m

20 kg

2m

1m P = 5 kg/m2 (á)

20 kg

P = 2,5 kg/m2 (â)

20 kg

P=; (ã)

Ó×ÇÌÁ 5-3. Ôï óôåñåü óþìá ôùí 20 kg óôçí (á) ðåñßðôùóç åîáóêåß ðßåóç 5 kg/m2. Áí ôïðïèåôçèåß üðùò óôçí (â) ðåñßðôùóç ôï ßäéï óþìá èá áóêåß ôç ìéóÞ ðßåóç. Ðïéá ðßåóç èá áóêåßôáé óôçí ðåñßðôùóç (ã);

áôìüóöáéñá, ÷ñçóéìïðïéåßôáé ùò ìïíÜäá. ~Ïìùò ç ðßåóç ôçò áôìüóöáéñáò ôçò ãçò ðïéêßëëåé áíÜëïãá ìå ôç õãñáóßá, ôï õøüìåôñï êáé ôï ãåùãñáöéêü ðëÜôïò. ~Åôóé, ãéá íá áðïöýãïìå ôÝôïéåò

p = 1,01 kg/cm2 = 1 atm

Ó×ÇÌÁ 5-4. Ìßá óôÞëç áÝñá ðïõ õøþíåôáé êáôáêüñõöá ðÜíù áðü ôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò êáé Ý÷åé åìâáäüí âÜóåùò ôç ìïíÜäá åðéöÜíåéáò, áóêåß ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. Ç áôìüóöáéñá ôçò ãçò óôçí ðñáãìáôéêüôçôá äåí Ý÷åé áõóôçñþò êáèïñéóìÝíá üñéá.

äéáêõìÜíóåéò, ç ìïíÜäá ðéÝóåùò ðïõ ïíïìÜóèçêå áôìüóöáéñá, (ãéá óõíôïìßá atm) êáèïñßóèçêå ìå ðåñéóóüôåñç áêñßâåéá. Ç áôìüóöáéñá, åßíáé ßóç ìå ôçí ðßåóç ðïõ áóêåßôáé áðü ìéá óôÞëç êáèáñïý õäñáñãýñïõ ýøïõò áêñéâþò 760 mm, ìåôñçìÝíç óôïõò 0°C*. Äåí åßíáé áðáñáßôçôï íá êáèïñßóïìå ôï ó÷Þìá Þ ôï åìâáäüí ôçò äéáôïìÞò ðïõ èá Ý÷åé ç óôÞëç ôïõ õäñáñãýñïõ. Áõôü åîçãåßôáé áí äå÷èïýìå üôé êÜèå ìïíÜäá åðéöÜíåéáò ðéÝæåôáé áðü ôç ìÜæá åêåßíç ôçò óôÞëçò ôïõ õäñáñãýñïõ ðïõ âñßóêåôáé êáô’ åõèåßáí áðü ðÜíù ôçò. ÏðïéáäÞðïôå ìåôáâïëÞ óôï ó÷Þìá Þ óôï ìÝãåèïò ïëüêëçñçò ôçò óôÞëçò ïäçãåß ìüíï óå ìåôáâïëÞ ôïõ óõíïëéêïý áñéèìïý ôùí åðéìÝñïõò óôçëþí ðïõ ôçí áðïôåëïýí, êáé ïé ïðïßåò óôçñßæïíôáé ðÜíù óå âÜóåéò ðïõ áíôéóôïé÷ïýí óôéò ìïíÜäåò åðéöÜíåéáò. ~Åôóé, üôáí åßíáé óôáèåñü ôï ýøïò ôçò óôÞëçò, ôüôå åßíáé óôáèåñÞ êáé ç ðßåóç ðïõ áóêåß, åðåéäÞ áõôÞ áêñéâþò ç ðßåóç äåí åîáñôÜôáé áðü ôç óõíïëéêÞ ìÜæá, áëëÜ ìüíï áðü ôç ìÜæá ðïõ âñßóêåôáé áêñéâþò ðÜíù áðü êÜèå ìáíÜäá åðéöÜíåéáò. ÌåñéêÝò öïñÝò ç áôìüóöáéñá áðïôåëåß ðïëý ìåãÜëç ìïíÜäá ìåôñÞóåùò êáé ãé’ áõôü äåí åßíáé ðïëý åý÷ñçóôç. ~Åôóé, óõíÞèùò óôçí ðñÜîç

102

÷ñçóéìïðïéåßôáé ùò ìïíÜäá ç ðßåóç ðïõ áóêåßôáé áðü ìéá óôÞëç õäñáñãýñïõ ýøïõò ìüëéò åíüò ÷éëéïóôïý ôïõ ìÝôñïõ. ÁõôÞ ç íÝá ìïíÜäá åßíáé áêñéâþò ßóç ìå ôï 1/760 ôçò áôìüóöáéñáò. ÁõôÞ ç ìéêñÞ ìïíÜäá, ãéá ðïëý êáéñü, ïíïìáæüôáí (êáé óõ÷íÜ áêüìç ïíïìÜæåôáé) áðëÜ “Ýíá ÷éëéïóôü õäñáñãýñïõ”, åðåéäÞ åß÷å ïñéóèåß ùò ç ðßåóç ðïõ ïöåßëåôáé óå ýøïò åíüò ÷éëéïóôïý ôïõ ìÝôñïõ õäñáñãýñïõ. ÁõôÞ ç ïíïìáóßá ãéá äéÜöïñïõò ëüãïõò Ý÷åé åãêáôáëåéöèåß êáé óÞìåñá Ý÷åé åðéêñáôÞóåé áõôÞ ç ìïíÜäá íá ïíïìÜæåôáé Torr. Ôï Torr ðñïÝñ÷åôáé áðü ôï üíïìá ôïõ Éôáëïý åðéóôÞìïíá Åvangelista Torricelli (1608-1647), ðïõ ðñïþèçóå ôçí éäÝá üôé æïýìå ìÝóá óå ìéá èÜëáóóá áðü áÝñá, ï ïðïßïò ìáò ðéÝæåé. ÅñãÜóèçêå êáôÜ ðñùôïðïñéáêü ôñüðï ðÜíù óôç ìÝôñçóç ôçò ðéÝóåùò êáé áíáêÜëõøå ôï âáñüìåôñï. Âáñüìåôñï åßíáé Ýíá üñãáíï ìå ôï ïðïßï ìåôñïýìå ôçí ðßåóç êáé ðåñéãñÜöåôáé óôçí ðáñÜãñáöï ðïõ áêïëïõèåß.

5.3

~Oñãáíá ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò ðéÝóåùò.

Ãéá íá ìåôñÞóïìå ôçí ðßåóç ôùí áåñßùí êáô’ åõèåßáí óå Torr, ÷ñçóéìïðïéïýìå Ýíá üñãáíï ðïõ ïíïìÜæåôáé ìáíüìåôñï. Ç ðéï áðëÞ ìïñöÞ ìáíïìÝôñïõ åßíáé ï ôýðïò ôïõ êëåéóôïý Üêñïõ ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 5-5á. Óôï ÷þñï ðïõ âñßóêåôáé ðÜíù áðü ôï äåîéü Üêñï ôçò óôÞëçò õäñáñãýñïõ õðÜñ÷åé êåíü, äçëáäÞ äåí õðÜñ÷åé åêåß áÝñáò Þ áÝñéï. ~Åôóé äåí õðÜñ÷åé ôßðïôá ðïõ íá ðéÝæåé ðñïò ôá êÜôù ôçí åðéöÜíåéá ôïõ õäñáñãýñïõ óå áõôü ôï Üêñï. Óôçí Üëëç ðëåõñÜ, ôï ìáíüìåôñï óõíäÝåôáé ìå Ýíá óöáéñéêü äï÷åßï, ðïõ ðåñéÝ÷åé êÜðïéï áÝñéï. Óçìåéþóôå üôé ç óôÞëç ôïõ õäñáñãýñïõ âñßóêåôáé õøçëüôåñá óôç ìéá ðëåõñÜ áðü ü,ôé óôçí Üëëç. ~Å÷åé ÷áñá÷èåß ìéá ïñéæüíôéá ãñáììÞ óôï åðßðåäï, üðïõ âñßóêåôáé ç óôÞëç ôïõ õäñáãýñïõ ôçò áñéóôåñÞò ðëåõñÜò. ~Ïëç ç ðïóüôçôá ôïõ õäñáñãýñïõ ðïõ åßíáé êÜôù áðü áõôÞí ôç ãñáììÞ óôç ìéá ðëåõñÜ ôçò óôÞëçò, åîéóïññïðåßôáé áðü ôçí ðïóüôçôá ôïõ õäñáñãýñïõ ðïõ âñßóêåôáé êÜôù áðü ôçí ßäéá ãñáììÞ óôçí Üëëç ðëåõñÜ ôçò. ~Åôóé, ç ðñïò ôá êÜôù ðßåóç ðïõ áóêåßôáé áðü ôïí åðß ðëÝïí õäñÜñãõñï óôç äåîéÜ ðëåõñÜ èá ðñÝðåé íá åîéóïññïðåß ôçí ðßåóç ôïõ áåñßïõ óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ. Áí èÝëïìå íá åêöñÜóïìå ôçí ðßåóç ôïõ áåñßïõ óå Torr, ôüôå áõôÞ ç ó÷Ýóç ðñïêýðôåé áìÝóùò áðü ôçí áýîçóç ôïõ ìÞêïõò ôçò óôÞëçò ôïõ õäñáñãýñïõ óôç äåîéÜ ðëåõñÜ. Óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ âëÝðåôå óôï ó÷Þìá 5-5á áõôÞ ç ðßåóç åßíáé 105 Torr.

Êåíü Åßóïäïò áåñßïõ

Óôñüöéããá

Ðßåóç áåñßïõ 105 Torr

105 Torr

ÁÝñéï äåßãìá

(á)

Ó×ÇÌÁ 5-5á. ¸íá ìáíüìåôñï êëåéóôïý Üêñïõ. Äåß÷íåé ìéá ðßåóç áåñßïõ ßóç ìå 105 Torr.

Åßóïäïò áåñßïõ

Êåíü

Ðßåóç áÝñá 755 Torr

Óôñüöéããá Ðßåóç áåñßïõ 105 Torr

ÁÝñéï äåßãìá 755 Torr 650 Torr

(â)

(ã) 755 − 650 = 105 Torr

Ó×ÇÌÁ 5-5â,ã. Ôï âáñüìåôñï (â) äåß÷íåé áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç ßóç ìå 755 Torr. Ôï ìáíüìåôñï áíïéêôïý Üêñïõ (ã) äåß÷íåé 650 Torr, äçëáäÞ ôç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôçí áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç êáé ôçí ðßåóç ôïõ áåñßïõ.

103

Óôï ó÷Þìá 5-5â åìöáíßæåôáé Ýíá âáñüìåôñï, ðïõ óôçí ðñáãìáôéêüôçôá åßíáé Ýíá ìáíüìåôñï êëåéóôïý Üêñïõ, óå ìéá ëßãï ôñïðïðïéçìÝíç ìïñöÞ. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç õðÜñ÷åé ìüíï Ýíáò ãõÜëéíïò óùëÞíáò, ðïõ äåí ðåñéÝ÷åé áÝñéï. Ç óôÞëç ôïõ õäñáñãýñïõ äçìéïõñãåßôáé áðü ôçí ðßåóç ôçò áôìüóöáéñáò ðÜíù óôçí åðéöÜíåéá ôïõ õäñáñãýñïõ ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óôç ëåêÜíç. ~Åôóé, ôï ýøïò ôçò óôÞëçò õäñáñãýñïõ áíôéóôïé÷åß óôçí ðßåóç ôçò áôìüóöáéñáò óå Ôïrr. ÃåíéêÜ ï üñïò âáñüìåôñï ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ïðïéáäÞðïôå óõóêåõÞ ðïõ ìåôñÜ ôçí áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç. Ï ôýðïò ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 5-5â åßíáé ï ðéï óõíçèéóìÝíïò. ÐñïóÝîôå üôé óôï ðáñÜäåéãìá áíáöÝñåôáé ðùò ç áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç åßíáé 755 Torr, äçëáäÞ 5 Torr ëéãüôåñá áðü ôçí ôéìÞ ðïõ Ý÷åé ðñïóäéïñéóèåß üôé Ý÷åé ç ìïíÜäá, äçëáäÞ ç ìéá áôìüóöáéñá. Ôï ó÷Þìá 5-5ã äåß÷íåé Ýíáí Üëëï ôýðï ìáíïìÝôñïõ ðïõ ïíïìÜæåôáé ìáíüìåôñï áíïéêôïý Üêñïõ. Ç äéáöïñÜ ôïõ áðü ôï ìáíüìåôñï êëåéóôïý Üêñïõ åßíáé üôé äåí õðÜñ÷åé êåíü ðÜíù áðü ôç äåîéÜ óôÞëç. ÅðåéäÞ åßíáé áíïéêôü åðéêïéíùíåß ìå ôçí áôìüóöáéñá êáé ãé’ áõôü áõôÞ ç óôÞëç õäñáñãýñïõ Ý÷åé óôçí êïñõöÞ ôçò ðßåóç ßóç ìå ôçí áôìïóöáéñéêÞ ðïõ åðéêñáôåß óôïí ðåéñáìáôéêü ÷þñï ðïõ ãßíåôáé ç ìÝôñçóç. ~Åôóé, ç äéáöïñÜ óôá ýøç ôùí äýï ðëåõñþí ôçò óôÞëçò ôïõ õäñáñãýñïõ ìáò äßíåé êáé ôç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôçí ðßåóç ôïõ áåñßïõ ðïõ õðÜñ÷åé óôï óöáéñéêü äï÷åßï êáé ôçí áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç. Óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áíáöÝñèçêå, ïé äýï ðëåõñÝò ôçò óôÞëçò ôïõ õäñáñãýñïõ äéáöÝñïõí êáôÜ 650 mm óå ýøïò. Áõôü óçìáßíåé üôé ç äéáöïñÜ ðéÝóåùò ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôï áÝñéï ôïõ äï÷åßïõ êáé ôçí áôìüóöáéñá åßíáé 650 Ôorr.

Ó×ÇÌÁ 5-6. Ìéá áðëÞ óõóêåõÞ, ãéá íá äåßîïõìå ôï íüìï ôïõ Boyle. Ç ðßåóç ðïõ áóêåßôáé ðÜíù óôïí áÝñá ðïõ âñßóêåôáé ðáãéäåõìÝíïò ìÝóá óôç óýñéããá ìðïñåß íá ìåôáâëçèåß, êáé ìðïñïýí íá óçìåéùèïýí ïé üãêïé ðïõ ðñïêýðôïõí áíôßóôïé÷á.

ÅðåéäÞ ôï âáñüìåôñï äåß÷íåé üôé ç áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç åßíáé 755 Torr, ôüôå ç ðßåóç ôïõ áåñßïõ óôï äï÷åßï èá åßíáé 755 - 650 = 105 Torr. Óôï ßäéï áðïôÝëåóìá êáôáëÞãïìå êáé áí ìåôá÷åéñéóèïýìå ìáíüìåôñï êëåéóôïý Üêñïõ.

5.4 Ó÷Ýóç áíÜìåóá óôçí ðßåóç êáé ôïí üãêï. Ï íüìïò ôïõ Boyle. Ç ðñïóùðéêÞ óáò åìðåéñßá áðü ôïí áôìïóöáéñéêü áÝñá, ßóùò óáò Ý÷åé äéäÜîåé êÜôé ó÷åôéêÜ ìå ôç ó÷Ýóç ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôçí

ÐÉÍÁÊÁÓ 5.1. Ó÷Ýóåéò ðéÝóåùò - üãêïõ. ÐáñáôçñÞóåéò

Õðïëïãéóèåßóåò ó÷Ýóåéò ¼ãêïò (ml)

Ðßåóç (g/cm2)

N

V

P

1

34,2

1,43 x 103

4,89 x 104

2

27,4

1,82 x 103

4,99 x 104

3

21,4

2,22 x 103

4,75 x 104

4

18,1

2,61 x 103

4,72 x 104

3,01 x 103

4,91 x 104

Áñéèìüò âéâëßùí

5 16,3 ÅóùôåñéêÞ äéÜìåôñïò óýñéããáò = 2,0 cm ÁôìïóöáéñéêÞ ðßåóç = 1025 g/cm2

PxV

104

ÁôìïóöáéñéêÞ ðßåóç

ÂÜñïò âéâëßïõ

ÂÜñïò âÜóåùò óôçñßîåùò

ÂÜñïò åìâüëïõ

50 40 30 20 10 0

Ó×ÇÌÁ 5-7. Ç ðßåóç ðïõ áóêåßôáé óôïí áÝñá ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óôç óýñéããá åßíáé ßóç ìå ôï áðïôÝëåóìá ðïõ ðñïêýðôåé, áí äéáéñÝóïìå ôï óõíïëéêü âÜñïò ôïõ åìâüëïõ, ôïõ åðéðÝäïõ óôçñßîåùò êáé ôïõ âéâëßïõ, ìå ôï åìâáäüí ðïõ Ý÷åé ç Üêñç ôïõ åìâüëïõ êáé óôç óõíÝ÷åéá ðñïóèÝóïìå ôçí áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç.

ðßåóç êáé ôïí üãêï åíüò áåñßïõ. Ãéá ðáñÜäåéãìá, üôáí öïõóêþíåôå Ýíá ìðáëüíé Þ ôï ëÜóôé÷ï åíüò áõôïêéíÞôïõ, èá Ý÷åôå äéáðéóôþóåé üôé üóï áõîÜíåôáé ç ðïóüôçôá ôïõ áÝñá ðïõ åéó÷ùñåß ìÝóá óôï ìðáëüíé Þ ôï ëÜóôé÷ï ôïõ áõôïêéíÞôïõ, ôüóï áõîÜíåôáé êáé ç ðßåóç. Áõôü éóïäõíáìåß ìå ôï åîÞò: ~Ïôáí ðÜñïìå ìéá ïñéóìÝíç ðïóüôçôá áÝñá áðü Ýíá ìåãÜëï ÷þñï (üðùò ç áôìüóöáéñá ôçò ãçò) üðïõ âñßóêåôáé óå ÷áìçëÞ ðßåóç, êáé ôçí áíáãêÜóïìå íá ÷ùñÝóåé ìÝóá óå Ýíá ðïëý ìéêñüôåñï ÷þñï, ôüôå ç ðßåóç ðïõ èá áóêÞóåé óôá ôïé÷þìáôá ôïõ ÷þñïõ áõôïý èá ãßíåé ðïëý ìåãáëýôåñç. ÃåíéêÜ, üôáí ìßá óõãêåêñéìÝíç ðïóüôçôá áåñßïõ âñßóêåôáé ìÝóá óå êÜðïéï äï÷åßï

ìåãÜëïõ üãêïõ, ç ðßåóç ðïõ áóêåß ðÜíù óôá ôïé÷þìáôÜ ôïõ åßíáé ìéêñÞ. Áí ôïðïèåôçèåß ìÝóá óå Ýíá ìéêñüôåñï äï÷åßï, ôüôå èá áóêÞóåé ìåãáëýôåñç ðßåóç ðÜíù óôá ôïé÷þìáôá. Ç Ýííïéá áõôÞ ìðïñåß íá åêöñáóèåß ðïóïôéêÜ. ÄçëáäÞ, õðÜñ÷åé ìéá áêñéâÞò ó÷Ýóç, éêáíÞ íá ìåôñçèåß, áíÜìåóá óôïí üãêï ðïõ êáôáëáìâÜíåé ìéá ïñéóìÝíç ðïóüôçôá ïðïéïõäÞðïôå áåñßïõ êáé ôçí ðßåóç ðïõ áóêåß. Ç ó÷Ýóç áõôÞ âñÝèçêå ðåñßðïõ ðñéí 300 ÷ñüíéá áðü Ýíáí Éñëáíäü åðéóôÞìïíá, ôïí Robert Boyle êáé ïíïìÜóèçêå íüìïò ôïõ Boyle. Ìå ôç äéÜôáîç ôïõ ó÷Þìáôïò 5-6, öáßíåôáé åýêïëá ç ó÷Ýóç ðïõ áíáêÜëõøå ï Boyle. Ï êáèçãçôÞò óáò ßóùò ìðïñåß íá ðñáãìáôïðïéÞóåé êáé ó÷åôéêÞ åðßäåéîç. Áí ü÷é, ôüôå ôá óôïé÷åßá ôïõ ðßíáêá 5.1 èá óáò äåßîïõí ôé áêñéâþò óõìâáßíåé. Ìéá êÜðïéá ðïóüôçôá áÝñá Ý÷åé ðáãéäåõèåß ìÝóá óôç óýñéããá, óôçí ïðïßá Ý÷åé ðñïóáñìïóèåß Ýíá åéäéêü ëáóôé÷Ýíéï ðþìá, þóôå íá åìðïäßæåé ôç äéáöõãÞ ôïõ áÝñá (ó÷. 5-7). ÅðåéäÞ üëá ôá âéâëßá ðïõ ôïðïèåôïýíôáé ðÜíù óôï åðßðåäï óôçñßîåùò õðïâáóôÜæïíôáé áðü ôç óôÞëç ôïõ áÝñá ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óôç óýñéããá, ç ïðïßá Ý÷åé óôáèåñü åìâáäüí äéáôïìÞò, ç ðñïóèÞêç ôïõ êÜèå âéâëßïõ ïäçãåß óôçí ïìïéüìïñöç áýîçóç ôçò ðéÝóåùò. Áõôü ðñïûðïèÝôåé âÝâáéá üôé ôá âéâëßá Ý÷ïõí ôçí ßäéá ìÜæá, ãåãïíüò ðïõ åðáëçèåýåôáé ìå êÜðïéá ðñïóÝããéóç. Óôï ó÷Þìá 58 ìðïñåßôå íá ðáñáôçñÞóåôå üôé, êáèþò ðñïóôßèåíôáé âéâëßá, ï üãêïò ôïõ áÝñá åëáôôþíåôáé. Óôïí ðßíáêá 5.1 äßíïíôáé ïé

105

Ó×ÇÌÁ 5-8. Êáèþò ðñïóôßèåíôáé âéâëßá óôç óõóêåõÞ, ï üãêïò ôïõ áÝñá ðïõ åßíáé åãêëùâéóìÝíïò ìÝóá óôç óýñéããá åëáôôþíåôáé.

ðñáãìáôéêïß üãêïé, üðùò ðñïêýðôïõí áðü áíÜãíùóç ôùí äéáâáèìßóåùí ôçò óýñéããáò óå Ýíá ÷áñáêôçñéóôéêü ðåßñáìá. Ôþñá ðéá ðïõ äéáèÝôïìå êÜðïéá áñéèìçôéêÜ äåäïìÝíá ìðïñïýìå íá áñ÷ßóïìå íá óêåðôüìáóèå êáé ðïóïôéêÜ. Ìðïñïýìå íá äéáôõðþóïìå ôçí åñþôçóç: ÕðÜñ÷åé êÜðïéá áðëÞ ìáèçìáôéêÞ ó÷Ýóç áíÜìåóá óôçí ðßåóç êáé ôïí üãêï; Ðñéí áðáíôÞóïìå óå áõôü ôï åñþôçìá, ðñÝðåé íá ãíùñßæïìå ôçí ðñáãìáôéêÞ ðßåóç ðïõ áíôéóôïé÷åß óå êÜèå üãêï. Èá õðïëïãßóïìå ôéò ðéÝóåéò óå ãñáììÜñéá áíÜ ôåôñáãùíéêü åêáôïóôüìåôñï. ÂÝâáéá, áí èÝëïìå íá áêñéâïëïãÞóïìå, ôï ãñáììÜñéï åßíáé ìéá ìïíÜäá ìÜæáò êáé ü÷é äõíÜìåùò. Ãé’ áõôü äåí åßíáé ç êáôÜëëçëç ìïíÜäá, þóôå íá ìáò âïçèÞóåé íá åêöñÜóïìå ôçí ðßåóç (äýíáìç áíÜ ìïíÜäá åðéöÜíåéáò). Ðáñ’ üëá áõôÜ, üðùò ìÜèáôå óôï êåöÜëáéï 2, ç äýíáìç åßíáé åõèÝùò áíÜëïãç ðñïò ôç ìÜæá: F = mC (C åßíáé ìßá óôáèåñÜ, ðïõ åîçãåßôáé óôçí ðáñÜãñáöï 2.2). ~Ïëåò ïé ìåôñÞóåéò ðïõ èá ãßíïõí óôï ðåßñáìá áõôü, ðñáãìáôïðïéïýíôáé êÜôù áðü ôéò ßäéåò óõíèÞêåò. ~Åôóé åðéôñÝðåôáé êáé ìáò åîõðçñåôåß ðåñéóóüôåñï íá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ãñáììÜñéá áíôß ãéá ôçí áíôßóôïé÷ç ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ðïõ õðÜñ÷åé ãéá ôç äýíáìç óôï ðñáêôéêü óýóôçìá. Ç óõíïëéêÞ ðßåóç ðïõ áóêåßôáé óôï ðåñéïñéóìÝíï äåßãìá ôïõ áÝñá åßíáé áðïôÝëåóìá

ôçò “óõíåñãáóßáò” ôñéþí ðáñáãüíôùí. Åßíáé öáíåñü üôé ï Ýíáò áðü áõôïýò åßíáé ç ðßåóç, ðïõ ïöåßëåôáé óôï Þ óôá âéâëßá. Áí äéáëÝîïìå ìßá óýñéããá ìå åóùôåñéêÞ äéÜìåôñï 2 cm, ôüôå ôï åìâáäüí ôçò äéáôïìÞò ôçò õðïëïãßæåôáé ùò åîÞò: Åìâáäüí = ð x r2 = 3,14 x (1 cm)2 = 3,14 cm2

H ìÝóç ìÜæá åíüò âéâëßïõ ìðïñåß íá ðñïóäéïñéóèåß. Áò õðïèÝóïìå üôé åßíáé 1240 ãñáììÜñéá. ~Åôóé, êÜèå âéâëßï ðïõ âñßóêåôáé ðÜíù óôï åðßðåäï óôçñßîåùò èá óõììåôÝ÷åé êáôÜ 1240 ãñáì . 3,14 cm 2

= 395 g / cm 2

óôç óõíïëéêÞ ðßåóç ðïõ áóêåßôáé ðÜíù óôï åãêëùâéóìÝíï áÝñéï. ~Åíáò Üëëïò ðáñÜãïíôáò ðïõ óõììåôÝ÷åé óôç óõíïëéêÞ ðßåóç åßíáé ç ìÜæá ôïõ åìâüëïõ ôçò óýñéããáò êáé ôïõ åðéðÝäïõ óôçñßîåùò ôùí âéâëßùí ðïõ õðÜñ÷åé óôçí êïñõöÞ ôçò. Êáé áõôÜ áêïõìðïýí åðßóçò óôç äéáôïìÞ ôïõ åìâüëïõ ðïõ Ý÷åé åìâáäüí 3,14 cm2. Áò õðïèÝóïìå üôé ç ìÜæá áõôþí ôùí áíôéêåéìÝíùí åßíáé 16,0 ãñáììÜñéá. Ç óõíåéóöïñÜ ôïõò óôçí ðßåóç åßíáé: P x V = 22,4

lit x atm mole

ÔÝëïò, õðÜñ÷åé êáé ç óõììåôï÷Þ åíüò ôñßôïõ

106

75,4 cm x 13,6 g/cm3 = 1025 g/cm2

Åßíáé åýêïëï íá õðïëïãßóïìå ôþñá ôç óõíïëéêÞ ðßåóç ðïõ áóêåßôáé ðÜíù óôïí ðåñéïñéóìÝíï áÝñá ãéá êÜèå Ýíäåéîç ôïõ üãêïõ. Ìå âÜóç ôá ðñïçãïýìåíá, áí ôïðïèåôçèïýí ðÜíù óôï åðßðåäï óôçñßîåùò ôñßá âéâëßá, ôüôå èá Ý÷ïìå ôçí áêüëïõèç óõíïëéêÞ ðßåóç. Óõììåôï÷Þ óôçí ðßåóç ôñßá âéâëßá Ýìâïëï-åðßðåäï óôçñßîåùò êëð. áôìüóöáéñá ôçò ãçò

Ðßåóç (g/cm2) 3 x 395 = 1185 5 1025 2215

Ôo áðïôÝëåóìá áõôü ìðïñåß íá ôï óôñïããõëÝøïìå óå ôñßá óçìáíôéêÜ øçößá êáé íá ôï ãñÜøïìå 2,22 x 103 g/cm2. Oé Üëëåò ðéÝóåéò ðïõ áíáöÝñïíôáé óôïí ðßíáêá 5.1 õðïëïãßæïíôáé êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï. Ìüíï ç ðßåóç ðïõ ïöåßëåôáé óôá âéâëßá åßíáé êÜèå öïñÜ äéáöïñåôéêÞ. Ï Boyle ðáñáôÞñçóå êáé êáôÝãñáøå áíÜëïãá äåäïìÝíá êáé óôç óõíÝ÷åéá áíáæÞôçóå êÜðïéá íïìïôÝëåéá* ðïõ ðéèáíüí íá õðÞñ÷å. Êáé ðñÜãìáôé, âñÞêå ìßá ðïëý áðëÞ ïìïéïìïñößá: H ðßåóç, üôáí ðïëëáðëáóéáæüôáí åðß ôïí üãêï ðïõ åß÷å ï áÝñáò óå áõôÞí ôçí ðßåóç, Ýäéíå ðÜíôá ôïí ßäéï áñéèìü, ìå áíï÷Þ êÜðïéïõ ðåéñáìáôéêïý óöÜëìáôïò. ÐñïêåéìÝíïõ íá åîáóöáëßóåé áõôÞí ôç íïìïôÝëåéá, Þôáí õðï÷ñåùìÝíïò íá ðñáãìáôïðïéÞóåé üëåò ôéò ìåôñÞóåéò óôçí ßäéá áêñéâþò èåñìïêñáóßá. Ãéá ôá äåäïìÝíá ðïõ áíáöÝñïíôáé óôïí ðßíáêá 5.1, ôá ãéíüìåíá áõôÜ, P x V, åßíáé ãñáììÝíá óôçí ôåëåõôáßá óôÞëç. Ï íüìïò ôïõ Âoyle ìðïñåß íá åêöñáóèåß ùò * Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ áí ïé ìåôñÞóåéò áêïëïõèïýóáí êÜðïéá ïìáëÞ ìåôáâïëÞ. ** Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ ôç óýóôáóç åíüò áåñßïõ áðü óùìáôßäéá.

40.0

30.0 ¼ãêïò ml

ðáñÜãïíôá, ðïõ äåí åßíáé ôüóï åìöáíÞò üóï ïé Üëëïé, åßíáé üìùò áðü ôïõò ðåñéóóüôåñï óçìáíôéêïýò. Ç áôìüóöáéñá ôçò ãçò ðéÝæåé óôáèåñÜ ðñïò ôá êÜôù ïëüêëçñç ôç óõóêåõÞ, óõìðåñéëáìâáíïìÝíçò êáé ôçò åðéöÜíåéáò ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óôç óýñéããá êáé Ý÷åé åìâáäüí 3,14 cm2. Áò õðïèÝóïìå üôé äéáâÜæïìå Ýíá âáñüìåôñï êáé âñßóêïìå üôé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò äéåîáãùãÞò ôïõ ðåéñÜìáôïò ç áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç åßíáé 754 Torr. Ç Ýíäåéîç áõôÞ éóïäõíáìåß ìå 1025 g/cm2, ãéáôß ï õäñÜñãõñïò Ý÷åé ðõêíüôçôá óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ 13,6 g/cm3. Ìéá óôÞëç õäñáñãýñïõ ýøïõò 75,4 cm áóêåß ðßåóç 1025 g/cm2.

20.0

10.0

1.0

2.0 3.0 Ðßåóç, g/cm2 (x 10-3)

4.0

Ó×ÇÌÁ 5-9. Ç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç ôùí äåäïìÝíùí ãéá ôçí ðßåóç P êáé ãéá ôïí üãêï V, êáèéóôÜ öáíåñÞ ôçí áíôßóôñïöç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôï P êáé ôï V, üðùò ïñßæåôáé êáé áðü ôï íüìï ôïõ Boyle.

åîÞò: Óå ìéá êáèïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá, ôï ãéíüìåíï ôçò ðéÝóåùò åðß ôïí üãêï ìéáò ïñéóìÝíçò ìÜæáò áåñßïõ åßíáé óôáèåñü. Ç áëãåâñéêÞ ðáñÜóôáóç ôïõ íüìïõ ôïõ Boyle åßíáé: PxV=C

üðïõ P ç ðßåóç, V ï üãêïò êáé C ìéá óôáèåñÜ. ~Åíáò Üëëïò ôñüðïò ãéá íá åêöñÜóïìå ôï íüìï ôïõ Boyle åßíáé ï åîÞò: Ãéá ïñéóìÝíç óôáèåñÞ èåñìïêñáóßá êáé ìÜæá åíüò áåñßïõ, ç ðßåóç åßíáé áíôßóôñïöá áíÜëïãç ðñïò ôïí üãêï (Þ äéáöïñåôéêÜ ï üãêïò åßíáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãïò ôçò ðéÝóåùò). Áõôü óçìáßíåé üôé áí êÜðïéá áðü áõôÝò ôéò ðïóüôçôåò ìåôáâëçèåß êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ n (ð.÷. 2), ôüôå ç Üëëç ìåôáâÜëëåôáé êáôÜ ôïí áíôßóôñïöï óõíôåëåóôÞ, 1/n (ð.÷. 1/2). Áëëéþò, áí äéðëáóéáèåß ç ðßåóç, ï üãêïò õðïäéðëáóéÜæåôáé. ÕðÜñ÷åé üìùò êáé Ýíáò Üëëïò åî ßóïõ åíäéáöÝñùí ôñüðïò, ãéá íá äåßîïìå ôç ó÷Ýóç ðïõ ðñïêýðôåé áðü ôï íüìï ôïõ Boyle. ~Ïôáí ïé ôéìÝò ãéá ôï Ñ êáé ôï V óõíäõáóèïýí, äçìéïõñãïýí ìéá êáìðýëç üìïéá ìå áõôÞí ôïõ ó÷Þìáôïò 5-9. ÁõôÞ ç éäéüìïñöç êáìðýëç ðñïÞëèå áðü ôç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç ôùí äåäïìÝíùí ôïõ ðßíáêá 5.1. Ìå âÜóç ôï ó÷Þìá ôçò êáìðýëçò áíôéëáìâáíüìáóôå üôé ôá ðïóÜ åßíáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãá.

107

Robert Boyle (1627 - 1691)

Ï Robert Boyle, äåîéÜ, åíþ ðåñéãñÜöåé ìéá áðü ôéò åñãáóôçñéáêÝò óõóêåõÝò ôïõ.

O Robert Boyle, ï ïðïßïò ãåííÞèçêå óôçí Éñëáíäßá, Þôáí ï äÝêáôïò ôÝôáñôïò ãõéïò ôïõ êüìçôá ôïõ Cork êáé Ýëáâå ôç âáóéêÞ ôïõ ìüñöùóç óôçí Áããëßá, ôçí Åëâåôßá êáé ôçí Éôáëßá. Óå íåáñÞ çëéêßá, Ýäåéîå åíäéáöÝñïí ãéá ôçí éáôñéêÞ, ôç ãåùñãßá, ôç ÷çìåßá, ôçí áóôñïíïìßá êáé ôéò öõóéêÝò åðéóôÞìåò. Ðáñ’ üëá áõôÜ, ï Boyle åßíáé ðåñéóóüôåñï ãíùóôüò ãéá ôï Ýñãï ôïõ óôï ÷þñï ôçò ÷çìåßáò êáé ôá ðñùôïðïñéáêÜ ôïõ ðåéñÜìáôá ìå ôá áÝñéá êáé ôéò éäéüôçôÝò ôïõò. Óôéò áñ÷Ýò ôïõ 1650 ï Otto von Cuericke, Ýíáò Ãåñìáíüò åðéóôÞìïíáò, êáôáóêåýáóå ìßá áíôëßá ìå ôçí ïðïßá ìðïñïýóå íá äçìéïõñãåß êåíü. ÌåôÜ áðü ðïëëÜ èåáìáôéêÜ ðåéñÜìáôá êáé åðéäåßîåéò, äçìïóßåõóå ôï 1654 ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí åñãáóéþí ôïõ. Ï Boyle äéÜâáóå ãéá ôçí åðéôõ÷ßá ôïõ von Cuericke ôï 1657 êáé Üñ÷éóå áìÝóùò ôéò ðñïóðÜèåéåò ãéá ôçí êáôáóêåõÞ Üëëçò ìéáò áíôëßáò, ç ïðïßá Þôáí ðéï áðïôåëåóìáôéêÞ áðü åêåßíç ãéá ôçí ïðïßá åß÷å äéáâÜóåé. Ôï âáóéêü ÷áñáêôçñéóôéêü ôçò óõóêåõÞò ôïõ Boyle Þôáí ï ãõÜëéíïò èÜëáìïò, ìÝóá óôïí ïðïßï ìðïñïýóå íá ðáñáôçñÞóåé ôç óõìðåñéöïñÜ

äéáöüñùí áíôéêåéìÝíùí, êáèþò ï áÝñáò èá áðïìáêñõíüôáí áðü ôï èÜëáìï. Äåí ÷ñåéÜóôçêå ðïëý ãéá íá áíáêáëýøåé üôé ôá ìéêñÜ æþá ìÝóá óôï èÜëáìï ðÝèáéíáí êáé üôé ôá êåñéÜ Ýóâçíáí êáèþò Ýöåõãå ï áÝñáò. ~Åäåéîå üôé ï áÝñáò äåí äéåñ÷üôáí ìÝóá áðü ôï êåíü êáé åðéâåâáßùóå åðßóçò üôé ç ðßåóç ôïõ áÝñá åõèõíüôáí ãéá ôç ëåéôïõñãßá ôïõ âáñïìÝôñïõ, ôï ïðïßï åß÷å áíáêáëõöèåß óôçí Éôáëßá 27 ÷ñüíéá íùñßôåñá. Ï Boyle áíÝöåñå åðßóçò üôé ï áÝñáò åìöáíßæåé åëáóôéêüôçôá. Ï Boyle óõíÝ÷éóå íá ðåéñáìáôßæåôáé ìå ôçí áíôëßá ôïõ êáé ôï èÜëáìï ôïõ êåíïý, åíþ äýï ÷ñüíéá áñãüôåñá áíÝöåñå üôé ç ðßåóç êáé ï üãêïò ôïõ áÝñá, óôçí ðåñßðôùóç ðïõ ç èåñìïêñáóßá äéáôçñåßôáé óôáèåñÞ, åßíáé ðïóÜ áíôéóôñüöùò áíÜëïãá. Ç ó÷Ýóç áõôÞ åßíáé ãíùóôÞ óÞìåñá ùò “Íüìïò ôïõ Âïyle”. Ï Boyle äåí Ýöèáóå ðïôÝ óå ìéá éêáíïðïéçôéêÞ åñìçíåßá ôçò óõìðåñéöïñÜò ôïõ áÝñá, áí êáé äéáöùíïýóå ìå Üëëïõò åðéóôÞìïíåò, ïé ïðïßïé ðßóôåõáí üôé ï áÝñáò ðñÝðåé íá åßíáé êÜôé óáí ìéá óôßâá áðü êïõâÜñéá, áðü ìáëëß, ðïõ áíáðçäïýí êáèþò ðñïóðáèåßò íá ôá óõìðéÝóåéò ðñïò ôá êÜôù. ÁíáöÝñïíôáò ðïëëÜ áðü ôá åðüìåíá ðåéñÜìáôá ôïõ óôïõò ôïìåßò ôçò èåñìüôçôáò êáé ôçò èåñìïêñáóßáò, ôïõ öùôüò êáé ôïõ ÷ñþìáôïò, êáé ôçò áíáëýóåùò ðïëëþí ãíùóôþí ïõóéþí, o Boyle ðåñéÝãñáøå ìå ðïëëÝò ëåðôïìÝñåéåò ôéò ðåéñáìáôéêÝò ôïõ ìåèüäïõò. ÕðÞñîå áðü ôïõò ðñþôïõò åðéóôÞìïíåò ðïõ Ýäùóå Ýìöáóç óôç óçìáóßá ôçò óõóôçìáôéêüôçôáò ôçò åðéóôçìïíéêÞò äéáäéêáóßáò, êáé ôçò åêëåðôéóìÝíçò ôå÷íéêÞò êáôÜ ôç äéåîáãùãÞ åðéóôçìïíéêþí ðåéñáìÜôùí. Áí êáé Ýæçóå ðñéí áðü 300 ðåñßðïõ ÷ñüíéá, ôï Ýñãï ôïõ Robert Boyle åîáêïëïõèåß íá ÷ñçóéìåýåé ùò åîáéñåôéêü ðñüôõðï ôçò êáëÞò åðéóôçìïíéêÞò äéáäéêáóßáò.

108

Ó×ÇÌÁ 5-10. ¸íáò êáèïñéóìÝíïò áñéèìüò áåñßùí ìïñßùí ðïõ âñßóêïíôáé ìÝóá óå Ýíáí êýëéíäñï (áñéóôåñÜ), áóêåß ðßåóç ç ïðïßá ïöåßëåôáé óå óõãêñïýóåéò áõôþí ìå ôá ôïé÷þìáôá. Áí ï üãêïò ôïõò ðåñéïñéóèåß óôï ìéóü (äåîéÜ), åíþ ç èåñìïêñáóßá ðáñáìÝíåé óôáèåñÞ (êáé êáôÜ óõíÝðåéá êáé ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ôùí ìïñßùí), ï áñéèìüò ôùí óõãêñïýóåùí óôç ìïíÜäá ôïõ ÷ñüíïõ äéðëáóéÜæåôáé. ¸ôóé äéðëáóéÜæåôáé êáé ç ðßåóç.

5.5 Ìéá äéáöïñåôéêÞ ìáôéÜ óôï ðñüôõðï ôçò óùìáôéäéáêÞò** õöÞò åíüò áåñßïõ. Óôçí áñ÷Þ áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ äå÷èÞêáìå Ýíá ðïëý áðëü ðñüôõðï, ðïõ åß÷å ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôá ïðïßá èá Ýðñåðå íá åìöáíßæåé Ýíá áÝñéï, þóôå íá åîçãÞóïìå ìåñéêÝò áðëÝò ðáñáôçñÞóåéò. Ôþñá üìùò Ý÷ïìå ïñßóåé êÜðïéá ðïóïôéêÞ ó÷Ýóç, ôï íüìï ôïõ Boyle. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ íüìïõ áõôïý åßíáé äõíáôüí ðéá íá åëÝãîïìå ìå ìåãáëýôåñç ðñïóï÷Þ ôï óùìáôéäéáêü ðñüôõðï (ìïíôÝëï). Åßíáé äõíáôüí ôï ðáñáðÜíù ðñüôõðï íá ìáò äþóåé ðåñéóóüôåñåò ðëçñïöïñßåò ó÷åôéêÜ ìå ôá áÝñéá; Ãéá íá åßíáé áðïäåêôü Ýíá ðñüôõðï èá ðñÝðåé íá åðáëçèåýåé üëá ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôïõ. Áí äåí åðáëçèåýåé Ýóôù êáé Ýíá áðü áõôÜ ôüôå äåí åßíáé äõíáôüí íá ëçöèåß õðüøç. Ãíùñßæåôå Þäç ìåñéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí áåñßùí. ~Åôóé, åßíáé ãíùóôü üôé Ý÷ïõí ó÷åôéêÜ ìéêñü âÜñïò, áöïý ïé öõóáëßäåò áíåâáßíïõí óôçí åðéöÜíåéá ôùí õãñþí üðùò ð.÷. óôï íåñü. Ãíùñßæåôå åðßóçò üôé ôá áÝñéá äéáññÝïõí Þ äéá÷Ýïíôáé ðïëý ãñÞãïñá ìÝóá áðü ðïëý ìéêñÝò ôñýðåò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áêüìç êáé ç ìéêñüôåñç ñùãìÞ Þ ðüñïò äéåõêïëýíåé ôïí áÝñá íá îåöýãåé áðü Ýíá ëÜóôé÷ï áõôïêéíÞôïõ. ~Åôóé,

ðñïêåéìÝíïõ íá ïñßóïìå Ýíá ðñüôõðï, èá ðñÝðåé íá Ý÷ïìå óôï íïõ ìáò ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ðïõ áíáöÝñïíôáé ìå ëåðôïìÝñåéåò óôá áêüëïõèá. ~Åíá áÝñéï áðïôåëåßôáé áðü ìåãÜëï áñéèìü ðïëý ìéêñþí óùìáôéäßùí ðïõ êéíïýíôáé ðïëý ãñÞãïñá ðñïò ôõ÷áßåò êáôåõèýíóåéò. Ôá óùìáôßäéá áõôÜ âñßóêïíôáé êáôÜ ìÝóï üñï óå ìåãÜëç áðüóôáóç ôï Ýíá áðü ôï Üëëï óõãêñéôéêÜ ìå ôï äéêü ôïõò ìÝãåèïò. Êáé ç åõêïëßá ìå ôçí ïðïßá ôá áÝñéá äéá÷Ýïíôáé, áëëÜ êáé ïé ÷áìçëÝò ôïõò ðõêíüôçôåò äéêáéïëïãïýíôáé áðü Ýíá ôÝôïéï ðñüôõðï. Åðßóçò, åîçãïýíôáé êáé ôá ðïéïôéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ôçí ðßåóç ôùí áåñßùí. ÊÜèå öïñÜ ðïõ Ýíá óùìáôßäéï óõãêñïýåôáé ìå ôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ ìÝóá óôï ïðïßï âñßóêåôáé êáé áíáðçäÜ, ðñïóäßäåé êáé ìéá ìéêñÞ þèçóç óôï ôïß÷ùìá. ÅðåéäÞ ï áñéèìüò ôùí óùìáôéäßùí ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé ìÝóá óå Ýíá, Ýóôù êáé ìåôñßïõ ìåãÝèïõò, äï÷åßï åßíáé ôåñÜóôéïò êáé åðåéäÞ ïé äéåõèýíóåéò êáôÜ ôéò ïðïßåò êéíïýíôáé åßíáé åíôåëþò ôõ÷áßåò, ôï óõíïëéêü áðïôÝëåóìá üëùí ôùí äéáöïñåôéêþí óõãêñïýóåùí åõèýíåôáé ãéá ôçí Üóêçóç ìéáò óõíå÷ïýò êáé ïìïéüìïñöçò ðéÝóåùò. Êáé ôþñá áò åîåôÜóïìå áí ôï ðñüôõðü ìáò

Ðåñßëçøç. ÊáôÜ ôç ìåëÝôç ôùí áåñßùí åßíáé óçìáíôéêÞ ç Ýííïéá ôçò ðéÝóåùò. Ðßåóç åßíáé ç äýíáìç ðïõ áóêåßôáé óôç ìïíÜäá åðéöÜíåéáò. ÌïíÜäåò ãéá ôç ìÝôñçóÞ ôçò åßíáé ôá ãñáììÜñéá áíÜ ôåôñáãùíéêü åêáôïóôü Þ, üðùò óõíçèßæåôáé óôç ÷çìåßá, ïé áôìüóöáéñåò. Ìéá áôìüóöáéñá åßíáé ßóç ìå 14,7 lbs/in2 Þ 1034 g/cm2. Åðßóçò åßíáé ßóç ìå ôçí ðßåóç

ðïõ áóêåß ìéá óôÞëç õäñáñãýñïõ ýøïõò 760 mm. Méêñüôåñç ìïíÜäá åßíáé ôï Torr, ðïõ éóïýôáé ìå 1/760 ôçò áôìüóöáéñáò Þ ìå ôçí ðßåóç ìéáò óôÞëçò õäñáñãýñïõ ýøïõò 1 mm. Ç ðßåóç ìåôñåßôáé ìå ìáíüìåôñá áíïéêôïý Þ êëåéóôïý Üêñïõ Þ ìå âáñüìåôñá, äçëáäÞ ìå üñãáíá ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü Ýíá ãõÜëéíï

109

óùëÞíá ãåìéóìÝíï ìå õäñÜñãõñï êáé áíåóôñáììÝíï ìÝóá óå ìéá ìéêñÞ ëåêÜíç ìå õäñÜñãõñï. Ç åðéöÜíåéá ôçò ëåêÜíçò åßíáé áíïéêôÞ óôçí áôìüóöáéñá. Ç ðßåóç ôïõ áôìïóöáéñéêïý áÝñá ðÜíù óå áõôÞí ôçí åðéöÜíåéá áíôéóôáèìßæåôáé áðü ôçí ðßåóç ðïõ áóêåß ìéá óôÞëç õäñáñãýñïõ ýøïõò 760 mm, êÜôù áðü êáíïíéêÝò óõíèÞêåò áôìïóöáéñéêÞò ðéÝóåùò. Ï íüìïò ôïõ Boyle óõó÷åôßæåé ôï ãåãïíüò ôçò ìåôáâïëÞò ôïõ üãêïõ ìå ôç ìåôáâïëÞ ôçò ðéÝóåùò Þ ôï áíôßóôñïöï, ãéá ïñéóìÝíç ìÜæá áåñßïõ óå óôáèåñÞ èåñìïêñáóßá. ÌáèçìáôéêÜ åêöñÜæåôáé: P x V = C. Ìéá äéáöïñåôéêÞ äéáôýðùóç åßíáé ç åîÞò: Ðßåóç êáé üãêïò åßíáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãá. Áí ç ðßåóç áõîçèåß, ï üãêïò åëáôôþíåôáé. Ôï ðñüôõðï ôùí óùìáôéäßùí óõíäõÜæåé üóá åßíáé ãíùóôÜ ãéá ôá áÝñéá. Óýìöùíá ìå áõôü, ôá áÝñéá áðïôåëïýíôáé áðü ðïëëÜ ìéêñïóêïðéêÜ óùìáôßäéá, ðïõ êéíïýíôáé ðïëý ãñÞãïñá êáé ðïõ âñßóêïíôáé ó÷åôéêÜ ìáêñéÜ ôï Ýíá áðü ôï Üëëï, óå ó÷Ýóç ìå ôï ìÝãåèüò ôïõò. Áõôü óõìöùíåß êáé ìå ôéò ðáñáôçñÞóåéò üôé ôá áÝñéá åßíáé åëáöñéÜ êáé

ìðïñïýí íá îåöýãïõí ìÝóá áðü ìéêñÜ áíïßãìáôá. Ôï ðñïçãïýìåíï ðñüôõðï óõìöùíåß åðßóçò êáé ìå ôï íüìï ôïõ Boyle. Áí ç ðßåóç ïöåßëåôáé óôéò óõãêñïýóåéò ôùí óùìáôéäßùí ìå ôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ ðïõ ôá ðåñéÝ÷åé, ôüôå üôáí ôï äï÷åßï ãßíåôáé ìéêñüôåñï óçìåéþíïíôáé ðåñéóóüôåñåò óõãêñïýóåéò áíÜ ìïíÜäá ÷ñüíïõ ìåôáîý áõôþí ôùí éäßùí óùìáôéäßùí êáé ôùí ôïé÷ùìÜôùí. Ãé’ áõôü ç ðßåóç áõîÜíåôáé, üôáí ï üãêïò ìåéþíåôáé.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéá éóïäõíáìßá õðÜñ÷åé áíÜìåóá óå Torr êáé óå áôìüóöáéñá; 2. Ðïéá äéáöïñÜ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óå Ýíá ìáíüìåôñï áíïéêôïý êáé óå Ýíá êëåéóôïý Üêñïõ; 3. ÐåñéãñÜøôå Ýíá õäñáñãõñéêü âáñüìåôñï. 4. Ðïéåò åßíáé ïé ìïíÜäåò ôçò óôáèåñÜò óôï íüìï ôïõ Boyle, P x V = C; 5. Ðïéïò åßíáé ï üãêïò ðïõ ðñïêýðôåé, áí áõîçèåß ç ðßåóç åíüò ëßôñïõ áåñßïõ êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ ßóï ìå 25 êáé ìå ôçí

Ó÷åôéêÝò ìïñéáêÝò ìÜæåò - ¢ôïìá, ìüñéá êáé moles ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

5.6

Ïé ìÜæåò ßóùí üãêùí áåñßùí. Ôá áÝñéá ìïéÜæïõí íá ìçí Ý÷ïõí âÜñïò. ~Ïìùò, åö’ üóïí áðïôåëïýíôáé áðü ìüñéá êáé ôá ìüñéá áíÞêïõí óå êÜðïéåò ïõóßåò, èá ðñÝðåé íá Ý÷ïõí êáé êÜðïéá ìÜæá. Áí õðÞñ÷å äõíáôüôçôá íá ìåôñçèåß ç ìÜæá åíüò áåñßïõ, ßóùò èá áíáñùôéüóáóôå áí ßóïé üãêïé üëùí ôùí áåñßùí Ý÷ïõí ôéò ßäéåò ìÜæåò Þ áí ïé ìÜæåò ôïõò äéáöÝñïõí. ÓÊÏÐÏÓ

Èá óõãêñßíåôå ôéò ìÜæåò ßóùí üãêùí äéáöüñùí áåñßùí ðïõ âñßóêïíôáé êÜôù áðü ôéò ßäéåò óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò. ÕËÉÊÁ

ÐëáóôéêÞ óáêïýëá ÷ùñçôéêüôçôáò 1 ëßôñïõ ÐëáóôéêÞ ôáéíßá Èåñìüìåôñï Âáñüìåôñï 50-60 cm ëáóôé÷Ýíéïò óùëÞíáò Óôáãïíüìåôñï Æõãüò Äï÷åßï íåñïý Þ ëåêÜíç

Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò 2 ëßôñùí Ðáñï÷Ýò ïîõãüíïõ, äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá, êáé ßóùò êÜðïéïõ áêüìá áåñßïõ ÖéÜëç Þ êáíÜôá ÷ùñçôéêüôçôáò ðåñßðïõ 2 1/2 ëßôñùí Ëáóôé÷Ýíéï ðþìá ìå ìéá ôñýðá ìåãÝèïõò 5 Þ 6

110

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÅðåéäÞ ï üãêïò åíüò áåñßïõ ìåôáâÜëëåôáé ìå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ êáé ôçí ðßåóç (óõíèÞêåò ðïõ ìåôáâÜëëïíôáé), ðñÝðåé íá ëÜâåôå ôá ìÝôñá óáò, þóôå ïé ìåôáâëçôÝò áõôÝò íá ðáñáìåßíïõí óôáèåñÝò êáôÜ ôïí ðñïóäéïñéóìü ôùí ìáæþí. Éäéáßôåñá, ðñÝðåé íá ðñïóÝîåôå íá ìçí ãßíïõí óöÜëìáôá êáôÜ ôç æýãéóç, åðåéäÞ ïé ìÜæåò ôùí áåñßùí äåéãìÜôùí èá åßíáé ôï ðïëý ìåñéêÜ ãñáììÜñéá. ÌåñéêÜ ëéðáñÜ áðïôõðþìáôá áðü ôá ÷Ýñéá Þ ìéá óôáãüíá õãñáóßáò Ý÷ïõí áñêåôÞ ìÜæá, þóôå íá åðçñåÜóïõí ôï ðåßñáìá. Ðñéí áñ÷ßóåôå ôçí åñãáóßá óôï åñãáóôÞñéï äéáâÜóôå ðñïóåêôéêÜ ôéò ïäçãßåò ôïõ ðåéñÜìáôïò êáé êáôáóôñþóôå Ýíáí ðßíáêá ãéá ôá äåäïìÝíá êáé ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ìåôñÞóåùí êáé ôùí õðïëïãéóìþí óáò. Óõìâïõëåõèåßôå ôïõò ðßíáêåò ðïõ óáò ðñïôåßíïìå óôï ôÝëïò ôïõ ðåéñÜìáôïò.

ÌÝñïò Á. ÁÝñéï ïîõãüíï.

Ó×ÇÌÁ 5-11.

Ó×ÇÌÁ 5-12.

1. Ãýñù-ãýñù áðü ôï ôñõðçìÝíï ðþìá êáé óå áðüóôáóç 1 cm áðü ôï öáñäý Üêñï ôïõ, êáôáóêåõÜóôå Ýíá âáèý áõëÜêé. Äéðëþóôå ôï áíïéêôü Üêñï ôçò ðëáóôéêÞò óáêïýëáò ãýñù áðü ôï öáñäý Üêñï ôïõ ðþìáôïò êáé óôåñåþóôå ôçí ãýñù áðü ôï áõëÜêé ìå Ýíá ëáóôé÷Üêé. 2. ÁöáéñÝóôå ôï ëáóôé÷Ýíéï êÜëõììá áðü ôï óôáãïíüìåôñï êáé, áöïý ôï ðéÜóåôå ìå Ýíá ÷áñôïìÜíôçëï, óðñþîôå ôï ìÝóá óôçí ôñýðá ôïõ ðþìáôïò áðü ôç ìõôåñÞ ðëåõñÜ, ìÝ÷ñé íá óôåñåùèåß åêåß. Èá ðñÝðåé íá Ý÷åôå ìéá äéÜôáîç óáí áõôÞí ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 5-11. 3. ÁöáéñÝóôå üëï ôïí áÝñá áðü ôç óáêïýëá, éóéþíïíôÜò ôçí ìå ôï ÷Ýñé óáò. ÔïðïèåôÞóôå ðÜëé ôï ëáóôé÷Ýíéï êÜëõììá óôï óôáãïíüìåôñï êáé æõãßóôå üëç áõôÞí ôç äéÜôáîç ìå áêñßâåéá 0,01 g. KáôáãñÜøôå êáé ôï óöÜëìá ìå áêñßâåéá ± 0,01 g. 4. Aðïìáêñýíáôå ðÜëé ôï ëáóôé÷Ýíéï êÜëõììá áðü ôï óôáãïíüìåôñï êáé óõíäÝóôå ôï óôáãïíüìåôñï, äéÜ ìÝóïõ åíüò ðëáóôéêïý óùëÞíá, ìå êÜðïéá ðçãÞ ðáñï÷Þò áåñßïõ ïîõãüíïõ, ðïõ èá óáò õðïäåßîåé ï êáèçãçôÞò óáò. ~Ïôáí öïõóêþóåé êáëÜ ç óáêïýëá, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 5-12, êñáôÞóôå ôçí áðü ôï ëáóôé÷Ýíéï ðþìá êáé áðïóõíäÝóôå áðü ôï óôáãïíüìåôñï ôïí ðëáóôéêü óùëÞíá. ÁöÞóôå üëç ôçí ðåñßóóåéá ôïõ áåñßïõ íá öýãåé, þóôå ôï áÝñéï ðïõ èá ðáñáìåßíåé ìÝóá óôç óáêïýëá íá âñßóêåôáé óå áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç. ÐñïóÝîôå üìùò ìçí ôç óõìðéÝóåôå. 5. ÔïðïèåôÞóôå ïëüêëçñç ôç äéÜôáîç ôçò óáêïýëáò, ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï áÝñéï óå èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç äùìáôßïõ, ðÜíù óå Ýíá æõãü êáé óçìåéþóôå ôç ìÜæá ìå áêñßâåéá 0,01 g. KáôáãñÜøôå åðßóçò ôï óöÜëìá, üðùò ðñïçãïõìÝíùò. Ðñïáéñåôéêü: Áí óõìöùíåß êáé ï êáèçãçôÞò óáò, êáëüí åßíáé íá åðáíáëÜâåôå ôá óôÜäéá 4-5, þóôå íá åëÝãîåôå ôç äïõëåéÜ óáò.

ÌÝñïò Â. ÁÝñéï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá. 1. Ãåìßóôå ôç óáêïýëá ìå áÝñéï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá ÷ñçóéìïðïéþíôáò êÜðïéá ðáñï÷Þ ðïõ èá óáò õðïäåßîåé ï êáèçãçôÞò óáò. Âåâáéùèåßôå ðñïçãïõìÝíùò üôé ç óáêïýëá êáé ôï ðþìá åßíáé Üäåéá êáé óôåãíÜ. 2. ÅðáíáëÜâáôå ôá óôÜäéá 4 êáé 5 ôïõ Á ÌÝñïõò. ÐñïóðáèÞóôå íá ðåôý÷åôå ôïí ßäéï üãêï ôïõ áåñßïõ óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç, üðùò ðñïçãïõìÝíùò. 3. ÅðáíáëÜâáôå ôï ãÝìéóìá êáé ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ìÜæáò ÷ñçóéìïðïéþíôáò äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, áí óõìöùíåß êáé ï êáèçãçôÞò

111

óáò.

ÌÝñïò Ã. Åýñåóç ôïõ üãêïõ ôçò óáêïýëáò.

Ó×ÇÌÁ 5-13.

Áí ç óáêïýëá ðåñéÝ÷åé êÜðïéï áÝñéï äéáöïñåôéêü áðü ïîõãüíï, íá ôï áðïìáêñýíåôå. Óôç óõíÝ÷åéá, öõóþíôáò, ãåìßóôå ôç óáêïýëá ìå áÝñá. ÐñïóðáèÞóôå íá Ý÷åôå ôïí ßäéï üãêï áåñßïõ ìå áõôüí ðïõ åß÷áôå óôá äýï ðñïçãïýìåíá ðåéñÜìáôá. 1. ÌåôñÞóôå ôïí üãêï ôïõ áÝñá Þ ôïõ ïîõãüíïõ ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óôç óáêïýëá åöáñìüæïíôáò ôç ìÝèïäï ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 5-13. Ãåìßóôå ôåëåßùò ìéá ìåãÜëç öéÜëç Þ êáíÜôá (ðïõ íá Ý÷åé üãêï ðåñßðïõ 2 ëßôñá) ìå íåñü ôçò âñýóçò. ÓêåðÜóôå ôçí ìå Ýíá ðþìá êáé áíáóôñÝøôå ôçí ìÝóá óå Ýíá ìåãÜëï äï÷åßï ìå íåñü. ÁöáéñÝóôå ôï ðþìá ôçò ìÝóá óôï íåñü. 2. ÁöáéñÝóôå ôï ëáóôé÷Ýíéï ðþìá áðü ôï óôáãïíüìåôñï êáé óôç èÝóç ôïõ ðñïóáñìüóôå Ýíá ìáêñý ëáóôé÷Ýíéï óùëÞíá, ôï Üëëï Üêñï ôïõ ïðïßïõ íá âñßóêåôáé ðåñáóìÝíï ìÝóá áðü ôï óôüìéï ôçò áíåóôñáììÝíçò öéÜëçò. 3. ÐéÝóôå åëáöñÜ ôç óáêïýëá Ýôóé, þóôå üëï ôï áÝñéï ðïõ ðåñéÝ÷åé íá ðåñÜóåé ìÝóá áðü ôï óùëÞíá óôç öéÜëç, ìåôáôïðßæïíôáò ßóï üãêï íåñïý. ÔÝëïò, ðéÝóôå ìå ôï ÷Ýñé óáò ôåëåßùò ôç óáêïýëá Ýôóé þóôå íá áðïìáêñõíèåß áðü áõôÞí êáé ôï õðüëïéðï áÝñéï. 4. Äéðëþóôå ôï óùëÞíá, ãéá íá öñÜîåé, êáé áðïìáêñýíåôÝ ôïí áðü ôï äï÷åßï ìå ôï íåñü. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá ðþìá óôï óôüìéï ôçò öéÜëçò, åíþ âñßóêåôáé áêüìç êÜôù áðü ôï íåñü. ÔÝëïò, áðïìáêñýíåôå ôçí êëåéóìÝíç ìå ôï ðþìá öéÜëç áðü ôï íåñü êáé ôïðïèåôÞóôå ôçí üñèéá ðÜíù óôï ôñáðÝæé. 5. ÌåôñÞóôå ôçí ðïóüôçôá ôïõ íåñïý ðïõ ÷ñåéÜæåóôå, ãéá íá îáíáãåìßóåôå ôç öéÜëç ìå ôç âïÞèåéá åíüò áñêåôÜ ìåãÜëïõ ïãêïìåôñéêïý êõëßíäñïõ. Óçìåéþóôå ôïí üãêï ôïõ áåñßïõ ðïõ åêôïðßóèçêå êáé ôï óöÜëìá áðü áõôÞí ôç ìÝôñçóç. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Ï ðßíáêáò ðïõ Ý÷åôå êáôáñôßóåé ãéá ôçí êáôáãñáöÞ ôùí äéáäï÷éêþí ðëçñïöïñéþí, èá óáò âïçèÞóåé íá ôáîéíïìÞóåôå ôá äåäïìÝíá êáé ôá áðïôåëÝóìáôá óáò. Óôçí åðüìåíç ðáñÜãñáöï ðåñéãñÜöåôáé ï ôñüðïò ðïõ ðñÝðåé íá åñãáóèåßôå ãéá íá õðïëïãßóåôå ôá áðïôåëÝóìáôá.

ÌÝñïò Á. ÁÝñéï ïîõãüíï. (~Ïëåò ïé ìåôñÞóåéò óå ãñáììÜñéá). ÌÜæá ôçò óáêïýëáò ìå ôï ðþìá êáé ôï ïîõãüíï (Ï2). MÜæá êåíÞò óáêïýëáò ìå ôï ðþìá. ÖáéíïìåíéêÞ ìÜæá áåñßïõ Ï2. ÌÜæá áÝñá ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôï áÝñéï ìå ôï ïðïßï ãÝìéóå ç óáêïýëá. ÐñáãìáôéêÞ ìÜæá áåñßïõ Ï2.

ÌÝñïò Â. ÁÝñéï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá. (~Ïëåò ïé ìåôñÞóåéò óå ãñáììÜñéá). ÌÜæá ôçò óáêïýëáò ìå ôï ðþìá êáé ìå ôï áÝñéï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá (CO2). MÜæá êåíÞò óáêïýëáò ìå ôï ðþìá. ÖáéíïìåíéêÞ ìÜæá ôïõ áåñßïõ CO2. ÌÜæá ôïõ áÝñá ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôï áÝñéï ìå ôï ïðïßï ãÝìéóå ç óáêïýëá. ÐñáãìáôéêÞ ìÜæá ôïõ áåñßïõ CO2.

112

Ëüãïò áõôÞò ôçò ìÜæáò ðñïò ôç ìÜæá ôïõ Ï2.

MÝñïò Ã. ~Ïãêïò ôçò óáêïýëáò. ~Ïãêïò ôïõ íåñïý ðïõ áíôéêáôáóôÜèçêå áðü ôïí áÝñá ôçò óáêïýëáò. Èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ (°C). AôìïóöáéñéêÞ ðßåóç (Torr). Ðõêíüôçôá áÝñá óôéò ðáñáðÜíù ôéìÝò èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò (g/l), áðü ôïí ðßíáêá 5.2.

Õðïëïãéóìïß. Áí èÝëåôå íá âñåßôå ôçí ðñáãìáôéêÞ ìÜæá ôùí áåñßùí ðïõ æõãßóáôå óå áõôü ôï ðåßñáìá, èá ðñÝðåé íá êÜíåôå êÜðïéåò äéïñèþóåéò ðïõ ïöåßëïíôáé óôçí Üíùóç. ~Ïðùò ìÜèáôå ðñïçãïõìÝíùò ç öáéíïìåíéêÞ ìÜæá åíüò áíôéêåéìÝíïõ ðïõ æõãßæåôáé óôïí áÝñá åßíáé ìéêñüôåñç áðü ôçí ðñáãìáôéêÞ, êáôÜ ôç ìÜæá ôïõ áÝñá ðïõ åêôïðßæåé ôï áíôéêåßìåíï. ÓõíÞèùò, üôáí Ýíá áíôéêåßìåíï æõãßæåôáé óôïí áÝñá, ç ìÜæá ôïõ áÝñá ðïõ åêôïðßæåôáé åßíáé ôüóï ìéêñÞ óõãêñéôéêÜ ìå ôç ìÜæá ôïõ áíôéêåéìÝíïõ, þóôå ìðïñåß íá ðáñáëåéöèåß. ~Ïìùò, üôáí ôï áíôéêåßìåíï ðïõ æõãßæåôáé åßíáé ìåãÜëï êáé ç ðõêíüôçôÜ ôïõ äåí åßíáé ðïëý ìåãáëýôåñç áðü áõôÞí ôïõ áÝñá, ôüôå ç äéüñèùóç ôçò áíþóåùò èá åðçñåÜóåé óçìáíôéêÜ ôç öáéíïìåíéêÞ ìÜæá. Ìüíï ìå áõôÞí ôç äéüñèùóç åßíáé äõíáôüí íá ðñïóóåããßóïìå ôçí ðñáãìáôéêÞ ìÜæá ôïõ áåñßïõ ðïõ ìåôñïýìå. Ïé áðáñáßôçôïé õðïëïãéóìïß ãé’ áõôü ôï ðåßñáìá óõíïøßæïíôáé óôá áêüëïõèá: 1. Âñåßôå ôç öáéíïìåíéêÞ ìÜæá ôïõ ïîõãüíïõ ôçò óáêïýëáò, ìå áöáßñåóç ôçò ìÜæáò ôçò êåíÞò óáêïýëáò áðü ôç öáéíïìåíéêÞ ìÜæá ôçò óáêïýëáò ðïõ åßíáé ãåìÜôç ìå ïîõãüíï. ÐÉÍÁÊÁÓ 5.2. Ðßåóç (Torr)

600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770

Èåñìïêñáóßá 15°C

20°C

25°C

30°C

0,97 g/l 0,98 1,00 1,02 1,03 1,05 1,06 1,08 1,10 1,11 1,13 1,14 1,16 1,18 1,19 1,22 1,23 1,24

0,95 g/l 0,97 0,98 1,00 1,01 1,03 1,05 1,06 1,08 1,09 1,11 1,12 1,14 1,16 1,17 1,19 1,21 1,22

0,94 g/l 0,95 0,97 0,98 1,00 1,01 1,03 1,04 1,06 1,07 1,09 1,10 1,12 1,14 1,15 1,17 1,19 1,20

0,92 g/l 0,93 0,95 0,97 0,98 1,00 1,01 1,03 1,04 1,06 1,07 1,09 1,10 1,12 1,13 1,15 1,16 1,18

113

2. Yðïëïãßóôå ôç ìÜæá ôïõ áÝñá ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôï áÝñéï ìå ôï ïðïßï ãÝìéóå ç óáêïýëá. Ï üãêïò ôïõ íåñïý ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôï áÝñéï ìéáò ãåìÜôçò óáêïýëáò åßíáé ßóïò ìå ôïí áÝñá ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôç óáêïýëá ôç ãåìÜôç ìå áÝñéï. Ç ìÜæá ôïõ áÝñá ðïõ åêôïðßóèçêå áðü ôï áÝñéï ìðïñåß íá âñåèåß, áí ðïëëáðëáóéáóèåß ï üãêïò ôïõ áÝñá ðïõ åêôïðßóèçêå (óå ëßôñá) åðß ôçí ðõêíüôçôá ôïõ áÝñá (óå ãñáììÜñéá/ëßôñá), ìå âÜóç ôïí ðßíáêá 5.2 (óôï áðïôÝëåóìÜ óáò íá ðåñéëçöèïýí ôá üñéá ôïõ ìåãßóôïõ óöÜëìáôïò). 3. Ðñïóäéïñßóôå ôçí ðñáãìáôéêÞ ìÜæá ôïõ ïîõãüíïõ ôçò óáêïýëáò, ðñïóèÝôïíôáò ôç ìÜæá ôïõ åêôïðéóìÝíïõ áÝñá óôç öáéíïìåíéêÞ ìÜæá ðïõ âñÞêáôå óôï óôÜäéï 1. 4. Êáô’ áíÜëïãï ôñüðï, ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá ôçò óáêïýëáò êáèþò êáé ôç ìÜæá ïðïéïõäÞðïôå Üëëïõ áåñßïõ ôï ïðïßï ÷ñçóéìïðïéÞóáôå. 5. Óõãêñßíåôå ôç ìÜæá êáèåíüò áåñßïõ ðïõ ìåôñÞóáôå ìå áõôÞí ôïõ ïîõãüíïõ, äéáéñþíôáò ôçí êáèåìßá ìÜæá ìå ôç ìÜæá ôïõ áíôßóôïé÷ïõ üãêïõ ïîõãüíïõ. ÅêöñÜóôå êÜèå áíáëïãßá ìå äåêáäéêü áñéèìü. Óôï áðïôÝëåóìá ðïõ èá ðñïêýøåé íá ëÜâåôå õðüøç êáé ôï óöÜëìá.

~Åíá ðñüâëçìá ðïõ ÷ñåéÜæåôáé äéåñåýíçóç. ÕðÜñ÷åé ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò ìÜæåò ßóùí üãêùí áåñßùí êáé ôéò ó÷åôéêÝò ìÜæåò ôùí ìïñßùí; ÌÅÑÉÊÅÓ ÁÊÏÌÇ ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÅÉÓ

Ðïéï óõìðÝñáóìá âãáßíåé, áí óõãêñßíåôå ôéò ìÜæåò ßóùí üãêùí áåñßùí ðïõ óõëëÝ÷èçêáí õðü áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç, áëëÜ óå èåñìïêñáóßá õøçëüôåñç áðü ôç óõíÞèç, ìå åêåßíåò ôéò ìÜæåò ðïõ âñßóêïíôáé óå èåñìïêñáóßá ðåñéâÜëëïíôïò;

5.7 Ó÷Ýóåéò ðéÝóåùò üãêïõ äéáöüñùí áåñßùí. ÄåäïìÝíá ôçò ðéÝóåùò êáé ôïõ üãêïõ, üðùò áõôÜ ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óôïí ðßíáêá 5.2, åðáëçèåýïõí ôï íüìï ôïõ Âïyle ãéá ôçí ðåñßðôùóç ôïõ áôìïóöáéñéêïý áÝñá. ÁíÜëïãá ðåéñÜìáôá ìå Üëëá áÝñéá äåß÷íïõí üôé ï íüìïò ôïõ Boyle éó÷ýåé åðßóçò ãéá üëá áõôÜ. ~Åôóé, ãéá üëá ôá áÝñéá, P ⋅ V = ìßá óôáèåñÜ. Ç áñéèìçôéêÞ ôéìÞ áõôÞò ôçò óôáèåñÜò ãéá êÜèå áÝñéï åßíáé áíÜëïãç ìå ôç ìÜæá áõôïý ôïõ áåñßïõ. Áí äéðëáóéáóèåß ç ìÜæá, ôï ìÝãåèïò ôïõ P ⋅ V äéðëáóéÜæåôáé. Ãé’ áõôü, áí ðñüêåéôáé íá óõãêñéèåß ìå áêñßâåéá ç óõìðåñéöïñÜ ôïõ æåýãïõò ðßåóç - üãêïò ãéá êÜðïéï áÝñéï ìå áõôÞí åíüò Üëëïõ áåñßïõ, ðñÝðåé ðñþôá íá ïñéóèïýí ïé ìÜæåò ôùí áåñßùí. ~Éóùò ôï ðéï áðëü èá Þôáí íá ÷ñçóéìïðïéïýóáìå ôçí ßäéá ìÜæá áðü ôï êÜèå áÝñéï (ðñÝðåé íá ðñïóÝîåôå, þóôå íá ìåôñÞóåôå

ôá ãéíüìåíá P ⋅ V üëùí ôùí áåñßùí óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá, äéüôé ç èåìïêñáóßá, üðùò èá äåßôå áñãüôåñá, åðçñåÜæåé, åðßóçò, ôï ìÝãåèïò ôïõ P ⋅ V). Áò öáíôáóèïýìå üôé èá äéåîá÷èåß Ýíá ðåßñáìá áíÜëïãï ìå áõôü ðïõ Ýãéíå ìå ôç óýñéããá êáé ôá âéâëßá, óýìöùíá ìå ôá áêüëïõèá. 1. Ôï áÝñéï ðïõ åßíáé åãêëùâéóìÝíï åßíáé äåßãìá êáèáñïý ïîõãüíïõ (áíôß ãéá áÝñá, ï ïðïßïò åßíáé ìßãìá äéáöüñùí áåñßùí). 2. Ç ðïóüôçôá ôïõ åãêëùâéóìÝíïõ ïîõãüíïõ åßíáé 32,0 ãñáììÜñéá. 3. Ç èåñìïêñáóßá åßíáé °C (ðñïöáíþò åßíáé ëßãï äýóêïëï íá ôï åðéôý÷ïìå áõôü ìå ôçí áðëÞ óõóêåõÞ ìáò). 4. ~Ïëåò ïé ìåôñÞóåéò ãßíïíôáé ìå áñêåôÞ áêñßâåéá, þóôå íá äßíïõí ôñßá óçìáíôéêÜ øçößá. 5. Ïé ðéÝóåéò åêöñÜæïíôáé óå áôìüóöáéñåò êáé ï üãêïò óå ëßôñá. Ïé ðñïçãïýìåíåò ðåéñáìáôéêÝò ìåôñÞóåéò äåí

114

åðåëÝãçóáí ôõ÷áßá (èá áíôéëçöèåßôå ôïõò ëüãïõò ãé’ áõôÝò ôéò åðéëïãÝò áñãüôåñá). Ôï áðïôÝëåóìá ðïõ åîÜãåôáé óýìöùíá ìå áõôÝò ôéò óõíèÞêåò åßíáé ðÜíôá: P ⋅ V = 22,4 ëßôñá - áôìüóöáéñåò (ç ìïíÜäá ðïõ ðñïêýðôåé üôáí Ýíáò üãêïò óå ëßôñá ðïëëáðëáóéÜæåôáé åðß ìéá ðßåóç óå áôìüóöáéñåò ãñÜöåôáé óõìâáôéêÜ “ëßôñá - áôìüóöáéñåò” Þ “liter - atm”). Áò õðïèÝóïìå ôþñá üôé äéåîÜãåôáé ôï ßäéï ðåßñáìá, êÜôù áðü ôéò ßäéåò óõíèÞêåò ìå äýï äéáöïñåôéêÜ áÝñéá. Ôï Ýíá ïíïìÜæåôáé õäñï÷ëþñéï, ôï Üëëï áììùíßá. Áí ÷ñçóéìïðïéçèïýí 32,0 g áðü êÜèå áÝñéï óôïõò 0°C, ëáìâÜíïíôáé ôá ðáñáêÜôù áðïôåëÝóìáôá. Ïîõãüíï Õäñï÷ëþñéï Áììùíßá

P ⋅ V = 22,4 l - atm (ëéôñáôìüóöáéñåò) P ⋅ V = 19,6 l - atm (ëéôñáôìüóöáéñåò) P ⋅ V = 42,1 l - atm (ëéôñáôìüóöáéñåò)

Ôï êÜèå áÝñéï áêïëïõèåß ôï íüìï ôïõ Boyle, áëëÜ ôá 32 g ôïõ êáèåíüò äßíïõí äéáöïñåôéêÞ “óôáèåñÜ”. YðÜñ÷åé üìùò êáé Ýíáò áêüìç ôñüðïò, ãéá íá åêöñÜóïìå ôá áðïôåëÝóìáôÜ ìáò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ï ôñüðïò áõôüò ðñïÝñ÷åôáé áðü ìéá óõíçèéóìÝíç åñþôçóç. Ðïéá ìÜæá ðñÝðåé íá ðÜñïìå áðü êÜèå áÝñéï, þóôå íá Ý÷ïìå ôçí ßäéá óôáèåñÜ ìå áõôÞí ðïõ äßíïõí ôá 32 g ïîõãüíïõ, (22,4 liter - atm); Ç áðÜíôçóç óå áõôü ôï åñþôçìá åßíáé åýêïëç. Ôï ìÝãåèïò ôçò óôáèåñÜò åßíáé áíÜëïãï ìå ôç ìÜæá ôïõ áåñßïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýìå. ~Åôóé, áí ôá 32 g ãéá ôçí áììùíßá, äßíïõí ìéá óôáèåñÜ ðïõ èåùñåßôáé ðïëý ìåãÜëç, ðñÝðåé íá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ëéãüôåñï áÝñéï. Ãéá íá ìåéþóïìå ôç óôáèåñÜ áðü 42,1 óå 22,4 ðñÝðåé íá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ìüíï 22,4/42,1 öïñÝò ëéãüôåñï áÝñéï. 22,4 x 32,0 = 17,0 g 42,1

Aíôßèåôá, ãéá ôï õäñï÷ëþñéï ÷ñåéÜæïíôáé ðåñéóóüôåñá áðü 32,0 g, åíþ ôï áêñéâÝò ðïóü åßíáé 22,4 x 32,0 = 17,0 g 42,1

5.8 ÌåñéêÝò áêüìç éäéüôçôåò ôùí áåñßùí. Ïé ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óå ðßåóç êáé üãêï, ðïõ ìüëéò ìåëåôÞóáìå áíáëõôéêÜ ãéá ôñßá áÝñéá, ìáò ïäÞãçóáí óå äýï éóïäýíáìåò äéáðéóôþóåéò. Ç ìßá åßíáé üôé ßóåò ìÜæåò äéáöïñåôéêþí áåñßùí ðïõ

Ó×ÇÌÁ 5-14. ºóïé üãêïé áåñßùí, ðïõ ìåôñÞèçêáí óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç, Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò ìÜæåò.

ìåôñÞèçêáí óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá äßíïõí äéáöïñåôéêÜ ãéíüìåíá PV. Ç äåýôåñç åßíáé üôé ßóïò üãêïò áåñßùí ðïõ ìåôñÞèçêáí óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò ìÜæåò (ó÷. 5-14). Ôï ðñüôõðü ìáò ãéá ôá áÝñéá ðïõ áðïôåëåßôáé áðü óùìáôßäéá Þ ìðÜëåò ôïõ ìðéëéÜñäïõ, äåí åîáóöáëßæåé êÜðïéá åîÞãçóç ãéá ôç óõìðåñéöïñÜ ðïõ ðåñéãñÜöåôáé óå áõôÝò ôéò äýï äéáðéóôþóåéò. ÐñÝðåé ëïéðüí íá åãêáôáëåßøïìå ôï ðñüôõðï; Áí ÷ñåéáóèåß èá ãßíåé êáé áõôü, ãéáôß Ýíá ðñüôõðï åßíáé åý÷ñçóôï ìüíï ãéá üóï äéÜóôçìá óõìöùíåß ìå üëá ôá ðåéñáìáôéêÜ áðïôåëÝóìáôá. Óõìâáßíåé óõ÷íÜ üìùò Ýíá ðñüôõðï íá åðéäÝ÷åôáé ôñïðïðïéÞóåéò êáôÜ ôñüðï ðïõ íá åîçãåß íÝá áðïôåëÝóìáôá åî ßóïõ êáëÜ ìå ôá ðáëéÜ ãéá ôá ïðïßá êáé áñ÷éêÜ ó÷åäéÜóèçêå. Ãéá íá áðïöáóßóïìå ôé åßäïõò ôñïðïðïéÞóåéò ÷ñåéÜæïíôáé ãéá ôï ðñüôõðï ôùí áåñßùí, áò åîåôÜóïìå ìåñéêÝò Üëëåò éäéüôçôÝò ôïõò. Ç áììùíßá, ôï ïîõãüíï êáé ôï õäñï÷ëþñéï ðáñáóêåõÜæïíôáé ðïëý åýêïëá óôï åñãáóôÞñéï êáé ãé’ áõôü ôéò éäéüôçôÝò ôïõò åýêïëá ìðïñïýìå íá ôéò ðáñáôçñÞóïìå. ÂÝâáéá, ðïëëÝò áðü ôéò ðáñáôçñÞóåéò ìáò ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ôï ïîõãüíï, åßíáé äõíáôüí íá ãßíïõí ìå ìéá áðëÞ ìáôéÜ ðïõ èá ñßîïìå ãýñù ìáò. ÅðåéäÞ ï êáèáñüò áÝñáò ðïõ ðåñéÝ÷åé ïîõãüíï åßíáé Ü÷ñùìïò êáé Üïóìïò, åßíáé öõóéêü íá óõìðåñÜíïìå üôé êáé ôï

115

Áììùíßá ÁìÝóùò ìüëéò ôá áÝñéá Þñèáí óå åðáöÞ ìå ôï íåñü

Õäñï÷ëùñéêü ïîý

Ïîõãüíï

ÌåôÜ 30 ëåðôÜ åðáöÞò ìå ôï íåñü

áðü ðïëý ìéêñÜ (áüñáôá) óùìáôßäéá, ðïõ âñßóêïíôáé óå ãñÞãïñç êßíçóç. ~Éóùò üìùò íá äéáöÝñïõí ôá ßäéá ôá óùìáôßäéá. Áí óõìâáßíåé êÜôé ôÝôïéï, ôüôå èá ðñÝðåé íá áðïäïèïýí óå áõôÝò ôéò äéáöïñÝò êáé ïé äéáöïñÝò ðïõ ðáñáôçñÞèçêáí óôéò éäéüôçôåò ôùí áåñßùí, üðùò ç äéáëõôüôçôá, ôï ÷ñþìá êáé ç ïóìÞ. Êáé, áí áõôÜ ôá óùìáôßäéá äéáöÝñïõí ôüóï þóôå íá ðñïêáëïýí ôüóï äéáöïñåôéêÝò ìáêñïóêïðéêÝò éäéüôçôåò, åßíáé áðßèáíï íá ìçí äéáöÝñïõí åðßóçò êáé óôéò ìÜæåò ôïõò. ~Åôóé, ç ðáñáäï÷Þ üôé ôá óùìáôßäéá üëùí ôùí áåñßùí äåí åßíáé ßäéá, ìáò ïäçãåß óôçí ðéèáíÞ åîÞãçóç ôçò äéáðéóôþóåùò üôé ßóïé üãêïé áåñßùí Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò ìÜæåò. Áò åðåêôåßíïìå áõôÞ ôç äõíáôüôçôá ëßãï ðåñéóóüôåñï.

5.9 Õðüèåóç ôïõ Ávogadro. Ó×ÇÌÁ 5-15. ¸íá ðåßñáìá ðïõ äåß÷íåé äéáöïñåôéêÝò äéáëõôüôçôåò äéáöüñùí áåñßùí óôï íåñü. Ç áììùíßá êáé ôï õäñï÷ëþñéï åßíáé ðïëý äéáëõôÜ.

ïîõãüíï ðñÝðåé íá åßíáé Ýíá áÝñéï Ü÷ñùìï êáé Üïóìï. ~Ïðùò ôï ïîõãüíï, Ýôóé êáé ç áììùíßá êáé ôï õäñï÷ëþñéï -ü÷é üìùò üëá ôá áÝñéá- åßíáé Ü÷ñùìá. Äåí åßíáé üìùò Üïóìá. ÏðïéïóäÞðïôå Ý÷åé êÜðïéá åìðåéñßá ãýñù áðü ôç ÷áñáêôçñéóôéêÞ ìõñùäéÜ ôçò áììùíßáò, åðåéäÞ ãéá ðáñÜäåéãìá Ý÷åé ìõñßóåé åßôå êÜðïéá Üëáôá ôçò áììùíßáò åßôå Ýíá õãñü êáèáñéóìïý ðïõ ðåñéÝ÷åé áììùíßá, èá óõìöùíÞóåé ìå áõôü. Ç ìõñùäéÜ ôïõ áåñßïõ õäñï÷ëùñßïõ äåí åßíáé ëéãüôåñï åñåèéóôéêÞ áðü ôç ìõñùäéÜ ôçò áììùíßáò^ åßíáé üìùò äéáöïñåôéêÞ, åßíáé “üîéíç”. Ôï ïîõãüíï ðïõ âñßóêåôáé äéáëõìÝíï óôï íåñü åßíáé áðáñáßôçôï ãéá ôçí õäñüâéá æùÞ, üìùò ìüíï ìéá ó÷åôéêÜ ìéêñÞ ðïóüôçôá ïîõãüíïõ äéáëýåôáé óôï íåñü (31,6 ml áíÜ ëßôñï íåñïý óå 25°C). Ôüóï ç áììùíßá üóï êáé ôï õäñï÷ëþñéï äéáëýïíôáé óôï íåñü óå ðïëý ìåãáëýôåñï ðïóïóôü áðü ü,ôé ôï ïîõãüíï. ÔïõëÜ÷éóôïí ôñéÜíôá öïñÝò ðåñéóóüôåñïò üãêïò áðü áõôÜ ôá áÝñéá äéáëýåôáé óôï íåñü óôïõò 25°C. Ôï ó÷Þìá 5-15 áðåéêïíßæåé Ýíá áðëü ðåßñáìá, ðïõ ìáò äåß÷íåé áõôÝò ôéò óçìáíôéêÝò äéáöïñÝò óôç äéáëõôüôçôá. Ðþò ìðïñïýìå íá åîçãÞóïìå ãéáôß áõôÜ ôá ôñßá áÝñéá åßíáé ôüóï äéáöïñåôéêÜ, åíþ ôáõôü÷ñïíá áêïëïõèïýí üëá ôï íüìï ôïõ Boyle; Êáôïñèþóáìå íá åîçãÞóïìå ôï íüìï ôïõ Boyle, áöïý ðáñáäå÷èÞêáìå ðùò ôá áÝñéá áðïôåëïýíôáé

ÁíáöÝñèçêå íùñßôåñá üôé ï üãêïò åíüò ìðáëïíéïý áõîÜíåé êáèþò ôï öïõóêþíïìå ìå áÝñá. Ìå ôçí áðëÞ áõôÞí ðáñáôÞñçóç åßíáé öáíåñü üôé ï üãêïò åíüò áåñßïõ åîáñôÜôáé áðü ôïí áñéèìü ôùí óùìáôéäßùí ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï áÝñéï. ~Åôóé, äéêáéïëïãçìÝíá ìðïñïýìå íá õðïèÝóïìå üôé áÝñéá ðïõ Ý÷ïõí ôïí ßäéï üãêï, Ý÷ïõí êáé ôïí ßäéï áñéèìü óùìáôéäßùí ìå ôçí ðñïûðüèåóç üôé ïé áÝñéïé üãêïé Ý÷ïõí ìåôñçèåß óôéò ßäéåò óõíèÞêåò ðéÝóåùò êáé èåñìïêñáóßáò. Áò õðïèÝóïìå üôé Ýíá óùìáôßäéï áììùíßáò

Áììùíßá

Õäñï÷ëùñéêü ïîý

Ó×ÇÌÁ 5-16. ºóïé üãêïé áåñßùí ðïõ âñßóêïíôáé óôçí ßäéá ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá, Ý÷ïõí ôïí ßäéï áñéèìü ìïñßùí, ôá ìüñéá üìùò åßíáé äéáöïñåôéêÜ.

116

Ý÷åé ìÜæá ìéêñüôåñç áðü áõôÞí ðïõ Ý÷åé Ýíá óùìáôßäéï ïîõãüíïõ êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ 17,0/32,0, åíþ Ýíá óùìáôßäéï õäñï÷ëùñßïõ Ý÷åé ìÜæá ìåãáëýôåñç áðü áõôÞí ðïõ Ý÷åé Ýíá óùìáôßäéï ïîõãüíïõ, êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ 36,5/32,0 (ó÷. 5-16). Óôçí ðáñÜãñáöï 5.7 áíáöÝñèçêå üôé ôï ãéíüìåíï P ^ V ðñïêåéìÝíïõ ãéá 32,0 g ïîõãüíïõ óôïõò 0°C åßíáé 22,4 ëéôñáôìüóöáéñåò. Áí ç ðßåóç Þôáí ßóç ìå ìßá áôìüóöáéñá, ôüôå ï üãêïò ðïõ èá êáôåëÜìâáíå ôï áÝñéï ïîõãüíï èá Þôáí 22,4 ëßôñá. Áí áëçèåýåé ç õðüèåóç üôé ßóïé üãêïé áåñßùí ðåñéÝ÷ïõí ßóïõò áñéèìïýò óùìáôéäßùí, ôüôå ðïéåò èá Þôáí ïé ìÜæåò ðïõ èá åß÷áí ßóïé üãêïé áììùíßáò êáé õäñï÷ëùñßïõ, áí åß÷áí ìåôñçèåß êÜôù áðü ôéò ßäéåò óõíèÞêåò; Áí õðÜñ÷ïõí n óùìáôßäéá ïîõãüíïõ óå 22,4 ëßôñá, ôüôå ç ìÜæá ôïõ êáèåíüò óùìáôéäßïõ åßíáé 32,0/n ãñáììÜñéá. ~Õóôåñá áðü áõôü ìðïñåßôå íá äéáðéóôþóåôå üôé ç ìÜæá ôïõ êáèåíüò óùìáôéäßïõ áììùíßáò åßíáé 17,0/n ãñáììÜñéá, åíþ ç ìÜæá ôïõ êáèåíüò óùìáôéäßïõ õäñï÷ëùñßïõ åßíáé 36,5/n ãñáììÜñéá. Åßíáé öáíåñü üôé ôá n óùìáôßäéá áììùíßáò èá Ý÷ïõí ìÜæá 17,0 ãñáììÜñéá, êáé ôá n óùìáôßäéá õäñï÷ëùñßïõ èá Ý÷ïõí ìÜæá 36,5 ãñáììÜñéá. ÁõôÜ åßíáé êáé ôá áðïôåëÝóìáôá ðïõ õðïëïãßóáìå ìå ôá äåäïìÝíá ðéÝóåùò-üãêïõ óôçí ðáñÜãñáöï 5.7 (ó÷. 5-16). Ç õðüèåóç üôé ßóïé üãêïé áåñßùí, üôáí ìåôñçèïýí óôçí ßäéá ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá, ðåñéÝ÷ïõí ßóïõò áñéèìïýò óùìáôéäßùí, óõìöùíåß ìå üëåò ôéò ðñïçãïýìåíåò õðïèÝóåéò ó÷åôéêÜ ìå ôá áÝñéá, êáèþò êáé ìå üëá ôá ðåéñáìáôéêÜ áðïôåëÝóìáôá ðïõ Ý÷ïõí áíáöåñèåß. Ôçí õðüèåóç áõôÞí ðñüôåéíå ôï 1811 ï Éôáëüò åðéóôÞìïíáò Ámadeo Avogadro êáé ãé’ áõôü åßíáé ãíùóôÞ ùò õðüèåóç ôïõ Ávogadro. H ïñèüôçôá áõôÞò ôçò éäÝáò Ý÷åé áðïäåé÷èåß ìå ðïëëÜ ðåéñÜìáôá êáé Ý÷åé ãßíåé åðßóçò áðïäåêôÞ ÷ùñßò êáìéÜ áìöéâïëßá. Èá Þôáí äõíáôüí åðïìÝíùò íá ïíïìáóèåß íüìïò, áëëÜ êáôÜ ðåñßåñãï ôñüðï Ý÷åé åðéêñáôÞóåé ãåíéêÜ íá áíáöÝñåôáé ùò “õðüèåóç” ôïõ Avogadro.

5.10 ~Áôïìá êáé ìüñéá. Óôéò ðñïçãïýìåíåò ðáñáãñÜöïõò áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ áíáöÝñèçêáí êÜðïéá ðåéñÜìáôá, ðáñáôçñÞóåéò êáé óõëëïãéóìïß, ðïõ õðïóôçñßæïõí *

Ó.ô.Ì. ~Ç áäñáíÞ áÝñéá.

ôï ìïíôÝëï ðïõ äå÷èÞêáìå ãéá ôá áÝñéá. Ðñéí üìùò óõíå÷ßóïìå ôç äéåñåýíçóç ó÷åôéêÜ ìå Üëëåò éäéüôçôåò ôùí áåñßùí, åßíáé ÷ñÞóéìï íá áíáðôýîïìå ðåñéóóüôåñï ôçí åéêüíá ðïõ Ý÷ïìå ó÷çìáôßóåé ãýñù áðü ôá óùìáôßäéá ôùí áåñßùí. Ãéá ôï óêïðü áõôü èá áíáöåñèïýí ìåñéêÜ öáéíüìåíá êáé óõìðåñÜóìáôá áðü ðåéñÜìáôá ÷çìåßáò, áí êáé áõôÜ ôá ßäéá ôá ðåéñÜìáôá äåí èá áíáðôõ÷èïýí ðñïò ôï ðáñüí. Èá óáò ãßíåé ãíùóôÞ åðßóçò ìéá íÝá ïñïëïãßá. Ç äéáäéêáóßá ðñïóåããßóåùò êáé åîïéêéþóåùò ìå ôçí ïðïéáäÞðïôå åðéóôÞìç ðåñéëáìâÜíåé ôç ìÜèçóç ôçò åéäéêÞò ïíïìáóßáò ôùí ðñáãìÜôùí êáé ôç ãíþóç ôùí öáéíïìÝíùí êáé ôùí åííïéþí ôïõò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ç åðéóôÞìç åîåôÜæåé ôá öáéíüìåíá êáé ôéò Ýííïéåò. Ôï åîåéäéêåõìÝíï üìùò ëåîéëüãéï äéåõêïëýíåé ôç ìåëÝôç êáé ôç ãíùóôïðïßçóç ôùí öáéíïìÝíùí êáé ôùí åííïéþí. Ôá óùìáôßäéá áðü ôá ïðïßá óõíßóôáíôáé ó÷åäüí üëá ôá ãíùóôÜ áÝñéá (üëá åêôüò áðü Ýîé) ïíïìÜæïíôáé ìüñéá. ÁõôÜ ôá ßäéá ôá ìüñéá áðïôåëïýíôáé áðü äýï Þ ðåñéóóüôåñá ìéêñüôåñá óùìáôßäéá, ðïõ ïíïìÜæïíôáé Üôïìá. Ôá Ýîé áÝñéá ðïõ äåí áðïôåëïýíôáé áðü ìüñéá åßíáé åêåßíá, óôá ïðïßá ôá óùìáôßäéá äåí åßíáé ðáñÜ áõôÜ ôá ßäéá ôá Üôïìá. ÓõíèÝôïõí ìéá éäéáßôåñç ïìÜäá ÷çìéêþí ïõóéþí ðïõ ïíïìÜæåôáé ïìÜäá åõãåíþí áåñßùí. Ç ëÝîç “åõãåíÞ”* Ý÷åé ôçí Ýííïéá üôé ôá ÜôïìÜ ôïõò äåí óõíåíþíïíôáé, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ìüñéá. Åßíáé óçìáíôéêü íá èõìÜóôå üôé ïé ãåíéêÝò éäéüôçôåò ôùí áåñßùí, ïé ïðïßåò âáóßæïíôáé óôá ìéêñÜ êáé ãñÞãïñá êéíïýìåíá óùìáôßäéá ðïõ ôá áðïôåëïýí, äåí åîáñôþíôáé êáèüëïõ áðü ôï áí ôá óùìáôßäéá áõôÜ åßíáé ìåìïíùìÝíá Üôïìá Þ ïìÜäåò áôüìùí ðïõ ôéò ïíïìÜæïìå ìüñéá. Ôá åéäéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ êÜèå áåñßïõ, üðùò åßíáé ôï ÷ñþìá, ç ìõñùäéÜ, ç äéáëõôüôçôá óôï íåñü êáé ç ìÜæá ôùí óùìáôéäßùí ôïõ, åîáñôþíôáé áðü ôï åßäïò ôùí áôüìùí ðïõ óõíéóôïýí ôá ìüñéá. ÌåñéêÝò éäéüôçôåò åîáñôþíôáé áðü ôïí áêñéâÞ ôñüðï ìå ôïí ïðïßï ôá Üôïìá âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá óôï ÷þñï ðñïêåéìÝíïõ íá ó÷çìáôßóïõí ôá ìüñéá. Ç ôïðïèÝôçóç áõôÞ ôùí áôüìùí ïíïìÜæåôáé äïìÞ ôùí ìïñßùí. ~Åíá áðü ôá óçìáíôéêÜ ðñïâëÞìáôá ôïõ ÷çìéêïý åßíáé íá ðñïóäéïñßóåé ôéò ìïñéáêÝò äïìÝò êáé íá êáôáíïÞóåé ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôéò éäéüôçôåò ôùí ïõóéþí ðïõ ðáñáôçñåß êáé óôéò äïìÝò ôùí ìïñßùí. Ôï ðñüâëçìá áõôü äåí åßíáé

117

åýêïëï íá ëõèåß, ãéáôß ôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá åßíáé ðÜñá ðïëý ìéêñÜ. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ïé äïìÝò êáé ïé Üëëåò éäéüôçôÝò ôïõò ìåëåôþíôáé Ýììåóá, áðü ôç óõìðåñéöïñÜ åíüò ðëÞèïõò áôüìùí êáé ìïñßùí êáé ü÷é Üìåóá ìå ðáñáôÞñçóç ôçò óõìðåñéöïñÜò ôïõ êáèåíüò ìïñßïõ ÷ùñéóôÜ. Ìå óêïðü íá ãßíïìå ðåñéóóüôåño óáöåßò, üóïí áöïñÜ óôï åëÜ÷éóôï ìÝãåèïò ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí, áëëÜ êáé óôï ôåñÜóôéï ðëÞèïò ìïñßùí ðïõ óõíÞèùò ìåëåôÜìå, èá ðñÝðåé íá åîåôÜóïìå ìåñéêÝò óçìáíôéêÝò ðïóüôçôåò.

5.11 Ôï mole.

y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y;y;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;yy;y; ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y ;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y ;y

Ôá äåßãìáôá ýëçò ìå ôá ïðïßá åñãáæüìáóôå óõíÞèùò, áêüìá êáé áí ðñüêåéôáé ãéá ìéêñïóêïðéêÝò êçëßäåò ðïõ äýóêïëá åßíáé ïñáôÝò ìå ôï ãõìíü ìÜôé, ðåñéÝ÷ïõí ôåñÜóôéï áñéèìü áôüìùí êáé ìïñßùí. Ãéá ôï ëüãï áõôü åîõðçñåôåß íá õðoëïãßæïìå ôá ìüñéá óå ìåãÜëåò ïìÜäåò, óå ðáêÝôá ìåãÜëïõ ðëÞèïõò ìïñßùí. Ïé ïìÜäåò áõôÝò ïíïìÜæïíôáé moles. Äåí åßíáé áóõíÞèéóôï íá ìåôñÜìå ðïëõÜñéèìá áíôéêåßìåíá ðáêåôáñéóìÝíá óå ïìÜäåò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, óõ÷íÜ ôá áõãÜ ðùëïýíôáé êáôÜ äùäåêÜäåò, ðïõ ëÝãïíôáé êáé íôïõæßíåò, åíþ óõ÷íÜ õðïëïãßæåôå êáé ôéò äñá÷ìÝò êáôÜ ÷éëéÜäåò, üðïõ ç ìïíÜäá 1000 ïíïìÜæåôå êáé ÷éëéÜñéêï. Ôï mole (ìïë) åßíáé ìéá ðïëý ìåãáëýôåñç ïìÜäá áíôéêåéìÝíùí, áëëÜ âáóßæåôáé óôçí ßäéá áñ÷Þ. Åßíáé åî ßóïõ äõíáôüí íá ïìéëïýìå ãéá mole yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;; yyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;; yyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;; yyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;; yyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

Ó×ÇÌÁ 5-17. Áí Þôáí äõíáôüí íá êáëýøïìå ïëüêëçñç ôçí åðéöÜíåéá ôùí çðåéñùôéêþí ÇíùìÝíùí Ðïëéôåéþí ìå óôïéâÜäåò áðü ÷Üíôñåò äéáìÝôñïõ 1 cm ôüôå èá ó÷çìáôßæáìå ðåñßðïõ Ýíá åêáôïììýñéï óôïéâÜäåò (óôñþóåéò) ðñïêåéìÝíïõ íá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå üëåò ôéò óôñþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óå Ýíá mole.

Ó×ÇÌÁ 5-18. ¸íá mole (32 g) áåñßïõ ïîõãüíïõ åßíáé ðïóüôçôá åýêïëá ìåôñÞóéìç. Óå 1 atm êáé 0°C, Ýíá mole ïîõãüíïõ èá ìðïñïýóå íá ãåìßóåé ëßãï ðåñéóóüôåñï áðü ôñåéò ìðÜëåò êáëáèïóöáéñßóåùò.

áõãþí Þ äñá÷ìþí áëëÜ óõíÞèùò ôï ÷ñçóéìïðïéïýìå, üôáí ðñüêåéôáé ãéá ðÜñá ðïëý ìéêñÜ áíôéêåßìåíá. Ðñïò ôï ðáñüí, ôá ìüíá ôüóï ìéêñÜ áíôéêåßìåíá, ìå ôá ïðïßá ðñüêåéôáé íá áó÷ïëçèåßôå, åßíáé ôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá. Áñãüôåñá, èá óõíáíôÞóåôå êáé Üëëá áíôéêåßìåíá, ãéá ôá ïðïßá ôï mole èá åßíáé ç êáôÜëëçëç ìïíÜäá. Ðüóï áêñéâþò ìåãÜëç ïìÜäá áíôéêåéìÝíùí åßíáé Ýíá mole; Ï áñéèìüò ôùí áíôéêåéìÝíùí óå Ýíá mole Ý÷åé âñåèåß ìå ðåéñÜìáôá üôé åßíáé 6,02 x 1023. ~Eíá mole ðåñéÝ÷åé 6,02 x 1023 Üôïìá, ìüñéá Þ Üëëá óùìáôßäéá. ~Éóùò íá ìçí åêðëÞóóåóôå áðü ôï ãåãïíüò üôé ç ìïíÜäá ôùí ìïñßùí åßíáé ðïëý ìåãÜëç (ôï ó÷Þìá 5-17 ßóùò íá óáò äþóåé êÜðïéá êáëýôåñç åéêüíá ãéá ôï ðüóï ìåãÜëç ìïíÜäá åßíáé ôï mole). Èá óáò åíôõðùóéÜæåé üìùò ôï ãåãïíüò üôé ôï mïle åßíáé Ýíáò ôüóï éäéüìïñöïò áñéèìüò (ãéá ôçí áêñßâåéá åßíáé 6,02252 x 1023). Ãéáôß åßíáé áõôüò ï áñéèìüò êáé ü÷é êÜðïéïò Üëëïò ðïõ Ý÷åé óôñïããõëåõèåß ìå áêñßâåéá óå 1023 Þ 1020 Þ êáé Ýíá äéóåêáôïììýñéï (109); Ï ëüãïò åßíáé üôé áõôüò ï ìÜëëïí ðáñÜîåíïò áñéèìüò ðñïÞëèå áðü ðåéñáìáôéêÝò ìåôñÞóåéò. Êáèïñßóèçêå ìå âÜóç êÜðïéá ìåôñÞóéìç ðïóüôçôá. Ôï mole ïñßóèçêå áñ÷éêÜ ùò ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óå ìéá ðïóüôçôá ïîõãüíïõ ìå ìÜæá áêñéâþò 32 ãñáììÜñéá (ó÷. 518). Ôï 1961 Üëëáîå ï ïñéóìüò êáé Ýêôïôå ôï mole âáóßóèçêå óå ìåôñÞóåéò ðïõ ìðïñïýí íá ãßíïõí

118

ìå áêüìç ìåãáëýôåñç áêñßâåéá. Ôþñá ôï mole Ý÷åé ïñéóèåß ùò ï áñéèìüò ôùí áôüìùí ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óå áêñéâþò 12 ãñáììÜñéá ìéáò ìïñöÞò Üíèñáêá, ðïõ åßíáé ãíùóôÞ ùò Üíèñáêáò 12. Ç ìïñöÞ áõôÞ ôïõ Üíèñáêá åßíáé ãíùóôÞ êáé ùò éóüôïðï 12 ôïõ Üíèñáêá. Ôá éóüôïðá èá åîåôáóèïýí óôï êåöÜëáéï 10. Ï íÝïò áõôüò ïñéóìüò ïäÞãçóå óå ìéá ìåôáâïëÞ ôçò ôÜîåùò (ìüíï) ôïõ -0,0045% ôïõ áñéèìïý ôùí óùìáôéäßùí ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óå Ýíá mole. ÌåôáâïëÞ ðïõ åßíáé áóÞìáíôç, åêôüò áí ðñüêåéôáé íá ÷ñçóéìïðïéçèåß óå ïñéóìÝíá, ëßãá, áðüëõôá åîåéäéêåõìÝíá èÝìáôá ôçò ÷çìåßáò. Ï ðñáãìáôéêüò ïñéóìüò ôïõ mole åßíáé ÷ñÞóéìïò óå üëá ôá ðñáêôéêÜ ðñïâëÞìáôá. Áí õðïèÝóïìå üôé ôï mole åßíáé ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óå 32,0 ãñáììÜñéá ïîõãüíïõ, ôüôå êÜèå óöÜëìá, ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ðñïêýøåé, èá åßíáé ðïëý ìéêñüôåñï áðü ü,ôé ìðïñïýìå íá ìåôñÞóïìå óôï åñãáóôÞñéü ìáò. Óôçí ðáñÜãñáöï 5.9 äéäá÷ôÞêáôå ôçí õðüèåóç ôïõ Avogadro. Óýìöùíá ìå áõôÞí, ßóïé üãêïé áåñßùí, áí ìåôñçèïýí óôéò ßäéåò óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò, ðåñéÝ÷ïõí ßóïõò áñéèìïýò ìïñßùí. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óå 32,0 ãñáììÜñéá ïîõãüíïõ, åßíáé ßäéïò ìå áõôüí ôùí 17,0 ãñáììáñßùí áììùíßáò Þ ôùí 36,5 ãñáììáñßùí

õäñï÷ëùñßïõ Þ êáé ïðïéáóäÞðïôå ïõóßáò, ç ïðïßá, üôáí âñßóêåôáé óôçí áÝñéá öÜóç, êáôáëáìâÜíåé ôïí ßäéï üãêï ìå áõôüí ðïõ êáôáëáìâÜíïõí ôá 32,0 ãñáììÜñéá ïîõãüíïõ. ~Åôóé, Ýíá mole ïðïéïõäÞðïôå áåñßïõ áðïôåëåßôáé áðü 6,02 x 1023 ìüñéá (Þ Üôïìá). Ï áñéèìüò üìùò 6,02 x 1023 åßíáé ãíùóôüò ùò áñéèìüò ôïõ Ávogadro, ðñïò ôéìÞí ôçò óõìâïëÞò áõôïý ôïõ åðéóôÞìïíá óôïí ôåëéêü ðñïóäéïñéóìü ôïõ. Åßíáé óçìáíôéêü íá ãíùñßæïìå ìå áêñßâåéá ðïéá åßíáé ôá óùìáôßäéá ðïõ áðïôåëïýí ôï êÜèå ìüñéï. ~Ïôáí ïé ÷çìéêïß áíáöÝñïíôáé óå Ýíá mole ôïõ áåñßïõ ïîõãüíïõ, åííïïýí 6,02 x 1023 ìüñéá. ~Ïôáí áíáöÝñïíôáé óå Ýíá mole ôïõ åõãåíïýò áåñßïõ íÝïí, åííïïýí 6,02 x 1023 Üôïìá. Óå ìåñéêÝò ðåñéðôþóåéò, åßíáé ÷ñÞóéìï íá êáèïñßæïìå ðïéï áêñéâþò åßäïò áíôéêåéìÝíùí åîåôÜæïìå. Ãéá ðáñÜäåéãìá, Ýíá mole ìïñßùí íåñïý (Ç2Ï) ðåñéÝ÷åé 6,02 x 1023 Üôïìá ïîõãüíïõ êáé 12,04 x 1023* Üôïìá õäñïãüíïõ. ÓÇÌÅÉÙÓÇ: 1. Ç ìÜæá åíüò mole (óùìáôéäßùí ãåíéêÜ), ìåôñçìÝíç óå ãñáììÜñéá, ëÝãåôáé ìïëáñéêÞ ìÜæá. 2. Ç ìÜæá åíüò mole ìïñßùí, ìåôñçìÝíç óå ãñáììÜñéá, ëÝãåôáé ãñáììïìüñéï. 3. Ç ìÜæá åíüò mole áôüìùí, ìåôñçìÝíç óå

Ðåñßëçøç. ~Å÷åé âñåèåß ðåéñáìáôéêÜ üôé ðñïêåéìÝíïõ ãéá 32,0 ãñáììÜñéá ïîõãüíïõ óôïõò 0°C ôï ãéíüìåíï ôçò ðéÝóåùò P (óå áôìüóöáéñåò), åðß ôïí üãêï V (óå ëßôñá) éóïýôáé ìå 22,4 ëéôñáôìüóöáéñåò (l-atm). ~Å÷åé âñåèåß üôé ôï ãéíüìåíï P åðß V ôùí 32,0 ãñáììáñßùí åíüò Üëëïõ áåñßïõ áí ìåôñçèåß óôïõò 0°C, äåí åßíáé ßóï ìå 22,4, áí êáé ôï P ^ V åßíáé óôáèåñü. Ãéá íá åîéóùèåß ôï ãéíüìåíï P åðß V ìå 22,4, èá ðñÝðåé íá ÷ñçóéìïðïéçèåß äéáöïñåôéêÞ ìÜæá áðü ôï êÜèå áÝñéï. Áõôü óõìâáßíåé åðåéäÞ ôá óþìáôá ðïõ óõíéóôïýí ôá äéÜöïñá áÝñéá Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò ìÜæåò. Óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç, ßóïé üãêïé üëùí ôùí áåñßùí ðåñéÝ÷ïõí ôïí ßäéï áñéèìü ìïñßùí. Ç äéáðßóôùóç áõôÞ ïíïìÜæåôáé õðüèåóç ôïõ Avogadro, áí êáé äåí åßíáé ðéá õðüèåóç áëëÜ ìéá êáëÜ èåìåëéùìÝíç áñ÷Þ. Óå 22,4 ëßôñá ïðïéïõäÞðïôå áåñßïõ óôïõò 0°C êáé óå ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò -ðïõ ãéá ôï ïîõãüíï éóïäõíáìïýí ìå *

Ó.ô.Ì. = 2 x 6,02 x 1023.

32,0 ãñáììÜñéá- õðÜñ÷ïõí 6,02 x 1023 óùìáôßäéá. Ï áñéèìüò áõôüò ëÝãåôáé áñéèìüò ôïõ Ávogadro êáé éóïýôáé åî ïñéóìïý ìå Ýíá mole ôïõ áåñßïõ. Ôá óùìáôßäéá ðïõ óõíéóôïýí Ýíá áÝñéï ïíïìÜæïíôáé ãåíéêÜ ìüñéá. Ôá ìüñéá áðïôåëïýíôáé áðü Üôïìá. ~Åíá mole áðïôåëåßôáé áðü 6,02 x 1023 Üôïìá, ìüñéá Þ Üëëá óùìáôßäéá.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ôï ãéíüìåíï P ^ V 40 ãñáììáñßùí åíüò áåñßïõ Á Ýäùóå ìéá óôáèåñÜ ßóç ìå 10, åíþ ôï ãéíüìåíï P ^ V 40 ãñáììáñßùí åíüò áåñßïõ  Ýäùóå ìéá óôáèåñÜ ßóç ìå 20. Ðïéá ìÜæá ôïõ áåñßïõ  èá Ýðñåðå íá ÷ñçóéìïðïéçèåß, þóôå íá äþóåé ôçí ßäéá óôáèåñÜ ìå áõôÞí ðïõ Ýäùóå ôï áÝñéï Á; 2. Ôé åßíáé ï áñéèìüò ôïõ Ávogadrï; 3. Íá äéáôõðþóåôå ôïí ïñéóìü ôïõ mole ãéá ïðïéáäÞðïôå ïõóßá.

119

ÁíôéäñÜóåéò óå áÝñéá öÜóç 5.12 ÅöáñìïãÞ ôçò õðïèÝóåùò ôïõ Avogadro óå áíôéäñÜóåéò áåñßùí. ÌåñéêÜ æåýãç áåñßùí, üôáí áíáêáôáôåõèïýí ìåôáîý ôïõò, áëëçëïáíôéäñïýí êáé ó÷çìáôßæïõí íÝá áÝñéá Þ õãñÝò Þ êáé óôåñåÝò ïõóßåò. ÂÝâáéá, áõôü äåí óçìáßíåé üôé üëá ôç æåýãç ôùí áåñßùí óõìðåñéöÝñïíôáé êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áí áíáìé÷èåß ïîõãüíï ìå áììùíßá Þ õäñï÷ëþñéï äåí ãßíåôáé êáìéÜ áíôßäñáóç óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. Ôá ìüñéá áíáìéãíýïíôáé, áëëÜ ôßðïôá Üëëï äåí óõìâáßíåé. ~Ïìùò, áí áíáìé÷èåß áììùíßá ìå õäñï÷ëþñéï, ó÷çìáôßæåôáé áìÝóùò ìéá ëåõêÞ óêüíç. Áò õðïèÝóïìå üôé Ýíá äï÷åßï ðïõ ðåñéÝ÷åé õäñï÷ëþñéï óå ìéá ïñéóìÝíç ðßåóç óõíäÝåôáé ìå

1 ëßôñï Ï2

2 ëßôñá ÍÏ

2 ëßôñá ÍÏ2

ÁñêåôÞ 1 ëßôñï Ï2

ðïóüôçôá Üíèñáêá

1 ëßôñï CO2

Ýíá Üëëï äï÷åßï ðïõ ðåñéÝ÷åé ßäéï üãêï áììùíßáò óôçí ßäéá ðßåóç, êáé üôé ï óùëÞíáò ðïõ ôá óõíäÝåé áíïßãåôáé Ýôóé, þóôå íá åðéôñáðåß ç áíÜìéîç ôùí áåñßùí. Ôï ëåõêü óôåñåü ó÷çìáôßæåôáé áìÝóùò êáé ç ðßåóç ôùí áåñßùí ðÝöôåé óôï ìçäÝí. Óýìöùíá ìå ôçí õðüèåóç ôïõ Ávogadro, ôá äýï äï÷åßá ôùí áåñßùí ðñÝðåé íá ðåñéÝ÷ïõí ôïí ßäéï áñéèìü ìïñßùí, ãéáôß åß÷áí ôïí ßäéï üãêï êáé ðßåóç êáé âñßóêïíôáí êáé ôá äýï óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. Ôï ðåßñáìá Ýäåéîå üôé ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ôçò áììùíßáò Þôáí üóïò áêñéâþò ÷ñåéáæüôáí, ãéá íá áíôéäñÜóåé ìå üëá ôá ìüñéá ôïõ õäñï÷ëùñßïõ, áöïý ôßðïôå äåí áðÝìåéíå áðü ôá áÝñéá ðïõ áíôÝäñáóáí ìåôáîý ôïõò. Ôï ðñïöáíÝò óõìðÝñáóìá åßíáé üôé ôï ëåõêü óôåñåü ðñïúüí áðïôåëåßôáé áðü ìüñéá áììùíßáò êáé õäñï÷ëùñßïõ óå áêñéâþò ßóåò áíáëïãßåò, äçëáäÞ ìå ëüãï 1 : 1. ÕðÜñ÷ïõí ðïëëÝò Üëëåò áíôéäñÜóåéò áíÜìåóá óå áÝñéá Þ áíÜìåóá óå Ýíá áÝñéï êáé Ýíá õãñü Þ óôåñåü, êáôÜ ôéò ïðïßåò êáôáíáëßóêïíôáé Þ ó÷çìáôßæïíôáé áÝñéá, ìå áðëÝò ïãêïìåôñéêÝò áíáëïãßåò. Áêïëïõèïýí ìåñéêÜ ðáñáäåßãìáôá ôá ïðïßá ðåñéãñÜöïíôáé óôï ó÷Þìá 5-19. 1 ëßôñï ôïõ áåñßïõ ïîõãüíïõ êáé 2 ëßôñá ôïõ áåñßïõ ìå ôï üíïìá ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ ó÷çìáôßæïõí 2 ëßôñá áåñßïõ ìå ôï üíïìá äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ. 1 ëßôñï áåñßïõ ïîõãüíïõ êáßåé êÜñâïõíï (ðïõ áðïôåëåßôáé êõñßùò áðü Üíèñáêá) êáé ó÷çìáôßæåé 1 ëßôñï áåñßïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá. 1 ëßôñï áåñßïõ ïîõãüíïõ (óôïõò 100°C) êáé 2 ëßôñá áåñßïõ õäñïãüíïõ (óôïõò 100°C) ó÷çìáôßæïõí 2 ëßôñá íåñïý (óôïõò 100°C âñßóêåôáé ìå ôç ìïñöÞ áôìïý).

1 ëßôñï Ï2

2 ëßôñá Ç2

2 ëßôñá õäñáôìïý

Ó×ÇÌÁ 5-19. ÌåôñÞóéìïé üãêïé áåñßùí åßíáé äõíáôüí íá áíôéäñÜóïõí ÷çìéêþò êáé íá ó÷çìáôßóïõí ìåôñÞóéìïõò üãêïõò ðñïúüíôùí.

Ìå âÜóç ôçí õðüèåóç ôïõ Ávogadro, üëá áõôÜ ôá áðïôåëÝóìáôá ìáò ðáñÝ÷ïõí ðëçñïöïñßåò, ðñïêåéìÝíïõ ãéá ïõóßåò ðïõ âñßóêïíôáé óôçí áÝñéá öÜóç, ãéá ôï ðüóá ìüñéá åíüò åßäïõò áíôéäñïýí ìå ðüóá ìüñéá êÜðïéïõ äåýôåñïõ åßäïõò, þóôå íá ó÷çìáôßóïõí ðüóá ìüñéá ðñïúüíôïò. Áðü ôï ðñþôï ðáñÜäåéãìá

120

óõíÜãåôáé üôé: 1 ìüñéï ïîõãüíïõ áíôéäñÜ ìå 2 ìüñéá ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ êáé ó÷çìáôßæïíôáé 2 ìüñéá äéïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ. Ïìïßùò êáé áðü ôá Üëëá äýï ðáñáäåßãìáôá ðñïêýðôïõí åýêïëá ïé áêüëïõèåò åîéóþóåéò: 1 ìüñéï ïîõãüíïõ áíôéäñÜ ìå êÜñâïõíï (êõñßùò Üíèñáêá) êáé ó÷çìáôßæåôáé 1 ìüñéï äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá 1 ìüñéï ïîõãüíïõ áíôéäñÜ ìå 2 ìüñéá õäñïãüíïõ êáé ó÷çìáôßæïíôáé 2 ìüñéá íåñïý. Ôá ðñïçãïýìåíá ðáñáäåßãìáôá ðåñéãñÜöïõí ìéá åîáéñåôéêÜ óçìáíôéêÞ áêïëïõèßá óõëëïãéóìþí. ×ùñßò íá Ý÷åôå äåé êÜðïéï ìüñéï, Þ áêüìç ÷ùñßò íá Ý÷åôå êáôáâÜëåé ôçí åëÜ÷éóôç ðñïóðÜèåéá ãéá íá äåßôå êÜðïéï ìüñéï, êáôïñèþóáôå íá ðñïâëÝøåôå ðüóá ìüñéá áðü ôï êÜèå åßäïò ðñÝðåé íá óõíäõáóèïýí, ãéá íá ó÷çìáôéóèïýí ìüñéá Üëëùí åéäþí. Áí èÝëåôå íá áêïëïõèÞóåôå áõôÞí ôç óçìáíôéêÞ óåéñÜ óõëëïãéóìþí, åßíáé öõóéêÜ áðáñáßôçôï íá ìÜèåôå ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí áíôéóôïß÷ùí ðåéñáìÜôùí. Ôá ðåéñÜìáôá ðïõ äßíïõí áõôü ôï åßäïò áðïôåëåóìÜôùí ðåñéëáìâÜíïõí ôñßá âáóéêÜ óôÜäéá. Ðñþôïí, ïé üãêïé ôùí áåñßùí äåéãìÜôùí ðïõ ðñüêåéôáé íá áíôéäñÜóïõí ðñïóäéïñßæïíôáé óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç. Óôç óõíÝ÷åéá, ïé üãêïé ôùí áåñßùí ðïõ Ý÷ïõí ìåôñçèåß áíáìéãíýïíôáé Ýôóé, þóôå íá åßíáé äõíáôüí íá áíôéäñÜóïõí. ÔåëéêÜ ðñÝðåé íá ðñïóäéïñéóèïýí êáé ïé üãêïé ôùí áåñßùí ðñïúüíôùí, óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç ìå áõôÞí ôùí áåñßùí ðïõ áíôÝäñáóáí.

5.13 Ç óõíôïìïãñáößá ôùí ÷çìéêþí: Ôýðïé êáé åîéóþóåéò. Óôï ó÷Þìá 5-19, ßóùò èá ðáñáôçñÞóáôå üôé ôá äï÷åßá Þôáí óçìåéùìÝíá ìå êÜðïéï êþäéêá Þ óõíôïìïãñáößá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, óå ìéá ðåñßðôùóç, õðÞñ÷å êÜôé ðïõ ìðïñïýìå íá ôï îáíáãñÜøïìå åäþ ðáñáêÜôù, ðáñáëåßðïíôáò ôá ó÷Ýäéá ôùí äï÷åßùí, üðùò: Ï2 +2Ç2 → 2Ç2Ï

Áõôü ìáò ëÝåé áêñéâþò ôá ßäéá ìå ôç ëåêôéêÞ *

Ó.ô.Ì. 2Ç2 + Ï = 2Ç2Ï.

äéáôýðùóç ðïõ åðéëÝîáìå ðéï ðñéí: 1 ìüñéï ïîõãüíïõ áíôéäñÜ ìå 2 ìüñéá õäñïãüíïõ êáé ó÷çìáôßæïíôáé 2 ìüñéá íåñïý Åßíáé öáíåñü üôé ç ëåêôéêÞ äéáôýðùóç, áêüìç êáé áí ãñáöåß óå óõíå÷üìåíåò ãñáììÝò, åßíáé åêôåôáìÝíç êáé êïõñáóôéêÞ. Ç óõíåðôõãìÝíç ìïñöÞ ôïõ êþäéêá Þ ôçò óõíôïìïãñáößáò áðïôåëåß êáé ôï êýñéï ðëåïíÝêôçìá ôïõò, áí êáé õðÜñ÷ïõí êáé Üëëá. Ôá ÷çìéêÜ óýìâïëá, ïé ôýðïé êáé ïé åîéóþóåéò èá åîåôáóèïýí ìå ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò ëßãï ðáñáêÜôù, áëëÜ åí ôù ìåôáîý êáëüí åßíáé íá áñ÷ßóåôå íá åîïéêåéþíåóôå ìå áõôÜ. Ç ÷ñÞóç ôïõò èá óáò öáíåß ÷ñÞóéìç óôçí ðáñÜãñáöï ðïõ áêïëïõèåß. Óôçí “êùäéêÞ äéáôýðùóç”, ðïõ ðáñïõóéÜóèçêå óôçí áñ÷Þ áõôÞò ôçò ðáñáãñÜöïõ, ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí ôá ãñÜììáôá Ç êáé Ï, áñéèìïß ðïõ ðñïçãïýíôáé óôçí ßäéá óåéñÜ ìå ôá ãñÜììáôá êáé áñéèìïß - äåßêôåò óôï êÜôù ìÝñïò ôùí ãñáììÜôùí*. Ôá ãñÜììáôá Ç êáé Ï ðáñéóôÜíïõí áíôßóôïé÷á Üôïìá õäñãüíïõ êáé ïîõãüíïõ (Üëëá óýìâïëá ðïõ åßäáôå óôï ó÷Þìá 5-19, åßíáé Í ãéá ôá Üæùôï êáé C ãéá ôïí Üíèñáêá). ~Åíáò äåßêôçò ðïõ áêïëïõèåß Ýíá ãñÜììá, äçëáäÞ ï áñéèìüò ðïõ åßíáé ãñáììÝíïò óôï êÜôù äåîéü ìÝñïò ôïõ ãñÜììáôïò, äçëþíåé ðüóá ôÝôïéá Üôïìá, áí õðÜñ÷ïõí ðåñéóóüôåñá áðü Ýíá, ðåñéÝ÷ïíôáé óå êÜèå ìüñéï. ~Åôóé ç êùäéêÞ ìïñöÞ Þ ÷çìéêüò ôýðïò ãéá Ýíá ìüñéï íåñïý åßíáé Ç2Ï. ÁíáöÝñåé üôé áõôü ôï ìüñéï ðåñéÝ÷åé äýï Üôïìá õäñïãüíïõ êáé Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ. ÁíÜëïãá, êáé ôï ìüñéï ôïõ ïîõãüíïõ Ï2 áëëÜ êáé áõôü ôïõ õäñïãüíïõ Ç2 ðåñéÝ÷ïõí äýï Üôïìá ôïõ éäßïõ åßäïõò. Ï áñéèìüò ðïõ ãñÜöåôáé ìðñïóôÜ áðü ôïí ôýðï åíüò ìïñßïõ, äåß÷íåé ðüóá ôÝôïéá ìüñéá óõììåôÝ÷ïõí óôçí áíôßäñáóç. Áí õðÜñ÷åé Ýíá ìüíï ìüñéï, ôüôå ï áñéèìüò 1 ðáñáëåßðåôáé. ÔåëéêÜ ôï óýíïëï ôùí ôýðùí ðïõ ãñÜöïíôáé ìå Ýíá óýìâïëï ðñïóèÝóåùò (+) áíÜìåóÜ ôïõò, êáé Ýíá âÝëïò [Þ ßóùò Ýíá ßóïí (=)], äçìéïõñãïýí áõôü ðïõ áðïêáëïýìå åîßóùóç. Äçëþíåé üôé ìåñéêÜ ìüñéá óõíåíþíïíôáé ìå êÜðïéá Üëëá, óå ïñéóìÝíåò áíáëïãßåò, ãéá íá

121

ðáñÜãïõí åðßóçò êÜðïéá Üëëá, óå ïñéóìÝíåò áíáëïãßåò.

5.14 ÁíôéäñÜóåéò áåñßùí åßíáé äõíáôüí íá äþóïõí ðëçñïöïñßåò ãéá ôïõò ìïñéáêïýò ôýðïõò. Óõ÷íÜ åßíáé äõíáôüí íá ðÜñïìå ðëçñïöïñßåò ãéá ôïí áñéèìü ôùí áôüìùí ðïõ áðïôåëïýí êÜðïéá ìüñéá ìå ðñïóåêôéêÞ áíÜëõóç ôùí äåäïìÝíùí ôùí áíôéäñÜóåùí ðïõ áöïñïýí áõôÜ ôá áÝñéá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ï ôýðïò Ï2 ôïõ ìïñßïõ ôïõ ïîõãüíïõ (êáé ü÷é Ï Þ Ï3) äéêáéïëïãåßôáé ìå Ýíá ðáñüìïéï óõëëïãéóìü. Áò åîåôÜóïìå ôçí áíôßäñáóç ôïõ ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ ðïõ åßíáé Ýíá Ü÷ñùìï áÝñéï, ìå Ýíá åðßóçò Ü÷ñùìï áÝñéï, ôï ïîõãüíï. Ç áíôßäñáóç ïäçãåß óôçí ðáñáãùãÞ äéïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ, åíüò êáóôáíïêüêêéíïõ áåñßïõ. Óôçí áíôßäñáóç áõôÞ äýï ìüñéá ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ áíôéäñïýí ìå Ýíá ìüñéï ïîõãüíïõ êáé ðáñÜãïõí äýï ìüñéá äéïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ. Ï óõëëïãéóìüò åöåîÞò åßíáé ðïëý áðëüò. ~Ïëá ôá Üôïìá ðïõ õðÜñ÷ïõí óå Ýíá ìüñéï ïîõãüíïõ Ý÷ïõí ìïéñáóèåß áíÜìåóá óôá äýï ìüñéá ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ. ÅðåéäÞ ôá äýï ìüñéá ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ åßíáé üìïéá, èá Ý÷ïõí ðÜñåé êáé ôá äýï ßóï áñéèìü áôüìùí áðü ôï ìüñéï ôïõ ïîõãüíïõ. ÓõìðÝñáóìá: Ôï ìüñéï ôïõ ïîõãüíïõ äåí åßíáé äõíáôüí íá ðåñéÝ÷åé ëéãüôåñá áðü äýï üìïéá Üôïìá. Ìðïñåß íá ðåñéÝ÷åé 4,6,8 êëð., áëëÜ äåí åßíáé äõíáôüí íá ðåñéÝ÷åé 1,3,5, Þ ïðïéïíäÞðïôå Üëëï ìïíü áñéèìü áôüìùí. ~Åôóé, ç áðëïýóôåñç áðïäåêôÞ äïìÞ ãéá Ýíá ìüñéï ïîõãüíïõ åßíáé áõôÞ ðïõ ðåñéÝ÷åé óõíäåäåìÝíá äýï Üôïìá. ÕðÜñ÷ïõí êáé äéÜöïñá Üëëá äåäïìÝíá ðïõ äåß÷íïõí üôé áõôü ôï ðïëý áðëü (äéáôïìéêü) ðñüôõðï åßíáé óùóôü. Áöïý ìÜèáìå üôé ôá ìüñéá ôïõ õäñïãüíïõ êáé ôïõ ïîõãüíïõ åßíáé Ç2 êáé Ï2, áíôßóôïé÷á, åßíáé äõíáôüí íá ïäçãçèïýìå óôï ìïñéáêü ôýðï ôïõ ìïñßïõ ôïõ íåñïý áðü ôçí áíôßäñáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá áõôÜ ôá äýï áÝñéá ó÷çìáôßæïõí íåñü. Áò óêåöôïýìå ôþñá ðþò èá ãßíåé áõôü. Áñ÷éêÜ, áíáìéãíýïíôáé áêñéâþò äýï üãêïé õäñïãüíïõ ìå Ýíáí üãêï ïîõãüíïõ. Êáé ïé äýï ìåôñÞóåéò ôùí üãêùí ðñÝðåé âåâáßùò íá Ý÷ïõí ãßíåé óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç. Óôç óõíÝ÷åéá, äéï÷åôåýåôáé óôï ìßãìá Ýíáò çëåêôñéêüò óðéíèÞñáò. Ôá äýï áÝñéá äåí áíôéäñïýí, üôáí áðëÜ áíáìé÷èïýí, üìùò áíôéäñïýí âßáéá ìüëéò åðéäñÜóåé ðÜíù ôïõò ìéá åëÜ÷éóôç äéáôáñá÷Þ,

üðùò ð.÷. ï óðéíèÞñáò. Ç áíôßäñáóç åßíáé óôéãìéáßá êáé êáôáíáëþíåôáé üëï ôï õäñïãüíï êáé ôï ïîõãüíï. Ôï åðüìåíï óôÜäéï ðåñéëáìâÜíåé ôç ìÝôñçóç ôïõ üãêïõ ôïõ íåñïý ðïõ ðáñÜãåôáé áðü ôçí áíôßäñáóç. ÐñÝðåé íá ìåôáôñáðåß üëï óå áÝñéï áöïý èåñìáíèåß ðÜíù áðü ôï óçìåßï âñáóìïý ôïõ, óôïõò 100°C. ~Åôóé ìåôñåßôáé ï üãêïò ôïõ êáé óõãêñßíåôáé ìå ôïí üãêï ôïõ õäñïãüíïõ ðïõ ìåôñÞèçêå ðéï ðñéí (êáé ïé äýï üãêïé ðñÝðåé íá ìåôñçèïýí êáé íá óõãêñéèïýí óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç). Ï üãêïò ôùí áôìþí ôïõ íåñïý ðïõ äçìéïõñãÞèçêå âñÝèçêå üôé åßíáé ßóïò ìå ôïí üãêï ôïõ õäñïãüíïõ ðïõ áíôÝäñáóå. Ôï ãåãïíüò áõôü, áí åêöñáóèåß óýìöùíá ìå ôçí õðüèåóç ôïõ Ávogadro, óçìáßíåé üôé ôï äýï ìüñéá õäñïãüíïõ åíþíïíôáé ìå Ýíá ìüñéï ïîõãüíïõ êáé ó÷çìáôßæïõí äýï ìüñéá íåñïý. Ç ìüíç åñìçíåßá ðïõ åßíáé äõíáôüí íá äïèåß åßíáé üôé êÜèå ìüñéï íåñïý áðïôåëåßôáé áðü äýï Üôïìá 1 ìüñéï ïîõãüíïõ

2 ìüñéá ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ

1 ìüñéï ïîõãüíïõ

1 Üôïìï Üíèñáêá

1 ìüñéï ïîõãüíïõ

2 ìüñéá õäñïãüíïõ

2 ìüñéá äéïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ

1 ìüñéï äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá

2 ìüñéá íåñïý

Ó×ÇÌÁ 5-20. Áí åßíáé ãíùóôïß ïé ìïñéáêïß ôýðïé, ôüôå åßíáé åýêïëï íá ðåñéãñáöïýí êáé ïé äéÜöïñåò áëëçëåðéäñÜóåéò áíÜìåóá óôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá. ÁõôÝò ðïõ ðåñéãñÜöïíôáé åäþ êáèéóôïýí óáöÞ ôç ëïãéêÞ ðïõ ïäÞãçóå óôç äçìéïõñãßá ôùí ÷çìéêþí åîéóþóåùí.

122

õäñïãüíïõ êáé Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ. ÄçëáäÞ ï ìïñéáêüò ôýðïò ôùí ìïñßùí ôïõ íåñïý åßíáé: Ç2Ï. H óõíïëéêÞ äéáäéêáóßá ôçò óõíäÝóåùò ìïñßùí õäñïãüíïõ ìå ìüñéá ïîõãüíïõ ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ìïñßùí íåñïý, åßíáé äõíáôüí íá åêöñáóèåß ìå óýìâïëá áðü ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç, ìå ôçí ïðïßá Ý÷åôå êéüëáò åîïéêåéùèåß áðü ôá ðñïçãïýìåíá. 2Ç2 + Ï2 = 2Ç2Ï

Ôï ó÷Þìá 5-20 äåß÷íåé ôéò ìïñéáêÝò ðáñáóôÜóåéò ôùí áíôéäñÜóåùí ðïõ áíáöÝñèçêáí óå áõôÞí ôçí ðáñÜãñáöï, êáèþò êáé ôçí áíôßäñáóç ôïõ Üíèñáêá ìå ôï ïîõãüíï, ðïõ áíáöÝñèçêå ðñïçãïõìÝíùò. Ìüëéò ðñéí áðü ëßãï äéäá÷èÞêáôå ðþò åßíáé äõíáôüí íá öèÜóåôå óå êÜðïéï óõìðÝñáóìá ãýñù áðü ôïõò ìïñéáêïýò ôýðïõò ìå ôç âïÞèåéá ôùí ðåéñáìáôéêþí áðïôåëåóìÜôùí. Áí êáé äåí Ý÷ïìå åîåôÜóåé áêüìç ðþò êáèïñßæåôáé ôï ó÷Þìá ôùí ìïñßùí, áíáöÝñïíôáé óå áõôü ôï êåöÜëáéï ìåñéêÜ ìïñéáêÜ ðñüôõðá, ãéá íá óáò âïçèÞóïõí íá óõíåéäçôïðïéÞóåôå ôé óõìâáßíåé. Ôï êåöÜëáéï 15 åßíáé áöéåñùìÝíï óôç ìåëÝôç ôïõ ó÷Þìáôïò ôùí ìïñßùí.

5.15 Áðüäåéîç ôïõ ôýðïõ ôïõ ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ. Ôï Üæùôï êáé ôï ïîõãüíï óõíäÝïíôáé, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ìåñéêÝò äéáöïñåôéêÝò åíþóåéò, ðïõ ïíïìÜæïíôáé oîåßäéá ôïõ áæþôïõ. Äýï áðü áõôÜ åßíáé ôï ÍÏ êáé ôï ÍÏ2, ðïõ ïíïìÜæïíôáé áíôßóôïé÷á ïîåßäéï (Þ ìïíïîåßäéï ôïõ áæþôïõ) êáé äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ. ~Å÷åé âñåèåß üôé ôï áÝñéï ìå ôï üíïìá äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ åßíáé ðñáêôéêÜ ìßãìá äýï åéäþí ìïñßùí, ôïõ ÍÏ2 êáé ôïõ Í2Ï4. Óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò ôá ðåñéóóüôåñá ìüñéá óå Ýíá äåßãìá äéïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ åßíáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ìüñéá Í2Ï4. Äçìéïõñãåßôáé ôï åñþôçìá: ~Áñáãå óõìâáßíåé êÜôé áíÜëïãï êáé ãéá ôï ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ (ÍÏ); Ôï ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ áðïôåëåßôáé ðñÜãìáôé áðü ìüñéá ÍÏ ìüíï Þ áðü ìüñéá Í2Ï2; MÞðùò åßíáé ìßãìá áðü ìüñéá

ÍÏ êáé Í2Ï2; Ðñéí åêáôü ðåñßðïõ ÷ñüíéá, ìåñéêïß ÷çìéêïß, ãéá ëüãïõò ðïõ äåí ìáò åíäéáöÝñïõí ðéá, íüìéæáí üôé ôá ìüñéá ôïõ ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ åß÷áí ôïí ôýðï Í2Ï2 êáé ü÷é ÍÏ. Ôï åñþôçìá ðïéïò áðü ôïõò äýï ôýðïõò Þôáí ï óùóôüò äåí Ýìåéíå ãéá ðïëý êáéñü áíáðÜíôçôï, áðü ôç óôéãìÞ ðïõ êÜðïéïò ãíþñéæå êáé áðïäå÷üôáí ôçí õðüèåóç ôïõ Ávogadro. ÂÝâáéá, åíþ ç õðüèåóç ôïõ Avogadro åß÷å äéáôõðùèåß íùñßôåñá, ôï 1811, ðïëëïß Þôáí åêåßíïé ðïõ äåí ôçí ðáñáäÝ÷èçêáí ðáñÜ ðåíÞíôá ÷ñüíéá áñãüôåñá. Áêüìç ìÝ÷ñé ôï 1899 õðÞñ÷áí âéâëßá ÷çìåßáò ãñáììÝíá áðü ðïëý ãíùóôïýò ÷çìéêïýò, óôá ïðïßá áíáöåñüôáí ùò ôýðïò ôïõ ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ ï Í2Ï2. Må ôçí õðüèåóç ôïõ Ávogardo êáé ìå ôç äéåîáãùãÞ åíüò áðëïý ðåéñÜìáôïò åßíáé äõíáôüí íá áðïäåé÷èåß üôé áõôÞ ç Üðïøç åßíáé ëáíèáóìÝíç êáé üôé ï óùóôüò ôýðïò ðñÝðåé íá åßíáé ÍÏ. Áò åîåôÜóïìå ðþò ãßíåôáé áõôü. Ôï ðåßñáìá äéåîÜãåôáé ðïëý åýêïëá, ãéá ôïõò ëüãïõò ðïõ áíáöÝñïíôáé áìÝóùò ðéï êÜôù (1). Ôï ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ êáé ôï ïîõãüíï åßíáé åëÜ÷éóôá äéáëõôÜ óôï íåñü. ~Åôóé ìðïñïýí íá óõëëåãïýí êáé íá áðïèçêåõèïýí óôï íåñü (2). Ôï ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ êáé ôï ïîõãüíï áíôéäñïýí ôá÷ýôáôá êáé ðáñÜãïõí äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ (ÍO2 + Í2Ï4). (3) Tï äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ åßíáé ðïëý äéáëõôü óôï íåñü. Ôï ðåßñáìá óõíßóôáôáé óôçí áíôßäñáóç ãíùóôïý üãêïõ ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ ìå ìåãáëýôåñï, ãíùóôü üãêï ïîõãüíïõ. Ï üãêïò ôïõ ïîõãüíïõ, ðïõ ðåñéóóåýåé áðü ôçí áíôßäñáóç, åßíáé äõíáôüí óôç óõíÝ÷åéá íá ìåôñçèåß êáé áðü áõôüí íá õðïëïãéóèåß ï üãêïò ôïõ ïîõãüíïõ ðïõ áíôÝäñáóå (ó÷. 5-21). Ôï ðåßñáìá äåß÷íåé üôé ïñéóìÝíïò üãêïò ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ áíôéäñÜ ìå ôïí ìéóü áðü áõôüí üãêï ïîõãüíïõ. Áò åîåôÜóïìå ôþñá ôéò äýï äõíáôüôçôåò, ðïõ õðÜñ÷ïõí áíÜëïãá ìå ôï ðïéïí èåùñïýìå ùò óùóôü ôýðï ôïõ ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ. Ðåñßðôùóç 1: 2ÍÏ + Ï2 = 2ÍÏ2 (ðïõ Ý÷åé äéáëõèåß) Ðåñßðôùóç 2: Í2Ï2 + Ï2 = 2ÍÏ2 (ðïõ Ý÷åé äéáëõèåß)

Ðåñßëçøç. Óõ÷íÜ åßíáé äõíáôüí, áí ìåôñçèïýí ïé ó÷åôéêïß üãêïé áåñßùí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí óå ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò, íá ðñïâëÝøïõìå ðüóá ìüñéá áðü ôï

êÜèå åßäïò ðáßñíïõí ìÝñïò óôçí êÜèå áíôßäñáóç. Åßíáé åðßóçò äõíáôüí íá ðëçñïöïñçèïýìå ðüóá Üôïìá õðÜñ÷ïõí óå êÜèå ôýðï ìïñßïõ. Ôá ìüñéá

123

Ïîõãüíï, 4 ml Ïîõãüíï, 3 ml

Ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, 2 ml

(á)

(ã)

(â)

Ó×ÇÌÁ 5-21. (á) Óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç óõëëÝãïíôáé ðÜíù áðü íåñü, 4 ml ïîõãüíïõ êáé 2 ml ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ. (â) Ôï ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ ìåôáöÝñåôáé óôï ìåãáëýôåñï óùëÞíá, üðïõ êáé áíôéäñÜ ìå ôï ïîõãüíï. (ã) ÌåôÜ ôçí áíôßäñáóç Ý÷ïõí ðåñéóóÝøåé 3 ml ïîõãüíïõ.

ðáñéóôÜíïíôáé êáé ìå óõíôïìïãñáößá, üðùò ôï Ç2Ï ãéá ôï ìüñéï ôïõ íåñïý. Ïé áíôéäñÜóåéò åßíáé äõíáôüí íá ðáñáóôáèïýí êáé ìå åîéóþóåéò, üðùò: 2Ç2 + Ï2 → 2Ç2Ï

Aõôü óçìáßíåé üôé äýï ìüñéá õäñïãüíïõ, Ç2, áíôéäñïýí ìå Ýíá ìüñéï ïîõãüíïõ, Ï2 êáé ó÷çìáôßæïíôáé äýï ìüñéá íåñïý, Ç2Ï.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðþò îÝñåôå üôé ï ðéï áðëüò ôýðïò ãéá ôï ïîõãüíï åßíáé Ï2; 2. ÃñÜøôå ôç ÷çìéêÞ åîßóùóç ó÷çìáôéóìïý ôïõ íåñïý, áðü ôá áÝñéá õäñïãüíï êáé ïîõãüíï. 3. Ôï ìüñéï ôçò áììùíßáò áðïôåëåßôáé áðü Ýíá Üôïìï áæþôïõ, Í, êáé ôñßá Üôïìá õäñïãüíïõ, Ç. ÃñÜøôå ôï ìïñéáêü ôýðï ôçò áììùíßáò.

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ðïëý áðëÝò, êáèçìåñéíÝò ðáñáôçñÞóåéò, üðùò åßíáé ç äéáäéêáóßá êáôÜ ôçí ïðïßá öïõóêþíïìå Ýíá ìðáëüíé êáé ç óõìðåñéöïñÜ ðïõ åìöáíßæïõí ïé ìðÜëåò ôïõ ìðéëéÜñäïõ ðÜíù óôï ôñáðÝæé ôïõ ìðéëéÜñäïõ, ìáò ïäçãïýí íá ðéóôåýïìå üôé åßíáé äõíáôüí íá åîçãÞóïìå ôéò éäéüôçôåò ôùí áåñßùí ìå ôç âïÞèåéá åíüò ðñïôýðïõ. Óýìöùíá ìå ôï ðñüôõðï, ôá áÝñéá áðïôåëïýíôáé áðü ìéêñïóêïðéêÜ áüñáôá óùìáôßäéá, ðïõ ïíïìÜæïíôáé ìüñéá. ÁõôÜ êéíïýíôáé ðïëý ãñÞãïñá êáé óõãêñïýïíôáé åëáóôéêÜ ìå ôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ ðïõ ôá ðåñéÝ÷åé. ÁõôÝò ïé óõãêñïýóåéò ðñïêáëïýí ôçí ðßåóç ðïõ áóêåßôáé áðü Ýíá áÝñéï. Ç ðßåóç ïñßæåôáé ùò ç äýíáìç áíÜ ìïíÜäá åðéöÜíåéáò. ×ñÞóéìåò ìïíÜäåò ðéÝóåùò åßíáé ç áôìüóöáéñá êáé ôï Torr. ÁõôÝò éóïäõíáìïýí ìå ôéò ðéÝóåéò ðïõ áóêïýíôáé áðü óôÞëåò õäñáñãýñïõ ýøïõò 760 êáé 1 ÷éëéïóôïý ôïõ ìÝôñïõ áíôßóôïé÷á. Ïé ðéÝóåéò ôùí áåñßùí ìåôñïýíôáé ìå óõóêåõÝò ðïõ ïíïìÜæïíôáé ìáíüìåôñá êáé âáñüìåôñá. Ï íüìïò ôïõ Boyle ïñßæåé üôé, ãéá ïñéóìÝíç

ðïóüôçôá áåñßïõ êáé óå óôáèåñÞ èåñìïêñáóßá, ôï ãéíüìåíï ôçò ðéÝóåùò åðß ôïí üãêï, P x V, åßíáé óôáèåñü. Ôï ìïñéáêü ðñüôõðï óõìöùíåß ìå üëá ôá ãíùóôÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí áåñßùí êáé ôáõôü÷ñïíá âïçèÜ óôçí åîÞãçóç ôçò ó÷Ýóåùò ðéÝóåùò - üãêïõ. Ç õðüèåóç ôïõ Ávogadro ïñßæåé üôé ßóïé üãêïé áåñßùí óôçí ßäéá ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá ðåñéÝ÷ïõí ßóïõò áñéèìïýò ìïñßùí. ~Åíá mole åíüò áåñßïõ ðåñéÝ÷åé 6,02 x 1023 Üôïìá Þ ìüñéá. Ï áñéèìüò áõôüò åßíáé ãíùóôüò ùò áñéèìüò ôïõ Avogadro. Áðü ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí áåñßùí Ý÷ïìå ïäçãçèåß óôï óõìðÝñáóìá üôé ìüñéá äéáöïñåôéêþí áåñßùí Ý÷ïõí êáé äéáöïñåôéêÝò ìÜæåò. Ìå ôç ìåëÝôç ôùí ó÷åôéêþí üãêùí ôùí áåñßùí ðïõ êáôáíáëþíïíôáé (Þ ðáñÜãïíôáé) óå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç, ïé ÷çìéêïß ìðïñïýí íá ðñïóäéïñßóïõí ðüóá ìüñéá áðü ôï êÜèå åßäïò ðáßñíïõí ìÝñïò óôçí áíôßäñáóç. Ãéá íá ãñÜøïìå ôç óýóôáóç ôùí ìïñßùí, üóïí

124

áöïñÜ óôá Üôïìá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí, õðÜñ÷åé ìéá óõíôïìïãñáößá, üðùò ð.÷. Ï2, Ç2, Ç2Ï êáé ÍÇ3 ãéá ôá ìüñéá ôïõ ïîõãüíïõ, ôïõ õäñïãüíïõ, ôïõ íåñïý êáé ôçò áììùíßáò áíôßóôïé÷á. Ïé áíôéäñÜóåéò ìå ôéò ïðïßåò óõíåíþíïíôáé ôá áÝñéá êáé ðáñÜãïõí íÝá ìüñéá, ìðïñïýí íá

åêöñáóèïýí êáôÜ óõíåðôõãìÝíï ôñüðï ìå ôç âïÞèåéá áõôþí ôùí óõìâüëùí êáé íá ãñáöïýí ÷çìéêÝò åîéóþóåéò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç áíôßäñáóç ôïõ ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ, ÍÏ, ìå ôï ïîõãüíï, Ï2, ãéá ôçí ðáñáãùãÞ äéïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ, ÍÏ2, ãñÜöåôáé ùò åîÞò:

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ôá ìðáëüíéá ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôéò ìåôåùñïëïãéêÝò ìåëÝôåò Ý÷ïõí ðïëý ìåãÜëç ÷ùñçôéêüôçôá. ~Ïôáí åëåõèåñþíïíôáé óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò, ðåñéÝ÷ïõí Ýíá ó÷åôéêÜ ìéêñü üãêï áåñßïõ óå ó÷Ýóç ìå áõôüí ðïõ áðïêôïýí üôáí âñåèïýí øçëÜ. ÅîçãÞóôå ãéáôß óõìâáßíåé áõôü. 2. ÕðïèÝóôå üôé Ý÷åôå äýï üìïéá ìðáëüíéá. Óôï åðßðåäï ôçò èÜëáóóáò öïõóêþíïíôáé êáé ôá äýï ìå õäñïãüíï. Ôï Ýíá ìðáëüíé Ý÷åé öïõóêþóåé Ýôóé, þóôå ï üãêïò ôïõ íá åßíáé ôñéðëÜóéïò áðü ôïõ Üëëïõ. Ðïéá ó÷Ýóç èá õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôïõò üãêïõò áõôþí ôùí ìðáëïíéþí, üôáí èá öèÜóïõí óå ýøïò 10.000 ìÝôñùí; ÅîçãÞóôå. 3. Ôï ìåèÜíéï, CH4, êáé ôï ïîõãüíï, Ï2, Ý÷ïõí ôçí éäéüôçôá íá áíôéäñïýí, üôáí âñåèïýí ìÝóá óå Ýíá ìåôáëëéêü óöñáãéóìÝíï äï÷åßï. Óôéò óõíèÞêåò ðïõ ãßíåôáé ç áíôßäñáóç, ôá ðñïúüíôá åßíáé õäñïãüíï, Ç2, êáé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO2. ÃñÜøôå ôçí åîßóùóç ãéá ôçí áíôßäñáóç. 4. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò åîéóþóåùò ðïõ ãñÜøáôå óôçí åñþôçóç 3, íá âñåßôå áí ç ðßåóç ìÝóá óôï äï÷åßï áëëÜæåé, êáé áí íáé, ðüóï. 5. ÕðïèÝóôå üôé Ý÷åôå äýï êëåéóôÜ äï÷åßá ôïõ éäßïõ üãêïõ. Ôï Ýíá åßíáé ãåìÜôï ìå áÝñéï õäñïãüíï, ôï Üëëï ìå áÝñéï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá. Êáé ôá äýï Ý÷ïõí èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. (á) Ðïéá ó÷Ýóç Ý÷ïõí, üôáí óõãêñéèïýí, ïé áñéèìïß ôùí moles ôùí äýï áåñßùí; (â) Ðïéá ó÷Ýóç Ý÷ïõí, üôáí óõãêñéèïýí, ïé áñéèìïß ôùí ìïñßùí ôùí äýï áåñßùí; 6. Óôïí êåíü èÜëáìï åíüò ìáíïìÝôñïõ êëåéóôïý Üêñïõ, óáí áõôü ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 5-5á, ðñïóôßèåôáé áñãÜ áÝñéï. Ó÷åäéÜóôå ìéá åéêüíá ôïõ ìáíïìÝôñïõ, ç ïðïßá íá äåß÷íåé óå ÷éëéïóôÜ ôïõ ìÝôñïõ ôç äéáöïñÜ ýøïõò ðïõ èá Ý÷ïõí ïé äýï óôÞëåò ôïõ õäñáñãýñïõ. (á) Ðñéí ðñïóôåèåß áÝñéï óôïí Üäåéï èÜëáìï. (â) ~Ïôáí ç ðßåóç ôïõ áåñßïõ óôï èÜëáìï

åßíáé 300 Torr. (ã) ~Ïôáí ç ðßåóç ôïõ áåñßïõ óôï èÜëáìï åßíáé 760 Torr. (ä) ~Ïôáí ç ðßåóç ôïõ áåñßïõ óôï èÜëáìï åßíáé 865 Torr. 7. ÅðáíáëÜâáôå ôçí åñþôçóç 6(â), ÷ñçóéìïðïéþíôáò üìùò Ýíá ìáíüìåôñï áíïéêôïý Üêñïõ, óáí áõôü ðïõ õðÜñ÷åé óôï ó÷Þìá 5-5ã. ÕðïèÝóáôå üôé ç áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç åßíáé 760 Torr. 8. Ôï áÝñéï äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ åíþíåôáé ìå ïîõãüíï êáé ó÷çìáôßæåé áÝñéï ôñéïîåßäéï ôïõ èåßïõ, üðùò ðåñéãñÜöåôáé ðéï êÜôù. 2SO2 (áÝñéï) + Ï2 (áÝñéï) → 2SO3 (áÝñéï)

Ðïéá ôéìÞ ðåñéìÝíåôå íá Ý÷åé êáèÝíá áðü ôá êëÜóìáôá ðïõ áêïëïõèïýí; (á)

(â)

P x V = 22,4

1240 ãñáì .

lit x atm mole

= 395 g / cm 2

3,14 cm 2

9. Ôï áÝñéï Üæùôï åíþíåôáé ìå áÝñéï õäñïãüíï êáé ó÷çìáôßæåôáé áÝñéá áììùíßá ùò åîÞò: Í2 (áÝñéï) + 3Ç2 (áÝñéï) → 2ÍÇ3 (áÝñéï)

Ðïéá áíáëïãßá íïìßæåôå üôé èá õðÜñ÷åé óå êáèÝíá áðü ôá êëÜóìáôá ðïõ áêïëïõèïýí; (á)

1240 ãñáì . 3,14 cm 2

(â)

= 395 g / cm 2

1240 ãñáì . 3,14 cm 2

= 395 g / cm 2

10. ~Åíá ëßôñï áåñßïõ õäñïãüíïõ áíôéäñÜ ìå Ýíá ëßôñï áåñßïõ ÷ëùñßïõ êáé ó÷çìáôßæïíôáé äýï ëßôñá áåñßïõ õäñï÷ëùñßïõ. ~Ïëïé ïé üãêïé ðñïóäéïñßóèçêáí óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé

125

11.

12.

13.

14.

*

ðßåóç. Áðü áõôÞí ôçí ðëçñïöïñßá íá äåßîåôå ðüóá Üôïìá ðåñéÝ÷ïíôáé óôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ êáé ðüóá óôï ìüñéï ôïõ ÷ëùñßïõ. ÔÝóóåñá ëßôñá åíüò áåñßïõ ðåñéÝ÷ïíôáé ìÝóá óå Ýíáí êýëéíäñï, óå èåñìïêñáóßá 15°C êáé ðßåóç 300 Torr. Åíþ ç èåñìïêñáóßá ðáñáìÝíåé óôáèåñÞ, Ýíá Ýìâïëï áñ÷ßæåé íá êéíåßôáé ìÝóá óôïí êýëéíäñï êáé ìåéþíåé ôïí üãêï ôïõ óå ôñßá ëßôñá. Ðïéá åßíáé ç ðßåóç ðïõ õðÜñ÷åé óå áõôüí ôï íÝï üãêï; Áò õðïèÝóïìå üôé óôï ëÜóôé÷ï åíüò áõôïêéíÞôïõ õðÜñ÷åé ìéá óõíïëéêÞ ðßåóç ßóç ìå 2 Atm (ðåñßðïõ 30 lbs/in2) êáé üôé èÝëïìå íá ôçí áõîÞóïìå óå 2,7 Atm (ðåñßðïõ 40 lbs/in2)*. Ðüóï èá ìåôáâëçèåß ç ðïóüôçôá ôïõ áÝñá ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óôï ëÜóôé÷ï; ÈåùñÞóôå üôé ç èåñìïêñáóßá êáé ï üãêïò ôïõ ëÜóôé÷ïõ ðáñáìÝíïõí áìåôÜâëçôá. Ç ðõêíüôçôá ôïõ õäñáñãýñïõ óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ åßíáé 13,6 g/ml, åíþ ôïõ íåñïý åßíáé 1,0 g/ml. Ðüóï õøçëÞ ðñÝðåé íá åßíáé ìéá óôÞëç íåñïý ãéá íá áóêÞóåé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò; ÅêöñÜóôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò óå ÷éëéïóôÜ ôïõ ìÝôñïõ. Áí ìå 80 g ìéáò ïõóßáò, ðïõ Ý÷åé ðõêíüôçôá 10 g/ml, êáôáóêåõÜóïìå Ýíá êýâï, ðïéá ðßåóç óå g/ml, èá áóêåß áõôüò ï êýâïò ðÜíù óôçí

Ó.ô.Ì. 1 lb/in2 = 0,068 Atm.

åðéöÜíåéá ðïõ ôïí õðïâáóôÜæåé; 15. ÕðïèÝóôå üôé Ý÷åôå äýï ìáíüìåôñá, Ýíá êëåéóôïý Üêñïõ êáé Ýíá áíïéêôïý, ôá ïðïßá åßíáé óõíäåäåìÝíá ôáõôü÷ñïíá ìå Ýíá ìðáëüíé, ðïõ ðåñéÝ÷åé áÝñéï. Áõôü ìå ôï êëåéóôü Üêñï äåß÷íåé üôé ìÝóá óôï ìðáëüíé õðÜñ÷åé ðßåóç 430 Torr. Ðïéá èá åßíáé ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôéò äýï óôÞëåò ôïõ õäñáñãýñïõ óôï ìáíüìåôñï áíïéêôïý Üêñïõ, áí ç áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç åßíáé 750 Torr; 16. ~Åíá äåßãìá áãíþóôïõ áåñßïõ ìå üãêï 11,2 ëßôñá óå 0°C êáé ðßåóç 1 áôìüóöáéñáò, Ý÷åé ìÜæá ßóç ìå áõôÞí ðïõ Ý÷ïõí 22,4 ëßôñá ïîõãüíïõ óôéò ßäéåò óõíèÞêåò. (á) Ðïéïò åßíáé ï ëüãïò ðïõ Ý÷ïõí ïé ìÜæåò ôùí ìïñßùí ôïõ áãíþóôïõ áåñßïõ ðñïò ôéò ìÜæåò ôùí ìïñßùí ôïõ ïîõãüíïõ; (â) Ðüóá moles ôïõ áãíþóôïõ áåñßïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óôïí ðáñáðÜíù üãêï; 17. ~Åíá ïñéóìÝíï áÝñéï óõìâïëßæåôáé ìå ×n üðïõ ôï n óõìâïëßæåé ôïí áñéèìü ôùí áôüìùí ôïõ óôïé÷åßïõ × ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óå Ýíá ìüñéï. Åßíáé ãíùóôü üôé 6,02 x 1023 Üôïìá ôïõ óôïé÷åßïõ × Ý÷ïõí ìÜæá ßóç ìå 35,5 ãñáììÜñéá. Áí 11,2 ëßôñá ôïõ ×n óôïõò 0°C êáé óå ðßåóç 1 áôìüóöáéñáò Ý÷ïõí åðßóçò ìÜæá ßóç ìå 35,5 ãñáììÜñéá, ôüôå ðïéá èá

KÅÖÁËÁÉÏ ÅÊÔÏ

Ðåñéóóüôåñåò ãíþóåéò ó÷åôéêÜ ìå ôï ìïñéáêü ðñüôõðï ôùí áåñßùí

Ïé åðéóôÞìïíåò ìåëåôïýí ôá áíþôåñá óôñþìáôá ôçò áôìüóöáéñáò óôÝëíïíôáò åêåß øçëÜ åéäéêÜ áåñüóôáôá, ðïõ ìåôáöÝñïõí äéÜöïñåò óõóêåõÝò.

127

Ôï ìïñéáêü ðñüôõðï ôùí áåñßùí áðïäåß÷èçêå ÷ñÞóéìï óôçí ðñïóðÜèåéá íá êáôáíïÞóïìå ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôçí ðßåóç êáé ôïí üãêï ìéáò ïñéóìÝíçò ðïóüôçôáò åíüò áåñßïõ. Ç íïìïôÝëåéá áõôÞ ôçí ïðïßá ïíïìÜóáìå íüìï ôïõ Âïyle, åêöñÜæåé ðïóïôéêÜ áõôÞí ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óå ðßåóç êáé üãêï êáé óõìöùíåß ìå áõôü ôï ðñüôõðï. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò õðïèÝóåùò ôïõ Ávogadro, ìðïñïýìå íá ðñïóäéïñßóïìå ôéò ó÷åôéêÝò ìÜæåò ôùí ìïñßùí, áí Ý÷ïìå ðñïçãïõìÝíùò ìåôñÞóåé ôçí ðßåóç êáé ôïí üãêï

ôïõò. ÕðÜñ÷ïõí üìùò ìåñéêÜ áêüìá âáóéêÜ åñùôÞìáôá ó÷åôéêÜ ìå ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí áåñßùí êáé ìå ôç äõíáôüôçôá íá åîçãçèåß ç óõìðåñéöïñÜ áõôÞ ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ìïñéáêïý ðñïôýðïõ. Äåí Ý÷åé áêüìç áíáöåñèåß ôßðïôá ó÷åôéêÜ ìå ôçí ðñáãìáôéêÞ ìÜæá ôùí ìïñßùí, ôç ó÷Ýóç ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óå ðßåóç êáé üãêï ðñïêåéìÝíïõ ãéá ìßãìá áåñßùí, êáèþò êáé ôçí åðßäñáóç ôçò èåñìïêñáóßáò ðÜíù óôçí ðßåóç êáé ôïí üãêï åíüò áåñßïõ. ÁõôÜ áêñéâþò ôá èåìåëéþäç ðñïâëÞìáôá åîåôÜæïíôáé óå áõôü ôï

Ôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá Ý÷ïõí êáèïñéóìÝíåò ìÜæåò 6.1 Ï ðñïóäéïñéóìüò ôùí ìïëáñéêþí (áôïìéêþí Þ ìïñéáêþí) ìáæþí. Óôï êåöÜëáéï 5 Ýãéíå åéóáãùãÞ óôçí Ýííïéá ôïõ mole. Ïñßóèçêå ùò 6,02 x 1023 ìüñéá, Üôïìá Þ Üëëá ìéêñÜ óùìáôßäéá. Ïñßóèçêå åðßóçò üôé Ýíá mole ïîõãüíïõ éóïýôáé ìå 32,0 ãñáììÜñéá ïîõãüíïõ. Ìå ôç âïÞèåéá áõôþí ôùí äýï äåäïìÝíùí, ìðïñåß íá õðïëïãéóèåß åýêïëá ç ìÜæá åíüò ìïñßïõ ïîõãüíïõ.

Ãéá ðñáêôéêÝò åöáñìïãÝò, áõôüò ï áñéèìüò äåí åßíáé ïýôå åý÷ñçóôïò ïýôå êáé ÷ñÞóéìïò. Ç ðñáãìáôéêÞ ìÜæá åíüò ìïñßïõ, üðùò öáßíåôáé áðü ôïõò ðáñáðÜíù õðïëïãéóìïýò, åßíáé ðáñÜ ðïëý ìéêñÞ ãéá íá ìåôñçèåß êáôåõèåßáí. Åßíáé ðïëý ðéï ÷ñÞóéìï ãéá Ýíá ÷çìéêü íá ÷ñçóéìïðïéåß ìéá ìïíÜäá ìÜæáò ðïõ íá åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèåß ìå Ýíá åñãáóôçñéáêü æõãü*, êáé ç ïðïßá íá áíôéóôïé÷åß óôï ìåãÜëï áñéèìü ìïñßùí ìå ôïí ïðïßï áó÷ïëåßôáé óõíÞèùò êáôÜ ôç äéåîáãùãÞ ôùí ðåéñáìÜôùí ôïõ. ~Åôóé êñßèçêå ðñáêôéêüôåñï íá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ìÜæåò ìåôñçìÝíåò óå moles ðáñÜ ïé áðüëõôåò ìÜæåò ôïõ êáèåíüò áôüìïõ Þ ìïñßïõ. Ç ìÜæá åíüò mole ìéáò ïõóßáò ëÝãåôáé * ** *** ****

Ó.ô.Ì. Ôïõ ïðïßïõ ç áêñßâåéá äåí îåðåñíÜ óõíÞèùò ôá 10-6 g. Ó.ô.Ì. ÂëÝðå êáé óçìåßùóç óôçí ðáñÜãñáöï 5.11. Ó.ô.Ì. Êáé ëÝãåôáé ãñáììïÜôïìï. Ó.ô.Ì. Êáé ëÝãåôáé ãñáììïìüñéï.

ìïëáñéêÞ ìÜæá ôçò ïõóßáò áõôÞò. Ç ìïëáñéêÞ ìÜæá ìéáò ïõóßáò éóïýôáé ìå ôç ìÜæá ôùí 6,02 x 1023 áôüìùí, ìïñßùí Þ Üëëùí óùìáôéäßùí**. Ãéá ðáñÜäåéãìá ç ìïëáñéêÞ ìÜæá ìéáò ïõóßáò ðïõ áðïôåëåßôáé áðü Üôïìá (üðùò åßíáé ôï áÝñéï áñãüí) åßíáé ßóç ìå ôç ìÜæá 6,02 x 1023 áôüìùí***. Ïìïßùò ç ìïëáñéêÞ ìÜæá ìéáò ïõóßáò ðïõ áðïôåëåßôáé áðü ìüñéá (üðùò ôï áÝñéï ïîõãüíï) åßíáé ßóç ìå ôç ìÜæá ôùí 6,02 x 1023 ìïñßùí ôïõ****. Èá ðñÝðåé íá óçìåéþóåôå üôé óõ÷íÜ ïé ÷çìéêïß, üôáí áíáöÝñïíôáé óôç ìÜæá åíüò mole áôüìùí, ôçí ïíïìÜæïõí “áôïìéêÞ ìÜæá” Þ êáé “áôïìéêü âÜñïò” ôçò ïõóßáò. Êáô' áíáëïãßá êáé ôç ìÜæá åíüò mole ìïñßùí ôçí ïíïìÜæïõí “ìïñéáêÞ ìÜæá” Þ “ìïñéáêü âÜñïò”. Ïé ïíïìáóßåò áõôÝò, áí èÝëïìå íá êõñéïëåêôÞóïìå, Ý÷ïõí ôçí Ýííïéá ôçò ìÜæáò ôïõ êáèåíüò áôüìïõ Þ ìïñßïõ îå÷ùñéóôÜ, áí êáé ïé ÷çìéêïß äåí ôéò ÷ñçóéìïðïéïýí óõíÞèùò ãéá íá ðåñéãñÜøïõí êÜôé ôÝôïéï. Áíôßèåôá, ìå ôïí üñï “ìïëáñéêÞ ìÜæá” ðåñéãñÜöåôáé ìå ðåñéóóüôåñç áêñßâåéá ç ìÜæá ôïõ åíüò mole, êáé åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèåß åßôå ãéá Üôïìá, åßôå ãéá ìüñéá. Óå áõôü ôï âéâëßï èá ÷ñçóéìïðïéoýìå êáé áõôüí ôïí üñï. Ç ìÜæá åíüò ãñáììïìïñßïõ áåñßïõ ïîõãüíïõ åßíáé 32,0 g. ÁõôÞ åßíáé ç ãñáììïìïñéáêÞ ôïõ ìÜæá. Ç ìÜæá ïðïéïõäÞðïôå Üëëïõ áåñßïõ ðïõ êáôáëáìâÜíåé ôïí ßäéï üãêï ìå ôïí üãêï ðïõ

128

êáôáëáìâÜíïõí ôá 32,0 g ïîõãüíïõ, óôçí ßäéá ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá, åßíáé ç ãñáììïìïñéáêÞ ìÜæá ôïõ áåñßïõ áõôïý. ÅðåéäÞ Ýíáò üãêïò áåñßïõ õäñï÷ëùñßïõ, ðïõ åßíáé ßóïò ìå ôïí üãêï ôùí 32,0 g áåñßïõ ïîõãüíïõ óôçí ßäéá ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá, Ý÷åé ìÜæá 36,5 g, ãé' áõôü ç ãñáììïìïñéáêÞ ìÜæá* ôïõ õäñï÷ëùñßïõ èá åßíáé 36,5 g. Káô' áíáëïãßá êáé ç ãñáììïìïñéáêÞ ìÜæá ôçò áììùíßáò åßíáé 17,0 g. ÐåéñáìáôéêÜ ðñïóäéïñßæåôáé üôé Ýíá ãñáììïìüñéï áåñßïõ õäñïãüíïõ Ý÷åé ìÜæá 2,0 g. EðåéäÞ ôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ ðåñéÝ÷åé äýï Üôïìá, ç ìÜæá åíüò ãñáììïáôüìïõ õäñïãüíïõ åßíáé 2,0/2 = 1,0. Åðßóçò, ç ìÜæá åíüò ãñáììïáôüìïõ ïîõãüíïõ èá åßíáé ßóç ìå ôï ìéóü ôçò ãñáììïìïñéáêÞò ìÜæá ôïõ, 32,0/2 = 16,0. Ç ãñáììïìïñéáêÞ ìÜæá ôïõ íåñïý åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèåß áðëÜ, áí ðñïóôåèïýí ïé ãñáììïáôïìéêÝò ìÜæåò ôùí áôüìùí ðïõ áðïôåëïýí ôï ìüñéü ôïõ, üðùò ðáñáêÜôù. 2 x ãñáììïáôïìéêÞ ìÜæá ôùí áôüìùí ôïõ 1 x ãñáììïáôïìéêÞ ìÜæá ôùí áôüìùí ôïõ

Ç = 2 x 1,0 = 2,0 Ï = 1 x 16,0 = 16,0 18,0

Áõôü óçìáßíåé üôé Ýíá ãñáììïìüñéï íåñïý åßíáé ßóï ìå 18,0 g íåñïý. Ïé ìÜæåò üëùí ôùí ãíùóôþí åéäþí áôüìùí Ý÷ïõí ìåôñçèåß êáé åêöñáóèåß ìå ôç âïÞèåéá ôçò ìïíÜäáò ðïõ åêöñÜæåôáé ùò ãñáììÜñéá áíÜ mole áôüìùí, äçëáäÞ ôçò ìïëáñéêÞò (Þ ãñáììïáôïìéêÞò) ìÜæáò. Óå ðïëëÝò ðåñéðôþóåéò áõôÝò ïé ìÜæåò Ý÷ïõí ðñïóäéïñéóèåß ìå ìåãÜëç áêñßâåéá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç ìïëáñéêÞ (ãñáììïìïñéáêÞ) ìÜæá ôïõ ìÝóïõ üñïõ ôùí áôüìùí ïîõãüíïõ ðïõ Ý÷åé âñåèåß óôç öýóç åßíáé 15,9994**. Ãéá ôïõò óêïðïýò áõôïý ôïõ âéâëßïõ üìùò åßíáé áñêåôÞ ç óôñïããõëåõìÝíç ôéìÞ 16,0. Óôï ôÝëïò áõôïý ôïõ âéâëßïõ, êáèþò êáé óôï ÐáñÜñôçìá 3, õðÜñ÷ïõí ðßíáêåò, ðïõ äßíïõí ôéò ìïëáñéêÝò/ãñáììïáôïìéêÝò ìÜæåò üëùí ôùí áôüìùí ìå ôç ìåãáëýôåñç äõíáôÞ áêñßâåéá. Åêåß ìðïñåßôå íá âñåßôå ãéá ðáñÜäåéãìá üôé ç ìÝóç ìïëáñéêÞ/ãñáììïáôïìéêÞ ìÜæá ôùí áôüìùí ôïõ Üíèñáêá ðïõ áðáíôïýí óôç öýóç åßíáé 12,01. Áí ôï óôñïããõëÝøïìå ãéá ôïõò õðïëïãéóìïýò ìáò óôï *

Ýíá äåêáäéêü øçößï, ãßíåôáé 12,0. Ôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áêïëïõèåß äåß÷íåé ðþò íá ÷ñçóéìïðïéåßôå ôïí ðßíáêá, ãéá íá ðñïóäéïñßæåôå ôç ãñáììïìïñéáêÞ ìÜæá ìéáò ïõóßáò, üôáí ãíùñßæåôå ôï ìïñéáêü ôýðï ôçò. Ç ïõóßá ðïõ ðñüêåéôáé íá åîåôáóèåß åßíáé ôï áÝñéï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá (ðñüêåéôáé ãéá ôï ðñïúüí êáýóåùò ðïõ áíé÷íåýóáôå óôï ðåßñáìá ôçò ðáñáãñÜöïõ 1.13).

ÐáñÜäåéãìá. ~Å÷åé âñåèåß üôé ôï áÝñéï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá áðïôåëåßôáé áðü ìüñéá CÏ2. ÄçëáäÞ, êÜèå ìüñéï ðåñéÝ÷åé Ýíá Üôïìï Üíèñáêá êáé äýï Üôïìá ïîõãüíïõ. Ðïéá åßíáé ç ãñáììïìïñéáêÞ ôïõ ìÜæá; 1 x ìïëáñéêÞ/ãñáììïáôïìéêÞ ìÜæá ôïõ Üíèñáêá (C) = 1 x 12,0 = 12,0 2 x ìïëáñéêÞ/ãñáììïáôïìéêÞ ìÜæá ôïõ ïîõãüíïõ (Ï) = 2 x 16,0 = 32,0 ÌïëáñéêÞ/ãñáììïìïñéáêÞ ìÜæá ôïõ CO2 44,0

6.2 Ðßåóç åíüò ìßãìáôïò áåñßùí. ÌåñéêÝò ðéÝóåéò. ~Åùò ôþñá ìåëåôÞóáìå ôç óõìðåñéöïñÜ êáèáñþí áåñßùí, äçëáäÞ áåñßùí, óôá ïðïßá üëá ôá ìüñéá ðïõ õðÜñ÷ïõí åßíáé üìïéá. Ðþò èá óõìðåñéöÝñåôáé Ýíá ìßãìá áåñßùí; ÐñïóÝîôå ôçí ðåéñáìáôéêÞ äéÜôáîç ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 6-1, ç ïðïßá äåß÷íåé ôñåéò óöáéñéêÝò öéÜëåò ôïõ åíüò ëßôñïõ óôïõò 25°C. Ç ðñþôç ðåñéÝ÷åé 0,0050 mol áÝñá êáé Ý÷åé ðßåóç, óýìöùíá ìå ôçí Ýíäåéîç ôïõ ìáíïìÝôñïõ ôçò, 93 Torr. H äåýôåñç ðåñéÝ÷åé 0,0011 mol õäñáôìþí ðïõ áóêïýí ðßåóç 20 Torr. Ç ôñßôç óöáéñéêÞ öéÜëç ðåñéÝ÷åé 0,0050 mol áÝñá êáé 0,0011 mol õäñáôìþí. Ôï ìáíüìåôñï áõôÞò ôçò öéÜëçò äåß÷íåé ðßåóç 113 Torr. Ðñïêýðôåé ëïéðüí üôé ç ðßåóç ðïõ áóêåßôáé áðü ôï ìßãìá ôùí áåñßùí, åßíáé ßóç ìå ôï Üèñïéóìá ôùí ðéÝóåùí ðïõ áóêåß êÜèå áÝñéï, üôáí âñßóêåôáé ìüíï ôïõ ìÝóá óôï óöáéñéêü äï÷åßï. Áõôü åêöñÜæåôáé êáé ìå ôçí åîßóùóç ðïõ áêïëïõèåß, üðïõ ìå PÔ ðáñéóôÜíïìå ôç óõíïëéêÞ ðßåóç. Ôá P1 êáé P2 ðáñéóôÜíïõí ôéò

Ó.ô.Ì. Ç ðïóüôçôá áõôÞ óõíÞèùò (óôçí åëëçíéêÞ âéâëéïãñáößá) ïíïìÜæåôáé áôïìéêÞ ìÜæá Þ áôïìéêü âÜñïò. Äåí ãßíåôáé äçëáäÞ äéÜêñéóç ìåôáîý ìÜæáò êáé âÜñïõò. ** Ó.ô.Ì. Ãéá íá éó÷ýåé áõôü, èá ðñÝðåé ôá óôïé÷åéþäç óùìáôßäéá ðïõ ôçí áðïôåëïýí íá âñßóêïíôáé ìå ôç ìïñöÞ ìïñßùí.

129

20 mm

93 mm

0,0050 moles áÝñá óå Ýíá ëßôñï t = 25 °C

0,0011 moles õäñáôìþí óå Ýíá ëßôñï t = 25 °C

(á)

(â)

113 mm

0,0050 moles áÝñá + 0,0011 moles õäñáôìþí óå Ýíá ëßôñï t = 25 °C (ã)

Ó×ÇÌÁ 6-1. Ôï ðåßñáìá áõôü äåß÷íåé ôçí ðñïóèåôéêÞ éäéüôçôá ôùí ìåñéêþí ðéÝóåùí. Ç óõíïëéêÞ ðßåóç éóïýôáé ìå ôï Üèñïéóìá ôùí ìåñéêþí ðéÝóåùí.

ðéÝóåéò ðïõ áóêïýíôáé áðü ôïí áÝñá êáé ôï íåñü áíôßóôïé÷á, üôáí âñßóêåôáé ôï êáèÝíá ìüíï ôïõ ìÝóá óôï äï÷åßï. PÔ = P1 + P2 113 Torr = 93 Torr + 20 Torr

H óõììåôï÷Þ óôçí ðßåóç ðïõ ïöåßëåôáé óôçí ðáñïõóßá ôïõ êáèåíüò áåñßïõ ôïõ ìßãìáôïò (óôï ðñïçãïýìåíï ðáñÜäåéãìá P1 êáé P2) ïíïìÜæåôáé ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ áåñßïõ áõôïý. Åßíáé ßäéá ìå ôçí ðßåóç ðïõ èá áóêïýóå ôï áÝñéï, áí âñéóêüôáí ìüíï ôïõ óôï ßäéï äï÷åßï êáé óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá. Óôï ðáñÜäåéãìá áõôü, ç óõíïëéêÞ ðßåóç åßíáé 113 Torr êáé ç ìåñéêÞ ðßåóç ôùí õäñáôìþí 20 Torr. Ç óõìðåñéöïñÜ ôçò ðéÝóåùò åíüò ìßãìáôïò áåñßùí, áðü ôá ïðïßá ôï êáèÝíá åîáóêåß ôç äéêÞ ôïõ ðßåóç áíåîÜñôçôá áðü ôá Üëëá, óõìöùíåß êáé ìå ôçí êéíçôéêÞ èåùñßá ôùí áåñßùí. Êáèþò êéíïýíôáé ìå ìåãÜëç ôá÷ýôçôá ìÝóá óôï äï÷åßï ôá äéáöïñåôéêÜ åßäç ôùí ìïñßùí óõãêñïýïíôáé ôõ÷áßá ìåôáîý ôïõò. Ïé óõãêñïýóåéò åßíáé åëáóôéêÝò êáé ôá óùìáôßäéá åîáêïëïõèïýí ôçí ðïñåßá ôïõò åíþ óõãêñïýïíôáé óõìðôùìáôéêÜ êáé ìå ôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ äçìéïõñãþíôáò ìå áõôüí ôïí ôñüðï ôçí ðßåóç. ~Åôóé, ç ìÝóç ðßåóç åßíáé ßäéá óáí íá ìçí õðÜñ÷ïõí óõãêñïýóåéò áíÜìåóá óôá äéáöïñåôéêÜ åßäç ôùí ìïñßùí. ÂÝâáéá, ìå áõôüí ôïí áðëü ôñüðï óõìðåñéöÝñïíôáé ìüíï ôá áÝñéá ðïõ äåí áíôéäñïýí Þ äåí óõíäõÜæïíôáé ìå ïðïéïíäÞðïôå

Üëëï ôñüðï ìåôáîý ôïõò. Ç Ýííïéá ôùí ìåñéêþí ðéÝóåùí åßíáé óçìáíôéêÞ. Ãéá íá ôçí åëÝãîåôå êáé íá ôçí êáôáíïÞóåôå êáëýôåñá, åîåôÜóôå ôï ðáñÜäåéãìá ôïõ ó÷Þìáôïò 6-2. Óôçí áñ÷Þ õðÜñ÷åé óôç ìéá óöáéñéêÞ öéÜëç êáèáñü ïîõãüíï, Ï2, êáé óôçí Üëëç êáèáñü Üæùôï, Í2. Ïé äýï óöáéñéêÝò öéÜëåò Ý÷ïõí ôïí ßäéï üãêï. Ïé ðéÝóåéò, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá, åßíáé ßäéåò, åíþ ïëüêëçñç ç óõóêåõÞ âñßóêåôáé óôçí ßäéá ïìïéüìïñöç èåñìïêñáóßá. Áðü ôç õðüèåóç ôïõ Avogadro ðñïêýðôåé ôï óõìðÝñáóìá üôé ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ôïõ ïîõãüíïõ (Ï2) èá åßíáé ßóïò ìå ôïí áñéèìü ôùí ìïñßùí ôïõ áæþôïõ (Í2). Ôé èá óõìâåß ìå ôçí ðßåóç, üôáí áíïßîåé ç óôñüöéããá; ~Oðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 6-2â, ôï êÜèå ìáíüìåôñï åîáêïëïõèåß íá äåß÷íåé ôçí ßäéá ðßåóç. Áêñéâþò áõôü Ýðñåðå íá ðåñéìÝíïìå. ~Ïôáí áíïßãåé ç óôñüöéããá, üëá ôá ìüñéá Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá êéíçèïýí ìÝóá áðü áõôÞí êáé áõôü áêñéâþò êÜíïõí. Ðïëý óýíôïìá ïëüêëçñç ç óõóêåõÞ Ý÷åé ãåìßóåé ìå Ýíá ïìïéüìïñöï ìßãìá ìå áíáëïãßá ìïñßùí 50% Ï2 êáé 50% Í2. Ôá ìüñéá ïîõãüíïõ (Ï2) êáôåëÜìâáíáí ôþñá ôï äéðëÜóéï üãêï áðü áõôüí ðïõ êáôåëÜìâáíáí óôçí áñ÷Þ. Ôï ßäéï óõìâáßíåé êáé ìå ôá ìüñéá ôïõ Í2. Óýìöùíá ìå ôï íüìï ôïõ Boyle, ôï êÜèå áÝñéï ôþñá áóêåß ìüíï ôç ìéóÞ ðßåóç áðü áõôÞí ðïõ áóêïýóå áñ÷éêÜ. Êáé ôá äýï áÝñéá óõììåôÝ÷ïõí åî ßóïõ óôç óõíïëéêÞ

130

óôñüöéããá êëåéóôÞ

êáèáñü Í2

êáèáñü Ï2 (á)

óôñüöéããá áíïéêôÞ

50% Ï2 50% N2

Áðü ôï Ýíá Üêñï ìÝ÷ñé ôï Üëëï (â)

Ó×ÇÌÁ 6-2. Óå áõôü ôï ðåßñáìá, üôáí áíïßãåé ç åíäéÜìåóç óôñüöéããá, ç óõíïëéêÞ ðßåóç ðáñáìÝíåé ßäéá, ãéáôß ôï êÜèå áÝñéï áóêåß óôï ìßãìá ìéá ìåñéêÞ ðßåóç ßóç ìå ôï ìéóü ôçò áñ÷éêÞò ôïõ ðéÝóåùò.

ðßåóç. Áò åîåôÜóïìå ôþñá áõôÝò ôéò ó÷Ýóåéò áðü ìéá äéáöïñåôéêÞ óêïðéÜ. 1. Áñ÷éêÞ ðßåóç ôïõ Ï2 = áñ÷éêÞ ðßåóç ôïõ Í2. 2. H ôåëéêÞ ðßåóç ôïõ Ï2 = ½ ôçò áñ÷éêÞò ðéÝóåùò ôïõ Ï2. 3. ÔåëéêÞ ðßåóç ôïõ Í2 = ½ ôçò áñ÷éêÞò ðéÝóåùò ôïõ Í2. 4. ÔåëéêÞ óõíïëéêÞ ðßåóç = ôåëéêÞ ðßåóç Ï2 + ôåëéêÞ ðßåóç Í2 = ½ áñ÷éêÞò ðéÝóåùò Ï2 + ½ áñ÷éêÞò ðéÝóåùò Í2. 5. ÅðïìÝíùò, ôåëéêÞ óõíïëéêÞ ðßåóç = áñ÷éêÞ ðßåóç ïîõãüíïõ

*

= áñ÷éêÞ ðßåóç áæþôïõ.

×ùñßò áìöéâïëßá, ôï ðéï åíäéáöÝñïí ìßãìá áåñßùí ðïõ Ý÷ïìå ðïôÝ óõíáíôÞóåé åßíáé ï áÝñáò ðïõ ìáò ðåñéâÜëëåé. Óå ðñïçãïýìåíï êåöÜëáéï (ðáñÜãñáöïò 1.13) åßäáôå üôé Ýíá óçìáíôéêü óõóôáôéêü ôïõ áÝñá åßíáé ôï ïîõãüíï. Ðåñßðïõ ôï Ýíá ðÝìðôï ôùí ìïñßùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôïí áÝñá åßíáé ìüñéá Ï2. ÐñáêôéêÜ, üëá ôá õðüëïéðá åßíáé ìüñéá Í2. Áí, óå ìéá äåäïìÝíç óôéãìÞ, åßíáé ç áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç 750 Torr, ôüôå ïé ìåñéêÝò ðéÝóåéò ôïõ ïîõãüíïõ êáé ôïõ áæþôïõ õðïëïãßæïíôáé ùò áêïëïýèùò: PO2 = 1/5 x 750 Ôorr = 150 Torr PÍ2 = 4/5 x 750 Torr = 600 Torr

Ó.ô.Ì. ÐáñÜãåôáé áðü üëïõò ôïõò æùúêïýò ïñãáíéóìïýò ìå ôçí êáýóç ôùí ôñïöþí ôïõò.

131

Máæß ìå ôá ìüñéá ôïõ Ï2 êáé ôïõ Í2, ï áÝñáò ðåñéÝ÷åé êáé ìéêñÝò ðïóüôçôåò ìåñéêþí Üëëùí áåñßùí. ÁíÜìåóá óå áõôÜ åßíáé êáé ôï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO2, ðïõ äçìéïõñãåßôáé áðü ôçí êáýóç ôùí êáõóßìùí Þ áðü äéÜöïñïõò Üëëïõò ôñüðïõò*, êáèþò êáé ïé õäñáôìïß. ÕðÜñ÷ïõí áêüìç ìüñéá ïñéóìÝíùí áåñßùí ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü ìåìïíùìÝíá Üôïìá. ÏíïìÜæïíôáé åõãåíÞ Þ áäñáíÞ áÝñéá êáé áíÜìåóÜ ôïõò åßíáé ôï áñãü, ôï Þëéï, ôï êñõðôü êáé ôï íÝï. Ôï óõóôáôéêü åêåßíï ôïõ áÝñá ðïõ ìåôáâÜëëåôáé áðü ôüðï óå ôüðï êáé áíÜëïãá ìå ôçí åðï÷Þ êáé ôéò áôìïóöáéñéêÝò óõíèÞêåò, åßíáé ïé õäñáôìïß. ÐÜíù áðü ôéò åñÞìïõò õðÜñ÷ïõí ìüíï åëÜ÷éóôá ß÷íç õäñáôìþí, åíþ ðÜíù áðü ôïõò ôñïðéêïýò ùêåáíïýò åßíáé äõíáôüí íá áðïôåëïýí ôï 5% ôïõ áÝñá. Äõóôõ÷þò ðáíôïý ï áÝñáò êáé åéäéêÜ ðÜíù Þ êïíôÜ óå ðõêíïêáôïéêçìÝíåò áóôéêÝò ðåñéï÷Ýò, ðåñéÝ÷åé ìéêñÝò áëëÜ åðéêßíäõíåò ðïóüôçôåò äéáöüñùí Üëëùí áåñßùí (ó÷. 6-3). ÁõôÜ åßíáé ôá åðéâëáâÞ ãéá ôçí õãåßá áÝñéá, ðïõ äçìéïõñãïýí ôç ñýðáíóç ôçò áôìüóöáéñáò. Ôá ôñßá ðéï óçìáíôéêÜ åßíáé ôï äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ2, ôï ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO, êáé ôï äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ, SO2. Tá äýï ðñþôá ðñïÝñ÷ïíôáé êõñßùò áðü ôç

Ó×ÇÌÁ 6-3. Ïé åðéóôÞìïíåò ìå ôç âïÞèåéá öïñçôþí óõóêåõþí ðñïóäéïñßæïõí ôç öýóç êáé ôç óõãêÝíôñùóç ôùí ïõóéþí ðïõ ìïëýíïõí ôçí áôìüóöáéñá.

ÐÉÍÁÊÁÓ 6.1. Ç êáôÜ ðñïóÝããéóç óýóôáóç ôïõ îçñïý áÝñá óôç äéÜñêåéá ìéáò ôõðéêÞò çìÝñáò óå ìéá ìåãáëïýðïëç. Ïõóßá ¢æùôï Ïîõãüíï Áñãü êáé Üëëá áäñáíÞ áÝñéá Äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá Õäñïãüíï Ñýðïé

Ôýðïò Í2 Ï2 Ar (Ne, Kr, He, Xe, Rn) CO2 Ç2 ÍÏ2, SO2, êáé Üëëá

% ìïñßùí 78,1 20,9 0,9 0,03 0,07

Ðåñßëçøç. Ïé ÷çìéêïß, üôáí áó÷ïëïýíôáé ìå õðïëïãéóìïýò ìáæþí, äåí ÷ñçóéìïðïéïýí ôéò ðñáãìáôéêÝò ìÜæåò ôùí äéáöüñùí áôüìùí êáé ìïñßùí**, áëëÜ ôéò ìÜæåò ôùí ãñáììïìïñßùí. Ùò ðáñÜäåéãìá áíáöÝñïìå ôéò ìÜæåò ôùí ãñáììïìïñßùí ôïõ Ç2 *

êáé ôïõ Í2, ðïõ åßíáé áíôßóôïé÷á 2,0 êáé 28,0 (ãñáììÜñéá áíÜ ãñáììïìüñéï). Ìå ôç âïÞèåéá áõôþí ôùí áñéèìþí õðoëïãßæïìå üôé ç ìÜæá åíüò ãñáììïìïñßïõ áììùíßáò, ÍÇ3, åßíáé 14,0 g/mole + (3 x 1,0 g/mole) = 17,0 g/mole. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá Ýíá ìßãìá áåñßùí, ç

Ó.ô.Ì. ÊáôÜ ôçí êáýóç ôçò âåíæßíçò óôïõò êéíçôÞñåò áíáðôýóóåôáé õøçëÞ èåñìïêñáóßá êáé åíþíåôáé ôï Üæùôï ôïõ áôìïóöáéñéêïý áÝñá ìå ôï ïîõãüíï. ** Ó.ô.Ì. ÌÜæåò ðïõ åßíáé ðïëý ìéêñÝò.

132

Ç ðëáôåßá Trafalgar, óôï Ëïíäßíï, îçìåñþìáôá ôçò 12 ÌáÀïõ ôïõ 1952.

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÁÉÈÁËÏÌÉ×ËÇ Ï üñïò “ñýðáíóç ôïõ áÝñá” áíáöÝñåôáé áðëÜ óôçí ðáñïõóßá áíåðéèõìÞôùí ïõóéþí óôá êáôþôåñá óôñþìáôá ôçò áôìüóöáéñáò. ÁõôÝò ïé áíåðéèýìçôåò ïõóßåò ïíïìÜæïíôáé ñõðáíôÝò. ÐñáêôéêÜ ïôéäÞðïôå õðÜñ÷åé óôïí áÝñá êáé äåí ïöåßëåôáé óå öõóéêÝò äéáäéêáóßåò åßíáé áíåðéèýìçôï êáé ðñÝðåé íá èåùñåßôáé ñõðáíôÞò. Ìåñéêïß áðü ôïõò ñýðïõò åßíáé áÝñéá, Üëëïé üìùò åßíáé ìéêñïóêïðéêÜ óùìáôßäéá, äéáóêïñðéóìÝíá óôïí áÝñá. Óå áõôÞí, üðùò êáé óå ìéá åðüìåíç ðáñÜãñáöï, èá åîåôáóôåß ç öýóç, ç ðñïÝëåõóç êáé ïé êßíäõíïé ìåñéêþí áðü ôïõò êõñéüôåñïõò ñõðáíôÝò ôçò áôìüóöáéñáò. Ç áéèáëïìß÷ëç ôïõ Ëïíäßíïõ (smog)*. Ç ëÝîç áéèáëïìß÷ëç ðñïÝñ÷åôáé áðü ôï óõíäõáóìü ôùí ëÝîåùí áéèÜëç** (smoke = êáðíüò) êáé ïìß÷ëç*** (= fog). Åßíáé ìéá óùóôÜ åðéëåãìÝíç ëÝîç, ãéáôß ôïíßæåôáé äé' áõôÞò üôé ç ïñáôÞ ñýðáíóç óôçí ïðïßá áíáöÝñåôáé, ðñïÝñ÷åôáé áðü Ýíá óõíäõáóìü ôïõ êáðíïý (êáé ôùí Üëëùí óõíáöþí *

** ***

ðñïúüíôùí ôçò êáýóåùò) ìå ôçí õãñáóßá ôïõ áÝñá. Ç óçìáíôéêüôåñç áéôßá ãéá ôç äçìéïõñãßá áõôïý ôïõ ôýðïõ ôçò áéèáëïìß÷ëçò åßíáé ç êáýóç ôïõ êÜñâïõíïõ êáé ôïõ ðåôñåëáßïõ, ðïõ ðåñéÝ÷ïõí èåéÜöé. Ôï èåßï áíôéäñÜ ìå ôï ïîõãüíï êáé ó÷çìáôßæåé ôï áÝñéï äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ, SO 2. Áöïý ó÷çìáôéóèåß óôçí áôìüóöáéñá ôï äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ, ïîåéäþíåôáé óôáäéáêÜ áêüìç ðåñéóóüôåñï êáé ó÷çìáôßæåé ôñéïîåßäéï ôïõ èåßïõ, óýìöùíá ìå ôçí ðáñáêÜôù åîßóùóç. 2SO2 + O2 Õ 2SO3 ~Ïôáí ï áÝñáò åßíáé õãñüò, äçëáäÞ ôï ðïóïóôü ôçò õãñáóßáò óôçí áôìüóöáéñá åßíáé áõîçìÝíï, ôï ôñéïîåßäéï ôïõ èåßïõ áíôéäñÜ ìå ôïõò õäñáôìïýò êáé ó÷çìáôßæåé èåééêü ïîý. SO3 + H2O ® Ç2SO4 (èåééêü ïîý) Ôá ìüñéá ôïõ èåééêïý ïîÝïò, óôç óõíÝ÷åéá, óõãêñáôïýí êáé Üëëá ìüñéá íåñïý, ìÝ÷ñé íá ó÷çìáôéóèåß ôåëéêÜ Ýíá íÝöïò áðü óôáãïíßäéá èåééêïý ïîÝïò, ïõóßáò äéáâñùôéêÞò êáé äçëçôçñéþäïõò, ç ïðïßá ìðïñåß íá ðñïêáëÝóåé

Ó.ô.Ì. Ôï ðñüâëçìá ôçò áôìïóöáéñéêÞò ñõðÜíóåùò ôïõ Ëïíäßíïõ Ý÷åé áíôéìåôùðéóèåß ìå éêáíïðïéçôéêÞ åðéôõ÷ßá êáé ç áéèáëïìß÷ëç ó÷åäüí Ý÷åé åîáöáíéóèåß^ üìùò ï üñïò “áéèáëïìß÷ëç Ëïíäßíïõ” ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá íá ÷áñáêôçñéóèïýí áíÜëïãåò ðåñéðôþóåéò áôìïóöáéñéêÞò ñõðÜíóåùò, ñõðÜíóåùò äçëáäÞ ìå áíÜëïãåò óõíèÞêåò ó÷çìáôéóìïý êáé ÷çìéêÞ óýóôáóç ñõðáíôþí. Ó.ô.Ì. ÁõôÞ ðáñÜãåôáé áðü ôçí êáýóç ôïõ ðåôñåëáßïõ Þ ôùí ëéèáíèñÜêùí. Ó.ô.Ì. Õðåíèõìßæåôáé üôé ïìß÷ëç åßíáé óùìáôßäéá õãñáóßáò ëåðôþò êáôáíåìçìÝíá óôïí áÝñá.

133

ìïëýíóåùò, ðïëý äñáìáôéêÞ êáé äõóÜñåóôç ãéá ïðïéïíäÞðïôå åßíáé åõáßóèçôïò óå æçôÞìáôá áéóèçôéêÞò êáé éóôïñßáò, óõíáíôÜìå óôçí ðüëç ôçò Éôáëßáò, ôç Âåíåôßá. Ôï åðßðåäï ôïõ èåééêïý ïîÝïò óôçí áôìüóöáéñá ôçò Âåíåôßáò åßíáé áñêåôÜ õøçëü, ëüãù ôùí ãåéôïíéêþí åñãïóôáóßùí, ìå áðïôÝëåóìá íá êáôáóôñÝöåé ôá áãÜëìáôá êáé ôéò åîùôåñéêÝò äéáêïóìÞóåéò ôùí êôçñßùí. Ç ðÝôñá, ðïõ åßíáé êáé ï äïìéêüò ëßèïò ôùí êôçñßùí, áðïôåëåßôáé êáôÜ êýñéï ëüãï áðü áíèñáêéêü áóâÝóôéï. Áí ñßîåôå Ýíá êïììÜôé áíèñáêéêïý áóâåóôßïõ óå Ýíá ðïôÞñé æÝóåùò ðïõ ðåñéÝ÷åé áñáéü èåééêü ïîý, ôï áíèñáêéêü áóâÝóôéï äéáëýåôáé ãñÞãïñá, åíþ ôáõôü÷ñïíá åêëýåôáé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá*. Ôï ìáñìÜñéíï áõôü Üãáëìá ôïõ 18ïõ áéþíá, ðïõ âñßóêåôáé óôï Palazzo Giusti ôçò Âåíåôßáò, äåß÷íåé óáöþò ôéò êáôáóôñïöÝò ðïõ åðéöÝñåé ç ñýðáíóç.

êáé ôï èÜíáôï. Ôï èåééêü ïîý ðïõ âñßóêåôáé óôçí áôìüóöáéñá åßíáé ðïëý ôïîéêü ãéá üëïõò ôïõò æþíôåò ïñãáíéóìïýò. Óôá æþá ðñïóâÜëëåé ôïõò áíáðíåõóôéêïýò êáé ôïõò ðíåõìïíéêïýò éóôïýò êáé ìðïñåß íá Ý÷åé èáíáôçöüñï äñÜóç. Ôï 1952 óôï Ëïíäßíï, ç áéèáëïìß÷ëç áõôïý ôïõ ôýðïõ Þôáí ôüóï Ýíôïíç, åî áéôßáò êáé åéäéêþí ìåôåùñïëïãéêþí óõíèçêþí, þóôå ðñïêÜëåóå ôï èÜíáôï ôïõëÜ÷éóôïí 4.000 áôüìùí ìÝóá óå 5 çìÝñåò. Ìáêñü÷ñïíç êáé ðáñáôåôáìÝíç Ýêèåóç óå ÷áìçëüôåñá ðïóïóôÜ áõôïý ôïõ åßäïõò ôçò ñõðÜíóåùò åßíáé ïðùóäÞðïôå âëáâåñÞ ãéá ôçí õãåßá, Ýóôù êáé áí äåí ïäçãåß áìÝóùò óå áíáðçñßá Þ èÜíáôï. Ç èáíáôçöüñïò áéèáëïìß÷ëç ôïõ 1952 åß÷å ùò áðïôÝëåóìá íá áðáãïñåõèåß óôï Ëïíäßíï ç ÷ñÞóç ôïõ êÜñâïõíïõ ùò êáõóßìïõ óôá óðßôéá. ÅðåéäÞ óå áõôÞí ôçí ðüëç ôï êÜñâïõíï áðïôåëïýóå ôçí êýñéá ðçãÞ ïéêéáêÞò èåñìÜíóåùò ìåéþèçêå áéóèçôÜ ç áéèáëïìß÷ëç. ~Åêôïôå äåí õðÜñ÷åé ìåãÜëç ðéèáíüôçôá åìöáíßóåùò èáíáôçöüñïõ áéèáëïìß÷ëçò óôï Ëïíäßíï. ~Ïìùò ç êáýóç ôïõ êÜñâïõíïõ êáé ôïõ ðåôñåëáßïõ ãéá ôç èÝñìáíóç ôùí êôçñßùí, ãéá ôçí ðáñáãùãÞ ïñéóìÝíùí ìïñöþí âéïìç÷áíéêÞò åíÝñãåéáò êáé êõñßùò ãéá ôç ëåéôïõñãßá ôùí ìïíÜäùí ðáñáãùãÞò çëåêôñéêïý ñåýìáôïò åîáêïëïõèåß. Ìéá óõíÝðåéá áõôïý ôïõ åßäïõò ôçò *

CaCO3

+

H2SO4

áíèñáêéêü áóâÝóôéï

®

CaSO4

èåééêü áóâÝóôéï

+ H2O

+

CO2

äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá

Ç åîßóùóç áõôÞ ðåñéãñÜöåé ìå áêñßâåéá ôé ðáñÜãåôáé óôïí áÝñá ôçò Âåíåôßáò êáé áðü ôé êáôáóôñÝöïíôáé ôá êôÞñéá êáé ôá áãÜëìáôá. Ç êáýóç ôïõ êÜñâïõíïõ êáé ôïõ ðåôñåëáßïõ, åêôüò áðü ôá ïîåßäéá ôïõ èåßïõ êáé ôï èåééêü ïîý, äçìéïõñãåß êáé Üëëïõò ñýðïõò óôçí áôìüóöáéñá. ÁíÜìåóá óå áõôïýò óõãêáôáëÝãåôáé êáé ìéá óçìáíôéêÞ ðïóüôçôá êáèáñïý, ðïëý ëåðôüêïêêïõ Üíèñáêá (áéèÜëçò), ðïõ ðáñÜãåôáé áðü áõôÝò ôéò êáýóåéò. Áõôüò åßíáé êáé ï ëüãïò ðïõ ôá êôÞñéá ôùí ðüëåùí ìáõñßæïõí ìå ôïí êáéñü. ÂÝâáéá, åßíáé ðåñéôôü íá áíáöÝñïìå üôé ç åéóðíïÞ áõôÞò ôçò áéèÜëçò âëÜðôåé êáé ôïõò ðíåýìïíåò. Áêüìç ÷åéñüôåñåò üìùò åßíáé áñêåôÝò åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí Üíèñáêá êáé åêðÝìðïíôáé åðßóçò óå ìéêñÝò ðïóüôçôåò. Åßíáé ïé êáñêéíïãüíåò ïõóßåò, äçëáäÞ áõôÝò ðïõ ðñïêáëïýí êáñêßíï. Êáèþò åîáêïëïõèïýí íá åðåêôåßíïíôáé ïé êáôïéêçìÝíåò ðåñéï÷Ýò êáé áõîÜíïíôáé ïé åíåñãåéáêÝò áðáéôÞóåéò ìáò, ôï åßäïò áõôü ôçò áôìïóöáéñéêÞò ñõðÜíóåùò ðïõ áíáöÝñèçêå äçìéïõñãåß êáèçìåñéíÜ üëï êáé ðéï óïâáñÜ ðñïâëÞìáôá. Ðïéá åßíáé ç ëýóç; Ìéá åýëïãç áðÜíôçóç åßíáé üôé ðñÝðåé ôï êÜñâïõíï Þ ôï ðåôñÝëáéï ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé íá Ý÷åé ôç ìéêñüôåñç äõíáôÞ ðåñéåêôéêüôçôá óå èåßï. ÂÝâáéá, áõôü èá åðéâáñýíåé óçìáíôéêÜ ôï êüóôïò, ãéáôß ç áðïìÜêñõíóç ôïõ èåßïõ áðü áõôÜ ôá ðñïúüíôá óå âéïìç÷áíéêÞ êëßìáêá åßíáé äáðáíçñÞ. Ìéá Üëëç äõíáôüôçôá èá Þôáí íá åöáñìïóèïýí áðïôåëåóìáôéêÝò ìÝèïäïé ãéá ôçí

Ó.ô.Ì. ÐáñÜëëçëá ó÷çìáôßæåôáé êáé èåééêü áóâÝóôéï (ãýøïò), ðïõ áðïâÜëëåôáé ùò ßæçìá.

134

óõíïëéêÞ ðßåóÞ ôïõ éóïýôáé ìå ôï Üèñïéóìá ôùí ìåñéêþí ðéÝóåùí ôùí äéáöüñùí áåñßùí ðïõ ôï áðïôåëïýí. ÌåñéêÞ ðßåóç åßíáé áõôÞ, ôçí ïðïßá èá åîáóêïýóáí ôá ìüñéá åíüò áåñßïõ, áí êáôåëÜìâáíáí ìüíá ôïõò ôïí ßäéï üãêï ðïõ êáôáëáìâÜíåé ôï ìßãìá óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá. Ï ëüãïò ôçò ìåñéêÞò ðéÝóåùò åíüò ïñéóìÝíïõ áåñßïõ ìÝóá óå Ýíá ìßãìá ùò ðñïò ôç óõíïëéêÞ ðßåóç, åßíáé ßóïò ìå ôï ëüãï ôùí ìïñßùí ôïõ áåñßïõ áõôïý ùò ðñïò ôï óõíïëéêü áñéèìü ìïñßùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôï ìßãìá. Ï îçñüò áÝñáò åßíáé Ýíá ìßãìá áåñßùí ðïõ áðïôåëåßôáé ðåñßðïõ êáôÜ ôï Ýíá ðÝìðôï áðü Ï2, êáôÜ ôá ôÝóóåñá ðÝìðôá ðåñßðïõ áðü Í2 êáé êáôÜ ôï Ýíá ôïéò åêáôü ðåñßðïõ áðü Üëëá áÝñéá,

êõñßùò CO2, áñãü êáé äõóôõ÷þò ñõðáíôÝò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéåò åßíáé ïé ìïíÜäåò ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ìÜæáò ôùí ãñáììïìïñßùí; 2. Õðïëïãßóôå ôç ãñáììïìïñéáêÞ ìÜæá ìéáò ïõóßáò ðïõ Ý÷åé ôïí ôýðï CH4O, ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ó÷åôéêïý ðßíáêá ôùí áôïìéêþí ìáæþí ðïõ õðÜñ÷åé óôï ôÝëïò ôïõ âéâëßïõ. 3. Ðïéá èá åßíáé ç ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ êáèåíüò áåñßïõ, áí óå Ýíá ìßãìá õäñïãüíïõ êáé áæþôïõ ìå óõíïëéêÞ ðßåóç 2 áôìïóöáéñþí (atm), ðåñéÝ÷ïíôáé 3 moles H2 êáé 1 mole N2; 4. Ðïéá åßíáé ôá äýï êýñéá óõóôáôéêÜ ôïõ áÝñá;

Ïé ìåôáâïëÝò ôçò èåñìïêñáóßáò åðçñåÜæïõí ôçí ðßåóç êáé ôïí üãêï 6.3 O üãêïò ðïõ êáôáëáìâÜíåé ôï mole åíüò áåñßïõ óå äéáöïñåôéêÝò èåñìïêñáóßåò: Íüìïò ôïõ Charles. Óôï êåöÜëáéï 5, äéäá÷èÞêáôå üôé ï üãêïò ðïõ êáôáëáìâÜíïõí 32,0 ãñáììÜñéá ïîõãüíïõ óôïõò 0°C êáé óå ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò åßíáé ßóïò ìå 22,4 ëßôñá. Áõôü áðïôåëåß Ýíá ðåéñáìáôéêü ãåãïíüò, óôï ïðïßï êáôáëÞîáìå ÷ùñßò íá Ý÷ïìå áéôéïëïãÞóåé ôçí åðéëïãÞ áõôÞò ôçò óõãêåêñéìÝíçò ìÜæáò ôïõ ïîõãüíïõ. Ôþñá üìùò åßóôå óå èÝóç íá êáôáíïÞóåôå ôç óçìáóßá áõôÞò ôçò ðïóüôçôáò ôùí 32,0 ãñáììáñßùí. Åßíáé ðïóüôçôá ßóç, åî ïñéóìïý, ìå Ýíá mole ïîõãüíïõ. Óýìöùíá ìå ôçí õðüèåóç ôïõ Ávogadro, ãíùñßæåôå åðßóçò üôé Ýíá mole ïðïéïõäÞðïôå áåñßïõ èá êáôáëáìâÜíåé ôïí ßäéï áêñéâþò üãêï, áí âñßóêåôáé óôçí ßäéá ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá. ÓõíÞèùò äéáëÝãïìå ùò óôáèåñÝò óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò ôéò ðáñáêÜôù: ðßåóç = 1 áôìüóöáéñá èåñìïêñáóßá = 0°C

êáé ãéá óõíôïìßá: Ê.Ó. Óýìöùíá ìå üëá üóá áíáöÝñáìå, ïäçãïýìáóôå óôï ãåíéêü êáíüíá: ~Åíá mole ïðïéïõäÞðïôå áåñßïõ êáôáëáìâÜíåé 22,4 ëßôñá óå Ê.Ó.

~Åôóé, ï íüìïò ôïõ Boyle, üôáí ðñüêåéôáé ãéá Ýíá áÝñéï ðïõ âñßóêåôáé óôïõò 0°C, ìåôáó÷çìáôßæåôáé óôïí

Ìå ôç âïÞèåéá áõôÞò ôçò åîéóþóåùò åßíáé åýêïëï íá ðñïâëÝøïìå ðüóï èá áëëÜîåé ï üãêïò óå ó÷Ýóç ìå êÜðïéá áëëáãÞ óôçí ðßåóç. Áò õðïèÝóïìå üìùò üôé ç èåñìïêñáóßá ôïõ áåñßïõ ìåôáâÜëëåôáé, åíþ ç ðßåóç ðáñáìÝíåé óôáèåñÞ. Ðþò èá ìåôáâëçèåß ï üãêïò ôïõ; Ç åñþôçóç áõôÞ ìåëåôÞèçêå êáé äüèçêå áðÜíôçóç ôï 1787 áðü ôï ÃÜëëï åðéóôÞìïíá Jacques Charles. Áõôüò áíáêÜëõøå ìéá åîáéñåôéêÞ íïìïôÝëåéá, ôçí ïðïßá êáé ïíüìáóå íüìï ôïõ Charles. Ï íüìïò áõôüò ïñßæåé üôé üëá ôá áÝñéá, áí áõîçèåß ç èåñìïêñáóßá ôïõò êáôÜ ôï ßäéï ðïóü, èá äéáóôáëïýí êáôÜ ôï ßäéï êëÜóìá ôïõ áñ÷éêïý ôïõò üãêïõ. Áõôü öáßíåôáé êáé áðü ôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áêïëïõèåß. ÌÝóá óå Ýíá ëåðôü ãõÜëéíï óùëçíÜêé ìÞêïõò ðåñßðïõ ìéóïý ìÝôñïõ, êëåéóôü áðü ôï Ýíá Üêñï, ôïðïèåôåßôáé ìéá óôáãüíá õäñáñãýñïõ. Ï õäñÜñãõñïò êáèþò êáôåâáßíåé ìÝóá óôï óùëÞíá, ðáãéäåýåé ìéá ðïóüôçôá áÝñá óôïí ðõèìÝíá ôïõ, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 6-4á. ÅðåéäÞ ï óùëÞíáò Ý÷åé ïìïéüìïñöç äéáôïìÞ, ôï ìÞêïò ôçò óôÞëçò ôïõ

135 ÐÉÍÁÊÁÓ 6.2. ÌåôáâïëÝò óôïí üãêï ôïõ áÝñá, ðïõ äçìéïõñãïýíôáé áðü ìåôáâïëÝò óôç èåñìïêñáóßá Èåñìïêñáóßá (°C)

(á)

Ó×ÇÌÁ 6-4á. ÓõóêåõÞ ãéá ôçí åðßäåéîç ôïõ íüìïõ ôïõ Charles. Méá ðïóüôçôá áÝñá, áñêåôÞ þóôå íá ìåôñçèåß, Ý÷åé ðáãéäåõèåß ìÝóá óôï ãõÜëéíï óùëÞíá, áðü ìßá óôáãüíá õäñáñãýñïõ.

áÝñá ìðïñåß íá èåùñçèåß ùò ìÝôñï ôïõ üãêïõ ôïõ. Ç óôáãüíá ôïõ õäñáñãýñïõ ìðïñåß íá êéíåßôáé ðÜíù Þ êÜôù, áíÜëïãá ìå ôïí áí äéáóôÝëëåôáé Þ óõóôÝëëåôáé ôï áÝñéï, äéáôçñþíôáò Ýôóé ôçí ðßåóç

(â)

Ó÷åôéêüò üãêïò (óå óýãêñéóç ìå ôïí üãêï óôïõò 0°C)

200

1,73

150

1,55

100

1,37

50

1,18

0

1,00

óôáèåñÞ. ~Ïôáí ï óùëÞíáò âõèéóôåß åíôåëþò óå ðáãùìÝíï íåñü, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 6-4â, ç èåñìïêñáóßá ôïõ áåñßïõ èá ðëçóéÜóåé ôïõò 0°C êáé åßíáé äõíáôüí íá êáôáãñáöåß ï ó÷åôéêüò üãêïò ôïõ (äçëáäÞ áõôüò ðïõ ðñïêýðôåé áðü ôç ìÝôñçóç ôïõ ìÞêïõò ôçò óôÞëçò ôïõ áÝñá). Áí âõèéóôåß óôç óõíÝ÷åéá ï óùëÞíáò åíôåëþò óå âñáóôü íåñü (100°C) ï üãêïò èá áõîçèåß, óýìöùíá ìå ôï ó÷Þìá 6-4ã. Åßíáé äõíáôüí íá ìåôñÞóïìå ôïí üãêï êáé óå åíäéÜìåóåò èåñìïêñáóßåò, üðùò êáé óå ìåãáëýôåñåò. ~Ïôáí ðñüêåéôáé ãéá èåñìïêñáóßåò ìåãáëýôåñåò áðü 100°C, ìåôá÷åéñéæüìáóôå åëáéüëïõôñï áíôß ãéá õäñüëïõôñï (ãéáôß ôï óçìåßï æÝóåùò ôïõ åëáßïõ åßíáé áñêåôÜ ðéï õøçëü áðü áõôü ôïõ íåñïý).

(ã)

Ó×ÇÌÁ 6-4â,ã. Ï üãêïò ôïõ áÝñá ðïõ Ý÷åé åãêëùâéóèåß ìÝóá óôï ãõÜëéíï óùëÞíá õðüêåéôáé óå ìåôáâïëÝò, üôáí ï óùëÞíáò ôïðïèåôåßôáé ìÝóá óå Ýíá ìßãìá ðÜãïõ-íåñïý (â) êáé óå èåñìü (ó÷åäüí âñáóôü) íåñü (ã). Ïé ìåôáâïëÝò áõôÝò äéêáéïëïãïýí ôï íüìï ôïõ Charles.

136

åíÝñãåéá ðïõ äéáèÝôïõí ôï ìüñéá. ~Ïôáí ðñïóäßäåôáé èåñìüôçôá óå Ýíá áÝñéï ðñïêåéìÝíïõ íá áõîçèåß ç èåñìïêñáóßá ôïõ, áõîÜíåôáé êáé ç åíÝñãåéá ôùí ìïñßùí. Ôá ìüñéá áðïññïöïýí ôç èåñìüôçôá êáé êéíïýíôáé ôá÷ýôåñá. Óõãêñïýïíôáé ìå ôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ éó÷õñüôåñá êáé ðéï óõ÷íÜ. ~Åôóé ôï ìïñéáêü ðñüôõðï ôùí áåñßùí åîçãåß ôçí áýîçóç ôçò ðéÝóåùò ìå ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò, üôáí ï üãêïò ðáñáìÝíåé óôáèåñüò.

~Åôóé, ôåëéêÜ, óõãêåíôñþíïíôáé äåäïìÝíá üðùò áõôÜ ðïõ áíáöÝñïíôáé óôïí ðßíáêá 6.2. ÐñÝðåé íá öñïíôßóåôå, þóôå ïé ìåôñÞóåéò ôïõ üãêïõ íá ãßíïõí, üôáí ôá äåßãìáôá ôïõ áÝñá âñßóêïíôáé åíôåëþò âõèéóìÝíá ìÝóá óôï ëïõôñü (õäñüëïõôñï Þ åëáéüëïõôñï). ÄéáöïñåôéêÜ, èá õðïðÝóåôå óå óïâáñÜ óöÜëìáôá. Ôá äåäïìÝíá ôïõ ðßíáêá 6.2 áíáöÝñïíôáé óôïí áÝñá. Ôá ðåéñÜìáôá ôïõ Charles Ýäåéîáí üìùò üôé êáé ìå üëá ôá Üëëá áÝñéá ëáìâÜíïíôáé ôá ßäéá áðïôåëÝóìáôá. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá üëùí áõôþí ôùí ìåôñÞóåùí, ç ðßåóç ôçò óõãêåêñéìÝíçò óôÞëçò ôïõ áÝñá ðáñáìÝíåé óôáèåñÞ. Éóïýôáé ìå ôï Üèñïéóìá ôçò áôìïóöáéñéêÞò ðéÝóåùò êáé ôçò ðéÝóåùò ôçò ìéêñÞò óôÞëçò ôïõ õäñáñãýñïõ. ~Å÷åôå ìÜèåé üôé, áí ç ðßåóç åßíáé óôáèåñÞ, ôüôå ï üãêïò ìåôáâÜëëåôáé áíÜëïãá ìå ôç èåñìïêñáóßá. ~Åôóé, åðåéäÞ ãéá äåäïìÝíç èåñìïêñáóßá ôï ãéíüìåíï P x V åßíáé óôáèåñü, ç áýîçóç ôïõ V, ðñïêåéìÝíïõ ãéá óôáèåñü Ñ, üôáí áõîÜíåôáé ç èåñìïêñáóßá, Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôçí áýîçóç êáé ôïõ ãéíïìÝíïõ, P x V, áíÜëïãá ìå ôç èåñìïêñáóßá. ÅîÜãåôáé åðßóçò ôï óõìðÝñáóìá üôé, üôáí áõîÜíåôáé ç èåñìïêñáóßá ïñéóìÝíçò ìÜæáò áåñßïõ åíþ ï üãêïò ôçò ðáñáìÝíåé óôáèåñüò, èá ðñÝðåé íá áõîÜíåôáé áíÜëïãá êáé ç ðßåóÞ ôïõ. ÄéêáéïëïãçìÝíá ìðïñåß íá áíáñùôçèåßôå áí áõôÜ ôá öáéíüìåíá åîçãïýíôáé êáé ìå âÜóç ôï óùìáôéäéáêü ðñüôõðï ôùí áåñßùí ðïõ åîåôÜóèçêå íùñßôåñá. Ç ðßåóç åíüò áåñßïõ êáèïñßæåôáé áðü ôïí áñéèìü êáé ôçí Ýíôáóç ôùí óõãêñïýóåùí ôïõ êáèåíüò ìïñßïõ ôïõ ìå ôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ, óôï ïðïßï âñßóêåôáé. ÁõôÝò ðÜëé ìå ôç óåéñÜ ôïõò åîáñôþíôáé áðü ôçí ðïóüôçôá ôçò åíÝñãåéáò ðïõ ïöåßëåôáé óôçí êßíçóç, äçëáäÞ ôçí êéíçôéêÞ

6.4 Ç êëßìáêá ôçò áðüëõôçò èåñìïêñáóßáò. Áí ðáñáôçñÞóåôå ðñïóåêôéêÜ ôá áðïôåëÝóìáôá ðïõ Ý÷ïõí óõãêåíôñùèåß óôïí ðßíáêá 6.2, èá äéáðéóôþóåôå üôé ðñïêýðôåé Ýíá ðïëý åíäéáöÝñïí óõìðÝñáóìá. ~Ïôáí øý÷åôå Ýíá áÝñéï êÜôù áðü óôáèåñÞ ðßåóç, ï üãêïò ôïõ ãßíåôáé äéáñêþò ìéêñüôåñïò. ~Áñáãå, õðÜñ÷åé êÜðïéá èåñìïêñáóßá áñêåôÜ ÷áìçëÞ, óôçí ïðïßá ï üãêïò ôïõ áåñßïõ ìçäåíßæåôáé; Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, äåí åßíáé äõíáôüí íá óõìâåß êÜôé ôÝôïéï, ãéáôß üëá ôá ðñáãìáôéêÜ áÝñéá ôåëéêÜ óõìðõêíþíïíôáé óå õãñÜ. Áò õðïèÝóïìå üìùò üôé äåí óõìðõêíþíïíôáé. Óå ðïéá èåñìïêñáóßá èá ìçäåíéæüôáí ï üãêïò ôïõò; Ï ðéï áðëüò ôñüðïò ãéá íá äïèåß ìéá áðÜíôçóç óå áõôü ôï åñþôçìá, åßíáé íá êáôáóêåõÜóåôå ìéá êáìðýëç ìåôáâïëÞò ôçò èåñìïêñáóßáò, ìå âÜóç ôá óôïé÷åßá ôïõ ðßíáêá 6.2 (ùò ðñïò ôïí áíôßóôïé÷ï üãêï). Áõôü áêñéâþò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 6-5. Ôá ðÝíôå æåýãç ôéìþí, ôá ïðïßá åß÷áí ìåôñçèåß êáèïñßæïõí ìéá åõèåßá ãñáììÞ. Áí áõôÞ ç ãñáììÞ ðñïåêôáèåß óå èåñìïêñáóßåò ìéêñüôåñåò ôïõ ìçäåíüò, 0°C, ôüôå óõíáíôÜ ôïí Üîïíá ôçò

Ó÷åôéêüò üãêïò

2,00

-273°C

-200

-100

1,75 1,50 1,25 1,00 0,50 0 0

50 100 150 Èåñìïêñáóßá, °C

200

Ó×ÇÌÁ 6-5. Ç åõèåßá ãñáììÞ ðïõ äçìéïõñãåßôáé, áí ãßíåé ç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç ôùí äåäïìÝíùí ôïõ ðßíáêá 6.2, ðñïåêôåßíåôáé ìÝ÷ñé ôï óçìåßï åêåßíï, üðïõ ï üãêïò ìçäåíßæåôáé. ~Åôóé, ðñïêýðôåé üôé óôï óçìåßï åêåßíï ç èåñìïêñáóßá åßíáé -273°C Þ 0 Ê (ìçäÝí ÊÝëâéí).

137

0

100

300

200

400

450 Ê

-273

-200

-100

0

100

200 °C ÖõóéêÞ êëßìáêá

Åîáôìßæåôáé ï îçñüò ðÜãïò. ÂñÜæåé ôï ÔÞêåôáé ôï ÂñÜæåé ôï ïîõãüíï ïîõãüíï Þëéï

ÔÞêåôáé ç áììùíßá

ÂñÜæåé ç áììùíßá

ÔÞêåôáé ï ðÜãïò

ÔÞêåôáé ôï êÜëéï

ÂñÜæåé ôï íåñü

ÔÞêåôáé ôï ëßèéï

Ó×ÇÌÁ 6-6. Óýãêñéóç ôçò èåñìïìåôñéêÞò êëßìáêáò ôïõ ÊÝëâéí ìå áõôÞí ôïõ Êåëóßïõ. Óçìåßá æÝóåùò êáé ðÞîåùò ìåñéêþí ïõóéþí, ìå ôç âïÞèåéá áõôþí ôùí êëéìÜêùí.

èåñìïêñáóßáò óôïõò -273°C, óçìåßï óôï ïðïßï ï üãêïò éóïýôáé ìå ôï ìçäÝí. Ç èåñìïêñáóßá áõôÞ, -273°C, Ý÷åé èåìåëéþäç óçìáóßá óôçí åðéóôÞìç. Åßíáé ç èåñìïêñáóßá åêåßíç, óôçí ïðïßá ôá ìüñéá äåí Ý÷ïõí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Óôáìáôïýí íá êéíïýíôáé êáé Ýôóé äåí äçìéïõñãïýí êÜðïéá ðßåóç éêáíÞ íá óôçñßîåé ôç óôáãüíá ôïõ õäñáñãýñïõ. Ãé' áõôü ç óôáãüíá ôïõ õäñáñãýñïõ ðÝöôåé óôïí ðõèìÝíá ôïõ óùëÞíá, åíþ ï üãêïò ôïõ áåñßïõ ìçäåíßæåôáé. Ç èåñìïêñáóßá åêåßíç, óôçí ïðïßá ôá ìüñéá ôïõ áåñßïõ äåí Ý÷ïõí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, åßíáé Ýíá áðüëõôï åëÜ÷éóôï, ãé' áõôü êáé ïíïìÜæåôáé áðüëõôï ìçäÝí ôçò èåñìïêñáóßáò. Ôï ìçäÝí ôçò êëßìáêáò Êåëóßïõ äåí Ý÷åé áõôÞí ôçí áðüëõôç Ýííïéá. Åßíáé ìüíï êÜðïéï óõìâáôéêü óçìåßï (ôï óçìåßï ðÞîåùò ôïõ íåñïý), ôï ïðïßï âïçèÜ óôç âáèìïëüãçóç ôùí èåñìïìÝôñùí. Ôþñá åßíáé ðéï åýêïëï íá êáôáíïÞóåôå ãéáôß ç êëßìáêá ôïõ ÊÝëâéí åßíáé ç èåìåëéþäçò äéåèíÞò èåñìïìåôñéêÞ êëßìáêá, Þ üôé ç áðüëõôç êëßìáêá, êáé ìïíÜäá èåñìïêñáóßáò åßíáé ï âáèìüò ÊÝëâéí. Ïé óôáèåñÝò áõôÝò ìïíÜäåò áíáöÝñèçêáí óôï

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

êåöÜëáéï 3 ìå ôçí õðüó÷åóç íá ìåëåôçèïýí êáé íá áéôéïëïãçèïýí åêôåíÝóôåñá óôá åðüìåíá. Ôþñá åßíáé ç êáôÜëëçëç óôéãìÞ ãéá íá ðñáãìáôïðïéçèåß áõôÞ ç õðüó÷åóç. ÅðåéäÞ -273°C åßíáé ç ÷áìçëüôåñç èåñìïêñáóßá ðïõ ìðïñåß íá õðÜñîåé, èåùñåßôáé üôé åßíáé ôï “ìçäÝí ôùí ìçäåíéêþí”. Åßíáé ôï áðüëõôï ìçäÝí, áðü üðïõ îåêéíÜ ç êëßìáêá ôùí áðïëýôùí èåñìïêñáóéþí. Óå áõôÞí ôçí êëßìáêá äåí ìðïñåß íá õðÜñîïõí áñíçôéêÝò èåñìïêñáóßåò. ÕðÜñ÷åé áíÜãêç íá êáèïñéóèåß êÜðïéá ìïíÜäá, þóôå íá ðñïóäéïñéóèïýí ïé èåñìïêñáóßåò óå áõôÞí ôç èåñìïìåôñéêÞ Þ áðüëõôç êëßìáêá ôïõ ÊÝëâéí. Ãéá ðñáêôéêïýò ëüãïõò, ïé åðéóôÞìïíåò áðïöÜóéóáí íá ïñßóïõí áõôÞí ôç ìïíÜäá áêñéâþò ßóç ìå ôç ìïíÜäá Êåëóßïõ, ôçí ïíüìáóáí üìùò ÊÝëâéí (êáé ü÷é âáèìü ÊÝëâéí). Óå èåñìïêñáóßåò áðüëõôåò Þ ÊÝëâéí, ôï íåñü ðáãþíåé óôïõò 273 Ê êáé âñÜæåé óôïõò 373 Ê. Ôï ó÷Þìá 6-6 äåß÷íåé ôá óçìåßá æÝóåùò êáé ðÞîåùò ìåñéêþí áêüìá ïõóéþí óå èåñìïêñáóßåò Êåëóßïõ êáé ÊÝëâéí. ~Ïðùò ìðïñåßôå íá ðáñáôçñÞóåôå, ãéá íá ìåôáôñÝøåôå ìéá èåñìïêñáóßá Êåëóßïõ óå

6.5 Ìéá ðïóïôéêÞ äéåñåýíçóç ôçò áíôéäñÜóåùò åíüò ìåôÜëëïõ ìå õäñï÷ëùñéêü ïîý. Óôï êåöÜëáéï 5 âñÞêáôå üôé ôï mole ìéáò ïõóßáò åßíáé 6,02 x 1023 óùìáôßäéá. Áñãüôåñá, äéäá÷èÞêáôå üôé ôï mole ïðïéïõäÞðïôå áåñßïõ êáôáëáìâÜíåé üãêï 22,4 ëßôñá óå Ê.Ó. ~Ïôáí ðñáãìáôïðïéïýóáôå áíôéäñÜóåéò áíÜìåóá óå äéÜöïñåò ïõóßåò, ßóùò áíáñùôçèÞêáôå áí õðÜñ÷åé êÜðïéá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôïí áñéèìü ôùí moles ôùí õëéêþí ðïõ áíôéäñïýí êáé ôïí áñéèìü ôùí

138

moles Þ ôùí üãêùí ôùí ðñïúüíôùí ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé. Óå áõôü ôï ðåßñáìá ðñüêåéôáé íá åîåôÜóåôå ìåñéêÝò áðü áõôÝò ôéò ó÷Ýóåéò. Ìåôáëëéêü ìáãíÞóéï èá áíôéäñÜóåé ìå Ýíá õäáôéêü äéÜëõìá õäñï÷ëùñßïõ êáé èá ðáñá÷èåß áÝñéï õäñïãüíï. ÓÊÏÐÏÓ

Èá õðïëïãßóåôå ðüóá ëßôñá îçñïý áåñßïõ õäñïãüíïõ, áí ìåôñçèïýí óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò, åßíáé äõíáôüí íá ðáñá÷èïýí áðü Ýíá mole ôïõ ìåôáëëéêïý ìáãíçóßïõ. Óôç óõíÝ÷åéá, èá åîåôÜóåôå áí õðÜñ÷åé êÜðïéá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ ìåôáëëéêïý ìáãíçóßïõ ðïõ áíôÝäñáóå êáé ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ áåñßïõ õäñïãüíïõ ðïõ ó÷çìáôßóèçêå. YËIKA

ÓùëÞíáò ãéá ôç ìÝôñçóç áåñßïõ 50 ml Èåñìüìåôñï Báñüìåôñï ÏñèïóôÜôçò êáé ëáâßäá Ëåðôü óýñìá ÷áëêïý, ìÞêïõò 15 cm

Ìåôñéêüò ÷Üñáêáò Ôáéíßá ìáãíçóßïõ, ìÞêïõò 5 Þ 6 cm Oãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò ôùí 10 Þ ôùí 20 ml ÐïôÞñé æÝóåùò, 400 ml

~Eíá êáôÜëëçëï ðþìá ìå ìéá ôñýðá, þóôå íá ÷ùñÜåé íá ðåñÜóåé áðü ìÝóá ï óùëÞíáò ìåôñÞóåùò ôïõ áåñßïõ ~Åíá äï÷åßï óõóóùñåõôÞ (áõôïêéíÞôïõ) Þ Ýíá ðïôÞñé ôùí 2-3 ëßôñùí. Õäñï÷ëùñéêü ïîý, 10 ml áñáéïý ïîÝïò óõãêåíôñþóåùò 6 Ì. ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

Ó×ÇÌÁ 6-7.

1. ÐÜñôå Ýíá êïììÜôé ôáéíßáò ìáãíçóßïõ, Mg, ìÞêïõò ðåñßðïõ 5 cm (áí ôï åñãáóôÞñéï âñßóêåôáé óå ìåãáëýôåñï õøüìåôñï ÷ñçóéìïðïéÞóôå Ýíá ìéêñüôåñï êïììÜôé). ÌåôñÞóôå ðñïóåêôéêÜ ôï ìÞêïò ôçò ôáéíßáò êáé êáôáãñÜøôå ôï ìå áêñßâåéá 0,05 cm. Ï êáèçãçôÞò óáò èá öñïíôßóåé íá óáò äïèåß ç ìÜæá ôïõ åíüò ìÝôñïõ ôçò ôáéíßáò. ÅðåéäÞ ç ôáéíßá ôïõ ìáãíçóßïõ Ý÷åé ïìïéüìïñöï ðÜ÷ïò, ìðïñåßôå áðü ôçí ôéìÞ ôçò ìÜæáò ôïõ åíüò ìÝôñïõ íá õðïëïãßóåôå ôç ìÜæá ôïõ êïììáôéïý ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå. 2. Äéðëþóôå ôï êïììÜôé ôçò ôáéíßáò ôïõ ìáãíçóßïõ Ýôóé, þóôå íá ìðïñåß íá ÷ùñÝóåé ìÝóá óå Ýíá óðåßñùìá êõëéíäñéêü êáôáóêåõáóìÝíï áðü ëåðôü ÷Üëêéíï óýñìá. Öñïíôßóôå íá ðåñéóóåýïõí ðåñßðïõ 5 cm óýñìá ÷áëêïý, þóôå íá ôï ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ùò ëáâÞ (ó÷. 6-7). 3. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá äáêôýëéï êáé ìéá ëáâßäá Ýôóé, þóôå íá óõãêñáôïýí Ýíá óùëÞíá ãéá ôç ìÝôñçóç áåñßùí ôùí 50 ml, óôïí ïðïßï Ý÷åé ðñïóáñìïóèåß Ýíá ëáóôé÷Ýíéï ðþìá ðïõ öÝñåé ìéÜ Þ äõï ôñýðåò. 4. ÁöáéñÝóôå ðñïóùñéíÜ ôï ðþìá. ÓôñÝøôå ëßãï ôï óùëÞíá ðñïò ôï ðëÜé êáé áäåéÜóôå ìÝóá óå áõôüí ðåñßðïõ 10 ml õäñï÷ëùñéêïý ïîÝïò áðü ôï äï÷åßï ðïõ öÝñåé ôçí Ýíäåéîç 6Ì HCl. 5. Êñáôþíôáò ôï óùëÞíá óôçí ßäéá èÝóç, ëïîÜ, ãåìßóôå ôïí áñãÜ ìå íåñü ôçò âñýóçò ðïõ Ý÷åôå Þäç ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé. ~Ïôáí ôïí ãåìßæåôå, öñïíôßóôå íá áðïìáêñýíåôå êÜèå óôáãüíá ïîÝïò áðü ôá ôïé÷þìáôÜ ôïõ Ýôóé, þóôå ôåëéêÜ ôï õãñü óôçí êïñõöÞ ôïõ óùëÞíá íá ðåñéÝ÷åé üóï ôï äõíáôüí ðéï ëßãï ïîý. ÐñïóðáèÞóôå íá áðïöýãåôå êÜèå áíÜäåõóç ôçò óôïéâÜäáò ôïõ ïîÝïò ðïõ âñßóêåôáé óôïí ðõèìÝíá ôïõ óùëÞíá. Áðïìáêñýíáôå ôõ÷üí öõóáëßäåò ðïõ Ý÷ïõí êïëëÞóåé óôá ôïé÷þìáôá ôïõ óùëÞíá êôõðþíôáò ôïí ìáëáêÜ. 6. Êñáôþíôáò ôï ôõëéãìÝíï óå ó÷Þìá óðåéñïåéäÝò óýñìá ôïõ ÷áëêïý áðü ôç

139

Ó×ÇÌÁ 6-8á.

Ó×ÇÌÁ 6-8â.

ëáâÞ, ôïðïèåôÞóôå ôï ìÝóá óôï óùëÞíá êáôÜ 3 cm ðåñßðïõ. Áãêéóôñþóôå ôï ÷Üëêéíï óýñìá ðÜíù óôá ôïé÷þìáôá ôïõ óùëÞíá êáé óôåñåþóôå ôï åêåß, ôïðïèåôþíôáò ôï ëáóôé÷Ýíéï ðþìá. Ï óùëÞíáò ðñÝðåé íá åßíáé åíôåëþò ãåìÜôïò Ýôóé þóôå, üôáí ôïðïèåôçèåß ôï ðþìá, íá åêôïðßóåé êáé ëßãï íåñü. 7. Áöïý óêåðÜóåôå ôçí ôñýðá ôïõ ðþìáôïò ìå ôï äÜêôõëü óáò, âõèßóôå ôï óùëÞíá ìÝóá óôï äï÷åßï ðïõ ðåñéÝ÷åé íåñü. Óôåñåþóôå ôïí åêåß. ÅðåéäÞ ôï ïîý åßíáé ðåñéóóüôåñï ðõêíü áðü ôï íåñü, èá äéáóêïñðéóèåß ðñïò ôá êÜôù êáé ôåëéêÜ èá áíôéäñÜóåé ìå ôï ìåôáëëéêü ìáãíÞóéï, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 6-8á (ï ÷áëêüò äåí áíôéäñÜ ìå ôï äéÜëõìá ôïõ ïîÝïò). 8. ÌåôÜ ôï ôÝëïò ôçò áíôéäñÜóåùò, ðåñéìÝíåôå 5 ëåðôÜ ðåñßðïõ, þóôå ç èåñìïêñáóßá ôïõ óùëÞíá íá ãßíåé ßäéá ìå áõôÞí ôïõ äùìáôßïõ (ó÷. 6-8â). Áðïìáêñýíáôå ôõ÷üí óôáãüíåò ðïõ Ý÷ïõí êïëëÞóåé óôá ôïé÷þìáôá ôïõ óùëÞíá. 9. ÓêåðÜóôå ôçí ôñýðá ôïõ ðþìáôïò ìå ôï äÜêôõëü óáò êáé ìåôáöÝñáôå ôï óùëÞíá ìÝóá óå Ýíá öáñäý êýëéíäñï Þ óå Ýíá äï÷åßï óõóóùñåõôÞ, ðïõ åßíáé ó÷åäüí ãåìÜôï ìå íåñü èåñìïêñáóßáò äùìáôßïõ. Áíõøþóôå Þ ÷áìçëþóôå ôï óùëÞíá Ýôóé, þóôå ôï åðßðåäï ôïõ õãñïý ðïõ ðåñéÝ÷åé íá óõìðßðôåé ìå ôï åðßðåäï ôïõ õãñïý ðïõ ôïí ðåñéâÜëëåé, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 6-9. Áõôü èá óáò åðéôñÝøåé íá ìåôñÞóåôå ôïí üãêï ôùí áåñßùí ôïõ óùëÞíá (õäñïãüíï êáé õäñáôìïß) óå áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç. ÐñïóÝîôå, üôáí äéáâÜæåôå ôïí üãêï, ôï ìÜôé óáò íá âñßóêåôáé óôï ßäéï åðßðåäï ìå ôç âÜóç ôï ìçíßóêïõ, áêñéâþò üðùò êÜíáôå êáé üôáí ÷ñçóéìïðïéïýóáôå Ýíáí ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï. Óçìåéþóôå ôç ìÝôñçóç ôïõ üãêïõ ôïõ áåñßïõ ìå áêñßâåéá 0,05 ml. 10. Aðïìáêñýíáôå ôï óùëÞíá ìåôñÞóåùò ôïõ áåñßïõ áðü ôï íåñü êáé áäåéÜóôå ôï äéÜëõìá ôïõ ïîÝïò ðïõ ðåñéÝ÷åé, óôçí áðï÷Ýôåõóç. Îåðëýíáôå ôï óùëÞíá ìå íåñü ôçò âñýóçò. 11. Óçìåéþóôå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò. Ï êáèçãçôÞò óáò èá óáò äþóåé ôçí ðßåóç ôïõ äùìáôßïõ Þ èá óáò âïçèÞóåé íá äéáâÜóåôå ôï âáñüìåôñï. Áí ï ÷ñüíïò ôï åðéôñÝðåé, êáëüí åßíáé íá åðáíáëÜâåôå ôï ðåßñáìá ìå Ýíá Üëëï äåßãìá ìáãíçóßïõ, þóôå íá åëÝãîåôå ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ Ó×ÇÌÁ 6-9.

Ï ðßíáêáò äåäïìÝíùí ðïõ èá êáôáóôñþóåôå ðñÝðåé íá ðåñéÝ÷åé ôá åîÞò: Ôç ìÜæá, áíÜ ìïíÜäá ìÞêïõò, ôçò ôáéíßáò ôïõ ìáãíçóßïõ (g/m), ðïõ èá óáò

140

äþóåé ï êáèçãçôÞò óáò. Ôï ìÞêïò ôïõ êïììáôéïý ôçò ôáéíßáò ôïõ ìáãíçóßïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå (cm). Ôïí üãêï ôïõ õäñïãüíïõ, êïñåóìÝíïõ ìå õäñáôìïýò (ml). Ôç èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý (°C). Ôç èåñìïêñáóßá ôïõ äùìáôßïõ (°C). Ôçí Ýíäåéîç ôïõ âáñïìÝôñïõ ãéá ôçí ðßåóç ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò (Ôïrr). Ôçí ðßåóç áôìþí ôïõ íåñïý óôç èåñìïêñáóßá ðïõ ìåôñÞèçêå ëßãï ðéï ðñéí (Ôorr), áðü ôïí ðßíáêá 6.3.

Õðïëïãéóìïß. 1. Íá ðñïóäéïñßóåôå ôç ìÜæá ôïõ ìáãíçóßïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå, ëáìâÜíïíôáò ùò âÜóç ôï ìÞêïò ôçò ôáéíßáò êáé ôç ó÷Ýóç ôùí ãñáììáñßùí áíÜ ìÝôñï áõôÞò. 2. Ðñïóäéïñßóôå ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ ìáãíçóßïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí. Ç ãñáììïáôïìéêÞ ìÜæá ôïõ ìáãíçóßïõ åßíáé 24,3 (äçëáäÞ õðÜñ÷ïõí 24,3 ãñáììÜñéá áôüìùí ìáãíçóßïõ áíÜ mole). 3. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ áåñßïõ õäñïãüíïõ, óýìöùíá ìå ôéò ïäçãßåò ðïõ äßíïíôáé ðáñáêÜôù: ÅðåéäÞ ôï áÝñéï õäñïãüíï Ý÷åé óõëëåãåß ðÜíù áðü íåñü, ôï áÝñéï ôïõ óùëÞíá èá áðïôåëåßôáé áðü Ýíá ìßãìá áåñßïõ õäñïãüíïõ êáé õäñáôìþí. Ç óõíïëéêÞ ðßåóç ôçí ïðïßá áóêïýí áõôÜ ôá äýï áÝñéá éóïýôáé ìå ôçí ðßåóç ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò (èõìçèåßôå ôçí õðüèåóç ðïõ Ýãéíå óôçí ðáñÜãñáöï 6.2). Áõôü åêöñÜæåôáé ìáèçìáôéêÜ ùò åîÞò: PÇ + PÇ

2Ï

2

= PðåñéâÜëëïíôïò

H ðßåóç ìÝóá óôçí áßèïõóá äßíåôáé áðü ôçí Ýíäåéîç ôïõ âáñïìÝôñïõ. Ç ðßåóç ôùí áôìþí ôïõ íåñïý, PÇ Ï , ðñïóäéïñßæåôáé áðü ôïí ðßíáêá 6.3. Ïé 2 ôéìÝò ôïõ ðßíáêá ðñïÞëèáí áðü ìåôñÞóåéò ôçò ðéÝóåùò ôùí õäñáôìþí ðïõ õðÜñ÷ïõí ðÜíù áðü ôçí åðéöÜíåéá ôïõ íåñïý, óå äéÜöïñåò èåñìïêñáóßåò. ~Åôóé ç ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ õäñïãüíïõ õðïëïãßæåôáé óýìöùíá ìå ôçí åîßóùóç: PÇ

2=

PðåñéâÜëëïíôïò - PÇ

2

4. Ðñïóäéïñßóôå ôïí üãêï ôïõ áåñßïõ õäñoãüíïõ óå ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò (760 Ôïrr). Óå ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï áíáöÝñèçêå üôé ãéá ïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá áåñßïõ, ôï ãéíüìåíï ôïõ üãêïõ åðß ôçí ðßåóÞ ôïõ åßíáé óôáèåñü: PV = C. ÐñïêåéìÝíïõ íá õðïëïãéóèåß ï íÝïò üãêïò, VíÝïò, óå ðßåóç 760 Torr, ÷ñçóéìïðïéïýìå ôç ìáèçìáôéêÞ åîßóùóç ðïõ áêïëïõèåß. PÇ åßíáé ç 2 ìåñéêÞ ðßåóç ðïõ õðïëïãßóèçêå óôï ðñïçãïýìåíï óôÜäéï (óôÜäéï 3). ÐÉÍÁÊÁÓ 6.3. ÔÜóç áôìþí ôïõ íåñïý óå äéáöïñåôéêÝò èåñìïêñáóßåò. Èåñìïêñáóßá Ðßåóç Èåñìïêñáóßá (°C) (Torr) (°C) 15 16 17 18 19 20 21 22

12,8 13,6 14,5 15,5 16,5 17,5 18,6 19,8

23 24 25 26 27 28 29 30

Ðßåóç (Torr) 21,0 22,4 23,8 25,2 26,7 28,3 30,0 31,8

141

Vðïõ ìåôñÞèçêå x PÇ2= VíÝïò x 760

5. Íá õðïëïãßóåôå ôïí üãêï ôïõ îçñïý õäñïãüíïõ ðïõ èá ðáñá÷èåß áðü Ýíá mole ìáãíçóßïõ, óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Áí óáò äïèåß ç ðëçñïöïñßá üôé Ýíá mole Ìg ðáñÜãåé Ýíá mole õäñïãüíïõ, Ç2, ôüôå ðïéïò åßíáé ï üãêïò åíüò mole õäñïãüíïõ óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò; Ãéá íá áðáíôÞóåôå, âáóéóèåßôå óôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ðåéñáìÜôùí óáò. 2. Áí Ýíá mole õäñïãüíïõ Ý÷åé ìÜæá 2,0 g, ðïéá åßíáé ç ðõêíüôçôá ôïõ õäñïãüíïõ, óå ãñáììÜñéá áíÜ ëßôñï, óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò; Íá õðïëïãßóåôå ôçí ðõêíüôçôá ìå ôç âïÞèåéá ôùí

6.6 Óõíäõáóìüò ôïõ íüìïõ ôïõ Boyle, ôïõ íüìïõ ôïõ Charles êáé ôçò õðïèÝóåùò ôïõ Ávogadro.

íá áõîçèåß êáô' áíáëïãßá êáé ôï ãéíüìåíï P x V. Aõôü ìáò ïäçãåß óôçí åîßóùóç:

ÌÝ÷ñé ôþñá áíáöÝñèçêáí ôñåéò âáóéêïß íüìïé ãéá ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí áåñßùí. ~Åíáò áðü áõôïýò åßíáé ï íüìïò ôïõ Boyle: Ïñßæåé üôé ãéá ïñéóìÝíç ìÜæá åíüò áåñßïõ, ðïõ âñßóêåôáé óå óôáèåñÞ èåñìïêñáóßá (äçëáäÞ üôáí ç èåñìïêñáóßá êáé ç ìÜæá äéáôçñïýíôáé óôáèåñÝò) éó÷ýåé ç ó÷Ýóç:

Tï n ðáñéóôÜíåé ôïí áñéèìü ôùí moles, åíþ ôï R åßíáé ìéá óôáèåñÜ, ðïõ ïíïìÜæåôáé óôáèåñÜ ôùí áåñßùí. Åî áéôßáò ôçò õðïèÝóåùò ôïõ Avogadro, ç ôéìÞ ôçò óôáèåñÜò áõôÞò åßíáé ç ßäéá ãéá üëá ôá áÝñéá. Ç áñéèìçôéêÞ ôéìÞ ôçò, üðùò åßíáé öõóéêü, åîáñôÜôáé áðü ôéò ìïíÜäåò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôïõ Ñ êáé ôïõ V. ÓõíÞèùò ÷ñçóéìïðïéåßôáé ç áôìüóöáéñá ãéá ôçí ðßåóç êáé ôï ëßôñï ãéá ôïí üãêï. Ç áñéèìçôéêÞ ôéìÞ ôïõ R õðïëïãßæåôáé áðü ôéò ðåéñáìáôéêÝò ìåôñÞóåéò. ~Ïðùò Ý÷åé áíáöåñèåß, Ýíá mole áåñßïõ óôïõò 0°C (273 K) êáé óå ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò (760 Torr) êáôáëáìâÜíåé üãêï 22,4 ëßôñá. Áõôü ìáò ïäçãåß óôïí õðïëïãéóìü ôïõ R. Ãéá ôï óêïðü áõôü, ôñïðïðïéåßôáé áñ÷éêÜ ç åîßóùóç (3) ùò åîÞò:

P x V = óôáèåñÜ

PxV=RxnxT

(1)

Ï íüìïò ôïõ Charles oñßæåé üôé ãéá ïñéóìÝíç ìÜæá åíüò áåñßïõ ôï ãéíüìåíï P x V ìåôáâÜëëåôáé áíÜëïãá ìå ôç èåñìïêñáóßá, ìå ôçí ðñïûðüèåóç üôé ç èåñìïêñáóßá ìåôñåßôáé ìå ôç âïÞèåéá ôçò áðüëõôçò êëßìáêáò, äçëáäÞ ôçò êëßìáêáò ÊÝëâéí. ~Åôóé, ï íüìïò ôïõ Charles óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ðåñéãñÜöåé üôé: P x V = äéáöïñåôéêÞ óôáèåñÜ* x T

(2)

T åßíáé ç èåñìïêñáóßá óå ÊÝëâéí. Ç åîßóùóç (2) ðåñéãñÜöåé ìáæß ìå ôïí íüìï ôïõ Charles êáé áõôüí ôïõ Boyle. Ç õðüèåóç ôïõ Ávogadro ïñßæåé üôé ãéá ïñéóìÝíåò ôéìÝò ôùí P, V êáé Ô, üëá ôá áÝñéá ðåñéÝ÷ïõí ôïí ßäéï áñéèìü ìïñßùí. Áõôü óçìáßíåé üôé ðåñéÝ÷ïõí êáé ôïí ßäéï áñéèìü moles. Áí áõîçèåß ï áñéèìüò ôùí moles åíüò áåñßïõ, åíþ ç èåñìïêñáóßá ôïõ äéáôçñåßôáé óôáèåñÞ, èá ðñÝðåé *

Ó.ô.Ì. Ìéá Üëëç óôáèåñÜ áðü áõôÞí ðïõ ïñßæåé ï íüìïò ôïõ Boyle.

(3)

(3á)

Óôç óõíÝ÷åéá, áíôéêáèßóôáíôáé ôá ìåãÝèç ìå ôéò ôéìÝò ðïõ áíáöÝñáìå ðéï ðñéí: (3â)

Ôþñá ðéá åßíáé åýêïëï íá äéáôõðþóïìå ôï íüìï ôùí éäáíéêþí áåñßùí (êáôáóôáôéêÞ åîßóùóç

142

ôùí áåñßùí): P x V = (0,0820) x n T

(4)

Aí åßíáé ãíùóôÝò ïé ôñåéò áðü ôéò ôÝóóåñéò ðïóüôçôåò, P, V, n Þ Ô, ôüôå åßíáé åýêïëï íá õðïëïãéóèåß êáé ç ôÝôáñôç. Ôç ó÷Ýóç (4) ôçí ïíïìÜóáìå íüìï ôùí éäáíéêþí áåñßùí, ãéáôß ôá ðñáãìáôéêÜ áÝñéá åìöáíßæïõí ìéá ìéêñÞ áðüêëéóç áðü áõôÞí. Ôéò ðåñéóóüôåñåò öïñÝò, ãéá íá áíé÷íåõèïýí áõôÝò ïé áðïêëßóåéò, áðáéôïýíôáé ðïëý áêñéâåßò ìåôñÞóåéò. Ï íüìïò ôùí éäáíéêþí áåñßùí åßíáé ðïëý ÷ñÞóéìïò ãéá õðïëïãéóìïýò ðïõ áöïñïýí áÝñéá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò õðïèÝóïìå üôé èÝëåôå íá ó÷åäéÜóåôå Ýíá äï÷åßï, ôï ïðïßï íá ÷ùñÜåé ôñßá (3) moles áæþôïõ, óå 25°Ê êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. Ôé üãêï ðñÝðåé íá Ý÷åé ôï äï÷åßï; Ôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áêïëïõèåß äåß÷íåé ðþò íá âñåßôå ôç óùóôÞ áðÜíôçóç.

ÐáñÜäåéãìá. Óôçí áñ÷Þ áíáãñÜöïíôáé ïé ãíùóôÝò ðïóüôçôåò, áöïý ðñïçãïõìÝíùò Ý÷ïõí åêöñáóèåß óôï êáôÜëëçëï óýóôçìá ìïíÜäùí. P = 1 atm n = 3 moles T = 25°C = 298 K Óôç óõíÝ÷åéá áíáìïñöþíåôáé ç åîßóùóç Ýôóé, þóôå óôï áñéóôåñü ìÝñïò íá âñßóêåôáé ç Üãíùóôç ðïóüôçôá ðïõ ðñüêåéôáé íá õðïëïãéóèåß êáé óôï äåîéü üëåò ïé ãíùóôÝò.

ðñüôõðï. Áò õðïèÝóïìå üôé Ý÷ïìå Ýíá êõâéêü äï÷åßï ìå áêìÞ l åêáôïóôþí, ðïõ ðåñéÝ÷åé n ìüñéá, ôï êáèÝíá ìÜæáò m. Ç èåñìïêñáóßá åßíáé Ô âáèìïß ÊÝëâéí. Óýìöùíá ìå ôï ðñüôõðï, ôá ìüñéá ôïõ áåñßïõ êéíïýíôáé ìÝóá óôï äï÷åßï ðñïò ôõ÷áßåò êáôåõèýíóåéò, ðñïêáëþíôáò åëáóôéêÝò óõãêñïýóåéò ìå ôá ôïé÷þìáôá. Ôï ðñüôõðï äåí áíáöÝñåé ðïõèÝíá üôé üëá ôá ìüñéá èá Ý÷ïõí ôçí ßäéá ôá÷ýôçôá, êáé ìÜëéóôá, üðùò èá äéáðéóôþóåôå áñãüôåñá, äåí Ý÷ïõí. ~Ïìùò, ìðïñïýìå íá ëÜâïìå õðüøç óôïõò õðïëïãéóìïýò ìáò ôç ìÝóç ôá÷ýôçôá, õ. ~Åíá óùìáôßäéï ìÜæáò m, ðïõ êéíåßôáé ìå ôá÷ýôçôá õ, Ý÷åé äýï éäéüôçôåò: Ôçí ïñìÞ, Ì, êáé ôçí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, ÊÅ. Ïé éäéüôçôåò áõôÝò ïñßæïíôáé áðü âáóéêÝò áñ÷Ýò ôçò öõóéêÞò, óýìöùíá ìå ôéò áêüëïõèåò åîéóþóåéò. Ì=m×õ ÊÅ = ½ m × õ2

~Ïôáí Ýíá ìüñéï óõãêñïýåôáé åëáóôéêÜ ìå ôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ ðïõ ôï ðåñéÝ÷åé, ìåôáöÝñåé ïñìÞ óôï ôïß÷ùìá, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 6-10. Áí öèÜóåé óôï ôïß÷ùìá ìå ôá÷ýôçôá õ, èá ðñÝðåé íá åðéóôñÝøåé ðßóù ìå ôá÷ýôçôá -õ, ãéáôß áíôéóôñÝöåôáé ç öïñÜ ôïõ. ~Åôóé, ç ïñìÞ ðïõ ìåôáöÝñèçêå åßíáé ßóç ìå ôç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôçí áñ÷éêÞ êáé ôçí ôåëéêÞ ïñìÞ ôïõ ìïñßïõ. OñìÞ ðïõ ìåôáäßäåôáé áíÜ óýãêñïõóç = = mõ - (- mõ) = mõ + mõ = 2 mõ

(5)

Ðüóåò óõãêñïýóåéò ãßíïíôáé áíÜ äåõôåñüëåðôï; ÊáôÜ ìÝóï üñï, ôï Ýíá ôñßôï ôùí ìïñßùí, Í/3, ðçãáéíïÝñ÷ïíôáé áíÜìåóá óôï êÜèå

ÔÝëïò, áíôéêáèßóôáíôáé ïé ãíùóôÝò ðïóüôçôåò ìå ôéò áñéèìçôéêÝò ôïõò ôéìÝò: +mv -mv

6.7 To ìïñéáêü ðñüôõðï óõìöùíåß êáé óôéò ëåðôïìÝñåéåò ìå ôï íüìï ôùí éäáíéêþí áåñßùí. Ìå ôç âïÞèåéá ìåñéêþí ãíþóåùí öõóéêÞò êáé Üëãåâñáò, ìðïñïýìå íá äåßîïìå üôé ìå ôï ìïñéáêü ðñüôõðï åñìçíåýåôáé ï íüìïò ôùí éäáíéêþí áåñßùí. ÄçëáäÞ ï íüìïò ôùí áåñßùí ôçò åîéóþóåùò (4), åßíáé äõíáôüí íá ðñïêýøåé áðü ôï

É

Ó×ÇÌÁ 6-10. ~Åíá ìüñéï óõãêñïýåôáé ìå ôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ ìå ïñìÞ +mv, êáé åðéóôñÝöåé ìå ïñìÞ -mv, ìåôáöÝñïíôáò Ýôóé ôåëéêÜ óôï ôïß÷ùìá ïñìÞ 2 mv.

143

æåõãÜñé ôùí ðáñáëëÞëùí ôïé÷ùìÜôùí ôïõ äï÷åßïõ. Ï ÷ñüíïò ðïõ ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá ðÜíå áðü ôï Ýíá ôïß÷ùìá óôï Üëëï êáé íá åðéóôñÝøïõí ðÜëé ðßóù, åßíáé (2l)/õ. Ãé' áõôü, ï áñéèìüò ôùí óõãêñïýóåùí ðïõ äÝ÷åôáé ôï Ýíá ôïß÷ùìá óå êÜèå äåõôåñüëåðôï åêöñÜæåôáé êáé Ýôóé:

ìåôáôñÝðåôáé óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ôùí ìïñßùí. Ç ó÷Ýóç ìåôáîý Ô êáé êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò åßíáé áíÜëïãç: Ô = (óôáèåñÜ) ^ KE = C ^ mõ2

Áí ïñßóïìå ôç óôáèåñÜ C~, þóôå C~ =1/C, ôüôå ìå êáôÜëëçëåò ìåôáôñïðÝò ïäçãïýìáóôå óôçí áêüëïõèç äéáôýðùóç ôùí áðïôåëåóìÜôùí: mõ2 = C~ T

(10)

Êáé áí áíôéêáôáóôÞóïìå ôç ó÷Ýóç (10) óôçí åîßóùóç (9), Ý÷ïìå: (11)

(6)

Ç ðßåóç ïñßæåôáé êáé ùò ôï ðïóü ôçò ïñìÞò áíÜ äåõôåñüëåðôï ðïõ ìåôáöÝñåôáé óôç ìïíÜäá åðéöáíåßáò ôïõ ôïé÷þìáôïò. Óýìöùíá ìå áõôü, ç ðßåóç óôï Ýíá ôïß÷ùìá áðïäßäåôáé êáé ùò åîÞò:

TÝëïò, áíôß ãéá ôïí áñéèìü ôùí ìïñßùí, ìðïñïýìå íá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ôá moles. ÄçëáäÞ íá áíôéêáôáóôÞóïìå ôï Í áðü ôï (6,02 x 1023) n, üðïõ ìå n ðáñéóôÜíïìå ôïí áñéèìü ôùí ãñáììïìïñßùí:

(7)

(12)

Áí áíôéêáôáóôáèïýí ïé ëåêôéêÝò äéáôõðþóåéò ìå ôá áíôßóôïé÷á öõóéêÜ ìåãÝèç, êáôáëÞãïìå óôçí åîÞò åîßóùóç:

~Ïëåò ïé ðïóüôçôåò ðïõ âñßóêïíôáé ìÝóá óôéò ðáñåíèÝóåéò åßíáé óôáèåñÝò, ãé' áõôü ôéò áíôéêáèéóôïýìå ìå ôï ãñÜììá R êáé ãñÜöïìå: PV = RnT

(8)

Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ç ðïóüôçôá l3 âñßóêåôáé óôïí ðáñïíïìáóôÞ. ÅðåéäÞ éóïäõíáìåß óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ìå ôïí üãêï ôïõ äï÷åßïõ, áò ôçí áíôéêáôáóôÞóïìå ìå V.

(9)

Ç ðïóüôçôá mõ2 éóïýôáé ìå ôï äéðëÜóéï ôçò ìÝóçò êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò ôïõ ìïñßïõ. ~Ïôáí ðñïóäïèåß èåñìéêÞ åíÝñãåéá óå Ýíá áÝñéï, óõìâáßíïõí äýï ðñÜãìáôá. Ç èåñìïêñáóßá ôïõ áõîÜíåôáé êáé ç èåñìéêÞ ôïõ åíÝñãåéá

(13)

Ôï ìïñéáêü ðñüôõðï ìáò ïäÞãçóå Ýôóé óôïí ßäéï áêñéâþò ôýðï, óôïí ïðïßï åß÷áìå êáôáëÞîåé êáé ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðåéñÜìáôïò. Áîßæåé íá õðåíèõìßóïìå åäþ üôé ïé íüìïé ôïõ Âoyle êáé ôïõ Charles ðñïÝêõøáí áðü êáèáñþò ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá. Áðëþò ðåñéãñÜöïõí, üóá åßíáé äõíáôüí íá ðñïêýøïõí áðü ðáñáôçñÞóåéò. Óôç óõíÝ÷åéá, áõôÜ, áöïý óõíäõáóèïýí êáé ìå ôçí õðüèåóç ôïõ Avogadro, äßíïõí ôï íüìï ôùí éäáíéêþí áåñßùí. ÔåëéêÜ, áöïý ôï ðñüôõðï ðïõ áðïäå÷èÞêáìå óõìöùíåß ôüóï ðïëý ìå ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá, èá ðñÝðåé íá ôï åîåôÜóïìå ìå ìåãáëýôåñç ðñïóï÷Þ. Èá ðñÝðåé, äçëáäÞ, íá áñ÷ßóïìå íá ðéóôåýïìå üôé ôá ìüñéá õðÜñ÷ïõí ðñÜãìáôé êáé üôé ôá áÝñéá áðïôåëïýíôáé áðü åëÜ÷éóôá óùìáôßäéá, ðïõ êéíïýíôáé ìå ìåãÜëç ôá÷ýôçôá, Ýóôù êáé áí äåí åßíáé äõíáôüí íá äéáêñßíïìå êáíÝíá áðü áõôÜ. Äåí åßìáóôå õðï÷ñåùìÝíïé íá ôá ðéóôÝøïìå üëá

Ðåñßëçøç. Ï üñïò Ê.Ó. óçìáßíåé óôáèåñÞ èåñìïêñáóßá 0°C êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. Ï íüìïò ôïõ Boyle (PV = C) éó÷ýåé ìüíï üôáí ç èåñìïêñáóßá

äåí ìåôáâÜëëåôáé. Ï Jacques Charles áíáêÜëõøå üôé üëá ôá áÝñéá äéáóôÝëëïíôáé êáôÜ ôï ßäéï ðïóïóôü ôïõ áñ÷éêïý ôïõò üãêïõ, áí áõîçèåß ç

144

èåñìïêñáóßá ôïõò êáôÜ ôçí ßäéá ðïóüôçôá. ÁõôÞ ç ó÷Ýóç ïíïìÜóèçêå íüìïò ôïõ Charles. To ìïñéáêü ðñüôõðï óõìöùíåß ìå ôçí åðßäñáóç ôçò èåñìïêñáóßáò ðÜíù óôéò éäéüôçôåò ôùí áåñßùí. Áí Ýíá áÝñéï, ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óå Ýíá êëåéóôü äï÷åßï, èåñìáíèåß, èá áðïññïöÞóåé åíÝñãåéá. Êáèþò ôá ìüñéá ôïõ áåñßïõ áðïêôïýí ìåãáëýôåñç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, êéíïýíôáé ôá÷ýôåñá. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá íá óõãêñïýïíôáé ìå ìåãáëýôåñç ôá÷ýôçôá êáé óõ÷íüôçôá ìå ôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ, åíôüò ôïõ ïðïßïõ âñßóêïíôáé, êáé Ýôóé íá äçìéïõñãåßôáé áýîçóç ôçò ðéÝóåùò. Áí áõôÜ ôá ìüñéá ðïõ êéíïýíôáé ìå ìåãÜëç ôá÷ýôçôá äåí åßíáé ðåñéïñéóìÝíá ìÝóá óå Ýíá äï÷åßï, ôüôå èá áðïìáêñõíèïýí êáé èá ðáñáôçñçèåß áýîçóç ôïõ üãêïõ. Áí Ýíá áÝñéï øõ÷èåß, áöáéñåßôáé êéíçôéêÞ åíÝñãåéá áðü ôá ìüñéÜ ôïõ, ìå áðïôÝëåóìá áõôÜ íá êéíïýíôáé âñáäýôåñá. Ãé' áõôü êáé áóêïýí ëéãüôåñç ðßåóç åðÜíù óôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ. ÕðÜñ÷åé êÜðïéá èåñìïêñáóßá, óôçí ïðïßá ï üãêïò åîéóþíåôáé ìå ôï ìçäÝí; Âåâáßùò ü÷é, ãéáôß ôá áÝñéá óõìðõêíþíïíôáé, ó÷çìáôßæïíôáò õãñÜ. ÈåùñçôéêÜ üìùò, áí ó÷åäéÜóïìå ôçí êáìðýëç ôçò ìåôáâïëÞò ôïõ üãêïõ ùò ðñïò ôç èåñìïêñáóßá, åßíáé äõíáôüí íá âñïýìå óå ðïéá èåñìïêñáóßá ï üãêïò ôïõò ìçäåíßæåôáé, õðü ôçí ðñïûðüèåóç üôé äåí ãßíåôáé óõìðýêíùóç. Ç èåñìïêñáóßá áõôÞ

åßíáé ðåñßðïõ -273°C êáé ïíïìÜæåôáé áðüëõôï ìçäÝí. Ôï áðüëõôï ìçäÝí ïñßæåôáé (ãéá ôá äéêÜ óáò ðñïâëÞìáôá) ùò åêåßíç ç èåñìïêñáóßá, óôçí ïðïßá ôá ìüñéá äåí Ý÷ïõí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Óôçí áðüëõôç êëßìáêá Þ êëßìáêá ôïõ ÊÝëâéí, ôï óçìåßï ðÞîåùò ôïõ íåñïý åßíáé 273 Ê, åíþ ôï óçìåßï æÝóåùò 373 Ê. Áðü áõôü åßíáé öáíåñü üôé ç ìïíÜäá óôçí áðüëõôç êëßìáêá (Þ ÊÝëâéí) Ý÷åé ôï ßäéï ìÝãåèïò ìå ôç ãíùóôÞ ìáò ìïíÜäá ôçò êëßìáêáò Êåëóßïõ. Ãéá íá ìåôáôñÝøïìå ìéá èåñìïêñáóßá áðü ôçí êëßìáêá Êåëóßïõ óôçí êëßìáêá ÊÝëâéí, ðñïóèÝôïìå ôïí áñéèìü 273 óôçí Ýíäåéîç ôçò êëßìáêáò Êåëóßïõ. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç èåñìïêñáóßá 22°C (êáíïíéêÞ èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ) éóïýôáé ìå 295 Ê (= 273 + 22).

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ôé åßíáé Ê.Ó.; 2. ÐåñéãñÜøôå ôïí íüìï ôïõ Charles. 3. ÐåñéãñÜøôå ôï åßäïò ôùí ðåéñáìÜôùí, ìå ôá ïðïßá áðïäåéêíýåôáé ï íüìïò ôïõ Charles. 4. ÅîçãÞóôå ìå âÜóç ôï ìïñéáêü ðñüôõðï, ðþò äéêáéïëïãïýíôáé ïé ìåôáâïëÝò ôçò ðéÝóåùò êáé ôïõ üãêïõ, üôáí ìåôáâÜëëåôáé ç èåñìïêñáóßá. 5. Ôé åßíáé ôï áðüëõôï ìçäÝí; Ðþò åêöñÜæåôáé áñéèìçôéêÜ; 6. ÌåôáôñÝøôå 50°C óôçí áíôßóôïé÷ç êëßìáêá

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ ÃñáììïìïñéáêÞ ìÜæá Þ ãñáììïìüñéï ïõóßáò åßíáé ç ìÜæá óå ãñáììÜñéá åíüò mole ìïñßùí ôçò ïõóßáò áõôÞò. ~Åôóé, ç ãñáììïìïñéáêÞ ìÜæá Þ ôï ãñáììïìüñéï ôïõ Ï2 åßíáé 32 g. ~Ïôáí äýï Þ ðåñéóóüôåñá áÝñéá ðïõ äåí áíôéäñïýí ìåôáîý ôïõò ôïðïèåôçèïýí óôï ßäéï äï÷åßï, ôï êáèÝíá åîáóêåß ôçí ßäéá ðßåóç ìå áõôÞí ðïõ èá åîáóêïýóå, áí äåí õðÞñ÷áí ôá Üëëá áÝñéá. ~Åôóé ç óõíïëéêÞ ðßåóç éóïýôáé ìå ôï Üèñïéóìá ôùí äéáöüñùí ìåñéêþí ðéÝóåùí. Ïé ìåôáâïëÝò ôçò èåñìïêñáóßáò åðçñåÜæïõí ôéò ðéÝóåéò êáé ôïõò üãêïõò ôùí áåñßùí. Ï íüìïò ôïõ Charles ïñßæåé üôé üëá ôá áÝñéá äéáóôÝëëïíôáé êáôÜ ôï ßäéï êëÜóìá ôïõ áñ÷éêïý ôïõò üãêïõ, áí ìåôáâëçèåß ç èåñìïêñáóßá ôïõò êáôÜ ôï ßäéï ðïóü. Áí Ýíá áÝñéï èåñìáíèåß ìÝóá óå Ýíá êëåéóôü äï÷åßï Ýôóé, þóôå íá åìðïäßæåôáé ç áýîçóç ôïõ üãêïõ ôïõ, ôüôå èá áõîçèåß ç ðßåóÞ

ôïõ. Ç èåñìïìåôñéêÞ êëßìáêá ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôç ìÝôñçóç ôùí ìåôáâïëþí ôçò èåñìïêñáóßáò óôá áÝñéá, ïíïìÜæåôáé áðüëõôç Þ êëßìáêá ÊÝëâéí. Âáóßæåôáé óå ìéá èåùñçôéêÞ ðñïÝêôáóç ôçò ãñáöéêÞò ðáñáóôÜóåùò ôïõ äéáãñÜììáôïò üãêïõèåñìïêñáóßáò, üðïõ ç èåñìïêñáóßá ìåéþíåôáé ìÝ÷ñé ôï óçìåßï åêåßíï, üðïõ ï üãêïò ôïõ áåñßïõ ãßíåôáé ìçäÝí. Ôï óçìåßï áõôü åßíáé -273°C. Óôçí êëßìáêá ÊÝëâéí ÷ñçóéìïðïéåßôáé áõôü ôï óçìåßï ùò áðüëõôï ìçäÝí åíþ ùò ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ÷ñçóéìïðïéåßôáé ôï ßäéï ìÝãåèïò ìå ôçí êëßìáêá Êåëóßïõ. Ìå âÜóç ôçí áðüëõôç êëßìáêá, ôï óçìåßï ðÞîåùò ôïõ ýäáôïò (0°C) åßíáé 273 Ê, åíþ ôï óçìåßï âñáóìïý (100°C) åßíáé 373 Ê. Ãéá íá ìåôáôñáðïýí åíäåßîåéò ôçò êëßìáêáò Êåëóßïõ óå ÊÝëâéí, ðñïóèÝôïìå ôïí áñéèìü 273 óôéò åíäåßîåéò Êåëóßïõ.

145

Ïé ôñåéò ÷ùñéóôïß íüìïé, Íüìïò ôïõ Boyle, Íüìïò ôïõ Charles êáé õðüèåóç ôïõ Ávogadro,

åêöñÜæïíôáé ìå ôçí åîßóùóç PV = RnT, ãíùóôÞ ùò íüìïò ôùí éäáíéêþí áåñßùí. Ç R åßíáé ìéá

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ðüóá ìüñéá õðÜñ÷ïõí óå 22,4 ëßôñá åíüò áåñßïõ, óôïõò 0°C êáé ðüóá óå 11,2 ëßôñá; 2. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôç èåñìïêñáóßá êáé ôïí áñéèìü ôùí ìïñßùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôïí üãêï åíüò mole åíüò áåñßïõ; 3. Ãéáôß áõîÜíåôáé ç ðßåóç ìÝóá óå Ýíá ëÜóôé÷ï áõôïêéíÞôïõ êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò èåñìÞò çìÝñáò; Íá ôï åîçãÞóåôå ìå ôç âïÞèåéá ôçò êéíçôéêÞò èåùñßáò. 4. Ãéáôß åßíáé ðñïôéìüôåñï, üôáí áó÷ïëïýìáóèå ìå áÝñéá, íá åêöñÜæïìå üëåò ôéò èåñìïêñáóßåò óå ÊÝëâéí; 5. Ðïéá ó÷Ýóç ìåãÝèïõò õðÜñ÷åé áíÜìåóá óå Ýíá âáèìü ÊÝëâéí êáé Ýíá âáèìü Êåëóßïõ; Ðïéá åßíáé ç ó÷Ýóç ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óå ìéá èåñìïêñáóßá åêöñáóìÝíç óå ÊÝëâéí êáé óå ìéá èåñìïêñáóßá åêöñáóìÝíç óå âáèìïýò Êåëóßïõ; 6. Öáíôáóèåßôå äýï êëåéóôÜ äï÷åßá ôïõ éäßïõ üãêïõ, ôï Ýíá ãåìÜôï ìå áÝñéï õäñïãüíï êáé ôï Üëëï ìå áÝñéï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá. Êáé ôá äýï áÝñéá âñßóêïíôáé óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. Áí áõîçèåß ç èåñìïêñáóßá ôïõ õäñïãüíïõ, ðþò èá ìåôáâëçèïýí ôá äýï áÝñéá ùò ðñïò: (á) Ôçí ðßåóç. (â) Ôïí üãêï. (ã) Ôïí áñéèìü ôùí moles. (ä) Ôç ìÝóç ìïñéáêÞ êéíçôéêÞ åíÝñãåéá; 7. Äýï üìïéïé êýëéíäñïé åßíáé åöïäéáóìÝíïé ìå êéíïýìåíá Ýìâïëá (ðéóôüíéá), þóôå íá åðéôñÝðåôáé ç ìåôáâïëÞ ôùí üãêùí ôïõò. Ï Ýíáò êýëéíäñïò ðåñéÝ÷åé êÜðïéá ðïóüôçôá áåñßïõ áæþôïõ êáé ï Üëëïò ßäéï üãêï áåñßïõ ïîõãüíïõ. Êáé ôá äýï áÝñéá âñßóêïíôáé óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç. (á) Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôïõò áñéèìïýò ôùí moles ôùí äýï áåñßùí; (â) Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôïõò áñéèìïýò ôùí ìïñßùí ôïõò; (ã) Áí ç ìÜæá ôïõ áæþôïõ åßíáé 7,00 g, ðïéá èá åßíáé ç ìÜæá ôïõ ïîõãüíïõ; (ä) Áí ìåéùèåß ç èåñìïêñáóßá ôïõ ïîõãüíïõ, ôüôå ðþò èá ìåôáâëçèåß ç ó÷Ýóç ôùí äýï áåñßùí üóïí áöïñÜ óôçí ðßåóç, óôïí

üãêï, óôïí áñéèìü ôùí moles êáé óôç ìÝóç ìïñéáêÞ êéíçôéêÞ ôïõò åíÝñãåéá; 8. Ðéï êÜôù áíáöÝñïíôáé ôá óçìåßá ðÞîåùò êáé æÝóåùò ìåñéêþí õãñþí, óå âáèìïýò Êåëóßïõ. ÅêöñÜóôå áõôÝò ôéò èåñìïêñáóßåò ìå ôç âïÞèåéá ôçò êëßìáêáò áðïëýôùí èåñìïêñáóéþí (ÊÝëâéí). Õãñü õäñïãüíï:óçìåßï æÝóåùò óçìåßï ðÞîåùò Yãñü ïîõãüíï: óçìåßï æÝóåùò óçìåßï ðÞîåùò Yãñü Þëéï: óçìåßï æÝóåùò Õãñü Üæùôï: óçìåßï ðÞîåùò

= -253°C = -259°C = -183°C = -218°C = -269°C = -210°C

9. ÐáñáêÜôù áíáöÝñïíôáé ôá óçìåßá æÝóåùò êáé ðÞîåùò ïñéóìÝíùí õãñþí óå ÊÝëâéí. Íá ôá åêöñÜóåôå ìå ôç âïÞèåéá ôçò êëßìáêáò Êåëóßïõ. Õãñü íÝïí:

óçìåßï æÝóåùò óçìåßï ðÞîåùò Yãñü ÷ëþñéï: óçìåßï æÝóåùò óçìåßï ðÞîåùò Õãñü áêåôõëÝíéï: óçìåßï æÝóåùò óçìåßï ðÞîåùò

= 27 Ê = 24 Ê = 238 Ê = 166 K = 201 Ê = 192 Ê

10. ~Åíá ìéêñü ãõÜëéíï öéáëßäéï Ý÷åé ìÜæá 108,11 ãñáììÜñéá, üôáí áðïìáêñõíèåß üëïò ï áÝñáò ðïõ ðåñéÝ÷åé. Áí óôç óõíÝ÷åéá ôï ãåìßóïìå ìå áÝñéï ïîõãüíï, óå áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, áðïêôÜ ìÜæá 109,56 ãñáììÜñéá. Áí ôï ãåìßóïìå åíþ âñßóêåôáé ðÜëé óå áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ ìå Ýíá áÝñéï äåßãìá, ðïõ óõëëÝãåôáé ðÜíù áðü ôïí êñáôÞñá åíüò çöáéóôåßïõ, Ý÷åé ìÜæá 111,01 ãñáììÜñéá. Ðïéá áðü ôéò ðáñáêÜôù ðéèáíÝò áðáíôÞóåéò óõìöùíåß ìå ôá äåäïìÝíá; Ôï áÝñéï ôïõ çöáéóôåßïõ åßíáé êáèáñü áÝñéï: CO2 Þ OCS Þ Si2H6 Þ SO2 Þ NF3 Þ SO3 Þ S8. Tï áÝñéï ôïõ çöáéóôåßïõ åßíáé ìßãìá áðü: ßóá ðïóÜ CO2 êáé Kà (äçëáäÞ 50-50). (Ìðïñåßôå íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôïí ðßíáêá áôïìéêþí ìáæþí, ðïõ õðÜñ÷åé óôï ÐáñÜñôçìá 3).

11. Áí ãåìßóïìå ôï ãõÜëéíï öéáëßäéï ôçò

146

åñùôÞóåùò 10 ìå áÝñéï Üæùôï, óå óôáèåñÝò óõíèÞêåò, èá Ý÷åé ìÜæá 109,93 ãñáììÜñéá. Áí ôï ãåìßóïìå ìå Ýíá áðü ôá áÝñéá ðïõ áíáöÝñïíôáé ðéï êÜôù, óå Ê.Ó., ç ìÜæá ôïõ ãßíåôáé 109,15 ãñáììÜñéá. Ðïéïò íïìßæåôå üôé åßíáé ï ìïñéáêüò ôýðïò ôïõ áãíþóôïõ áåñßïõ; HCl, CH4, NH3, Cl2, C2H2, CO, SO2, CO2 12. Ðïéá åßíáé ç ìÜæá åíüò mole áåñßïõ, áí ãíùñßæåôå üôé óå èåñìïêñáóßá 0°C êáé ðßåóç ìßáò áôìüóöáéñáò 1,00 ëßôñï áõôïý Ý÷åé ìÜæá 2,00 ãñáììÜñéá; 13. ~Åíá äåßãìá áåñßïõ Ý÷åé ìÜæá 2,5 g êáé üãêï 500 ml, óå Ê.Ó.; Ðïéá åßíáé ç ìÜæá åíüò mole áõôïý ôïõ áåñßïõ; 14. Áí èåñìáíèïýí óôïõò 20°C 100 ml åíüò áåñßïõ ðïõ âñßóêïíôáé óôïõò 10°C (ìå ôçí ðñïûðüèåóç üôé ç ðßåóç êáé ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ðáñáìÝíïõí óôáèåñÜ), ìå ðïéïí áðü ôïõò ðáñáêÜôù áñéèìïýò èá óõìðÝóåé ï íÝïò üãêïò ôïõ áåñßïõ; (á) 50 ml, (â) 1000 ml, (ã) 100 ml, (ä) 375 ml, (å) 103 ml. 15. Áí ï üãêïò åíüò áåñßïõ ðïõ áóêåß ðßåóç 800 Torr, ìåôáâÜëëåôáé áðü 50 ml óå 250 ml (ç èåñìïêñáóßá êáé ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ðáñáìÝíïõí óôáèåñÜ), ìå ðïéïí áðü ôïõò ðáñáêÜôù áñéèìïýò èá óõìðÝóåé ç ôåëéêÞ ôïõ ðßåóç; (á) 50 Ôorr, (â) 4000 Ôorr, (ã) 16 Ôïrr, (ä) 160 Ôorr, (å) 250 Torr. 16. ~Eíáò ðõñïóâåóôÞñáò äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá, üãêïõ ôñéþí ëßôñùí, ðåñéÝ÷åé 4,55 kg CO2. Ðïéïò üãêïò áåñßïõ èá åëåõèåñùèåß áðü áõôüí ôïí ðõñïóâåóôÞñá óå êáíïíéêÝò óõíèÞêåò; 17. Áí ðñüêåéôáé íá åëåõèåñùèïýí 10.000 ëßôñá áåñßïõ CO2 áðü Ýíáí ðõñïóâåóôÞñá äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá üãêïõ 10 ëßôñùí, ðüóá kg CO2 ðñÝðåé íá ðåñéÝ÷åé; 18. ÐåðéåóìÝíï áÝñéï ïîõãüíï ðùëåßôáé óõíÞèùò ìÝóá óå ÷áëýâäéíïõò êõëßíäñïõò, ðïõ Ý÷ïõí ðßåóç 130 atm êáé üãêï 40 ëßôñá. (á) Ðüóá moles ïîõãüíïõ ðåñéÝ÷åé Ýíáò ãåìÜôïò ôÝôïéïò êýëéíäñïò, áí ìåôñçèåß ç ðßåóç óå 0°C; (â) Ðüóá ÷éëéüãñáììá ïîõãüíïõ õðÜñ÷ïõí óôïí êýëéíäñï; 19. Ðüóá moles áåñßïõ áæþôïõ ðåñéÝ÷ïíôáé ìÝóá óå Ýíáí êýëéíäñï ôùí 25 ëßôñùí, óå èåñìïêñáóßá 25°C êáé ðßåóç 200 atm; Ðüóá ÷éëéüãñáììá áæþôïõ õðÜñ÷ïõí ìÝóá óôïí êýëéíäñï; 20. 1,5 ëßôñï äåßãìáôïò îçñïý áÝñá âñßóêåôáé

ìÝóá óå Ýíá êýëéíäñï õðü ðßåóç 3,00 atm êáé èåñìïêñáóßá 25°C. ~Eíá Ýìâïëï ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óôïí êýëéíäñï õðï÷ùñåß áõîÜíïíôáò ôïí üãêï ôïõ êõëßíäñïõ êáé ìåéþíåé ôçí ðßåóç óå 1,00 atm, ÷ùñßò íá ìåôáâëçèåß ç èåñìïêñáóßá. Ðïéïò åßíáé ôþñá ï üãêïò ôïõ áÝñá; 21. Tï ëÜóôé÷ï åíüò áõôïêéíÞôïõ ìåôÜ áðü ìéá ìáêñéÜ äéáäñïìÞ êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò æåóôÞò çìÝñáò, äåß÷íåé ìéá áðüëõôç ðßåóç áÝñá ßóç ìå 2,72 atm (Þ 40 lbs/in2) êáé èåñìïêñáóßá 30°C. ÌåôÜ áðü ìåñéêÝò çìÝñåò ç èåñìïêñáóßá ôïõ ãßíåôáé 5°C. Áí õðïèÝóïìå üôé ï üãêïò ôïõ ëÜóôé÷ïõ êáé ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ôïõ áÝñá ðïõ õðÜñ÷åé ìÝóá óå áõôü, äåí áëëÜæïõí, íá ðñïóäéïñßóåôå ôçí ðßåóç ôïõ áÝñá ìÝóá óôï ëÜóôé÷ï üôáí ç èåñìïêñáóßá ôïõ åßíáé 5°C. 22. Ç ðõêíüôçôá ôïõ õãñïý äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ åßíáé 0,80 g/ml. Ôé ðåñéåêôéêüôçôá ðñÝðåé íá Ý÷åé Ýíá äï÷åßï õãñïý CO2, þóôå íá öïõóêþóåé Ýíá óùóßâéï ÷ùñçôéêüôçôáò 4,0 ëßôñùí óå Ê.Ó.; 23. H ðõêíüôçôá ôïõ õãñïý äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá åßíáé 0,80 g/ml, óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. Ôé üãêï ðñÝðåé íá Ý÷åé ìéá ëáóôé÷Ýíéá âÜñêá þóôå íá ìðïñïýìå íá ôç öïõóêþóïìå ìå Ýíá åéäéêü äï÷åßï ìåôáöïñÜò õãñïý CO2 ðïõ ðåñéÝ÷åé 25 ml; Íá ëÜâåôå õðüøç óáò üôé ç ðßåóç åßíáé 1 atm êáé ç èåñìïêñáóßá 25°C. 24. ~Åíáò óðïõäáóôÞò óõëëÝãåé ìéá ðïóüôçôá õäñïãüíïõ ðÜíù áðü íåñü êáé ðñïóäéïñßæåé üôé óõíõðÜñ÷ïõí 2,00 x 10-3 ãñáììïìüñéá õäñïãüíïõ êáé 6,0 x 10-5 C ãñáììïìüñéá õäñáôìþí. Áí ç óõíïëéêÞ ðßåóç ìÝóá óôï óùëÞíá, üðïõ Ýãéíå ç óõëëïãÞ, åßíáé 760 Torr, ðïéá èá åßíáé ç ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ êáèåíüò áåñßïõ; 25. Áò õðïèÝóïìå üôé óõëëÝãåôáé áÝñéï Í2 ðÜíù áðü íåñü êáé üôé ìÝóá óôï óùëÞíá üðïõ ãßíåôáé ç óõëëïãÞ âñÝèçêáí íá óõíõðÜñ÷ïõí 4 x 10-3 ãñáììïìüñéá áåñßïõ Í2 êáé 8 x 10–5 ãñáììïìüñéá õäñáôìþí. Áí ôï áÝñéï Üæùôï áóêåß ìéá ðßåóç 800 Torr, ôüôå ðïéá èá åßíáé ç óõíïëéêÞ ðßåóç ðïõ èá áóêåßôáé ìÝóá óôï óùëÞíá óõëëïãÞò; 26. ~Åíá êåñß êáßãåôáé êÜôù áðü Ýíá ðïôÞñé, ìÝ÷ñé íá óâÞóåé. ~Åíá äåßãìá ôïõ áåñßïõ ìßãìáôïò ðïõ õðÜñ÷åé ìÝóá óôï ðïôÞñé ðåñéÝ÷åé 6,08 x 10-20 ìüñéá áæþôïõ, êáé 0,76 x

147

1020 ìüñéá äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá. Ç óõíïëéêÞ ðßåóç åßíáé 764 Torr. Ðïéá èá åßíáé ç ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ êáèåíüò áåñßïõ; 27. ~Åíá ìßãìá áåñßùí ðåñéÝ÷åé 4,04 x 1012 ìüñéá áæþôïõ, 0,98 x 1012 ìüñéá ïîõãüíïõ êáé 0,40 x 1012 ìüñéá äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá. Íá ðñïóäéïñßóåôå ôï ìÝãåèïò ôçò ðéÝóåùò ðïõ áóêåß ôï êÜèå áÝñéï ÷ùñéóôÜ, áí ç óõíïëéêÞ ðßåóç ôïõ ìßãìáôïò åßíáé 840 Torr. 28. Äåßãìá áæþôïõ óõëëÝãåôáé ðÜíù áðü íåñü óôïõò 18,5°C. Ç ôÜóç áôìþí ôïõ íåñïý åßíáé 16 Torr óôïõò 18,5°C. Ðïéá èá åßíáé ç ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ áæþôïõ, üôáí ç ðßåóç ôïõ äåßãìáôïò åîéóùèåß ìå ôçí áôìïóöáéñéêÞ, 765 Ôïrr; Ðïéá èá åßíáé ç ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ áæþôïõ, áí ìåéùèåß ï üãêïò êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ 740/760; 29. ~Åíá äåßãìá õäñïãüíïõ ðïõ óõëëÝãåôáé ðÜíù áðü íåñü óôïõò 25°C êáé óå ðßåóç 760 Torr, êáôáëáìâÜíåé 100 ml. Ðïéïò èá Þôáí ï üãêïò ðïõ èá êáôåëÜìâáíå ôï áÝñéï, áí Þôáí îçñü, óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç; (Ç ôÜóç Þ ðßåóç áôìþí ôïõ íåñïý óôïõò 25°C åßíáé 23,8 Ôorr.) 30. ~Åíáò êýëéíäñïò ðåñéÝ÷åé ôáõôü÷ñïíá áÝñéï Üæùôï êáé ìéá ìéêñÞ ðïóüôçôá íåñïý óå õãñÞ êáôÜóôáóç êáé óå èåñìïêñáóßá 25°C (ç ôÜóç áôìþí ôïõ íåñïý óôïõò 25°C åßíáé 23,8 Torr). Ç óõíïëéêÞ ðßåóç åßíáé 600 Torr. ~Åíá Ýìâïëï,

ðïõ âñßóêåôáé ðñïóáñìïóìÝíï ìÝóá óôïí êýëéíäñï ðéÝæåôáé, ìÝ÷ñé íá õðïäéðëáóéáóèåß ï üãêïò ôïõ. Ðïéá èá åßíáé ç ôåëéêÞ óõíïëéêÞ ðßåóç, áí ç èåñìïêñáóßá äéáôçñçèåß óôïõò 25°C; 31. ~Åíáò êýëéíäñïò Ý÷åé åöïäéáóèåß ìå Ýíá Ýìâïëï, þóôå ï üãêïò ôïõ íá Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ìåôáâÜëëåôáé. ÌÝóá óôïí êýëéíäñï äéáâéâÜæïìå Ýíá äåßãìá áåñßïõ ìáæß ìå ìéá ìéêñÞ ðïóüôçôá íåñïý óå õãñÞ êáôÜóôáóç êáé óå èåñìïêñáóßá 20°C (ç ôÜóç áôìþí ôïõ íåñïý óôïõò 20°C åßíáé 17,5 Ôïrr). H óõíïëéêÞ ðßåóç åßíáé 400 Torr. Ôï Ýìâïëï êéíåßôáé êáé ìåôáâÜëëåé ôïí üãêï áðü 2 ëßôñá óå 5. Ðïéá åßíáé ç ôåëéêÞ óõíïëéêÞ ðßåóç óôïõò 20°C; 32. Aò õðïèÝóïìå üôé ï óùëÞíáò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå óôï ðåßñáìá åêåßíï, êáôÜ ôï ïðïßï óõãêåíôñþèçêáí ôá äåäïìÝíá ôïõ ðßíáêá 6.2, ôïðïèåôåßôáé ðÜíù óå Ýíá êïììÜôé îçñïý ðÜãïõ (óôåñåïý CO2), èåñìïêñáóßáò -78°C. Ðïéïò ðñÝðåé íá åßíáé ï ó÷åôéêüò üãêïò ôïõ áåñßïõ; Óå ðïéá èåñìïêñáóßá ôçò áðüëõôçò êëßìáêáò áíôéóôïé÷åß áõôÞ ç èåñìïêñáóßá; 33. Áò õðïôåèåß üôé äéåîÜãåôáé Ýíá ðåßñáìá, üìïéï ìå áõôü ðïõ ðåñéãñÜöåé ôï ó÷Þìá 6-2, ìå ôç ìüíç äéáöïñÜ üôé ç ðßåóç ôïõ Ï2 åßíáé 20

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÅÂÄÏÌÏ

Óôïé÷åßá, ÷çìéêÝò åíþóåéò êáé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò

Ç äéÜôáîç ôùí áôüìùí óå ìéá ëåðôÞ ôïìÞ ôïõ ìåôÜëëïõ éñéäßïõ, óôïõò 21 Ê. Ôçí åéêüíá áõôÞ ìáò Ýäùóå Ýíá ìéêñïóêüðéï ðåäßïõ éüíôùí, Ýíá üñãáíï ìå ôï ïðïßï åßíáé äõíáôüí íá áðïäåßîïìå ôçí ýðáñîç ôùí äéáöüñùí áôüìùí.

149

Óôá ðñïçãïýìåíá êåöÜëáéá äéäá÷ôÞêáôå ðþò äéêáéïëïãïýíôáé ïé âáóéêÝò éäéüôçôåò ôùí áåñßùí ìå ôç âïÞèåéá åíüò ðñïôýðïõ. Óýìöùíá ìå áõôü ôï ðñüôõðï, Ýíá áÝñéï áðïôåëåßôáé áðü ôåñÜóôéï áñéèìü ìéêñïóêïðéêþí óùìáôéäßùí, ôá ïðïßá ïíïìÜæïíôáé ìüñéá. Ôï ðñüôõðï áõôü áðïäåß÷èçêå ôüóï ÷ñÞóéìï êáé õðÞñîáí ôüóåò åíäåßîåéò ãéá ôçí ðñáãìáôéêÞ ýðáñîç ôùí ìïñßùí, þóôå ïé ÷çìéêïß ó÷åäüí ðåßóèçêáí üôé ôá ìüñéá õðÜñ÷ïõí óôçí ðñáãìáôéêüôçôá. Óôï êåöÜëáéï ðïõ áêïëïõèåß èá ìÜèåôå áêüìá ðåñéóóüôåñá ãéá ôá ìüñéá. Åðßóçò, èá äéäá÷èåßôå ðþò

åßíáé äõíáôüí íá ôá äéáóðÜóïõí ïé ÷çìéêïß ðñïêåéìÝíïõ íá âñïõí áðü ðïéá Üôïìá áðïôåëïýíôáé Þ áêüìç ðþò äçìéïõñãïýíôáé ôá ìüñéá. Èá åíçìåñùèåßôå äå ãéá ôá äéÜöïñá åßäç áôüìùí ðïõ áðáíôþíôáé óôç öýóç. Áí êáé ëéãüôåñá áðü åêáôü, áõôÜ ôá äéáöïñåôéêÜ åßäç áôüìùí åíþíïíôáé ìå äéÜöïñïõò ôñüðïõò, ãéá íá äçìéïõñãÞóïõí ôá åêáôïììýñéá ôùí äéáöïñåôéêþí ïõóéþí ôïõ óýìðáíôïò.

Óôïé÷åéþäç óùìáôßäéá ôçò ýëçò 7.1 ~Áôïìá êáé ìüñéá óå õãñÜ êáé óôåñåÜ. Ôï óùìáôéäéáêü ðñüôõðï ôùí áåñßùí áíáðôý÷èçêå áíáëõôéêÜ óôá ðñïçãïýìåíá êåöÜëáéá. Áðïäåß÷èçêå üôé ðïëëÝò áðü ôéò éäéüôçôåò ôùí áåñßùí ìðïñïýí íá ãßíïõí êáôáíïçôÝò áëëÜ êáé íá óõó÷åôéóèïýí, áí èåùñÞóïìå üôé êÜèå áÝñéï áðïôåëåßôáé áðü ôá÷Ýùò êéíïýìåíá óùìáôßäéá, ðïõ ïíïìÜæïíôáé ìüñéá (Þ ãéá ìåñéêÜ áÝñéá, Üôïìá). ~Ïëá ôá áÝñéá üìùò ìðïñïýí íá óõìðõêíùèïýí ðñïò õãñÜ, áëëÜ êáé üëá ôá õãñÜ øõ÷üìåíá íá ìåôáôñáðïýí óå óôåñåÜ. Åðßóçò, ó÷åäüí üëåò ïé ïõóßåò ðïõ êáíïíéêÜ áðáíôïýí ùò õãñÜ Þ óôåñåÜ, ìðïñïýí íá ìåôáôñáðïýí óå áÝñéá, áí áõîçèåß áñêåôÜ ç èåñìïêñáóßá ôïõò. ÐïëëÝò öïñÝò äåí åßíáé äõíáôüí íá äçìéïõñãÞóïìå áñêåôÜ õøçëÝò ðéÝóåéò áåñßùí ÷ùñßò íá áíõøùèïýí ïé èåñìïêñáóßåò óå åðßðåäï ðïõ ìðïñïýí íá ðñïêáëÝóïõí äéÜóðáóç ôùí ìïñßùí. ÏðùóäÞðïôå üìùò ç ïõóßá ìåôáôñÝðåôáé, Ýóôù óå ìéêñü âáèìü Þ åëÜ÷éóôá óå ìïñöÞ áåñßïõ Þ áôìïý. ÃåíéêÜ, ïé ïõóßåò Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá ìåôáðßðôïõí áðü ôçí áÝñéá öÜóç óå Üëëåò óõìðõêíùìÝíåò öÜóåéò (äçëáäÞ ôçí õãñÞ êáé ôç óôåñåÜ) êáé áíôßóôñïöá, áðü ôéò óõìðõêíùìÝíåò óôçí áÝñéá öÜóç. Ôï ãåãïíüò áõôü ãßíåôáé åõêïëüôåñá êáôáíïçôü, áí äå÷èïýìå üôé ôá ßäéá ìüñéá õðÜñ÷ïõí óå üëåò ôéò öÜóåéò. Ôá áÝñéá óõìðõêíþíïíôáé óå ÷áìçëÝò èåñìïêñáóßåò, ãéáôß ïé äõíÜìåéò Ýëîåùò áíÜìåóá óôá ìüñéá åßíáé ðïëý ìéêñÝò. Êáèþò ÷áìçëþíåé ç èåñìïêñáóßá, ôá ìüñéá êéíïýíôáé üëï êáé ðéï

áñãÜ, ìÝ÷ñé ôï óçìåßï ðïõ ç ôá÷ýôçôÜ ôïõò (Þ ç êéíçôéêÞ ôïõò åíÝñãåéá) íá ìçí Ý÷åé ðéá ôç äõíáôüôçôá íá õðåñíéêÞóåé ôéò äõíÜìåéò ðïõ ôåßíïõí íá ôá öÝñïõí êïíôÜ. Ôüôå ôá ìüñéá óôïéâÜæïíôáé üëá ìáæß óå Ýíá óùñü. Ç öýóç ôùí åëêôéêþí äõíÜìåùí áíÜìåóá óôá ìüñéá, ï ôñüðïò ðïõ åßíáé äéáôåôáãìÝíá óôéò óõìðõêíùìÝíåò öÜóåéò, üðùò êáé ìåñéêÜ Üëëá ó÷åôéêÜ èÝìáôá, èá ìåëåôçèïýí ìå ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò ðáñáêÜôù. Ï ëüãïò áõôÞò ôçò óýíôïìçò áíáöïñÜò åßíáé íá åðéóçìÜíïìå áðëþò üôé ôá õãñÜ êáé ôá óôåñåÜ, üðùò åðßóçò êáé ôá áÝñéá, áðïôåëïýíôáé áðü Üôïìá êáé ìüñéá. Ç ìüíç äéáöïñÜ åßíáé üôé óôéò óõìðõêíùìÝíåò öÜóåéò ôá ìüñéá âñßóêïíôáé ðïëý ðéï êïíôÜ ìåôáîý ôïõò êáé äéáèÝôïõí ðïëý ìéêñüôåñç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Åîáêïëïõèïýí íá êéíïýíôáé, üðùò öáßíåôáé óôá ó÷Þìáôá 7-1 êáé 7-2, áëëÜ ü÷é ôüóï ìáêñéÜ êáé ôüóï åëåýèåñá üðùò óôá áÝñéá.

7.2 Ôá áÝñéá ìðïñïýí íá õãñïðïéçèïýí. Óå ðñïçãïýìåíï êåöÜëáéï áíáöÝñèçêå ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï ðñïÝêõøå ï íüìïò ôùí áåñßùí, PV = nRT, áðü óõíäõáóìü ôùí áðëïõóôÝñùí åìðåéñéêþí íüìùí ôùí Boyle, Charles êáé Avogadro. Ï íüìïò áõôüò åßíáé äõíáôüí íá ðñïÝëèåé êáé áðü ìáèçìáôéêïýò õðïëïãéóìïýò, áí èåùñçèåß üôé ôá ìüñéá ôïõ áåñßïõ åßíáé óùìáôßäéá ìå (ó÷åäüí áìåëçôÝï) ìéêñü üãêï, ðïõ ìðïñåß íá ðáñáëåéöèïýí êáé óôåñïýíôáé ïðïéáóäÞðïôå åëêôéêÞò Þ áðùèçôéêÞò äõíÜìåùò áíÜìåóÜ ôïõò.

150

Óýìöùíá ìå áõôüí ôï íüìï ôùí áåñßùí, áí ãßíåé ç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç ôçò ìåôáâïëÞò ôïõ ãéíïìÝíïõ PV, óå óõíÜñôçóç ìå ôçí áýîçóç ôçò ðéÝóåùò ãéá äåäïìÝíç óôáèåñÞ ìÜæá áåñßïõ óå óôáèåñÞ èåñìïêñáóßá, èá ðñïêýøåé ìéá ïñéæüíôéá ãñáììÞ. Ó÷åäüí üëá ôá ðñáãìáôéêÜ

Ó×ÇÌÁ 7-1. Ôá ìüñéá óôç óôåñåÜ öÜóç êéíïýíôáé ìüíï ãýñù áðü áõóôçñÜ êáèïñéóìÝíåò èÝóåéò. Ôï ó÷åäéÜãñáììá áõôü, ðïõ Ý÷åé äçìéïõñãçèåß áðü çëåêôñïíéêü õðïëïãéóôÞ äåß÷íåé ôçí ôñï÷éÜ ðïõ áêïëïõèïýí ôá ìüñéá êáôÜ ôçí êßíçóÞ ôïõò óôç óôåñåÜ öÜóç. Ç êÜèå óõóôÜäá ðáñéóôÜíåé ôçí êßíçóç äýï ìïñßùí, ôï Ýíá ðßóù áðü ôï Üëëï.

Ó×ÇÌÁ 7-2. Ôá ìüñéá êáôÜ ôçí êßíçóÞ ôïõò óôçí õãñÞ öÜóç äéáèÝôïõí ìåãáëýôåñç åëåõèåñßá áðü üôé óôç óôåñåÜ áí êáé ï óõíïëéêüò áñéèìüò ôùí ìïñßùí áíÜ ìïíÜäá üãêïõ äåí äéáöÝñåé êáé ðïëý. Áîßæåé íá óõãêñßíåôå ôéò ôñï÷éÝò áõôþí ôùí ìïñßùí ôçò õãñÞò öÜóåùò ìå åêåßíá ôçò óôåñåÜò.

áÝñéá óõìðåñéöÝñïíôáé êáôÜ ôïí ßäéï áêñéâþò ôñüðï üóï ç ðßåóç åßíáé ìåñéêÝò áôìüóöáéñåò. ÐÜíù, üìùò, áðü ðßåóç 10 ðåñßðïõ áôìïóöáéñþí, ôá ðåñéóóüôåñá áÝñéá áñ÷ßæïõí íá åìöáíßæïõí êÜðïéá áðüêëéóç áðü áõôÞí ôç óõìðåñéöïñÜ. Ïé áðïêëßóåéò ãßíïíôáé åíôïíüôåñåò üóï ÷áìçëüôåñç åßíáé ç èåñìïêñáóßá êáé õøçëüôåñç ç ðßåóç. ~Åíá áÝñéï ôï ïðïßï áêïëïõèåß áõóôçñÜ ôï íüìï PV = nRT óå üëåò ôéò èåñìïêñáóßåò êáé ôéò ðéÝóåéò, ïíïìÜæåôáé éäáíéêü áÝñéï. Ãé' áõôü êáé ï ßäéïò ï íüìïò ëÝãåôáé íüìïò ôùí éäáíéêþí áåñßùí. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, äåí õðÜñ÷åé éäáíéêü áÝñéï, áí êáé ôá ðåñéóóüôåñá áðü ôá êïéíÜ áÝñéá üðùò ôï ïîõãüíï êáé ôï Üæùôï, óõìðåñéöÝñïíôáé ðñáêôéêþò êáôÜ éäáíéêü ôñüðï, óå óõíÞèåéò èåñìïêñáóßåò êáé ðéÝóåéò. ~Ïëá ôá ðñáãìáôéêÜ áÝñéá áðÝ÷ïõí, ùò ðñïò ôç óõìðåñéöïñÜ ôïõò, Üëëá ðåñéóóüôåñï êáé Üëëá ëéãüôåñï áðü ôá éäáíéêÜ. ÄçëáäÞ äåí áêïëïõèïýí ðéóôÜ ôç óõìðåñéöïñÜ ðïõ õðáãïñåýåôáé áðü ôï íüìï ôùí éäáíéêþí áåñßùí. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ôï Üæùôï (Í2), ôï åßäïò ôùí áðïêëßóåùí ðïõ åìöáíßæïíôáé óôï äéÜãñáììá ôïõ ó÷Þìáôïò 7-3 åßíáé ôõðéêü. Áîßæåé íá óçìåéùèåß åäþ üôé ç áðüêëéóç åßíáé ðéï Ýíôïíç óôéò ÷áìçëÝò èåñìïêñáóßåò. Ôï ãåíéêü ó÷Þìá üìùò ôùí êáìðýëùí ãñáììþí åßíáé üìïéï êáé óôéò äýï èåñìïêñáóßåò. Óå êÜèå èåñìïêñáóßá ôï ãéíüìåíï PV áñ÷éêÜ ðÝöôåé êÜôù áðü ôçí ôéìÞ ðïõ ïñßæåé ï íüìïò ôùí éäáíéêþí áåñßùí. Óå åîáéñåôéêÜ õøçëÝò ðéÝóåéò ôï PV ãßíåôáé ðïëý ìåãÜëï. Áéôßá ãéá ôéò ÷áìçëÝò ôéìÝò ôïõ PV óôéò ðéÝóåéò ìÝ÷ñé 200 Atm åßíáé ç ýðáñîç áóèåíþí åëêôéêþí äõíÜìåùí áíÜìåóá óôá ìüñéá. ~Ïôáí áõîÜíåôáé ç ðßåóç, ï üãêïò åëáôôþíåôáé. Ç ìÝóç áðüóôáóç áíÜìåóá óôá ìüñéá ìéêñáßíåé. Óôéò ìéêñüôåñåò áðïóôÜóåéò ïé åëêôéêÝò äõíÜìåéò, ïé ïðïßåò åßíáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãåò ôçò Ýêôçò äõíÜìåùò ôçò áðïóôÜóåùò, áñ÷ßæïõí íá óõìâÜëëïõí óôçí ôÜóç ôùí ìïñßùí íá ðëçóéÜóïõí. Ïé äõíÜìåéò áõôÝò óõíåñãÜæïíôáé ìå ôçí ðßåóç, ãéá íá ìåéþóïõí ôïí üãêï. Ï üãêïò ìåéþíåôáé ôá÷ýôåñá, êáèþò áõîÜíåé ç ðßåóç, áðü ü,ôé èá ðåñéìÝíáìå íá óõìâåß óýìöùíá ìå ôï íüìï ôùí éäáíéêþí áåñßùí. Áõôüò åßíáé ï ëüãïò ðïõ ôï ãéíüìåíï PV ëáìâÜíåé ôéìÞ ìéêñüôåñç áðü ôçí ðñïâëåðüìåíç ìå âÜóç ôï íüìï áõôü. ÁõôÝò ïé åíäïìïñéáêÝò åëêôéêÝò äõíÜìåéò áðïêôïýí åîáéñåôéêÞ óçìáóßá êáôÜ ôçí õãñïðïßçóç ôùí áåñßùí. Óå Üëëï óçìåßï áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ èá ìåëåôÞóïìå åêôåíÝóôåñá áõôü ôï

P x V, I- atm (ªØÆ

Æ Mole)

151

0o 22.4 _70o

0o 16.6

_70o

0

200

400 —

600

, atm

Ó×ÇÌÁ 7-3. Ç óõíå÷Þò êáìðýëç äåß÷íåé ôç ìç éäáíéêÞ óõìðåñéöïñÜ ôïõ Í2, ãéáôß ôï PV ìåôáâÜëëåôáé ìå ôç èåñìïêñáóßá êáé ôçí ðßåóç. Ç äéáêåêïììÝíç ãñáììÞ äåß÷íåé ôç óõìðåñéöïñÜ åíüò éäáíéêïý áåñßïõ, üðïõ ôï PV åßíáé óôáèåñü ãéá êÜèå ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá.

èÝìá. ÊÜôé Üëëï ðïõ ìðïñåßôå íá ðáñáôçñÞóåôå åßíáé üôé, êáèþò áõîÜíåôáé ç ðßåóç, ãéá êÜèå åðß ðëÝïí áýîçóç ôçò ðéÝóåùò, ôï ãéíüìåíï PV áíáãêáóôéêÜ áõîÜíåôáé. Ôï PV ôåëéêÜ ãßíåôáé ìåãáëýôåñï áðü ôçí ôéìÞ ðïõ ðñïâëÝðåé ï íüìïò ôùí éäáíéêþí áåñßùí. Ç áéôßá åßíáé ðïëý áðëÞ. Ï íüìïò ôùí éäáíéêþí áåñßùí äåí ëáìâÜíåé õðüøç ôïõ ôï ãåãïíüò üôé ôï êÜèå ìüñéï Ý÷åé Ýíá ìéêñü áëëÜ óõãêåêñéìÝíï üãêï. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ôï ïîõãüíï óå Ê.Ó., ôá ìüñéá áõôÜ êáè' áõôÜ êáôáëáìâÜíïõí ìüíï ôï 0,1% ðåñßðïõ ôïõ óõíïëéêïý üãêïõ. ~Åôóé, åßíáé ëïãéêü óå áõôÝò ôéò óõíèÞêåò íá áãíïïýìå ôïí üãêï ôùí ìïñßùí ôïõ. Êáèþò áõîÜíåôáé üìùò ç ðßåóç, ï óõíïëéêüò üãêïò ôïõ áåñßïõ ãßíåôáé ôåëéêÜ ôüóï ìéêñüò, þóôå ôï ìÝñïò ðïõ êáôáëáìâÜíïõí áõôÜ êáè' áõôÜ ôá ìüñéá íá áðïôåëåß ðëÝïí Ýíá áîéüëïãï êëÜóìá ôïõ óõíïëéêïý üãêïõ. Ôï êÜèå ìüñéï äåí ìðïñåß íá êéíåßôáé åëåýèåñá ìÝóá óå ïëüêëçñï ôï äï÷åßï êáôÜ Ýíá óçìáíôéêü ìÝñïò. Ôá ìüñéá ôïõ áÝñá óå ðßåóç 200 Atm êáé 0°C êáôáëáìâÜíïõí ðåñßðïõ ôï 1/4 ôïõ óõíïëéêïý üãêïõ. Ãé' áõôü ïðïéáäÞðïôå åðß ðëÝïí áýîçóç ôçò ðéÝóåùò Ý÷åé üëï êáé ëéãüôåñç åðßäñáóç óôç ìåßùóç ôïõ üãêïõ. Ï üãêïò V äåí ìåéþíåôáé ôüóï ãñÞãïñá, üóï èá ðåñéìÝíáìå ìå áðïôÝëåóìá ôï ÑV íá áõîÜíåôáé. Ïé åëêôéêÝò äõíÜìåéò áíÜìåóá óôá ìüñéá ôùí ðñáãìáôéêþí áåñßùí åßíáé óçìáíôéêÝò êáôÜ ôçí

õãñïðïßçóç ôùí áåñßùí áõôþí, ãéá äýï ëüãïõò. Ï ðñþôïò, ðïõ åßíáé êáé ðéï åìöáíÞò, åßíáé üôé áõôÝò ïé äõíÜìåéò óõãêñáôïýí ôá ìüñéá, üôáí âñßóêïíôáé óôçí õãñÞ öÜóç, êïíôÜ ôï Ýíá ìå ôï Üëëï. Ôï ïîõãüíï êáé ôï Üæùôï åßíáé áÝñéá óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, ãéáôß ïé èåñìéêÝò åíÝñãåéåò ôùí ìïñßùí ôïõò åßíáé ðïëý ìåãáëýôåñåò áðü ôéò áóèåíåßò åíÝñãåéåò ðïõ ðñïêáëïýí áõôÝò ïé äõíÜìåéò Ýëîåùò. Ôá ìüñéá óôá áÝñéá äéáèÝôïõí ðÜñá ðïëý ìåãÜëç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, ãéá íá êïëëÞóïõí ìåôáîý ôïõò. ~Ïìùò, óå áñêåôÜ ÷áìçëÝò èåñìïêñáóßåò, üôáí ç èåñìéêÞ Þ êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ôùí ìïñßùí åßíá ìéêñÞ, ïé åëêôéêÝò äõíÜìåéò ðáßæïõí Ýíá ðñùôáãùíéóôéêü ñüëï. Ôá ìüñéá ðëçóéÜæïõí áñêåôÜ ìåôáîý ôïõò êáé ïé ïõóßåò ìåôáôñÝðïíôáé óå õãñÜ. Ç èåñìïêñáóßá ðïõ ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá õãñïðïéçèåß Ýíá áÝñéï, åîáñôÜôáé áðü ôçí ðßåóç. ~Ïôáí óõìðéåóèåß éó÷õñÜ Ýíá áÝñéï, ôá ìüñéÜ ôïõ ðëçóéÜæïõí ìåôáîý ôïõò. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ïé åëêôéêÝò äõíÜìåéò åßíáé óå èÝóç íá õðåñíéêÞóïõí ìå ìåãáëýôåñç åõêïëßá ôçí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Ôá óõìðéåóìÝíá áÝñéá õãñïðïéïýíôáé óå õøçëüôåñåò èåñìïêñáóßåò áðü ü,ôé ôá ìç óõìðéåóìÝíá. Ï Üëëïò ëüãïò, ãéá ôïí ïðïßï ïé åëêôéêÝò äõíÜìåéò áíÜìåóá óôá ìüñéá ôùí áåñßùí óõìâÜëëïõí óôçí õãñïðïßçóÞ ôïõò, áí êáé ðéï áüñéóôïò, äåí ðáýåé íá åßíáé ðïëý óçìáíôéêüò. Áò õðïèÝóïìå üôé óáò èÝôïõí ôï åîÞò åñþôçìá: “Ðþò ìðïñåßôå íá øýîåôå Ýíá áÝñéï ôüóï, þóôå íá õãñïðïéçèåß;” Ãéá ôï ïîõãüíï êáé ôï Üæùôï, áí âñßóêïíôáé óå ðßåóç 1 Atm, áðáéôåßôáé èåñìïêñáóßá ðåñßðïõ -190°C. Ìßá áðÜíôçóç ôïõ ôýðïõ “èá ôïðïèåôÞóù ôï áÝñéï óå ìéá õðåñêáôÜøõîç (ç ôå÷íéêÞ ôçò ïíïìáóßá åßíáé êñõïóôÜôçò), ç ïðïßá èá Ý÷åé áõôÞí Þ êáé ÷áìçëüôåñç èåñìïêñáóßá” äåí åßíáé ïñèÞ, ãéáôß ôï ìüíï ðïõ èá åðéôý÷åôå ìå áõôüí ôïí ôñüðï èá åßíáé íá ìåôáôñÝøåôå ôçí åñþôçóç ùò åîÞò: “Ðþò èá êáôïñèþóù íá êáôåâÜóù ôç èåñìïêñáóßá ôïõ êñõïóôÜôç åî áñ÷Þò ôüóï ÷áìçëÜ;” Ìßá ïñèÞ áðïñßá èá ìðïñïýóå íá äéáôõðùèåß êáôÜ ôïí áêüëïõèï ôñüðï: Áí îåêéíÞóïìå Ý÷ïíôáò óôç äéÜèåóÞ ìáò Ýíá äï÷åßï ãåìÜôï ìå áÝñéï, ðïõ âñßóêåôáé óôïõò 25°C, ðþò åßíáé äõíáôüí íá øýîïìå Ýóôù ìßá ìéêñÞ ðïóüôçôá áõôïý ôïõ áåñßïõ ôüóï, þóôå íá ôçí áíáãêÜóïìå íá õãñïðïéçèåß; Áõôü åðéôõã÷Üíåôáé, áí óõíäõáóèïýí óõíÞèùò ìáæß äýï âáóéêÝò äéáäéêáóßåò. ~Åôóé, áí Ýíá áÝñéï, ðïõ ðåñéÝ÷åôáé áñ÷éêÜ óå

152

Ýíá äï÷åßï ïñéóìÝíïõ ìéêñïý üãêïõ V1 óå ðßåóç Ñ1 áíáãêáóèåß íá åêôïíùèåß ãñÞãïñá ðñïò Ýíá íÝï üãêï êáé ìßá íÝá ðßåóç V2 êáé Ñ2, èá øõ÷èåß. Ç ðïñåßá áðåéêïíßæåôáé óôï ó÷Þìá 7-4. Áõôü ïöåßëåôáé óôï üôé ôï áÝñéï ðáñÜãåé êÜðïéï Ýñãï, êáèþò êéíåß ôï Ýìâïëï. Áêüìç êáé Ýíá éäáíéêü áÝñéï èá øõ÷èåß ìå áõôüí ôïí ôñüðï. Ç åíÝñãåéá ðïõ åßíáé áðáñáßôçôç, ãéá íá ðáñá÷èåß áõôü ôï Ýñãï, èá ðñÝðåé íá áíôëçèåß áðü ôçí åóùôåñéêÞ åíÝñãåéá, äçëáäÞ ôç èåñìéêÞ åíÝñãåéá ôïõ áåñßïõ. ÅðåéäÞ áêñéâþò ôï áÝñéï ìåôÜ ôçí áðüôïìç åêôüíùóÞ ôïõ êáôÝ÷åé ìéêñüôåñç èåñìéêÞ åíÝñãåéá, åßíáé êáé ðéï øõ÷ñü. ~Åôóé, áí áñ÷éêÜ óõìðéÝóïìå óéãÜ óéãÜ Ýíá áÝñéï, üðùò åßíáé ï áÝñáò óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, êáé ôï áöÞóïìå áðüôïìá íá åêôïíùèåß, åßíáé äõíáôüí íá øõ÷èåß. Áõôü ôï øõ÷ñü áÝñéï ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïéçèåß, ãéá íá øõ÷èåß Ýíá Üëëï äåßãìá áåñßïõ, ðïõ âñßóêåôáé Þäç óõìðéåóìÝíï óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. Ôï äåýôåñï áõôü äåßãìá áåñßïõ óôç óõíÝ÷åéá åêôïíþíåôáé áðüôïìá êáé øý÷åôáé áêüìç ðåñéóóüôåñï. Ç äéáäéêáóßá áõôÞ ìðïñåß íá

Ó×ÇÌÁ 7-4. ~Ïôáí åðéôñáðåß óå Ýíá áÝñéï íá åêôïíùèåß (óýìöùíá ìå ôï ó÷Þìá) øý÷åôáé, ãéáôß ðáñÜãåé Ýñãï, êáèþò êéíåß Ýíá Ýìâïëï.

åðáíáëçöèåß ðïëëÝò öïñÝò. ~Ïìùò, êÜèå öïñÜ èá ðñÝðåé íá ÷ñçóéìïðïéåßôáé ìéêñüôåñç ðïóüôçôá áåñßïõ êáé ç åðß ðëÝïí ðôþóç ôçò èåñìïêñáóßáò èá åßíáé üëï êáé ðéï ìéêñÞ. ÁõôÞ ç áðëÞ äéáäéêáóßá êáôÜ ôçí ïðïßá Ý÷ïìå áöáßñåóç èåñìéêÞò åíÝñãåéáò áðü Ýíá áÝñéï ðïõ ôïõ åðéôñÝðåé íá ðáñÜãåé êÜðïéï Ýñãï óôï ðåñéâÜëëïí ôïõ, ÷ñçóéìïðïéÞèçêå åðéôõ÷þò áðü ôï ÃÜëëï åðéóôÞìïíá Claude ôï 1902 ãéá íá õãñïðïéÞóåé ôïí áÝñá. ÕðÜñ÷åé üìùò êáé Ýíáò äåýôåñïò ôñüðïò, ãéá íá åðéôåõ÷èåß ç øýîç ôùí áåñßùí. Áò õðïèÝóïìå ðÜëé üôé äéáèÝôïìå Ýíá áÝñéï óôéò áñ÷éêÝò óõíèÞêåò Ô1, V1 êáé Ñ1. Ôþñá üìùò, áíôß íá åðéôñÝøïìå óôï áÝñéï íá óðñþîåé ôï Ýìâïëï êáé íá åêôåëÝóåé Ýñãï, êáèþò åêôïíþíåôáé, áíïßãïìå ìüíï ìßá ôñýðá óôï äéÜöñáãìá êáé áöÞíïìå ôï áÝñéï íá åêôïíùèåß ìÝóá óå Ýíá êåíü ÷þñï. Áðü ôçí åóùôåñéêÞ åíÝñãåéá ôïõ áåñßïõ êáíÝíá ìÝñïò äåí êáôáíáëþèçêå, ãéá íá ðáñá÷èåß êÜðïéï Ýñãï óôï ðåñéâÜëëïí. Ðáñ' üëá áõôÜ ç èåñìïêñáóßá ôïõ áåñßïõ ðÝöôåé. Ãéáôß; Èõìçèåßôå ôéò äõíÜìåéò Ýëîåùò áíÜìåóá óôá ìüñéá ôùí áåñßùí, ðïõ åõèýíïíôáé ãéá ôéò áðïêëßóåéò áðü ôçí éäáíéêÞ óõìðåñéöïñÜ. ~Ïôáí Ýíá áÝñéï åêôïíþíåôáé, ôá ìüñéá êéíïýíôáé êáé áðïìáêñýíïíôáé ìåôáîý ôïõò. Ç èåñìéêÞ (êéíçôéêÞ) åíÝñãåéá óõìâÜëëåé óôçí åîïõäåôÝñùóç ôùí åëêôéêþí äõíÜìåùí áíÜìåóá óôá ìüñéá ôïõ áåñßïõ êáé Ýôóé ç èåñìïêñáóßá ôïõ êáôÝñ÷åôáé. Ôï öáéíüìåíï áõôü ïíïìÜæåôáé öáéíüìåíï Joule-Thomson. Óôç óçìåñéíÞ ôå÷íïëïãßá óõ÷íÜ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ìå åðéôõ÷ßá ï óõíäõáóìüò ôçò åêôïíþóåùò ðïõ êéíåß Ýíá Ýìâïëï (ôï öáéíüìåíï ðïõ ÷ñçóéìïðïßçóå ï Claude), êáé ôïõ öáéíïìÝíïõ Joule-Thomson ãéá ôçí õãñïðïßçóç ôïõ áÝñá êáé Üëëùí áåñßùí. Óôá øõãåßá ïéêéáêÞò ÷ñÞóåùò ÷ñçóéìïðïéåßôáé ìüíï ôï öáéíüìåíï Joule-Thomson. Ï ëüãïò ðïõ õðÜñ÷åé ï êéíçôÞñáò óå Ýíá çëåêôñéêü øõãåßï åßíáé, ãéá íá óõìðéÝæåé Ýíá áÝñéï (óõíÞèùò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé áÝñéá üðùò äéöèïñïäé÷ëùñïìåèÜíéï), (CF2Cl2). H äéáäéêáóßá ôçò óõìðéÝóåùò äçìéïõñãåß èåñìüôçôá, ç ïðïßá åêëýåôáé óôï äùìÜôéï. Ôï óõìðéåóìÝíï áÝñéï âñßóêåôáé óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, åêôïíþíåôáé áðüôïìá ìÝóá áðü ìßá ìéêñÞ ôñýðá, óå Ýíá ÷þñï ðïõ ôïõ Ý÷åé áöáéñåèåß ï áÝñáò. Óýìöùíá ìå ôï öáéíüìåíï JouleThomson, ôï áÝñéï øý÷åôáé. Ôï øõ÷ñü ðéá áÝñéï áðïññïöÜ èåñìüôçôá áðü ôï åóùôåñéêü ôïõ øõãåßïõ êáé ï êýêëïò áõôüò åðáíáëáìâÜíåôáé.

153

Ar

S8

P4 O2 I2

Ó×ÇÌÁ 7-5. Ôá ìüñéá ôùí áåñßùí äéáöÝñïõí óå âáèìü ðïëõðëïêüôçôáò. Óôï ó÷Þìá áõôü öáßíïíôáé ìåñéêÜ ðñüôõðá ìïñßùí, ðïõ ìðïñåß íá ðåñéÝ÷ïõí áðü Ýíá ìÝ÷ñé ïêôþ Üôïìá. Åßíáé ôï áñãü, Ár, ôï ïîõãüíï, O2, ôï éþäéï, É2, ï öùóöüñïò, Ñ4, êáé ôï èåßï, S8.

ÍÇ3

ÍÏ2

CO

Ó×ÇÌÁ 7-6. Ðñüôõðá ìïñßùí ôùí åíþóåùí áììùíßáò, ÍÇ3, äéïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ, ÍÏ2, êáé ìïíïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá, CO.

7.3 Óôoé÷åßá êáé ÷çìéêÝò åíþóåéò. Ôï ìüñéï áðïôåëåßôáé áðü ìßá ïìÜäá áôüìùí óõíäåäåìÝíùí ìåôáîý ôïõò êáôÜ Ýíáí êáèïñéóìÝíï ôñüðï. ÁíÜëïãá ìå ôï åßäïò ôùí áôüìùí ðïõ ðåñéÝ÷ïõí, äýï ôýðïé ìïñßùí åßíáé äõíáôïß. 1. Ìéá ïõóßá ðïõ Ý÷åé ìüñéá, ôá ïðïßá ðåñéÝ÷ïõí ìüíï Ýíá åßäïò áôüìùí ïíïìÜæåôáé óôïé÷åßï. ÌåñéêÜ ìüñéá áõôïý ôïõ ôýðïõ öáßíïíôáé óôï ó÷Þìá 7-5. ~Ïðùò Ý÷ïìå Þäç ôïíßóåé, óôá åõãåíÞ áÝñéá ôá “ìüñéá” åßíáé ìïíÞñç Üôïìá. Êáé áõôÜ ðåñéëáìâÜíïíôáé áíÜìåóá óôá óôïé÷åßá, áöïý,

üðùò åßíáé ðñïöáíÝò, õðÜñ÷åé Ýíá ìüíï åßäïò áôüìïõ óôï “ìüñéï”. Ôá ìåôáëëéêÜ óôïé÷åßá, üðùò ï óßäçñïò, ï êáóóßôåñïò, ï ÷ñõóüò êáé ï Üñãõñïò, áðïôåëïýíôáé áðü ìåìïíùìÝíá Üôïìá óõãêñïôçìÝíá ìáæß, êïíôÜ ôï Ýíá óôï Üëëï, áëëÜ ÷ùñßò íá Ý÷ïõí ó÷çìáôéóèåß êÜðïéåò óõãêåêñéìÝíåò ïìÜäåò, ôéò ïðïßåò íá ìðïñïýí ïé åðéóôÞìïíåò íá ÷áñáêôçñßóïõí ùò ìüñéá. 2. Ìéá ïõóßá ðïõ Ý÷åé ìüñéá, ôá ïðïßá ðåñéÝ÷ïõí äéáöïñåôéêÜ åßäç áôüìùí ïíïìÜæåôáé ÷çìéêÞ Ýíùóç. Óôï ó÷Þìá 7-6 öáßíïíôáé ìåñéêÜ ìüñéá áõôïý ôïõ ôýðïõ. Áí óêåöèåßôå áõôïýò ôïõò ïñéóìïýò êáé ìå

154

ðïéï ôñüðï ìðïñåßôå íá ôïõò åöáñìüóåôå óôçí ðñÜîç, ãßíåôáé öáíåñü üôé ç êáèáñüôçôá ìéáò ïõóßáò Ý÷åé ìåãÜëç óçìáóßá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, äåí ìðïñåßôå íá ðñïóäéïñßóåôå áí ìßá äïèåßóá ïõóßá åßíáé êÜðïéï óôïé÷åßï ðïõ ðåñéÝ÷åé ðñïóìßîåéò Þ ìéá ÷çìéêÞ Ýíùóç, åðåéäÞ êáé óôéò äýï ðåñéðôþóåéò ðåñéÝ÷ïíôáé ðåñéóóüôåñïé áðü Ýíáí ôýðïé áôüìùí. Ïýôå ìðïñåßôå åðßóçò íá âñåßôå ðïéá åßäç áôüìùí êáé óå ðïéåò áíáëïãßåò ðåñéÝ÷ïíôáé óôá ìüñéá ìéáò ÷çìéêÞò åíþóåùò, áí ðñüêåéôáé ãéá ìç åíôåëþò êáèáñÞ Ýíùóç. Èá ðñÝðåé, êáôÜ óõíÝðåéá, íá äéá÷ùñßóåôå ðñþôá ôç ìéá ïõóßá ðïõ èÝëåôå íá áíáëýóåôå áðü üëåò ôéò Üëëåò, äçëáäÞ íá ôçí êáèáñßóåôå. ÊáèáñÞ ïõóßá åßíáé åêåßíç óôçí ïðïßá üëá ôá ìüñéá åßíáé ßäéá. Ç óýóôáóÞ ôçò åßíáé ïìïéüìïñöç êáé ãé' áõôü Ý÷åé êÜðïéåò óôáèåñÝò êáé ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò. Ç êáèáñüôçôá åíüò äåßãìáôïò ìéáò ïõóßáò êáèïñßæåôáé áðü ôï ðüóï êïíôÜ âñßóêïíôáé ïé éäéüôçôÝò ôïõ ìå åêåßíåò ôçò ðñáãìáôéêÜ êáèáñÞò ïõóßáò. ÂÝâáéá, äåí õðÜñ÷åé êáíÝíá äåßãìá ïõóßáò, ôï ïðïßï íá åßíáé áðüëõôá êáé åíôåëþò êáèáñü. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá áõôü ðïõ ìáò åíäéáöÝñåé óå Ýíá äåßãìá åßíáé ôï åðßðåäï ôùí ðñïóìßîåþí ôïõ íá âñßóêåôáé ôüóï ÷áìçëÜ, þóôå íá ìçí åðçñåÜæåé áéóèçôÜ ôéò ÷áñáêôçñéóôéêÝò ôïõ éäéüôçôåò. Èá åîåôÜóïìå ùò ðáñáäåßãìáôá ìåñéêÝò ãíùóôÝò ïõóßåò, ãéá íá êáôáíïÞóïìå êáëýôåñá áõôÝò ôéò Ýííïéåò.

ïðïéïõäÞðïôå ÷ñþìáôïò. Óå ðåñßðôùóç êáôÜ ôçí ïðïßá Ý÷åé äéáëõèåß áëÜôé óå íåñü, ÷áìçëþíåé ôï óçìåßï ðÞîåùò ôïõ íåñïý. Áõôü åöáñìüæåôáé åõñÝùò ãéá íá ëéþíïõí ïé ðÜãïé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôïõ ÷åéìþíá. Áí õðïèÝóïìå üôé ìðïñåß íá ðáñá÷èåß êÜðïéï äåßãìá êáèáñïý íåñïý êáé üôé ìðïñåßôå íá äéáðéóôþóåôå, åîåôÜæïíôáò ôéò éäéüôçôÝò ôïõ, üôé åßíáé êáèáñü, ôüôå ßóùò, íá áíáñùôçèåßôå: “Ðñüêåéôáé ãéá Ýíá óôïé÷åßï Þ ãéá ìéá ÷çìéêÞ Ýíùóç;” Ìå Ýíá áðëü ðåßñáìá åßíáé äõíáôüí íá äåßîåôå üôé ðñüêåéôáé ãéá ÷çìéêÞ Ýíùóç. Ï êáèçãçôÞò óáò ßóùò ìðïñåß íá äéåîáãÜãåé áõôü ôï ðåßñáìá, áí äéáèÝôåé ôçí ðåéñáìáôéêÞ äéÜôáîç ôïõ ó÷Þìáôïò 7-7. Áí êáé ï ðëÞñçò ìç÷áíéóìüò áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò èá äéåñåõíçèåß áñãüôåñá, äåí åßíáé äýóêïëï íá áíôéëçöèïýìå åäþ ðïéï åßíáé ôï âáóéêü áðïôÝëåóìá. ~Ïôáí äéÝëèåé çëåêôñéêü ñåýìá ìÝóá áðü íåñü, ðïõ åßíáé åëáöñÜ ïîõíéóìÝíï (ìå ðñïóèÞêç óôáãüíùí áñáéïý ïîÝïò), ôï áíáãêÜæåé íá äéáóðáóèåß óå äýï ¸Æ

Æ

ˇ2

˙2

7.4 ÁíÜëõóç ôùí ÷çìéêþí åíþóåùí. Ôï íåñü ßóùò åßíáé ç ðéï ãíùóôÞ ïõóßá ôïõ ðåñéâÜëëïíôüò ìáò êáé åýêïëá ôï áíáãíùñßæïìå. Ìå óýãêñéóç ôùí éäéïôÞôùí åíüò äåßãìáôïò íåñïý ìå áõôÝò ðïõ èåùñïýíôáé ùò ÷áñáêôçñéóôéêÝò ôïõ “êáèáñïý” íåñïý, ìðïñåß íá ãßíåé ìéá ðñü÷åéñç åîÝôáóç ôçò êáèáñüôçôÜò ôïõ. Óôéò ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò ôïõ íåñïý óõãêáôáëÝãïíôáé ç åìöÜíéóÞ ôïõ êáé ç áßóèçóç äéÜ ôçò áöÞò, ç ðõêíüôçôÜ ôïõ, ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï ñÝåé, ïé èåñìïêñáóßåò óôéò ïðïßåò ðÞæåé êáé âñÜæåé, êáèþò êáé ç éêáíüôçôÜ ôïõ íá äéáëýåé óôåñåÝò ïõóßåò, üðùò ç æÜ÷áñç êáé ôï áëÜôé. Óõ÷íÜ ç ýðáñîç ðñïóìßîåùí ðñïêáëåß áéóèçôÝò ìåôáâïëÝò óå ìéá Þ óå ðåñéóóüôåñåò áðü áõôÝò ôéò éäéüôçôåò. Áí õðÜñ÷åé êÜðïéá ÷ñùìáôéóôÞ ðñüóìéîç, ôüôå åßíáé âÝâáéï ðùò èá ãßíåé áíôéëçðôÞ, ãéáôß ôï êáèáñü íåñü äåí Ý÷åé ùò ÷áñáêôçñéóôéêÞ ôïõ éäéüôçôá ôçí ýðáñîç

˙º Œ æ

ØÆ

_

+ ı

øæ ı

Ó×ÇÌÁ 7-7. Ç çëåêôñüëõóç (ïîõíéóìÝíïõ äåßãìáôïò) íåñïý ðáñÜãåé Ç2 êáé Ï2. Ï üãêïò ôïõ Ç2 ðïõ ðáñÜãåôáé åßíáé äéðëÜóéïò áðü áõôüí ôïõ Ï2.

155

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

7.5 ÄéÜóðáóç ìéáò óõíçèéóìÝíçò ïõóßáò. Åßíáé ó÷åôéêÜ ëßãåò ïé ïõóßåò åêåßíåò ðïõ ÷ñåéÜæïíôáé çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá, ãéá íá äéáóðáóèïýí. Ôá ðåñéóóüôåñá õëéêÜ êáèçìåñéíÞò ÷ñÞóåùò äéáóðþíôáé ìå áðëÞ èÝñìáíóç. Êáèþò áðïññïöÜôáé ç èåñìüôçôá ç ïõóßá áñ÷ßæåé íá ãßíåôáé üëï êáé ðåñéóóüôåñï áóôáèÞò. ÔåëéêÜ õðåñíéêþíôáé ïé äõíÜìåéò ðïõ óõãêñáôïýí ôá ìüñéá åíùìÝíá. Ïé ðñáãìáôéêÝò èåñìïêñáóßåò, óôéò ïðïßåò äéáóðþíôáé ôá ìüñéá åîáñôþíôáé áðü ôï âáèìü óôáèåñüôçôáò ôùí ìïñßùí. Ìüñéá ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü ðåñéóóüôåñá ôùí äýï óôïé÷åßùí äå äéá÷ùñßæïíôáé ïðùóäÞðïôå óôá óôïé÷åßá áõôÜ. Åßíáé äõíáôüí íá äéáóðáóèïýí ìüíï óå áðëïýóôåñá ìüñéá Þ óå íá áðëü ìüñéï êáé Ýíá óôïé÷åßï. Ôá ðïëýðëïêá ìüñéá ìðïñïýí íá äéáóðáóèïýí, óýìöùíá ìå äéÜöïñïõò ôñüðïõò. Ôï üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï, ãíùóôü ùò ìðÝéêéí ðÜïõíôåñ, äéáóðÜôáé, üôáí áðïññïöÞóåé áñêåôÞ ðïóüôçôá èåñìüôçôáò. ÓÊÏÐÏÓ

Óôï ðåßñáìá áõôü èá ðáñáêïëïõèÞóåôå ðþò ìåôáâÜëëåôáé ôï üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï üôáí èåñìáßíåôáé, êáé èá åîåôÜóåôå ôá ðñïúüíôá ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé êáôÜ ôç äéÜóðáóÞ ôïõ. ÕËÉÊÁ

1-2 g üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï 3 äïêéìáóôéêïß óùëÞíåò, 18 x 150 mm Eõñýëáéìïò ãõÜëéíç öéÜëç 1 lt ÐïôÞñé ôùí 250 ml ÓôÞñéãìá ëáâßäùí ÃõÜëéíïò óùëÞíáò ìå äéÜìåôñï 6 mm êáé ìÞêïò 35 cm, ðïõ íá ó÷çìáôßæåé, óå áðüóôáóç 5 cm áðü ôï Ýíá Üêñï ôïõ, ãùíßá 90°. Ëáóôé÷Ýíéï ðþìá, ìå ìéá ôñýðá áñêåôÜ öáñäéÜ, ãéá íá äéÝñ÷åôáé áðü áõôÞí äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò

10 ml áóâåóôüíåñï (äçëáäÞ êåêïñåóìÝíï äéÜëõìá õäñïîåéäßïõ ôïõ áóâåóôßïõ) 1 ml äéÜëõìá ÷ëùñéïý÷ïõ âáñßïõ (äéÜëõìá 2% ÷ëùñéïý÷ïõ âáñßïõ óå íåñü) Ëáâßäá pÇìåôñéêü ÷áñôß ÎõëÜêéá Äïêéìáóôéêü ÷áñôß ÷ëùñéïý÷ïõ êïâáëôßïõ Æõãüò, ìå áêñßâåéá åêáôïóôïý ôïõ ãñáììáñßïõ

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

1. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá åíüò äïêéìáóôéêïý óùëÞíá äéáóôÜóåùí 18 x 150 mm ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. 2. ÐñïóèÝóôå óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá áñêåôÞ ðïóüôçôá êïíéïðïéçìÝíïõ üîéíïõ áíèñáêéêïý íáôñßïõ, þóôå íá êáëýøåé Ýíá ýøïò 3-4 åêáôïóôþí ôïõ óùëÞíá. Óôç óõíÝ÷åéá, ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ óùëÞíá ìáæß ìå ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ. 3. Óôåñåþóôå ôï æõãéóìÝíï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ìå ìßá ëáâßäá óôï óôÞñéãìá êáé êëåßóôå ôïí ìå ôï ëáóôé÷Ýíéï ðþìá, óôï ïðïßï Ý÷åé ðñïóáñìïóèåß ï ëõãéóìÝíïò ãõÜëéíïò óùëÞíáò, áêñéâþò üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 7-8. ÐñïóèÝóôå óå Ýíá Üëëï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ôüóï áóâåóôüíåñï, þóôå íá êáëõöèïýí 2-3 åêáôïóôÜ ðåñßðïõ áðü ôïí ðõèìÝíá ôïõ, êáé ôïðïèåôÞóôå ôïí ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé ôùí 250 ml, ðïõ èá óáò ÷ñçóéìåýóåé ãéá óôÞñéãìÜ ôïõ. ÔïðïèåôÞóôå ôï ðïôÞñé ìå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá óôïí ðÜãêï åñãáóßáò, êïíôÜ óôï óôÞñéãìá, åðÜíù óôï ïðïßï âñßóêåôáé óôåñåùìÝíïò ï

156

Ó×ÇÌÁ 7-8.

Ó×ÇÌÁ 7-9.

Ó×ÇÌÁ 7-10.

æõãéóìÝíïò äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò. ×áìçëþóôå ôç ëáâßäá, þóôå ï ëõãéóìÝíïò óùëÞíáò íá âõèéóèåß ëßãï ìÝóá óôï áóâåóôüíåñï. 4. ÈåñìÜíåôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï ìå ôï ëý÷íï óáò, áñ÷éêÜ Þðéá êáé óôç óõíÝ÷åéá ðéï Ýíôïíá. ÐáñáôçñÞóôå ðñïóåêôéêÜ ïðïéáäÞðïôå ìåôáâïëÞ ãßíåôáé ìÝóá óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ìå ôï üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï êáé ôïí Üëëï ìå ôï áóâåóôüíåñï. 5. ÌåôÜ áðü Ýíá Þ äýï ëåðôÜ óôáìáôÞóôå ôç èÝñìáíóç. ×áëáñþóôå ôç ëáâßäá êáé áíåâÜóôå ôçí ëßãï ðéï øçëÜ, þóôå íá áðïìáêñõíèåß ï ëõãéóìÝíïò óùëÞíáò áðü ôï áóâåóôüíåñï. ÐñïóÝîôå íá ìçí áããßîåôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ãéáôß åßíáé æåóôüò. 6. Óêïõðßóôå êÜèå ß÷íïò áóâåóôüíåñïõ ðïõ Ý÷åé áðïìåßíåé åðÜíù óôçí Üêñç ôïõ ëõãéóìÝíïõ óùëÞíá êáé ìå ôç âïÞèåéá ìéáò ÷áñôïðåôóÝôáò óêïõðßóôå êáé ôï åóùôåñéêü ôçò Üêñçò ôïõ. 7. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá äï÷åßï ìå öáñäý óôüìéï ðÜíù óôïí ðÜãêï, êïíôÜ óôï óôÞñéãìá. ÊáôåâÜóôå ôç ëáâßäá ìå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá, þóôå ç Üêñç ôïõ ëõãéóìÝíïõ óùëÞíá íá áêïõìðÞóåé ó÷åäüí óôïí ðõèìÝíá ôïõ äï÷åßïõ, üðùò óôï ó÷Þìá 7-9. 8. ÈåñìÜíåôå ðÜëé ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ìå ôï üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï ãéá ìåñéêÜ ëåðôÜ. ÁíÜøôå Ýíá îõëÜêé êáé âõèßóôå ôï ìÝóá óôï äï÷åßï, êáé ôáõôü÷ñïíá ðáñáêïëïõèÞóôå ôá áðïôåëÝóìáôá. ÁíÜøôå êáé Ýíá Üëëï îõëÜêé êáé âõèßóôå ôï ìÝóá óå Ýíá äï÷åßï ðïõ ðåñéÝ÷åé ìüíï áÝñá. ÔÝëïò, óõãêñßíåôå ôá áðïôåëÝóìáôá. 9. Äéáêüøôå ôç èÝñìáíóç, áíáóçêþóôå ôï ãõÜëéíï óùëÞíá êáé óôç èÝóç ôïõ äï÷åßïõ ôïðïèåôÞóôå Ýíá ðïôÞñé ôùí 250 ml ìå êñýï íåñü ìÝ÷ñé ôç ìÝóç, ìÝóá óôï ïðïßï âñßóêåôáé óôåñåùìÝíïò Ýíáò Üäåéïò äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò. ÊáôåâÜóôå ôç ëáâßäá ìå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ôïõ üîéíïõ áíèñáêéêïý íáôñßïõ ôüóï, þóôå íá áêïõìðÞóåé ç Üêñç ôïõ ëõãéóìÝíïõ óùëÞíá óôïí ðõèìÝíá ôïõ Üäåéïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá, üðùò óôï ó÷Þìá 7-10. ÈåñìÜíåôå éó÷õñÜ ôï óùëÞíá ìå ôï üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï ìåñéêÜ ëåðôÜ, êáé ðáñáôçñÞóôå ôéò ìåôáâïëÝò ðïõ ãßíïíôáé ìÝóá óôïí Üäåéï äïêéìáóôéêü óùëÞíá. ÓôáìáôÞóôå íá èåñìáßíåôå êáé áíõøþóôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ìå ôï üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï áöÞíïíôÜò ôïí íá êñõþóåé. 10.~Ïôáí êñõþóåé ï äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò, áöáéñÝóôå ôï ðþìá ìå ôï ãõÜëéíï óùëÞíá êáé ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ ìáæß ìå ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ, ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. 11.ÅîåôÜóôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óôï ðïôÞñé ìå ôï êñýï íåñü. Áí äéáðéóôþóåôå üôé õðÜñ÷åé ìÝóá óå áõôüí êÜðïéï õãñü, åîåôÜóôå ôï ìå Ýíá êïììÜôé ÷áñôéïý ÷ëùñéïý÷ïõ êïâáëôßïõ. Óçìåéþóôå êÜèå ìåôáâïëÞ óôï ÷ñþìá ôïõ ÷áñôéïý. ÁíáôñÝîôå óôá óõìðåñÜóìáôá ôçò ðáñáãñÜöïõ 1.13, þóôå íá âïçèçèåßôå óôçí åñìçíåßá ôùí ðáñáôçñÞóåþí óáò. 12.ÁäåéÜóôå ôï óôåñåü ðñïúüí ðïõ áðÝìåéíå óôïí áñ÷éêü äïêéìáóôéêü óùëÞíá, ðÜíù óå Ýíá êïììÜôé ÷áñôß. Áöïý âñÝîåôå Ýíá êïììÜôé ÷áñôß ôïõ pH, öÝñôå ôï óå åðáöÞ ìå ôï ðñïúüí êáé óçìåéþóôå ôï ÷ñþìá ôïõ ÷áñôéïý. 13.ÔïðïèåôÞóôå ìéá ìéêñÞ ðïóüôçôá üîéíïõ áíèñáêéêïý íáôñßïõ ðÜíù óå Ýíá Üëëï êïììÜôé ÷áñôß êáé áããßîôå ôï åðßóçò ìå Ýíá õãñü pHìåôñéêü ÷áñôß. ÊáôáãñÜøôå ôï ÷ñþìá ôïõ ÷áñôéïý (ôï äïêéìáóôéêü áõôü ÷áñôß, ôï pHìåôñéêü ÷áñôß, ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá íá ðñïóäéïñßæïìå ôçí ïîýôçôá Þ ôçí

157

áëêáëéêüôçôá ìéáò ïõóßáò). Ãéá ôá ïîÝá êáé ôéò âÜóåéò èá ìéëÞóïìå óôá åðüìåíá êåöÜëáéá. Áõôü ðïõ ìáò åíäéáöÝñåé óå áõôü ôï ðåßñáìá åßíáé áí ïé äýï óêüíåò ðïõ åîåôÜæïìå äçìéïõñãïýí ôá ßäéá Þ äéáöïñåôéêÜ ÷ñþìáôá óôï ÷áñôß. ~Åôóé, èá ëÜâïìå êÜðïéá Ýíäåéîç ãéá ôéò ðéèáíÝò ìåôáâïëÝò ðïõ äçìéïõñãïýíôáé êáôÜ ôç èÝñìáíóç ôïõ üîéíïõ áíèñáêéêïý íáôñßïõ. 14.Äéáëýóôå ôï óôåñåü õðüëïéðï ìÝóá óå Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá, ðïõ åßíáé ãåìÜôïò ìÝ÷ñé ôç ìÝóç ìå áðåóôáãìÝíï Þ áðéïíéóìÝíï íåñü. ÐñïóèÝóôå 34 óôáãüíåò äéáëýìáôïò 2% ÷ëùñéïý÷ïõ âáñßïõ êáé ðñïóÝîôå áí èá óõìâåß ïðïéáäÞðïôå ìåôáâïëÞ. 15.Äéáëýóôå ëßãç óêüíç üîéíïõ áíèñáêéêïý íáôñßïõ ìÝóá óå Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá ãåìÜôï ìÝ÷ñé ôç ìÝóç ìå áðéïíéóìÝíï íåñü. ÐñïóèÝóôå 3-4 óôáãüíåò 2% äéáëýìáôïò ÷ëùñéïý÷ïõ âáñßïõ êáé ðáñáôçñÞóôå ïðïéáäÞðïôå ìåôáâïëÞ ðñáãìáôïðïéçèåß. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Êáôáñôßóôå Ýíáí êáôÜëïãï ìå üëá åêåßíá ôá óôïé÷åßá ðïõ äåß÷íïõí üôé üôáí èåñìáíèåß ôï üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï, äéáóðÜôáé óå ìåñéêÝò íÝåò ïõóßåò. 2. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò ðáñáãñÜöïõ 1.13 íá åîçãÞóåôå ôç óçìáóßá ôùí äïêéìþí ðïõ ðñáãìáôïðïéÞóáôå ìå ôï áóâåóôüíåñï. Ðïéåò íïìßæåôå üôé èá åßíáé ïé äýï êáéíïýñãéåò ïõóßåò ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñéóèïýí (áðü áõôÞí ôç äïêéìÞ, üðùò êáé áðü ôç äïêéìÞ ìå ôï ÷áñôß ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ êïâáëôßïõ) ìå êÜðïéï ó÷åôéêÜ ìéêñü óöÜëìá; 3. Ï ÷çìéêüò ôýðïò ôïõ üîéíïõ áíèñáêéêïý íáôñßïõ åßíáé NaHCO3. Ðïéïò åßíáé ï ìéêñüôåñïò áñéèìüò ìïñßùí ôïõ ÍaHCO3 ðïõ ÷ñåéÜæïíôáé ãéá íá ðáñá÷èåß Ýíá ìüñéï êÜèå ìéáò áðü ôéò äýï ïõóßåò ðïõ ðñïóäéïñßóáôå óôï ðñüâëçìá 2; Áöïý áöáéñÝóåôå ôïí áñéèìü ôùí ìïñßùí áõôþí ôùí äýï ïõóéþí áðü ôïí áñ÷éêü áñéèìü ìïñßùí ôïõ üîéíïõ áíèñáêéêïý íáôñßïõ ðïõ ÷ñåéÜóèçêáí ãéá íá ó÷çìáôéóèïýí, ðïéïò íïìßæåôå üôé èá åßíáé ï ôýðïò ôçò ïõóßáò ðïõ ðáñÝìåéíå;

7.6 ×çìéêÞ áíÜëõóç. ~Å÷åôå ìÜèåé üôé ìéá êáèáñÞ ïõóßá, üðùò ôï üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï, åßíáé äõíáôüí íá äéáóðáóèåß óå ôñåéò Üëëåò ïõóßåò. Ìå âÜóç áõôü ôï äåäïìÝíï êáèßóôáôáé óáöÝò üôé ôï üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï åßíáé ÷çìéêÞ Ýíùóç. ~Å÷åôå äéäá÷èåß åðßóçò üôé êáé ôï íåñü åßíáé ìéá ÷çìéêÞ Ýíùóç, ãéáôß åßíáé äõíáôüí íá äéáóðáóèåß óå ðéï áðëÝò ïõóßåò. Ôï íåñü, áíôßèåôá áðü ôï üîéíï áíèñáêéêü íÜôñéï äéáóðÜôáé áð' åõèåßáò óôá óôïé÷åßá ðïõ ôï áðïôåëïýí. Ôá ðñïúüíôá õäñïãüíï êáé ïîõãüíï, äåí åßíáé äõíáôüí íá äéáóðáóèïýí ìå ÷çìéêü ôñüðï, ãéáôß ôï õäñïãüíï áðïôåëåßôáé ìüíï áðü Üôïìá õäñïãüíïõ êáé ôï ïîõãüíï ìüíï áðü Üôïìá ïîõãüíïõ. Áíôßèåôá, ôá ðñïúüíôá ôçò äéáóðÜóåùò ôïõ üîéíïõ áíèñáêéêïý íáôñßïõ åßíáé äõíáôüí íá õðïóèïýí êáé íÝá äéÜóðáóç ó÷çìáôßæïíôáò ôá îå÷ùñéóôÜ óôïé÷åßá ðïõ ôï óõíèÝôïõí (äçë. óõíèÝôïõí ôï üîéíï

áíèñáêéêü íÜôñéï). Ìßá ðïëý óçìáíôéêÞ äñáóôçñéüôçôá óôá ðëáßóéá ôçò ÷çìåßáò åßíáé ï ðñïóäéïñéóìüò ôïõ åßäïõò ôùí áôüìùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óå äéÜöïñåò êáèáñÝò ïõóßåò. Ç äñáóôçñéüôçôá áõôÞ ïíïìÜæåôáé áíÜëõóç êáé ï êëÜäïò ôçò ÷çìåßáò êáëåßôáé áíáëõôéêÞ ÷çìåßá. ~Ïôáí ðñïóäéïñßæåôáé ìüíï ôï åßäïò ôùí áôüìùí, ôüôå ðñüêåéôáé ãéá ðïéïôéêÞ áíÜëõóç. ~Ïôáí ðñïóäéïñßæåôáé ç ðïóüôçôá åíüò Þ ðåñéóóïôÝñùí äéáöïñåôéêþí åéäþí áôüìùí, ôüôå ïìéëïýìå ðåñß ðïóïôéêÞò áíáëýóåùò.

7.7 ×çìéêÞ óýíèåóç. ÌÜèáôå üôé ïé ÷çìéêÝò ïõóßåò åßíáé äõíáôüí íá ÷ùñéóèïýí Þ íá äéáóðáóèïýí óå áðëïýóôåñåò Þ áêüìç êáé óå óôïé÷åßá. Ç áíôßóôñïöç ðïñåßá, äçëáäÞ ç äçìéïõñãßá ðïëõðëüêùí ìïñßùí, îåêéíþíôáò áðü áðëïýóôåñá ìüñéá Þ êáé áðü Üôïìá, áðïôåëåß åðßóçò Ýíá óçìáíôéêü ôïìÝá ôçò

158

÷çìåßáò. ÁõôÞ ç äéáäéêáóßá åßíáé ãíùóôÞ ùò óýíèåóç. Ïé ÷çìéêïß óõíèÝôïõí ìåãÜëç ðïéêéëßá ÷çìéêþí åíþóåùí ìåñéêÝò áðü ôéò ïðïßåò âñßóêïõí åöáñìïãÝò óå äéÜöïñïõò ôïìåßò ôçò êáèçìåñéíÞò æùÞò. ÏñéóìÝíåò ÷çìéêÝò åíþóåéò Ý÷ïõí ôüóï ìåãÜëç óçìáóßá ãéá ôçí ïéêïíïìßá, þóôå ðáñÜãïíôáé óå ðïëý ìåãÜëç êëßìáêá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ïé ðïóüôçôåò ôçò áììùíßáò (ÍÇ3) êáé ôïõ èåééêïý ïîÝïò (Ç2SÏ4) ðïõ ðáñÜãïíôáé ìåôñïýíôáé óõíÞèùò óå ôüíïõò. Tá ìüñéá ôçò áììùíßáò áðïôåëïýíôáé áðü Üôïìá õäñïãüíïõ êáé áæþôïõ. Åßíáé äõíáôüí íá óõíèÝóïìå áììùíßá óå Ýíá ìüíï óôÜäéï, áöÞíïíôáò íá áíôéäñÜóïõí ìüñéá õäñïãüíïõ Ç2 êáé áæþôïõ Í2 óå åéäéêïýò ôåñÜóôéïõò áíôéäñáóôÞñåò êÜôù áðü õøçëÞ èåñìïêñáóßá êáé

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

ðßåóç. Èá ìåëåôÞóïìå áõôÞí ôç äéáäéêáóßá ìå ëåðôïìÝñåéåò óôï êåöÜëáéï 22. Ôï èåééêü ïîý ðáñáóêåõÜæåôáé óå äýï óôÜäéá. Áñ÷éêÜ, êáßãåôáé èåéÜöé S8. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá áõôÞò ôçò äéáäéêáóßáò, áíôéäñÜ ìå ïîõãüíï êáé ó÷çìáôßæåé äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ, SO2. Áõôü óôç óõíÝ÷åéá åîáíáãêÜæåôáé íá áíôéäñÜóåé ìå Ýíá áêüìç Üôïìï ïîõãüíïõ êáé íá ó÷çìáôßóåé ôñéïîåßäéï ôïõ èåßïõ, SO3. TÝëïò, ôï ôñéïîåßäéï ôïõ èåßïõ åíþíåôáé ìå íåñü (Ç2Ï) êáé äßíåé ôï èåééêü ïîý, Ç2SO4. Oé ëåðôïìÝñåéåò ôçò óõíèÝóåùò ôïõ èåééêïý ïîÝïò èá áíáöåñèïýí óôï êåöÜëáéï 19. Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá óõíèÝóåôå ìßá ÷çìéêÞ Ýíùóç ìå áðëÞ èÝñìáíóç åíüò ìåôÜëëïõ ðáñïõóßá áÝñá. Ôá áðïôåëÝóìáôá áõôïý ôïõ åßäïõò ôùí óõíèÝóåùí, óå óõíäõáóìü ìå áõôÜ

7.8 Óýíèåóç åíüò ìåôáëëéêïý ïîåéäßïõ. ÐïëëÜ áðü ôá óôïé÷åßá ðïõ åßíáé ãíùóôÜ ùò ìÝôáëëá, üôáí èåñìáßíïíôáé óôïí áÝñá, åíþíïíôáé ìå ôï ïîõãüíï. Ç ïõóßá ðïõ ðñïêýðôåé áíÞêåé óå ìßá êáôçãïñßá åíþóåùí, ðïõ åßíáé ãíùóôÝò ùò ïîåßäéá. Ï ÷áëêüò åßíáé Ýíá ìÝôáëëï, ôï ïðïßï üôáí èåñìáíèåß åíþíåôáé ðïëý åýêïëá ìå ôï ïîõãüíï ôïõ áÝñá, äåí óõìðåñéöÝñåôáé üìùò ôï ßäéï êáé óå óõíÞèç èåñìïêñáóßá. Ãé' áõôü, ôï ÷áëêü ôïí ÷ñçóéìïðïéïýí óõ÷íÜ ùò ðñïóôáôåõôéêÞ åðéêÜëõøç. Áíôßèåôá, ï óßäçñïò åßíáé Ýíá óôïé÷åßï ðïõ, üôáí õðÜñ÷ïõí ß÷íç õãñáóßáò, áíôéäñÜ ìå ôï ïîõãüíï ôïõ áÝñá áêüìç êáé óå èåñìïêñáóßá ðåñéâÜëëïíôïò*. ÓÊÏÐÏÓ

Áõôü ôï ðåßñáìá Ý÷åé óêïðü íá óáò äþóåé ìåñéêÝò ðëçñïöïñßåò ãéá ôç öýóç ôïõ ïîåéäßïõ ðïõ ó÷çìáôßæåé ï ÷áëêüò, üôáí èåñìáíèåß óôïí áÝñá. Áí óõãêñßíåôå ôçí áíáëïãßá ôçò ìÜæáò ôïõ ÷áëêïý ðñïò ôç ìÜæá ôïõ ïîõãüíïõ ðïõ ðñïêýðôåé áðü ôï ðåßñáìÜ óáò ìå ôçí áíáëïãßá ðïõ Ý÷ïõí ðñïóäéïñßóåé Üëëåò ïìÜäåò óõììáèçôþí óáò, ïé ïðïßïé ÷ñçóéìïðïßçóáí äéáöïñåôéêÝò ìÜæåò ÷áëêïý, èá óáò äïèåß ç åõêáéñßá íá äéáðéóôþóåôå áí õðÜñ÷åé êÜðïéá íïìïôÝëåéá. ÕËÉÊÁ

1,75-2,25 g êïíéïðïéçìÝíïõ ÷áëêïý Ôñßãùíï óôçñßîåùò ãéá ðýñùóç ÓôÞñéãìá, äáêôýëéïò Ëý÷íïò

ÊÜøá ðïñóåëÜíçò ãéá åîÜôìéóç, äéáìÝôñïõ 75 mm Æõãüò ìå áêñßâåéá åêáôïóôïý ôïõ ãñáììáñßïõ

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

1. Ðñïóäéïñßóôå ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ ôç ìÜæá ìéáò êÜøáò ðïñóåëÜíçò äéáìÝôñïõ 75 mm. 2. ØåêÜóôå ìå óêüíç ÷áëêïý, þóôå íá äçìéïõñãçèåß óôï åóùôåñéêü ôçò êÜøáò *

Ó.ô.Ì. ~Åôóé ó÷çìáôßæåôáé ç óêïõñéÜ, äçëáäÞ ïîåßäéï ôïõ óéäÞñïõ.

159

ìßá ëåðôÞ óôïéâÜäá ìåôÜëëïõ ìå ìÜæá áíÜìåóá óå 1,75 êáé 2,25 ãñáììÜñéá. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôçò êÜøáò ìáæß ìå ôç óêüíç ÷áëêïý. 3. ÔïðïèåôÞóôå ôçí êÜøá, ìå ôç âïÞèåéá ôïõ åéäéêïý ôñéãùíéêïý óôçñßãìáôïò, ðÜíù óôï äáêôýëéï, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 7-11. ÁíÜøôå ôï ëý÷íï êáé èåñìÜíåôå ôçí êÜøá, üóï ôï äõíáôüí éó÷õñüôåñá, åðß 20-25 ëåðôÜ. Áí ôý÷åé íá õðÜñ÷ïõí äýï ëý÷íïé ÷ñçóéìïðïéÞóôå êáé ôïõò äýï, ãéá íá ôç èåñìÜíåôå. Ç êÜøá ðñÝðåé íá èåñìáíèåß áñêåôÜ, ìÝ÷ñé íá åñõèñïðõñùèåß. 4. Áðïìáêñýíáôå ôï ëý÷íï êáé áöÞóôå ôçí êÜøá íá êñõþóåé óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. ÌåôñÞóôå ðÜëé ôç ìÜæá ôçò ìáæß ìå ôï ðåñéå÷üìåíü ôçò. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Ó×ÇÌÁ 7-11.

ÊáôáãñÜøôå ôá áðïôåëÝóìáôá êáé ôá äåäïìÝíá ðïõ áêïëïõèïýí óôï ôåôñÜäéï ôùí óçìåéþóåþí óáò. ~Ïëåò ïé ìåôñÞóåéò íá åßíáé óå ãñáììÜñéá. ÌÜæá êÜøáò ìå ôï ÷áëêü ÌÜæá êÜøáò ìå ôï ïîåßäéï ôïõ ÷áëêïý ÌÜæá êåíÞò êÜøáò ÌÜæá êåíÞò êÜøáò ÌÜæá ÷áëêïý ÌÜæá ïîåéäßïõ ôïõ ÷áëêïý Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Õðïëïãßóôå ôç ìÜæá ôïõ ïîõãüíïõ ðïõ åíþèçêå ìå ôï ÷áëêü. 2. Õðïëïãßóôå ôï ëüãï: ÌÜæá ÷áëêïý ÌÜæá ïîõãüíïõ

3. Ãéáôß Ýðñåðå íá ðåñéìÝíåôå íá êñõþóåé ôåëåßùò ç êÜøá, ðñéí íá ðñïóäéïñßóåôå ôåëéêÜ ôç ìÜæá ôçò; 4. Åßíáé áõôïíüçôï üôé êÜèå ìáèçôÞò Þ êÜèå ïìÜäá ìáèçôþí ðïõ äéåîÞãáãå áõôü ôï ðåßñáìá îåêßíçóå ÷ñçóéìïðïéþíôáò äéáöïñåôéêÞ ìÜæá ÷áëêïý ðñéí áðü ôç èÝñìáíóç, êáé ãé' áõôü ðñïÝêõøáí äéáöïñåôéêÝò áõîÞóåéò ôçò ìÜæáò ìåôÜ ôï ôÝëïò ôçò èåñìÜíóåùò. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôïõò ëüãïõò ÷áëêïý - ïîõãüíïõ ôïõ ðñïâëÞìáôïò 2, ðïõ õðïëïãßóèçêáí áðü ôéò äéÜöïñåò ïìÜäåò; Åßíáé åíôåëþò äéáöïñåôéêïß Þ åìöáíßæïõí êÜðïéá ïìïéïìïñößá; 5. Ðïéïò åßíáé ï ìÝóïò üñïò ôçò áíáëïãßáò ðïõ ðñïÝêõøå áðü ôá ðåéñÜìáôá üëçò ôçò ôÜîåùò; 6. Õðïëïãßóôå ôçí åêáôïóôéáßá áíáëïãßá ôïõ ÷áëêïý êáé ôïõ ïîõãüíïõ óôï äåßãìá ïîåéäßïõ ôïõ ÷áëêïý ðïõ Ý÷åôå. Óõãêñßíáôå ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò ìå áõôÜ ôùí óõììáèçôþí óáò. 7. Ãéá íá õðïëïãßóåôå ôï ìÝóï óöÜëìá áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò, èá ðñÝðåé áñ÷éêÜ íá âñåßôå ôç äéáöïñÜ ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôçí áíáëïãßá ðïõ õðïëïãßóáôå åóåßò êáé ôï ìÝóï üñï ôçò áíáëïãßáò ðïõ õðïëïãßóèçêå áðü ôçí õðüëïéðç ôÜîç. Óôç óõíÝ÷åéá, áöïý ãßíåé ôï ßäéï êáé áðü ôïõò õðüëïéðïõò óõììáèçôÝò óáò, õðïëïãßóôå ôï ìÝóï üñï áõôþí ôùí äéáöïñþí. ÁõôÞ ç áðÜíôçóç èá áðïôåëÝóåé êáé ôï ìÝóï óöÜëìá óôï áðïôÝëåóìá ïëüêëçñçò ôçò ôÜîåùò. Ôï ìÝóï óöÜëìá åßíáé ãíùóôü åðßóçò êáé ùò ìÝóç äéáöïñÜ Þ ùò ìÝóç áðüêëéóç (êáôÜ ôïõò õðïëïãéóìïýò óáò ìçí

7.9 ÓôáèåñÝò áíáëïãßåò. Óôï ðñïçãïýìåíï ðåßñáìá âñÞêáôå üôé üëá ôá äåßãìáôá ïîåéäßïõ ôïõ ÷áëêïý ðïõ ó÷çìáôßóèçêáí åß÷áí ôïõëÜ÷éóôïí ìéá êïéíÞ éäéüôçôá. ÊÜèå

äåßãìá åìðåñéåß÷å ôçí ßäéá áíáëïãßá ìÜæáò ÷áëêïý êáé ïîõãüíïõ ìÝóá óôá üñéá êÜðïéïõ ðåéñáìáôéêïý óöÜëìáôïò. ÐåéñÜìáôá ðïõ èá ãßíïõí áñãüôåñá èá äåßîïõí üôé ðñïêåéìÝíïõ ãéá üëåò ôéò êáèáñÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò ðñïêýðôïõí

160

áíÜëïãá áðïôåëÝóìáôá. Ùò óõíÝðåéá áõôþí ôùí ðåéñáìÜôùí ðñïêýðôåé ï íüìïò ðïõ åßíáé ãíùóôüò ùò Íüìïò ôùí Óôáèåñþí Áíáëïãéþí. Ï íüìïò áõôüò ïñßæåé üôé ïé ìÜæåò ôùí óôïé÷åßùí ðïõ áðïôåëïýí ìéá êáèáñÞ ÷çìéêÞ Ýíùóç âñßóêïíôáé ðÜíôïôå õðü óôáèåñÞ áíáëïãßá. Ç áíáêÜëõøç üôé ìßá ÷çìéêÞ ïõóßá ðåñéÝ÷åé ðÜíôá ôá óôïé÷åßá ðïõ ôçí áðïôåëïýí óôéò ßäéåò óôáèåñÝò áíáëïãßåò ìáæþí, õðÞñîå ðïëý óçìáíôéêÞ óôç èåìåëßùóç ôçò åðéóôÞìçò ôçò ÷çìåßáò. Ôï 1812 ïé ÷çìéêïß óõìöþíçóáí üôé áõôÞ ç ðåéñáìáôéêÞ Ýíäåéîç áðïôåëåß Ýíá íüìï ôçò ÷çìåßáò. ~Åôóé, ìáæß ìå ôï íüìï ôçò äéáôçñÞóåùò ôçò ìÜæáò, ðïõ äéäá÷èÞêáôå óôï êåöÜëáéï 2, ï íüìïò ôùí

óôáèåñþí áíáëïãéþí âïÞèçóå ôïí John Dalton íá äéáôõðþóåé ôç èåùñßá üôé ç ýëç áðïôåëåßôáé áðü Üôïìá. Ç áôïìéêÞ èåùñßá ôïõ, ðïõ ðñïôÜèçêå ôï 1808, Þôáí ìéá ðñïóðÜèåéá íá åîçãÞóåé ãéáôß èá Ýðñåðå íá éó÷ýïõí áõôïß ïé íüìïé. ×ñåéÜóèçêáí ôÝóóåñá ÷ñüíéá ãéá íá ðÜøïõí ïé äéáìÜ÷åò ó÷åôéêÜ ìå ôçí éó÷ý ôïõ íüìïõ ôùí óôáèåñþí áíáëïãéþí. Ç áôïìéêÞ èåùñßá ôïõ Dalton åîÞãçóå ìå éêáíïðïéçôéêü ôñüðï ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá ðïõ Þôáí ãíùóôÜ ôï 1808, êáé Ýêôïôå óõìöùíåß, ìåôÜ áðü ìéêñÝò ôñïðïðïéÞóåéò, ìå üëá ôá õðüëïéðá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá. ÓÞìåñá äåí õðÜñ÷ïõí ÷çìéêïß ðïõ áìöéâÜëëëïõí ãéá ôçí ýðáñîç ôùí áôüìùí, áí êáé êáíåßò ÷çìéêüò

Ðåñßëçøç. ÕðÜñ÷ïõí ôñåéò ìïñöÝò ôçò ýëçò, ç áÝñéá (Þ ç ìïñöÞ áôìþí), ç õãñÞ êáé ç óôåñåÜ. ÃåíéêÜ, ïé ïõóßåò Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá ìå ìåôáâïëÞ ôçò èåñìïêñáóßáò íá ìåôáôñÝðïíôáé áðü ôç ìéá ìïñöÞ óôçí Üëëç (üðùò ãéá ðáñÜäåéãìá ï ðÜãïò óå íåñü êáé áôìü êáé ôï áíôßóôñïöï). Ôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá ðïõ âñßóêïíôáé óôçí áÝñéá öÜóç ãåíéêÜ äéáôçñïýí ôçí ôáõôüôçôÜ ôïõò, êáé üôáí ôï áÝñéï óõìðõêíùèåß. Óõìðýêíùóç ðñáãìáôïðïéåßôáé üôáí ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ôùí ìïñßùí ãßíåé ðïëý ìéêñÞ ãéá íá ìðïñÝóåé íá õðåñíéêÞóåé ôéò ìéêñÝò äõíÜìåéò Ýëîåùò ðïõ ôåßíïõí íá ôá öÝñïõí êïíôÜ. ÊáèáñÝò ïõóßåò åßíáé åêåßíåò ïé ïðïßåò ëüãù ôçò ïìïéüìïñöçò óõóôÜóåþò ôïõò åìöáíßæïõí óôáèåñÝò êáé ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò. Åêåßíåò ïé êáèáñÝò ïõóßåò (üðùò ð.÷. ôï õäñïãüíï, ôï ïîõãüíï Þ ï Üíèñáêáò) ðïõ äåí ìðïñïýí íá ìåôáâëçèïýí Þ íá áðïóõíôåèïýí óå äýï Þ ðåñéóóüôåñåò Üëëåò ïõóßåò, áðïôåëïýíôáé áðü Ýíá ìüíï åßäïò áôüìùí êáé ïíïìÜæïíôáé óôïé÷åßá. Ïé êáèáñÝò ïõóßåò, ïé ïðïßåò Ý÷ïõí ðñïÝëèåé áðü äýï Þ ðåñéóóüôåñá åßäç áôüìùí ïíïìÜæïíôáé

÷çìéêÝò åíþóåéò. Ï ðñïóäéïñéóìüò ôçò óõóôÜóåùò ôùí ïõóéþí ïíïìÜæåôáé áíÜëõóç êáé áðïôåëåß áíôéêåßìåíï ôçò áíáëõôéêÞò ÷çìåßáò. Ôá óôïé÷åßá Þ ôá áðëÜ ìüñéá åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ÷çìéêþí åíþóåùí. Ç äéåñãáóßá áõôÞ ïíïìÜæåôáé óýíèåóç. ~Å÷åé âñåèåß üôé ïé áíáëïãßåò ôçò ìÜæáò ôùí äéáöüñùí óôïé÷åßùí ðïõ áðïôåëïýí ìßá ÷çìéêÞ Ýíùóç åßíáé ðÜíôá ïé ßäéåò. Áõôü äéáôõðþèçêå ìå ôï Íüìï ôùí Óôáèåñþí Áíáëïãéþí.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðþò äéêáéïëïãåßôáé üôé ôá õãñÜ êáé ôá óôåñåÜ áðïôåëïýíôáé áðü Üôïìá Þ ìüñéá, üðùò áêñéâþò óõìâáßíåé êáé ìå ôá áÝñéá; 2. Ðþò åßíáé äõíáôüí íá äéáêñßíåôå ìßá êáèáñÞ ïõóßá áðü ìéáí Üëëç, ðïõ ðåñéÝ÷åé ðñïóìßîåéò; 3. Ðïéá äéáöïñÜ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óå Ýíá óôïé÷åßï êáé ìéá ÷çìéêÞ Ýíùóç; 4. Ôé åííïïýìå ëÝãïíôáò óýíèåóç; 5. ÅêöñÜóôå ìå äéêÜ óáò ëüãéá ôï Íüìï ôùí Óôáèåñþí Áíáëïãéþí.

Ôá óôïé÷åßá - ôá ïíüìáôá êáé ôá óýìâïëÜ ôïõò 7.10 Ôá óôïé÷åßá. Óôïé÷åßï åßíáé åî ïñéóìïý ìßá êáèáñÞ ïõóßá, ðïõ ðåñéÝ÷åé Ýíá åßäïò áôüìùí. ÓÞìåñá, åßíáé ãíùóôÜ ðåñßðïõ 109 óôïé÷åßá. Áõôü óçìáßíåé üôé

Ý÷ïõí áíáãíùñéóèåß ðåñßðïõ 109 äéáöïñåôéêÜ åßäç áôüìùí. ÌåñéêÜ áðü áõôÜ ôá óôïé÷åßá áðáíôïýí óå êáèáñÞ ìïñöÞ óôç öýóç êáé ãé' áõôü åßíáé ãíùóôÜ áðü ÷éëéÜäåò ÷ñüíéá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôá óôïé÷åßá óßäçñïò, Üñãõñïò êáé

161

÷ñõóüò Þôáí ãíùóôÜ êáé óôïõò áñ÷áßïõò. Óôá ôåëåõôáßá ÷ñüíéá ôïõ Ìåóáßùíá ìÜëéóôá, ïé áë÷çìéóôÝò ÷ñçóéìïðïéïýóáí ôá ïíüìáôá “ferrum” ãéá ôï óßäçñï, “argentum” ãéá ôï ÷ñõóü (ôï ó÷Þìá 7-12 äåß÷íåé ìéá ÷áñáêôçñéóôéêÞ ïìÜäá áë÷çìéóôþí êáôÜ ôçí þñá ôçò åñãáóßáò). Óôç öýóç üìùò áðáíôïýí êáé Üëëá óôïé÷åßá åëåýèåñá, äçëáäÞ ü÷é óõíäåäåìÝíá ìå êÜðïéá Üëëá. Ôá áÝñéá ðïõ áðïôåëïýí ôïí áôìïóöáéñéêü ìáò áÝñá åßíáé ðñùôïãåíÞ óôïé÷åßá êáé ü÷é ÷çìéêÝò åíþóåéò. ÅðåéäÞ üìùò áõôÜ ôá áÝñéá âñßóêïíôáé áíáìåìéãìÝíá ìåôáîý ôïõò, ï äéá÷ùñéóìüò êáé ç ôáõôïðïßçóÞ ôïõò ùò êáèáñþí óôïé÷åßùí åðéôåý÷èçêå ó÷åôéêÜ ðñüóöáôá. Ôá ðåñéóóüôåñá áðü ôá óôïé÷åßá äåí áðáíôïýí óõíÞèùò ìå ôçí åëåýèåñç ìïñöÞ ôïõò óôç öýóç, áëëÜ êõñßùò ìå ôç ìïñöÞ ôùí ÷çìéêþí ôïõò åíþóåùí (ó÷. 7-13). Ãé' áõôü ç áíáêÜëõøç ôùí óôïé÷åßùí áõôþí ïöåßëåôáé êõñßùò óôçí éêáíüôçôá ôùí ÷çìéêþí íá áðïóõíèÝôïõí ôéò ÷çìéêÝò ïõóßåò óôá óôïé÷åßá ðïõ ôéò áðïôåëïýí. Ðñïôïý éó÷õñéóèïýí üôé ðñüêåéôáé ãéá íÝá óôïé÷åßá, ïé ÷çìéêïß èá ðñÝðåé íá ôá êáèáñßóïõí êáé íá äåßîïõí ìå ðåéóôéêü ôñüðï üôé äåí õðÜñ÷åé êáìéÜ äõíáôüôçôá íá ôá äéá÷ùñßóïõí ðåñéóóüôåñï. Ó÷åäüí üëá ôá óôïé÷åßá ðïõ õðÜñ÷ïõí óôç öýóç, áíáêáëýöèçêáí êõñßùò õðü ôç ìïñöÞ ôùí

Ó×ÇÌÁ 7-12. ÊáôÜ ôï Ìåóáßùíá áõôïß ðïõ óðïýäáæáí êïíôÜ óôïõò áë÷çìéóôÝò ÷ñçóéìïðïéïýóáí óôéò åñãáóßåò ôïõò ôç ëáôéíéêÞ ãëþóóá. Ãé' áõôü êáé ìåñéêÜ áðü ôá ÷çìéêÜ óýìâïëá ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ëáôéíéêÜ

÷çìéêþí ôïõò åíþóåùí, óôï äéÜóôçìá áðü ôï 1700 ìÝ÷ñé ôï 1930. Ðñéí áðü áõôÞí ôç ÷ñïíïëïãßá, ìüíï 13 ðåñßðïõ óôïé÷åßá åß÷áí ãßíåé ãíùóôÜ. Áðü ôçí åðï÷Þ ôïõ Â~ Ðáãêïóìßïõ ÐïëÝìïõ, êáôáóêåõÜóèçêå ó÷åäüí ìßá äùäåêÜäá íÝùí óôïé÷åßùí ðïõ äåí õðÜñ÷ïõí óôç öýóç. ÁõôÜ ôá “ôå÷íçôÜ” óôïé÷åßá ðáñÜãïíôáé áðü ðõñçíéêÝò äéáäéêáóßåò õøçëÞò åíÝñãåéáò, ðïõ ãßíïíôáé óôá êýêëïôñá êáé Üëëïõò åðéôá÷õíôÝò óùìáôéäßùí Þ óå áôïìéêïýò áíôéäñáóôÞñåò (ó÷. 7-14).

7.11 Óýìâïëá ôùí óôïé÷åßùí. ~Ïëá ôá óôïé÷åßá Ý÷ïõí ïíüìáôá, áíáãíùñßæïíôáé üìùò êáé áðü ôá “óýìâïëÜ ôïõò”. Ïé ÷çìéêïß áðü êáéñü ÷ñçóéìïðïéïýí óýìâïëá ãéá åõêïëßá óôç ãñáöÞ ôùí ôýðùí Þ ôùí åîéóþóåùí, ãéáôß äéáöïñåôéêÜ èá Þôáí ðïëý ÷ñïíïâüñá êáé êïðéáóôéêÞ ç ãñáöÞ ïëüêëçñïõ ôïõ ïíüìáôïò êÜèå öïñÜ ðïõ èá Þèåëáí íá áíáöåñèïýíå óå Ýíá óôïé÷åßï Þ óå Ýíá Üôïìï ôïõ óôïé÷åßïõ. Ôá ïíüìáôá ôùí óôïé÷åßùí äéáöÝñïõí ëßãï áðü ôç ìéá ãëþóóá óôçí Üëëç, ôá óýìâïëá üìùò åßíáé ðáíôïý ôá ßäéá. Ôá ðåñéóóüôåñá óýìâïëá Ý÷ïõí ðñïêýøåé áðü ôï óõíäõáóìü ôïõ ðñþôïõ ãñÜììáôïò ôïõ áããëéêïý ïíüìáôïò, ìå Ýíá áêüìç ãñÜììá áðü

Ó×ÇÌÁ 7-13. ~Åíá ôåñÜóôéï õðüãåéï êïßôáóìá ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ (ðïõ äåí åßíáé Üëëï áðü ôï êïéíü ìáãåéñéêü áëÜôé) óôç ËïõéæéÜíá ôùí ÇÐÁ. Ôï ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï, NaCl, åîïñýóóåôáé åäþ óå ìåãÜëåò ðïóüôçôåò.

162

John Dalton (1766 - 1844)

Ï John Dalton ìáæß ìå Ýíáí áðü ôïõò ìáèçôÝò ôïõ, åíþ óõëëÝãåé öõóéêü (Þ åëåéïãåíÝò*) áÝñéï.

O John Dalton åßíáé ãíùóôüò ãéá ôçí ÁôïìéêÞ Èåùñßá, ðïõ äéáôýðùóå ðåñß ôá ôÝëç ôïõ 18ïõ áßùíá. Ðñüêåéôáé ãéá Ýíá óýíïëï áðü éäÝåò, ðïõ áðåôÝëåóáí ôá èåìÝëéá ôçò óýã÷ñïíçò åðéóôÞìçò ôçò ÷çìåßáò. ÁíÜìåóá óôéò óêÝøåéò ðïõ ðñüôåéíå ï Dalton Þôáí êáé ïé ðáñáêÜôù: 1. Ôá óôïé÷åßá áðïôåëïýíôáé áðü Üôïìá ðïõ äåí ìðïñïýí íá äéáóðáóèïýí ðáñáðÝñá. Åß÷å ðåé: ÄéÜëåîá ôç ëÝîç “Üôïìï”, ãéá íá äþóù ôçí Ýííïéá áõôþí ôùí åëá÷ßóôùí óùìáôéäßùí. Ç ëÝîç “Üôïìï” ðñïÝñ÷åôáé áðü ôçí åëëçíéêÞ “Üôïìïò”, äçëáäÞ áõôüò ðïõ äåí ôÝìíåôáé, äåí êüâåôáé Þ äåí äéáéñåßôáé. 2. ~Áôïìá ôïõ ßäéïõ óôïé÷åßïõ åßíáé ßäéá, áëëÜ Üôïìá äéáöïñåôéêþí óôïé÷åßùí åßíáé äéáöïñåôéêÜ. Ï Dalton Ýëåãå: “~Ïëá ôá Üôïìá åíüò óôïé÷åßïõ åßíáé áðïëýôùò ßäéá óôï âÜñïò êáé ôï ó÷Þìá”. 3. Óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò, ïýôå äçìéïõñãïýíôáé ïýôå êáôáóôñÝöïíôáé Üôïìá. 4. ×çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ãßíïíôáé áíÜìåóá óå Üôïìá Þ ïìÜäåò áôüìùí. Ï Dalton åß÷å ïíïìÜóåé ôç ìéêñüôåñç ìïíÜäá ìéáò ÷çìéêÞò åíþóåùò (áõôü ðïõ óÞìåñá áðïêáëïýìå ìüñéï) “Üôïìá ôçò åíþóåùò”. Ï Dalton óõíåéäçôïðïßçóå íùñßò üôé ôá Üôïìá óõíäÝïíôáé, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ìßá ÷çìéêÞ Ýíùóç, ìå

*

Ó.ô.Ì. Åêëýåôáé êáé áðü ôá Ýëç êáé ðñüêåéôáé êõñßùò ãéá ìåèÜíéï.

ìéá áðëÞ áíáëïãßá. ~Ïìùò, ãéá ïñéóìÝíï óõíäõáóìü áôüìùí, åßíáé äõíáôÝò ìüíï ìåñéêÝò áðëÝò áíáëïãßåò. Ãé' áõôü êÜðïéïé óõíäõáóìïß áôüìùí åßíáé äõíáôüí íá óõíåíùèïýí, ó÷çìáôßæïíôáò ìåñéêÝò äéáöïñåôéêÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò. Ç äéáðßóôùóç áõôÞ áðïôåëåß ìéá ôåñÜóôéá ðñüïäï, óå ó÷Ýóç ìå ôéò ðñïçãïýìåíåò èåùñßåò ãýñù áðü ôç äçìéïõñãßá ôùí ÷çìéêþí åíþóåùí. Ìå ôç âïÞèåéá ôùí áðïôåëåóìÜôùí ðïõ åß÷áí ðñïêýøåé áðü áíáëýóåéò Üëëùí åðéóôçìüíùí, ï Dalton êáôáóêåýáóå Ýíáí ðßíáêá ó÷åôéêþí áôïìéêþí êáé ìïñéáêþí ìáæþí ìå âÜóç áíáöïñÜò ôç ìÜæá ôïõ õäñïãüíïõ, ðïõ ôç èåþñçóå ùò ìïíÜäá (1). Ðñüôåéíå åðßóçò Ýíá íÝï êáôÜëïãï óõìâüëùí, ãéá íá ðáñáóôÞóåé ôá óôïé÷åßá ðïõ Þôáí ãíùóôÜ åêåßíç ôçí åðï÷Þ. Êáé ï ðßíáêáò êáé ôá óýìâïëÜ ôïõ áíôéêáôáóôÜèçêáí áñãüôåñá, áëëÜ áðåôÝëåóáí óçìáíôéêÜ âÞìáôá ãéá ôçí ðñüïäï ôçò ÷çìåßáò. ~Ïôáí åîåôÜóåôå ôçí ôåñÜóôéá óõìâïëÞ ôïõ Dalton óôçí ðñüïäï ôçò åðéóôÞìçò, èá åêðëáãåßôå äéáðéóôþíïíôáò üôé êáôÜ Ýíá ìåãÜëï ìÝñïò Þôáí áõôïäßäáêôïò. Ï ðáôÝñáò ôïõ Þôáí Ýíáò öôù÷üò õöáíôÞò êáé ãé' áõôü ï Dalton Þôáí õðï÷ñåùìÝíïò íá áñ÷ßóåé íùñßò íá öñïíôßæåé ôïí åáõôü ôïõ. ~Ïôáí Ýöèáóå óôçí çëéêßá ôùí äþäåêá ÷ñüíùí, åß÷å ðñïïäåýóåé ôüóï ðïëý ç ìüñöùóÞ ôïõ, þóôå ïé éèýíïíôåò ôïõ ÷ùñéïý ôïõ åðÝôñåøáí íá éäñýóåé äéêü ôïõ ó÷ïëåßï óôï ðáôñéêü ôïõ óðßôé. ÓõíÝ÷éóå ôç óôáäéïäñïìßá ôïõ ùò äÜóêáëïò êáé ðáéäáãùãüò óôçí ðüëç ÌÜíôóåóôåñ ôçò Áããëßáò êáôÜ ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôçò æùÞò ôïõ. Ç êáñäéÜ ôïõ üìùò âñßóêïíôáí ðéï êïíôÜ óôï ðåäßï ôçò åðéóôçìïíéêÞò äñÜóåùò áð' ü,ôé óôç äéäáóêáëßá. Ï Dalton ôï 1822 ôéìÞèçêå ìå ôçí åêëïãÞ ôïõ óôç âáóéëéêÞ åôáéñåßá (Royal society), áëëÜ åðåéäÞ ç óõììåôï÷Þ ôïõ óôç èñçóêåõôéêÞ ïñãÜíùóç ôùí ÊïõáêÝñùí ôïõ áðáãüñåõå ôçí áðïäï÷Þ êÜèå åßäïõò ôéìçôéêÞò äéáêñßóåùò ãéá ôï Ýñãï ôïõ, ç åêëïãÞ Ýãéíå ÷ùñßò ôçí ðáñïõóßá ôïõ.

163

áõôü. Ôï ðñþôï ãñÜììá ôïõ óõìâüëïõ ãñÜöåôáé êåöáëáßï, ü÷é üìùò êáé ôï äåýôåñï. ÌåñéêÜ óýìâïëá áðïôåëïýíôáé ìüíï áðü ôï ðñþôï êåöáëáßï ãñÜììá. Ôá óýìâïëá åßíáé äõíáôüí íá ÷ùñéóèïýí óå ôÝóóåñéò âáóéêÝò ïìÜäåò. 1. ÌåñéêÜ óýìâïëá äåí ðñïêýðôïõí áðü ôï áããëéêü, áëëÜ áðü ôï ðáëáéü ëáôéíéêü (Þ Üëëçò ðñïåëåýóåùò) üíïìá*. ÁõôÜ åßíáé ðéï äýóêïëá óôçí áðïìíçìüíåõóç, áëëÜ åõôõ÷þò åßíáé ìüíï Ýíôåêá. Óôïí ðßíáêá 7.1 åßíáé êáôá÷ùñçìÝíá ôï êïéíü üíïìá, ôï áñ÷áßï Þ îÝíï üíïìá êáé ôï óýìâïëï êáèåíüò áðü áõôÜ ôá Ýíôåêá óôïé÷åßá. 2. ÌåñéêÜ óôïé÷åßá óõìâïëßæïíôáé ìüíï ìå ôï ðñþôï ãñÜììá ôïõ áããëéêïý ïíüìáôïò ôïõ óôïé÷åßïõ, üðùò ôá ðáñáêÜôù: Â, (Âïron) Âüñéï C, (Carbon) ¢íèñáêáò F, (Fluorine) Öèüñéï Ç, (Hydrogen) Õäñoãüíï É, (Éïdine) Iþäéï Í, (Íitrogen) ~Áæùôï

Ï, (Oxygen) Oîõãüíï P, (Phosphorus) Öùóöüñïò S, (Sulfur) ÈåéÜöé (Þ èåßï) U, (Uranium) ÏõñÜíéï V, (Vanadium) ÂáíÜäéï Y, (Yttrium) ~Éôôñéï

3. ÐïëëÜ óôïé÷åßá óõìâïëßæïíôáé ìå ôá äýï ðñþôá ãñÜììáôá ôïõ áããëéêïý ïíüìáôïò. ÌåñéêÜ

áðü áõôÜ åßíáé ôá áêüëïõèá: Al (Aluminum) Áëïõìßíéï Þ áñãßëéï Th (Thorium) Èüñéï Íe (NÝïí) ÍÝï Ca (Calcium) AóâÝóôéï

4. ÌåñéêÜ óôïé÷åßá óõìâïëßæïíôáé ìå ôï ðñþôï ãñÜììá ôïõ áããëéêïý ïíüìáôïò êáé Ýíá Üëëï ãñÜììá, ü÷é üìùò ôï äåýôåñï êáôÜ óåéñÜ. Áõôü óõìâáßíåé óõíÞèùò, åðåéäÞ õðÜñ÷ïõí äýï Þ ðåñéóóüôåñá óôïé÷åßá ðïõ Ý÷ïõí ïíüìáôá ìå üìïéá ôá äýï ðñþôá ãñÜììáôá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áöïý ôï áóâÝóôéï (Calcium) åßíáé Ca, äåí ìðïñåß Ýôóé íá óõìâïëßæåôáé êáé ôï êÜäìéï (Cadmium). Ãé' áõôü, ôï óýìâïëü ôïõ åßíáé Cd. AíÜëïãá, ôï óýìâïëï ãéá ôï èÜëëéï (Thallium) åßíáé Tl, åðåéäÞ ìå Th óõìâïëßæåôáé ôï èüñéï (Thorium). MåñéêÝò öïñÝò äåí õðÜñ÷åé ðñïöáíÞò áéôßá ðïõ äåí ÷ñçóéìïðïéåßôáé ôï äåýôåñï ãñÜììá. ÐáñÜäåéãìá áðïôåëåß ç ðåñßðôùóç äýï óôïé÷åßùí ìå ïíüìáôá ðïõ áñ÷ßæïõí áðü Æ, ï øåõäÜñãõñïò (Zinc) êáé ôï æéñêüíéï (Zirconium). KáíÝíá áðü áõôÜ üìùò äåí Ý÷åé ôï óýìâïëï Zi. Ï øåõäÜñãõñïò óõìâïëßæåôáé Zn êáé ôï æéñêüíéï Zr. Ç åêìÜèçóç ôùí

Ó×ÇÌÁ 7-14. Ïé åðéóôÞìïíåò ìðïñïýí íá ðáñáóêåõÜæïõí óôïé÷åßá, ðïõ äåí áðáíôïýí óôç öýóç, ìå ôç âïÞèåéá åðéôá÷õíôþí óùìáôéäßùí, üðùò ï åéêïíéæüìåíïò. *

Ó.ô.Ì. Ôá 42 ôïõëÜ÷éóôïí áðü ôá ãíùóôÜ ìÝ÷ñé óÞìåñá óôïé÷åßá Ý÷ïõí ïíüìáôá ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü åëëçíéêÝò ëÝîåéò.

164 ÐßÍÁÊÁÒ 7.1. Óôïé÷åßá êáé ôá óýìâïëÜ ôïõò, ôá ïðïßá Ý÷ïõí ðñïÝëèåé áðü áñ÷áßï Þ îÝíï üíïìá. Êïéíü üíïìá

ÐñïÝëåõóç óõìâüëïõ

Áíôéìüíéï

Stibnum

Sb

×áëêüò

Cuprum

Cu

×ñõóüò

Aurum

Au

Óßäçñïò

Ferrum

Fe

Ìüëõâäïò

Plumbum

Pb

ÕäñÜñãõñïò

Hydrarrgyrum

Hg

ÊÜëéï

Kalium

K

¢ñãõñïò

Argentum

Ag

ÍÜôñéï

Natrium

Na

Êáóóßôåñïò

Stannum

Sn

ÂïëöñÜìéï

Wolfram

W

óõìâüëùí ôùí óôïé÷åßùí äåí åßíáé áíÜãêç íá ãßíåé ìéá êïðéáóôéêÞ êáé äõóÜñåóôç õðüèåóç. ÖõóéêÜ, èá ðñÝðåé íá êáôáâëçèåß êÜðïéá ðñïóðÜèåéá áëëÜ ôï ìõóôéêü åßíáé íá ìÜèåôå ôç óùóôÞ ìÝèïäï. Ìå åîáßñåóç ôïõò óðïõäáóôÝò ðïõ äéáèÝôïõí ìéá ðïëý éó÷õñÞ ìíÞìç, åßíáé Üóêïðï íá ðñïóðáèÞóåôå íá áðïìíçìïíåýóåôå ïëüêëçñç ôç ëßóôá Þ Ýóôù Ýíá óçìáíôéêü ìÝñïò ôçò. Êáëüí åßíáé íá ìÜèåôå êáé íá óõãêñáôÞóåôå ìüíï ôá óýìâïëá ìå ôç óåéñÜ ðïõ ôá óõíáíôÜôå óôéò ðáñáêÜôù óåëßäåò áõôïý ôïõ âéâëßïõ. ÌåñéêÜ, üðùò åßíáé ôï Ç êáé ôï Ï, åßíáé êéüëáò ãíùóôÜ. ~Áëëá èá ôá óõíáíôÞóåôå óôéò åðüìåíåò óåëßäåò. Èá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ìüíï ôá óçìáíôéêÜ êáé ôá êïéíÜ óôïé÷åßá, êáé ìÜëéóôá åðáíåéëçììÝíùò, þóôå íá åíéó÷õèåß ç áðïôýðùóÞ ôïõò óôç ìíÞìç óáò.

7.12 Ìïñéáêïß ôýðïé. Ï ôýðïò åíüò ìïñßïõ äåß÷íåé áðëÜ ðïéá êáé ðüóá Üôïìá áðü ôï êÜèå åßäïò õðÜñ÷ïõí óå áõôü. ~Å÷ïõí Þäç áíáöåñèåß ïé ìïñéáêïß ôýðïé ôïõ õäñïãüíïõ, Ç2, ôïõ ïîõãüíïõ Ï2, êáé ôïõ íåñïý, *

Óýìâïëï

Ç2Ï. Áí êáé åßíáé áðëïß, åßíáé áðüëõôá ÷áñáêôçñéóôéêïß êáé Ýôóé ãßíåôáé öáíåñü ðüóï áðëÜ ðñÜãìáôá åßíáé ïé ÷çìéêïß ôýðïé. ÐáñáêÜôù õðÜñ÷åé Ýíá óýíïëï êáíüíùí (ìå êÜðùò ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò óå ó÷Ýóç ìå üôé Ý÷åé áíáöåñèåß) ðïõ áöïñÜ óôïí ôñüðï ãñáöÞò ôùí ÷çìéêþí ôýðùí. 1. ÊÜèå åßäïò áôüìïõ ðïõ õðÜñ÷åé óôï ìüñéï ðáñéóôÜíåôáé ìå ôï óýìâïëü ôïõ. 2. Ï áñéèìüò ôùí áôüìùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôï ìüñéï ôïõ êÜèå åßäïõò −áí õðÜñ÷ïõí ðåñéóóüôåñá áðü Ýíá− äçëþíåôáé ìå ôçí áíáãñáöÞ åíüò åíäåéêôéêïý áñéèìïý áìÝóùò êÜôù äåîéÜ óôï óýìâïëï. Ôï óýìâïëï ìüíï ôïõ, ÷ùñßò åíäåéêôéêü áñéèìü, óçìáßíåé Ýíá Üôïìï. 3. Ç óåéñÜ ìå ôçí ïðïßá áíáöÝñïíôáé ôá äéÜöïñá óôïé÷åßá åßíáé, äõóôõ÷þò, ìÜëëïí áõèáßñåôç* (äåí åßíáé áëöáâçôéêÞ). ~Ïìùò, óõíçèßæåôáé ãéá êÜðïéá êïéíÜ ìüñéá íá ÷ñçóéìïìïðïéåßôáé ìéá êÜðïéá óåéñÜ. ~Åôóé, ôï íåñü ãñÜöåôáé êáíïíéêÜ Ç2Ï êáé ü÷é ÏÇ2 (åêôüò áðü ìåñéêÝò åéäéêÝò ðåñéðôþóåéò), áí êáé ï äåýôåñïò ôýðïò óå êáìéÜ ðåñßðôùóç äåí ìðïñåß íá èåùñçèåß ëÜèïò. Ãéá íá ãßíåé ðéï óáöÞò ï ôñüðïò ãñáöÞò

Ó.ô.Ì. Ó÷åôéêÜ ìå ôçí ïíïìáôïëïãßá êáé ôç ãñáöÞ ôùí ÷çìéêþí åíþóåùí Ý÷ïõí ïñéóèåß êáíüíåò áðü ôçí I.U.P.A. (International Union of Pure and Applied Chemistry).

165

ôùí ìïñéáêþí ôýðùí, áêïëïõèïýí ïé ôýðïé ìåñéêþí ìïñßùí ðïõ Ý÷ïõí áíáöåñèåß ìÝ÷ñé ôþñá óôï âéâëßï: Õäñï÷ëþñéï Áììùíßá Ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ Äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ Äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá

HCl ÍÇ3 ÍÏ ÍÏ2 CO2

Ìüñéá ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü äýï ìüíï Üôïìá, åßôå üìïéá åßôå áíüìïéá, ïíïìÜæïíôáé äéáôïìéêÜ, åíþ üëá ôá Üëëá ïíïìÜæïíôáé ðïëõáôïìéêÜ. Ìüñéá

ìå ôñßá Üôïìá ïíïìÜæïíôáé óõíÞèùò ôñéáôïìéêÜ. Óôçí ðáñáðÜíù ëßóôá äéáôïìéêÜ ìüñéá åßíáé ôï ÇCl êáé ôï NO. Åðßóçò, äéáôïìéêÜ åßíáé êáé ôá ìüñéá ôïõ õäñïãüíïõ, Ç2, êáé ôïõ ïîõãüíïõ, Ï2. Ôá ÍÏ2 êáé CÏ2 åßíáé ôñéáôïìéêÜ Þ ðïëõáôïìéêÜ. Ôá ìüñéá ôïõ ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ êáé ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ, ÍÏ êáé ÍÏ2 áíôßóôïé÷á, ÷ñçóéìåýïõí ãéá íá äåßîïõí ôç óçìáóßá ôïõ ãåãïíüôïò üôé ç öýóç åíüò ìïñßïõ åîáñôÜôáé ü÷é ìüíï áðü ôï åßäïò ôùí áôüìùí ðïõ ðåñéÝ÷åé, áëëÜ êáé áðü ôïí áñéèìü ôùí áôüìùí ôïõ éäßïõ åßäïõò ðïõ õðÜñ÷ïõí óå áõôü. Ôá ÍÏ êáé ÍÏ2 åßíáé åíôåëþò äéáöïñåôéêÝò ïõóßåò, áí êáé ôá äýï

Ðåñßëçøç. Ðåñéóóüôåñá áðü 100 óôïé÷åßá (109) åßíáé ãíùóôÜ êáé áðü áõôÜ ôá 90 ðåñßðïõ õðÜñ÷ïõí óôç öýóç. ÕðÜñ÷åé Ýíá äéåèíÝò óýóôçìá óõìâüëùí, ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôçí ðáñÜóôáóç áõôþí ôùí óôïé÷åßùí. Ôï êÜèå óýìâïëï áðïôåëåßôáé áðü Ýíá Þ äýï ãñÜììáôá, êáé áðü áõôÜ ôï ðñþôï åßíáé êåöáëáßï. ÌåñéêÜ áðü ôá ðéï êïéíÜ óýìâïëá, ôá ïðïßá èá áñ÷ßóåôå íá ÷ñçóéìïðïéåßôå áìÝóùò, åßíáé: Ç, õäñïãüíï^ Ï, ïîõãüíï^ Í, Üæùôï^ Cl, ÷ëþñéï^ Ñ, öùóöüñïò. Óôïí ôýðï ìéáò ïõóßáò áíáãñÜöïíôáé üëá ôá äéáöïñåôéêÜ åßäç áôüìùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôçí êáèáñÞ ïõóßá êáé ïé äåßêôåò äåß÷íïõí ðüóá Üôïìá õðÜñ÷ïõí áðü ôï êÜèå åßäïò. ÊÜèå Üôïìï

óõìâïëßæåôáé ìå ôï óýìâïëï ôïõ óôïé÷åßïõ. Ãéá íá åßíáé óùóôÜ ãñáììÝíïò Ýíáò ôýðïò èá ðñÝðåé íá åßíáé óùóôÜ ãñáììÝíá ôüóï ôá óýìâïëá üóï êáé ïé äåßêôåò ôïõ.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðüóá Üôïìá õðÜñ÷ïõí óå Ýíá ìüñéï, ðïõ Ý÷åé ôïí ôýðï Ç3ÑÏ4; 2. Ðüóï áëëÜæåé ï ôýðïò åíüò ìïñßïõ, áí ìåôáâëçèåß Ýíáò áðü ôïõò äåßêôåò ôùí áôüìùí ôïõ; 3. ÃñÜøôå ôïí ôýðï ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ èåßïõ. Åßíáé äéáôïìéêü, ôñéáôïìéêü Þ ðïëõáôïìéêü

Ôñüðïò ãñáöÞò ôùí ìïñßùí êáé ôùí ÷çìéêþí åîéóþóåùí 7.13 ÌïñéáêÝò äïìÝò êáé ðñüôõðá. Ï ìïñéáêüò ôýðïò äçëþíåé ìüíï ðüóá Üôïìá õðÜñ÷ïõí óôá ìüñéá. Äåí äßíåé êáìéÜ ðëçñïöïñßá ãéá ôïí ôñüðï, ìå ôïí ïðïßï óõíäÝïíôáé ôá Üôïìá ìåôáîý ôïõò. ÂÝâáéá, ï ìïñéáêüò ôýðïò åßíáé Ýíáò ðïëý óõíåðôõãìÝíïò ôñüðïò ãñáöÞò åíüò ìïñßïõ Þ ìéáò ïõóßáò êáé ãéá ðïëëÝò ðåñéðôþóåéò åßíáé áðüëõôá åðáñêÞò. ÕðÜñ÷ïõí üìùò öïñÝò, üðïõ ÷ñåéÜæåôáé Ýíáò äïìéêüò Þ óõíôáêôéêüò ôýðïò, äçëáäÞ Ýíáò ôýðïò ðïõ íá äåß÷íåé ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò ôá Üôïìá. ~Åíáò óõíôáêôéêüò ôýðïò ðåñéÝ÷åé ôá äéÜöïñá Üôïìá ãñáììÝíá ìå ôá óýìâïëÜ ôïõò êáé ãñáììÝò ðïõ åíþíïõí åêåßíá ôá Üôïìá ôá ïðïßá óõíäÝïíôáé áð'

åõèåßáò ìåôáîý ôïõò, äçëáäÞ Ý÷ïõí êÜðïéï äåóìü. ÂÝâáéá, ðñïêåéìÝíïõ ãéá Ýíá äéáôïìéêü ìüñéï, ï óõíôáêôéêüò ôýðïò äåí ðñïóöÝñåé óõíÞèùò êáìéÜ éäéáßôåñç âïÞèåéá. Ïé åðüìåíïé óõíôáêôéêïß ôýðïé ìåñéêþí êïéíþí äéáôïìéêþí ìïñßùí áíáöÝñïíôáé ìüíï êáé ìüíï ùò Ýíá ðñþôï ðáñÜäåéãìá: H−H

Cl − Cl

Õäñïãüíï

Xëþñéï

Ç − Cl Õäñï÷ëþñéï

Óôçí ðåñßðôùóç üìùò ôùí ðïëõáôïìéêþí ìïñßùí, ï óõíôáêôéêüò ôýðïò ðáñÝ÷åé ìéá ðïëý ðéï ïëïêëçñùìÝíç åéêüíá ôïõ ìïñßïõ áðü ü,ôé Ýíáò êïéíüò ìïñéáêüò ôýðïò. Ðáñáäåßãìáôá áíáöÝñïíôáé óôïí ðßíáêá 7.2 (êÜðïéá Üôïìá

166

öáßíïíôáé óôïí ðßíáêá íá óõíäÝïíôáé ìå äýï ãñáììÝò ìåôáîý ôïõò^ ç óçìáóßá áõôþí ôùí äéðëþí äåóìþí èá åîåôáóèåß óôï êåöÜëáéï 15^ óå áõôü ôï óçìåßï äåí ÷ñåéÜæåôáé íá ãßíåé êÜðïéá éäéáßôåñç äéÜêñéóç áíÜìåóá óôïõò äéðëïýò êáé ôïõò ðéï óõíçèéóìÝíïõò áðëïýò äåóìïýò). Ïé ôýðïé ôçò áéèáíüëçò êáé ôïõ äéìåèõëáéèÝñá ðïõ áíáöÝñïíôáé óôïí ðßíáêá 7.2, áðïäåéêíýïõí ôç ìåãÜëç óçìáóßá ôùí óõíôáêôéêþí ôýðùí. Êáé ôá äýï ìüñéá ðåñéÝ÷ïõí ôï ßäéï åßäïò êáé áñéèìü áôüìùí, C2H6O. ~Ïìùò, ïé äýï åíþóåéò åßíáé åíôåëþò äéáöïñåôéêÝò. Áõôü ïöåßëåôáé óôï üôé ç óýíäåóç ôùí áôüìùí ìÝóá óôá ìüñéá åßíáé äéáöïñåôéêÞ êáé áðåéêïíßæåôáé óôïõò óõíôáêôéêïýò ôýðïõò. Ìüñéá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí áêñéâþò ôïí ßäéï óõíäõáóìü áôüìùí áëëÜ äéáöÝñïõí óôïí ôñüðï êáôÜ ôïí ïðïßï óõíäÝïíôáé ôá Üôïìá ìåôáîý ôïõò, ïíïìÜæïíôáé éóïìåñÞ. ~Åôóé, ç áéèáíüëç êáé ï äéìåèõëáéèÝñáò åßíáé éóïìåñÞ. ÐáñáêÜôù èá áíáöåñèïýí êáé Üëëá ðáñáäåßãìáôá éóïìåñþí. Ï óõíôáêôéêüò ôýðïò, áí êáé åßíáé Ýíáò ôñüðïò ãñáöÞò ôïõ ìïñßïõ ðïõ ìáò ðáñÝ÷åé ðåñéóóüôåñåò ðëçñïöïñßåò áðü üóåò Ýíáò êïéíüò ôýðïò, åí

ôïýôïéò åîáêïëïõèåß íá åìöáíßæåé Ýíá ìåãÜëï ìåéïíÝêôçìá. ÃñÜöåôáé óå äýï äéáóôÜóåéò, åíþ ôï ðñáãìáôéêü ìüñéï åßíáé ôñéóäéÜóôáôï. Ãé' áõôü ï Üñéóôïò ôñüðïò íá ðáñáóôáèåß Ýíá ìüñéï åßíáé ìå ôç âïÞèåéá åíüò ôñéóäéÜóôáôïõ ðñïôýðïõ Þ Ýóôù ìå ôç öùôïãñáößá åíüò ôÝôïéïõ ðñïôýðïõ. ~Ïðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 7-15, õðÜñ÷ïõí ôñßá åßäç ìïñéáêþí ðñïôýðùí. Óå êáèÝíá áðü áõôÜ ôá Üôïìá áíáðáñßóôáíôáé ìå óöáßñåò. ÁõôÝò ìðïñåß íá åßíáé äéáöïñåôéêïý ÷ñþìáôïò êáé ìåãÝèïõò þóôå íá äéáêñßíïíôáé ôá äéáöïñåôéêÜ åßäç áôüìùí. Ôï ðéï áðëïõóôåõìÝíï áðü ôá ðñüôõðá åßíáé áõôü, óôï ïðïßï ïé óöáßñåò óõíäÝïíôáé ìå ìéêñÝò ñÜâäïõò (ôï ðñüôõðï ìðÜëáò - ñÜâäïõ). Åßíáé áõôü ðïõ âëÝðåôå óôï ó÷Þìá 7-15á. Áí áíôéêáôáóôáèïýí ïé ñÜâäïé ìå åëáôÞñéá, üðùò óôï ó÷Þìá 7-15â, ó÷çìáôßæåôáé Ýíá ðñüôõðï ðéï êïíôÜ óôï áëçèéíü (ôï ðñüôõðï ìðÜëáò-åëáôçñßïõ). Áõôü äåß÷íåé üôé ôá ìüñéá åßíáé åýêáìðôá, üðùò óõìâáßíåé êáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá. Ôï ôñßôï åßäïò ðñïôýðùí, áõôü ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 7-15ã, åßíáé ãíùóôü ùò óôåñåï÷çìéêü ðñüôõðï, ãéáôß, åêôüò áðü ôïí ôñüðï êáôÜ ôïí

ÐßÍÁÊÁÒ 7.2. Ôýðïé ìåñéêþí ðïëõáôïìéêþí ìïñßùí. Ìüñéï

Êáíïíéêüò ôýðïò

Óõíôáêôéêüò ôýðïò H–N–H

ÍÇ3

Õäñüèåéï

Ç2S

H–S–H

Äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá

CO2

O = C =O

ÌåèÜíéï

CH4

ÁéèÜíéï

C2H6

–

Áììùíßá

H

−

−

−

−

H H–C–H H H H

−

−

H–C–C–H

H–C–C–O–H −

C2H6O

−

Áéèáíüëç

−

−

H H H H H H H–C–O–C–H −

C2H6O

−

ÄéìåèõëáéèÝñáò

H −

−

H H

H

167

ïðïßï óõíäÝïíôáé ôá Üôïìá ìåôáîý ôïõò, öáßíåôáé êáé ï ÷þñïò ðïõ êáôáëáìâÜíåé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ôï êÜèå Üôïìï. Ôï ðñüôõðï áõôü åßíáé êáé ôï ðéï áíôéêåéìåíéêü, ãéáôß äåß÷íåé ôáõôü÷ñïíá ðþò åßíáé äõíáôüí óôçí ðñáãìáôéêüôçôá íá óõíùèïýíôáé ìåôáîý ôïõò Üôïìá, ðïõ äåí óõíäÝïíôáé áðåõèåßáò ìåôáîý ôïõò. Óôá ó÷Þìáôá 7-16 êáé 7-17 äßíïíôáé ìåñéêÜ áêüìç ìïñéáêÜ ðñüôõðá êáé óõãêñßíïíôáé ìå ôïõò áíôßóôïé÷ïõò óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ðïõ áíáöÝñèçêáí ëßãï ðéï ðñéí. Óôï ó÷Þìá 7-16 âëÝðïìå ðñüôõðá ôýðïõ ìðÜëáò-ñÜâäïõ ôùí éóïìåñþí ìïñßùí ìå ÷çìéêü ôýðï C2Ç6Ï. Ôá óôåñåï÷çìéêÜ ðñüôõðá ôïõ ó÷Þìáôïò 7-17 äßíïõí ôçí ðñáãìáôéêÞ ìïñöÞ ïëüêëçñïõ ôïõ ó÷Þìáôïò ôùí åéêïíéæïìÝíùí ìïñßùí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôá ðñüôõðá ôïõ Ç2S êáé ôïõ CO2 äåß÷íïõí ìå óáöÞíåéá üôé ôï Ç2S åßíáé Ýíá ìç ãñáììéêü (êåêáììÝíï) ìüñéï, åíþ ôï CO2 åßíáé ãñáììéêü (åõèýãñáììï). Áí êáé åßíáé äõíáôüí íá öáíïýí áõôÝò ïé äéáöïñÝò ìå ôç ÷ñÞóç ôùí óõíôáêôéêþí ôýðùí, ï ðéï óùóôüò ôñüðïò ðåñéãñáöÞò ôïõò åßíáé äéÜ ôùí óôåñåï÷çìéêþí ðñïôýðùí.

7.14 Åîéóþóåéò ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. ×çìéêÞ áíôßäñáóç óõíôåëåßôáé üôáí ìßá Þ ðåñéóóüôåñåò ïõóßåò, ðïõ ïíïìÜæïíôáé áíôéäñþíôá Þ áíôéäñþóåò ïõóßåò, ìåôáôñÝðïíôáé

(á)

óå ìßá Þ ðåñéóóüôåñåò äéáöïñåôéêÝò ïõóßåò, ðïõ ïíïìÜæïíôáé ðñïúüíôá. ×çìéêÞ åîßóùóç åßíáé Ýíáò ôñüðïò íá ðáñáóôÞóïìå ü,ôé óõìâáßíåé, ìå ôç âïÞèåéá ôùí ÷çìéêþí ôýðùí ôùí ïõóéþí ðïõ ëáìâÜíïõí ìÝñïò óå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç. Ï ó÷çìáôéóìüò íåñïý áðü ôç óõíÝíùóç ôïõ õäñïãüíïõ ìå ôï ïîõãüíï áðïôåëåß ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç. Ôï õäñïãüíï, Ç2, êáé ôï ïîõãüíï, Ï2, åßíáé áíôéäñþóåò ïõóßåò, åíþ ðñïúüí åßíáé ôï Óôçí ðáñÜãñáöï 5.14 íåñü, Ç2Ï. ÷ñçóéìïðïéÞóáìå ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç, ãéá íá ðåñéãñÜøïìå üôé óõìâáßíåé óå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç. Ôçí áíôßäñáóç áõôÞ èá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ôþñá ùò åéäéêü ðáñÜäåéãìá êáôÜ ôç ãåíéêÞ óõæÞôçóç ôùí êáíüíùí ðïõ äéÝðïõí ôç ãñáöÞ ôùí åîéóþóåùí. Ãéá íá ãñáöåß ç åîßóùóç ãé' áõôÞí ôçí áíôßäñáóç, ãñÜöïíôáé áñéóôåñÜ ïé ôýðïé ôùí ïõóéþí ðïõ áíôéäñïýí ìå ôï óýìâïëï “óõí” (+) áíÜìåóÜ ôïõò, êáé äåîéÜ ï ôýðïò ôïõ ðñïúüíôïò. Áðü áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ ó÷çìáôßæåôáé Ýíá âÝëïò, ðïõ äåß÷íåé üôé áðü ôá áíôéäñþíôá ðáñÜãïíôáé ôá ðñïúüíôá. Ç2 + Ï2 → Ç2Ï

~Ïìùò, áõôÞ äåí åßíáé ìéá ðëÞñçò ÷çìéêÞ åîßóùóç, ãéáôß äåí åßíáé “éóïóôáèìéóìÝíç”. Ìéá éóïóôáèìéóìÝíç åîßóùóç Ý÷åé ôïõ ßäéïõò áñéèìïýò áôüìùí áðü ôï êÜèå åßäïò êáé óôá äýï óêÝëç ôçò. Ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç ïöåßëåé íá åßíáé éóïóôáèìéóìÝíç ãéáôß ï áñéèìüò ôùí áôüìùí óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ðáñáìÝíåé áìåôÜâëçôïò.

(â)

(ã)

Ó×ÇÌÁ 7-15. Ôñåéò ôýðïé ìïñéáêþí ðñïôýðùí. Ôï ðñüôõðï ìðÜëáò-ñÜâäïõ (á) âïçèÜåé ðñïêåéìÝíïõ ãéá ìéá áðëÞ ðáñÜóôáóç. Ôï ðñüôõðï ìðÜëáò-åëáôçñßïõ (â) äßíåé ôçí ðñáãìáôéêÞ Ýííïéá ôçò åõêáìøßáò ôùí äåóìþí. Ôï óôåñåï÷çìéêü ðñüôõðï åßíáé ãéá ðïëëïýò ëüãïõò ðéï êïíôÜ óôçí ðñáãìáôéêüôçôá.

168

Ó×ÇÌÁ 7-16. Ç áéèáíüëç (áñéóôåñÜ) êáé ï äéìåèõëáéèÝñáò (äåîéÜ), ðåñéÝ÷ïõí áêñéâþò ôá ßäéá Üôïìá, áëëÜ ïé äýï åíþóåéò Ý÷ïõí åíôåëþò äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò ëüãù ôçò äéáöïñåôéêÞò ìïñéáêÞò äïìÞò ôïõò. Ïé äïìéêÝò áõôÝò äéáöïñÝò öáßíïíôáé êáëýôåñá ìå ôç âïÞèåéá ôùí ìïñéáêþí ðñïôýðùí.

Ó×ÇÌÁ 7-17. Óôåñåï÷çìéêÜ ðñüôõðá ïñéóìÝíùí óçìáíôéêþí ìïñßùí. ÐáñéóôÜíïõí ôï õäñï÷ëþñéï, HCl, ôï õäñüèåéï, Ç2S, ôï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO2, êáé ôï ìåèÜíéï, CH4.

ÄçëáäÞ, üôáí ðñáãìáôïðïéïýíôáé ÷çìéêÝò ìåôáôñïðÝò Þ áíôéäñÜóåéò, äåí äçìéïõñãïýíôáé áëëÜ ïýôå êáé êáôáóôñÝöïíôáé Üôïìá (óýìöùíá ìå üóá äéäá÷èÞêáôå óôçí ðáñÜãñáöï 2.12, ïé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò äåí ïäçãïýí óå ìåôáâïëÝò ôçò ìÜæáò*. Áõôü ðïõ áëëÜæåé åßíáé ï ôñüðïò *

óõíäÝóåùò ôùí áôüìùí ìåôáîý ôïõò, åíþ ôá Üôïìá ïýôå êáôáóôñÝöïíôáé ïýôå äçìéïõñãïýíôáé, üðùò åðßóçò ôá Üôïìá äåí ìåôáôñÝðïíôáé óå Üôïìá Üëëïõ åßäïõò. Ìéá éóïóôáèìéóìÝíç åîßóùóç åßíáé ìå áðëÜ ëüãéá áõôÞ, óôçí ïðïßá äéáôçñåßôáé óôáèåñüò ï óõíïëéêüò áñéèìüò ôùí áôüìùí.

Ó.ô.Ì. Íüìïò ôçò áöèáñóßáò ôçò ìÜæáò êáé ôçò åíÝñãåéáò (âë. êåö. 3, ðáñÜãñ. 3.10).

169

ÐñïêåéìÝíïõ íá éóïóôáèìéóèåß ç ðñïçãïýìåíç åîßóùóç (ç ïðïßá óôçí ðñáãìáôéêüôçôá äåí èá ðñÝðåé íá ïíïìÜæåôáé áêüìç åîßóùóç, ãéáôß äåí Ý÷åé åîéóùèåß ï áñéèìüò ôùí áôüìùí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí), ðñÝðåé íá áêïëïõèÞóïõí ôá åðüìåíá äýï óôÜäéá. 1. ÅðåéäÞ õðÜñ÷ïõí äýï Üôïìá ïîõãüíïõ óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ, åßíáé áðáñáßôçôï íá Ý÷ïìå êáé äýï ìüñéá íåñïý óôç äåîéÜ ðëåõñÜ, þóôå íá åîéóùèåß ï áñéèìüò ôùí áôüìùí ïîõãüíïõ. Ãéá íá äåßîïìå üôé õðÜñ÷ïõí äýï ìüñéá íåñïý, ôïðïèåôïýìå ùò óõíôåëåóôÞ ìðñïóôÜ áðü ôïí ôýðï ôïõ ìïñßïõ ôïõ íåñïý, ôïí áñéèìü 2. ÄçëáäÞ ãñÜöïìå 2Ç2Ï. Åßíáé óçìáíôéêü íá êáôáíïÞóïìå üôé ï óõíôåëåóôÞò áõôüò ðïëëáðëáóéÜæåé ïëüêëçñï ôïí ôýðï êáé ü÷é ìüíï ôï Ç ðïõ åßíáé ãñáììÝíï áìÝóùò ìåôÜ áðü áõôüí. Ôï “2Ç2Ï” óçìáßíåé üôé õðÜñ÷ïõí äýï ïëüêëçñá ìüñéá íåñïý, äçëáäÞ óõíïëéêÜ ôÝóóåñá Üôïìá Ç êáé äýï Üôïìá Ï. Ç åîßóùóç óýìöùíá ìå ôá ðáñáðÜíù ãßíåôáé: Ç2 + Ï2 → 2Ç2Ï

2. Êáé ðÜëé üìùò ç åîßóùóç äåí åßíáé óùóôÞ, ãéáôß äåß÷íåé ôÝóóåñá Üôïìá õäñïãüíïõ óôçí ðëåõñÜ ôùí ðñïúüíôùí, åíþ ìüíï äýï óå áõôÞí ôùí áíôéäñþíôùí. ÂÝâáéá, áõôü äéïñèþíåôáé åýêïëá, áí ðñïóèÝóïìå Ýíá “2” ìðñïóôÜ áðü

2 ìüñéá õäñïãüíïõ

óõí

2 äùäåêÜäåò ìïñßùí õäñïãüíïõ

óõí

2 moles ìïñßùí õäñïãüíïõ

óõí

1 ìüñéï ïîõãüíïõ

ôï Ç2: 2Ç2 + Ï2 → 2Ç2Ï

Tþñá ðéá áõôÞ åßíáé ìéá éóïóôáèìéóìÝíç, ìéá óùóôÜ õðïëïãéóìÝíç åîßóùóç. Åßíáé üìïéá ìå åêåßíç ðïõ åß÷å ãñáöåß óå ðñïçãïýìåíï êåöÜëáéï êáé åß÷å ðñïêýøåé âÜóåé áðïôåëåóìÜôùí áðü ìåôñÞóåéò ôïõ üãêïõ ôùí áåñßùí.

7.15 Ðïéåò áêñéâþò ðëçñïöïñßåò ìáò äßíåé ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç; Óå ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç âñßóêïíôáé êñõììÝíåò ðïëý ðåñéóóüôåñåò ðëçñïöïñßåò áðü áõôÝò ðïõ åßíáé äõíáôüí íá äéáêñßíïìå ìå ôçí ðñþôç ìáôéÜ. Áõôü ðïõ åêöñÜæåé ïëïöÜíåñá åßíáé ôï ðëÞèïò áðü ôï êÜèå åßäïò ìïñßùí ðïõ óõììåôÝ÷åé óôçí áíôßäñáóç. Ç åîßóùóç ôïõ ðáñáäåßãìáôïò ôïõ íåñïý (ó÷. 7-18) ðáñéóôÜíåé äýï ìüñéá õäñïãüíïõ êáé Ýíá ìüñéï ïîõãüíïõ ðïõ áíôéäñïýí, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí äýï ìüñéá íåñïý. ÂÝâáéá, Ýíá mole ìéáò ïõóßáò ðåñéÝ÷åé ôïí ßäéï áñéèìü ìïñßùí ìå ôï mole ïðïéáóäÞðïôå Üëëçò ïõóßáò. ~Åôóé, ç åîßóùóç äçëþíåé êáé ðüóá moles ôçò êÜèå ïõóßáò ëáìâÜíïõí ìÝñïò óôçí áíôßäñáóç. Óôï ðáñÜäåéãìÜ ìáò, ç åîßóùóç äåß÷íåé üôé äýï moles õäñïãüíïõ åíþíïíôáé ìå Ýíá mole ïîõãüíïõ êáé ó÷çìáôßæïõí äýï moles íåñïý. Áõôü Þôáí êáé ôï

äßíïõí

1 äùäåêÜäá ìïñßùí ïîõãüíïõ

1 mole ìïñßùí ïîõãüíïõ

äßíïõí

äßíïõí

2 ìüñéá íåñïý

2 äùäåêÜäåò ìïñßùí íåñïý

2 moles ìïñßùí íåñïý

Ó×ÇÌÁ 7-18. Ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç ìáò ðëçñïöïñåß ãéá ôïõò ó÷åôéêïýò áñéèìïýò ðïõ ëáìâÜíïõí ìÝñïò óôçí áíôßäñáóç. Åäþ, ïé áíáëïãßåò ðïéêßëëïõí áðü 2 ìüñéá: 1 ìüñéï: 2 ìüñéá óå 2 moles: 1 mole: 2 moles.

170

óõìðÝñáóìá ðïõ åß÷å ðñïêýøåé áðü ôéò ìåôñÞóåéò ôùí üãêùí ôùí áåñßùí. Åéäéêüôåñá, áí ïé ôñåéò ïõóßåò ìåôñçèïýí ùò áÝñéá ðïõ âñßóêïíôáé óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç, äýï üãêïé õäñïãüíïõ áíôéäñïýí ìå Ýíáí üãêï ïîõãüíïõ, ãéá íá äþóïõí äýï üãêïõò õäñáôìþí. Áöïý êáôáíïÞóåôå ôçí Ýííïéá ìéáò åîéóþóåùò ìå âÜóç ôá moles, åßíáé åýêïëï íá áíôéëçöèåßôå ôç óçìáóßá ôçò êáé ìå âÜóç ôéò ìÜæåò. Áðü ôï ÷çìéêü ôýðï êÜèå ïõóßáò åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèåß ç ìÜæá ôçò óå ãñáììÜñéá, ãé' áõôü êáé êáô' åðÝêôáóç ç åîßóùóç ìáò ðëçñïöïñåß ðïéá ìÜæá êÜèå ïõóßáò óõììåôÝ÷åé Þ ðáñÜãåôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç. ÁõôÞ áêñéâþò åßíáé ç óçìáíôéêüôåñç ðëçñïöïñßá ðïõ ìáò ðáñÝ÷åé ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç. Ðåñéóóüôåñåò ðëçñïöïñßåò ãýñù áðü áõôü ôï èÝìá èá äïèïýí óôï êåöÜëáéï 19.

7.16 Ðþò ãñÜöïíôáé êáé éóïóôáèìßæïíôáé ìåñéêÝò åîéóþóåéò. Ôþñá èá áíáöåñèïýí ìåñéêÜ åðß ðëÝïí ðáñáäåßãìáôá, ìå óêïðü íá óáò âïçèÞóïõí íá óõãêñáôÞóåôå êáëÜ óôï ìõáëü óáò ôçí Ýííïéá êáé ôç óçìáóßá ôçò ÷çìéêÞò åîéóþóåùò. Méá áíôßäñáóç ðïõ áíáöÝñèçêå óå ðñïçãïýìåíåò óåëßäåò ôïõ âéâëßïõ åßíáé áõôÞ ôïõ ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ ìå ôï ïîõãüíï, ãéá íá ó÷çìáôéóèåß äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ. ÁõôÞ áêñéâþò èá áðïôåëÝóåé Ýíá äåýôåñï, åîßóïõ áðëü, ðáñÜäåéãìá ãñáöÞò êáé éóïóôáèìßóåùò ìéáò ÷çìéêÞò åîéóþóåùò. Êáô' áñ÷Þí, ðñÝðåé íá åßíáé ãíùóôïß ïé ÷çìéêïß ôýðïé ôùí ìïñßùí üëùí ôùí ïõóéþí. Óôçí áíôßäñáóç óõììåôÝ÷ïõí ïé ðáñáêÜôù ôýðïé ìïñßùí: Áíôéäñþíôá: ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ, êáé ïîõãüíï, Ï2. Ðñïúüíôá: äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ2. Åðüìåíï âÞìá åßíáé íá ãñÜøïìå ôçí “åîßóùóç” óå ìç éóïóôáèìéóìÝíç ìïñöÞ: ÍÏ2 + Ï2 → ÍÏ2

ÔÝëïò, ôïðïèåôïýíôáé ïé óõíôåëåóôÝò, þóôå íá äéáôçñçèåß ï óôáèåñüò áñéèìüò áôüìùí. Áõôü ïäçãåß óå ìéá éóïóôáèìéóìÝíç åîßóùóç, ðïõ åßíáé êáé ç ìüíç óùóôÞ. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ äéáðéóôþíïìå üôé, åíþ ôá Üôïìá ôïõ Í äéáôçñïýíôáé, äåí óõìâáßíåé ôï ßäéï êáé ìå ôá Üôïìá ôïõ Ï. Áîßæåé íá ðáñáôçñÞóåôå üôé ôá Üôïìá ôïõ Ï óôï äåîéü óêÝëïò âñßóêïíôáé óå

æåýãç. Ãé' áõôü ëïéðüí Ýíá ðñþôï âÞìá, ðñïêåéìÝíïõ íá éóïóôáèìßóïìå ôçí åîßóùóç, èá Þôáí íá ôïðïèåôÞóïìå ôï óõíôåëåóôÞ 2 ìðñïóôÜ áðü ôï ÍÏ, þóôå íá áðïêôÞóïìå Ýíáí æõãü áñéèìü (4) áôüìùí Ï óôï áñéóôåñü óêÝëïò. Áõôü ìáò äßíåé: 2ÍÏ + Ï2 →ÍÏ2

Ôþñá åßíáé öáíåñü üôé, áí ôïðïèåôÞóïìå ôï óõíôåëåóôÞ 2 ìðñïóôÜ áðü ôï ÍÏ2, ç åîßóùóç èá ãñáöåß óùóôÜ (èá Ý÷åé éóïóôáèìéóèåß): 2NO + O2 → 2ÍÏ2

Ùò Ýíá ðéï ðïëýðëïêï ðáñÜäåéãìá èá åîåôáóèåß ç ïîåßäùóç (êáýóç) ôïõ ìåèáíßïõ, ôï ïðïßï áðïôåëåß ôï êýñéï óõóôáôéêü ôïõ áåñßïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá èÝñìáíóç êáé ìáãåßñåìá. Ôï ìåèÜíéï Ý÷åé ôïí ôýðï CH4. ~Oðùò êáé ðïëëÝò Üëëåò ïõóßåò ðïõ áðïôåëïýíôáé ìüíï áðü Üíèñáêá êáé õäñïãüíï, êáßãåôáé ðáñïõóßá ðåñßóóåéáò ïîõãüíïõ êáé ðáñÜãåé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá êáé íåñü. ~Åíá ðñþôï âÞìá ãéá íá ãñáöåß ìéá éóïóôáèìéóìÝíç åîßóùóç áõôÞò ôçò äéáäéêáóßáò åßíáé íá ãñÜøïìå ìå ôç óùóôÞ äéÜôáîç ôïõò ôýðïõò ôùí áíôéäñþíôùí êáé ôùí ðñïúüíôùí ðïõ ðñïêýðôïõí: CH4 + O2 → CO2 + H2O

Óôç óõíÝ÷åéá ôïðïèåôïýíôáé óõíôåëåóôÝò ðñéí áðü ôïõò ôýðïõò þóôå íá åîáóöáëéóèåß ç äéáôÞñçóç ôïõ óôáèåñïý áñéèìïý üëùí ôùí åéäþí ôùí áôüìùí. Äåí åßíáé äýóêïëï íá êáôáëÜâåôå üôé, áí ôïðïèåôÞóåôå ôï 2 ìðñïóôÜ áðü ôï Ç2Ï åîáóöáëßæåôáé ç äéáôÞñçóç ôùí áôüìùí õäñïãüíïõ. Åðßóçò áí ãñÜøåôå ôï 2 ìðñïóôÜ áðü ôï Ï2, ç åîßóùóç éóïóôáèìßæåôáé: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Ç åîßóùóç áõôÞ äåß÷íåé ôñßá âáóéêÜ ðñÜãìáôá. 1. Ôç ó÷Ýóç ôùí ìïñßùí. ×ñåéÜæïíôáé äýï ìüñéá ïîõãüíïõ ãéá ôçí ôåëåßá êáýóç åíüò ìïñßïõ ìåèáíßïõ. ~Ïôáí óõíôåëåóèåß áõôÞ ç ôåëåßá êáýóç, ó÷çìáôßæïíôáé Ýíá ìüñéï äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá êáé äýï ìüñéá íåñïý. 2. Ôç ó÷Ýóç ôùí moles. ~Åíá mole CH4, ÷ñåéÜæåôáé äýï moles Ï2 ãéá íá êáåß åíôåëþò êáé íá ó÷çìáôßóåé Ýíá mole CO2 êáé äýï moles Ç2Ï. 3. Ôç ó÷Ýóç ôùí ìáæþí. Ç ìÜæá óå ãñáììÜñéá åíüò mole êÜèå ïõóßáò ðïõ óõììåôÝ÷åé óôçí áíôßäñáóç õðïëïãßæåôáé ùò åîÞò:

171

Ðåñßëçøç. Ôá ìüñéá åßíáé äõíáôüí íá ðáñáóôáèïýí ìå äéÜöïñïõò ôñüðïõò. Ï êáèÝíáò áðü áõôïýò ðáñïõóéÜæåé ðëåïíåêôÞìáôá êáé ìåéïíåêôÞìáôá. Ïé ìïñéáêïß ôýðïé åßíáé ïé ðéï óõíïðôéêïß êáé ïé ðéï ÷ñÞóéìïé üôáí ãßíïíôáé õðïëïãéóìïß, áëëÜ äåí äåß÷íïõí ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï óõíäÝïíôáé ôá äéÜöïñá Üôïìá ìåôáîý ôïõò. Ïé óõíôáêôéêïß ôýðïé åßíáé ðéï ðïëýðëïêïé, áëëÜ äßíïõí ìéá äéóäéÜóôáôç åéêüíá ôïõ ôñüðïõ óõíäÝóåùò. Ìå ôá ìïñéáêÜ ðñüôõðá áðåéêïíßæåôáé ðëÞñùò ç ôñéóäéÜóôáôç äïìÞ ôïõ ìïñßïõ. Ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç áðïôåëåß Ýíá óýíôïìï áëëÜ ðåñéåêôéêü óõìâïëéêü ôñüðï ðåñéãñáöÞò ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò. ÂÝâáéá, ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç èá ðñÝðåé íá éóïóôáèìéóèåß, þóôå ï áñéèìüò ôùí áôüìùí ðñéí ôçí áíôßäñáóç íá ðáñáìÝíåé óôáèåñüò. Ç äéáôÞñçóç ôïõ óôáèåñïý áñéèìïý ôùí áôüìùí åßíáé áõôïíüçôç áðü ôï ðåéñáìáôéêü ãåãïíüò üôé êáôÜ ôéò ÷çìéêÝò äéáäéêáóßåò éó÷ýåé ï íüìïò äéáôçñÞóåùò ôçò ìÜæáò. Ç éóïóôÜèìéóç åðéôõã÷Üíåôáé, áöïý ãñÜøïìå áñ÷éêÜ ôïõò ôýðïõò üëùí ôùí ïõóéþí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí, óôéò óùóôÝò ôïõò èÝóåéò, êáé óôç

óõíÝ÷åéá ôïðïèåôÞóïìå óõóôçìáôéêÜ ìðñïóôÜ áðü êÜèå ôýðï ôï óõíôåëåóôÞ åêåßíï ðïõ áðáéôåßôáé, þóôå íá äéáôçñçèåß óôáèåñüò ï áñéèìüò üëùí ôùí åéäþí ôùí áôüìùí. Ç ôåëéêÞ åîßóùóç äåß÷íåé ôïí áñéèìü ôùí ìïñßùí, ôïí áñéèìü ôùí moles êáé ôç ìÜæá ôçò êÜèå ïõóßáò ðïõ ðáßñíåé ìÝñïò óôçí áíôßäñáóç.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéá åßíáé ôá ðëåïíåêôÞìáôá êáé ôá ìåéïíåêôÞìáôá åíüò ìïñéáêïý ôýðïõ, óå ó÷Ýóç ìå Ýíá óõíôáêôéêü ôýðï; 2. Ç ÷çìéêÞ åîßóùóç ðïõ áêïëïõèåß åßíáé éóïóôáèìéóìÝíç; Áí äåí åßíáé, éóïóôáèìßóôå ôçí. Zn + HCl → ÆnCl2 + H2

3. Té åßíáé áðáñáßôçôï ðñïêåéìÝíïõ íá éóïóôáèìéóôïýí ÷çìéêÝò åîéóþóåéò; 4. Ìå âÜóç ðïéá Ýíäåéîç ðéóôåýïõí ïé åðéóôÞìïíåò üôé üëá ôá Üôïìá äéáôçñïýíôáé óôéò ÷çìéêÝò äéáäéêáóßåò;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ç ýëç áðáíôÜ óå ôñåéò êáôáóôÜóåéò (Þ öÜóåéò): áÝñéá (Þ õðü ìïñöÞ áôìïý), õãñÞ êáé óôåñåÜ. ÃåíéêÜ, ç êáôÜóôáóç ìå ôçí ïðïßá èá åìöáíéóèåß ìéá ïõóßá êáèïñßæåôáé áðü ôçí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ôùí ìïñßùí (Þ áôüìùí) ôçò, ç ïðïßá ðÜëé ìå ôç óåéñÜ ôçò åîáñôÜôáé êõñßùò áðü ôç èåñìïêñáóßá. Áõôüò åßíáé ï ëüãïò ðïõ ïé ïõóßåò Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá ìåôáôñÝðïíôáé áðü ôç ìéá öÜóç óôçí Üëëç (ãéá ðáñÜäåéãìá ðÜãïò óå íåñü êáé ìåôÜ óå áôìü êáé áíôßóôñïöá), áí ìåôáâëçèåß ç èåñìïêñáóßá. ÓõíÞèùò, ìéá ìåôáâïëÞ öÜóåùò, üðùò ïé ðñïçãïýìåíåò, äåí ïäçãåß óå ïðïéáäÞðïôå ìåôáâïëÞ ôçò ôáõôüôçôáò ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí, óôá ïðïßá áíáöÝñåôáé. ÊáèáñÝò ïõóßåò åßíáé åêåßíåò ðïõ Ý÷ïõí ïìïéüìïñöç óýóôáóç êáé åìöáíßæïõí óôáèåñÝò êáé ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò. Ïé êáèáñÝò ïõóßåò ðïõ äåí åßíáé äõíáôüí íá ìåôáâëçèïýí Þ íá

áðïóõíôåèïýí ó÷çìáôßæïíôáò ìßá Þ ðåñéóóüôåñåò Üëëåò ïõóßåò, áðïôåëïýíôáé áðü Ýíá ìüíï åßäïò áôüìùí êáé ïíïìÜæïíôáé óôïé÷åßá. ÕðÜñ÷ïõí ðåñßðïõ 109 óôïé÷åßá êáé áðü áõôÜ ðåñßðïõ ôá 90 õðÜñ÷ïõí óôç öýóç. ÊáèáñÝò ïõóßåò ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü äýï Þ ðåñéóóüôåñá åßäç áôüìùí ïíïìÜæïíôáé ÷çìéêÝò åíþóåéò. Ç áíáëõôéêÞ ÷çìåßá áó÷ïëåßôáé ìå ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò óõóôÜóåùò ôùí ïõóéþí. Ç óõíèåôéêÞ ÷çìåßá áó÷ïëåßôáé ìå ôç óýíèåóç ÷çìéêþí åíþóåùí, îåêéíþíôáò áðü óôïé÷åßá Þ Üëëåò ðéï áðëÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò. ÐåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ïé ÷çìéêÝò åíþóåéò Ý÷ïõí êáèïñéóìÝíåò óôáèåñÝò áíáëïãßåò ôùí óôïé÷åßùí ðïõ ôéò áðïôåëïýí. ÊÜèå êáèáñü äåßãìá ìéáò óõãêåêñéìÝíçò ÷çìéêÞò åíþóåùò ðåñéÝ÷åé ôá ßäéá óôïé÷åßá óôéò ßäéåò áíáëïãßåò ìÜæáò. Ãéá ôçí ðáñÜóôáóç ôùí óôïé÷åßùí ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óýìâïëá äéåèíþò áðïäåêôÜ.

172

ÐñïêåéìÝíïõ íá äåßîïìå ðïéá óôïé÷åßá õðÜñ÷ïõí óå ìéá ïõóßá, ãñÜöïìå óå Ýíá ÷çìéêü ôýðï ôá ÷çìéêÜ óýìâïëá ôïõ êáèåíüò óôïé÷åßïõ þóôå íá áíáöÝñïíôáé üëá ôá åßäç ôùí áôüìùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôï ìüñéü ôçò. ~Ïôáí ÷ñåéÜæåôáé, ôïðïèåôïýíôáé áñéèìçôéêïß äåßêôåò êÜôù äåîéÜ ìåôÜ ôï óýìâïëï åíüò óôïé÷åßïõ, ãéá íá öáßíåôáé ðüóá Üôïìá áðü áõôü õðÜñ÷ïõí óå êÜðïéï ìüñéï. Ç áðåéêüíéóç ôùí ìïñßùí ãßíåôáé ìå äéÜöïñïõò

ôñüðïõò: ìå ãñáðôïýò ôýðïõò, ìå óõíôáêôéêïýò ôýðïõò êáé ìïñéáêÜ ðñüôõðá. Ìå ôéò ÷çìéêÝò åîéóþóåéò ðåñéãñÜöïíôáé ïé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ðïõ óõíôåëïýíôáé êáé äßíïíôáé ïé ðïóüôçôåò ôùí áíôéäñþíôùí ðïõ áðáéôïýíôáé, êáèþò êáé ôùí ðñïúüíôùí ðïõ ðáñÜãïíôáé. Óçìåéþíåôáé åðßóçò ç äéáôÞñçóç ôçò ìÜæáò. ÅðåéäÞ ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá äåß÷íïõí üôé ç ìÜæá äéáôçñåßôáé ðÜíôá óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò, óõìðåñáßíåôáé üôé êáé ï

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ãéáôß ïé óôåñåÝò êáé ïé õãñÝò ïõóßåò Ý÷ïõí ôçí ôÜóç íá åîáôìßæïíôáé, üôáí áõîÜíåôáé ç èåñìïêñáóßá ôïõò; 2. ÕðÜñ÷ïõí ìåñéêÜ áÝñéá, ôá ïðïßá äåí óõìðõêíþíïíôáé óå ðéÝóåéò ðéï ÷áìçëÝò áðü ìéá ïñéóìÝíç êñßóéìç ðßåóç, üóï êáé áí êáôÝâåé ç èåñìïêñáóßá. Ðïéá åîÞãçóç èá ìðïñïýóáôå íá äþóåôå ãé' áõôü; 3. Åßíáé äõíáôüí äýï ïõóßåò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôá ßäéá åßäç áôüìùí, óôéò ßäéåò áíáëïãßåò, íá Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò; ÅîçãÞóôå. 4. Ôé åßíáé ôá éóïìåñÞ; ÅîåôÜóôå ôïõò ðáñáêÜôù óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ôùí éóïìåñþí êáé áí áíáãíùñßóåôå ìåñéêÜ, ãñÜøôå ôïõò ìïñéáêïýò ôýðïõò áõôþí.

6. Ôé óçìáßíåé “êáèáñü” íåñü; 7. Ç áììùíßá, ÍÇ3, åßíáé äõíáôü íá êáåß ìå áÝñéï ïîõãüíï, Ï2, êáé íá äþóåé áÝñéï Üæùôï, Í2, êáé íåñü, Ç2Ï. Óýìöùíá ìå ôá ðáñáêÜôù óôÜäéá, ðñïêýðôåé ìéá éóïóôáèìéóìÝíç áíôßäñáóç. ÅîçãÞóôå ôé ãßíåôáé óôï êÜèå óôÜäéï. ÍÇ3 + Ï2 Õ Í2 + Ç2Ï 2ÍÇ3+ Ï2 Õ Í2 + Ç2Ï 2ÍÇ3+ Ï2 Õ Í2 + 3Ç2Ï 2ÍÇ3 + 3/2Ï2 Õ Í2 + 3Ç2Ï

8. ÁÝñéï ðñïðÜíéï, C3H8, åíþíåôáé ìå áÝñéï ïîõãüíï, Ï2. Ôá ðñïúüíôá ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé åßíáé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO2, êáé íåñü, Ç2Ï. Ìå ìéá óåéñÜ åîéóþóåùí (üðùò óôçí åñþôçóç 7), ãñÜøôå êáé éóïóôáèìßóôå ôçí ôåëéêÞ åîßóùóç. 9. Ðïéá äéáöïñÜ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôïõò üñïõò ìïíïáôïìéêü, äéáôïìéêü êáé ðïëõáôïìéêü; Åßíáé äõíáôüí íá õðÜñ÷åé ìïíïáôïìéêÞ ÷çìéêÞ Ýíùóç; Áí íáé, áíáöÝñáôå Ýíá ðáñÜäåéãìá. Áí ü÷é, äþóôå ìßá åîÞãçóç. 10. Ðïéá óôïé÷åßá ðåñéÝ÷åé ôï SF6; Ðüóá Üôïìá õðÜñ÷ïõí óôï ìüñéï; 11. ÁíáöÝñáôå ôç óçìáóßá ôùí äåéêôþí êáé ôùí óõíôåëåóôþí óå ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç. 12.Óôçí ðáñáêÜôù åîßóùóç: 2C2H2 + 5O2 Õ 4CO2 + 2H2O

5. Èá Þôáí äõíáôüí íá èåùñçèåß ç Üììïò ôçò èÜëáóóáò êáèáñÞ ïõóßá; Ôåêìçñéþóôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò.

(á) Ðüóá Üôïìá óõììåôÝ÷ïõí óôçí áíôßäñáóç; (â) Ðüóá ãñáììïìüñéá äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá ðáñÜãïíôáé; (ã) Ðüóá Üôïìá áåñßïõ ïîõãüíïõ êáôáíáëßóêïíôáé; 13. Ná ðåñéãñÜøåôå Þ íá ïñßóåôå ìå äéêÜ óáò ëüãéá, ôé åßíáé: (á) Ôï ÷çìéêü óýìâïëï^ (â) ï ÷çìéêüò ôýðïò (ìïñéáêüò)^ (ã) ç ÷çìéêÞ

173

åîßóùóç. 14. Ðïéá, êáôÜ ôç ãíþìç óáò, åßíáé ç áéôßá ðïõ ìåñéêÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò áðïóõíôßèåíôáé ðñéí åîáåñùèïýí, äçëáäÞ ðñéí öèÜóïõí óôç èåñìïêñáóßá åêåßíç, óôçí ïðïßá åßíáé äõíáôüí íá ìåôáôñáðïýí åî ïëïêëÞñïõ óå áÝñéï; 15. Ôé óçìáßíåé Co êáé ôé CO; Ðïéá äéáöïñÜ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôá äýï óýìâïëá; 16. Áò õðïèÝóïìå üôé áíôéäñïýí 10 ìüñéá õäñïãüíïõ êáé 10 ìüñéá ïîõãüíïõ. Ðüóá ìüñéá íåñïý ó÷çìáôßæïíôáé; Ôé åßíáé áõôü ðïõ èá ðåñéóóÝøåé; 17. ~Åíá åêáôïììýñéï ìüñéá ïîõãüíïõ áíôéäñïýí ìå åðáñêÞ ìüñéá õäñïãüíïõ êáé ó÷çìáôßæïõí ìüñéá íåñïý. Ðüóá ìüñéá ó÷çìáôßæïíôáé; Ðüóá ìüñéá õäñïãüíïõ êáôáíáëßóêïíôáé; 18. Óå ìéá ìç÷áíÞ åóùôåñéêÞò êáýóåùò ðáñÜãåôáé åíÝñãåéá áðü ôçí êáýóç õäñïãïíáíèñÜêùí, üðùò ôï C7H16 êáé C8Ç18, åíþ ôáõôü÷ñïíá ðáñÜãïíôáé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá êáé íåñü. Íá ãñÜøåôå éóïóôáèìéóìÝíåò åîéóþóåéò, ðïõ íá ðåñéãñÜöïõí ôçí êáýóç áõôþí ôùí äýï õäñïãïíáíèñÜêùí. 19. Áí ðñïóôåèåß ìáãéÜ óå Ýíá áñáéü äéÜëõìá óáê÷áñüæçò*, C6H12O6, óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, äçìéïõñãåßôáé ìéá áíôßäñáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá ç óáê÷áñüæç äéáóðÜôáé ðñïò äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO2, êáé áéèáíüëç, C2H6O. Ná ãñÜøåôå ìéá éóïóôáèìéóìÝíç åîßóùóç ãé' áõôÞí ôçí áíôßäñáóç. 20. ~Åíáò üãêïò áåñßïõ õäñïãüíïõ åíþíåôáé ìå Ýíáí üãêï áåñßïõ ÷ëùñßïõ êáé ó÷çìáôßæïíôáé äýï üãêïé áåñßïõ õäñï÷ëùñßïõ. Ç åîßóùóç ãé' áõôÞí ôçí áíôßäñáóç åßíáé: Ç2 + Cl2 Õ 2HCl

(á) Óýìöùíá ìå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç, ðüóá ìüñéá õäñï÷ëùñßïõ, HCl åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí áðü Ýíá ìüñéï õäñïãüíïõ, Ç2; (â) Ðüóá ãñáììïìüñéá õäñï÷ëùñßïõ åßíáé äõíáôüí íá ðáñá÷èïýí áðü Ýíá ãñáììïìüñéï õäñïãüíïõ; (ã) Ðüóá ìüñéá ÇCl èá ðáñá÷èïýí áðü ôÝóóåñá ìüñéá ÷ëùñßïõ, Cl; (ä) Áðü ðüóá ãñáììïìüñéá ÷ëùñßïõ åßíáé * Ó.ô.Ì. Ðñüêåéôáé ãéá ôçí êïéíÞ æÜ÷áñç ðïõ Ý÷ïìå óðßôé ìáò. ** Ó.ô.Ì. Ðñüêåéôáé ãéá åíäüèåñìç áíôßäñáóç.

äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí ïêôþ ãñáììïìüñéá õäñï÷ëùñßïõ; 21. Ç áíôßäñáóç áíÜìåóá óôï ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ, êáé óôï ïîõãüíï, Ï2, ãñÜöåôáé ùò åîÞò: 2ÍÏ + Ï2 Õ 2ÍÏ2

(á) Ðüóá ìüñéá äéïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ, ÍÏ2, äßíïõí äýï ìüñéá ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ ÍÏ; (â) Ðüóá ãñáììïìüñéá ÍÏ2 åßíáé äõíáôüí íá ðáñá÷èïýí áðü ôñßá ãñáììïìüñéá ÍÏ; (ã) Ðüóá ãñáììïÜôïìá ïîõãüíïõ õðÜñ÷ïõí óå äýï ãñáììïìüñéá ÍÏ; (ä) Ðüóá ãñáììïÜôïìá ïîõãüíïõ õðÜñ÷ïõí óå Ýíá ãñáììïìüñéï Ï2; (å) Ðüóá ãñáììïÜôïìá ïîõãüíïõ õðÜñ÷ïõí óå äýï ãñáììïìüñéá ÍÏ2; (óô) Ìå ôç âïÞèåéá ôùí áðáíôÞóåùí ðïõ äþóáôå óôéò åñùôÞóåéò (ã), (ä) êáé (å), íá åðáëçèåýóåôå üôé ç áíôßäñáóç åßíáé ãñáììÝíç êáôÜ ôñüðï ðïõ äéáôçñåßôáé ï áñéèìüò ôùí áôüìùí ïîõãüíïõ óôáèåñüò. 22. (á) Íá ãñÜøåôå ìéá éóïóôáèìéóìÝíç åîßóùóç ãéá ôçí áíôßäñáóç åêåßíç, êáôÜ ôçí ïðïßá áÝñéï Üæùôï, Í2, êáé áÝñéï õäñïãüíï, Ç2, áíôéäñïýí, ãéá íá ó÷çìáôéóèåß áÝñéá áììùíßá, ÍÇ3. (â) Båâáéùèåßôå üôé óôçí åîßóùóÞ óáò äéáôçñåßôáé óôáèåñüò ï áñéèìüò áôüìùí õäñïãüíïõ. (ã) Âåâáéùèåßôå üôé óôçí åîßóùóÞ óáò äéáôçñåßôáé óôáèåñüò ï áñéèìüò áôüìùí áæþôïõ. 23. ÊáôÜ ôçí áíôßäñáóç äéáóðÜóåùò ôçò áììùíßáò óå Üæùôï êáé õäñïãüíï, áðïññïöÜôáé èåñìüôçôá**. Áí ãñáöôåß ç áíôßäñáóç ìå âÜóç ôïí áñéèìü ôùí ãñáììïìïñßùí ðñïêýðôåé ç ðáñáêÜôù åîßóùóç: 2ÍÇ3 + 22 kcal Õ Í2 + 3Ç2

(á) Ðüóá ãñáììïìüñéá áæþôïõ ðáñÜãïíôáé áðü äýï ãñáììïìüñéá áììùíßáò; (â) Ðüóç èåñìüôçôá áðïññïöÜôáé êáôÜ ôçí ðáñáãùãÞ åííÝá ãñáììïìïñßùí áæþôïõ; (ã) Ðüóç èåñìüôçôá èá áðåññïöÜôï ãéá ôçí ðáñáãùãÞ åííÝá ãñáììïìïñßùí õäñïãüíïõ;

174

24. ~Åíá óôÜäéï ôçò ðáñáãùãÞò èåééêïý ïîÝïò åßíáé ç êáýóç ôïõ èåßïõ, S8, óôïí áÝñá, þóôå íá ó÷çìáôéóèåß Ýíá Ü÷ñùìï áÝñéï ìå áðïðíéêôéêÞ ïóìÞ. Ôï üíïìá ôïõ áåñßïõ åßíáé äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ, SO2. (á) Íá ãñÜøåôå ôçí éóïóôáèìéóìÝíç åîßóùóç ãé' áõôÞí ôçí áíôßäñáóç. (â) Íá åêöñÜóåôå ôçí åîßóùóç ìå âÜóç ôá ìüñéá. (ã) Íá åêöñÜóåôå ôçí åîßóùóç ìå âÜóç ôá moles. (ä) Ðüóá ãñáììïìüñéá äéïîåéäßïõ ôïõ èåßïõ åßíáé äõíáôüí íá ðáñá÷èïýí áðü äýï ãñáììïìüñéá èåßïõ, S8; 25. ~Ïôáí óêïõñéÜæåé ï óßäçñïò, Fe, áíôéäñÜ ìå ôï ïîõãüíï ôïõ áÝñá êáé ó÷çìáôßæåôáé ïîåßäéï ôïõ óéäÞñïõ, Fe2O3. Té áðü áõôÜ ðïõ áêïëïõèïýí åßíáé ëÜèïò; (á) Ç áíôßäñáóç åßíáé: 4Fe + 3O2 Õ 2Fe2O3

(â) O ôýðïò Fe2O3 ðáñéóôÜíåé ðÝíôå Üôïìá. (ã) Ôï ïîõãüíï åßíáé ôñéáôïìéêü áÝñéï. (ä) Ç ìÜæá ôùí áíôéäñþíôùí åßíáé ßóç ìå ôç ìÜæá ôùí ðñïúüíôùí. (å) Ï áñéèìüò ôùí áôüìùí äéáôçñåßôáé óôáèåñüò. 26. Ôï ïîåßäéï ôïõ ÷áëêïý ðïõ ðáñáóêåõÜóáôå (êåö. 7, ðáñÜãñ. 7.8) Ý÷åé ôïí ôýðï CuO. Ná ãñÜøåôå ìéá éóïóôáèìéóìÝíç åîßóùóç ãéá ôçí áíôßäñáóç ðïõ åß÷áôå ðñïêáëÝóåé. 27. Íá éóïóôáèìßóåôå ôéò åîéóþóåéò ãéá êáèåìéÜ áðü ôéò ðáñáêÜôù áíôéäñÜóåéò. Íá îåêéíÞóåôå ìå âÜóç ôï Ýíá mole ôçò õðïãñáììéóìÝíçò ïõóßáò. (á) Li + Cl2 Õ LiCl (â) Ía + Cl2 Õ ÍaCl (ã) Ía + F2 Õ NaF (ä) Ca + Br2 Õ CaBr2 (å) O2 + Cl2 Õ Cl2O (óô) Ï2 + Cl2 Õ Cl2O

28. Íá éóïóôáèìßóåôå ôçí êÜèå åîßóùóç ðïõ Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ïîõãüíï. ÎåêéíÞóôå ìå âÜóç Ýíá mole ôçò õðïãñáììéóìÝíçò ïõóßáò. (á) (â) (ã) (ä) (å)

Ni + O2 Õ NiO Íi + O2 Õ NiO Li + O2 Õ LiO N2H4 + O2 Õ N2 + Ç2Ï C2H2 + O2 Õ CO2 + H2O

(óô) Cu2S + O2 Õ Cu2O + SO2 æ) FeS2 + O2 Õ Fe2O3 + SO2

29.Íá éóïóôáèìßóåôå ôéò áêüëïõèåò åîéóþóåéò. Áí êÜðïéá, ìå ôï ôñüðï ðïõ åßíáé ãñáììÝíç, åßíáé Þäç éóïóôáèìéóìÝíç, ãñÜøôå áðëÜ “éóïóôáèìéóìÝíç”. (á) S + O2 Õ SO3 (â) K + O2 Õ K2O2 (ã) HgO Õ Hg + O2 (ä) BaO2 Õ BaO +O2 (å) CH4 + Br2 Õ CHBr3 + HBr

30. ÅðáíáëÜâáôå ôçí åñþôçóç 29 ãéá ôéò ðáñáêÜôù áíôéäñÜóåéò: (á) P + O2 Õ P4O6 (â) HgCl2 + Ç2S Õ HgS + HCl (ã) Mg + HCl Õ MgCl2 + H2 (ä) MgCO3 Õ MgO + CO2 (å) Na + Cl2 Õ NaCl (óô) Fe3O4 + H2 Õ Fe + H2O

31. Íá ðñïóäéïñßóåôå ìå áêñßâåéá äýï äåêáäéêþí øçößùí ôç ìÜæá ôïõ ãñáììïìïñßïõ ôïõ êáèåíüò áðü ôá ðáñáêÜôù : (á) CuS (â) Al2O3 (ã) KMnO4 (ä) NH4Cl (å) K2HPO4

32. Íá êÜíåôå üôé óôçí åñþôçóç 31 êáé ãéá ôéò åðüìåíåò ÷çìéêÝò ïõóßåò: (á) CdSO4 (â) HC2H3O2 (ã) SCl2 (ä) C7H16 (å) K2PtCl6

33. Íá ãñÜøåôå ôï ðëÞñåò üíïìá êÜèå óôïé÷åßïõ ôïõ ïðïßïõ ôï óýìâïëï áíáöÝñåôáé óôéò åñùôÞóåéò 31 êáé 32. 34. Ðüóá ãñáììïìüñéá ðåñéÝ÷ïíôáé óå êáèåìéÜ áðü ôéò ðáñáêÜôù ðïóüôçôåò ïõóéþí; (á) 98 g H2SO4 (â) 7 g N2 (ã) 7 g CO (ä) 0,051 g NH3

35. Ðüóá ãñáììïìüñéá ðåñéÝ÷ïíôáé óå êáèåìéÜ áðü ôéò ðáñáêÜôù ðïóïôÞôùí ïõóéþí; (á) 2,45 g H2SO4 (â) 54 g H2O (ã) 4,0 g CH4 (ä) 82 g H3PO4

175

36. Ðüóá ãñáììïìüñéá ïîõãüíïõ ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá êáïýí 46 g íáôñßïõ, óýìöùíá ìå ôçí ðáñáêÜôù áíôßäñáóç; 4Na + O2 Õ 2Na2O

37. Ðüóá ãñáììïìüñéá CaO åßíáé äõíáôüí íá ðáñá÷èïýí áðü 2 ãñáììïìüñéá ïîõãüíïõ, óýìöùíá ìå ôçí ðáñáêÜôù áíôßäñáóç;

2Ca + O2 Õ 2CaO

38. Ôï ìåèÜíéï, CH4, åßíáé ôï êýñéï óõóôáôéêü ôïõ öõóéêïý áåñßïõ. Êáßãåôáé, üôáí õðÜñ÷åé ïîõãüíï, êáé ó÷çìáôßæåôáé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá êáé íåñü. (á) ÃñÜøôå ôçí åîßóùóç êáé õðïëïãßóôå ôïõò óõíôåëåóôÝò ôçò.

KÅÖÁËÁÉÏ ÏÃÄÏÏ

×áñáêôçñéóôéêÝò êáôçãïñßåò ÷çìéêÞò óõìðåñéöïñÜò

Ç äéÜôáîç áõôÞ ôùí óôïé÷åßùí åßíáé ìßá áðü ôéò ðïëëÝò ðïõ áðåéêïíßæïõí ôïõò ôýðïõò ÷çìéêÞò óõìðåñéöïñÜò ïé ïðïßïé Ý÷ïõí ðáñáôçñçèåß.

ÌÝ÷ñé ôï êåöÜëáéï áõôü ãíùñßóáôå ëßãåò, ðïëý áðëÝò, ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò êáé ìÜèáôå ôïõò âáóéêïýò êáíüíåò ãñáöÞò ôùí ÷çìéêþí åîéóþóåùí. Óå ïñéóìÝíá áðü ôá åðüìåíá êåöÜëáéá ïé ãíþóåéò óáò áõôÝò èá äéåõñõíèïýí ìå ôçí åîÝôáóç ìåãáëýôåñçò ðïéêéëßáò áíôéäñÜóåùí êáé ôç ìåëÝôç ðåñéóóïôÝñùí ÷çìéêþí åíþóåùí. Óå üëåò áõôÝò èá ðñÝðåé íá áíáæçôÞóåôå ïìïéüôçôåò êáé êáíüíåò, ðïõ èá óáò

âïçèÞóïõí íá óõó÷åôßóåôå ìåôáîý ôïõò ìßá ðïéêéëßá öáéíïìÝíùí êáôÜ ôñüðï ëïãéêü êáé óõóôçìáôéêü. Ïé ðñïóðÜèåéåò áõôÝò èá óáò âïçèÞóïõí åðßóçò íá êáôáíïÞóåôå ìßá áðü ôéò ìåãáëýôåñåò åðéóôçìïíéêÝò ãåíéêåýóåéò ðïõ Ý÷ïõí ãßíåé: Ôï ðåñéïäéêü óýóôçìá ôùí óôïé÷åßùí.

ÌåñéêÝò óçìáíôéêÝò êáôçãïñßåò ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí 8.1 ÁíôéäñÜóåéò ìå ïîõãüíï. ~Ïðùò ìÜèáôå óôá ðñïçãïýìåíá êåöÜëáéá, ÷çìéêÞ áíôßäñáóç åßíáé ç ìåôáâïëÞ êáôÜ ôçí ïðïßá Üôïìá óõíäåäåìÝíá áñ÷éêÜ ìåôáîý ôïõò ìå êÜðïéï ôñüðï áëëÜæïõí áõôüí áêñéâþò ôïí ôñüðï ôçò ìåôáîý ôïõò óõíäÝóåùò. Ãéá íá áñ÷ßóåé ìßá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç, èá ðñÝðåé íá óõíõðÜñîïõí ïñéóìÝíá åßäç ìïñßùí, ðïõ ïíïìÜæïíôáé «áíôéäñþíôá». ~Ïôáí ðåñáôùèåß ç áíôßäñáóç, Ý÷ïìå ôçí ðáñïõóßá äéáöïñåôéêþí ìïñßùí, «ôùí ðñïúüíôùí» ôçò áíôéäñÜóåùò. Ôï ðëÞèïò ôùí áôüìùí ôïõ êáèåíüò óôïé÷åßïõ äåí áëëÜæåé, åíþ áëëÜæåé ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï óõíäÝïíôáé, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí íÝá ìüñéá. ÓõíÞèùò, üôáí ãßíåôáé ìßá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç, ðáñÜãåôáé Þ êáôáíáëßóêåôáé èåñìüôçôá Þ Üëëåò ìïñöÝò åíÝñãåéáò. Áðü ôéò ëßãåò áíôéäñÜóåéò, ðïõ Ý÷åôå ìÜèåé ìÝ÷ñé ôþñá, ïé ðåñéóóüôåñåò ðåñéãñÜöïõí ôçí áíôßäñáóç êÜðïéïõ óôïé÷åßïõ Þ ÷çìéêÞò åíþóåùò ìå ôï ïîõãüíï. ÁíôéäñÜóåéò ìå ïîõãüíï êáé åéäéêÜ ïé áíôéäñÜóåéò ôùí äéáöüñùí óôïé÷åßùí ìå ôï ïîõãüíï ðáñïõóéÜæïõí éäéáßôåñá ìåãÜëï åíäéáöÝñïí. Èá Üîéæå ôïí êüðï íá åîåôÜóïìå ìåñéêÝò áêüìç. ~Åôóé, èá Ý÷åôå óõã÷ñüíùò ôçí åõêáéñßá íá ãíùñßóåôå êáé ìåñéêÜ áêüìç óôïé÷åßá. Ïé äýï åðüìåíåò áíôéäñÜóåéò ìå ïîõãüíï Ý÷ïõí áíáöåñèåß óå ðñïçãïýìåíá êåöÜëáéá:

~Ïëá ó÷åäüí ôá óôïé÷åßá ðïõ åßíáé ãíùóôÜ ùò ìÝôáëëá áíôéäñïýí ìå ôï ïîõãüíï êáé ó÷çìáôßæïõí åíþóåéò, ðïõ ïíïìÜæïíôáé ïîåßäéá. Áêïëïõèïýí ìåñéêÜ ðáñáäåßãìáôá: ~Áñãõñïò, Ag: Ëßèéï, Li: NÜôñéï, Na: KÜëéï, K: Bçñýëéï, Âe: MáãíÞóéï, Mg: AóâÝóôéï, Ca: Óßäçñïò, Fe: Áñãßëéï, Ál: Káóóßôåñïò, Sn:

4Ag 4Li 4Na 4K 2Be 2Mg 2Ca 4Fe 4Ál Sn

+ + + + + + + + + +

O2 = 2Ag2O O2 = 2Li2O O2 = 2Na2O O2 = 2Ê2O O2 = 2BeO O2 = 2MgO O2 = 2CaO 3O2 = 2Fe2O3 3O2 = 2Al2O3 O2 = SnO2

Ag + + e − = Ag Cu 2 + 2 e − = Cu

ÐñáêôéêÜ, üëá ôá ãíùóôÜ óôïé÷åßá áíôéäñïýí ìå ôï ïîõãüíï. ÓõíÞèùò, ÷ñåéÜæåôáé íá èåñìáíèïýí, ãéá íá áñ÷ßóåé ç áíôßäñáóç. ÌåñéêÝò áíôéäñÜóåéò, ìüëéò îåêéíÞóïõí, åîåëßóóïíôáé âßáéá, üðùò áõôÞ ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 8-1.

Ó÷ÇÌÁ 8-1. Ôï ìáãíÞóéï êáßãåôáé ðïëý ãñÞãïñá óôïí áÝñá êáé åêëýåé óçìáíôéêÞ åíÝñãåéá ìå ôç ìïñöÞ ôïõ öùôüò.

178

Ó×ÇÌÁ 8-2. Ï ëåõêüò öùóöüñïò áíáöëÝãåôáé, üôáí Ýëèåé óå åðáöÞ ìå ôïí áÝñá. Óå Üëëåò ëéãüôåñï äñáóôéêÝò ìïñöÝò ôïõ óôïé÷åßïõ (êüêêéíïò, ìáýñïò öùóöüñïò) ôá Üôïìá ôïõ öùóöüñïõ óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò ìå äéáöïñåôéêü ôñüðï. Êáé ïé ôñåéò ìïñöÝò ôïõ üìùò áíôéäñïýí ìå ôï ïîõãüíï.

To óçìáíôéêü ðïõ ðñÝðåé íá ðáñáôçñÞóïìå åßíáé üôé ôï ðëÞèïò ôùí áôüìùí ôïõ ïîõãüíïõ, ìå ôá ïðïßá åíþíåôáé ôï Üôïìï åíüò ìåôÜëëïõ, äåí åßíáé ôï ßäéï ãéá üëá ôá ìÝôáëëá. ~Ïðùò öáßíåôáé êáèáñÜ, ôá ìÝôáëëá ôçò ðñþôçò ïìÜäáò Ý÷ïõí ó÷åôéêÜ ìéêñÞ éêáíüôçôá óõãêñáôÞóåùò ïîõãüíïõ êáé ãé' áõôü ÷ñåéÜæïíôáé äýï Üôïìá ìåôÜëëïõ ãéá ôç óõãêñÜôçóç åíüò áôüìïõ ïîõãüíïõ. Ç åðüìåíç ïìÜäá ðåñéëáìâÜíåé ôñßá ìÝôáëëá ìå äéðëÜóéá éêáíüôçôá óõãêñáôÞóåùò ôïõ ïîõãüíïõ. ÊÜèå Ýíá Üôïìï ìåôÜëëïõ áíôéäñÜ êáé óõãêñáôåß Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ. Óôéò Üëëåò äýï ïìÜäåò áíáãñÜöïíôáé ìÝôáëëá ìå Üôïìá, ðïõ Ý÷ïõí ìåãáëýôåñç éêáíüôçôá íá óõíäõáóèïýí ìå ïîõãüíï. ÁëëÜ äåí åßíáé ìüíï ôá ìÝôáëëá, ðïõ ìðïñïýí íá åíùèïýí ìå ïîõãüíï. Óôïé÷åßá ðïõ äåí åßíáé ìÝôáëëá, üðùò ð.÷. ï Üíèñáêáò, ìðïñïýí íá áíôéäñÜóïõí åðßóçò ìå ïîõãüíï. Áêüìç êáé ðïëëÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò åßíáé äõíáôüí íá áíôéäñÜóïõí ìå ïîõãüíï. Ïé ðåñéóóüôåñåò áíôéäñÜóåéò ìå ïîõãüíï ðáñÜãïõí óçìáíôéêÞ ðïóüôçôá åíÝñãåéáò, óõíÞèùò ìå ôç ìïñöÞ èåñìüôçôáò Þ öùôüò, êáé ãé' áõôü åßíáé ãíùóôÝò ùò áíôéäñÜóåéò êáýóåùò. Ìåôáîý ôùí áìåôÜëëùí óôïé÷åßùí ðïõ áíôéäñïýí ìå ïîõãüíï ðåñéëáìâÜíïíôáé ôï èåßï, S, êáé ï öùóöüñïò, Ñ. S + O 2 = SO 2 4 P + 5 O 2 = P4 O 10

Ï öùóöüñïò áíáöëÝãåôáé óôïí áÝñá êáé äßíåé Ýíáí ðõêíü Üóðñï êáðíü, üðùò öáßíåôáé óôï

ó÷Þìá 8-2. Ôï ìüñéï ôïõ P4O10 åßíáé ôï ðéï ðïëýðëïêï ìüñéï ïîåéäßïõ, ðïõ Ý÷åé ðáñáóêåõáóèåß ìÝ÷ñé óÞìåñá. Ãé' áõôü êáé ïé óõíôåëåóôÝò óôï áñéóôåñü ìÝñïò ôçò åîéóþóåùò åßíáé ôüóï ìåãÜëïé. Áðü ôéò ðïëëÝò åíþóåéò ðïõ áíôéäñïýí ìå ôï ïîõãüíï ðéï óçìáíôéêÝò åßíáé áõôÝò, ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü Üíèñáêá êáé õäñïãüíï Þ áðü Üíèñáêá, õäñïãüíï êáé ïîõãüíï. Åíþóåéò ðïõ áðïôåëïýíôáé ìüíï áðü Üíèñáêá êáé õäñïãüíï ïíïìÜæïíôáé õäñïãïíÜíèñáêåò. Ôï õëéêü ôùí êåñéþí áðïôåëåßôáé êõñßùò áðü ìßãìá õäñïãïíáíèñÜêùí, Ýíáò áðü ôïõò ïðïßïõò åßíáé ôï äåêáðåíôÜíéï, C15 H32. H åðüìåíç åîßóùóç ðåñéãñÜöåé ôçí êáýóç ôïõ äåêáðåíôáíßïõ êáé åßíáé ÷áñáêôçñéóôéêÞ åîßóùóç ôçò ðëÞñïõò êáýóåùò ôùí õäñïãïíáíèñÜêùí:

C H + 23 O = 15 CO + 16 H O

15 32 áðü 2 ôéò 2 2åíþóåéò, ðïõ åêôüò áðü MåñéêÝò Üíèñáêá êáé õäñïãüíï ðåñéÝ÷ïõí êáé ïîõãüíï, ïíïìÜæïíôáé õäáôÜíèñáêåò. Óå áõôÝò ï ëüãïò ôùí áôüìùí ôïõ õäñïãüíïõ ðñïò ôá Üôïìá ôïõ ïîõãüíïõ åßíáé ðÜíôá äýï ðñïò Ýíá. Ç Ýíùóç êõôôáñßíç, ìéá ïõóßá ðïõ áðïôåëåß ôï 40% ìå 50% ôïõ îýëïõ, åßíáé Ýíáò ÷áñáêôçñéóôéêüò õäáôÜíèñáêáò. Áðïôåëåßôáé áðü ðïëý ìåãÜëá ìüñéá, ðïõ êáèÝíá äçìéïõñãåßôáé áðü ìéêñüôåñåò ìïíÜäåò, åðßóçò õäáôÜíèñáêåò, ôïõ ôýðïõ: C6H10O5. Ç ðáñáêÜôù åîßóùóç ðåñéãñÜöåé ôçí êáýóç ìéáò áðü áõôÝò ôéò ìïíÜäåò, ðïõ óõíéóôïýí ôçí êõôôáñßíç ôïõ îýëïõ:

179

CH6 10 O5 + 6O2 → 6CO2 + 5HO2 Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÓÉÄÇÑÏÓ ÊÁÉ ÏÎÅÉÄÉÁ ÔÏÕ ÁËÏÕÌÉÍÉÏÕ ~Ïðùò åßäáìå óôçí ðáñÜãñáöï 8.1, êáé ï óßäçñïò êáé ôï áëïõìßíéï áíôéäñïýí ìå ôï ïîõãüíï êáé ó÷çìáôßæïõí ïîåßäéá. ÁõôÜ ôá äýï ïîåßäéá, Fe2O3 êáé Al2O3, Ý÷ïõí ìïñéáêü ôýðï ôçò ßäéáò ìïñöÞò. Ðáñ' üëá áõôÜ, ôï ïîåßäéï ôïõ óéäÞñïõ êáé ôï ïîåßäéï ôïõ áëïõìéíßïõ Ý÷ïõí ìßá âáóéêÞ äéáöïñÜ êáé áõôü áêñéâþò åðçñåÜæåé óçìáíôéêÜ ôï ðåñéâÜëëïí. Ôï ïîåßäéï ôïõ óéäÞñïõ åßíáé ìßá ìáëáêÞ, óå ìïñöÞ íéöÜäùí êüêêéíç ïõóßá. Äçìéïõñãåßôáé ìå ôçí ðáñïõóßá íåñïý, üðùò óõìâáßíåé óõíÞèùò, êáé ðñüêåéôáé ãéá ôç ãíùóôÞ óêïõñéÜ. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ç óêïõñéÜ äåí åßíáé áðüëõôá êáèáñü Fe2O3, áëëÜ áõôü äåí ÷ñåéÜæåôáé íá ìáò áðáó÷ïëÞóåé ðñïò ôï ðáñüí. Áðü ôç öýóç ôçò ç óêïõñéÜ, êáèþò ó÷çìáôßæåôáé, áðïêïëëÜôáé èñõììáôéæüìåíç êáé ôï ìÝôáëëï åîáêïëïõèåß íá óêïõñéÜæåé, ìÝ÷ñé íá ìåôáôñáðåß ïëüêëçñï óå óêïõñéÜ. Ùò óõìðÝñáóìá âãáßíåé üôé óéäåñÝíéá áíôéêåßìåíá, ðïõ ðñüêåéôáé íá åêôåèïýí óå ïîõãüíï êáé õãñáóßá, ðñÝðåé íá âáöèïýí Þ íá åðéêáëõöèåß ç åðéöÜíåéÜ ôïõò ìå êÜðïéï Üëëï õëéêü, ãéá íá ðñïóôáôåõèïýí áðü ôï ó÷çìáôéóìü óêïõñéÜò. Áíôßèåôá ôï áëïõìßíéï äåí ÷ñåéÜæåôáé íá åðéêáëõöèåß ìå ÷ñþìá. Ãéáôß üìùò óõìâáßíåé áõôü; ÌÞðùò åðåéäÞ äåí áíôéäñÜ ìå ôï ïîõãüíï óå óõíÞèåéò óõíèÞêåò; ~Ï÷é. ÁíôéäñÜ êáé ìÜëéóôá ãñçãïñüôåñá êáé áðü ôï óßäçñï, Ýóôù êáé áí åßíáé åíôåëþò óôåãíü. Ôï ïîåßäéï ôïõ áëïõìéíßïõ üìùò åßíáé óêëçñü êáé óõìðáãÝò, êáé ðñïóêïëëÜôáé óôçí åðéöÜíåéá ôïõ ìåôÜëëïõ. ~Ïôáí ó÷çìáôéóèåß Ýíá óôñþìá áðü ïîåßäéï ðÜ÷ïõò ðåñßðïõ 20 áôüìùí, ôï ïîõãüíï äåí ìðïñåß ðéá íá äéåéóäýóåé óôï ìÝôáëëï, ðïõ âñßóêåôáé êÜôù áðü áõôü ôï óôñþìá. Ç áíôßäñáóç ìå ôï ïîõãüíï óôáìáôÜ åêåß êáé ç õðüëïéðç ìÜæá ôïõ ìåôÜëëïõ ðñïóôáôåýåôáé áðü ôï ïîõãüíï êáé ôçí õãñáóßá. Åðß ðëÝïí, ç åìöÜíéóç ìéáò åðéöÜíåéáò ìå ôçí åðéêÜëõøç Al2O3 åßíáé áñêåôÜ üìïñöç, êáèþò Ý÷åé ôçí ãêñßæá áðü÷ñùóç ôïõ ßäéïõ ôïõ ìåôÜëëïõ. Áõôüò åßíáé Ýíáò áðü ôïõò ëüãïõò, ðïõ ôï áëïõìßíéï Ý÷åé äéáäïèåß ôüóï ðïëý êáé Ý÷åé ôüóåò ðïëëÝò åöáñìïãÝò óå ðåñéðôþóåéò, üðïõ äåí ÷ñåéÜæåôáé ç ìåãÜëç áíôï÷Þ ôïõ óéäÞñïõ Þ ôïõ ÷Üëõâá. ~Ïëá ôá åßäç ðñïóôáôåõôéêþí åðéöáíåéþí êáé ïé êáôáóêåõÝò ðïõ äåí ÷ñåéÜæåôáé íá áíôÝ÷ïõí ìåãÜëï

Ðñüóïøç ïõñáíïîýóôç êáôáóêåõáóìÝíç áðü áëïõìßíéï. Ç áíôï÷Þ ôïõ óôç äéÜâñùóç êáèéóôÜ ôï áëïõìßíéï Ýíá ðñþôï óôéò ðñïôéìÞóåéò êáôáóêåõáóôéêü

âÜñïò êáé ðïõ ðñÝðåé íá åßíáé áíèåêôéêÝò óôï áôìïóöáéñéêü ïîõãüíï êáé ôçí õãñáóßá êáôáóêåõÜæïíôáé óÞìåñá áðü áëïõìßíéï. Ôï áëïõìßíéï åßíáé, åðßóçò, åëáöñü, äçëáäÞ Ý÷åé ó÷åôéêÜ ìéêñÞ ðõêíüôçôá. Ï óõíäõáóìüò ôïõ ìéêñïý ôïõ âÜñïõò êáé ôçò öõóéêÞò ôïõ éêáíüôçôáò ãéá áõôïðñïóôáóßá áðü ôïí áÝñá êáé ôçí õãñáóßá ôï êáèéóôïýí éäáíéêü ãéá ôçí êáôáóêåõÞ áåñïðëÜíùí, êáé áõôÞ áêñéâþò åßíáé ìéá áðü ôéò óðïõäáéüôåñåò ÷ñÞóåéò ôïõ. Oé ÷çìéêÝò éäéüôçôåò ôïõ áëïõìéíßïõ êáé ôïõ ïîåéäßïõ ôïõ Ý÷ïõí áîéïðïéçèåß ãéá ôç âåëôßùóç ôïõ ðåñéâÜëëïíôüò ìáò. Äõóôõ÷þò, ïé ßäéåò áõôÝò éäéüôçôåò, ðïõ áðïôåëïýí ðëåïíÝêôçìá üôáí ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ìå óýíåóç, ìðïñïýí íá ãßíïõí ìåéïíÝêôçìá ìå ôçí áëüãéóôç ÷ñÞóç. Åîáéôßáò ôçò ðñïóôáôåõôéêÞò åðéêáëýøåùò ðïõ äçìéïõñãåß óôï ìÝôáëëï ôï ïîåßäéï ôïõ áëïõìéíßïõ, ôá áíôéêåßìåíá áðü áëïõìßíéï äåí ðñÝðåé íá äéáóêïñðßæïíôáé Üóêïðá åäþ êáé åêåß. Ôá ðþìáôá áðü áëïõìßíéï, ïé êïíóÝñâåò êáé ôá êïõôéÜ ôùí áíáøõêôéêþí, ðïõ ôüóï åðéðüëáéá ðåôéïýíôáé óôçí åîï÷Þ êáé êáôÜ ìÞêïò ôùí äñüìùí, èá æÞóïõí ðåñéóóüôåñï áðü üóï áõôïß ðïõ ôá Üöçóáí åêåß. Áí äåí ôá ìáæÝøåé êÜðïéïò, èá áõîÜíïíôáé óõíå÷þò õðïâáèìßæïíôáò ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÂÝâáéá êáíÝíá åßäïò áðïññßììáôïò äåí ðñÝðåé íá ðåôéÝôáé áðåñßóêåðôá áðü Ýíáí õðåýèõíï ðïëßôç. Ôá áëïõìéíÝíéá üìùò áíôéêåßìåíá áðïôåëïýí áõîçìÝíï ðñüâëçìá åî áéôßáò ôïõ üôé äåí öèåßñïíôáé åýêïëá.

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

8.2 ÄñáóôéêÜ

180

ìÝôáëëá áíôéäñïýí ìå íåñü. Óôïõò ÷çìéêïýò åßíáé áðü ðáëéÜ ãíùóôü üôé ìåñéêÜ ìÝôáëëá áíôéäñïýí ìå ôï íåñü. ÅðåéäÞ ï áÝñáò êáé ôï íåñü åßíáé äýï áðü ôéò ðéï êïéíÝò ïõóßåò ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò ðïõ æïýìå, äåí åßíáé ðåñßåñãï ãåãïíüò üôé ïé ÷çìéêïß áðü ðïëý íùñßò ðñïóðÜèçóáí íá âñïõí ìå ðïéï ôñüðï ôá óôïé÷åßá êáé ïé åíþóåéò áíôéäñïýí ìå áõôÝò ôéò ïõóßåò. Ãíùñßæåôå Þäç üôé ôï íåñü Ý÷åé êÜðïéá åðßäñáóç óôï óßäçñï êáé óôï áôóÜëé, áöïý áõôÜ ôá õëéêÜ óêïõñéÜæïõí ãñçãïñüôåñá,üôáí åßíáé õãñÜ. Ìå ôá ðåéñÜìáôá ðïõ èá áêïëïõèÞóïõí, èá ãßíåé êáôáíïçôüò ï ôñüðïò, óýìöùíá ìå ôïí ïðïßï ìåñéêÜ áðü ôá ðéï äñáóôéêÜ ìÝôáëëá áíôéäñïýí ìå ôï íåñü. Ôá ðåñéóóüôåñá áðü ôá äñáóôéêÜ ìÝôáëëá åßíáé ãíùóôÜ áðü ðáëéÜ. Ôï 1807, ï óåñ Humphry Davy áíáêÜëõøå Ýíá íÝï êáé ðïëý äñáóôéêü óôïé÷åßï, ðïõ ôï ïíüìáóå êÜëéï. Ëßãåò çìÝñåò áñãüôåñá áðïìüíùóå ãéá ðñþôç öïñÜ ôï óôïé÷åßï íÜôñéï, Ýíá åðßóçò äñáóôéêü ìÝôáëëï. ÌÝóá óå Ýíá ÷ñüíï áêïëïýèçóå ç áíáêÜëõøç êáé ç áðïìüíùóç áðü ôïí Davy ôïõ ìáãíçóßïõ, ôïõ áóâåóôßïõ, ôïõ óôñïíôßïõ êáé ôïõ âáñßïõ, ðïõ âñÝèçêå íá Ý÷ïõí ìåôáîý ôïõò áíÜëïãåò éäéüôçôåò. Ôï ëßèéï áíáêáëýöèçêå áðü ôï Óïõçäü ÷çìéêü Johannes Arfvedson, ôï 1817, åíþ ôï êÝóéï áíáêáëýöèçêå ôï 1860 óôç Ãåñìáíßá áðü ôïõò Robert Bunsen êáé Gustav Kirchhoff. Ïé ßäéïé ôï 1861 áíáêÜëõøáí êáé ôï ñïõâßäéï. Ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôïõò ÷ñçóéìïðïßçóáí Ýíá öáóìáôïóêüðéï (óôï êåö. 11 ðåñéãñÜöåôáé ç ëåéôïõñãßá ôïõ öáóìáôïãñÜöïõ, ðïõ åßíáé Ýíáò ôýðïò öáóìáôïóêïðßïõ). Ïé Friederich Wöhler êáé Ántoine –Alexander Brutus Bussy, áíåîÜñôçôá ï Ýíáò áðü ôïí Üëëïí, áðïìüíùóáí ôï 1828 ôï ìåôáëëéêü âçñýëéï. Åíþ ï ôñüðïò ðïõ áíôéäñïýí üëá áõôÜ ôá óôïé÷åßá Ý÷åé êÜðïéåò ïìïéüôçôåò, åðåêñÜôçóå íá ôïðïèåôïýíôáé óôçí ßäéá ïìÜäá ìüíï ôï ëßèéï, ôï íÜôñéï, ôï êÜëéï, ôï ñïõâßäéï êáé ôï êÝóéï, åðåéäÞ äýï Üôïìá áðü ôï êÜèå óôïé÷åßï óõíäÝïíôáé ìå Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ. ÓÊÏÐÏÓ

Óôï ðåßñáìá áõôü ãßíåôáé óýãêñéóç ôùí áíôéäñÜóåùí ìåñéêþí ìåôÜëëùí ìå ôï íåñü. ÕËÉÊÁ

ÐñïóôáôåõôéêÜ ãõáëéÜ ×áñôß çëéïôñïðßïõ* Ðñïóôáôåõôéêü ÷þñéóìá ÓôÞñéãìá, äáêôýëéïò ÐïôÞñé âñáóìïý, 250 ml Ìåôáëëéêü ðëÝãìá ÐïôÞñé âñáóìïý, 400 ml Ëý÷íïò Ëáâßäåò, ìá÷áßñé Äïêéìáóôéêïß óùëÞíåò

×áñôïðåôóÝôåò ÓöéêôÞñáò ÍÜôñéï, êÜëéï, ëßèéï, áóâÝóôéï êáé ìáãíÞóéï ×ñïíüìåôñï Þ êïéíü ñïëüé ìå äåßêôç äåõôåñïëÝðôùí Äéáëýìáôá õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ, õäñïîåéäßïõ ôïõ êáëßïõ êáé õäñïîåéäßïõ ôïõ áóâåóôßïõ

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

Ôï ðñþôï ìÝñïò áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò ðñáãìáôïðïéåßôáé ùò åðßäåéîç áðü ôïí êáèçãçôÞ, ï ïðïßïò èá ðñÝðåé íá áêïëïõèÞóåé ôçí ßäéá ó÷åäüí äéáäéêáóßá ìå áõôÞ ðïõ èá áêïëïõèÞóåôå óôá ôåëåõôáßá ìÝñç ôïõ ðåéñÜìáôïò. *

Ó.ô.Ì. ×áñôß, ôï ïðïßï áëëÜæåé ÷ñþìá áíÜëïãá ìå ôï pÇ.

181

ÐñÝðåé íá åßóôå ðñïåôïéìáóìÝíïé þóôå íá êáôáãñÜøåôå ôïõò ÷ñüíïõò áíôéäñÜóåùí êáôÜ ôçí åðßäåéîç ôïõ êáèçãçôÞ, üðùò êáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí äéêþí óáò ðåéñáìÜôùí.

ÌÝñïò Á. (Åðßäåéîç áðü ôïí êáèçãçôÞ). Âåâáéùèåßôå üôé öïñÜôå ðñïóôáôåõôéêÜ ãõáëéÜ êáôÜ ôç äéÜñêåéá áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò. Êáëüí åßíáé íá õðÜñ÷åé Ýíá ðñïóôáôåõôéêü ÷þñéóìá áðü ôï óçìåßï äéåîáãùãÞò ôïõ ðåéñÜìáôïò Þ ôïõëÜ÷éóôïí ìßá áðüóôáóç 2-2,5 ìÝôñùí áðü ôïõò èåáôÝò. 1. Ãåìßóôå Ýíá ðïôÞñé ôùí 250 ml ìÝ÷ñé ôç ìÝóç, ìå íåñü èåñìïêñáóßáò äùìáôßïõ. 2. ×ñçóéìïðïéÞóôå ìßá ëáâßäá, ãéá íá âãÜëåôå Ýíá êïììÜôé íáôñßïõ áðü ôï äï÷åßï ìÝóá óôï ïðïßï âñßóêåôáé. Ìå Ýíá êïöôåñü ìá÷áßñé êüøôå Ýíá êïììáôÜêé óå ó÷Þìá ìéêñïý êýâïõ, áêìÞò ðåñßðïõ 3 mm. Áðïìáêñýíåôå êÜèå åðéêÜëõøç ïîåéäßïõ ìå ôï ìá÷áßñé, þóôå üëåò ïé åðéöÜíåéåò íá Ý÷ïõí ìåôáëëéêÞ ëÜìøç. Óêïõðßóôå êÜèå ß÷íïò ðåôñåëáßïõ ìå ìßá ÷áñôïðåôóÝôá. 3. Ñßîôå ôï êïììÜôé ôïõ íáôñßïõ ìÝóá óôï ðïôÞñé ìå ôï íåñü. ÓêåðÜóôå ôï ðïôÞñé áìÝóùò ìå Ýíá ìåôáëëéêü ðëÝãìá*. ×ñçóéìïðïéÞóôå Ýíá ÷ñïíüìåôñï Þ Ýíá ñïëüé ìå äåßêôç äåõôåñïëÝðôùí, ãéá íá ìåôñÞóåôå ôï ÷ñüíï ðïõ ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá óõìðëçñùèåß ç áíôßäñáóç. 4. ~Ïôáí ôåëåéþóåé ç áíôßäñáóç, åëÝãîôå ôï äéÜëõìá ðïõ Ýìåéíå ìå äýï êïììÜôéá ÷áñôß çëéïôñïðßïõ, Ýíá êüêêéíï êáé Ýíá ìðëå. Óçìåéþóôå êÜèå áëëáãÞ ÷ñþìáôïò. 5. Îåðëýíåôå ôï ðïôÞñé. ÅðáíáëÜâåôå ôï ðåßñáìá ìå Ýíá êïììÜôé êáëßïõ, ôïõ ßäéïõ ðåñßðïõ ìåãÝèïõò ìå ôï êïììÜôé íáôñßïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå ðñïçãïõìÝíùò.

MÝñïò Â. (Ðåßñáìá ôùí ìáèçôþí). 1. Ãåìßóôå Ýíá ðïôÞñé ôùí 250 ml ìÝ÷ñé ôç ìÝóç ìå íåñü èåñìïêñáóßáò äùìáôßïõ. 2. Ìå ìßá ëáâßäá ðÜñôå Ýíá êïììÜôé ëéèßïõ, ìåãÝèïõò åíüò êüêêïõ ñõæéïý, áðü ôï äï÷åßï ðïõ ôï ðåñéÝ÷åé. ~Ïðùò êáé ðñéí, áöáéñÝóôå êÜèå åðéêÜëõøç ïîåéäßïõ êáé óêïõðßóôå êáëÜ êÜèå ß÷íïò ðåôñåëáßïõ ìå ìßá ÷áñôïðåôóÝôá. 3. Ñßîôå ôï êïììÜôé ôïõ ëéèßïõ ìÝóá óôï ðïôÞñé ìå ôï íåñü. Ìå Ýíá ÷ñïíüìåôñï Þ Ýíá ñïëüé, ðïõ íá Ý÷åé äåßêôç äåõôåñïëÝðôùí, ìåôñÞóôå ôï ÷ñüíï ðïõ ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá óõìðëçñùèåß ç áíôßäñáóç. 4. ~Ïôáí ôåëåéþóåé ç áíôßäñáóç åîåôÜóôå ôï äéÜëõìá ðïõ äçìéïõñãÞèçêå ìå ìðëå êáé êüêêéíï ÷áñôß çëéïôñïðßïõ (óõã÷ñüíùò). Óçìåéþóôå êÜèå áëëáãÞ óôï ÷ñþìá. 5. Îåðëýíåôå ôï ðïôÞñé. ÅðáíáëÜâáôå ôá óôÜäéá 1-4, ÷ñçóéìïðïéþíôáò Ýíá êïììÜôé ìåôáëëéêïý áóâåóôßïõ, ðïõ èá óáò äþóåé ï êáèçãçôÞò. 6. Îåðëýíåôå ôï ðïôÞñé. ÅðáíáëÜâåôå ôá óôÜäéá 1-4, ìå Ýíá êïììÜôé ìåôáëëéêïý ìáãíçóßïõ. 7. ÅÜí ðáñáìåßíåé ëßãï ìáãíÞóéï óôï ðïôÞñé ìåôÜ ôï ôÝëïò ôïõ 6ïõ óôáäßïõ, áðïìáêñýíåôÝ ôï áðü ôï íåñü. ÔïðïèåôÞóôå ôï ðïôÞñé ìå ôï íåñü ðÜíù óå Ýíá ìåôáëëéêü ðëÝãìá, ôï ïðïßï óõãêñáôåßôáé áðü Ýíá ìåôáëëéêü äáêôýëéï, óôçñéæüìåíï óôï åéäéêü óôÞñéãìá. ÊÜôù áðü ôï ðëÝãìá ôïðïèåôÞóôå Ýíá *

Ó.ô.Ì. Ôï ìåôáëëéêü ðëÝãìá ìðïñåß íá áíôéêáôáóôáèåß áðü Ýíá êïììÜôé ãõáëß, þóôå íá öáßíïíôáé ïé äéÜöïñåò öÜóåéò ôçò áíôéäñÜóåùò.

182

Ó×ÇÌÁ 8-3.

ëý÷íï, ìå ôïí ïðïßï èá æåóôÜíåôå ôï íåñü, ìÝ÷ñé íá âñÜóåé. 8. Áðïìáêñýíåôå ôï ëý÷íï áðü ôïí ðõèìÝíá ôïõ ðïôçñéïý. Ñßîôå ìÝóá óôï æåóôü íåñü ôï êïììÜôé ôïõ ìáãíçóßïõ ðïõ Ýìåéíå óôï óôÜäéï 6. Áí õðÜñîåé êÜðïéá áíôßäñáóç óçìåéþóôå ôçí ôá÷ýôçôÜ ôçò. ÅëÝãîôå ôï äéÜëõìá ìå ìðëå êáé êüêêéíï ÷áñôß çëéïôñïðßïõ. Óçìåéþóôå êÜèå áëëáãÞ óôï ÷ñþìá. 9. ÅëÝãîôå áñáéÜ äéáëýìáôá õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ, õäñïîåéäßïõ ôïõ êáëßïõ êáé õäñïîåéäßïõ ôïõ áóâåóôßïõ ìå ìðëå êáé êüêêéíï ÷áñôß çëéïôñïðßïõ. ÊáôáãñÜøôå êÜèå áëëáãÞ óôï ÷ñþìá. 10. Ãåìßóôå Ýíá ðïôÞñé ôùí 400 ml (êáôÜ ôá 2/3) ìå íåñü, èåñìïêñáóßáò äùìáôßïõ. Ãåìßóôå Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá ìå íåñü. Êáëýðôïíôáò ìå ôïí áíôß÷åéñÜ óáò ôï Üíïéãìá ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá, áíáóôñÝøôå ôïí êáé âõèßóôå ôïí ìÝóá óôï ðïôÞñé ìå ôï íåñü. ~Ïôáí ôï Üíïéãìá ôïõ óùëÞíá âñåèåß êÜôù áðü ôçí åðéöÜíåéá ôïõ íåñïý âãÜëôå ôï äÜêôõëü óáò. Óôåñåþóôå óå áõôÞí ôç èÝóç ôï óùëÞíá. Âõèßóôå Ýíá êïììÜôé ëéèßïõ Þ áóâåóôßïõ ìÝóá óôï íåñü êáé êÜôù áðü ôï Üíïéãìá ôïõ óùëÞíá, þóôå ïé öõóáëßäåò ôïõ áåñßïõ ðïõ ðáñÜãåôáé íá áíåâáßíïõí ìÝóá óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá (ó÷. 8-3). ~Ïôáí ï óùëÞíáò ãåìßóåé ðåñßðïõ ìÝ÷ñé ôç ìÝóç ìå áÝñéï, åëåõèåñþóôå ôï óôÞñéãìÜ ôïõ êáé, ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôï ùò ëáâßäá ôïõ óùëÞíá, áðïìáêñýíåôÝ ôïí áðü ôï íåñü. ÁöÞóôå ôï õðüëïéðï íåñü íá ôñÝîåé áðü ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Ìå ôï óùëÞíá áêüìç áíåóôñáììÝíï ðëçóéÜóôå ãéá ìßá óôéãìÞ ôï áíïéêôü Üêñï ôïõ óå Ýíáí áíáììÝíï ëý÷íï (âåâáéùèåßôå üôé öïñÜôå ôá ðñïóôáôåõôéêÜ ãõáëéÜ óáò). Óçìåéþóôå ïðïéáäÞðïôå áíôßäñáóç óõìâåß. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Õðïëïãßóôå ôçí áôïìéêÞ ìÜæá ôùí ëéèßïõ, íáôñßïõ êáé êáëßïõ, êáèþò êáé ôïõ ìáãíçóßïõ êáé ôïõ áóâåóôßïõ. 2. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ôá ôñßá ðñþôá óôïé÷åßá, ìÞðùò õðÜñ÷åé êÜðïéá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò áôïìéêÝò ôïõò ìÜæåò êáé óôéò ôá÷ýôçôåò áíôéäñÜóåþò ôïõò ìå ôï íåñü; Èõìçèåßôå üôé, üóï óõíôïìüôåñá Üñ÷éæå ç áíôßäñáóç, ôüóï ìåãáëýôåñç Þôáí êáé ç ôá÷ýôçôÜ ôçò. ÐåñéãñÜøôå êÜèå ó÷Ýóç ðïõ ðéèáíüí íá õðÜñ÷åé. 3. ÕðÜñ÷åé êÜðïéá ó÷Ýóç ìåôáîý ôùí áôïìéêþí ìáæþí ôïõ ìáãíçóßïõ êáé ôïõ áóâåóôßïõ êáé ôçò ôá÷ýôçôáò áíôéäñÜóåþò ôïõò ìå ôï íåñü; ÐåñéãñÜøôå êÜèå ðéèáíÞ ó÷Ýóç. 4. ÃåíéêÜ, áí óõãêñéèïýí ïé ôá÷ýôçôåò áíôéäñÜóåùò ôïõ ìáãíçóßïõ êáé ôïõ áóâåóôßïõ ìå áõôÝò ôùí ëéèßïõ, íáôñßïõ êáé êáëßïõ, ôé óõìðåñÜóìáôá âãáßíïõí; 5. Ðïéá Þôáí ôá äýï ðñïúüíôá ðïõ ó÷çìáôßóèçêáí, üôáí ôá ìÝôáëëá áíôÝäñáóáí ìå ôï íåñü; ÄéêáéïëïãÞóôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. 6. ÌåôÜ ôçí ðáñáôÞñçóç ôçò óõìðåñéöïñÜò ôïõ ìáãíçóßïõ óå æåóôü êáé êñýï íåñü, ôé óõìðÝñáóìá ìðïñåßôå íá âãÜëåôå ãéá ôéò ôá÷ýôçôåò áíôéäñÜóåùò; 7. Âáóéæüìåíïé óôçí áôïìéêÞ ìÜæá ôïõ êåóßïõ, ðþò èá ðåñéìÝíáôå íá áíôéäñÜóåé ìå ôï íåñü; Èá ðåñéìÝíáôå üôé ôï âçñýëéï èá áíôéäñïýóå ôá÷ýôåñá Þ âñáäýôåñá áðü ü,ôé ôï áóâÝóôéï;

8.3 Óýãêñéóç ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí ìåôÜëëùí ìå ôï íåñü. ÐñïçãïõìÝíùò Ýãéíå áíôéëçðôü üôé, üôáí áíôéäñÜóåé Ýíá äñáóôéêü ìÝôáëëï ìå ôï íåñü,

ðáñÜãåôáé áÝñéï õäñïãüíï. Ïé äïêéìÝò ìå ôï ÷áñôß çëéïôñïðßïõ óáò Ýäùóáí ìßá êáëÞ åéêüíá ãéá ôçí ôáõôüôçôá ôïõ Üëëïõ ðñïúüíôïò ôçò áíôéäñÜóåùò. Ðáñ' üëá áõôÜ, ðñÝðåé íá âñåèåß ðüóï áðü ôï êÜèå ðñïúüí ó÷çìáôßæåôáé, þóôå íá

183

ìðïñïýí íá ãñáöïýí åîéóþóåéò ãéá êÜèå áíôßäñáóç. ~Ïôáí Ý÷ïõí ðñïóäéïñéóèåß ðñïóåêôéêÜ ïé ôáõôüôçôåò êáé ïé áíáëïãßåò ôùí ðñïúüíôùí, ôüôå åðáëçèåýïíôáé ïé ðáñáêÜôù åîéóþóåéò: 2Li + 2Ç2Ï = 2LiOH (ùò äéÜëõìá óå íåñü) +Ç2 2Ía+ 2H2O = 2NaOH (ùò äéÜëõìá óå íåñü) +Ç2 2Ê + 2Ç2Ï = 2ÊÏÇ (ùò äéÜëõìá óå íåñü) +Ç2 Ca + 2H2O = Ca(OH)2 (ùò äéÜëõìá óå íåñü) +Ç2 Ìg + 2H2Ï = Mg(OH)2 (ùò äéÜëõìá óå íåñü)+Ç2 Óå êÜèå ìßá áðü ôéò ðáñáðÜíù áíôéäñÜóåéò ôï ìÝôáëëï åëåõèÝñùóå ìåñéêÜ áðü ôá Üôïìá õäñïãüíïõ, ðïõ áíÞêáí óôá ìüñéá ôïõ íåñïý. ÁõôÜ ôá Üôïìá óôç óõíÝ÷åéá ó÷çìÜôéóáí ìüñéá õäñïãüíïõ, Ç2. Áðü êÜèå ìüñéï íåñïý ðïõ

áíôéäñÜ åëåõèåñþíåôáé Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ, åíþ ôï Üëëï ðáñáìÝíåé óõíäåäåìÝíï ìå ôï Üôïìï ôïõ ïîõãüíïõ. Ïé åíþóåéò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé, LiOH, NaOH, KOH, Mg(OH)2 êáé Ca(OH)2, ïíïìÜæïíôáé õäñïîåßäéá. Ôá ôñßá ðñþôá äéáëýïíôáé ôåëåßùò óå ðåñßóóåéá íåñïý. Ôï Ca(OH)2 êáé ôï Mg(OH)2 ðéèáíüí íá ìçí äéáëýïíôáé åíôåëþò, áí õðÜñ÷åé ìüíï ìéêñÞ ðïóüôçôá íåñïý, åðåéäÞ åßíáé ëéãüôåñï äéáëõôÜ áðü ôá Üëëá õäñïîåßäéá. Åßíáé áîéïóçìåßùôï üôé óôéò áíôéäñÜóåéò ðïõ åîåôÜóèçêáí, üëá ôá ìÝôáëëá äåí áíôéäñïýóáí ìå ôï íåñü óôéò ßäéåò áíáëïãßåò. Ãéá ôá ôñßá áðü áõôÜ (ëßèéï, íÜôñéï, êÜëéï) ÷ñåéÜóèçêáí äýï moles ôïõ ìåôÜëëïõ, ãéá íá ó÷çìáôéóèåß Ýíá ãñáììïìüñéï Ç2, åíþ ãéá ôï áóâÝóôéï Þ ôï ìáãíÞóéï Ýíá mole

Ðåñßëçøç. ìåôÜëëïõ ìðïñåß íá åëåõèåñþóåé Ýíá ãñáììïìüñéï

Ç2.

Ó÷åäüí üëá ôá óôïé÷åßá, ìÝôáëëá êáé áìÝôáëëá, áíôéäñïýí ìå ôï ïîõãüíï êáé äßíïõí ïîåßäéá. Åðßóçò, ðïëëÝò åíþóåéò êáé åéäéêÜ ïé õäñïãïíÜíèñáêåò êáé ïé õäáôÜíèñáêåò áíôéäñïýí ìå ôï ïîõãüíï. Óõ÷íÜ, ïé áíôéäñÜóåéò óõíïäåýïíôáé áðü Ýêëõóç èåñìüôçôáò êáé öùôüò, ïðüôå áõôÞ ç äéáäéêáóßá ïíïìÜæåôáé êáýóç. Ìßá óçìáíôéêÞ áíôßäñáóç ìåñéêþí ìåôÜëëùí, ð.÷. ëéèßïõ, íáôñßïõ, êáëßïõ, ìáãíçóßïõ êáé áóâåóôßïõ, åßíáé áõôÞ ìå ôï íåñü. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò áíôéäñÜóåùò áõôÞò åëåõèåñþíåôáé áÝñéï Ç2 êáé ó÷çìáôßæïíôáé äéáëýìáôá õäñïîåéäßùí ôùí ìåôÜëëùí. Áîßæåé íá óçìåéùèåß

ÌåñéêÜ óôïé÷åßá Ý÷ïõí áíÜëïãåò éäéüôçôåò üôé ôá ìÝôáëëá åßíáé äõíáôüí íá ôáîéíïìçèïýí óå ïìÜäåò ìå âÜóç ôïí áñéèìü áôüìùí ïîõãüíïõ ðïõ åßíáé äõíáôüí íá óõãêñáôÞóïõí óôá ïîåßäéÜ ôïõò Þ ìå âÜóç ôïí áñéèìü ôùí moles Ç2 ðïõ ìðïñåß íá åëåõèåñþíåé áðü ôï íåñü Ýíá mole áôüìùí ôïõ êÜèå ìåôÜëëïõ.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðþò ïíïìÜæïìå ôçí ïõóßá ðïõ ó÷çìáôßæåôáé, üôáí Ýíá óôïé÷åßï åíþíåôáé ìå ïîõãüíï; 2. Ôé åííïåß Ýíáò ÷çìéêüò ëÝãïíôáò êáýóç; 3. Íá ãñáöåß ç áêñéâÞò åîßóùóç, ðïõ ðåñéãñÜöåé

ôçí êáýóç ôïõ õäñïãïíÜíèñáêá C8H18, óõóôáôéêïý ôçò âåíæßíçò ôùí áõôïêéíÞôùí.

8.4 Ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí: Ìßá ÷çìéêÞ ïéêïãÝíåéá. ÐñïçãïõìÝíùò åßäáôå äýï ðáñáäåßãìáôá ãéá ôéò ïìïéüôçôåò ðïõ õðÜñ÷ïõí áíÜìåóá óôá óôïé÷åßá ëßèéï, íÜôñéï êáé êÜëéï. Ôá óôïé÷åßá áõôÜ áíôéäñïýí ìå ïîõãüíï êáé ó÷çìáôßæïõí ïîåßäéá ôïõ ãåíéêïý ôýðïõ Ì2Ï. Åðßóçò, áíôéäñïýí ìå íåñü êáé åëåõèåñþíïõí õäñïãüíï,

184

åíþ óõã÷ñüíùò ó÷çìáôßæïõí äéáëýìáôá ôùí õäñïîåéäßùí, ÌÏÇ (êáé óôïõò äýï ðñïçãïýìåíïõò ôýðïõ ôï Ì ðáñéóôÜíåé ïðïéïäÞðïôå ìÝôáëëï, ðïõ ó÷çìáôßæåé ôÝôïéåò åíþóåéò). ~Éóùò èõìÜóôå üôé êáé ï Üñãõñïò ó÷çìáôßæåé Ýíá ïîåßäéï ôïõ ôýðïõ Ì2Ï ôï Ág2Ï. ~Ïìùò, äåí áíôéäñÜ êáèüëïõ ìå ôï íåñü, ïýôå êáí ìå ìéêñÞ ôá÷ýôçôá. Åðßóçò, ôï ìåôáëëéêü áóâÝóôéï áíôéäñÜ ìå ôï íåñü êáé ôï ïîõãüíï êáôÜ ôïí ßäéï ó÷åäüí ôñüðï ðïõ áíôéäñïýí ôï ëßèéï, ôï íÜôñéï êáé ôï êÜëéï. Ïé ôýðïé ôùí ðñïúüíôùí ôïõ üìùò åßíáé äéáöïñåôéêïß. ~Åíá mole áóâåóôßïõ óõíäÝåôáé ìå ðåñéóóüôåñá ïîõãüíá êáé åëåõèåñþíåé ðåñéóóüôåñá õäñïãüíá áðü ü,ôé Ýíá mole ëéèßïõ, íáôñßïõ Þ êáëßïõ. ~Åôóé, ôá ôñßá óôïé÷åßá (Li, Na êáé Ê) ìïéÜæïõí, óáí íá Ý÷ïõí ìåôáîý ôïõò óõããåíéêÝò ïìïéüôçôåò, ôÝôïéåò ðïõ äåí óõíáíôþíôáé óå Üëëá óôïé÷åßá, üðùò ôá áäÝëöéá, ðïõ äåí åßíáé ßäéá áëëÜ ìïéÜæïõí óå ðáñÜ ðïëëÜ óçìåßá. ÕðÜñ÷ïõí åðßóçò äýï Üëëá óôïé÷åßá ðïõ áðáíôïýí óôç öýóç, ôï ñïõâßäéï (Rb) êáé ôï êÝóéï (Cs) ôá ïðïßá áíôéäñïýí áíÜëïãá ìå ôï Li, Na êáé Ê. Ôï ñïõâßäéï êáé ôï êÝóéï üìùò åßíáé óðáíéüôåñá áðü áõôÜ, ãé' áõôü êáé äåí ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí óôï åñãáóôçñéáêü ðåßñáìá. Êáé ôá ðÝíôå óôïé÷åßá, åêôüò áðü ôéò üìïéåò ÷çìéêÝò ôïõò éäéüôçôåò, Ý÷ïõí êáé ðïëëÝò üìïéåò öõóéêÝò éäéüôçôåò. Åßíáé üëá áóçìü÷ñùìá, ëáìðåñÜ êáé ó÷åôéêÜ ìáëáêÜ ìÝôáëëá (ó÷. 8-4). Ôá ìÝôáëëá áõôÜ ôÞêïíôáé óå ó÷åôéêÜ ÷áìçëÞ èåñìïêñáóßá (ôï êÝóéï ôÞêåôáé óôïõò 28,7°C). Åßíáé ãíùóôÜ ùò ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí Þ áðëÜ ùò áëêÜëéá.

Ó×ÇÌÁ 8-4. ~Ïðùò ôá Üëëá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí, ôï êÜëéï (åðÜíù) åßíáé äõíáôüí íá êïðåß åýêïëá. Óå ðñüóöáôç ôïìÞ åìöáíßæåôáé ìßá áóçìü÷ñùìç, ëáìðåñÞ åðéöÜíåéá.

8.5 Ìßá Üëëç ÷çìéêÞ ïéêïãÝíåéá: Ôá áëïãüíá. ÁíÜìåóá óôá ðñþôá óôïé÷åßá ðïõ áíáêáëýöèçêáí Þôáí êáé ôñßá ìå ôá ïíüìáôá ÷ëþñéï, Cl, âñþìéï, Br, êáé éþäéï É. Ç öõóéêÞ åìöÜíéóç áõôþí ôùí óôïé÷åßùí äåí äçìéïõñãåß áìÝóùò ôçí åíôýðùóç üôé Ý÷ïõí ìåôáîý ôïõò êÜðïéá óõããåíéêÞ ó÷Ýóç. Ôï ÷ëþñéï åßíáé Ýíá áíïéêôü ðñÜóéíï áÝñéï, ôï âñþìéï åßíáé Ýíá âáèý êüêêéíï õãñü êáé ôï éþäéï åßíáé Ýíá ãêñéæüìáõñï óôéëðíü óôåñåü. Ðáñ' üëá áõôÜ, áí åîåôÜóåé êÜðïéïò ôá ôñßá áõôÜ óôïé÷åßá ðéï ðñïóåêôéêÜ, üðùò Ýêáíáí ïé ÷çìéêïß óôéò áñ÷Ýò ôïõ 19ïõ áéþíá, èá áíáêáëýøåé áîéïóçìåßùôåò ïìïéüôçôåò.

Ó×ÇÌÁ 8-5. Ôá áëïãüíá áíôéäñïýí âßáéá ìå ôá ìÝôáëëá. Åäþ ôï ÷ëþñéï áíôéäñÜ ìå ôï ìÝôáëëï áíôéìüíéï (Sb).

Áí êáé ôï âñþìéï åßíáé õãñü êáé ôï éþäéï óôåñåü, åßíáé êáé ôá äýï ðïëý ðôçôéêÜ, äçëáäÞ åîáôìßæïíôáé äßíïíôáò ðïëý åýêïëá áôìïýò. Åðßóçò, ïé ìïñéáêïß ôýðïé êáé ôùí ôñéþí óôïé÷åßùí åßíáé áíÜëïãïé: Cl2, Br2 êáé I2. ÁëÞèåéá, ðþò íïìßæåôå üôé ïé ÷çìéêïß áíáêÜëõøáí ãéá ðñþôç öïñÜ áõôïýò ôïõò ìïñéáêïýò ôýðïõò;

185

Ïé ÷çìéêÝò éäéüôçôåò áõôþí ôùí óôïé÷åßùí Ý÷ïõí óçìáíôéêÝò ïìïéüôçôåò. Ôï ÷ëþñéï, ôï âñþìéï êáé ôï éþäéï åßíáé ðïëý äñáóôéêÜ êáé ó÷çìáôßæïõí åíþóåéò ó÷åäüí ìå üëá ôá Üëëá óôïé÷åßá, êõñßùò ìå ôá ìÝôáëëá (ó÷. 8-5). Ôá ðñïúüíôá ãåíéêÜ åßíáé ôïõ ßäéïõ ôýðïõ. Áí õðïèÝóïìå ð.÷. üôé ìå × ðáñéóôÜíåôáé ôï ÷ëþñéï Þ ôï âñþìéï Þ ôï éþäéï, ôï íÜôñéï áíôéäñÜ ìå êÜèå

Ýíá áðü áõôÜ ùò åîÞò:

2Na + X 2 NaX

Oé ôñåéò ïõóßåò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé, NaCl, NaBr êáé NaI, åßíáé Üóðñåò êñõóôáëëéêÝò óêüíåò, äéáëõôÝò óôï íåñü êáé ìå áëìõñÞ ãåýóç. Ôï NaCl åßíáé âÝâáéá ôï êïéíü åðéôñáðÝæéï áëÜôé.

Ðåñßëçøç. ~Åíá ôÝôáñôï óôïé÷åßï ðïõ ïíïìÜæåôáé öèüñéï, F, áíáêáëýöèçêå ëßãï ìåôÜ ôçí áíáêÜëõøç ôùí ôñéþí ðñþôùí. ÌïéÜæåé ìå ôï ÷ëþñéï, ãéáôß åßíáé áÝñéï. ÌïéÜæåé åðßóçò êáé ìå ôá ôñßá, ãéáôß ó÷çìáôßæåé Ýíá äéáôïìéêü ìüñéï, F2. AíôéäñÜ üìùò ðéï âßáéá áðü ôï Cl2, ôï Br2 êáé ôï É2, áëëÜ ó÷çìáôßæåé ðïëëÝò üìïéåò åíþóåéò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ó÷çìáôßæåé Üëáôá, ðïõ ïíïìÜæïíôáé öèïñßäéá Þ öèïñéïý÷åò åíþóåéò, ìå ðïëëÜ ìÝôáëëá. Óôá Üëáôá ðïõ ó÷çìáôßæåé ìå ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí ðåñéëáìâÜíïíôáé ôï NaF êáé ôï KF.

Ôá ôÝóóåñá óôïé÷åßá F, Cl, Br, É ïíïìÜæïíôáé áëïãüíá. Ôï üíïìá áõôü åßíáé åëëçíéêü êáé ðñïÝêõøå áðü ôç óýíèåóç äýï ìïñöçìÜôùí: ôïõ «áëü» (áëò, ãåí. áëü-ò = áëÜôé) êáé ôïõ «ãïí» (áðü ôï ñÞìá ãßãíïìáé). ~Åôóé, ç ëÝîç áëïãüíï óçìáßíåé áõôü ðïõ ó÷çìáôßæåé áëÜôé^ ðñÜãìáôé, ùò áðïôÝëåóìá ôçò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò áõôþí ôùí óôïé÷åßùí Ý÷ïìå ôï ó÷çìáôéóìü Üëáôïò. Ìßá óçìáíôéêÞ ïéêïãÝíåéá óôïé÷åßùí åßíáé ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí Þ áëêÜëéá. ÐåñéëáìâÜíåé ôï ëßèéï (Li), ôï íÜôñéï (Na), ôï êÜëéï (Ê),ôï

Ìßá áíáæÞôçóç ïìïéïôÞôùí ïäçãåß óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá ñïõâßäéï (Rb) êáé ôï êÝóéï (Cs). ~Ïëá åßíáé ëåõêÜ ìáëáêÜ ìÝôáëëá êáé áíôéäñïýí êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï ìå ôï íåñü, ôï ïîõãüíï êáé Üëëåò ïõóßåò. Ìßá Üëëç ïéêïãÝíåéá óôïé÷åßùí åßíáé ôá áëïãüíá. ÐåñéëáìâÜíåé ôï öèüñéï (F), ôï ÷ëþñéï (Cl), ôï âñþìéï (Br) êáé ôï éþäéï (É). Åßíáé, ÷ùñßò áìöéâïëßá, áìÝôáëëá óôïé÷åßá. Áðü áõôÜ, ôá äýï ðñþôá åßíáé áÝñéá, ôï ôñßôï ðôçôéêü õãñü êáé ôï ôåëåõôáßï ðôçôéêü óôåñåü. ~Ïëá áíôéäñïýí ìå ðïëëÜ Üëëá óôïé÷åßá ìå ôïí ßäéï ãåíéêü ôñüðï.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéá åßíáé ç ãåíéêÞ åîßóùóç ãéá ôçí áíôßäñáóç åíüò ìåôÜëëïõ ôùí áëêáëßùí, Ì, ìå ôï Ï2; 2. Ðþò áíôéäñïýí ôá áëïãüíá ìå ôï ëßèéï (Li); ÃñÜøôå ôéò åîéóþóåéò. 3. Áðü ôéò äýï ïéêïãÝíåéåò ðïõ Ý÷ïõí áíáöåñèåß ðïéá åßíáé ôá ìÝôáëëá êáé ðïéá ôá áìÝôáëëá;

8.6 ¢ëëá óôïé÷åßá ðïõ ðáñïõóéÜæïõí åðßóçò áíÜëïãåò éäéüôçôåò.

Óôï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá 1800-1860 áíáêáëýöèçêáí ðïëëÜ íÝá ÷çìéêÜ óôïé÷åßá,üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 8-6. Åðßóçò, ìåëåôÞèçêáí ïé áíôéäñÜóåéò êáé ïé åíþóåéò, ôéò ïðïßåò ó÷çìáôßæïõí. Êáèþò ðëÞèáéíå ï áñéèìüò ôùí ðëçñïöïñéþí, ïé ÷çìéêïß Üñ÷éóáí íá øÜ÷íïõí ãéá ìåèüäïõò, ðïõ èá âïçèïýóáí óôçí ïñãÜíùóç êáé êáôÜôáîç ôïõ áõîáíüìåíïõ üãêïõ ôùí ðáñáôçñÞóåùí. Ôá ðñïöáíÝóôåñá óôïé÷åßá ðïõ èá ìðïñïýóáí íá áíáæçôÞóïõí Þóáí ïìïéüôçôåò óôï åßäïò ôùí áíôéäñÜóåùí êáé óôï ÷çìéêü ôýðï ôùí åíþóåùí, ðïõ ó÷çìÜôéæáí ôá äéÜöïñá óôïé÷åßá. Ìå ôïí ôñüðï áõôü Üñ÷éóáí íá áíáãíùñßæïõí ôçí ýðáñîç ìåñéêþí ïéêïãåíåéþí óôïé÷åßùí. Ìáæß ìå ôéò äýï ïéêïãÝíåéåò ðïõ åîåôÜóèçêáí, ôá áëêÜëéá êáé ôá áëïãüíá, áíáãíùñßóèçêáí ãñÞãïñá êáé ìåñéêÝò Üëëåò. Áêïëïõèïýí äýï ðáñáäåßãìáôá. 1. Ôï áóâÝóôéï, ôï óôñüíôéï êáé ôï âÜñéï åßíáé ìÝôáëëá, Üóðñá, ìáëáêÜ êáé áíôéäñïýí ìå áíÜëïãï ôñüðï ìå ðïëëÝò ïõóßåò, üðùò ôï ïîõãüíï, ôï ÷ëþñéï, ôï âñþìéï êáé ôï íåñü. Áõôü öáßíåôáé óôéò åðüìåíåò åîéóþóåéò, üðïõ

186

ìå Ì ðáñéóôÜíåôáé Ýíá áðü áõôÜ.

100

2

M + Br 2 = MBr 2 M+

2 H 2 O = M( OH ) 2 + H 2

2. Ôï èåßï, ôï óåëÞíéï êáé ôï ôåëëïýñéï åßíáé üëá áìÝôáëëá óôåñåÜ (áí êáé ôï ôåëëïýñéï åßíáé åëáöñÜ ìåôáëëéêü), Ý÷ïõí äå ìÝôñéá ÷çìéêÞ äñáóôéêüôçôá. ~Ïôáí üìùò áíôéäñïýí, äßíïõí áíÜëïãåò åíþóåéò. Áõôü öáßíåôáé óôéò áêüëïõèåò áíôéäñÜóåéò, üðïõ ôï Æ ðáñéóôÜíåé ôï S, ôï Se Þ ôï Te. Z + O 2 = ZO 2 Z + H 2 = H 2Z Z + 2 Na = Na 2 Z

Ç êáôÜôáîç ôùí óôïé÷åßùí óå ïéêïãÝíåéåò Þôáí (êáé åßíáé áêüìç) ÷ñÞóéìç óôïõò ÷çìéêïýò êáé ãéá ðñïöáíåßò ðñáêôéêïýò ëüãïõò. ÂïçèÜ óôçí ïñãÜíùóç ôùí äåäïìÝíùí. Óõ÷íÜ ùò áðïôÝëåóìá ôçò êáôáôÜîåùò áõôÞò ðñïêýðôåé ç äõíáôüôçôá íá ãßíïíôáé ðñïâëÝøåéò. Áí áíáêáëõöèåß ìßá íÝá áíôßäñáóç Þ Ýíáò íÝïò ôýðïò åíþóåùí ãéá Ýíá óôïé÷åßï, ôüôå ï ÷çìéêüò ìðïñåß íá ðñïâëÝøåé ðïéá Üëëá óôïé÷åßá åßíáé äõíáôüí íá óõìðåñéöåñèïýí áíÜëïãá. ÁíÜìåóá óôéò áðïñßåò ðïõ Üñ÷éóáí íá áðáó÷ïëïýí ôéò óêÝøåéò ôùí ÷çìéêþí üëï êáé ðéï Ýíôïíá óå áõôÜ ôá ðñþôá âÞìáôá ôçò ÷çìåßáò, Þôáí êáé ïé áêüëïõèåò: Ãéáôß íá õðÜñ÷ïõí ÷çìéêÝò ïéêïãÝíåéåò; Ðïéåò âáóéêÝò éäéüôçôåò ôùí áôüìùí åîáóöáëßæïõí ôüóåò ðïëëÝò ïìïéüôçôåò ìåôáîý ôùí óôïé÷åßùí ìéáò ïéêïãÝíåéáò, åíþ ïé äéáöïñÝò ôïõò åßíáé åëÜ÷éóôåò; ÕðÜñ÷åé Üñáãå ìßá áñ÷Þ, ðïõ íá ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü ôùí ôýðùí, ïé ïðïßïé Ý÷ïõí âñåèåß üôé õðÜñ÷ïõí; Ï ðñþôïò ðïõ äéÝêñéíå ìßá ðéèáíÞ åîÞãçóç Þôáí Ýíáò Ãåñìáíüò ÷çìéêüò o Johann Döbereiner. Aõôüò ðñüóåîå üôé óõ÷íÜ ïéêïãÝíåéåò óôïé÷åßùí áðïôåëïýíôáé áðü ôñßá ìÝëç. ÔïðïèÝôçóå ôá óôïé÷åßá ôçò êÜèå ïéêïãÝíåéáò êáôÜ óåéñÜ, ìå áõîáíüìåíï áôïìéêü âÜñïò Þ áôïìéêÞ ìÜæá*. Ïíüìáóå ôéò ïìÜäåò ôñéÜäåò êáé ôéò ãíùóôïðïßçóå óôïõò ÷çìéêïýò ôçò åðï÷Þò (1828). Áõôü ðïõ ðñáãìáôéêÜ ðßóôåõå Þôáí üôé ôï áôïìéêü âÜñïò ôïõ ìåóáßïõ ìÝëïõò ôçò ôñéÜäáò *

80 60 40 20 1700

1800

1900

¸ôïò

Áñéèìüò óôïé÷åßùí ðïõ áíáêáëýöèçêáí óå ÷ñïíéêÝò ðåñéüäïõò áíÜ 50 Ýôç

M + Cl 2 = MCl

Óõíïëéêüò áñéèìüò ãíùóôþí óôïé÷åßùí

2M + O 2 = 2MO

30 20 10

13 Ðñéí áðü 1700 1700

1800 1900 ¸ôïò

Ó×ÇÌÁ 8-6. Äýï äéáãñÜììáôá, ðïõ äåß÷íïõí ðþò áõîÞèçêå óôáèåñÜ ï áñéèìüò ôùí ãíùóôþí óôïé÷åßùí (åðÜíù), êáèþò êáé ôéò ÷ñïíéêÝò ðåñéüäïõò, êáôÜ ôéò ïðïßåò ðáñáôçñÞèçêå ç ìåãáëýôåñç äñáóôçñéüôçôá ãéá ôçí áíáêÜëõøç íÝùí óôïé÷åßùí (êÜôù).

Þôáí ðïëý êïíôÜ óôï ìÝóï üñï ôùí ìáæþí ôùí Üëëùí äýï. Áõôü öáßíåôáé óôïí ðßíáêá 8.1 ãéá ôñåéò ôñéÜäåò, ðïõ Ý÷ïõí ìÝ÷ñé ôþñá óõæçôçèåß êáé Þôáí ãíùóôÝò óôïí Döbereiner. H óçìáóßá áõôÞò ôçò ðáñáôçñÞóåùò åßíáé ìåãÜëç äéüôé äçìéïõñãÞèçêå Ýíáò åíôåëþò êáéíïýñãéïò ôñüðïò óêÝøåùò, ðñïÝêõøå äçëáäÞ ç õðüèåóç üôé ðéèáíüí íá õðÜñ÷åé ìßá êÜðïéá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôçí áôïìéêÞ ìÜæá êáé ôéò ÷çìéêÝò éäéüôçôåò. ×ñåéÜóèçêå íá ðåñÜóïõí ðïëëÜ ÷ñüíéá, ìÝ÷ñé íá ðñáãìáôïðïéçèåß ç åðüìåíç óõãêëïíéóôéêÞ áíáêïßíùóç. ~Éóùò áõôüò ðïõ óõíÝëáâå ðñþôïò ìßá ãåíéêüôåñç ìÝèïäï ãéá êáôÜôáîç íá Þôáí ï ~Áããëïò ÷çìéêüò John Newlands. To 1863 o Newlands ðáñáôÞñçóå üôé ôáîéíïìþíôáò ôá ìÝ÷ñé ôüôå ãíùóôÜ åëáöñüôåñá óôïé÷åßá êáôÜ óåéñÜ áôïìéêÞò ìÜæáò, êÜèå üãäïï óôïé÷åßï Ýäåé÷íå íá Ý÷åé áíÜëïãåò éäéüôçôåò. Áõôü áêñéâþò Þôáí ðïõ ïíüìáóå íüìï ôùí ïêôÜäùí. Äõóôõ÷þò ï «íüìïò» óå ìåñéêÜ óçìåßá Ýìïéáæå íá ìçí éó÷ýåé êáé Ýôóé ç

Ó.ô.Ì. Ðáëáéüôåñá (áëëÜ áêüìç êáé óÞìåñá) ïé üñïé áôïìéêü âÜñïò êáé áôïìéêÞ ìÜæá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ùò ôáõôüóçìïé. ×ñçóéìïðïéåßôáé åðßóçò, óôçí îÝíç âéâëéïãñáößá, ï üñïò ìïëáñéêÞ ìÜæá.

187

ðñüôáóç ôïõ Newlands äåí Ýãéíå áðïäåêôÞ áðü ôïõò ðåñéóóüôåñïõò ÷çìéêïýò. Ï Newlands ãåëïéïðïéÞèçêå êáé õâñßóèçêå ãéá ôéò éäÝåò ôïõ. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá åß÷å öèÜóåé ðïëý êïíôÜ óôçí áíáêÜëõøç ìéáò áñ÷Þò ìå ôåñÜóôéá óçìáóßá ãéá ôçí åðéóôÞìç, êáôüñèùìá ðïõ ôåëéêÜ Þôáí ãñáöôü íá åîáóöáëßóåé ôï èñßáìâï óå Ýíáí Üëëï ÷çìéêü.

8.7 O ðñþôïò ðåñéïäéêüò ðßíáêáò. Óôç Ñùóßá, ôï 1868, åß÷å áíáôåèåß óå Ýíá íåáñü êáèçãçôÞ ìüëéò ôñéÜíôá åôþí, ðïõ ïíïìáæüôáí Dimitri Mendeleev, íá ãñÜøåé Ýíá âéâëßï ãéá ìßá íÝá óåéñÜ ìáèçìÜôùí ÷çìåßáò. ~Åôóé, áíôéìåôþðéóå Ýíôïíá ôï ðñüâëçìá ôçò ïñãáíþóåùò ôùí öáéíïìÝíùí êáé ôçò ôáîéíïìÞóåùò óôïé÷åßùí êáôÜ Ýíá óõóôçìáôéêü ôñüðï. Ç óêÝøç ôïõ ðÞãáéíå óå óåéñÝò áíÜëïãåò ìå ôïõ Newlands, áëëÜ ìå êÜðïéåò ôñïðïðïéÞóåéò. Êáé áõôüò, üðùò êáé ï Íewlands, áéóèáíüôáí üôé ïé éäéüôçôåò ôùí óôïé÷åßùí èá ðñÝðåé íá åßíáé ìßá ðåñéïäéêÞ* óõíÜñôçóç ôùí áôïìéêþí ìáæþí. ÕðÝèåóå üìùò üôé ïé ðåñßïäïé ìðïñåß íá äéáöÝñïõí óå ìÞêïò áíôß íá åßíáé ðÜíôá ïêôÜäåò, üðùò õðÝèåóå ï Newlands. O Mendeleev äéÝèåôå ðéï åõÝëéêôç óêÝøç êáé äåí åðåäßùîå íá öèÜóåé ðïëý ãñÞãïñá óå ôåëéêÜ óõìðåñÜóìáôá. ~Áñ÷éóå ÷ñçóéìïðïéþíôáò äýï ðåñéüäïõò åðôÜ óôïé÷åßùí, áëëÜ óôç óõíÝ÷åéá ÷ñçóéìïðïßçóå ôñåéò ðåñéüäïõò áðü äåêáåðôÜ. Óêïðüò ôïõ Þôáí íá ôáîéíïìÞóåé ìáæß ôá óôïé÷åßá ìå áíÜëïãåò éäéüôçôåò. Ãéá íá ôï åðéôý÷åé, åß÷å ùò ãíþìïíá ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá. Åß÷å üìùò êáé ìßá Üëëç ôïëìçñÞ éäÝá. Áíáãíþñéóå üôé êáôÜ êÜðïéá Ýííïéá ôá äåäïìÝíá ðïõ åß÷å óôç äéÜèåóÞ ôïõ ðéèáíüí íá Þôáí áíåðáñêÞ êáé ßóùò íá õðÞñ÷áí óôïé÷åßá, ðïõ äåí åß÷áí áêüìç áíáêáëõöèåß. Óå Ýîé èÝóåéò âñÞêå üôé äåí õðÞñ÷áí óôïé÷åßá, ãéá íá óõìðëçñþóïõí ôéò ðåñéüäïõò êáôÜ ôñüðï áñìïíéêü. ~Åðñåðå åðïìÝíùò íá áöÞóåé êåíÜ, þóôå íá ìðïñåß íá êáôáôÜîåé ôá ðáñüìïéá óôïé÷åßá ôï Ýíá êÜôù áðü ôï Üëëï. Ï ðßíáêáò ôïõ ó÷Þìáôïò 8-7 äåß÷íåé ôçí ôáîéíüìçóç ôïõ Mendeleev. Aõôüí (êáèþò êáé êÜèå Üëëïí áíÜëïãï ðßíáêá) ôïí ïíïìÜæïìå ðåñéïäéêü ðßíáêá. Ï óõãêåêñéìÝíïò áõôüò ðßíáêáò, ðïõ ðåñéëáìâÜíåé êáé áñêåôÝò áðü ôéò ôåëåõôáßåò ôñïðïðïéÞóåéò ôïõ Mendeleev Ý÷åé *

ÐÉÍÁÊÁÓ 8.1. ÌåñéêÝò áðü ôéò ôñéÜäåò (ôïõ Döbereiner). ¼íïìá

ÁôïìéêÞ ìÜæá

ÌÝóïò üñïò ìåãáëýôåñçò êáé ìéêñüôåñçò ìÜæáò

ÁóâÝóôéï

40,1

Óôñüíôéï

87,6

ÂÜñéï

137,3

Èåßï

32,1

ÓåëÞíéï

79,0

Ôåëëïýñéï

79,8

127,6

×ëþñéï

35,5

Âñþìéï

79,9

Éþäéï

88,7

81,2

126,9

ìåñéêÜ åíäéáöÝñïíôá óçìåßá. Ðñþôá áð' üëá åßíáé ðñïöáíÝò üôé ôïðïèåôåß ðáñüìïéá óôïé÷åßá óå óôÞëåò. Ïé ïéêïãÝíåéåò ôùí óôïé÷åßùí, óõìðåñéëáìâáíïìÝíùí êáé ôùí ôñéÜäùí ôïõ Döbereiner, âñßóêïíôáé óôéò ßäéåò óôÞëåò. Äåýôåñïí, äåß÷íåé üôé óå äýï èÝóåéò öáßíåôáé íá ðáñáâéÜæåôáé ç õðüèåóç üôé ïé éäéüôçôåò ôùí óôïé÷åßùí åßíáé ðåñéïäéêÞ óõíÜñôçóç ôùí áôïìéêþí ìáæþí. Ç ìéá ðåñßðôùóç áöïñÜ ôï éþäéï êáé ôï ôåëëïýñéï. Ðñïöáíþò, ìå âÜóç ôéò ÷çìéêÝò ïìïéüôçôåò, ôï éþäéï Ýðñåðå íá âñßóêåôáé êÜôù áðü ôï ÷ëþñéï êáé ôï âñþìéï, üðùò êáé ôï ôåëëïýñéï Ýðñåðå íá åßíáé êÜôù áðü ôï èåßï êáé ôï óåëÞíéï. Ïé áôïìéêÝò ìÜæåò üìùò äåß÷íïõí üôé ÷ñåéÜæåôáé íá áíôéóôñáöåß ç óåéñÜ. Ï Mendeleev åß÷å ìßá áðÜíôçóç ãé' áõôü. Ðñüôåéíå üôé ç ìßá Þ êáé ïé äýï áðü áõôÝò ôéò áôïìéêÝò ìÜæåò ßóùò åßíáé ëáíèáóìÝíåò. ~Åãéíáí áìÝóùò íÝåò ìåôñÞóåéò êáé åðéâåâáßùóáí ôéò áñ÷éêÝò ôéìÝò. Ôï ôåëëïýñéï åß÷å ìéá ìåãáëýôåñç áôïìéêÞ ìÜæá áðü ôï éþäéï. Ï ðåñéïäéêüò ðßíáêáò, ðáñ' üëï üôé åß÷å áõôÞí ôçí áíùìáëßá (êáé ìéá Üëëç ðáñüìïéá) Ýãéíå áðïäåêôüò. Ï Mendeleev ðÝèáíå ôï 1907 ÷ùñßò íá êáôáöÝñåé íá äþóåé ìßá ëïãéêÞ åîÞãçóç ãéá ôéò äýï áõôÝò áíùìáëßåò, ðñÜãìá ðïõ èá ôïí éêáíïðïéïýóå áöÜíôáóôá. Ç åîÞãçóç äåí åß÷å äïèåß ìÝ÷ñé ôï 1912. Áõôü üìùò áðïôåëåß ìßá Üëëç éóôïñßá, ðïõ èá óõæçôçèåß óôï êåöÜëáéï 13. Åêåß èá åîçãçèåß üôé ç ïñèÞ óåéñÜ ãéá ôçí ôïðïèÝôçóç

Ó.ô.Ì. «Ðåñéïäéêü» óçìáßíåé êÜôé ðïõ åðáíáëáìâÜíåôáé óå êáíïíéêÜ (éóü÷ñïíá) äéáóôÞìáôá.

188

ÓôÞëåò

ÓåéñÝò

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

1

Õäñïãüíï 1,0080

2

Ëßèéï 6,940

Âçñýëéï 9,02

Âüñéï 10,82

¢íèñáêáò 12,01

¢æùôï 14,008

3

ÍÜôñéï 22,997

ÌáãíÞóéï 24,32

Áñãßëéï 26,98

Ðõñßôéï 28,09

Öùóöüñïò Èåßï 30,975 32,066

×ëþñéï 35,457

4

ÊÜëéï 39,1 ×áëêüò 63,54

ÁóâÝóôéï 40,08 ØåõäÜñãõñïò 65,38

ÓêÜíäéï 44,96 1879 ÃÜëëéï 69,72 1875

ÔéôÜíéï 47,90 ÃåñìÜíéï 72,60 1866

ÂáíÜäéï 50,95 Áñóåíéêü 74,91

×ñþìéï 52,01 ÓåëÞíéï 78,96

ÌáããÜíéï 54,93 Âñþìéï 79,916

5

Ñïõâßäéï 85,48

Óôñüíôéï 87,63

¾ôôñéï 88,92

Æéñêüíéï 91,22

Íéüâéï 92,91

ÌïëõâäÝíéï 95,95

Ôå÷íÞôéï 99 1937

ÊÜäìéï 112,41

ºíäéï 114,76

Êáóóßôåñïò 118,70

Áíôéìüíéï 121,76

Éþäéï 126,91

Ôåëïýñéï 127,61

ÑïõèÞíéï 101,7 Ñüäéï 102,91 ÐáëëÜäéï 106,7

ËáíèÜíéï 138,92 ÈÜëëéï 204,39

¢öíéï 178,6 1923 Ìüëõâäïò 207,21

ÔáíôÜëéï 180,88 Âéóìïýèéï 209,00

ÂïëöñÜìéï 183,92 Ðïëþíéï 210 1898

ÑÞíéï 186,31 1925 ÁóôÜôéï 211 1940

¼óìéï Éñßäéï 190,2 193,1 Ëåõêü÷ñõóïò 195,23

¢ñãõñïò 107,880 6

7

ÊÝóéï 132,91 ×ñõóüò 197,2

ÂÜñéï 137,36 ÕäñÜñãõñïò 200,61

Èüñéï 232,12

Ïîõãüíï 16,000

Öèüñéï 19,000 1886

Óßäçñïò ÍéêÝëéï 55,85 58,69 ÊïâÜëôéï 58,94

ÏõñÜíéï 238,07

Ó×ÇÌÁ 8-7. Ðåñéïäéêüò ðßíáêáò ôïõ Mendeleev. Óå áõôüí áíáöÝñïíôáé êáé ïé óçìåñéíÝò áôïìéêÝò ìÜæåò. Óôïé÷åßá, ôá ïðïßá Þôáí Üãíùóôá óôïí Mendeleev äßíïíôáé óôá ÷ñùìáôéóôÜ ôåôñáãùíÜêéá ìáæß ìå ôéò çìåñïìçíßåò ôçò áíáêáëýøåþò ôïõò. Ôá ôåôñáãùíÜêéá áõôÜ Þôáí êåíÜ óôïí ðßíáêá ôïõ Mendellev.

ôùí óôïé÷åßùí åßíáé ç óåéñÜ ôùí áôïìéêþí áñéèìþí, ç ïðïßá êáé ìïéÜæåé ðÜñá ðïëý ìå ôç óåéñÜ ôùí áôïìéêþí ìáæþí. ~Åíá ôñßôï óçìåßï ôïõ ðßíáêá ôïõ Mendeleev ðïõ áîßæåé íá åðéóçìáíèåß åßíáé ôá êåíÜ. ~Ïðùò áíáöÝñèçêå êáé ðñïçãïõìÝíùò, ï Mendeleev åß÷å âáóéóèåß óôïí êáíüíá üôé ðáñüìïéá óôïé÷åßá Ýðñåðå íá âñßóêïíôáé óôéò ßäéåò óôÞëåò. Áõôü ôïí áíÜãêáóå íá áöÞóåé êåíÜ. ÕðÝèåóå üôé õðÞñ÷áí óôïé÷åßá, ðïõ äåí åß÷áí áíáêáëõöèåß áêüìç êáé ðïõ Ýðñåðå íá êáëýðôïõí ôá êåíÜ áõôÜ. ÊÜíïíôáò áõôÞí ôçí õðüèåóç, ðñï÷þñçóå óå Ýíá ôïëìçñü áëëÜ ëïãéêü åðüìåíï âÞìá. ×ñçóéìïðïßçóå ôïí ðßíáêÜ ôïõ, ãéá íá ðñïâëÝøåé ðþò èá Ýðñåðå íá ìïéÜæïõí ôá óôïé÷åßá ðïõ Ýëåéðáí. Ïé êáôáêüñõöåò óôÞëåò ôïõ ðßíáêá äåí ðåñéÝ÷ïõí ìüíï ðáñüìïéá óôïé÷åßá^ åðß ðëÝïí, üðùò ìðïñåß êáíåßò íá ðáñáôçñÞóåé ðñï÷ùñþíôáò áðü åðÜíù ðñïò ôá êÜôù, ïé *

éäéüôçôåò áëëÜæïõí êáôÜ ïìáëü ôñüðï. Ãéá ðáñÜäåéãìá óôá áëêÜëéá, ç ôÜóç íá áíôéäñïýí ìå ôï íåñü åßíáé ìéêñüôåñç ãéá ôï ëßèéï êáé ìåãáëýôåñç ãéá ôï êÝóéï. Ôá Üëëá óôïé÷åßá, Ía, K ÐßÍÁÊÁÒ 8.2. Ïé éäéüôçôåò ôïõ åêáðõñéôßïõ êáé ôïõ óôïé÷åßïõ ãåñìáíßïõ. Éäéüôçôá

ÁôïìéêÞ ìÜæá ÖõóéêÞ êáôÜóôáóç Ðõêíüôçôá

Åêáðõñßôéï, üðùò ôï ðñïÝâëåøå ï Mendeleev

ÃåñìÜíéï, üðùò âñÝèçêå óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, áñãüôåñá

72

72,6

ãêñéæùðü ìÝôáëëï

ãêñéæùðü ìÝôáëëï

5,5

5,36

Óçìåßï âñáóìïý

õøçëü

958°C

Ôýðïò ïîåéäßùí

CeO2

GeO2

Ðõêíüôçôá ïîåéäßïõ Áíôßäñáóç ìå HCl

4,7

4,70

åëáöñÜ

êáììßá óôïõò 25°C

Ó.ô.Ì. Ï Mendeleev ÷ñçóéìïðïßçóå ãéá ôá Üãíùóôá (áðüíôá áðü ôçí ðåñéïäéêÞ êáôÜôáîç) óôïé÷åßá ôá óáíóêñéôéêÜ ðñïèÝìáôá eka (Ýêá = Ýíá) êáé dvi (íôâé = äýï), óå óõíäõáóìü ìå ôï üíïìá ôïõ ãíùóôïý ãåéôïíéêïý óôïé÷åßïõ, ãéá íá ðñïóäéïñßóåé ðüóï áðÝ÷ïõí ôá Üãíùóôá óôïé÷åßá –ìßá Þ äýï èÝóåéò– áðü ôï ãíùóôü óôïé÷åßï, óôçí ðåñéïäéêÞ êáôÜôáîç. ~Åôóé, ôï åêá-ðõñßôéï óÞìáéíå üôé ôï Üãíùóôï óôïé÷åßï (ãåñìÜíéï) âñéóêüôáí ìéá èÝóç ìåôÜ ôï ðõñßôéï.

189

Dimitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907)

Tçí åðï÷Þ ôçò ãåííÞóåùò ôïõ Mendeleev (óôç Óéâçñßá),ïé Üíèñùðïé ãíþñéæáí ðåíÞíôá ôÝóóåñá óôïé÷åßá. ÔñéÜíôá äýï ÷ñüíéá áñãüôåñá, üôáí ï Mendeleev Ýãéíå êáèçãçôÞò ÷çìåßáò óôï ÐáíåðéóôÞìéï ôçò Áãßáò Ðåôñïýðïëçò, åß÷áí áíáêáëõöèåß ìüíï åðôÜ áêüìç. Óôá ìÝóá ôïõ 1800 ïé åðéóôÞìïíåò åß÷áí ìÜèåé ðïëëÜ ãýñù áðü ôéò ÷çìéêÝò êáé öõóéêÝò éäéüôçôåò ôùí ãíùóôþí óôïé÷åßùí. Åß÷áí ðñïóäéïñéóèåß ôá óçìåßá æÝóåùò êáé ôÞîåùò ðïëëþí áðü áõôÜ. Åß÷å ìåôñçèåß åðßóçò ç éêáíüôçôÜ ôïõò íá áíôéäñïýí ìå õäñïãüíï êáé ïîõãüíï. ÐïëëÝò ìåëÝôåò åß÷áí åêðïíçèåß ó÷åôéêÜ ìå ôçí çëåêôñï÷çìåßá áõôþí. Åß÷å ìåëåôçèåß êáé êáôáãñáöåß ç éêáíüôçôá ôùí óôïé÷åßùí íá åíþíïíôáé ìåôáîý ôïõò êáé åß÷áí ìåôñçèåß ïé áôïìéêÝò ìÜæåò ôùí ðåñéóóïôÝñùí. ~Ïôáí äçìïóéåõüôáí êÜèå íÝá óåéñÜ ìåôñÞóåùí, ïé åðéóôÞìïíåò ðñïóðáèïýóáí íá âñïõí ìéá ãåíéêÞ áñ÷Þ, ðïõ èá ìðïñïýóå íá áðïäåéêíýåé ìßá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôá óôïé÷åßá êáé óå ðïëëÝò áðü ôéò éäéüôçôÝò ôïõò. Ðïëëïß áðü áõôïýò ðñïóðáèïýóáí íá äéáðéóôþóïõí ôç ó÷Ýóç, ðïõ ðñïöáíþò õðÞñ÷å ìåôáîý ìåñéêþí

ïìÜäùí óôïé÷åßùí. ÁõôÝò ïé ïìÜäåò ðåñéåëÜìâáíáí ôá áëïãüíá (F, Cl, Br, I), ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëéêþí ãáéþí (Ca, Sr,Ba), ôçí ïìÜäá ôïõ áæþôïõ (Í, P, As, Sb, Bi), ôçí ïìÜäá ôïõ èåßïõ(S, Se, Te) êáé óôïé÷åßá ó÷åôéêÜ ìå ôï ëåõêü÷ñõóï (Pt, Os, Ir). ~Ïìùò,ç ðéèáíÞ ó÷Ýóç áíÜìåóá óå áõôÝò ôéò ïìÜäåò äåí åß÷å áíáêáëõöèåß ìÝ÷ñé ôï 1866, ïðüôå ï Mendeleev Ýãéíå êáèçãçôÞò ÷çìåßáò. Ï ôåëåõôáßïò ãíþñéæå üôé ìåñéêïß åðéóôÞìïíåò åß÷áí ôáîéíïìÞóåé Ýíáí áñéèìü óôïé÷åßùí óå ôñéÜäåò (ïìÜäåò ôùí ôñéþí) ìå âÜóç ôéò áôïìéêÝò ôïõò ìÜæåò. Óôçí êÜèå ðåñßðôùóç ôï ìåóáßï óôïé÷åßï åß÷å áôïìéêÞ ìÜæá êáôÜ ðñïóÝããéóç ßóï ìå ôï ìéóü ôïõ áèñïßóìáôïò ôùí Üëëùí äýï óôïé÷åßùí. ~Ïôáí ï Mendeleev Üñ÷éóå íá ãñÜöåé Ýíá âéâëßï ìå ôßôëï «Èåìåëéþäåéò áñ÷Ýò ôçò ÷çìåßáò», Þèåëå íá áíáðôýîåé ìéá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôá óôïé÷åßá, âáóéóìÝíç ìÜëëïí óå ìáèçìáôéêÝò áñ÷Ýò ðáñÜ óå êÜðïéï Üëëï áõèáßñåôï ó÷Þìá. Ãé' áõôü ôïðïèÝôçóå ôá óôïé÷åßá ìå âÜóç ôéò áôïìéêÝò ôïõò ìÜæåò, îåêéíþíôáò áðü áõôü ðïõ åß÷å ôç ìéêñüôåñç áôïìéêÞ ìÜæá. ~Åôóé, Ýãéíå åìöáíÞò ìßá ðåñéïäéêüôçôá óôéò éäéüôçôåò êáé ôéò ôÜóåéò ôïõò ãéá áíôéäñÜóåéò. Ï ðåñéïäéêüò áõôüò ðßíáêáò, ðïõ äçìïóéåýôçêå ôï 1868, Ýäåé÷íå ôçí åîÜñôçóç ôùí éäéïôÞôùí êáé ôçò óõìðåñéöïñÜò ôùí óôïé÷åßùí áðü ôéò áôïìéêÝò ìÜæåò êáé Ýêáíå äõíáôÞ ôçí ðñüâëåøç ôùí éäéïôÞôùí êáé ôùí áôïìéêþí ìáæþí ãéá óôïé÷åßá, ðïõ äåí åß÷áí áêüìç áíáêáëõöèåß. Ç áêñßâåéá ôùí ðñïâëÝøåþí ôïõ áðïäåß÷èçêå, üôáí áíáêáëýöèçêáí ôá óôïé÷åßá ìå ôéò éäéüôçôåò ðïõ åß÷áí ðñïâëåöèåß. Ï ðåñéïäéêüò ðßíáêáò ôïõ Mendeleev ÷Üñáîå ôï äñüìï ãéá ìåëëïíôéêÝò Ýñåõíåò, ðïõ ïäÞãçóáí óå ðïëý êáëýôåñç êáôáíüçóç ôçò äïìÞò ôçò ýëçò.

190

êáé Rb, ó÷çìáôßæïõí ìßá åíäéÜìåóç óåéñÜ, üðïõ ç éäéüôçôá áõôÞ áëëÜæåé ïìáëÜ. O Mendeleev äÝ÷èçêå åðßóçò üôé áíÜëïãç êáôáíïìÞ ÷áñáêôçñéóôéêþí ïìïéïôÞôùí ðñÝðåé íá áíáìÝíåôáé óå üëåò ôéò óôÞëåò, ðåñéëáìâáíïìÝíùí êáé áõôþí ìå ôá êåíÜ. ~Åíá óôïé÷åßï ðïõ Ýëåéðå Þôáí äõíáôüí íá õðïôåèåß üôé èá Ýìïéáæå ðïéïôéêÜ ìå ôá óôïé÷åßá ðïõ Þôáí ãñáììÝíá, åðÜíù êáé êÜôù áðü áõôü, åíþ èá âñéóêüôáí êÜðïõ óôç ìÝóç óå ó÷Ýóç ìå ôéò ðïóïôéêÝò éäéüôçôåò. Áõôü âÝâáéá îáíáöÝñíåé óôï íïõ ìáò ôéò ðáñáôçñÞóåéò ôïõ Döbereiner ãéá ôéò áôïìéêÝò ìÜæåò ôïõ êáíüíá ôùí ôñéÜäùí ôïõ. Ç åðéôõ÷ßá ôïõ Mendeleev Þôáí åîáéñåôéêÜ ìåãÜëç, üðùò öáßíåôáé êáé óôïí ðßíáêá 8.2. Ôï óôïé÷åßï ðïõ ôþñá ïíïìÜæåôáé ãåñìÜíéï, ï Mendeleev ôï åß÷å ïíïìÜóåé «åêáðõñßôéï», ðïõ óçìáßíåé «êÜôù áðü ôï ðõñßôéï»*. Áõôü ôï üíïìá äéÜëåîå ãéá ôï åðüìåíï óôïé÷åßï ôçò ïéêïãÝíåéáò, ìåôÜ ôï ðõñßôéï: ðõñßôéï, (ekasilicon), êáóóßôåñïò, ìüëõâäïò. ÐåñéÝãñáøå áõôü, üðùò êáé ìåñéêÜ áðü ôá Üëëá óôïé÷åßá ðïõ Ýëåéðáí (êáé áñãüôåñá ïíïìÜóèçêáí ãÜëëéï, óêÜíäéï êáé ðïëþíéï), ìå áîéïóçìåßùôç áêñßâåéá, ðñéí áêüìç ôï óôïé÷åßá áðïìïíùèïýí êáé ìåëåôçèïýí óôçí

ðñáãìáôéêüôçôá.

8.8 O óýã÷ñïíïò ðåñéïäéêüò ðßíáêáò. Ç äéÜôáîç ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá ôïõ Mendeleev, ðïõ äßíåôáé óôï ó÷Þìá 8-7, åìöáíßæåôáé ôñïðïðïéçìÝíç óôéò óýã÷ñïíåò åêäüóåéò. Åðßóçò, ïé óýã÷ñïíïé ðßíáêåò åßíáé ðëçñÝóôåñïé, ãéáôß óÞìåñá åßíáé ãíùóôÜ ðåñéóóüôåñá óôïé÷åßá ðïõ áñ÷ßæïõí áðü ôï åëáöñüôåñï (ôï õäñïãüíï) êáé êáôáëÞãïõí óôá ðïëý âáñýôåñá áðü ôï ïõñÜíéï, ðïõ åßíáé ôå÷íçôÜ (ðáñáóêåõÜóèçêáí áðü ôïí Üíèñùðï). Óôï ó÷Þìá 8-8 äßíåôáé ç ðéï óõíçèéóìÝíç ìïñöÞ ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá, üðùò åßíáé ãíùóôüò óÞìåñá. ÕðÜñ÷ïõí äýï óçìáíôéêÝò äéáöïñÝò áíÜìåóá óå áõôüí êáé ôïí ðßíáêá ôïõ Mendeleev. Ç ðñþôç åßíáé üôé ôï óýíïëï ôùí óôïé÷åßùí Þëéï He, íÝï Íe, áñãü Ar, êñõðôü Êr, îÝíï Xe, êáé ñáäüíéï Rn, âñßóêïíôáé óå ìßá óôÞëç óôá äåîéÜ. ÁõôÞ ç ïéêïãÝíåéá ôùí óôïé÷åßùí, ôá åõãåíÞ áÝñéá, Þôáí ó÷åäüí Üãíùóôá, üôáí ï Mendeleev êáôÜñôéóå ãéá ðñþôç öïñÜ ôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá. Áíáêáëýöèçêáí ìåôáîý ôùí åôþí 1895-1900. Ç áôïìéêÞ ôïõò ìÜæá åßíáé ôÝôïéá, þóôå íá ìðïñïýí

ÐÅÑÉÏÄÉÊÏÓ ÐÉÍÁÊÁÓ

* Ó.ô.Ì. Óôï óôïé÷åßï 104 äüèçêå ôï üíïìá Unilquandim êáé ôï óýìâïëï Ung êáé óôï 105 ôï üíïìá Unilpendium êáé ôï óýìâïëï Uup.

Ó×ÇÌÁ 8-8. Ðåñéïäéêüò ðßíáêáò. Óôo óýã÷ñïíï ðåñéïäéêü ðßíáêá åßíáé ôáîéíïìçìÝíá ôá ãíùóôÜ óôïé÷åßá êáôÜ áýîïíôá áôïìéêü áñéèìü. Ç äéÜôáîç áõôÞ áðïêáëýðôåé óçìáíôéêÝò ïìïéüôçôåò, áëëÜ êáé äéáöïñÝò óôéò éäéüôçôåò ôùí óôïé÷åßùí, ðïõ êáôáôÜóóïíôáé óôéò ïñéæüíôéåò óåéñÝò êáé ôéò êáôáêüñõöåò óôÞëåò.

191

íá ôïðïèåôçèïýí Þ åíôåëþò áñéóôåñÜ Þ åíôåëþò äåîéÜ. Óýìöùíá ìå ôéò óçìåñéíÝò ìáò ãíþóåéò, öáßíåôáé üôé ðéï óùóôü åßíáé íá ôïðïèåôçèïýí äåîéÜ, áí êáé áñ÷éêÜ åß÷áí ôåèåß áñéóôåñÜ óôïí ðßíáêá. Ôá åõãåíÞ áÝñéá åßíáé ìßá ðïëý áóõíÞèéóôç ïéêïãÝíåéá óôïé÷åßùí. Ôï êïéíü ÷áñáêôçñéóôéêü ôïõò äåí åßíáé ôï ðþò áíôéäñïýí ìå ôá Üëëá óôïé÷åßá,áëëÜ êõñßùò ãéáôß, ìå ìéêñÝò åîáéñÝóåéò, äåí áíôéäñïýí êáèüëïõ. ÌÝ÷ñé ôï 1962, êáíåßò äåí åß÷å êáôáöÝñåé íá ó÷çìáôßóåé Ýóôù êáé ìßá áðëÞ ÷çìéêÞ Ýíùóç ìå ïðïéïäÞðïôå áðü ôá óôïé÷åßá áõôÜ. ÃåíéêÜ, õðÞñ÷å ç åíôýðùóç üôé Þôáí áäýíáôïí íá ëÜâïõí ìÝñïò óå ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ôçí åðï÷Þ åêåßíç Ýíáò íåáñüò Âñåôáíüò ÷çìéêüò ðïõ åñãáæüôáí óôïí ÊáíáäÜ, ï Neil Bartlett, ðáñáóêåýáóå ìßá Ýíùóç, ðïõ ðåñéåß÷å îÝíï. ÌåôÜ áðü áõôü ðáñáóêåõÜóèçêáí ìåñéêÝò áêüìç äåêÜäåò åíþóåùí ôïõ îÝíïõ, êáèþò êáé ëßãåò åíþóåéò ôïõ êñõðôïý êáé ôïõ ñáäïíßïõ. Ç ÷áìçëÞ äñáóôéêüôçôá ôùí åõãåíþí áåñßùí åßíáé áîéïðñüóåêôç, áí ëÜâåé êÜðïéïò õðüøç ôïõ üôé ôá óôïé÷åßá êáé ôùí äýï ïéêïãåíåéþí, ðïõ âñßóêïíôáé óôéò äýï Üêñåò ôïõ ðßíáêá, äçëáäÞ ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí êáé ôá áëïãüíá, åßíáé ðïëý äñáóôéêÜ. ÊÜèå åõãåíÝò áÝñéï áðïôåëåß Ýíá ðïëý ÷áñáêôçñéóôéêü êáé éäéáßôåñï óçìåßï óå ìßá ëßóôá óôïé÷åßùí. Ãé' áõôü ìðïñïýí íá èåùñçèïýí ùò öõóéêÜ êáé ðñïöáíÞ üñéá ðñïêåéìÝíïõ íá êáôáñôéóèåß Ýíá ëïãéêü ó÷Þìá, ðïõ íá ðåñéÝ÷åé ôá óôïé÷åßá ôáîéíïìçìÝíá êáôÜ óåéñÜ áõîáíüìåíçò áôïìéêÞò ìÜæáò. Ç áíáêÜëõøç ôùí åõãåíþí áåñßùí áðïôåëåß Ýíá êáëü ðáñÜäåéãìá ôçò óçìáóßáò ðïõ Ý÷åé ç ðñïóåêôéêÞ ðáñáôÞñçóç êáé ç åðéìåëÞò ìåëÝôç ôùí ëåðôïìåñåéþí, üóï áóÞìáíôåò êáé áí öáßíïíôáé. Ðñþéìåò ìåôñÞóåéò ãéá ôç óýóôáóç ôïõ áÝñá* áðü ôïí ~Áããëï åðéóôÞìïíá Henry Cavendish Ýäåéîáí üôé áðïôåëåßôáé ðåñßðïõ áðü 79% Üæùôï êáé 21% ïîõãüíï (êáô' üãêï). Ãéá Ýíá ìéêñü õðüëïéðï áåñßùí**, ôá ïðïßá ðáñÝìåíáí ìåôÜ ôçí áðïìÜêñõíóç ôïõ ïîõãüíïõ êáé ôïõ áæþôïõ, ðßóôåõáí üôé áðïôåëïýíôáé áðü äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá êáé õäñáôìïýò. Óôá ðåéñÜìáôá ôïõ ëüñäïõ Cavendish üìùò, ìåôÜ ôçí áðïìÜêñõíóç êáé ôïí õðïëïãéóìü üëùí ôùí ãíùóôþí áåñßùí, ðáñÝìåíå ðÜíôá áðü ôï áñ÷éêü äåßãìá ôïõ áÝñá

ìßá ìéêñÞ öõóáëßäá áåñßïõ. ÁõôÞ ç öõóáëßäá Þôáí ôüóï ìéêñÞ (ðåñßðïõ 1/120 ôïõ áñ÷éêïý äåßãìáôïò), þóôå ãéá ðïëëÜ ÷ñüíéá íüìéæáí üôé Þôáí êÜðïéï õðüëïéðï ïîõãüíïõ Þ áæþôïõ, Þ ßóùò êÜðïéïò Üãíùóôïò óõíäõáóìüò áõôþí ôùí äýï. Ó÷åäüí åêáôü ÷ñüíéá áñãüôåñá, ôï 1894, ï J.W.S. Rayleigh êáé ï William Ramsay åðáíÝëáâáí ôá ðåéñÜìáôá ôïõ Cavendish. ÐáñáôÞñçóáí ôçí ßäéá ìéêñÞ åíï÷ëçôéêÞ öõóáëßäá ôïõ áåñßïõ õðïëåßììáôïò êáé áðïöÜóéóáí íá ôç ìåëåôÞóïõí åêôåíÝóôåñá. Ç ÜñíçóÞ ôïõò íá äå÷èïýí ôçí Üðïøç ðïõ åðéêñáôïýóå ó÷åôéêÜ ìå ôç öõóáëßäá, ôïõò ïäÞãçóå óôçí áíáêÜëõøç ôïõ óôïé÷åßïõ «áñãü». Ôï 1908 áêïëïýèçóå ç áíáêÜëõøç áðü ôïí Ramsay êáé äéÜöïñïõò óõíåñãÜôåò ôïõ ôùí Üëëùí åõãåíþí áåñßùí. ÕðÜñ÷åé üìùò êáé Ýíá äåýôåñï óçìåßï, óôï ïðïßï ï óýã÷ñïíïò ðåñéïäéêüò ðßíáêáò äåí ìïéÜæåé ìå áõôüí ôïõ Mendeleev. Åßíáé ðëáôýôåñïò, äçëáäÞ ðéï åêôåôáìÝíïò. Áéôßá ãé' áõôü åßíáé üôé ìáêñÝò ðåñßïäïé, üðùò áðü ôï êÜëéï (Ê) óôï êñõðôü (Kr), áðü ôï ñïõâßäéï (Rb) óôï îÝíï (×e) êáé áðü ôï êÝóéï (Cs) óôï ñáäüíéï (Rn), Ý÷ïõí ôïðïèåôçèåß óå ìáêñÝò (Ý÷ïõí áíáðôõ÷èåß óå åðéìÞêåéò) áëëÜ ìïíÝò óåéñÝò. Óôïí ðßíáêá ôïõ Mendeleev Þôáí äéðëÝò, åðåéäÞ áõôüò êáé ïé óýã÷ñïíïß ôïõ, ãéá ëüãïõò ðïõ ðñïò ôï ðáñüí äåí åíäéáöÝñïõí ôïí áíáãíþóôç, ðñïôéìïýóáí ôçí ðéï ðõêíÞ ôïðïèÝôçóç. Ç åêôåôáìÝíç ìïñöÞ äßíåé êáëýôåñç áßóèçóç ôüóï ôùí ÷çìéêþí ïìïéïôÞôùí ôùí óôïé÷åßùí üóï êáé ôçò âáóéêÞò óçìáóßáò ôïõ ðßíáêá, ðïõ èá ãßíåé óáöÝóôåñç, üôáí èá óõæçôçèåß ï ðåñéïäéêüò ðßíáêáò, ìå ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò óôï êåöÜëáéï 13. Äåí õðÜñ÷ïõí äéåèíþò ðáñáäåêôÜ ïíüìáôá ãéá áõôÜ ôá óôïé÷åßá. Óôï óýã÷ñïíï ðåñéïäéêü ðßíáêá åßíáé ôáîéíïìçìÝíá ôá ãíùóôÜ óôïé÷åßá ìå áýîïíôá áôïìéêü áñéèìü. Ç äéÜôáîç áõôÞ áðïêáëýðôåé óçìáíôéêÝò ïìïéüôçôåò, áëëÜ êáé äéáöïñÝò, óôéò éäéüôçôåò ôùí óôïé÷åßùí ðïõ åíôÜóóïíôáé óôéò ïñéæüíôéåò óåéñÝò êáé ôéò êáôáêüñõöåò óôÞëåò.

8.9 Ïé éäéüôçôåò ðïéêßëëïõí åëáöñÜ ìÝóá óôéò ßäéåò ïìÜäåò.

* Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ ôïõ áôìïóöáéñéêïý áÝñá. ** Ó.ô.Ì. Ïé áñéèìïß áõôïß Þôáí êáôÜ ðñïóÝããéóç êáé Ýôóé ôï ðïóïóôü ôùí áåñßùí ôï ïðïßï ðáñÝìåéíå áäéêáéïëüãçôï Þôáí ìéêñü.

192 ÐßÍÁÊÁÒ 8.3. ÌåñéêÝò éäéüôçôåò ôùí ìåôÜëëùí ôùí áëêáëßùí. Éäéüôçôá

Ëßèéï

Áôïìéêüò áñéèìüò ÁôïìéêÞ ìÜæá Óçìåßï âñáóìïý (Ê) (°C) Óçìåßï ôÞîåùò (Ê) (°C) Áôïìéêüò üãêïò, óôåñåü (ml/mole áôüìùí) Ðõêíüôçôá óôåñåïý óôïõò 20°C

3 6,94 1599 1326 453 180 13,0 0,535

ÍÜôñéï

ÊÜëéï

Ñïõâßäéï

ÊÝóéï

11 23,0 1162 889 371 98

19 39,1 1030 757 336,4 63,4

37 85,4 952 679 311,8 38,8

55 133 963 690 301,7 28,7

23,7 0,971

45,4 0,862

55,8 1,53

70,0 1,90

ÐßÍÁÊÁÒ 8.4. ÌåñéêÝò éäéüôçôåò ôùí áëïãüíùí. Éäéüôçôá

Öèüñéï (F2)

Áôïìéêüò áñéèìüò

×ëþñéï (Cl2)

9

ÁôïìéêÞ ìÜæá (°C) Óçìåßï ôÞîåùò (Ê) (°C) Áôïìéêüò üãêïò, óôåñåü (ml/mole áôüìùí)

Éþäéï (É2)

17

35

35,5

79,9

127

85

238,9

331,8

457

-188

-34,1

58,8

184

19,0

Óçìåßï âñáóìïý (Ê)

Âñþìéï (Br2)

53

55

172

265,7

387

-218

-101

-7,3

114

14,6

18,7

23,5

25,7

ÐßÍÁÊÁÒ 8.5. ÌåñéêÝò éäéüôçôåò ôùí åõãåíþí áåñßùí. Éäéüôçôá

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

Áôïìéêüò áñéèìüò

2

10

18

36

54

86

ÁôïìéêÞ ìÜæá

4,00

20,2

39,9

83,7

131

222

Óçìåßï âñáóìïý (Ê)

4,2

27,2

87,3

120

165

211

Óçìåßï ôÞîåùò (Ê)

-

24,6

83,9

116

161

202

31,8

16,8

28,5

Áôïìéêüò üãêïò, óôåñåü (ml/mole áôüìùí)

32,2

42,9

50,5

193

~Å÷åôå ìÜèåé üôé ìåñéêÜ áèñïßóìáôá áðü óôïé÷åßá, ðïõ èá ìðïñïýóáí íá èåùñçèïýí ùò ïéêïãÝíåéåò, áöïý åìöáíßæïõí áíÜëïãåò éäéüôçôåò, ó÷çìáôßæïõí ôéò êáôáêüñõöåò óôÞëåò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. ÁõôÜ ôá êáôáêüñõöá áèñïßóìáôá ðáñïìïßùí óôïé÷åßùí ïíïìÜæïíôáé åéäéêüôåñá ïìÜäåò. Ï ðåñéïäéêüò ðßíáêáò åßíáé óðïõäáßïò êáé ÷ñÞóéìïò, äéüôé ðáñïõóéÜæåé ìßá óôÞëç óôïé÷åßùí ãéá êÜèå ïéêïãÝíåéá Þ ïìÜäá, óôçí ïðïßá öáßíåôáé ï ôñüðïò ìåôáâïëÞò ôùí éäéïôÞôùí ôïõò. ~Ïðùò Ý÷åé áíáöåñèåß, ôá ìÝëç ìéá ïéêïãÝíåéáò, åßôå ðñüêåéôáé ãéá áíèñþðïõò åßôå ãéá ÷çìéêÜ óôïé÷åßá, åßíáé ðáñüìïéá, áëëÜ ü÷é ßäéá. Ó÷åôéêÜ ìå ôá óôïé÷åßá Ý÷åé âñåèåß üôé, üôáí áõôÜ åßíáé ôïðïèåôçìÝíá óå ìßá ïéêïãÝíåéá Þ ïìÜäá êáôÜ óåéñÜ áõîáíüìåíçò áôïìéêÞò ìÜæáò, ôüôå êáé üëåò ïé Üëëåò éäéüôçôÝò ôïõò ôáîéíïìïýíôáé åðßóçò êáôÜ óåéñÜ. ÄéáâÜæïíôáò ðñïò ôá êÜôù êÜèå ïìÜäá ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá, åßíáé óáí íá áíáöÝñïíôáé ôá ìÝëç áõôÞò ôçò ïìÜäáò êáôÜ óåéñÜ áõîáíüìåíçò áôïìéêÞò ìÜæáò. Óôá åðüìåíá ðáñáäåßãìáôá èá åîåôáóèåß áí êáé ïé Üëëåò éäéüôçôåò ìåñéêþí ïìÜäùí, ìå ôéò ïðïßåò Ý÷åôå êéüëáò åîïéêåéùèåß ìåôáâÜëëïíôáé âáèìéáßá. Óôïí ðßíáêá 8.3 áíáöÝñïíôáé ìåñéêÝò áðü ôéò öõóéêÝò éäéüôçôåò ôùí ìåôÜëëùí ôùí áëêáëßùí. Óôïõò ðßíáêåò 8.4 êáé 8.5 âñßóêïíôáé áíÜëïãá äåäïìÝíá ãéá ôá áëïãüíá êáé ôá åõãåíÞ áÝñéá. Óôï ó÷Þìá 8-9 äßíïíôáé ãñáöéêÝò ðáñáóôÜóåéò ãéá ôá óçìåßá æÝóåùò êáé ôÞîåùò êáé ôùí ôñéþí ïìÜäùí. Åßíáé öáíåñü üôé óå êÜèå ïìÜäá, êáèþò áõîÜíåé ç áôïìéêÞ ìÜæá õðÜñ÷åé ìßá óôáèåñÞ, áí êáé ü÷é ôåëåßùò ïìáëÞ, ìåôáâïëÞ ôçò êÜèå éäéüôçôáò. Áò óçìåéùèåß üôé ïé ìåôáâïëÝò áõôÝò åìöáíßæïíôáé Üëëïôå ðñïò ôá åðÜíù êáé Üëëïôå ðñïò ôá êÜôù. Áõôü ðïõ Ý÷åé óçìáóßá äåí åßíáé ç êáôåýèõíóç, áëëÜ ôï üôé åìöáíßæïíôáé äéáäï÷éêÝò ìåôáâïëÝò ãéá êÜèå éäéüôçôá ìéáò óõãêåêñéìÝíçò ïìÜäáò. ÕðÜñ÷ïõí ïñéóìÝíåò åîáéñÝóåéò (óôïí ðßíáêá 8.5 ï áôïìéêüò üãêïò ôïõ çëßïõ äåí áêïëïõèåß ôç óåéñÜ), áëëÜ êáôÜ êáíüíá åìöáíßæïíôáé åëáöñÝò ìåôáâïëÝò óôéò öõóéêÝò êáé ÷çìéêÝò éäéüôçôåò ôùí óôïé÷åßùí ôçò êÜèå ïìÜäáò. Âáóéæüìåíïò óå áõôü ôï íüìï êáôüñèùóå ï Mendeleev íá ðñïâëÝøåé ìå áñêåôÞ áêñßâåéá ôéò éäéüôçôåò ôùí óôïé÷åßùí ðïõ Ýëåéðáí. Ãíþñéæå üôé ôï óôïé÷åßï ðïõ ïíïìÜæåôáé ôþñá ãåñìÜíéï èá ó÷çìÜôéæå Ýíá ïîåßäéï ôïõ ôýðïõ GeO2, ãéáôß êáé ôï ðõñßôéï êáé ï êáóóßôåñïò, ðïõ âñßóêïíôáé

500 Ê

Li

F

Ne

Na

Cl

Ar

K

Br

Cr

Rb

I

Xe

Cs

I

Xe

Cs

ÌåôáâïëÝò óçìåßùí ôÞîåùò Ê 1500 Ê

1000 Ê

500 Ê

He

Li

F

Ne

Na

Cl

Ar

K

Br

Kr

Rb

ÌåôáâïëÝò óçìåßùí æÝóåùò Ê

Ó×ÇÌÁ 8-9. ÌåôáâïëÝò ôùí óçìåßùí ôÞîåùò êáé æÝóåùò ôùí ôñéþí ïìÜäùí óôïé÷åßùí: áëêáëßùí, áëïãüíùí êáé åõãåíþí áåñßùí.

åðÜíù êáé êÜôù áðü áõôü áíôßóôïé÷á, ó÷çìáôßæïõí SiÏ2 êáé SnO2. Áõôüò õðïëüãéóå ôçí ðõêíüôçôá ôïõ GeO2 äéáëÝãïíôáò ìßá ôéìÞ áíÜìåóá óå áõôÝò ôïõ SiO2 êáé ôïõ SnO2.

8.10 Tá åõãåíÞ áÝñéá åßíáé áäñáíÞ áëëÜ ÷ñÞóéìá. Ôá åõãåíÞ áÝñéá, áí êáé åßíáé ðïëý áäñáíÞ, åßíáé ÷ñÞóéìá. Ï áäñáíÞò ÷áñáêôÞñáò ôïõò åßíáé áêñéâþò áõôü ðïõ ôá êáèéóôÜ ÷ñÞóéìá (åßíáé áñêåôÝò ïé åöáñìïãÝò ôïõò). ÐÜíôùò åìöáíßæïõí êáé êÜðïéá åíäéáöÝñïõóá ÷çìéêÞ äñáóôéêüôçôá. ~Ïëá ôá åõãåíÞ áÝñéá, åêôüò ôïõ çëßïõ, áðïìïíþíïíôáé ìå ðñïóåêôéêÞ áðüóôáîç ôïõ õãñïðïéçìÝíïõ áÝñá (êåö. 7 ðáñÜãñ. 7.2). Áí êáé õðÜñ÷ïõí ìüíï óå ðïëý ìéêñÝò áíáëïãßåò óôïí áÝñá, ôá äéáèÝóéìá óõíïëéêÜ ðïóÜ åßíáé ìåãÜëá, ãéáôß õðÜñ÷åé Üöèïíïò áÝñáò. Ôï Þëéï, ôï åëáöñüôåñï áðü ôá åõãåíÞ áÝñéá, äåí âñßóêåôáé óå óçìáíôéêÝò ðïóüôçôåò óôïí áÝñá. Áõôü óõìâáßíåé ãéáôß ôï Üôïìï ôïõ çëßïõ åßíáé ôüóï åëáöñý, þóôå ìðïñåß íá äéáöýãåé áðü ôï ðåäßï ôçò âáñýôçôáò ôçò ãçò. ÕðÜñ÷åé üìùò êáé óå õðüãåéá áðïèÝìáôá, óõ÷íÜ áíáìåìéãìÝíï ìå öõóéêü áÝñéï. Ðéèáíüí íá åßíáé ãíùóôÝò ìåñéêÝò áðü ôéò

194

÷ñÞóåéò ôùí åõãåíþí áåñßùí. Ôï Þëéï ÷ñçóéìïðïéåßôáé óå ìåãÜëç êëßìáêá óôï ìßãìá «ôå÷íçôïý áÝñá», ðïõ ìåôá÷åéñßæïíôáé üóïé êáôáäýïíôáé óå ìåãÜëï âÜèïò. ×ùñßò áõôü, üôáí ïé äýôåò âãáßíïõí óôçí åðéöÜíåéá ðïëý ãñÞãïñá, ìðïñåß íá õðïóèïýí ðáñÜëõóç. Ç áíùìáëßá áõôÞ ïöåßëåôáé óå öõóáëßäåò áåñßïõ, ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé îáöíéêÜ óôï áßìá, üôáí ïé õøçëÝò ðéÝóåéò áÝñá, ðïõ äçìéïõñãïýíôáé óå ìåãÜëá âÜèç, åêôïíþíïíôáé áðüôïìá. Ôï Üæùôï ôïõ áÝñá ðïõ Ý÷åé äéáëõèåß óôï áßìá îáöíéêÜ áðïäåóìåýåôáé êáé ó÷çìáôßæåé öõóáëßäåò ìÝóá óôá áéìïöüñá áããåßá. Ôï Þëéï, üðùò êáé ôï Üæùôï, äåí áíôéäñÜ ÷çìéêÜ ìå ôï óþìá êáé Ý÷åé åðß ðëÝïí ôçí éäéüôçôá íá åßíáé ëéãüôåñï äéáëõôü óôï áßìá. Ãé' áõôü, üôáí ÷ñçóéìïðïéåßôáé Ýíá ìßãìá ìå Þëéï ãéá áíáðíïÞ óå ìåãÜëï âÜèïò, ìåéþíïíôáé ïé ðéèáíüôçôåò ðáñïõóßáò áæþôïõ óôï áßìá. Ôï Þëéï ÷ñçóéìïðïéåßôáé åðßóçò ðïëý ôüóï óôá ìåôåùñïëïãéêÜ üóï êáé óôá êïéíÜ áåñüóôáôá. ÁíôéêáèéóôÜ ôï õäñïãüíï óå áõôÞ ôç ÷ñÞóç, ãéáôß áíôßèåôá ìå áõôü äåí åßíáé åýöëåêôï, ìå óõíÝðåéá íá ìçí õðÜñ÷åé êßíäõíïò áíáöëÝîåùò Þ åêñÞîåùò. Ôï íÝï õðÜñ÷åé óôçí áôìüóöáéñá óå ðïóïóôü ðåñßðïõ 0,002%. ×ñçóéìïðïéåßôáé ðïëý óôçí êáôáóêåõÞ ôùí öùôåéíþí åðéãñáöþí, ðïõ åßíáé ãíùóôÝò ùò «åðéãñáöÝò íÝïí». ÌéêñÞ ðïóüôçôá áõôïý ôïõ áåñßïõ, üôáí âñßóêåôáé õðü ÷áìçëÞ ðßåóç ìÝóá óå ãõÜëéíï óùëÞíá, êáé óõíäåèåß ìå çëåêôñéêü ñåýìá áêôéíïâïëåß, åêðÝìðïíôáò Ýíá ðïñôïêáëß-êüêêéíï ÷ñþìá. Ôá ÷ñþìáôá ðïõ åêðÝìðïíôáé áðü ôï íÝï êáé Üëëá áÝñéá ðïõ áêôéíïâïëïýí, öáßíïíôáé óôï ó÷Þìá 9-9. Áíáìéãíýïíôáò áÝñéá óå äéáöïñåôéêÝò áíáëïãßåò, ìðïñïýìå íá äçìéïõñãÞóïìå ìßãìáôá ðïõ áêôéíïâïëïýí åêðÝìðïíôáò ðïëëÜ äéáöïñåôéêÜ ÷ñþìáôá. Ôï áñãü åßíáé ôï ðéï Üöèïíï áðü ôá åõãåíÞ áÝñéá óôçí áôìüóöáéñá. Áðïôåëåß ðåñßðïõ ôï 1% ôïõ îçñïý áÝñá. ~Éóùò ç ðéï åíäéáöÝñïõóá ÷ñÞóç ôïõ ìÝ÷ñé óÞìåñá åßíáé ç áíôéêáôÜóôáóç ôïõ áÝñá óôïõò öùôéóôéêïýò ëáìðôÞñåò, ãéáôß áõîÜíåé óçìáíôéêÜ ôç æùÞ ôïõ öùôéóôéêïý íÞìáôïò, ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óå áõôïýò. Ôï êñõðôü, ôï îÝíï êáé ôï ñáäüíéï äåí Ý÷ïõí ÷ñçóéìïðïéçèåß åêôåíþò. Ôï ñáäüíéï ó÷çìáôßæåôáé áðü ôï ñáäéåíåñãü óôïé÷åßï ñÜäéï êáé åßíáé åðßóçò ñáäéåíåñãü (ç ñáäéåíÝñãåéá ðåñéãñÜöåôáé óôçí ðáñÜãñ. 10.9). ×ñçóéìïðïéåßôáé óå êÜðïéá ìïñöÞ èåñáðåßáò ôïõ

êáñêßíïõ. Ïé öèïñéïý÷åò åíþóåéò êáé ôá ïîåßäéá ôïõ îÝíïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôá åñãáóôÞñéá ùò ðïëý éó÷õñÜ ïîåéäùôéêÜ ìÝóá. Ôá åõãåíÞ áÝñéá åßíáé ôá ëéãüôåñï äñáóôéêÜ áðü üëá ôá óôïé÷åßá. Ìüëéò ôï 1962 áíáêáëýöèçêå ç ðñþôç Ýíùóç åíüò åõãåíïýò áåñßïõ. Ðñéí áðü áõôü õðÞñ÷å ç åíôýðùóç üôé äåí åßíáé äõíáôüí íá õðÜñîåé ìßá ôÝôïéá Ýíùóç. ~Ïóï áóèåíÞò êáé áí åßíáé ç ôÜóç ôùí åõãåíþí áåñßùí íá ó÷çìáôßóïõí åíþóåéò, èá ðñÝðåé íá áõîÜíåôáé, üóï áõîÜíïíôáé ïé áôïìéêÝò ôïõò ìÜæåò. Áõôü áðïôåëåß Ýíá ðáñÜäåéãìá ìéáò ÷çìéêÞò éäéüôçôáò, ðïõ ìåôáâÜëëåôáé âáèìéáßá ìÝóá óôçí ïìÜäá. Ç åîÞãçóç ãé' áõôÞí ôçí éäéüôçôá èá äïèåß óôï êåöÜëáéï 13. Ôï óõìðÝñáóìá ðïõ åîÜãåôáé åßíáé üôé ç äõíáôüôçôá óõììåôï÷Þò óå ÷çìéêïýò äåóìïýò ôùí áôüìùí ïðïéïõäÞðïôå åõãåíïýò áåñßïõ åßíáé ìåãáëýôåñç, üôáí åßíáé ìåãáëýôåñåò ïé áôïìéêÝò ìÜæåò. Áðü ôá äýï âáñýôåñá åõãåíÞ áÝñéá, ôï Ýíá (ñáäüíéï) åßíáé ñáäéåíåñãü. Ôï ãåãïíüò áõôü ïäçãåß óå åéäéêÜ ðñïâëÞìáôá, ðïõ ìðïñïýí íá åêôéìçèïýí ðéï êáëÜ áñãüôåñá. ~Åôóé, ãéá ðñáêôéêïýò ëüãïõò, èá ðñÝðåé ìÜëëïí íá ìåëåôçèåß ï ó÷çìáôéóìüò åíþóåùí ôïõ óôïé÷åßïõ îÝíï. Ç ðñþôç Ýíùóç ôïõ óôïé÷åßïõ áõôïý åðéôåý÷èçêå ìå ôç ÷ñçóéìïðïßçóç ìéáò ìÜëëïí Üãíùóôçò ïõóßáò, ôïõ åîáöèïñéïý÷ïõ ëåõêü÷ñõóïõ, PtF6. Ç ïõóßá áõôÞ áíôéäñÜ ìå ôï îÝíï, ó÷çìáôßæïíôáò äéÜöïñåò ïõóßåò, üðùò ôï ×ePtF6. H áíáêÜëõøç áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò áðü Ýíá íåáñü ~Áããëï ÷çìéêü, ôïí Neil Bartlett, ïäÞãçóå áìÝóùò êáé Üëëïõò åñåõíçôÝò íá äïêéìÜóïõí ôçí áíôßäñáóç ôïõ óôïé÷åßïõ îÝíï ìå êáèáñü öèüñéï. ÐñÜãìáôé ôï îÝíï áíôéäñÜ ìå ôï öèüñéï, êáé áíÜëïãá ìå ôéò óõíèÞêåò (ðßåóç, èåñìïêñáóßá,

Ó×ÇÌÁ 8-10. Êñýóôáëëïé áðü ôçí Ýíùóç ôïõ åõãåíïýò áåñßïõ Xe ìå öèüñéï ðñïò ôåôñáöèïñéïý÷ï îÝíï XeF4.

195

Ida Tacke Noddack (1896 - )

H Ida Noddack åßíáé ðåñéóóüôåñï ãíùóôÞ ãéá ôçí áíáêÜëõøç ôïõ ñçíßïõ, ôïõ óôïé÷åßïõ ìå áôïìéêü áñéèìü 75. ~Çôáí ìßá íåáñÞ ÷çìéêüò, áðüöïéôïò ôïõ Ôå÷íéêïý Ðáíåðéóôçìßïõ ôïõ Âåñïëßíïõ, üôáí áðïöÜóéóå íá áó÷ïëçèåß ìå áõôü ôï ðñüãñáììá, ìáæß ìå ôï ìåëëïíôéêü óýæõãü ôçò Walter Noddack. Ï ðåñéïäéêüò ðßíáêáò ôïõ Mendeleev ôï 1868 Üöçíå ïñéóìÝíá êåíÜ, ðïõ ï ßäéïò åß÷å ðñïâëÝøåé üôé èá êáëõöèïýí ìå óôïé÷åßá, ôá ïðïßá åðñüêåéôï íá áíáêáëõöèïýí (ó÷. 8-7). Åðßóçò, åß÷å ðñïâëÝøåé ôéò éäéüôçôåò ôùí áãíþóôùí óôïé÷åßùí áðü ôéò èÝóåéò ôïõò áíÜìåóá óå áõôÜ ìå ãíùóôÝò éäéüôçôåò. ÐñÜãìáôé ôá Üãíùóôá óôïé÷åßá âñÝèçêáí ìÝóá óôéò åðüìåíåò äåêáåôßåò. ÊÜôé üìùò ðïõ äåí åß÷å êáôáöÝñåé íá ðñïâëÝøåé Þôáí ïé éäéüôçôåò ôùí óôïé÷åßùí 43 êáé 75, ãéáôß Þôáí ãíùóôü ìüíï ôï ìáããÜíéï áðü ôçí ßäéá ïìÜäá. Ç Ida Tacke êáé ï Walter Noddack ðñïåßäáí ôéò éäéüôçôåò áõôþí ôùí óôïé÷åßùí ôï 1922, ìåôÜ áðü ìáêñÜ êáé ðñïóåêôéêÞ ìåëÝôç ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. ~Õóôåñá, áðïöÜóéóáí íá ìåëåôÞóïõí ìåñéêÜ ìåôáëëåýìáôá ôïõ ìïëõâäåíßïõ êáé ôïõ ñïõèçíßïõ (áôïìéêïß áñéèìïß 74 êáé 76). Óôï ìåôáîý Üëëïé åðéóôÞìïíåò ìÜôáéá åß÷áí áíáæçôÞóåé ôá óôïé÷åßá 43 êáé 75 óå ìåôáëëåýìáôá ôïõ ìáããáíßïõ. ÅîÝôáóáí ðÜñá ðïëëÜ ïñõêôÜ, ðïõ ðåñéåß÷áí ó÷åäüí üëá ôá óôïé÷åßá ðïõ âñßóêïíôáí óôç ìÝóç ôïõ ðåñéïäéêïý

ðßíáêá, óôçí ðåñéï÷Þ ãýñù áðü ôá áíáæçôïýìåíá óôïé÷åßá. Ôï 1925 ïé Tacke êáé Noddack áíáêïßíùóáí ôçí áíáêÜëõøç ôùí óôïé÷åßùí 43 êáé 75, ôá ïðïßá ïíüìáóáí ìáæïýñéï (Ìa) êáé ñÞíéï (Re). Ìáæïýñéï, áðü ôç Ìáæïõñßá, ôç ãåíÝôåéñá ôùí ðñïãüíùí ôïõ Walter Noddack. To ñÞíéï ïíïìÜóèçêå Ýôóé áðü ôïí ðïôáìü ÑÞíï (Rhenus, óôá ëáôéíéêÜ), åðåéäÞ ç Ida Tacke ãåííÞèçêå óôç Ñçíáíßá (Rheinland). Åðß äåêÜäåò ÷ñüíéá Üëëïé åñåõíçôÝò äåí ìðïñïýóáí íá åðéâåâáéþóïõí ôçí ýðáñîç ôïõ óôïé÷åßïõ 43 óôç öýóç, áëëÜ äåí õðÞñîå êáíÝíá ðáñüìïéï ðñüâëçìá ìå ôï ñÞíéï (áíôßèåôá ìÜëéóôá, ðáñÜ ôç ó÷åôéêÞ óðáíéüôçôÜ ôïõ, ôï ñÞíéï Ý÷åé áñêåôÝò óçìáíôéêÝò åöáñìïãÝò óôç óýã÷ñïíç ôå÷íïëïãßá). Ôï 1929, ìåôÜ ôçí åðåîåñãáóßá ðåñßðïõ 660 kg ôïõ ïñõêôïý ìïëõâäåíßôç, ç Tacke êáé ï Noddack êáôüñèùóáí íá áðïìïíþóïõí Ýíá ãñáììÜñéï êáèáñïý ñçíßïõ. Áêüìç êáé óÞìåñá, ôá óõíïëéêÜ ðáãêüóìéá áðïèÝìáôá áõôïý ôïõ óôïé÷åßïõ äåí åßíáé ðáñÜ ìåñéêÝò åêáíôïíôÜäåò ôüíïé. Ôï ñÞíéï ðïõ ðáñáìÝíåé óôï öëïéü ôçò ãçò õðïëïãßæåôáé ìüíï óôï ðïóïóôü 0,001 ìÝñç áíÜ åêáôïììýñéï öëïéïý (ppm). Ôï óôïé÷åßï 43, ðïõ áñãüôåñá ïíïìÜóèçêå ôå÷íÞôéï, áíáêáëýöèçêå ôï 1937, åßíáé äå ôå÷íçôü, áêñéâþò ãéáôß ó÷çìáôßæåôáé áðü ôï âïìâáñäéóìü ôïõ ìïëõâäåíßïõ ìå óùìáôßäéá ìåãÜëçò åíÝñãåéáò ìÝóá óå êõêëïôñüíéï. Ôï 1934 ç Ida Noddack ìåëÝôçóå ôçí åñãáóßá ôïõ Enrico Fermi (ðïõ ìüëéò ôüôå åß÷å äçìïóéåõèåß) ãýñù áðü ôï âïìâáñäéóìü ôïõ ïõñáíßïõ ìå íåôñüíéá êáé õðÝèåóå üôé ìåñéêÝò áðü ôéò ðáñáôçñÞóåéò ôïõ ðéèáíüí íá ïöåßëïíôáé óôï äéá÷ùñéóìü Þ óôç äéÜóðáóç ôïõ ïõñáíßïõ óå ìéêñüôåñá êëÜóìáôá. Ïé éäÝåò ôçò åðéâåâáéþèçêáí ôï 1939, üôáí ïé Hahn êáé Strassman áðÝäåéîáí üôé ôï ïõñÜíéï ðñÜãìáôé õößóôáôáé äéÜóðáóç, üôáí âÜëëåôáé áðü íåôñüíéá.

196

Ðåñßëçøç. áíáëïãßá ôïõ F2 ðñïò ôï Xe) ìðïñïýí íá ó÷çìáôéóèïýí ôñåéò äéáöïñåôéêÝò öèïñéïý÷åò åíþóåéò ôïõ åí ëüãù óôïé÷åßïõ: Xe + F2 = XeF 2

XeF + 3H O = XeO + 6HF Äåí õðÜñ÷åé áìöéâïëßá üôé èá ìðïñïýí íá ó÷çìáôéóèïýí åðßóçò ðáñÜãùãá ôïõ ñáäïíßïõ ìå

Xe + 2 F2 = XeF 4 Xe + 3 F2 = XeF 6

öèüñéï êáé ïîõãüíï. Ðáñ' üëá áõôÜ üìùò, üðùò

Oé öèïñéïý÷åò áõôÝò åíþóåéò åßíáé Ü÷ñùìåò ðôçôéêÝò ïõóßåò (âë. ó÷. 8-10). Åßíáé ðïëý äñáóôéêÝò êáé ìðïñïýí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ãéá ôçí åéóáãùãÞ ôïõ öèïñßïõ óå Üëëåò ïõóßåò. ÂñÝèçêå åðßóçò üôé ôï îÝíï ó÷çìáôßæåé áñêåôÝò åíþóåéò, óõíäåüìåíï ìå ïîõãüíï. ÐáñÜäåéãìá åßíáé ôï XeO3, ðïõ ó÷çìáôßæåôáé áðü áíôßäñáóç ôïõ XeF6 ìå íåñü:

ðñïáíáöÝñèçêå, ç ñáäéåíåñãüò áðïéêïäüìçóç (âë. ðáñ. 10.9) ôïõ ñáäïíßïõ äçìéïõñãåß ìåãÜëåò äõóêïëßåò óôç ìåëÝôç áõôþí ôùí åíþóåùí. Åßíáé ãíùóôü üôé ôï êñõðôü, áí êáé ðïëý ëéãüôåñï äñáóôéêü áðü ôï îÝíï, ìðïñåß åðßóçò, íá ó÷çìáôßóåé ôïõëÜ÷éóôïí ìßá Ýíùóç, ôï ÊrF2.

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ïé ÷çìéêïß ðáñáôÞñçóáí áðü ðïëý íùñßò üôé ìåñéêÝò ïìÜäåò áðü 3 Þ 4 óôïé÷åßá Ý÷ïõí áîéïóçìåßùôåò ïìïéüôçôåò óôéò éäéüôçôÝò ôïõò. Áñãü-ôåñá âñÝèçêå üôé ç ýðáñîç áõôþí ôùí ïìÜäùí åß÷å ó÷Ýóç ìå ôéò áôïìéêÝò ìÜæåò ôùí óôïé÷åßùí. Ï Ñþóïò ÷çìéêüò Dimitri Mendeleev áíÝðôõîå ôçí ðñþôç åðéôõ÷Þ êáé åõñýôáôá ðáñáäåêôÞ ôáîéíüìçóç ðïõ óõó÷Ýôéæå ôéò áôïìéêÝò ìÜæåò ìå ôéò ïìÜäåò ôùí óôïé÷åßùí ðïõ Ý÷ïõí áíÜëïãåò öõóéêÝò êáé ÷çìéêÝò éäéüôçôåò. Ï ðåñéïäéêüò ôïõ ðßíáêáò ôñïðïðïéÞèçêå êáé ôåëåéïðïéÞèçêå óå áõôÜ ôá åêáôü ðåñßðïõ ÷ñüíéá ðïõ ðÝñáóáí áðü ôüôå ðïõ ôïí êáôÞñôéóå, áëëÜ âáóéêÜ Ýìåéíå üðùò ôïí åß÷å ðñïôåßíåé óôçí áñ÷Þ. Óôï óýã÷ñïíï ðåñéïäéêü ðßíáêá, âñßóêïíôáé ôáîéíïìçìÝíá ôá óôïé÷åßá êáôÜ áýîïíôá áôïìéêü áñéèìü óå ìßá óåéñÜ ïñéæïíôßùí

ãñáììþí, ðïõ ïíïìÜæïíôáé ðåñßïäïé, äéÜôáîç ç ïðïßá åðßóçò óõìöùíåß ìå ôçí ôáîéíüìçóç êáôÜ áýîïõóá áôïìéêÞ ìÜæá, ìå ìåñéêÝò ìüíï åîáéñÝóåéò. Ôá ìÞêç ôùí ðåñéüäùí åßíáé ôÝôïéá, þóôå íá ôïðïèåôïýíôáé ôá óýíïëá ôùí óôïé÷åßùí ìå áíÜëïãåò éäéüôçôåò óå êáôáêüñõöåò óôÞëåò, ðïõ ëÝãïíôáé ïìÜäåò. ÌÝóá óå êÜèå ïìÜäá õðÜñ÷åé ìßá ïìïéüìïñöç âáèìéáßá ìåôáâïëÞ éäéïôÞôùí.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íá ïíïìáóèïýí êáôÜ áýîïõóá áôïìéêÞ ìÜæá ôá óôïé÷åßá óå êÜèå ìßá áðü ôéò áêüëïõèåò ïìÜäåò: (á) Ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí, (â) ôá áëïãüíá, (ã) ôá åõãåíÞ áÝñéá. 2. Ãéáôß ïíïìÜæïíôáé Ýôóé ôá åõãåíÞ áÝñéá;

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 3. Ãéá ðïéï ëüãï èá ìðïñïýóå êÜðïéïò íá êáôáôÜîåé ôï áóâÝóôéï óôá áëêÜëéá êáé ãéáôß ìéá ôÝôïéá êáôÜôáîç äåí åßíáé ôåëéêÜ áðïäåêôÞ; ÕðÜñ÷ïõí ìåñéêÝò éäéáßôåñá óçìáíôéêÝò

êáôçãïñßåò ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí ïé ïðïßåò ðñïêýðôïõí êáèþò áíôéäñïýí ôá ìÝôáëëá êáé Üëëá óôïé÷åßá ìå ôï ïîõãüíï, ó÷çìáôßæïíôáò ïîåßäéá. Ôá ìÝôáëëá ìðïñïýí íá ôáîéíïìçèïýí áíÜëïãá ìå ôïí áñéèìü ôùí áôüìùí ïîõãüíïõ ðïõ

197

óõíäÝïíôáé. Ï áñéèìüò áõôüò ðïéêßëëåé: åßíáé ìéêñüò ãéá ìåñéêÜ (üðùò ôï Na2Ï) êáé ðïëý ìåãáëýôåñïò ãéá Üëëá (üðùò ôï SnO2). MåñéêÜ ìÝôáëëá áíôéäñïýí ìå ôï íåñü, åëåõèåñþíïíôáò áÝñéï õäñïãüíï êáé ó÷çìáôßæïíôáò ôá ìåôáëëéêÜ õäñïîåßäéá. Ç ðñïóåêôéêÞ óýãêñéóç ôïõ åßäïõò ôùí áíôéäñÜóåùí óôéò ïðïßåò óõììåôÝ÷ïõí êáèþò êáé ôçò óõóôÜóåùò ôùí ðáñáãïìÝíùí óå áõôÝò ðñïúüíôùí äéåõêïëýíïõí ôçí ôáîéíüìçóç ôùí óôïé÷åßùí óå ïéêïãÝíåéåò. ÁíÜìåóá óôéò óçìáíôéêÝò ïéêïãÝíåéåò åßíáé: (á) Ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí: Li, Na, Ê, Rb, Cs. (â) Ôá áëïãüíá: F, Cl, Br, I. (ã) Ôá åõãåíÞ áÝñéá: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. Aí ôïðïèåôçèïýí üëá ôá óôïé÷åßá êáôÜ ôç óåéñÜ ôùí áôïìéêþí áñéèìþí ôïõò (ðïõ åßíáé ôï ßäéï ðåñßðïõ ìå ôï íá ôïðïèåôçèïýí êáôÜ ôç óåéñÜ ôùí áôïìéêþí ôïõò ìáæþí, ìå ôñåéò ìüíï åîáéñÝóåéò) êáé áõôÞ ç óåéñÜ ôïðïèåôçèåß óå ïñéæüíôéåò ãñáììÝò êáôÜëëçëïõ ìÞêïõò, ôüôå äçìéïõñãåßôáé ï ðåñéïäéêüò ðßíáêáò. Ôá ìÞêç ôùí ïñéæïíôßùí ãñáììþí, ðïõ ïíïìÜæïíôáé ðåñßïäïé, åðéëÝãïíôáé Ýôóé, þóôå ïé ïéêïãÝíåéåò ôùí óôïé÷åßùí íá ó÷çìáôßæïõí êáôáêüñõöåò óôÞëåò. ÊÜèå ìßá áðü ôéò óôÞëåò áõôÝò ïíïìÜæåôáé ïìÜäá. Ùò óõìðÝñáóìá âãáßíåé üôé ôá óôïé÷åßá óå êÜèå ïìÜäá åßíáé ôïðïèåôçìÝíá êáôÜ óåéñÜ áýîïõóáò áôïìéêÞò ìÜæáò. Ìå áõôÞí ôç óåéñÜ ìåôáâÜëëïíôáé ó÷åäüí ðÜíôïôå ïìïéüìïñöá êáé ïé éäéüôçôÝò ôïõò. 1. Té åßäïõò Ýíäåéîç ðñÝðåé íá áíáæçôçèåß, ðñïêåéìÝíïõ êÜðïéïò íá áðïöáíèåß, áí åßíáé äõíáôüí Þ ü÷é üôáí áíáìé÷èïýí äýï ïõóßåò íá áíôéäñÜóïõí; 2. Ðïéá áðü ôéò åðüìåíåò ìåôáâïëÝò ìðïñåß íá èåùñçèåß ÷çìéêÞ áíôßäñáóç; (á) ÓéôÜñé áëÝèåôáé, ãéá íá ãßíåé áëåýñé. (â) Nåñü ìåôáôñÝðåôáé óå áôìü ìå âñáóìü.

3.

4.

5. 6.

7.

8.

9.

(ã) Çëåêôñéêü ñåýìá äéåñ÷üìåíï áðü íåñüó÷çìáôßæåé õäñïãüíï êáé ïîõãüíï. (ä) Ôï öáãçôü, üôáí èåñìáßíåôáé ÷ùñßò íåñüêáßãåôáé êáé áíáäßíåé ìßá Üó÷çìç ìõñùäéÜ. (å) Äýï Ü÷ñùìá õãñÜ, üôáí áíáìéãíýïíôáé äçìéïõñãïýí Ýíá ðïñôïêáëß õãñü. (óô) Ôï êåñß, üôáí êñõþíåé óôåñåïðïéåßôáé. Ãéáôß ïé åðéóôÞìïíåò âñÞêáí ðñáêôéêÞ ôç ÷ñÞóç ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí óôïé÷åßùí ìå ïîõãüíï êáé íåñü, ðñïêåéìÝíïõ íá ôá êáôáôÜîïõí óå ïéêïãÝíåéåò; ÌåñéêÜ óôïé÷åßá óå áõôü ôï êåöÜëáéï Ý÷ïõí áíáöåñèåß ùò ìÝôáëëá. Áí åðñüêåéôï ãéá ìßá Üãíùóôç ïõóßá, ðþò èá ìðïñïýóå êÜðïéïò íá áðïöáíèåß áí åßíáé Þ ü÷é ìÝôáëëï; Ðïéåò êïéíÝò éäéüôçôåò ôùí ìåôÜëëùí åßíáé Þäç ãíùóôÝò; Íá áíáöåñèïýí äýï ëüãïé, ãéá ôïõò ïðïßïõò ðñÝðåé ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí íá äéáôçñïýíôáé ìÝóá óå ðåôñÝëáéï. Íá óõìðëçñùèïýí êáé íá âñåèïýí ïé óõíôåëåóôÝò óôéò ÷çìéêÝò åîéóþóåéò: (å) Rb + F2 → (á) Cs + O2 → (óô) Sr + Cl2 → (â) Ba + O2 → (æ) Al + Br2 → (ã) Ga + O2 → (ç) Si + I2 → (ä) Ge + O2 → Ðïéoò áðü ôïõò ðáñáðÜíù ôýðïõò äåí åßíáé óùóôüò ðñïêåéìÝíïõ ãéá ïõóßåò õðü êáíïíéêÝò åñãáóôçñéáêÝò óõíèÞêåò; (á) H2S^ (â) CaCl2^ (ã) Heˆ (ä) ÍaNe^ (å) Ál2O3^ (óô) SiCl3. Ná äéêáéïëïãÞóåôå ôéò áðáíôÞóåéò óáò. ~Åóôù üôé êÜðïéï ìÝôáëëï áíôéäñÜ ìå âñþìéï êáé ó÷çìáôßæåé ôçí Ýíùóç ÌÂr3. Ðïéïò èá åßíáé ï ôýðïò ôïõ ïîåéäßïõ ðïõ èá ó÷çìáôéóèåß, üôáí ôï Ì èá áíôéäñÜóåé ìå ïîõãüíï; ÊÜðïéï áìÝôáëëï Y áíôéäñÜ ìå áóâÝóôéï êáé

KÅÖÁËÁÉÏ ÅÍÁÔÏ

Ç çëåêôñéêÞ öýóç ôïõ áôüìïõ

199

Äéáñêþò áíôéëáìâáíüìáóôå ãýñù ìáò ôçí ðáñïõóßá ôùí çëåêôñéêþí öïñôßùí êáé ôïõ çëåêôñéóìïý. ÖõóéêÜ, õðÜñ÷ïõí ïé çëåêôñéêÝò ìç÷áíÝò êáé ïé óõóêåõÝò, ïé êáôáóêåõáóìÝíåò áðü ôïí Üíèñùðï. ¼ìùò åêôüò áðü áõôÝò, åßíáé äõíáôüí íá áíôéëçöèåßôå ôïí çëåêôñéóìü êáé ìå ðïëëïýò Üëëïõò ôñüðïõò. ¸íá ðáñÜäåéãìá åßíáé ôï åëáöñü ôßíáãìá ðïõ áéóèÜíåóèå, áí ìßá çìÝñá ìå åëÜ÷éóôç õãñáóßá áêïõìðÞóåôå ôç ëáâÞ ìéáò ðüñôáò Þ áí áíôáëëÜîåôå ÷åéñáøßá ìå êÜðïéïí, áöïý ðñïãïõìÝíùò Ý÷åôå äéáó÷ßóåé Ýíá äùìÜôéï

óôñùìÝíï ìå ÷áëß. Ç ëÜìøç ôçò áóôñáðÞò åßíáé Ýíá Üëëï ðáñÜäåéãìá. ÔÝëïò, èá Ý÷åôå ðáñáôçñÞóåé üôé ôá ìáëëéÜ óáò óôÝêïíôáé üñèéá, áí ìéá çìÝñá ìå îçñÞ áôìüóöáéñá ôá âïõñôóßóåôå äõíáôÜ. Óå áõôü ôï êåöÜëáéï èá åîçãçèïýí áñ÷éêÜ ôá âáóéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí çëåêôñéêþí öïñôßùí, êáôüðéí ç éêáíüôçôá ôçò ýëçò íá öïñôßæåôáé êáé, ôÝëïò, èá åîåôáóèïýí ïé éäéüôçôåò ôùí öïñôéóìÝíùí óùìáôéäßùí.

Ç ýëç Ý÷åé çëåêôñéêÝò éäéüôçôåò 9.1 ÂáóéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí çëåêôñéêþí öïñôßùí. Ìå ëßãá áðëÜ áíôéêåßìåíá Þ óõóêåõÝò åßíáé äõíáôüí íá äéåñåõíçèïýí ìåñéêÜ óçìáíôéêÜ èÝìáôá, ó÷åôéêÜ ìå ôá çëåêôñéêÜ öïñôßá. ÔÝôïéá áíôéêåßìåíá ìðïñåß íá åßíáé ìßá ñÜâäïò, êáôáóêåõáóìÝíç áðü óêëçñü ëÜóôé÷ï Þ ðëáóôéêü, ìßá ãõÜëéíç ñÜâäïò, äýï óöáßñåò áðü åíôåñéþíç*, Ýíá êïììÜôé ãïýíáò êáé Ýíá êïììÜôé ìåôáîùôü ýöáóìá. Ìå áõôÜ åßíáé äõíáôüí íá ðáñáôçñçèïýí ìåñéêÝò áðü ôéò âáóéêÝò åíäåßîåéò, áðü ôçí åîÞãçóç ôùí ïðïßùí ðñïÝêõøáí ïé ãíþóåéò ìáò óÞìåñá ãýñù áðü ôá çëåêôñéêÜ

öïñôßá. Áí ôñßøïìå äõíáôÜ ìßá ñÜâäï áðü ðëáóôéêü Þ áðü óêëçñü ëÜóôé÷ï óå Ýíá êïììÜôé ãïýíáò Þ ìÜëëéíïõ õöÜóìáôïò áõôü èá áðïêôÞóåé ôç äõíáôüôçôá íá Ýëêåé åëáöñÜ áíôéêåßìåíá, üðùò ìéêñÜ êïììÜôéá ÷áñôéïý (ó÷. 9-1). Ôï ßäéï èá óõìâåß, áí ôñßøïìå ìßá ãõÜëéíç ñÜâäï óå Ýíá êïììÜôé ìåôáîùôü ýöáóìá (ó÷. 9-2). Áí äýï óöáßñåò áðü åíôåñéþíç êñåìáóèïýí áðü ìßá êëùóôÞ Ýôóé, þóôå íá ìðïñïýí íá êéíïýíôáé åëåýèåñá, êáé óôç óõíÝ÷åéá ôïðïèåôçèïýí óå ìßá áðüóôáóç ðåñßðïõ 2,5 cm ç ìßá áðü ôçí Üëëç, ôüôå åßíáé äõíáôüí íá ãßíïõí ìåñéêÝò åíäéáöÝñïõóåò ðáñáôçñÞóåéò. Áò

Ó×ÇÌÁ 9-1. Êáèþò ôñßâïìå ìßá óêëçñÞ ëáóôé÷Ýíéá ñÜâäï Ýíá êïììÜôé ãïýíáò (áñéóôåñÜ), áõôÞ áðïêôÜ çëåêôñéêü öïñôßï. Ùò áðïôÝëåóìá, Ýëêåé ìéêñÜ êïììÜôéá ÷áñôéïý (äåîéÜ). *

Ó.ô.Ì. Åíôåñéþíç åßíáé ç ìáëáêÞ îõëþäçò ïõóßá, ðïõ âñßóêåôáé óôï åóùôåñéêü ôïõ âëáóôïý ïñéóìÝíùí öõôþí, üðùò åßíáé ôá êáëÜìéá.

Ó×ÇÌÁ 9-2. Ìßá ãõÜëéíç ñÜâäïò ôçí ïðïßá ôñßøáìå óå Ýíá ìåôáîùôü ýöáóìá (áñéóôåñÜ), Ýëêåé ìéêñÜ êïììÜôéá ÷áñôéïý (äåîéÜ) ìå ôçí ßäéá äýíáìç ðïõ ôá Ýëêåé êáé ç öïñôéóìÝíç ëáóôé÷Ýíéá ñÜâäïò.

õðïôåèåß üôé ôñßâåôå ôçí ðëáóôéêÞ Þ ôç ëáóôé÷Ýíéá ñÜâäï ìå ôç ãïýíá êáé áããßæåôå ìå áõôÞ äéáäï÷éêÜ ôéò óöáßñåò áðü åíôåñéþíç. ÁõôÝò èá áðùèÞóïõí ç ìßá ôçí Üëëç üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 9-3á. Åðßóçò, áò õðïôåèåß üôé ôñßâåôå ôçí ðëáóôéêÞ Þ ëáóôé÷Ýíéá ñÜâäï ìå ôç ãïýíá êáé ôç ãõÜëéíç ñÜâäï ìå ôï ìåôáîùôü ýöáóìá êáé óôç óõíÝ÷åéá áããßæåôå ôç ìéá óöáßñá ìå ôç ëáóôé÷Ýíéá êáé ôçí Üëëç ìå ôç ãõÜëéíç ñÜâäï. Ïé óöáßñåò èá ðëçóéÜóïõí, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 9-3â, ç ìßá ôçí Üëëç. ÁðÝêôçóáí ëïéðüí ïé óöáßñåò áðü åíôåñéþíç ìßá êáéíïýñãéá éäéüôçôá, üôáí ôéò Üããéîáí ïé ñÜâäïé. ÁõôÞ ç íÝá éäéüôçôá åßíáé ðïõ ôéò áíáãêÜæåé íá Ýëêïõí Þ íá áðùèïýí ç ìßá ôçí Üëëç. Ç íÝá áõôÞ êáôÜóôáóç ìðïñåß íá ðåñéãñáöåß ëÝãïíôáò üôé: Ïé óöáßñåò Ý÷ïõí çëåêôñéêÜ öïñôßá. Åðßóçò, âÜóåé ôùí Üëëùí ðåéñáìÜôùí ðïõ óõæçôÞèçêáí ìÝ÷ñé ôþñá, åßíáé öáíåñü üôé èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí äýï åßäç çëåêôñéêþí öïñôßùí. Ôþñá, áò õðïèÝóïìå üôé êÜèå öïñÜ ðïõ Ýíá

(á)

óêëçñü ëÜóôé÷ï ôñßâåôáé óå Ýíá êïììÜôé ãïýíáò èá ðáñÜãåôáé ðÜíôá ï ßäéïò ôýðïò öïñôßïõ, Þ üôé êÜèå öïñÜ ðïõ Ýíá ãõáëß ôñßâåôáé óå Ýíá ìåôáîùôü ýöáóìá èá ðáñÜãåôáé ðÜíôïôå Ýíáò Üëëïò ôýðïò öïñôßïõ. ¸ôóé, áðü ôá ðñïçãïýìåíá ðåéñÜìáôá åîÜãåôáé ôï óõìðÝñáóìá üôé öïñôßá ôïõ ßäéïõ ôýðïõ, ïìþíõìá öïñôßá, áðùèïýí ôï Ýíá ôï Üëëï, åíþ öïñôßá äéáöïñåôéêïý ôýðïõ, åôåñþíõìá, Ýëêïíôáé ìåôáîý ôïõò. Ïé åðéóôÞìïíåò, óå üëá ôá ðåéñÜìáôá ðïõ Ý÷ïõí åêôåëÝóåé ìÝ÷ñé óÞìåñá, áíáêÜëõøáí ìüíï äýï åßäç çëåêôñéêþí öïñôßùí. Óå áõôÜ Ýäùóáí ïíüìáôá, þóôå íá äéáöïñïðïéÞóïõí ôï Ýíá áðü ôï Üëëï. Ôá ïíüìáôá áõôÜ åßíáé “èåôéêü” êáé “áñíçôéêü”. ÓõìöùíÞèçêå íá ïíïìÜæåôáé áñíçôéêü ôï öïñôßï ðïõ äçìéïõñãÞèçêå óôçí ðëáóôéêÞ Þ áðü óêëçñü ëÜóôé÷ï ñÜâäï, üôáí ôñßöèçêå óå ìÜëëéíï ýöáóìá Þ ãïýíá, êáé èåôéêü áõôü ðïõ äçìéïõñãÞèçêå óôï ãõáëß, üôáí ôñßöôçêå óôï ìåôáîùôü ýöáóìá.

(â)

Ó×ÇÌÁ 9-3. ¼ôáí ïé äýï óöáßñåò áðü åíôåñéþíç Ýëèïõí óå åðáöÞ ìå ôç ßäéá öïñôéóìÝíç ñÜâäï, áðïìáêñýíïíôáé (á). ¼ôáí êÜèå óöáßñá Ýëèåé óå åðáöÞ ìå äéáöïñåôéêÜ öïñôéóìÝíç ñÜâäï, ðëçóéÜæïõí ç ìßá ôçí Üëëç.

201

9.2 ÓõíôåëåóôÝò ðïõ ðñïóäéïñßæïõí ôï ìÝãåèïò ôçò Ýëîåùò Þ ôçò áðþóåùò. ¸÷åé áíáöåñèåß üôé, ãéá íá ãßíïõí áíôéëçðôÝò ïé äõíÜìåéò Ýëîåùò Þ áðþóåùò áíÜìåóá óôéò äýï öïñôéóìÝíåò ìðÜëåò, ðñÝðåé íá ðëçóéÜóïõí ç ìßá ôçí Üëëç. Ðáñáôçñþíôáò ðñïóåêôéêüôåñá èá óõìðåñÜíïìå üôé õðÜñ÷åé ìßá ïñéóìÝíç áíáëïãßá áíÜìåóá óôçí áðüóôáóç ôùí öïñôéóìÝíùí áíôéêåéìÝíùí êáé ôç äýíáìç ðïõ åîáóêåß ôï êáèÝíá ðÜíù óôï Üëëï. Ç Ýíôáóç ôçò äõíÜìåùò áõîÜíåé, êáèþò ìåéþíåôáé ç áðüóôáóç, åíþ áõôÞ ìåéþíåôáé, üôáí ç áðüóôáóç áõîÜíåé. ¹, ãéá íá åêöñÜóïìå ôï ßäéï ðñÜãìá ìå äéáöïñåôéêü ôñüðï, ç äýíáìç ðïõ áíáðôýóóåôáé áíÜìåóá óå çëåêôñéêÜ öïñôéóìÝíá áíôéêåßìåíá åßíáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãç ðñïò ôç ìåôáîý ôïõò áðüóôáóç, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 9-4. ÐñïóåêôéêÝò ðïóïôéêÝò ìåôñÞóåéò Ý÷ïõí äåßîåé üôé áõôÞ ç äýíáìç, åßôå åßíáé áðùèçôéêÞ åßôå åßíáé åëêôéêÞ, åßíáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãç ôïõ ôåôñáãþíïõ ôçò áðïóôÜóåùò d ôùí öïñôéóìÝíùí áíôéêåéìÝíùí. ÄçëáäÞ ç çëåêôñéêÞ äýíáìç åßíáé áíÜëïãç ðñïò ôï 1/d2. Áí õðÜñ÷åé êÜðïéá äýíáìç óå áðüóôáóç X mm, óôç äéðëÞ áðüóôáóç 2X mm õðÜñ÷åé ìüíï ôï 1/4 ôçò äõíÜìåùò áõôÞò. Óå äåêáðëÜóéá áðüóôáóç ç äýíáìç åßíáé ìüíï ôï Ýíá åêáôïóôü ôçò áñ÷éêÞò äõíÜìåùò. Óå äåäïìÝíç óôáèåñÞ áðüóôáóç ôá ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ç äýíáìç åßíáé åõèÝùò áíÜëïãç ðñïò ôï ìÝãåèïò ôïõ êáèåíüò áðü ôá öïñôßá. Áí ôï Ýíá öïñôßï ãßíåé n öïñÝò ìåãáëýôåñï, èá ìåãáëþóåé êáé ç äýíáìç n öïñÝò. Áí, ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï Ýíá öïñôßï áõîçèåß êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ 2 êáé ôï Üëëï êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ 3, ç äýíáìç èá áõîçèåß êáé êáôÜ ôïõò äýï áõôïýò óõíôåëåóôÝò, äçëáäÞ êáôÜ 2 x 3 =6 öïñÝò. ¼ôáí åîåôáóèïýí ìáæß ç åðßäñáóç ôùí

ìåãåèþí ôùí äýï öïñôßùí , q1, q2 êáé ç áðüóôáóç d, ðïõ ÷ùñßæåé ôï Ýíá áðü ôï Üëëï, ôüôå ðñïêýðôåé ç ðáñáêÜôù ó÷Ýóç: Ç äýíáìç åßíáé áíÜëïãç ðñïò

Ç ó÷Ýóç áõôÞ åßíáé ãíùóôÞ ùò íüìïò ôïõ Coulomb. Äéáôõðþèçêå ãéá ðñþôç öïñÜ ôï 18ï áéþíá áðü ôï ÃÜëëï åðéóôÞìïíá Charles Augustin de Coulomb. Eäþ, áîßæåé íá óçìåéùèåß ç åíäéáöÝñïõóá ïìïéüôçôá áíÜìåóá óôïõò ôýðïõò ôïõ íüìïõ ôïõ Coulomb êáé ôïõ íüìïõ ôçò âáñýôçôáò, ðïõ äüèçêå óôï êåöÜëáéï 2, ðáñÜãñáöïò 2.2. Ìå ôïí ôñüðï ðïõ äéáôõðþèçêå ï íüìïò ôïõ Coulomb åßíáé äõíáôüí íá åêöñÜóåé ðüôå ç äýíáìç åßíáé åëêôéêÞ êáé ðüôå áðùèçôéêÞ. Áí ôá q1 êáé q2 åßíáé ïìþíõìá öïñôßá, ôï ãéíüìåíï èá åßíáé èåôéêüò áñéèìüò, ãéáôß (– åðß – = +) êáé (+åðß+=+). Áí ôá öïñôßá åßíáé áíôßèåôá, ôï ãéíüìåíï ôùí q1 êáé q2 èá åßíáé áñíçôéêüò áñéèìüò. ¸ôóé, ìßá èåôéêÞ äýíáìç åñìçíåýåôáé ùò Üðùóç, åíþ ìßá áñíçôéêÞ ùò Ýëîç.

9.3 ÅîïõäåôÝñùóç ôùí öïñôßùí. ¸íá óþìá ðïõ äåí Ý÷åé ïýôå áñíçôéêü ïýôå èåôéêü öïñôßï ÷áñáêôçñßæåôáé ùò çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñï. Åßíáé êïéíÞ äéáðßóôùóç üôé ôá öõóéêÜ óþìáôá åßíáé óôçí êáíïíéêÞ ôïõò êáôÜóôáóç ïõäÝôåñá. Ìðïñïýí íá áðïêôÞóïõí öïñôßá ìå äéáöïñåôéêïýò ôñüðïõò, üðùò äéÜ ôçò ôñéâÞò Ýôóé Ý÷ïìå ùò áðïôÝëåóìá ôç öüñôéóç ôùí ðëáóôéêþí Þ ãõÜëéíùí ñÜâäùí. Áí äýï áíôéêåßìåíá ðïõ Ý÷ïõí áíôßèåôá öïñôßá Ýëèïõí óå Üìåóç åðáöÞ, ôá öïñôßá ôïõò ìðïñïýí íá áíáìé÷èïýí. Áí ôï ðïóüí ôïõ

Ó×ÇÌÁ 9-4. Óôï ðåßñáìá ðïõ åéêïíßæåôáé åßíáé ðñïöáíÞò ç åðßäñáóç ôçò áðïóôÜóåùò åðÜíù óôç äýíáìç, ðïõ åîáóêåßôáé áíÜìåóá óå äýï öïñôéóìÝíá áíôéêåßìåíá, üôáí áõôÜ Ý÷ïõí ôïí ßäéï ôýðï öïñôßïõ. ¼óï åëáôôþíåôáé ç áðüóôáóç ôùí äýï áíôéêåéìÝíùí (åéêüíåò áðü áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ), ç Üðùóç áõîÜíåôáé.

202

áñíçôéêïý öïñôßïõ óôï Ýíá áíôéêåßìåíï åßíáé áêñéâþò ßóï ìå ôï ðïóü ôïõ èåôéêïý öïñôßïõ óôï Üëëï, èá õðÜñîåé ðëÞñçò åîïõäåôÝñùóç ôïõ öïñôßïõ êáé ôá äýï áíôéêåßìåíá èá ãßíïõí çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñá. Áí ïé äýï ðïóüôçôåò ôùí öïñôßùí äåí åßíáé ßóåò, ôüôå, ôï ìéêñüôåñï èá åîïõäåôåñþóåé éóïäýíáìï ðñïò áõôü öïñôßï áðü ôï ìåãáëýôåñï. ¸ôóé, ôï åðß ðëÝïí ðïóü ðïõ äåí åîïõäåôåñþèçêå, óôï ìåãáëýôåñï öïñôßï, èá ðáñáìÝíåé ùò ðåñßóóåéá êáé èá äéáìïéñáóèåß ïìïéüìïñöá óôá äýï áíôéêåßìåíá.

9.4 Ç öýóç êáé ç ðñïÝëåõóç ôùí çëåêôñéêþí öïñôßùí êáé ôùí äõíÜìåùí. Ôá èÝìáôá ðïõ åîåôÜóèçêáí ìÝ÷ñéò áõôïý ôïõ óçìåßïõ ôïõ êåöáëáßïõ åßíáé äõíáôüí íá ïäçãÞóïõí óå åñùôÞóåéò ãýñù áðü ôç öýóç ôçò ýëçò. ¼ðùò ðÜíôá, áí ðáñáôçñçèåß êáé ìåôñçèåß Ýíá ïñéóìÝíï åßäïò óõìðåñéöïñÜò êáé áí áíáêáëõöèåß êÜðïéá íïìïôÝëåéá (óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç, ï íüìïò ôïõ Coulïmb), åßíáé åõíüçôï êáé öõóéêü íá áíáñùôçèåß êÜðïéïò ãéáôß õðÜñ÷åé áõôÞ ç íïìïôÝëåéá. Óå áõôü áêñéâþò ôï óçìåßï, ç áíáæÞôçóç ôïõ ãéáôß ìðïñåß íá ðÜñåé ôç ìïñöÞ äýï åéäéêþí åñùôÞóåùí: 1. Ãéáôß ôï Ýíá çëåêôñéêü öïñôßï áóêåß äõíÜìåéò óôï Üëëï; 2. Ãéáôß åßíáé äõíáôüí íá äçìéïõñãçèïýí çëåêôñéêÜ öïñôßá óå ïõäÝôåñá áíôéêåßìåíá; Óôçí ðñþôç áðü ôéò åñùôÞóåéò áõôÝò äåí åßíáé äõíáôüí íá äïèåß áðÜíôçóç. Êáé áõôü, ãéáôß äåí õðÜñ÷åé ôñüðïò íá åîçãçèïýí ïé çëåêôñéêÝò äõíÜìåéò ìå âÜóç Ýíá áðëïýóôåñï Þ ðéï ïéêåßï öáéíüìåíï. ¸ôóé, ïé äõíÜìåéò áíÜìåóá óôá çëåêôñéêÜ öïñôßá èåùñïýíôáé ùò ìéá èåìåëéþäçò éäéüôçôá ôçò ýëçò (Üëëç èåìåëéþäçò éäéüôçôá ôçò ýëçò åßíáé ôï üôé Ý÷åé ìÜæá). Óôç äåýôåñç åñþôçóç åßíáé åõêïëüôåñï íá äþóïìå êÜðïéá áðÜíôçóç ìå ôç âïÞèåéá åíüò ðñïôýðïõ. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, åßíáé äõíáôüí íá äïèåß éêáíïðïéçôéêÞ åîÞãçóç, áí áíáðôõ÷èåß ìå ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò ç óýóôáóç ôçò ýëçò áðü óùìáôßäéá, ðïõ Ý÷åé Þäç áðïäåé÷èåß ôüóï ÷ñÞóéìç ãéá ôçí åîÞãçóç ôùí éäéïôÞôùí ôùí áåñßùí êáé ôç öýóç ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. Ç ðåñéãñáöÞ ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí óôá áÝñéá, üðùò áíáðôý÷èçêå ëåðôïìåñþò óôá êåöÜëáéá 5 êáé 6, îåêßíçóå áðü ìßá âáóéêÞ ðïéïôéêÞ Ýííïéá. Ç Ýííïéá áõôÞ åß÷å óêïðü íá

åîçãÞóåé ìåñéêÜ êÜðùò áðëÜ ðïéïôéêÜ ãåãïíüôá. Ç Ýííïéá ôùí ìïñßùí ðïõ áéùñïýíôáé ìÝóá óôï äï÷åßï êáé óõãêñïýïíôáé ìå ôá ôïé÷þìáôá ôïõ äï÷åßïõ, óôï ïðïßï âñßóêïíôáé, ìáò äßíåé ôç äõíáôüôçôá íá åîçãÞóïìå êáèçìåñéíÜ öáéíüìåíá. ÁíÜìåóá óå áõôÜ ðåñéëáìâÜíåôáé ôï öïýóêùìá ôùí ìðáëïíéþí êáé ôùí åëáóôéêþí. ËåðôïìåñÝóôåñá ðåéñÜìáôá (üðùò áõôÜ ðïõ Ýãéíáí ðñþôá áðü ôïõò Boyle êáé Charles) êáôÝóôçóáí äõíáôÞ ôçí ôåëåéïðïßçóç ôïõ ðñïôýðïõ áõôïý, êáôÜ ôñüðï ðéï ëåðôïìåñåéáêü êáé ðïóïôéêü. Áò áêïëïõèÞóïìå ôþñá ôçí ßäéá ðïñåßá, ìå óêïðü íá ðñïóèÝóïìå ìéá íÝá äéÜóôáóç, ôçí çëåêôñéêÞ, óôï áôïìéêü êáé ìïñéáêü ìáò ðñüôõðï. Êáé áò îåêéíÞóïìå ðñïóèÝôïíôáò ìßá áðëÞ ðïéïôéêÞ Ýííïéá, ç ïðïßá åßíáé äõíáôüí íá åîáóöáëßóåé ìßá åîÞãçóç ãéá ïñéóìÝíá áðëÜ ðïéïôéêÜ ãåãïíüôá. ÌåôÜ áðü áõôü èá âåëôéþóïìå áõôÞí ôçí Ýííïéá (óôéò ðáñáãñÜöïõò 9.5 êáé 9.9), þóôå íá åìðëïõôéóôåß ìå ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò êáé íá ãßíåé ðéï ÷ñÞóéìç. Ç íÝá áõôÞ Ýííïéá åßíáé üôé ôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá åßíáé çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñá, áëëÜ áðïôåëïýíôáé áðü ìéêñüôåñá óùìáôßäéá. Ôá ìéêñüôåñá áõôÜ óùìáôßäéá åßíáé äõíáôüí íá åßíáé çëåêôñéêÜ öïñôéóìÝíá. ÅðåéäÞ ôá ìüñéá áðïôåëïýíôáé áðü Üôïìá, ç Ýííïéá áõôÞ ãßíåôáé áêüìç ðéï óõãêåêñéìÝíç: Ôá Üôïìá ðåñéÝ÷ïõí öïñôßá Þ öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá ðïõ âñßóêïíôáé óå ôÝôïéïõò áñéèìïýò, þóôå ôá èåôéêÜ öïñôßá íá åßíáé ßóá áêñéâþò ìå ôá áñíçôéêÜ êáé åðïìÝíùò íá õðÜñ÷åé åîéóïññüðçóç öïñôßùí. Ôá èåôéêÜ öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá ïíïìÜæïíôáé ðñùôüíéá êáé ôá áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíá çëåêôñüíéá. ¼ðùò èá áíáöåñèåß áñãüôåñá óå áõôü ôï êåöÜëáéï, åßíáé ãíùóôü üôé ç ðïóüôçôá ôïõ èåôéêïý öïñôßïõ ðïõ õðÜñ÷åé óå Ýíá ðñùôüíéï, åßíáé áêñéâþò ßóç ìå ôçí ðïóüôçôá ôïõ áñíçôéêïý öïñôßïõ ðïõ õðÜñ÷åé óå Ýíá çëåêôñüíéï. Ãé’ áõôü, ôï ãåãïíüò üôé Ýíá Üôïìï åßíáé ïõäÝôåñï óçìáßíåé üôé ðåñéÝ÷åé ßóïõò áñéèìïýò ðñùôïíßùí êáé çëåêôñïíßùí. Ôþñá ìðïñïýìå íá åîçãÞóïìå ðþò Ýíá áíôéêåßìåíï óôï óýíïëü ôïõ ìðïñåß íá áðïêôÞóåé çëåêôñéêü öïñôßï. ×ñåéÜæåôáé ìüíï íá äå÷èïýìå üôé ç êáíïíéêÞ éóïññïðßá çëåêôñïíßùí êáé ðñùôïíßùí äéáôáñÜóóåôáé áðü êÜðïéá åîùôåñéêÞ äýíáìç. Óôçí ðåñßðôùóç ôùí ñÜâäùí ðïõ öïñôßóèçêáí ìå ôçí ôñéâÞ, ç åîÞãçóç åßíáé áðëÜ üôé ïé äõíÜìåéò ôñéâÞò ðïõ äçìéïõñãÞèçêáí ìå ôï ôñßøéìï åêôüðéóáí êáé áðïìÜêñõíáí ìåñéêÜ áðü ôá öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá. ÊáôÜ ðüóï ôá

203

Ó×ÇÌÁ 9-5. Ìßá ãåííÞôñéá Van de Graaff äçìéïõñãåß õøçëÞ ôÜóç áðïìáêñýíïíôáò äéÜ ôçò ôñéâÞò çëåêôñüíéá áðü ìéá åðéöÜíåéá êáé óôç óõíÝ÷åéá áðïèçêåýïíôÜò ôá.

áñíçôéêÜ óùìáôßäéá (ôá çëåêôñüíéá) Þ ôá èåôéêÜ óùìáôßäéá (ôá ðñùôüíéá) ìåôáöÝñïíôáé, äåí åßíáé äõíáôüí íá ðñïêýøåé ùò óõìðÝñáóìá ìüíï êáé ìüíï áðü ôá ðåéñÜìáôá ìå ôéò ñÜâäïõò. ÏðùóäÞðïôå, üðùò èá ìÜèåôå óôç óõíÝ÷åéá áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ, ôá Üôïìá åßíáé Ýôóé äéáìïñöùìÝíá, þóôå óå üëåò ôéò ðåñéðôþóåéò ôá çëåêôñüíéá åßíáé áõôÜ ðïõ öáßíåôáé üôé ìðïñåß íá ìåôáêéíçèïýí áðü ôï Ýíá óþìá êáé íá ìåôáöåñèïýí óôï Üëëï. Ãéá ðáñÜäåéãìá, üôáí ìßá ðëáóôéêÞ ñÜâäïò ôñéöèåß ìå Ýíá êïììÜôé ìÜëëéíïõ õöÜóìáôïò, çëåêôñüíéá åêôïðßæïíôáé áðü ôï ýöáóìá êáé óõóóùñåýïíôáé óôç ñÜâäï. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá, ç ñÜâäïò íá áðïêôÜ ðåñßóóåéá çëåêôñïíßùí Þ áñíçôéêü öïñôßï. Ôï ýöáóìá Ý÷åé ðáñáìåßíåé âÝâáéá ìå èåôéêü öïñôßï. Áíôßèåôá, üôáí ç ãõÜëéíç ñÜâäïò ôñßâåôáé ìå Ýíá ìåôáîùôü ýöáóìá, çëåêôñüíéá ìåôáêéíïýíôáé áðü ôç ñÜâäï êáé åíáðïôßèåíôáé óå áõôü. Áõôüò åßíáé ï ëüãïò ðïõ ç ãõÜëéíç ñÜâäïò ÷áñáêôçñßæåôáé áðü Ýëëåéøç çëåêôñïíßùí óå ó÷Ýóç ìå ôïí áñéèìü ðïõ áðáéôåßôáé, ãéá íá åîéóïññïðÞóåé ôï öïñôßï üëùí ôùí ðñùôïíßùí. ¸ôóé, ç ñÜâäïò áðïêôÜ èåôéêü öïñôßï. Ôï ìåôáîùôü ýöáóìá âÝâáéá Ý÷åé áñíçôéêü öïñôßï, åðåéäÞ ÷áñáêôçñßæåôáé áðü ðåñßóóåéá çëåêôñïíßùí (ç ãåííÞôñéá Van de Graaff, ðïõ åéêïíßæåôáé óôï ó÷Þìá 9-5, äçìéïõñãåß

Ýíá ìåãÜëï öïñôßï, ãéáôß ìå ôçí ôñéâÞ áðïìáêñýíïíôáé çëåêôñüíéá áðü ôç ìßá åðéöÜíåéá êáé áðïèçêåýïíôáé óôçí Üëëç). Ïýôå ïé ñÜâäïé ïýôå ôá õöÜóìáôá äéáôçñïýí ôá öïñôßá ôïõò ãéá ðïëý ÷ñüíï, ãéáôß çëåêôñüíéá äéáññÝïõí áðü êáé ðñïò áõôÜ áðü ôï ðåñéâÜëëïí ôïõò. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï îáíáãßíïíôáé çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñá, êáôÜóôáóç ðïõ åßíáé êáé ç êáíïíéêÞ ãéá üëá ôá õëéêÜ. ¼ôáí ç õãñáóßá åßíáé õøçëÞ, ç äéáññïÞ áõôÞ ãßíåôáé ðïëý ãñÞãïñá. Ïé õäñáôìïß ôïõ õãñïý áÝñá êáé ç ëåðôÞ óôïéâÜäá õãñáóßáò åðÜíù óôá áíôéêåßìåíá äéåõêïëýíïõí ôç ñïÞ ôùí çëåêôñïíßùí áðü ôï Ýíá áíôéêåßìåíï óôï Üëëï êáé ãåíéêüôåñá áíÜìåóá óôá öïñôéóìÝíá áíôéêåßìåíá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ôïõò. ¸ôóé, êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò æåóôÞò õãñÞò çìÝñáò åßíáé ðéèáíüí íá ìçí åßíáé äõíáôüí íá ãßíïõí ôá ðåéñÜìáôá ìå ôéò ñÜâäïõò, åíþ óå øõ÷ñü îçñü êáéñü, ôá ðåéñÜìáôá äéåîÜãïíôáé åðéôõ÷þò. Ç ñïÞ ôïõ çëåêôñéêïý ñåýìáôïò äéÜ ìÝóïõ ôùí êáëùäßùí (ó÷. 9-6) êáé ôùí Üëëùí áãùãþí ôïõ çëåêôñéóìïý åßíáé äõíáôüí åðßóçò íá åîçãçèåß, áí õðïèÝóïìå üôé ç ýëç áðïôåëåßôáé áðü ßóï áñéèìü èåôéêþí öïñôßùí (ðñùôïíßùí), ôá ïðïßá äåí êéíïýíôáé åýêïëá, êáé áñíçôéêþí öïñôßùí (çëåêôñïíßùí), ðïõ åßíáé ìÜëëïí åõêßíçôá. ¼ôáí ôï Ýíá Üêñï åíüò áãþãéìïõ õëéêïý óõíäåèåß ìå ìßá ðçãÞ çëåêôñïíßùí (ôïí áñíçôéêü ðüëï åíüò

Ó×ÇÌÁ 9-6. Ï áñíçôéêüò ðüëïò åíüò îçñïý óôïé÷åßïõ ðñïìçèåýåé çëåêôñüíéá. ÁõôÜ ñÝïõí ìÝóá áðü ôá êáëþäéá ðñïò ôï èåôéêü ðüëï ìå áðïôÝëåóìá ï ëáìðôÞñáò íá áíÜâåé.

204

óõóóùñåõôÞ Þ ìéáò ãåííÞôñéáò) êáé ôï Üëëï ìå Ýíá èåôéêü ðüëï, ï ïðïßïò ðñïóåëêýåé çëåêôñüíéá, äçìéïõñãåßôáé ìßá ñïÞ çëåêôñïíßùí áðü ôïí áñíçôéêü ðñïò ôï èåôéêü ðüëï. ¸íá ðáñÜäåéãìá äßíåôáé óôï ó÷Þìá 9-6. Ôá çëåêôñüíéá åéóÝñ÷ïíôáé óôï êáëþäéï ðïõ åßíáé óõíäåäåìÝíï ìå ôïí áñíçôéêü ðüëï. Ôáõôü÷ñïíá Üëëá çëåêôñüíéá ìåôáêéíïýíôáé äéÜ ôïõ êáëùäßïõ ðïõ åßíáé óõíäåäåìÝíï ìå ôï èåôéêü

ðüëï. Ùò áðïôÝëåóìá Ý÷ïìå ôç äçìéïõñãßá åíüò ñåýìáôïò çëåêôñïíßùí, ðïõ äéáññÝåé ôï ëáìðôÞñá êáé ôïí áíáãêÜæåé íá öåããïâïëåß.

Ðåñßëçøç. ÕðÜñ÷ïõí äýï åßäç çëåêôñéêþí öïñôßùí, ôá èåôéêÜ êáé ôá áñíçôéêÜ. Öïñôßá ôïõ ßäéïõ åßäïõò (ïìþíõìá öïñôßá) áðùèïýíôáé. Öïñôßá äéáöïñåôéêïý åßäïõò (åôåñþíõìá Þ áíôßèåôá öïñôßá) Ýëêïíôáé. Ïé äõíÜìåéò ôçò Ýëîåùò Þ ôçò áðùèÞóåùò åßíáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãåò ôïõ ôåôñáãþíïõ ôçò áðïóôÜóåùò áíÜìåóá óôá öïñôßá êáé áíÜëïãåò ôïõ ãéíïìÝíïõ ôùí äýï öïñôßùí. Áõôü ïíïìÜæåôáé íüìïò ôïõ Coulomb êáé ìðïñåß íá åêöñáóèåß ìå ôç áêüëïõèç áëãåâñéêÞ ìïñöÞ: Ç äýíáìç éóïýôáé ìå

¼ôáí ßóåò ðïóüôçôåò èåôéêþí êáé áñíçôéêþí öïñôßùí Ýñ÷ïíôáé óå êáô’ åõèåßáí åðáöÞ, åîïõäåôåñþíïíôáé ìå áðïôÝëåóìá ôá áñ÷éêÜ öïñôéóìÝíá áíôéêåßìåíá êáèßóôáíôáé çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñá. ÄéÜöïñá óõíçèéóìÝíá öáéíüìåíá ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ôç öüñôéóç ôùí áíôéêåéìÝíùí áðü ôéò äõíÜìåéò ôñéâÞò êáé ôç äéÝëåõóç çëåêôñéêïý ñåýìáôïò, åßíáé äõíáôüí íá åîçãçèïýí ìå ôç âïÞèåéá åíüò áíáëüãïõ ðñïôýðïõ. Óýìöùíá ìå áõôü, ç ýëç (Üôïìá) áðïôåëåßôáé áðü ßóïõò áñéèìïýò èåôéêþí óùìáôéäßùí (ðñùôüíéá) êáé áñíçôéêþí óùìáôéäßùí (çëåêôñüíéá). Ôá

ðñùôüíéá åßíáé áêßíçôá (óôáèåñÜ), åíþ ôá çëåêôñüíéá ìðïñïýí åýêïëá íá áðïìáêñõíèïýí êáé íá õðï÷ñåùèïýí óå êßíçóç.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðþò ìðïñåß íá åðçñåáóèåß ç äýíáìç áíÜìåóá óå äýï çëåêôñéêþò öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá, áí ç áðüóôáóç áíÜìåóÜ ôïõò ãßíåé ôåôñáðëÜóéá ôçò áñ÷éêÞò áðïóôÜóåùò (äçëáäÞ áí áõîçèåß 4 öïñÝò); 2. Ôá óþìáôá Á êáé Â, ðïõ êáèÝíá ôïõò Ý÷åé áñíçôéêü öïñôßï ôñéþí ìïíÜäùí, áðÝ÷ïõí 3 cm. Ôá óþìáôá C êáé D Ý÷ïõí èåôéêÜ öïñôßá 6 êáé 7 ìïíÜäùí áíôßóôïé÷á êáé áðÝ÷ïõí 2 cm. Ðüóåò öïñÝò ìåãáëýôåñç èá åßíáé ç äýíáìç áíÜìåóá óôá óþìáôá C êáé D óå ó÷Ýóç ìå ôç äýíáìç áíÜìåóá óôá Á êáé Â; 3. ¼ôáí ôñßøïìå ìßá ãõÜëéíç ñÜâäï óå Ýíá êïììÜôé ìåôáîùôü ýöáóìá, ôé åßäïõò öïñôßï èá äçìéïõñãçèåß óå êÜèå áíôéêåßìåíï; Íá ôï åîçãÞóåôå ìå âÜóç ôçí êßíçóç ôùí çëåêôñïíßùí. 4. Ðïéåò áôìïóöáéñéêÝò óõíèÞêåò åõíïïýí ôç äçìéïõñãßá çëåêôñéêþí öïñôßùí; Êñýïò êáé îçñüò Þ æåóôüò êáé õãñüò êáéñüò; Íá ôï åîçãÞóåôå.

Ôá Üôïìá áðïôåëïýíôáé áðü èåôéêÜ êáé áñíçôéêÜ öïñôßá 9.5 ËåðôïìåñÝóôåñåò åíäåßîåéò ãéá öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá. MÜèáôå üôé õëéêÜ óþìáôá, ðïõ êáíïíéêÜ åßíáé ïõäÝôåñá, åßíáé äõíáôüí íá áðïêôÞóïõí èåôéêÜ Þ áñíçôéêÜ öïñôßá êáé üôé ïñéóìÝíá åßäç ýëçò, ðïõ ïíïìÜæïíôáé ìÝôáëëá ìðïñïýí íá ìåôáöÝñïõí çëåêôñéêü ñåýìá. Ç åîÞãçóç áõôþí ôùí

öáéíïìÝíùí âáóßóèçêå óôçí õðüèåóç üôé ç ýëç áðïôåëåßôáé áðü ßóïõò áñéèìïýò óùìáôéäßùí, ðïõ åßíáé öïñôéóìÝíá èåôéêÜ Þ áñíçôéêÜ êáé áíôßóôïé÷á êáëïýíôáé ðñùôüíéá êáé çëåêôñüíéá. Óôçí õðüèåóç áõôÞ ðñïóôÝèçêå ç Üðïøç üôé ôá çëåêôñüíéá åßíáé ðåñéóóüôåñï åõêßíçôá áðü ôá ðñùôüíéá êáé ãé’ áõôü ôá óþìáôá áðïêôïýí öïñôßá êåñäßæïíôáò Þ ÷Üíïíôáò çëåêôñüíéá.

205

ÕðÜñ÷ïõí Üñáãå ðåñéóóüôåñåò åíäåßîåéò ãé’ áõôÝò ôéò õðïèÝóåéò; ÐñÜãìáôé, õðÜñ÷ïõí ðïëëÜ äéáöïñåôéêÜ åßäç åíäåßîåùí, ðïõ åíéó÷ýïõí êáé äéåõêñéíßæïõí ôéò ðáñáðÜíù õðïèÝóåéò. ÌåñéêÝò áðü ôéò ðéï óçìáíôéêÝò èá åîåôáóèïýí åäþ, êáèþò êáé óôá åðüìåíá êåöÜëáéá. Åßäáôå óôï ó÷Þìá 9-6 üôé ôï çëåêôñéêü ñåýìá äéÝñ÷åôáé áðü Ýíá ëáìðôÞñá öùôéóìïý, ï ïðïßïò åßíáé óõíäåäåìÝíïò ìå Ýíá óõóóùñåõôÞ. Ôá êáëþäéá ðïõ óõíäÝïõí ôï ëáìðôÞñá ìå ôï óõóóùñåõôÞ ó÷çìáôßæïõí Ýíá çëåêôñéêü êýêëùìá. Ôï åîùôåñéêü êýêëùìá åßíáé ç äéáäñïìÞ äéÜ ôçò ïðïßáò ôá çëåêôñüíéá ñÝïõí áðü ôïí áñíçôéêü ðñïò ôï èåôéêü ðüëï ôïõ óõóóùñåõôÞ. ÂÝâáéá, êÜôé èá ðñÝðåé íá óõìâáßíåé êáé óôï åóùôåñéêü ôïõ óõóóùñåõôÞ, þóôå íá äéáôçñåßôáé áõôÞ ç êõêëïöïñßá. ÁõôÞ ç äéáäéêáóßá èá óõæçôçèåß óôï êåöÜëáéï 24. Ôá çëåêôñüíéá ìðïñïýí íá êõêëïöïñÞóïõí ìÝóá óå Ýíá êýêëùìá, ìüíï áí ç áíôßóôáóç ðïõ õößóôáíôáé óå áõôÞí ôç ñïÞ åßíáé ó÷åôéêÜ ìéêñÞ. Óôï êýêëùìá ôïõ ó÷Þìáôïò 9-6 ç áíôßóôáóç åßíáé ÷áìçëÞ åðåéäÞ êáé ôá êáëþäéá óõíäÝóåùò êáé ôï íÞìá ôïõ ëáìðôÞñá, ðïõ åñõèñïðõñþíåôáé êáé öåããïâïëåß, åßíáé êáôáóêåõáóìÝíá áðü ìÝôáëëï. Ôá ìÝôáëëá åìöáíßæïõí ÷áñáêôçñéóôéêÜ ìéêñÞ áíôßóôáóç óôç ñïÞ ñåýìáôïò. Åßíáé êáëïß “áãùãïß”. Ôï íÞìá üìùò ðñÝðåé íá Ý÷åé áñêåôÞ

áíôßóôáóç, ãéá íá äéáðõñþíåôáé êáé íá öåããïâïëåß, üôáí äéáññÝåôáé áðü ñåýìá. Áò õðïèÝóïìå üôé áðïóõíäÝåôå ôï Ýíá óýñìá áðü ôïí Ýíáí ðüëï ôïõ óõóóùñåõôÞ. Ï ëáìðôÞñáò èá óâÞóåé. ÊáíÝíá çëåêôñüíéï äåí ìðïñåß íá êõêëïöïñÞóåé ìÝóá óôï êýêëùìá, åêôüò áí Ý÷åé áñêåôÞ åíÝñãåéá, þóôå íá äéáðåñÜóåé ôï êåíü áíÜìåóá óôï áðïóõíäåäåìÝíï óýñìá êáé óôïí ðüëï ôïõ óõóóùñåõôÞ. Ï áÝñáò äçìéïõñãåß ðïëý ìåãáëýôåñç áíôßóôáóç óôç ñïÞ ôùí çëåêôñïíßùí áðü ü,ôé ôá ìÝôáëëá. Ôá çëåêôñüíéá äåí èá åß÷áí áñêåôÞ åíÝñãåéá, þóôå íá äéáðåñÜóïõí Ýíá êåíü, Ýóôù êáé ìéêñÞò åêôÜóåùò åêôüò áí ç ðçãÞ ôïõò Þôáí ðïëý éó÷õñÞ. Ç áðïóýíäåóç ôïõ êáëùäßïõ äçìéïýñãçóå Ýíá áíïéêôü êýêëùìá. Ôþñá, áò åîåôáóèïýí ïé ðåéñáìáôéêÝò äéáôÜîåéò, ðïõ åéêïíßæïíôáé óôï ó÷Þìá 9-7. Êáé óôá äýï åðéìÝñïõò ó÷Þìáôá (á) êáé (â) åéêïíßæïíôáé ïé ßäéåò äéáôÜîåéò, õðü äéáöïñåôéêÝò üìùò óõíèÞêåò. Ðñüêåéôáé ãéá äýï êõêëþìáôá, ðïõ ëåéôïõñãïýí ìå ôïí ßäéï óùëÞíá êåíïý. ¸íáò óùëÞíáò êåíïý áðïôåëåßôáé áðü Ýíáí áåñïóôåãþò êëåéóìÝíï ãõÜëéíï óùëÞíá, áðü ôïí ïðïßï Ý÷åé áöáéñåèåß ìå Üíôëçóç ï ðåñéóóüôåñïò áÝñáò. ÌÝóá óå áõôüí õðÜñ÷ïõí óôåñåùìÝíá êÜðïéá ìåôáëëéêÜ åëÜóìáôá, ðïõ ôïõ äßíïõí ôç äõíáôüôçôá íá åêôåëåß ìßá ÷ñÞóéìç ëåéôïõñãßá.

ÊÜèïäïò

¢íïäïò Èåñìáíôéêü Êåíü

¼ñãáíï ìåôñÞóåùò

Äéáêüðôçò

ÓõóóùñåõôÞò Á

(á)

ÓõóóùñåõôÞò Â

(â)

Ó×ÇÌÁ 9-7. ¼ôáí êëåßíåé ôï êýêëùìá èåñìÜíóåùò ôçò êáèüäïõ, ç êÜèïäïò èåñìáßíåôáé êáé åêëýïíôáé çëåêôñüíéá ðïõ óôç óõíÝ÷åéá Ýëêïíôáé áðü ôçí Üíïäï. Ï óõóóùñåõôÞò äéáôçñåß áñíçôéêÞ ôçí êÜèïäï êáé èåôéêÞ ôçí Üíïäï. Ìå ôï üñãáíï ìåôñÞóåùò ìðïñïýìå íá ðáñáêïëïõèÞóïìå ôï ñåýìá.

206

Ðéèáíüí íá Ý÷åôå äåé óùëÞíåò êåíïý, üðùò áõôüò ôïõ ó÷Þìáôïò 9-8 óå Ýíá ñáäéüöùíï, ìßá ôçëåüñáóç Þ ìåñéêÝò Üëëåò çëåêôñïíéêÝò åöáñìïãÝò. Ç êÜèïäïò óõíäÝåôáé ìå ôïí áñíçôéêü ðüëï ôïõ óõóóùñåõôÞ êáé Ýôóé, üôáí ï óùëÞíáò âñßóêåôáé óå ëåéôïõñãßá, Ý÷åé áñíçôéêü öïñôßï. Ç Üíïäïò, ðïõ Ý÷åé óõíäåèåß ìå ôï èåôéêü ðüëï, åßíáé èåôéêÞ. ¸íá áðü ôá êõêëþìáôá óõíäÝåé ôï óõóóùñåõôÞ Á ìå Ýíá óõñìÜôéíï åëáôÞñéï, ðïõ åñõèñïðõñþíåôáé êáé áêôéíïâïëåß, üôáí äéáññÝåôáé áðü ñåýìá. Óôçí ðñÜîç áõôü ôï èåñìáéíüìåíï åëáôÞñéï ìïéÜæåé ìå åêåßíá ðïõ óõíáíôþíôáé óôéò çëåêôñéêÝò øçóôéÝñåò êáé ôá çëåêôñéêÜ óßäåñá. ¼ôáí áõôÜ äéáññÝïíôáé áðü ñåýìá, åêðÝìðïõí êõñßùò èåñìéêÞ åíÝñãåéá. Ï äéáêüðôçò óôï êýêëùìá ìáò äéåõêïëýíåé íá Ý÷ïìå åßôå Ýíá áíïéêôü êýêëùìá, üðùò óôï ó÷Þìá 9-7á, åßôå Ýíá êëåéóôü, üðùò óôï ó÷Þìá 9-7â. Áò ïíïìÜóïìå ôï êýêëùìá, ðïõ ðåñéëáìâÜíåé ôï üñãáíï ìåôñÞóåùò êáé ôï óõóóùñåõôÞ Â, êýñéï êýêëùìá. Ôï üñãáíï ìåôñÞóåùò óôï ó÷Þìá 9-7á äåß÷íåé üôé äåí êõêëïöïñåß ñåýìá óôï êýêëùìá. Êáé âÝâáéá áõôü äåí ìáò åêðëÞóóåé, ãéáôß ôï êýêëùìá åßíáé áíïéêôü áíÜìåóá óôçí êÜèïäï êáé ôçí Üíïäï. Ôþñá áò êëåßóïìå ôï äéáêüðôç óôï êýêëùìá ìå ôï óõóóùñåõôÞ, þóôå íá äéÝëèåé ñåýìá áðü ôç èåñìáéíüìåíç áíôßóôáóç ôçò êáèüäïõ. Ç èåñìüôçôá áðü áõôÞí ôçí áíôßóôáóç èá áíáãêÜóåé ôçí êÜèïäï íá èåñìáíèåß êáé ðéèáíüí íá óõìâåß êÜôé åíôõðùóéáêü. ¼ôáí ç êÜèïäïò èåñìáíèåß ôï ñåýìá áñ÷ßæåé íá êõêëïöïñåß óôï êõñßùò êýêëùìá, áí êáé ôï êõñßùò êýêëùìá öáßíåôáé üôé åßíáé áêüìç áíïéêôü. Ãéáôß óõìâáßíåé áõôü; Ç õðüèåóç ðïõ äéáôõðþóáìå óýìöùíá ìå ôçí ïðïßá ôá Üôïìá áðïôåëïýíôáé áðü ðñùôüíéá êáé çëåêôñüíéá, åßíáé äõíáôüí íá ìáò äþóåé êáé ðÜëé ìßá áðÜíôçóç. ¼ôáí ç êÜèïäïò åßíáé æåóôÞ, ôá çëåêôñüíéá ðïõ âñßóêïíôáé óôçí åðéöÜíåéÜ ôçò áðïêôïýí áñêåôÞ êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, ðïõ ôá âïçèÜ íá áðïóðáóèïýí. Ìüëéò ãßíåé áõôü, Ýëêïíôáé áðü ôï èåôéêü çëåêôñüäéï, ôçí Üíïäï, êáé êáôåõèýíïíôáé ìÝóá áðü ôï êåíü ðñïò áõôÞ. ¸ôóé ôï çëåêôñéêü ñåýìá áíáãêÜæåôáé íá êõêëïöïñÞóåé ìÝóá áðü ôï êåíü. Ç óõíÝ÷åéá ôïõ êõêëþìáôïò áðïêáèßóôáôáé áðü Ýíá ñåýìá çëåêôñïíßùí, ðïõ êéíåßôáé áíÜìåóá óôç èåñìÞ êÜèïäï êáé ôçí Üíïäï. ÕðÜñ÷åé êáé Ýíá Üëëï, ó÷åôéêÜ áíÜëïãï, ðåßñáìá, ðïõ ìðïñåß íá äþóåé åðß ðëÝïí åíäåßîåéò êáé ðëçñïöïñßåò ãéá ôá çëåêôñüíéá. Èá ôï

Ó×ÇÌÁ 9-8. Óôïõò óùëÞíåò êåíïý, üðùò ï åéêïíéæüìåíïò, ôá çëåêôñüíéá ìðïñïýí íá äéáó÷ßóïõí ôï ó÷åäüí êåíü äéÜóôçìá.

ðáñáêïëïõèÞóïìå óôç óõíÝ÷åéá. ¸íáò ãõÜëéíïò óùëÞíáò, ôïí ïðïßï åßíáé äõíáôüí íá ãåìßóïìå ìå êÜðïéï áÝñéï óå äéÜöïñåò ñõèìéæüìåíåò ðéÝóåéò, åöïäéÜæåôáé ìå çëåêôñüäéá, þóôå íá ìðïñåß íá äçìéïõñãçèåß ìßá äéáöïñÜ äõíáìéêïý 10.000 âïëô êáôÜ ìÞêïò ôïõ. Ôïðïèåôïýìå óôï óùëÞíá Ýíá áÝñéï, üðùò ôï íÝï. Áí åöáñìüóïìå õøçëÞ ôÜóç óôá Üêñá ôïõ óùëÞíá, ôï áÝñéï èá áñ÷ßóåé íá äéåõêïëýíåé ôçí êõêëïöïñßá ôïõ ñåýìáôïò, áðü ôç óôéãìÞ ðïõ ç ðßåóÞ ôïõ èá ìåéùèåß óôçí 0,01 áôìüóöáéñá. Ìüëéò áñ÷ßóåé ç êõêëïöïñßá ôïõ ñåýìáôïò, ï óùëÞíáò áêôéíïâïëåß ìå ôï ãíþñéìï ÷ñþìá ôïõ áåñßïõ áõôïý. Áí ÷ñçóéìïðïéçèåß ãéá ôï ðåßñáìá Üëëï áÝñéï, ôï ÷ñþìá èá åßíáé äéáöïñåôéêü, áëëÜ êáôÜ ôá Üëëá ç óõìðåñéöïñÜ èá åßíáé ßäéá (ó÷. 99). Áí ç ðßåóç ìåéùèåß áêüìç ðåñéóóüôåñï, èá ãßíåé ðåñßðïõ 10-6 áôìüóöáéñåò, ç ëÜìøç áðü ôï áÝñéï åîáöáíßæåôáé, áëëÜ ç áêôéíïâïëßá öèïñéóìïý áðü ôá ãõÜëéíá ôïé÷þìáôá ôïõ óùëÞíá ðáñáìÝíåé. Ôá ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ç áêôéíïâïëßá öèïñéóìïý ïöåßëåôáé åßôå óå ñåýìá óùìáôéäßùí åßôå óå öùôåéíÝò áêôßíåò, ðïõ îåêéíïýí áðü ôï áñíçôéêü çëåêôñüäéï. Áõôü öáßíåôáé óáöÝóôáôá óôï óùëÞíá ôïõ Crookes, ðïõ âëÝðåôå óôï ó÷Þìá 9-10. Ï ìåôáëëéêüò óôáõñüò äéáêüðôåé ôï ñåýìá êáé äçìéïõñãåßôáé ìßá óêéÜ åðÜíù óôï öáñäý

207

Ó×ÇÌÁ 9-9. Ôá áÝñéá óå ÷áìçëÝò ðéÝóåéò (ðåñßðïõ 0,01 atm) áêôéíïâïëïýí, áí åêôåèïýí óå õøçëÞ ôÜóç. Áðü áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ, ôá áÝñéá ðïõ áêôéíïâïëïýí åßíáé áôìïß áðü õäñÜñãõñï, íÝï, áñãü êáé Þëéï.

Üêñï ôïõ óùëÞíá. ¸÷åé áðïäåé÷èåß üôé ôÝôïéá ñåýìáôá áêïëïõèïýí åõèåßá ãñáììÞ áðü ôçí êÜèïäï ðñïò ôï áñíçôéêü çëåêôñüäéï. ÔåëéêÜ áõôü ôï ñåýìá áðïôåëåßôáé áðü óùìáôßäéá Þ öùôåéíÝò áêôßíåò; Ï óùëÞíáò åêêåíþóåùò ôïõ ó÷Þìáôïò 9-11 ìáò äßíåé ìßá áðÜíôçóç. Ìßá öèïñßæïõóá ïèüíç ôïðïèåôçìÝíç êáôÜ ìÞêïò ìÝóá óôï óùëÞíá êáèéóôÜ ïñáôü ôï ñåýìá ôùí óùìáôéäßùí. Óôï ó÷Þìá 9-11á öáßíåôáé ôï ñåýìá ðïõ äéáó÷ßæåé ôï óùëÞíá óå åõèåßá ãñáììÞ. Óôï ó÷Þìá 9-11â, Ýíáò ìáãíÞôçò Ý÷åé ðëçóéÜóåé ôï óùëÞíá. Ïé ðüëïé ôïõ ìáãíÞôç Ý÷ïõí ôïðïèåôçèåß Ýôóé, þóôå ôï ñåýìá íá õðï÷ñåþíåôáé íá äéÝëèåé ìÝóá áðü ôï ìáãíçôéêü ðåäßï. Ðåäßï ðïõ äçìéïõñãåßôáé áðü Ýíáí ìáãíÞôç ïíïìÜæïìå åêåßíç ôçí ðåñéï÷Þ ôïõ ÷þñïõ ãýñù áðü ôïõò äýï ðüëïõò, üðïõ ï ìáãíÞôçò áóêåß ôç ÷áñáêôçñéóôéêÞ ôïõ äýíáìç. Åßíáé ðéèáíüí íá ãíùñßæåôå ôçí åðßäñáóç åíüò ìáãíçôéêïý ðåäßïõ åðÜíù óå ïðïéïíäÞðïôå Üëëï ìáãíÞôç, ðïõ åéóÝñ÷åôáé óå

Ó×ÇÌÁ 9-10. Ç óêéÜ, ðïõ ïöåßëåôáé óôï ìåôáëëéêü óôáõñü ìÝóá óôï óùëÞíá ôïõ Crookes (åðÜíù), äåß÷íåé üôé ôï ñåýìá ðïõ äçìéïõñãåß ôç öèïñßæïõóá ëÜìøç èá ðñÝðåé íá áêïëïõèåß åõèåßá ãñáììÞ áðü ôçí êÜèïäï (óôï áñéóôåñü Üêñï ôïõ óùëÞíá) ðñïò ôï öáñäý Üêñï.

208

(á)

(â)

Ó×ÇÌÁ 9-11. Ç äÝóìç ôçò êáèïäéêÞò áêôéíïâïëßáò, ãßíåôáé ïñáôÞ óôçí ïèüíç ðïõ öèïñßæåé ìÝóá óôï óùëÞíá êáé öáßíåôáé üôé áêïëïõèåß åõèåßá ãñáììÞ (á). ¼ôáí Ýíáò ìáãíÞôçò ðëçóéÜóåé ôï óùëÞíá (â), ç äÝóìç åêôñÝðåôáé.

áõôü. Ðéï ó÷åôéêü ìå ôï èÝìá áõôü åßíáé ôï ãåãïíüò üôé Ýíá ìáãíçôéêü ðåäßï áóêåß ìßá äýíáìç åðÜíù óå ïðïéïäÞðïôå öïñôéóìÝíï óùìáôßäéï, ðïõ åéóÝñ÷åôáé êáèþò êéíåßôáé óå áõôü. ¼ðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 9-11â, ôï ñåýìá ôùí óùìáôéäßùí åêôñÝðåôáé áðü ôï ìáãíÞôç. Èá ðñÝðåé ëïéðüí íá áðïôåëåßôáé áðü öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá. Ïé öùôåéíÝò áêôßíåò äåí åßíáé äõíáôüí íá åêôñáðïýí ìå áõôüí ôïí ôñüðï. Áí ôï ìáãíçôéêü ðåäßï áíôéêáôáóôáèåß áðü Ýíá çëåêôñéêü ðåäßï, èá Ý÷ïìå êáé ðÜëé åêôñïðÞ ôïõ ñåýìáôïò ôùí óùìáôéäßùí. ¸íá çëåêôñéêü ðåäßï, üðùò åßíáé äõíáôüí íá õðïèÝóåôå ýóôåñá áðü üóá áíáöÝñèçêáí ãýñù áðü ôï ìáãíçôéêü ðåäßï, äçìéïõñãåßôáé óôï äéÜóôçìá áíÜìåóá óôéò äýï çëåêôñéêÜ öïñôéóìÝíåò ðëÜêåò. Êáé áõôü, üðùò êáé ôï ìáãíçôéêü ðåäßï, áóêåß ìßá äýíáìç åðÜíù óå êÜèå öïñôéóìÝíï óùìáôßäéï ðïõ åéóÝñ÷åôáé óå áõôü. Ç äéåýèõíóç êáôÜ ôçí ïðïßá áóêåßôáé ç äýíáìç åîáñôÜôáé áðü ôï áí ôï öïñôßï ôïõ óùìáôéäßïõ ðïõ åéóÝñ÷åôáé åßíáé èåôéêü Þ áñíçôéêü (ó÷. 9-12). ÐåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé (ôï ñåýìá) ç ñïÞ ôùí óùìáôéäßùí ðïõ Ý÷åé ðåñéãñáöåß, åêôñÝðåôáé ðñïò ôç èåôéêÜ öïñôéóìÝíç ðëÜêá. Áõôü áðïäåéêíýåé üôé ôï ñåýìá áðïôåëåßôáé áðü áñíçôéêþò öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá. Åßíáé öáíåñü üôé áõôÜ ôá óùìáôßäéá åßíáé ôá çëåêôñüíéá, üðùò êáé åß÷áìå õðïèÝóåé ðñïçãïõìÝíùò. Ôá ðåñéóóüôåñá áðü üóá Ýãéíáí ãíùóôÜ ìÝ÷ñé ôþñá ãéá ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí çëåêôñïíßùí ìðïñïýí íá åöáñìïóèïýí óôç óõóêåõÞ, ðïõ

ïíïìÜæåôáé êáèïäéêüò óùëÞíáò Þ óùëÞíáò êáèïäéêÞò áêôéíïâïëßáò. Óôï ó÷Þìá 9-13 õðÜñ÷åé ôï äéÜãñáììá åíüò ôÝôïéïõ óùëÞíá. Êáé åäþ ãéá ôç äçìéïõñãßá çëåêôñïíßùí ÷ñçóéìïðïéåßôáé ìßá èåñìáéíüìåíç êÜèïäïò. Ç Üíïäïò Ý÷åé ìßá ïðÞ, þóôå íá äéÝñ÷åôáé ìÝóá áðü áõôÞí, óå åõèåßá ãñáììÞ, ìßá óôåíÞ äÝóìç

(á)

(â)

Ó×ÇÌÁ 9-12. Ïé äÝóìåò èåôéêþí Þ áñíçôéêþí óùìáôéäßùí åêôñÝðïíôáé áðü Ýíá çëåêôñéêü ðåäßï ðñïò ôçí áíôßèåôç êáôåýèõíóç.

209

ÊÜèïäïò åðéêáëõììÝíç ìüíï óôï åìðñüóèéï Üêñï

ÐëÜêåò ãéá ôçí ïñéæüíôéá åêôñïðÞ

ÐëÜêåò ãéá ôçí êáôáêüñõöç åêôñïðÞ ôùí çëåêôñïíßùí

ôùí çëåêôñïíßùí

Öèïñßæïõóåò ÷çìéêÝò ïõóßåò óôçí åóùôåñéêÞ åðéöÜíåéá ôïõ óùëÞíá

ÐëÝãìá

Ðñþôç Üíïäïò

Äåýôåñç Üíïäïò

Ó×ÇÌÁ 9-13. ÄéÜãñáììá åíüò óùëÞíá êáèïäéêÞò áêôéíïâïëßáò.

çëåêôñïíßùí. ÔåëéêÜ, ç äÝóìç óõíáíôÜ ôç öèïñßæïõóá ïèüíç óôï ðëáôý Üêñï ôïõ óùëÞíá, üðïõ êáé äçìéïõñãåß ìßá öùôåéíÞ êçëßäá. Êáèþò ç äÝóìç ôùí çëåêôñïíßùí êáôåõèýíåôáé áðü ôçí Üíïäï óôçí ïèüíç, õðï÷ñåþíåôáé íá ðåñÜóåé áíÜìåóá áðü äýï æåýãç ìåôáëëéêþí ðëáêþí, ðïõ ïíïìÜæïíôáé ðëÜêåò åêôñïðÞò. Åöáñìüæïíôáò Ýíá çëåêôñéêü ðåäßï ìÝóá áðü áõôÝò ôéò ðëÜêåò óôç äÝóìç, ìðïñïýìå íá ôçí åêôñÝøïìå åßôå êáôáêüñõöá åßôå ïñéæüíôéá. ÊáôÜ óõíÝðåéá, êáé ç èÝóç ôçò êçëßäáò óôçí ïèüíç ìðïñåß íá ìåôáêéíçèåß. Áí õðïèÝóïìå üôé åöáñìüæåôáé óôéò ðëÜêåò åêôñïðÞò êÜðïéï çëåêôñéêü ñåýìá, ôïõ ïðïßïõ ìåôáâÜëëåôáé ç äéåýèõíóç Þ ç Ýíôáóç Þ êáé ôá äýï (äçëáäÞ Ýíá åíáëëáóóüìåíï ñåýìá), ôüôå ç åéêüíá ðïõ äçìéïõñãåßôáé áðü ôçí êçëßäá åðÜíù óôçí ïèüíç èá äåß÷íåé ìå áêñßâåéá ðþò ìåôáâÜëëåôáé ôï ñåýìá. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï Ýíáò óùëÞíáò êáèïäéêÞò áêôéíïâïëßáò åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèåß, ãéá íá ðñïóäéïñßæïíôáé çëåêôñéêÜ “óÞìáôá”. Ìå ìßá åëáöñÜ ôñïðïðïéçìÝíç ìïñöÞ ï êáèïäéêüò óùëÞíáò ÷ñçóéìïðïéåßôáé óôéò ôçëåïðôéêÝò ïèüíåò.

9.6 Ôï öïñôßï êáé ç ìÜæá ôïõ çëåêôñïíßïõ. ÁíáöÝñèçêå ðñïçãïõìÝíùò üôé ìßá äÝóìç çëåêôñïíßùí åêôñÝðåôáé, áí ðåñÜóåé ìÝóá áðü Ýíá çëåêôñéêü Þ ìáãíçôéêü ðåäßï. Ç áêôßíá ôçò êáìðýëçò ôñï÷éÜò ðïõ äéáãñÜöåé ç äÝóìç, üôáí åêôñÝðåôáé, åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèåß ìå ìåãÜëç

áêñßâåéá. ÁõôÞ ç ìÝôñçóç ìáæß ìå Üëëá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá, üðùò åßíáé ç Ýíôáóç ôïõ ìáãíçôéêïý ðåäßïõ, ìÝóá áðü ôï ïðïßï äéÝñ÷åôáé ç äÝóìç ôùí çëåêôñïíßùí ÷ñçóéìåýïõí ãéá ôïí õðïëïãéóìü åíüò ðïëý óçìáíôéêïý áñéèìïý. Ï áñéèìüò áõôüò éóïäõíáìåß ìå ôï ëüãï ôïõ öïñôßïõ (e) åíüò çëåêôñïíßïõ ðñïò ôç ìÜæá ôïõ (m). Ìüíïí áõôüò ï ëüãïò (e/m) ìðïñåß íá õðïëïãéóèåß áðü áõôü ôï ðåßñáìá, ãéáôß ôï ìÝãåèïò ôçò êáìðõëüôçôáò ôçò ôñï÷éÜò åðçñåÜæåôáé ôáõôü÷ñïíá êáé áðü ôï öïñôßï (e) êáé ôç ìÜæá (m) êáé ü÷é áðü ôï êáèÝíá îå÷ùñéóôÜ, åíþ äåí ìðïñåß íá õðïëïãéóèåß áðü êÜðïéá ìáèçìáôéêÞ åðåîåñãáóßá ôùí äåäïìÝíùí. Ç ôéìÞ ðïõ Ý÷åé õðïëïãéóèåß ãéá ôï e/m åßíáé 1,759 x 108 coulombs áíÜ ãñáììÜñéï (ôï coulomb åßíáé ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ôïõ çëåêôñéêïý öïñôßïõ). Ôá ðåéñÜìáôá ðïõ åðéâåâáßùóáí ôçí áñéèìçôéêÞ ôéìÞ ôïõ e/m áðåôÝëåóáí ôçí ðñþôç éó÷õñÞ Ýíäåéîç ãéá ôçí ýðáñîç ôùí çëåêôñïíßùí. Ç óçìáóßá ôùí ðåéñáìÜôùí áíáãíùñßóèçêå óýíôïìá êáé ÷Üñéóå ôéìÝò, üðùò êáé ôïí ôßôëï ôïõ éððüôç, óôïí åðéóôÞìïíá ðïõ ôá åß÷å åìðíåõóèåß, ôïí Óåñ J.J. Thomson. Áöïý ðñïóäéïñßóèçêå ç áñéèìçôéêÞ ôéìÞ ôïõ e/m, Þôáí ðéá öáíåñü üôé, áí ðñïóäéïñéæüôáí ÷ùñéóôÜ ôï Ýíá áðü ôï Üëëï, äçëáäÞ ôï e áðü ôï m, èá ãéíüôáí áìÝóùò ãíùóôÝò ïé ôéìÝò êáé ôùí äýï, ôïõ e êáé ôïõ m. Ôï 1906, ôï ßäéï Ýôïò êáôÜ ôï ïðïßï ï Thomson ôéìÞèçêå ìå ôï âñáâåßï Íüìðåë ãéá ôçí åñãáóßá ôïõ, Ýíáò Áìåñéêáíüò öõóéêüò, ï Robert Millikan, âñÞêå Ýíáí ôñüðï íá ìåôñÞóåé ôï öïñôßï ôïõ çëåêôñïíßïõ. Ôï äéÜãñáììá ôçò óõóêåõÞò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå ãé’ áõôü ôï ðåßñáìá

210

Robert Andrews Millikan (1868 - 1953)

O Robert Millikan ðÞñå ôï äéäáêôïñéêü ôïõ äßðëùìá áðü ôï ÐáíåðéóôÞìéï Êïëïýìðéá ôï 1895, ôï ßäéï Ýôïò êáôÜ ôï ïðïßï ï Roentgen áíáêÜëõøå ôéò áêôßíåò ×. Åíþ åñãáæüôáí ùò åñåõíçôÞò óå ìßá ðåñßïäï, üðïõ ï åðéóôçìïíéêüò êüóìïò åóåßåôï áðü ìåãÜëåò áíáêáëýøåéò, åíäéáöÝñèçêå êõñßùò ãéá ôï Ýñãï ôïõ J.J. Thomson, äçëáäÞ ôç ìÝôñçóç ôïõ ëüãïõ öïñôßï ðñïò ìÜæá ôùí çëåêôñïíßùí. Ï Thomson ìáæß ìå Ýíáí Üëëï ¢ããëï åðéóôÞìïíá, ðïõ ïíïìáæüôáí Townsend, åß÷áí ðñáãìáôïðïéÞóåé ìåôñÞóåéò ôïõ öïñôßïõ åíüò çëåêôñïíßïõ óôá ôÝëç ôïõ 1890, ìå ôç ìåëÝôç ôçò óõìðåñéöïñÜò öïñôéóìÝíùí óôáãïíéäßùí íåñïý. Ç åñãáóßá ôïõò äåí Þôáí ðïëý áêñéâÞò êáé ï Millikan Þôáí âÝâáéïò üôé Ýíáò ðáñÜãïíôáò ðïõ äõóêüëåõå ôï Ýñãï ôïõò Þôáí ç åîÜôìéóç ôïõ íåñïý, êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí ðåéñáìÜôùí ôïõò.

Ôï 1909 ï Millikan áíÝðôõîå ôï –ãíùóôü óÞìåñá– “ðåßñáìá óôáãïíéäßùí ëáäéïý”, ðïõ âáóßóèçêå óôç óõìðåñéöïñÜ ôùí öïñôéóìÝíùí óôáãïíéäßùí ëáäéïý ìÝóá óå Ýíá éó÷õñü çëåêôñéêü ðåäßï. Óõ÷íÜ îüäåõå ðïëëÝò þñåò, ãéá íá ðáñáôçñÞóåé Ýíá ìïíáäéêü óôáãïíßäéï ëáäéïý êáèþò êéíïýíôáí äéÜ ìÝóïõ ôçò óõóêåõÞò ôïõ. ¼ôáí ôá ðåéñÜìáôÜ ôïõ ïëïêëçñþèçêáí, Þôáí óå èÝóç íá õðïëïãßóåé ôï öïñôßï åíüò çëåêôñïíßïõ^ åðßóçò åðéâåâáßùóå, ðÝñá áðü êÜèå áìöéâïëßá, üôé ôï öïñôßï áõôü Þôáí ìéá óôïé÷åéþäçò ìïíÜäá çëåêôñéóìïý. ÌåôÜ ôçí åñãáóßá ôïõ åðÜíù óôï öïñôßï åíüò çëåêôñïíßïõ, Ýóôñåøå ôçí ðñïóï÷Þ ôïõ óôï öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï, êáôÜ ôï ïðïßï ôï öùò áðåëåõèåñþíåé çëåêôñüíéá áðü ôçí åðéöÜíåéá ôùí ìåôÜëëùí. Ùò åðéâñÜâåõóç áõôÞò ôçò åñãáóßáò, êáèþò êáé ôçò ðñïçãïýìåíçò åðÜíù óôï öïñôßï ôïõ çëåêôñïíßïõ, ôéìÞèçêå ìå ôï âñáâåßï Íüìðåë ôï 1923. ÁöÞíïíôáò ôï ÐáíåðéóôÞìéï ôïõ ÓéêÜãïõ ôï 1921, ðÞãå óôï Ôå÷íïëïãéêü Éíóôéôïýôï ôçò Êáëéöüñíéáò, üðïõ ùò ðñüåäñïò ôçò ÅêôåëåóôéêÞò ÅðéôñïðÞò ôçò Ó÷ïëÞò ôç âïÞèçóå, þóôå íá êáôáóôåß Ýíá áðü ôá êáëýôåñá åðéóôçìïíéêÜ éäñýìáôá ôïõ êüóìïõ. Åðß ðïëëÝò äåêáåôßåò ôïí åäéÝöåñáí õðåñâïëéêÜ ïé êïóìéêÝò áêôéíïâïëßåò. Åñãáæüìåíïò óå áõôüí ôïí ôïìÝá áíáêÜëõøå êáé Üëëá óôïé÷åéþäç óùìáôßäéá. Áíïé÷ôüêáñäïò, óõìðáèçôéêüò êáé åíåñãçôéêüò Üíèñùðïò óå üëç ôç æùÞ ôïõ ï Robert Millikan, Þôáí ìéá ðçãÞ åìðíåýóåùò ãéá üóïõò ôïí ãíþñéóáí. Ç óõíåéóöïñÜ ôïõ óôïí ôïìÝá ôçò áôïìéêÞò öõóéêÞò ìáò âïÞèçóå, þóôå íá Ý÷ïìå óÞìåñá ôüóåò ðïëëÝò ãíþóåéò ãýñù áðü ôç äïìÞ ôçò ýëçò.

211

öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 9-14. ÌéêñïóêïðéêÜ óôáãïíßäéá ëáäéïý Þ êÜðïéïõ Üëëïõ õãñïý øåêÜæïíôáé áðü ôï åðÜíù ìÝñïò ôçò óõóêåõÞò. ÌåñéêÜ óôáãïíßäéá ðåñíïýí ìÝóá áðü ìßá ìéêñÞ ïðÞ óôï èÜëáìï, ðïõ âñßóêåôáé áðü êÜôù. ¸íá óôáãïíßäéï ëáäéïý, åßíáé ðïëý ðéèáíüí êáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ íá öïñôéóèåß áðü ôçí ôñéâÞ êáé íá êåñäßóåé Þ íá ÷Üóåé Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá çëåêôñüíéá. Ìüëéò Ýíá óôáãïíßäéï ëáäéïý åéóÝëèåé óôïí êÜôù èÜëáìï, åöáñìüæåôáé ìßá ôÜóç óôéò ìåôáëëéêÝò ðëÜêåò. Áí ôï óôáãïíßäéï åßíáé öïñôéóìÝíï åßíáé äõíáôüí íá óôáìáôÞóåé åíôåëþò ç ðôþóç ôïõ üôáí ñõèìßóïìå ôçí ôÜóç Ýôóé þóôå íá áóêçèåß ðÜíù óôï öïñôéóìÝíï óôáãïíßäéï ìßá áíïäéêÞ çëåêôñéêÞ äýíáìç, ßóç êáé áíôßèåôç ìå ôçí (ðñïò ôá êÜôù) äýíáìç ôçò âáñýôçôáò. Ï Millikan ðñáãìáôïðïßçóå ÷éëéÜäåò ðñïóäéïñéóìïýò öïñôßïõ óå óôáãïíßäéá ëáäéïý, ãëõêåñßíçò êáé õäñáñãýñïõ. Ôï öïñôßï ôïõ óôáãïíéäßïõ Þôáí Üëëëïôå èåôéêü êáé Üëëïôå áñíçôéêü, áëëÜ ðÜíôá ôï ìÝãåèüò ôïõ Þôáí êÜðïéï

áêÝñáéï ðïëëáðëÜóéï ôïõ 1,602 x 10–19 coulomb. Óå êáìéÜ ðåñßðôùóç ôï öïñôßï äåí Þôáí ëéãüôåñï Þ ðåñéóóüôåñï áðü áõôü. Ôá ðåéñÜìáôá áõôÜ äåß÷íïõí ìå óáöÞíåéá üôé ç óôïé÷åéþäçò ìïíÜäá çëåêôñéóìïý ðñÝðåé íá åßíáé Ýíá öïñôßï ßóï ìå 1,602 x 10–19 coulomb. Aí ôï çëåêôñüíéï åßíáé ï öïñÝáò áõôÞò ôçò óôïé÷åéþäïõò ìïíÜäáò çëåêôñéóìïý (üðùò ðéóôåýïõí ïé åðéóôÞìïíåò), ç ôéìÞ ôïõ öïñôßïõ ôïõ çëåêôñïíßïõ èá åßíáé 1,602 x 10–19 coulomb. Tþñá ðéá ôï öïñôßï ôïõ çëåêôñïíßïõ ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïéçèåß êáé ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôçò ìÜæáò ôïõ. Áðü ôï ëüãï e/m = 1,759 x 108 coulomb/g õðïëïãßæåôáé ç ìÜæá ôïõ çëåêôñïíßïõ ìå ôïí áêüëïõèï ôñüðï:

ØåêáóôÞñáò

ÕøçëÞ ôÜóç

Äýíáìç ôçò Ïðôéêüò óùëÞíáò

âáñýôçôáò

ÐçãÞ öùôüò ãéá ôï öùôéóìü ôçò óôáãüíáò

ÇëåêôñéêÞ äýíáìç

Ó×ÇÌÁ 9-14. Óôáãïíßäéá ëáäéïý ðÝöôïõí ìÝóá áðü ìßá ïðÞ óôï èåôéêü çëåêôñüäéï. ÊÜèå óôáãïíßäéï öÝñåé ìüíï Ýíá çëåêôñüíéï Þ ìßá ìéêñÞ ðåñßóóåéá çëåêôñïíßùí (n). Áí ìåôñÞóïìå ôçí ôÜóç ðïõ åßíáé áðáñáßôçôç ãéá íá óôáìáôÞóåé ç ðñïêáëïýìåíç áðü ôç âáñýôçôá ðñïò ôá êÜôù êßíçóç ôïõ óôáãïíéäßïõ, ìðïñåß íá õðïëïãéóèåß ôï óõíïëéêü öïñôßï (n öïñÝò ôï öïñôßï ôïõ åíüò çëåêôñïíßïõ).

212

9.7 Ðþò ìÝôñçóå ï Thomson ôï ëüãï e/m. Óôçí ðáñÜãñáöï áõôÞ èá ðåñéãñáöåß ìå ëåðôïìÝñåéá ðþò ìÝôñçóå ï ìåãÜëïò Âñåôáíüò åðéóôÞìïíáò J.J. Thomson ôï ëüãï ôïõ öïñôßïõ e ðñïò ôç ìÜæá m ôïõ çëåêôñïíßïõ. Ôï ðåßñáìá áõôü åßíáé Ýíá áðü åêåßíá ðïõ áðåôÝëåóáí ïñüóçìï óôç óýã÷ñïíç åðéóôÞìç. ¼ôáí ôï áðïôÝëåóìá ôïõ Ôhomson ãéá ôï e/m óõíäõÜóèçêå ìå ôç ôéìÞ ôïõ öïñôßïõ e, ðïõ ìåôñÞèçêå áðü ôïí Áìåñéêáíü öõóéêü Robert Andrews Millikan, Ýãéíå ãíùóôÞ ç ðñáãìáôéêÞ ìÜæá ôïõ çëåêôñïíßïõ. Ç âÜóç ôïõ ðåéñÜìáôïò ôïõ Thomson åßíáé ôï ãåãïíüò üôé, áí Ýíá öïñôéóìÝíï óùìáôßäéï êéíïýìåíï óå åõèåßá ãñáììÞ åéóÝëèåé óå Ýíá ïìïãåíÝò ìáãíçôéêü ðåäßï, èá äéáãñÜøåé êõêëéêÞ ôñï÷éÜ (ó÷. 9-15). Ç áêôßíá r ôïõ êýêëïõ, óôï ïðïßï èá êéíçèåß, êáèïñßæåôáé áðü ôéò áêüëïõèåò ôÝóóåñéò ðïóüôçôåò: 1. H Ýíôáóç ôïõ ìáãíçôéêïý ðåäßïõ, ðïõ óõìâïëßæåôáé ìå Â. ¼óï éó÷õñüôåñï åßíáé ôï ðåäßï, ôüóï ìåãáëýôåñç åßíáé êáìðõëüôçôá ôçò ôñï÷éÜò. ¼óï áõîÜíåôáé ôï Â, ôï r åëáôôþíåôáé. Ôï r åßíáé áíÜëïãï ôïõ 1/Â. 2. Ôï öïñôßï ôïõ óùìáôéäßïõ. ¼óï ìåãáëýôåñï åßíáé ôï öïñôßï ôïõ e, ôüóï ìéêñüôåñïò èá åßíáé ï êýêëïò, óôïí ïðïßï èá êéíçèåß. ¼óï áõîÜíåôáé ôï e, ôï r åëáôôþíåôáé. Ôï r åßíáé

r

e-

Íüôéïò ðüëïò ôïõ ìáãíÞôç

Âüñåéïò ðüëïò ôïõ ìáãíÞôç

Ó×ÇÌÁ 9-15. ¸íá öïñôéóìÝíï óùìáôßäéï, üðùò ôï çëåêôñüíéï, ðïõ åéóÝñ÷åôáé óå ïìïãåíÝò ìáãíçôéêü ðåäßï ìå êáôåýèõíóç êÜèåôç ðñïò áõôÞí ôïõ ðåäßïõ èá äéáãñÜøåé êõêëéêÞ ôñï÷éÜ.

áíÜëïão ôïõ 1/e. 3. Ôçí ôá÷ýôçôá õ ôïõ óùìáôéäßïõ. ¼óï ôá÷ýôåñá êéíåßôáé Ýíá óùìáôßäéï, ôüóï ëéãüôåñï ìðïñåß íá åêôñáðåß áðü Ýíá äåäïìÝíï ìáãíçôéêü ðåäßï. ¼óï áõîÜíåôáé ôï õ, áõîÜíåôáé ôï r. Ôï r åßíáé áíÜëïãï ôïõ õ. 4. Ôç ìÜæá m ôïõ óùìáôéäßïõ. ¼óï ìåãáëýôåñç ìÜæá Ý÷åé Ýíá óùìáôßäéï, ôüóï ëéãüôåñï åêôñÝðåôáé áðü Ýíá äåäïìÝíï ðåäßï. Áõîáíáíüìåíï ôï m, áõîÜíåôáé ôï r. Ôï r åßíáé áíÜëïãï ôïõ m. ¼ôáí óõíäõáóèïýí áõôÜ ôá ôÝóóåñá ìåãÝèç, êáôáëÞãïìå óôçí áêüëïõèç åîßóùóç, ç ïðïßá äåß÷íåé ôçí åîÜñôçóç ôçò áêôßíáò ôçò êõêëéêÞò ôñï÷éÜò áðü áõôÜ: (1)

Åßíáé óáöÝò üôé, áí åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèïýí ôá r, õ êáé Â, ôüôå ìðïñåß íá õðïëïãéóèåß ï ëüãïò e/m, ãéáôß ôñïðïðïéþíôáò ôçí áíùôÝñù åîßóùóç ëáìâÜíïìå ôçí áêüëïõèç: (2)

Óôï ðñáãìáôéêü ðåßñáìá, Ýíá ñåýìá çëåêôñïíßùí, ðïõ äçìéïõñãåßôáé áðü Ýíá èåñìü íÞìá êáé åðéôá÷ýíåôáé áðü ìßá õøçëÞ ôÜóç, äéÝñ÷åôáé ìÝóá áðü Ýíá ïìïãåíÝò ìáãíçôéêü ðåäßï, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 9-16 Aí äåí õðÜñ÷åé ðåäßï, ç äÝóìç ôùí çëåêôñïíßùí èá ðñïóðÝóåé óôç öèïñßæïõóá ïèüíç, óôï óçìåßï Á. ¼ôáí äçìéïõñãçèåß ðåäßï, ç äÝóìç åêôñÝðåôáé êáôÜ áðüóôáóç d êáé ðñïóêñïýåé óôçí ïèüíç óôï óçìåßï Â. Ç ôñï÷éÜ ðïõ áêïëïõèïýí ôá çëåêôñüíéá ìÝóá áðü ôï ìáãíçôéêü ðåäßï åßíáé Ýíá ôüîï êýêëïõ ìå áêôßíá r. Áðü ôç ìåôñçèåßóá áðüêëéóç d êáé ôéò äéáóôÜóåéò ôçò óõóêåõÞò åßíáé åýêïëï íá õðïëïãéóèåß áõôÞ ç áêôßíá r. Ç Ýíôáóç (Â) ôïõ ìáãíçôéêïý ðåäßïõ åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèåß áíåîÜñôçôá. Ôï ìüíï ðïõ ÷ñåéÜæåôáé åßíáé ç ôá÷ýôçôá õ. ÁõôÞ ðñïóäéïñßæåôáé áðü ôçí õøçëÞ ôÜóç, ðïõ åðéôÜ÷õíå ôá çëåêôñüíéá. Ôá çëåêôñüíéá ÷ñåéÜæïíôáé Ýíá ðïóü êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò ßóï ðñïò ôï öïñôßï ôïõò, ðïëëáðëáóéáóìÝíï åðß ôçí ôÜóç V ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå. ÄçëáäÞ ç êéíçôéêÞ ôïõò åíÝñãåéá åßíáé ßóç ìå e x V. Ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá

üìùò åíüò êéíïýìåíïõ óþìáôïò ïñßæåôáé 1/2 mõ2 Ðñïò áíôëßá êåíïý

Öèïñßæïõóá ïèüíç

213

Áí ôþñá áíôéêáôáóôáèåß ç ôéìÞ ôïõ õ2 áðü ôçí åîßóùóç (4) êáé óôç óõíÝ÷åéá ôñïðïðïéçèåß ç åîßóùóç, ëáìâÜíïíôáé ôá áêüëïõèá:

(5) Á

Ôþñá ôï e/m åêöñÜæåôáé åî ïëïêëÞñïõ óõíáñôÞóåé ôùí ðïóïôÞôùí, ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèïýí óôï ðåßñáìá: V (ç åðéôá÷ýíïõóá ôÜóç), r (ç êáìðõëüôçôá ôçò ôñï÷éÜò) êáé  (ôï ìáãíçôéêü ðåäßï ðïõ åöáñìüæåôáé).

ÕøçëÞ ôÜóç (á) ÏìïãåíÝò ìáãíçôéêü ðåäßï

9.8 Éüíôá óôá áÝñéá.

Á d  r

r Ôüîï êýêëïõ (ìå áêôßíá r) (â)

Ó×ÇÌÁ 9-16. Ìßá äÝóìç çëåêôñïíßùí êáôåõèýíåôáé óôï óçìåßï Á ôçò ïèüíçò, áêïëïõèþíôáò åõèåßá ãñáììÞ (á). ¼ôáí åöáñìïóèåß Ýíá ìáãíçôéêü ðåäßï, ç ôñï÷éÜ ôçò äÝóìçò åêôñÝðåôáé êáé ðñïóêñïýåé óôï óçìåßï  ôçò ïèüíçò (â).

êáé áðü ôïí ôýðï m êáé õ åßíáé áíôßóôïé÷á ç ìÜæá êáé ç ôá÷ýôçôá ôïõ óþìáôïò.¸ôóé: (3)

Áõôü ôñïðïðïéåßôáé ùò åîÞò: (4)

Áí ôåôñáãùíßóïìå êáé ôá äýï ìÝñç ôçò åîéóþóåùò (2) Ý÷ïìå:

¸÷åé ãßíåé ç õðüèåóç üôé ôá Üôïìá áðïôåëïýíôáé áðü ðñùôüíéá êáé çëåêôñüíéá þóôå ôï óõíïëéêü èåôéêü öïñôßïõ üëùí ôùí ðñùôïíßùí íá éóïäõíáìåß áêñéâþò ìå ôï óõíïëéêü áñíçôéêü öïñôßï üëùí ôùí çëåêôñïíßùí. Ãé’ áõôü ôï Üôïìï åßíáé ïõäÝôåñï. ¸÷åé üìùò áíáöåñèåß üôé ôá çëåêôñüíéá ìðïñïýí íá áðïóðáóèïýí áðü ôá Üôïìá êáé íá êéíçèïýí áíåîÜñôçôá áðü áõôÜ. ¼ôáí áðïìáêñõíèïýí çëåêôñüíéá, èá ðáñáìåßíïõí êÜðïéá Üôïìá, áðü ôá ïðïßá èá ëåßðåé Ýíá Þ ìåñéêÜ çëåêôñüíéá. ¸ôóé, áõôÜ ôá åëëéðÞ óå çëåêôñüíéá Üôïìá èá åßíáé èåôéêÜ öïñôéóìÝíá êáé èá ïíïìÜæïíôáé éüíôá Þ, åéäéêüôåñá, èåôéêÜ éüíôá. Åßíáé äõíáôüí åðßóçò íá ãßíïõí ðåéñÜìáôá, óôá ïðïßá èá áíé÷íåõèïýí èåôéêÜ éüíôá êáé èá ìåôñçèïýí ïé éäéüôçôÝò ôïõò (öïñôßï êáé ìÜæá). Ôá ðåéñÜìáôá áõôÜ åßíáé áíÜëïãá ìå áõôÜ ðïõ áíáöÝñèçêáí ó÷åôéêÜ ìå ôá çëåêôñüíéá. Ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïçèåß Ýíáò óùëÞíáò áåñßïõ åêêåíþóåùò, áíÜëïãïò ìå áõôüí ðïõ ðåñéãñÜøáìå ðñïçãïõìÝíùò, ãéáôß ïé ìåôñÞóåéò äåß÷íïõí üôé ìáæß ìå ôá çëåêôñüíéá õðÜñ÷ïõí êáé èåôéêÜ éüíôá. Åíþ ôá çëåêôñüíéá Ýëêïíôáé ðñïò Ýíá èåôéêü çëåêôñüäéï, ôá èåôéêÜ öïñôéóìÝíá éüíôá Ýëêïíôáé ðñïò ôçí áíôßèåôç êáôåýèõíóç, ðñïò ôï áñíçôéêü çëåêôñüäéï. Ôá éüíôá áõôÜ ìðïñïýí íá êáôåõèõíèïýí äéÜ ìÝóïõ ìéáò óõóêåõÞò óáí äÝóìç, áêñéâþò üðùò äçìéïõñãÞèçêå êáé óêüðåõóå ôç öèïñßæïõóá ïèüíç ç äÝóìç ôùí çëåêôñïíßùí. Ôï ó÷Þìá 9-17 äåß÷íåé Ýíá óùëÞíá åêêåíþóåùò, ðïõ ó÷åäéÜóèçêå áðü ôïí E. Goldstein ôï 1886 ãéá ôçí áíß÷íåõóç ôùí èåôéêþí éüíôùí. Åßíáé äõíáôüí ìå åêôñïðÞ ôçò äÝóìçò ôùí èåôéêþí éüíôùí óôá çëåêôñéêÜ êáé ìáãíçôéêÜ

214

¢íïäïò ÊÜèïäïò

Ó×ÇÌÁ 9-17. ÓùëÞíáò åêêåíþóåùò ôýðïõ Goldstein. Ôá èåôéêÜ éüíôá ðåñíïýí ðñïò ôá êÜôù, ìÝóá áðü ôï Üíïéãìá ôçò êáèüäïõ.

ðåäßá íá ìåôñçèïýí ôá öïñôßá êáé ïé ìÜæåò ôùí èåôéêþí éüíôùí. Ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ðåéñáìÜôùí áõôïý ôïõ ôýðïõ äåß÷íïõí äýï ðïëý óçìáíôéêÝò äéáöïñÝò, óå ó÷Ýóç ìå ôéò ìåôñÞóåéò ðïõ Ýãéíáí åðÜíù óå çëåêôñüíéá. (1) Ï ëüãïò öïñôßï/ìÜæá ôùí èåôéêþí éüíôùí áëëÜæåé, üôáí áëëÜæåé êáé ôï áÝñéï ìÝóá

óôï óùëÞíá. Áíôßèåôá, üôáí ïé ìåôñÞóåéò ôïõ e/m ãßíïíôáé óå çëåêôñüíéá, ëáìâÜíåôáé ðÜíôá ç ßäéá ôéìÞ, áíåîÜñôçôá áðü ôï áÝñéï ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé. (2) Ï ëüãïò öïñôßï/ìÜæá ãéá ôá èåôéêÜ éüíôá åßíáé ðÜñá ðïëý ìéêñüôåñïò áðü ôï e/m ãéá ôá çëåêôñüíéá. Ïé ðáñáôçñÞóåéò áõôÝò ïäçãïýí óôï óõìðÝñáóìá üôé ôá èåôéêÜ éüíôá ó÷çìáôßæïíôáé áðü Üôïìá ôïõ áåñßïõ ìÝóá óôï óùëÞíá. ÅðåéäÞ Ý÷åé èåùñçèåß üôé ôï çëåêôñéêü öïñôßï äçìéïõñãåßôáé ìå ôçí áðïìÜêñõíóç åíüò Þ ðåñéóóïôÝñùí çëåêôñïíßùí áðü Ýíá Üôïìï Þ ìüñéï, ç ôéìÞ ôïõ ëüãïõ (öïñôßï/ìÜæá) ãéá ôá èåôéêÜ éüíôá åîáñôÜôáé áðü ôï áÝñéï. ÊÜèå åßäïò áôüìïõ Þ ìïñßïõ Ý÷åé ìßá îå÷ùñéóôÞ ìÜæá. ÅðéóôÞìïíåò Ý÷ïõí êáôáóêåõÜóåé Ýíá ìç÷Üíçìá ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò ìÜæáò ôùí èåôéêþí éüíôùí, ðïõ ïíïìÜæåôáé öáóìáôïãñÜöïò ìÜæáò. ÄéÜãñáììá åíüò ôýðïõ áõôïý ôïõ ïñãÜíïõ õðÜñ÷åé óôï ó÷Þìá 9-18. Ôá èåôéêÜ éüíôá, üðùò áíáöÝñèçêå ðñïçãïõìÝíùò, åßíáé äõíáôüí íá ðáñá÷èïýí êáé íá áíáëõèïýí ìå ôç âïÞèåéá åíüò óùëÞíá åêêåíþóåùò. ÓõíÞèùò üìùò ðñïêýðôïõí ìå ôï âïìâáñäéóìü áåñßùí áðü ìßá äÝóìç çëåêôñïíßùí. Áí ôá çëåêôñüíéá âïìâáñäéóìïý Ý÷ïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá, ìðïñïýí íá åêôïðßóïõí Ýíá Þ Ðñïò êåíü ¼øç âüñåéïõ ðüëïõ

Âüñåéïò

Íüôéïò

ÈåôéêÜ éüíôá áåñßïõ íÝï

Äõíáìéêü åðéôá÷ýíóåùò ôùí çëåêôñïíßùí

ÖùôïãñáöéêÞ ðëÜêá

Äõíáìéêü åðéôá÷ýíóåùò ôùí èåôéêþí éüíôùí ôïõ áåñßïõ íÝï Ðñïò áíôëßá êåíïý

ÄÝóìç çëåêôñïíßùí Åßóïäïò áåñßïõ íÝï

Ó×ÇÌÁ 9-18. ¸íáò öáóìáôïãñÜöïò ìÜæáò äßíåé ôç äõíáôüôçôá óôïõò åðéóôÞìïíåò íá âñïõí ôéò ìÜæåò ôùí èåôéêþí éüíôùí. Óôçí ðñïêåéìÝíç ðåñßðôùóç ôï ðåßñáìá ãßíåôáé ìå ôá éüíôá ôïõ óôïé÷åßïõ íÝï: óõãêåêñéìÝíá ìåôñïýíôáé ïé êáìðýëåò ôçò ôñï÷éÜò ôïõò ìÝóá óå Ýíá ìáãíçôéêü ðåäßï. Ôï íÝï áðïôåëåßôáé áðü ôñßá éóüôïðá.

215

ðåñéóóüôåñá çëåêôñüíéá áðü êÜèå Üôïìï Þ ìüñéï, ìå ôï ïðïßï èá óõãêñïõóèïýí. ¸ôóé äçìéïõñãïýíôáé èåôéêþò öïñôéóìÝíá éüíôá. Óôï ó÷Þìá 9-18 öáßíåôáé ôï áÝñéï íÝï íá åéóÝñ÷åôáé áðü ôï êÜôù ìÝñïò ôçò óõóêåõÞò. ÄéÝñ÷åôáé ìÝóá áðü ôç äÝóìç ôùí çëåêôñïíßùí êáé ìåñéêÜ áðü ôá ÜôïìÜ ôïõ óõãêñïýïíôáé ìå çëåêôñüíéá ó÷çìáôßæïíôáò éüíôá ôïõ áåñßïõ íÝï. Äçìéïõñãïýíôáé éüíôá Íe+ êáé Íe2+ êáé Ýëêïíôáé áðü ôï áñíçôéêü çëåêôñüäéï, ðïõ Ý÷åé óôï êÝíôñï ôïõ ìßá ïðÞ. Ìßá äÝóìç éüíôùí ðåñíÜåé ìÝóá áðü áõôü ôï çëåêôñüäéï êáé êáôåõèýíåôáé ìå ìåãÜëç ôá÷ýôçôá ðñïò ôï ìáãíçôéêü ðåäßï. Ôá èåôéêÜ éüíôá, üôáí åéóÝñ÷ïíôáé óôï ìáãíçôéêü ðåäßï, áêïëïõèïýí êõêëéêÞ ôñï÷éÜ (ç äýíáìç åêôñïðÞò, ç áóêïýìåíç åðÜíù óå Ýíá öïñôéóìÝíï óùìáôßäéï, êéíïýìåíï åíôüò åíüò ïìïãåíïýò ìáãíçôéêïý ðåäßïõ, Ý÷åé êõêëéêÞ êáôåýèõíóç). Ôï ìåãÝèïò ôçò êáìðõëüôçôáò ôçò ôñï÷éÜò åíüò éüíôïò åîáñôÜôáé êáé áðü ôç ìÜæá, áëëÜ êáé áðü ôï öïñôßï ôïõ, üôáí ôï ìáãíçôéêü ðåäßï Ý÷åé óôáèåñÞ Ýíôáóç. ¼óï ìåãáëýôåñç åßíáé ç ìÜæá åíüò éüíôïò, ôüóï ìåãáëýôåñç äýíáìç ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá ôï åêôñÝøåé. ÄçëáäÞ ôï ìÝãåèïò ôçò êáìðõëüôçôáò åßíáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãï ðñïò ôç ìÜæá ôïõ éüíôïò. ¼óï ìåãáëýôåñï åßíáé ôï öïñôßï ôïõ éüíôïò, ôüóï ìåãáëýôåñç äýíáìç áóêåßôáé åðÜíù óå áõôü áðü ôï ìáãíçôéêü ðåäßï. ¸ôóé, ôï ìÝãåèïò ôçò êáìðõëüôçôáò åßíáé åõèÝùò áíÜëïãï ðñïò ôï öïñôßï ôïõ éüíôïò. ÊÜèå èåôéêü éüí ëïéðüí áêïëïõèåß ìßá êõêëéêÞ ôñï÷éÜ, ðñïêáèïñéóìÝíç áðü ôç ìÜæá êáé ôï öïñôßï ôïõ. Ôá éüíôá, áöïý äéáíýóïõí Ýíá ôüîï 180°C, óõãêåíôñþíïíôáé åðÜíù óå ìßá öùôïãñáöéêÞ ðëÜêá. Ç åðáöÞ ôùí éüíôùí ìå ôç öùôïãñáöéêÞ ðëÜêá äçìéïõñãåß ìßá áíôßäñáóç, ìå áðïôÝëåóìá ôï ìáýñéóìá ôçò åõáßóèçôçò åðéöÜíåéáò, áêñéâþò üðùò ãßíåôáé êáé ìå ôï öùò. Ìßá ôÝôïéá êáôáãñáöÞ åìöáíßæåôáé ùò ìßá êçëßäá Þ ìßá ãñáììÞ ãéá êÜèå éüí óå èÝóç, ðïõ êáèïñßæåôáé áðü ôï ëüãï öïñôßï ðñïò ìÜæá. Áí ôï üñãáíï åßíáé áíÜëïãá ñõèìéóìÝíï, åßíáé äõíáôüí íá êáèïñéóèïýí ïé ìÜæåò ôùí äéáöüñùí éüíôùí áðü ôç èÝóç ôùí êçëßäùí Þ ôùí ãñáììþí åðÜíù óôç ðëÜêá. Ç êáôáãñáöÞ áõôÞ ïíïìÜæåôáé “öÜóìá ìÜæáò”. ¼ôáí ôïðïèåôçèåß ìÝóá óôï öáóìáôïãñÜöï áÝñéï íÝï, ôï öÜóìá ìÜæáò ðïõ ëáìâÜíåôáé áðïôåëåßôáé áðü äýï óáöþò äéá÷ùñéæüìåíåò oìÜäåò, ôùí ôñéþí êçëßäùí ç êÜèå ìßá. Ïé ôñåéò êçëßäåò ðïõ áíôéóôïé÷ïýí óôï ìéêñüôåñï ìÝãåèïò

êáìðõëüôçôáò Þ åêôñïðÞò äçìéïõñãïýíôáé áðü éüíôá áåñßïõ íÝï ìå Ýíá ìüíï èåôéêü öïñôßï. Ïé ôñåéò êçëßäåò ðïõ áíôéóôïé÷ïýí óôï ìåãáëýôåñï ìÝãåèïò êáìðõëüôçôáò äçìéïõñãïýíôáé áðü äéðëÜ öïñôéóìÝíá éüíôá. Ïé ôñåéò åëáöñþò äéá÷ùñéæüìåíåò êçëßäåò ãéá êÜèå éïíéêü öïñôßï äåß÷íïõí üôé ôï íÝï áðïôåëåßôáé áðü Üôïìá ìå ôñåéò äéáöïñåôéêÝò ìÜæåò. ¢ôïìá ôïõ áõôïý óôïé÷åßïõ ðïõ Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÞ ìÜæá ïíïìÜæïíôáé éóüôïðá. Èá åîåôáóèïýí ëåðôïìåñþò óôï êåöÜëáéï 10. Ïé ó÷åôéêÝò áíáëïãßåò ôùí éóïôüðùí ðñïóäéïñßæïíôáé ìå ìÝôñçóç ôçò åíôÜóåùò ôùí êçëßäùí, ðïõ äçìéïõñãåß êÜèå ìßá äÝóìç éüíôùí.

9.9

Éüíôá óå äéÜëõìá.

Ï áðëïýóôåñïò ôñüðïò ãéá íá ìåëåôçèïýí êáô’ áñ÷Þí ôá éüíôá åßíáé íá ðáñáôçñçèåß ç óõìðåñéöïñÜ ôïõò ìÝóá óå óùëÞíåò êåíïý üðùò åßíáé ï öáóìáôïãñÜöïò ìÜæáò. ¼ìùò ç áíáêÜëõøç ôùí éüíôùí Ýãéíå ðïëý ðñéí ãßíïõí áõôÜ ôá ðåéñÜìáôá. Áí êáé ôá ðåéñÜìáôá ìå áÝñéá éüíôá åßíáé áðëÜ êáé óáöÞ, ÷ñåéÜæïíôáé ãéá íá äéåîá÷èïýí ôéò ðëÝïí ðïëýðëïêåò óõóêåõÝò. ¼ìùò åíäåßîåéò ãéá ôçí ýðáñîç êáé ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí éüíôùí ìðïñïýìå íá ëÜâïìå –êáé ìÜëéóôá ìå áðëïýò ó÷åôéêÜ ôñüðïõò– ðåéñáìáôéæüìåíïé êáé ìå ôá äéáëýìáôá. Ìßá ôÝôïéá Ýíäåéîç åðéóçìÜíèçêå Þäç áðü ôï 1830. ÐïëëÝò ïõóßåò äéáëýïíôáé óôï íåñü êáé äßíïõí äéáëýìáôá ìÝóá áðü ôá ïðïßá äéÝñ÷åôáé çëåêôñéêü ñåýìá. Áðü ôï êáèáñü íåñü üìùò äåí ðåñíÜ çëåêôñéêü ñåýìá. Áõôü ìáò ïäçãåß íá ðéóôåýïìå üôé ïé äéáëõìÝíåò ïõóßåò ðñÝðåé íá äçìéïõñãïýí öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá, ðïõ Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá êéíïýíôáé, üôáí âñåèïýí êÜôù áðü ôçí åðßäñáóç ìéáò ôÜóåùò. Ïé äéáëõìÝíåò ïõóßåò åßíáé çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñåò êáé ôá äéáëýìáôá, óôï óýíïëü ôïõò, åßíáé åðßóçò çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñá. Èá ðñÝðåé ëïéðüí íá óõìðåñÜíïìå üôé ïé äéáëõìÝíåò ïõóßåò äéßóôáíôáé óå öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá Ýôóé, þóôå ôï óýíïëï üëùí ôùí áñíçôéêþí öïñôßùí íá éóïýôáé ìå ôï óýíïëï üëùí ôùí èåôéêþí öïñôßùí. Áðü ìåãÜëï áñéèìü åíäåßîåùí ðñïêýðôåé üôé ôá öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá ìÝóá óôï äéÜëõìá äåí åßíáé áðëþò ðñùôüíéá Þ çëåêôñüíéá. ÌÜëëïí åßíáé èåôéêÜ êáé áñíçôéêÜ éüíôá. ¼,ôé áöïñÜ ôéò ïõóßåò ðïõ äéáëýïíôáé ó÷çìáôßæïíôáò éüíôá êáé ôéò éäéüôçôåò ôùí äéáëõìÜôùí ôïõò èá åîåôáóèåß ìå ðïëý ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò óå åðüìåíá

216

êåöÜëáéá. Ï óêïðüò åäþ åßíáé íá öáíåß áðëÜ üôé ôÝôïéá äéáëýìáôá ðáñÝ÷ïõí Üìåóåò åíäåßîåéò ãéá ôçí çëåêôñéêÞ öýóç ôçò ýëçò êáé äßíïõí åðéðñüóèåôåò ëåðôïìÝñåéåò ãýñù áðü áõôü ôï èÝìá. Ôï áðëü öáéíüìåíï üôé ôá äéáëýìáôá Üãïõí ôï çëåêôñéêü ñåýìá åßíáé ìßá óïâáñÞ Ýíäåéîç üôé ç ýëç áðïôåëåßôáé áðü çëåêôñéêÜ öïñôßá, üìïéá ìå áõôÜ óôá ïðïßá ïöåßëïõí ôá ìÝôáëëá ôçí éêáíüôçôÜ ôïõò íá Üãïõí ôï çëåêôñéêü ñåýìá. ÏðùóäÞðïôå, ðïëý ðéï åíäéáöÝñïõóåò

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

ðëçñïöïñßåò ìðïñïýí íá åîá÷èïýí áðü ôéò ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò, ðïõ åðÝñ÷ïíôáé, üôáí ôï çëåêôñéêü ñåýìá äéÝñ÷åôáé äéÜ ìÝóïõ ïñéóìÝíùí äéáëõìÜôùí. ÐåéñÜìáôá, ó÷åôéêÜ ìå ôá üóá Ý÷ïõí áíáöåñèåß ùò åäþ, Ýãéíáí ðñþôá áðü ôï ìåãÜëï ¢ããëï ÷çìéêü Michael Faraday, ðåñßðïõ ôï 1830. Ï Faraday ïäçãÞèçêå óå ðïëý óùóôÜ óõìðåñÜóìáôá âáóéæüìåíïò óôá ðåéñÜìáôá ðïõ äéåîÞãáãå, áí êáé äå Þôáí óå èÝóç íá ôá åîçãÞóåé üëá ðëÞñùò, ðñÜãìá ðïõ ìðïñåß íá ãßíåé óÞìåñá.

9.10 Ç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôá moles ôùí çëåêôñïíßùí êáé ôá moles ôùí ìåôÜëëùí ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôçí çëåêôñüëõóç. Óôéò áñ÷Ýò ôïõ 1800 ïé William Nicholson êáé Anthony Carlisle óôçí Áããëßá âñÞêáí üôé ï çëåêôñéóìüò èá ìðïñïýóå íá ðñïêáëÝóåé ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò äéåñ÷üìåíïò ìÝóá áðü äéáëýìáôá. Ìå âÜóç ôçí ðëçñïöïñßá áõôÞí ï Humphry Davy ðåéñáìáôßóèçêå ìå ôçãìÝíá Üëáôá êáé âñÞêå üôé ìðïñïýóå íá ôá áðïóõíèÝóåé, ìå çëåêôñéêü ñåýìá ðïõ äéáâßâáæå óå áõôÜ. Ìßá ôÝôïéá äéáäéêáóßá åßíáé ãíùóôÞ ùò çëåêôñüëõóç. Ðéï ðñéí áíáöÝñèçêå üôé êáé ôï íåñü ìðïñåß íá áðïóõíôåèåß êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï. Ï Michael Faraday, ï ïðïßïò õðÞñîå âïçèüò ôïõ Davy óôï Royal Institution, åîáêïëïýèçóå åðß áñêåôÜ ÷ñüíéá íá âåëôéþíåé ôá ðåéñÜìáôá ôïõ Davy. Ôï 1830, áöïý óõãêÝíôñùóå áñêåôÜ óôïé÷åßá, Þôáí óå èÝóç íá óõìðåñÜíåé üôé õðÞñ÷å ìßá áêñéâÞò ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò ðïóüôçôåò çëåêôñéóìïý ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí êáé ôéò ìÜæåò ôùí ÷çìéêþí ïõóéþí ðïõ áíôéäñïýóáí êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí çëåêôñï÷çìéêþí äéáäéêáóéþí. Ôï çëåêôñéêü êýêëùìá êáé ôá óôïé÷åßá ðïõ èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå öáßíïíôáé óôï ó÷Þìá 9-19. Ç ðçãÞ ôùí çëåêôñïíßùí ìðïñåß íá åßíáé Þ Ýíáò óõóóùñåõôÞò, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá, Þ Ýíá ôñïöïäïôéêü ðïõ äßíåé óõíå÷Ýò ñåýìá. Ôï óõíå÷Ýò ñåýìá åßíáé áðáñáßôçôï þóôå ôá çëåêôñüíéá íá êéíïýíôáé ìüíï ðñïò ìßá êáôåýèõíóç ìÝóá óôï êýêëùìá. Ôï áìðåñüìåôñï ìåôñÜ ôçí ôá÷ýôçôá ñïÞò ôùí çëåêôñïíßùí óôï êýêëùìá. Ïé ìïíÜäåò ðïõ õðÜñ÷ïõí åðÜíù óôï áìðåñüìåôñï åßíáé amperes. ~Eíá ampere åßíáé ôï ðïóü åêåßíï ôïõ ñåýìáôïò ðïõ êõêëïöïñåß, üôáí 1,10 x 10–5 moles* çëåêôñïíßùí äéÝëèïõí ìÝóá áðü ìéá äéáôïìÞ ôïõ áãùãïý óå Ýíá äåõôåñüëåðôï. Ï áñéèìüò áõôüò ôùí çëåêôñïíßùí Ý÷åé óõíïëéêü öïñôßï åíüò coulomb. Ç ðçãÞ ôïõ óõíå÷ïýò ñåýìáôïò áíáãêÜæåé ôá çëåêôñüíéá íá óõíùóôßæïíôáé åðÜíù óôï Ýíá áðü ôá çëåêôñüäéá êáé íá áðïìáêñýíïíôáé áðü ôï Üëëï. Ôï êýêëùìá åßíáé ðëÞñåò, üôáí óôï Ýíá çëåêôñüäéï Ýíá éüí Þ ìüñéï, ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óôï äéÜëõìá ôïõ çëåêôñïëýôç, äÝ÷åôáé çëåêôñüíéá, åíþ óôï Üëëï çëåêôñüäéï Ýíá éüí Þ ìüñéï ÷Üíåé çëåêôñüíéá. Ôï çëåêôñüäéï ðïõ äßíåé çëåêôñüíéá åßíáé ôï áñíçôéêü çëåêôñüäéï, ãíùóôü ùò êÜèïäïò. Ôá çëåêôñüíéá åíáðïôßèåíôáé óôï èåôéêü çëåêôñüäéï, ãíùóôü ùò Üíïäïò. ÓÊÏÐÏÓ

Óôï ðåßñáìá áõôü èá åîåôáóèåß ç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôïí áñéèìü ôùí moles *

Ó.ô.Ì. ÂëÝðå êåö. 5 ðáñÜãñ. 11.

217

ÓõóóùñåõôÞò

Ñõèìéæüìåíç áíôßóôáóç

Óôïé÷åßï åðéêáëõììÝíï ìå Üñãõñï

Áìðåñüìåôñï Óôïé÷åßï åðéêáëõììÝíï ìå ÷áëêü

Ó×ÇÌÁ 9-19. Çëåêôñéêü êýêëùìá êáé óôïé÷åßá ãé’ áõôü ôï ðåßñáìá.

çëåêôñïíßùí, ðïõ ìåôáêéíïýíôáé, ôïí áñéèìü ôùí moles áôüìùí ÷áëêïý, ðïõ êåñäßæïõí Þ ÷Üíïõí çëåêôñüíéá, êáé ôïí áñéèìü ôùí moles áôüìùí áñãýñïõ, ðïõ ðñïóëáìâÜíïõí çëåêôñüíéá. ÕËÉÊÁ

¼ñãáíï ìåôñÞóåùò óõíå÷ïýò ñåýìáôïò, 1 ampere Ñõèìéæüìåíç áíôßóôáóç 4 áêñïäÝêôåò (êñïêïäåéëÜêéá) ×ñïíüìåôñï 200 ml äéÜëõìá ôïõ çëåêôñïëýôç èåééêïý ÷áëêïý 200 ml äéÜëõìá ôïõ çëåêôñïëýôç èåé-

5 êïììÜôéá óýñìáôïò ÷áëêïý ìïíùìÝíï, ìÞêïõò 20-30 cm 2 êïììÜôéá öýëëïõ ÷áëêïý, 6 x 16 cm Ìáêñüóôåíï öýëëï ìïëýâäïõ, 2 x 7 cm, ðÜ÷ïõò ðåñßðïõ 1/16´´ ÔåôñÜãùíï öýëëï ÷áëêïý, ðëåõñÜò 6 cm êáé ðÜ÷ïõò 0,008 mm ìå ðñïóáñìïóìÝíï åðÜíù ôïõ Ýíá ÷Üëêéíï

218

Michael Faraday (1791 - 1867)

Ï Michael Faraday åíþ åñãÜæåôáé óôï ÷çìéêü åñãáóôÞñéï ôïõ Âáóéëéêïý Éíóôéôïýôïõ.

O Michael Faraday, ôïõ ïðïßïõ ï ðáôÝñáò Þôáí ðåôáëùôÞò óôçí Áããëßá, äåí Ýëáâå ðïôÝ ôç âáóéêÞ åêðáßäåõóç. Óå çëéêßá 13 åôþí Þôáí ôï ðáéäß ãéá ôá èåëÞìáôá óå Ýíá âéâëéïðùëåßï êáé Ýíá ÷ñüíï áñãüôåñá ìáèÞôåõóå ãéá ìßá åðôáåôßá óôï ßäéï ÷þñï ðñïêåéìÝíïõ íá ãßíåé âéâëéïäÝôçò, ÷áñôïðþëçò êáé âéâëéïðþëçò. Áí êáé Ýãéíå óýíôïìá Ýíá éêáíüò âéâëéïäÝôçò, ôáõôü÷ñïíá Ýäåé÷íå åíäéáöÝñïí êáé ãéá ôï ðåñéå÷üìåíï ôùí âéâëßùí, êõñßùò ôùí åðéóôçìïíéêþí, êáé Üñ÷éóå íá åðáíáëáìâÜíåé ìåñéêÜ áðü ôá áðëïýóôåñá ðåéñÜìáôá ðïõ ðåñéãñÜöïíôáí óå áõôÜ. Áöïý ðáñáêïëïýèçóå áñêåôÝò äçìüóéåò åðéóôçìïíéêÝò äéáëÝîåéò êáé åðéäåßîåéò, áðåõèýíèçêå óôï Sir Humphry Davy ãéá ìßá èÝóç óôï åñãáóôÞñéü ôïõ, üðïõ ðñïóëÞöèçêå óýíôïìá. Äïõëåýïíôáò ãéá ðïëëÜ ÷ñüíéá ìå ôïí Davy, o

Faraday ôïí âïÞèçóå óôçí êáôáóêåõÞ ôïõ ëáìðôÞñá áóöáëåßáò ôùí ïñõ÷åßùí, ðïõ ó÷åäéÜóèçêå, ãéá íá ðñïëáìâÜíåé ôéò åêñÞîåéò áðü ôá áÝñéá ðïõ õðÜñ÷ïõí ìÝóá óå áõôÜ. Ìå ôçí ðÜñïäï ôïõ ÷ñüíïõ, Üñ÷éóå íá åêôåëåß äéêÝò ôïõ åðéóôçìïíéêÝò Ýñåõíåò, ðïõ êÜëõøáí Ýíá ðëáôý ðåäßï ãíþóåùí. Áñ÷éêÜ ìåëÝôçóå åíþóåéò ôïõ Üíèñáêá êáé ôïõ ÷ëùñßïõ, áíÜìåóá óôéò ïðïßåò åßíáé êáé ï ãíùóôüò ôåôñá÷ëùñÜíèñáêáò. Áñãüôåñá êáôüñèùóå íá áðïìïíþóåé ôçí êáèáñÞ ïõóßá âåíæüëéï, Ýíáí áðü ôïõò óçìáíôéêüôåñïõò õäñïãïíÜíèñáêåò. Ãéá Ýíá äéÜóôçìá ðåéñáìáôßóèçêå ìå ìåôáëëéêÜ êñÜìáôá, ðïõ Þôáí äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ãéá ôçí êáôáóêåõÞ ðåñéóóüôåñï êïöôåñþí êáé áíèåêôéêþí ëåðßäùí. ~Eãéíå ãíùóôüò êõñßùò ãéá ôç åñãáóßá ôïõ óôïí çëåêôñéóìü, ôï ìáãíçôéóìü êáé ôçí çëåêôñï÷çìåßá. Ç áíáêÜëõøÞ ôïõ (áí ôïðïèåôçèåß Ýíá óýñìá ðïõ äéáññÝåôáé áðü çëåêôñéêü ñåýìá åðÜíù áðü Ýíá óôáèåñü ìáãíÞôç èá áñ÷ßóåé íá ðåñéóôñÝöåôáé) Þôáí ç âÜóç ãéá ôçí åöåýñåóç ôïõ çëåêôñéêïý êéíçôÞñá. Êáôüðéí, áíáêÜëõøå üôé, áí Ýíáò ìáãíÞôçò ðåñÜóåé ìÝóá áðü Ýíá óõñìÜôéíï åëáôÞñéï, èá äçìéïõñãÞóåé Ýíá çëåêôñéêü ñåýìá óå áõôü ôï åëáôÞñéï. ÁõôÞ åßíáé ç âáóéêüôåñç áñ÷Þ, óôçí ïðïßá óôçñß÷èçêå ç ëåéôïõñãßá ôùí çëåêôñïãåííçôñéþí. Áöïý Ýêáíå ðïëëÜ ðåéñÜìáôá, óôá ïðïßá äéáâßâáæå çëåêôñéêü ñåýìá óôá äéáëýìáôá ÷çìéêþí ïõóéþí äéåôýðùóå ôï èåìåëéþäç íüìï ôçò çëåêôñï÷çìåßáò, óýìöùíá ìå ôïí ïðïßï “ßóåò ðïóüôçôåò çëåêôñéóìïý åêöïñôßæïõí éóïäýíáìåò ðïóüôçôåò éüíôùí óôá äýï çëåêôñüäéá, ïðïéáäÞðïôå êáé áí åßíáé ôá éüíôá”. Áêüìç ðñüôåéíå ôïõò ðåñéóóüôåñïõò áðü ôïõò üñïõò, ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôçí

219

ïèåééêïý áñãýñïõ óýñìá ìÞêïõò 5 cm Þ, áí äåí õðÜñ÷åé ÐçãÞ óõíå÷ïýò ñåýìáôïò, óõóóùñåõ- öýëëï ÷áëêïý, 80 cm ëåðôü ÷Üëêéíï ôÝò 6 volt Þ ôñïöïäïôéêü óýñìá (äéáìÝôñïõ #16) ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

1. ÊáôáóêåõÜóôå Ýíá óôïé÷åßï ÷áëêïý, ðáßñíïíôáò ùò êÜèïäï Ýíá êõëéíäñéêü Ýëáóìá ÷áëêïý êáé ùò Üíïäï Ýíá ìáêñüóôåíï êïììÜôé ôõëéãìÝíï åëéêïåéäþò, Þ Ýíá ðéï âáñý óýñìá ÷áëêïý, ôõëéãìÝíï óáí óöéêôü åëáôÞñéï. ÊñáôÞóôå ôá çëåêôñüäéá ìüíï áðü ôá óýñìáôá, ðïõ åßíáé ðñïóáñìïóìÝíá åðÜíù ôïõò. ÄéáöïñåôéêÜ ôá äÜêôõëÜ óáò èá áöÞíïõí áðïôõðþìáôá ëßðïõò, åðÜíù óôá ïðïßá äåí èá óõãêñáôçèåß óôáèåñÜ ï ÷áëêüò ðïõ ðñüêåéôáé íá åíáðïôåèåß. 2. ÊáôáóêåõÜóôå åðßóçò Ýíá óôïé÷åßï áñãýñïõ ÷ñçóéìïðïéþíôáò ùò êÜèïäï Ýíáí êýëéíäñï áðü Ýëáóìá ÷áëêïý, êáëõììÝíï ìå Üñãõñï, êáé ùò Üíïäï Ýíá ìáêñüóôåíï öýëëï ìïëýâäïõ. ÐñïóÝîôå ðÜëé íá ìçí áããßîåôå ìå ôá äÜêôõëÜ óáò ôá êáèáñÜ çëåêôñüäéá. 3. Ðñïóäéïñßóôå ìå áêñßâåéá 0,01 g ôç ìÜæá êáèåíüò óôåãíïý êáé êáèáñïý êõëéíäñéêïý åëÜóìáôïò. 4. ÓõíäÝóôå ôá çëåêôñüäéá ìÝóá óå äéáöïñåôéêÜ ðïôÞñéá æÝóåùò ôùí 250 Þ 400 ml ìå îýëéíåò ëáâßäåò Þ ìå ìáíôáëÜêéá, áêïëïõèþíôáò ôéò ïäçãßåò ôïõ êáèçãçôÞ óáò. Âåâáéùèåßôå üôé ïé Üíïäïé âñßóêïíôáé áêñéâþò óôï êÝíôñï ôùí êõëéíäñéêþí êáèüäùí êáé üôé äåí Ýñ÷ïíôáé óå åðáöÞ ìåôáîý ôïõò. 5. Óôåñåþóôå ôéò åðáöÝò ôïõ êõêëþìáôïò, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 9-19 áöÞíïíôáò åëåýèåñï Ýíá áðü ôá êáëþäéá, ðïõ öèÜíïõí óôç ñõèìéæüìåíç áíôßóôáóç, êáé ñõèìßóôå ôçí Ýôóé, þóôå íá ÷ñçóéìïðïéåßôå ôç ìåãáëýôåñç ôéìÞ ôçò. ÆçôÞóôå áðü ôïí êáèçãçôÞ óáò íá åëÝãîåé ôç äéÜôáîç. Áí ÷ñçóéìïðïéåßôå áíôß ãéá óõóóùñåõôÞ Ýíá ôñïöïäïôéêü ìåôáâáëëüìåíçò ôÜóåùò, ôüôå äåí ÷ñåéÜæåôáé ç ñõèìéæüìåíç áíôßóôáóç. ÓõíäÝóôå ôïí áñíçôéêü ðüëï ôïõ ôñïöïäïôéêïý êáô’ åõèåßáí ìå ôï üñãáíï ìåôñÞóåùò óõíå÷ïýò ñåýìáôïò (áìðåñüìåôñï). Óôç óõíÝ÷åéá, èá ìðïñåßôå íá ñõèìßæåôå ôï ñåýìá ðïõ êõêëïöïñåß ìÝóá áðü ôï êýêëùìá, ìåôáâÜëëïíôáò ôçí ôÜóç ðïõ âãáßíåé áðü ôï ôñïöïäïôéêü. 6. ÐñïóèÝóôå ôï äéÜëõìá ôïõ çëåêôñïëýôç ðïõ ðåñéÝ÷åé ôá éüíôá ÷áëêïý óôï ðïôÞñé ìå ôç ÷Üëêéíç Üíïäï. ×ñçóéìïðïéÞóôå ôüóï äéÜëõìá, üóï áðáéôåßôáé ãéá íá êáëõöèåß ç êÜèïäïò áðü ÷Üëêéíï Ýëáóìá. 7. ÊáôÜ áíÜëïãï ôñüðï, ðñïóèÝóôå ôï äéÜëõìá, ðïõ ðåñéÝ÷åé ôá éüíôá áñãýñïõ, óôï Üëëï ðïôÞñé. 8. Ðñéí óõíå÷ßóåôå, âåâáéùèåßôå üôé Ý÷åôå óôç äéÜèåóÞ óáò Ýíá ÷ñïíüìåôñï. Ôþñá ðñï÷ùñÞóôå êáé óôçí ôåëåõôáßá óýíäåóç. Ñõèìßóôå ãñÞãïñá ôï ñåýìá óôï Ýíá ampere, åëáôôþíïíôáò ôçí áíôßóôáóç ëåéôïõñãßáò áðü ôç ìåôáâáëëüìåíç áíôßóôáóç Þ áõîÜíïíôáò ôçí ôÜóç ôïõ ôñïöïäïôéêïý. Óçìåéþóôå ôçí þñá ìå áêñßâåéá äåõôåñïëÝðôïõ. 9. ÁöÞóôå ôï ñåýìá íá êõêëïöïñÞóåé ãéá 30 ëåðôÜ. ÐáñáôçñÞóôå ôï áìðåñüìåôñï êáé öñïíôßóôå íá äéáôçñåßôå ôï ñåýìá üóï ôï äõíáôüí ðëçóéÝóôåñá óôï Ýíá ampere, ñõèìßæïíôáò åßôå ôç ìåôáâáëëüìåíç áíôßóôáóç åßôå ôï ñõèìéóôÞ ôÜóåùò ôïõ ôñïöïäïôéêïý. 10. ÁðïóõíäÝóôå Ýíá êáëþäéï, ãéá íá äéáêüøåôå ôï êýêëùìá êáé óçìåéþóôå ôï ÷ñüíï ìå áêñßâåéá äåõôåñïëÝðôïõ. Îåðëýíôå ôéò äýï êáèüäïõò âõèßæïíôÜò ôåò ðñïóåêôéêÜ óå Ýíá ðïôÞñé ìå êñýï íåñü. ÐñïóÝîôå íá ìçí êéíÞóåôå ôá çëåêôñüäéá âßáéá, ãéáôß õðÜñ÷åé êßíäõíïò íá îåêïëëÞóåé ôï ìÝôáëëï, ðïõ Ý÷åé åíáðïôåèåß åðÜíù ôïõò. 11.Óôç óõíÝ÷åéá, îåðëýíôå ôéò êáèüäïõò ìå áêåôüíç, ãéá íá áðïìáêñõíèïýí ïé

220

óôáãüíåò ôïõ íåñïý êáé áöÞóôå ôåò íá óôåãíþóïõí ãéá 2 Þ 3 ëåðôÜ. 12.¼ôáí ïé êÜèïäïé óôåãíþóïõí ôåëåßùò ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõò ìå ôïí ßäéï æõãü ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå êáé ðñïçãïõìÝíùò, ìå áêñßâåéá 0,01 g. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Ðßíáêåò, óáí áõôïýò ðïõ áêïëïõèïýí, ãñáììÝíïé óôï ôåôñÜäéü óáò, èá óáò âïçèÞóïõí íá ïñãáíþóåôå ôá äåäïìÝíá êáé ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò. ¼ëåò ïé ìÜæåò íá ìåôñçèïýí óå ãñáììÜñéá. Á. ÊÜèïäïò áðü ÷áëêü. ÌÜæá ôïõ åëÜóìáôïò ìå ôçí åðéêÜëõøç ôïõ Cu. MÜæá ôïõ åëÜóìáôïò óôçí áñ÷Þ. MÜæá ôïõ óôñþìáôïò Cu ðïõ Ý÷åé åíáðïôåèåß. Â. ÊÜèïäïò ìå åðéêÜëõøç áñãýñïõ. ÌÜæá ôïõ åëÜóìáôïò ìå ôçí åðéêÜëõøç ôïõ Ág. MÜæá ôïõ åëÜóìáôïò óôçí áñ÷Þ. ÌÜæá ôïõ óôñþìáôïò Ag ðïõ Ý÷åé åíáðïôåèåß. Ã. ×ñüíïò ðïõ ðÝñáóå. ×ñüíïò ìÝ÷ñé ôï ôÝëïò ôïõ ðåéñÜìáôïò. ×ñüíïò óôçí áñ÷Þ ôïõ ðåéñÜìáôïò. ×ñüíïò ðïõ äéÞñêåóå ç ñïÞ ôùí çëåêôñïíßùí.

Õðïëïãéóìïß. 1. Õðïëïãßóåôå óå ãñáììÜñéá ôéò ìÜæåò ôïõ ÷áëêïý (Cu) êáé ôïõ áñãýñïõ (Ág) ðïõ Ý÷ïõí åíáðïôåèåß. Íá óõìðåñéëÜâåôå êáé ôá óöÜëìáôá áâåâáéüôçôáò óôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò. 2. Õðïëïãßóôå ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ êÜèå ìåôÜëëïõ ðïõ Ý÷åé åíáðïôåèåß. 3. Õðïëïãßóôå ôï ëüãï: moles Ag/moles Cu. 4. AîéïëïãÞóôå ôá üñéá óöÜëìáôïò óôïí ðáñáðÜíù ëüãï ôùí moles. 5. Õðïëïãßóôå ôïí áñéèìü ôùí coulombs çëåêôñéóìïý ðïõ êáôáíáëþèçêáí. Ç ôá÷ýôçôá ñïÞò ôùí çëåêôñïíßùí ìÝóá óå Ýíá êýêëùìá ìåôñåßôáé ìå amperes, äçëáäÞ ìå ôïí áñéèìü ôùí coulombs, ðïõ ðåñíïýí áðü óõãêåêñéìÝíï óçìåßï óå Ýíá äåõôåñüëåðôï*. ¸ôóé, ï óõíïëéêüò áñéèìüò ôùí coulombs õðïëïãßæåôáé ðïëëáðëáóéÜæïíôáò ôï ñåýìá, óå amperes, åðß ôï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá, óå äåõôåñüëåðôá (coulombs/äåõô. x äåõô. = óõíïëéêÜ coulombs). 6. Õðïëïãßóôå ôïí áñéèìü ôùí moles çëåêôñïíßùí, ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí. Óôçí áñ÷Þ áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò âñÞêáôå üôé, üôáí ñåýìá åíôÜóåùò åíüò ampere êõêëïöïñÞóåé åðß Ýíá äåõôåñüëåðôï, ôüôå èá Ý÷åé êõêëïöïñÞóåé Ýíáò áñéèìüò çëåêôñïíßùí ßóïò ìå 1,04 x 10–5 moles. ¸ôóé, ôá moles ôùí çëåêôñïíßùí åßíáé ßóá ìå 1,04 x 10–5 åðß ôïí áñéèìü ôùí coulombs (moles çëåêôñïíßùí/coulombs x coulombs = moles çëåêôñïíßùí). Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Ðüóá moles çëåêôñïíßùí ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá åíáðïôåèåß: (á) ¸íá mole Ag. (â) ¸íá mole Cu; *

Ó.ô.Ì. ÂëÝðå ðáñáãñÜöïõò 9.6 êáé 9.10.

221

2. Ðüóá çëåêôñüíéá ðñïóëáìâÜíåé êÜèå éüí áñãýñïõ, üôáí öèÜíåé óôçíêÜèïäï; Ðüóá çëåêôñüíéá ðñïóëáìâÜíåé êÜèå éüí ÷áëêïý, üôáí êáé áõôü åíáðïôßèåôáé óôçí êÜèïäï;

9.11 Éüíôá, Üôïìá êáé çëåêôñüíéá. Ï ôýðïò ôïõ ðåéñÜìáôïò ðïõ ìüëéò ðñáãìáôïðïéÞèçêå ïäçãåß óå ìåñéêÜ ðïëý óçìáíôéêÜ óõìðåñÜóìáôá. Óå áíÜëïãá ðåéñÜìáôá äéáðéóôþíïìå üôé ìå ôï ßäéï ðïóü çëåêôñéóìïý åíáðïôßèåíôáé ðÜíôá ï ßäéïò áñéèìüò moles áðü ïðïéïäÞðïôå ìÝôáëëï. Áõôü óçìáßíåé üôé ãéá êÜèå Üôïìï ìåôÜëëïõ áðáéôåßôáé êÜðïéï áðïëýôùò óõãêåêñéìÝíï çëåêôñéêü öïñôßï. Áò äå÷èïýìå üôé Ýíá Üôïìï ìåôÜëëïõ öèÜíåé êáé åðéêÜèåôáé óôçí êÜèïäï, üôáí Ý÷ïõí ìåôáöåñèåß áñêåôÜ çëåêôñüíéá óôï èåôéêü éüí, þóôå íá ôï åîïõäåôåñþóïõí. Ôï ðñþôï ðñÜãìá ðïõ ìðïñåßôå íá óõìðåñÜíåôå áðü ôï ðñïçãïýìåíï ðåßñáìá åßíáé üôé ôá éüíôá ÷áëêïý öÝñïõí åðÜíù ôïõò äéðëÜóéï èåôéêü öïñôßï áðü ôá éüíôá áñãýñïõ. Áõôüò åßíáé ï ëüãïò, ðïõ ìå ïñéóìÝíï áñéèìü coulombs åíáðïôßèåíôáé ìüíï ôá ìéóÜ moles ÷áëêïý áðü ü,ôé áñãýñïõ. Ôï üôé ï ëüãïò ôùí öïñôßùí äýï äéáöïñåôéêþí éüíôùí åßíáé áêÝñáéïò áñéèìüò (ìå êÜðïéï ðåéñáìáôéêü óöÜëìá), ðñïûðïèÝôåé üôé ôá öïñôßá Ýñ÷ïíôáé ùò êáëïäéáìïñöùìÝíá “ðáêÝôá”. ÊÜèå éüí Ý÷åé ëïéðüí Ýíá ïñéóìÝíï áñéèìü áðü áõôÜ ôá ðáêÝôá öïñôßïõ. Ïé ëüãïé ôùí öïñôßùí äéáöïñåôéêþí éüíôùí åßíáé óõíÞèùò ìéêñïß áêÝñáéïé áñéèìïß Þ êáé ìéóïß áñéèìïß. Ãéá ðáñÜäåéãìá, èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí ëüãïé üðùò: 2 : 2 = 1, 2 : 1 = 2, 3 : 1 =3, 4 : 2 = 2, Þ êáé 3 : 2 = 1½. Ãéá óõíôïìßá, ìðïñïýìå íá ðïýìå üôé ôï ðñþôï óõìðÝñáóìá, óôï ïðïßï êáôáëÞîáìå ìå ôá ðåéñÜìáôá ôçò çëåêôñoëýóåùò, åßíáé üôé ôï çëåêôñéêü öïñôßï ôùí éüíôùí åìöáíßæåôáé óå êáèïñéóìÝíá ðïóÜ (ðáêÝôá). Ôþñá üìùò ôá ðñÜãìáôá ðñïêáëïýí áêüìç ðåñéóóüôåñï ôï åíäéáöÝñïí ìáò. Áí Ýíá ðåßñáìá, üðùò áõôü ðïõ ìüëéò åêôåëÝóáôå, ãßíåé ìå üñãáíá êáé ÷ñïíüìåôñá ìåãáëýôåñçò áêñéâåßáò, èá äåßîåé

üôé, ãéá íá åíáðïôåèåß Ýíá mole áñãýñïõ, áðáéôïýíôáé 96.500±100 coulombs çëåêôñéóìïý. ÅðåéäÞ óå Ýíá mole õðÜñ÷ïõí 6,02 x 1023 (áñéèìüò ôïõ Ávogadro) Üôïìá, åßíáé åýêïëï íá õðïëïãßóïìå ðüóï áñíçôéêü çëåêôñéêü öïñôßï ðñÝðåé íá ðñïóöåñèåß óå êÜèå éüí áñãýñïõ, ãéá íá ôï ìåôáôñÝøåé óå ïõäÝôåñï Üôïìï. Öïñôßï áíÜ éüí Ag =

ÌÞðùò áõôüò ï áñéèìüò åêöñÜæåé êÜôé ðïëý óðïõäáßï; Áí ü÷é, ðçãáßíåôå ðßóù óôçí ðáñÜãñáöï 9.6. Ìå êÜðïéá ðåéñáìáôéêÞ áâåâáéüôçôá åßíáé ôï öïñôßï åíüò çëåêôñïíßïõ; ¸ôóé, ôþñá åîÜãïíôáé ôá áêüëïõèá ãåíéêÜ óõìðåñÜóìáôá: 1. Ï çëåêôñéóìüò ìåôáöÝñåôáé ìÝóá óôá êáëþäéá êáé ôá äéáëýìáôá ìå çëåêôñüíéá*. 2. Ôá Üôïìá ìåôÜëëùí ìåôáôñÝðïíôáé óå èåôéêÜ éüíôá ÷Üíïíôáò Ýíá, äýï Þ êáé êÜðïéïí Üëëï áêÝñáéï áñéèìü çëåêôñïíßùí. 3. Ôï éüí ôïõ áñãýñïõ Ý÷åé öïñôßï 1+, åíþ ôï éüí ÷áëêïý Ý÷åé öïñôßï 2+. Ôá áíôßóôïé÷á óýìâïëá åßíáé Ag+ êáé Cu2+. 4. Aí ìå e– ðáñéóôÜíïìå ôï öïñôßï åíüò çëåêôñïíßïõ, ôüôå ãéá ôéò áíôéäñÜóåéò ðïõ ãßíïíôáé óôéò êáèüäïõò ôùí ðåéñáìáôéêþí äéáôÜîåþí óáò ãñÜöïíôáé ïé ðáñáêÜôù áíôéäñÜóåéò:

Ðåñßëçøç. Áðü äéÜöïñåò ðçãÝò ìáò Ýñ÷ïíôáé ëåðôïìåñåßò åíäåßîåéò ãéá ôçí çëåêôñéêÞ öýóç ôçò ýëçò. Åßíáé åýêïëï íá äåßîïìå üôé õðÜñ÷åé íÝöïò çëåêôñïíßùí êáé èåôéêþí éüíôùí óôïõò óùëÞíåò êåíïý êáé óôïõò óùëÞíåò åêêåíþóåùò *

áåñßùí. Áí ìåôñçèåß ç óõìðåñéöïñÜ áõôþí ôùí ñåõìÜôùí ìÝóá óå ìáãíçôéêÜ êáé çëåêôñéêÜ ðåäßá, ìðïñïýí íá êáèïñéóèïýí ïé ìÜæåò ôùí éüíôùí êáé ôùí çëåêôñïíßùí. Áðü ôç ìåëÝôç äéáëõìÜôùí ðïõ Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü

Ó.ô.Ì. Óôá äéáëýìáôá ãßíåôáé ìåôáêßíçóç ôïí éüíôùí, öïñôéóìÝíùí äçëáäÞ óùìáôéäßùí ðïõ Ý÷ïõí ðëåüíáóìá Þ Ýëëåéøç çëåêôñïíßùí.

222

ðñïêýðôïõí ðïëý óïâáñÝò åíäåßîåéò ãéá ôá áêüëïõèá: (1) Ç ìéêñüôåñç ìïíÜäá áñíçôéêïý çëåêôñéêïý öïñôßïõ åßíáé ôï çëåêôñüíéï êáé (2) èåôéêÜ éüíôá ó÷çìáôßæïíôáé ìå ôçí áðþëåéá åíüò áêåñáßïõ áñéèìïý çëåêôñïíßùí –óõíÞèùò åíüò, äýï Þ ôñéþí– áðü Ýíá Üôïìï.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéo åßäïò ðåéñÜìáôïò ìáò äåß÷íåé üôé ï

óùëÞíáò êåíïý êáé ï óùëÞíáò åêêåíþóåùò áåñßïõ ðåñéÝ÷ïõí íÝöïò óùìáôéäßùí; 2. Ïé ìÜæåò ôùí èåôéêþí éüíôùí ðñïóäéïñßæïíôáé ìå Ýíá öáóìáôïãñÜöï ìÜæáò. Ðþò ëåéôïõñãåß áõôü ôï üñãáíï; 3. Ôé åßíáé Ýíá èåôéêü éüí; 4. Ðþò ïíïìÜæåôáé ç ìéêñüôåñç ðïóüôçôá áñíçôéêïý öïñôßïõ;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ç ýðáñîç çëåêôñéêþí öïñôßùí óôçí ýëç åßíáé ìéá áðü ôéò âáóéêÝò éäéüôçôÝò ôçò. ÕðÜñ÷ïõí äýï åßäç çëåêôñéêþí öïñôßùí, ôá ïðïßá ïíïìÜæïìå áñíçôéêÜ êáé èåôéêÜ. ¸íá óþìá ðïõ äåí Ý÷åé çëåêôñéêü öïñôßï ëÝãåôáé ïõäÝôåñï. ¼íá óþìá åßíáé çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñï, üôáí óå áõôü óõíõðÜñ÷ïõí áñíçôéêÜ êáé èåôéêÜ öïñôßá óå ßóá ðïóÜ. Ïìþíõìá öïñôßá (äçëáäÞ êáé ôá äýï èåôéêÜ Þ êáé ôá äýï áñíçôéêÜ) áðùèïýíôáé, åíþ åôåñþíõìá Ýëêïíôáé. Ï íüìïò ôïõ Coulomb ïñßæåé üôé ç äýíáìç Ýëîåùò Þ áðþóåùò áõîÜíåôáé áíÜëïãá ìå ôï ãéíüìåíï ôùí äýï öïñôßùí, äçëáäÞ q1 x q2. Ï ßäéïò íüìïò ïñßæåé åðßóçò üôé ç äýíáìç åëáôôþíåôáé óýìöùíá ìå ôï ôåôñÜãùíï ôçò áðïóôÜóåùò d, ðïõ ÷ùñßæåé ôá öïñôßá. Ç äýíáìç åßíáé áíÜëïãç ðñïò ôï 1/d2. Ç ðëÞñçò áëãåâñéêÞ äéáôýðùóç ôïõ íüìïõ ôïõ Coulomb åßíáé: Äýíáìç = (q1 x q2)/d2. Áí ðñüêåéôáé ãéá ïìþíõìá öïñôßá, ç äýíáìç Ý÷åé èåôéêü ðñüóçìï êáé åßíáé áðùèçôéêÞ. Áí áíôéèÝôùò ôá öïñôßá åßíáé åôåñþíõìá, ç äýíáìç Ý÷åé áñíçôéêü ðñüóçìï êáé åßíáé åëêôéêÞ. Ïé âáóéêïß öïñåßò èåôéêþí êáé áñíçôéêþí öïñôßùí åßíáé óùìáôßäéá, ðïõ ïíïìÜæïíôáé áíôßóôïé÷á ðñùôüíéá êáé çëåêôñüíéá. Ôï èåôéêü öïñôßï åíüò ðñùôïíßïõ åßíáé ßóï óå ìÝãåèïò êáé áíôßèåôï óå ðñüóçìï áðü ôï áñíçôéêü öïñôßï ôïõ çëåêôñïíßïõ. Ôá áíôéêåßìåíá áðïêôïýí öïñôßá, üôáí ç éóïññïðßá ðñùôïíßùí-çëåêôñïíßùí äéáôáñá÷èåß áðü êÜðïéá åîùôåñéêÞ áéôßá, üðùò ç ôñéâÞ.

Çëåêôñéêü ñåýìá åßíáé ç äéÝëåõóç ôùí çëåêôñïíßùí ìÝóá áðü Ýíá óþìá, áðü ìßá áñíçôéêÞ ðåñéï÷Þ ðñïò ìßá èåôéêÞ. Åßíáé äõíáôüí íá áíáãêÜóïìå ìßá äÝóìç çëåêôñïíßùí íá äéáó÷ßóåé Ýíá êåíü ÷þñï êáôåõèõíüìåíç áðü Ýíá èåñìü, áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíï, çëåêôñüäéï ðñïò Ýíá èåôéêÜ öïñôéóìÝíï. Ç óõìðåñéöïñÜ ôçò äÝóìçò çëåêôñïíßùí áõôïý ôïõ åßäïõò ðïõ ìðïñåß íá åêôñáðåß áðü Ýíá ìáãíçôéêü ðåäßï êáé íá ðáñåìðïäéóôåß áðü êÜðïéï óôåñåü áíôéêåßìåíï, äåß÷íåé üôé ôá çëåêôñüíéá åßíáé öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá. Ç ìÜæá êáé ôï öïñôßï ôïõ çëåêôñïíßïõ Ý÷ïõí ìåôñçèåß. Ôá Üôïìá åßíáé ïõäÝôåñá, ãéáôß ðåñéÝ÷ïõí ßóïõò áñéèìïýò ðñùôïíßùí êáé çëåêôñïíßùí. ¸íá Þ ðåñéóóüôåñá çëåêôñüíéá åßíáé äõíáôüí íá áðïóðáóèïýí áðü Ýíá Üôïìï. Ôï èåôéêÜ öïñôéóìÝíï óùìáôßäéï ðïõ ðáñáìÝíåé ïíïìÜæåôáé èåôéêü éüí. ÈåôéêÜ éüíôá åßíáé äõíáôüí íá ìåëåôçèïýí óå óùëÞíåò åêêåíþóåùò áåñßïõ. Ïé ìÜæåò ôïõò ðñïóäéïñßæïíôáé áðü ôçí ôñï÷éÜ ôçò êáìðýëçò ðïõ áêïëïõèïýí ìÝóá óå Ýíá ìáãíçôéêü ðåäßï. Ç óõóêåõÞ ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãé’ áõôüí ôï óêïðü ïíïìÜæåôáé öáóìáôïãñÜöïò ìÜæáò. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï âñÝèçêå üôé åßíáé ðéèáíüí íá õðÜñ÷ïõí Üôïìá ôïõ ßäéïõ óôïé÷åßïõ, ðïõ Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò ìÜæåò. ÁõôÜ ïíïìÜæïíôáé éóüôïðá. Êáé ôá äýï, ôá áñíçôéêÜ êáé ôá èåôéêÜ éüíôá, ó÷çìáôßæïíôáé êáé óå ìåñéêÜ äéáëýìáôá. ¼ôáí ôïðïèåôçèïýí çëåêôñüäéá óå Ýíá ôÝôïéï äéÜëõìá êáé åöáñìïóèåß êÜðïéá ôÜóç, ôüôå ôá èåôéêÜ

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. éüíôá, ðïõ ïíïìÜæïíôáé êáôéüíôá, êéíïýíôáé ðñïò ôï áñíçôéêü çëåêôñüäéï, ðïõ ïíïìÜæåôáé êÜèïäïò. Ôá áñíçôéêÜ éüíôá, ðïõ ïíïìÜæïíôáé áíéüíôá,

êéíïýíôáé ðñïò ôï èåôéêü çëåêôñüäéï, ðïõ ïíïìÜæåôáé Üíïäïò. 1. ÐåñéãñÜøôå ìåñéêÜ öáéíüìåíá ðïõ óôçñßæïõí

223

ôçí Üðïøç ðåñß ôçò çëåêôñéêÞò öýóåùò ïëüêëçñçò ôçò ýëçò. 2. Áöïý õðïèÝóáìå üôé ç ýëç ðåñéÝ÷åé èåôéêÜ êáé áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá, åîçãÞóôå ôï ãåãïíüò üôé ôá ðåñéóóüôåñá õëéêÜ óõíÞèùò åßíáé çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñá. 3. ¼ôáí ôñßøïìå ìéá ðëáóôéêÞ Þ áðü óêëçñü åëáóôéêü ñÜâäï óå Ýíá êïììÜôé ãïýíáò: (á) Ôé åßäïõò öïñôßï áðïêôÜ ç ñÜâäïò; (â) Ôé åßäïõò öïñôßï áðïêôÜ ç ãïýíá; (ã) Ðïéï Þôáí ôï áñ÷éêü öïñôßï ôïõ êáèåíüò; 4. Áí öïñôßóåôå çëåêôñéêÜ ìßá êôÝíá êôåíßæïíôáò ôá ìáëëéÜ óáò, ôé èá óõìâåß, áí óôç óõíÝ÷åéá öÝñåôå áñãÜ ôçí êôÝíá êïíôÜ óôá ìáëëéÜ óáò; ÅîçãÞóôå. 5. ÐåñéãñÜøôå óýíôïìá ôé èá óõìâåß óå Ýíá áíôéêåßìåíï, üôáí áõôü áðïêôÞóåé èåôéêü çëåêôñéêü öïñôßï. 6. Åßíáé äõíáôüí íá ìåôáôñáðåß Ýíá çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñï áíôéêåßìåíï óå áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíï, ìå áðïìÜêñõíóç åíüò Þ ðåñéóóïôÝñùí ðñùôïíßùí áðü ôá ÜôïìÜ ôïõ; ÄéêáéïëïãÞóôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. 7. Ôé óõìâáßíåé ìå ôç äýíáìç áíÜìåóá óå äýï öïñôéóìÝíá óþìáôá: (á) Áí ç ìåôáîý ôïõò áðüóôáóç ìåéùèåß óôï ìéóü, (â) áí ç áðüóôáóç ôñéðëáóéáóèåß êáé (ã) áí ç áðüóôáóç áíÜìåóá óôá äýï óþìáôá ðáñáìåßíåé ç ßäéá êáé ôï öïñôßï ôïõ êÜèå óþìáôïò äéðëáóéáóèåß; ÐñïêåéìÝíïõ íá áðáíôÞóåôå âáóéóèåßôå óôï íüìï ôïõ Coulomb. 8. Ãéáôß õðïóôçñßæïõí ïé åðéóôÞìïíåò üôé õðÜñ÷ïõí ìüíï äýï åßäç çëåêôñéêþí öïñôßùí; 9. Ðïéá åßíáé ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óå Ýíá Üôïìï êáé Ýíá éüí; 10. Ãéá íá öïñôéóèåß èåôéêÜ Ýíá Üôïìï, èá ðñÝðåé íá áðïìáêñõíèïýí áðü áõôü üëá ôá áñíçôéêÜ öïñôßá; ÅîçãÞóôå. 11. ÊÜðïéá åðï÷Þ ïé åðéóôÞìïíåò ðßóôåõáí üôé ôï çëåêôñéêü ñåýìá êõêëïöïñåß áðü ôï èåôéêü óôïí áñíçôéêü ðüëï. Áðü üóá ìÜèáôå ãýñù áðü ôá çëåêôñüíéá íá áðïäåßîåôå ãéáôß êÜôé ôÝôïéï åßíáé áäýíáôïí íá óõìâåß. 12.Áò õðïèÝóïìå üôé ôñßøáôå ìßá óêëçñÞ ëáóôé÷Ýíéá ñÜâäï óå Ýíá êïììÜôé ãïýíáò êáé ìßá ãõÜëéíç ñÜâäï óå Ýíá êïììÜôé áðü ìåôÜîé. Óçìåéþóôå áí êÜèå ìßá áðü ôéò öñÜóåéò ðïõ áêïëïõèïýí åßíáé áëçèÞò Þ øåõäÞò êáé äéêáéïëïãÞóôå åí óõíôïìßá ôçí áðÜíôçóÞ óáò. (á) Ôï ãõáëß èá Ýëîåé ôç ãïýíá.

(â) Ôï ìåôÜîé èá Ýëîåé ôç ãïýíá. (ã) Ôï ãõáëß èá Ýëîåé ôï ëÜóôé÷ï. 13. Ðïéï áðü ôá éüíôá ôùí ðáñáêÜôù æåõãþí èá åêôñáðïýí áðü ôïõò ìáãíÞôåò åíüò öáóìáôïãñÜöïõ ìÜæáò áêïëïõèþíôáò ìßá êõêëéêÞ ôñï÷éÜ ìå ôç ìåãáëýôåñç êáìðõëüôçôá; (á) Ê+ Þ Ê2+; (â) ¸íá åëáöñü éóüôïðï ôïõ éüíôïò Ca2+ Þ Ýíá âáñýôåñï éóüôïðï ôïõ éüíôïò Ca2+; EîçãÞóôå. 14. Áí ìå Cu, Cu2+ êáé e– óõìâïëßæáìå áíôßóôïé÷á Ýíá Üôïìï ÷áëêïý, Ýíá éüí Cu êáé Ýíá çëåêôñüíéï, ãñÜøôå ôçí åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò, ðïõ ëáìâÜíåé ÷þñá óôç ÷Üëêéíç Üíïäï åíüò çëåêôñïëõôéêïý óôïé÷åßïõ. 15. ÓÞìåñá ãíùñßæïìå üôé äýï éóüôïðá ôïõ ßäéïõ óôïé÷åßïõ Ý÷ïõí ßäéïõò áñéèìïýò ðñùôïíßùí êáé çëåêôñïíßùí óôá ÜôïìÜ ôïõò, üìùò ôá Üôïìá Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÞ ìÜæá. Ïé åðéóôÞìïíåò ôï 1920 åß÷áí õðïèÝóåé ôçí ýðáñîç åíüò óùìáôéäßïõ ÷ùñßò öïñôßï, ôï ïðïßï ïíüìáóáí íåôñüíéï. Ôï óùìáôßäéï áõôü ðåéñáìáôéêÜ áíé÷íåýèçêå ôï 1932. Áí Þóáóôå óôç èÝóç ôïõò, ðïéá ðéèáíÞ åîÞãçóç èá äßíáôå ãéá ôç äéáöïñÜ óôéò ìÜæåò ôùí äýï éóïôüðùí ôïõ ßäéïõ óôïé÷åßïõ; 16. Ãéáôß ï J.J. Thomson äåí Þôáí óå èÝóç íá õðïëïãßóåé ôç ìÜæá åíüò çëåêôñïíßïõ, ìÝ÷ñé ðïõ o Millikan ðñïóäéüñéóå ôï öïñôßï ôïõ; 17. Óôç äßïäï ôïõ êåíïý óùëÞíá ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 9-7 åßäáôå üôé, üôáí èåñìáíèåß ç êÜèïäïò, áñ÷ßæåé íá êõêëïöïñåß çëåêôñéêü ñåýìá ìÝóá óôï êýêëùìá. Ôé èá ðåñéìÝíáôå íá óõìâåß, áí áíôéóôñÝöáôå ôá êáëþäéá ðïõ êáôáëÞãïõí óôïõò óõóóùñåõôÝò (êÜôù óôï ó÷Þìá) Ýôóé, þóôå ôï èåñìáéíüìåíï çëåêôñüäéï íá ãßíåé Üíïäïò êáé ôï øõ÷ñü çëåêôñüäéï êÜèïäïò; ÅîçãÞóôå (áöïý áðáíôÞóåôå óå áõôÞí ôçí åñþôçóç, ßóùò íá èÝëåôå íá ìÜèåôå êáé ôç óçìáóßá åíüò áíïñèùôÞ êåíïý óùëÞíá, ï ïðïßïò åîáóöáëßæåé óõíå÷Ýò ñåýìá óôá çëåêôñïíéêÜ êõêëþìáôá). 18. Ôá óùìáôßäéá ôçò óêüíçò åßíáé äõíáôüí íá áðïìáêñõíèïýí áðü ôïí áÝñá, áí äéáó÷ßóïõí Ýíá ÷þñï üðïõ ãßíïíôáé çëåêôñéêÝò åêêåíþóåéò êáé óôç óõíÝ÷åéá äéÝëèïõí äéÜ ìÝóïõ åíüò æåýãïõò áíôßèåôá öïñôéóìÝíùí ìåôáëëéêþí ðëáêþí. ÅîçãÞóôå ðþò áðïìáêñýíåôáé ç óêüíç ìå áõôÞí ôç äéÜôáîç. (ÇëåêôñïóôáôéêÜ ößëôñá áõôïý ôïõ ôýðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óõ÷íÜ óôéò ìïíÜäåò

224

ðáñáãùãÞò çëåêôñéêÞò åíÝñãåéáò êáé óå Üëëåò âéïìç÷áíéêÝò åãêáôáóôÜóåéò ãéá ôçí êáôáêñÜôçóç ôùí ðïëý ëåðôþí óùìáôéäßùí ôïõ êáðíïý, þóôå íá ìçí ìïëýíåôáé ï ãýñù áÝñáò). 19. ¼ôáí ìåñéêÜ óôáãïíßäéá ëáäéïý åéóÝëèïõí óôï èÜëáìï ðáñáôçñÞóåùò ôçò óõóêåõÞò ôïõ Millikan, ôüôå áíïßãïìå êáé ñõèìßæïìå ôçí ôÜóç. ¸íá óôáãïíßäéï ðéèáíüí íá ðáñáìåßíåé óôÜóéìï, ìåñéêÜ ßóùò êéíçèïýí ðñïò ôá åðÜíù, åíþ Üëëá ßóùò êáé íá ðÝóïõí êÜôù. Íá åîçãÞóåôå áõôÝò ôéò ðáñáôçñÞóåéò. 20. Ðüóá çëåêôñüíéá Ý÷ïõí âÜñïò 1 g; Ðïéá èá åßíáé ç ìÜæá åíüò mole çëåêôñïíßùí; 21. Áí ÷ñåéÜæïíôáé n coulombs, ãéá íá åíáðïôåèïýí 0,119 g êáóóßôåñïõ áðü Ýíá äéÜëõìá SnSO4, ðüóá coulombs ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá åíáðïôåèïýí 0,119 g êáóóßôåñïõ áðü Ýíá äéÜëõìá Sn(SO4)2; Óçìåßùóç: Êáé ïé äýï åíþóåéò äéáëýïíôáé êáé ó÷çìáôßæïõí éüíôá SO42-. 22. ~Eíá êýêëùìá åßíáé Ýôóé óõíäåäåìÝíï, þóôå íá êõêëïöïñïýí óõíå÷þò åðß 2,0 þñåò 0,6

amperes ñåýìáôïò. Óå áõôü ôï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá ðüóá coulombs çëåêôñéóìïý, ðüóá moles çëåêôñïíßùí êáé ðüóá çëåêôñüíéá Ý÷ïõí äéÝëèåé; 23. Ôï áÝñéï óå Ýíá óùëÞíá ãåìÜôï ìå íÝï áñ÷ßæåé íá áêôéíïâïëåß, üôáí ç ðßåóç óôï óùëÞíá ìåéùèåß ðåñßðïõ óôï 0,01 Þ 10–2 atm. Aí ìåéùèåß áêüìç ðåñéóóüôåñï ç ðßåóç, ðåñßðïõ óôï 10–6 atm, ç ëÜìøç åîáöáíßæåôáé. Áí Ýíá mole áåñßïõ êáôáëáìâÜíåé 24,0 l óå ðßåóç 1 atm êáé èåñìïêñáóßá 20°C, íá âñåßôå ðüóá ìüñéá èá õðÜñ÷ïõí óå êÜèå êõâéêü åêáôïóôü áåñßïõ ôïõ óùëÞíá, üôáí åìöáíßæåôáé ç ëÜìøç. Åðßóçò íá âñåßôå ðüóá ìüñéá èá Ý÷ïõí ðáñáìåßíåé óå êÜèå êõâéêü åêáôïóôü áåñßïõ, üôáí ç ëÜìøç åîáöáíßæåôáé, óôç ÷áìçëüôåñç ðßåóç. ÕðïèÝóôå üôé ï óùëÞíáò ëåéôïõñãåß óôç èåñìïêñáóßá ôùí 20°C. 24. Äýï áíôéêåßìåíá, ôï êáèÝíá ìå Ýíá çëåêôñéêü öïñôßï 3–, áéùñïýíôáé óå áðüóôáóç 2 mm ôï Ýíá áðü ôï Üëëï. Äýï áíôéêåßìåíá, ôï êáèÝíá ìå çëåêôñéêü öïñôßï 4+, áéùñïýíôáé óå áðüóôáóç 3 mm ôï Ýíá áðü ôï Üëëï:

MÅÑÏÓ ÔÑÉÔÏ

Ç öýóç ôïõ áôüìïõ Ç ÷çìåßá áó÷ïëåßôáé ìå ôéò áíôéäñÜóåéò êáé ôéò éäéüôçôåò ôùí ðïéêßëùí ìïñöþí ôçò ýëçò. ¼ëåò áõôÝò ïé ìïñöÝò ôçò ýëçò áðïôåëïýíôáé áðü Üôïìá, ôá ïðïßá óõíäõÜæïíôáé ìå Üðåéñïõò ôïí áñéèìü ôñüðïõò. Åßíáé ëïéðüí åõíüçôï üôé ãéá íá êáôáíïÞóïìå ôç ÷çìåßá, èá ðñÝðåé áðáñáéôÞôùò íá êáôáíïÞóïìå ôá Üôïìá. Ç êáôáíüçóç ôùí áôüìùí äåí åßíáé åýêïëç. Äåí ìðïñïýìå íá äïýìå ìåìïíùìÝíá Üôïìá. Ôá ðñïóåããßæïìå Ýììåóá, ìÝóá áðü ðïëëÜ åñåõíçôéêÜ ðåéñÜìáôá êáé ìå ëïãéêÜ ðïñßóìáôá ðïõ âáóßæïíôáé óå áõôÜ. Äéáðéóôþíïìå åðßóçò üôé ïé ëåéôïõñãßåò óôï åóùôåñéêü óùìáôéäßùí ôüóï ìéêñïóêïðéêþí üóï ôá Üôïìá äåí åßíáé äõíáôüí íá ðåñéãñáöïýí ìå ôéò ßäéåò öõóéêÝò áñ÷Ýò, ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýìå ãéá ôçí ðåñéãñáöÞ ìåãÜëùí, êáèçìåñéíÞò ÷ñÞóåùò óùìÜôùí. ¸ôóé, Ýðñåðå íá áíáðôõ÷èåß ìéá íÝá ïìÜäá áñ÷þí, ç ïðoßá ïíïìÜóèçêå êâáíôïìç÷áíéêÞ. Óôçí åíüôçôá áõôÞ èá ìÜèåôå ðþò äïìïýíôáé ôá Üôïìá, áðü Üëëá óôïé÷åéþäç óùìáôßäéá êáé ðþò ðåñéãñÜöïíôáé ïé åíÝñãåéåò êáé Üëëåò óçìáíôéêÝò éäéüôçôåò ôùí áôüìùí óýìöùíá ìå ôéò áñ÷Ýò ôçò êâáíôïìç÷áíéêÞò. ÔÝëïò, èá ìÜèåôå ðþò ç ãíþóç ôçò äïìÞò ôïõ áôüìïõ óáò âïçèÜ íá êáôáíïÞóåôå ôï ãéáôß ï ðåñéïäéêüò ðßíáêáò ïäçãåß óôç óõó÷Ýôéóç ôùí ÷çìéêþí éäéïôÞôùí ôùí óôïé÷åßùí, ðñÜãìá åîáéñåôéêÜ ÷ñÞóéìï.

KÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ

Ç äïìÞ ôïõ áôüìïõ

Ï ëüñäïò Ernest Ratherford êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò ôõðéêÞò åîåôÜóåùò ôùí öïéôçôþí ôïõ, üôáí Þôáí äéåõèõíôÞò ôïõ åñãáóôçñßïõ Cavendish, óôï ÐáíåðéóôÞìéï ôïõ Cambridge.

228

Ïé ðñþôåò åñùôÞóåéò ðïõ áöïñïýí óôá Üôïìá åßíáé áõôÝò ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ôçí ðåñéãñáöÞ ôçò âáóéêÞò ôïõò ìïñöÞò. Ðüóï ìåãÜëá åßíáé; Ðþò âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá ôá èåôéêÜ êáé ôá áñíçôéêÜ óõóôáôéêÜ ôïõò; ÕðÜñ÷ïõí Üëëá óùìáôßäéá, åêôüò áðü ôá èåôéêÜ êáé ôá áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíá ìÝóá óôï Üôïìï; Ðþò ìðïñïýìå íá õðïëïãßóïìå ôç ìÜæá ôùí áôüìùí; Ðñéí áó÷ïëçèïýìå ìå ôç äéåñåýíçóç ðñïâëçìÜôùí ðéï åéäéêþí Þ ðïëõðëüêùí èá ðñÝðåé íá ãíùñßæïìå ôéò áðáíôÞóåéò óå áõôÝò êáé óå Üëëåò áíÜëïãåò åñùôÞóåéò, üðùò: Ðïéåò åíåñãåéáêÝò êáôáóôÜóåéò åßíáé äõíáôÝò ãéá ôá

Üôïìá; Ðþò ìðïñïýí íá óõíäåèïýí ôá Üôïìá, ãéá íá äçìéïõñãÞóïõí ìüñéá; Óå áõôü ôï êåöÜëáéï èá äïýìå ðþò ïé åðéóôÞìïíåò ìå ôï ðåßñáìá êáé ôï óõëëïãéóìü áíáêÜëõøáí ôç âáóéêÞ äïìÞ ôïõ áôüìïõ. Åðßóçò, èá äïýìå ðþò ìðïñåß ìßá éäÝá - Ýíá ðñüôõðï - íá äïêéìáóèåß óôçí ðñÜîç êáé íá åëåã÷èåß êáôÜ ðüóï óõìöùíåß Þ ü÷é ìå ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá, þóôå ìåôÜ áðü áõôÞí ôç äïêéìáóßá íá ãßíåé áðïäåêôü Þ íá áðïññéöèåß. ÔÝëïò, èá óõæçôçèåß ç áñ÷Þ, ôï ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ ðïõ åìåßò äå÷üìáóôå ôþñá, áêñéâþò ãéáôß Ý÷åé ðåñÜóåé üëåò ôéò åìðåéñéêÝò äïêéìáóßåò.

Tá Üôïìá Ý÷ïõí êáèïñéóìÝíï ó÷Þìá 10.1 ÐåéñÜìáôá óêåäÜóåùò ôïõ Rutherfïrd. Tá ðåéñÜìáôá ðïõ Ý÷ïõí áíáöåñèåß ìÝ÷ñé ôþñá Ýäåéîáí üôé ôá Üôïìá áðïôåëïýíôáé áðü öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá, ðïõ ïíïìÜæïíôáé ðñùôüíéá êáé çëåêôñüíéá. Åßíáé ãíùóôü üôé çëåêôñüíéá ìðïñïýí íá áðïóðáóèïýí áðü ôá Üôïìá êáé Ýôóé íá äçìéïõñãçèïýí èåôéêÜ éüíôá. Åßíáé åðßóçò äõíáôüí ìåñéêÜ Üôïìá íá äå÷èïýí Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá çëåêôñüíéá êáé íá ó÷çìáôßóïõí áñíçôéêÜ éüíôá. Ïé ìÜæåò êáé ôá öïñôßá ôùí äéáöüñùí éüíôùí Þ çëåêôñïíßùí ìðïñïýí íá ìåôñçèïýí. ÁëëÜ ðáñáìÝíåé Ýíá ìåãÜëï åñùôçìáôéêü: Ðïéá åßíáé ç äéÜôáîç ôùí áñíçôéêþí êáé ôùí èåôéêþí óùìáôéäßùí ìÝóá óôá Üôïìá; Ðïéï åßíáé ôï ó÷Þìá Þ ç äïìÞ åíüò áôüìïõ; ÌÝ÷ñé ôï êåöÜëáéï áõôü äåí Ý÷åôå áêüìç áðïêôÞóåé áõôÞí ôç ãíþóç, ãåãïíüò ðïõ ßó÷õå êáé ãéá ôïõò åðéóôÞìïíåò ìÝ÷ñé ôï 1898. Ôï 1898 ï J.J. Thomson, ï ïðïßïò åß÷å äéåîáãÜãåé ìåñéêÜ áðü ôá ðåéñÜìáôá ðïõ âïÞèçóáí óôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò Ýííïéáò ôïõ çëåêôñïíßïõ, ðñüôåéíå ôï ðñþôï ïëïêëçñùìÝíï ðñüôõðï ôçò äïìÞò ôïõ áôüìïõ. Óýìöùíá ìå ôï ðñüôõðï ôïõ Thomson, ôï Üôïìï Þôáí óáí ìßá óöáßñá èåôéêïý çëåêôñéóìïý, óôçí ïðïßá ôá çëåêôñüíéá Þôáí äéáóêïñðéóìÝíá, üðùò ïé óôáößäåò óå Ýíá êÝéê. ÂÝâáéá ï Thomson, åß÷å öáíôáóèåß Ýôóé ôï ðñüôõðü ôïõ, þóôå íá ìðïñåß íá åîçãåß ôéò åìðåéñéêÝò áëÞèåéåò, ðïõ ï ßäéïò Þîåñå

ìÝ÷ñé ôüôå. ÁõôÝò ïé áëÞèåéåò ðåñéåëÜìâáíáí êáé áõôÝò ðïõ Þäç Ý÷ïõí áíáöåñèåß, äçëáäÞ üôé ôá çëåêôñüíéá ìðïñïýí ìÜëëïí åýêïëá íá áðïóðáóèïýí áðü ôá Üôïìá, åíþ ôá èåôéêÜ óùìáôßäéá äåí ìðïñïýí. Áí êáé ôï ðñüôõðï ôïõ Thomson óõìöùíïýóå ìå ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ðåéñáìÜôùí, äåí Þôáí ÷ñÞóéìï, ðñïêåéìÝíïõ íá ðñïâëÝøåé Þ íá åîçãÞóåé üëåò ôéò éäéüôçôåò ôïõ áôüìïõ. ÔåëéêÜ ôï 1911, ìéá óåéñÜ ðåéñáìÜôùí, ðïõ äéåîÞ÷èçóáí áðü ôïí Ernest Rutherford óôï åñãáóôÞñéï ôïõ Ðáíåðéóôçìßïõ ôïõ Manchester óôçí Áããëßá, Ýäåéîáí üôé ôï ðñüôõðï ôçò äïìÞò ôïõ áôüìïõ ôïõ Thomson Ýðñåðå íá åãêáôáëåéöèåß. Ôá ðåéñÜìáôá ðïõ Ýãéíáí áðü ôïí Rutherford êáé ôïõò óõíåñãÜôåò ôïõ ðåñéãñÜöïõí ôï âïìâáñäéóìü ðïëý ëåðôïý öýëëïõ ÷ñõóïý ìå óùìáôßäéá á. Ôá óùìáôßäéá á (Üëöá) åßíáé ìéêñÜ èåôéêÜ öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá, ðïõ åêðÝìðïíôáé áðü ìåñéêÜ ñáäéåíåñãÜ õëéêÜ (ç åêðïìðÞ ôùí óùìáôéäßùí á áðü ñáäéåíåñãÜ õëéêÜ áíáöÝñåôáé óôï êåöÜëáéï 10 ðáñÜãñáöï 9). Ç óõóêåõÞ ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå óôï ðåßñáìá ôïõ Rutherford öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 10-1. Ôá óùìáôßäéá á ðáñÜãïíôáé áðü ñáäéåíåñãü äéÜóðáóç ñáäßïõ. Ìßá óôåíÞ äÝóìç ôïõò âãáßíåé áðü ìßá âáèéÜ ïðÞ, ðïõ õðÜñ÷åé óôï ìïëýâäéíï ðåñßâëçìá ôï ïðïßï èùñáêßæåé ôï ñÜäéï. Ç äÝóìç áõôÞ êáôåõèýíåôáé ðñïò Ýíá ëåðôü ìåôáëëéêü öýëëï, ðÜ÷ïõò ðåñßðïõ 10.000 áôüìùí. Ôá óùìáôßäéá á áíé÷íåýïíôáé áðü ôï öùò ðïõ

229

åêðÝìðïõí, üôáí ðñïóêñïýïõí åðÜíù óå ìßá öèïñßæïõóá ïèüíç. ÁõôÞ ç ïèüíç åßíáé ìßá ðëÜêá ìå åðßóôñùóç èåéïý÷ïõ øåõäáñãýñïõ, üìïéá ìå ôï åìðñüóèéï ìÝñïò ôïõ êáèïäéêïý óùëÞíá ôçò ôçëåïñÜóåùò. Åßíáé óôåñåùìÝíç óå Ýíá âñá÷ßïíá, þóôå íá ìðïñåß íá ãõñßæåé êõêëéêÜ. Ôï êÝíôñï ôïõ êýêëïõ âñßóêåôáé óôçí ßäéá åõèåßá ìå ôï óçìåßï, óôï ïðïßï ç äÝóìç ôùí óùìáôéäßùí á óõíáíôÜ ôï ìåôáëëéêü öýëëï. ¸íáò ïðôéêüò óùëÞíáò åßíáé óôåñåùìÝíïò ðßóù áðü ôçí ïèüíç, þóôå íá ìðïñïýí íá ðáñáôçñçèïýí êáé íá ìåôñçèïýí ïé ðïëý ìéêñÝò áíáëáìðÝò ðïõ ðáñÜãïíôáé, üôáí ôá óùìáôßäéá á ðÝöôïõí åðÜíù óôç öèïñßæïõóá ïèüíç. ÅðåéäÞ ïé áêôéíïâïëßåò åßíáé ðïëý áäýíáôåò, èá ðñÝðåé üëåò ïé ðáñáôçñÞóåéò íá ãßíïíôáé óå óêïôåéíü äùìÜôéï. Ç óõóêåõÞ ëåéôïõñãåß õðü êåíü, ãéá íá ìç äçìéïõñãïýíôáé áðïêëßóåéò áðü ôõ÷üí óõãêñïýóåéò ôùí óùìáôéäßùí á ìå ôá ìüñéá ôïõ áÝñá. Ç ðñþôç ðáñáôÞñçóç ðïõ Ýãéíå ìå áõôÞí ôç óõóêåõÞ Þôáí üôé üëá ôá óùìáôßäéá á öáßíåôáé íá ðåñíïýí ìÝóá áðü ôï ìåôáëëéêü öýëëï ÷ùñßò áðüêëéóç. Óõìöùíåß áõôÞ ç ðáñáôÞñçóç ìå ôï

ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ ôïõ Thomson; Èá ìðïñïýóå íá óõìöùíåß. Ï Thomson äéåôýðùóå ôçí Üðïøç üôé ôï èåôéêü öïñôßï åßíáé êáôáíåìçìÝíï ïìïéüìïñöá óå üëïí ôïí üãêï ôïõ áôüìïõ, ìå äéáóêïñðéóìÝíá ìÝóá óå áõôü ôá áñíçôéêÜ çëåêôñüíéá. Áöïý ôá çëåêôñüíéá Ý÷ïõí ðïëý ìéêñÞ ìÜæá, èá ðñÝðåé ó÷åäüí üëç ç ìÜæá ôïõ áôüìïõ íá ïöåßëåôáé óôï èåôéêü ôìÞìá. ¸ôóé, ïé öùôïãñáößåò ôïõ ðñïôýðïõ ôïõ Thomson äåß÷íïõí ôá Üôïìá íá Ý÷ïõí ïìïéüìïñöç ðõêíüôçôá. ¢ñáãå ðþò èá Ýìïéáæå ôï ìåôáëëéêü öýëëï, áí áðïôåëïýíôáí áðü Üôïìá üðùò áõôÜ ôïõ Thomson; Ïé öõóéêÝò éäéüôçôåò ôùí ðåñéóóïôÝñùí óôåñåþí äåß÷íïõí üôé ôá ÜôïìÜ ôïõò âñßóêïíôáé ðïëý êïíôÜ ìåôáîý ôïõò. ¸ôóé, ôï ìåôáëëéêü öýëëï èá Þôáí óáí áõôü ôïõ ó÷Þìáôïò 10-2á. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ôï öýëëï Ý÷åé ðÜ÷ïò 10.000 áôüìùí. Ôé èá óõíÝâáéíå óôá óùìáôßäéá á, áí êáôåõèýíïíôáí óå Ýíá óôåñåü ìå ôüóï ïìïéüìïñöç ðõêíüôçôá; Óôçí áñ÷Þ ßóùò ðßóôåõå êÜðïéïò üôé üôáí èá óõãêñïýïíôáí ìå ôá Üôïìá Ïðôéêüò óùëÞíáò ìå äõíáôüôçôá êõêëéêÞò êéíÞóåùò

Ðñïò áíôëßá êåíïý

Öèïñßæïõóá ïèüíç

Óêåäáæüìåíá óùìáôßäéá Üëöá

ÄÝóìç óùìáôéäßùí Üëöá

Óêåäáæüìåíá óùìáôßäéá Üëöá

Ìç åêôñáðÝíôá óùìáôßäéá Üëöá

Ìåôáëëéêü öýëëï

ÑÜäéï óå äï÷åßï ìïëýâäïõ Óêåäáæüìåíá óùìáôßäéá Üëöá

Ó×ÇÌÁ 10-1. ÓõóêåõÞ ãéá ôï óêåäáóìü ôùí óùìáôéäßùí á. Ç äÝóìç ôùí óùìáôéäßùí á (Üëöá), ìÝóá óôï äï÷åßï ôï ïðïßï åßíáé õðü êåíü, êáôåõèýíåôáé áðü ôï ñÜäéï óôï ìåôáëëéêü öýëëï. Ôá óùìáôßäéá ðïõ åêôñÝðïíôáé ðáñáôçñïýíôáé åðÜíù óôç öèïñßæïõóá ïèüíç.

230

ôïõ óôåñåïý èá óôáìáôïýóáí Þ üôé èá ãýñéæáí ðßóù. Áðü ôç óôéãìÞ üìùò ðïõ öáßíåôáé üôé ôá óùìáôßäéá á óõíå÷ßæïõí ôçí ðïñåßá ôïõò äéÜ ìÝóïõ ôïõ ìåôáëëéêïý öýëëïõ, èá ðñÝðåé íá ìåëåôçèåß ôï ðñüâëçìá åêôåíÝóôåñá. Áí ðõñïâïëçèåß Ýíá êïììÜôé ôõñß ìå Ýíá éó÷õñü üðëï, ôï âëÞìá èá äéáðåñÜóåé ìå äýíáìç ôï ôõñß. Ôá óùìáôßäéá á ðïõ åêðÝìðïíôáé áðü ôï ñÜäéï Ý÷ïõí ðïëý õøçëÞ êéíçôéêÞ åíÝñãåéá êáé ìïéÜæïõí ðïëý ìå ôá âëÞìáôá åíüò éó÷õñïý üðëïõ. ºóùò ëüãù ôçò ìåãÜëçò êéíçôéêÞò åíÝñãåéÜò ôïõò ìðïñïýí íá óõíå÷ßæïõí ìå äýíáìç ôçí ðïñåßá ôïõò äéÜ ìÝóïõ ôùí áôüìùí ôïõ ìåôáëëéêïý öýëëïõ. ÅðåéäÞ ôá âëÞìáôá åíüò üðëïõ ðÝöôïíôáò åðÜíù óôï ôõñß èá ôï äéáðåñíïýóáí ÷ùñßò íá åêôñáðïýí ôçò ðïñåßáò ôïõò, öáßíåôáé ëïãéêü ôï óõìðÝñáóìá üôé êáé ôá óùìáôßäéá á èá äéáðåñíïýóáí ÷ùñßò áðüêëéóç ôï ìåôáëëéêü öýëëï. ÅðïìÝíùò, üðùò Þäç áíáöÝñèçêå, óýìöùíá ìå ôï ðñüôõðï ôïõ Thomson, Ýíá ìåôáëëéêü öýëëï èá ðñÝðåé íá Ý÷åé âáóéêÜ ïìïéüìïñöç ðõêíüôçôá. Áí áõôü Þôáí áëÞèåéá ôüôå, êáôÜ ôï âïìâáñäéóìü ôïõ ìå óùìáôßäéá á, èá Ýðñåðå áõôÜ íá ìçí áðïêëßíïõí êáé ìÜëéóôá êáôÜ ìåãÜëåò ãùíßåò áðïêëßóåùò. Ôï ðïëý íá åêôñÝðïíôáí ôá óùìáôßäéá á åëáöñÜ ëüãù ôùí ðïëëþí óõãêñïýóåþí ôïõò ìå ðïëëÜ Üôïìá. Ôï ðñüôõðï ôïõ Thomson ðñïâëÝðåé Ýíá óêåäáóìü üìïéï ìå áõôüí ôïõ ó÷Þìáôïò 10-2á. Ôá ðñþôá ðåéñÜìáôá ôïõ Rutherford ïäçãïýóáí óå óõìðåñÜóìáôá ðïõ óõìöùíïýóáí ìå ôçí åéêüíá ôïõ áôüìïõ ôïõ Thomson. ¼ìùò, ìåôÜ áðü ðñïóåêôéêÞ ðáñáôÞñçóç Ýãéíå ìßá óçìáíôéêÞ áíáêÜëõøç. Ìåôáêéíþíôáò ôçí ïèüíç êõêëéêÜ ãýñù áðü ôï ìåôáëëéêü öýëëï, ï Rutherford êáé ïé óõíåñãÜôåò ôïõ êáôüñèùóáí íá ðáñáôçñÞóïõí üôé ìéêñüò áñéèìüò áðü ëÜìøåéò åìöáíéæüôáí óå äéáöïñåôéêÝò ãùíßåò. ÌåñéêÝò áðü áõôÝò ôéò ãùíßåò ðëçóßáæáí ôéò 180°C. ¹ôáí óáí êÜðïéï áðü ôá óùìáôßäéá á íá åß÷å åðéóôñÝøåé ìåôÜ áðü ìßá ìåôùðéêÞ óýãêñïõóç ìå Ýíá áêßíçôï áíôéêåßìåíï. Ï ßäéïò ï Rutherford Ýëåãå: «Åßíáé ôüóï áðßóôåõôï, üóï ôï íá åêôïîåýóåéò Ýíá ìåãÜëï âëÞìá óå Ýíá öýëëï ÷áñôß êáé áõôü íá ãõñßóåé ðßóù, êáé íá óå êôõðÞóåé». ¹ôáí áäýíáôïí íá åîçãçèïýí ïé äéáöïñÝò óôéò ãùíßåò áðïêëßóåùò ôùí óùìáôéäßùí á, ÷ñçóéìïðïéþíôáò ùò ðñüôõðï ôï Üôïìï ôïõ Thomson.

Óùìáôßäéá Üëöá

Ó×ÇÌÁ 10-2á. To ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ ôïõ Ôhomson ïäÞãçóå ôïí Rutherford óôïí åéêïíéæüìåíï ôñüðï óêåäáóìïý ôùí óùìáôéäßùí á.

10.2 To áôïìéêü ðñüôõðï ôïõ Rutherford. Ìå óêïðü íá åîçãÞóåé ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ðåéñáìÜôùí ôïõ, ï Rutherford ó÷åäßáóå Ýíá íÝï ðñüôõðï ãéá ôï Üôïìï. ÕðïóôÞñéîå üôé ôï Üôïìï êáôáëáìâÜíåé Ýíá óöáéñéêü üãêï áêôßíáò ðåñßðïõ 10–8cm. ÄÝ÷èçêå åðßóçò üôé óôï êÝíôñï êÜèå áôüìïõ õðÜñ÷åé ï ðõñÞíáò ìå áêôßíá ðåñßðïõ 10–12 cm êáé üôé áõôüò ï ðõñÞíáò áðïôåëåß ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôçò ìÜæáò ôïõ áôüìïõ. Äéåôýðùóå ôÝëïò ôçí Üðïøç üôé ï ðõñÞíáò Ý÷åé èåôéêü öïñôßï ðïõ åßíáé áêÝñáéï ðïëëáðëÜóéï ôïõ öïñôßïõ ôïõ çëåêôñïíßïõ. Ï ÷þñïò, Ýîù áðü ôïí ðõñÞíá êáôáëáìâÜíåôáé áðü ôá çëåêôñüíéá. Ôï ó÷Þìá 10-2â ðáñïõóéÜæåé ôï ðñüôõðï áôüìïõ ôïõ Rutherford. Óýìöùíá ìå áõôü ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôïõ üãêïõ ôïõ áôüìïõ Ý÷åé ðïëý ìéêñÞ ðõêíüôçôá. ×ñçóéìïðïéþíôáò áõôü ôï ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ, åßíáé åýêïëï íá äéêáéïëïãçèåß ç áðüêëéóç ôùí óùìáôéäßùí á, êáôÜ ìåãÜëç Þ ìéêñÞ ãùíßá. Áí óùìáôßäéá á êôõðÞóïõí åðÜíù óå Ýíá ìåôáëëéêü öýëëï, ðïõ áðïôåëåßôáé áðü Üôïìá âáóéóìÝíá óôï ðñüôõðï áôüìïõ ôïõ Rutherford, ìüíï ìåñéêÜ áðü áõôÜ èá åêôñáðïýí áðü ôï ìåôáëëéêü öýëëï^ (ôá âáñéÜ êáé ãñÞãïñá êéíïýìåíá óùìáôßäéá á, èá ìðïñÝóïõí íá ðåñÜóïõí áíÜìåóá áðü ôá áñáéÜ ôïðïèåôçìÝíá çëåêôñüíéá, ÷ùñßò íá åêôñáðïýí). ÅðåéäÞ ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôïõ üãêïõ ôïõ ìåôáëëéêïý öýëëïõ åßíáé ó÷åôéêÜ êåíüò ÷þñïò, ôá ðåñéóóüôåñá óùìáôßäéá á èá ðåñÜóïõí ìÝóá áðü ôï ìÝôáëëï ÷ùñßò íá åêôñáðïýí. Åßíáé üìùò äõíáôüí ìåñéêÜ óùìáôßäéá íá åêôñáðïýí õðü ìåãÜëç ãùíßá êáé íá äéáóðáñïýí ðñïò äéÜöïñåò

231

êáôåõèýíóåéò. Åðßóçò, åðåéäÞ êáé ôá äýï, äçëáäÞ ôá óùìáôßäéá á êáé ï ðõñÞíáò ôïõ áôüìïõ, åßíáé èåôéêÜ öïñôéóìÝíá, áóêïýí ôï Ýíá åðÜíù óôï Üëëï áðùóôéêÞ äýíáìç. ÁõôÞ ç äýíáìç ãßíåôáé éó÷õñÞ, ìüíïí üôáí ôá óùìáôßäéá á ðëçóéÜæïõí ðïëý ôïí ðõñÞíá (èõìçèåßôå ôï íüìï ôïõ Coulomb). O ðõñÞíáò ôùí áôüìùí ôïõ õëéêïý áðü ôï ïðïßï åßíáé êáôáóêåõáóìÝíï ôï ìåôáëëéêü öýëëï Ý÷åé áñêåôÜ ìåãáëýôåñç ìÜæá áðü ôá óùìáôßäéá á, ãé' áõôü êáé ìðïñåß íá ðñïêáëÝóåé óçìáíôéêÞ áðüêëéóç áõôþí, üðùò áêñéâþò åêôñÝðåôáé ìßá óöáßñá ðïõ åêôïîåýèçêå áðü Ýíá üðëï, áí ðÝóåé åðÜíù óå Ýíá óéäåñÝíéï óôýëï (ôï ó÷Þìá 10-3, äåß÷íåé ðáñáóôáôéêÜ ôç äéáóðïñÜ ôùí óùìáôéäßùí á áðü Ýíáí ðõñÞíá). Ôï ðåßñáìá ôïõ Rutherford, åêôüò ôïõ üôé óõíÝâáëå óôçí ïñèÞ áðåéêüíéóç ôïõ áôüìïõ, ìáò Ýäùóå êáé ìßá ìÝèïäï õðïëïãéóìïý ôïõ öïñôßïõ ôïõ ðõñÞíá. Ç äýíáìç ðïõ áóêåß ï ðõñÞíáò åðÜíù óå Ýíá óùìáôßäéï á åîáñôÜôáé ôüóï áðü ôï ìÝãåèïò ôïõ çëåêôñéêïý öïñôßïõ ôïõ ðõñÞíá, üóï êáé áðü ôç ìåôáîý ôïõò áðüóôáóç. Ï Rutherford óõó÷Ýôéóå ôïí áñéèìü ôùí óùìáôéäßùí á, ðïõ äéáóðåßñïíôáé ðñïò äéÜöïñåò êáôåõèýíóåéò (õðü

Ó×ÇÌÁ 10-2â. Ôï áôïìéêü ðñüôõðï (åðÜíù) ðïõ ðñüôåéíå ï Rutherford åîçãåß ôá ðåéñáìáôéêÜ ôïõ áðïôåëÝóìáôá.

äéÜöïñåò ãùíßåò) ìå ôï ìÝãåèïò ôïõ öïñôßïõ ôïõ ðõñÞíá. Ïé áñ÷éêÝò ìåôñÞóåéò ôïõ ðõñçíéêïý öïñôßïõ ìå áõôÞí ôç ìÝèïäï äåí Þôáí êáé ðïëý

Ó×ÇÌÁ 10-3. ¸íá ðñüôõðï ðïõ áðåéêïíßæåé ìå áêñßâåéá ôï óêåäáóìü ôùí óùìáôéäßùí á áðü ôïí ðõñÞíá. Ç Üðùóç ðïõ õößóôáôáé Ýíá óùìáôßäéï á ãßíåôáé ìåãáëýôåñç, üóï ðëçóéÜæåé ôïí ðõñÞíá (ôï áíþôåñï óçìåßï ôïõ ðñïôýðïõ).

232

Ernest Rutherford (1871 - 1937)

O Rutherford åðçñÝáóå ðåñéóóüôåñï ßóùò áðü êÜèå Üëëï åðéóôÞìïíá ôïí ôïìÝá ôçò áôïìéêÞò åðéóôÞìçò, êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôïõ ðåñáóìÝíïõ áéþíá. ¢íèñùðïò áîéüëïãïò, Üñ÷éóå ôçí åðáããåëìáôéêÞ ôïõ óôáäéïäñïìßá óå ìßá åðï÷Þ óõíáñðáóôéêÞ ãéá ôçí åðéóôÞìç. Óôï ìÝóï üëùí ôùí íÝùí åîåëßîåùí, ï Rutherford Üñ÷éóå Ýñåõíåò óå äéÜöïñïõò ôïìåßò, ðïõ ôåëéêÜ ôïí ïäÞãçóáí óå ìßá íÝá èåþñçóç ôçò äïìÞò ôïõ áôüìïõ. ÃåííÞèçêå óôç ÍÝá Æçëáíäßá êáé åêåß Ýëáâå ôç âáóéêÞ åêðáßäåõóç. Êåñäßæïíôáò ìßá õðïôñïößá ãéá ôï ÐáíåðéóôÞìéï ôïõ Cambridge ôçò Áããëßáò, Ýãéíå âïçèüò ôïõ J.J. Thomson, õðåýèõíïõ ôïõ åñãáóôçñßïõ ôïõ Cavendish. ÊáôÜ ôçí ðåñßïäï

áõôÞ äéåîÞãáãå ìáæß ìå ôïí Thomson ðåéñÜìáôá, ðïõ ïäÞãçóáí óôçí áíáêÜëõøç ôïõ çëåêôñïíßïõ. ¸ðåéôá áðü ôñßá ÷ñüíéá, ðÞãå óôï ÐáíåðéóôÞìéï Mc Gill, óôï Montreal ôïõ ÊáíáäÜ. Åêåß äéåôÝëåóå äéåõèõíôÞò óôï åñãáóôÞñéï öõóéêÞò. ¸íá ÷ñüíï ìåôÜ ôçí áíáêÜëõøç ôçò ñáäéåíÝñãåéáò, áíáêÜëõøå üôé ç áêôéíïâïëßá áðü ôï ïõñÜíéï äåí åßíáé áðëÞ áëëÜ, áðïôåëåßôáé áðü «ìáëáêÝò» áêôßíåò, ôéò áêôßíåò á, êáé «óêëçñÝò», ôéò áêôßíåò â. Ëßãï áñãüôåñá áíáêÜëõøå ìáæß ìå ôï âïçèü ôïõ Frederick Soddy üôé ïé áêôßíåò á, ðïõ åêðÝìðïíôáé áðü ôï ñáäéåíåñãü óôïé÷åßï èüñéï, Þôáí óôçí ðñáãìáôéêüôçôá èåôéêÜ öïñôéóìÝíïé ðõñÞíåò ôùí áôüìùí ôïõ óôïé÷åßïõ Þëéï. Ùò åðéâñÜâåõóç áõôÞò ôçò óõíå÷ïýò åñãáóßáò óôç ñáäéåíÝñãåéá ôïõ áðïíåìÞèçêå ôï âñáâåßï Íüìðåë ãéá ôç ×çìåßá ôï 1908. Ï óõíåñãÜôçò ôïõ Soddy åîåëß÷èçêå åðßóçò óå äéáêåêñéìÝíï åðéóôÞìïíá êáé êÝñäéóå ôï Íüìðåë ×çìåßáò ôï 1921. Ôï 1908 ï Rutherford åðÝóôñåøå óôçí Áããëßá, üðïõ Ýãéíå êáèçãçôÞò ÖõóéêÞò óôï ÐáíåðéóôÞìéï ôïõ Manchester. Åêåß ðñáãìáôïðïßçóå êáé ôá ðåéñÜìáôá åêôñïðÞò ôùí óùìáôéäßùí á, ðïõ ìåôÜ ôÝóóåñá ÷ñüíéá ôïí ïäÞãçóáí óôç äéáôýðùóç åíüò «ðëáíçôéêïý» ðñïôýðïõ ôçò áôïìéêÞò äïìÞò (áõôÞ ßóùò åßíáé ç ðëÝïí óçìáíôéêÞ åñãáóßá ôïõ). ÔÝëïò, Ýãéíå äéåõèõíôÞò ôïõ åñãáóôçñßïõ ôïõ Cavendish, óôï Cambridge, èÝóç ôçí ïðïßá êáôåß÷å ìÝ÷ñé ôï ôÝëïò ôçò æùÞò ôïõ. Ç åðéóôçìïíéêÞ óôáäéïäñïìßá ôïõ Rutherford êñÜôçóå 40 ÷ñüíéá. Ç áñ÷Þ ôçò ó÷åäüí óõíÝðåóå ìå ôçí áíáêÜëõøç ôçò ñáäéåíÝñãåéáò. ÌåôÜ ôï èÜíáôü ôïõ Üñ÷éóå ç áôïìéêÞ åðï÷Þ. Óôïí ôïìÝá

233

áêñéâåßò, áëëÜ ðÜíôùò Ýäåéîáí üôé äéáöïñåôéêÜ óôïé÷åßá Ý÷ïõí êáé äéáöïñåôéêÜ ðõñçíéêÜ öïñôßá. ÌÝ÷ñé ôï 1920 ôá ðåéñÜìáôá åêôñïðÞò ôùí óùìáôéäßùí á âåëôéþèçêáí ôüóï ðïëý, þóôå ìðïñïýóáí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ãéá ôïí áêñéâÞ ðñïóäéïñéóìü ôïõ öïñôßïõ ôïõ ðõñÞíá.

10.3 Ôï Üôïìï ìå ðõñÞíá. ¸íá åðéôõ÷çìÝíï åðéóôçìïíéêü ðñüôõðï. ¼ðùò åßäáìå ìÝ÷ñé ôþñá, ðëÞèïò áðü äåäïìÝíá Ýðåéóáí ôïõò åðéóôÞìïíåò üôé ôá Üôïìá ðñÝðåé íá áðïôåëïýíôáé áðü ìéêñÜ öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá. ¼óá Ý÷ïõí áñíçôéêü öïñôßï ïíïìÜóèçêáí çëåêôñüíéá. ÁõôÜ ìå èåôéêü öïñôßï (ãéá ôá ïðïßá ëßãá ðñÜãìáôá Ý÷ïõí áíáöåñèåß ìÝ÷ñé ôþñá) ïíïìÜóèçêáí ðñùôüíéá. Óå Ýíá êáíïíéêü Üôïìï ôá çëåêôñüíéá êáé ôá ðñùôüíéá Ý÷ïõí ßóá áëëÜ áíôßèåôá öïñôßá êáé âñßóêïíôáé óå ßóïõò áñéèìïýò ìÝóá óå áõôü. ¸ôóé åîçãåßôáé ôï üôé Ýíá êáíïíéêü Üôïìï åßíáé êáé çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñï. Åðßóçò åßäáôå ðþò ôá ðåéñÜìáôá åêôñïðÞò ôïõ Rutherford Ýäåéîáí üôé ôï èåôéêü öïñôßï ðïõ õðÜñ÷åé óå Ýíá Üôïìï èá ðñÝðåé íá åßíáé óõãêåíôñùìÝíï óå Ýíá ìéêñïóêïðéêü êåíôñéêü ðõñÞíá. Ôá çëåêôñüíéá åßíáé äéáóêïñðéóìÝíá ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá êáé óôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôïõ üãêïõ ôïõ áôüìïõ. ÅðåéäÞ ôá çëåêôñüíéá Ý÷ïõí ðïëý ìéêñÞ ìÜæá óå ó÷Ýóç ìå áõôÞí ïëüêëçñïõ ôïõ áôüìïõ, óõìðåñáßíåôáé üôé ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôçò ìÜæáò åíüò áôüìïõ èá ðñÝðåé íá âñßóêåôáé óõãêåíôñùìÝíï óôïí ðõñÞíá. Ìå ôéò åñãáóßåò ôïõ ï Rutherford üñéóå ôá ãåíéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôïõ ðõñçíéêïý ðñïôýðïõ åíüò áôüìïõ. Áðü ôçí åðï÷Þ åêåßíç ìÝ÷ñé óÞìåñá, Ýãéíáí ðïëõÜñéèìåò åñåõíçôéêÝò åñãáóßåò áðü ÷çìéêïýò êáé öõóéêïýò, ìå áðïôÝëåóìá íá ôåëåéïðïéçèåß áõôü ôï ðñüôõðï. Ðñïöáíþò ðåñéóóüôåñåò äéåõêñéíßóåéò ÷ñåéÜæïíôáí ôá åîÞò äýï óçìåßá: 1. Ðþò áêñéâþò åßíáé ï ðõñÞíáò; 2. Ðþò áêñéâþò åßíáé êáôáíåìçìÝíá ôá çëåêôñüíéá ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá; Ç äåýôåñç åñþôçóç åßíáé ðïëý óçìáíôéêÞ ãéá ôç ÷çìåßá, ãé' áõôü êáé ïé åðüìåíåò ðáñÜãñáöïé èá áöéåñùèïýí óå áõôÞí. Ôï õðüëïéðï ìÝñïò áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ èá áöéåñùèåß óôá êõñéüôåñá óçìåßá ôçò áðáíôÞóåùò ôçò ðñþôçò åñùôÞóåùò êáé èá ðñïåôïéìáóôåß ôï Ýäáöïò ãéá ìßá ëåðôïìåñÞ åîÝôáóç ôçò óõìðåñéöïñÜò ôùí çëåêôñïíßùí. Áôïìéêïß áñéèìïß. Ôï èåôéêü öïñôßï ôïõ ðõñÞíá

åßíáé áíÜëïãï ìå ôïí áñéèìü ôùí ðñùôïíßùí ðïõ ðåñéÝ÷åé. ÅîåôÜæïíôáò ôï çëåêôñéêü öïñôßï óå åðßðåäï áôüìïõ, ôï èåôéêü öïñôßï ôïõ ðñùôïíßïõ èåùñåßôáé ùò ç ìïíÜäá ôïõ èåôéêïý öïñôßïõ. ÁíÜëïãá, ùò ìïíÜäá ôïõ áñíçôéêïý öïñôßïõ èåùñåßôáé ôï áñíçôéêü öïñôßï ôïõ çëåêôñïíßïõ. ÁõôÝò ïé äýï ìïíÜäåò Ý÷ïõí ßäéï áëëÜ áíôßèåôï ìÝãåèïò öïñôßïõ. ¸ôóé, Ýíáò ðõñÞíáò ðïõ ðåñéÝ÷åé Ýíá ðñùôüíéï Ý÷åé öïñôßï +1, êáé Ýíáò Üëëïò ìå x ðñùôüíéá Ý÷åé öïñôßï +x. Ï áñéèìüò ôùí ðñùôïíßùí ôïõ ðõñÞíá ëÝãåôáé áôïìéêüò áñéèìüò ôïõ áôüìïõ. Åöüóïí ôï Üôïìï åßíáé çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñï, ï áôïìéêüò áñéèìüò èá åßíáé áñéèìçôéêÜ ßóïò êáé ìå ôïí áñéèìü ôùí çëåêôñïíßùí, ðïõ ðåñéâÜëëïõí ôïí ðõñÞíá. ¼ëá ôá Üôïìá ôïõ ßäéïõ óôïé÷åßïõ Ý÷ïõí ôïí ßäéï áôïìéêü áñéèìü. Ôï õäñïãüíï Ý÷åé ôï åëáöñüôåñï Üôïìï ìå ôï ìéêñüôåñï èåôéêü öïñôßï, +1. ÊáôÜ ôçí ðåñéãñáöÞ åíüò áôüìïõ, åßôå áíáöåñèåß üôé ðñüêåéôáé ãéá ôï Üôïìï õäñïãüíïõ åßôå üôé ðñüêåéôáé ãéá Üôïìï ìå áôïìéêü áñéèìü 1, åßíáé ôï ßäéï áêñéâþò ðñÜãìá. ÁíÜëïãá, ôï Üôïìï ôïõ çëßïõ Ý÷åé ðõñçíéêü öïñôßï +2. O ðõñÞíáò ôïõ ðåñéÝ÷åé äýï ðñùôüíéá (áôïìéêüò áñéèìüò 2). Ôá Üôïìá ôïõ ëéèßïõ Ý÷ïõí áôïìéêü áñéèìü 3 (ðõñçíéêü öïñôßï +3) êëð. ¼ðùò èá áíáöåñèåß áñãüôåñá, ç áéôßá ðïõ äéáöïñåôéêÜ åßäç áôüìùí Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò ÷çìéêÝò éäéüôçôåò åßíáé ôï ãåãïíüò üôé Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÜ ðõñçíéêÜ öïñôßá êáé ãé' áõôü äéáöïñåôéêü áñéèìü çëåêôñïíßùí.

10.4 ÌÝãåèïò ôïõ áôüìïõ. ¼ðùò ìÜèáôå (êåö. 10 ðáñÜãñ. 2), ï Rutherford õðïóôÞñéîå üôé ï ðõñÞíáò ôïõ áôüìïõ Ý÷åé äéÜìåôñï ðåñßðïõ 10-12cm, åíþ ïëüêëçñï ôï Üôïìï Ý÷åé äéÜìåôñï ðåñßðïõ 10-8cm. Ï ðñþôïò áñéèìüò ðñïÝêõøå áðü ôá ðåéñÜìáôá åêôñïðÞò ôùí óùìáôéäßùí á. Ðþò âñÞêå, üìùò, ôï äåýôåñï áñéèìü; Ðþò Ýãéíáí ãíùóôÜ ôá ìåãÝèç ôùí áôüìùí; EðåéäÞ ôá Üôïìá äåí åßíáé ïñáôÜ, äåí åßíáé ôüóï áðëü íá äïèåß áðÜíôçóç óå áõôÞí ôçí åñþôçóç^ (ðñáêôéêÜ, äåí åßíáé äõíáôüí íá äïèåß áðÜíôçóç ãéá Ýíá ìåìïíùìÝíï Üôïìï). Áõôü ðïõ ìðïñåß íá ãßíåé åßíáé íá êáèïñéóèåß ðüóï ìðïñïýí íá ðëçóéÜóïõí äýï üìïéá Üôïìá. Áí õðïôåèåß üôé ôá Üôïìá åßíáé óöáßñåò, ôüôå, üôáí ðëçóéÜóïõí üóï ôï äõíáôüí ðåñéóóüôåñï ìåôáîý ôïõò, ç áðüóôáóç ìåôáîý ôùí ðõñÞíùí ôïõò äåß÷íåé ðüóç åßíáé êáé ç äéÜìåôñïò áõôþí ôùí

234

r

r

2r =d

Ó×ÇÌÁ 10-4. Ç áðüóôáóç ìåôáîý äýï ãåéôïíéêþí ðõñÞíùí, üôáí Ýíá óôïé÷åßï åßíáé óå óôåñåÞ êáôÜóôáóç, ìðïñåß íá èåùñçèåß, êáôÜ ðñïóÝããéóç, üôé åßíáé ßóç ìå ôç äéÜìåôñï ôùí áôüìùí.

áôüìùí. Áêüìç êáé áõôÞ ç ìÝèïäïò õðïëïãéóìïý äåí åßíáé ôüóï åýêïëç, ãéáôß ç åëÜ÷éóôç áðüóôáóç ôùí áôüìùí åîáñôÜôáé áðü ôç äýíáìç Þ ôçí åíÝñãåéá ðïõ ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá ùèÞóåé ôï Ýíá Üôïìï ðñïò ôçí ðëåõñÜ ôïõ Üëëïõ. Ãéá ëüãïõò ðñáêôéêïýò ìðïñïýìå íá èåùñÞóïìå üôé ç áðüóôáóç ìåôáîý äýï ãåéôïíéêþí ðõñÞíùí åíüò óôïé÷åßïõ (üôáí ôï óôïé÷åßï âñßóêåôáé óôç óôåñåÞ êáôÜóôáóç) åßíáé ðåñßðïõ ßóç ìå ôç äéÜìåôñï ôùí áôüìùí ôïõ (ó÷. 10-4). Áõôü åýêïëá ìðïñåß íá ðñïóäéïñéóèåß, áí åßíáé ãíùóôÞ ç áôïìéêÞ ìÜæá ôïõ óôïé÷åßïõ êáé ï áñéèìüò ôïõ Avogadro (6,02 x 1023), üðùò êáé ç ðõêíüôçôÜ ôïõ óôåñåïý äåßãìáôïò. Ùò ðáñÜäåéãìá áò åîåôÜóïìå ôï óôïé÷åßï Üñãõñïò. Ç áôïìéêÞ ìÜæá ôïõ åßíáé 108. Ç

ðõêíüôçôÜ ôïõ 10,5 g/cm3. ¸ôóé, Ýíá êõâéêü åêáôïóôü áñãýñïõ ðåñéÝ÷åé:

Áò õðïôåèåß üôé n Üôïìá åßíáé ôïðïèåôçìÝíá ïìïéüìïñöá êáé ðïëý êïíôÜ ôï Ýíá ìå ôï Üëëï, þóôå íá ãåìßæïõí Ýíá êýâï (ó÷. 10-5). Ôüôå, èá ðñÝðåé ç áêìÞ ôïõ êýâïõ íá áðïôåëåßôáé áðü áñéèìü áôüìùí, üðùò öáßíåôáé óôï åðÜíù ìÝñïò ôïõ ó÷Þìáôïò 10-6. Áðü áõôü ðñïêýðôåé üôé õðÜñ÷ïõí:

ÔåëéêÜ, áí ìßá óåéñÜ áðü 0,40 x 1018 Üôïìá Ý÷åé ìÞêïò Ýíá åêáôïóôü, êÜèå Üôïìï ðñÝðåé íá Ý÷åé äéÜìåôñï (ó÷. 10-6, êÜôù) ðåñßðïõ =(2,5Å)

ÁíÜëïãïé õðïëïãéóìïß ãéá Üëëá Üôïìá äåß÷íïõí üôé ôá ìåãÝèç ôùí áôüìùí êõìáßíïíôáé ìåôáîý 1 x 10-8 êáé 5 x 10-8 cm. ÅðåéäÞ ïé ÷çìéêïß êáé ïé öõóéêïß áíáöÝñïíôáé ôüóï óõ÷íÜ óôá 0,40 x 10 8 Üôïìá

1 cm

cm

{

2,5 x 10 -8

Ó×ÇÌÁ 10-5. ¸íáò êýâïò áðü Üôïìá. Áí ï üãêïò ôïõ åßíáé Ýíá cm3 êáé õðÜñ÷ïõí n Üôïìá ìÝóá óå áõôüí, ôüôå êÜèå áêìÞ Ý÷åé Üôïìá.

Ó×ÇÌÁ 10-6. Ìßá óåéñÜ áðü Üôïìá (åðÜíù), áðü ôïí êýâï ôïõ ó÷Þìáôïò 10-5, ðåñéÝ÷åé 0,40 x 108 Üôïìá (äçëáäÞ óå Ýíá åêáôïóôüìåôñï –1 cm– ÷ùñÜíå óå ðáñÜôáîç 40.000.000 Üôïìá). Áí ï áñéèìüò ôùí áôüìùí åßíáé ãíùóôüò, ç äéÜìåôñïò åíüò áðëïý áôüìïõ (êÜôù) ìðïñåß íá õðïëïãéóèåß üôé åßíáé 2,5 x 10-8cm.

235

ìåãÝèç áôüìùí êáé ìïñßùí, ôï 10-8 cm êáèéåñþèçêå ùò ìïíÜäá ìÞêïõò. ËÝãåôáé Üíãêóôñåì (Ångström) êáé óõìâïëßæåôáé ìå Å. Ï ðõñÞíáò ôïõ áôüìïõ ðÜíôùò Ý÷åé äéÜìåôñï ðåñßðïõ 10-12 cm. ÄçëáäÞ ç äéÜìåôñïò ôïõ ðõñÞíá

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

åßíáé ðåñßðïõ 1/10.000 ôçò äéáìÝôñïõ ôïõ áôüìïõ. Áí öáíôáóôåß êÜðïéïò Ýíá Üôïìï, ôï ïðïßï õðü ìåãÝèõíóç åßíáé ôüóï ìåãÜëï, üóï Ýíá óôÜäéï, ôüôå ï ðõñÞíáò ôïõ èá åßíáé ßóïò ìå Ýíá ìõñìÞãêé!

10.5 ÌåôñÞóåéò ôïõ ìåãÝèïõò åíüò ìïñßïõ. ¼ðùò áíáöÝñèçêå, åßíáé äõíáôüò ï õðïëïãéóìüò ôïõ ìåãÝèïõò åíüò áôüìïõ ìå ìÝôñçóç ôçò ðõêíüôçôáò ôïõ óôïé÷åßïõ êáé õðïëïãéóìü ôçò áôïìéêÞò äéáìÝôñïõ áðü ôïí áñéèìü ôùí áôüìùí, ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óå Ýíá êõâéêü åêáôïóôü ôïõ óôïé÷åßïõ. Åßíáé äõíáôüí íá ðÜñåé êÜðïéïò ìßá éäÝá ãéá ôï ìÝãåèïò åíüò ìïñßïõ êáé ìå Ýíáí Üëëï, Ýììåóï ôñüðï. Åßíáé ãíùóôü üôé, üôáí ÷õèåß ëßãï ðåôñÝëáéï óôçí åðéöÜíåéá ìéáò ðïóüôçôáò íåñïý äåí áíáìéãíýåôáé ìå áõôü, áëëÜ îå÷ùñßæåé áðü ôï íåñü êáé áðëþíåôáé óå ìßá ðïëý ëåðôÞ óôïéâÜäá, ó÷çìáôßæïíôáò ìßá êçëßäá. ¸÷åé áðïäåé÷èåß üôé ìßá ôÝôïéá êçëßäá åîáðëþíåôáé åðÜíù óôçí åðéöÜíåéá ôïõ íåñïý, ìÝ÷ñé íá áðïêôÞóåé ðÜ÷ïò ðåñßðïõ åíüò ìïñßïõ. Ó÷çìáôßæåôáé äçëáäÞ ìéá «ìïíïìïñéáêÞ óôïéâÜäá». Ôï ßäéï óõìâáßíåé êáé ìå ôï ëÜäé. Áò õðïôåèåß üôé ãíùóôüò üãêïò ëáäéïý Ý÷åé ÷õèåß óôçí åðéöÜíåéá ìéáò ðïóüôçôáò íåñïý êáé üôé ðÝñáóå áñêåôüò ÷ñüíïò, þóôå íá áðëùèåß üóï ðåñéóóüôåñï ãßíåôáé êáé íá ó÷çìáôéóôåß ôåëéêÜ óôïéâÜäá ðÜ÷ïõò åíüò ìïñßïõ. Ôüôå, ìðïñåß íá õðïëïãéóèåß ôï ðÜ÷ïò ôçò óôïéâÜäáò, ðïõ èá éóïýôáé ìå ôï ìÞêïò Þ ôç äéÜìåôñï ôùí ìïñßùí ôïõ ëáäéïý. Ïé õðïëïãéóìïß åßíáé åýêïëïé, ãéáôß ï üãêïò åíüò õëéêïý óþìáôïò éóïäõíáìåß ìå ôï åìâáäüí ôçò âÜóåùò åðß ôï ýøïò Þ ôï ðÜ÷ïò ôïõ. Áí ç âÜóç åßíáé êýêëïò, ï ôýðïò ãßíåôáé: ¼ãêïò = ð x áêôßíá2 x ðÜ÷ïò Áí ãßíåé äåêôü üôé ôá ìüñéá åßíáé ìéêñïóêïðéêÝò óöáßñåò, ôüôå ôï ðÜ÷ïò ôçò óôïéâÜäáò ôïõ ëáäéïý èá éóïäõíáìåß ìå ôç äéÜìåôñï ôùí óöáéñéêþí ìïñßùí. ÅðåéäÞ õðÜñ÷ïõí ðïëëÝò ðéèáíüôçôåò ôá ìüñéá íá ìçí åßíáé óöáéñéêÜ, ïé ìåôñÞóåéò äåí èá äþóïõí áêñéâþò ôï ìÝãåèïò ôçò äéáìÝôñïõ, áëëÜ èá äþóïõí ìßá Ýíäåéîç ôçò ôÜîåùò ìåãÝèïõò ôùí äéáóôÜóåùí ôùí ìïñßùí ðïõ ôõ÷üí åîåôÜæïíôáé. Óôï åðüìåíï ðåßñáìá èá ìåëåôçèåß ìéá ÷çìéêÞ Ýíùóç, ðïõ áðïôåëåßôáé áðü Üíèñáêá, õäñïãüíï êáé ïîõãüíï êáé ëÝãåôáé åëáúêü ïîý. Åßíáé ìßá ëéðáñÞ ïõóßá, ðïõ äåí áíáìéãíýåôáé ìå ôï íåñü, áëëÜ ó÷çìáôßæåé ëåðôü óôñþìá óôçí åðéöÜíåéÜ ôïõ. ÅðåéäÞ ìßá óôáãüíá åëáúêïý ïîÝïò èá óêåðÜóåé ôåñÜóôéá åðéöÜíåéá íåñïý, åßíáé áðáñáßôçôï íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ðïëý áñáéü äéÜëõìá ôïõ ïîÝïò óå áëêïüëç. Ïé äéáóôÜóåéò ôçò óôïéâÜäáò ôïõ åëáúêïý ïîÝïò åðÜíù óôï íåñü èá öáíïýí êáëýôåñá, áí Ý÷åé ðñïóôåèåß ëßãç óêüíç áðü êéìùëßá óôçí åðéöÜíåéÜ ôïõ, ðñéí ðÝóåé ôï ïîý. ¼ôáí ôï åëáúêü ïîý Ýëèåé óå åðáöÞ ìå ôï íåñü, èá áñ÷ßóåé åýêïëá íá áðùèåß ôç óêüíç, ìÝ÷ñé íá óôáìáôÞóåé ç åîÜðëùóÞ ôïõ. ÓÊÏÐÏÓ

Èá ãßíåé õðïëïãéóìüò êáôÜ ðñïóÝããéóç ôïõ ìåãÝèïõò ôïõ ìïñßïõ ôïõ åëáúêïý ïîÝïò.

236

ÕËÉÊÁ

Óêüíç ëõêïðïäßïõ Þ óêüíç áðü ôñéììÝíç êéìùëßá. Äßóêïò óåñâéñßóìáôïò, äéáóôÜóåùí ðåñßðïõ 45 x 60 cm. Åëáúêü ïîý, äéáëõìÝíï óå áëêïüëç ìÝóá óå óôáãïíïìåôñéêü öéáëßäéï. Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò 10 ml. ÕðïäåêÜìåôñï. ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

Ó×ÇÌÁ 10-7.

1. Óáò äßíåôáé Ýíá óôáãïíïìåôñéêü öéáëßäéï ìå áëêïïëéêü äéÜëõìá åëáúêïý ïîÝïò. Ç óõãêÝíôñùóç åßíáé 0,005 êõâéêÜ åêáôïóôÜ ôïõ åëáúêïý ïîÝïò áíÜ êõâéêü åêáôïóôü áëêïïëéêïý äéáëýìáôïò. 2. Ãåìßóôå Ýíá ìåãÜëï äßóêï óåñâéñßóìáôïò ìå íåñü óå ýøïò åíüò åêáôïóôïý. ÐñÝðåé ï äßóêïò íá åßíáé êáèáñüò, ðñéí ÷ñçóéìïðïéçèåß. Áí ãéá ôï ðëýóéìü ôïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå óáðïýíé Þ áðïññõðáíôéêü, ðñÝðåé, áöïý îåðëõèåß êáëÜ, íá óêïõðéóèåß êáé êáôüðéí íá ôïí ãåìßóåôå ìå íåñü. 3. Äéáóêïñðßóôå ìßá ðïëý ìéêñÞ ðïóüôçôá óêüíçò ëõêïðïäßïõ Þ ôñéììÝíçò êéìùëßáò óôçí åðéöÜíåéá ôïõ íåñïý (áñêåß íá ôéíá÷èåß åðÜíù áðü ôï íåñü ôï óöïõããÜñé, ìå ôï ïðïßï óâÞíåôå ôïí ðßíáêá, ãéá íá ðÝóåé áñêåôÞ ðïóüôçôá Üóðñçò óêüíçò). 4. Áí õðÜñ÷åé áìöéâïëßá ãéá ôï áí ç áëêïüëç ìðïñåß íá åðçñåÜóåé ôï ðåßñáìá, íá ðñïóôåèïýí äýï-ôñåéò óôáãüíåò óôçí åðéöÜíåéá ôïõ íåñïý ôïõ äßóêïõ. ÄéáôáñÜóóåôáé êáèüëïõ ôï ëåðôü óôñþìá ôçò óêüíçò; Ãéáôß; 5. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ óôáãïíüìåôñïõ ðñïóèÝóôå ìßá ìüíï óôáãüíá áðü ôï áëêïïëéêü äéÜëõìá ôïõ åëáúêïý ïîÝïò óôï êÝíôñï ôïõ äßóêïõ, üðùò óôï ó÷Þìá 10-7. Ç åðéöÜíåéá ðïõ êáëýðôåôáé áðü ôç óôïéâÜäá ðïõ åîáðëþíåôáé èá Ý÷åé ðåñéóóüôåñï Þ ëéãüôåñï êõêëéêÞ ðåñßìåôñï, áíÜëïãá ìå ôï ðüóï ðñïóåêôéêÜ èá ãßíåé ôï ðåßñáìá. Íá ìåôñçèåß ç äéÜìåôñïò ôçò êçëßäáò óå ìåñéêÝò äéáöïñåôéêÝò êáôåõèýíóåéò. Áöïý âñåèåß ï ìÝóïò üñïò ôùí äéáìÝôñùí, íá õðïëïãéóèåß ôï åìâáäüí ôçò êçëßäáò. 6. ÐñïóèÝóôå áêüìç ìßá óôáãüíá óôï êÝíôñï ôçò êçëßäáò ðïõ õðÜñ÷åé óôï äßóêï. Ìå íÝá ìÝôñçóç ôçò äéáìÝôñïõ íá õðïëïãéóèåß ôï íÝï åìâáäüí. Ôï ßäéï íá ãßíåé êáé ãéá ìßá ôñßôç óôáãüíá. Ðþò óõíäÝïíôáé ôá ôñßá åìâáäÜ; Ôé óõìðÝñáóìá ìðïñåß íá âãåé ãéá ôïí áñéèìü ôùí ìïñßùí, ðïõ âñßóêïíôáé åðÜíù óôï íåñü óå êÜèå óôéãìÞ; Áðü ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò èá ðåñéìÝíáôå ôá ìüñéá íá óõóóùñåýïíôáé ôï Ýíá åðÜíù óôï Üëëï Þ íá äéáóêïñðßæïíôáé óå ìéá áðëÞ óôïéâÜäá; Ãéáôß; 7. Må ãåìÜôï ôï óôáãïíüìåôñï áðü áëêïïëéêü äéÜëõìá ôïõ åëáúêïý ïîÝïò, íá ìåôñçèïýí ðüóåò óôáãüíåò ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá ðñïóôåèåß Ýíá êõâéêü åêáôïóôü áðü áõôü óå Ýíáí êáèáñü ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï ôùí 10 ml. 3) éóïýôáé ìå Ýíá ÷éëéïóôüëéôñï Õðïôßèåôáé üôé Ýíá êõâéêü åêáôïóôü (1 cm (1 ml). Ná âñåèåß óå ôé áñéèìü êõâéêþí åêáôïóôþí áíáëïãåß ìßá óôáãüíá ôïõ äéáëýìáôïò. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Èá ðñÝðåé íá ó÷çìáôßóåôå Ýíáí ðßíáêá óôï ôåôñÜäéü óáò, ãéá íá êáôáãñáöïýí ïé ìåôñÞóåéò êáé ôá áðïôåëÝóìáôá. ÁíÜëïãïé ðßíáêåò èá ðñÝðåé åðßóçò íá ãßíïõí êáé ãéá ôéò êçëßäåò ðïõ äçìéïõñãïýíôáé áðü äýï Þ ôñåéò óôáãüíåò ôïõ åëáúêïý ïîÝïò. Êçëßäá ìå ìßá óôáãüíá.

237

ÄéÜìåôñïò 1 (cm). ÄéÜìåôñïò 2 (cm). ÄéÜìåôñïò 3 (cm). Óýíïëï. ÌÝóïò üñïò äéáìÝôñùí (cm). Åìâáäüí (cm2). Åìâáäüí áíÜ óôáãüíá (cm2).

Õðïëïãéóìïß. 1. Áðü ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí óôáäßùí 5 êáé 6 íá âñåèåß ï ìÝóïò üñïò ôïõ åìâáäïý áíÜ óôáãüíá. 2. Áðü ôïí áñéèìü ôùí óôáãüíùí ôïõ äéáëýìáôïò ðïõ âñÝèçêå üôé áíôéóôïé÷ïýí óå Ýíá êõâéêü åêáôïóôü, íá õðïëïãéóèåß ï áñéèìüò ôùí cm3 ôïõ äéáëýìáôïò ðïõ áíôéóôïé÷åß óå ìßá óôáãüíá.

3. Íá õðïëïãéóèåß ï áñéèìüò ôùí cm3 ôïõ êáèáñïý åëáúêïý ïîÝïò, ðïõ õðÜñ÷åé óå ìßá óôáãüíá áëêïïëéêïý äéáëýìáôïò (cm3 äéáëýìáôïò áíÜ óôáãüíá x 0,005 cm3 åëáúêïý ïîÝïò áíÜ cm3 áëêïïëéêïý äéáëýìáôïò = cm3 êáèáñïý ïîÝïò áíÜ óôáãüíá). 4. Íá õðïëïãéóèåß ôï ðÜ÷ïò ôçò óôïéâÜäáò ôïõ ïîÝïò. Ï üãêïò ôïõ êáèáñïý ïîÝïò åßíáé ßóïò ìå ôïí üãêï ôçò êçëßäáò êáé ï üãêïò ôçò êçëßäáò éóïýôáé ìå ôï åìâáäüí ôçò åðß ôï ðÜ÷ïò ôçò.

Áí ôá ìüñéá ôïõ åëáúêïý ïîÝïò Þôáí óöáéñéêÜ, ôï ðÜ÷ïò ôçò êçëßäáò èá Þôáí ßóï ìå ôç äéÜìåôñï ôïõ ìïñßïõ. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Ï ôýðïò ôïõ åëáúêïý ïîÝïò åßíáé C17H33COOH. Ðïéá åßíáé ôá ðéèáíÜ ó÷Þìáôá ðïõ ìðïñïýí íá áðïäïèïýí óå áõôü ôï ìüñéï; 2. Óôçí áñ÷Þ áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò áíáöÝñèçêå üôé áõôü ôï ðåßñáìá äßíåé ìßá Ýíäåéîç ôçò ôÜîåùò ìåãÝèïõò ôùí äéáóôÜóåùí ôùí õðü åîÝôáóç ìïñßùí. Ôé åííïïýìå ìå ôïí üñï ôÜîç ìåãÝèïõò; 3. Ìå âÜóç ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí ðåéñáìÜôùí óáò, íá õðïëïãßóåôå ôé åìâáäüí èá êáëýøåé Ýíá êõâéêü åêáôïóôü áðü êáèáñü åëáúêü ïîý, üôáí åîáðëùèåß ó÷çìáôßæïíôáò êçëßäá ðÜ÷ïõò åíüò ìïñßïõ. Áí ç êçëßäá Þôáí êõêëéêÞ, ðïéá èá Ýðñåðå íá Þôáí ç äéÜìåôñïò óå åêáôïóôÜ/ óå ìÝôñá; 4. Áò õðïôåèåß üôé ôï ìüñéï ôïõ åëáúêïý ïîÝïò äåí åßíáé óöáéñéêü, üðùò Ýãéíå äåêôü óôïõò ðñïçãïýìåíïõò õðïëïãéóìïýò, áëëÜ üôé áðïôåëåßôáé áðü ìßá ìáêñÜ áëõóßäá Þ óåéñÜ 18 áôüìùí Üíèñáêá, ìå ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ ôïðïèåôçìÝíá åðÜíù êáé êÜôù, êáôÜ ìÞêïò üëïõ ôïõ ìïñßïõ, þóôå ôï ìÞêïò ôïõ íá åßíáé ðåñßðïõ ïêôþ öïñÝò ìåãáëýôåñï áðü ôï ðëÜôïò ôïõ. Ìå âÜóç ôéò ìåôñÞóåéò ôïõ ðñïçãïýìåíïõ ðåéñÜìáôïò, ðïéåò, èá ðñÝðåé íá åßíáé ïé äéáóôÜóåéò ôïõ ìïñßïõ, áí ãßíåé äåêôü üôé áõôÜ ôá ìüñéá «óôÝêïíôáé» óôï íåñü ìå ôç ìåãáëýôåñç äéÜóôáóÞ ôïõò êÜèåôç óôçí åðéöÜíåéá ôïõ íåñïý;

238

10.6 Íåôñüíéá. Ôá ðñùôüíéá âñßóêïíôáé ìÝóá óôïí ðõñÞíá êáé ôá çëåêôñüíéá ãýñù áðü áõôüí. ¼ðùò áíáöÝñèçêå, ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôçò ìÜæáò ôïõ áôüìïõ âñßóêåôáé óõãêåíôñùìÝíï óôïí ðõñÞíá. ÁõôÝò ïé äýï äéáðéóôþóåéò ïäçãïýí óôï óõìðÝñáóìá üôé ôï çëåêôñüíéï Ý÷åé ðïëý ìéêñüôåñç ìÜæá áðü ôï ðñùôüíéï^ êáé ðñÜãìáôé Ýôóé åßíáé. ¸÷ïõí ãßíåé äéÜöïñá ðåéñÜìáôá êáé Ý÷åé õðïëïãéóèåß ç ðñáãìáôéêÞ ìÜæá ôùí ðñùôïíßùí êáé ôùí çëåêôñïíßùí. ÂñÝèçêå ëïéðüí üôé ç ìÜæá ôïõ ðñùôïíßïõ åßíáé 1840 öïñÝò ìåãáëýôåñç áðü ôç ìÜæá ôïõ çëåêôñïíßïõ. ¸ôóé äéêáéïëïãåßôáé ôï üôé óôïí ðõñÞíá ðñáêôéêÜ ðåñéÝ÷åôáé üëç ç ìÜæá åíüò áôüìïõ. ¼ìùò, ìå åîáßñåóç ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ, äåí åßíáé ìüíï ôá ðñùôüíéá, áðü ôá ïðïßá áðïôåëåßôáé ç ìÜæá ôïõ áôüìïõ. Ãéá ðáñÜäåéãìá, Ýíá Üôïìï çëßïõ (áôïìéêüò áñéèìüò 2) Ý÷åé äýï ðñùôüíéá, åíþ ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ Ý÷åé Ýíá. ÐåéñáìáôéêÜ âñÝèçêå üôé ôï Üôïìï ôïõ çëßïõ Ý÷åé ôåôñáðëÜóéá ìÜæá áðü ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ êáé ü÷é äéðëÜóéá. Åðßóçò ôï Üôïìï ôïõ öèïñßïõ Ý÷åé áôïìéêü áñéèìü 9 êáé åðß ðëÝïí Ý÷åé 19 öïñÝò ìåãáëýôåñç ìÜæá áðü ôç ìÜæá ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ. Áðü áõôÝò êáé Üëëåò áíÜëïãåò ðáñáôçñÞóåéò ðñïêýðôåé üôé ï ðõñÞíáò ôùí áôüìùí èá ðñÝðåé íá ðåñéÝ÷åé êáé Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá óùìáôßäéá, ðïõ Ý÷ïõí ìÜæá åíþ äåí Ý÷ïõí öïñôßï. Ôï 1932 åß÷áìå ôéò ðñþôåò ðåéñáìáôéêÝò åíäåßîåéò ãéá ôçí ýðáñîç åíüò ôÝôïéïõ óùìáôéäßïõ. Ôï óùìáôßäéï áõôü ïíïìÜóèçêå íåôñüíéï êáé åß÷å ìÜæá ðåñßðïõ ßóç ìå ôç ìÜæá ôïõ ðñùôïíßïõ. Ôþñá åßíáé äõíáôüí íá äéêáéïëïãçèïýí ìå áðëü êáé óùóôü ôñüðï ïé ðïéêßëåò äéáöïñÝò óôéò ìÜæåò ôùí áôüìùí äéáöüñùí óôïé÷åßùí. Óôïí ðõñÞíá ôùí áôüìùí ôïõ çëßïõ õðÜñ÷ïõí äýï íåôñüíéá ìáæß ìå äýï ðñùôüíéá. ¸ôóé, ç óõíïëéêÞ ôïõ ìÜæá åßíáé ðåñßðïõ ôåôñáðëÜóéá áðü ôç ìÜæá ôïõ ðñùôïíßïõ. Óôïí ðõñÞíá ôùí áôüìùí ôïõ öèïñßïõ èá ðñÝðåé ìáæß ìå ôá åííÝá ðñùôüíéá íá õðÜñ÷ïõí êáé äÝêá íåôñüíéá, þóôå ç óõíïëéêÞ ìÜæá ôïõ íá åßíáé 19 öïñÝò ðéï ìåãÜëç áðü ôç ìÜæá ôïõ ðñùôïíßïõ. Ï óõíïëéêüò áñéèìüò ôùí óùìáôéäßùí ôïõ ðõñÞíá, ðñùôüíéá êáé íåôñüíéá, ïíïìÜæåôáé ìáæéêüò áñéèìüò åíüò óôïé÷åßïõ. Ãéá ðáñÜäåéãìá ìáæéêüò áñéèìüò ôïõ çëßïõ, ôïõ ïðïßïõ ï ðõñÞíáò ôïõ áôüìïõ ôïõ áðïôåëåßôáé áðü äýï ðñùôüíéá êáé äýï íåôñüíéá, åßíáé 4.

10.7 ÂáóéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôïõ ðõñçíéêïý áôüìïõ. Óôï óçìåßï áõôü ìðïñïýí ðëÝïí íá ðåñéãñáöïýí ôá âáóéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôçò äïìÞò ôïõ áôüìïõ. ÊÜèå Üôïìï áðïôåëåßôáé áðü Ýíáí áñéèìü ðñùôïíßùí, ßóï ìå ôïí áôïìéêü áñéèìü, êáé Ýíáí áñéèìü ôùí íåôñïíßùí. Ôá íåôñüíéá ìáæß ìå ôá ðñùôüíéá äßíïõí ôï ìáæéêü áñéèìü, äçëáäÞ ôçí áôïìéêÞ ôïõ ìÜæá. Ôüóï ç çëåêôñéêÞ ïõäåôåñüôçôá, üóï êáé ôï ìÝãåèïò ôïõ áôüìïõ ïöåßëïíôáé óôá çëåêôñüíéá, ôùí ïðïßùí ï áñéèìüò åßíáé ßóïò ìå ôïí áñéèìü ôùí ðñùôïíßùí, äçëáäÞ ìå ôïí áôïìéêü áñéèìü. ÕðÜñ÷åé ìüíï ìßá äõóêïëßá óå áõôü ôï ðñüôõðï. Ðþò åßíáé äõíáôüí äýï Þ ðåñéóóüôåñá ðñùôüíéá, äçëáäÞ äýï èåôéêÜ öïñôßá, íá âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá ôüóï êïíôÜ ôï Ýíá ìå ôï Üëëï, ÷ùñßò íá áóêïýí éó÷õñÝò áðùóôéêÝò äõíÜìåéò ìåôáîý ôïõò êáé íá ðñïêáëïýí Ýôóé áóôÜèåéá óôïí ðõñÞíá; ÁõôÞ åßíáé ìßá ðïëý óçìáíôéêÞ åñþôçóç. ºóùò ç ðéï óçìáíôéêÞ ðïõ èá ìðïñïýóå íá ôåèåß óå ó÷Ýóç ìå ôç öýóç ôçò ýëçò. Ðõñçíéêïß öõóéêïß, áêüìç êáé óÞìåñá, áó÷ïëïýíôáé ìå áõôü ôï åñþôçìá. Óå ãåíéêÝò ãñáììÝò, ç áðÜíôçóç èá ðñÝðåé íá åßíáé üôé ôá íåôñüíéá êáôÜ êÜðïéï ôñüðï ÷ñçóéìåýïõí óôï íá êñáôïýí óôáèåñü ôïí ðõñÞíá, ðáñÜ ôéò áðùóôéêÝò äõíÜìåéò ðïõ áíáðôýóóïíôáé ìåôáîý ôùí ðñùôïíßùí. Äåí ãíùñßæïìå êáíÝíá ðõñÞíá ðïõ íá ðåñéÝ÷åé äýï Þ ðåñéóóüôåñá ðñùôüíéá êáé íá ìçí ðåñéÝ÷åé ôïõëÜ÷éóôïí Ýíá íåôñüíéï êáé ìÜëéóôá ïé ðéï óôáèåñïß ðõñÞíåò ðåñéÝ÷ïõí ðåñéóóüôåñá íåôñüíéá áðü ôá ðñùôüíéá. ÌÝ÷ñé óÞìåñá äåí Ý÷åé áêüìç ïëïêëçñùèåß Ýíá ëåðôïìåñåéáêü ðñüôõðï ãéá ôï ñüëï ôùí íåôñïíßùí ùò óùìáôéäßùí óõíï÷Þò. Ïé êýñéåò éäéüôçôåò ôùí âáóéêþí óùìáôéäßùí ðïõ áðïôåëïýí ôá Üôïìá áíáãñÜöïíôáé óôïí ðßíáêá 10.1.

10.8 Éóüôïðá. ¼ëá ôá Üôïìá åíüò óôïé÷åßïõ Ý÷ïõí ôï ßäéï ðõñçíéêü öïñôßï, äçëáäÞ ôïí ßäéï áñéèìü ðñùôïíßùí, ôïí ßäéï áñéèìü çëåêôñïíßùí êáé åðïìÝíùò ôïí ßäéï áôïìéêü áñéèìü. ¼ìùò, üëá ôá Üôïìá åíüò êáé ôïõ áõôïý óôïé÷åßïõ Ý÷ïõí êáé ôçí ßäéá ìÜæá; Áò åîåôÜóïìå ðñþôá ôï Üôïìï åíüò áðëïý óôïé÷åßïõ, ôïõ õäñïãüíïõ. Ó÷åäüí üëá ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ

239 ÐÉÍÁÊÁÓ 10.1. ÌåñéêÜ âáóéêÜ óùìáôßäéá. Óùìáôßäéï

Öïñôßï

ÌÝóç ìÜæá

(çëåêôñïíéêÝò ìïíÜäåò)

(ó÷Ýóç ìå ôç ìÜæá ôïõ ðñùôïíßïõ)

Çëåêôñüíéï

-1

1/1840

Ðñùôüíéï

+1

1

Íåôñüíéï

0

1

ÐÉÍÁÊÁÓ 10.2. ÂáóéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ìåñéêþí ãíùóôþí éóïôüðùí. ¼íïìá

% ðáñïõóßá óôç öýóç

Áôïìéêüò áñéèìüò

Öïñôßï

Áñéèìüò ôùí çëåêôñïíßùí

Õäñïãüíï-1

99,984

1

1

1p

1

+1

1

Õäñïãüíï-2

0,016

1

2

1p, 1n

2

+1

1

¹ëéï-3

1,34 x 10-4

2

3

2p, 1n

3

+2

2

¹ëéï-4

100

2

4

2p, 2n

4

+2

2

Ëßèéï-6

7,40

3

6

3p, 3n

6

+3

3

Ëßèéï-7

92,60

3

7

3p, 4n

7

+3

3

100

4

9

4p, 5n

9

+4

4

Âüñéï-10

18,83

5

10

5p, 5n

10

+5

5

Âüñéï-11

81,17

5

11

5p, 6n

11

+5

5

¢íèñáêáò-12

98,892

6

12

6p, 6n

12

+6

6

¢íèñáêáò-13

1,108

6

13

6p, 7n

13

+6

6

¢æùôï-14

99,64

7

14

7p, 7n

14

+7

7

¢æùôï-15

0,36

7

15

7p, 8n

15

+7

7

Ïîõãüíï-16

99,76

8

16

8p, 8n

16

+8

8

Ïîõãüíï-17

0,04

8

17

8p, 9n

17

+8

8

Ïîõãüíï-18

0,20

8

18

8p, 10n

18

+8

8

Öèüñéï-19

100

9

19

9p, 10n

19

+9

9

×ëþñéï-35

75,4

17

35

17p, 18n

35

+17

17

×ëþñéï-37

24,6

17

37

17p, 20n

37

+17

17

×ñõóüò-197

100

79

197

79p,118n

197

+79

79

ÏõñÜíéï-234

0,01

92

234

92p,142n

234

+92

92

ÏõñÜíéï-235

0,71

92

235

92p,143n

235

+92

92

ÏõñÜíéï-238

99,28

92

238

92p,146n

238

+92

92

Âçñýëëéï-9

* p =ðñùôüíéï, n = íåôñüíéï

Ìáæéêüò áñéèìüò

Óýóôáóç*

ÐõñÞíáò ÌÜæá

240 ÐÉÍÁÊÁÓ 10.3. Êáíïíéêü êáé âáñý íåñü. ÓõãêñéôéêÝò éäéüôçôåò. Ç2Ï (0,016%D)

D2O

ïC)

0,9982

1,105

Óçìåßï ðÞîåùò,

ïC

0,00

3,82

Óçìåßï æÝóåùò,

ïC

100,00

101,42

Ðõêíüôçôá,

g/cm3

Ý÷ïõí ôçí ßäéá ìÜæá: Ôï Üèñïéóìá ôçò ìÜæáò åíüò ðñùôïíßïõ êáé åíüò çëåêôñïíßïõ. Óå áõôÜ ôá Üôïìá ï ðõñÞíáò ðåñéÝ÷åé Ýíá ìüíï ðñùôüíéï. Ðáñ' üëá áõôÜ, Ýíá ìéêñü ðïóïóôü áðü ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ (0,016%) Ý÷ïõí ðõñÞíåò, ðïõ ïé ìÜæåò ôïõò åßíáé äéðëÜóéåò ðåñßðïõ áðü áõôÝò ôïõ ðñùôïíßïõ. Ãéá ôçí åîÞãçóç áõôÞò ôçò äéáöïñÜò óôç ìÜæá ôùí áôüìùí õäñïãüíïõ õðïèÝôïìå üôé êÜèå Ýíáò áðü ôïõò ðõñÞíåò ôïõò áðïôåëåßôáé áðü Ýíá íåôñüíéï (öïñôßï 0, ìÜæá 1) êáé Ýíá ðñùôüíéï (öïñôßï +1, ìÜæá 1). ÁõôÜ ôá Üôïìá õäñïãüíïõ ïíïìÜæïíôáé õäñïãüíï-2 Þ áëëéþò äåõôÝñéï. Ôá äýï åßäç áôüìùí ôïõ õäñïãüíïõ (ðïõ Ý÷ïõí ôïí ßäéï áôïìéêü áñéèìü, áëëÜ äéáöïñåôéêÝò ìÜæåò) ëÝãïíôáé éóüôïðá. ¸íá éóüôïðï ðåñéãñÜöåôáé óõíÞèùò ìå ôï óýìâïëï Þ ôï üíïìá ôïõ óôïé÷åßïõ óôï ïðïßï áíÞêåé êáé óôç óõíÝ÷åéá ìå ôï ðëÞèïò ôùí ðñùôïíßùí êáé íåôñïíßùí, äçëáäÞ ìå ôï ìáæéêü ôïõ áñéèìü. Ôá éóüôïðá åßíáé Üôïìá ôïõ ßäéïõ óôïé÷åßïõ ìå äéáöïñåôéêü áñéèìü íåôñïíßùí êáé, åðïìÝíùò, äéáöïñåôéêïýò ìáæéêïýò áñéèìïýò. Åßíáé Üôïìá ôïõ ßäéïõ óôïé÷åßïõ, åðåéäÞ Ý÷ïõí ôïí ßäéï áôïìéêü áñéèìü (áñéèìü ðñùôïíßùí). Ï ðßíáêáò 10.2 ðåñéëáìâÜíåé ìåñéêÜ áðü ôá óõíÞèç éóüôïðá. Óýìöùíá ìå ôçí åêáôïóôéáßá áíáëïãßá ôïõ ðßíáêá, óôç öýóç, óå êÜèå 6.250 Üôïìá õäñïãüíïõ ìüíï ôï Ýíá åßíáé äåõôÝñéï. Áõôü ôï Üôïìï, áí êáé áðü ÷çìéêÞò áðüøåùò óõìðåñéöÝñåôáé üðùò Ýíá êáíïíéêü Üôïìï õäñïãüíïõ, óõ÷íÜ Ý÷åé ôï ÷áñáêôçñéóôéêü

(óôïõò 20

óýìâïëï D. ÌÝóá óå Ýíá äåßãìá êáíïíéêïý íåñïý èá õðÜñ÷ïõí ìåñéêÜ ìüñéá ìå Ýíá Üôïìï äåõôåñßïõ (D) êáé ðïëý ëßãá ìå äýï Üôïìá. Ç áíáëïãßá èá åßíáé ðåñßðïõ Ýíá ìüñéï DHO óå 6.000 ìüñéá H2O, åíþ ãéá ôï D2Ï ç áíáëïãßá èá åßíáé ðåñßðïõ Ýíá ìüñéï óå 3,6 x 107 ìüñéá Ç2Ï. Ç ýðáñîç ôïõ éóïôüðïõ D êáé ôùí ìïñßùí D2, DH, DHO êáé D2O äåí Þôáí ãíùóôÞ ìÝ÷ñé ôï 1932. Ôç ÷ñïíéÜ áõôÞ Ýíáò Áìåñéêáíüò ÷çìéêüò, ï Harold Urey, áíáêïßíùóå üôé ïé óõíåñãÜôåò ôïõ êáé áõôüò åðéâåâáßùóáí ôçí ýðáñîç ôùí áôüìùí äåõôåñßïõ (D). Óôá ÷ñüíéá ðïõ áêïëïýèçóáí áíáðôý÷èçêå ìßá ðéï ðñïóåêôéêÞ ìÝèïäïò êëáóìáôéêÞò áðïóôÜîåùò ôïõ íåñïý êáé Ýôóé êáôÝóôç äõíáôüí íá áðïìïíùèåß ôï âáñý íåñü óå ðïëý ìåãÜëåò ðïóüôçôåò. Ôï «âáñý íåñü» åßíáé êáôÜ 99,9% êáèáñü D2O. ÅðåéäÞ ç áôïìéêÞ ìÜæá ôùí áôüìùí äåõôåñßïõ åßíáé 2,0, ç ìïñéáêÞ ìÜæá ôïõ D2O åßíáé (2 x 2,0) + 16,0 = 20,0. Áí õðïôåèåß üôé ôá ìüñéá ôïõ D2Ï Ý÷ïõí ôçí ßäéá äéÜôáîç ìå ôá ìüñéá ôïõ Ç2Ï ðïõ Ý÷ïõí ìïñéáêÞ ìÜæá 18,0, ôüôå ôï âáñý íåñü èá Ý÷åé ðõêíüôçôá ðåñßðïõ 20/18 Þ 1,11 öïñÝò ìåãáëýôåñç áðü ôï êïéíü íåñü. Ï ðßíáêáò 10.3 åðéâåâáéþíåé áõôÞí ôçí áíáëïãßá, åíþ óõã÷ñüíùò äåß÷íåé üôé ôï âáñý íåñü êáé ôï êïéíü íåñü äéáöÝñïõí ëßãï óå äéÜöïñåò éäéüôçôåò, üðùò ôï óçìåßï ðÞîåùò êáé ôï óçìåßï æÝóåùò.

Ðåñßëçøç. Óýìöùíá ìå ôï ðõñçíéêü ðñüôõðï, Ýíá Üôïìï áðïôåëåßôáé áðü Ýíáí ðõñÞíá êáé áðü Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá çëåêôñüíéá ðïõ ôïí ðåñéâÜëëïõí. Ôá çëåêôñüíéá Ý÷ïõí üëï ôï áñíçôéêü çëåêôñéêü öïñôßï êáé êáôáëáìâÜíïõí ó÷åäüí ïëüêëçñï ôï ÷þñï ôïõ áôüìïõ, åíþ áðïôåëïýí ìüíï Ýíá åëÜ÷éóôï ìÝñïò ôçò ìÜæáò ôïõ. Óôï êÝíôñï ôïõ

çëåêôñïíéêïý íÝöïõò åßíáé ï ðõñÞíáò ðïõ áðïôåëåßôáé áðü ðñùôüíéá êáé íåôñüíéá. Ôá ðñùôüíéá Ý÷ïõí üëï ôï èåôéêü çëåêôñéêü öïñôßï êáé ìáæß ìå ôá íåôñüíéá áðïôåëïýí ïõóéáóôéêÜ üëç ôç ìÜæá ôùí áôüìùí. Ïé ìÜæåò ôùí ðñùôïíßùí êáé ôùí íåôñïíßùí åßíáé êáôÜ ðñïóÝããéóç ßóåò åíþ ï óõíïëéêüò áñéèìüò ðñùôïíßùí êáé

241

íåôñïíßùí åßíáé ï «ìáæéêüò áñéèìüò» ôïõ áôüìïõ. Áôïìéêüò áñéèìüò ôïõ áôüìïõ åßíáé ï áñéèìüò ôùí ðñùôïíßùí ôïõ ðõñÞíá. Áõôüò åßíáé ðïõ êáèïñßæåé ôç ÷çìéêÞ ôáõôüôçôá ôïõ áôüìïõ. ¢ôïìá ìå ôïí ßäéï áñéèìü ðñùôïíßùí, áëëÜ äéáöïñåôéêü áñéèìü íåôñïíßùí ïíïìÜæïíôáé éóüôïðá. Åßíáé Üôïìá ôïõ ßäéïõ óôïé÷åßïõ, ðïõ äéáöÝñïõí êáôÜ ìßá Þ ðåñéóóüôåñåò ìïíÜäåò ìÜæáò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéá åßíáé ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôï ìáæéêü êáé ôïí áôïìéêü áñéèìü; 2. Íá áíáöåñèïýí ïé äéáöïñÝò áíÜìåóá óå ðñùôüíéá, íåôñüíéá êáé çëåêôñüíéá. Ðïéï åßíáé ôï ìüíï Üôïìï ðïõ äåí Ý÷åé íåôñüíéá; 3. Ðüóï ðåñßðïõ åßíáé ôï ìÝãåèïò ôçò äéáìÝôñïõ ôùí áôüìùí (10-; cm); Ðþò ïíïìÜæåôáé áõôÞ ç ìïíÜäá ìåôñÞóåùò;

O áôïìéêüò ðõñÞíáò ìðïñåß íá äéáóðáóèåß 10.9 ÑáäéåíÝñãåéá. ¼ëïé ïé áôïìéêïß ðõñÞíåò äåí åßíáé óôáèåñïß. Ïé áóôáèåßò ðõñÞíåò (ðñüêåéôáé êõñßùò ãéá ðõñÞíåò ìåãÜëïõ ìáæéêïý áñéèìïý) åêðÝìðïõí áêôéíïâïëßåò äéáöüñùí ôýðùí. Ïé áêôéíïâïëßåò áõôÝò áíáêáëýöèçêáí ðñïò ôï ôÝëïò ôïõ 19ïõ áéþíá. Ìå ôçí áíáêÜëõøÞ ôïõò Üñ÷éóå ç ìåëÝôç ôçò áôïìéêÞò êáé ðõñçíéêÞò äïìÞò, ðïõ ïäÞãçóå óôçí áíáêÜëõøç ôçò ðõñçíéêÞò åíÝñãåéáò êáé óôç äõíáôüôçôá ôùí åöáñìïãþí ôçò. ¼ôáí ìßá ïõóßá ðåñéÝ÷åé ðõñÞíåò, ðïõ áðü ìüíïé ôïõò áðïóõíôßèåíôáé åêëýïíôáò áêôéíïâïëßá, ëÝãåôáé ñáäéåíåñãüò. Ó÷åäüí êÜèå áóôáèÞò ðõñÞíáò åêðÝìðåé ìéá Þ ðåñéóóüôåñåò áðü ôéò ðáñáêÜôù áêôéíïâïëßåò: 1. á (Üëöá) óùìáôßäéá. Åßíáé üìïéá ìå ôïõò ðõñÞíåò åíüò áôüìïõ çëßïõ. Áðïôåëïýíôáé áðü äýï ðñùôüíéá êáé äýï íåôñüíéá. 2. â (âÞôá) óùìáôßäéá. Ðñüêåéôáé ãéá çëåêôñüíéá ðïõ áðïâÜëëïíôáé áðü ôïí ðõñÞíá ìå ðïéêßëåò ôá÷ýôçôåò. 3. ã (ãÜìá) óùìáôßäéá. Äåí ðñüêåéôáé ãéá óùìáôßäéá, áëëÜ ãéá ìßá ìïñöÞ áêôéíïâïëßáò ìéêñïý ìÞêïõò êýìáôïò. Åßíáé áíÜëïãåò ìå ôéò áêôßíåò × áëëÜ ìå ðåñéóóüôåñç åíÝñãåéá. ÓõíÞèùò óõíïäåýïõí ôá óùìáôßäéá á êáé â êáé, ãåíéêÜ, åêðÝìðïíôáé êÜèå öïñÜ ðïõ óõìâáßíåé êÜðïéá óçìáíôéêÞ ìåôáâïëÞ óôïí ðõñÞíá. Ç åêðïìðÞ ìüíï áêôéíþí ã åßíáé Ýíáò ôñüðïò, ãéá íá áðáëëáãåß ï ðõñÞíáò áðü ôçí ðåñßóóåéá åíÝñãåéáò ÷ùñßò íá áëëÜîåé ï áñéèìüò ôùí çëåêôñïíßùí êáé ðñùôïíßùí ðïõ ðåñéÝ÷åé.

Äåí èá åîåôáóèåß åäþ ãéáôß ìåñéêïß ðõñÞíåò åßíáé áóôáèåßò êáé äçìéïõñãïýí ñáäéåíÝñãåéá. Èá åîåôáóèïýí ìüíï ôá áðïôåëÝóìáôá ôçò ñáäéåíåñãïý áðïéêïäïìÞóåùò, äçëáäÞ êáôÜ ðüóï ìåôáâÜëëåôáé ç ôáõôüôçôá ôïõ áôüìïõ, üôáí óõìâáßíïõí ôÝôïéïõ åßäïõò áðïéêïäïìÞóåéò. ÊÜèå áëëáãÞ óôïí ðõñÞíá, ðïõ óõíïäåýåôáé áðü ìåôáâïëÞ óôïí áñéèìü ôùí ðñùôïíßùí, áëëÜæåé êáé ôçí ôáõôüôçôá ôïõ áôüìïõ. Êáé ç á êáé ç â áðïéêïäüìçóç (äçëáäÞ ç åêðïìðÞ á êáé â óùìáôéäßùí) áëëÜæïõí ôïí áôïìéêü áñéèìü. ¼ôáí Ýíáò ðõñÞíáò åêðÝìðåé Ýíá óùìáôßäéï á, ÷Üíåé äýï ðñùôüíéá êáé äýï íåôñüíéá óõã÷ñüíùò. Ãé' áõôü ìåôáôñÝðåôáé óå Ýíá Üëëï óôïé÷åßï ìå áôïìéêü áñéèìü êáôÜ äýï ìïíÜäåò ìéêñüôåñï êáé, áíôßóôïé÷á, ìå ìáæéêü áñéèìü êáôÜ ôÝóóåñéò ìïíÜäåò ìéêñüôåñï. ÁõôÞ ç äéáäéêáóßá ìðïñåß íá åêöñáóèåß ìå óýìâïëá áíÜëïãá ìå áõôÜ ðïõ ìåôá÷åéñéæüìáóôå, ãéá íá ãñÜøïìå ÷çìéêÝò åîéóþóåéò. Ãéá êÜèå óôïé÷åßï ç áñ÷Þ ãßíåôáé áðü ôï óõíçèéóìÝíï ÷çìéêü óýìâïëï, ìå ôï ìáæéêü áñéèìü ãñáììÝíï åðÜíù êáé, áíôßóôïé÷á, ôïí áôïìéêü áñéèìü ãñáììÝíï êÜôù áñéóôåñÜ. ¸ôóé, ôï éóüôïðï ôïõ ïõñáíßïõ (áôïìéêüò áñéèìüò 92) ìå ìáæéêü áñéèìü 235, ãñÜöåôáé . ÁíÜëïãá, ôï óùìáôßäéï á ãñÜöåôáé , ãéáôß óôçí ðñáãìáôéêüôçôá åßíáé Ýíáò ðõñÞíáò çëßïõ. Ãéá ôçí áêñßâåéá, Ýðñåðå íá ãñáöåß , åðåéäÞ ìüíï ï ðõñÞíáò ôïõ çëßïõ åßíáé Ýíá éüí ìå öïñôßï +2. ÁëëÜ óå åîéóþóåéò ðïõ ðåñéãñÜöïõí ðõñçíéêÝò ìåôáôñïðÝò, óõíÞèùò äåí ëáìâÜíïíôáé õðüøç ïé ìåôáâïëÝò óôá åîùôåñéêÜ çëåêôñüíéá. ÔåëéêÜ, êÜèå éüí ðïõ ó÷çìáôßæåôáé ÷Üíåé Þ ðáßñíåé çëåêôñüíéá, êáôÜ ðåñßðôùóç, ãéá íá

242

Harold C. Urey (1893 - 1981)

O Harold Urey åñãÜóèçêå åðÜíù óå äéÜöïñá ðñïâëÞìáôá ó÷åôéêÜ ìå ôçí ðõñçíéêÞ åíÝñãåéá, ôï ó÷çìáôéóìü ôùí ðëáíçôþí, ôç ìïñöïëïãßá ôçò åðéöÜíåéáò ôçò óåëÞíçò êáé ôçí ðñïÝëåõóç ôçò æùÞò. ¸ãéíå ãíùóôüò ìå ôçí áíáêÜëõøç ôïõ äåõôåñßïõ (ðñüêåéôáé ãéá Ýíá âáñý éóüôïðï ôïõ Ç2 ðïõ óõìâïëßæåôáé Þ D). Ç éäÝá ôùí éóïôüðùí áñ÷éêÜ ðñïôÜèçêå ôï 1913 áðü ôïí Frederick Soddy, óõíåñãÜôç ôïõ Årnest Rutherford. Ôá éóüôïðá ðïëëþí óôïé÷åßùí áíáêáëýöèçêáí ôï 1930, áí êáé ï F.W. Aston, ï ïðïßïò åß÷å êáôáóêåõÜóåé Ýíáí áðü ôïõò ðñþôïõò

öáóìáôïãñÜöïõò ìÜæáò, áíÝöåñå ôï 1927 üôé ïé ìåôñÞóåéò ôïõ äåí Ýäåéîáí ïýôå ß÷íïò éóïôüðïõ õäñïãüíïõ. Ôï 1931 ìåñéêïß åðéóôÞìïíåò åîåôÜæïíôáò ðÜëé ôá äåäïìÝíá ôïõ Aston, õðïóôÞñéîáí üôé âÜóåé ìåñéêþí ìåôñÞóåùí åßíáé ðéèáíüí íá õðÜñ÷åé Ýíá ìÝóá óå 4.500 . Ìå áöåôçñßá áõôÞí ôçí ðëçñïöïñßá, ï Urey õðïëüãéóå ôç èåùñçôéêÞ ôÜóç áôìþí ôïõ äåõôåñßïõ, ôçí ýðáñîç ôïõ ïðïßïõ õðïðôåõüôáí óå óýãêñéóç ìå ôçí ôÜóç áôìþí ôïõ êáíïíéêïý õäñïãüíïõ. Ï Urey êáôÝëçîå óôï óõìðÝñáóìá üôé ðñÝðåé íá õðÜñ÷åé ôÝôïéá äéáöïñÜ óôéò ôÜóåéò áôìþí, ðïõ íá åðéôñÝðåé ôï äéá÷ùñéóìü ôïõ áðü ôï ìå êëáóìáôéêÞ áðüóôáîç ôïõ õãñïý õäñïãüíïõ. Ìåôáîý Áõãïýóôïõ êáé Íïåìâñßïõ 1931, ìáæß ìå ôïí George Murphy, Ýíáí áðü ôïõò óðïõäáóôÝò ôïõ, êáé ôïí F.G. Brickwedde, áðÝóôáîáí åðáíåéëçììÝíùò êáé ðñïóåêôéêÜ ìåãÜëåò ðïóüôçôåò õäñïãüíïõ, óõãêåíôñþíïíôáò ôéò ìéêñÝò ðïóüôçôåò ôïõ áðïóôÜãìáôïò, ðïõ ðßóôåõáí üôé ðåñéåß÷å ôï éóüôïðï. ÔåëéêÜ, üôáí ôïðïèÝôçóáí áõôü ôï áÝñéï óå Ýíá óùëÞíá çëåêôñéêþí åêêåíþóåùí êáé åîÝôáóáí ôï öÜóìá ôïõ, åíôüðéóáí ìåñéêÝò áóèåíåßò ãñáììÝò áêñéâþò óôéò ðñïâëåðüìåíåò ãéá ôï èÝóåéò. ¸ôóé åðéâåâáßùóáí ôçí ýðáñîç ôïõ äåõôåñßïõ. Ç áíáëïãßá ôïõ äåõôåñßïõ âñÝèçêå íá åßíáé Ýíá Üôïìï óå êÜèå 6.000 Üôïìá . Ôï ðéï åêðëçêôéêü óçìåßï üëçò áõôÞò ôçò õðïèÝóåùò åßíáé ôï ãåãïíüò üôé áñãüôåñá áðïäåß÷èçêå ðùò

243

ó÷çìáôßóåé Ýíá ïõäÝôñï Üôïìï. Áí áðü ôï Üôïìï ôïõ ïõñáíßïõ áöáéñåèåß Ýíá óùìáôßäéï á, ôüôå áõôü ìåôáôñÝðåôáé óôï éóüôïðï ìå ìáæéêü áñéèìü 231 åíüò óôïé÷åßïõ ìå áôïìéêü áñéèìü 90. Ôï óôïé÷åßï áõôü åßíáé ôï èüñéï (Th). ¸ôóé, ç åêðïìðÞ óùìáôéäßïõ á áðü ôï ïõñÜíéï ìðïñåß íá ãñáöåß ìå ôçí áêüëïõèç ðõñçíéêÞ åîßóùóç: ÊáíïíéêÜ, ôá óýìâïëá ôùí óôïé÷åßùí äåí ÷ñåéÜæïíôáé, ãéáôß ïé áôïìéêïß áñéèìïß ìüíïé ôïõò äåß÷íïõí áêñéâþò ãéá ðïéï óôïé÷åßï ðñüêåéôáé. Ðáñ' üëá áõôÜ, ó÷åäüí ðÜíôá ôá ÷ñçóéìïðïéïýìå, üðùò óôçí ðáñáðÜíù åîßóùóç. ÊáôÜ ôçí åêðïìðÞ óùìáôéäßùí â, ï ðõñÞíáò åêðÝìðåé Ýíá çëåêôñüíéï. Ðþò ãßíåôáé üìùò áõôü, áöïý ï ðõñÞíáò äåí Ý÷åé çëåêôñüíéá; ÓÞìåñá, åßíáé ãíùóôü ìå áêñßâåéá ðþò äçìéïõñãåßôáé Ýíá çëåêôñüíéï. Ìå êÜðïéï ôñüðï Ýíá íåôñüíéï äéáóðÜôáé äßíïíôáò Ýíá ðñùôüíéï êáé Ýíá çëåêôñüíéï, ôï ïðïßï êáé áðïâÜëëåôáé. ¸ôóé, üôáí Ýíáò ðõñÞíáò õößóôáôáé â-áðïéêïäüìçóç, ï áôïìéêüò áñéèìüò ôïõ áõîÜíåé êáôÜ ìßá ìïíÜäá, åíþ ï ìáæéêüò áñéèìüò ôïõ äåí áëëÜæåé (÷Üèçêå Ýíá íåôñüíéï, áëëÜ äçìéïõñãÞèçêå Ýíá åðß ðëÝïí ðñùôüíéï). Ôï êïâÜëôéï-60, , åßíáé éóüôïðï ðïõ äéáóðÜôáé ìå åêðïìðÞ â- óùìáôéäßùí êáé ó÷çìáôßæåé Ýíá éóüôïðï ìå ìáæéêü áñéèìü 60 åíüò óôïé÷åßïõ, ðïõ Ý÷åé áôïìéêü áñéèìü ìåãáëýôåñï êáôÜ ìßá ìïíÜäá áðü ôïí áôïìéêü áñéèìü ôïõ êïâáëôßïõ. Ôï íÝï óôïé÷åßï (ìå ìáæéêü áñéèìü 60 êáé áôïìéêü áñéèìü 28) åßíáé éóüôïðï ôïõ íéêåëßïõ. Ç ðõñçíéêÞ áíôßäñáóç ìðïñåß íá ãñáöåß ùò åîÞò:

10.10 ÐõñçíéêÝò áíôéäñÜóåéò êáé ðõñçíéêÞ åíÝñãåéá. Ôï ãåãïíüò üôé ï ðõñÞíáò ðáñáìÝíåé áìåôÜâëçôïò êáôÜ ôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò äåß÷íåé üôé ïé óõíäåôéêÝò äõíÜìåéò êáé ïé åíÝñãåéåò ôïõ ðõñÞíá åßíáé ðïëý ìåãáëýôåñåò áðü áõôÝò ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. ÐåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ïé ðõñçíéêÝò äõíÜìåéò êáé åíÝñãåéåò åßíáé ðåñßðïõ Ýíá åêáôïììýñéï öïñÝò ìåãáëýôåñåò áðü ôéò ÷çìéêÝò äõíÜìåéò êáé åíÝñãåéåò. Áõôüò åßíáé êáé ï ëüãïò ðïõ Ý÷ïõí ìåãÜëï åíäéáöÝñïí ïé ðõñçíéêÝò áíôéäñÜóåéò ùò

Ó×ÇÌÁ 10-8. Ç ôïìÞ ôïõ åñåõíçôéêïý áíôéäñáóôÞñá óôï Idaho äåß÷íåé ôçí ôïðïèÝôçóç ôïõ êáõóßìïõ óôï Ýíá áðü ôá äýï ìÝñç ôïõ. Ôá äýï áõôÜ ìÝñç Ýñ÷ïíôáé óå åðáöÞ, ãéá íá îåêéíÞóåé ç áõôïêáôáëõüìåíç áíôßäñáóç ó÷Üóåùò.

ðçãÞ åíÝñãåéáò. Ç åíÝñãåéá ôùí ðõñçíéêþí áíôéäñÜóåùí óõíÞèùò ëÝãåôáé «áôïìéêÞ åíÝñãåéá», üñïò ðïõ äåí åßíáé ðïëý áêñéâÞò, åðåéäÞ ìå áõôüí èá ìðïñïýóå íá åííïçèåß êáé ïðïéáäÞðïôå Üëëç åíÝñãåéá ðïõ ðñïÝñ÷åôáé áðü Üôïìá, üðùò ð.÷. ç åíÝñãåéá áðü ÷çìéêÝò äéåñãáóßåò, üðùò ôï êÜøéìï ôïõ ðåôñåëáßïõ. Ï ïñèüò üñïò ãéá ôéò ôåñÜóôéåò ðïóüôçôåò åíÝñãåéáò ðïõ åêëýïíôáé êáôÜ ôéò ðõñçíéêÝò áíôéäñÜóåéò åßíáé «ðõñçíéêÞ åíÝñãåéá». Ïé äýï ìïñöÝò ñáäéåíåñãïý áðïéêïäïìÞóåùò ðïõ Ý÷ïõí ðåñéãñáöåß, äçëáäÞ ç áðïéêïäüìçóç ìå åêðïìðÞ á êáé áõôÞ ìå åêðïìðÞ â óùìáôéäßùí åßíáé äýï åßäç ðõñçíéêþí áíôéäñÜóåùí. Óõìâáßíïõí áõèïñìÞôùò óå ïñéóìÝíïõò ðõñÞíåò, ðïõ áðü ôç öýóç ôïõò åßíáé áóôáèåßò. ÕðÜñ÷ïõí Üëëåò ðõñçíéêÝò áíôéäñÜóåéò ïé ïðïßåò åßíáé äõíáôüí íá óõìâïýí ìüíï õðü ïñéóìÝíåò óõíèÞêåò. ¸íá óðïõäáßï ðáñÜäåéãìá åßíáé ç äéÜóðáóç ôïõ ðõñÞíá. ÅðÜíù óå áõôü ôï åßäïò ôçò ðõñçíéêÞò áíôéäñÜóåùò âáóßæïíôáé ï áôïìéêüò áíôéäñáóôÞñáò (üìïéïò ìå áõôüí ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 10-8) êáé ç áôïìéêÞ âüìâá. Ìßá ðõñçíéêÞ áíôßäñáóç ó÷Üóåùò ìðïñåß íá ðáñáóôáèåß ìå ôçí áêüëïõèç åîßóùóç:

Áõôü óçìáßíåé üôé, üôáí Ýíá íåôñüíéï, ðïõ óõìâïëßæåôáé (ìáæéêüò áñéèìüò 1, öïñôßï 0),

244

åéó÷ùñÞóåé óå Ýíáí ðõñÞíá , äçìéïõñãåß áóôÜèåéá, åî áéôßáò ôçò ïðïßáò ï ðõñÞíáò äéáóðÜôáé óå äýï ìÝñç, åëåõèåñþíïíôáò Ýôóé ìåñéêÜ íÝá íåôñüíéá êáé åíÝñãåéá. Óå ìßá áðü ôéò ðïëëÝò ðéèáíÝò äéáóðÜóåéò, ôá êýñéá êïììÜôéá áðü ôç äéÜóðáóç ôïõ áôüìïõ åßíáé Üôïìá (Þ éüíôá) âáñßïõ (Âa) êáé êñõðôïý (Êr), ãé' áõôü áíåãñÜöçóáí êáé ôá éóüôïðá êáé óôçí åîßóùóç ôçò äéáóðÜóåùò. Ç åíÝñãåéá ðïõ åëåõèåñþíåôáé, üôáí Ýíá mole ïõñáíßïõ -235 õößóôáôáé ó÷Üóç, åßíáé 10 åêáôïììýñéá öïñÝò ìåãáëýôåñç áðü áõôÞí ðïõ åëåõèåñþíåôáé, üôáí êáßãåôáé Ýíá mole (äçë. 12 g) Üíèñáêá.

10.11 Õðïëïãéóìïß ôçò åíÝñãåéáò ôùí ðõñçíéêþí áíôéäñÜóåùí. Ïé ðïóüôçôåò åíÝñãåéáò ðïõ åíõðÜñ÷ïõí óå Ýíáí áôïìéêü ðõñÞíá êáé åêëýïíôáé óå ìåñéêÝò ðõñçíéêÝò áíôéäñÜóåéò åßíáé ôüóï ìåãÜëåò, þóôå éóïäõíáìïýí ìå ðïóüôçôá ìÜæáò éêáíÞò íá ìåôñçèåß. Ìðïñïýìå íá ôçí õðïëïãßóïìå ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôçí åîßóùóç ôïõ Einstein E = mc2 (êåö. 3.10)*. Ìå ôç âïÞèåéá öáóìáôïãñÜöùí ìÜæáò åéäéêÞò êáôáóêåõÞò, üðùò áõôüò ðïõ ðåñéãñÜøáìå óôï êåöÜëáéï 9.8, åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèïýí ïé ìÜæåò ôùí äéáöüñùí áôüìùí ìå ðïëý ìåãÜëç áêñßâåéá. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï âñÝèçêå üôé ïé ìÜæåò ìåñéêþí áôüìùí êáé ôïõ íåôñïíßïõ åßíáé áõôÝò

áóôÝñéá, åßíáé ç áêüëïõèç áíôßäñáóç óõíôÞîåùò: Óýíïëï ìÜæáò

Åßíáé öáíåñü üôé ïé óõíïëéêÝò ìÜæåò óôá äýï ìÝñç ôçò åîéóþóåùò äåí åßíáé ßäéåò. Ðñïöáíþò Ýíá ìÝñïò ôçò ìÜæáò Ý÷åé ÷áèåß. ÐñïêåéìÝíïõ íá éó÷ýåé ï Íüìïò ôçò äéáôçñÞóåùò ÌÜæáò êáé åíÝñãåéáò. Ãéá íá åöáñìïóèåß ï Íüìïò ôçò éóïäõíáìßáò ìÜæáò êáé åíÝñãåéáò, èá ðñÝðåé íá ãßíåé äåêôü üôé áõôÞ ç ìÜæá åìöáíßóèçêå ùò åíÝñãåéá. Áðü ôçí åîßóùóç ôïõ Einstein ìðïñåß íá õðïëïãéóèåß ìå áêñßâåéá ðüóç åíÝñãåéá åëåõèåñþíåôáé, üôáí Ýíá mole óõíäÝåôáé ìå Ýíá mole , ãéá íá ó÷çìáôßóåé Ýíá mole . Ç ìåßùóç ôçò ìÜæáò åßíáé:

Áõôü éóïäõíáìåß ìå åíÝñãåéá 20.000 öïñÝò ìåãáëýôåñç áðü áõôÞí ðïõ ðáñÜãåôáé êáôÜ ôçí êáýóç åíüò ôüíïõ êÜñâïõíïõ. ÕðÜñ÷ïõí óõãêåêñéìÝíïé ðñáêôéêïß ëüãïé, ðïõ

ÐÉÍÁÊÁÓ 10.4. Áêñéâåßò ìÜæåò ìåñéêþí áôüìùí êáé ôïõ íåôñïíßïõ. ¢ôïìï Þ óùìÜôéï

ÌÜæá (g/mole)

3 1 H (ôñßôéï)**

3,01605

2 1 Ç (äåõôÝñéï)

2,01410

4 2 Ç (Þëéï)

4,00260

1 0 n (íåôñüíéï)

1,00867

ðïõ öáßíïíôáé óôïí ðßíáêá 10.4. Ìßá ðéèáíÞ ðõñçíéêÞ áíôßäñáóç, üðùò áõôÞ ðïõ óôçí ðñáãìáôéêüôçôá óõìâáßíåé óôïí Þëéï êáé ôá

Ó×ÇÌÁ 10-9. ¸íá êõêëéêü ôìÞìá ìÞêïõò 5 ìÝôñùí ôçò åñåõíçôéêÞò èåñìïðõñçíéêÞò ìïíÜäáò Scyllac ôïõ ÍÝïõ Ìåîéêïý. Ïëüêëçñç ç ìïíÜäá èá Ý÷åé ó÷Þìá êõêëéêü êáé èá ðáñÜãåé èåñìïêñáóßåò 5 x 107 K.

Ó.ô.Ì. (Å = mc2): Ï ðïëëáðëáóéáóìüò ìéáò Ýóôù êáé ðïëý ìéêñÞò ìÜæáò (m) ìå ôï ôåôñÜãùíï ôçò ôá÷ýôçôáò ôïõ öùôüò (3 x 1010)2 = 9 x 1020, óõíåðÜãåôáé ôçí Ýêëõóç ôåñÜóôéáò ðïóüôçôáò åíÝñãåéáò. ** Ó.ô.Ì. Ðñüêåéôáé ãéá ôï ôñßôï ãíùóôü éóüôïðï ôïõ õäñïãüíïõ. Åßíáé ñáäéåíåñãü êáé õðÜñ÷åé ìüíï óå åëÜ÷éóôá ß÷íç óôç öýóç. Ìðïñåß íá ó÷çìáôéóèåß óôïõò áôïìéêïýò áíôéäñáóôÞñåò.

*

245

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÐÕÑÇÍÉÊÇ ÅÍÅÑÃÅÉÁ Óôï äõôéêü êüóìï (êáé ðñïïäåõôéêÜ óå êÜèå óçìåßï ôçò ãçò) ç äéáôÞñçóç ôçò æùÞò åîáñôÜôáé áðü ôçí ðáñáãùãÞ ðïëý ìåãÜëùí ðïóïôÞôùí åíÝñãåéáò. ¸íá ìéêñü ìÝñïò áõôÞò ôçò åíÝñãåéáò ìðïñïýìå íá ôï ðñïìçèåõèïýìå êáô' åõèåßáí áðü ôç öýóç áîéïðïéþíôáò ôéò õäáôïðôþóåéò, ôá öñÜãìáôá, ôç ãáéïèåñìéêÞ åíÝñãåéá êáé ôçí çëéáêÞ èåñìüôçôá, üðùò êáé ôç áíèñþðéíç ìõéêÞ äýíáìç êáé ôç äýíáìç ôùí êáôïéêéäßùí æþùí. ÁëëÜ ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôçò åíÝñãåéáò ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé, ðáñÜãåôáé ìå ðéï ðïëýðëïêåò äéáäéêáóßåò. ÌÝ÷ñé ðñüóöáôá, üëåò áõôÝò ïé äéáäéêáóßåò âáóßæïíôáí óôç ÷çìéêÞ áíôßäñáóç ðïõ ëÝãåôáé êáýóç. Ôá ðåñéóóüôåñá åñãïóôÜóéá ðáñáãùãÞò çëåêôñéóìïý êáßíå êÜñâïõíï, ôá êôÞñéá èåñìáßíïíôáé ìå ôçí êáýóç êÜñâïõíïõ, áåñßïõ Þ ðåôñåëáßïõ, êáé ôá ðåñéóóüôåñá ôñï÷ïöüñá êéíïýíôáé ìå âåíæßíç. ÄçëáäÞ ç êáýóç ïñõêôþí êáõóßìùí (êÜñâïõíï, áÝñéï, ðåôñÝëáéï) åßíáé ï êýñéïò ôñüðïò, äéá ôïõ ïðïßïõ ï Üíèñùðïò óÞìåñá ðáñÜãåé åíÝñãåéá. Ôá áðïèÝìáôá áõôþí ôùí ðñïúüíôùí üìùò äåí åßíáé áíåîÜíôëçôá. ÊÜðïéá çìÝñá èá åîáíôëçèïýí. Åßíáé äýóêïëï íá ðñïâëåöèåß áêñéâþò ôï ðüôå, ãéáôß äåí åßíáé áêñéâþò ãíùóôüò ï ñõèìüò ìå ôïí ïðïßï èá áõîçèåß óôï ìÝëëïí ç êáôáíÜëùóç, áëëÜ êáé ãéáôß äåí åßíáé áêñéâþò ãíùóôÜ ôá áðïèÝìáôá ïñéóìÝíùí êáõóßìùí. Áõôü ðïõ ìðïñåß êÜðïéïò íá ðåé ìå êÜðïéá âåâáéüôçôá åßíáé üôé ôá ïñõêôÜ êáýóéìá èá åßíáé áñêåôÜ ôïõëÜ÷éóôïí ãéá Ýíá áêüìç áéþíá, åêôüò áí ðïëý ãñÞãïñá ïé Üíèñùðïé åðéóôñÝøïõí óôïí «ðñï-âéïìç÷áíéêü» ôñüðï æùÞò. Áêüìç êáé áí ôá áðïèÝìáôá ôùí ïñõêôþí êáõóßìùí Þôáí áðåñéüñéóôá, õðÜñ÷ïõí óïâáñÜ ðñïâëÞìáôá ìïëýíóåùò ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò, ðïõ äçìéïõñãïýíôáé áðü ôç ÷ñÞóç ôïõò. ¼ðùò Ý÷åé áíáöåñèåß (êåö. 6), ðïëëÜ áðü ôá êáýóéìá ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óå óôáèìïýò çëåêôñïðáñáãùãÞò ðåñéÝ÷ïõí ìéêñÜ ðïóÜ èåßïõ êáé èåéïý÷ùí åíþóåùí. ÁõôÜ ñõðáßíïõí ôçí áôìüóöáéñá ó÷çìáôßæïíôáò SO 2. Ãé' áõôü, ç ðáñáãùãÞ çëåêôñéêÞò åíÝñãåéáò áðü ðõñçíéêÞ åíÝñãåéá åßíáé ãéá ðïëëïýò éäáíéêÞ ëýóç. ÕðÜñ÷ïõí âáóéêÜ äýï ôñüðïé, ãéá íá ãßíåé áõôü: Ìå óýíôçîç êáé ìå äéÜóðáóç. Êáé ïé äýï

äéåñãáóßåò âáóßæïíôáé óôï ãåãïíüò üôé ðõñÞíåò ìå ìåóáßïõ ìåãÝèïõò áôïìéêïýò áñéèìïýò åßíáé ðïëý óôáèåñüôåñïé áðü áõôïýò ðïõ Ý÷ïõí ðïëý ìåãÜëïõò Þ ðïëý ìéêñïýò áôïìéêïýò áñéèìïýò. ¸ôóé, üôáí Ýíáò ìåãÜëïò ðõñÞíáò, üðùò ôïõ ïõñáíßïõ, äéáóðÜôáé óå ìåñéêïýò Üëëïõò ðõñÞíåò ìåóáßïõ ìåãÝèïõò, åëåõèåñþíåôáé åðßóçò åíÝñãåéá. ÁõôÞ åßíáé ç áñ÷Þ ãéá ôçí ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò ìå äéÜóðáóç ôïõ ðõñÞíá. ¼ôáí ðïëý åëáöñåßò ðõñÞíåò óõíåíþíïíôáé ãéá íá ó÷çìáôßóïõí Ýíáí âáñýôåñï, åëåõèåñþíåôáé åíÝñãåéá. ÁõôÞ åßíáé ç áñ÷Þ ãéá ôçí ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò ìå óýíôçîç ðõñÞíùí. Ðñïò ôï ðáñüí, ãéá ôçí ðáñáãùãÞ ðõñçíéêÞò åíÝñãåéáò âñßóêåé åöáñìïãÞ ç äéÜóðáóç (ó÷Üóç) ôùí ðõñÞíùí. Áí êáé ïé ìÝèïäïé óõíôÞîåùò öáßíïíôáé áñêåôÜ åëêõóôéêÝò, åí ôïýôïéò, äéÜöïñá ôå÷íéêÜ ðñïâëÞìáôá ùò ðñïò ôçí åöáñìïãÞ ôïõò äåí Ý÷ïõí áêüìç ëõèåß. Ãéá íá ðëçóéÜóïõí ïé äýï åëáöñåßò ðõñÞíåò, ðñÝðåé íá ôïõò äïèåß áñ÷éêÜ ðïëý ìåãÜëç åíÝñãåéá. ÁõôÞ êáé áêüìç ðåñéóóüôåñç åíÝñãåéá åêëýåôáé ìåôÜ ôçí ðõñçíéêÞ óýíôçîç. Ðáñ' üëá áõôÜ, ç ìåëÝôç åíüò ôÝôïéïõ áíôéäñáóôÞñá, óôïí ïðïßï èá ãßíåôáé ç óýíôçîç êáé óôç óõíÝ÷åéá ç åíÝñãåéá ðïõ åëåõèåñþíåôáé èá ìåôáôñÝðåôáé óå ÷ñÞóéìç ìïñöÞ èåñìéêÞò åíÝñãåéáò, äåí Ý÷åé áêüìç ïëïêëçñùèåß. Äåí åßíáé áðüëõôá âÝâáéï óÞìåñá üôé åßíáé äõíáôÞ ìßá ôÝôïéá åîÝëéîç, áí êáé áõôïß ðïõ áó÷ïëïýíôáé ìå ôç óýíôçîç ðñïâëÝðïõí üôé èá Ý÷ïõí îåðåñÜóåé ôá ðñïâëÞìáôÜ ôïõò óôç äåêáåôßá ôïõ 1980 êáé üôé áðü ôï 1990* èá ëåéôïõñãïýí ôÝôïéïé óôáèìïß éó÷ýïò. Ôï êåöÜëáéï áõôü áó÷ïëåßôáé êõñßùò ìå ôïõò áíôéäñáóôÞñåò äéáóðÜóåùò (ó÷Üóåùò). Ïé ôå÷íéêÝò ëåðôïìÝñåéåò áõôÞò ôçò ìåèïäïëïãßáò åßíáé Þäç ãíùóôÝò. ÁñêåôÝò ìïíÜäåò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé Þäç óôéò ÇÐÁ, óôçí Áããëßá êáé áëëïý. Ìéêñïß áíôéäñáóôÞñåò áõôïý ôïõ ôýðïõ ôñïöïäïôïýí êáé ôá åðïíïìáæüìåíá ðõñçíïêßíçôá õðïâñý÷éá. ¼ðùò Ý÷åé áíáöåñèåß óôçí ðáñÜãñáöï 10.10, ìå ôç äéÜóðáóç ôïõ ïõñáíßïõ-235 åëåõèåñþíåôáé ìåãÜëç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò. ÕðÜñ÷ïõí åðßóçò Üëëïé ðõñÞíåò, üðùò ôï ðëïõôüíéï-239, ðïõ ëåéôïõñãïýí éêáíïðïéçôéêÜ ùò ðõñçíéêÜ êáýóéìá. Åðß ðëÝïí, åßíáé ôå÷íéêÜ åöéêôü íá ëåéôïõñãÞóïõí áíáðáñáãùãéêïß (breeder) áíôéäñáóôÞñåò**. Óå áõôïýò, áðü ôç äéÜóðáóç ôïõ 235U Þ ôïõ 239Pu äåí ðáñÜãåôáé ìüíï åíÝñãåéá áëëÜ, ôáõôü÷ñïíá,

* Ó.ô.Ì. Ç ðñüâëåøç áõôÞ äåí åðáëçèåýèçêå ôïõëÜ÷éóôïí ìÝ÷ñé óÞìåñá. ** Ó.ô.Ì. Ïé áíôéäñáóôÞñåò áõôïß äçìéïõñãïýí ðåñéóóüôåñï ó÷Üóéìï õëéêü áðü áõôü ðïõ îïäåýïõí.

246

ÁÍÔÉÄÑÁÓÔÇÑÅÓ ÐÕÑÇÍÉÊÇÓ ÅÍÅÑÃÅÉÁÓ ÓÔÉÓ ÇÐÁ

ÐÁÑÁÃÙÃÉÊÇ ÉÊÁÍÏÔÇÔÁ ÐÕÑÇÍÉÊÙÍ ÌÏÍÁÄÙÍ (ÊÉLOWATTS)

ÅÐÅÎÇÃÇÓÇ

ÓÅ ËÅÉÔÏÕÑÃÉÁ ÕÐÏ ÊÁÔÁÓÊÅÕÇ ÐÑÏÃÑÁÌÌÁÔÉÓÌÅÍÏÉ

10.007.000 45.794.000 56.702.000

ÓÕÍÏËÏ

112.503.000

ÓÅ ËÅÉÔÏÕÑÃÉÁ ÕÐÏ ÊÁÔÁÓÊÅÕÇ ÐÑÏÃÑÁÌÌÁÔÉÓÌÅÍÏÉ (ÐáñáããåëèÝíôåò áíôéäñáóôÞñåò)

(23) (54) (57)

ÈÝóåéò ôùí õðáñ÷üíôùí êáé ôùí ðñïãñáììáôéóèÝíôùí íá ëåéôïõñãÞóïõí áíôéäñáóôÞñùí ðõñçíéêÞò åíÝñãåéáò óôéò ÇÐÁ, ôï ÌÜñôéï ôïõ 1972

ôï 238Pu ðïõ õðÜñ÷åé, ìåôáôñÝðåôáé óå 239Pu, ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé åðßóçò ùò êáýóéìï. Áðü ôå÷íéêÞò áðüøåùò äåí õðÜñ÷åé áìöéâïëßá üôé ç ðõñçíéêÞ äéÜóðáóç åßíáé Ýíáò ðïëý ðñáêôéêüò ôñüðïò ãéá ôçí ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò. Ôï ìåãÜëï ðñüâëçìá, ðïõ üëïò ï êüóìïò èá ðñÝðåé íá óêåöèåß, åßíáé ç åðßäñáóç ôçò ðáñáãùãÞò ðõñçíéêÞò åíÝñãåéáò óôï ðåñéâÜëëïí, óå óýãêñéóç ìå ôçí åðßäñáóç ôçò ðáñáãùãÞò åíÝñãåéáò ìå óõìâáôéêïýò ôñüðïõò. Ç ðõñçíéêÞ åíÝñãåéá Ý÷åé ôá åîÞò ðëåïíåêôÞìáôá: 1. Ç ðñïìÞèåéá ôïõ êáõóßìïõ äåí ðáñáìïñöþíåé ôï ðåñéâÜëëïí, üðùò ð.÷. ç åîüñõîç ôïõ êÜñâïõíïõ. 2. Ç áôìïóöáéñéêÞ ñýðáíóç åßíáé áìåëçôÝá óå óýãêñéóç ìå áõôÞí, ðïõ ðñïêáëåßôáé áðü ôçí êáýóç ôùí óõìâáôéêþí êáõóßìùí. 3. Ìå ôç ÷ñÞóç ôùí áíáðáñáãùãéêþí áíôéäñáóôÞñùí ìðïñåß íá ðñïâëåöèåß üôé ïé õðÜñ÷ïõóåò ðçãÝò êáõóßìùí åßíáé áñêåôÝò

ðåñßðïõ ãéá 50.000 ÷ñüíéá. ÕðÜñ÷ïõí üìùò êáé ôá åîÞò ìåéïíåêôÞìáôá: 1. Ïé åãêáôáóôÜóåéò ðõñçíéêÞò åíÝñãåéáò ðñïêáëïýí ðåñéóóüôåñç èåñìéêÞ ìüëõíóç. ÄçëáäÞ ôï ðïóü ôçò Ü÷ñçóôçò èåñìüôçôá êáôÜ ìïíÜäá åíÝñãåéáò ðïõ ðáñÜãåôáé, åßíáé ìåãáëýôåñï óå ìßá ðõñçíéêÞ ìïíÜäá áðü ü,ôé óå ìßá óõìâáôéêÞ. 2. Ç ðõñçíéêÞ äéÜóðáóç ðáñÜãåé åðéêßíäõíá ñáäéåíåñãÜ áðüâëçôá, ðïõ èá ðñÝðåé ãéá åêáôïíôÜäåò ÷ñüíéá íá áðïèçêåõèïýí ìå áóöÜëåéá, ìÝ÷ñé íá áäñáíïðïéçèïýí. Áõôü äåí åßíáé êáé ôüóï åýêïëï, üôáí ðñüêåéôáé ãéá ôüóï ìåãÜëá ÷ñïíéêÜ äéáóôÞìáôá. Ïé ñáäéåíåñãÝò ïõóßåò åßíáé ðïëý åðéêßíäõíåò ãéá êÜèå Ýìâéï ïí. ÅéäéêÜ ïé áêôßíåò â êáé ã êáôáóôñÝöïõí åõáßóèçôïõò éóôïýò, üðùò ï íùôéáßïò ìõåëüò êáé ôá åñõèñÜ áéìïóöáßñéá. ÌåãÜëç ðïóüôçôá ñáäéåíÝñãåéáò ðñïêáëåß ðïëý ãñÞãïñá ôï èÜíáôï. Ìéêñüôåñåò ðïóüôçôåò, ðïõ ìðïñïýí íá äéáññåýóïõí áðü

247

áðïèçêåõìÝíá áðüâëçôá ðñïêáëïýí êáñêßíï, áíáéìßá êáé ãåíåôéêÝò âëÜâåò. 3. ÕðÜñ÷åé ðÜíôá ï êßíäõíïò íá õðïóôåß êÜðïéá âëÜâç ï ðõñçíéêüò áíôéäñáóôÞñáò, åî áéôßáò ôçò ïðïßáò åßíáé ðéèáíüí íá óçìåéùèåß õðåñèÝñìáíóç Þ íá äéáññåýóåé ñáäéåíÝñãåéá óôï ðåñéâÜëëïí, óå åðßðåäá åðéêßíäõíá ãéá êÜèå æþíôá ïñãáíéóìü. ¼ðùò åßíáé ðñïöáíÝò, õðÜñ÷ïõí êßíäõíïé êáé ìåéïíåêôÞìáôá. Óôçí åñþôçóç óå ôé Ýêôáóç êáé ìå ðïéï ñõèìü ðñÝðåé íá ãßíåé ç ìåôÜâáóç óå åñãïóôÜóéá ðõñçíéêÞò åíÝñãåéáò áíôß íá áõîçèïýí ïé äõíáôüôçôåò ðáñáãùãÞò åíÝñãåéáò ìå ôïõò óõìâáôéêïýò ôñüðïõò*, äåí åßíáé åýêïëï íá äïèåß áðÜíôçóç. Ôï ðñüâëçìá êõñßùò

äçìéïõñãåßôáé áðü ôéò ìåãÜëåò åíåñãåéáêÝò áðáéôÞóåéò ðïõ åðéâÜëëåé ï óýã÷ñïíïò ôñüðïò æùÞò. Ï ðëçèõóìüò áõîÜíåôáé ðïëý ãñÞãïñá êáé ç êáôÜ êåöáëÞ êáôáíÜëùóç çëåêôñéóìïý áêüìç ãñçãïñüôåñá. Åî áéôßáò áõôþí ôùí äýï ðáñáãüíôùí ïé áðáéôÞóåéò ãéá çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá ãßíïíôáé ìåãáëýôåñåò. ÕðÜñ÷ïõí ìåñéêïß ðïõ áðáíôïýí óôï ðñüâëçìá ÷ùñßò íá áðïöáßíïíôáé ãéá ôï ðïéá ðïñåßá åßíáé óêüðéìï íá áêïëïõèçèåß ùò ðñïò ôçí ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò. Áíôß áõôïý ðñïôåßíïõí íá åëåã÷èåß ç áýîçóç ôïõ ðëçèõóìïý êáé ïé åíåñãåéáêÝò áíÜãêåò. Åßíáé êáé áõôÞ ìßá ðñüôáóç, ðïõ åðßóçò ÷ñåéÜæåôáé ðïëëÞ óêÝøç.

åìðïäßæïõí ôç ÷ñÞóç áõôïý ôïõ åßäïõò ðõñçíéêÞò óõíôÞîåùò êáé Üëëùí áíáëüãùí ãéá ôçí ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò. Ïé åðéóôÞìïíåò äåí ãíùñßæïõí áêüìç ôïí ôñüðï ðáñáãùãÞò ôçò ìå Ýíá åëåã÷üìåíï ñõèìü (ìéá áðü ôéò ôå÷íéêÝò ðïõ ðñïóðáèïýí íá ôåëåéïðïéÞóïõí ãé' áõôü ôï óêïðü öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 10-9). Ç õäñïãïíïâüìâá áðïôåëåß ðáñÜäåéãìá ìç åëåã÷üìåíçò áíôéäñÜóåùò ðõñçíéêÞò óõíôÞîåùò (áíÜëïãçò ìå ôçí ðáñáðÜíù). Ï Þëéïò ðáñÜãåé ôçí åíÝñãåéÜ ôïõ ìå áíôéäñÜóåéò ðõñçíéêÞò

óõíôÞîåùò. Ìßá áðü ôéò ìåãáëýôåñåò ðñïêëÞóåéò ãéá ôïõò ìç÷áíéêïýò êáé ôïõò Üëëïõò åðéóôÞìïíåò åßíáé ç õðü Ýëåã÷ï ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò ìå ðõñçíéêÞ óýíôçîç. Ìðïñåß åðßóçò íá ðáñá÷èåß åíÝñãåéá áðü ôç äéÜóðáóç ôïõ ðõñÞíá. ¸÷åé åðéôåõ÷èåß ìÜëéóôá ï Ýëåã÷ïò ôçò ðïñåßáò áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò. Ôï ðñüâëçìá ìå ôç äéÜóðáóç (ó÷Üóç) ôïõ ðõñÞíá åßíáé üôé ðáñÜãïíôáé ðïëëÜ ñáäéåíåñãÜ õëéêÜ, ðïõ åßíáé åðéêßíäõíá êáé ôá ïðïßá åßíáé äýóêïëï íá áðïèçêåõèïýí ìå áóöÜëåéá.

Ðåñßëçøç. Oé åê öýóåùò áóôáèåßò áôïìéêïß ðõñÞíåò õößóôáíôáé ñáäéåíåñãü áðïóýíèåóç (áðïéêïäüìçóç), åêðÝìðïíôáò á Þ â óùìáôßäéá êáé áêôßíåò ã. Ç áðïéêïäüìçóç á åßíáé ç åêðïìðÞ åíüò óùìáôéäßïõ á Þ ðõñÞíùí çëßïõ, ðïõ ìåéþíåé ôçí áôïìéêÞ ìÜæá êáôÜ 4 ìïíÜäåò êáé ôïí áôïìéêü áñéèìü êáôÜ 2. Óôçí áðïéêïäüìçóç â åêðÝìðïíôáé áðü ôïõò ðõñÞíåò çëåêôñüíéá. Ôï áðïôÝëåóìá åßíáé Ýíá Üôïìï ìå ôçí ßäéá áôïìéêÞ ìÜæá, áëëÜ ìå áôïìéêü áñéèìü ìåãáëýôåñï êáôÜ 1 ìïíÜäá. ¼ôáí åêðÝìðïíôáé áêôßíåò ã áðü ôïí ðõñÞíá, äåí áëëÜæåé ç áôïìéêÞ ìÜæá êáé ï áôïìéêüò áñéèìüò, áëëÜ åëåõèåñþíåôáé åíÝñãåéá. Ïé ðõñçíéêÝò äõíÜìåéò êáé åíÝñãåéåò åßíáé ðïëý ìåãáëýôåñåò áðü ôéò áíôßóôïé÷åò ÷çìéêÝò. Ãé' áõôü áêñéâþò ç äéÜóðáóç, ç åëåã÷üìåíç ó÷Üóç ôïõ áôïìéêïý ðõñÞíá ðáñïõóéÜæåé ìåãÜëï åíäéáöÝñïí. *

Óõíßóôáôáé óôçí ðñïóèÞêç åíüò íåôñïíßïõ óôïí ðõñÞíá åíüò áôüìïõ ìåãÜëïõ áôïìéêïý âÜñïõò êáé áñéèìïý, ðñïêåéìÝíïõ íá ðáñá÷èïýí äéÜöïñá Üëëá Üôïìá ìéêñüôåñïõ áôïìéêïý áñéèìïý, åðß ðëÝïí íåôñüíéá êáé åíÝñãåéá.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðþò åîçãåßôáé ç åêðïìðÞ ôùí áêôéíþí ã; 2. Ôï Ñï äéáóðÜôáé áõôüìáôá åêðÝìðïíôáò óùìáôßäéá á. Íá åêöñáóèåß áõôü ìå ìßá ðõñçíéêÞ åîßóùóç. 3. Ôï Bi äéáóðÜôáé áõôüìáôá åêðÝìðïíôáò óùìáôßäéá â. Íá åêöñáóèåß áõôü ìå ìßá ðõñçíéêÞ åîßóùóç. 4. Íá áíáöåñèïýí ôÝóóåñá äéáöïñåôéêÜ åßäç ðõñçíéêþí áíôéäñÜóåùí.

Ó.ô.Ì. Ôá ôåëåõôáßá ÷ñüíéá ãßíïíôáé ðñïóðÜèåéåò (áí êáé ü÷é óçìáíôéêÝò) ãéá ôçí áîéïðïßçóç ôùí çðßùí ìïñöþí åíÝñãåéáò. Ç êáýóç õäñïãüíïõ ãéá ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò åßíáé ìéá áðü ôéò ðéèáíÝò ëýóåéò óôï ðñüâëçìá. Ðïéåò ðñïûðïèÝóåéò íïìßæåôå üôé ðñÝðåé íá äéåñåõíçèïýí;

248

XñõóÞ åðï÷Þ ôùí áôïìéêþí áíáêáëýøåùí (1895 - 1940)

Ç Marie (1867-1934) êáé ï Pierre (1859-1906) Curie ìïéñÜóèçêáí ìå ôïí Âecquerel, ôï 1903, ôï âñáâåßï Íüìðåë óôç ÖõóéêÞ. Ôï 1911, ç Marie Curie ôéìÞèçêå ìå ôï âñáâåßï Íüìðåë óôç ×çìåßá.

Áõôüò ðïõ èÝëåé íá áíáöåñèåß óôéò óõãêëïíéóôéêÝò åðéóôçìïíéêÝò êáôáêôÞóåéò üóïí áöïñÜ óôç äïìÞ ôïõ áôüìïõ êáé ôïõ ðõñÞíá, ïé ïðïßåò óçìåéþèçêáí ôá ôåëåõôáßá åíåíÞíôá ðÝíôå ÷ñüíéá, áéóèÜíåôáé áìç÷áíßá, ãéáôß äåí îÝñåé áðü ðïý íá áñ÷ßóåé. Ôç óôéãìÞ ðïõ åßíáé Ýôïéìïò íá êáèïñßóåé ôçí áñ÷Þ ìéáò «×ñõóÞò åðï÷Þò» ìå âÜóç ôï Ýñãï êÜðïéïõ åðéóôÞìïíá, óõíåéäçôïðïéåß áìÝóùò üôé áõôüò âáóßóèçêå óôï Ýñãï êÜðïéïõ Üëëïõ, ï ïðïßïò åß÷å áó÷ïëçèåß ìå ôï ßäéï èÝìá Ýíá ÷ñüíï, Þ äÝêá ÷ñüíéá Þ ðåíÞíôá ÷ñüíéá íùñßôåñá. ºóùò ç ìåãáëýôåñç Ýêñçîç ãíþóåùò óôï ðåäßï ôçò áôïìéêÞò äïìÞò îåêßíçóå ìå ôçí áíáêÜëõøç ôùí áêôéíþí × áðü ôïí William Roentgen ôï 1895. Ï Roentgen óôçí ðñáãìáôéêüôçôá óõíÝ÷éóå ôï Ýñãï ðïõ åß÷áí áñ÷ßóåé ôï 1859 ï Geissler êáé ï Plücker, ïé ïðïßïé åß÷áí áíáêáëýøåé ôéò êáèïäéêÝò áêôßíåò óå óùëÞíåò åêêåíþóåùò áåñßïõ. Áñêåôïß Üëëïé åðéóôÞìïíåò óôï äéÜóôçìá ìåôáîý ôïõ 1859 êáé ôïõ 1895 åß÷áí åñãáóèåß åðÜíù óôïõò ßäéïõò óùëÞíåò åêêåíþóåùò êáé ÷ùñßò áìöéâïëßá åß÷áí ðáñáãÜãåé áêôßíåò ×, áëëÜ ï Roentgen õðÞñîå ï ðñþôïò ðïõ ðáñáôÞñçóå ôï öèïñéóìü ðïõ ðñïêáëïýí ïé áêôßíåò × óå ïõóßåò ðïõ âñßóêïíôáé Ýîù áðü ôïõò óùëÞíåò. Ç áíáêÜëõøç ôçò ñáäéåíÝñãåéáò áðü ôïí Becquerel óôç Ãáëëßá Ýíá ÷ñüíï áñãüôåñá, Þôáí Üìåóï áðïôÝëåóìá ôçò åñåõíçôéêÞò åñãáóßáò ôïõ Roentgen. O Becquerel

õðïðôåýèçêå üôé ç ëÜìøç óôï óêïôÜäé åíüò êïììáôéïý ìåôáëëåýìáôïò ôïõ ïõñáíßïõ, ôï ïðïßï ðñïçãïõìÝíùò åß÷å åêôåèåß óå çëéáêü öùò, ßóùò íá ïöåéëüôáí óå ó÷çìáôéóìü áêôéíþí × ðñïåñ÷ïìÝíùí áðü ôç äñÜóç ôïõ çëéáêïý öùôüò óôï ìåôÜëëåõìá. Ç áíáêÜëõøÞ ôïõ, üôé äçëáäÞ ôï ìåôÜëëåõìá ôïõ ïõñáíßïõ ðáñÞãáãå áêôéíïâïëßåò, ïé ïðïßåò ðñïóÝâáëáí ôéò öùôïãñáöéêÝò ðëÜêåò, Ýóôù êáé áí ôï ìåôÜëëåõìá áõôü äåí åß÷å ðñïçãïõìÝíùò åêôåèåß óôïí Þëéï, áðåôÝëåóå ôçí ðñþôç ðáñáôÞñçóç ôçò ñáäéåíÝñãåéáò. Äåí ÷ñåéÜóèçêå ðïëý ãéá íá áíáêáëýøåé ï Becquerel üôé ðñïöáíþò õðÞñ÷áí ðïëëÝò ðçãÝò ñáäéåíÝñãåéáò óôï ìåôÜëëåõìá ôïõ ïõñáíßïõ. ÁíÝèåóå óôïí Pierre êáé ôçí Marie Curie, äýï áðü ôïõò ðôõ÷éïý÷ïõò óðïõäáóôÝò ôïõ, ôï èÝìá ôïõ ðñïóäéïñéóìïý áõôþí ôùí ðçãþí. ÌÝóá óå äýï ÷ñüíéá, áíáêÜëõøáí äýï íÝá óôïé÷åßá, ôï ñÜäéï êáé ôï ðïëþíéï. Óôï ìåôáîý, ï Rutherford åß÷å áíáêáëýøåé ôéò áêôßíåò Üëöá êáé ôéò áêôßíåò âÞôá, ðïõ åêðÝìðïíôáé áðü ôï ïõñÜíéï. Ï Becquerel êáé Üëëïé áíáêÜëõøáí üôé áõôÝò ïé áêôßíåò ìðïñïýóáí íá åêôñáðïýí áðü ìáãíÞôåò. Ôï 1900, ï Becquerel áðÝäåéîå üôé ïé áêôßíåò âÞôá Þôáí üìïéåò ìå ôá óùìáôßäéá ôùí êáèïäéêþí áêôßíùí, ôá ïðïßá üðùò, áðïäåß÷èçêå áñãüôåñá, Þôáí çëåêôñüíéá. ÅííÝá ÷ñüíéá áñãüôåñá ï Rutherford áðÝäåéîå üôé ôá óùìáôßäéá Üëöá Þôáí èåôéêÜ öïñôéóìÝíá Üôïìá çëßïõ. Ç äéåßóäõóç óôçí áôïìéêÞ äïìÞ áêïëïýèçóå ìåñéêÝò äéáöïñåôéêÝò ðïñåßåò. Ï Rutherford êáé Üëëïé ÷ñçóéìïðïßçóáí ôéò áêôéíïâïëßåò áðü ñáäéåíåñãÝò ðçãÝò, ãéá íá âïìâáñäßóïõí äéÜöïñá õëéêÜ. Áðïêïñýöùìá áõôÞò ôçò ôáêôéêÞò åßíáé ôá ðåéñÜìáôá óêåäÜóåùò ôùí óùìáôéäßùí Üëöá, ðïõ ïäÞãçóáí óôç óýëëçøç ôçò ðõñçíéêÞò äïìÞò ôïõ áôüìïõ ôï 1911. O J.J. Thomson êáôÜ ôç äéÜñêåéá üëçò áõôÞò ôçò ðåñéüäïõ ìåôñïýóå ôï ëüãï öïñôßï ðñïò ìÜæá ôïõ çëåêôñïíßïõ êáé ï R.A. Millikan ìåôñïýóå ìå åðéôõ÷ßá ôï öïñôßï ôïõ çëåêôñïíßïõ ìå ôá ðåéñÜìáôá «ôçò óôáãüíáò ôïõ ëáäéïý», ôï 1910. Åíþ óõíÝâáéíáí üëÜ áõôÜ, ðïëëïß Üëëïé

249

åðéóôÞìïíåò äéåñåõíïýóáí ôï öáéíüìåíï «Edisson», ôï ïðïßï ðåñéÝãñáöå ôçí åêðïìðÞ ôùí çëåêôñïíßùí áðü èåñìÜ íÞìáôá. Åðßóçò, Üëëïé åðéóôÞìïíåò åîÝôáæáí ôï öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï, ðïõ ðñïêáëïýíôáí áðü ôç äñÜóç ôïõ öùôüò åðÜíù óå ìåñéêÜ ìÝôáëëá. Ôï 1884, Ýíáò Åëâåôüò äÜóêáëïò, ï Balmer, åîÝôáóå ôéò ãñáììÝò ôïõ öÜóìáôïò ôïõ õäñïãüíïõ êáé âñÞêå üôé õðÞñ÷å ìéá óçìáíôéêÞ ìáèçìáôéêÞ ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò èÝóåéò ôùí ãñáììþí (êåö. 11). Ôï ãåãïíüò áõôü Üíïéîå Ýíá íÝï ðåäßï åñåõíþí. Ãéá ðïëëÜ ÷ñüíéá Üëëïé åðéóôÞìïíåò ìåëÝôçóáí ôá öÜóìáôá ðïëëþí äéáöïñåôéêþí óôïé÷åßùí êÜôù áðü ðïéêßëåò óõíèÞêåò. Ìå ôçí ÝñåõíÜ ôïõò Ýãéíáí ãíùóôÝò ìåñéêÝò áêüìç êáíïíéêÝò ìáèçìáôéêÝò óåéñÝò, ðïõ ðåñéãñÜöïõí ôç èÝóç ôùí ãñáììþí óôéò öáóìáôïãñáöéêÝò ðëÜêåò. Ïé ó÷Ýóåéò áõôÝò ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí áñãüôåñá, ãéá íá âïçèÞóïõí óôçí åñìçíåßá ôçò èÝóåùò ôùí çëåêôñïíßùí ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá åíüò áôüìïõ. Ôï 1913, ï Niels Bohr áðü ôç Äáíßá Þôáí óå èÝóç íá äéáôõðþóåé ôçí ðñþôç åðéôõ÷Þ èåùñßá áôïìéêÞò äïìÞò, âáóéóìÝíç óå Ýíáí ðõêíÜ äïìçìÝíï ðõñÞíá, üðùò áõôüò ðåñéãñÜöçêå áðü ôïí Rutherford, êáé Ýíá çëåêôñüíéï ðåñéöåñüìåíï ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá óå ìéá óåéñÜ ôñï÷éþí. Êáèþò óõãêåíôñþèçêáí ðåñéóóüôåñá ðåéñáìáôéêÜ óôïé÷åßá óôá ÷ñüíéá ðïõ áêïëïýèçóáí, Ýãéíáí ðïëëÝò

Ï J.J. Thomson (1856-1940) åíþ åñãÜæåôáé óôï åñãáóôÞñéï ôïõ Cavendish.

Ï M.S. Livingston (áñéóôåñÜ) êáé ï Ernest O. Lawrence (äåîéÜ), óôÝêïíôáé äßðëá óôï ìáãíÞôç åíüò áðü ôá ðñþôá óõóôÞìáôá åðéôá÷ýíóåùò óùìáôéäßùí (êýêëïôñï).

ôñïðïðïéÞóåéò óôéò âáóéêÝò éäÝåò ôïõ Bohr. To áôïìéêü ðñüôõðï ôïõ Bohr åîåôÜæåôáé óôï êåöÜëáéï 11. Óôá ÷ñüíéá ìåôáîý ôïõ 1907 êáé ôïõ 1912, ï J.J. Thomson åðåîÝôåéíå ôéò åñåõíçôéêÝò åñãáóßåò ôïõ ðïõ áöïñïýóáí óôç ìÝôñçóç ôïõ ëüãïõ öïñôßï ðñïò ìÜæá ôïõ çëåêôñïíßïõ, áðü ôç ìÝôñçóç ìüíï ôùí çëåêôñïíßùí óôç ìÝôñçóç üëùí ôùí åéäþí ôùí èåôéêþí éüíôùí. Áõôü óÞìáíå ôçí áñ÷Þ ôçò åðéóôÞìçò ôçò öáóìáôïìåôñßáò ìÜæáò êáé êáôÝóôçóå äõíáôü ôïí ðñïóäéïñéóìü ôùí éóïôüðùí üëùí ôùí óôïé÷åßùí. ¸íáò ðïëý (áðëüò) ìåôñçôÞò, ðïõ áíáêáëýöèçêå áñ÷éêÜ ôï 1908 áðü ôïí Geiger êáé ôåëåéïðïéÞèçêå ôï 1928 áðü ôïí Mueller, áðåôÝëåóå ôç âÜóç ìéáò ìåèüäïõ áíé÷íåýóåùò ôçò áêôéíïâïëßáò. Ï Âñåôáíüò åðéóôÞìïíáò C.T.R. Wilson, ôï 1911, åöåýñå ôïí ðñþôï èÜëáìï åêôïíþóåùò íÝöïõò. Ç äéÜôáîç áõôÞ, ç ïðïßá ÷ñçóéìïðïéÞèçêå ãéá ôçí ðáñáêïëïýèçóç ôçò ðïñåßáò ôùí ôá÷Ýùò êéíïõìÝíùí óùìáôéäßùí, áðïäåß÷èçêå ùò ìßá áðü ôéò ðéï óçìáíôéêÝò óõóêåõÝò ðïõ êáôáóêåõÜóèçêáí ðïôÝ, þóôå íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí óôçí ðõñçíéêÞ öõóéêÞ. Ôï 1919, ï âïìâáñäéóìüò ôïõ áæþôïõ áðü ôïí Rutherford ìå óùìáôßäéá Üëöá ïäÞãçóå óôçí ðñþôç ìåôáôñïðÞ óôïé÷åßïõ ðïõ Ýãéíå áðü ôïí Üíèñùðï. Óýíôïìá, Üëëïé åðéóôÞìïíåò Üñ÷éóáí íá áíáæçôïýí Üëëá ðéï éó÷õñÜ ìÝóá, ðñïêåéìÝíïõ íá ôá ÷ñçóéìïðïéÞóïõí, ãéá íá âïìâáñäßóïõí ôá óôïé÷åßá. Áõôü åß÷å ùò

250

Ç Irène Curie êáé ï óýæõãïò ôçò, Frèdèric Joliït. MïéñÜóèçêáí ôï 1936 ôï âñáâåßï Íüìðåë ×çìåßáò.

áðïôÝëåóìá ôç äçìéïõñãßá áðü ôïí Rïbert J. Van de Graaff, ôï 1931 óôéò ÇÐÁ, ôçò ðñþôçò åðßóçìçò çëåêôñïóôáôéêÞò ãåííÞôñéáò õøçëÞò ôÜóåùò. Ôï 1932 ïé E.O. Lawrence êáé M.S. Livingston, åðßóçò óôéò ÇÐÁ, êáôáóêåýáóáí ôï ðñþôï êýêëïôñï. Ôçí ßäéá ÷ñïíéÜ óôçí Áããëßá, ï Cockcroft êáé ï Walton ðñáãìáôïðïßçóáí ãéá ðñþôç öïñÜ ìéá ðõñçíéêÞ áíôßäñáóç ìå Ýíáí åðéôá÷õíôÞ õøçëÞò ôÜóåùò. Ôï íåôñüíéï, ôçí ýðáñîç ôïõ ïðïßïõ åß÷å ðñïâëÝøåé ï Rutherford ðñéí áðü 12 ÷ñüíéá, áíáêáëýöèçêå óôçí Áããëßá áðü ôïí Chadwick, ôï 1932. Ôï íåôñüíéï åßíáé Ýíá ìç öïñôéóìÝíï óùìáôßäéï, ôï ïðïßï äåí ÷ñåéÜæåôáé åðéôá÷õíôÞ õøçëÞò ôÜóåùò, ãéá íá åéó÷ùñÞóåé óôïí ðõñÞíá åíüò áôüìïõ. ÌÝóá óå äýï ÷ñüíéá, ç Ir ène JoliotCurie êáé ï Frèdèric Joliot -óôç Ãáëëßá- âñÞêáí üôé ìðïñïýóáí íá äçìéïõñãÞóïõí ñáäéåíåñãÜ óôïé÷åßá åêèÝôïíôÜò ôá óå íåôñüíéá. Åðß ðëÝïí åñãáóßåò ôùí éäßùí áõôþí åðéóôçìüíùí, üðùò êáé ôï Ýñãï ôïõ Enrico Fermi óôçí Éôáëßá, ôïõ

H Lise Meitner êáé o Otto Hahm óõíåñãÜôåò óôï åñåõíçôéêü ðåäßï ãéá ðåñéóóüôåñá áðü 30 ÷ñüíéá.

Otto Hahm, ôïõ Fritz Strassmann, ôçò Lise Meitner êáé ôïõ Ïtto Frisch óôç Ãåñìáíßá, ïäÞãçóáí óôçí áíáêÜëõøç ôçò äéáóðÜóåùò ôïõ ïõñáíßïõ, ôï 1939. Ï Glenn Seaborg êáé ï Ådwin Mc Millan ôï 1940 ó÷çìÜôéóáí êáé áðïìüíùóáí ôá ðñþôá äýï óõíèåôéêÜ óôïé÷åßá, ôï ðïóåéäþíéï êáé ôï ðëïõôþíéï. Èá ÷ñåéáæüôáí ðïëýò ÷ñüíïò ãéá íá áíáöåñèïýìå óå üëåò ôéò åðéóôçìïíéêÝò áíáêáëýøåéò óôïí ôïìÝá ôçò áôïìéêÞò äïìÞò, ðïõ ðñáãìáôïðïéÞèçêáí ôçí ðåñßïäï áðü ôï 1895 ìÝ÷ñé ôï 1940. Ï êýñéïò óêïðüò áõôÞò ôçò áíáöïñÜò Þôáí íá äåßîïìå ðþò ïé åðéóôÞìïíåò ÷ñçóéìïðïßçóáí ùò áöåôçñßá ôùí äéêþí ôïõò ìåëåôþí åñãáóßåò Üëëùí åðéóôçìüíùí êáé íá êáôáóôÞóïìå íïçôü ðüóïé ðïëëïß äéáöïñåôéêïß ôýðïé ãíþóåùí ÷ñåéÜóôçêå íá óõíäõáóèïýí ãéá íá ðñïêýøåé ç óçìåñéíÞ åéêüíá ôçò áôïìéêÞò äïìÞò, ç ïðïßá åßíáé âÝâáéï üôé óôá ÷ñüíéá ðïõ Ýñ÷ïíôáé èá ôñïðïðïéçèåß ðÜëé.

251

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ ¼ëá ôá ðñüôõðá ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óÞìåñá ãéá ôá Üôïìá âáóßæïíôáé óå Ýíá ðñüôõðï, áõôü ôïõ «áôüìïõ ìå ðõñÞíá». ÐåñéëáìâÜíïõí Ýíá ìéêñïóêïðéêü ðõñÞíá, ðïõ áðïôåëåßôáé áðü ðñùôüíéá êáé íåôñüíéá. Ôá íåôñüíéá åßíáé ïõäÝôåñá óùìáôßäéá êáé Ý÷ïõí ðåñßðïõ ôçí ßäéá ìÜæá ìå ôá ðñùôüíéá. Ôï ìüíï Üôïìï ðïõ äåí Ý÷åé íåôñüíéá óôïí ðõñÞíá ôïõ åßíáé ôï ðéï êïéíü éóüôïðï ôïõ õäñïãüíïõ Ç. Ï ðõñÞíáò ôïõ Ý÷åé Ýíá ìüíï ðñùôüíéï. ¼ëïé ïé Üëëïé ðõñÞíåò ðåñéÝ÷ïõí ôïõëÜ÷éóôïí Ýíá íåôñüíéï ìáæß ìå Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá ðñùôüíéá. Ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôïõ áôüìïõ êáôáëáìâÜíåôáé áðü ôá çëåêôñüíéá, ðïõ ðåñéâÜëëïõí ôïí ðõñÞíá. ¼óá åßíáé ôá çëåêôñüíéá ðïõ ðåñéâÜëëïõí ôïí ðõñÞíá, ôüóá åßíáé êáé ôá ðñùôüíéá, ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óå áõôüí, þóôå ôï Üôïìï óôï óýíïëü ôïõ íá åßíáé ïõäÝôåñï. Ç äéÜìåôñïò ôùí áôüìùí åßíáé ôçò ôÜîåùò ôïõ åíüò Üíãêóôñåì (Å), ìïíÜäáò ìÞêïõò ðïõ éóïýôáé ìå 10-8 cm. Ï áñéèìüò ôùí ðñùôïíßùí (Üñá êáé ôùí çëåêôñïíßùí) êáèïñßæåé ôï óôïé÷åßï, óôï ïðïßï áíÞêåé ôï Üôïìï, êáé ïíïìÜæåôáé áôïìéêüò áñéèìüò ôïõ áôüìïõ Þ ôïõ óôïé÷åßïõ. Ï óõíïëéêüò áñéèìüò ðñùôïíßùí êáé íåôñïíßùí ôïõ ðõñÞíá

êáèïñßæåé êáôÜ ðñïóÝããéóç ôç ìÜæá ôïõ áôüìïõ, ãéáôß êÜèå Ýíá ðñùôüíéï Þ íåôñüíéï Ý÷åé ìÜæá 1840 öïñÝò ìåãáëýôåñç áðü ôç ìÜæá åíüò çëåêôñïíßïõ. Ï óõíïëéêüò áñéèìüò ôùí óùìáôéäßùí ôïõ ðõñÞíá (ðñùôïíßùí êáé íåôñïíßùí) ëÝãåôáé ìáæéêüò áñéèìüò ôïõ áôüìïõ. ¢ôïìá ìå ðåñéóóüôåñá Þ ëéãüôåñá çëåêôñüíéá áðü ü,ôé ðñùôüíéá Ý÷ïõí áíôßóôïé÷á áñíçôéêü Þ èåôéêü öïñôßïõ êáé ëÝãïíôáé éüíôá. ¢ôïìá ìå ôïí ßäéï áñéèìü ðñùôïíßùí (äçëáäÞ Üôïìá ôïõ ßäéïõ óôïé÷åßïõ), áëëÜ ìå äéáöïñåôéêü áñéèìü íåôñïíßùí, ëÝãïíôáé éóüôïðá. Áðü áíôéäñÜóåéò, êáôÜ ôéò ïðïßåò áëëÜæåé ï ðõñÞíáò, ðñïêýðôïõí ðïóÜ åíÝñãåéáò ðåñßðïõ Ýíá åêáôïììýñéï öïñÝò ìåãáëýôåñá áðü áõôÜ ðïõ ðñïêýðôïõí áðü ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ìßá êáôçãïñßá ðõñçíéêþí áíôéäñÜóåùí ðåñéëáìâÜíåé ôçí áõôüìáôç ó÷Üóç ôùí áóôáèþí ðõñÞíùí, êáôÜ ôçí ïðïßá ðéèáíüí íá õðÜñîåé åêðïìðÞ óùìáôéäßùí á (ðõñÞíùí çëßïõ), óùìáôéäßùí â (ôá÷Ýùí çëåêôñïíßùí) Þ áêôéíþí ã. ¸íáò Üëëïò ôýðïò ðõñçíéêþí áíôéäñÜóåùí ïäçãåß óå äéÜóðáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá Ýíá íåôñüíéï åéó÷ùñåß óôïí ðõñÞíá êáé ôïí äéáóðÜ óå êëÜóìáôá, ðñïîåíþíôáò Ýôóé ôçí áðåëåõèÝñùóç íåôñïíßùí êáé åíÝñãåéáò.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ôé åßíáé ôï óùìáôßäéï Üëöá; Ðþò åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí óùìáôßäéá Üëöá ðñïêåéìÝíïõ íá ôá ðáñáôçñÞóïìå; 2. Ãéáôß Þôáí áðáñáßôçôï íá äéåîÜãïíôáé ôá ðåéñÜìáôá óêåäÜóåùò ôïõ Rutherford ìÝóá óå êåíü; 3. Ðïéá åßíáé ôá ôñßá âáóéêÜ óõìðåñÜóìáôá ðïõ åîÜãïíôáé áðü ôéò ðáñáôçñÞóåéò ðïõ Ýãéíáí óôá ðåéñÜìáôá óêåäÜóåùò ôïõ Rutherford; 4. Ðïéá ðáñáôÞñçóç êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí ðåéñáìÜôùí óêåäÜóåùò ôïõ Rutherford óõìöùíåß ìå ôï ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ ôïõ Ôhomson; Ðïéá ðáñáôÞñçóç äåí óõìöùíåß ìå áõôü; Ãéáôß; 5. Ãéáôß ï Rutherford êáôÝëçîå óôï óõìðÝñáóìá üôé ç áêôßíá ôïõ ðõñÞíá åíüò áôüìïõ åßíáé ìüíï ôï Ýíá äåêÜêéò åêáôïììõñéïóôü ôçò áêôßíáò áõôïý ôïõ áôüìïõ; Ôé ôïí áíÜãêáóå íá ðéóôåýåé üôé ï ðõñÞíáò åßíáé ôüóï ðõêíÜ äïìçìÝíïò;

6. Ôé êïéíü Ý÷ïõí ôá ðñùôüíéá êáé ôá íåôñüíéá; Óå ôé äéáöÝñïõí; 7. Ðïéá åßíáé ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôïí áôïìéêü êáé ôï ìáæéêü áñéèìü åíüò áôüìïõ; 8. Áí Ýíá çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñï Üôïìï Ý÷åé áôïìéêü áñéèìü 10, ðïéá áðü ôéò áêüëïõèåò êáôáóôÜóåéò ôïõ áôüìïõ ìðïñåß íá áëçèåýåé; ÄéêáéïëïãÞóôå ìå óõíôïìßá ôçí áðÜíôçóÞ óáò. (á) ¸÷åé 10 íåôñüíéá. (â) ÕðÜñ÷ïõí 10 çëåêôñüíéá ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá. (ã) ÕðÜñ÷ïõí 10 ðñùôüíéá óôïí ðõñÞíá. (ä) Ç áôïìéêÞ ìÜæá ôïõ áôüìïõ åßíáé 10. (å) Ç áôïìéêÞ ìÜæá ôïõ áôüìïõ åßíáé 20. 9. ¸íá Üôïìï åíüò éóïôüðïõ ôïõ ïõñáíßïõ Ý÷åé áôïìéêü áñéèìü 92 êáé ìáæéêü áñéèìü 238. Ðüóá çëåêôñüíéá ðåñéÝ÷åé áõôü ôï Üôïìï; Ðïéï êëÜóìá ôçò óõíïëéêÞò ìÜæáò áõôïý ôïõ áôüìïõ áðïôåëïýí, êáôÜ ðñïóÝããéóç, ôá çëåêôñüíéá;

252

10. Óå ôé äéáöÝñïõí ôá éóüôïðá åíüò óôïé÷åßïõ ìåôáîý ôïõò; Óå ôé ìïéÜæïõí; 11. Óõãêñßíáôå ôéò éäéüôçôåò ôùí áêôéíïâïëéþí Üëöá, âÞôá êáé ãÜììá, ðïõ ðáñÜãïíôáé áðü ñáäéåíåñãÝò ïõóßåò. 12. Óôï ó÷Þìá 10-10 ìéá ñáäéåíåñãüò ðçãÞ Ý÷åé ôïðïèåôçèåß óôï âÜèïò ìéáò âáèéÜò ïðÞò, ç ïðïßá Ý÷åé äéáíïé÷èåß óå Ýíá ôåìÜ÷éï ìïëýâäïõ. Ç ðçãÞ ðáñÜãåé áêôéíïâïëßåò Üëöá, âÞôá êáé ãÜììá, ðïõ üëåò åîÝñ÷ïíôáé áðü ôçí ïðÞ áêïëïõèþíôáò åõèåßá ãñáììÞ ìÝóá óå Ýíá ìïíùìÝíï èÜëáìï õðü êåíü. ¼ôáí ïé áêôßíåò áõôÝò äéÝëèïõí áíÜìåóá áðü äýï áíôßèåôá öïñôéóìÝíåò ìåôáëëéêÝò ðëÜêåò, äéáðéóôþíåôáé üôé ïé áêôßíåò âÞôá åêôñÝðïíôáé êáé áêïëïõèïýí ìéá êáìðýëç ôñï÷éÜ, ðïõ äçëþíåôáé ìå ôç äéáêåêïììÝíç ãñáììÞ. ÁíôéãñÜøôå ðñü÷åéñá ôï ó÷åäéÜãñáììá. Óçìåéþóôå ôéò ôñï÷éÝò ðïõ èá ðåñéìÝíáôå íá áêïëïõèÞóïõí ïé áêôéíïâïëßåò Üëöá êáé ãÜììá óôéò ßäéåò óõíèÞêåò. ÅîçãÞóôå. 13. Ôï óôïé÷åßï ñÜäéï (Ra) áðïâÜëëåé Ýíá óùìáôßäéï Üëöá êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò ñáäéåíåñãïý äéáóðÜóåþò ôïõ. ¸íá éóüôïðï ôïõ âéóìïõèßïõ (Bi) áðïâÜëëåé Ýíá óùìáôßäéï âÞôá. Óõìðëçñþóôå ôéò ðáñáêÜôù äýï åîéóþóåéò. Ðñïóäéïñßóôå ðñþôá ôïí áôïìéêü êáé ôïí ìáæéêü áñéèìü ôùí ó÷çìáôéæïìÝíùí ðñïúüíôùí. Ðñïóäéïñßóôå êáôüðéí ôá ðñïúüíôá åíôïðßæïíôÜò ôá áðü ôïõò áíôßóôïé÷ïõò áôïìéêïýò áñéèìïýò ôïõò óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá.

14. Ìéá áíôßäñáóç äéáóðÜóåùò îåêéíÜ ìå ôçí åßóïäï åíüò íåôñüíéïõ óôïí ðõñÞíá åíüò áôüìïõ ïõñáíßïõ. Ãéáôß åßíáé ðéï åýêïëç ç åßóïäïò åíüò íåôñïíßïõ óå Ýíáí ðõñÞíá áðü ü,ôé èá Þôáí ç åßóïäïò ðñùôïíßïõ óå áõôüí; 15. AíáöÝñáôå ðïéïò åßíáé: (á) ï áñéèìüò ðñùôïíßùí, (â) ï áñéèìüò íåôñïíßùí, (ã) ï áñéèìüò çëåêôñïíßùí êáé (ä) ôï öïñôßï ôïõ ðõñÞíá ôïõ áôüìïõ ôïõ êáèåíüò áðü ôá äýï

Êåíü

Áêôßíåò â

ÔåìÜ÷éï ìïëýâäïõ

Ñáäéåíåñãüò ðçãÞ

Ó×ÇÌÁ 10-10.

áðáíôþvôáé óôç öýóç éóüôïðá ôïõ Üíèñáêá, C êáé C. 16. Ç ìÝóç äéÜóôáóç ôçò äéáìÝôñïõ åíüò ðõñÞíá åßíáé 1 x 10-12 cm êáé ôçò äéáìÝôñïõ åíüò áôüìïõ 1 x 10-8 cm. Ðñïóäéïñßóôå ôï ëüãï ôïõ üãêïõ ôïõ áôüìïõ ðñïò ôïí üãêï ôïõ ðõñÞíá. 17. Áò õðïôåèåß üôé ï ðõñÞíáò åíüò áôüìïõ öèïñßïõ åßíáé ìéá óöáßñá ìå áêôßíá 5 x 10-13 cm. Áí ôï öèüñéï Ý÷åé áôïìéêü áñéèìü 9 êáé ìáæéêü áñéèìü 19, íá õðïëïãßóåôå ôçí ðõêíüôçôá (óå ãñáììÜñéá áíÜ êõâéêü åêáôïóôü) ôçò ýëçò óôïí ðõñÞíá ôïõ öèïñßïõ. 18. Ç ðõêíüôçôá ôïõ ìåôÜëëïõ ÷áëêïý åßíáé ðåñßðïõ 8,9 ãñáììÜñéá áíÜ êõâéêü åêáôïóôü. Ç áôïìéêÞ ìÜæá ôïõ ÷áëêïý åßíáé 63,54 ãñáììÜñéá áíÜ mole. (á) Ðüóá Üôïìá õðÜñ÷ïõí óå Ýíá êõâéêü åêáôïóôü ÷áëêïý; (â) Ðüóá Üôïìá èá õðÜñ÷ïõí óôç ìéá áêìÞ êýâïõ ÷áëêïý äéáóôÜóåùò åíüò åêáôïóôïý; (ã) Ðïéá åßíáé êáôÜ ðñïóÝããéóç ç äéÜìåôñïò ôïõ áôüìïõ ôïõ ÷áëêïý;

KÅÖÁËÁÉÏ ÅÍÄÅÊÁÔÏ

ÁëëçëåðéäñÜóåéò áíÜìåóá óôï öùò êáé ôá Üôïìá

ÕäñÜñãõñïò, Hg

Ëßèéï, Li

ÊÜäìéï, Cd

Óôñüíôéï, Sr

ÂÜñéï, Ba

ÁóâÝóôéï, Ca

¹ëéï, He

×áñáêôçñéóôéêÜ ãñáììéêÜ öÜóìáôá, üðùò áõôÜ ôçò öùôïãñáößáò, ðáñÜãïíôáé áðü áÝñéá óôïé÷åßá, ðïõ Ý÷ïõí õøçëÞ åíÝñãåéá. Áðü ôç ìåëÝôç ôùí ãñáììéêþí öáóìÜôùí Ý÷ïõí ðñïêýøåé óçìáíôéêÝò ðëçñïöïñßåò ãéá ôçí êáôáíüçóç ôçò äïìÞò ôïõ áôüìïõ.

254

Ôï öùò åßíáé ìéá áðü ôéò ðïëëÝò ìïñöÝò åíÝñãåéáò. ¼ëåò ïé ìïñöÝò ôçò ýëçò Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá åêëýïõí, õðü ïñéóìÝíåò óõíèÞêåò, öùò êáé íá ôï áðïññïöïýí êÜôù áðü Üëëåò óõíèÞêåò. ¸íáò áðü ôïõò ðéï ÷ñÞóéìïõò ôñüðïõò ãéá íá ëÜâïìå ðëçñïöïñßåò ó÷åôéêÜ ìå ôç äïìÞ ôùí ìïñßùí êáé ôùí áôüìùí, åßíáé ç ëåðôïìåñÞò ìåëÝôç ôïõ ôñüðïõ ìå ôïí ïðïßï áðïññïöïýí êáé åêðÝìðïõí öùò. ÐñïóåêôéêÝò ìåôñÞóåéò áõôþí ôùí äéáäéêáóéþí âïÞèçóáí

ôïõò åðéóôÞìïíåò íá êáôáíïÞóïõí ðþò åßíáé êáôáíåìçìÝíá ôá çëåêôñüíéá ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá ôùí áôüìùí êáé ðüóç åíÝñãåéá Ý÷ïõí óôçí êÜèå ìßá áðü ôéò äéáöïñåôéêÝò äéáôÜîåéò ôïõò ãýñù áðü áõôüí. Óôï êåöÜëáéï áõôü èá åðáíáëÜâïìå ìåñéêÜ áðü ôá âáóéêÜ ðåéñÜìáôá áõôïý ôïõ åßäïõò êáé åóåßò èá ðñïóðáèÞóåôå íá ôá åñìçíåýóåôå. ÅðåéäÞ ôï öùò ðáßæåé Ýíá ôüóï óçìáíôéêü ñüëï óå üëá áõôÜ ôá ðåéñÜìáôá, èá îåêéíÞóïìå ìå ôç ìåëÝôç ôçò öýóåùò áõôïý ôïõ

Ç öýóç ôïõ öùôüò 11.1 Ôï öùò ùò êõìáôïìïñöÞ. Èá Ý÷åôå ïðùóäÞðïôå äåé áêôßíåò Þ äÝóìåò áêôßíùí öùôüò. Ôé åßíáé äÝóìç öùôüò; Ïé åìðåéñßåò óáò ãåíéêÜ, ßóùò óáò Ý÷ïõí âïçèÞóåé íá êáôáëÞîåôå óå êÜðïéá óõìðåñÜóìáôá ó÷åôéêÜ ìå ôç öýóç ôïõ öùôüò, áíÜëïãá ìå áõôÜ ðïõ áêïëïõèïýí: 1. Áêüìç êáé Ýíá äõíáôü öùò äåí ìïéÜæåé íá áóêåß êÜðïéá äýíáìç åðÜíù óáò. Ôï öùò êáôÜ ðÜóá ðéèáíüôçôá, äåí åßíáé ìéá ìïñöÞ ýëçò, ãéáôß äåí ìïéÜæåé íá Ý÷åé ìÜæá. 2. ¼ôáí âñßóêåóôå êÜôù áðü ôï äõíáôü öùò ôïõ Þëéïõ áéóèÜíåóôå æåóôáóéÜ. Ðñïöáíþò ôï öùò ìåôáöÝñåé åíÝñãåéá êáé áõôÞ, üôáí áðïññïöÜôáé áðü ôï äÝñìá óáò, ìåôáôñÝðåôáé óå èåñìüôçôá. ºóùò ôï öùò íá åßíáé ìüíï åíÝñãåéá. Áí üìùò áõôü áëçèåýåé, ôüôå ðþò äéáäßäåôáé; 3. To öùò åìöáíßæåôáé ìå ìåãÜëç ðïéêéëßá ÷ñùìÜôùí. Ôé åîÞãçóç äßíåôå ãéá ôá äéáöïñåôéêÜ ÷ñþìáôá ôïõ öùôüò; Ìå âÜóç ôéò ðáñáðÜíù ðáñáôçñÞóåéò êáé ãéá íá áðáíôÞóïõí ïé åðéóôÞìïíåò óôá åñùôÞìáôá ðïõ äçìéïõñãÞèçêáí, áíÝðôõîáí Ýíá ðñüôõðï ãéá ôï öùò. Óýìöùíá ìå áõôü ôï ðñüôõðï, ôï öùò Ý÷åé ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôçò êõìáôïåéäïýò êéíÞóåùò. Ãéá íá êáôáíïÞóïìå ôé óçìáßíåé áõôüò ï ïñéóìüò, áò öÝñïìå óôï íïõ ìáò ìéá ðïëý ãíùóôÞ ðåñßðôùóç êõìáôïåéäïýò êéíÞóåùò, ôá êýìáôá ôïõ èáëÜóóéïõ íåñïý, üôáí öèÜíïõí êáé êôõðïýí óôçí áêñïãéáëéÜ. Ôï ó÷Þìá 11-1 äåß÷íåé äýï ìåôñÞóåéò, ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ãßíïõí: Ôç ìÝôñçóç ôçò áðïóôÜóåùò áíÜìåóá óå äýï êïñõöÝò êáé ôç ìÝôñçóç ôïõ ÷ñüíïõ ðïõ ìåóïëáâåß áíÜìåóá óå äýï êýìáôá. Ç áðüóôáóç áíÜìåóá óôéò êïñõöÝò äýï

äéáäï÷éêþí êõìÜôùí ëÝãåôáé ìÞêïò êýìáôïò. Ï ÷ñüíïò ðïõ ìåóïëáâåß áíÜìåóá óå äýï äéáäï÷éêÜ êýìáôá (t) åßíáé ç áðáñáßôçôç ÷ñïíéêÞ ðåñßïäïò, ãéá íá ðåñÜóåé Ýíá ðëÞñåò êýìá áðü Ýíá êáèïñéóìÝíï óçìåßï. Ôï áíôßóôñïöï ôïõ (1/t) ÷ñçóéìïðïéåßôáé ðåñéóóüôåñï êáé åßíáé ï áñéèìüò ôùí êõìÜôùí ðïõ ðåñíïýí óå Ýíá äåõôåñüëåðôï áðü Ýíá êáèïñéóìÝíï óçìåßï. Åßíáé ãíùóôüò ùò óõ÷íüôçôá êáé ìåôñåßôáé óå êýìáôá áíÜ äåõôåñüëåðôï. Óõìâïëßæåôáé ìå ôï åëëçíéêü ãñÜììá íé (í). To öùò äéáäßäåôáé óôï äéÜóôçìá, üðùò äéáäßäïíôáé ôá êýìáôá åðÜíù óôçí åðéöÜíåéá ôïõ íåñïý. Ôï öùò åßíáé Ýíá åßäïò çëåêôñïìáãíçôéêÞò áêôéíïâïëßáò, äçëáäÞ áðïôåëåß óõíäõáóìü çëåêôñéêïý êáé ìáãíçôéêïý ðåäßïõ, ôá ïðïßá Ý÷ïõí ôçí ßäéá äéåýèõíóç ìÝóá óôï ÷þñï (Þ ìÝóá óå êÜðïéï Üëëï ìÝóï, üðùò åßíáé ôï ãõáëß). Ç Ýíôáóç ôïõ çëåêôñéêïý áëëÜ êáé ôïõ ìáãíçôéêïý ðåäßïõ ìåôáâÜëëåôáé äéáñêþò. ÁõôÝò ïé ìåôáâïëÝò óôçí Ýíôáóç ôùí ðåäßùí åßíáé áíÜëïãåò ìå ôéò ìåôáâïëÝò ôçò åðéöáíåßáò ôïõ íåñïý óôï ðáñÜäåéãìá ôùí êõìÜôùí ðÜíù óôï íåñü. ¼ðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 11-2, ôï çëåêôñéêü êáé ôï ìáãíçôéêü ðåäßï åßíáé êÜèåôá ìåôáîý ôïõò. Êáé ôá äýï ðåäßá åßíáé åðßóçò êÜèåôá ðñïò ôç äéåýèõíóç, êáôÜ ôçí ïðïßá êéíïýíôáé ôá «êýìáôá ôïõ öùôüò». Êáô' áíáëïãßá ç ýøùóç êáé ç ôáðåßíùóç ôùí êõìÜôùí ôïõ íåñïý åßíáé óå ïðïéïäÞðïôå óçìåßï êÜèåôåò ðñïò ôç äéåýèõíóç, êáôÜ ôçí ïðïßá äéáäßäïíôáé ôá êýìáôá. Ôï ìÞêïò êýìáôïò, óôçí ðåñßðôùóç ôùí êõìÜôùí ôïõ öùôüò, éóïýôáé ìå ôçí áðüóôáóç áíÜìåóá óå äýï äéáäï÷éêÝò ìÝãéóôåò ôéìÝò ôïõ çëåêôñéêïý ðåäßïõ. Óôçí áíÜëïãç ðåñßðôùóç ôùí êõìÜôùí ôïõ íåñïý, ìÞêïò êýìáôïò åßíáé ç

255

×ñüíïò áíÜìåóá óôá êýìáôá

ÌÞêïò êýìáôïò

Ó×ÇÌÁ 11-1. Ôá êýìáôá ôïõ íåñïý ìáò âïçèïýí íá êáôáíïÞóïìå ôéò äýï óçìáíôéêÝò éäéüôçôåò üëùí ôùí êõìÜôùí: ôï ìÞêïò êýìáôïò êáé ôç óõ÷íüôçôá. Óõ÷íüôçôá åßíáé ï áñéèìüò ôùí êõìÜôùí ðïõ äéÝñ÷ïíôáé áðü êÜðïéï óçìåßï óå Ýíá äåõôåñüëåðôï.

Çëåêôñéêü ðåäßï

íó

Äéåýèõ

Ìá

ãíç

ôéê

üð

ò ôïõ

üóåù ç äéáä

ïò

êýìáô

åäß

ï

Ó×ÇÌÁ 11-2. Óôçí çëåêôñïìáãíçôéêÞ áêôéíïâïëßá ç åíÝñãåéá äéáäßäåôáé óõã÷ñüíùò ìå ôç ìïñöÞ çëåêôñéêïý êáé ìáãíçôéêïý ðåäßïõ, ôá ïðïßá ìåôáâÜëëïíôáé ìå êõìáôïåéäÞ ìïñöÞ. ¼ðùò óõìâáßíåé êáé óôá êýìáôá ôïõ íåñïý, õðÜñ÷ïõí êïéëÜäåò êáé êïñõöÝò ìå ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò ôï ìÞêïò êýìáôïò êáé ôç óõ÷íüôçôá.

256

áðüóôáóç áðü êïñõöÞ óå êïñõöÞ. Ôï óýìâïëï ôïõ ìÞêïõò êýìáôïò åßíáé ðÜëé Ýíá åëëçíéêü ãñÜììá, ôï ëÜìâäá (ë). Ðïéá ðåéñÜìáôá âïÞèçóáí ôïõò åðéóôÞìïíåò íá áíôéëçöèïýí ôçí êõìáôïåéäÞ öýóç ôïõ öùôüò; ÌåñéêÝò áðü ôéò ðéï óçìáíôéêÝò Üìåóåò åíäåßîåéò ãéá ôçí êõìáôïåéäÞ öýóç ôïõ öùôüò ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ðåéñÜìáôá, ôá ïðïßá âáóßæïíôáé óôçí ðåñßèëáóç (ó÷. 11-4 êáé 11-5) êáé ôç óõìâïëÞ

ôïõ öùôüò. Ðñéí ìåëåôÞóïìå áõôÜ ôá ðåéñÜìáôá, áò óêåöèïýìå ìå ðïéïõò ôñüðïõò áëëçëåðéäñïýí ôá êýìáôá. Áò õðïèÝóïìå üôé áöÞíïìå íá óõìðÝóïõí äýï äÝóìåò öùôüò. Ç äÝóìç ðïõ èá ðñïêýøåé ôé ìïñöÞ èá Ý÷åé; Áõôü åîáñôÜôáé áðü ôç ó÷Ýóç ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôá êýìáôá ôçò ìéáò êáé ôçò Üëëçò äÝóìçò. Óôï ó÷Þìá 11-3 ìðïñåßôå íá äåßôå ìåñéêÝò äéáöïñåôéêÝò äõíáôüôçôåò (ôá êýìáôá

ÄÝóìç 1

ÄÝóìç 2 (á)

ÄÝóìç ðïõ ðñïêýðôåé áðü ôç óõìâïëÞ ôçò äÝóìçò 1 êáé 2

ÄÝóìç 1

ÄÝóìç 2

(â)

ÄÝóìç ðïõ ðñïêýðôåé áðü ôç óõìâïëÞ ôçò äÝóìçò 1 êáé 2

ÄÝóìç 1

ÄÝóìç 2 (ã) ÄÝóìç ðïõ ðñïêýðôåé áðü üëç ôç óõìâïëÞ ôçò äÝóìçò 1 êáé 2

Ó×ÇÌÁ 11-3. Ôá öáéíüìåíá óõìâïëÞò Ý÷ïõí ùò áðïôÝëåóìá: á) ôçí ðëÞñç åíßó÷õóç ôùí äýï êõìÜôùí, â) ôçí ðëÞñç áíáßñåóÞ ôïõò êáé ã) ôç ìåñéêÞ áíáßñåóÞ ôïõò.

257

Ó×ÇÌÁ 11-4. H öùôïãñáößá áõôÞ äåß÷íåé êýìáôá íåñïý íá ðåñíïýí áðü áñéóôåñÜ ðñïò óôá äåîéÜ, ìÝóá áðü Ýíá óôåíü Üíïéãìá. Ç áðüêëéóç áõôÞ ôùí êõìÜôùí áðü ôçí ðïñåßá ôïõò ïíïìÜæåôáé ðåñßèëáóç.

Ó×ÇÌÁ 11-5. Ôá êýìáôá ôïõ öùôüò, üôáí ðåñíïýí ìÝóá áðü Ýíá ìéêñü Üíïéãìá, õößóôáíôáé åðßóçò ðåñßèëáóç, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ðáñáðÜíù äéÜãñáììá.

258

AB

ÖùôåéíÞ äÝóìç

ÄéÜöñáãìá

Ó×ÇÌÁ 11-6. Ìéá öùôåéíÞ äÝóìç, êáèþò ðñïóåããßæåé Ýíá æåýãïò ðáñáëëÞëùí ó÷éóìþí. Ç áðüóôáóç áíÜìåóá óôéò äýï ó÷éóìÝò åßíáé ßóç ìå ôï ìÞêïò êýìáôïò ôïõ öùôüò.

ðáñéóôÜíïõí ìåôáâïëÝò óôï ìÝãåèïò ôùí çëåêôñéêþí ðåäßùí, åðÜíù óôï ßäéï åðßðåäï). Óôçí (á) ðåñßðôùóç ïé êáìðýëåò ôçò ìéáò äÝóìçò óõìðßðôïõí áêñéâþò ìå ôéò êáìðýëåò ôçò Üëëçò. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôç ìÝãéóôç åíßó÷õóç êáé ãé' áõôü ðñïêýðôåé ìéá äÝóìç ðïëý éó÷õñÞ. Óôçí (â) ðåñßðôùóç ïé êïñõöÝò ôçò ìéáò äÝóìçò óõìðßðôïõí áêñéâþò ìå ôéò êïéëÜäåò ôçò Üëëçò. ¸ôóé, äçìéïõñãåßôáé ðëÞñçò áíáßñåóç. Óôçí (ã)

ðåñßðôùóç âëÝðïìå ìéá åíäéÜìåóç êáôÜóôáóç, õðÜñ÷åé äçëáäÞ ìåñéêÞ áíáßñåóç. Ôá öáéíüìåíá ðïõ ðåñéãñÜøáìå ïíïìÜæïíôáé öáéíüìåíá óõìâïëÞò. ¼ôáí ðáñÜëëçëá êýìáôá óõíáíôÞóïõí Ýíá äéÜöñáãìá óôï ïðïßï õðÜñ÷åé ìéêñü Üíïéãìá, Ýíá ìÝñïò ôïõò èá ðåñÜóåé ìÝóá áðü áõôü. Ôüôå, áíôß ãéá ôçí åõèýãñáììç äÝóìç ôùí ðáñáëëÞëùí êõìÜôùí ðïõ Ýöèáíå ìÝ÷ñé ôï äéÜöñáãìá, äéáðéóôþíïìå üôé ìåôÜ ôï Üíïéãìá äçìéïõñãåßôáé ìéá êåêáììÝíç ìïñöÞ êõìÜôùí. Ç áðüêëéóç áõôÞ ðïõ äçìéïõñãåßôáé óôá êýìáôá, ïíïìÜæåôáé ðåñßèëáóç. Ôï ó÷Þìá 11-4 äåß÷íåé ôï öáéíüìåíï ôçò ðåñéèëÜóåùò üðùò åìöáíßæåôáé óôçí ðåñßðôùóç ôùí êõìÜôùí ôïõ íåñïý. ÁíÜëïãá óõìðåñéöÝñåôáé êáé ôï öùò, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 11-5. Áí óõíäõÜóïìå ôá öáéíüìåíá ðåñéèëÜóåùò êáé óõìâïëÞò, åßíáé äõíáôüí íá äçìéïõñãÞóïìå ìå ôï öùò Üìåóá ïñáôÜ ðáñáäåßãìáôá óõìâïëÞò. Ôá ðáñáäåßãìáôá áõôÜ äåß÷íïõí ìå ðáñáóôáôéêü ôñüðï üôé ôï öùò Ý÷åé éäéüôçôåò êýìáôïò. Áò õðïôåèåß üôé ìéá óôåíÞ äÝóìç öùôüò äéÝñ÷åôáé ìÝóá áðü äýï ðáñÜëëçëåò êáôáêüñõöåò ó÷éóìÝò, üðùò óôï ó÷Þìá 11-6. Ç äÝóìç ðïõ ðåñíÜ ìÝóá áðü êÜèå ó÷éóìÞ, óýìöùíá ìå üóá åßðáìå ðñïçãïõìÝíùò, ðåñéìÝíïìå íá õðïóôåß

Ó×ÇÌÁ 11-7. ÓõìâïëÞ äýï ïìÜäùí êõìÜôùí íåñïý, ðïõ áëëçëïåðéäñïýí.

259

Ó×ÇÌÁ 11-8. Ôï öáéíüìåíï ôçò óõìâïëÞò ãßíåôáé êáôáíïçôü, áí êïéôÜîïìå áðü åðÜíù ôéò êïñõöÝò ôùí êõìÜôùí åêåßíùí ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü äÝóìåò, ïé ïðïßåò õðÝóôçóáí ðñïçãïõìÝíùò ðåñßèëáóç. Ôá âÝëç äåß÷íïõí ôéò ãñáììÝò, êáôÜ ìÞêïò ôùí ïðïßùí õðÜñ÷åé ìÝãéóôç åíßó÷õóç.

ðåñßèëáóç. Ôé óõìâáßíåé üìùò, üôáí ïé äýï äÝóìåò ðïõ Ý÷ïõí õðïóôåß ðñïçãïõìÝíùò ðåñßèëáóç áëëçëïåðéäñÜóïõí, üðùò óôï ó÷Þìá 11-6; Ç öùôïãñáößá ôçò óõìâïëÞò ôùí êõìÜôùí ôïõ íåñïý (ó÷. 11-7) ìáò äåß÷íåé ôï ðéï ðéèáíü áðïôÝëåóìá. Áîßæåé íá óçìåéþóïìå üôé óå ìåñéêÝò èÝóåéò, ôá êýìáôá ìïéÜæïõí íá Ý÷ïõí åîáöáíéóèåß. Áí õðÞñ÷å ôñüðïò íá ìåôñÞóïìå ôï ýøïò ôùí êïñõöþí óôá óçìåßá ðïõ äåí Ý÷ïõí åîáöáíéóèåß ôá êýìáôá, èá äéáðéóôþíáìå üôé ôï ýøïò ôïõò åßíáé ìåãáëýôåñï áðü ôï ýøïò ôùí êïñõöþí ôïõ êáèåíüò áðü ôá êýìáôá ÷ùñéóôÜ. ÁíÜëïãï èá åßíáé êáé ôï áðïôÝëåóìá ðïõ èá ìáò äþóïõí ïé öùôåéíÝò äÝóìåò, áöïý õðïóôïýí ðñïçãïõìÝíùò ðåñßèëáóç. Óå ìåñéêÜ óçìåßá, èá õðÜñ÷åé óçìáíôéêÞ åíßó÷õóç, åíþ óå Üëëá áíáßñåóç äéáöüñùí âáèìþí. Ïé áëëçëåðéäñÜóåéò ðïõ áíáìÝíïíôáé, äßíïíôáé óôï ó÷Þìá 11-8, ôï ïðïßï ðáñéóôÜíåé ìéá åê ôùí Üíù üøç ôçò

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

Ó×ÇÌÁ 11-9. ¸íá ðáñÜäåéãìá óõìâïëÞò, ðïõ ðñïÝñ÷åôáé áðü åñõèñü öùò.

äéáôÜîåùò ôïõ ó÷Þìáôïò 11-6. Áí ôïðïèåôÞóïìå ìéá ïèüíç Þ ðëçóéÜóïìå ïé ßäéïé óå êÜðïéá áðüóôáóç ðÝñá áðü ôéò äýï ó÷éóìÝò èá äéáðéóôþóïìå Ýíáí ôýðï óõìâïëÞò. ¸íá ôõðéêü ðáñÜäåéãìá óõìâïëÞò, ðïõ ðñïÝñ÷åôáé áðü ôï öùò, öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 11-9.

11.2 Ôï öùò óõìðåñéöÝñåôáé Üñáãå üðùò ìßá áëëçëïõ÷ßá êõìÜôùí; Ðñéí ìåñéêÜ ÷ñüíéá ï ÅõãÝíéïò Burdick Ýãñáøå Ýíá âéâëßï ìå ôïí ôßôëï «Ôï Ýíáôï êýìá». Ï ôßôëïò ôïõ âéâëßïõ ðñïÞëèå áðü ôï ãåãïíüò üôé áñêåôïß éóôéïðëüïé ðáñáôÞñçóáí ðùò óå ó÷åäüí ôáêôéêÜ ÷ñïíéêÜ äéáóôÞìáôá Ýöèáíå óôçí áêôÞ Ýíá áóõíÞèéóôá ìåãÜëï êýìá. Ïé áèëçôÝò ôï ðåñßìåíáí áõôü ôï êýìá ìå éäéáßôåñç áíõðïìïíçóßá. Áí êáé äåí õðÜñ÷åé êÜðïéá åðéóôçìïíéêÞ Ýíäåéîç üôé ôï Ýíáôï êýìá åßíáé ðÜíôá êáé ôï ìåãáëýôåñï, åßíáé âÝâáéï üôé

260

åìöáíßæåôáé ðñÜãìáôé Ýíá êýìá ðéï ìåãÜëï áðü ôá Üëëá óå êáíïíéêÜ ÷ñïíéêÜ äéáóôÞìáôá. Áõôü ïöåßëåôáé óôç óõìâïëÞ ôùí êïñõöþí äýï Þ ðåñéóóïôÝñùí ïìÜäùí áðü êýìáôá, ðïõ ðëçóéÜæïõí ôáõôü÷ñïíá ðñïò ôçí áêôÞ. Ï óõíäõáóìüò áõôþí ôùí ðéï ìéêñþí êõìÜôùí äçìéïõñãåß Ýíá ìåãÜëï. ÌåñéêÝò öïñÝò ôõ÷áßíåé ôï êýìá ðïõ öèÜíåé óôçí áêôÞ íá åßíáé ìéêñüôåñï áðü ôï ìÝóï üñï. Áõôü óõìâáßíåé, üôáí ç êïñõöÞ åíüò êýìáôïò öèÜíåé óôçí îçñÜ ôáõôü÷ñïíá ìå ôçí êïéëÜäá åíüò Üëëïõ êýìáôïò. Ìå ôï óõíäõáóìü ìéáò êïñõöÞò ìå ìéá êïéëÜäá åßôå ðñïêýðôåé Ýíá ðïëý ìéêñü êýìá åßôå äåí ðñïêýðôåé ß÷íïò êýìáôïò. Áí ôï öùò ìðïñåß íá äçìéïõñãåß êÜðïéá öáéíüìåíá, áíÜëïãá ìå áõôÜ ôùí êõìÜôùí ôïõ íåñïý, ôüôå ßóùò íá óõìðåñéöÝñåôáé êáé ùò ìßá áëëçëïõ÷ßá êõìÜôùí. Ãéá íá áðïöáóßóåôå áí ôï öùò Ý÷åé ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ìéáò êõìÜíóåùò, èá åîåôÜóåôå ôé óõìâáßíåé óå äýï äÝóìåò öùôüò, üôáí áëëçëïåðéäñïýí. Ïé äýï äÝóìåò öùôüò äçìéïõñãïýíôáé áí áöÞóïìå ôï öùò íá ðåñÜóåé ìÝóá áðü äýï ðïëý ëåðôÝò ðáñÜëëçëåò ó÷éóìÝò. Áí ôï öùò áðïôåëåßôáé ðñÜãìáôé áðü êýìáôá, ôüôå ôé ðåñéìÝíåôå íá ðáñáôçñÞóåôå: (á) Óå êÜðïéï óçìåßï, üðïõ öèÜíïõí ôáõôü÷ñïíá ïé êïñõöÝò äýï êõìÜôùí êáé (â) óå Ýíá óçìåßï, üðïõ ìéá êïñõöÞ óõìðßðôåé ìå ôçí êïéëÜäá åíüò êýìáôïò; ÓÊÏÐÏÓ

Èá ìåëåôÞóåôå ôé óõìâáßíåé, üôáí äýï äÝóìåò öùôüò óõíáíôþíôáé, êáé èá ðñïóäéïñßóåôå êáôÜ ðüóï ôï ãåãïíüò áõôü ïäçãåß óå êÜðïéï ðñüôõðï ðïõ õðïäçëþíåé üôé ôï öùò áðïôåëåßôáé áðü êýìáôá. ÕËÉÊÁ

ÐçãÞ öùôüò Êüêêéíï ößëôñï ÕðïäåêÜìåôñï ÄéáâÞôçò ¸íá êïììÜôé ÷áñôüíé, 10 x 10 cm ÐñÜóéíï Þ ìðëå ößëôñï 2 ëåðßäåò îõñßóìáôïò ðïõ êüâïõí êáé áðü ôéò äõï ðëåõñÝò 10 cm ÷ïíäñÞ êëùóôÞ Þ áäéáöáíÞò ðåôïíéÜ 10 cm äéáöáíÞò áõôïêüëëçôç ôáéíßá Þ ôáéíßá óåëïöÜí ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

Ó÷éóìÝò

Áõôïêüëëçôç ôáéíßá

Ëåðßäåò îõñßóìáô ïò

ÊëùóôÞ

Ó×ÇÌÁ 11-10.

1. Óôï êÝíôñï åíüò êïììáôéïý áðü ÷áñôüíé ìå ðëåõñÜ ðåñßðïõ 10 cm, áíïßîôå ìéá ôåôñÜãùíç ôñýðá ðëåõñÜò ðåñßðïõ 2 cm. Ïé äéáóôÜóåéò äåí ÷ñåéÜæåôáé íá ìåôñçèïýí ìå ðñïóï÷Þ^ åðßóçò äåí åßíáé áíÜãêç íá ãßíåé ç ôñýðá ìå áêñßâåéá. ÊáôÜ ìÞêïò ôçò ôñýðáò êïëëÞóôå ìå ôáéíßá, óýìöùíá ìå ôï ó÷Þìá 11-10, ôéò äýï ëåðßäåò îõñßóìáôïò êáé ôç ÷ïíäñÞ êëùóôÞ Þ ôçí áäéáöáíÞ ðåôïíéÜ. ÐñïóðáèÞóôå, þóôå íá ãßíïõí ïé ó÷éóìÝò üóï ôï äõíáôüí ìéêñüôåñåò. Èá ðñÝðåé ôï öùò ðïõ äéÝñ÷åôáé ìÝóù áõôþí ìüëéò íá äéáêñßíåôáé. 2. ÔïðïèåôÞóôå ìéá óôåíÞ êáôáêüñõöç ðçãÞ öùôüò óå áðüóôáóç ôñéþí ðåñßðïõ ìÝôñùí áðü ôç äéêÞ óáò èÝóç. Ùò ðçãÞ öùôüò åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå Ýíá öùôåéíü ëáìðôÞñá, ðïõ ðåñéÝ÷åé ßóéï íÞìá ðõñáêôþóåùò. Aí äåí õðÜñ÷åé ôÝôïéïõ åßäïõò ëáìðôÞñáò ìðïñåßôå íá áíïßîåôå ìéá êáôáêüñõöç ó÷éóìÞ óå Ýíá êïììÜôé ÷áñôüíé Þ Üëëï ÷ïíäñü ÷áñôß, êáé íá öùôßóåôå ìå Ýíáí êïéíü ëáìðôÞñá, ôïí ïðïßï èá ôïðïèåôÞóåôå ðßóù áðü áõôü. 3. ÊñáôÞóôå ôï êïììÜôé áðü ÷áñôüíé ìå ôéò ëåðßäåò êáé ôçí êëùóôÞ ðïëý êïíôÜ óôï ìÜôé óáò êáé êïéôÜîôå ìÝóá áðü ôéò ó÷éóìÝò ôçí êáôáêüñõöç öùôåéíÞ ðçãÞ, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 11-11. ÐñïóðáèÞóôå ðñü÷åéñá íá ó÷åäéÜóåôå óôï ôåôñÜäéü óáò üëá üóá âëÝðåôå.

261

4. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá êüêêéíï ößëôñï ìðñïóôÜ áðü ôç öùôåéíÞ ðçãÞ. ÊïéôÜîôå ðÜëé ìÝóá áðü ôéò ó÷éóìÝò. Áõôü ðïõ âëÝðåôå ôþñá åßíáé ßäéï Þ äéáöïñåôéêü áðü áõôÜ ðïõ åß÷áôå ðáñáôçñÞóåé óôï óôÜäéï 3; 5. ÅðáíáëÜâáôå ôï ðåßñáìá ìå Ýíá ðñÜóéíï Þ ìðëå ößëôñï áõôÞí ôç öïñÜ. Áí õðÜñ÷ïõí ðåñéóóüôåñåò ðçãÝò öùôüò, ôüôå ßóùò ìðïñåßôå íá êïéôÜîåôå ðñþôá ìÝóá áðü Ýíá ößëôñï êáé áìÝóùò ìåôÜ ìÝóá áðü Ýíá Üëëï, þóôå ç ðñþôç åéêüíá íá åßíáé Ýíôïíç óôï ìõáëü óáò. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

Ó×ÇÌÁ 11-11.

1. ÅîçãÞóôå áõôü ðïõ åßäáôå ìÝóá áðü ôéò ó÷éóìÝò. ÌÞðùò äéáêñßíåôå êÜôé ðïõ óõíçãïñåß õðÝñ ôçò áðüøåùò üôé ôï öùò óõìðåñéöÝñåôáé ùò ìéá áëëçëïõ÷ßá êõìÜôùí; 2. ÌÞðùò ôï ÷ñþìá ôïõ öùôüò Ý÷åé êÜðïéá ó÷Ýóç ìå áõôü ðïõ âëÝðåôå ìÝóá áðü ôéò ó÷éóìÝò; Ðþò ôï åîçãåßôå áõôü; 3. Óå Ýíá öýëëï ÷áñôß öôéÜîôå Ýíá ó÷Ýäéï üìïéï ìå áõôü ôïõ ó÷Þìáôïò 11-12. Ãéá íá ôï åðéôý÷åôå áõôü, ôïðïèåôÞóôå áñ÷éêÜ ôç ìýôç ôïõ äéáâÞôç óôï ìÝóï ôçò ó÷éóìÞò Á êáé Ýðåéôá óôï ìÝóï ôçò ó÷éóìÞò Â. ËáìâÜíïíôáò ùò êÝíôñá áõôÜ ôá äýï óçìåßá, ó÷åäéÜóôå äýï çìéêýêëéá, ôï êáèÝíá ìå áêôßíá 0,5 cm êáé óõíå÷ßóôå ãñÜöïíôáò ïìüêåíôñá çìéêýêëéá, ôùí ïðïßùí ç áêôßíá íá áõîÜíåé êáôÜ 0,5 cm, ìÝ÷ñé íá öèÜóåôå óå áêôßíåò 4,0 cm. 4. ÖôéÜîôå Ýíá áêüìç ó÷Ýäéï, üðùò ôï ðñïçãïýìåíï, ìå ôç ìüíç äéáöïñÜ ïé áêôßíåò ôùí ïìïêÝíôñùí çìéêõêëßùí íá åßíáé êáôÜ 1,0 cm ìåãáëýôåñåò áðü ôéò ðñïçãïýìåíåò. 5. Óå êÜèå Ýíá áðü ôá ó÷Ýäéá áõôÜ ÷áñÜîôå ìéá åõèåßá ãñáììÞ óå áðüóôáóç 2,0 cm áðü ôçí áñ÷éêÞ ïñéæüíôéá ãñáììÞ êáé ðáñÜëëçëá ðñïò áõôÞí. Ïé äýï áõôÝò åõèåßåò ãñáììÝò èá ðñÝðåé íá ôÝìíïõí üëá ôá ïìüêåíôñá çìéêýêëéá ðïõ Ý÷åôå ó÷åäéÜóåé. 6. Óå êáèÝíá áðü ôá ó÷Ýäéá ôïíßóôå ìå Ýíá Ýíôïíï óçìÜäé êÜèå óçìåßï ôïìÞò ôùí ïìïêÝíôñùí çìéêõêëßùí, ðïõ óõìðßðôåé Þ âñßóêåôáé ðïëý êïíôÜ óôéò åõèåßåò ãñáììÝò ðïõ ÷áñÜîáôå. 7. Áò èåùñÞóïìå üôé ç ïìÜäá ôùí çìéêõêëßùí, ðïõ áðÝ÷ïõí ìåôáîý ôïõò 1,0 cm, ðáñéóôÜíåé ôá ìÝôùðá ôùí êõìÜíóåùí ôïõ åñõèñïý öùôüò, åíþ ç ïìÜäá ôùí çìéêõêëßùí ìå áðüóôáóç 0,5 cm ìåôáîý ôïõò ðáñéóôÜíåé ôá ìÝôùðá ôùí êõìÜíóåùí ôïõ ðñÜóéíïõ Þ ôïõ êõáíïý öùôüò. ÌÞðùò äéáðéóôþíåôå üôé õðÜñ÷åé êÜðïéá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò áðïóôÜóåéò ôùí óçìåßùí ðïõ ôïíßóáôå óôá ó÷ÝäéÜ óáò êáé ôùí ðáñáôçñÞóåþí óáò êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôïõ ðåéñÜìáôïò;

..

..

.

.

A

Ó×ÇÌÁ 11-12.

B

262

11.3 Ôï öùò áðïôåëåßôáé áðü êõìáôéêÝò áêôéíïâïëßåò äéáöüñùí óõ÷íïôÞôùí. Óôï ðåßñáìá ðïõ ìüëéò ðñáãìáôïðïéÞóáôå Þ ôïõëÜ÷éóôïí ðáñáêïëïõèÞóáôå ôçí åðßäåéîç ôïõ äáóêÜëïõ óáò, åßäáôå êÜðïéá ó÷Ýäéá óõìâïëÞò. ÁõôÜ ôá ó÷Ýäéá õðïäçëþíïõí êáôÜ Ýíáí ðïëý ó÷çìáôéêü ôñüðï üôé ôï öùò Ý÷åé éäéüôçôåò êýìáôïò. ¼ìùò ôï ðåßñáìá Ýäåéîå êáé êÜôé áêüìá. Ôá ó÷Ýäéá óõìâïëÞò Üëëáîáí, üôáí Üëëáîå êáé ôï ÷ñþìá ôïõ öùôüò. ÅðåéäÞ ïé ëåðôïìÝñåéåò ôïõ ó÷åäßïõ óõìâïëÞò èá ðñÝðåé íá êáèoñßæïíôáé áðü ôï ìÞêïò êýìáôïò ôïõ öùôüò (ìå ôçí ðñïûðüèåóç üôé ôï óýóôçìá ôçò ó÷éóìÞò äéáôçñåßôáé áíáëëïßùôï), ôï ðåßñáìá áõôü öáíåñþíåé üôé öùò äéáöïñåôéêïý ÷ñþìáôïò áíôéóôïé÷åß óå äéáöïñåôéêÜ ìÞêç êýìáôïò. Ìå ìéá ðåñéóóüôåñï ëåðôïìåñÞ åîÝôáóç ôùí áðïôåëåóìÜôùí åßíáé äõíáôüí íá äéáðéóôùèåß üôé ôï åñõèñü öùò Ý÷åé ìåãáëýôåñï ìÞêïò êýìáôïò áðü ôï êõáíü (ìðëå) öùò. Ôá ðåéñÜìáôá ìáñôõñïýí üôé üëá ôá ÷ñþìáôá ôïõ öùôüò äéáäßäïíôáé ìå ôçí ßäéá ôá÷ýôçôá óôï êåíü, êáé ó÷åäüí ìå ôçí ßäéá ôá÷ýôçôá óôïí áÝñá. Ç ôá÷ýôçôá, ìå ôçí ïðïßá äéáäßäåôáé ôï öùò, óõíäÝåôáé ìå ôï ìÞêïò êýìáôïò êáé ôç óõ÷íüôçôÜ ôïõ, êáôÜ Ýíáí áðëü ôñüðï. Èõìçèåßôå üôé ç óõ÷íüôçôá, v, åßíáé ï áñéèìüò ôùí êïñõöþí ðïõ ðåñíïýí áðü êÜðïéï óçìåßï óå Ýíá äåõôåñüëåðôï, åíþ ôï ìÞêïò êýìáôïò, ë, åßíáé ç áðüóôáóç áíÜìåóá óå äýï äéáäï÷éêÝò êïñõöÝò. Ç ôá÷ýôçôá ôïõ öùôüò, c, ðñÝðåé íá éóïýôáé ìå ôïí áñéèìü ôùí êïñõöþí ðïõ öèÜíïõí áíÜ äåõôåñüëåðôï åðß ôçí áðüóôáóç áíÜìåóá óôéò êïñõöÝò, äçëáäÞ:

Ç ôá÷ýôçôá ôïõ öùôüò ìåôñÞèçêå êáé âñÝèçêå ßóç ìå 3,00 x 1010 cm/sec, óôïí áÝñá. Ìå âÜóç áõôÞí ôçí ôüóï óçìáíôéêÞ ó÷Ýóç, äéáðéóôþíåôå üôé, áí ôï åñõèñü öùò Ý÷åé ìåãáëýôåñï ìÞêïò êýìáôïò áðü ôï êõáíü öùò, ðñÝðåé íá Ý÷åé êáé ìéêñüôåñç óõ÷íüôçôá. Åßíáé äõíáôüí íá ìÜèïìå ðåñéóóüôåñá ãéá ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôï ÷ñþìá êáé ôç óõ÷íüôçôá ôïõ öùôüò ìå ôç âïÞèåéá åíüò ïñãÜíïõ, ðïõ ëÝãåôáé öáóìáôïãñÜöïò. Óôï ó÷Þìá 11-13 åéêïíßæåôáé Ýíá ôÝôïéï áðëü üñãáíï. Ï öáóìáôïãñÜöïò, üðùò áíáöÝñèçêå, åßíáé Ýíá üñãáíï ðïõ áöÞíåé íá öáíåß ç óýíèåóç ôùí *

óõ÷íïôÞôùí ôïõ öùôüò. Äéá÷ùñßæåé ôéò äéÜöïñåò óõ÷íüôçôåò ðïõ õðÜñ÷ïõí óôï ïñáôü öùò, åíþ ðáñÜëëçëá åðéôñÝðåé ôç ìÝôñçóç êáèåìéÜò áðü áõôÝò. Óôç äéÜôáîç ðïõ åéêïíßæåôáé, ôï öùò ôï ïðïßï äéÝñ÷åôáé ìÝóá áðü ìéá óôåíÞ ó÷éóìÞ åóôéÜæåôáé ðåñíþíôáò- ìÝóá áðü ôïõò öáêïýò, óå ìéá äÝóìç ðáñáëëÞëùí áêôßíùí. ÁõôÞ ç äÝóìç ðåñíÜ óôç óõíÝ÷åéá ìÝóá áðü ôï ðñßóìá. ¼ëï ôï öùò äéáèëÜôáé, äçëáäÞ êÜìðôåôáé Þ áëëÜæåé ðïñåßá ëüãù ôçò ðáñåìâïëÞò ôïõ ðñßóìáôïò. Ïé äéáöïñåôéêÝò óõ÷íüôçôåò üìùò åêôñÝðïíôáé êáôÜ äéáöïñåôéêÝò ãùíßåò. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá íá ìáèáßíïìå ôç óýóôáóç ôùí óõ÷íïôÞôùí ôïõ öùôüò ðïõ ðÝñáóå áðü ôç ó÷éóìÞ ìå ôç âïÞèåéá ôçò åéêüíáò ðïõ áðïôõðþíåôáé ðÜíù óå ìéá öùôïãñáöéêÞ ðëÜêá. Óôï ó÷Þìá 11-13 ç ðçãÞ ôïõ öùôüò åßíáé ìéá ôáéíßá âïëöñáìßïõ*, ðïõ èåñìáßíåôáé ìå çëåêôñéêü ñåýìá ðåñßðïõ óôïõò 1000°C. O äéá÷ùñéóìüò ôïõ öùôüò óôéò óõ÷íüôçôåò áðü ôéò ïðïßåò áðïôåëåßôáé, äçìéïõñãåß Ýíá öÜóìá (ó÷. 11-14). Ôï öÜóìá áõôü åßíáé äõíáôüí íá áðïôõðùèåß óå öùôïãñáöéêü öéëì. ¼ðùò êáé óôçí ðåñßðôùóç ìéáò êïéíÞò öùôïãñáöéêÞò ìç÷áíÞò (ìåôÜ ôçí åìöÜíéóç ôïõ öéëì), ôá ðéï óêïôåéíÜ óçìåßá áíôéóôïé÷ïýí óôç ìåãáëýôåñç Ýíôáóç öùôüò. Áðü ôï öÜóìá äéáðéóôþíåôå üôé óå äéáöïñåôéêÝò óõ÷íüôçôåò áíôéóôïé÷ïýí äéáöïñåôéêÜ ÷ñþìáôá. Ãéá ðáñÜäåéãìá ôï êõáíü öùò Ý÷åé óõ÷íüôçôá ðåñßðïõ 7,5 x 1014 êýìáôá áíÜ äåõôåñüëåðôï. Ôï åñõèñü Ý÷åé ìéêñüôåñç óõ÷íüôçôá, ðåñßðïõ 4,3 x 1014 êýìáôá áíÜ äåõôåñüëåðôï. Ôá ôåëåõôáßá ÷ñüíéá ç ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ôçò óõ÷íüôçôáò Ýãéíå ðåñéóóüôåñï ãíùóôÞ ùò Hertz (Hz). H ìïíÜäá áõôÞ áíôéêáôÝóôçóå ü÷é ìüíï ôçí Ýêöñáóç «êýìáôá áíÜ äåõôåñüëåðôï», áëëÜ êáé Üëëåò éóïäýíáìåò åêöñÜóåéò, üðùò «êýêëïé áíÜ äåõôåñüëåðôï» Þ «ôáëáíôþóåéò áíÜ äåõôåñüëåðôï». Éóïäõíáìåß ìå ôï áíôßóôñïöï ôïõ äåõôåñïëÝðôïõ, äçëáäÞ åßíáé 1/sec Þ sec-1. OíïìÜóèçêå Ýôóé ðñïò ôéìÞ ôïõ Heinrich Hertz, ï ïðïßïò ðáñÞãáãå ðñþôïò ñáäéïêýìáôá ðñéí áðü 100 êáé ðëÝïí ÷ñüíéá. Ìå ôï ðåßñáìá ôïõ ó÷Þìáôïò 11-13 äéáðéóôþíïìå êáé Ýíá Üëëï ðïëý óçìáíôéêü öáéíüìåíï. Ç öùôïãñáöéêÞ ðëÜêá ìáõñßæåé êáé óå óçìåßá ðïõ áíôéóôïé÷ïýí óå ìåãáëýôåñåò ãùíßåò áðü áõôÝò óôéò ïðïßåò áíôéóôïé÷åß ôï êõáíü öùò, üðùò êáé óå ìéêñüôåñåò ãùíßåò áðü áõôÝò ôïõ åñõèñïý öùôüò. Áõôü óçìáßíåé üôé ôï öùò ðïõ

Ó.ô.Ì. Ðñüêåéôáé ãéá ôï õëéêü áðü ôï ïðïßï åßíáé êáôáóêåõáóìÝíï ôï íÞìá ôùí êïéíþí ëáìðôÞñùí ðõñáêôþóåùò.

263

ÈåñìÞ ôáéíßá âïëöñáìßïõ

Öáêüò

Ðñßóìá

ÖùôïãñáöéêÞ ðëÜêá

ñéþ

å Õð

ò

äå

É

å þä

ò

ñï éíï ñü õè ü áí ñÜó ñõè ðÝñ õ Å Õ Ð Ê

ÐçãÞ ñåýìáôïò

Ó×ÇÌÁ 11-13. ÅðÜíù: Ýíáò öáóìáôïãñÜöïò ôçí þñá ôçò ëåéôïõñãßáò ôïõ áöÞíåé ôï ëåõêü öùò íá ðåñÜóåé (áöïý Ý÷åé ðñïçãïõìÝíùò åóôéáóèåß óå ìéá äÝóìç ðáñáëëÞëùí áêôßíùí) ìÝóá áðü Ýíá ãõÜëéíï ðñßóìá êáé áðïôõðþíåé ôï ïñáôü öÜóìá. Ôï ðñßóìá ðñïêáëåß äéÜèëáóç óôéò äéÜöïñåò óõ÷íüôçôåò êáôÜ äéáöïñåôéêÝò ãùíßåò, äéá÷ùñßæïíôáò Ýôóé ôá ïñáôÜ ÷ñþìáôá üðùò öáßíåôáé óôçí ïèüíç. ÊÜôù: ôá êýñéá ìÝñç åíüò öáóìáôïãñÜöïõ.

8500 8000 7500

7000 6500

6000

5500

5000

4500

Ó×ÇÌÁ 11-14. Óå Ýíá ðëÞñåò çëåêôñïìáãíçôéêü öÜóìá (åðÜíù), åßíáé ïñáôÞ ìüíï ìéá ìéêñÞ ðåñéï÷Þ (êÜôù).

9000

ÖÁÓÌÁ ÈÅÑÌÇÓ ÔÁÉÍÉÁÓ ÂÏËÖÑÁÌÉÏÕ

ÁÊÔÉÍÅÓ-× ÁÊÔÉÍÅÓ-Ã

ÊÏÓÌÉÊÅÓ ÁÊÔÉÍÅÓ

4000

3500

3000

ÈåñìéêÞ öñïíôßäá êáé îÞñáíóç

.. o ÌÇÊÏÓ ÊÕÌÁÔÏÓ ÓÅ ANGSTROM

ÏÑÁÔÏ ÖÁÓÌÁ

ÕÐÅÑÉÙÄÇÓ

-4

ÅÃÃÕÓ ÕÐÅÑÉÙÄÇÓ ÐÅÑÉÏ×Ç

ÌÉÊÑÏÊÕÌÁÔÁ

YÐÅÑÕÈÑÇ ÐÅÑÉÏ×Ç

10

Ìéêñïâéïêôüíá, öùôï÷çìéêÜ, öùôïçëåêôñéêÜ êáé öèïñßæïíôá öáéíüìåíá

ÑÁÄÉÏÊÕÌÁÔÁ

.. o ÌÇÊÏÓ ÊÕÌÁÔÏÓ ÓÅ ANGSTROM

ÇËÅÊÔÑÏÌÁÃÍÇÔÉÊÏ ÖÁÓÌÁ

ÅÃÃÕÓ ÕÐÅÑÕÈÑÇ ÐÅÑÉÏ×Ç

10

14

264

265

Ìax Planck (1858 ‐ 1947)

H èåñìüôçôá áðïôåëåß Ýíá ðïëý óçìáíôéêü ðáñÜãïíôá ôçò æùÞò ìáò. Ãé' áõôü ïé åðéóôÞìïíåò ãéá ðïëëÜ ÷ñüíéá áó÷ïëÞèçêáí ìå ôç ìåëÝôç ôçò êáé ðáñÜëëçëá ìå ôç ìåëÝôç üëùí ôùí öõóéêþí öáéíïìÝíùí ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå áõôÞí. ¼ôáí áíÜâåôå ìéá çëåêôñéêÞ øçóôéÝñá, äéáêñßíåôå åýêïëá ôï èåñìáíôéêü óôïé÷åßï ðïõ áñ÷ßæåé íá ðõñáêôþíåôáé êáé íá ðáßñíåé Ýíá áíïéêôü êüêêéíï ÷ñþìá. Êáèþò èåñìáßíåôáé ðåñéóóüôåñï, ôï ÷ñþìá ôïõ ãßíåôáé åíôïíüôåñá êüêêéíï. Ôï íÞìá åíüò çëåêôñéêïý ëáìðôÞñá «ëåõêïðõñþíåôáé» óå ðïëý õøçëÝò èåñìïêñáóßåò. Ïé åðéóôÞìïíåò ìåëÝôçóáí ôéò ìåôáâïëÝò ôïõ ÷ñþìáôïò óå ó÷Ýóç ìå ôç èåñìüôçôá, êáé ìÜëéóôá ðéï åíôáôéêÜ êáôÜ ôï äåýôåñï Þìéóõ ôïõ 19ïõ áéþíá. ÅîåôÜóèçêå ç êáôáíïìÞ ôïõ ìÞêïõò êýìáôïò ôçò öùôåéíÞò åíÝñãåéáò, ç ïðïßá åêðÝìðåôáé óå äéáöïñåôéêÝò èåñìïêñáóßåò áðü ðïëëÝò äéáöïñåôéêÝò ïõóßåò.

ÔåëéêÜ, êÜèå öïñÜ äçìéïõñãïýíôáí ïé ßäéåò êáìðýëåò, áíåîÜñôçôá ìå ôï åßäïò ôïõ õëéêïý ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáí. ¼ôáí ðñïóðÜèçóáí íá ðñïâëÝøïõí ôï ó÷Þìá áõôþí ôùí êáìðõëþí ôçò åíÝñãåéáò ðïõ áêôéíïâïëåßôáé, ãéá êáèïñéóìÝíåò èåñìïêñáóßåò, ìå ôç âïÞèåéá ôçò êëáóéêÞò öõóéêÞò, áðÝôõ÷áí. Ï Max Planck, Ýíáò åðéóôÞìïíáò ðïõ åñãáæüôáí óôï Éíóôéôïýôï ÖõóéêÞò ôïõ Âåñïëßíïõ, ôï 1900 êáôÝëçîå óå ìéá åîßóùóç ìå ôçí ïðïßá Þôáí äõíáôüí íá ÷áñÜîåé êáìðýëåò ðïõ Ýäåé÷íáí ìå ìåãÜëç áêñßâåéá ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôç èåñìïêñáóßá êáé ôçí êáôáíïìÞ ôçò åíÝñãåéáò. Ï Planck äåí éêáíïðïéÞèçêå üìùò áðü áõôÞí ôçí åîßóùóç, ãéáôß áðëþò óõó÷Ýôéæå ôá äåäïìÝíá ìåôáîý ôïõò ÷ùñßò íá ôá åîçãåß. ¸ôóé óôç óõíÝ÷åéá ðñüôåéíå üôé ç åíÝñãåéá ìåôáäßäåôáé ìå ìéêñïóêïðéêÜ ôáëáíôïýìåíá óùìáôßäéá ðïõ ìðïñåß íá Ý÷ïõí ìüíï êÜðïéåò êáèïñéóìÝíåò åíÝñãåéåò. Ïé ôáëáíôþóåéò áõôÝò áêôéíïâïëïýí åíÝñãåéá ìüíï, üôáí ìåôáðßðôïõí áðü ìéá åðéôñåðôÞ åíåñãåéáêÞ óôÜèìç óå ìéá ÷áìçëüôåñç. ÕðÝèåóå üôé ç åíÝñãåéá äåí åßíáé óõíå÷Þò, áëëÜ äéáäßäåôáé ìüíï ìå ìéêñÜ ðáêÝôá Þ êâÜíôá öùôüò, ðïõ êáèïñßæïíôáé áðü ôçí åîßóùóç E = h x v, üðïõ Å åßíáé ç åíÝñãåéá, h åßíáé ìéá óôáèåñÜ (ãíùóôÞ óÞìåñá ùò óôáèåñÜ ôïõ Planck), êáé v åßíáé ç óõ÷íüôçôá ôçò ôáëáíôþóåùò. Ç ðñüôáóç ôïõ Planck õðÞñîå ôüóï ñéæïóðáóôéêÞ, ðïõ ëßãïé åðéóôÞìïíåò ôçò Ýäùóáí óçìáóßá ìÝ÷ñé ôï 1905, üôáí ï Albert Einstein ôç ÷ñçóéìïðïßçóå, ãéá íá åîçãÞóåé ôï öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï. Ç êâáíôéêÞ èåùñßá õðÞñîå ï óçìáíôéêüôåñïò ðáñÜãïíôáò óôçí áíÜðôõîç ôïõ áôïìéêïý ðñïôýðïõ ôïõ Bohr, ôï 1913, åíþ ç ïñèüôçôÜ ôçò áðïäåß÷èçêå åðáíåéëçììÝíùò, ìåôÜ áðü êÜèå ðñïóðÜèåéá åëÝã÷ïõ ôçò áîéïðéóôßáò ôçò. Ôï 1918 áðïíåìÞèçêå óôïí Planck ôï âñáâåßï Íüìðåë ôçò ÖõóéêÞò óå áíáãíþñéóç ôùí õðçñåóéþí ðïõ ðñïóÝöåñå ãéá ôçí áíÜðôõîç ôçò

266

åêðÝìðåôáé áðü ôç èåñìÞ ôáéíßá ôïõ âïëöñáìßïõ ðåñéëáìâÜíåé êáé óõ÷íüôçôåò ðïõ äåí ôéò áíôéëáìâÜíåôáé ôï áíèñþðéíï ìÜôé. Ïé ìéêñüôåñåò óõ÷íüôçôåò, áðü áõôÝò ôïõ åñõèñïý öùôüò ïíïìÜæïíôáé õðÝñõèñåò (äçëáäÞ êÜôù áðü ôéò åñõèñÝò). Ïé ìåãáëýôåñåò áðü ôç óõ÷íüôçôá ôïõ éþäïõò öùôüò ïíïìÜæïíôáé õðåñéþäåéò (äçëáäÞ åðÜíù áðü ôéò éþäåéò). Ïé åðéóôÞìïíåò óÞìåñá Ý÷ïõí äéáðéóôþóåé üôé ç çëåêôñïìáãíçôéêÞ áêôéíïâïëßá åêôåßíåôáé óå ìéá ðïëý ìåãÜëç ðåñéï÷Þ óõ÷íïôÞôùí. Ç ðåñéï÷Þ áõôÞ åßíáé ðïëý åõñýôåñç áðü ôç ìÜëëïí óôåíÞ ðåñéï÷Þ ôïõ öÜóìáôïò, ðïõ åßíáé ïñáôü áðü ôï áíèñþðéíï ìÜôé. Ôï ó÷Þìá 11-14 äåß÷íåé ôçí ðåñéï÷Þ, ðïõ åîåôÜæåôáé óõíÞèùò, êáé ôá ïíüìáôá, ðïõ äßíïíôáé óõíÞèùò óôéò äéÜöïñåò öáóìáôéêÝò ðåñéï÷Ýò.

11.4 Ôï öùò åßíáé ìßá ìïñöÞ åíÝñãåéáò. Ôï öùò áðïôåëåß ìéá ìïñöÞ åíÝñãåéáò. Ç äéáôýðùóç áõôÞ óõìöùíåß áðüëõôá ìå ôçí êïéíÞ åìðåéñßá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, èá Ý÷åé ôý÷åé íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå Ýíá öáêü, ãéá íá óõãêåíôñþóåôå ôéò áêôßíåò ôïõ öùôüò åðÜíù óå Ýíá ÷áñôß, ôï ïðïßï óå ëßãï áíÜâåé, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 11-15. Ôï öáéíüìåíï áõôü Ý÷åé âñåé åöáñìïãÞ óå ôåñÜóôéïõò çëéáêïýò öïýñíïõò. Óå áõôïýò áíáðôýóóïíôáé èåñìïêñáóßåò ðïëëþí ÷éëéÜäùí âáèìþí êáé ãßíåôáé äõíáôÞ ç ôÞîç ôùí ðåñéóóïôÝñùí äõóôÞêôùí (äçëáäÞ áõôþí ðïõ ôÞêïíôáé äýóêïëá) õëéêþí. Ç áíýøùóç ôçò èåñìïêñáóßáò óôï ÷áñôß Þ óôá äýóôçêôá õëéêÜ ðñïêáëåßôáé áðü ôçí áðïññüöçóç öùôüò. Áíýøùóç ôçò èåñìïêñáóßáò óçìáßíåé üôé Ý÷åé áðïññïöçèåß åíÝñãåéá. ÁõôÞ ç åíÝñãåéá èá ðñÝðåé íá ðñïÞëèå áðü ôï öùò. Ç åíÝñãåéá, ðïõ ïöåßëåôáé óå ìåñéêÝò ðïëý éó÷õñÝò äÝóìåò áêôßíùí laser, åßíáé ôåñÜóôéá (ó÷. 11-16). Ç ðïéïôéêÞ äéáðßóôùóç üôé ôï öùò åßíáé åíÝñãåéá, åßíáé öõóéêü íá ìáò ïäçãÞóåé óôçí áíáæÞôçóç êáé ìéáò ðïóïôéêÞò ó÷Ýóåùò. Ðüóç åíÝñãåéá ðåñéÝ÷åôáé óôï öùò; Ç áðÜíôçóç, áí êáé åßíáé áðëÞ ùò Ýííïéá äåí åßíáé ôï ßäéï áðëÞ ùò ìáèçìáôéêÞ äéáôýðùóç. Ç öùôåéíÞ áêôéíïâïëßá ìåôáäßäåôáé óå ìéêñïóêïðéêÜ ðáêÝôá åíÝñãåéáò. ÊÜèå ðáêÝôï ïíïìÜæåôáé öùôüíéï* êáé ðåñéÝ÷åé ìéá ðïóüôçôá åíÝñãåéáò (Å), ç ïðïßá åîáñôÜôáé áðü ôç óõ÷íüôçôá ôïõ öùôüò. Ç äéáôýðùóç áõôÞ *

Ó.ô.Ì. ¹ êâÜíôïõì öùôüò.

Ó×ÇÌÁ 11-15. Ôï çëéáêü öùò ðïõ óõãêåíôñþíåôáé ìÝóá áðü Ýíá êïéíü öáêü áðïäåéêíýåé üôé ôï öùò åßíáé ìéá ìïñöÞ åíÝñãåéáò. Ôï öùò ìåôáôñÝðåôáé óå èåñìüôçôá êáé êáßåé ôï ÷áñôß.

åêöñÜæåôáé ìå ôçí áêüëïõèç åîßóùóç: E = hv H ðïóüôçôá h ïíïìÜæåôáé óôáèåñÜ ôïõ Planck. Ðñüêåéôáé ìÜëëïí ãéá Ýíá óõíôåëåóôÞ ìåôáôñïðÞò, ðïõ ìáò åðéôñÝðåé íá åêöñÜóïìå ôç óõ÷íüôçôá (v) óå ìïíÜäåò åíÝñãåéáò. Áí åêöñáóèåß ç óõ÷íüôçôá óå sec-1 êáé ç åíÝñãåéá óå joules, ôüôå ç óôáèåñÜ ôïõ Planck éóïýôáé ìå 6,6 x 10-34 joule-sec. Ç ðëÞñçò ðåñéãñáöÞ ôùí ðåéñáìáôéêþí åíäåßîåùí ðïõ ïäÞãçóáí óå áõôÞí ôçí åîßóùóç áðïôåëåß ìéá óõíáñðáóôéêÞ éóôïñßá, ôçí ïðïßá ßóùò íá Ý÷åôå êéüëáò áêïýóåé óôï ìÜèçìá ôçò öõóéêÞò. Ðñïò ôï ðáñüí üìùò ôï åíäéáöÝñïí ìáò óõãêåíôñþíåôáé óôçí åñìçíåßá ôïõ öÜóìáôïò ôïõ õäñïãüíïõ ìå ôçí åöáñìïãÞ áõôÞò ôçò åîéóþóåùò. Óå áõôü ôï öÜóìá äßíåôáé ìéá ðëÞñçò ðåñéãñáöÞ ôùí óõ÷íïôÞôùí ôïõ öùôüò, ðïõ åêðÝìðïíôáé áðü Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ. ×ñçóéìïðïéþíôáò ôçí åîßóùóç E = hv, ïé åðéóôÞìïíåò Ýëáâáí ðïëý óçìáíôéêÝò ðëçñïöïñßåò, üðùò èá äåßôå êáé åóåßò, óôçí åðüìåíç ðáñÜãñáöï, ãéá ôéò åíÝñãåéåò ôùí áôüìùí ôïõ õäñïãüíïõ.

11.5 Ôá öùôüíéá êáé ôï öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï. ºóùò óáò ðñïêáëåß åíôýðùóç ôï ãåãïíüò üôé

267

ìåñéêÝò áðü ôéò ðñïçãïýìåíåò êáôáóôÜóåéò ìïéÜæïõí íá åßíáé áíôéöáôéêÝò. Ðñþôá, ìå ôç âïÞèåéá ôùí öáéíoìÝíùí ðåñéèëÜóåùò êáé óõìâïëÞò, áðïäåß÷èçêå üôé ôï öùò åìöáíßæåé éäéüôçôåò, ðïõ ôï êÜíïõí íá ìïéÜæåé ìå êýìá. Êáôüðéí äéáôõðþèçêå ç Üðïøç üôé ôï öùò ëüãù ôçò óõìðåñéöïñÜò ôïõ öáßíåôáé íá áðïôåëåßôáé áðü ìéêñÜ ðáêÝôá åíÝñãåéáò Þ óùìáôßäéá. Ïé äýï áõôÝò Ýííïéåò, êýìáôá êáé óùìáôßäéá, åßíáé äéáöïñåôéêÝò êáé êáôÜ êÜðïéï ôñüðï áíôßèåôåò. ¼ìùò, êáé ïé äýï åßíáé áðáñáßôçôåò, ãéá íá äéêáéïëïãçèïýí ïé éäéüôçôåò ôïõ öùôüò ðïõ Ý÷ïõí ðáñáôçñçèåß. Ç äéðëÞ öýóç ôïõ öùôüò õðÞñîå ðçãÞ áíçóõ÷ßáò êáé óõã÷ýóåùò ãéá ôïõò åðéóôÞìïíåò åðß ðïëëÜ ÷ñüíéá êáé åîáêïëïõèåß íá åßíáé áêüìç êáé ôþñá. Ôï åñþôçìá ãéáôß ôï öùò Ý÷åé éäéüôçôåò ðïõ ôï êÜíïõí íá ìïéÜæåé Üëëïôå ìå êýìá êáé Üëëïôå ìå óùìáôßäéá åßíáé üìïéï ìå ôï åñþôçìá ãéáôß ôá çëåêôñéêÜ öïñôßá Üëëïôå Ýëêïíôáé êáé Üëëïôå áðùèïýíôáé ìåôáîý ôïõò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá äåí õðÜñ÷åé áðÜíôçóç óå ôÝôïéïõ åßäïò âáóéêÝò åñùôÞóåéò. Ôï ìüíï ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ãßíåé, åßíáé íá ðåñéãñáöïýí áõôÝò ïé éäéüôçôåò ìå üóï ôï äõíáôüí ìåãáëýôåñç áêñßâåéá. Ôé þèçóå ôïõò åðéóôÞìïíåò íá äþóïõí ìéá äéðëÞ åñìçíåßá óôç öýóç ôïõ öùôüò; ¸÷ïõí áíáöåñèåß êéüëáò ìåñéêÝò åíäåßîåéò, ðïõ åðéôñÝðïõí íá åííïçèåß üôé ôï öùò ìïéÜæåé ìå êýìá. ÕðÜñ÷åé êÜðïéá Ýíäåéîç êáé ðïéá åßíáé áõôÞ, ãéá ôçí ýðáñîç ôùí óùìáôéäéùí Þ öùôïíßùí; ¸íáò ìåãÜëïò áñéèìüò öáéíïìÝíùí óõíçãïñåß õðÝñ ôçò õðÜñîåþò ôïõò. Áíáìößâïëá, üìùò ç ðéï ðåéóôéêÞ áðüäåéîç ðñïÝñ÷åôáé áðü Ýíá öáéíüìåíï, ðïõ åßíáé ãíùóôü ùò öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï. Óôá ðåéñÜìáôá ãéá ôçí åðßäåéîç êáé ôç ìÝôñçóç ôïõ öùôïçëåêôñéêïý öáéíïìÝíïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ôï åßäïò ôçò óõóêåõÞò ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 1117. Óôç óõíÝ÷åéá êáôáãñÜöïíôáé ïé óçìáíôéêüôåñåò ðáñáôçñÞóåéò, ðïõ ìðïñåß íá ãßíïõí êáé ôá óõìðåñÜóìáôá ðïõ ìðïñïýìå íá âãÜëïìå ðåéñáìáôéæüìåíïé ìå ôç óõóêåõÞ ôïõ ó÷Þìáôïò 11-17. 1. ¼ôáí ôï öùò ðñïóðßðôåé óôçí åðéöÜíåéá ïñéóìÝíùí ìåôÜëëùí, ðñïêáëåß áðïäÝóìåõóç çëåêôñïíßùí. Óôç óõíÝ÷åéá, ìåñéêÜ áðü áõôÜ ôá çëåêôñüíéá äéáó÷ßæïõí ôï êåíü êáé öèÜíïõí óôï çëåêôñüäéï (Üíïäï) ðïõ âñßóêåôáé ôïðïèåôçìÝíï áðÝíáíôé áðü ôç ìåôáëëéêÞ ðëÜêá, äéÝñ÷ïíôáé ìÝóá áðü ôï óýñìá êáé ôåëéêÜ åðéóôñÝöïõí óôï óçìåßï åêðïìðÞò ôïõò. ¸íá åõáßóèçôï áìðåñüìåôñï êáôáãñÜöåé ôç

Ó×ÇÌÁ 11-16. Ôï äåßãìá áõôü ôïõ ìåôáëëéêïý ôéôáíßïõ êüðçêå ìå áêôßíá laser êáé ìå ôáõôü÷ñïíç ÷ñÞóç ñåýìáôïò áåñßïõ ïîõãüíïõ.

äéÝëåõóç êÜðïéïõ ñåýìáôïò. Áõôü öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 11-17á. 2. ¼óï ðéï Ýíôïíï åßíáé ôï öùò, ôüóï ìåãáëýôåñç åßíáé ç Ýíôáóç ôïõ ñåýìáôïò. 3. Áí ðáñåìâëçèåß êÜðïéá çëåêôñéêÞ ðçãÞ óôï êýêëùìá, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 11-17â, ç ïðïßá ðñïóäßäåé ìå áõôüí ôïí ôñüðï áñíçôéêü öïñôßï óôçí Üíïäï, ôüôå êõêëïöïñåß ëéãüôåñï ñåýìá (ìéêñüôåñçò åíôÜóåùò). ¼ôáí áõîçèåß ç ôÜóç, åëáôôþíôåôáé ç Ýíôáóç ôïõ ñåýìáôïò üëï êáé ðåñéóóüôåñï, ìÝ÷ñé ôåëéêÜ íá åðéôåõ÷èåß êÜðïéá ôÜóç, ðïõ ðáñåìðïäßæåé åíôåëþò ôçí êõêëïöïñßá ôïõ. Ìéá ðñïöáíÞò åîÞãçóç ãé' áõôÝò ôéò ðáñáôçñÞóåéò åßíáé üôé ç åíÝñãåéá ôïõ öùôüò ìåôáôñÝðåôáé, ìå êÜðïéï ôñüðï, óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ôùí çëåêôñïíßùí ôïõ ìåôÜëëïõ. Ôï áðïôÝëåóìá åßíáé ôá çëåêôñüíéá áõôÜ íá ìðïñïýí íá õðåñíéêÞóïõí ôç äýíáìç ðïõ ôá óõãêñáôåß óôçí åðéöÜíåéá ôïõ ìåôÜëëïõ. Åßíáé áðüëõôá öõóéêü íá ðåñéìÝíïìå üôé, üóï ðåñéóóüôåñï åßíáé ôï öùò áíÜ ìïíÜäá åðéöáíåßáò, ôüóï ðåñéóóüôåñá çëåêôñüíéá èá áðïóðáóèïýí áðü áõôÞí ôçí åðéöÜíåéá, üðùò Þäç ðáñáôçñÞóáìå. Åðßóçò, ãßíåôáé êáôáíïçôü üôé áíôßèåôç ôÜóç ìðïñåß íá åðéâñáäýíåé Þ êáé íá óôáìáôÞóåé ôåëåßùò ôç ñïÞ ôùí çëåêôñïíßùí áðü ôï çëåêôñüäéï åêðïìðÞò ðñïò ôçí Üíïäï. ÌÝ÷ñéò åäþ äåí

268

Ðñïóðßðôïí öùò ÊÜèïäïò

¢íïäïò

Öùôïçëåêôñüíéá (á)

Áìðåñüìåôñï

ÓõóóùñåõôÞò

ÊÜèïäïò

¢íïäïò Áìðåñüìåôñï Öùôïçëåêôñüíéá

(â)

ÐçãÞ ìåôáâáëëüìåíçò ôÜóåùò

Ó×ÇÌÁ 11-17. ÅðÜíù: ôá åêäéù÷èÝíôá áðü ôï öùò çëåêôñüíéá öèÜíïõí óôç èåôéêÜ öïñôéóìÝíç Üíïäï. ÊÜôù: ôá åêäéù÷èÝíôá çëåêôñüíéá åìðïäßæïíôáé íá öèÜóïõí óôçí Üíïäï, åîáéôßáò ôïõ õøçëïý áñíçôéêïý äõíáìéêïý ôçò.

õðÜñ÷åé ôßðïôá áóõìâßâáóôï ìå ôï ðñüôõðï ôïõ öùôüò óýìöùíá ìå ôï ïðïßï ôï öùò Ý÷åé êõìáôéêü ÷áñáêôÞñá. ¼ìùò, áò åîåôÜóïìå êáé ôá ðáñáêÜôù áðïôåëÝóìáôá. 4. Áò õðïèÝóïìå üôé ãéá ïñéóìÝíç Ýíôáóç öùôüò, ç ôÜóç áõîÜíåôáé ôüóï, þóôå ôï ñåýìá ìçäåíßæåôáé. Áí áõîçèåß ç Ýíôáóç ôïõ öùôüò, ôï ñåýìá åîáêïëïõèåß íá ìçí êõêëïöïñåß. ÁíåîÜñôçôá äçëáäÞ áðü ôçí Ýíôáóç ôïõ öùôüò, ôï ñåýìá äåí êõêëïöïñåß. 5. Áò èåùñÞóïìå ôþñá üôé ìåôáâÜëëåôáé ç óõ÷íüôçôá ôïõ öùôüò, åíþ ç ôÜóç ðáñáìÝíåé óôçí ôéìÞ åêåßíç, ðïõ åìðïäßæåé ôç äéÝëåõóç ôïõ ñåýìáôïò. ¼ôáí ç óõ÷íüôçôá ìåéþíåôáé, ôï ñåýìá åîáêïëïõèåß íá ìçí êõêëïöïñåß. ¼ôáí üìùò áõîÜíåôáé ç óõ÷íüôçôá, ôï ñåýìá áñ÷ßæåé íá êõêëïöïñåß ðÜëé. Áí ç ôÜóç åîáêïëïõèÞóåé íá ìÝíåé áìåôÜâëçôç, óå áõôÞí ôçí õøçëüôåñç óõ÷íüôçôá ôïõ öùôüò, ôüôå ç ðïóüôçôá ôïõ ñåýìáôïò èá åßíáé êáé ðÜëé áíÜëïãç ðñïò ôçí Ýíôáóç ôïõ öùôüò. Ïé äõï ôåëåõôáßåò ðáñáôçñÞóåéò þèçóáí ôïõò åðéóôÞìïíåò íá äéáôõðþóïõí ôç èÝóç üôé ðáñÜëëçëá ìå ôçí êõìáôéêÞ ìïñöÞ ôïõ, ôï öùò óõìðåñéöÝñåôáé êáé ùò Ýíá ñåýìá îå÷ùñéóôþí óùìáôéäßùí, ôùí «öùôïíßùí». Ïé âáóéêÝò

ðñïûðïèÝóåéò óõíïøßæïíôáé óôá áêüëïõèá: 1. Tï êÜèå öùôüíéï ðïõ õðÜñ÷åé óå öùò ïñéóìÝíçò óõ÷íüôçôáò éóïäõíáìåß ìå Ýíá ðáêÝôï Þ êâÜíôïõì (quantum) åíÝñãåéáò, üðùò ìåñéêÝò öïñÝò ïíïìÜæåôáé. Óýìöùíá ìå üóá áíáöÝñèçêáí ðñïçãïõìÝíùò ç ðïóüôçôá ôçò åíÝñãåéáò äßíåôáé áðü ôçí åîßóùóç ôïõ Plank, E = h x v. 2. ~Eíá çëåêôñüíéï åßíáé äõíáôüí íá åêäéù÷èåß áðü ôç ìåôáëëéêÞ åðéöÜíåéá, áí ðñïóðÝóåé åðÜíù óå áõôÞí Ýíá öùôüíéï êáé ìå ôçí ðñïûðüèåóç üôé áõôü ôï öùôüíéï äéáèÝôåé áñêåôÞ åíÝñãåéá þóôå íá õðåñíéêÞóåé ôç äýíáìç óõíäÝóåùò ôïõ çëåêôñïíßïõ ìå ôï ìÝôáëëï. Ç åöáñìïãÞ ôÜóåùò ìå öïñÜ áíôßèåôç áðü ôç öïñÜ ñïÞò ôùí çëåêôñïíßùí üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 11-17â, éóïäõíáìåß ìå áýîçóç ôçò «åíÝñãåéáò óõíäÝóåùò», ðïõ èá ðñÝðåé íá õðåñíéêçèåß. Áí õðïôåèåß üôé ç åíÝñãåéá óõíäÝóåùò åßíáé Åâ, êáé üôé ôá öùôüíéá ðïõ ðñïóêñïýïõí óôï ìÝôáëëï Ý÷ïõí åíÝñãåéá (Å), õðÜñ÷ïõí äýï äõíáôüôçôåò. Áí Å ³ Åâ, ôüôå ôá çëåêôñüíéá åßíáé äõíáôüí íá áðïóðáóèïýí Ý÷ïíôáò ìÜëéóôá êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ßóç ìå Å - Åâ. Áí üìùò Å<Åâ, ôüôå ôá çëåêôñüíéá äåí èá åßíáé äõíáôüí íá áðïìáêñõíèïýí áðü ôçí åðéöÜíåéá ôïõ ìåôÜëëïõ. Áò õðïèÝóïìå üôé Ýíá çëåêôñüíéï óõãêñáôåß ïëüêëçñç ôçí åíÝñãåéá ôïõ öùôïíßïõ ðïõ óõãêñïýåôáé ìáæß ôïõ. Åðßóçò, áò äå÷èïýìå üôé ïé ðéèáíüôçôåò íá ðñïóêñïýóïõí ôáõôü÷ñïíá äýï öùôüíéá åðÜíù óôï ßäéï çëåêôñüíéï åßíáé åëÜ÷éóôåò. Åßíáé åýêïëï íá äéêáéïëïãçèïýí ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá ìå âÜóç ôï ðñüôõðï ôïõ öùôïíßïõ. ¼ôáí ç óõ÷íüôçôá ôïõ öùôüò ðïõ ðñïóðßðôåé óå ìéá ìåôáëëéêÞ åðéöÜíåéá åßíáé ôüóç, þóôå Å<Åâ, äåí Ý÷åé óçìáóßá ðüóï Ýíôïíï ãßíåôáé ôï öùò. Ç áýîçóç ôçò åíôÜóåùò ôïõ öùôüò Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôçí áýîçóç ôïõ áñéèìïý ôùí öùôïíßùí ðïõ ðñïóêñïýïõí óôçí åðéöÜíåéá, óôç ìïíÜäá ôïõ ÷ñüíïõ. Ç åíÝñãåéá áíÜ öùôüíéï üìùò ðáñáìÝíåé ç ßäéá êáé Ýôóé äåí åßíáé äõíáôüí ôÝôïéá öùôüíéá íá áðïóðÜóïõí çëåêôñüíéá áðü ôç ìåôáëëéêÞ åðéöÜíåéá. Åßíáé óáí íá Ý÷ïìå Ýíá êáíüíé ìå ìÝãéóôç áêôßíá âïëÞò 5 ÷éëéüìåôñá, åíþ ðñÝðåé íá âïìâáñäéóèåß Ýíáò óôü÷ïò, ðïõ âñßóêåôáé óå áðüóôáóç 6,0 ÷éëéïìÝôñùí. Äåí ùöåëåß óå ôßðïôá íá ðõñïäïôåßôáé óõíÝ÷åéá ôï êáíüíé Þ íá ôïðïèåôçèïýí áêüìá 50 êáíüíéá üìïéá ìå áõôü. Ï óôü÷ïò èá åîáêïëïõèÞóåé íá âñßóêåôáé åêôüò âïëÞò.

269

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÇËÉÁÊÇ ÅÍÅÑÃÅÉÁ Aí ñßîåôå ìéá ìáôéÜ óôï ðáñåëèüí êáé åîåôÜóåôå ôé ßó÷õå ãéá Ýíá ìåãÜëï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá, èá äéáðéóôþóåôå üôé ç ðçãÞ ïëüêëçñçò ó÷åäüí ôçò åíÝñãåéáò Þôáí êáé åßíáé ï Þëéïò. Óå áõôü ôï óõìðÝñáóìá êáôáëÞãåôå ìå ðïëëïýò ôñüðïõò. Ðñþôá áð' üëá, ç äéáôñïöÞ ìáò Ý÷åé ùò âÜóç ôï êñÝáò êáé ôá öõôÜ (öñïýôá, ëá÷áíéêÜ). Ôá ðåñéóóüôåñá áðü ôá æþá, ôï êñÝáò ôùí ïðïßùí ôñþìå, ôñÝöïíôáé áðïêëåéóôéêÜ ìå öõôÜ. Ç áãåëÜäá áðïôåëåß Ýíá êáëü ðáñÜäåéãìá. Áêüìç êáé ïñãáíéóìïß, üðùò ôá øÜñéá, ðïõ ôñÝöïíôáé áðü ìéêñüôåñá øÜñéá, óôçí ðñáãìáôéêüôçôá åîáñôþíôáé áðü öõôÜ (öõôïðëáãêôüí). Áí áêïëïõèÞóïìå ôçí ôñïöéêÞ áëõóßäá îåêéíþíôáò áðü ôïõò ìåãÜëïõò êáé ðïëýðëïêïõò æùéêïýò ïñãáíéóìïýò êáé ðçãáßíïíôáò ðñïò ôïõò ìéêñüôåñïõò êáé áðëïýóôåñïõò, èá âñïýìå áñãÜ Þ ãñÞãïñá êÜðïéï Ýìâéï ïí, ðïõ Ý÷åé áðïêëåéóôéêÜ öõôéêÜ äéáéôïëüãéï. ÁõôÜ ôá ßäéá ôá öõôÜ äåí ôñþíå ôßðïôá. Ç äéêÞ ôïõò ðçãÞ åíÝñãåéáò åßíáé ôï çëéáêü öùò. Èá áíáöåñèïýìå áñãüôåñá óôïí ôñüðï, âÜóåé ôïõ ïðïßïõ áðïññïöïýí êáé ÷ñçóéìïðïéïýí áõôÞí ôçí çëéáêÞ åíÝñãåéá. Ôï óçìáíôéêü åßíáé üôé üëç ç åíÝñãåéá ðïõ äéáèÝôåé ôï óþìá ìáò ðñïÝñ÷åôáé áðü ôçí åíÝñãåéá ôïõ Þëéïõ. ÂÝâáéá ïé ðïóüôçôåò ôçò åíÝñãåéáò ðïõ êáôáíáëßóêïìå åßíáé ðïëý ìåãáëýôåñåò áðü áõôÝò ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ðáñÜãïìå åìåßò ïé ßäéïé Þ ôá õðïæýãéá. ÁõôÜ ôá åðéðëÝïí ôåñÜóôéá ðïóÜ åíÝñãåéáò ìáò ôá ðñïìçèåýåé ç êáýóç ôïõ êÜñâïõíïõ, ôïõ ðåôñåëáßïõ Þ ôïõ öõóéêïý áåñßïõ. Ðþò äçìéïõñãÞèçêå üìùò ôï êÜñâïõíï, ôï ðåôñÝëáéï Þ ôï öõóéêü áÝñéï; Aðü ôçí áðïóýíèåóç ðáìðÜëáéáò öõôéêÞò ýëçò. ¸ôóé, ïäçãïýìáóôå ðÜëé óå ðçãÝò åíÝñãåéáò, ç ýðáñîç ôùí ïðïßùí ïöåßëåôáé óôïí Þëéï, åíþ ôá öõôÜ ìðïñïýí íá èåùñçèïýí ùò ç «ðñþôç ýëç». Ðþò üìùò ôá öõôÜ áðïññïöïýí ôçí çëéáêÞ åíÝñãåéá; Ç ðëÞñçò áðÜíôçóç óå áõôÞí ôçí åñþôçóç äåí åßíáé áêüìç ôåëåßùò ãíùóôÞ. Ïé ó÷åôéêÝò äéáäéêáóßåò ðñÝðåé áêüìç íá ìåëåôçèïýí åêôåôáìÝíá, ãéá íá ãßíïõí áðüëõôá êáôáíïçôÝò, êáé áõôü áêñéâþò áðïôåëåß Ýíá óçìáíôéêü ðåäßï ôçò ÷çìéêÞò Ýñåõíáò. Ãíùñßæïìå üìùò ôá êýñéá óçìåßá áõôÞò ôçò äéáäéêáóßáò. ¸ôóé, ôçí ïíïìÜæïìå öùôïóýíèåóç, üñïò *

óýíèåôïò ðïõ ðñïÞëèå áðü ôç ëÝîç «öùò» êáé ôç ëÝîç «óýíèåóç». Åí óõíôïìßá ëïéðüí, öùôïóýíèåóç åßíáé ìéá äéáäéêáóßá óõíèÝóåùò ðïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé ìå ôç âïÞèåéá ôïõ öùôüò. Ôé óõíôßèåôáé üìùò êáôÜ ôç äéáäéêáóßá ôçò öùôïóõíèÝóåùò; Ç áðÜíôçóç åßíáé õäáôÜíèñáêåò. Óôï êåöÜëáéï 16 èá ìÜèåôå ìå ëåðôïìÝñåéåò ôé åßíáé ïé õäáôÜíèñáêåò. Ðñïò ôï ðáñüí áñêåß íá ãíùñßæåôå üôé ðñüêåéôáé ãéá ðïëýðëïêá ìüñéá, ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü Üíèñáêá, õäñïãüíï êáé ïîõãüíï, óõíÞèùò óå áíáëïãßåò Cx(H2O)y*. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ïé õäáôÜíèñáêåò Ý÷ïõí ôýðïõò, üðùò ï C6H12O6 (ôï óÜê÷áñï ãëõêüæç), ï C12H22O11 (ç êïéíÞ åðéôñáðÝæéá æÜ÷áñç, óáê÷áñüæç), êáé ï (C6H11O5)x üðïõ x åßíáé Ýíáò ðïëý ìåãÜëïò áñéèìüò ãéá ôï Üìõëï êáé ôçí êõôôáñßíç. Ãéá íá ðáñá÷èïýí õäáôÜíèñáêåò áðü ôá öõôÜ ìå öùôïóýíèåóç, óõíôåëåßôáé ìßá ðïëýðëïêç óåéñÜ áíôéäñÜóåùí, ôéò ïðïßåò ìðïñïýìå íá óõíïøßóïìå óôçí ðáñáêÜôù áðëÞ åîßóùóç:

Ç áíôßäñáóç áõôÞ åßíáé áìößäñïìç. ÊáôÜ ôçí ðïñåßá ôçò öùôïóõíèÝóåùò, ôá öõôÜ ðñïóëáìâÜíïõí äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá (CO2) áðü ôïí áÝñá êáé íåñü. ÁõôÜ óõíåíþíïíôáé ìå ôç âïÞèåéá ôçò çëéáêÞò åíÝñãåéáò êáé ðáñÜãïíôáé õäáôÜíèñáêåò. Ôï ïîõãüíï åëåõèåñþíåôáé óôïí áÝñá. ¼ôáí êáßãïíôáé ïé õäáôÜíèñáêåò (Þ êáé Üëëåò ïõóßåò, ðïõ ðåñéÝ÷ïõí Üíèñáêá êáé õäñïãüíï) äçìéïõñãåßôáé ç áíôßèåôç áíôßäñáóç, ç äéáäéêáóßá ôçò êáýóåùò. Ôá ðñïúüíôá ôçò êáýóåùò åßíáé CO2, íåñü êáé åíÝñãåéá ìå ôç ìïñöÞ ôçò èåñìüôçôáò. Åßíáé óçìáíôéêü íá óçìåéþóïìå üôé, üôáí ôá öõôÜ óõíèÝôïõí õäáôÜíèñáêåò ìå öùôïóýíèåóç, áðïññïöïýí áíáãêáóôéêÜ CO2 áðü ôïí áÝñá êáé åðéóôñÝöïõí óå áõôüí ïîõãüíï. Áõôü åßíáé ôüóï óçìáíôéêü, üóï êáé ç äçìéïõñãßá ôùí õäáôáíèñÜêùí. Ï Üíèñùðïò óõíå÷þò ÷ñçóéìïðïéåß ïîõãüíï ãéá ôçí êáýóç ôùí áíèñÜêùí êáé ôïõ ðåôñåëáßïõ, åíþ ðáñÜãåôáé CO2 êáé íåñü. Ç öýóç öñïíôßæåé íá õðÜñ÷åé éóïññïðßá óôï ðåñéâÜëëïí, ãéáôß ôá öõôÜ áðïìáêñýíïõí CO2 êáé íåñü áðü ôï ãýñù ôïõò ÷þñï, åíþ ðáñÜëëçëá åëåõèåñþíïõí ïîõãüíï ðïõ åðéóôñÝöåé óôçí áôìüóöáéñá. ¸ôóé, ç çëéáêÞ åíÝñãåéá ÷ñçóéìïðïéåßôáé óÞìåñá êáôÜ Ýíáí Ýììåóï ôñüðï, ðïõ

Ó.ô.Ì. Ôï õäñïãüíï êáé ôï ïîõãüíï âñßóêïíôáé óå áíáëïãßåò, üðùò óôï íåñü, äçëáäÞ 2Ç:1Ï (äýï õäñïãüíá: Ýíá ïîõãüíï).

270

Ðñüôõðï åíüò áãñïêôÞìáôïò çëéáêÞò åíÝñãåéáò óå ìéá ôõðéêÞ åñçìéêÞ Ýêôáóç. Ïé óåéñÝò ôùí óõëëåêôþí óêéÜæïõí áéóèçôÜ ôçí Ýñçìï. Áõôüò ï åíåñãåéáêüò óôáèìüò èá åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá ÷ñçóéìïðïéåß ôç èåñìüôçôá ðïõ ðáñÜãåôáé êáôÜ ôç ëåéôïõñãßá ôùí çëåêôñïãåííçôñéþí, ãéá ôçí áöáëÜôùóç èáëáóóéíïý íåñïý. 1. ÄåîáìåíÞ èáëáóóéíïý íåñïý. 2. Êñýï íåñü. 3. ÅãêáôÜóôáóç áöáëáôþóåùò. 4. Ðýñãïò øýîåùò. 5,6. ÁðïèÞêåõóç èåñìüôçôáò. 7. ÁðïèÞêåõóç ðåôñåëáßïõ. 8. ×þñïò åðéóêåõþí. 9 ÇëåêôñïãåííÞôñéá. 10. ËÝâçôáò.

ðåñéëáìâÜíåé äýï óôÜäéá. Ðñþôïí, ôá öõôÜ ÷ñçóéìïðïéïýí ôçí çëéáêÞ åíÝñãåéá, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí õäáôÜíèñáêåò. Äåýôåñïí, ï Üíèñùðïò ÷ñçóéìïðïéåß ôïõò õäáôÜíèñáêåò Þ Üëëåò ïõóßåò ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü áõôïýò, ùò êáýóéìï, ãéá íá ðáñÜãåé èåñìüôçôá. Ç èåñìüôçôá Þ èåñìéêÞ åíÝñãåéá åßíáé äõíáôüí íá ìåôáôñáðåß óôç óõíÝ÷åéá óå çëåêôñéêÞ Þ ìç÷áíéêÞ åíÝñãåéá. Áõôüò ï Ýììåóïò ôñüðïò åêìåôáëëåýóåùò ôçò çëéáêÞò åíÝñãåéáò Ý÷åé ìåñéêÜ ìåéïíåêôÞìáôá. (1) Ç êáýóç ôïõ Üíèñáêá êáé ôïõ ðåôñåëáßïõ äçìéïõñãåß óçìáíôéêÞ ñýðáíóç ôïõ áÝñá. (2) ¢íèñáêáò êáé ðåôñÝëáéï, ðïõ ãéá íá ó÷çìáôéóèïýí ÷ñåéÜóèçêáí ìåñéêÜ åêáôïììýñéá ÷ñüíéá, êáßãïíôáé áðü ôïí Üíèñùðï ìÝóá óå ëßãïõò áéþíåò. Ôá áðïèÝìáôá áõôþí ôùí ïõóéþí óõíå÷þò ìåéþíïíôáé êáé åßíáé öõóéêü åê ôùí ðñáãìÜôùí üôé êÜðïôå èá åîáíôëçèïýí. (3) Ôá öõôÜ äåí ðáñÜãïõí ÷ñÞóéìïõò õäáôÜíèñáêåò ìå ôçí ßäéá ôá÷ýôçôá ðïõ åìåßò êáôáíáëþíïìå ôá êáýóéìá. ÊáôÜ ìÝóï üñï, ôá öõôÜ ÷ñçóéìïðïéïýí ðåñßðïõ ôï 1‐2% ôçò çëéáêÞò åíÝñãåéáò ðïõ ðñïóðßðôåé åðÜíù ôïõò. Åßíáé öõóéêü íá áíáñùôéüìáóôå ìÞðùò ðñÝðåé íá ìÜèïìå íá åêìåôáëëåõüìáóôå ôçí çëéáêÞ åíÝñãåéá ìå êáëýôåñï ôñüðï. Áí êáé öáßíåôáé íá ìçí åßíáé

*

ÂëÝðïìå ðþò öáíôÜæïíôáé ïé áñ÷éôÝêôïíåò ôïõò óõëëÝêôåò óå Ýíá áãñüêôçìá çëéáêÞò åíÝñãåéáò.

äõíáôüí íá éêáíïðïéçèïýí áðü ìéá Üìåóç ÷ñÞóç ôçò çëéáêÞò åíÝñãåéáò üëåò ïé åíåñãåéáêÝò áðáéôÞóåéò ôïõ áíèñþðïõ (ôïõëÜ÷éóôïí áõôÝò ðïõ äçìéïõñãïýíôáé óýìöùíá ìå ôï óçìåñéíü ôñüðï æùÞò), åßíáé üìùò äõíáôüí íá óçìåéùèåß óçìáíôéêÞ ðñüïäïò óôçí ôå÷íïëïãßá ãéá ôç ìåñéêÞ Ýóôù êÜëõøÞ ôïõò. Ç Üìåóç ìåôáôñïðÞ çëéáêÞò åíÝñãåéáò óå èåñìéêÞ Þ ìç÷áíéêÞ ïýôå ñõðáßíåé, ïýôå ñáäéåíåñãÜ áðüâëçôá ðñïêýðôïõí áðü áõôÞí. Åßíáé üìùò äõíáôüí íá ãßíåé êÜôé ôÝôïéï; Ðñïò ôï ðáñüí äåí ãíùñßæïìå. ÕðÜñ÷ïõí ìåñéêÜ îåêÜèáñá ðñÜãìáôá. ÌéêñÝò óõóêåõÝò ðïõ ôïðïèåôïýíôáé óôéò ïñïöÝò áíåîáñôÞôùí êáôïéêéþí ‐áí êáé Ý÷åé ãßíåé ðïëëÞ óõæÞôçóç ãé' áõôÝò óôï ðáñåëèüí‐ åßíáé ôåëéêÜ äáðáíçñÝò êáé áðáéôïýí õðåñâïëéêÞ óõíôÞñçóç. Åêôüò áõôïý, ôá ðåñéóóüôåñá óðßôéá äåí âñßóêïíôáé óå èÝóåéò ôÝôïéåò áðü üðïõ íá åßíáé äõíáôüí íá äåóìåõèåß ç çëéáêÞ åíÝñãåéá ìå éêáíïðïéçôéêü ôñüðï. ÐñáêôéêÞ Üìåóç ÷ñçóéìïðïßçóç ôçò çëéáêÞò åíÝñãåéáò åßíáé äõíáôüí íá åðéôåõ÷èåß ìüíï óå ìåãÜëç êëßìáêá êáé ìüíï óôá ðéï çëéüëïõóôá ìÝñç ôçò ãçò. Ïé ðéï åöåõñåôéêÝò ðñïôÜóåéò, ìÝ÷ñé óÞìåñá, ðåñéãñÜöïõí «áãñïêôÞìáôá çëéáêÞò åíÝñãåéáò». ÁõôÜ åßíáé äõíáôüí íá äçìéïõñãçèïýí óå ðåñéï÷Ýò, üðùò ïé ìåãÜëåò äõôéêÝò Ýñçìïé ôùí ÇíùìÝíùí Ðïëéôåéþí. Ùò ðáñÜäåéãìá áíáöÝñïíôáé ïé ðåñéï÷Ýò ãýñù áðü ôçí Êáëéöüñíéá, ôçí Áñéæüíá êáé ôç ÍåâÜäá, Þ ïé êïéëÜäåò ôïõ Ñßï ÃêñÜíôå óôï ÔÝîáò êáé óôï ÍÝï Ìåîéêü*. Ç ðéèáíÞ ìïñöÞ åíüò ôÝôïéïõ áãñïêôÞìáôïò çëéáêÞò åíÝñãåéáò öáßíåôáé óôï ðñüôõðï ðïõ

Ó.ô.Ì. ÐÜñá ðïëëÝò åëëçíéêÝò ðåñéï÷Ýò ðñïóöÝñïíôáé ãéá ôç ëåéôïõñãßá ôÝôïéùí åãêáôáóôÜóåùí.

271

åéêïíßæåôáé. ÁõôÞ ç åãêáôÜóôáóç èá ìðïñïýóå íá ãßíåé óå Ýêôáóç 15.000 óôñåììÜôùí ðåñßðïõ, êáé èá åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá ðáñÜãåé çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá éó÷ýïò åíüò ðåñßðïõ åêáôïììõñßïõ ìåãáâÜô. Ðñéí ãßíåé üìùò ðñáãìáôéêüôçôá Ýíá ôÝôïéï áãñüêôçìá, èá ðñÝðåé íá ëõèïýí ïñéóìÝíá åðéóôçìïíéêÜ ðñïâëÞìáôá. Ãéá ôá óõóôÞìáôá ôùí äéáóôçìïðëïßùí Ý÷ïõí áíáðôõ÷èåß äéáôÜîåéò éêáíÝò íá ìåôáôñÝðïõí áð' åõèåßáò çëéáêÞ åíÝñãåéá óå çëåêôñéóìü. ¼ìùò óå áõôÝò ôéò åöáñìïãÝò (äçë. ôéò äéáóôçìéêÝò) ôï êüóôïò ‐ ìåñéêÝò åêáíôïíôÜäåò äïëÜñéá áíÜ watt çëåêôñéóìïý‐ äåí Ý÷åé éäéáßôåñç óçìáóßá. Ðñïò ôï ðáñüí, äåí öáßíåôáé üôé ôï êüóôïò ðáñáãùãÞò çëåêôñéóìïý ìå áõôÞí ôç ìÝèïäï åßíáé äõíáôüí íá ìåéùèåß ôüóï, þóôå íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ãéá åõñåßáò êëßìáêáò êáèçìåñéíÝò ÷ñÞóåéò. ºóùò êÜðïéá ìÝñá íÝåò áíáêáëýøåéò ôçò ÷çìåßáò êáé ôéò öõóéêÞò íá áëëÜîïõí ôá äåäïìÝíá. Óôéò ìÝñåò ìáò, ç ìüíç åöáñìïãÞ ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ãßíåé åßíáé ç ÷ñçóéìïðïßçóç ôçò çëéáêÞò åíÝñãåéáò ãéá ôçí ôñïöïäïóßá áíåìïãåííçôñéþí õøçëÞò èåñìïêñáóßáò, ïé ïðïßåò ìå ôç óåéñÜ ôïõò èá ðáñÜãïõí çëåêôñéóìü. Áêüìç üìùò êáé áõôÞ ç åöáñìïãÞ Ý÷åé íá áíôéìåôùðßóåé äýï ìåãÜëá ðñïâëÞìáôá.

Ôï Ýíá åßíáé ç áíÜðôõîç ôùí áðáñáéôÞôùí óõóêåõþí ðïõ èá ìåôáôñÝðïõí ôçí çëéáêÞ óå èåñìéêÞ åíÝñãåéá. Ðñüêåéôáé ãéá óõóêåõÝò, ðïõ Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá áðïññïöïýí ôï çëéáêü öùò êáé íá áíåâÜæïõí áñêåôÜ ôç èåñìïêñáóßá ôïõò (óôïõò 500°C ðåñßðïõ). Ç áíÜðôõîÞ ôïõò, ç ïðïßá áðáéôåß ôéò óõíôïíéóìÝíåò ðñïóðÜèåéåò ÷çìéêþí, ìç÷áíéêþí êáé öõóéêþí, âñßóêåôáé óå åîÝëéîç. Ôï Üëëï ðñüâëçìá åßíáé ðþò èá áðïèçêåõèåß ç çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá áðü ôç óôéãìÞ ðïõ èá äçìéïõñãçèåß, ìÝ÷ñé ôçí þñá ðïõ èá ÷ñçóéìïðïéçèåß. Ìçí îå÷íÜôå üôé óôï áãñüêôçìá çëéáêÞò åíÝñãåéáò ðáñÜãåôáé çëåêôñéóìüò ìüíï ôçí çìÝñá, åíþ ç ìåãáëýôåñç êáôáíÜëùóç ñåýìáôïò óçìåéþíåôáé ôç íý÷ôá. Áð' ü,ôé öáßíåôáé, ç ëýóç èá ðñÝðåé íá áíáæçôçèåß óå êÜðïéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç. ÄçëáäÞ ç áðïèÞêåõóç ôçò åíÝñãåéáò èá ãßíåôáé ìå ôç âïÞèåéá ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò, ç ïðïßá èá Ý÷åé Ýôóé åðéëåãåß, þóôå íá ïäåýåé ðñïò ôç ìßá êáôåýèõíóç, üôáí áðïññïöÜôáé åíÝñãåéá, êáé ðñïò ôçí áíôßèåôç, áñãüôåñá, üôáí èá åëåõèåñþíåôáé åíÝñãåéá.

Åßíáé åýêïëï íá äéáðéóôþóåôå üôé, åö' üóïí ç åíÝñãåéá ôùí öùôïíßùí åßíáé Ýóôù êáé åëÜ÷éóôá ìåãáëýôåñç áðü ôçí Åâ, ôá çëåêôñüíéá åßíáé äõíáôüí íá åêäéù÷èïýí êáé ï áñéèìüò áõôþí ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ åêäéþêïíôáé èá áõîÜíåôáé, üóï áõîÜíåôáé êáé ï áñéèìüò ôùí öùôïíßùí áíÜ äåõôåñüëåðôï. Ôï 1905, ï Álbert Einstein ðñüôåéíå ôï ðñüôõðï ôïõ öùôïíßïõ, ãéá íá åîçãÞóåé ôï öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï. ÁõôÞ Þôáí ç åñãáóßá ðïõ ôïõ ÷Üñéóå

ôï âñáâåßï Íüìðåë, ôï 1921, êáé ü÷é ç èåùñßá ôçò ó÷åôéêüôçôáò. Ï Åinstein Ýðåéóå ôïí åáõôü ôïõ, áëëÜ êáé üëïõò ôïõò Üëëïõò ìåëåôçôÝò, üôé äåí Þôáí äõíáôüí íá åñìçíåõèïýí ôá ãåãïíüôá ìå âÜóç ôï ðñüôõðï ôçò êáèáñÜ êõìáôéêÞò öýóåùò ôïõ öùôüò. Ç èåùñßá ôïõ ãéá ôï öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï áðïäåß÷èçêå ðåéñáìáôéêÜ áðü ôïí R.A. Millikan, ôï 1916. Ôï 1923 ï Millikan ôéìÞèçêå ìå ôï âñáâåßï Íüìðåë ãéá ôçí åñãáóßá ôïõ áõôÞ, êáèþò êáé ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôïõ öïñôßïõ ôïõ çëåêôñïíßïõ.

Ðåñßëçøç. Ôï öùò åßíáé ìéá êõìáôéêïý ÷áñáêôÞñá ìåôáöïñÜ åíÝñãåéáò äéÜ ìÝóïõ ôïõ äéáóôÞìáôïò. Ïé éäéüôçôÝò ôïõ, üôáí óõìðåñéöÝñåôáé óáí êýìá, ðåñéãñÜöïíôáé: (1) áðü ôï ìÞêïò êýìáôüò ôïõ, äçëáäÞ ôçí áðüóôáóç áðü ôçí êïñõöÞ åíüò êýìáôïò Ýùò áõôÞí ôïõ åðïìÝíïõ êáé, (2) áðü ôç óõ÷íüôçôÜ ôïõ, äçëáäÞ ôïí áñéèìü ôùí êõìÜôùí ðïõ äéÝñ÷ïíôáé áðü Ýíá ïñéóìÝíï óçìåßï êáôÜ ôç

äéÜñêåéá åíüò êáèïñéóìÝíïõ ÷ñïíéêïý äéáóôÞìáôïò (êýêëïé áíÜ äåõôåñüëåðôï Þ Hertz). Ôá öáéíüìåíá ðåñéèëÜóåùò êáé óõìâïëÞò áðïäåéêíýïõí ôïí êõìáôéêü ÷áñáêôÞñá ôïõ öùôüò êáé äåß÷íïõí üôé öùò äéáöïñåôéêïý ÷ñþìáôïò Ý÷åé äéáöïñåôéêÜ ìÞêç êýìáôïò êáé óõ÷íüôçôåò. Ç ó÷Ýóç ôçò óõ÷íüôçôáò, v (sec-1) êáé ôïõ ìÞêïõò êýìáôïò, ë (cm), ìå ôçí ôá÷ýôçôá ôïõ öùôüò, c

272

(cm/sec), äßíåôáé áðü ôçí åîßóùóç c = ë x v. ¸íáò öáóìáôïãñÜöïò äéá÷ùñßæåé ôï öùò óôéò äéÜöïñåò óõ÷íüôçôåò áðü ôéò ïðïßåò áðïôåëåßôáé êáé ôéò äéåõèåôåß óå öÜóìá. Ç ðïóüôçôá ôçò åíÝñãåéáò ðïõ áíôéóôïé÷åß óôï öùò åßíáé áíÜëïãç ìå ôçí óõ÷íüôçôÜ ôïõ, üðùò äåß÷íåé êáé ç åîßóùóç E = h x v, üðïõ h åßíáé ìéá ÷áñáêôçñéóôéêÞ öõóéêÞ óôáèåñÜ ìå ôï üíïìá óôáèåñÜ ôïõ Planck êáé v åßíáé ç óõ÷íüôçôá óå sec-1.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íá äþóåôå ìåñéêÜ ðáñáäåßãìáôá, ôá ïðïßá íá óôçñßæïõí ôçí áðüøç üôé ôï öùò åßíáé ìéá ìïñöÞ åíÝñãåéáò. 2. Ðïéåò åßíáé ïé åíäåßîåéò ðïõ ìáò êÜíïõí íá ðéóôåýïìå üôé ôï öÜóìá ôïõ ïñáôïý öùôüò áðïôåëåß Ýíá ìéêñü ìüíï ìÝñïò ôïõ çëåêôñïìáãíçôéêïý öÜóìáôïò; 3. Ðþò åêöñÜæåôáé ç ôá÷ýôçôá ôïõ öùôüò, c óå ó÷Ýóç ìå ôï ìÞêïò êýìáôïò, ë, êáé ôç óõ÷íüôçôá, v;

Ôá Üôïìá åêðÝìðïõí ìüíï ïñéóìÝíåò óõ÷íüôçôåò öùôüò 11.6 ÁôïìéêÜ öÜóìáôá. ¼ëá ôá Üôïìá, áí äéåãåñèïýí ìå èÝñìáíóç Þ ìå êÜðïéá çëåêôñéêÞ åêêÝíùóç õøçëÞò ôÜóåùò, èá åêðÝìøïõí öùò. Óôï ó÷Þìá 9-9 åßäáôå êéüëáò ìåñéêÜ ðáñáäåßãìáôá åêðïìðþí öùôüò áðü äéÜöïñá Üôïìá. Óôçí êáèçìåñéíÞ æùÞ ßóùò íá ãíùñßæåôå ôï éþäåò öùò, ðïõ åêðÝìðåôáé áðü Üôïìá õäñáñãýñïõ, êáé ôï êßôñéíï öùò, ðïõ åêðÝìðåôáé áðü Üôïìá íáôñßïõ óôïõò ëáìðôÞñåò ôùí äñüìùí, ïé ïðïßïé ïíïìÜæïíôáé, áíôßóôïé÷á, ëáìðôÞñåò õäñáñãýñïõ êáé ëáìðôÞñåò íáôñßïõ. Ôï öùò ðïõ åêðÝìðåé Ýíá óõãêåêñéìÝíï Üôïìï Ý÷åé Ýíá ÷áñáêôçñéóôéêü ÷ñþìá. Ðñïöáíþò áõôü óçìáßíåé üôé ôï êÜèå Üôïìï åêðÝìðåé öùò êõñßùò óå Ýíá ôìÞìá ôçò ïñáôÞò ðåñéï÷Þò. Ï éäéáßôåñïò ôýðïò ôùí óõ÷íïôÞôùí ôïõ öùôüò ðïõ åêðÝìðåôáé áðü Ýíá Üôïìï ÷áñáêôçñßæåôáé ùò öÜóìá ôïõ áôüìïõ. Äåí åßíáé äõíáôüí íá õðÜñîïõí äýï åßäç áôüìùí ìå ôï ßäéï öÜóìá. Ôá áôïìéêÜ öÜóìáôá åßíáé üðùò ôá äáêôõëéêÜ áðïôõðþìáôá. ×áñáêôçñßæïõí ôá Üôïìá, ôá ïðïßá ôá åêðÝìðïõí. Ôá áôïìéêÜ öÜóìáôá åßíáé äõíáôüí íá ìåëåôçèïýí ìå ôç âïÞèåéá åíüò öáóìáôïãñÜöïõ, üðùò áõôüò ôïõ ó÷Þìáôïò 11-18. ¼ôáí ãßíåôáé áõôü, åßíáé äõíáôüí íá ðñïêýøåé ìéá áîéïóçìåßùôç ðáñáôÞñçóç: Ôá áôïìéêÜ öÜóìáôá áðïôåëïýíôáé áðü óôåíÝò ãñáììÝò. ÄçëáäÞ áõôü óçìáßíåé üôé êÜèå Üôïìï åêðÝìðåé ìüíï ëßãåò áðüëõôá êáèïñéóìÝíåò óõ÷íüôçôåò öùôüò. ºóùò ï êáèçãçôÞò óáò íá ìðïñåß íá óáò äåßîåé êÜðïéá ãñáììéêÜ öÜóìáôá. ÌåñéêÜ áôïìéêÜ öÜóìáôá öáßíïíôáé óôçí ðñþôç óåëßäá áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ, åíþ ôï ó÷Þìá 11-19

äåß÷íåé ôï öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ. ÅîåôÜæïíôáò áõôÜ ôá öÜóìáôá óáò äßíåôáé ç äõíáôüôçôá íá äéáêñßíåôå ôç ãñáììéêÞ öýóç ôïõò. Åö' üóïí ôï öùò åßíáé ìéá ìïñöÞ åíÝñãåéáò, Ýíá Üôïìï, üôáí åêðÝìðåé öùò, èá ðñÝðåé íá ÷Üíåé åíÝñãåéá. Ôï ãåãïíüò üôé åêðÝìðåé öùò ìüíï ïñéóìÝíùí åðáêñéâþò êáèïñéóìÝíùí óõ÷íïôÞôùí, óçìáßíåé üôé ÷Üíåé ìüíï êÜðïéåò áðüëõôá êáèïñéóìÝíåò ðïóüôçôåò åíÝñãåéáò. Áí åßíáé ãíùóôÝò ïé óõ÷íüôçôåò, åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèïýí ïé åíÝñãåéåò ìå ôç âïÞèåéá ôçò åîéóþóåùò ôïõ Planck, E = h x v. Aõôüò ï õðïëïãéóìüò ðåñéãñÜöåôáé óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áêïëïõèåß.

ÐáñÜäåéãìá. Óôï öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ ôïõ ó÷Þìáôïò 11-19, ìéá áðü ôéò éþäåéò ãñáììÝò Ý÷åé ìÞêïò êýìáôïò 4103 ångströms. Óå ðïéá åíÝñãåéá áíôéóôïé÷åß áõôü, áí ôçí åêöñÜóïìå óå ÷éëéïèåñìßäåò áíÜ mole áôüìùí õäñïãüíïõ; Ï õðïëïãéóìüò åßíáé äõíáôüí íá ãßíåé, áí áêïëïõèÞóïìå ôçí ðáñáêÜôù óåéñÜ óõëëïãéóìþí: 1. Íá ìåôáôñáðïýí ôá ångströms óå åêáôïóôüìåôñá. 2. Íá ìåôáôñáðåß óå óõ÷íüôçôá ôï ìÞêïò êýìáôïò, ðïõ Ý÷åé åêöñáóèåß óå åêáôïóôüìåôñá. 3. Íá ìåôáôñáðåß ç óõ÷íüôçôá óå åíÝñãåéá (óå joules). 4. Ná ìåôáôñáðïýí ôá joules áíÜ Üôïìï óå ÷éëéïèåñìßäåò áíÜ mole. Óôç óõíÝ÷åéá, ãßíïíôáé ïé ðñáãìáôéêïß õðïëïãéóìïß.

273 ÓùëÞíáò ãåìÜôïò ìå õäñïãüíï

Öáêüò

Ðñßóìá

ÖùôïãñáöéêÞ ðëÜêá

Ó×ÇÌÁ 11-18. Áí ðåñÜóåé õøçëÞ ôÜóç ìÝóá áðü Ýíá óùëÞíá ìå áÝñéï õäñïãüíï, åêðÝìðïíôáé ìüíï ïñéóìÝíåò óõ÷íüôçôåò öùôüò. Ï öáóìáôïãñÜöïò åìöáíßæåé ôéò óõ÷íüôçôåò ôïõ ïñáôïý öùôüò óáí ãñáììÝò.

1. ¸íá ångström = 10-8 cm. ¸ôóé, 4103 Å = 4,103 x 10-5 cm. 2. Ãéá íá ìåôáôñÝøïìå ôï ë (cm) óå v (sec1 ), ÷ñçóéìïðïéïýìå ôçí åîßóùóç c = ë x v. Añ÷éêÜ ôçí áíáó÷çìáôßæïìå óôçí v = c/ë (c = 3,00 x 1010 cm/sec),

3. Ìå âÜóç ôçí åîßóùóç ôïõ Planck, Å = h x v (h = 6,63 x 10-34 joule-sec).

4. Áñ÷éêÜ ðïëëáðëáóéÜæåôáé ï áñéèìüò ôùí joules áíÜ Üôïìï ìå ôïí áñéèìü ôïõ Ávogadro, ãéá íá ðÜñïìå ôá joules áíÜ mole. Óôç óõíÝ÷åéá äéáéñïýíôáé ìå ôï 4,18 ãéá íá ìåôáôñáðïýí óå èåñìßäåò áíÜ mole. ÔÝëïò, äéáéñïýíôáé ìå ôï 103, ãéá íá ìåôáôñáðïýí óå ÷éëéïèåñìßäåò áíÜ mole.

Ïé åðéóôÞìïíåò áíáêÜëõøáí ðñéí ðïëëÜ ÷ñüíéá ôç ãñáììéêÞ öýóç ôùí áôïìéêþí öáóìÜôùí. ÂÝâáéá, áíáñùôÞèçêáí ãéáôß ôá öÜóìáôá ðáñïõóéÜæïõí áõôüí ôï ÷áñáêôÞñá êáé ãéáôß ïé ãñáììÝò ãéá êÜèå Üôïìï âñßóêïíôáé óå óõãêåêñéìÝíç èÝóç. Áðü ôüôå ðïõ âñÞêáí üôé ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ åß÷áí ôï ðéï áðëü ãñáììéêü öÜóìá áðü üëá ôá Üëëá, üëåò ïé ðñïóðÜèåéåò ãéá ôçí êáôáíüçóç ôùí áôïìéêþí öáóìÜôùí üðùò Þôáí öõóéêü åóôéÜóèçêáí óå áõôÞí ôçí éäéÜæïõóá ðåñßðôùóç.

11.7 Ôï öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ. Ôï ó÷Þìá 11-20 äåß÷íåé ìåñéêÝò ãñáììÝò ôïõ öÜóìáôïò åêðïìðÞò ôùí áôüìùí õäñïãüíïõ. Ìéá ïìÜäá ãñáììþí âñßóêåôáé óôçí ïñáôÞ ðåñéï÷Þ ôïõ öÜóìáôïò. Ïé Üëëåò ãñáììÝò åêôåßíïíôáé óå õøçëüôåñåò óõ÷íüôçôåò êáé âñßóêïíôáé óôçí õðåñéþäç ðåñéï÷Þ. Óôï ó÷Þìá 11-20 äßíïíôáé ïé

Yäñïãüíï, H

Ó×ÇÌÁ 11-19. Ôï ðñáãìáôéêü ãñáììéêü öÜóìá ðïõ äçìéïõñãåßôáé óôçí ïñáôÞ ðåñéï÷Þ áðü ôï õäñïãüíï.

274

Õðåñéþäçò ðåñéï÷Þ

43,6 58,8 65,9 69,7

ÅíÝñãåéá öùôïíßùí (kcal/mole)

4,567 6,165 6,905 7,307 14 x10

Óõ÷íüôçôá (cycles/sec)

2.465 235.2

2,922 278,8

3,081 294,0 3,149 301,1 3,196 304,9 15 x10

ÌÞêïò êýìáôïò (Á)

1216

1026

973 952 938

ÏñáôÞ ðåñéï÷Þ

6565 4863 4342 4103

èÝóåéò ôùí ãñáììþí åêöñáóìÝíåò óå ìÞêïò êýìáôïò, óå óõ÷íüôçôá, êáèþò êáé óå åíÝñãåéá ðïõ áíôéóôïé÷åß óå êÜèå ôéìÞ óõ÷íüôçôáò. Ïé åíÝñãåéåò åêöñÜæïíôáé óå ÷éëéïèåñìßäåò áíÜ mole áôüìùí, ãéáôß áõôÞ áðïôåëåß ìéá ðïëý óõíçèéóìÝíç ìïíÜäá åíÝñãåéáò óôç ÷çìåßá. ÁíáöÝñèçêå ðñïçãïõìÝíùò üôé, ãéá íá áíáãêáóèïýí íá åêðÝìøïõí öùò ôá Üôïìá, áðáéôïýíôáé ìÜëëïí ìåãÜëá ðïóÜ åíÝñãåéáò. Ïé óùëÞíåò åêêåíþóåùò áåñßïõ ðïõ åéêïíßæïíôáé óôï ó÷Þìá 9-9 ÷ñåéÜæïíôáé ôÜóç ðåñßðïõ 10.000 volts ãéá íá åêðÝìøïõí öùò. Ðþò åðéäñÜ ç åíÝñãåéá óôá Üôïìá, þóôå íá ôá áíáãêÜæåé íá áêôéíïâïëïýí; Ãéáôß ç öùôïâïëßá ðáñÜãåé ìüíï êÜðïéåò êáèïñéóìÝíåò óõ÷íüôçôåò öùôüò, üðùò äåß÷íïõí êáé ôá ãñáììéêÜ öÜóìáôá; ÐñïêåéìÝíïõ íá äïèïýí áðáíôÞóåéò óå áõôÜ ôá åñùôÞìáôá, ïé åðéóôÞìïíåò ðñïóðÜèçóáí íá âáóéóèïýí óå êÜðïéï ðñüôõðï. Óôçí ðñïóðÜèåéÜ ôïõò íá åîçãÞóïõí ôï öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ, åðéíüçóáí Ýíá ðñüôõðï êáé Ýêáíáí äýï èåìåëéþäåéò õðïèÝóåéò. Ç ìßá Þôáí üôé ôï çëåêôñüíéï åßíáé õðåýèõíï êáé ãéá ôçí áðïññüöçóç, áëëÜ êáé ãéá ôçí åêðïìðÞ åíÝñãåéáò áðü ôï Üôïìï. Ç äåýôåñç Þôáí üôé ôï çëåêôñüíéï Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá êáôÝ÷åé ìüíï ìåñéêÝò «åðéôñåðüìåíåò» óôÜèìåò åíÝñãåéáò ìÝóá óôï êÜèå Üôïìï. Ç äåýôåñç õðüèåóç ßóùò ìïéÜæåé ëßãï áõèáßñåôç, áëëÜ, üðùò èá äéáðéóôþóåôå, ëåéôïõñãåß éêáíïðïéçôéêÜ. Ï Niels Bohr, ðïõ Ýäùóå ôçí ðñþôç åñìçíåßá ãéá ôç öýóç ôïõ áôïìéêïý öÜóìáôïò ôïõ õäñïãüíïõ, óõíÞèéæå íá åðáíáëáìâÜíåé ìéá áóôåßá äéáðßóôùóç, áðüóðáóìá ôçò ïðïßáò áíáöÝñåôáé ðáñáêÜôù: «¼ëïé óõìöùíïýìå üôé ç èåùñßá åßíáé ðáñÜëïãç. Ôï æÞôçìá åðß ôïõ ïðïßïõ äéáöùíïýìå åßíáé áí åßíáé ôüóï ðáñÜëïãç, þóôå íá Ý÷åé êÜðïéá ðéèáíüôçôá íá áðïäåé÷èåß óùóôÞ». Ôé åßäïõò åíÝñãåéá Ý÷åé Ýíá çëåêôñüíéï ìÝóá óå Ýíá Üôïìï; ~Oðùò Ýäåéîå ï Rutherford, ôá áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíá çëåêôñüíéá Ýëêïíôáé áðü ôï èåôéêÜ öïñôéóìÝíï ðõñÞíá. Ï Rutherford, åíþ åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá ìáò äþóåé êáôÜ ðñïóÝããéóç ôïõò üãêïõò ðïõ êáôáëáìâÜíïõí ôá çëåêôñüíéá êáé ï ðõñÞíáò, äåí êáôÜöåñå íá ìáò ðåé ôé êÜíåé ìüíï ôïõ ôï çëåêôñüíéï. ÁíåîÜñôçôá üìùò ôïõ ôé êÜíåé, èá ðñÝðåé íá Ýëêåôáé áðü ôïí ðõñÞíá. Ç äýíáìç ôçò Ýëîåùò åîáñôÜôáé áðü ôï ìÝãåèïò ôïõ öïñôßïõ ôïõ ðõñÞíá êáé ôïõ çëåêôñïíßïõ, êáèþò êáé áðü ôï ôåôñÜãùíï ôçò áðïóôÜóåùò áíÜìåóÜ ôïõò. ÅðåéäÞ ïýôå ôï çëåêôñïíéêü ïýôå êáé ôï ðõñçíéêü öïñôßï ìåôáâÜëëïõí ôï ìÝãåèüò ôïõò, áõôü ðïõ èá ðñÝðåé

ï

Ó×ÇÌÁ 11-20. Ç äéÜôáîç ôùí ãñáììþí ôïõ õäñïãüíïõ óôçí ïñáôÞ êáé ôçí õðåñéþäç ðåñéï÷Þ. ÕðÜñ÷ïõí êáé Üëëåò ãñáììÝò, áëëÜ âñßóêïíôáé ðïëý êïíôÜ ç ìéá óôçí Üëëç, ãéá íá åßíáé äõíáôüí íá áðåéêïíéóèïýí.

íá ìåôáâÜëëåôáé, üôáí ìåôáâÜëëåôáé ç åíÝñãåéá ôùí çëåêôñïíßùí, åßíáé ç áðüóôáóç áíÜìåóá óôï çëåêôñüíéï êáé ôïí ðõñÞíá. ¸ôóé, ôï çëåêôñüíéï Ý÷åé äõíáìéêÞ åíÝñãåéá, ç ïðïßá åîáñôÜôáé áðü ôçí áðüóôáóÞ ôïõ áðü ôïí ðõñÞíá. Ôï çëåêôñüíéï èá ðñÝðåé åðßóçò íá Ý÷åé êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. ÄéáöïñåôéêÜ èá Ýðåöôå åðÜíù óôïí ðõñÞíá. ÊÜôé áíÜëïãï ðïõ èá ìðïñïýóáôå íá öáíôáóèåßôå åßíáé Ýíáò äïñõöüñïò, ðïõ ãõñßæåé ãýñù áðü ôç ãç. Áí äåí Ý÷åé êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, èá ðÝóåé áìÝóùò óôç ãç åîáéôßáò ôïõ ðåäßïõ âáñýôçôáò áõôÞò. Áí êáé áõôÞ ç áíáëïãßá ðñïûðïèÝôåé ìéá óõãêñßóéìç éóïññïðßá äýï äõíÜìåùí, ìéáò êéíçôéêÞò êáé ìéáò äõíáìéêÞò, ôï çëåêôñüíéï äåí èá ðñÝðåé íá èåùñçèåß üôé óôñÝöåôáé ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá, áêñéâþò üðùò ï äïñõöüñïò ãýñù áðü ôç ãç. ¼ðùò èá ìÜèåôå ðáñáêÜôù, óÞìåñá ðéóôåýïìå üôé åßíáé áäýíáôïí íá ðåñéãñÜøïìå ìå áêñßâåéá ôé êÜíåé Ýíá çëåêôñüíéï ìÝóá óå Ýíá Üôïìï. ¸ôóé, Ýíá ðñüôõðï áíÜëïãï ìå ôï äïñõöüñï äåí ôáéñéÜæåé, óôçí ðåñßðôùóç ôïõ çëåêôñïíßïõ, üóï êáé áí åßíáé åëêõóôéêÞ ìéá ôÝôïéá öáíôáóôéêÞ åéêüíá. Áðü üóá ãíùñßæïìå êáé Ý÷ïìå öáíôáóèåß ìÝ÷ñé ôþñá, ïé ìåôáâïëÝò ôçò åíÝñãåéáò ìÝóá óå Ýíá Üôïìï ïöåßëïíôáé óå ìåôáâïëÝò óôç èÝóç ôïõ çëåêôñïíßïõ, óå ó÷Ýóç ìå ôïí ðõñÞíá. Áõôü ðïõ ìáò ÷ñåéÜæåôáé ôþñá åßíáé íá êáôáóêåõÜóïìå Ýíá ðñüôõðï, ðïõ íá ôáéñéÜæåé ìå ôéò ðáñáðÜíù õðïèÝóåéò, êáé êÜôé ðïõ åßíáé ðéï óçìáíôéêü, íá óõìöùíåß ìå ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá. ¸ôóé, ðñïêåéìÝíïõ íá åðé÷åéñÞóïìå ôï åðüìåíï ìåãÜëï âÞìá, ìðïñïýìå íá ìåôá÷åéñéóèïýìå ìßá êëßìáêá (óêÜëá).

275

11.8 ~Eíá ðñüôõðï ãéá ôçí åñìçíåßá ôïõ öÜóìáôïò ôïõ õäñïãüíïõ. Ìéá êëßìáêá áðïôåëåß Ýíáí åéäéêü ôýðï óõóôÞìáôïò äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò. Ìðïñåßôå íá áõîÞóåôå ôç äõíáìéêÞ óáò åíÝñãåéá óå ó÷Ýóç ìå ôï ðÜôùìá áíåâáßíïíôáò óôçí êëßìáêá, áêñéâþò üðùò ìðïñåßôå íá ôçí áõîÞóåôå óå ó÷Ýóç ìå ôï åðßðåäï ôçò èÜëáóóáò, áí áíåâåßôå óå Ýíá ëüöï Þ óå Ýíá âñÜ÷ï. Ç êëßìáêá üìùò óáò åðéôñÝðåé íá ðÜñåôå ìüíï ìåñéêÜ êáèïñéóìÝíá ýøç ó÷åôéêÜ ìå ôï ðÜôùìá. Äåí Ý÷åôå ôç äõíáôüôçôá íá óôáìáôÞóåôå êáé íá îåêïõñáóèåßôå áíÜìåóá óôá óêáëïðÜôéá. ¸ôóé ìüíï ìåñéêÝò óõãêåêñéìÝíåò äõíáìéêÝò åíÝñãåéåò åßíáé «åðéôñåðôÝò» ãéá óáò. Ôï ðáñÜäåéãìá ìå ôçí êëßìáêá ßóùò óáò âïçèÞóåé íá öáíôáóèåßôå ôéò äõíáìéêÝò åíÝñãåéåò, ðïõ åßíáé åðéôñåðôÝò ãéá Ýíá çëåêôñüíéï åíüò áôüìïõ. Ðïéï ìáêñïóêïðéêü áíôéêåßìåíï èá ìáò Þôáí ÷ñÞóéìï, ãéá íá ðáñáóôÞóïìå ôï çëåêôñüíéï; ¼ðùò åßäáôå, ôá çëåêôñüíéá ìÝóá óôïõò óùëÞíåò åêêåíþóåùò áåñßùí óõìðåñéöÝñïíôáí óáí ìéêñÜ óùìáôßäéá. Ôï áðëïýóôåñï ó÷Þìá ðïõ èá ìðïñïýóáìå íá öáíôáóèïýìå ãé' áõôÜ ôá ìéêñÜ óùìáôßäéá åßíáé ôï óöáéñéêü. Áí èÝëåôå ïé ìéêñÝò áõôÝò óöáßñåò íá ðáñïìïéáóèïýí ìå óõíçèéóìÝíá áíôéêåßìåíá ôçò êáèçìåñéíÞò óáò æùÞò, áò ôéò öáíôáóèåßôå óáí ìðáëÜêéá áíôéóöáéñßóåùò (ôÝíéò). ¸íáò éäéáßôåñïò ôýðïò êëßìáêáò êáé Ýíá ìðáëÜêé áíôéóöáéñßóåùò åßíáé ôá ìáêñïóêïðéêÜ áíôéêåßìåíá, ðïõ èá óáò âïçèÞóïõí íá êáôáíïÞóåôå ôéò áôïìéêÝò åêåßíåò äéáäéêáóßåò ïé ïðïßåò ôåëéêÜ ïäçãïýí óôï öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ. Åßíáé ðïëý äýóêïëï íá åðéíïÞóåôå Ýíá ðñüôõðï

áðïôåëïýìåíï áðü ìáêñïóêïðéêÜ áíôéêåßìåíá êáèçìåñéíÞò ÷ñÞóåùò, ôá ïðïßá íá ìïéÜæïõí ðïëý ìå áõôÜ ôá ìéêñïóêïðéêÜ áíôéêåßìåíá ðïõ ïíïìÜæïíôáé Üôïìá. Áêüìç, ç áíáëïãßá ðïõ èá áíáöåñèåß ðáñáêÜôù, äßíåé ìå óáöÞíåéá ìåñéêÜ êñßóéìá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôïõ åßäïõò ôùí åíåñãåéþí ðïõ õðÜñ÷ïõí ìÝóá óå Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ. Öáíôáóèåßôå ìßá êëßìáêá, ôçò ïðïßáò ï ó÷åäéáóìüò åßíáé áíïñèüäïîïò (ó÷. 11-21). Ôï ðéï ðáñÜîåíï ÷áñáêôçñéóôéêü ôçò êëßìáêáò áõôÞò åßíáé üôé ôï äéÜóôçìá áíÜìåóá óôá óêáëïðÜôéá äåí åßíáé óôáèåñü, üðùò óõìâáßíåé óôéò óõíçèéóìÝíåò êëßìáêåò. Áíôßèåôá, åëáôôþíåôáé óõíå÷þò, êáèþò ç êëßìáêá áíåâáßíåé. ¸íá äåýôåñï ÷áñáêôçñéóôéêü áõôÞò åßíáé üôé êÜèå óêáëïðÜôé Ý÷åé ìéá åëÜ÷éóôç êëßóç ðñïò ôá åìðñüò, êáôÜ ôñüðï ðïõ Ýíá óôñïããõëü áíôéêåßìåíï üðùò Ýíá ìðáëÜêé áíôéóöáéñßóåùò, äåí èá Þôáí äõíáôüí íá ðáñáìåßíåé ãéá ðïëý ÷ñüíï åðÜíù óå Ýíá óêáëïðÜôé. Áíôßèåôá, èá Ýðåöôå ãñÞãïñá óå Ýíá áðü ôá ÷áìçëüôåñá óêáëïðÜôéá. Åêåß, üðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò, äåí èá ðáñÝìåíå ãéá ðïëý. Åßíáé öáíåñü üôé óå ïðïéïäÞðïôå õøçëüôåñï óêáëïðÜôé êáé áí âñéóêüôáí ôïðïèåôçìÝíï, èá áêïëïõèïýóå ôçí ðïñåßá ðïõ èá ôï ïäçãïýóå êÜôù, ðñïò ôï Ýäáöïò. Êáèþò èá Ýðåöôå ðñïò ôá êÜôù, ßóùò óôáìáôïýóå ðñïóùñéíÜ óå Ýíá Þ êáé óå ðåñéóóüôåñá åíäéÜìåóá óêáëïðÜôéá. ¸íá ôåëåõôáßï ÷áñáêôçñéóôéêü áõôÞò ôçò éäéüìïñöçò êëßìáêáò åßíáé üôé èá õøùíüôáí áðåñéüñéóôá ìå Ýíá áôÝëåéùôï áñéèìü áðü óêáëïðÜôéá, ôá ïðïßá èá åîáêïëïõèïýóáí íá ðëçóéÜæïõí üëï êáé ðéï êïíôÜ ìåôáîý ôïõò. 6 5

-301,1cm

4

3 2

294,0cm 278,8cm 235,2cm

1

¾øïò, cm

Âáóéêü åðßðåäï

0,0 Ó×ÇÌÁ 11-21. Ôï ðñüôõðï ðïõ åðéíïÞóáìå ãéá ôá åðßðåäá åíÝñãåéáò ôïõ çëåêôñïíßïõ, äåí åßíáé ôßðïôå Üëëï áðü ôá óêáëïðÜôéá ìéáò öáíôáóôéêÞò êëßìáêáò, ôï ýøïò ôùí ïðïßùí ìåéþíåôáé äéáäï÷éêÜ. Ïé áðïóôÜóåéò (óå cm) áíÜìåóá óôá óêáëïðÜôéá åßíáé áñéèìçôéêÜ ßóåò ìå ôéò åíÝñãåéåò ôùí ãñáììþí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôï õðåñéþäåò öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ.

276

Ôá äéÜöïñá óêáëïðÜôéá ôçò êëßìáêáò áíôéðñïóùðåýïõí ôá ýøç Þ ôá åðßðåäá åêåßíá åðÜíù óôá ïðïßá åßíáé äõíáôüí íá ðáñáìåßíåé ôï ìðáëÜêé áíôéóöáéñßóåùò ãéá êÜðïéï óýíôïìï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá. Ç ìüíç èÝóç, óôçí ïðïßá ìðïñåß íá ðáñáìåßíåé áðåñéüñéóôá ôï ìðáëÜêé åßíáé ôï Ýäáöïò. Áí ðåôÜîïìå ôï ìðáëÜêé øçëÜ, èá ðñïóãåéùèåß åðÜíù óå êÜðïéï áðü ôá øçëÜ óêáëïðÜôéá, êáé ãéá ëßãç þñá, èá âñßóêåôáé óå Ýíá åðßðåäï áðüëõôá êáèïñéóìÝíï. ¼ìùò, óýíôïìá èá êáôñáêõëÞóåé ðñïò Ýíá ÷áìçëüôåñï. Áí ðñïóðÝóåé ðÜíù óå Ýíá êáôáêüñõöï ôìÞìá ôçò êëßìáêáò ìå áñêåôÞ äýíáìç, èá áíáðçäÞóåé ôüóï áðüôïìá, þóôå èá åêöåíäïíéóèåß ðÜíù áðü üëá ôá åíäéÜìåóá óêáëïðÜôéá êáé èá ðÝóåé êáô' åõèåßáí óôï Ýäáöïò. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç ÷Üíåé üëï ôï ýøïò ôïõ ìå ìéá ìïíáäéêÞ ðôþóç. Ç áðüóôáóç ôçò ðôþóåùò åîáñôÜôáé áðü ôï ýøïò ôïõ óêáëïðáôéïý, óôï ïðïßï åß÷å áñ÷éêÜ ðÝóåé. Áò õðïèÝóïìå üôé ôï ìðáëÜêé ðåôÜãåôáé ðïëëÝò öïñÝò êáôÜ Ýíáí ôåëåßùò ôõ÷áßï ôñüðï, þóôå íá ðñïóãåéþíåôáé åðáíåéëçììÝíá óôï êáèÝíá áðü ôá õøçëüôåñá óêáëïðÜôéá. ÊÜèå öïñÜ ôï ìðáëÜêé ðÝöôåé êÜôù áìÝóùò. ÊÜðïéá öïñÜ ðÝöôåé áðü ôï óêáëïðÜôé óôï ïðïßï âñßóêåôáé êáôåõèåßáí êÜôù óôï Ýäáöïò. ¢ëëåò öïñÝò óôáìáôÜ ãéá ëßãï åðÜíù óå Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá åíäéÜìåóá óêáëïðÜôéá. ÊÜèå ðôþóç, áíåîÜñôçôá áðü ôï ðïéá åßíáé ç ðïñåßá ðïõ áêïëïõèåßôáé, îåêéíÜ áðü Ýíá óõãêåêñéìÝíï êáé êáëÜ êáèïñéóìÝíï ýøïò êáé êáôáëÞãåé óôï Ýäáöïò. Åßäáôå üôé óå Ýíá ìðáëÜêé áíôéóöáéñßóåùò ðïõ âñßóêåôáé åðÜíù óå ìéá êëßìáêá åðéôñÝðïíôáé ìüíï ïñéóìÝíåò ìåôáâïëÝò èÝóåùò, áõôÝò ðïõ ïäçãïýí áðü ôá õøçëüôåñá åðßðåäá óôï Ýäáöïò. Ôï ìðáëÜêé Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ðÝóåé áðü ôï äåýôåñï óêáëïðÜôé óôï Ýäáöïò Þ áðü ôï ôñßôï óêáëïðÜôé ðÜëé óôï Ýäáöïò êáé ïýôù êáèåîÞò. ÊÜèå ðôþóç ôï ïäçãåß áðü ìéá ìåãáëýôåñç óå ìéá ìéêñüôåñç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá. Ãéá ôï ìðáëÜêé ëïéðüí õðÜñ÷åé ìüíï ðåñéïñéóìÝíïò áñéèìüò äõíáôþí åíåñãåéáêþí ìåôáâïëþí. Êáô' áíáëïãßá, êáé ïé ãñáììÝò ôïõ öÜóìáôïò ôïõ õäñïãüíïõ ðáñéóôÜíïõí ìüíï êÜðïéåò óõ÷íüôçôåò. ÊáèåìéÜ áðü áõôÝò ôéò óõ÷íüôçôåò áíôéóôïé÷åß óå ìéá êáèïñéóìåíÞ åíÝñãåéá, ðñïöáíþò óôçí åíÝñãåéá ðïõ ÷Üíåôáé üôáí Ýíá çëåêôñüíéï ìåôáðßðôåé áðü ìéá õøçëüôåñç óå ìéá ÷áìçëüôåñç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá ìÝóá óôï Üôïìï. Ôï ðñüôõðï ôçò êëßìáêáò óõìöùíåß, ôïõëÜ÷éóôïí ðïéïôéêÜ, ìå ôéò ìéêñïóêïðéêÝò

äéáäéêáóßåò ðïõ åß÷áìå âÜëåé ùò óôü÷ï íá êáôáíïÞóïìå. ¸÷åé ôç äõíáôüôçôá üìùò íá ãßíåé êáé ðïóïôéêü; Áò õðïèÝóïìå üôé ç áðüóôáóç áíÜìåóá óå êÜèå óêáëïðÜôé êáé ôï Ýäáöïò åîéóþíåôáé áñéèìçôéêÜ ìå ìéá åíÝñãåéá ôïõ öÜóìáôïò ôïõ õäñïãüíïõ. Èá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ïé åíÝñãåéåò ðïõ ðáñéóôÜíïíôáé áðü ôéò ãñáììÝò ôçò õðåñéþäïõò ðåñéï÷Þò, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 1120. Ïé áðïóôÜóåéò èá åêöñáóèïýí óå åêáôïóôüìåôñá, åðåéäÞ áõôÞ åßíáé ìéá ãíùóôÞ ìïíÜäá ìÞêïõò (ó÷. 11-21). Ôþñá, ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðñïôýðïõ ôçò êëßìáêáò, áò äïýìå ôéò äõíáìéêÝò åíåñãåéáêÝò ìåôáâïëÝò. Óôï ó÷Þìá 11-22á öáßíïíôáé ìåñéêÝò áðü áõôÝò ôéò ìåôáðôþóåéò. Ïé áñéèìçôéêÝò ôéìÝò ôçò êáèåìéÜò Ý÷ïõí ó÷åäéáóèåß óå ìéá ïñéæüíôéá êëßìáêá óôï ó÷Þìá 11-22â. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôï ó÷Þìá 11-22â íá Ý÷åé ôçí ßäéá åìöÜíéóç ìå Ýíá ìÝñïò ôïõ öÜóìáôïò ôïõ õäñïãüíïõ. Ç áëëçëïõ÷ßá ôùí ãñáììþí åßíáé áíÜëïãç ìå áõôÞí ðïõ õðÜñ÷åé óôçí õðåñéþäç ðåñéï÷Þ ôïõ öÜóìáôïò õäñïãüíïõ. Óå áõôÞí ôçí ðåñéï÷Þ ôïõ öÜóìáôïò ïé ãñáììÝò Ý÷ïõí ôéò õøçëüôåñåò óõ÷íüôçôåò, áðü üëåò ôéò Üëëåò êáé ãé' áõôü Ý÷ïõí êáé ôéò õøçëüôåñåò åíÝñãåéåò. Ç áíáëïãßá áõôÞ äåí åßíáé êÜôé ðïõ ìáò åêðëÞóóåé. Ôá ýøç ôùí óêáëïðáôéþí åðåëÝãçóáí åóêåììÝíá þóôå íá áíôéóôïé÷ïýí óôéò ãñáììÝò ôïõ öÜóìáôïò. Ç áîßá ôïõ ðñïôýðïõ èá åîáñôçèåß áðü ôï áí ôþñá ìðïñïýìå íá ïäçãçèïýìå áðü áõôü óå êÜðïéá ðëçñïöïñßá ðïõ äåí ôçí åß÷áìå èåùñÞóåé äåäïìÝíç, üôáí ôï äçìéïõñãÞóáìå. ¸ôóé, ãé' áõôÞí ôçí éäéáßôåñç ðåñßðôùóç, åßíáé äõíáôüí ôï ðñüôõðï íá äéêáéïëïãÞóåé ôçí ýðáñîç ôùí åðïìÝíùí ïìÜäùí ãñáììþí, üðùò åßíáé áõôÝò ôçò ïñáôÞò ðåñéï÷Þò ôïõ öÜóìáôïò; Åßíáé äõíáôüí íá ôï ÷ñçóéìïðïéÞóïìå, ãéá íá ðñïâëÝøïìå ôéò óõ÷íüôçôÝò ôïõò; Ãéá íá áðáíôÞóïìå óå áõôÜ ôá åñùôÞìáôá, áò äïýìå ôï ÷ñüíï ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ôï ìðáëÜêé ãéá íá ðÝóåé áðü ôï óêáëïðÜôé óôï ïðïßï âñßóêåôáé áñ÷éêÜ, óôï óêáëïðÜôé 2, áíôß íá êÜíåé ïëüêëçñç ôç äéáäñïìÞ ìÝ÷ñé ôï óêáëïðÜôé 1 (Ýäáöïò). Ïé äõíáôÝò áðïóôÜóåéò ëïéðüí ðïõ èá äéáíýóåé, üôáí ðÝöôåé, èá åßíáé áõôÝò ðïõ öáßíïíôáé óôï ó÷Þìá 11-23á. Áí ó÷åäéÜóïìå áõôÝò ôéò áðïóôÜóåéò åðÜíù óå ìéá ïñéæüíôéá êëßìáêá, èá ðñïêýøåé ìéá óåéñÜ ãñáììþí áíÜëïãç ìå ôéò ãñáììÝò ðïõ äßíåé ôï öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ óôçí ïñáôÞ ðåñéï÷Þ (ó÷. 11-23â). ÅðéðëÝïí, óôçí êÜèå ðåñßðôùóç, ïé ó÷åôéêÝò èÝóåéò ôùí ãñáììþí åßíáé êáé ðïóïôéêÜ ßäéåò. Åßíáé ðñïöáíÝò üôé ç ãñáììÞ ôçò ÷áìçëüôåñçò

277

Ó×ÇÌÁ 11-22. ¼ðùò öáßíåôáé åðÜíù (á), ôá äéáäï÷éêÜ óêáëïðÜôéá óôï ðñüôõðï êëßìáêáò âñßóêïíôáé óå äéáöïñåôéêÝò áðïóôÜóåéò áðü ôï Ýäáöïò. ¸íá ïñéæüíôéï äéÜãñáììá áõôþí ôùí áðïóôÜóåùí (â) ìïéÜæåé ðÜñá ðïëý óáí Ýíá ìÝñïò ôïõ öÜóìáôïò ôïõ õäñïãüíïõ.

åíÝñãåéáò óôçí ïñáôÞ ïìÜäá áíôéóôïé÷åß óôçí áðüóôáóç ôçò ðôþóåùò áðü ôï óêáëïðÜôé 3 óôï óêáëïðÜôé 2. Ç ìåôáâïëÞ ôçò åíÝñãåéáò õðïëïãßæåôáé áðü ôç äéáöïñÜ ýøïõò ôùí óêáëïðáôéþí ìå ôïí åîÞò ôñüðï: 278,8 - 235,2 = 43,6

ÊáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï, åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèïýí êáé üëåò ïé Üëëåò ãñáììÝò áõôþí ôùí ïìÜäùí, üðùò äåß÷íåé êáé ï ðßíáêáò 11.1. Ìå ëßãç óêÝøç êáôáëáâáßíïìå üôé ôï ðñüôõðï ðñïâëÝðåé êáé ðïëëÝò Üëëåò óõãêåíôñùìÝíåò ïìÜäåò ãñáììþí. Ïé ïìÜäåò ðïõ áêïëïõèïýí

Ó×ÇÌÁ 11-23. ÅðÜíù (á), öáßíïíôáé ïé áðïóôÜóåéò, ôéò ïðïßåò èá äéáíýóåé ôï ìðáëÜêé áí ðÝóåé ìÝ÷ñé ôï óêáëïðÜôé 2 êáé ü÷é ìÝ÷ñé ôï Ýäáöïò. ¼ôáí óçìåéùèïýí áõôÝò ïé áðïóôÜóåéò åðÜíù óå Ýíáí ïñéæüíôéï Üîïíá (â), åìöáíßæïõí ðÜñá ðïëëÝò ïìïéüôçôåò ìå ìéá Üëëç ðåñéï÷Þ ôïõ öÜóìáôïò ôïõ õäñïãüíïõ.

278 ÐÉÍÁÊÁÓ 11.1. ÌåôáâïëÝò åíÝñãåéáò ðïõ õðïëïãßóèçêáí.

350 313,6 kcal 300

ÌåôáâïëÞ åíÝñãåéáò (kcal)

óêáëïðáôéïý

Áðü õðïëïãéóìü

Áðü ðáñáôÞñçóç

#3Õ#2

278,8‐235,2 = 43,6

43,6

#4Õ#2

294,0‐235,2 = 58,8

58,8

#5Õ#2

301,1‐235,2 = 65,9

66,0

#6Õ#3

304,9‐235,2 = 69,7

69,8

278,8 ÅíÝñãåéá, kcal

ÌåôáâïëÞ

304,9 294,0 301,1

250 235,2 200 150 100 50

áðïôåëïýíôáé áðü ôéò ìåôáâïëÝò ðïõ ðñïêýðôïõí, üôáí ðÝöôåé ôï ìðáëÜêé áðü äéÜöïñá õøçëüôåñá óêáëïðÜôéá, üðùò ôï 4ï, ôï 5ï, ôï 6ï êáé ëïéðÜ, êÜôù óôï 3ï. ¢ëëåò ðéèáíÝò ïìÜäåò áöïñïýí ðôþóåéò áðü õøçëüôåñá óêáëïðÜôéá óôï 4ï, êáé ïýôù êáèåîÞò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, áõôÝò ïé ïìÜäåò åßíáé äõíáôüí íá ðáñáôçñçèïýí ìå ìéá öáóìáôïãñáöéêÞ óõóêåõÞ, ðïõ Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá åêôåëåß ìåôñÞóåéò óôçí õðÝñõèñç ðåñéï÷Þ ôïõ öÜóìáôïò. Ïé èÝóåéò ôùí ãñáììþí åßíáé áêñéâþò áõôÝò ðïõ åß÷áìå ðñïâëÝøåé ìå ôï ðñüôõðï ôçò êëßìáêáò êáé áðïäåéêíýïõí ôçí éêáíüôçôá ôïõ ðñïôýðïõ íá ðñïâëÝøåé ôéò éäéüôçôåò ðïõ ðáñáôçñïýíôáé óôï åñãáóôÞñéï.

11.9 ÓôÜèìåò åíÝñãåéáò ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ. Ôï ðñüôõðï ôçò êëßìáêáò êáëýðôåé åðáñêþò ôá ðáñáêÜôù ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôïõ öÜóìáôïò êáé ôùí åíåñãåéáêþí êáôáóôÜóåùí ôùí áôüìùí ôïõ õäñïãüíïõ: 1. Äåß÷íåé üôé ôï çëåêôñüíéï Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá áíõøùèåß áðü ôçí êáôþôáôç óôÜèìç ðïõ åßíáé ç ðéï óôáèåñÞ (áíôßóôïé÷ç ôçò óôÜèìçò åäÜöïõò ðñïêåéìÝíïõ ãéá ôï ðáñÜäåéãìá ìå ôï ìðáëÜêé), ìüíï óå ìåñéêÝò Üëëåò óõãêåêñéìÝíåò óôÜèìåò, ðïõ áíôéóôïé÷ïýí ðñïò ôá óêáëïðÜôéá 2,3,4 êëð. êáé ïé ïðïßåò âñßóêïíôáé åðÜíù áðü ôç âáóéêÞ óôÜèìç. 2. Äåß÷íåé üôé ôï çëåêôñüíéï äåí ìðïñåß íá ðáñáìåßíåé óå êáìéÜ áðü áõôÝò ôçò õøçëÝò óôÜèìåò ãéá ðïëý, áëëÜ ðñÝðåé íá îáíáðÝóåé óå êÜðïéá áðü ôéò ÷áìçëüôåñåò êáé ôåëéêÜ óôç âáóéêÞ. 3. Äåß÷íåé üôé ç äéáäéêáóßá ôçò ðôþóåùò ãßíåôáé ìüíï áíÜìåóá óôá óêáëïðÜôéá, äçëáäÞ áðü Ýíá õøçëüôåñï óå Ýíá ÷áìçëüôåñï êáé ðïôÝ

0

1

2

3 4 5 6 Áñéèìüò óêáëïðáôéïý

7

(á)

Ó×ÇÌÁ 11-24á. Áðåéêüíéóç ôçò ó÷Ýóåùò áíÜìåóá óôéò åíÝñãåéåò ôùí ãñáììþí ôïõ öÜóìáôïò õäñïãüíïõ êáé ôïõ áñéèìïý ôùí óêáëïðáôéþí. Ôï óêáëïðÜôé 1 (âáóéêü) éóïäõíáìåß ìå ôç ìçäåíéêÞ óôÜèìç åíÝñãåéáò.

áðü Þ ðñïò óçìåßá áíÜìåóá óôá óêáëïðÜôéá. Ïé áðïóôÜóåéò ðïõ äéáíýïíôáé êáôÜ ôçí ðôþóç óôçí êëßìáêá, áíôéóôïé÷ïýí óôéò ðïóüôçôåò åíÝñãåéáò ðïõ åêðÝìðïíôáé áðü ôï Üôïìï, ìå ôç ìïñöÞ ôïõ öùôüò, üôáí Ýíá çëåêôñüíéï îáíáðÝöôåé óôç ÷áìçëüôåñç óôÜèìç. 4. Ôï ðñüôõðï äåß÷íåé áêñéâþò ðïéåò ïìÜäåò ãñáììþí åêðïìðÞò åßíáé äõíáôÝò óôï öÜóìá êáé ôçí ðïóïôéêÞ ó÷Ýóç ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóÜ ôïõò. Ïé åðéóôÞìïíåò Ýâãáëáí ôï óõìðÝñáóìá üôé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ç êëßìáêá ôùí åíåñãåéþí ôùí áôüìùí õäñïãüíïõ åßíáé áíÜëïãç ìå ôï ðñüôõðï ôçò êëßìáêáò ìå ôá óêáëïðÜôéá ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáìå óôï ðáñÜäåéãìá. ÁðëÜ, ÷ñçóéìïðïßçóáí åðéóôçìïíéêïýò üñïõò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ïíüìáóáí ôá óêáëïðÜôéá, óôÜèìåò åíÝñãåéáò. Ðáñá-êÜôù èá áíôéêáôáóôÞóïìå ôï ðáñÜäåéãìá ìå ôá óêáëïðÜôéá ìå Ýíáí ðéï óõìâáôéêü ôñüðï áðåéêïíßóåùò, ðïõ ÷áñáêôçñßæåôáé ùò äéÜãñáììá ìå óôÜèìåò åíÝñãåéáò. Óôï ó÷Þìá 11-24á äßíåôáé ç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç ôùí åíåñãåéþí ôùí ãñáììþí ôçò õðåñéþäïõò ðåñéï÷Þò ôïõ öÜóìáôïò (ßóåò ìå ôéò áðïóôÜóåéò ðôþóåùò åðÜíù óôçí êëßìáêá óå åêáôïóôÜ), óå ó÷Ýóç ìå ôá ýøç ôùí óêáëïðáôéþí. Åíþíïíôáò ôá óçìåßá áõôÜ ðñïêýðôåé ìéá ïìáëÞ êáìðýëç. ÊïéôÜîôå ðñþôá ôçí êáôáêüñõöç êëßìáêá, üðùò åìöáíßæåôáé óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ

279

0 _34,8

ÅíÝñãåéá, kcal

_50

_19,6

_12,5

_78,4

_100 _150 _200 _250 _300 _350

_

1

2

313,6 kcal 3 4 5 6 Áñéèìüò óêáëïðáôéïý

7

(â)

Ó×ÇÌÁ 11-24â. Ç êëßìáêá óôïí êáôáêüñõöï Üîïíá åßíáé âáèìïëïãçìÝíç äéáöïñåôéêÜ áð' áõôÞí ôïõ ó÷Þìáôïò 11‐24á. Åäþ, ç óôÜèìç ôçò ìÝãéóôçò åíÝñãåéáò åßíáé ìçäÝí êáé ïé ëïéðÝò ôéìÝò åíÝñãåéáò åêöñÜæïíôáé ìå áñíçôéêïýò áñéèìïýò.

ôïõ ó÷åäéáãñÜììáôïò. ¸÷åé êáíïíéêÞ äéÜôáîç, ìå ôï ìçäÝí óôï êÜôù ìÝñïò. Óôç âáèìßäá 1 Ý÷åé óçìåéùèåß ç ìçäåíéêÞ åíÝñãåéá, óôç âáèìßäá 2 ç åíÝñãåéá ôùí 235,2 kcal, êáé ïýôù êáèåîÞò. ÁõôÜ áíôéóôïé÷ïýí áêñéâþò óôï ó÷Þìá 11-22á. Ç êáìðýëç ðïõ äéÝñ÷åôáé áðü áõôÜ ôá óçìåßá Ý÷åé ìéá óõãêåêñéìÝíç êáé óçìáíôéêÞ éäéüôçôá. Óôçí áñ÷Þ áíõøþíåôáé áðüôïìá, áëëÜ ìåôÜ ïñéæïíôéþíåôáé âáèìéáßá. ¼óï áõîÜíåôáé ï áñéèìüò ôùí âáèìßäùí, ç êáìðýëç ãßíåôáé üëï êáé ðéï ïñéæüíôéá*. Åßíáé äõíáôüí íá áðïäåé÷èåß üôé áêüìç êáé ãéá ðïëý ìåãÜëïõò áñéèìïýò âáèìßäùí, äåí èá îåðåñÜóåé ôçí ôéìÞ ôùí 313,6 kcal. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ãéá ìéá âáèìßäá ðïõ áíôéóôïé÷åß óôï ì (Üðåéñï), èá ðÜñåé áêñéâþò áõôÞí ôçí ôéìÞ ôùí 313,6 kcal. Óå áõôÞí ôçí éäéáßôåñç ôéìÞ åíÝñãåéáò ç êáìðýëç ãßíåôáé åíôåëþò ïñéæüíôéá. Åßíáé äõíáôüí ãéá ôï ßäéï ó÷åäéÜãñáììá íá ÷ñçóéìïðïéçèåß Ýíáò äéáöïñåôéêüò êáôáêüñõöïò Üîïíáò, óôïí ïðïßï ôï ìçäÝí íá ðáñéóôÜíåé ôç ìÝãéóôç äõíáôÞ ôéìÞ åíÝñãåéáò êáé ìå ôç âïÞèåéá áñíçôéêþí áñéèìþí íá óõíå÷éóôåß ï Üîïíáò ðñïò ôá êÜôù. Óôï ó÷Þìá 11-24â öáßíåôáé Ýíá äéÜãñáììá ìå Ýíáí ôÝôïéï êáôáêüñõöï Üîïíá. Óå áõôü, ç âáèìßäá 1 âñßóêåôáé óå ìéá óôÜèìç åíÝñãåéáò -313,6 kcal. Áõôüò ï ôñüðïò

äéáôÜîåùò ôïõ êáôáêüñõöïõ Üîïíá ßóùò íá öáßíåôáé áõèáßñåôïò. Óýíôïìá üìùò èá äéáðéóôþóåôå üôé Ýôóé åßíáé äõíáôüí íá äïèåß ç êáëýôåñç áðåéêüíéóç ãéá ôç äéÜôáîç ôùí âáèìßäùí. Ïé åðéóôÞìïíåò ðáñáäÝ÷ïíôáé ôþñá üôé áõôïý ôïõ åßäïõò ç áðåéêüíéóç áðïôåëåß ìÝñïò ôçò èåìåëéþäïõò èåùñßáò ôçò óõìðåñéöïñÜò ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí. Ôï ó÷Þìá 11-25 äåß÷íåé Ýíá êáôáêüñõöï ó÷åäéÜãñáììá ìå ôéò åíåñãåéáêÝò óôÜèìåò ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ, üðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå ç ìÝèïäïò áðåéêïíßóåùò ôùí ôéìþí ôçò åíÝñãåéáò, ðïõ ìüëéò ðåñéãñÜøáìå. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ïé äéáöïñÝò áíÜìåóá óôéò ðïéêßëåò óôÜèìåò åíÝñãåéáò, åßíáé áêñéâþò ïé ßäéåò, Ýóôù êáé áí ïé åíÝñãåéåò ðïõ áíôéóôïé÷ïýí óå áõôÝò åßíáé äéáöïñåôéêÝò**. ¸ôóé, ï Üîïíáò åêåßíïò, óôïí ïðïßï ôï ìçäÝí éóïäõíáìåß ìå ôç ìÝãéóôç åíÝñãåéá, åßíáé áðüëõôá ÷ñÞóéìïò ãéá ôçí áðåéêüíéóç ôùí ðåéñáìáôéêþí äåäïìÝíùí, Ýóôù êáé áí äåí åßíáé êÜôé, ðïõ èá ôï óêåöôüôáí êÜðïéïò áðü ôçí ðñþôç óôéãìÞ. Óôï ó÷Þìá 1125, ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ïé áñéèìïß, ïé ïðïßïé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá áíôéóôïé÷ïýóáí óôá óêáëïðÜôéá, ðñïêåéìÝíïõ íá ðñïóäéïñéóèïýí ïé óôÜèìåò åíÝñãåéáò. Ç êáôþôåñç óôÜèìç áíôéóôïé÷åß óôïí áñéèìü 1 êáé ïé Üëëïé áñéèìïß áêïëïõèïýí êáôÜ óåéñÜ áõîáíüìåíçò åíÝñãåéáò (2, 3, 4 êëð), åíþ õðÜñ÷åé Ýíá ðéèáíü áíþôáôï üñéï óôï ì, üðïõ ç åíÝñãåéá ìçäåíßæåôáé. Ãéá ðïëý êáéñü áö' üôïõ êáèéåñþèçêå áõôü ôï äéÜãñáììá ãéá ôéò óôÜèìåò åíÝñãåéáò ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ, ïé åðéóôÞìïíåò åîáêïëïõèïýóáí íá ðñïâëçìáôßæïíôáé ãéá ôçí óðïõäáéüôçôÜ ôïõ. ÔåëéêÜ, óôá ôÝëç ôçò äåêáåôßáò ôïõ 1920, áíáðôý÷èçêå ìéá ìáèçìáôéêÞ èåùñßá, ç ïðïßá åîçãïýóå ôá ãåãïíüôá. Ç èåùñßá áõôÞ ðïõ ïíïìÜóèçêå êâáíôïìç÷áíéêÞ, èá ìåëåôçèåß óôï åðüìåíï êåöÜëáéï.

11.10 Ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. Ïé åíäåßîåéò ðïõ ðáñÝ÷ïíôáé áðü ôá ãñáììéêÜ öÜóìáôá ðáñáêßíçóáí ôïõò åðéóôÞìïíåò íá áíáæçôÞóïõí ìéá åîÞãçóç ãéá ôç óõìðåñéöïñÜ ôïõ çëåêôñïíßïõ ìÝóá óôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. Ç ðñþôç åñìçíåßá ðïõ äüèçêå ìå åðéôõ÷ßá ôï 1913 Þôáí áõôÞ ôïõ ìåãÜëïõ Äáíïý öõóéêïý, ôïõ Niels Bohr.

* Ó.ô.Ì. ×áñáêôçñßæåôáé ùò áóõìðôùôéêÞ. ** Ó.ô.Ì. Åßíáé äéáöïñåôéêÝò, ãéáôß åßíáé äéáöïñåôéêüò ï ôñüðïò áðåéêïíßóåùò.

280

0 300

n 

0

301,1 294,0

_12,5 _19,6

5 4

278,8

_34,8

3

235,2

_78,4

2 _100

ÅíÝñãåéá âáóéóìÝíç óôï óêáëïðÜôé #1=0

ÅíÝñãåéá âáóéóìÝíç óôï óêáëïðÜôé #  

200

_200 100

_300 0

0

_313,6

1

Ó×ÇÌÁ 11-25. Ôá äåäïìÝíá ôùí ó÷çìÜôùí 11‐24 (á êáé â) êáôáãñÜöïíôáé óå Ýíá êáôáêüñõöï äéÜãñáììá åíåñãåéáêþí åðéðÝäùí. Ôá åíåñãåéáêÜ åðßðåäá (üðùò êáé ôá óêáëïðÜôéá) åßíáé áñéèìçìÝíá áðü ôï Ýíá ùò ôï Üðåéñï. Ç êëßìáêá, áñéóôåñÜ, Ý÷åé ùò åíåñãåéáêü åðßðåäï ìçäÝí ôï Ýíá. Ç êëßìáêá, äåîéÜ, Ý÷åé ùò ìçäåíéêü åíåñãåéáêü åðßðåäï ôï Üðåéñï, êáé êáô' áíáëïãßá üëåò ïé Üëëåò åíÝñãåéåò åðÜíù óôçí êëßìáêá åêöñÜæïíôáé ùò áñíçôéêÝò ðïóüôçôåò.

To ëåðôïìåñåéáêü ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ ðïõ ðñüôåéíå ï Bohr åãêáôáëåßöèçêå áñãüôåñá. Áîßæåé üìùò íá ðåñéãñáöåß, ãéáôß áðïôåëåß Ýíá êñßóéìï âÞìá óôçí åîÝëéîç ôïõ ëåðôïìåñïýò ðñïôýðïõ ðïõ *

Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ ôï Üôïìï ìå ðõñÞíá.

áðïäÝ÷ïíôáé ïé åðéóôÞìïíåò óÞìåñá. ÐáñÜëëçëá ôï Ýñãï ôïõ Bohr åßíáé Üîéï ðñïóï÷Þò, ãéáôß äåß÷íåé ðþò ðñïÜãåôáé ç åðéóôçìïíéêÞ èåùñßá óå ïñéóìÝíåò êñßóéìåò åðï÷Ýò ùò áðïôÝëåóìá ôïëìçñþí êáé åìðíåõóìÝíùí éäåþí, ïé ïðïßåò åíþ âáóßæïíôáé óôéò åðéóôçìïíéêÝò êáôáêôÞóåéò ôïõ ðáñåëèüíôïò, äßíïõí ôáõôü÷ñïíá íÝåò êáôåõèýíóåéò. Ôï Ýôïò 1912 Þôáí ãíùóôü üôé ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ áðïôåëåßôáé áðü Ýíá ðñùôüíéï êáé Ýíá çëåêôñüíéï êáé üôé áõôÜ ôá óùìáôßäéá Ýëêïíôáé ìåôáîý ôïõò åî áéôßáò ôïõ áíôéèÝôïõ çëåêôñéêïý öïñôßïõ ôïõò. Ïé öõóéêïß ðßóôåõáí üôé Þôáí óå èÝóç íá õðïëïãßóïõí ôéò éäéüôçôåò áõôïý ôïõ óõíäõáóìïý. ÅîÜëëïõ, åß÷áí ìåëåôçèåß åðß áéþíåò ïé íüìïé ôçò êéíÞóåùò ôùí ìáêñïóêïðéêþí óùìÜôùí. Åðßóçò, Þôáí áðüëõôá êáôáíïçôÞ ç óõìðåñéöïñÜ ôùí çëåêôñéêÜ öïñôéóìÝíùí óùìáôéäßùí, óå ìáêñïóêïðéêÞ êëßìáêá. ÐáñÜëëçëá üìùò ïé åðéóôÞìïíåò äåí ìðïñïýóáí íá åîçãÞóïõí ðþò ìðïñåß êáé õðÜñ÷åé ôï Üôïìï õäñïãüíïõ êáé ðïëý ðåñéóóüôåñï ãéáôß ðñÝðåé íá äéáèÝôåé êÜðïéá éäéáßôåñç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ïé íüìïé óôïõò ïðïßïõò êáôÝëçîáí áðü ôç ìåëÝôç ôùí ìáêñïóêïðéêþí óùìÜôùí, Ýäéíáí ìéá ðåéóôéêÞ (áí êáé ëáíèáóìÝíç) ðñüâëåøç üôé ôï ðõñçíéêü Üôïìï* åßíáé áóôáèÝò êáé üôé ôï çëåêôñüíéï ðñüêåéôáé íá óõíôñéâåß åðÜíù óôïí ðõñÞíá. Óå áõôü ôï óçìåßï ï Niels Bohr äéåôýðùóå ìéá íÝá óêÝøç. ÓõãêåêñéìÝíá õðïóôÞñéîå üôé ç åîÞãçóç ôáõôßæåôáé ìå ôçí áíáæÞôçóç ïìïéïôÞôùí áíÜìåóá óå êÜðïéï óýóôçìá ðïõ ìåëåôÜôáé êáé óå Ýíá Üëëï êáëþò êáôáíïçôü ðñüôõðï óýóôçìá. Ìéá åñìçíåßá åßíáé éêáíïðïéçôéêÞ ìüíï üôáí ïé ïìïéüôçôåò åßíáé Ýíôïíåò. Ðñüôåéíå ëïéðüí üôé ç ìç÷áíéêÞ êáé ç çëåêôñéêÞ óõìðåñéöïñÜ ôùí ìáêñïóêïðéêþí óùìÜôùí (äçë. ç «êëáóéêÞ» öõóéêÞ) äåí ïäçãåß óå ðñüôõðï åíôåëþò üìïéï ìå ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. Ãé' áõôü ðñï÷þñçóå óôçí áíáæÞôçóç åíüò íÝïõ ðñïôýðïõ, ðïõ íá ìçí óõãêñïýåôáé ìå ôá ãíùóôÜ ãåãïíüôá. Óôçí áñ÷Þ õðÝèåóå üôé ç äïìÞ åíüò áôüìïõ (ç ôïðïèÝôçóç ôùí çëåêôñïíßùí ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá) êáèïñßæåôáé áðü ôçí åíÝñãåéÜ ôïõ. Ãéá íá óõìöùíÞóåé ìå ôá ãåãïíüôá, ðñüôåéíå üôé åðéôñÝðåôáé ç ýðáñîç ìüíï ïñéóìÝíùí áôïìéêþí

281

äïìþí, ôéò ïðïßåò êáé ïíüìáóå «óôáèåñÝò êáôáóôÜóåéò». ÊÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò êáôáóôÜóåéò äéáêñßíåôáé áðü ìéá éäéáßôåñá åíÝñãåéá. ÐñïÝâëåðå ëïéðüí üôé, áí õðÞñ÷å Ýíá óýíïëï ÷áñáêôçñéóôéêþí áôïìéêþí äïìþí, èá Ýðñåðå íá áíåõñåèåß êáé Ýíá óýíïëï áíôéóôïß÷ùí åíåñãåéþí. ¸ôóé, ï Bohr îÝöõãå áðü ôá ðáëáéüôåñá áôïìéêÜ ðñüôõðá, ôá ïðïßá åðÝôñåðáí äïìÝò ðïõ áíôéóôïé÷ïýóáí óå üëåò ôéò åíÝñãåéåò. Ç óôáèåñüôåñç êáôÜóôáóç åíüò áôüìïõ èá Ýðñåðå íá åßíáé áõôÞ, óýìöùíá ìå ôçí ïðïßá ôï Üôïìï êáôÝ÷åé ôç ìéêñüôåñç åíÝñãåéá. Èåþñçóå ùò èåìåëéþäç êáíüíá ôçò öýóåùò ôï ãåãïíüò üôé Ýíá Üôïìï åßíáé äõíáôüí íá õðÜñ÷åé ãåíéêÜ óôçí ðéï óôáèåñÞ êáôÜóôáóç. Áí êáé áõôü äåí êáôÜöåñå íá ôï äéêáéïëïãÞóåé (ïé ðñïçãïýìåíïé íüìïé ôçò öõóéêÞò ðñïÝâëåðáí üôé ôï Üôïìï èá Ýðñåðå íá óõíôñéâåß), üöåéëå íá ôï ðáñáäå÷èåß, ãéáôß óõìöùíïýóå ìå ôá ðåéñáìáôéêÜ áðïôåëÝóìáôá. Ï Âohr ðñüôåéíå áêüìç üôé, áí êáé ç ÷áìçëüôåñç åíåñãåéáêÞ êáôÜóôáóç ôïõ áôüìïõ åßíáé êáé ç ðéï óôáèåñÞ, åí ôïýôïéò åßíáé äõíáôüí ôï Üôïìï, áí áðïññïöÞóåé åíÝñãåéá, íá äéåãåñèåß óå ìåãáëýôåñåò «åðéôñåðüìåíåò» åíåñãåéáêÝò êáôáóôÜóåéò. Ôï äéåãåñìÝíï Üôïìï äåí èá ðáñáìåßíåé óå áõôÞí ôçí êáôÜóôáóç ãéá ðïëý. Óýíôïìá, èá áðïâÜëåé ôçí åðéðëÝïí åíÝñãåéÜ ôïõ, åêðÝìðïíôáò öùò. ÅðåéäÞ ìüíï ïñéóìÝíá åðßðåäá åíÝñãåéáò Ý÷ïõí èåùñçèåß, óýìöùíá ìå ôïí Bohr, ùò ðéèáíÜ, ãé' áõôü åßíáé äõíáôüí íá óõìâïýí ìüíïí ïñéóìÝíåò åíåñãåéáêÝò ìåôáâïëÝò. Ç ìåôáâïëÞ ôçò åíÝñãåéáò ôïõ áôüìïõ ðñÝðåé íá åßíáé ßóç ìå ôçí åíÝñãåéá ôïõ öùôüò ðïõ åêðÝìðåôáé êáé ðñÝðåé íá óõìöùíåß ìå ôçí åîßóùóç Å 2 - Å1 = h x v. KáôÜ óõíÝðåéá, ç óõ÷íüôçôá ôïõ öùôüò ðïõ åêðÝìðåôáé áðü Ýíá Üôïìï, èá êáèïñßæåôáé áðïëýôùò áðü ôéò ôéìÝò ôùí åíåñãåéþí åêåßíùí, ïé ïðïßåò åßíáé åðéôñåðôÝò ãéá ôá çëåêôñüíéÜ ôïõ. Ïé éäÝåò áõôÝò Þôáí ôüóï åðáíáóôáôéêÝò, þóôå äåí èá Þôáí äõíáôüí íá ãßíïõí áðïäåêôÝò, áí ï Bohr äåí Þôáí óå èÝóç íá ðñïôåßíåé Ýíáí ôñüðï ãéá ôïí áêñéâÞ õðïëïãéóìü ôùí åíåñãåéáêþí óôáèìþí ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ. ÓÞìåñá üìùò ãíùñßæïìå üôé åßíáé áðüëõôá óùóôÝò êáé ãé' áõôü ôéò áðïäå÷üìáóôå ðëÞñùò. ¼ìùò ôï åéäéêü ðñüôõðï ðïõ èá ðåñéãñÜøïìå ðéï êÜôù ðñÝðåé íá åãêáôáëåéöèåß, Ýóôù êáé áí ìå áõôü ï Bohr êáôüñèùóå íá õðïëïãßóåé óùóôÜ ôéò åíÝñãåéåò

ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. Ï Bohr, ðñïêåéìÝíïõ íá ó÷çìáôßóåé óáöÞ åéêüíá ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ êáé íá õðïëïãßóåé ôéò åíåñãåéáêÝò ôïõ êáôáóôÜóåéò äçìéïýñãçóå ãéá ôá çëåêôñüíéá ìéá óåéñÜ áðü êõêëéêÝò «ôñï÷éÝò» ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá. Ïé ôñï÷éÝò áõôÝò Þôáí áíÜëïãåò ìå ôéò ôñï÷éÝò ôùí ðëáíçôþí ãýñù áðü ôïí Þëéï. ÐñïÝâç óå äýï áõèáßñåôåò ðáñáäï÷Ýò, ç ìßá åê ôùí ïðïßùí Ý÷åé êéüëáò áíáöåñèåß. 1. Ôï çëåêôñüíéï Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ðáñáìåßíåé ãéá ðÜíôá óôçí ðéï óôáèåñÞ ôñï÷éÜ êáé äåí ðÝöôåé åðÜíù óôïí ðõñÞíá üðùò èá óõíÝâáéíå, óýìöùíá ìå ôçí êëáóéêÞ öõóéêÞ. 2. Óå êÜèå ôñï÷éÜ ç óôñïöïñìÞ ôïõ çëåêôñïíßïõ (ç ìÜæá ôïõ åðß ôçí ôá÷ýôçôÜ ôïõ åðß ôçí áêôßíá, m ^ v ^ r) ðåñéïñßæïíôáé óôéò ôéìÝò h/2ð, 2h/2ð, 3h/2ð ê.ï.ê. ÓõíäõÜæïíôáò ôç äåýôåñç ðáñáäï÷Þ ìå ôïõò íüìïõò ôçò öõóéêÞò ðïõ ßó÷õáí áðïëýôùò, åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá õðïëïãßóåé ôçí åíÝñãåéá ðïõ èá åß÷å ôï çëåêôñüíéï óôçí ðéï óôáèåñÞ ôñï÷éÜ. ÁõôÞ ç ðëÝïí óôáèåñÞ ôñï÷éÜ Þôáí êáé ç ìéêñüôåñç, ãé' áõôü êáé ï Bohr ôç ÷áñáêôÞñéóå ìå áýîïíôáé áñéèìü, n ßóï ìå 1. Ôçí åíÝñãåéá ôïõ çëåêôñïíßïõ óôçí ðéï óôáèåñÞ ôñï÷éÜ ôç ÷áñáêôÞñéóå ìå -R (åäþ ðñÝðåé íá èõìçèåßôå ôçí êëßìáêá ôùí åíåñãåéþí ðïõ áíáöÝñèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 11.9 êáé óôçí ïðïßá ÷áñáêôçñßæïíôáí üëåò ïé åíÝñãåéåò ìå áñíçôéêÝò ôéìÝò). Óôç óõíÝ÷åéá Ýäåéîå üôé ïé åíÝñãåéåò ôùí çëåêôñïíßùí óôéò Üëëåò ôñï÷éÝò (n = 2, 3, 4,...), åßíáé ßóåò ìå -R/n 2. Xñçóéìïðïéþíôáò áõôÞí ôçí åíåñãåéáêÞ äéáôýðùóç Þôáí ðéá óå èÝóç íá äéêáéïëïãÞóåé ôéò ãñáììÝò óôï öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ. Ôï ó÷Þìá 11-26 äåß÷íåé ðþò ï Bohr åñìÞíåõóå ôéò äýï ïìÜäåò ãñáììþí (óôï öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ) ðïõ åìöáíßæïíôáé óôçí ïñáôÞ êáé ôçí õðåñéþäç ðåñéï÷Þ. Ç åíÝñãåéá êÜèå ãñáììÞò ðñïêýðôåé áðü ôç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôçí åíÝñãåéá ôçò êáôþôåñçò (n 1) êáé ôçò áíþôåñçò óôÜèìçò (nu), áðü ôçí ïðïßá îåêéíÜ ôï çëåêôñüíéï. Ç ìáèçìáôéêÞ Ýêöñáóç Ý÷åé ùò åîÞò:

282

åò

öÜ

Áðü ôï ó÷Þìá 11-24á ðñïêýðôåé üôé R = 313,6 kcal. Må ôç âïÞèåéá áõôÞò ôçò ôéìÞò ôïõ R, õðïëïãßæïíôáé ïé åíÝñãåéåò ôùí ôñéþí ðñþôùí ãñáììþí ôçò õðåñéþäïõò ïìÜäáò, óýìöùíá ìå ôéò ðáñáêÜôù ðñÜîåéò (ó÷. 11.20).

á óì

þä

é åñ

Õð

ôü Ïñá

Ðñùôüíéï n=1 n=2

ìá

öÜó

Ðñþôï õðÝñ õèñï öÜóìá

n=3

~Oðùò âëÝðåôå, åßíáé áðüëõôá óýìöùíåò ìå ôéò ðåéñáìáôéêÝò ôéìÝò (ó÷. 11-20):

n=4 n=5

Ó×ÇÌÁ 11-26. Ïé ôñï÷éÝò ôïõ çëåêôñïíßïõ ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ, óýìöùíá ìå üóá ðñüôåéíå ôï 1912 ï Niels Bohr. Äéáêñßíåôáé ç ðñïÝëåõóç ôñéþí öáóìáôéêþí ãñáììþí.

Ãéá ôçí ïìÜäá ãñáììþí óôçí õðåñéþäç ðåñéï÷Þ, n1 = 1.

Ãéá ìåñéêÝò áðü ôéò ðñþôåò ãñáììÝò ðñïêýðôïõí ïé ðáñáêÜôù åíÝñãåéåò:

Åýêïëá äéáêñßíåôå üôé ïé ôéìÝò áõôþí ôùí åíåñãåéþí ó÷çìáôßæïõí ìéá óåéñÜ, üðïõ ðëçóéÜæïõí üëï êáé ðåñéóóüôåñï ìåôáîý ôïõò, åíþ âáèìéáßá ôåßíïõí óå Ýíá üñéï, ôï ïðïßï äåí åßíáé Üëëï áðü ôï R. ÊáôÜ ôïí ßäéï áêñéâþò ôñüðï öáßíåôáé íá óõìðåñéöÝñïíôáé êáé ïé ïìÜäåò ôùí ãñáììþí. Ï Bohr, üôáí ÷ñçóéìïðïéïýóå ìéá ïðïéáäÞðïôå ãñáììÞ, ãéá íá õðïëïãßóåé ôçí ôéìÞ ôïõ R, åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá õðïëïãßóåé óôç óõíÝ÷åéá ìå áêñßâåéá ôéò èÝóåéò üëùí ôùí Üëëùí ãñáììþí ôçò ßäéáò ïìÜäáò, üðùò êáé ìåñéêþí áêüìç ïìÜäùí.

11.11 Óõíå÷Þ öÜóìáôá. ÌåôÜ áðü üëç áõôÞí ôç äéåñåýíçóç ãéá ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò ãñáììÝò ðïõ áíáêáëýöèçêáí óôá öÜóìáôá ôïõ õäñïãüíïõ êáé Üëëùí óôïé÷åßùí, ßóùò íá áíáñùôéÝóôå ãéáôß ôï öÜóìá ôïõ èåñìïý íÞìáôïò âïëöñáìßïõ, ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 11-13 åìöáíßæåé ìéá óõíå÷Þ áíÜìéîç ôïõ åíüò ÷ñþìáôïò ìÝóá óôï Üëëï ðïõ áêïëïõèåß, ÷ùñßò íá äéáêñßíïíôáé îå÷ùñéóôÝò ãñáììÝò. Åßíáé óçìáíôéêü íá áíáöåñèåß åäþ üôé ôá Ýíôïíá ãñáììéêÜ öÜóìáôá åìöáíßæïíôáé ìüíï, üôáí äéåãåßñïíôáé Üôïìá áåñßùí. Äçìéïõñãïýíôáé äçëáäÞ, üôáí ðåñÜóåé õøçëÞ ôÜóç çëåêôñéêÞò åêêåíþóåùò ìÝóá áðü Ýíá óùëÞíá, ðïõ ðåñéÝ÷åé êÜðïéï áÝñéï. Åßíáé äõíáôüí íá ðáñáôçñçèïýí åðßóçò, üôáí åîáåñùèåß Ýíá äåßãìá êÜðïéáò ïõóßáò, áðü ôç öëüãá åíüò åñãáóôçñéáêïý ëý÷íïõ Þ áðü ôï ôüîï Þ êáé ôï óðéíèÞñá ðïõ äçìéïõñãåßôáé áðü ìéá õøçëÞ ôÜóç. Ôá Üôïìá óôçí áÝñéá öÜóç åßíáé áñêåôÜ áðïìáêñõóìÝíá ìåôáîý ôïõò êáé äåí áëëçëïåðéäñïýí, êáèþò åðéóôñÝöïõí ôá çëåêôñüíéá óôéò áíôßóôïé÷åò åíåñãåéáêÝò ôïõò óôÜèìåò. Áíôßèåôá, ôá Üôïìá óôá óôåñåÜ âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá ôüóï êïíôÜ, þóôå ïé ôáëáíôþóåéò ðïõ ðáñÜãïíôáé êáôÜ ôç èÝñìáíóç åßíáé åîáéñåôéêÜ ðïëýðëïêåò. Ðñïöáíþò, ôá çëåêôñüíéá ôïõ åíüò áôüìïõ åðçñåÜæïíôáé áðü ôéò äõíÜìåéò ôùí ãåéôïíéêþí áôüìùí. Ùò áðïôÝëåóìá ó÷çìáôßæåôáé Ýíá óõíå÷Ýò öÜóìá ÷ùñßò áíåîÜñôçôåò óáöåßò ãñáììÝò. Åßíáé ãåãïíüò üôé ç ÷çìéêÞ óýóôáóç ôïõ óôåñåïý äåí Ý÷åé åðßäñáóç åðÜíù óôï åßäïò ôïõ öÜóìáôïò ðïõ ðáñÜãåé, üôáí èåñìáßíåôáé. Ç èåñìïêñáóßá áðïôåëåß ôï ìüíï ðáñÜãïíôá, ðïõ êáèïñßæåé ôï åßäïò ôïõ öÜóìáôïò. ¸íá êïììÜôé âïëöñáìßïõ, üôáí èåñìáíèåß óôïõò 1000°C, èá

283

Íiels Bohr (1885‐1962)

To ðñüôõðï ôïõ Bohr ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ áðïôåëåß áîéïóçìåßùôï ðáñÜäåéãìá ôïõ ðþò åßíáé äõíáôüí íá óõíäõáóèïýí ôá áðïôåëÝóìáôá ðïëëþí äéáöïñåôéêþí ìåëåôþí, ðñïêåéìÝíïõ íá ëõèåß Ýíá ðïëýðëïêï ðñüâëçìá. Áðü ôçí åðï÷Þ ðïõ ï John Dalton ðñüôåéíå ôçí áôïìéêÞ èåùñßá (1803) ìÝ÷ñé ôüôå ðïõ ï Ìax Planck äéåôýðùóå ôçí êâáíôéêÞ èåùñßá (1900) ðÝñáóå ó÷åäüí Ýíáò áéþíáò. Ãéá ðïëëÜ ÷ñüíéá ïé åðéóôÞìïíåò ìåëåôïýóáí ôá öÜóìáôá äéáöüñùí óôïé÷åßùí, áëëÜ äåí åß÷áí êáôáöÝñåé íá âñïõí êÜðïéá áíôéóôïé÷ßá áíÜìåóá óå áõôÜ êáé óôç äïìÞ ôïõ áôüìïõ. Ï Bohr, Ýíáò Äáíüò åðéóôÞìïíáò, óõíåñãáæüôáí ìå ôïí J.J. Thomson óôï åñãáóôÞñéï Cavendish, óôï Cambridge ôçò Áããëßáò, ôçí åðï÷Þ ðïõ ï Ernest Rutherford áíáêïßíùóå ôï ðõñçíéêü ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ (1911). Ëßãï áñãüôåñá, ï Bohr óõíåñãÜóèçêå ìå ôïí Rutherford óôï åñãáóôÞñéü ôïõ óôï ÌÜíôæåóôåñ, üðïõ êáé ðÝñáóå äýï ÷ñüíéá áó÷ïëïýìåíïò ìå ôéò ëåðôïìÝñåéåò ôïõ äéêïý ôïõ ðñïôýðïõ ôïõ áôüìïõ. Áí êáé ï Rutherford åß÷å ðñïôåßíåé Ýíá Üôïìï ìå Ýíá óõìðáãÞ ðõñÞíá êáé çëåêôñüíéá íá ðåñéöÝñïíôáé ãýñù ôïõ, åí ôïýôïéò ìå ôïõò êëáóéêïýò íüìïõò ôïõ çëåêôñéóìïý êáé ôçò êéíçôéêÞò äåí Þôáí äõíáôüí

íá áðïäåé÷èåß ç ýðáñîç êÜðïéáò ó÷Ýóåùò áíÜìåóá óôç äïìÞ áõôïý ôïõ áôüìïõ êáé óôï öÜóìá ðïõ äçìéïõñãåßôáé, üôáí äéåãåñèåß. Ï Âohr åß÷å ìéá Ýîï÷ç Ýìðíåõóç. ÓêÝöôçêå üôé èá ìðïñïýóå íá åöáñìüóåé áð' åõèåßáò ôçí êâáíôéêÞ èåùñßá ôïõ Planck, ðñïêåéìÝíïõ íá åñìçíåýóåé ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí çëåêôñïíßùí ìÝóá óôï Üôïìï. Õðïëüãéóå ôçí áíáãêáßá åíÝñãåéá, ãéá íá ìåôáêéíçèåß Ýíá çëåêôñüíéï áðü ìéá óôáèåñÞ ôñï÷éÜ ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá, ìå ôç âïÞèåéá ôçò óôáèåñÜò ôïõ Planck. Ôï áðïôÝëåóìÜ ôïõ óõìöùíïýóå áðüëõôá ìå ôçí åíÝñãåéá éïíéóìïý, ðïõ åß÷å ìåôñçèåß ðåéñáìáôéêÜ. ÅðåéäÞ ï Planck åß÷å ïñßóåé üôé ç åêðïìðÞ åíÝñãåéáò åßíáé äõíáôÞ ìüíï ìå ôç ìïñöÞ ïñéóìÝíùí óôáèåñþí êâÜíôùí, ï Bohr õðÝèåóå üôé ôá çëåêôñüíéá, ðïõ êéíïýíôáé ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá, Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá êéíïýíôáé ìüíï óå ðåñéïñéóìÝíï áñéèìü óôáèåñþí ôñï÷éþí. ¼óï äéÜóôçìá ðáñÝìåíáí ôá çëåêôñüíéá óå áõôÝò ôéò ôñï÷éÝò äåí åîÝðåìðáí åíÝñãåéá. Áí ìåôÝðéðôáí áðü ìéá ôñï÷éÜ óå ìéá Üëëç, èá êÝñäéæáí Þ èá Ý÷áíáí ìüíï ìåñéêÜ óôáèåñÜ ðïóÜ åíÝñãåéáò. Ìå âÜóç áõôÝò ôéò õðïèÝóåéò, üôáí õðïëüãéóå ï Bohr ôç óõ÷íüôçôá ôçò áêôéíïâïëßáò ðïõ èá Ýðñåðå íá åêðÝìøåé Ýíá äéåãåñìÝíï Üôïìï õäñïãüíïõ, äéåðßóôùóå üôé ôá áðïôåëÝóìáôÜ ôïõ óõìöùíïýóáí áðüëõôá êáé ìå ôá ðåéñáìáôéêÜ áðïôåëÝóìáôá. Áí êáé ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr åìöÜíéæå ìåãÜëåò ïìïéüôçôåò ìüíï ìå ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ, ôï Ýñãï ôïõ Üíïéîå ôï äñüìï ãéá ôçí áíÜðôõîç ìåôáãåíåóôÝñùí èåùñéþí, ïé ïðïßåò äéêáéïëïãïýóáí ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí çëåêôñïíßùí êáé óå Üôïìá ðïëëþí Üëëùí óôïé÷åßùí. O Âohr ôéìÞèçêå ìå ôï âñáâåßï Íüìðåë, ôï 1922. Óôá åðüìåíá ÷ñüíéá óõììåôåß÷å åíåñãÜ óôçí áíÜðôõîç ôçò áôïìéêÞò åíÝñãåéáò. Åíäéá‐ öåñüìåíïò üëï êáé ðåñéóóüôåñï ãéá ôéò ðéèáíÝò ÷ñÞóåéò ôçò áôïìéêÞò åíÝñãåéáò, óõììåôåß÷å óôç äéïñãÜíùóç, ôï 1955 óôç Ãåíåýç, ôïõ Óõìðïóßïõ ìå èÝìá «¢ôïìá ãéá åéñçíéêïýò

äçìéïõñãÞóåé ôá ßäéá ÷ñþìáôá ìå Ýíá êïììÜôé óéäÞñïõ, ðïõ èåñìáßíåôáé óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá. Åîáéôßáò áõôÞò ôçò éäéüôçôáò åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñßóïìå ôç èåñìïêñáóßá åíüò áíôéêåéìÝíïõ ìå áðëÞ ðáñáôÞñçóç ôïõ ÷ñþìáôüò ôïõ. ¸íá áíôéêåßìåíï, ðïõ Ý÷åé «ëåõêïðõñùèåß», åßíáé ðïëý ðéï èåñìü áðü áõôü ðïõ åßíáé åëáöñþò êüêêéíï.

11.12 ÌïñéáêÜ öÜóìáôá. Åßäáìå üôé ôá áôïìéêÜ öÜóìáôá ðáñÝ÷ïõí Ýíá ôñüðï ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôùí åíåñãåéáêþí åðéðÝäùí ôùí áôüìùí. Áíôßóôïé÷á, ßóùò èá ðåñéìÝíáôå êáé ôá ìüñéá íá Ý÷ïõí öÜóìáôá, ôá ïðïßá åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ãéá ôçí áíåýñåóç ôùí åíåñãåéáêþí åðéðÝäùí ôùí ìïñßùí. ÅðåéäÞ üìùò ôá ìüñéá åßíáé ðéï ðïëýðëïêá áðü ôá Üôïìá, ôá öÜóìáôÜ ôïõò åßíáé êáé áõôÜ ðïëý ðïëýðëïêá. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ôá ìüñéá Ý÷ïõí ìåñéêÜ äéáöïñåôéêÜ åßäç öáóìÜôùí. Ôá ìüñéá, üðùò êáé ôá Üôïìá, Ý÷ïõí çëåêôñïíéêÜ öÜóìáôá. ÁõôÜ åßíáé öÜóìáôá ôá ïðïßá äçìéïõñãïýíôáé áðü ôçí áðïññüöçóç Þ ôçí åêðïìðÞ åíÝñãåéáò, ãåãïíüò ðïõ óõìâáßíåé üôáí ìåôáðçäïýí çëåêôñüíéá áðü ìéá åíåñãåéáêÞ êáôÜóôáóç óå ìéá Üëëç, ìÝóá óôï ìüñéï. Ç åíÝñãåéá åíüò çëåêôñïíßïõ óå ìéá óõãêåêñéìÝíç åíåñãåéáêÞ óôÜèìç, êáèïñßæåôáé áðü ôéò åëêôéêÝò äõíÜìåéò áíÜìåóá óå áõôü êáé ôïõò äéÜöïñïõò ðõñÞíåò ôùí áôüìùí ôïõ ìïñßïõ, üðùò êáé áðü ôéò áðùóôéêÝò äõíÜìåéò áíÜìåóá óå áõôü êáé ôá Üëëá çëåêôñüíéá ôïõ ìïñßïõ. Ç êáôÜóôáóç åßíáé áíÜëïãç ìå áõôÞí ðïõ õðÜñ÷åé óå Ýíá Üôïìï, ìüíï ðïõ åßíáé ðéï ðïëýðëïêç, ãéáôß õðÜñ÷ïõí äéÜöïñá èåôéêÜ êÝíôñá, ôá ïðïßá Ýëêïõí ôï êÜèå çëåêôñüíéï áíôß íá õðÜñ÷åé ìüíï Ýíá. ¸ôóé, åßíáé äõóêïëüôåñï íá õðïëïãéóèïýí ïé åíÝñãåéåò ôùí çëåêôñïíßùí. Åðß ðëÝïí, ôá çëåêôñüíéá Ý÷ïõí ôçí äõíáôüôçôá íá áíÝëèïõí áðü ÷áìçëüôåñåò óå õøçëüôåñåò åíåñãåéáêÝò óôÜèìåò, üôáí ôá ìüñéá áðïññïöÞóïõí åíÝñãåéá ìå ôç ìïñöÞ áêôéíïâïëßáò. ÂáóéêÜ ïé äéáäéêáóßåò áõôÝò åßíáé üìïéåò ìå áõôÝò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé óôá Üôïìá. Ôá çëåêôñïíéêÜ öÜóìáôá ôùí ìïñßùí äéáöÝñïõí üìùò áðü áõôÜ ôùí áôüìùí óçìáíôéêÜ. Ôá áôïìéêÜ öÜóìáôá, üðùò åßäáìå, áðïôåëïýíôáé áðü óåéñÝò åíôüíùí ãñáììþí. Ôá ìïñéáêÜ öÜóìáôá áðïôåëïýíôáé áðü ðëáôéÝò æþíåò, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 11-27 (ôï ó÷åäéÜãñáììá äåß÷íåé ìÜëëïí êÜðïéá áðü ôá ìÞêç êýìáôïò ôïõ

¸íôáóç áðïññïöÞóåùò

284

2000

2400

2800

3200

o

ÌÞêïò êýìáôïò, Á

Ó×ÇÌÁ 11-27. Ç æþíç áðïññïöÞóåùò ôçò ÷áìçëüôåñçò åíÝñãåéáò ãéá ôçí áêåôüíç, C3H6O.

öùôüò, ðïõ áðïññïöÜôáé áðü ôï äåßãìá åíüò õãñïý, êáé ü÷é áõôü ðïõ åêðÝìðåôáé áðü Ýíá äéåãåñìÝíï áÝñéï, üìùò ç áñ÷Þ åßíáé ç ßäéá^ ìüíï ïñéóìÝíá ìÞêç êýìáôïò åßíáé äõíáôüí íá áðïññïöþíôáé Þ íá åêðÝìðïíôáé, êáé áõôü åîáñôÜôáé áðü ôá åíåñãåéáêÜ åðßðåäá, ðïõ åßíáé êáôåéëçììÝíá ìÝóá óôï Üôïìï Þ ôï ìüñéï). Ïé åíÝñãåéåò ôùí çëåêôñïíéêþí êáôáóôÜóåùí ôùí ìïñßùí, äåí åßíáé áðüëõôá îåêáèáñéóìÝíåò, ãéáôß ôá ìüñéá Ý÷ïõí Üëëåò ìïñöÝò åíÝñãåéáò. ÁõôÝò ïé äéáöïñåôéêÝò ìïñöÝò óõíäÝïíôáé ìå ôáëáíôþóåéò êáé ðåñéóôñïöÝò, êáé èá ìåëåôçèïýí ðáñáêÜôù óå áõôü ôï êåöáëáßï. ÐáñÜ ôï ãåãïíüò üôé ôá ìïñéáêÜ çëåêôñïíéêÜ öÜóìáôá ðåñéÝ÷ïõí ìüíï ðëáôéÝò æþíåò, åîáêïëïõèïýí íá ðáñÝ÷ïõí óçìáíôéêÝò ðëçñïöïñßåò ãéá ôéò åíÝñãåéåò ôùí çëåêôñïíßùí ìÝóá óôá ìüñéá. Ïé ÷çìéêïß ìåëåôïýí ôá ìïñéáêÜ öÜóìáôá ìå ìåãÜëç ðñïóï÷Þ ãéá íá êáôáíïÞóïõí êáëýôåñá ôïí ôñüðï êáôáíïìÞò ôùí çëåêôñïíßùí ìÝóá óôá ìüñéá, êáèþò êáé ôï ðþò âïçèïýí áõôÜ ôá çëåêôñüíéá óôç óýíäåóç ôùí áôüìùí ìÝóá óôï ìüñéï. Ïé äåóìïß ìÝóá óå Ýíá ìüñéï äåí åßíáé äýóêáìðôïé êáé óôáèåñïß. ÌïéÜæïõí ðåñéóóüôåñï ìå åëáôÞñéá, ðïõ Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá åðéìçêýíïíôáé êáé íá óõìðéÝæïíôáé. Ïýôå ïé ãùíßåò áíÜìåóá óôïõò äåóìïýò åßíáé áðüëõôá Üêáìðôïé. Áíôßèåôá, åßíáé äõíáôüí íá ìåãáëþíïõí êáé íá ìéêñáßíïõí. ÅðåéäÞ êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ôá ìüñéá åßíáé åõëýãéóôá, õößóôáíôáé äéáñêþò ôáëáíôþóåéò. Ìéá ðñïóåêôéêÞ ìáèçìáôéêÞ áíÜëõóç äåß÷íåé üôé ãéá êÜèå ìüñéï áõôÝò ïé ôáëáíôþóåéò Ý÷ïõí óõãêåêñéìÝíç ìïñöÞ. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ôá ìüñéá ôïõ íåñïý õðÜñ÷ïõí ôñåéò âáóéêïß ôýðïé ôáëáíôþóåùí. Åßíáé áõôïß ðïõ

285

O (á)

O H

H

Þ

H

O

(â) H

O H

Þ

H

H

H

O

(ã)

H

O H

Þ H

H

Ó×ÇÌÁ 11-28. ÄéáãñÜììáôá, ðïõ ðåñéãñÜöïõí ôïõò ôñåéò ôýðïõò ôáëáíôþóåùò ôùí ìïñßùí ôïõ íåñïý. Óôï (á), ïé äýï äåóìïß Ï‐Ç åðéìçêýíïíôáé êáé óõìðéÝæïíôáé, áëëÜ ü÷é ôáõôü÷ñïíá. Óôï (â), ïé äåóìïß Ï‐Ç åðéìçêýíïíôáé êáé óõìðéÝæïíôáé ôáõôü÷ñïíá. Óôï (ã), ç ãùíßá Ç‐Ï‐Ç áíïßãåé êáé ìéêñáßíåé.

öáßíïíôáé óôï ó÷Þìá 11-28. ¼ðùò åßíáé äõíáôüí íá ðáñáôçñÞóåôå, äýï áðü áõôïýò ôïõò ôýðïõò óõíßóôáíôáé êõñßùò óôçí åðéìÞêõíóç êáé ôç óõìðßåóç ôùí äåóìþí Ï-Ç. Ï Üëëïò äçìéïõñãåßôáé êõñßùò áðü ôçí êÜìøç ôçò ãùíßáò Ç-Ï-Ç. Ïé ìïñéáêÝò ôáëáíôþóåéò åßíáé äõíáôüí íá ãßíïõí áíôéëçðôÝò áðü ôá öÜóìáôá ôá ïðïßá äßíïõí. ÊÜèå ôýðïò ôáëáíôþóåùò Ý÷åé ìéá ïñéóìÝíç óõ÷íüôçôá, f. KáíïíéêÜ, ôï ìüñéï åêôåëåß ôçí ôáëÜíôùóç ìå áõôÞí ôç óõ÷íüôçôá. ¼ìùò, äéáèÝôåé êáé äéåãåñìÝíåò ôáëáíôùôéêÝò óôÜèìåò, óôéò ïðïßåò åêôåëåßôáé Ýíáò Þ êáé ðåñéóóüôåñïé ôýðïé ôáëáíôþóåùí ìå óõ÷íüôçôá 2f, 3f, 4f ê.ï.ê. Áí Ýíá ìüñéï åêôåèåß óå áêôéíïâïëßá óõ÷íüôçôáò f, óõíÞèùò åßíáé äõíáôüí íá áðïññïöÞóåé åíÝñãåéá. ¸ôóé, äéåãåßñåôáé áðü ôç óõíçèéóìÝíç êáôÜóôáóç óôçí ïðïßá åðéêñáôåß Ýíáò ôýðïò ôáëáíôþóåùò óõ÷íüôçôáò f, óå ìéá Üëëç ìå óõ÷íüôçôá 2f. Ïé óõ÷íüôçôåò ôùí ìïñéáêþí ôáëáíôþóåùí êõìáßíïíôáé ðåñßðïõ áðü 50 óå 400 cm-1. H áêôéíïâïëßá ðïõ Ý÷ïõí áõôÝò ôéò óõ÷íüôçôåò ïíïìÜæåôáé õðÝñõèñç áêôéíïâïëßá. Áí Ýíá ìüñéï, üðùò ôï Ç2Ï, ôï ïðïßï åìöáíßæåé ôñåéò ôýðïõò ôáëáíôþóåùí ìå áíôßóôïé÷åò

Ó×ÇÌÁ 11-29. Ôá âáóéêÜ ôìÞìáôá åíüò öáóìáôïìÝôñïõ õðåñýèñùí.

286

Ðïóïóôü öùôüò ðïõ öèÜíåé óôïí áíé÷íåõôÞ

100%

0% 14 12 x10

9 x1014

6 x1014 _ Óõ÷íüôçôá, sec 1

3 x10 14

Ó×ÇÌÁ 11-30. Ìéá áðëïðïéçìÝíç áðåéêüíéóç ôïõ (õðÝñõèñïõ) öÜóìáôïò ôáëáíôþóåùí íåñïý óå áÝñéá öÜóç.

óõ÷íüôçôåò f1, f2 êáé f3, åêôåèåß óå áêôéíïâïëßá ôùí ðåñéï÷þí f1, f2 êáé f3 èá áðïññïöÞóåé áêôéíïâïëßá áõôþí áêñéâþò ôùí óõ÷íïôÞôùí. Óôï ðåßñáìá ðïõ ìáò âïçèÜ íá äéáðéóôþóïìå üôé ç åíÝñãåéá ðïõ áðïññïöÜôáé Ý÷åé áêñéâþò áõôÝò ôéò óõ÷íüôçôåò, ÷ñçóéìïðïéåßôáé Ýíá öáóìáôüìåôñï. Ï âáóéêüò ó÷åäéáóìüò åíüò öáóìáôïìÝôñïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 11.29. Áí óôñáöåß ôï êÜôïðôñï (Þ ôï ðñßóìá), ìåôáâÜëëåôáé ç óõ÷íüôçôá ôïõ öùôüò ðïõ äéÝñ÷åôáé. Åö' üóïí ç óõ÷íüôçôá ôïõ öùôüò ðïõ öèÜíåé óôï äåßãìá äåí áíôéóôïé÷åß óå êáìéÜ áðü ôéò óõ÷íüôçôåò ôáëáíôþóåùò ôïõ ìïñßïõ, äåí áðïññïöÜôáé, áëëÜ ôï äéáðåñíÜ. Áí üìùò ç óõ÷íüôçôá ôïõ öùôüò ðïõ öèÜíåé óôï äåßãìá åßíáé ßóç ìå f 1, f2 Þ f3...., ôüôå áðïññïöÜôáé Ýíá ìÝñïò ôïõ. Ôá ìüñéá, üôáí áðïññïöïýí öùò, ìåôáðßðôïõí óå äéåãåñìÝíåò óôÜèìåò ôáëáíôþóåùí. Ç áðïññüöçóç ìåéþíåé ôçí ðïóüôçôá ôïõ öùôüò ðïõ ðñïóðßðôåé óôïí áíé÷íåõôÞ êáé äçìéïõñãåßôáé óôï êáôáãñáöéêü ÷áñôß ìéá êïéëüôçôá Þ ìéá «æþíç áðïññïöÞóåùò». Ïé óõ÷íüôçôåò áõôþí ôùí æùíþí áíôéóôïé÷ïýí óôéò äéáöïñÝò 2f 1 - f1 = f1, 2f2 - f2 = f2 êáé 2f3 - f3 = f3. Må áõôüí ôïí ôñüðï åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñéóèïýí ðåéñáìáôéêÜ ïé ôéìÝò ôùí óõ÷íïôÞôùí ôùí ôáëáíôþóåùí. Óôï ó÷Þìá 1130 öáßíåôáé ôï öÜóìá áðïññïöÞóåùò ôùí ôáëáíôþóåùí ðñïêåéìÝíïõ ãéá ôá ìüñéá ôïõ íåñïý. Áõôüò ï ôýðïò öÜóìáôïò óõ÷íÜ ïíïìÜæåôáé õðÝñõèñï öÜóìá ôïõ ìïñßïõ. ÐáñÜëëçëá ìå ôá çëåêôñïíéêÜ öÜóìáôá êáé ôá öÜóìáôá ôáëáíôþóåùí, ôá ìüñéá äßíïõí êáé öÜóìáôá ðåñéóôñïöÞò. Ôá ìüñéá, üðùò äåß÷íåé

O H

H (á)

Ï Ç

Ç

(â)

O

H

H

(ã)

Ó×ÇÌÁ 11-31. Ïé ôñåéò ðåñéóôñïöéêÝò êéíÞóåéò ôùí ìïñßùí ôïõ íåñïý. Ïé ôñåéò Üîïíåò, ãýñù áðü ôïõò ïðïßïõò ãßíåôáé ç ðåñéóôñïöÞ, åßíáé êÜèåôïé ìåôáîý ôïõò êáé óõíáíôþíôáé óôï êÝíôñï ôçò ìÜæáò ôïõ ìïñßïõ.

287



ÊáôáóôÜóåéò åíÝñãåéáò ïöåéëüìåíçò óå äïíÞóåéò (ðáëìéêÝò)



 (á)

ÊáôáóôÜóåéò ðåñéóôñïöéêÞò åíÝñãåéáò

ÊáôáóôÜóåéò åíÝñãåéáò ïöåéëüìåíçò óå äïíÞóåéò (ðáëìéêÝò)

(â)

Ó×ÇÌÁ 11-32. (á): ÌåôÜðôùóç çëåêôñïíßïõ óå Ýíá Üôïìï. (â): Ðïëýðëïêï äéÜãñáììá ìåôáðôþóåùí åíüò ìïñßïõ áðü Ýíá óýíïëï ðáëìéêþí êáôáóôÜóåùí óå êÜðïéï Üëëï.

êáé ôï ó÷Þìá 11-31 ãéá ôçí ðåñßðôùóç ôùí ìïñßùí ôïõ Ç2Ï, óôñÝöïíôáé äéáñêþò ãýñù áðü Üîïíåò, ïé ïðïßïé äéÝñ÷ïíôáé áðü ôá êÝíôñá ôçò ìÜæáò ôïõ. ¸÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá áðïññïöÞóïõí åíÝñãåéá êáôÜ ôÝôïéï ôñüðï, þóôå íá áíõøùèïýí áðü ìéá óôÜèìç ÷áìçëÞò ðåñéóôñïöéêÞò åíÝñãåéáò óå ìßá Üëëç õøçëüôåñçò. ÁõôÝò ïé åíåñãåéáêÝò ìåôáâïëÝò åßíáé ðïëý ìéêñÝò êáé áíôéóôïé÷ïýí óå êâÜíôá ôçò ðåñéï÷Þò ôïõ öÜóìáôïò, ðïõ ïíïìÜæåôáé ðåñéï÷Þ «ìéêñïêõìÜôùí». ÅðåéäÞ ïé óõ÷íüôçôåò ðåñéóôñïöÞò åîáñôþíôáé áðü ôçí ôïðïèÝôçóç ôùí áôïìéêþí ìáæþí ìÝóá óôï ìüñéï, ôá öÜóìáôá ìéêñïêõìÜôùí áðïôåëïýí ìéá ðçãÞ ðëçñïöïñéþí ó÷åôéêþí ìå ôç ìïñéáêÞ äïìÞ. Ôþñá åßíáé äõíáôüí íá áíôéëçöèïýìå ðïéïò åßíáé ï ëüãïò ðïõ ôá çëåêôñïíéêÜ öÜóìáôá ôùí ìïñßùí áðïôåëïýíôáé áðü ðëáôéÝò æþíåò áíôß ãéá óôåíÝò ãñáììÝò. ÊÜèå çëåêôñïíéêÞ äéÝãåñóç óõíïäåýåôáé áðü êÜðïéåò ìåôáâïëÝò óôéò

ðáëìéêÝò êáé ôéò ðåñéóôñïöéêÝò åíÝñãåéåò. ÅðåéäÞ ôá Üôïìá äåí Ý÷ïõí ðáëìéêÝò êáé ðåñéóôñïöéêÝò åíÝñãåéåò, ïé ìåôáâïëÝò ôçò çëåêôñïíéêÞò åíÝñãåéáò åßíáé áðëÝò êáé åõäéÜêñéôåò êáé ïäçãïýí óå óõãêåêñéìÝíåò öáóìáôéêÝò ãñáììÝò, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 11-32á. ¼ðùò åßíáé äõíáôüí íá äéáêñßíåôå óôï ó÷Þìá 11-32â, ïé äéáöïñÝò áíÜìåóá óôéò ðáëìéêÝò åíÝñãåéåò ðïõ óõíïäåýïõí ôçí êÜèå çëåêôñïíéêÞ óôÜèìç åíüò ìïñßïõ, åßíáé ìéêñÝò óå ó÷Ýóç ìå ôéò äéáöïñÝò åíÝñãåéáò áíÜìåóá óå äéáöïñåôéêÝò çëåêôñïíéêÝò óôÜèìåò. ÅðéðëÝïí, ôá åðßðåäá ôáëáíôþóåùí Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÞ ìïñöÞ ãéá êÜèå çëåêôñïíéêÞ óôÜèìç. ÔÝëïò, ãéá êÜèå ôáëÜíôùóç õðÜñ÷åé ìéá ïëüêëçñç óåéñÜ áðü ðåñéóôñïöéêÝò åíÝñãåéåò. Áõôüò åßíáé ï ëüãïò ðïõ êÜèå çëåêôñïíéêÞ ìåôáâïëÞ ìÝóá óôï ìüñéï áðïôåëåß óôçí ðñáãìáôéêüôçôá Ýíá ïëüêëçñï Üèñïéóìá áðü ìåôáâïëÝò áðü êáé ðñïò ìéá ïëüêëçñç óåéñÜ

288

ðáëìéêþí êáé ðåñéóôñïöéêþí åíåñãåéáêþí êáôáóôÜóåùí. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ç åíÝñãåéá ôçò

çëåêôñïíéêÞò ìåôáâïëÞò êáôáíÝìåôáé óå ðëáôéÝò æþíåò, üðùò áõôÞ ðïõ äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 11-27.

Ðåñßëçøç. Ôï öÜóìá åêðïìðÞò ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ åßíáé ôï áðëïýóôåñï áðü üëá ôá áôïìéêÜ öÜóìáôá. Áõôüò åßíáé ï ëüãïò ðïõ ïé ðñþôåò ðñïóðÜèåéåò ãéá ôçí êáôáíüçóç ôïõ áôïìéêïý öÜóìáôïò ãåíéêÜ åîåôÜóèçêáí óôï áôïìéêü öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ. ÁíáöÝñèçêå üôé ïé ãñáììÝò óå áõôü ó÷çìáôßæïõí êáíïíéêÝò äéáôÜîåéò Þ óåéñÝò, êáé üôé õðÜñ÷ïõí áñéèìçôéêÝò ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óôéò óõ÷íüôçôåò (êáé êáôÜ óõíÝðåéá óôéò åíÝñãåéåò) ôùí ãñáììþí óôéò äéáöïñåôéêÝò óåéñÝò. Åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôßóïìå ìßá êáèáñÞ åéêüíá ãéá ôéò ó÷Ýóåéò áõôÝò ìå ôç âïÞèåéá ìéáò ßóéáò êëßìáêáò ìå óêáëïðÜôéá, ôá ïðïßá ãßíïíôáé ìéêñüôåñá, êáèþò ôçí áíåâáßíïìå. Ï Niels Âïhr Ýêáíå Ýíá ôïëìçñü âÞìá ðñïêåéìÝíïõ íá åîçãÞóåé ãéáôß ôï öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ åßíáé áõôü ðïõ åßíáé. Ðñüôåéíå Ýíá ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ, ìÝóá óôï ïðïßï ôï çëåêôñüíéï èá åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá âñßóêåôáé óå ìéá áðü ôéò ðïëëÝò êõêëéêÝò ôñï÷éÝò ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá. Ìüíï óôç ìéêñüôåñç áðü áõôÝò ôéò ôñï÷éÝò ôï çëåêôñüíéï åßíáé óôáèåñü. ¼ôáí áðïññïöÜ åíÝñãåéá, ìåôáðçäÜ óå ìéá áðü ôéò

åîùôåñéêÝò ôñï÷éÝò, áëëÜ óýíôïìá ìåôáðßðôåé óå ìßá Üëëç ÷áìçëüôåñç, êáé ôåëéêÜ óôçí ðéï ÷áìçëÞ. ÊÜèå ðôþóç ðñïò ìéá ÷áìçëüôåñç åíåñãåéáêÞ óôÜèìç óõíïäåýôáé áðü ôçí åêðïìðÞ åíüò öùôïíßïõ. Ôï ðñüôõðï áõôü ôïí âïÞèçóå íá õðïëïãßóåé ôéò åíÝñãåéåò ôïõ çëåêôñïíßïõ óå äéáöïñåôéêÝò ôñï÷éÝò. Ïé äéáöïñÝò åíÝñãåéáò áíÜìåóá óôéò ôñï÷éÝò âñÝèçêáí ßóåò ìå ôéò åíÝñãåéåò ôùí öáóìáôéêþí ãñáììþí ðïõ ðáñáôçñÞèçêáí.

EëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéá åßíáé ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôï öÜóìá åêðïìðÞò ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ êáé ôùí Üëëùí áôüìùí, êáé óôï öÜóìá ðïõ åêðÝìðåé ìéá ðõñáêôùìÝíç ôáéíßá âïëöñáìßïõ; 2. ÐåñéãñÜøôå ôçí åìöÜíéóç åíüò óõíüëïõ ãñáììþí óôï öÜóìá åêðïìðÞò ôïõ õäñïãüíïõ. 3. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôçí åíÝñãåéá åíüò çëåêôñïíßïõ êáé ôïí áñéèìü ôçò ôñï÷éÜò ôïõ, óýìöùíá ìå ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ôï öùò áðïôåëåß ìéá ìïñöÞ åíÝñãåéáò. Åìöáíßæåé ÷áñáêôçñéóôéêÜ êýìáôïò êáé óùìáôéäßùí. Ç êõìáôéêÞ öýóç ôïõ äéáðéóôþíåôáé áðü ôá öáéíüìåíá ðåñéèëÜóåùò êáé óõìâïëÞò, åíþ ç óùìáôéäéáêÞ ôïõ öýóç åìöáíßæåôáé éäéáßôåñá óáöÞò óôï öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï. Åî áéôßáò ôçò êõìáôéêÞò ôïõ ìïñöÞò, ôï öùò åßíáé äõíáôüí íá ðåñéãñáöåß ìå ôï ìÞêïò êýìáôüò ôïõ, ë, ôçí áðüóôáóç äçëáäÞ áíÜìåóá óå äýï äéáäï÷éêÝò êïñõöÝò, êáé ìå ôç óõ÷íüôçôÜ ôïõ, v, äçëáäÞ ôïí áñéèìü ôùí êïñõöþí ðïõ ðåñíïýí áðü êÜðïéï óçìåßï áíÜ äåõôåñüëåðôï. Ç ôá÷ýôçôá ôïõ öùôüò, c, ç ïðïßá åßíáé ßäéá óôïí áÝñá ãéá üëåò ôéò óõ÷íüôçôåò, äßíåôáé áðü ôç ó÷Ýóç c = ë ^ v. H åíÝñãåéá ôùí óùìáôéäßùí ôïõ öùôüò, ðïõ ïíïìÜæïíôáé öùôüíéá Þ êâÜíôá, äßíåôáé áðü ôç ó÷Ýóç E = h ^ v, üðïõ h åßíáé ç óôáèåñÜ ôïõ Planck. ¼ôáí åíåñãïðïéïýíôáé ôá Üôïìá áðü êÜðïéá

çëåêôñéêÞ åêêÝíùóç, åêðÝìðïõí öùò. Áõôü ôï öùò, áöïý ðåñÜóåé ìÝóá áðü Ýíá öáóìáôïãñÜöï, åìöáíßæåôáé ìå ôç ìïñöÞ óôåíþí ãñáììþí óå óõãêåêñéìÝíåò óõ÷íüôçôåò. ÊÜèå åßäïò áôüìïõ (äçëáäÞ êÜèå óôïé÷åßï) Ý÷åé ôï äéêü ôïõ ÷áñáêôçñéóôéêü ãñáììéêü öÜóìá. Ôï ãñáììéêü öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ åßíáé ó÷åôéêÜ áðëü. Áðïôåëåßôáé áðü ìåñéêÝò ïìÜäåò ðõêíþí ãñáììþí ðïõ óõãêëßíïõí, ìßá óôï õðåñéþäåò, ìßá óôï ïñáôü êáé Üëëåò óå ÷áìçëüôåñåò óõ÷íüôçôåò. Ãéá íá ôï åñìçíåýóïìå áõôü, èá ðñÝðåé íá äå÷èïýìå üôé ôï Üôïìï åßíáé äõíáôüí íá âñåèåß óå ìéá ïëüêëçñç óåéñÜ äéáöïñåôéêþí åíåñãåéáêþí êáôáóôÜóåùí. Ç ÷áìçëüôåñç åßíáé êáé ç ìüíç ðïõ ìðïñåß íá äéáôçñçèåß. ¸ôóé, áöïý Ýíá Üôïìï áíõøþíåôáé åíåñãåéáêÜ, êáôáëáìâÜíåé äçëáäÞ ìéá áðü ôéò õøçëüôåñåò óôÜèìåò, óýíôïìá îáíáðÝöôåé óå ìéá ÷áìçëüôåñç, êáé ôåëéêÜ óôç ÷áìçëüôåñç óôÜèìç åíþ, ðáñÜëëçëá,

289

åêðÝìðåé öùò, ôï ïðïßï áíôéóôïé÷åß óôéò ðïéêßëåò åíåñãåéáêÝò äéáöïñÝò ðïõ äçìéïõñãïýíôáé êáôÜ ôçí ðïñåßá áõôÞ. Ï Niels Bohr ðñïóðÜèçóå íá åîçãÞóåé ìå ëåðôïìÝñåéåò ôç öýóç ôùí äéáöüñùí áõôþí åíåñãåéáêþí êáôáóôÜóåùí âáóéæüìåíïò óôï ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ ôïõ Rutherford. ÕðïóôÞñéîå üôé ôï çëåêôñüíéï Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ðáñáìåßíåé åð' áüñéóôïí Ýîù áðü ôïí ðõñÞíá, ÷ùñßò íá ðÝóåé ðïôÝ óå áõôüí, êáé üôé èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷åé ìéá óåéñÜ åðáêñéâþò êáèïñéóìÝíùí åíåñãåéþí, ôéò ïðïßåò åßíáé

äõíáôüí íá êáôÝ÷åé. Ïé ðñïôÜóåéò áõôÝò, áí êáé Þôáí áíôßèåôåò ðñïò üôé Þôáí áðïäåêôü áðü ôïõò öõóéêïýò ôçò åðï÷Þò ôïõ, èåùñïýíôáé óÞìåñá óùóôÝò. Ï Bohr ðñï÷þñçóå Ýíá âÞìá ìðñïóôÜ êáé êáèéÝñùóå Ýíá ðñüôõðï, óôï ïðïßï ç êÜèå åíåñãåéáêÞ óôÜèìç ôïõ çëåêôñïíßïõ óõìâïëßæåôáé ìå ìéá êõêëéêÞ ôñï÷éÜ ãýñù áðü ôï ðñùôüíéï. Ðáñ' üëï ðïõ ôï ðñüôõðï áõôü ìðïñåß íá ðñïâëÝðåé óùóôÜ ôçí åíÝñãåéá êÜèå óôÜèìçò êáé ôç óõ÷íüôçôá ôùí ãñáììþí óôï öÜóìá ôïõ õäñïãüíïõ, äåí èåùñåßôáé óÞìåñá ùò ç ïñèÞ ðåñéãñáöÞ ôïõ áôüìïõ.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ó÷çìáôßóôå Ýíá áðëü äéÜãñáììá, ôï ïðïßï íá ðáñéóôÜíåé Ýíá êýìá ìå ìåñéêÝò êïñõöÝò êáé êïéëÜäåò. Äåßîôå ìå óáöÞíåéá ôé åííoïýìå ìå ôéò ëÝîåéò: (á) ìÞêïò êýìáôïò, (â) óõ÷íüôçôá, (ã) ôá÷ýôçôá ôïõ êýìáôïò. 2. Ó÷çìáôßóôå äýï áêüìç äéáãñÜììáôá üìïéá ìå áõôü ôçò åñùôÞóåùò 1, ðïõ íá ðáñéóôÜíïõí êüêêéíï êáé êõáíü öùò ôçò ßäéáò åíôÜóåùò. Íá äéêáéïëïãÞóåôå ôçí êÜèå äéáöïñÜ ðïõ õðÜñ÷åé óôá äýï äéáãñÜììáôá. 3. Ó÷çìáôßóôå Ýíá äéÜãñáììá åíüò öùôåéíïý êýìáôïò ðïõ ðáñÜãåôáé áðü Ýíá ðïëý Ýíôïíï åñõèñü öùò. Óôç óõíÝ÷åéá, ó÷åäéÜóôå Ýíá êýìá, ôï ïðïßï äçìéïõñãåßôáé áðü Ýíá áóèåíÝò åñõèñü öùò (ç Ýíôáóç ôïõ öùôåéíïý êýìáôïò åßíáé áíÜëïãç ìå ôï ýøïò åíüò êýìáôïò íåñïý). ÅîçãÞóôå. 4. ÃñÜøôå ìéá åîßóùóç, ç ïðïßá íá äåß÷íåé ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óå ôá÷ýôçôá, ìÞêïò êýìáôïò êáé óõ÷íüôçôá ìéáò äÝóìçò öùôüò. Ðïéá ðïóüôçôá óå áõôÞí ôçí åîßóùóç åßíáé óôáèåñÞ; ÅîçãÞóôå ãéáôß ôá ìáêñÜ ìÞêç êýìáôïò Ý÷ïõí ÷áìçëüôåñåò óõ÷íüôçôåò áðü ôá âñá÷Ýá ìÞêç êýìáôïò. 5. ÅîçãÞóôå ìå áêñßâåéá ôç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôçí ðåñßèëáóç êáé ôç óõìâïëÞ ôïõ öùôüò. 6. Áöïý ôï õðåñéþäåò êáé ôï õðÝñõèñï öùò äåí öáßíïíôáé ìå ôï ìÜôé, ðïéá Ýíäåéîç Ý÷ïìå ãéá ôçí ýðáñîÞ ôïõò; 7. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò åîéóþóåùò Å = h ^ v, åîçãÞóôå ãéáôß åßíáé ðåñéóóüôåñï åðéêßíäõíï ãéá ôá ìÜôéá óáò íá áôåíßæåôå Ýíá õðåñéþäåò öùò áðü ü,ôé Ýíá óõíçèéóìÝíï öùò ðïõ åêðÝìðåé Ýíáò ëáìðôÞñáò ðõñáêôþóåùò. 8. Ðïéï åßíáé ôï öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï; Óå ðïéï ôìÞìá ôçò öùôïãñáöéêÞò ìç÷áíÞò ÷ñçóéìïðïéåßôáé áõôü ôï öáéíüìåíï;

9. ¸íá êßôñéíï öùò ðáñÜãåé êÜðïéï ñåýìá óôï êýêëùìá ôïõ ó÷Þìáôïò 11-17, Ýùò üôïõ åöáñìïóèåß ìéá áíôßèåôç ôÜóç, ðïõ ìåéþíåé ôï ñåýìá óôï ìçäÝí. Áí ÷ñåéáóèåß íá áñ÷ßóåé ðÜëé íá êõêëïöïñåß êÜðïéï ñåýìá, åíþ åîáêïëïõèåß íá õðÜñ÷åé ç áíôßèåôç ôÜóç, èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå åñõèñü Þ êõáíü öùò; Äéêáéï-ëïãÞóôå ôçí åðéëïãÞ óáò. 10. Ôé åßíáé Ýíá öùôüíéï; Óå ôé äéáöÝñïõí ôá öùôüíéá ìåôáîý ôïõò; Óå ôé ìïéÜæïõí; 11. Áí êëåßóåôå ôá ìÜôéá óáò êáé ðåôÜîåôå Ýíá ìåôáëëéêü êïõôÜêé óôïí áÝñá, ôé èá óáò ïäçãÞóåé íá áíôéëçöèåßôå üôé ôï êïõôÜêé Ýðåóå óôï ÷þìá (áí õðïèÝóïìå üôé äåí Ýðåöôå åðÜíù óáò); Ôé åßäïõò êýìáôá èá äçìéïõñãïýóå; Ðïéåò åëêôéêÝò äõíÜìåéò èá Ýðñåðå íá õðåñíéêÞóåé, ãéá íá ðáñáìåßíåé óôïí áÝñá; Ôï êïõôÜêé èá åß÷å ôç ìåãáëýôåñç åíÝñãåéá óôçí êïñõöÞ ôçò ôñï÷éÜò ôïõ Þ óôï Ýäáöïò; 12. Ãéá íá ùèÞóåé Ýíáò çëåêôñéêüò óðéíèÞñáò Þ ìéá öëüãá õøçëÞò èåñìïêñáóßáò Ýíá çëåêôñüíéï áðü ôï âáóéêü åíåñãåéáêü åðßðåäï óå êÜðïéï Üëëï, ðïéá åëêôéêÞ äýíáìç èá ðñÝðåé íá õðåñíéêçèåß; Té åßíáé áõôü ðïõ ìáò äåß÷íåé üôé ôï çëåêôñüíéï ìåôÝðåóå ðÜëé óôçí áñ÷éêÞ ôïõ êáôÜóôáóç; Té åßäïõò êýìáôá äçìéïõñãïýíôáé; Óå ðïéï óçìåßï ôï çëåêôñüíéï äéáèÝôåé ôç ìåãáëýôåñç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò; 13. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ äéáãñÜììáôïò ðïõ ðáñéóôÜíåé ôéò åíåñãåéáêÝò óôÜèìåò ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ (ó÷. 11-29) åîçãÞóôå óå ðïéï óçìåßï ôïõ öÜóìáôïò èá ðåñéìÝíáôå íá âñåßôå ôï öùò ðïõ åêðÝìðåôáé áðü ôá çëåêôñüíéá, üôáí ìåôáðßðôïõí áðü ôéò óôÜèìåò 5 êáé 4 óôçí 3 êáé áðü ôçí 5 óôçí 4;

290

14. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò åîéóþóåùò:

õðïëïãßóôå ôçí åíÝñãåéá ðïõ åêðÝìðåôáé áðü ôá çëåêôñüíéá ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ, üôáí ìåôáðßðôïõí áðü ôçí ôñßôç åíåñãåéáêÞ óôÜèìç óôç äåýôåñç. Óôç óõíÝ÷åéá, õðïëïãßóôå ôçí åíÝñãåéá ðñïêåéìÝíïõ ãéá ôçí ßäéá ðôþóç ôïõ çëåêôñïíßïõ, âáóéæüìåíïé óôï ó÷Þìá 11-25. Óõãêñßíáôå ôá áðïôåëÝóìáôá. 15. ¸íá Üôïìï ôïõ óôïé÷åßïõ Þëéï ðåñéÝ÷åé äýï ðñùôüíéá êáé äýï çëåêôñüíéá. Ðïéá ó÷Ýóç íïìßæåôå üôé õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôçí ðñþôç åíåñãåéáêÞ óôÜèìç ôùí äýï çëåêôñïíßùí ôïõ çëßïõ êáé ôçí áíôßóôïé÷ç ôïõ çëåêôñïíßïõ ôïõ õäñïãüíïõ; ÅîçãÞóôå. 16. Ç äéáöïñÜ åíÝñãåéáò áíÜìåóá óå äýï çëåêôñïíéêÝò óôÜèìåò åßíáé 46,12 kcal/mole. Ðïéá èá åßíáé ç óõ÷íüôçôá ôïõ öùôüò, ðïõ èá

åêðÝìøåé ôï çëåêôñüíéï, üôáí ðÝóåé áðü ôçí õøçëüôåñç óôç ÷áìçëüôåñç åíåñãåéáêÞ óôÜèìç; Ç óôáèåñÜ ôïõ Planck åßíáé 9,52 x 1014 (kcal/sec)/mole. 17. Ç óõ÷íüôçôá ìéáò êßôñéíçò ãñáììÞò óå Ýíá áôïìéêü öÜóìá åßíáé 5,2 x 1014 Hertz. Óå ðïéá åíÝñãåéá áíôéóôïé÷åß áõôÞ: (á) áíÜ mole öùôïíßùí, (â) áíÜ öùôüíéï; 18. Ïé ÷çìéêïß äåóìïß Ý÷ïõí åíÝñãåéåò ðåñßðïõ ßóåò ìå 100 kcal/mole. Åßíáé äõíáôüí íá äéáóðáóèïýí áðü öùò åíÝñãåéáò ßóçò ìå áõôÞí ðïõ âñÞêáìå óôçí åñþôçóç 17; 19. Áò õðïèÝóïìå üôé óçìåéþíïíôáé äýï çëåêôñïíéêÝò ìåôáðôþóåéò^ ç ìéá áíôéóôïé÷åß óå 100 kcal/mole êáé ç Üëëç óå 10 kcal/mole. Ðïéåò åßíáé ïé áíôßóôïé÷åò óõ÷íüôçôåò; Óå ðïéá ðåñéï÷Þ Þ ðåñéï÷Ýò öÜóìáôïò èá âñßóêïíôáé;

KÅÖÁËÁÉÏ ÄÙÄÅÊÁÔÏ

Ôï Üôïìï óýìöùíá ìå ôçí êâáíôïìç÷áíéêÞ èåùñßá

Ïé åíôÜóåéò ôùí êõìÜíóåùí ôïõ çëåêôñïíßïõ åíüò áôüìïõ õäñïãüíïõ, üôáí êáôÝ÷åé ôç ÷áìçëüôåñç äõíáôÞ åíÝñãåéá, óôçí ôñßôç åíåñãåéáêÞ óôÜèìç, üðùò õðïëïãßóèçêå ìå ôçí êâáíôïìç÷áíéêÞ.

292

Ïé åðéóôÞìïíåò óÞìåñá, êÜèå öïñÜ ðïõ èÝëïõí íá ðåñéãñÜøïõí ôï Üôïìï êáé íá åîçãÞóïõí ôç óõìðåñéöïñÜ ôïõ, ÷ñçóéìïðïéïýí ôç èåùñßá, ðïõ ïíïìÜæåôáé êâáíôïìç÷áíéêÞ. Ç èåùñßá áõôÞ áíáðôý÷èçêå åéäéêÜ, ãéá íá åñìçíåýåé ôç óõìðåñéöïñÜ ðïëý ìéêñþí óùìáôéäßùí, üðùò åßíáé ôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá Þ ôá óõóôáôéêÜ ôïõò, äçëáäÞ ôá çëåêôñüíéá êáé ïé ðõñÞíåò. Ïé ðñïçãïýìåíåò «ìç÷áíéêÝò» èåùñßåò ðåñéÝãñáøáí åðéôõ÷þò ôéò äõíÜìåéò êáé ôéò åíÝñãåéåò ðïõ åß÷áí ó÷Ýóç ìüíï ìå ôá ìáêñïóêïðéêÜ ìåãÝèç. ÁíÜìåóá óôá äéÜöïñá áßôéá ðïõ ïäÞãçóáí óôçí áíÜðôõîç ôçò êâáíôïìç÷áíéêÞò Þôáí êáé ôá ðáñáêÜôù. Êáô'

áñ÷Þí, ôï ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ ðïõ ðñïôÜèçêå áðü ôïõ Bohr, äåí áðåäåß÷èç áîéüðéóôï, ðáñÜ ìüíï ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. Åðß ðëÝïí, ôá ðåéñÜìáôá Ýäåéîáí üôé ôá çëåêôñüíéá, êáèþò êáé Üëëá óôïé÷åéþäç óùìáôßäéá ôçò ýëçò, óõìðåñéöÝñïíôáé êáé ùò êýìáôá. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò êâáíôïìç÷áíéêÞò, ðïõ ëÝãåôáé åðßóçò êõìáôïìç÷áíéêÞ, áíáðôý÷èçêå ìéá èåùñßá ãéá ôç äïìÞ ôïõ áôüìïõ ç ïðïßá éó÷ýåé ãéá üëá ôá Üôïìá êáé óõìöùíåß ìå ôéò êõìáôéêÝò éäéüôçôåò ôùí çëåêôñïíßùí. Áðïôåëåß ôç âÜóç ãéá ôçí êáôáíüçóç ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá ôùí óôïé÷åßùí êáé ôçò öýóåùò ôùí ÷çìéêþí äåóìþí ôùí ìïñßùí.

Áðü ôï Üôïìï ôïõ Bohr óôï Üôïìï ôçò êâáíôïìç÷áíéêÞò 12.1 Ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr áðïôõã÷Üíåé íá åîçãÞóåé ôá õðüëïéðá Üôïìá, ðëçí ôïõ õäñïãüíïõ. Áí êáé ôï ðñüôõðï ðïõ ðñüôåéíå ï Bohr ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ åîçãïýóå ìå ìåãÜëç åðéôõ÷ßá ôï öÜóìá áõôïý ôïõ áôüìïõ, óýíôïìá áðåäåß÷èç üôé äåí åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá åîçãÞóåé ôá öÜóìáôá ôùí Üëëùí áôüìùí. Äåí Þôáí ìüíï ôï ðñüâëçìá üôé ðáñåß÷å ëáíèáóìÝíåò ôéìÝò ãéá ôéò óõ÷íüôçôåò ôùí öáóìáôéêþí ãñáììþí. ÐñïÝêõðôå ôï áêüìç óïâáñüôåñï ðñüâëçìá, üôé Üëëá Üôïìá åß÷áí ðïëý ðéï ðïëýðëïêá öÜóìáôá, ôá ïðïßá äåí ìðïñïýóå íá äéêáéïëïãÞóåé ôï ðñüôõðï áõôü. ÖõóéêÜ ìåôÜ áðü ôç ëáìðñÞ åðéôõ÷ßá óôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ, ôï ðñüôõðï äåí åãêáôáëåßöèçêå áâáóÜíéóôá. ÊáôåâëÞèçóáí ìåãÜëåò ðñïóðÜèåéåò, ãéá íá ôñïðïðïéçèåß Þ íá åðåêôáèåß, Ýôóé þóôå íá ãßíåé ãåíéêÜ ÷ñÞóéìï. ¼ìùò, êáìéÜ áðü áõôÝò ôéò ðñïóðÜèåéåò äåí Þôáí åðéôõ÷Þò êáé ôåëéêÜ ïé åðéóôÞìïíåò áíáãêÜóèçêáí íá ðáñáäå÷èïýí, ìåôÜ áðü ðïëëïýò äéóôáãìïýò, üôé ôï ðñüôõðï áõôü ðåñéåß÷å ìüíïí Ýíá ìÝñïò ôçò áëÞèåéáò ó÷åôéêÜ ìå ôçí áôïìéêÞ äïìÞ. Ôïõ Ýëåéðå êÜôé óçìáíôéêü.

12.2 Äéáðéóôþíåôáé ðùò ç ýëç Ý÷åé êáé éäéüôçôåò êýìáôïò. ÁíáöÝñèçêå üôé ïé åðéóôÞìïíåò äåí Þôáí óå èÝóç íá ôñïðïðïéÞóïõí ôï ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ ôïõ Bohr, þóôå íá äþóïõí ìå áõôü ìéá áêñéâÞ êáé

ðëÞñç åñìçíåßá öáóìÜôùí Üëëùí áôüìùí åêôüò ôïõ õäñïãüíïõ. ¼ìùò, ðáñÜëëçëá ìå áõôÞí ôç äõóêïëßá åß÷áí êáé Üëëïõò ëüãïõò ãéá íá áìöéâÜëëïõí ãé' áõôü ôï ðñüôõðï. Óýìöùíá ìå ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr, ôï çëåêôñüíéï èåùñïýíôáí ùò Ýíá áðüëõôá óõãêåêñéìÝíï ìéêñü óùìáôßäéï, ôï ïðïßï ðåñéóôñåöüôáí ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá óå ìéá ïñéóìÝíç ôñï÷éÜ áðü Ýíá óýíïëï äéáöïñåôéêþí åðáêñéâþò êáèïñéóìÝíùí ôñï÷éþí. Ìå âÜóç ôá áðïôåëÝóìáôá Üëëùí ðåéñáìÜôùí, ç Üðïøç üôé ôï çëåêôñüíéï Ýðñåðå íá áíôéìåôùðéóèåß áðëÜ êáé ìüíï ùò Ýíá óùìáôßäéï, áðåäåß÷èç ëáíèáóìÝíç. Åßíáé öõóéêü, ëïéðüí, Ýíá ðñüôõðï áôüìïõ ðïõ âáóßæåôáé óå ìéá ôÝôïéá Üðïøç, íá áìöéóâçôçèåß, ãé' áõôÞ êáé ìüíï ôçí áéôßá, Ýóôù êáé áí êáôÜ ôá Üëëá ëåéôïõñãåß ðéï éêáíïðïéçôéêÜ. Èá èõìÜóôå üôé, üôáí ðñïóðáèïýóáìå íá åîçãÞóïìå üëïõò ôïõò äéáöïñåôéêïýò ôñüðïõò óõìðåñéöïñÜò ôïõ öùôüò, áíáãêáóôÞêáìå íá öáíôáóèïýìå üôé äéáèÝôåé êáôÜ êÜðïéï ôñüðï ôáõôü÷ñïíá ôüóï ôéò éäéüôçôåò ôïõ óùìáôéäßïõ üóï êáé ôïõ êýìáôïò. Ôï 1924 Ýíáò ÃÜëëïò öõóéêüò, ï êüìçò Louis de Broglie, áíáñùôÞèçêå ìÞðùò êáé ôá ðïëý ìéêñÜ óùìáôßäéá, üôáí êéíïýíôáé ìå ìåãÜëç ôá÷ýôçôá, åìöáíßæïõí ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ êýìáôïò. ÊáôÝëçîå óå ìéá åîßóùóç ãéá ôï «ìÞêïò êýìáôïò» ôïõ óùìáôéäßïõ, ôçí ïðïßá äéåôýðùóå ìå ôç âïÞèåéá ôçò ìÜæáò êáé ôçò ôá÷ýôçôÜò ôïõ. Áðåäåß÷èç Ýôóé üôé ðñïêåéìÝíïõ ãéá ìéá äÝóìç çëåêôñïíßùí, ç ïðïßá Ý÷åé åðéôá÷õíèåß õðü ôçí

293

Ó×ÇÌÁ 12-1. Ðñïïðôéêü ó÷Þìá ìéáò ÷áñáêôçñéóôéêÞò äéáôÜîåùò áôüìùí. Äåß÷íåé Ýíáí áðü ôïõò ôñüðïõò, êáôÜ ôïõò ïðïßïõò âñßóêïíôáé äéáôåôáãìÝíá ôá Üôïìá óå áñêåôÜ ìÝôáëëá, üðùò ãéá ðáñÜäåéãìá óôï áëïõìßíéï.

Ó×ÇÌÁ 12-2. Ôï åßäïò áõôü ôçò óêåäÜóåùò äçìéïõñãåßôáé, üôáí ìéá äÝóìç çëåêôñïíßùí äéÝëèåé ìÝóá áðü Ýíá öýëëï áëïõìéíßïõ.

åðßäñáóç ìåñéêþí êéëïâüëô, ôï ìÞêïò êýìáôüò ôçò èá åßíáé ðåñßðïõ 1 Å. Óå ðñïçãïýìåíï êåöÜëáéï, áíáöÝñèçêáí åíäåßîåéò ãéá ôçí êõìáôéêÞ öýóç ôïõ öùôüò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï öùò, üôáí äéÝëèåé ìÝóá áðü ïðÝò Þ ó÷éóìÝò ìå ìÝãåèïò üìïéï ìå ôï ìÞêïò êýìáôüò ôïõ, õößóôáôáé ðåñßèëáóç. Ôï ïñáôü öùò Ý÷åé ìÞêïò êýìáôïò ôçò ôÜîåùò ôùí 0,0005 ÷éëéïóôþí ôïõ ìÝôñïõ. Ôá öáéíüìåíá ôçò ðåñéèëÜóåùò êáé ôçò óõìâïëÞò åßíáé äõíáôüí íá äçìéïõñãçèïýí, áí ÷ñçóéìïðïéçèïýí ó÷éóìÝò ôçò ôÜîåùò ôïõ 0,1 0,01 mm, êÜôé ðïõ ðåéñáìáôéêÜ ìðïñåß íá ãßíåé ó÷åôéêÜ åýêïëá. Ðþò åßíáé äõíáôüí, üìùò, íá êáôáóêåõáóèïýí ïðÝò Þ ó÷éóìÝò ôüóï ìéêñïóêïðéêÝò, üóï åßíáé äçëáäÞ ôï 1 Å (= 10-8 cm); ÕðÜñ÷ïõí äõï áðáíôÞóåéò: (á) äåí åßíáé äõíáôüí íá êáôáóêåõáóèïýí, (â) äåí ÷ñåéÜæåôáé íá êáôáóêåõáóèïýí, ãéáôß ç öýóç ôéò Ý÷åé ðñïâëÝøåé êáé õðÜñ÷ïõí Þäç Ýôïéìåò. Ôá Üôïìá óôïõò êñõóôÜëëïõò âñßóêïíôáé äéáôåôáãìÝíá óå ëåðôÝò ïìïéüìïñöåò óåéñÝò (üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 12-1), ïé ïðïßåò áðÝ÷ïõí ìåôáîý ôïõò êáôÜ äýï ðåñßðïõ Å (ç áêñéâÞò áðüóôáóç ðïéêßëëåé áðü ôç ìßá ïõóßá óôçí Üëëç êáé óõíÞèùò åîáñôÜôáé áðü ôï åßäïò ôùí áôüìùí). ¸ôóé, áí ìéá çëåêôñïíéêÞ äÝóìç Ý÷åé ðñÜãìáôé êõìáôéêü ÷áñáêôÞñá êáé ìÞêïò êýìáôïò ìåñéêþí

Å, ôüôå ßóùò êÜðïéïò íá åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá ðáñáêïëïõèÞóåé öáéíüìåíá ðåñéèëÜóåùò êáé óõìâïëÞò, áí ôçí áíÜãêáæå íá ðåñÜóåé ìÝóá áðü Ýíá ëåðôü öýëëï åíüò êñõóôáëëéêïý õëéêïý. Áêñéâþò áõôü ôï ðåßñáìá ðñáãìáôïðïéÞèçêå ôï 1926 áðü ôïõò Davisson êáé Germer, äýï Áìåñéêáíïýò åðéóôÞìïíåò, óôá åñãáóôÞñéá ôçò Bell Telephone. KáôÜöåñáí íá ðåñÜóåé ìéá äÝóìç çëåêôñïíßùí ìÝóá áðü Ýíá ìåôáëëéêü ëåðôü öýëëï. Óôï ó÷Þìá 12-2 öáßíåôáé Ýíá ÷áñáêôçñéóôéêü áðïôÝëåóìá ðïõ ëáìâÜíåôáé ìå öýëëï áëïõìéíßïõ. Óßãïõñá ç éäÝá ôïõ de Broglie Þôáí óùóôÞ. Åðß ðëÝïí, ç áêñéâÞò áðüóôáóç ôùí äáêôõëßùí óôá ó÷Þìáôá ðïõ äçìéïõñãïýíôáé êáôÜ ôçí ðåñßèëáóç äåß÷íåé üôé êáé ç åîßóùóÞ ôïõ ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôïõ ìÞêïõò êýìáôïò ôùí çëåêôñïíßùí Þôáí óùóôÞ. Óôç óõíÝ÷åéá, ï de Broglie, åöáñìüæïíôáò ôç èåùñßá ôïõ ãéá ôïí êõìáôéêü ÷áñáêôÞñá ôùí çëåêôñïíßùí óôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ, Ýêáíå ìéá ðïëý óçìáíôéêÞ ðáñáôÞñçóç. Õðïëüãéóå üôé, üôáí Ýíá çëåêôñüíéï êéíåßôáé ìå ôçí ôá÷ýôçôá ðïõ ðñïÝâëåðå ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr ãéá ôçí êáôþôåñç ôñï÷éÜ, Ý÷åé ìÞêïò êýìáôïò áêñéâþò ßóï ìå ôçí ðåñßìåôñï áõôÞò ôçò ôñï÷éÜò. Óôçí ðåñßðôùóç ôçò äåýôåñçò ôñï÷éÜò, ç ðåñßìåôñïò éóïýôáé ìå ôï äéðëÜóéï ôïõ ìÞêïõò êýìáôïò. ÃåíéêÜ, Ý÷åé âñåèåß üôé ç ðåñßìåôñïò ôñï÷éÜò «n» éóïýôáé ìå «n» öïñÝò ôï ìÞêïò êýìáôïò. Áõôü áêñéâþò äåß÷íåé ôï

294

n=4

Ó×ÇÌÁ 12-4. ×ñïíéêÞ áíÜðôõîç óôáóßìùí êõìÜôùí ìÝóá óå Ýíá êõêëéêü äáêôýëéï. Ïëüêëçñï ôï äï÷åßï ôáëáíôþíåôáé, áëëÜ ôá êéíïýìåíá êýìáôá Ýîù áðü ôï äáêôýëéï åßíáé åîáóèåíçìÝíá êáé áóáöÞ. n=5

Ó×ÇÌÁ 12-3. Ïé ôñï÷éÝò ôïõ Bohr áíôéêáèßóôáíôáé áðü çëåêôñïíéêÜ êýìáôá. Ç ôñï÷éÜ, ôçí ïðïßá ÷áñáêôÞñéóå ï Bohr ùò n, éóïäõíáìåß, óýìöùíá ìå ôïí de Broglie, ìå Ýíá êýìá, ðïõ äçìéïõñãåßôáé áðü n ìÞêç êýìáôïò.

ó÷Þìá 12-3. ÊáôÜ ôïí ôñüðï áõôü, ç óêÝøç ôïõ de Broglie ïäÞãçóå óå Ýíá ðñüôõðï ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ óôï ïðïßï ïé ôñï÷éÝò åß÷áí áíôéêáôáóôáèåß áðü áðåéêïíßóåéò êõìÜôùí ðïõ óõíÝðéðôáí áðüëõôá ìå ôçí ðåñßìåôñï ôùí êýêëùí. Ôá êýìáôá áõôÜ áõôïåðéôá÷ýíïíôáí ìå áðïôÝëåóìá íá äçìéïõñãïýí ôá «óôÜóéìá êýìáôá» (óôÜóéìá êýìáôá åßíáé äõíáôüí íá ðáñáôçñçèïýí óå ìáêñïóêïðéêÞ êëßìáêá, óå

áñêåôÝò ðåñéðôþóåéò^ Ýíá ðáñÜäåéãìá åßíáé áõôü ðïõ äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 12-4). Ç éäÝá ôïõ de Broglie ãéá ôá óôÜóéìá êýìáôá Þôáí ðïëý åíäéáöÝñïõóá êáé ç óõó÷Ýôéóç ôïõ ìÞêïõò êýìáôïò ìå ôá ìåãÝèç ôùí ôñï÷éþí ôïõ Bohr ðáñåß÷å ìéá ðïëÞ éó÷õñÞ Ýíäåéîç üôé õðÞñ÷å êÜðïéá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôçí åéêüíá ôïõ êýìáôïò êáé ôïõ óùìáôéäßïõ. Äåí õðÞñ÷å üìùò áêüìç ìéá ïëïêëçñùìÝíç èåùñßá, ç ïðïßá íá åîçãïýóå ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôïí ôñüðï ôçò êáôáíïìÞò ôùí çëåêôñïíßùí êáé óôéò åíåñãåéáêÝò êáôáóôÜóåéò ôïõ áôüìïõ. Ïé óêÝøåéò ôïõ Bohr êáé ôïõ de Broglie èýìéæáí ôá êïììÜôéá åíüò ðáæë. Åíþ Ýêáíáí êÜðïéïõò õðáéíéãìïýò ãéá ôï ðþò Ýðñåðå íá ìïéÜæåé ç óõíïëéêÞ åéêüíá, äåí Ýäéíáí üìùò ìéá ðëÞñç ðåñéãñáöÞ ôçò.

Ðåñßëçøç. Ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr ãéá ôï Üôïìï õäñïãüíïõ, óôï ïðïßï ôï çëåêôñüíéï èåùñïýíôáí Ýíá ìåìïíùìÝíï ìéêñü óùìáôßäéï áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíï ðïõ ðåñéöåñüôáí ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá åðß ôçò ìéáò Þ ôçò Üëëçò áðüëõôá êáèïñéóìÝíçò ôñï÷éÜò, äåí Þôáí äõíáôüí íá åðåêôáèåß, þóôå íá åñìçíåýóåé ôá öÜóìáôá êáé Üëëùí áôüìùí. ÐáñÜëëçëá, âñÝèçêå üôé ôï çëåêôñüíéï, üðùò êáé Üëëá ìéêñÜ «óùìáôßäéá»,

ðáñïõóßáæáí åðßóçò éäéüôçôåò êýìáôïò. Ïé ôñï÷éÝò ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ ðïõ ßó÷õáí, óýìöùíá ìå ôç èåùñßá ôïõ Bohr, ðáñá÷þñçóáí ôç èÝóç ôïõò óå éóïäýíáìïõò ó÷çìáôéóìïýò óôáóßìùí êõìÜôùí ôïõ çëåêôñïíßïõ. Ôï ðåäßï Þôáí Ýôïéìï ãéá ôçí áíÜðôõîç ìéáò íÝáò ðåñéóóüôåñï ïëïêëçñùìÝíçò èåùñßáò ãéá ôç äïìÞ ôïõ áôüìïõ.

295

Louis Victor de Broglie (1892 ‐ 1987)

Áðü ôá ìÝóá ôïõ 1600, ðïëëÜ ìÝëç ôçò ïéêïãÝíåéáò de Broglie õðÞñîáí ðñùôïðüñïé óôï ðïëéôéóôéêü, ðïëéôéêü êáé åðéóôçìïíéêü ðåäßï, óôç Ãáëëßá. Ôï 1929, ï Louis de Brïglie ôéìÞèçêå ìå ôï âñáâåßï Íüìðåë óôç ÖõóéêÞ ãéá «ôçí áíáêÜëõøç ôçò êõìáôéêÞò öýóåùò ôùí çëåêôñïíßùí». Áðü ðïëëÜ ÷ñüíéá, ïé åðéóôÞìïíåò åß÷áí ðñïóÝîåé üôé ôï öùò, êÜôù áðü ïñéóìÝíåò óõíèÞêåò, óõìðåñéöåñüôáí óáí íá áðïôåëïýíôáí áðü ìéá óåéñÜ êõìÜôùí. Ìåôñïýóáí ôï ìÞêïò êýìáôïò êáé ôç óõ÷íüôçôá ôïõ öùôüò êáé åß÷áí ôç äõíáôüôçôá íá åñìçíåýóïõí öáéíüìåíá, üðùò ç ðåñßèëáóç êáé ç äéÜèëáóç, åöáñìüæïíôáò êáôÜ ôéò ðáñáôçñÞóåéò ôïõò ôéò áñ÷Ýò ôçò êõìáôïåéäïýò êéíÞóåùò. ÐïëëÝò öïñÝò üìùò ôï öùò óõìðåñéöåñüôáí

óáí íá áðïôåëïýíôáí áðü ðïëý ìéêñïóêïðéêÜ óùìáôßäéá, ôá ïðïßá óõ÷íÜ áðïêáëïýóáí êáé «óùìáôßäéá öùôüò». ÔåëéêÜ, ç åðéóôçìïíéêÞ êïéíüôçôá êáôÝëçîå íá äå÷èåß ôç äéðëÞ öýóç ôïõ öùôüò. Ôï 1890 ï J.J. Thomson ìÝôñçóå ôï ëüãï ôïõ öïñôßïõ ðñïò ôç ìÜæá ôïõ çëåêôñïíßïõ. ¼ôáí ï Ìillikan, óôéò áñ÷Ýò ôïõ 1900, ðñïóäéüñéóå ôï öïñôßï ôïõ çëåêôñïíßïõ, Þôáí ðéá åýêïëï íá õðïëïãéóèåß êáé ç ìÜæá ôïõ. ¹ôáí öáíåñü ðùò ôï çëåêôñüíéï Þôáí Ýíá óùìáôßäéï ìå êáèïñéóìÝíç ìÜæá. Káèþò ïé Üëëïé åðéóôÞìïíåò áãùíßæïíôáí íá ôñïðïðïéÞóïõí ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ, þóôå íá ìðïñåß íá ðåñéãñÜøåé êáé ðéï ðïëýðëïêá Üôïìá, ãéíüôáí üëï êáé ðéï äýóêïëç ç áðïäï÷Þ ôçò éäÝáò åíüò çëåêôñïíßïõ, ôï ïðïßï åìöÜíéæå ìüíï éäéüôçôåò óùìáôéäßïõ. Ï de Broglie ìåëÝôçóå ôçí êâáíôéêÞ èåùñßá ôïõ Planck êáé ôçí åñìçíåßá ðïõ Ýäùóå ï Einstein ãéá ôï öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï. Óôá ìÝóá ôïõ 1920 äéáôýðùóå ôçí õðüèåóç, óýìöùíá ìå ôçí ïðïßá Ýíá çëåêôñüíéï ìå óõãêåêñéìÝíç ìÜæá êáé ôá÷ýôçôá èá ðñÝðåé íá åìöáíßæåé ìéá ðåñéïäéêÞ óõìðåñéöïñÜ, ðïõ óõ÷íÜ Ý÷åé ó÷Ýóç ìå êýìáôá. Åíþ äåí åß÷å êÜðïéåò Üìåóåò ðåéñáìáôéêÝò åíäåßîåéò, þóôå íá åðéâåâáéþóåé áõôÞí ôç èåùñßá ôïõ, åðåîåñãÜóèçêå üëåò ôéò ìáèçìáôéêÝò ëåðôïìÝñåéåò ôçò óõìðåñéöïñÜò ôçí ïðïßá õðÝèåôå. Ç ìåãáëïöõÀá ôïõ de Broglie áðåäåß÷èç ôï 1927, üôáí ïé öõóéêïß Clinton J. Danisson êáé Lester H. Germer áíáêÜëõøáí üôé ôá çëåêôñüíéá åß÷áí ôç äõíáôüôçôá íá õðïóôïýí ðåñßèëáóç ðåñíþíôáò ìÝóá áðü êñõóôÜëëïõò. ÊÜôé ôÝôïéï Þôáí äõíáôüí íá óõìâåß ìüíï áí ôá çëåêôñüíéá åß÷áí ðñÜãìáôé éäéüôçôåò êõìÜôùí. Ç áíáêÜëõøç

296

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. Ðïéïé åßíáé, êáôÜ ôç ãíþìç óáò, äýï âáóéêïß ëüãïé, ãéá ôïõ ïðïßïõò Ýðñåðå íá åãêáôáëåéöèåß

ôï ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ ôïõ Bohr; ÐåñéãñÜøåôå Ýíá ðåßñáìá, ðïõ íá äåß÷íåé üôé ìéá äÝóìç çëåêôñïíßùí óõìðåñéöÝñåôáé üðùò Ýíá óýíïëï êõìÜôùí.

Ç êâáíôïìç÷áíéêÞ åîçãåß ôçí áôïìéêÞ äïìÞ ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

12.3 Ç ðéèáíüôçôá. Ç Ýííïéá ôçò ðéèáíüôçôáò åðçñåÜæåé ôïí êáèÝíá ìáò êáôÜ äéáöïñåôéêü ôñüðï. ÊÜèå ðáéäß ðïõ ãåííéÝôáé õðÜñ÷åé êÜðïéá ðéèáíüôçôá íá êïëëÞóåé ìéá ëïéìþäç áóèÝíåéá ìÝ÷ñé ôçí çëéêßá ôùí ðÝíôå åôþí. Óå ìåñéêÝò êïéíùíßåò ç ðéèáíüôçôá áõôÞ åßíáé ìåãáëýôåñç áðü ü,ôé óå Üëëåò. ¸íáò áðñüóåêôïò ïäçãüò ðïõ äåí óôáìáôÜ óôï óÞìá «STOP», óôçñßæåôáé óôçí ðéèáíüôçôá üôé äåí èá Ýñ÷åôáé áõôïêßíçôï áðü ôçí áíôßèåôç êáôåýèõíóç. Ôá áóöÜëéóôñá æùÞò âáóßæïíôáé óôçí ðéèáíüôçôá üôé èá æÞóåôå ìÝ÷ñé êÜðïéá ðñïêáèïñéóìÝíç çëéêßá, ìå âÜóç óôáôéóôéêÜ óôïé÷åßá ãéá ôç äéÜñêåéá æùÞò ðïëëþí ÷éëéÜäùí Üëëùí áíèñþðùí. Áõôïß ðïõ óôïé÷çìáôßæïõí óôéò éððïäñïìßåò äéáèÝôïõí ðïëý ÷ñüíï ìåëåôþíôáò ôéò åðéäüóåéò ôùí áëüãùí óå Ýíá óõãêåêñéìÝíï áãþíéóìá, ìå óêïðü íá áõîÞóïõí ôçí ðéèáíüôçôá íá êåñäßóïõí. Ïé ðáßêôåò ôïõ ðüêåñ ðñïóðáèïýí íá ðñïóäéïñßóïõí êáôÜ ðñïóÝããéóç ôçí ðéèáíüôçôá íá Ý÷ïõí ïé Üëëïé ðáßêôåò ÷áñôß éó÷õñüôåñï áðü ôï äéêü ôïõò. Ç ðéèáíüôçôá Ý÷åé éäéáßôåñç óçìáóßá åðßóçò óôïí ôïìÝá ôçò äïìÞò ôïõ áôüìïõ, üðùò ðåñéãñÜöåôáé óôï åðüìåíï êåöÜëáéï. ¸÷åé ïñéóèåß, üôé ìüíï åêôßìçóç ôçò ðéèáíüôçôáò íá âñåèåß Ýíá çëåêôñüíéï óå êÜðïéåò èÝóåéò ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá óå äåäïìÝíç óôéãìÞ, åßíáé äõíáôü íá ãßíåé. ÅðåéäÞ åßíáé áäýíáôïí íá åðáíáëÜâïìå ôéò óõíèÞêåò ðïõ åðéêñáôïýí ìÝóá óå Ýíá Üôïìï, óå áõôü ôï ðåßñáìá èá ìåëåôÞóïìå ôçí ðéèáíüôçôá ðïõ Ý÷ïõí êÜðïéá áíôéêåßìåíá íá áêéíçôïðïéçèïýí óå äåäïìÝíá óçìåßá, ôùí ïðïßùí ç áðüóôáóç áðü êÜðïéï óôü÷ï åßíáé åðßóçò äåäïìÝíç. ¸ôóé, èá åßíáé åõêïëüôåñç ç êáôáíüçóç ôçò ðéèáíüôçôáò ðñïóäéïñéóìïý ôçò èÝóåùò åíüò çëåêôñïíßïõ. ÓÊÏÐÏÓ

Èá ðñïóäéïñéóèåß ç ðéï ðéèáíÞ áðüóôáóç áðü ôï êÝíôñï åíüò óôü÷ïõ óêïðïâïëÞò, óôçí ïðïßá èá óôáìáôÞóåé Ýíá êÝñìá, üôáí ôï ñß÷íïìå ðñïò áõôüí ôï óôü÷ï áðü ïñéóìÝíç èÝóç. ÕËÉÊÁ

×Üñáêáò - ÷áñôß ó÷åäéÜóåùò. ÄéáâÞôçò êéìùëßáò Þ êéìùëßá êáé ëåðôü ó÷ïéíß. 10 (Þ ðåñéóóüôåñá) ïìïéüìïñöá, áðü ðëåõñÜò ìåãÝèïõò êáé âÜñïõò, áíôéêåßìåíá (üðùò åßíáé ôá êÝñìáôá Þ ôá áíïîåßäùôá ðåñéêü÷ëéá). ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

1. Ìå Ýíá êïììÜôé êéìùëßáò ó÷åäéÜóôå åðÜíù óôï ðÜôùìá Ýíáí êýêëï áêôßíáò ðÝíôå ðåñßðïõ åêáôïóôþí. Óôç óõíÝ÷åéá ôïðïèåôÞóôå Ýíá êïììÜôé êéìùëßáò óôïí êáôÜëëçëï äéáâÞôç Þ äÝóôå ôï ìå Ýíá ëåðôü ó÷ïéíß, þóôå íá Ý÷åôå ôç äõíáôüôçôá íá ó÷åäéÜóåôå åðÜíù óôï ðÜôùìá ìéá óåéñÜ áðü ïìüêåíôñïõò êýêëïõò ìå áêôßíåò 10, 15, 20, 25, 30, 35 êáé 40 åêáôïóôþí

297

áíôßóôïé÷á. ÌÝóá óôï ìéêñüôåñï êýêëï óçìåéþóôå ôïí áñéèìü «5». Óôá äéáóôÞìáôá áíÜìåóá óôïõò êýêëïõò óçìåéþóôå êáôÜ óåéñÜ ôïõò áñéèìïýò «10», «15», «20», «25» «30» ìÝ÷ñé êáé «40». 2. Óôï ôåôñÜäéü óáò ó÷åäéÜóôå Ýíáí ðßíáêá ìå ïêôþ óôÞëåò áñéèìçìÝíåò ìå ôïõò áñéèìïýò, ðïõ óçìåéþóáôå óôïõò ðñïçãïýìåíïõò êýêëïõò. 3. Óôç óõíÝ÷åéá, ôñáâÞîôå ìéá ãñáììÞ óôï ðÜôùìá, ç ïðïßá íá áðÝ÷åé áðü ôï êïéíü êÝíôñï ôùí êýêëùí ðåñßðïõ Ýíá ìÝôñï. Óôáèåßôå ðßóù áðü áõôÞí ôç ãñáììÞ êáé ñßîôå Ýíá-Ýíá ôá êÝñìáôá ðñïò ôï êÝíôñï ôùí êýêëùí. Óçìåéþóôå ôïí áñéèìü ðïõ Ý÷åé ç ðåñéï÷Þ, óôçí ïðïßá ðÝöôåé êÜèå öïñÜ ôï êÝñìá. Ãéá áêñßâåéá, óôçí ðåñßðôùóç ðïõ ôï êÝñìá ðÝöôåé åðÜíù óôç ãñáììÞ, íá óçìåéþíåôå ôï ìéêñüôåñï áðü ôïõò äýï áñéèìïýò. Ìçí ëáìâÜíåôå õðüøç ôá êÝñìáôá ðïõ âãáßíïõí Ýîù áðü ôï óôü÷ï. ÅîáêïëïõèÞóôå íá ñß÷íåôå êÝñìáôá, ìÝ÷ñé íá êáôáãñÜøåôå ôéò èÝóåéò ôïõëÜ÷éóôïí åêáôü êåñìÜôùí ðïõ Ýðåóáí ìÝóá óôçí ðåñéï÷Þ ôùí êýêëùí. Óõìðëçñþóôå ôïõò áñéèìïýò óôçí êÜèå ìéá áðü ôéò ïêôþ óôÞëåò. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Må âÜóç ôá äåäïìÝíá óáò, íá ó÷åäéÜóåôå ìéá ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç. Óôïí ïñéæüíôéï Üîïíá íá óçìåéþóåôå óå êáíïíéêÜ äéáóôÞìáôá êáôÜ óåéñÜ ôïõò áñéèìïýò 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 êáé 40, þóôå íá áíôéóôïé÷ïýí óôïõò áñéèìïýò ôùí ðåñéï÷þí ðïõ åßíáé ó÷åäéáóìÝíåò óôï ðÜôùìá. Óôïí êáôáêüñõöï Üîïíá êáôáóêåõÜóôå ìéá êëßìáêá, þóôå íá åßíáé äõíáôÞ ç áðåéêüíéóç ôïõ ìÝãéóôïõ ðëÞèïõò ôùí êåñìÜôùí ðïõ Ýðåóáí óôçí êÜèå áñéèìçìÝíç ðåñéï÷Þ. ÔÝëïò, ÷áñÜîôå ôç ãñáììÞ ðïõ ðñïêýðôåé, üôáí åíþóåôå ôá óçìåßá ðïõ êáèïñßæïíôáé áðü ôá æåýãç «ðëÞèïò êåñìÜôùí - áñéèìüò äéáóôÞìáôïò».

Åñìçíåßá ôùí áðïôåëåóìÜôùí. 1. Ìå âÜóç ôç ãñáöéêÞ óáò ðáñÜóôáóç, ðïéá åßíáé ç ðéï ðéèáíÞ áðüóôáóç áðü ôï êÝíôñï ôïõ êýêëïõ óôçí ïðïßá èá óôáìáôÞóåé Ýíá êÝñìá; Aí ñßîåôå áêüìá Ýíá êÝñìá, ðïý íïìßæåôå üôé èá ðÝóåé; 2. Óõãêñßíáôå ôç äéêÞ óáò ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç ìå áõôÞí ôùí óõììáèçôþí óáò. Ôé óõìðÝñáóìá âãáßíåé áðï ôç óýãêñéóç; Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. ÁðáñéèìÞóôå ìåñéêÜ ðñÜãìáôá, ôá ïðïßá èá ìðïñïýóáôå íÜ êÜíåôå, ãéá íá áõîÞóåôå ôéò ðéèáíüôçôåò ðïõ Ý÷åé Ýíá êÝñìá íá ðÝóåé óôï êÝíôñï ôïõ óôü÷ïõ. 2. Áí ñß÷íáôå ìéêñÜ ìåôáëëéêÜ ðåñéêü÷ëéá óå Ýíáí üìïéï óôü÷ï, ï ïðïßïò üìùò íá åß÷å óôï êÝíôñï Ýíá ìáãíÞôç, ðïéåò äéáöïñÝò íïìßæåôå üôé èá õðÞñ÷áí, êáôÜ ôç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç ôùí áðïôåëåóìÜôùí óáò; Ðïéåò ïìïéüôçôåò êáé ðïéåò äéáöïñÝò èá åß÷å áõôü ôï ðáñÜäåéãìá áðü Ýíá Üôïìï, ðïõ ðåñéÝ÷åé ôïí ðõñÞíá êáé ôá çëåêôñüíéá, ãýñù áðü áõôüí; ÅÐß ÐËÝÏÍ ÄÉÅÑÅÝÍÇÓÇ

ÅîáêïëïõèÞóôå ôï ðåßñáìá êáé Ýîù áðü ôç ó÷ïëéêÞ áßèïõóá. Ñßîôå ðåíôáêüóéá ìå åîáêüóéá áêüìç êÝñìáôá êáé ó÷åäéÜóôå ôç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç ãéá êÜèå åêáôïíôÜäá áðü áõôÜ ðïõ ðÝöôïõí ìÝóá óôï óôü÷ï. ÌÞðùò äéáðéóôþíåôå üôé óçìåéþíåôáé êÜðïéá ðñïïäåõôéêÞ ìåôáâïëÞ áðü ôç ìéá ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç óôçí Üëëç; ÌÞðùò âëÝðåôå üôé âåëôéþíåôáé ç éêáíüôçôÜ óáò; ÕðÜñ÷åé êÜðïéï óçìåßï, óôï ïðïßï äñïõí ðáñÜãïíôåò ðïõ äåí ìðïñåßôå íá åëÝãîåôå êáé ìïéÜæïõí íá ðåñéïñßæïõí êÜèå âåëôßùóç; Ðïéïé íïìßæåôå üôé èá ìðïñïýóáí íá åßíáé áõôïß ïé ðáñÜãïíôåò;

298

12.4 Tñï÷éáêÜ êáé êýñéïò êâáíôéêüò áñéèìüò. Ìå ôéò åñãáóßåò ôïõ De Broglie êáé äéáöüñùí Üëëùí ðïõ õðïóôÞñéæáí ôçí êõìáôéêÞ öýóç ôïõ çëåêôñïíßïõ, åß÷áí ôåèåß ïé âÜóåéò ãéá ôçí áíÜðôõîç ìéáò íÝáò èåùñßáò ôçò ýëçò. Ç èåùñßá áõôÞ ïíïìÜóèçêå êâáíôïìç÷áíéêÞ Þ ìåñéêÝò öïñÝò êõìáôïìç÷áíéêÞ. Áíáðôý÷èçêå ìåôáîý ôùí åôþí 1925-1930 êáé óýíôïìá áðåäåß÷èç éêáíÞ íá áíôéìåôùðßóåé ôï ðñüâëçìá ôïõ ðþò âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá ôá çëåêôñüíéá ìÝóá óôá Üôïìá êáé ðïéåò åßíáé ïé äõíáôÝò åíåñãåéáêÝò ôïõò êáôáóôÜóåéò. Ó÷åôéêÜ ìå ôá çëåêôñüíéá ðïõ õðÜñ÷ïõí óôá Üôïìá, ôï ðéï óçìáíôéêü áðïôÝëåóìá, ðïõ ðñïÝêõøå ìå ôç âïÞèåéá ôçò êâáíôïìç÷áíéêÞò, åßíáé Ýíá óýóôçìá êâáíôéêþí áñéèìþí. Ç óõìðåñéöïñÜ åíüò çëåêôñïíßïõ ìÝóá óå Ýíá Üôïìï åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñéèåß, áí ïñéóèïýí ïé êâáíôéêïß ôïõ áñéèìïß. Ï ðéï óçìáíôéêüò êâáíôéêüò áñéèìüò ïíïìÜæåôáé êýñéïò êâáíôéêüò áñéèìüò n. Áõôüò áðïäåéêíýåôáé üìïéïò ìå ôïí áñéèìü n ôïõ ðñïôýðïõ ôïõ Bohr. Ôï ðëåïíÝêôçìá ôçò êâáíôïìç÷áíéêÞò åßíáé üôé ìáò ëÝåé ðþò íá õðïëïãßóïìå ôéò ôéìÝò êáé Üëëùí êâáíôéêþí áñéèìþí, äçëáäÞ üëùí åêåßíùí ðïõ ìáò ÷ñåéÜæïíôáé ãéá ôçí ðëÞñç åñìçíåßá ôùí äïìþí êáé ôùí åíåñãåéþí áôüìùí, ôá ïðïßá åßíáé ðåñéóóüôåñï ðïëýðëïêá áðü ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. Óôçí êâáíôïìç÷áíéêÞ, ôï çëåêôñüíéï äåí èåùñåßôáé ðéá ùò Ýíá ìåìïíùìÝíï óùìáôßäéï, ðïõ âñßóêåôáé óå ìéá áðüëõôá êáèïñéóìÝíç ôñï÷éÜ ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá. Ç ëÝîç ôñï÷éÜ, Ýôóé üðùò ôçí ðåñéÝãñáöå ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr, äåí ÷ñçóéìïðïéåßôáé ðéá. ÐñïêåéìÝíïõ íá õðÜñîåé Ýíáò üñïò ãéá ôéò äéÜöïñåò êáôáóôÜóåéò ôïõ çëåêôñïíßïõ ìÝóá óå Ýíá Üôïìï, ÷ñçóéìïðïéåßôáé ç ëÝîç «ôñï÷éáêü». Ôñï÷éáêü åßíáé ìéá ðåñéï÷Þ ôïõ ÷þñïõ ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá, óôçí ïðïßá åßíáé äõíáôüí íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï. ÊÜèå ôñï÷éáêü ðñïóäéïñßæåôáé áðü Ýíá óýíïëï êâáíôéêþí áñéèìþí, åê ôùí ïðïßùí ï ðéï óçìáíôéêüò åßíáé ï êýñéïò êâáíôéêüò áñéèìüò n. ÕðÜñ÷åé ìéá ðÜñá ðïëý óçìáíôéêÞ äéáöïñÜ áíÜìåóá óôéò ôñï÷éÝò ôïõ Bohr êáé ôá ôñï÷éáêÜ ôçò êâáíôïìç÷áíéêÞò. Áêüìç êáé áí ãíùñßæïìå ïôéäÞðïôå åßíáé äõíáôüí ó÷åôéêÜ ìå Ýíá ôñï÷éáêü, åîáêïëïõèïýìå íá ìç ãíùñßæïìå ôçí áêñéâÞ ôñï÷éÜ ôïõ çëåêôñïíßïõ, áëëÜ ïýôå êáé ôçí áêñéâÞ èÝóç, óôçí ïðïßá èá âñåèåß óå äåäïìÝíç óôéãìÞ.

Ó×ÇÌÁ 12-5. Ôï 1s ôñï÷éáêü áðåéêïíßæåôáé ìå Ýíá íÝöïò. ¼óï ðéï óêïôåéíÞ åßíáé ìéá ðåñéï÷Þ ôïõ íÝöïõò, ôüóï ìåãáëýôåñç ðéèáíüôçôá õðÜñ÷åé íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï ìÝóá óå áõôÞí.

Ôï ìüíï ðïõ ìðïñåß íá ãßíåé åßíáé íá õðïëïãßóïìå ôéò ðéèáíüôçôåò íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï óå êÜðïéï óçìåßï ôïõ ÷þñïõ. Ç ðéèáíüôçôá áõôÞ, áí õðïëïãéóèåß ãéá ìéá ÷ñïíéêÞ ðåñßïäï, ìáò äßíåé ìéá åéêüíá ôïõ ôñüðïõ óõìðåñéöïñÜò åíüò çëåêôñïíßïõ. Ç ðåñéãñáöÞ áõôÞò ôçò êéíÞóåùò ôïõ çëåêôñïíßïõ åßíáé ðïõ ïíïìÜæåôáé ôñï÷éáêü. Ôï ó÷Þìá 12-5 äßíåé ôïí ôñüðï áðåéêïíßóåùò ôùí ðéï óôáèåñþí ôñï÷éáêþí ôïõ çëåêôñïíßïõ åíüò áôüìïõ õäñïãüíïõ, óýìöùíá ìå ôçí êâáíôïìç÷áíéêÞ. Äåí äåß÷íåé ôçí ðñáãìáôéêÞ èÝóç ôïõ çëåêôñïíßïõ óå ïðïéáäÞðïôå óôéãìÞ. Äåß÷íåé üìùò ðïý åßíáé ðéèáíü íá âñßóêåôáé ôçí êÜèå óôéãìÞ. Ïé åíôïíüôåñá óêéáóìÝíåò ðåñéï÷Ýò åßíáé áõôÝò, óôéò ïðïßåò åßíáé ðéèáíüôåñï íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï. Óôï ôñï÷éáêü ôïõ ó÷Þìáôïò áõôïý äéáêñßíåôå üôé ç ðåñéï÷Þ áõôÞ åßíáé ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá. Ç ðéèáíüôçôá íá âñåèåß ìáêñýôåñá áðü ôïí ðõñÞíá åëáôôþíåôáé óôáèåñÜ ðñïò üëåò ôéò äéåõèýíóåéò. Ç ðåñéãñáöÞ ôçò êéíÞóåùò åíüò çëåêôñïíßïõ ìå ôñï÷éáêü ìáò äßíåé ôéò ßäéåò ðëçñïöïñßåò ðïõ ìáò ðáñÝ÷åé ç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç ðïõ ðñïÝêõøå áðü ôï ðåßñáìá ìå ôá êÝñìáôá, Þ áðü ôá óçìÜäéá ðïõ ãßíïíôáé áðü ôá âåëÜêéá üôáí ðÝöôïõí åðÜíù óå ìéá óáíßäá, óôçí ïðïßá åßíáé óôåñåùìÝíïò ï êõêëéêüò óôü÷ïò. Áí áõôÞ ç óáíßäá ÷ñçóéìïðïéçèåß ðïëëÝò öïñÝò, ôüôå ç êáôáíïìÞ ôùí óçìáäéþí äåß÷íåé ìå ðüóç åðéôõ÷ßá óçìÜäåøáí ïé ðñïçãïýìåíïé ðáßêôåò ôï óôü÷ï. ÕðÜñ÷ïõí ðïëëÜ óçìÜäéá êïíôÜ óôï

299

êÝíôñï ôïõ óôü÷ïõ, åíþ, êáèþò áðïìáêñõíüìáóôå áðü áõôü, ðáñáôçñïýìå ìéá âáèìéáßá ìåßùóç áõôþí áíÜ ôåôñáãùíéêü åêáôïóôü ôçò óáíßäáò. Ç äéÜôáîç ôùí óçìáäéþí äåí ðñïâëÝðåé ðïý ðñüêåéôáé íá êáñöùèåß ôï åðüìåíï âåëÜêé. ¼ìùò, ãéá êÜèå áðüóôáóç áðü ôï êÝíôñï ôïõ óôü÷ïõ, ç «ðõêíüôçôá» ôùí óçìáäéþí (áñéèìüò áíÜ ôåôñáãùíéêü åêáóôïóôü) áðïôåëåß ìéá Ýíäåéîç ôïõ ðüóåò ðéèáíüôçôåò õðÜñ÷ïõí íá êáñöùèåß åêåß ôï åðüìåíï âåëÜêé. Ôá óçìÜäéá óôç óáíßäá ôïõ óôü÷ïõ ìáò äßíïõí ìüíï ìßá åéêüíá ãéá ôéò ðéèáíüôçôåò ðïõ õðÜñ÷ïõí íá êáñöùèåß Ýíá âåëÜêé óå ìéá ïñéóìÝíç áðüóôáóç áðü ôï êÝíôñï ôïõ óôü÷ïõ. Äåí áíáöÝñåôáé ôßðïôá ãéá ôç óåéñÜ, ìå ôçí ïðïßá äçìéïõñãÞèçêáí áõôÜ ôá óçìÜäéá. Óôçí ðåñßðôùóç ôçò êáôáíïìÞò ôùí çëåêôñïíßùí, ôá ôñï÷éáêÜ ìáò äßíïõí ôçí ðéèáíüôçôá ðïõ õðÜñ÷åé íá âñåèåß Ýíá çëåêôñüíéï óå ïñéóìÝíç áðüóôáóç áðü ôïí ðõñÞíá, êáôÜ ôç äéÜñêåéá åíüò ðåéñÜìáôïò ðïõ äéåîÜãåôáé ìå óêïðü ôïí åíôïðéóìü ôçò èÝóåþò ôïõ. Äåí áíáöÝñåôáé óôïí ôñüðï ðïõ êéíåßôáé ôï çëåêôñüíéï áðü ôï Ýíá óçìåßï óôï Üëëï, äçëáäÞ äåí ðåñéãñÜöåé ôçí ôñï÷éÜ ôïõ. ÕðÜñ÷åé Ýíáò áêüìç ôñüðïò, ãéá íá êáôáíïÞóåôå ôç óçìáóßá åíüò ôñï÷éáêïý. Ôï çëåêôñüíéï, êáèþò êéíåßôáé ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá, åî áéôßáò ôçò êõìáôéêÞò öýóåùò ôçí ïðïßá åìöáíßæåé üôáí êéíåßôáé, èåùñåßôáé ìÜëëïí üôé êáôáëáìâÜíåé ìéá åêôåôáìÝíç ðåñéï÷Þ ôïõ ÷þñïõ ðáñÜ üôé åßíáé Ýíá ìéêñü, ìåìïíùìÝíï óùìáôßäéï. Ãé' áõôü ç ðåñéãñáöÞ ôïõ ôé êÜíåé áêñéâþò èá ðñÝðåé íá åßíáé ìéá èïëÞ åéêüíá, Ýíá «çëåêôñïíéêü íÝöïò». ¼ëåò ïé åîéóþóåéò, ôéò ïðïßåò äßíåé ç êâáíôïìç÷áíéêÞ ãéá ôá ôñï÷éáêÜ, åîáñôþíôáé áðü ôïí êýñéï êâáíôéêü áñéèìü. Ùò åðß ôï ðëåßóôïí, ãéá êÜèå êýñéï êâáíôéêü áñéèìü õðÜñ÷ïõí ðåñéóóüôåñá áðü Ýíá ôñï÷éáêÜ. Ï êáíüíáò åßíáé üôé ãéá ôïí êýñéï êâáíôéêü áñéèìü n õðÜñ÷ïõí n2 ôñï÷éáêÜ. Ãéá n = 1, õðÜñ÷åé ìüíï Ýíá ôñï÷éáêü. Ãéá n = 2 õðÜñ÷ïõí n2 = 22 = 4 ôñï÷éáêÜ êáé ïýôù êáèåîÞò. Óôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ, üëá ôá ôñï÷éáêÜ åíüò êõñßïõ êâáíôéêïý áñéèìïý Ý÷ïõí ôçí ßäéá åíÝñãåéá (áí êáé áõôü äåí éó÷ýåé óå Üëëá Üôïìá). Áêñéâþò üðùò óõíÝâáéíå êáé ìå ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr, áõôÞ ç åíÝñãåéá äßíåôáé áðü ôçí ðáñáêÜôù åîßóùóç:

12.5 Ç áñ÷Þ ôçò áâåâáéüôçôáò. ~Oðùò Ý÷åôå ìÜèåé, ç çëåêôñïíéêÞ äïìÞ åíüò áôüìïõ, óýìöùíá ìå ôçí ðåñéãñáöÞ ðïõ äßíåé ç êâáíôïìç÷áíéêÞ, äåí åßíáé ìßá áðëÞ, óõãêåêñéìÝíç åéêüíá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, äåí åßíáé äõíáôüí, ðñïêåéìÝíïõ ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ, íá ðïýìå üôé ôï çëåêôñüíéï âñßóêåôáé óå ìéá ïñéóìÝíç èÝóç êÜðïéá óõãêåêñéìÝíç ÷ñïíéêÞ óôéãìÞ êáé êéíåßôáé ìå ìéá ïñéóìÝíç ôá÷ýôçôá. Áõôüò åßíáé êáé ï ëüãïò ðïõ åãêáôáëåßöèçêå ç åéêüíá ðïõ Ýäùóå ï Bohr ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. Ï Bohr åß÷å èåùñÞóåé ùò äåäïìÝíï üôé åßíáé äõíáôüí íá ãßíïõí ðñïâëÝøåéò áõôïý ôïõ åßäïõò ãéá ôá çëåêôñüíéá ðïõ âñßóêïíôáé ìÝóá óôá Üôïìá. Ç áéôßá ãéá ôçí áíáðüöåõêôç áóÜöåéá ôçò ðåñéãñáöÞò ôïõ çëåêôñïíßïõ óôï Üôïìï ôï õäñïãüíïõ Þ ôùí çëåêôñïíßùí óå ïðïéïäÞðïôå Üëëï Üôïìï Þ ìüñéï äéáôõðþíåôáé óå Ýíá èåìåëéþäç íüìï ôçò ÖõóéêÞò. Ï íüìïò áõôüò ïíïìÜæåôáé áñ÷Þ ôçò áâåâáéüôçôáò. Åßíáé äõíáôüí íá ãñáöåß Þ íá åêöñáóèåß ìáèçìáôéêÜ êáôÜ ðïëëïýò ôñüðïõò. Ãéá ôçí ðåñßðôùóç ðïõ ìåëåôïýìå ôþñá, ç ðéï êáôÜëëçëç ìïñöÞ åßíáé: (Äx) (Äõ) = h/m ¼ðïõ x êáé õ óõìâïëßæïõí áíôßóôïé÷á ôç èÝóç êáé ôçí ôá÷ýôçôá åíüò óùìáôéäßïõ. Ôï Ä óçìáßíåé «ôçí áâåâáéüôçôá» óôçí ðïóüôçôá ðïõ ôï áêïëïõèåß. ¸ôóé Äx åßíáé ç áâåâáéüôçôá óôéò ìåôñÞóåéò ðïõ êÜíïìå ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò èÝóåùò, åíþ ôï Äõ õðïäçëþíåé ôçí áâåâáéüôçôá óôç ãíþóç ôçò ôá÷ýôçôáò. Ôï h åßíáé ç óôáèåñÜ ôïõ Planck, 6,63 x 10-27g cm2 sec-1, êáé m åßíáé ç ìÜæá ôïõ óùìáôéäßïõ. ÅðåéäÞ ôï h åßíáé Ýíáò ôüóï ìéêñüò áñéèìüò, ëáìâÜíåôáé õðüøç ìüíï óôá óùìáôßäéá ìå ðïëý ìéêñÞ ìÜæá, óôá ïðïßá ç áâåâáéüôçôá åßíáé óçìáíôéêÞ. Ãéá ðáñÜäåéãìá õðïèÝóôå üôé èÝëåôå íá ðåôÜîåôå ìéá ðÝôñá ìÜæáò 50 g. Ôï ãéíüìåíï ôùí áâåâáéïôÞôùí ôçò èÝóåùò êáé ôçò ôá÷ýôçôáò èá ìðïñïýóå íá õðïëïãéóèåß ùò åîÞò:

Ôï ãéíüìåíï ôùí áâåâáéïôÞôùí ôçò èÝóåùò (óå cm) êáé ôçò ôá÷ýôçôáò (óå cm/sec) åßíáé åîáéñåôéêÜ ìéêñü. Óýìöùíá ìå ôçí áñ÷Þ ôçò áâåâáéüôçôáò, ìðïñïýìå íá áíôëÞóïìå

300

ðëçñïöïñßåò ãéá ôç èÝóç êáé ôçí ôá÷ýôçôá ìáêñïóêïðéêþí óùìáôéäßùí, üðùò ç ðÝôñá ôùí 50 g, ìå áêñßâåéá ðïëý ìåãáëýôåñç áð' áõôÞí ðïõ èá åðéèõìïýóáìå Þ èá ÷ñåéáæüìáóôáí ðïôÝ. Ç áñ÷Þ ôçò áâåâáéüôçôáò åöáñìüæåôáé óå ìáêñïóêïðéêÜ áíôéêåßìåíá, áëëÜ ïé ðåñéïñéóìïß, ôïõò ïðïßïõò èÝôåé, ôçí êáèéóôïýí ÷ùñßò ðñáêôéêÞ óçìáóßá. ¼ôáí ðñüêåéôáé, üìùò, ãéá ðïëý ìéêñïóêïðéêÜ óùìáôßäéá, üðùò ôá çëåêôñüíéá, ïé ðåñéïñéóìïß óôá üóá ãíùñßæïìå Ý÷ïõí èåìåëéþäç óçìáóßá. ¸íá çëåêôñüíéï Ý÷åé ìÜæá ìüíïí 9,10 x 10-28 g. ¸ôóé, ôï ãéíüìåíï ôùí áâåâáéïôÞôùí äéáìïñöþíåôáé ùò áêïëïýèùò:

Áò åîåôÜóïìå ôþñá Ýíá çëåêôñüíéï, ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óå Ýíá Üôïìï. Ç äéÜìåôñïò åíüò áôüìïõ åßíáé ðåñßðïõ 10-8 cm. Áí èÝëïìå íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï ìÝóá óå ìéá óöáßñá ìå ôçí ßäéá äéÜìåôñï ëÝìå üôé ãíùñßæïìå ôç èÝóç ôïõ çëåêôñïíßïõ ìå ìéá áâåâáéüôçôá, Äx, ôçò ôÜîåùò ôïõ 10-8 cm. Ðüóï ãñÞãïñá êéíåßôáé ôï çëåêôñüíéï; Áí èÝóïìå óôçí åîßóùóç ôçò áâåâáéüôçôáò ôï Äx = 10-8 cm êáé ëýóïìå ùò ðñïò Äõ ëáìâÜíïìå ôá ðáñáêÜôù: Äõ = (7 cm2 sec-1)/(10-8 cm) = ðåñßðïõ 109 cm/sec

Ç áâåâáéüôçôá óôçí ôá÷ýôçôá ôùí çëåêôñïíßùí åßíáé ôåñÜóôéá, êáé, ðéï óõãêåêñéìÝíá, ðåñßðïõ Ýíá äéóåêáôïììýñéï cm sec-1. ¸ôóé áí åðéèõìïýìå áðëÜ íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï êÜðïõ ìÝóá óå ìéá óöáßñá, ç ïðïßá Ý÷åé ðåñßðïõ ôï ìÝãåèïò åíüò áôüìïõ, èá ðñÝðåé íá äå÷èïýìå ìéá ôåñÜóôéá áâåâáéüôçôá óå ó÷Ýóç ìå ôçí ôá÷ýôçôÜ ôïõ. Áí åðé÷åéñÞóïìå íá ðåñéïñßóïìå ôçí áâåâáéüôçôá óôç èÝóç ôïõ çëåêôñïíßïõ áêüìç ðåñéóóüôåñï, õðï÷ñåþíïíôÜò ôï íá áêïëïõèåß ìéá ïñéóìÝíç ôñï÷éáêÞ äéáäñïìÞ ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá, ôüôå ç áâåâáéüôçôá óôçí ôá÷ýôçôÜ ôïõ èá ãßíåé áêüìç ìåãáëýôåñç. ÐñÜãìáôé, ç áâåâáéüôçôá óôçí ôá÷ýôçôá åßíáé ôüóï ìåãÜëç, þóôå äåí õðÜñ÷åé ëüãïò íá åðéìåßíïìå ó' áõôü ôï åßäïò ôçò ðåñéãñáöÞò. Ëüãù ôçò áñ÷Þò ôçò áâåâáéüôçôáò åßíáé áðáñáßôçôï íá åãêáôáëåßøåôå êÜèå åëðßäá ãéá ôçí ðåñéãñáöÞ ôçò êáôáíïìÞò ôùí çëåêôñïíßùí óå Ýíá ïñéóìÝíï Üôïìï Þ ìüñéï ìå ôïí ßäéï ôñüðï ðïõ åß÷áôå ôç äõíáôüôçôá íá ðåñéãñÜøåôå ôç èÝóç êáé ôçí ôá÷ýôçôá ìéáò ðÝôñáò ðïõ ðåôÜîáôå. Áõôü,

ßóùò, íá öáßíåôáé, åê ðñþôçò üøåùò, üôé äéáøåýäåé üëåò ôéò åëðßäåò ìáò ãéá êáôáíüçóç ôùí åóùôåñéêþí äéåñãáóéþí óôá Üôïìá êáé óôá ìüñéá. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, üìùò, äåí åßíáé Ýôóé. ¼ðùò áíáöÝñèçêå óôá ðñïçãïýìåíá, Ý÷ïìå ôç äõíáôüôçôá íá ðåñéãñÜøïìå Ýíá Üôïìï óôï ïðïßï ôï çëåêôñüíéï íá óõìðåñéöÝñåôáé óáí Ýíá íÝöïò áñíçôéêïý öïñôßïõ, ðïõ äéáèÝôåé ìéá ïñéóìÝíç êáôáíïìÞ ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá. Ç ðåñéãñáöÞ áõôÞ ßóùò ìïéÜæåé, êáé Ýôóé åßíáé ðñÜãìáôé, ðïëý ëéãüôåñï áêñéâÞò áð' ü,ôé Ýíáò áêñéâÞò ðñïóäéïñéóìüò ôçò èÝóåùò êáé ôçò ôá÷ýôçôáò ôïõ çëåêôñïíßïõ. ¼ìùò, åßíáé áñêåôÞ ãéá ôïí õðïëïãéóìü üëùí ôùí éäéïôÞôùí åíüò áôüìïõ, ôéò ïðïßåò ìðïñïýìå ðñáêôéêÜ íá ðáñáôçñÞóïìå Þ íá ìåôñÞóïìå. ¸ôóé ìáò ðáñÝ÷åôáé ç äõíáôüôçôá íá õðïëïãßóïìå ôçí åíÝñãåéÜ ôïõ, ôç óôñïöïñìÞ ôïõ, ôï öïñôßï ôïõ êÜèå éüíôïò êáèþò êáé Üëëåò óçìáíôéêÝò ðïóüôçôåò. Áîßæåé íá óõíåéäçôïðïéÞóïìå üôé ìéá èåùñßá ðïõ ìáò åðéôñÝðåé íá ðñïóäéïñßóïìå üëåò ôéò ÷áñáêôçñéóôéêÝò ðáñáìÝôñïõò, ôéò ïðïßåò, ðáñÜëëçëá, ìðïñïýìå êáé íá ìåôñÞóïìå óôçí ðñÜîç, åßíáé ìéá áðüëõôá éêáíïðïéçôéêÞ èåùñßá. Äåí õðÜñ÷åé ëüãïò íá áíáæçôïýìå ìéá èåùñßá ðïõ íá áó÷ïëåßôáé ìå ðñÜãìáôá, ôá ïðïßá äåí ìðïñïýìå íá ðáñáôçñÞóïìå. ÐñÜãìáôá ðïõ äåí ìðïñïýìå íá ôá ðáñáôçñÞóïìå ìðïñïýìå íá ôá èåùñÞóïìå áíýðáñêôá Þ ðÜíôùò äåí ðáñïõóéÜæïõí åíäéáöÝñïí. Ç âÜóç ãéá ôçí áñ÷Þ ôçò áâåâáéüôçôáò åßíáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ìéá ìåëÝôç ôïõ ôñüðïõ ìå ôïí ïðïßï ãßíïíôáé ìåôñÞóåéò. Åßíáé ãíùóôü ãéá ðáñÜäåéãìá üôé ìðïñïýìå íá âñïýìå ôç èÝóç êáé íá ìåôñÞóïìå ôçí ôá÷ýôçôá åíüò ìáêñïóêïðéêïý áíôéêåéìÝíïõ, üðùò åßíáé ìéá ðÝôñá, ðáñáôçñþíôáò ôçí ôñï÷éÜ ôïõ. ¸÷ïìå ôç äõíáôüôçôá íá äéáêñßíïìå ôçí ðÝôñá ãéáôß áíôáíáêëÜ ïñáôü öùò. Ç ðÝôñá Ý÷åé äéáóôÜóåéò ôçò ôÜîåùò ôïõ åêáôïóôïý, åíþ ôï ìÞêïò êýìáôïò ôïõ öùôüò åßíáé ôçò ôÜîåùò ôïõ 10 -15 cm. Ôá öùôåéíÜ êýìáôá åßíáé ðïëý ìéêñÜ óå ó÷Ýóç ìå ôï ìÝãåèïò ôïõ ìáêñïóêïðéêïý áíôéêåéìÝíïõ. Ðþò ìðïñåßôå, üìùò, íá ðáñáôçñÞóåôå Ýíá çëåêôñüíéï; Áí ìåôá÷åéñéóèåßôå ïñáôü öùò, äåí èá äéáêñßíåôå ôßðïôá. Ôï çëåêôñüíéï åßíáé ðÜñá ðïëý ìéêñü. ¸ôóé, åßíáé ðñïöáíÝò üôé èá äïêéìÜóåôå áõôü ðïõ ðåñéãñÜöåôáé ðáñáêÜôù. Èá ìåôá÷åéñéóèåßôå áêôéíïâïëßá ìå ìÞêïò êýìáôïò ôüóï ìéêñü üóï, Þ êáé ìéêñüôåñï áðü, ôï ìÝãåèïò ôïõ çëåêôñïíßïõ. ºóùò, äïêéìÜóåôå íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå êÜðïéåò áêôßíåò × ìå ðïëý

301

ìéêñü ìÞêïò êýìáôïò. Ôá ðñïâëÞìáôÜ óáò, üìùò, èá åîáêïëïõèÞóïõí. Ôá öùôüíéá óôéò áêôéíïâïëßåò ôüóï ìéêñïý ìÞêïõò êýìáôïò äéáèÝôïõí ôüóç ðïëëÞ åíÝñãåéá, þóôå êÜèå öïñÜ, ðïõ Ýóôù êáé Ýíá öùôüíéï óõãêñïýåôáé ìå Ýíá çëåêôñüíéï, ôïõ äßíåé ìéá ôåñÜóôéá þèçóç. Ç ìåãÜëç ðñïóðÜèåéá ìåôñÞóåùò ôçò èÝóåùò êáé ôçò ôá÷ýôçôáò ôïõ çëåêôñïíßïõ èá Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá íá ìåôáâëçèïýí êáé ç èÝóç áëëÜ êáé ç ôá÷ýôçôá (ó÷. 12-6). Áõôü ïöåßëåôáé óôçí áâåâáéüôçôá ðïõ åéóÜãåé óôï áðïôÝëåóìá ç ðñïóðÜèåéá, ãéá íá ãßíåé áõôÞ ç ìÝôñçóç. Ç áñ÷Þ ôçò áâåâáéüôçôáò áðïôåëåß ìéá áðëÞ áíáöïñÜ áõôïý ôïõ ãåãïíüôïò.

12.6 Tá ó÷Þìáôá ôùí s ôñï÷éáêþí. Áò èåùñÞóïìå ôçí êáôþôåñç åíåñãåéáêÞ óôÜèìç åíüò áôüìïõ õäñïãüíïõ, ãéá ôçí ïðïßá n = 1. ÕðÜñ÷ïõí n2 óôÜèìåò ìå áõôÞí ôçí åíÝñãåéá. ÅðåéäÞ n = 1, óôï ðáñÜäåéãìá áõôü õðÜñ÷åé ìßá óôÜèìç. Áíôéóôïé÷åß óå ìéá çëåêôñïíéêÞ êáôáíïìÞ ç ïðïßá åßíáé óöáéñéêÜ óõììåôñéêÞ ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá, (ó÷. 12-5) êáé ïíïìÜæåôáé 1s ôñï÷éáêü. Óôï óýìâïëï 1s o áñéèìüò Ýíá (1) äçëþíåé üôé n = 1 êáé ôï ãñÜììá s üôé ôï ôñï÷éáêü åßíáé óöáéñéêÜ óõììåôñéêü. ¸íá çëåêôñüíéï ðïõ êéíåßôáé ìÝóá óå Ýíá s ôñï÷éáêü ïíïìÜæåôáé s çëåêôñüíéï. ÅðåéäÞ ôï ãñÜììá s ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá íá ðåñéãñÜøåé Ýíá óöáéñéêÜ óõììåôñéêü ôñï÷éáêü, ßóùò, íá óêåöôÞêáôå, êáé êáëÜ èá åß÷áôå êÜíåé, üôé ôï s åßíáé ôï áñ÷éêü ãñÜììá ôçò ëÝîåùò spherical (óöáéñéêü). Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ôï óýìâïëï ÷ñçóéìïðïéÞèçêå áñ÷éêÜ áðü ôïõò ðñþôïõò ÷åéñéóôÝò ôùí öáóìáôïãñÜöùí, ãéá íá ðåñéãñÜøïõí ìéá «óáöÞ» áëëçëïõ÷ßá ãñáììþí óå Ýíá ïñéóìÝíï öÜóìá. ÊáôÜ áíÜëïãï ôñüðï äçìéïõñãÞèçêáí êáé ôá Üëëá óýìâïëá ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá ôï ÷áñáêôçñéóìü ôùí ôñï÷éáêþí. Ôá óýìâïëá p, d êáé f, ôá ïðïßá èá óõíáíôÞóåôå ðáñáêÜôù, ðñïÝñ÷ïíôáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá áðü ôéò ëÝîåéò «principal» (= âáóéêü), «diffuse» (= äéÜ÷õôï), êáé «fundamental» (= èåìåëéþäåò), ôéò ïðïßåò ìåôá÷åéñßæïíôáé ïé åíáó÷ïëïýìåíïé ìå öáóìáôïãñÜöïõò, ðñïêåéìÝíïõ íá ðåñéãñÜøïõí äéÜöïñåò ïìÜäåò öáóìáôéêþí ãñáììþí. Ï üñïò «óöáéñéêÜ óõììåôñéêü», êáé ç ìïñöÞ åíüò s ôñï÷éáêïý (ó÷. 12-5) ðñÝðåé íá ãßíïõí áðüëõôá êáôáíïçôÜ. Áò õðïèÝóïìå üôé åîåôÜæåôå Ýíá çëåêôñüíéï ðïõ âñßóêåôáé êÜðïõ åðÜíù óôçí åðéöÜíåéá ìéáò

óöáßñáò ïñéóìÝíçò áêôßíáò r1, ç ïðïßá Ý÷åé óôï êÝíôñï ôçò ôïí ðõñÞíá. Ç ðéèáíüôçôá íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï óå Ýíá óçìåßï ôçò åðéöÜíåéáò ôçò óöáßñáò ìå áêôßíá r1, åßíáé ç ßäéá ãéá üëá ôá óçìåßá áõôÞò ôçò åðéöÜíåéáò. Ôï ßäéï èá ìðïñïýóå íá óõìâåß êáé ãéá ôçí åðéöÜíåéá ìéá Üëëçò óöáßñáò áêôßíáò r2. Ç ðéèáíüôçôá, üìùò, íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï óå êÜðïéï óçìåßï ôçò åðéöÜíåéáò ôçò óöáßñáò ìå áêôßíá r2, äåí åßíáé ßäéá ìå ôçí ðéèáíüôçôá íá âñåèåß óå êÜðïéï óçìåßï ôçò åðéöÜíåéáò ôçò óöáßñáò áêôßíáò r1. Ç ðéèáíüôçôá íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï óå êÜðïéï óçìåßï åîáñôÜôáé áðü ôçí áêôßíá ôçò óöáßñáò. ¸íá çëåêôñüíéï 1s åßíáé äõíáôüí íá âñåèåß ïðïõäÞðïôå, áðü ôïí ðõñÞíá ìÝ÷ñé óå ìéá ìåãÜëç áðüóôáóç ìáêñéÜ áðü áõôüí, ôï ðéï ðéèáíü üìùò åßíáé íá âñåèåß ðåñßðïõ óå áðüóôáóç 0,5 x 10-8 cm (ìéóü Ångström) áðü ôïí ðõñÞíá. Ç åðüìåíç åíåñãåéáêÞ óôÜèìç áíôéóôïé÷åß óå n = 2. Óýìöùíá ðÜëé ìå ôïí êáíüíá, õðÜñ÷ïõí n2 = 22 = 4 äéáôÜîåéò óôï ÷þñï ìå ôçí ßäéá åíÝñãåéá.

Méá áðü áõôÝò åßíáé ðÜëé óöáéñéêÜ óõììåôñéêÞ êáé ïíïìÜæåôáé 2s ôñï÷éáêü. Ôï ó÷Þìá 12-7 äåß÷íåé ôï áôïìéêü 2s ôñï÷éáêü. ¸ôóé, êáôáëÞãïìå óôï äéêáéïëïãçìÝíï óõìðÝñáóìá üôé ç ìåãáëýôåñç åíÝñãåéá ôïõ 2s ôñï÷éáêïý åðéôñÝðåé óôï çëåêôñüíéï íá âñßóêåôáé ðåñéóóüôåñç þñá ìáêñéÜ áðü ôïí ðõñÞíá. Ãéá êÜèå ôéìÞ n, õðÜñ÷åé Ýíá óöáéñéêÜ óõììåôñéêü ôñï÷éáêü. Êáèþò áõîÜíåôáé ôï n, ôá ns ôñï÷éáêÜ ôïðïèåôïýí êáôÜ ìÝóï üñï ôï çëåêôñüíéï, üëï êáé ðéï ìáêñéÜ áðü ôïí ðõñÞíá. Ìéêñïóêüðéï Ðñïóðßðôïí öùôüíéï

Çëåêôñüíéï Áñ÷éêÞ ôá÷ýôçôá

ÔåëéêÞ êáé äéáöïñåôéêÞ ôá÷ýôçôá

Ó×ÇÌÁ 12-6. Ç ðñüóðôùóç öùôïíßùí ðñïêåéìÝíïõ íá ìåëåôçèåß Ýíá çëåêôñüíéï ìå ìéêñïóêüðéï, èá ïäçãïýóå óå áëëáãÞ ôçò èÝóåùò êáé ôçò ôá÷ýôçôÜò ôïõ (äçë. ôïõ çëåêôñïíßïõ).

302

2s ôñï÷éáêü Ó×ÇÌÁ 12-7. Ôï 2s ôñï÷éáêü áðåéêïíßæåôáé ìå óöáéñéêü íÝöïò ðïõ Ý÷åé äýï ðõêíüôåñåò ðåñéï÷Ýò, ìéá êïíôÜ êáé ìéáí Üëëç ìáêñýôåñá áðü ôïí ðõñÞíá

12.7 p ôñï÷éáêÜ. Óôï n = 1 áíôéóôïé÷åß Ýíá ìüíï ôñï÷éáêü, ôï 1s. Óôï n = 2, õðÜñ÷ïõí ôÝóóåñéò äéáöïñåôéêÝò äéáôÜîåéò óôï ÷þñï êáé ìßá áðü áõôÝò, ôï 2s ôñï÷éáêü Ý÷åé êéüëáò ðåñéãñáöåß. Ïé Üëëåò ôñåéò ïíïìÜæïíôáé 2p ôñï÷éáêÜ. ¸íá çëåêôñüíéï óå Ýíá p ôñï÷éáêü óõìðåñéöÝñåôáé Ýôóé, þóôå íá âñßóêåôáé êõñßùò óå äýï ðåñéï÷Ýò ôïõ ÷þñïõ, åêáôÝñùèåí ôïõ ðõñÞíá. Ç êßíçóç åíüò p çëåêôñïíßïõ äçìéïõñãåß ìéá êáôáíïìÞ çëåêôñïíßùí ôçò ïðïßáò ôï ó÷Þìá ìïéÜæåé ëßãï ìå

2px ôñï÷éáêü

ôïõò áëôÞñåò (âÜñç ãõìíáóôéêÞò). Ï Üîïíáò ôùí áëôÞñùí ìðïñåß íá èåùñçèåß üôé óõìðßðôåé ìå Ýíáí áðü ôïõò ôñåéò éóüôéìïõò êÜèåôïõò Üîïíåò ôùí êáñôåóéáíþí óõíôåôáãìÝíùí. Áêñéâþò, üðùò õðÜñ÷ïõí ôñåéò îå÷ùñéóôïß éóüôéìïé Üîïíåò, õðÜñ÷ïõí êáé ôñßá îå÷ùñéóôÜ p ôñï÷éáêÜ, ôï êáèÝíá ìå ôïí ÜîïíÜ ôïõ êÜèåôï óôïõò Üëëïõò äýï. ÌåñéêÝò öïñÝò áíáöÝñïíôáé ùò p x, py, pz ôñï÷éáêÜ, ãéá íá äïèåß Ýìöáóç óôïí êáôåõèõíôÞñéï ÷áñáêôÞñá ôïõò. Ôï px ôñï÷éáêü âñßóêåôáé óõãêåíôñùìÝíï óôçí êáôåýèõíóç ôïõ Üîïíá x. ¸íá px çëåêôñüíéï Ý÷åé ìåãáëýôåñç ôÜóç íá âñßóêåôáé êïíôÜ óôï Üîïíá x áðü ïðïõäÞðïôå áëëïý. Ôï py ôñï÷éáêü, åîÜëëïõ, âñßóêåôáé óõãêåíôñùìÝíï óôï Üîïíá y. ÁõôÜ ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôïõ ðñïóáíáôïëéóìïý åßíáé ÷ñÞóéìá, ðñïêåéìÝíïõ íá åñìçíåõèïýí ïé ãåùìåôñéêÝò éäéüôçôåò ôùí ìïñßùí. Óôï ó÷Þìá 12-8 âëÝðåôå ôçí êáôáíïìÞ ôùí çëåêôñïíßùí óôá 2p ôñï÷éáêÜ. ÅðåéäÞ ôá ôñßá p ôñï÷éáêÜ èá Þôáí äõíáôüí íá èåùñçèïýí üôé åêôåßíïíôáé êáôÜ ìÞêïò ôùí ôñéþí êáèÝôùí áîüíùí (x, y, êáé z), ßóùò ôï p èá ìðïñïýóå íá èåùñçèåß ôï áñ÷éêü ãñÜììá ôçò ëÝîåùò «perpendicular» (= êÜèåôïò). ÊÜèå åíåñãåéáêü åðßðåäï ìå áñéèìü n ìåãáëýôåñï ôïõ åíüò Ý÷åé ôñßá p ôñï÷éáêÜ. ¼óï áõîÜíåé ï áñéèìüò n, ôá np ôñï÷éáêÜ ôùí çëåêôñïíßùí âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá, êáôÜ ìÝóï üñï, üëï êáé ìáêñýôåñá áðü ôïí ðõñÞíá, áëëÜ ðÜíôá ìå áîïíéêÝò éäéüôçôåò ðñïóáíáôïëéóìïý üðùò áõôÝò ðïõ ìáò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 12-8.

12.8 d êáé f ôñï÷éáêÜ.

2py ôñï÷éáêü

Åäþ ßóùò èá Ýðñåðå íá áíáèåùñÞóåôå ôï

2pz ôñï÷éáêü

Ó×ÇÌÁ 12-8. Ôá p ôñï÷éáêÜ âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá êáôÜ ôïõò ãíùóôïýò Üîïíåò x, y êáé z ôùí êáñôåóéáíþí óõíôåôáãìÝíùí.

303

0

 5 4

4s

4p 4p 4p

4d 4d 4d 4d 4d

3

3s

3p 3p 3p

3d 3d 3d 3d 3d

2

2s

2p 2p 2p

4f 4f 4f 4f 4f 4f 4f

ÅíÝñãåéá, kcal/mole

-100

n

-200

-300

1s Ó×ÇÌÁ 12-9. ÁõôÞ ç ó÷çìáôéêÞ ðáñÜóôáóç åéêïíßæåé ôç ó÷Ýóç ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôï êÜèå äõíáôü ôñï÷éáêü (óôï ó÷Þìá ðáñéóôÜíåôáé ìå Ýíáí êýêëï) êáé óôçí êëßìáêá ôùí êáôáêïñýöùí åíåñãåéáêþí óôáèìþí ðïõ åßíáé ó÷åäéáóìÝíç áñéóôåñÜ. ÅðåéäÞ ãéá êÜèå óõãêåêñéìÝíç ôéìÞ ôïõ n, õðÜñ÷ïõí n2 ôñï÷éáêÜ, åßíáé áðáñáßôçôï íá êáèïñßóïìå êáé ôñï÷éáêÜ õøçëüôåñçò óôÜèìçò, ôá d êáé f ôñï÷éáêÜ.

äéÜãñáììá ãéá ôá åíåñãåéáêÜ åðßðåäá ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ, þóôå íá äýíáôáé íá åêöñÜæåé êáé üóá ìÜèáôå ó÷åôéêÜ ìå ôá ôñï÷éáêÜ. Ãéá ìéá ïñéóìÝíç ôéìÞ ôïõ n, õðÜñ÷ïõí óõíïëéêÜ n2 ôñï÷éáêÜ. Ãéá n = 3, ôá ôñï÷éáêÜ åßíáé 32 = 9,

äçëáäÞ ðÝíôå ðåñéóóüôåñá áðü áõôÜ ðïõ äéêáéïëïãïýíôáé áðü ôá 3s êáé ôá 3p ôñï÷éáêÜ. Ôá ðÝíôå áõôÜ êáéíïýñãéá ïíïìÜæïíôáé d ôñï÷éáêÜ êáé Ý÷ïõí ðïëõðëïêüôåñç êáôáíïìÞ óôï ÷þñï áðü áõôÞí ôùí p ôñï÷éáêþí.

304

y

y

x

x

Ó×ÇÌÁ 12-10. ¸íá ôìÞìá Þ ìéá ôïìÞ, ôïõ 2px ôñï÷éáêïý óôï åðßðåäï xy. Ïëüêëçñï ôï ôñï÷éáêü åßíáé äõíáôüí íá ðñïêýøåé ìå ðåñéóôñïöÞ ôçò ôïìÞò áõôÞò ãýñù áðü ôïí Üîïíá x.

Ó×ÇÌÁ 12-11. ¸íá ôìÞìá Þ ìßá ôïìÞ ôïõ 1s ôñï÷éáêïý óôï åðßðåäï xy. Ôï ôñï÷éáêü åßíáé äõíáôüí íá ðñïêýøåé áðü ðåñéóôñïöÞ ôïõ êýêëïõ Ýôóé þóôå íá äçìéïõñãçèåß ìéá óöáßñá.

Áí ãíùñßæåôå ôþñá üôé ïé áñéèìïß ôùí s, p êáé d ôñï÷éáêþí åßíáé áíôßóôïé÷á 1, 3 êáé 5, ðüóá ðåñéìÝíåôå üôé èá åßíáé ôá áìÝóùò áðüìåíá (f) ôñï÷éáêÜ; Íá åðáëçèåýóåôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò, õðïëïãßæïíôáò ôï n2 ãéá n = 4 êáé íá ôç óõãêñßíåôå ìå ôï óõíïëéêü áñéèìü ôùí s, p, d êáé f ôñï÷éáêþí ðïõ öáßíïíôáé óôç ó÷çìáôéêÞ ðáñÜóôáóç ôïõ ó÷Þìáôïò 12-9.

ó÷åäéáóìïý ôïõò. Áò õðïèÝóïìå üôé, áíôß íá ðñïóðáèïýìå íá äåßîïìå ìå êÜèå ëåðôïìÝñåéá ðþò ìåôáâÜëëåôáé ç ðéèáíüôçôá íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï óå êÜðïéá èÝóç ôïõ áôüìïõ, ìáò áñêåß íá äåßîïìå ìüíï ôï ðåñßãñáììá ôçò ðåñéï÷Þò ìÝóá óôçí ïðïßá ç ðéèáíüôçôá åßíáé óçìáíôéêÜ õøçëÞ. ÄçëáäÞ, áò õðïèÝóïìå üôé èÝëïìå íá ãñÜøïìå ôçí ðåñéï÷Þ åêåßíç óôçí ïðïßá ðåñéìÝíïìå íá âñßóêåôáé ôï çëåêôñüíéï ôï 90% ôïõ ÷ñüíïõ. Áõôü åîáêïëïõèåß íá åìöáíßæåé êÜðïéï ðñüâëçìá, ãéáôß ç åðéöÜíåéá ðïõ èÝëïìå íá ðåñéãñÜøïìå, õðÜñ÷åé óôïí ôñéóäéÜóôáôï ÷þñï, üðùò ç åðéöÜíåéá åíüò öïõóêùìÝíïõ ìðáëïíéïý. Áõôü ðïõ ìðïñåß íá ãßíåé, öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 12-10, üðïõ åéêïíßæåôáé ôï 2px ôñï÷éáêü. Ôï ðåñßãñáììá áõôü áðïôåëåß ìéá äéóäéÜóôáôç ôïìÞ ôçò óõíïëéêÞò åðéöÜíåéáò. ÐñïêåéìÝíïõ íá Ý÷ïìå ïëüêëçñï ôï ó÷Þìá ôïõ ôñï÷éáêïý, áñêåß íá ðåñéóôñÝøïìå áõôü ôï ðåñßãñáììá ãýñù áðü ôïí Üîïíá x. ¸ôóé, èá ïäçãçèïýìå óôç äçìéïõñãßá ìéáò åðéöÜíåéáò ðïõ ìïéÜæåé ìå ìðáëüíé, ôï ïðïßï óôçí ðñáãìáôéêüôçôá åßíáé ç ðéï ðáñáóôáôéêÞ áðåéêüíéóç ôïõ ôñï÷éáêïý. Êáô' áíáëïãßá, ôï 1s ôñï÷éáêü ðáñéóôÜíåôáé óôï óêßôóï ôïõ ó÷Þìáôïò 12-11. Êáé ðÜëé ç ðñáãìáôéêÞ åðéöÜíåéá, ôçí ïðïßá ðñÝðåé íá öáíôáóôïýìå åßíáé áõôÞ ðïõ ðñïÝñ÷åôáé áðü ôçí ðåñéóôñïöÞ ôïõ êýêëïõ ãýñù áðü ôïí ÜîïíÜ ôïõ, Ýôóé þóôå íá äçìéïõñãÞóåé ìéá óöáßñá.

12.9 ÌåñéêÝò áêüìá ðëçñïöïñßåò ãéá ôï ó÷Þìá ôùí ôñï÷éáêþí. Ôá ó÷Þìáôá 12-5, 12-7 êáé 12-8 Ý÷ïõí ùò óôü÷ï íá äåßîïõí ðïý åßíáé ðéèáíüôåñï íá âñßóêåôáé, óå ó÷Ýóç ìå ôïí ðõñÞíá, ôï çëåêôñüíéï åíüò óõãêåêñéìÝíïõ ôñï÷éáêïý. Ãéá ôï óêïðü áõôü, ßóùò ï ôñüðïò ðáñáóôÜóåùò, ðïõ ðáñïõóéÜóèçêå ðñïçãïõìÝíùò, íá åßíáé ï êáëýôåñïò, äåí åßíáé, üìùò, êÜôé ðïõ ó÷åäéÜæåôáé åýêïëá. Áí åðé÷åéñïýóáôå åóåßò ïé ßäéïé íá êáôáóêåõÜóåôå åðÜíù óå Ýíá êïììÜôé ÷áñôß ðñü÷åéñá ó÷Þìáôá ôñï÷éáêþí, èá äéáðéóôþíáôå üôé åßíáé äýóêïëï êáé êïõñáóôéêü íá êáôáóêåõÜóåôå ôÝôïéá ãñáììïóêéáóìÝíá óêßôóá. Oé ÷çìéêïß, áñêåôÜ óõ÷íÜ, üôáí ìåëåôïýí ôïõò äåóìïýò ðïõ óõãêñáôïýí ôá Üôïìá ìåôáîý ôïõò óôá ìüñéá, áíáãêÜæïíôáé íá æùãñáößóïõí ó÷Þìáôá ôñï÷éáêþí (ôï èÝìá áõôü åîåôÜæåôáé óôá êåöÜëáéá 14 êáé 15). Ãé' áõôü, ëïéðüí, áíáðôý÷èçêå Ýíáò áðëïýóôåñïò ôñüðïò

305

Ôï ðëåïíÝêôçìá áõôþí ôùí ðïëý áðëþí ãñáììéêþí ó÷çìÜôùí åßíáé ç åõêïëßá ìå ôçí ïðïßá ìðïñïýí íá ó÷åäéáóèïýí åðÜíù óå Ýíá êïììÜôé ÷áñôß. ÐñÝðåé, üìùò, ðÜíôá íá Ý÷ïìå õðüøç ìáò ôïõò ðåñéïñéóìïýò ðïõ õðÜñ÷ïõí. Ðñþôïí, õðáéíßóóïíôáé ôï ôñéóäéÜóôáôï ó÷Þìá ôïõ ôñï÷éáêïý. Åßóèå ëïéðüí õðï÷ñåùìÝíïé íá áíáðëçñþíåôå íïåñÜ áõôÞí ôçí áôÝëåéá (ôá ðñüôõðá ðïõ äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 12-12 ðáñÝ÷ïõí ìéá êáëýôåñç áßóèçóç ôçò ôñéóäéÜóôáôçò åéêüíáò). Äåýôåñïí, ïé åðéöÜíåéåò, Ýóôù êáé óôéò ôñåéò äéáóôÜóåéò, áðïôåëïýí ìéá õðåñáðëïýóôåõóç, ãéáôß õðÜñ÷åé êáé êÜðïéá ðéèáíüôçôá íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï Ýîù áðü áõôÞí ôçí åðéöÜíåéá êáé ãéáôß ç ðéèáíüôçôá áõôÞ äåí åßíáé ßäéá ðáíôïý óå üëåò ôéò èÝóåéò ôïõ ÷þñïõ, óôïí ïðïßï ðåñéêëåßåôáé ôï çëåêôñüíéï. Ó÷åôéêÜ ìå ôá ôñï÷éáêÜ, õðÜñ÷åé áêüìá Ýíá óçìåßï ðïõ ðñÝðåé íá ðñïóÝîåôå. ÁõôÞ ôç óôéãìÞ äåí óáò åíäéáöÝñåé Üìåóá, áëëÜ èá óáò ÷ñåéáóèåß áñãüôåñá. Ôá ó÷Þìáôá ôùí ôñï÷éáêþí, üðùò åßíáé üëá áõôÜ ðïõ åßäáôå ìÝ÷ñéò åäþ, ðñïêýðôïõí áðü ëýóåéò ìåñéêþí åîáéñåôéêÜ ðïëõðëüêùí åîéóþóåùí. Ç êâáíôïìç÷áíéêÞ åßíáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ç

èåùñßá ôïõ ôñüðïõ êáôáãñáöÞò êáé ëýóåùò ôùí áðáñáéôÞôùí åîéóþóåùí. Ïé åîéóþóåéò áõôÝò, üôáí ëõèïýí äåí äßíïõí áìÝóùò ôá ó÷Þìáôá ôùí ôñï÷éáêþí, áëëÜ óõíáñôÞóåéò, ðïõ åßíáé ãíùóôÝò ùò êõìáôéêÝò óõíáñôÞóåéò. Ç ðñáãìáôéêÞ ðéèáíüôçôá íá âñåèåß Ýíá çëåêôñüíéï óå êÜðïéï óçìåßï ôïõ ÷þñïõ, äßíåôáé áðü ôï ôåôñÜãùíï ôçò êõìáôéêÞò óõíáñôÞóåùò. Ôá ôñï÷éáêÜ ó÷Þìáôá ðïõ Ý÷ïõí áíáöåñèåß ãéá ôá s êáé p ôñï÷éáêÜ áðïôåëïýí áðåéêïíßóåéò ôùí ôåôñáãþíùí ôùí êõìáôéêþí óõíáñôÞóåùí ôùí ôñï÷éáêþí áõôþí. ÁõôÝò ïé ßäéåò ïé êõìáôéêÝò óõíáñôÞóåéò Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá ðÜñïõí áñíçôéêü Þ èåôéêü óçìåßï óå äéáöïñåôéêÝò èÝóåéò. ÅðåéäÞ ôï ôåôñÜãùíï åíüò áñéèìïý åßíáé ðÜíôá èåôéêü, Ýóôù êáé áí ï áñéèìüò åßíáé áñíçôéêüò, ç ðéèáíüôçôá íá âñåèåß Ýíá çëåêôñüíéï óå Ýíá ïñéóìÝíï óçìåßï åßíáé ðÜíôá èåôéêÞ (Þ ìçäÝí). ¸ôóé áêñéâþò Ýðñåðå íá óõìâáßíåé, ãéáôß ç áñíçôéêÞ ðéèáíüôçôá äåí Ý÷åé Ýííïéá. Åí ôïýôïéò, ó÷Þìáôá ôùí êõìáôéêþí óõíáñôÞóåùí äåß÷íïõí ìáæß ìå ôéò èåôéêÝò êáé êÜðïéåò áñíçôéêÝò ðåñéï÷Ýò. ¼ðùò èá ìÜèåôå óôï êåöÜëáéï 15, ìåñéêÝò öïñÝò ìáò ÷ñåéÜæåôáé íá ãíùñßæïìå ðïéåò ðåñéï÷Ýò ôùí óõíáñôÞóåùí êýìáôïò åßíáé èåôéêÝò êáé ðïéåò

Ó×ÇÌÁ 12-12. Ôá ðñüôõðá áõôÜ äåß÷íïõí ôá ðëÞñç ôñéóäéÜóôáôá ó÷Þìáôá ôùí s êáé p ôñï÷éáêþí.

306

y

y

z

z

+

+

_ x

+

x

+

+

2p x

1s

y

y

z

z

+

+ x

_

2p y

x

_

2p z

Ó×ÇÌÁ 12-13. ÐáñáóôÜóåéò ôùí ðñáãìáôéêþí êõìáôéêþí óõíáñôÞóåùí ãéá ôï 1s êáé ôï 2p ôñï÷éáêü, üðïõ åéêïíßæïíôáé êáé ôá áëãåâñéêÜ óçìåßá ôùí óõíáñôÞóåùí.

áñíçôéêÝò. Ôï ó÷Þìá 12-13 ìáò äåß÷íåé ôçí ðñáãìáôéêÞ êõìáôéêÞ óõíÜñôçóç ãéá ôï 1s êáé ôï 2p ôñï÷éáêü. Ç êõìáôéêÞ óõíÜñôçóç s åßíáé ðáíôïý èåôéêÞ. ÅîÜëëïõ, êÜèå p ôñï÷éáêü åßíáé êáôÜ ôï Þìéóõ èåôéêü êáé êáôÜ ôï Þìéóõ áñíçôéêü. Ôï ôåôñÜãùíï

åßíáé âÝâáéá ðáíôïý èåôéêü. Ç ðéèáíüôçôá íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï óå Ýíá áðü ôá äýï ìéóÜ ôïõ p ôñï÷éáêïý åßíáé ç ßäéá. Ïé êõìáôéêÝò óõíáñôÞóåéò Ý÷ïõí áíôßèåôá óçìåßá óôá äýï ìéóÜ ôïõò êáé áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôç äéáöïñÜ óå ìåñéêÝò äéáóõíäÝóåéò, üðùò èá äåßôå áñãüôåñá.

307

Ðåñßëçøç. Óýìöùíá ìå ôçí êâáíôïìç÷áíéêÞ, ôï çëåêôñüíéï óôï Üôïìï õäñïãüíïõ ðñÝðåé íá êáôáëáìâÜíåé Ýíá áðü ôá ðïëëÜ ôñï÷éáêÜ. ¸íá ôñï÷éáêü äéáöÝñåé áðü ôçí ôñï÷éÜ ðïõ üñéóå ï Bohr óôï üôé äåí åßíáé ìéá óõãêåêñéìÝíç äéáäñïìÞ, êáôÜ ìÞêïò ôçò ïðïßáò êéíåßôáé ôï çëåêôñüíéï, áëëÜ åßíáé ìéá ðåñéï÷Þ, ìÝóá óôçí ïðïßá åßíáé ðéèáíü íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï. Ôá äéÜöïñá ôñï÷éáêÜ êáèïñßæïíôáé áðü êâáíôéêïýò áñéèìïýò, áðü ôïõò ïðïßïõò óçìáíôéêüôåñïò åßíáé ï êýñéïò êâáíôéêüò áñéèìüò, n. Ï áñéèìüò ôùí ôñï÷éáêþí ìå êâáíôéêü áñéèìü n åßíáé n 2. Ãé' áõôü, õðÜñ÷ïõí 1, 4, 9... ôñï÷éáêÜ ìå êýñéï êâáíôéêü áñéèìü 1, 2, 3..., áíôßóôïé÷á. Ãéá êÜèå ôéìÞ ôïõ n õðÜñ÷åé Ýíá óöáéñéêÜ óõììåôñéêü ôñï÷éáêü, ðïõ ïíïìÜæåôáé s ôñï÷éáêü. Ãéá êÜèå êýñéï êâáíôéêü áñéèìü áðü ôï

2 êáé ðÜíù, õðÜñ÷åé åðßóçò Ýíá óýíïëï áðü ôñßá ôñï÷éáêÜ ìå ôï üíïìá p ôñï÷éáêÜ. ¸÷ïõí ôï ó÷Þìá áëôÞñùí êáé ôï êáèÝíá åêôåßíåôáé êáôÜ ìÞêïò ôùí êáñôåóéáíþí (x, y êáé z) áîüíùí. Îåêéíþíôáò áðü ôïí êýñéï êâáíôéêü áñéèìü 3, õðÜñ÷ïõí óåéñÝò d ôñï÷éáêþí, åíþ îåêéíþíôáò áðü n = 4 õðÜñ÷ïõí óåéñÝò f ôñï÷éáêþí.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðüóá ôñï÷éáêÜ õðÜñ÷ïõí ìå êýñéï êâáíôéêü áñéèìü 2; Ðþò óõìâïëßæïíôáé; 2. Ðïéá äéáöïñÜ Ý÷ïõí ôá ó÷Þìáôá ôùí p ôñï÷éáêþí áðü ôá ó÷Þìáôá ôùí s ôñï÷éáêþí; 3. Óå ôé äéáöÝñïõí ìåôáîý ôïõò ôá ôñßá p ôñï÷éáêÜ êÜðïéïõ êâáíôéêïý áñéèìïý n;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ç åéêüíá ðïõ Ýäùóå ï Bohr ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ äåí ìðïñïýóå íá åðåêôáèåß, þóôå íá äéêáéïëïãÞóåé ôéò éäéüôçôåò êáé éäéáßôåñá ôá öÜóìáôá, ðïëõðëïêïôÝñùí áôüìùí. Ïé åðéóôÞìïíåò Þôáí õðï÷ñåùìÝíïé íá õðïèÝóïõí üôé ôïõò Ýëåéðå êÜðïéï âáóéêü ÷áñáêôçñéóôéêü ôçò ðñáãìáôéêÞò åéêüíáò. ¼ôáí ôá ðåéñÜìáôá åðéâåâáßùóáí ôç óêÝøç ôïõ De Âroglie, üôé ôï êéíïýìåíï çëåêôñüíéï åìöáíßæåé ôéò éäéüôçôåò ôùí êõìÜôùí êáé äåí åßíáé äõíáôüí íá èåùñçèåß áðëÜ ùò Ýíá ìéêñü óùìáôßäéï ìå áñíçôéêü çëåêôñéêü öïñôßï (üðùò üñéæå ôï ðñüôõðï ôïõ Bohr), åôÝèçóáí ôá èåìÝëéá ãéá ìéá ïëïêëçñùìÝíç èåùñßá ãéá ôç äïìÞ ôïõ áôüìïõ. Ôéò áðáéôÞóåéò áõôÝò éêáíïðïßçóå Þ êâáíôïìç÷áíéêÞ èåùñßá. Óýìöùíá ìå áõôÞí, ï ðñïóäéïñéóìüò ôçò èÝóåùò

åíüò çëåêôñïíßïõ ìÝóá óå Ýíá Üôïìï ãßíåôáé áðü Ýíá ôñï÷éáêü. Ôï ôñï÷éáêü äåí ìáò ðëçñïöïñåß ãéá ôï ðïý áêñéâþò èá âñßóêåôáé Ýíá çëåêôñüíéï óå äåäïìÝíç ÷ñïíéêÞ óôéãìÞ, ïýôå êáé ãéá ôç äéáäñïìÞ ðïõ èá áêïëïõèÞóåé ìå áêñßâåéá, áëëÜ ìáò ðëçñïöïñåß ãéá ôï ðïéåò åßíáé ïé ðåñéï÷Ýò åêåßíåò ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá, üðïõ õðÜñ÷åé ìåãáëýôåñç ðéèáíüôçôá íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï. Ôá ôñï÷éáêÜ êáôáôÜóóïíôáé, áñ÷éêÜ, óýìöùíá ìå ôïí êýñéï êâáíôéêü áñéèìü ôïõò, n. Ãéá êÜèå ôéìÞ ôïõ n õðÜñ÷ïõí n2 ôñï÷éáêÜ. Ãéá êÜèå ôéìÞ ôïõ n õðÜñ÷åé Ýíá s ôñï÷éáêü ìå óöáéñéêü ó÷Þìá. Ãéá n = 2 êáé ðÜíù, õðÜñ÷åé Ýíá óýíïëï ôñéþí p ôñï÷éáêþí. ÊÜèå p ôñï÷éáêü Ý÷åé ôï ó÷Þìá åíüò áëôÞñá êáé åêôåßíåôáé êáôÜ ìÞêïò åíüò áðü ôïõò ôñåéò êáñôåóéáíïýò Üîïíåò (x, y êáé z).

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ãéáôß áðïññßöèçêå ôï áôïìéêü ðñüôõðï ôïõ Bohr; 2. Ôé õðÝèåôå ï Bohr óôï ðñüôõðü ôïõ, ó÷åôéêÜ ìå ôç öýóç ôùí çëåêôñïíßùí; 3. Óå ôé äéÝöåñáí ïé éäÝåò ôïõ de Broglie, ó÷åôéêÜ ìå ôï çëåêôñüíéï, áðü áõôÝò ôïõ Bohr; 4. Ðþò åðéâåâáßùóáí ïé Davisson êáé Germer ôç èåùñßá ôïõ de Broglie, ó÷åôéêÜ ìå ôç öýóç ôùí çëåêôñïíßùí; Ðïéåò éäéüôçôåò ôùí çëåêôñïíßùí åßíáé üìïéåò ìå ôéò éäéüôçôåò ìéáò

öùôåéíÞò äÝóìçò; 5. Ôé åßíáé óôÜóéìï êýìá; Ôé óõìâáßíåé óôéò êïñõöÝò êáé óôéò êïéëÜäåò åíüò óôÜóéìïõ êýìáôïò; Ðþò âïÞèçóáí ôá óôÜóéìá êýìáôá ôçí ôñïðïðïßçóç ôïõ ðñïôýðïõ ôïõ Bohr ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ; 6. Ãéáôß ÷ñçóéìïðïéïýìå ôç ëÝîç êâáíôïìç÷áíéêÞ óôç ìåëÝôç ôçò äïìÞò ôùí áôüìùí; ÅîçãÞóôå ôüóï ôïí üñï êâÜíôïõì (quantum), üóï êáé ôïí üñï ìç÷áíéêÞ.

308

7. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôïí êýñéï êâáíôéêü áñéèìü n åíüò áôüìïõ êáé ôï ðñüôõðï ôïõ Âohr ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ; 8. ÅîçãÞóôå ðñïóåêôéêÜ ôç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôïõò üñïõò ôñï÷éÜ êáé ôñï÷éáêü. 9. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôçí ðéèáíüôçôá êáé ôçí Ýííïéá ôïõ ôñï÷éáêïý; 10. Óõãêñßíáôå ôçí ðéèáíüôçôá ðïõ Ý÷åé Ýíá çëåêôñüíéï íá âñåèåß óå ìéá áðüóôáóç ßóç ìå 1 Å áðü ôïí ðõñÞíá åíüò áôüìïõ õäñïãüíïõ ìå áõôÞí ôïõ íá âñåèåß óå áðüóôáóç 2 Å áðü ôïí ðõñÞíá ôïõ éäßïõ áôüìïõ. 11. Áò èåùñÞóïìå üôé äýï óöáßñåò ìå áíôßóôïé÷åò áêôßíåò r1 êáé r2 Ý÷ïõí ó÷åäéáóèåß Ýôóé, þóôå íá Ý÷ïõí ùò êÝíôñï ôïõò ôïí ðõñÞíá åíüò áôüìïõ. Óõãêñßíáôå ôçí ðéèáíüôçôá ðïõ Ý÷åé Ýíá çëåêôñüíéï íá âñåèåß óôçí åðéöÜíåéá ôçò óöáßñáò ìå áêôßíá r1 ìå ôçí ðéèáíüôçôá ðïõ Ý÷åé Ýíá Üëëï çëåêôñüíéï íá âñåèåß óôçí åðéöÜíåéá ôçò ßäéáò óöáßñáò. Óõãêñßíáôå åðßóçò ôçí ðéèáíüôçôá ðïõ Ý÷åé Ýíá çëåêôñüíéï íá âñåèåß åðÜíù óôçí åðéöÜíåéá ôçò óöáßñáò áêôßíáò r1 ìå áõôÞí ðïõ Ý÷åé íá âñåèåß åðÜíù óôçí åðéöÜíåéá ôçò óöáßñáò ìå áêôßíá r2. 12. Ðïéï åßíáé ôï ÷áñáêôçñéóôéêü ó÷Þìá üëùí ôùí s ôñï÷éáêþí; Ðüóá s ôñï÷éáêÜ åßíáé äõíáôüí

íá õðÜñ÷ïõí ãéá êÜèå êýñéï êâáíôéêü áñéèìü; 13. Ðïéïò åßíáé ï ìÝãéóôïò áñéèìüò ôùí p ôñï÷éáêþí ðïõ åßíáé äõíáôüí íá õðÜñ÷ïõí ãéá êÜèå êýñéï êâáíôéêü áñéèìü; Ó÷åäéÜóôå ôñåéò êÜèåôïõò Üîïíåò x, y, êáé z. Må âÜóç áõôïýò, êáôáñôßóôå Ýíá ðñü÷åéñï ó÷Ýäéï ôùí p ôñï÷éáêþí ðïõ åßíáé äõíáôÜ ãéá Ýíá ìüíï êýñéï êâáíôéêü áñéèìü. 14. Ðïéá åßíáé ç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôïí êýñéï êâáíôéêü áñéèìü êáé ôï ìÝãéóôï áñéèìü ôùí ôñï÷éáêþí ðïõ åßíáé äõíáôüí íá õðÜñîïõí óå áõôü ôï åíåñãåéáêü åðßðåäï; Ðüóá ôñï÷éáêÜ åßíáé èåùñçôéêÜ äõíáôüí íá õðÜñîïõí ãéá n = 7; 15. Ðïéïò åßíáé ï ìÝãéóôïò áñéèìüò ðéèáíþí ôñï÷éáêþí ãéá êýñéï êâáíôéêü áñéèìü n = 4; Ðüóá s, p d êáé f ôñï÷éáêÜ èá õðÞñ÷áí óå áõôÞ ôçí ðåñßðôùóç; 16. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá Üôïìá ðïõ âñßóêïíôáé óôçí êáôþôåñç åíåñãåéáêÞ óôÜèìç ôïõò, ç äéÜôáîç ôùí çëåêôñïíßùí Ý÷åé ãßíåé óå s, p, d êáé f ôñï÷éáêÜ ìüíï. Áí õðÞñ÷å ìéá Üëëç ïìÜäá ôñï÷éáêþí, ðéï øçëÜ áðü ôá f ôñï÷éáêÜ, ðüóá èá Þôáí ôá ôñï÷éáêÜ ðïõ íïìßæåôå üôé èá ôçí áðïôåëïýóáí; 17. Ðþò åîçãåßôå ôï ãåãïíüò üôé ôá p ôñï÷éáêÜ âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá óõììåôñéêÜ ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá;

KÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÔÑÉÔÏ

ÍÝåò ðåñßïäïé

ÓôïéâÜäåò & õðïóôïéâÜäåò

Ç áôïìéêÞ âÜóç ôùí ðåñéïäéêþí éäéïôÞôùí

1.

1s

1 H

2 He

2.

2s

3 Li

4 Be

3.

2p

IV

V

VI

VII

VIII

1

2

3

4

5

6

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

13

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

3d

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

4p

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

4d

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

5p

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

3s 4.

5s 6.

I

III II Çëåêôñüíéá: 1

2

11 Na

19 K

37 Rb

7

8

9

10

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

12 Mg

3p 4s

5.

ÏìÜäåò :

20 Ca

38 Sr

11

310

¼ðùò ìÜèáôå óôï êåöÜëáéï 8, ï ðåñéïäéêüò ðßíáêáò äçìéïõñãÞèçêå, ãéá íá óõó÷åôßóåé ôéò ÷çìéêÝò éäéüôçôåò ôùí óôïé÷åßùí. Âáóßóèçêå óôçí åìðåéñßá êáé ç ôáîéíüìçóç Ýãéíå Ýôóé, þóôå íá åíáñìïíßæåôáé ç èåùñßá ìå ôçí ðñáãìáôéêüôçôá, áëëÜ êáíåßò äåí ãíþñéæå ãéáôß áõôÞ åéäéêÜ ç ôáîéíüìçóç óõìöùíïýóå ìå ôá ðñáãìáôéêÜ äåäïìÝíá. ÅðåéäÞ ç ÷çìéêÞ óõìðåñéöïñÜ ôùí áôüìùí åîáñôÜôáé áðü ôç äïìÞ

ôïõò, åßíáé åõíüçôï üôé ìéá ðëÞñçò êáé ïñèÞ èåùñßá ãéá ôç äïìÞ ôùí áôüìùí èá ìáò âïçèÞóåé íá êáôáíïÞóïìå ôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá. Ôþñá, Ý÷ïíôáò ôçí åéêüíá ôïõ áôüìïõ ðïõ ìáò äßíåé ç êâáíôïìç÷áíéêÞ (ãíþóç ôùí ôñï÷éáêþí êáé ôùí êâáíôéêþí áñéèìþí ôïõò) ìðïñïýìå íá åðéóôñÝøïìå óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá åëðßæïíôáò üôé ßóùò áíáêáëýøïìå ãéáôß áõôÞ ç éäéüìïñöç ôáîéíüìçóç óõó÷åôßæåé ìå åðéôõ÷ßá ôéò éäéüôçôåò

Ç äüìçóç ôùí ðïëõðëüêùí áôüìùí 13.1 Ôï Üôïìï ôïõ óôïé÷åßïõ Þëéï êáé ïé çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò. Ôé óõìâáßíåé, üôáí õðÜñ÷ïõí äýï Þ ôñßá çëåêôñüíéá ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá; Ðþò ôáîéíïìïýíôáé; Áò îåêéíÞóïìå åîåôÜæïíôáò ôï åðüìåíï êáôÜ óåéñÜ ðïëõðëïêüôçôáò Üôïìï ìåôÜ ôï õäñïãüíï, ðïõ åßíáé ôï Üôïìï ôïõ çëßïõ. Ôï Üôïìï ôïõ çëßïõ Ý÷åé äýï ðñùôüíéá óôïí ðõñÞíá ôïõ êáé ãé' áõôü õðÜñ÷ïõí äýï çëåêôñüíéá ðïõ ðñÝðåé íá êáôÝ÷ïõí ôñï÷éáêü ãýñù áðü áõôüí. Ç ðñïóÝããéóç áõôïý ôïõ ðñïâëÞìáôïò èá âáóéóèåß óôç èÝóç üôé Ýíá çëåêôñüíéï ìÝóá óå êÜèå Üôïìï Ý÷åé óôç äéÜèåóÞ ôïõ ìßá ïìÜäá ôñï÷éáêþí üìïéá ìå áõôÝò ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ. ÖõóéêÜ, èá õðÜñ÷ïõí êáé êÜðïéåò äéáöïñïðïéÞóåéò. ¼ôáí õðÜñ÷åé ìåãáëýôåñï èåôéêü öïñôßï óôïí ðõñÞíá ç Ýëîç ðïõ áóêåß óôá çëåêôñüíéá åßíáé ìåãáëýôåñç êáé áõôü Ý÷åé ùò óõíÝðåéá üëá ôá ôñï÷éáêÜ íá âñßóêïíôáé óå ÷áìçëüôåñá åíåñãåéáêÜ åðßðåäá. Åðßóçò, üôáí õðÜñ÷ïõí äýï Þ ðåñéóóüôåñá çëåêôñüíéá, ôï êáèÝíá èá åðçñåÜæåôáé ôüóï áðü ôçí Üðùóç ôïõ Üëëïõ Þ ôùí Üëëùí çëåêôñïíßùí, üóï êáé áðü ôçí Ýëîç ôïõ ðõñÞíá. Áõôü åßíáé äõíáôüí íá ïäçãÞóåé óå êÜðïéá ôñïðïðïßçóç ôùí ôñï÷éáêþí Þ óå ìåñéêÝò ìåôáâïëÝò óôéò ó÷åôéêÝò ôïõò åíÝñãåéåò. Ïðùó-äÞðïôå üìùò åßíáé ëïãéêü íá áíáìÝíåôáé áíÜëïãç, áí êáé ü÷é ßäéá, ïìÜäá ôñï÷éáêþí óå üëá ôá Üôïìá. Áò äå÷èïýìå áõôÞí ôçí Üðïøç êáé áò åîåôÜóïìå ðþò åöáñìüæåôáé. Äå÷üìáóôå ëïéðüí üôé ãéá êÜèå Üôïìï ôá ðéï óôáèåñÜ áðü ôá äéáèÝóéìá ôñï÷éáêÜ åßíáé áõôÜ ðïõ Ý÷ïõí ôç äéÜôáîç ôïõ ó÷Þìáôïò 13-1. Óôéò áìÝóùò åðüìåíåò ðáñáãñÜöïõò èá åîåôÜóïìå ôç äéáäï÷éêÞ ðñïóèÞêç çëåêôñïíßùí óôá Üôïìá. ÁõôÞ ç óôáäéáêÞ ðïñåßá ó÷çìáôéóìïý

ôùí áôüìùí äåí åßíáé äõíáôüí âÝâáéá íá ãßíåé ðåéñáìáôéêÜ. Åßíáé üìùò ðïëý ÷ñÞóéìï íá ãßíåé Ýóôù êáé íïåñÜ. Ôá çëåêôñüíéá èá ðñïóäéïñéóèïýí óôá ôñï÷éáêÜ, ìå âÜóç üóá Ý÷ïõí ãßíåé ãíùóôÜ áðü Üëëá ðåéñÜìáôá. Áò îåêéíÞóïìå ìå ôïí ðõñÞíá ôïõ áôüìïõ ôïõ çëßïõ. Åßíáé âåâáßùò ôï ßäéï ìå Ýíá óùìáôßäéï Üëöá, ðïõ Ý÷åé öïñôßï +2. Áò õðïôåèåß üôé åéóÜãïìå ôï ðñþôï çëåêôñüíéï êáé ôïõ åðéôñÝðïìå íá âñåé ôï ðéï óôáèåñü ôñï÷éáêü. Åßíáé öõóéêÜ ôï 1s ôñï÷éáêü, áêñéâþò üðùò óôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. Ôï ãåãïíüò üôé ï ðõñÞíáò ôïõ áôüìïõ ôïõ çëßïõ Ý÷åé öïñôßï +2 áíôß ãéá +1, êáèéóôÜ ôï 1s ôñï÷éáêü, ðïõ åßíáé êáé ôï ðëçóéÝóôåñï ðñïò ôïí ðõñÞíá, ìéá áêüìç ðåñéóóüôåñï óôáèåñÞ èÝóç ãé' áõôü ôï çëåêôñüíéï. Ôþñá Ý÷ïìå Ýíá éüí çëßïõ, He+. Óôç óõíÝ÷åéá áò õðïèÝóïìå üôé ðñïóèÝôïìå ôï äåýôåñï çëåêôñüíéï. ºóùò ðåñéìÝíåôå üôé êáé áõôü èá êáôåõèõíèåß óôï 1s ôñï÷éáêü^ ðñÜãìáôé Ýôóé óõìâáßíåé. ÐñïêåéìÝíïõ ãé' áõôü ôï äåýôåñï çëåêôñüíéï, ôï ôñï÷éáêü 1s åßíáé ìéá èÝóç ëéãüôåñï åëêõóôéêÞ áðü ü,ôé Þôáí ãéá ôï ðñþôï, åðåéäÞ åßíáé Þäç êáôåéëçììÝíç áðü Ýíá çëåêôñüíéï. Ôá äýï çëåêôñüíéá Ý÷ïíôáò ôï ßäéï öïñôßï, áðùèïýíôáé ìåôáîý ôïõò. ÏðùóäÞðïôå ç Ýëîç ôïõ öïñôßïõ +2 ôïõ ðõñÞíá åßíáé ç ðñùôáñ÷éêÞ äýíáìç. ¸ôóé, ôá äýï çëåêôñüíéá êáôáëáìâÜíïõí ôï 1s ôñï÷éáêü óôçí ðéï óôáèåñÞ êáôÜóôáóç, ôç «èåìåëéþäç» êáôÜóôáóç ôïõ áôüìïõ ôïõ çëßïõ. Ç ôáîéíüìçóç ôùí çëåêôñïíßùí óå êÜèå Üôïìï Þ éüí ïíïìÜæåôáé «çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç» Þ «äéÜôáîç ôùí çëåêôñïíßùí». ÕðÜñ÷åé Ýíáò áðëüò åý÷ñçóôïò ôñüðïò, ãéá íá ðáñáóôÞóïìå ôç äéÜôáîç ôùí çëåêôñïíßùí. Áñ÷éêÜ, ãñÜöåôáé ôï

311

3s

3p 3p 3p

2

2s

2p 2p 2p

1

1s

3d 3d 3d 3d 3d

100

EíÝñãåéá, kcal/mole

_

3

_

_

n

200

300

Ó×ÇÌÁ 13-1. Oé ó÷åôéêÝò óôáèåñüôçôåò ôùí áôïìéêþí ôñï÷éáêþí óôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ ìðïñïýí íá ÷ñçóéìåýóïõí ùò óçìåßï áíáöïñÜò ãéá ôç äéÜôáîç ôùí çëåêôñïíßùí óôá ôñï÷éáêÜ ôùí Üëëùí óôïé÷åßùí.

êáíïíéêü óýìâïëï ãéá ôï êÜèå êáôåéëçììÝíï ôñï÷éáêü, ãéá ðáñÜäåéãìá 1s, 3p, 3d. Áí óå áõôü ôï ôñï÷éáêü Þ óôçí ïìÜäá ôùí ôñï÷éáêþí õðÜñ÷ïõí ðåñéóóüôåñá áðü Ýíá çëåêôñüíéá, ôï ðëÞèïò ôïõò ãñÜöåôáé óôï åðÜíù äåîéü ìÝñïò ôïõ áñéèìïý ðïõ óõìâïëßæåé ôï ôñï÷éáêü. ¸ôóé, áí õðÜñ÷ïõí ôÝóóåñá çëåêôñüíéá óôá 3d ôñï÷éáêÜ, ãñÜöïìå 3d4. Må ôç âïÞèåéá áõôïý ôïõ óõóôÞìáôïò ç äéáìüñöùóç / äéÜôáîç çëåêôñïíßùí ãéá ôç èåìåëéþäç êáôÜóôáóç ôïõ áôüìïõ çëßïõ åßíáé 1s2. H åðüìåíç ðéï óôáèåñÞ äéÜôáîç ãéá ôï Üôïìï ôïõ çëßïõ, óýìöùíá ìå ôï ó÷Þìá 13-1, èá ðñïÝâëåðå

Ýíá áðü ôá çëåêôñüíéá ôïðïèåôçìÝíï óôï áìÝóùò õøçëüôåñï ôñï÷éáêü. Áõôü (óýìöùíá ìå ôï üóá Ý÷ïìå ìÜèåé ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ), èá Þôáí ôï 2s Þ Ýíá áðü ôá 2p ôñï÷éáêÜ. Ãé' áõôü ëïéðüí ïé åðüìåíåò ðéï óôáèåñÝò äéáôÜîåéò çëåêôñïíßùí ôïõ áôüìïõ ôïõ çëßïõ èá Þôáí ç 1s2s Þ ç 1s2p.

13.2 To Üôïìï ôïõ ëéèßïõ êáé ç áðáãïñåõôéêÞ áñ÷Þ. ÌåôÜ ôï Þëéï, ôï åðüìåíï ðéï ðïëýðëïêï

312

Üôïìï åßíáé ôï ëßèéï. Ôï ëßèéï Ý÷åé áôïìéêü áñéèìü 3 êáé ãé' áõôü ï ðõñÞíáò ôïõ Ý÷åé öïñôßï +3, åíþ ôñßá çëåêôñüíéá êáôáëáìâÜíïõí ôá ôñï÷éáêÜ ôïõ. Ðïéá åßíáé ç ðéï óôáèåñÞ äéÜôáîç (èåìåëéþäçò êáôÜóôáóç) áõôþí ôùí çëåêôñïíßùí; Áóöáëþò ìðïñåßôå íá õðïèÝóåôå üôé, êáèþò ðñïóôßèåíôáé Ýíá-Ýíá ôá çëåêôñüíéá óôïí áêÜëõðôï ðõñÞíá, ôï ðñþôï, êáé óôç óõíÝ÷åéá ôï äåýôåñï, èá êáôåõèõíèïýí óôï 1s ôñï÷éáêü, áêñéâþò üðùò êáé óôçí ðåñßðôùóç ôïõ áôüìïõ ôïõ çëßïõ. ¸÷ïíôáò áõôü ôï ôüóï ìåãÜëï èåôéêü öïñôßï (+3) óôïí ðõñÞíá, ôï ôñï÷éáêü 1s ôïõ áôüìïõ ôïõ ëéèßïõ áðïôåëåß ìéá ðïëý óôáèåñÞ èÝóç ãéá ôï áñíçôéêü çëåêôñüíéï. ¸óôù êáé áí õðÜñ÷ïõí Þäç äýï çëåêôñüíéá åêåß, ßóùò íá óêåöèåßôå üôé èá Þôáí ç èÝóç, óôçí ïðïßá èá ðñïôéìïýóå íá ðÜåé êáé ôï ôñßôï çëåêôñüíéï. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá üìùò áõôü ôï ôñßôï çëåêôñüíéï äåí ðçãáßíåé óôï 1s ôñï÷éáêü, áëëÜ êáôáëáìâÜíåé ôï 2s ôñï÷éáêü. Ç äéáìüñöùóç ôçò èåìåëéþäïõò êáôáóôÜóåùò ôïõ áôüìïõ ôïõ ëéèßïõ åßíáé 1s22s. Ôï ôñßôï çëåêôñüíéï, Ýóôù êáé áí èåùñçôéêÜ óôï ôñï÷éáêü 1s èá åß÷å ÷áìçëüôåñç åíÝñãåéá, äåí êáôåõèýíåôáé åêåß, áëëÜ óôï áìÝóùò åðüìåíï ôñï÷éáêü ÷áìçëüôåñçò åíÝñãåéáò. Öáßíåôáé üôé ôï ôñï÷éáêü 1s åßíáé ðëÞñåò, üôáí ðåñéÝ÷åé äýï çëåêôñüíéá. Áí óõíå÷ßóïìå íá åîåôÜæïìå ôéò äéáìïñöþóåéò ôùí çëåêôñïíßùí ôùí áôüìùí, èá äéáðéóôþóïìå üôé ï ßäéïò íüìïò åöáñìüæåôáé óå üëá ôá ôñï÷éáêÜ üëùí ôùí áôüìùí. Äåí õðÜñ÷ïõí åîáéñÝóåéò. Ï ãåíéêüò êáíüíáò åßíáé: Äåí åßíáé äõíáôüí Ýíá áôïìéêü ôñï÷éáêü íá ðåñéÝ÷åé ðåñéóóüôåñá áðü äýï çëåêôñüíéá. Ï ðñïçãïýìåíïò êáíüíáò óõ÷íÜ áíáöÝñåôáé ùò «áðáãïñåõôéêÞ áñ÷Þ ôïõ Pauli», ðñïò ôéìÞ ôïõ Áõóôñéáêïý öõóéêïý Wolfgang Pauli. Aõôüò äéáðßóôùóå ðñþôïò üôé áõôüò ï êáíüíáò áðïôåëåß Ýíá áðü ôá êëåéäéÜ ãéá ôçí êáôáíüçóç ôçò äïìÞò ôùí áôüìùí. Ç áðáãïñåõôéêÞ áñ÷Þ äåí Ý÷åé ðñïÝëèåé öõóéêÜ áðü ôç êâáíôïìç÷áíéêÞ. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, êáíåßò äåí Ý÷åé åîçãÞóåé áêüìç ãéáôß èá Ýðñåðå íá åßíáé Ýôóé. Åßíáé ãíùóôü üìùò áðü ðåéñÜìáôá üôé Ýôóé åßíáé. ÌïéÜæåé ëßãï ìå ôï öáéíüìåíï, óýìöùíá ìå ôï ïðïßï ôá áíôßèåôá öïñôßá Ýëêïíôáé. Êáíåßò äåí ãíùñßæåé ãéáôß, üëïé üìùò îÝñïõí üôé Ýôóé åßíáé. ºóùò íá áíáñùôçèÞêáôå ãéáôß ôï ôñßôï çëåêôñüíéï êáôåõèýíåôáé êáôÜ ðñïôßìçóç óôï 2s ôñï÷éáêü êáé ü÷é óå Ýíá áðü ôá 2p. Óýìöùíá ìå ôï ó÷Þìá 13-1, ôá ôñï÷éáêÜ 2s êáé 2p öáßíåôáé íá

Ý÷ïõí ôçí ßäéá åíÝñãåéá. Óôçí ðåñßðôùóç ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ áõôü éó÷ýåé. ¼ôáí üìùò õðÜñ÷ïõí Þäç çëåêôñüíéá óôï 1s ôñï÷éáêü, ðáýåé íá éó÷ýåé. Åî áéôßáò ôïõ äéáöïñåôéêïý ôïõò ó÷Þìáôïò ôá 2s êáé 2p ôñï÷éáêÜ õößóôáíôáé äéáöïñåôéêÞ åðßäñáóç áðü ôçí ðáñïõóßá ôùí çëåêôñïíßùí óôï 1s ôñï÷éáêü. Ôá ôñï÷éáêÜ 2p ãßíïíôáé ëéãüôåñï óôáèåñÜ áðü ôï 2s ôñï÷éáêü. Êáô' áíáëïãßá, ôá 3s êáé 3p êáèþò êáé ôá 3d ôñï÷éáêÜ, ðáýïõí íá Ý÷ïõí ôéò ßäéåò åíÝñãåéåò, áí åßíáé êáôåéëçììÝíá ôá ÷áìçëüôåñá ôñï÷éáêÜ. ÊáôÜ óõíÝðåéá åßíáé áðáñáßôçôï íá êáôáóêåõáóèåß Ýíá íÝï äéÜãñáììá, þóôå íá áíôéêáôáóôÞóåé ôï ó÷Þìá 13-1. Óå áõôü ôï íÝï äéÜãñáììá (ó÷. 13-2) öáßíïíôáé ïé ó÷åôéêÝò åíÝñãåéåò ôùí ôñï÷éáêþí, ãéá ôçí ðåñßðôùóç áôüìùí ðïõ Ý÷ïõí êáôåéëçììÝíá ôñï÷éáêÜ.

13.3 ¢ôïìï ìå áôïìéêïýò áñéèìïýò áðü ôÝóóåñá ìÝ÷ñé äÝêá. ¸÷åôå ôþñá ôéò áðáñáßôçôåò ãíþóåéò êáé ðëçñïöïñßåò, ãéá íá ãñÜöåôå ôéò çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò êáé óå Üôïìá áêüìç ðéï ðïëýðëïêá. Áò åîåôÜóïìå óôç óõíÝ÷åéá ôï óôïé÷åßï ìå áôïìéêü áñéèìü 4, ôï âçñýëëéï. ¼ðùò áêñéâþò óôï He êáé óôï Li, ôá äýï ðñþôá çëåêôñüíéá èá êáôåõèõíèïýí óôï ðïëý óôáèåñü 1s ôñï÷éáêü. Ôï åðüìåíï çëåêôñüíéï èá êáôåõèõíèåß óôï ôñï÷éáêü 2s, åíþ ôï ßäéï èá êÜíåé êáé ôï ôÝôáñôï çëåêôñüíéï. ¸ôóé, ç äéáìüñöùóç èá åßíáé 1s22s2. Tþñá ðïõ ôï ôñï÷éáêü 2s åßíáé åðßóçò ðëÞñåò, ôá åðß ðëÝïí çëåêôñüíéá ðñÝðåé íá êáôåõèõíèïýí óôá ôñï÷éáêÜ 2p. Ãé' áõôü, ôï óôïé÷åßï ìå áôïìéêü áñéèìü 5, ôï âüñéï, èá Ý÷åé ôç äéáìüñöùóç 1s22s22p. ÕðÜñ÷ïõí âÝâáéá ôñßá äéáöoñåôéêÜ 2p ôñï÷éáêÜ, åßíáé üìùò üëá åîßóïõ óôáèåñÜ. ¸ôóé, ôï çëåêôñüíéï 2p åßíáé äõíáôüí íá âñßóêåôáé óå ïðïéïäÞðïôå áðü áõôÜ êáé óôçí ðñïêåéìÝíç ðåñßðôùóç, äåí Ý÷åé óçìáóßá óå ðïéï áêñéâþò. Ôï óôïé÷åßï ìå áôïìéêü áñéèìü 6 åßíáé ï Üíèñáêáò. ÐñÝðåé íá Ý÷åé äýï çëåêôñüíéá óôá 2p ôñï÷éáêÜ ôïõ. Åßíáé ãíùóôü áðü ðåéñÜìáôá üôé áõôÜ ôá äýï çëåêôñüíéá èá êáôáëÜâïõí äéáöïñåôéêÜ 2p ôñï÷éáêÜ, äåí Ý÷åé óçìáóßá üìùò ðïéá åßíáé áõôÜ ôá äýï. ¸ôóé, ç äéáìüñöùóç èá ìðïñïýóå íá åßíáé 2px 2py, 2px2pz Þ 2py2pz. Aõèáßñåôá ç äéáìüñöùóç ôçò èåìåëéþäïõò êáôáóôÜóåùò èá åßíáé 1s22s22px2py. Aí ãñÜöáìå 1s22s22p2, äåí èá Þôáí óáöÝò üôé ôá äýï 2p çëåêôñüíéá äåí âñßóêïíôáé óôï ßäéï 2p ôñï÷éáêü.

313

Õðïåðßðåäá

7p 5f 6p 4f

6d

p

7s

7p

6s

6p

7s 5d 6s

5p 4d 5s Áõîáíüìåíç åíÝñãåéá

s

5s

5p

d

f

Añéèìüò óôïé÷åßùí áíÜ ðåñßïäï

5f 32

6d 4f 5d

4d

32

18

4p 3d 4s

4s

3p

3s

4p

18 3d

3s

3p

8

2p

8

2p 2s 2s 2 1s 1s

Ó×ÇÌÁ 13-2. Ïé ó÷åôéêÝò åíÝñãåéåò ôùí áôïìéêþí ôñï÷éáêþí, üðùò åìöáíßæïíôáé óôá Üôïìá ìå êáôåéëçììÝíá ôñï÷éáêÜ, óå áíôéðáñÜèåóç ðñïò ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. Ïé ÷ñùìáôéóôÝò ôáéíßåò ðåñéëáìâÜíïõí ïìÜäåò ôñï÷éáêþí ìå ðáñüìïéåò åíÝñãåéåò.

Óôï Üôïìï ôïõ áæþôïõ, ìå áôïìéêü áñéèìü 7, õðÜñ÷ïõí ôñßá 2p çëåêôñüíéá êáé êáèÝíá áðü áõôÜ êáôáëáìâÜíåé äéáöïñåôéêü 2p ôñï÷éáêü. Ç ðëÞñçò çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç ôïõ áôüìïõ ôïõ áæþôïõ åßíáé 1s22s22px2py2pz. Óõíå÷ßæïíôáò ìå ôïí ßäéï ôñüðï, ìðïñåßôå íá êáôáëÞîåôå óôéò ðáñáêÜôù äéáìïñöþóåéò ãéá ôá ôñßá åðüìåíá óôïé÷åßá. Ïîõãüíï Öèüñéï NÝï

1s2 1s2 1s2

2s22px22py2pz 2s22px22py22pz 2s22px22py22pz2

Óôï óôïé÷åßï íÝï, üëá ôá ôñï÷éáêÜ ìå êýñéïõò êâáíôéêïýò áñéèìïýò 1 êáé 2 åßíáé ðëÞñùò êáôåéëçììÝíá. Ï ôýðïò áõôüò ôçò äéáìïñöþóåùò ôùí çëåêôñïíßùí áðïôåëåß ìéá óõìðëçñùìÝíç óôoéâÜäá. Óå áõôÞí ôçí éäéáßôåñç ðåñßðôùóç åßíáé ç óôoéâÜäá ôïõ êýñéïõ êâáíôéêïý áñéèìïý 2 áõôÞ

ðïõ ìüëéò óõìðëçñþèçêå. Ôï Üôïìï ôïõ çëßïõ Ý÷åé åðßóçò äéÜôáîç óõìðëçñùìÝíçò óôoéâÜäáò (1s2).

13.4 ~Aôïìá ìåôÜ ôï óôïé÷åßï íÝï. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ó÷Þìáôïò 13-2 ìðïñåßôå íá óõíå÷ßóåôå ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò çëåêôñïíéáêÞò äéáìïñöþóåùò ôùí áôüìùí. Áò åîåôÜóïìå ôá Üôïìá ìå áôïìéêïýò áñéèìïýò 11-18. Ôï óôïé÷åßï ìå áôïìéêü áñéèìü 11 åßíáé ôï íÜôñéï. Åßíáé öáíåñü üôé, áöïý êáôáëÜâïõí ôá 10 ðñþôá çëåêôñüíéá ôá 1s, 2s êáé 2p ôñï÷éáêÜ, üðùò êáé óôï íÝï, ôï åíäÝêáôï çëåêôñüíéï ðñÝðåé íá êáôåõèõíèåß óôï 3s ôñï÷éáêü. ÔåëéêÜ, ôï Üôïìï ôïõ íáôñßïõ Ý÷åé ôç äéáìüñöùóç 1s22s22p63s. Aðü åäþ êáé ðÝñá, åßíáé öáíåñü üôé ï ôñüðïò äïìÞóåùò ðñÝðåé íá áêïëïõèåß ôçí ßäéá ðïñåßá, óáí íá åðñüêåéôï íá óõìðëçñùèïýí ôá ôñï÷éáêÜ

314

2s êáé 2p. Oé äéáìïñöþóåéò ãéá ôá óôïé÷åßá ìå áôïìéêïýò áñéèìïýò 11-18 åßíáé ïé ðáñáêÜôù ([Ne] = 1s22s22p6): Na Mg Al Si P S Cl Ar

[Ne]3s [Ne]3s2 [Ne]3s23px [Ne]3s23px3py [Ne]3s23px3p y3pz [Ne]3s23px23py3pz [Ne]3s23p2x3py23pz [Ne]3s23px23py23pz2

Káé ðÜëé êáôáëÞîáìå óå ìéá äéáìüñöùóç óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò. Óå áõôÞí åéäéêÜ ôçí ðåñßðôùóç, ðñüêåéôáé ãéá ôç äéáìüñöùóç ôïõ áôüìïõ ôïõ óôïé÷åßïõ áñãü. ¼ëá ôá Üôïìá åðÜíù áðü ôï áñãü Ý÷ïõí áõôÞí ôç äéáìüñöùóç êáé åðß ðëÝïí çëåêôñüíéá óå áêüìç õøçëüôåñá ôñï÷éáêÜ. Áðü ôï ó÷Þìá 13-2 ìðïñåßôå íá äåßôå üôé ôá äýï åðüìåíá óôïé÷åßá ìåôÜ ôï áñãü ðñÝðåé íá Ý÷ïõí ôéò áêüëïõèåò äéáìïñöþóåéò: KÜëéï [Ár]4s AóâÝóôéï [Ar]4s2

Áí üìùò óõíå÷ßóåôå, èá äéáðéóôþóåôå üôé óõìâáßíåé êÜôé äéáöïñåôéêü. Áíôß íá ðñï÷ùñÞóïìå óôç äéáìüñöùóç [Ár]4s24px êáô' áíáëïãßá ôùí üóùí óõíÝâçóáí äýï öïñÝò ðñïçãïõìÝíùò, äéáðéóôþíïìå üôé ôþñá Ýñ÷ïíôáé óôï ðñïóêÞíéï ôá ôñï÷éáêÜ 3d. Tá ôñï÷éáêÜ 4s, 4p êáé 3d åðçñåÜæïíôáé áðü ôçí çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç ôïõ Ár Ýôóé, þóôå ç åíÝñãåéÜ ôïõò íá

áõîÜíåôáé êáôÜ ôç óåéñÜ 4s, 3d êáé 4p, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 13-2. ¸ôóé, ìåôÜ ôï áóâÝóôéï, ôï åðüìåíï çëåêôñüíéï èá êáôáëÜâåé Ýíá 3d ôñï÷éáêü. Ôï óôïé÷åßï óêÜíäéï Ý÷åé ôçí áêüëïõèç äéïìüñöùóç: ÓêÜíäéï

[Ar]4s23d

Ìéá ïìÜäá áðü d ôñï÷éáêÜ ðåñéëáìâÜíåé ðÝíôå ôñï÷éáêÜ åê ôùí ïðïßùí ôï êáèÝíá åßíáé éêáíü íá óõãêñáôÞóåé 2 çëåêôñüíéá. Ùò åê ôïýôïõ, îåêéíþíôáò áðü ôï óêÜíäéï, ðñïêýðôåé ìéá óåéñÜ 10 óôïé÷åßùí ìå äéáìüñöùóç çëåêôñïíßùí áðü [Ár]4s23d ìÝ÷ñé [Ár]4s23d10. Áöïý óõìðëçñùèïýí ôá 3d ôñï÷éáêÜ, ôçí åðüìåíç èÝóç ðáßñíïõí ôá 4p ôñï÷éáêÜ, êáé äéÜ ìÝóïõ ôùí åðïìÝíùí Ýîé óôïé÷åßùí ïé äéáìïñöþóåéò ðñï÷ùñïýí áðü ôïí øåõäÜñãõñï, [Ár]4s23d104p, óôï êñõðôü, [Ár]4s23d104p6. Ç äéáìüñöùóç óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò ôïõ óôïé÷åßïõ êñõðôü ãñÜöåôáé ãéá óõíôïìßá [Kr]. ÁíôéëáìâÜíåóôå åýêïëá üôé ìðïñïýìå íá ðñï÷ùñÞóïìå êáé ðéï ðÜíù áðü ôï êñõðôü, ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ó÷Þìáôïò 13-2, áêñéâþò üðùò êÜíáìå ìÝ÷ñéò åäþ, êáé íá ïäçãçèïýìå óôçí çëåêôñïíéáêÞ äéïìüñöùóç ôçò èåìåëéþäïõò êáôáóôÜóåùò ðåñéóóïôÝñùí áôüìùí. Äåí èá ÷Üóïìå ÷ñüíï üìùò ãé' áõôü, åðåéäÞ ðñï÷ùñÞóáìå Þäç áñêåôÜ ìáêñéÜ ðñïêåéìÝíïõ íá ãßíïõí óáöåßò ïé âáóéêïß êáíüíåò ôïõ ðáé÷íéäéïý. Ôï åðüìåíï ìÝëçìÜ ìáò åßíáé íá êáôáëÜâïìå ðþò óõíäÝïíôáé üëá áõôÜ ìå ôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá.

Ðåñßëçøç. Ç ïìÜäá ôñï÷éáêþí ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ åßíáé êáé áöåôçñßá ðñïêåéìÝíïõ íá ïäçãçèïýìå óôçí çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç üëùí ôùí Üëëùí áôüìùí. Ãéá ôçí êáôáíüçóç áõôþí ôùí ó÷çìáôéóìþí ðñÝðåé íá äå÷èïýìå äýï åðß ðëÝïí ðñÜãìáôá. Ôï Ýíá åßíáé ðùò, üôáí êÜðïéá åóùôåñéêÜ ôñï÷éáêÜ åßíáé Þäç êáôåéëçììÝíá, åðçñåÜæïíôáé ïé åíÝñãåéåò ôùí ôñï÷éáêþí ðïõ âñßóêïíôáé ðïëý Ýîù áðü áõôÜ. Ôá ôñï÷éáêÜ ns, np, nd êáé nf, Ý÷ïõí üëá äéáöïñåôéêÝò åíÝñãåéåò áðü áõôÞí ôùí Üëëùí ôñï÷éáêþí ìå ôïí ßäéï êýñéï êâáíôéêü áñéèìü, n. Ôï äåýôåñï âáóéêü ðñÜãìá ðïõ ðñÝðåé íá äå÷èïýìå åßíáé ç áðáãïñåõôéêÞ áñ÷Þ ôïõ Pauli, ç ïðïßá ïñßæåé üôé äåí åßíáé

äõíáôüí Ýíá ôñï÷éáêü íá ðåñéÝ÷åé ðåñéóóüôåñá áðü äýï çëåêôñüíéá.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ôé óçìáßíåé äéáìüñöùóç óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò; 2. ÃñÜøôå ôéò ðñþôåò ôñåéò äéáìïñöþóåéò óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò. 3. ÃñÜøôå ôéò äéáìïñöþóåéò ôùí áôüìùí ìå áôïìéêïýò áñéèìïýò 28 êáé 34, ÷ñçóéìïðïéþíôáò ìüíï ôï ó÷Þìá 13-2. 4. Ðïéïò åßíáé ï áôïìéêüò áñéèìüò ôïõ áôüìïõ ðïõ Ý÷åé ôç äéáìüñöùóç [Ne]3s23p;

315

Ï ðåñéïäéêüò ÷áñáêôÞñáò ôùí çëåêôñïíéáêþí äéáìïñöþóåùí 13.5 Ç ðåñéïäéêÞ åìöÜíéóç ôçò äéáìïñöþóåùò óõìðëçñùìÝíùí óôïéâÜäùí.

áðü áõôÝò åßíáé ôï óôïé÷åßï îÝíï (áôïìéêüò áñéèìüò 54) êáé ç Üëëç ôï ñáäüíéï (áôïìéêüò áñéèìüò 86). Aò õðïèÝóïìå ôþñá üôé ðáßñíïìå üëá ôá óôïé÷åßá ìÝ÷ñé ôï ñáäüíéï êáôÜ ôç óåéñÜ ôïõ áôïìéêïý ôïõò áñéèìïý êáé ôá ôïðïèåôïýìå óå ïñéæüíôéåò óåéñÝò. Åðßóçò, áò õðïèÝóïìå üôé êáôáôÜóóïìå ôéò óåéñÝò áõôÝò Ýôóé, þóôå ç ôåëåõôáßá óôÞëç íá ðåñéÝ÷åé üëá åêåßíá ôá óôïé÷åßá ðïõ Ý÷ïõí äéáìïñöþóåéò óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò. Ï ðßíáêáò ðïõ äçìéïõñãåßôáé åßíáé óáí áõôüí ðïõ äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 13-3. Áí êáé ôï ó÷Þìá ôïõ åßíáé ëßãï áóýììåôñï óôçí ðñáãìáôéêüôçôá Ý÷åé ðÜñá ðïëëÝò ïìïéüôçôåò ìå ôç óýã÷ñïíç Þ «áíåðôõãìÝíç» ìïñöÞ ôïõ ðßíáêá ôïõ ðåñéïäéêïý óõóôÞìáôïò (ó÷. 8-8). Èá Þôáí åýêïëï íá ãßíåé áêñéâþò üìïéï ìå ôç ìïñöÞ ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá ðïõ åßíáé óÞìåñá áðïäåêôÞ, áí ìåôáôïðßæïíôáí ìåñéêÜ ìüíï óôïé÷åßá óå Üëëåò óôÞëåò. Ç ìåôáôüðéóç èá Þôáí äõíáôüí íá ðñáãìáôïðïéçèåß ìå âÜóç ôçí õðüèåóç üôé ïé ßäéåò óôÞëåò ðåñéÝ÷ïõí ôá óôïé÷åßá ìå ôéò ðåñéóóüôåñï óõããåíéêÝò éäéüôçôåò. Óýìöùíá ìå ôá ðáñáðÜíù, ôï ëßèéï êáé ôï íÜôñéï êáôáôÜóóïíôáé ìáæß ìå ôï êÜëéï (Ê), ôï ñïõâßäéï

ÐñïçãïõìÝíùò ìÜèáôå ðùò ç äéáäéêáóßá ôçò äïìÞóåùò ôùí áôüìùí ìáò ïäçãåß êÜèå ôüóï óôçí åðßôåõîç äéïìïñöþóåùò óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò. Åéäéêüôåñá, áíáöÝñèçêå üôé áõôü óõìâáßíåé óôéò áêüëïõèåò èÝóåéò: ¹ëéï ÍÝo Añãü Kñõðôü

1s2 = He 1s22s22p6 = [Çe]2s22p6 = Ne 1s22s22p63s23p6 = [Ne]2s22p6 = Ar 1s2 2s22p63s23p64s2 3d104p6 = = [Ar]4s23d104p6 = Kr

Aí êïéôÜîåôå ôï ó÷Þìá 13-2 âëÝðåôå êáèáñÜ üôé êÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò äéáìïñöþóåéò óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ôç óõìðëÞñùóç ôçò ïìÜäáò ôñï÷éáêþí ðïõ âñßóêïíôáé ìÝóá óå ìßá áðü ôéò Ýã÷ñùìåò æþíåò. ÂëÝðåôå åðßóçò üôé ìÝóá óôá ðëáßóéá áõôïý ôïõ äéáãñÜììáôïò ðñÝðåé íá ðåñéìÝíåôå äýï áêüìç äéáìïñöþóåéò óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò. Ç ìéá

H 1

He 2

Li 3

Be 4

B 5

C 6

N 7

O 8

F 9

Ne 10

Na 11

Mg 12

Al 13

Si 14

P 15

S 16

Cl 17

Ar 18

K Ca 19 20

Sc 21

Ti 22

V 23

Cr 24

Mn 25

Fe 26

Co 27

Ni 28

Cu 29

Zn 30

Ga 31

Ge 32

As 33

Se 34

Br 35

Kr 36

Rb Sr 37 38

Y 39

Zr 40

Nb 41

Mo 42

Tc 43

Ru 44

Rh 45

Pd 46

Ag 47

Cd 48

In 49

Sn 50

Sb 51

Te 52

I 53

Xe 54

Cs Ba 55 56

*

Hf 72 La – Lu = 57 71

Ta 73

W 74

Re 75

Os 76

Ir 77

Pt 78

Au 79

Hg 80

Tl 81

Pb 82

Bi 83

Po 84

At 85

Rn 86

[*] [

]

Ó×ÇÌÁ 13-3. Ðßíáêáò ôùí óôïé÷åßùí, ðïõ ðñïÝêõøå áðü ôçí êáôÜôáîÞ ôïõò êáôÜ óåéñÜ áôïìéêïý áñéèìïý. ¼ëá üóá Ý÷ïõí äéáìüñöùóç óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò âñßóêïíôáé óôç äåîéÜ óôÞëç. Äéáðéóôþíåôå üôé äåí Ý÷ïõí ìåßíåé êåíÜ.

316

H 1

He 2

Li Be 3 4

B 5

C 6

N 7

O 8

F 9

Ne 10

Na Mg 11 12

Al 13

Si 14

P 15

S 16

Cl 17

Ar 18

K Ca 19 20

Sc 21

Ti 22

V 23

Cr 24

Mn 25

Fe 26

Co 27

Ni 28

Cu 29

Zn 30

Ga 31

Ge 32

As 33

Se 34

Br 35

Kr 36

Rb Sr 37 38

Y 39

Zr 40

Nb 41

Mo 42

Tc 43

Ru 44

Rh 45

Pd 46

Ag 47

Cd 48

In 49

Sn 50

Sb 51

Te 52

I 53

Xe 54

Cs Ba 55 56

*

Hf 72 La – Lu = 57 71

Ta 73

W 74

Re 75

Os 76

Ir 77

Pt 78

Au 79

Hg 80

Tl 81

Pb 82

Bi 83

Po 84

At 85

Rn 86

[*] [

]

Ó×ÇÌÁ 13-4. ¸íáò ðßíáêáò üìïéïò ìå áõôüí ôïõ ó÷Þìáôïò 13‐3, ìå ôç äéáöïñÜ üôé ïñéóìÝíá óôïé÷åßá Ý÷ïõí ìåôáôïðéóèåß Ýôóé, þóôå ôá óôïé÷åßá ìå ðáñüìïéåò éäéüôçôåò (äçëáäÞ ôçò ßäéáò «ïéêïãÝíåéáò» üðùò ôá áëêÜëéá) íá ôïðïèåôïýíôáé óôéò ßäéåò óôÞëåò, äçìéïõñãþíôáò Ýôóé êÜðïéá êåíÜ.

(Rb), êáé ôï êáßóéï (Cs). AíÜëïãá, ôï âçñýëëéï êáé ôï ìáãíÞóéï ìïéÜæïõí ìå ôï áóâÝóôéï (Ca), ôï óôñüíôéï (Sr) êáé ôï âÜñéï (Ba) ðåñéóóüôåñï áðü ü,ôé ï øåõäÜñãõñïò (Æn), ôï êÜäìéï (Cd) êáé ï õäñÜñãõñïò (Hg). Ôï õäñïãüíï, åðåéäÞ åßíáé ôï åëáöñýôåñï áðü ôá óôïé÷åßá êáé ôï ìüíï ðïõ äåí äéáèÝôåé Üëëá çëåêôñüíéá åêôüò áðü áõôü ôï ìïíáäéêü ôï ïðïßï êáé ðñïóöÝñåé ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí ìå ôá Üëëá Üôïìá, äåí ìïéÜæåé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ðïëý ìå êáíÝíá áðü ôá Üëëá óôïé÷åßá. Åí ôïýôïéò, ãéá ðïëëïýò ëüãïõò, èá åßíáé ðéï óùóôü íá êáôáôáãåß ìáæß ìå ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí (Li-Cs) áðü ü,ôé ìå ôá áëïãüíá (F-At) Þ ìå êÜðïéá Üëëç ïéêïãÝíåéá. Ãé' áõôü ôïðïèåôåßôáé óôçí ðñþôç óôÞëç. Áöïý ãßíïõí áõôÝò ïé ìåôáôïðßóåéò, ïé ïðïßåò óôçí ðñáãìáôéêüôçôá äåí ìåôáâÜëëïõí ôç óåéñÜ ôçò êáôáôÜîåùò, êáôáëÞãïìå óôç äéÜôáîç ôïõ ó÷Þìáôïò 13-4. ÁõôÞ ç ìïñöÞ åßíáé áêñéâþò ßäéá ìå ôç óýã÷ñïíç «áíáðôõãìÝíç ìïñöÞ» ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. ¸ãéíå ðéá óáöÝò üôé ç ðåñéïäéêÞ åðáíåìöÜíéóç ôùí óõìðëçñùìÝíùí óôïéâÜäùí çëåêôñïíßùí áðïôåëåß ìéá âÜóç ãéá ôç äçìéïõñãßá ïëüêëçñïõ ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá.

13.6 Ïé éäéüôçôåò ìåôáâÜëëïíôáé

ðåñéïäéêÜ áíÜëïãá ìå ôïí áôïìéêü áñéèìü. Èá èõìÜóôå áðü ôï êåöÜëáéï 8 üôé ï Mendeleev êáôÝëçîå óôïí ðñáãìáôéêü ðåñéïäéêü ôïõ ðßíáêá, êáôáôÜóóïíôáò ôá óôïé÷åßá êáôÜ áýîïõóá áôïìéêÞ ìÜæá. Åðßóçò, èá èõìÜóôå üôé äåí Þôáí ôüôå ãíùóôÞ ç Ýííïéá ôïõ áôïìéêïý áñéèìïý êáé üôé ç êáôÜôáîç ìå âÜóç ôçí áôïìéêÞ ìÜæá äçìéïõñãïýóå êÜðïéåò äõóêïëßåò. ÊÜðïéá æåýãç óôïé÷åßùí, ãéá ðáñÜäåéãìá ôï éþäéï êáé ôï ôåëëïýñéï, åìöáíßæïíôáí íá Ý÷ïõí ôçí áíÜóôñïöç óåéñÜ áðü áõôÞí ðïõ õðáãüñåõáí ïé ÷çìéêÝò ôïõò éäéüôçôåò. ¼ðùò ìðïñåßôå íá äåßôå êáé óôï ó÷Þìá 13-3, ç êáôÜôáîç êáôÜ ôç óåéñÜ ôïõ áôïìéêïý áñéèìïý äåí äçìéïõñãåß êáìéÜ áðïëýôùò ôÝôïéá äõóêïëßá. ÊÜèå óôïé÷åßï ôïðïèåôåßôáé óôç óôÞëç ðïõ áíÞêåé ìå âÜóç ôéò ÷çìéêÝò êáé öõóéêÝò ôïõ éäéüôçôåò. Åßíáé ðñïöáíÝò üôé ï áôïìéêüò áñéèìüò (ü÷é ç áôïìéêÞ ìÜæá) êáé ïé äéáìïñöþóåéò ôùí çëåêôñïíßùí åßíáé áõôÜ ðïõ äçìéïõñãïýí ôç âÜóç ãéá ôéò ÷çìéêÝò éäéüôçôåò åíüò óôïé÷åßïõ êáé êáôÜ óõíÝðåéá ãéá ôç èÝóç ôïõ óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá. Áõôü ôï áíáêÜëõøå Ýíáò íåáñüò ¢ããëïò åðéóôÞìïíáò, ï Henry Moseley, ëßãï ðñéí ôïí ðüëåìï ôïõ 1914-1918, êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôïõ

317

ïðïßïõ ðÝèáíå. Ãéáôß Üñáãå ìéá êáôÜôáîç ðïõ Ý÷åé ùò âÜóç ôçí áôïìéêÞ ìÜæá äßíåé Ýíá ó÷åäüí ôÝëåéï ðåñéïäéêü ðßíáêá; Åßíáé äõíáôüí íá äïèåß áðÜíôçóç áí ëçöèïýí õðüøç ôá éóüôïðá ôùí äéáöüñùí óôïé÷åßùí. Ôá ðåñéóóüôåñá óôïé÷åßá áðáíôïýí óôç öýóç ùò ìßãìáôá éóïôüðùí. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ç áôïìéêÞ ìÜæá ðïõ Ý÷åé âñåèåß ãé' áõôÜ íá åßíáé ï ìÝóïò üñïò ôùí áôïìéêþí ìáæþí ôùí äéáöüñùí éóïôüðùí. ¸íá áíÜëïãï ðáñÜäåéãìá áðïôåëåß ç êáôáíïìÞ ôùí ìáèçôþí äéáöüñùí çëéêéþí óå ìéá ôÜîç ãõìíáóßïõ åíüò áìåñéêáíéêïý ó÷ïëåßïõ. ¼ðùò ßóùò ãíùñßæåôå, óôçí ÁìåñéêÞ ôá ðáéäéÜ êáôáôÜóóïíôáé óôéò äéÜöïñåò ó÷ïëéêÝò ôÜîåéò ü÷é ìå âÜóç ôçí çëéêßá, áëëÜ ìå âÜóç ôéò ãíþóåéò ôïõò êáé ôçí éêáíüôçôÜ ôïõò íá ìáèáßíïõí. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá óôçí ôñßôç ôÜîç åíüò ãõìíáóßïõ ç êáôáíïìÞ çëéêéþí íá åßíáé áõôÞ ðïõ ðáñïõóéÜæåé ï ó÷åôéêüò ðßíáêáò ðáñáðëåýñùò. Ç ìÝóç çëéêßá ôùí ìáèçôþí äåí èá åßíáé áðáñáßôçôá áêÝñáéïò áñéèìüò. Ç ìÝóç çëéêßá õðïëïãßæåôáé Ýôóé: (0,05)14 + (0,05)15 + (0,60)16 + (0,15)17 + + (0,05)18 + (0,10)19 = 16,4

Êáô' áíáëïãßá, ôï ôåëëïýñéï ðïõ áðáíôÜ óôç öýóç, áðïôåëåßôáé áðü ôçí åêáôïóôéáßá êáôáíïìÞ éóïôüðùí, ðïõ áíáöÝñïíôáé óôïí ðßíáêá 13.1. Aí õðïëïãéóèåß ï ìÝóïò üñïò ôùí êëáóìÜôùí ôçò ðñáãìáôéêÞò ìÜæáò ôïõ êÜèå éóïôüðïõ ùò ðñïò ôçí åêáôïóôéáßá ôïõ áíáëïãßá, üðùò Ýãéíå êáé óôï ðñïçãïýìåíï ðáñÜäåéãìá, èá ðñïêýøåé üôé ç ìÝóç áôïìéêÞ ìÜæá åßíáé 127,6. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ç ðñáãìáôéêÞ ìÜæá

ÌáèçôÝò óôçí ôÜîç

Ðïóïóôü óôçí ôÜîç

äåêáôåôñÜ÷ñïíïé

5%

äåêáðåíôÜ÷ñïíïé

5%

äåêáåîÜ÷ñïíïé

60%

äåêáåðôÜ÷ñïíïé

15%

äåêáï÷ôÜ÷ñïíïé

5%

äåêáåííéÜ÷ñïíïé

10%

ôïõ êÜèå éóïôüðïõ åßíáé ëßãï ìéêñüôåñç áðü ôï ìáæéêü áñéèìü ôïõ. Õðåíèõìßæåôáé åäþ üôé ï ìáæéêüò áñéèìüò éóïýôáé ìå ôï óõíïëéêü áñéèìü ôùí íåôñïíßùí êáé ôùí ðñùôïíßùí ôïõ ðõñÞíá. Ïé ðñáãìáôéêÝò ìÜæåò áõôþí ôùí óùìáôéäßùí åßíáé åëÜ÷éóôá ìéêñüôåñåò áðü ôç ìïíÜäá áôïìéêÞò ìÜæáò. Ãé' áõôü êáé ç ðñáãìáôéêÞ ìÜæá åíüò éóïôüðïõ åßíáé åëÜ÷éóôá ìéêñüôåñç áðü ôï ìáæéêü áñéèìü ôïõ. Ôï óôïé÷åßï éþäéï åßíáé Ýíá áðü ôá ëßãá ðïõ áðáíôïýí óôç öýóç áðïêëåéóôéêÜ ìå ôç ìïñöÞ åíüò éóïôüðïõ 127É. Ãé' áõôü ç ìÝóç áôïìéêÞ ìÜæá ôïõ éóïýôáé áêñéâþò ìå ôç ìÜæá áõôïý ôïõ åíüò éóïôüðïõ ðïõ åßíáé 126,9. Áðü ôï ðáñÜäåéãìá áõôü óõìðåñáßíåôå üôé ç áêñéâÞò ôéìÞ ôçò ìÝóçò áôïìéêÞò ìÜæáò ãéá êÜèå óôïé÷åßï äåí Ý÷åé Üìåóç ó÷Ýóç ìå ôïí áôïìéêü áñéèìü ôïõ Þ ôç äéáìüñöùóç ôùí çëåêôñïíßùí ôïõ. Ç ìÝóç ôéìÞ ëïéðüí ôçò áôïìéêÞò ìÜæáò äåí åßíáé êáôÜëëçëç êáé áîéüðéóôç âÜóç ãéá ôçí ðåñéïäéêüôçôá ôïõ óôïé÷åßïõ. ¹ôáí ôý÷ç ãéá ôïí Mendeleev êáé ôïõò óõã÷ñüíïõò ôïõ ôï üôé ç áôïìéêÞ ìÜæá óå ãåíéêÝò ãñáììÝò âáäßæåé ðáñÜëëçëá ìå ôïí áôïìéêü áñéèìü.

ÐÉÍÁÊÁÓ 13.1. Ôá éóüôïðá ôïõ óôïé÷åßïõ ôåëëïýñéï ðïõ áðáíôïýí óôç öýóç. Ìáæéêüò áñéèìüò Ì, ôïõ éóïôüðïõ 120 122 123 124 125 126 128 130

Åêáôïóôéáßá áíáëïãßá éóïôüðùí ìå ìáæéêü áñéèìü Ì 0,089 2,46 0,87 4,61 6,99 18,71 31,79 34,48

ÁôïìéêÞ ìÜæá éóïôüðïõ 119,9 121,9 122,9 123,9 124,9 125,9 127,9 129,9

318

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

13.7 Ç äéáëõôüôçôá ôùí áëÜôùí: ÁíáæÞôçóç êÜðïéïõ ðñïôýðïõ. Må ôçí áíÜðôõîç ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá êáé ôçí ïñãÜíùóç ôùí óôïé÷åßùí óå ïéêïãÝíåéåò, ïé åðéóôÞìïíåò Üñ÷éóáí íá ìåëåôïýí ôéò ÷çìéêÝò êáé ôéò öõóéêÝò éäéüôçôåò ðïëëþí ÷çìéêþí åíþóåùí, ãéá íá ìÜèïõí áí ìåôáâÜëëïíôáé áõôÝò ïé éäéüôçôåò êáôÜ êÜðïéï ó÷åôéêü ôñüðï. Óå ìåñéêÝò ðåñéðôþóåéò, ïé éäéüôçôåò åíþóåùí ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü óôïé÷åßá ìéáò ïéêïãÝíåéáò, ìåôáâÜëëïíôáé êáôÜ ôñüðï ðïõ Þôáí äõíáôüí íá ðñïâëåöèåß ðïëý åýêïëá. Óå Üëëåò ðåñéðôþóåéò üìùò åìöáíßæïíôáé ìåãÜëåò äéáöïñÝò. Ìéá åîÝôáóç áõôþí ôùí äéáöïñþí åîáóöáëßæåé ìéá âáèýôåñç êáôáíüçóç ôçò äïìÞò ôùí åíþóåùí êáé ôçò åðéäñÜóåùò ðïõ ðéèáíüí íá åß÷áí ïé äïìÝò áõôÝò óôç óõìðåñéöïñÜ ôïõò, êÜôù áðü äéÜöïñåò óõíèÞêåò. Ìéá éäéüôçôá ðïõ åßíáé åýêïëá óõãêñßóéìç óå ðïëëÝò ïõóßåò åßíáé ç äéáëõôüôçôá óôï íåñü. Äéáëõôüôçôá åßíáé ç ðïóüôçôá ôçò ïõóßáò, ç ïðïßá èá äéáëõèåß óå ïñéóìÝíç ðïóüôçôá åíüò õãñïý (ôïõ äéáëýôç), óå ìéá êáèïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá. ÓÊÏÐÏÓ

Èá ìåôñÞóåôå ôç äéáëõôüôçôá óå íåñü êáé óå èåñìïêñáóßá ðåñéâÜëëïíôïò äýï óåéñþí åíþóåùí. Ç ðñþôç óåéñÜ èá ðåñéëáìâÜíåé ôÝóóåñá Üëáôá, ðïõ Ý÷ïõí ó÷çìáôéóèåß áðü ôçí áíôßäñáóç íáôñßïõ ìå êáèÝíá áðü ôá óôïé÷åßá ôçò ïéêïãÝíåéáò ôùí áëïãüíùí (öèüñéï, ÷ëþñéï, âñþìéï êáé éþäéï). Ç äåýôåñç óåéñÜ èá áðïôåëåßôáé áðü ôÝóóåñá Üëáôá, ðïõ ó÷çìáôßóèçêáí áðü ôçí áíôßäñáóç êáëßïõ ìå ôá ßäéá óôïé÷åßá ôçò ïéêïãÝíåéáò ôùí áëïãüíùí. ÕËÉÊÁ

Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò ôùí 10 ml ÐïôÞñé æÝóåùò ôùí 100 ml Æõãüò ÊïììáôÜêéá ðïñóåëÜíçò ÓôÞñéãìá äáêôõëßùí, äáêôýëéïò

10 ml êïñåóìÝíïõ äéáëýìáôïò áëïãïíïý÷ïõ íáôñßïõ Þ êáëßïõ Ìåôáëëéêü ðëÝãìá áìéÜíôïõ Ëý÷íïò ×áñôß ó÷åäéÜóåùò (milimetre)

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

Èá ìåôñçèåß ç äéáëõôüôçôá êáèåìéÜò áðü ôéò ðáñáêÜôù åíþóåéò: NaF, NaCl, NaBr, NaI, KF, KCl, KBr, KI. Ðñéí ôçí Ýíáñîç ôçò åêôåëÝóåùò ôçò åñãáóôçñéáêÞò áóêÞóåùò ï êáèçãçôÞò ðñÝðåé íá Ý÷åé åôïéìÜóåé êïñåóìÝíá äéáëýìáôá áõôþí ôùí åíþóåùí. Ìðïñåßôå íá èåùñÞóåôå üôé, üôáí ôá ÷ñçóéìïðïéåßôå, âñßóêïíôáé óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. ¼ôáí ïëïêëçñùèåß ç ðåéñáìáôéêÞ åñãáóßá, ï êÜèå ìáèçôÞò èá áíáöÝñåé ôç äéáëõôüôçôá ôçò åíþóåþò ôïõ. Óôç óõíÝ÷åéá, èá õðïëïãéóèåß ìéá ìÝóç ôéìÞ ãéá ôçí êÜèå Ýíùóç. 1. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá êïììÜôé ðïñóåëÜíçò óå Ýíá êáèáñü-îçñü ðïôÞñé ôùí 100 ml. Õðïëïãßóôå ôç ìÜæá ôïõ ðïôçñéïý êáé ôïõ êïììáôéïý ðïñóåëÜíçò ìå áêñßâåéá 0,01 g. 2. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò ïãêïìåôñéêïý êõëßíäñïõ ìåôñÞóôå 8-10 ml ôïõ äéáëýìáôïò ðïõ óáò áíôéóôïé÷åß êáé áäåéÜóôå ôï óôï ðïôÞñé. Óçìåéþóôå ôç èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ êáé ôï ÷çìéêü ôýðï ôçò åíþóåùò. 3. Õðïëïãßóôå ôç óõíïëéêÞ ìÜæá ôïõ ðïôçñéïý, ôçò ðïñóåëÜíçò êáé ôïõ äéáëýìáôïò. 4. ÔïðïèåôÞóôå ôï ðïôÞñé êáé ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ åðÜíù óôï ìåôáëëéêü ðëÝãìá áìéÜíôïõ êáé áõôü óôï äáêôýëéï, ðïõ åßíáé åðÜíù áðü ôï ëý÷íï,

319

üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 13-5. ÈåñìÜíáôå ðïëý åëáöñÜ, þóôå íá åîáôìéóèåß üëïò ï äéáëýôçò ÷ùñßò åêôéíÜîåéò. 5. ¼ôáí óáò öáíåß üôé åßíáé óôåãíü ôï ðïôÞñé, èåñìÜíáôå éó÷õñÜ 2-3 ëåðôÜ, ãéá íá âåâáéùèåßôå üôé Ýöõãå üëç ç õãñáóßá. 6. ÓâÞóôå ôï ëý÷íï êáé áöÞóôå ôï ðïôÞñé íá êñõþóåé óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. Âñåßôå ôç íÝá ìÜæá ôïõ ðïôçñéïý êáé ôïõ ðåñéå÷ïìÝíïõ ôïõ ìå áêñßâåéá 0,01 g. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

ÐñÝðåé íá åôïéìÜóåôå Ýíáí ðßíáêá óôï ôåôñÜäéü óáò, ãéá íá êáôáãñÜøåôå ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò (äåßôå ôçí ðáñáêÜôù êáôÜôáîç). ÅôïéìÜóôå åðßóçò Ýíáí ðßíáêá, ãéá íá êáôáãñÜøåôå ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí óõììáèçôþí óáò (äåßôå ôï õðüäåéãìá ôïõ ðßíáêá ðïõ áêïëïõèåß). Èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ °C Xçìéêüò ôýðïò ôçò ïõóßáò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå Ðñéí ôç èÝñìáíóç. ÌÜæá ðïôçñéïý, ðïñóåëÜíçò êáé äéáëýìáôïò (g). ÌÜæá êåíïý ðïôçñéïý êáé ðïñóåëÜíçò (g). MÜæá áñ÷éêïý äéáëýìáôïò (g). ÌÜæá îçñïý óôåñåïý (g).

Ó×ÇÌÁ 13-5.

MåôÜ ôç èÝñìáíóç. ÌÜæá ðïôçñéïý, ðïñóåëÜíçò êáé îçñïý óôåñåïý (g). MÜæá êåíïý ðïôçñéïý êáé ðïñóåëÜíçò (g).

Ðßíáêáò ãéá ôçí êáôáãñáöÞ ôùí áðïôåëåóìÜôùí ôçò ôÜîåùò. ×çìéêÞ Ýíùóç

ÄéÜöïñåò äéáëõôüôçôåò (moles/100 g H2O)

ÌÝóç äéáëõôüôçôá (moles/100 g H2O)

(1) Naf

Õðïëïãéóìïß. Ç äéáëõôüôçôá ôçò êÜèå ïõóßáò èá ðñïóäéïñéóèåß óå moles áõôÞò äéáëõìÝíá óå 100 ãñáììÜñéá íåñïý. 1. Ãéá íá õðïëïãßóåôå ôç ìÜæá ôïõ íåñïý ôïõ äéáëýìáôüò óáò, áöáéñÝóôå ôç ìÜæá ôïõ îçñïý óôåñåïý ðïõ áðÝìåéíå ìåôÜ ôçí åîÜôìéóç, áðü ôçí áñ÷éêÞ ìÜæá ôïõ äéáëýìáôïò. 2. ÄéáéñÝóôå ôç ìÜæá ôïõ îçñïý óôåñåïý ðïõ áðÝìåéíå ìå ôç ãñáììïìïñéáêÞ ìÜæá ôçò ïõóßáò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå. Áõôü èá óáò äþóåé ôá moles ôçò ïõóßáò ðïõ äéáëýèçêáí óôï áñ÷éêü äéÜëõìá. 3. Õðïëïãßóôå ôá moles ôçò åíþóåùò áíÜ 100 ãñáììÜñéá íåñïý, áðü ôá moles ôçò åíþóåùò êáé ôç ìÜæá ôïõ íåñïý ðïõ õðÞñ÷áí óôï áñ÷éêü äåßãìá. 4. Óçìåéþóôå ôéò äéáëõôüôçôåò (óôïí ðßíáêá ðïõ Ý÷åôå åôïéìÜóåé) ðïõ âñÞêáí üëïé ïé óõììáèçôÝò óáò ãéá ôéò åíþóåéò ðïõ åîåôÜóèçêáí. Áí êÜðïéá ôéìÞ óå ìéá áðü áõôÝò ôéò ïìÜäåò åìöáíßæåé ìåãÜëç äéáöïñÜ áðü ôéò Üëëåò ôéìÝò ôçò ßäéáò ïìÜäáò, èá ðñÝðåé íá ñùôÞóåôå ôïí êáèçãçôÞ óáò áí èá ðñÝðåé íá ôç óõìðåñéëÜâåôå êáôÜ ôïí õðïëïãéóìü ôçò ìÝóçò äéáëõôüôçôáò, Þ áí èá ðñÝðåé íá ôçí áãíïÞóåôå èåùñþíôáò ôï áðïôÝëåóìá ëáíèáóìÝíï. 5. ÅôïéìÜóôå ìéá ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç, ðïõ íá äåß÷íåé óôïí êáôáêüñõöï Üîïíá (ôåôáãìÝíç) ôïí áñéèìü ôùí moles ôçò ïõóßáò áíÜ 100 ãñáììÜñéá

320

íåñïý êáé óôïí ïñéæüíôéï Üîïíá (ôåôìçìÝíç) ôéò ãñáììïìïñéáêÝò ìÜæåò ôùí åíþóåùí. Óçìåéþóôå ôé áêñéâþò áðåéêïíßæåé ï êÜèå Üîïíáò. 6. Âñåßôå ôï óçìåßï ôïõ äéáãñÜììáôïò, óôï ïðïßï áíôéóôïé÷åß ç ìÝóç äéáëõôüôçôá ôçò êÜèå åíþóåùò ùò ðñïò ôç ãñáììïìïñéáêÞ ìÜæá ôçò. Äßðëá áðü ôï êÜèå óçìåßï ôïõ äéáãñÜììáôïò ãñÜøôå ôï ÷çìéêü ôýðï ôçò êÜèå åíþóåùò. 7. Åíþóôå ôá ôÝóóåñá óçìåßá ðïõ áíáöÝñïíôáé óôéò åíþóåéò ôïõ íáôñßïõ äéáäï÷éêÜ ìå åõèåßåò ãñáììÝò. ÅðáíáëÜâáôå ôï ßäéï êáé ãéá ôéò åíþóåéò ôïõ êáëßïõ. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Ðïéåò ïìïéïìïñößåò åìöáíßæïíôáé óôï äéÜãñáììÜ óáò; 2. ÕðÜñ÷ïõí êÜðïéåò áíïìïéïìïñößåò óôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò; 3. Ðïéåò éäéüôçôåò ôùí åíþóåùí åßíáé äõíáôüí íá åðçñåÜóïõí ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï äéáëýïíôáé óôï íåñü; 4. Óå ðïéá ïéêïãÝíåéá óôïé÷åßùí áíÞêïõí ôï íÜôñéï êáé ôï êÜëéï; 5. Té äåß÷íåé áõôü ôï ðåßñáìá ó÷åôéêÜ ìå ôçí éêáíüôçôÜ óáò íá ðñïâëÝðåôå éäéüôçôåò åíþóåùí, ðïõ Ý÷ïõí ó÷çìáôéóèåß áðü óôïé÷åßá ìéáò ïñéóìÝíçò ïéêïãÝíåéáò;

13.8 Ïé çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò óõíäÝïíôáé Üìåóá ìå ôéò éäéüôçôåò. Ç ãíþóç ôçò çëåêôñïíéáêÞò äéáìïñöþóåùò ôùí áôüìùí ôùí äéáöüñùí óôïé÷åßùí ìáò âïçèÜ íá êáôáíïÞóïìå ôï ëüãï õðÜñîåùò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá êáèþò êáé ôï ãéáôß õðÜñ÷ïõí ðåñßïäïé äéáöïñåôéêïý ìÞêïõò. Eêôüò áõôþí, ìáò åðéôñÝðåé áêüìç íá áíôéëçöèïýìå ü÷é ìüíï ãéáôß ìïéÜæïõí ìåôáîý ôïõò ôá óôïé÷åßá êÜðïéáò ïìÜäáò, áëëÜ êáé ãéáôß ïé éäéüôçôåò ôéò ïðïßåò ðáñïõóéÜæïõí åìöáíßæïíôáé óå áõôÞí ôçí ïìÜäá êáé ü÷é óå êÜðïéá Üëëç. Ôá åõãåíÞ áÝñéá Ý÷ïõí ùò êýñéá éäéüôçôá ôçí áäñÜíåéÜ ôïõò, äçëáäÞ ìéá ðïëý ðåñéïñéóìÝíç ôÜóç ãéá ó÷çìáôéóìü åíþóåùí ìå Üëëá óôïé÷åßá. Ïé äéáôÜîåéò ôùí çëåêôñïíßùí ôïõò, üðùò èá äåßôå óå ëßãï, èá óáò ïäçãïýóáí óôçí ðñüâëåøç áõôÞò ôçò óõìðåñéöïñÜò. ÅîÜëëïõ, ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí êáé ôá áëïãüíá åßíáé åîáéñåôéêÜ äñáóôéêÜ. Êáé åäþ, ïé äéáôÜîåéò ôùí çëåêôñïíßùí ôïõò èá óáò âïçèïýóáí íá ôï ðñïâëÝøåôå. Ãéá íá êáôáíïÞóåôå ôï ëüãï ðïõ áõôÝò ïé éäéüôçôåò åßíáé äõíáôüí íá ðñïâëåöèïýí áðü ôéò äéáôÜîåéò ôùí çëåêôñïíßùí, ðñÝðåé ðñþôá íá îáíáèõìçèïýìå ôçí Ýííïéá ôùí éüíôùí. Ôá éüíôá åßíáé Üôïìá ðïõ Ý÷ïõí ðåñéóóüôåñá Þ ëéãüôåñá çëåêôñüíéá áðü áõôÜ ðïõ èá åß÷áí áí Þôáí ïõäÝôåñá. ¸íá èåôéêü éüí, Þ êáôéüí, ó÷çìáôßæåôáé ìå ôçí áðïìÜêñõíóç åíüò ç ðåñéóóïôÝñùí çëåêôñïíßùí áðü Ýíá ïõäÝôåñï Üôïìï. ¸íá áñíçôéêü éüí, Þ áíéüí, ó÷çìáôßæåôáé ìå ôçí

ðñïóèÞêç åíüò Þ ðåñéóóïôÝñùí çëåêôñïíßùí óå Ýíá ïõäÝôåñï Üôïìï. Áò åîåôÜóïìå ôç äéáäéêáóßá ó÷çìáôéóìïý åíüò èåôéêïý éüíôïò. Ãéá ðáñÜäåéãìá ôá Üôïìá ôïõ íáôñßïõ ó÷çìáôßæïõí åýêïëá éüíôá óýìöùíá ìå ôçí ðáñáêÜôù åîßóùóç: Ía Õ Ía+ +e-

Ãéá íá áðïóðáóèåß ôï çëåêôñüíéï áðü ôï Üôïìï ôïõ íáôñßïõ, èá ðñÝðåé íá êáôáíáëùèåß åíÝñãåéá. Ç åíÝñãåéá ðïõ áðáéôåßôáé ïíïìÜæåôáé «åíÝñãåéá éïíéóìïý» êáé óõìâïëßæåôáé óõíÞèùò ìå ôï óýìâïëï É. Áí åðáíåîåôÜóåôå ôï ó÷Þìá 11-24á, èá äåßôå üôé (êáèþò áõîÜíïíôáé âáèìéáßá ïé áñéèìïß ôùí åðéðÝäùí) ç êáìðýëç ðïõ ó÷çìáôßæåôáé åíþíïíôáò ôá óçìåßá ôïìÞò ôçò åíÝñãåéáò ðïõ äéáèÝôåé êÜèå ãñáììÞ ôïõ öÜóìáôïò õäñïãüíïõ ìå ôïí áñéèìü ôïõ áíôßóôïé÷ïõ åðéðÝäïõ, ôåßíåé íá ãßíåé ïñéæüíôéá êáé ðëçóéÜæåé áóõìðôùôéêÜ ôçí ôéìÞ ôùí 313,6 ÷éëéïèåñìßäùí áíÜ mole. Åßíáé öáíåñü üôé ç áýîçóç ôïõ áñéèìïý ôùí åðéðÝäùí óôï Üðåéñï Ý÷åé ôï ßäéï áðïôÝëåóìá ìå ôçí áðïìÜêñõíóç ôïõ çëåêôñïíßïõ áðü ôï Üôïìï. ÅðåéäÞ ùò åíÝñãåéá éïíéóìïý ïñßæåôáé ç åíÝñãåéá ðïõ ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá áðïìáêñõíèåß Ýíá çëåêôñüíéï áðü Ýíá Üôïìï, ç åíÝñãåéá éïíéóìïý ôïõ õäñïãüíïõ èá åßíáé 313,6 ÷éëéïèåñìßäåò áíÜ mole. ÌåôñÞóåéò ôùí ãñáììþí ôïõ öÜóìáôïò êáèå óôïé÷åßïõ åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìåýóïõí (êáô' áíÜëïãï ôñüðï) ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôçò åíÝñãåéáò éïíéóìïý ôïõ. ¸÷ïõí ìåôñçèåß ïé åíÝñãåéåò éïíéóìïý üëùí ôùí áôüìùí. Áí

321

ÅíÝñãåéá éïíôéóìïý, kcal/mole

600

He Ne

500

Ar

400 300

H

Zn

S

200

2

Al

Na

100 4

6

8

10

Se

Ca

B

Li

0

Kr

O

K 12

14

16

Sr

Ga Rb

18 20 22 24 Áôïìéêüò áñéèìüò

26

28

30

32

34

36

38

40

Ó×ÇÌÁ 13-6. Ïé åíÝñãåéåò éïíéóìïý ôùí áôüìùí ðïéêßëëïõí áéóèçôÜ. ¸÷ïõí õøçëÝò ôéìÝò êáé ó÷çìáôßæïõí êïñõöÝò óôç èÝóç ôùí åõãåíþí áåñßùí êáé ÷áìçëüôåñåò ôéìÝò óôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí.

óçìåéùèïýí ïé èÝóåéò ôïõò ùò ðñïò ôïõò áôïìéêïýò áñéèìïýò ôùí ðñþôùí 38 óôïé÷åßùí, èá ðñïêýøåé ìéá åíäéáöÝñïõóá ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç (ó÷. 13-6). Áí êáé õðÜñ÷ïõí áñêåôÝò áíùìáëßåò êáé ðñïåîï÷Ýò, ç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç Ý÷åé Ýíá åõäéÜêñéôï êýñéï ó÷Þìá. ¸÷åé êïñõöÝò (ìÝãéóôá) óôéò èÝóåéò üëùí ôùí åõãåíþí áåñßùí êáé ÷áìçëÜ óçìåßá (åëÜ÷éóôá) óå üëá ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí. Ïé éäéüôçôåò áõôÝò Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ôçí çëåêôñïíéáêÞ ôïõò äéáìüñöùóç. Áò åðéóôñÝøïìå ãéá ëßãï óôï äéÜãñáììá ôçò åíÝñãåéáò ôùí çëåêôñïíßùí ôïõ ó÷Þìáôïò 13-2. Ðáñáôçñïýìå üôé êÜèå åõãåíÝò áÝñéï äéáèÝôåé ìéá óõìðëçñùìÝíç ïìÜäá ôñï÷éáêþí ìå üìïéåò åíÝñãåéåò. ÄçëáäÞ üëá ôá ôñï÷éáêÜ ðïõ âñßóêïíôáé ìÝóá óôçí ßäéá ÷ñùìáôéóôÞ æþíç åßíáé óõìðëçñùìÝíá. Ìéá ïìÜäá áõôïý ôïõ ôýðïõ, ìå áðüëõôá óõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ, ç ïðïßá ÷áñáêôçñßæåôáé êáé ùò Ý÷ïõóá äéÜôáîç óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò, åßíáé åîáéñåôéêÜ óôáèåñÞ. ¼ðùò öáßíåôáé êáé áðü ôéò õøçëÝò åíÝñãåéåò éïíéóìïý ôùí áôüìùí ôùí åõãåíþí áåñßùí, åßíáé ðïëý äýóêïëï íá ìåôáâÜëïìå ìéá ôÝôïéá ïìÜäá ìåôáêéíþíôáò áðü áõôÞí Ýíá çëåêôñüíéï. ÌåôÜ áðü êÜèå åõãåíÝò áÝñéï õðÜñ÷åé Ýíá Üôïìï, ðïõ ðåñéÝ÷åé Ýíá åðß ðëÝïí çëåêôñüíéï áðü ôïí áñéèìü åêåßíïõ ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá äþóåé ôçí ðïëý óôáèåñÞ óõìðëçñùìÝíç ïìÜäá. ¼ðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 13-2, áõôü ôï åðß ðëÝïí çëåêôñüíéï èá ðñÝðåé íá ôïðïèåôçèåß áñêåôÜ ðéï øçëÜ, óôçí åðüìåíç åíåñãåéáêÞ æþíç.

Åêåß óõãêñáôåßôáé áñêåôÜ ÷áëáñÜ êáé äåí ÷ñåéÜæåôáé ðïëëÞ åíÝñãåéá ðñïêåéìÝíïõ íá ìåôáêéíçèåß. ¸íá Üôïìï ìå çëåêôñüíéá ôïðïèåôçìÝíá êáô' áõôüí ôïí ôñüðï Ý÷åé ÷áìçëÞ áñ÷éêÞ åíÝñãåéá éïíéóìïý. Áñ÷éêÞ åíÝñãåéá éïíéóìïý ëÝãåôáé ç åíÝñãåéá ðïõ ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá ìåôáêéíçèåß Ýíá çëåêôñüíéï. ¼ôáí ìåôáêéíçèåß ôï ðñþôï çëåêôñüíéï áðü êÜðïéï Üôïìï ðïõ óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá áêïëïõèåß Ýíá åõãåíÝò áÝñéï, äçìéïõñãåßôáé ç ðïëý óôáèåñÞ äïìÞ ôçò óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò, ÷áñáêôçñéóôéêÞò ôùí áôüìùí åõãåíþí áåñßùí. Åêôüò áðü ôï ãåãïíüò üôé ìéá óõìðëçñùìÝíç óôïéâÜäá áðïôåëåß áðü ìüíç ôçò ìéá ðïëý óôáèåñÞ äéÜôáîç êáé åßíáé äýóêïëï íá äéáóðáóèåß, üôáí ðñüêåéôáé ãéá ôç ìåôáôüðéóç åíüò áêüìç çëåêôñïíßïõ, áíôéìåôùðßæïìå Ýíá åðß ðëÝïí åìðüäéï. Ç áðïìÜêñõíóç ôïõ ðñþôïõ çëåêôñïíßïõ Üöçóå Ýíá èåôéêü öïñôßï óôïí éüí. Áõôü ôï èåôéêü öïñôßï êáèéóôÜ áêüìç äõóêïëüôåñç ôçí áðïìÜêñõíóç åíüò Üëëïõ áñíçôéêïý çëåêôñïíßïõ áðü ôï éüí. Áðü üëá áõôÜ êáôáëÞãïìå óôá ðáñáêÜôù óõìðåñÜóìáôá. (1) Åßíáé åýêïëï, óå üëá ôá Üôïìá ôùí ìåôÜëëùí ôùí áëêáëßùí Li, Na, K, Rb êáé Cs, íá ìåôáêéíçèåß Ýíá çëåêôñüíéï êáé íá äçìéïõñãçèïýí ôá èåôéêÜ éüíôá Li+, Na+, K+, Rb+ êáé Cs+. (2) Eßíáé åîáéñåôéêÜ äýóêïëï íá ìåôáêéíçèïýí êáé Üëëá çëåêôñüíéá. Äýï áôïìéêïýò áñéèìïýò ðÜíù áðü êÜèå åõãåíÝò áÝñéï õðÜñ÷åé Ýíá Üôïìï ðïõ Ý÷åé äýï çëåêôñüíéá ðåñéóóüôåñá áðü ôïí áñéèìü

322

ðïõ ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá äçìéïõñãçèåß ç ÷áñáêôçñéóôéêÞ óôáèåñÞ ïìÜäá ôïõ åõãåíïýò áåñßïõ. Áêñéâþò üðùò êáé óôçí ðåñßðôùóç ôïõ ìïíáäéêïý åðß ðëÝïí çëåêôñïíßïõ, óôá Üôïìá ôùí ìåôÜëëùí ôùí áëêáëßùí áõôÜ ôá äýï çëåêôñüíéá êáôáëáìâÜíïõí ôñï÷éáêÜ ôçò åðüìåíçò åíåñãåéáêÞò æþíçò. Ãéá íá ìåôáêéíçèåß êÜðïéï áðü áõôÜ, äåí ÷ñåéÜæåôáé ðÜñá ðïëëÞ åíÝñãåéá. Áêüìç êáé ôï äåýôåñï äåí áðïìáêñýíåôáé éäéáßôåñá äýóêïëá. Áðïìáêñýíåôáé äõóêïëüôåñá áðü ôï ðñþôï, åîáéôßáò ôïõ èåôéêïý öïñôßïõ ðïõ Ý÷åé Þäç äçìéïõñãçèåß áðü ôçí áðïìÜêñõíóç ôïõ ðñþôïõ çëåêôñïíßïõ. ÂÝâáéá ìåôÜ ôçí áðïìÜêñõíóç áõôþí ôùí äýï çëåêôñïíßùí, ðáñáìÝíåé ç ðïëý óôáèåñÞ ïìÜäá ôïõ åõãåíïýò áåñßïõ, ç ïðïßá, äéáóðÜôáé ðïëý äýóêïëá. ¾óôåñá áðü áõôü åßíáé áðüëõôá ëïãéêü íá óõìðåñÜíïìå üôé ãéá óôïé÷åßá ðïõ åßíáé ôïðïèåôçìÝíá äýï èÝóåéò ðÜíù áðü êÜèå åõãåíÝò áÝñéï, åßíáé åýêïëç êáé ÷áñáêôçñéóôéêÞ ç áêüëïõèç äéáäéêáóßá (áõôÞ áðïôåëåß êáé ôç âÜóç ôçò ÷çìéêÞò ôïõò óõìðåñéöïñÜò): M Õ Ì2+ + 2e-

Ôá åí ëüãù óôïé÷åßá åßíáé áõôÜ ðïõ âñßóêïíôáé óôç äåýôåñç óôÞëç ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá: Be, Mg, Ca, Sr, Ba êáé Ra. Ôá óôïé÷åßá áõôÞò ôçò ïìÜäáò Þ ïéêïãÝíåéáò ëÝãïíôáé ìÝôáëëá ôùí áëêáëéêþí ãáéþí. Óôï óçìåßï áõôü, áò óôáìáôÞóïìå, ãéá íá óõãêñßíïìå üóá ìÜèáìå ó÷åôéêÜ ìå ôéò éäéüôçôåò ðïõ ïöåßëïíôáé óôéò çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò ìåñéêþí ïìÜäùí óôïé÷åßùí, ìå ôç ÷çìéêÞ óõìðåñéöïñÜ áõôþí ôùí éäßùí ïìÜäùí. Êáô' áñ÷Þí åßíáé åõíüçôç ç ÷çìéêÞ ôïõò áäñÜíåéá, äçëáäÞ ç ðïëý ðåñéïñéóìÝíç ôÜóç ôùí åõãåíþí áåñßùí íá ó÷çìáôßæïõí åíþóåéò Þ éüíôá. ÄéáèÝôïõí ôéò ðïëý óôáèåñÝò äéáôÜîåéò óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò çëåêôñïíßùí, ðïõ åßíáé äýóêïëï íá äéáóðáóèïýí. Åðßóçò, ôï ãåãïíüò üôé ïé êýñéåò ÷çìéêÝò éäéüôçôåò ôùí ìåôÜëëùí ôùí áëêáëßùí êáé ôùí ìåôÜëëùí ôùí áëêáëéêþí ãáéþí ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ôïí áíôßóôïé÷ï ó÷çìáôéóìü ôùí éüíôùí 1+ êáé 2+, óõìöùíåß áðüëõôá ìå üóá åß÷áí ðñïâëåöèåß áðü ôçí çëåêôñïíéáêÞ ôïõò äéáìüñöùóç. Ç éäéáßôåñç óôáèåñüôçôá ôùí ïìÜäùí çëåêôñïíßùí ðïõ áðáíôïýí óôá åõãåíÞ áÝñéá, åßíáé äõíáôüí íá ìáò âïçèÞóåé íá êáôáíïÞóïìå ôéò éäéüôçôåò ôùí áôüìùí ôùí áëïãüíùí, êáé ãéáôß áõôÜ ôá Üôïìá ìå áõôÝò ôéò îå÷ùñéóôÝò éäéüôçôåò èá ðñÝðåé, üëá, íá âñßóêïíôáé óôçí áñéóôåñÞ óôÞëç áðü áõôÞí ôùí åõãåíþí áåñßùí. ÊÜèå

Üôïìï áëïãüíïõ äéáèÝôåé Ýíá çëåêôñüíéï ëéãüôåñï áðü ôï Üôïìï ôïõ åõãåíïýò áåñßïõ ðïõ ôï áêïëïõèåß. ÅðåéäÞ ç äéÜôáîç óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò çëåêôñïíßùí ðïõ õðÜñ÷åé óôá Üôïìá ôùí åõãåíþí áåñßùí åßíáé éäéáßôåñá óôáèåñÞ, ôá Üôïìá ôùí áëïãüíùí Ý÷ïõí ìéá ÷áñáêôçñéóôéêÞ ôÜóç íá ðñïóëáìâÜíïõí Ýíá çëåêôñüíéï êáé íá óõìðëçñþíïõí Ýôóé ïìÜäåò üðùò áõôÝò ôùí åõãåíþí áåñßùí. ÂÝâáéá, ç ðñüóëçøç åíüò çëåêôñïíßïõ äçìéïõñãåß Ýíá áñíçôéêü öïñôßï ó÷çìáôßæïíôáò êáô' áõôüí ôïí ôñüðï Ýíá áíéüí. Ç ðáñáêÜôù åîßóùóç ðåñéãñÜöåé áêñéâþò áõôü ôï öáéíüìåíï ãéá ôçí ðåñßðôùóç ôïõ ÷ëùñßïõ: Cl + e- ® Cl–

Oé äéáôÜîåéò ôùí çëåêôñïíßùí óôá Üôïìá ôùí áëïãüíùí ìáò åðéôñÝðïõí íá êáôáíïÞóïìå ãéáôß (ï ó÷çìáôéóìüò åíþóåùí óôéò ïðïßåò õðÜñ÷ïõí ôá áíéüíôá F–, Cl–, Br– êáé É–) åßíáé ÷áñáêôçñéóôéêü ãíþñéóìá áõôÞò ôçò ïéêïãÝíåéáò ôùí óôïé÷åßùí. Êáôáíïïýìå åðßóçò ãéáôß ìéá ïéêïãÝíåéá óôïé÷åßùí ìå áõôÞí ôçí éäéüôçôá ðñÝðåé íá âñßóêåôáé áêñéâþò óôçí ðñþôç èÝóç áñéóôåñÜ ôùí åõãåíþí áåñßùí óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá. Ç ðñïçãïýìåíç áíáöïñÜ ó÷åôéêÜ ìå ôï ðþò óõíäÝïíôáé ïé åíÝñãåéåò éïíéóìïý ìå ôéò äéáôÜîåéò ôùí çëåêôñïíßùí åßíáé äõíáôüí íá ìáò âïçèÞóåé íá ðñïâëÝøïìå ìåñéêïýò ÷çìéêïýò ôýðïõò. Åéäéêüôåñá, ìðïñïýìå íá ãñÜøïìå ôþñá ôýðïõò ãéá ðïëëÝò óçìáíôéêÝò åíþóåéò ðïõ äçìéïõñãïýíôáé áðü ôá óôïé÷åßá ôùí áëêáëßùí, ôùí áëêáëéêþí ãáéþí êáé ôùí áëïãüíùí. ¸ôóé åßíáé ðéèáíüí íá áíôéäñÜóïõí ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí êáé ôá áëïãüíá, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí åíþóåéò, óýìöùíá ìå åîéóþóåéò üìïéåò ìå áõôÝò ðïõ áêïëïõèïýí: 2Li + Cl2 Õ 2LiCl 2K + Br2 Õ 2KBr 2Na + F2 Õ 2NaF

Óýìöùíá ìå üóá äéäá÷èÞêáôå óôï êåöÜëáéï 8, ïé ðñïçãïýìåíåò åîéóþóåéò ðåñéãñÜöïõí êáôÜ ôñüðï óùóôü ôá ðåéñáìáôéêÜ áðïôåëÝóìáôá. Åßíáé äõíáôüí åðßóçò íá ðñïâëåöèïýí ìå áêñßâåéá êáé Üëëåò áíôéäñÜóåéò ìåôáîý áëêáëßùí êáé áëïãüíùí. ¼ëá ôá ðñïúüíôá ôùí áíôéäñÜóåùí Ý÷ïõí ôýðïõò ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü Ýíá êáôéüí ìåôÜëëïõ ôùí áëêáëßùí êáé Ýíá áíéüí áëïãüíïõ (Ýíá éüí áëïãïíéäßïõ). Ïé ôýðïé äåí äåß÷íïõí óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ôçí ýðáñîç ôùí éüíôùí, ôá ïðïßá üìùò õðÜñ÷ïõí. Áõôü óçìáßíåé üôé ï ôýðïò NaCl èá ìðïñïýóå íá ãñÜöåé êáé Na+Cl–, áëëÜ êÜôé ôÝôïéï äåí óõíçèßæåôáé.

323

Henry G. J. Moseley (1887 ‐ 1915)

O Henry Moseley áðÝêôçóå öÞìç ìå äýï ìüíï ÷ñüíéá Ýñåõíáò, ç ïðïßá óôáìÜôçóå ôï 1914, üôáí óôñáôåýèçêå óôï âñåôáíéêü óôñáôü óôçí áñ÷Þ ôïõ Á~ ðáãêïóìßïõ ðïëÝìïõ. Ç åðéóôçìïíéêÞ åñãáóßá ôïõ üìùò êáôÜ ôá äýï áõôÜ ÷ñüíéá, êáôÝëçîå óå ðïñßóìáôá, ðïõ óõíÝâáëáí óçìáíôéêÜ óôçí êáôáíüçóç ôçò äïìÞò ôïõ áôüìïõ. Ëßãï ìåôÜ ôï 1895, ïðüôå ï Roentgen áíáêÜëõøå ôéò áêôßíåò ×, ï Barkla, ðïõ åñãáæüôáí óôï ÐáíåðéóôÞìéï ôïõ Ëïíäßíïõ, áíáêÜëõøå üôé ôï ìÞêïò êýìáôïò áõôþí ôùí áêôßíùí åîáñôþíôáé áðü ôï óôïé÷åßï ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ùò èåôéêÜ öïñôéóìÝíç Üíïäïò ìÝóá óôï óùëÞíá ôçò áêôéíïâïëßáò ×. Ôï 1911, ï Rutherford Ýäåéîå üôé ï ðõñÞíáò åíüò áôüìïõ åßíáé Ýíá óùìáôßäéï ìå èåôéêü öïñôßï. Óå áõôü âáóßóèçêå Ýíáò Ãåñìáíüò åðéóôÞìïíáò, ï Van Dan Broek ãéá íá äéáôõðþóåé ôç óêÝøç üôé ôï öïñôßï ôïõ ðõñÞíá ðñÝðåé íá åßíáé Ýíá áêÝñáéï ðïëëáðëÜóéï ôïõ öïñôßïõ ôïõ ðõñÞíá õäñïãüíïõ. Ï Rutherford ðñïêåéìÝíïõ íá åîåôÜóåé áõôÞí ôç èåùñßá, æÞôçóå áðü ôïí Ìose‐ ley, ðïõ Þôáí Ýíáò áðü ôïõò óðïõäáóôÝò ôïõ, íá âñåé áí õðÜñ÷åé êÜðïéá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôï öïñôßï åíüò ðõñÞíá êáé óôï ìÞêïò êýìáôïò ôùí áêôßíùí × ðïõ ðáñÜãåé ôï óôïé÷åßï.

Ï Moseley îåêßíçóå ôç ìåëÝôç ôïõ êáôáóêåõÜæïíôáò äþäåêá óùëÞíåò áêôßíùí ×, áðü ôïõò ïðïßïõò ï êáèÝíáò åß÷å ùò Üíïäï Ýíá äéáöïñåôéêü óôïé÷åßï. Áñãüôåñá äïêßìáóå ôñéÜíôá áêüìç óôïé÷åßá. Ïé áêôßíåò × ðïõ åîÝðåìðáí ôá äåßãìáôá ôïõ Ìïseley õößóôáíôï äéÜèëáóç áðü Ýíáí êñýóôáëëï êáé åóôéÜæïíôáí ðÜíù óå öùôïãñáöéêÝò ðëÜêåò óýìöùíá ìå ôç äéáäéêáóßá ðïõ áêïëïõèåßôáé óå Ýíá ïðôéêü öáóìáôïãñÜöï. Äéáðßóôùóå üôé ôï öÜóìá êÜèå óôïé÷åßïõ áðïôåëïýíôáí áðü äýï êýñéåò ãñáììÝò. ¼ôáí ôïðïèÝôçóå ôéò åìöáíéóìÝíåò ðëÜêåò ôç ìéá äßðëá óôçí Üëëç êáé ôéò óõíÝêñéíå, áíáêÜëõøå üôé ïé ãñáììÝò ôçò êÜèå ðëÜêáò ó÷çìÜôéæáí ìéá óåéñÜ êáíïíéêþí äéáóôçìÜôùí. ÌÝóá óôï ßäéï äéÜóôçìá ç êÜèå ãñáììÞ åß÷å ìåôáôïðéóèåß áðü ôçí ðñïçãïýìåíÞ ôçò êáôÜ ôçí ßäéá ðåñßðïõ áðüóôáóç (ó÷. 13‐8). ÊáôÜ ôçí åñìçíåßá ôùí áðïôåëåóìÜôùí ôïõ ï Moseley äéáôýðùóå ôçí Üðïøç üôé «Ý÷ïìå åäþ ìéá áðüäåéîç ôçò õðÜñîåùò ìéá èåìåëéþäïõò ðïóüôçôáò (Æ), ðïõ áõîÜíåé êáôÜ êáíïíéêÜ äéáóôÞìáôá, êáèþò ðçãáßíïìå áðü ôï Ýíá óôïé÷åßï óôï åðüìåíï. Ç ðïóüôçôá áõôÞ (Æ) äåí ìðïñåß ðáñÜ íá áðïôåëåß ôï öïñôßï ôïõ êåíôñéêïý èåôéêïý ðõñÞíá ãéá ôçí ýðáñîç ôïõ ïðïßïõ Ý÷ïìå êéüëáò ìéá óõãêåêñéìÝíç áðüäåéîç». ÓõíÝ÷éóå êáé êáôÝëçîå óôçí Üðïøç üôé ôï (Æ) åßíáé ßäéï ìå ôïí áñéèìü ôçò èÝóåùò ðïõ êáôÝ÷åé ôï óôïé÷åßï óôï ðåñéïäéêü óýóôçìá. ¼ôáí áíáêÜëõøå êåíÜ áíÜìåóá óôá äéáóôÞìáôá ôùí êáíïíéêþí áðïóôÜóåùí, ðïõ åß÷áí ðñïêýøåé áðü ôá ðåéñÜìáôÜ ôïõ, ðñïÝâëåøå üôé ôá êåíÜ áõôÜ áíÞêïõí óå óôïé÷åßá ðïõ äåí åß÷áí áêüìç áíáêáëõöèåß. Óýíôïìá öÜíçêå üôé ç ôáîéíüìçóç ôïõ ðåñéïäéêïý óõóôÞìáôïò óýìöùíá ìå ôïí áôïìéêü áñéèìü ôïõ Moseley Þôáí ðéï éêáíïðïéçôéêÞ áðü ôçí áñ÷éêÞ êáôÜôáîç ôïõ Mendeleev, ðïõ åß÷å ãßíåé óýìöùíá ìå ôéò áôïìéêÝò ìÜæåò. ÌÝóá óå ëßãá ÷ñüíéá áíáêáëýöèçêå üôé ïé áôïìéêïß áñéèìïß áíôéóôïé÷ïýí óôïí áñéèìü ôùí ðñùôïíßùí ôïõ ðõñÞíá ôïõ êÜèå óôïé÷åßïõ. Ï Moseley äåí Ýìáèå ðïôÝ ðüóï óçìáíôéêÞ

324

ÅðåéäÞ ôá Üôïìá ôùí ìåôÜëëùí ôùí áëêáëéêþí ãáéþí ÷Üíïõí åýêïëá äýï çëåêôñüíéá êáé ó÷çìáôßæïõí êáôéüíôá ìå äýï èåôéêÜ öïñôßá åßíáé ëïãéêü íá áíáìÝíïíôáé áíôéäñÜóåéò êáé ôýðïé óáí áõôïýò ðïõ áêïëïõèïýí:

Óôü÷ïò (Üíïäïò) Ó÷éóìÝò ìïëýâäïõ

Êñõóôáëëéêü öáóìáôüìåôñï

Ca + F2 Õ CaF2 Ba + Cl2 Õ ÂaCl2 Sr + Br2 Õ SrBr2

Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, áõôÝò ïé åîéóþóåéò êáé Üëëåò üìïéåò ìå áõôÝò, ðåñéãñÜöïõí ôéò áëçèéíÝò áíôéäñÜóåéò, êáèþò êáé ôéò åíþóåéò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé. ¼ëá ôá áëïãïíßäéá ôùí áëêáëéêþí ãáéþí Ý÷ïõí ôýðïõò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü Ýíá êáôéüí ìåôÜëëïõ áëêáëéêþí ãáéþí êáé äýï áíéüíôá áëïãïíéäßùí.

13.9 Ðþò ðñïóäéüñéóå ï Moseley ôïõò áôïìéêïýò áñéèìïýò. ÌÜèáôå üôé ïé áôïìéêïß áñéèìïß áðïôåëïýí ôçí áóöáëÞ âÜóç ôçò ðåñéïäéêÞò êáôáôÜîåùò ôùí óôïé÷åßùí. Ï áôïìéêüò áñéèìüò óõìðßðôåé ìå ôïí áñéèìü ôùí çëåêôñïíßùí ôïõ áôüìïõ Þ ìå ôïí áñéèìü ôùí ðñùôïíßùí ôïõ ðõñÞíá. Áðü áõôÝò ôéò äýï èÝóåéò, ç äåýôåñç åßíáé ðéï âáóéêÞ, ãéáôß ç ôáõôüôçôá ôïõ óôïé÷åßïõ ðáñáìÝíåé ßäéá, üðïéá êáé áí åßíáé ç êáôÜóôáóç éïíéóìïý ôïõ Þ ôï åßäïò ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý ðïõ ó÷çìáôßæåé. Ï áñéèìüò ôùí ðñùôïíßùí ôïõ ðõñÞíá åßíáé óôáèåñüò, áíåîÜñôçôá áðü ôç ÷çìéêÞ êáôÜóôáóç ôïõ óôïé÷åßïõ. ÅðåéäÞ ôï öïñôßï ôïõ ðõñÞíá ïöåßëåôáé åî ïëïêëÞñïõ óôá ðñùôüíéá, ï áôïìéêüò áñéèìüò äßíåé åðßóçò ôï öïñôßï ôïõ ðõñÞíá ìå ìïíÜäá öïñôßïõ ôï Ýíá ðñùôüíéï. Áí åßíáé ãíùóôüò ï áôïìéêüò áñéèìüò åíüò óôïé÷åßïõ, äåí õðÜñ÷åé áìöéâïëßá ãéá ôï ðïéá åßíáé ç èÝóç ôïõ óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá. Ðþò üìùò ðñïóäéïñßóèçêáí áñ÷éêÜ ïé áôïìéêïß áñéèìïß; ¸íáò ôñüðïò ðñïóäéïñéóìïý áíáêáëýöèçêå êáé ÷ñçóéìïðïéÞèçêå ìå åðéôõ÷ßá ãéá áñêåôÜ óôïé÷åßá áðü ôï íåáñü ¢ããëï öõóéêü H.G.J. Moseley, ôï 1913. Ç ìÝèïäüò ôïõ âáóßóèçêå óôç ìÝôñçóç ôùí öáóìÜôùí ôùí áêôßíùí ×, ôùí óôïé÷åßùí. ÐïëëÝò óôåñåÝò ìïñöÝò ôçò ýëçò åßíáé äõíáôüí íá äéáìïñöùèïýí Ýôóé þóôå íá äþóïõí áêôßíåò ×, áí ôïðïèåôçèïýí óôçí Üíïäï åíüò óùëÞíá áêôßíùí ×. Ï ó÷åäéáóìüò áõôïý ôïõ óùëÞíá öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 13-7. ÌÝóá óå Ýíáí êåíü óùëÞíá õðÜñ÷åé ìéá Üíïäïò êáé ìéá êÜèïäïò.

ÊÜèïäïò

+

_

ÕøçëÞ ôÜóç ( 40.000 Volts)

Ó×ÇÌÁ 13-7. Áêôßíåò × ðáñÜãïíôáé áðü ôï óùëÞíá ðïõ âñßóêåôáé áñéóôåñÜ, üôáí çëåêôñüíéá áðü ôçí êÜèïäï ðïõ äéáèÝôïõí ìåãÜëç åíÝñãåéá ðñïóêñïýïõí óôç ìåôáëëéêÞ Üíïäï. Ïé áêôßíåò × ðïõ äçìéïõñãïýíôáé ìåôáôñÝðïíôáé áðü ôï óýóôçìá ôùí ó÷éóìþí óå ìßá óôåíÞ äÝóìç. Óôç óõíÝ÷åéá, ç äÝóìç ôùí áêôßíùí × äéÝñ÷åôáé ìÝóá áðü ôïí áíé÷íåõôÞ, Ýíá öáóìáôüìåôñï êñõóôÜëëïõ, êáé Ýôóé åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèåß ôï ìÞêïò êýìáôüò ôïõò.

Åöáñìüæåôáé ìéá õøçëÞ ôÜóç, þóôå ôá çëåêôñüíéá ðïõ åêðÝìðïíôáé áðü ôçí êÜèïäï íá áðïêôïýí, ðñéí óõãêñïõóèïýí ìå ôçí Üíïäï, ìåãÜëç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Ôá çëåêôñüíéá ðïõ ðñïóðßðôïõí óôçí Üíïäï äéáèÝôïõí ôüóç åíÝñãåéá þóôå íá ìðïñïýí íá åêäéþîïõí Üëëá çëåêôñüíéá áðü ôï åíäüôåñï (1s) ôñï÷éáêü ìåñéêþí áôüìùí. ¼ôáí ôï êåíü ðïõ äçìéïõñãåßôáé êáô' áõôüí ôïí ôñüðï óôï 1s ôñï÷éáêü êáëýðôåôáé áðü çëåêôñüíéá ôñï÷éáêþí õøçëüôåñçò åíÝñãåéáò, åêðÝìðïíôáé áêôßíåò ×. ÌåñéêÝò öïñÝò ïíïìÜæïíôáé êáé «Ê» áêôßíåò ×, åðåéäÞ áíáöÝñïíôáé óå çëåêôñüíéá ôïõ «Ê åðéðÝäïõ», äçëáäÞ ôïõ êáôþôåñïõ Þ åíäüôåñïõ åíåñãåéáêïý åðéðÝäïõ. Óôç óõíÝ÷åéá, áõôÝò ïé áêôßíåò × ó÷çìáôßæïõí ìéá ëåðôÞ äÝóìç ìå ôç âïÞèåéá ìåñéêþí ó÷éóìþí. Ç äÝóìç áõôÞ äéÝñ÷åôáé áðü Ýíá öáóìáôüìåôñï áêôßíùí ×, ôï ïðïßï åßíáé ìéá óõóêåõÞ ðïõ Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ìåôñÜ ôï ìÞêïò êýìáôïò ôùí áêôßíùí ×. Ç áñ÷Þ ôïõ åßíáé üìïéá ìå áõôÞ ôùí öáóìáôïìÝôñùí ïñáôïý öùôüò, ìå ìüíç äéáöïñÜ üôé äéáèÝôåé Ýíáí êñýóôáëëï áíôß ãéá Ýíá ðëÝãìá ðåñéèëÜóåùò Þ Ýíá ðñßóìá. Áõôü ðïõ áíáêÜëõøå ï Moseley Þôáí üôé ôï ìÞêïò êýìáôïò ôùí Ê× áêôßíùí ôùí óôïé÷åßùí ãßíåôáé ìéêñüôåñï, üôáí áõîÜíåé ôï öïñôßï ôïõ ðõñÞíá. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, õðÜñ÷ïõí äýï åéäþí áêôßíåò Ê× ðïõ åêðÝìðïíôáé ìáæß êáé

Áôïìéêüò áñéèìüò

Óôïé÷åßï

325

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ï

ÌÞêïò êýìáôïò, Á

Ó×ÇÌÁ 13-8. ÕðÜñ÷åé ìéá êáíïíéêÞ ìåôáâïëÞ ôïõ ìÞêïõò êýìáôïò ôùí ãñáììþí åêðïìðÞò ôùí áêôßíùí × áðü ìéá óåéñÜ óôïé÷åßùí, óýìöùíá ìå üóá Ýäåéîå ðñþôïò ï Moseley.

Ý÷ïõí ïíüìáôá Êá êáé Êâ. Ôá Üìåóá ðåéñáìáôéêÜ áðïôåëÝóìáôá öáßíïíôáé óôï ó÷Þìá 13-8. Ï Ìoseley âñÞêå üôé ó÷åäéÜæïíôáò ôéò ôåôñáãùíéêÝò ñßæåò ôùí áíôéóôñüöùí ôéìþí ôïõ ìÞêïõò êýìáôïò ùò ðñïò ôç óåéñÜ ôùí óôïé÷åßùí óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá ó÷çìáôßæïíôáí áðüëõôá åõèåßåò ãñáììÝò, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 13-9. Ôï åßäïò áõôü ôçò

ãñáöéêÞò ðáñáóôÜóåùò ìáò åðéôñÝðåé íá ôïðïèåôÞóïìå ôá óôïé÷åßá êáôÜ óåéñÜ áõîáíüìåíïõ áôïìéêïý áñéèìïý. Óå êÜèå ðåñßðôùóç ðïõ ïé áôïìéêÝò ìÜæåò äýï óôïé÷åßùí åßíáé áíåóôñáììÝíåò, ïé áôïìéêïß áñéèìïß üðùò âñÝèçêå áðü ôï äéÜãñáììá ôïõ Moseley âñßóêïíôáé óôç óùóôÞ óåéñÜ.

Ðåñßëçøç. Åßíáé äõíáôüí íá êáôáôÜîïìå ôá óôïé÷åßá êáô' áýîïíôá áôïìéêü áñéèìü, êáé óôç óõíÝ÷åéá íá ôá ôïðïèåôÞóïìå óå ïñéæüíôéåò óåéñÝò äéáöïñåôéêïý ìÞêïõò. Ôï ìÞêïò ôùí óåéñþí äéáìïñöþíåôáé Ýôóé, þóôå íá âñßóêïíôáé óôéò ßäéåò óôÞëåò ôá óôïé÷åßá ìå üìïéåò çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò. ¸ôóé êáôáëÞãïìå óå ìéá êáôÜôáîç üìïéá ìå áõôÞ ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. Áõôü ìáò äåß÷íåé üôé âÜóç ãéá ôçí ðåñéïäéêÞ ìåôáâïëÞ ôùí éäéïôÞôùí êáé ôçí ýðáñîç ôùí ïéêïãåíåéþí ôùí óôïé÷åßùí åßíáé ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï óõìðëçñþíïíôáé ôá áôïìéêÜ ôñï÷éáêÜ. Ç áñ÷éêÞ êáôÜôáîç ôïõ Mendeleev ðïõ Ýãéíå êáôÜ óåéñÜ áõîáíüìåíçò áôïìéêÞò ìÜæáò, áðü ôçí áíÜãêç íá ôïðïèåôÞóåé ôéò ïìÜäåò ôùí óõããåíþí óôïé÷åßùí óå óôÞëåò, åìöáíßæåé êÜðïéåò áíùìáëßåò. Ïé áíùìáëßåò áõôÝò åñìçíåýïíôáé áðü ôçí êáôáíïìÞ ôùí éóïôüðùí. Ïé äéáôÜîåéò ôùí çëåêôñïíßùí âïçèïýí åðßóçò óôçí êáôáíüçóç ôïõ ãéáôß êÜðïéåò ïéêïãÝíåéåò óôïé÷åßùí

åìöáíßæïõí ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò. ÅíÝñãåéá éïíéóìïý åßíáé ç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò ðïõ áðáéôåßôáé, ãéá íá áðïäåóìåõèåß ôï ðéï ÷áëáñÜ äåóìåõìÝíï çëåêôñüíéï áðü Ýíá Üôïìï, ðïõ âñßóêåôáé óå áÝñéá êáôÜóôáóç.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. ÐåñéãñÜøôå ôéò ïìÜäåò ôùí çëåêôñïíéáêþí äéáìïñöþóåùí ðïõ ôïðïèåôÞèçêáí áñ÷éêÜ óå êáôáêüñõöåò óôÞëåò ìå óêïðü ôç äçìéïõñãßá åíüò ðåñéïäéêïý ðßíáêá âáóéóìÝíïõ óå áõôÝò ôéò äéáìïñöþóåéò. Ôé ïíïìÜæïìå çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò; 2. Ðïéá ïéêïãÝíåéá óôïé÷åßùí Ý÷åé áõôÝò ôéò äéáìïñöþóåéò; 3. Ãéáôß ïé åíÝñãåéåò éïíéóìïý ôùí áôüìùí ôùí ìåôÜëëùí ôùí áëêáëßùí åßíáé ðïëý ìéêñüôåñåò áðü áõôÝò ôùí åõãåíþí áåñßùí;

326

Zn,30

Cu,29

Áôïìéêïß áñéèìïß ôùí óôïé÷åßùí ôçò áíüäïõ

Ni,28

Co,27

Fe,26

Mn,25

Cr,24

V,23

Ti,22

Ca,20

9

10

11

12

Óõ÷íüôçôåò áêôßíùí -x,

13 í½

14 x 10

-8

15

(sec½)

Ó×ÇÌÁ 13-9. To åßäïò áõôü ôïõ äéáãñÜììáôïò, ðïõ ìåñéêÝò öïñÝò êáëåßôáé äéÜãñáììá ôïõ Moseley, äåß÷íåé ôç óåéñÜ ìå ôçí ïðïßá áõîÜíïíôáé ïé áôïìéêïß áñéèìïß ôùí óôïé÷åßùí.

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ïé çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò üëùí ôùí áôüìùí ìðïñïýí íá õðïëïãéóèïýí áêïëïõèþíôáò ôç äéÜôáîç ôùí ôñï÷éáêþí ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ, ìå ìåñéêÝò ôñïðïðïéÞóåéò. Åßíáé áðáñáßôçôï íá áíáôñÝîïìå óôçí áðáãïñåõôéêÞ áñ÷Þ ôïõ Pauli, óýìöùíá ìå ôçí ïðïßá äåí åßíáé äõíáôüí Ýíá ôñï÷éáêü íá óõãêñáôÞóåé ðåñéóóüôåñá áðü äýï çëåêôñüíéá.

Êáèþò ðñïóôßèåíôáé çëåêôñüíéá óôá åóùôåñéêÜ ôñï÷éáêÜ, îåêéíþíôáò áðü ôï 1s ôñï÷éáêü, ìåôáâÜëëåôáé êáôÜ ôé ôï ó÷Þìá ôùí åîùôåñéêþí óå ó÷Ýóç ìå ôï ó÷Þìá ðïõ Ý÷åé âñåèåß óôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. ÃåíéêÜ, ôá ôñï÷éáêÜ åíüò êýñéïõ êâáíôéêïý áñéèìïý êáôÝ÷ïõí äéáöïñåôéêÝò åíÝñãåéåò, ãåãïíüò ðïõ Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ïé óôáèåñüôçôÝò ôïõò íá åëáôôþíïíôáé êáôÜ ôç óåéñÜ

327

s, p, d, f. H äéÜôáîç 1s2, êáèþò êáé üëåò üóåò êáôáëÞãïõí óå ns2np6 oíïìÜæïíôáé äéáôÜîåéò óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò. Áí ãßíåé ìéá êáôÜôáîç óå óåéñÝò üëùí ôùí óôïé÷åßùí êáôÜ óåéñÜ áõîáíüìåíïõ áôïìéêïý áñéèìïý, þóôå üëá ôá

Üôïìá ðïõ Ý÷ïõí äéáôÜîåéò óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò íá óõìðÝóïõí óå ìéá ìüíï óôÞëç, äçìéïõñãåßôáé ï ðåñéïäéêüò ðßíáêáò. Ç âáóéêÞ áéôßá ãéá ôçí ðåñéïäéêÞ ôïðïèÝôçóç ôùí óôïé÷åßùí ðñÝðåé íá áíáæçôçèåß óôéò çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò ôùí áôüìùí.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Íá äåßîåôå ôéò ðëÞñåéò çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò ãéá Üôïìá ðïõ Ý÷ïõí áôïìéêïýò áñéèìïýò 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 25, 29, 33, 36 êáé 37. Ãéá ôá ðÝíôå ôåëåõôáßá óôïé÷åßá äåí ÷ñåéÜæåôáé íá äéáêñßíåôå ôá px, py êáé pz ôñï÷éáêÜ. 2. Íá êáôáñôßóåôå Ýíáí ðßíáêá, óôïí ïðïßï èá áíáãñÜöïíôáé Ýùò êáé ôÝóóåñéò êýñéïé êâáíôéêïß áñéèìïß, ïé ôýðïé ôùí ôñï÷éáêþí êáé ï áñéèìüò ôùí ôñï÷éáêþí ôïõ êÜèå ôýðïõ ðïõ åßíáé ðéèáíüò ãéá êÜèå êâáíôéêü áñéèìü. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôïí êýñéï êâáíôéêü áñéèìü êáé ôïí áñéèìü ôùí ôñï÷éáêþí, ôá ïðïßá åßíáé äõíáôüí íá Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå áõôüí; 3. Ôé åßíáé ç áðáãïñåõôéêÞ áñ÷Þ ôïõ Pauli; Íá åîçãÞóåôå ôç óçìáóßá ôçò ãéá ôçí êáôáíüçóç ôçò ðåñéïäéêüôçôáò ôùí óôïé÷åßùí. 4. Áò èåùñÞóåôå ôéò ðáñáêÜôù çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò: 1s2 2s2 2p6 3s (1) 2 2 6 1s 2s 2p 6s (2) Ðïéá áðü ôéò ðñïôÜóåéò ðïõ áêïëïõèïýí åßíáé ëÜèïò; (á) Ãéá íá áëëÜîåé ç (1) óôç (2) ÷ñåéÜæåôáé åíÝñãåéá. (â) Ç (1) ðáñéóôÜíåé Ýíá Üôïìï íáôñßïõ. (ã) Ç (1) êáé ç (2) ðáñéóôÜíïõí äéáöïñåôéêÜ óôïé÷åßá. (ä) Ãéá íá ìåôáêéíçèåß Ýíá çëåêôñüíéï áðü ôç (2) ÷ñåéÜæåôáé ëéãüôåñç åíÝñãåéá áðü ü,ôé áðü ôçí (1). 5. ÈåùñÞóôå Ýíá ïõäÝôåñï Üôïìï ìå ôçí áêüëïõèç çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç: 1s2 2s2 2p5 3s Ðïéá áðü ôéò ðñïôÜóåéò ðïõ áêïëïõèïýí åßíáé ëÜèïò; (á) Ôï Üôïìï Ý÷åé áôïìéêü áñéèìü 10. (â) Ôï Üôïìï äåí âñßóêåôáé óôçí ðåñéóóüôåñï óôáèåñÞ äéáìüñöùóç. (ã) Ôï Üôïìï, ãéá íá ìåôáâëçèåß óôçí 1s2 2s22p6, ðñÝðåé íá ðñïóëÜâåé åíÝñãåéá. (ä) Ôá ôñï÷éáêÜ 1s êáé 2s åßíáé óõìðëçñùìÝíá.

6. Ãéá êáèÝíá áðü ôá ðáñáêÜôù óôïé÷åßá ðïõ âñßóêïíôáé óôçí êáôþôåñç åíåñãåéáêÞ óôÜèìç, íá ãñÜøåôå ðïéá èá Þôáí ç çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç ìå ôçí õøçëüôåñç åíÝñãåéá, üóá çëåêôñüíéá êé áí ÷ñåéÜæåôáé. (á) ¢ôïìï êáëßïõ , Ê. (â) Éüí êáëßïõ, Ê+. (ã) ¢ôïìï öèïñßïõ, F. (ä) Éüí öèïñßïõ, F–. (å) ¢ôïìï çëßïõ, He. (óô) ~Aôïìï ïîõãüíïõ, Ï. (æ) Éüí ìáãíçóßïõ, Ìg2+. 7. Ôé ðñÝðåé íá óõìâåß óå Ýíá çëåêôñüíéï 2s, ãéá íá ãßíåé 3s; Ôé óõìâáßíåé üôáí Ýíá çëåêôñüíéï 3s ãßíåôáé 2s; 8. Íá ðñïóäéïñßóåôå, áöïý ìåëåôÞóåôå ôï ó÷Þìá 13-6, ðïéá ïìÜäá óôïé÷åßùí Ý÷åé ôéò ìåãáëýôåñåò åíÝñãåéåò éïíéóìïý. Ðïéá ïìÜäá Ý÷åé áíôßóôïé÷á ôç äåýôåñç êáôÜ óåéñÜ ìåãÝèïõò åíÝñãåéá éïíéóìïý; 9. ÂëÝðïíôáò ôï ó÷Þìá 13-6 åîçãÞóôå ãéáôß åßíáé ðñïôéìüôåñï íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ôï êáßóéï óå Ýíá öùôïçëåêôñéêü óôïé÷åßï áíôß ôïõ ëéèßïõ Þ ôïõ íáôñßïõ. 10. Óôéò óõíÞèåéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ôï ëßèéï ó÷çìáôßæåé Ýíá éüí ÷Üíïíôáò Ýíá çëåêôñüíéï. Ôï öèüñéï ó÷çìáôßæåé éüíôá óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ðñïóëáìâÜíïíôáò Ýíá çëåêôñüíéï. Íá åîçãÞóåôå ãéáôß áõôÜ ôï äýï óôïé÷åßá óõìðåñéöÝñïíôáé ôüóï äéáöïñåôéêÜ êáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü ôùí éüíôùí. 11. ~Eíá Üôïìï íáôñßïõ (Ía) Þ Ýíá éüí íáôñßïõ (Na+) Ý÷åé ìåãáëýôåñç åíÝñãåéá éïíéóìïý; ÅîçãÞóôå. 12. Ç åíÝñãåéá ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá ó÷çìáôéóèåß Ýíá éüí íáôñßïõ (Na+) éóïýôáé ìå 118 kcal, åíþ ãéá íá ó÷çìáôéóèåß Ýíá éüí ìáãíçóßïõ, (Mg+) áðáéôåßôáé åíÝñãåéá ßóç ìå 175 kcal. ÅîçãÞóôå ãéáôß ÷ñåéÜæïíôáé 1091 kcal ãéá ôç ìåôÜâáóç áðü Na+ óå Na2+, åíþ ãéá ôçí áíôßóôïé÷ç ìåôÜâáóç áðü Mg+ óå Mg2+ ÷ñåéÜæïíôáé ìüíï 345 kcal. 13. Ç çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç ãéá ôï ëßèéï åßíáé 1s22s êáé ãéá ôï âçñýëëéï 1s22s2. Ná õðïëïãßóåôå, ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ó÷Þìáôïò 13-2, ôç ó÷åôéêÞ åõêïëßá áðïìáêñýíóåùò áñ÷éêÜ åíüò êáé óôç óõíÝ÷åéá åíüò äåýôåñïõ

328

çëåêôñïíßïõ áðü ôï êÜèå Üôïìï. ÄéêáéïëïãÞóôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. 14. Ïé ðñþôåò ôÝóóåñéò åíÝñãåéåò éïíéóìïý ôùí áôüìùí âïñßïõ åßíáé ïé åîÞò: I1 = 191 kcal/mole. I2 = 578 kcal/mole. I3 = 872

kcal/mole. I4 = 5962 kcal/mole. ÃñÜøôå ôçí ðëÞñç çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç åíüò áôüìïõ âïñßïõ êáé äåßîåôå ðþò óõíäÝåôáé áõôÞ ìå ôéò ðáñáðÜíù åíÝñãåéåò éïíéóìïý.

ÌÅÑÏÓ ÔÅÔÁÑÔÏ

×çìéêïß äåóìïß êáé ìïñéáêÞ äïìÞ Åðß ÷éëéÜäåò ÷ñüíéá ôïõò áíèñþðïõò áðáó÷ïëïýóå ôï åîÞò åñþôçìá: Ôé óõãêñáôåß ôá óùìáôßäéá ôçò ýëçò åíùìÝíá; ¹äç áðü ôïí 5ï ð.×. áéþíá, ï ¸ëëçíáò öéëüóïöïò Äçìüêñéôïò åß÷å öáíôáóèåß ôá Üôïìá ùò åëÜ÷éóôá óùìáôßäéá, ôá ïðïßá óõãêñáôïýíôáí åíùìÝíá ìå êÜðïéïõò âñá÷ßïíåò, ðïõ åß÷áí ôç ìïñöÞ áãêßóôñùí*. Ìüíï êáôÜ ôéò ôåëåõôáßåò äåêáåôßåò ôïõ 20ïõ áéþíá, Üñ÷éóáí ïé åðéóôÞìïíåò íá êáôáíïïýí ôç öýóç ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý, äçëáäÞ ôùí äõíÜìåùí ðïõ óõãêñáôïýí ôá Üôïìá åíùìÝíá. ¢ôïìá åíùìÝíá ìåôáîý ôïõò óå ïìÜäåò, ïé ïðïßåò ðáñáìÝíïõí óôáèåñÝò êáé åìöáíßæïõí éäéüôçôåò ÷áñáêôçñéóôéêÝò áõôþí ôùí ïìÜäùí, ïíïìÜæïíôáé ìüñéá. Óå áõôÞí ôçí åíüôçôá èá ìåëåôçèåß ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï óõíåíþíïíôáé ôá Üôïìá. Óôçí áñ÷Þ, èá åîåôáóèåß ï ÷çìéêüò äåóìüò, ï ïðïßïò óõíäÝåôáé ìå ôç äéÜôáîç ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ äÝíïõí äýï Üôïìá ìáæß. Óôç óõíÝ÷åéá, èá ìåëåôçèåß ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï áõôïß ïé äåóìïß åðéôñÝðïõí óôéò ïìÜäåò ôùí áôüìùí íá ó÷çìáôßóïõí ìüñéá, ìå ðïëý êáèïñéóìÝíåò ãåùìåôñéêÝò äïìÝò. ÔÝëïò, èá åîåôáóèåß ìå ðïéïí ôñüðï ó÷çìáôßæïíôáé, áðü Üôïìá êáé ìüñéá, ôá óôåñåÜ, ôá õãñÜ êáé ôá äéáëýìáôá.

* Ó.ô.Ì. Ï Äçìüêñéôïò Þôáí Ýíáò áðü ôïõò ðéï âáèõóôü÷áóôïõò äéáíïçôÝò ðïõ õðÞñîáí ðïôÝ. Ç èåùñßá ôïõ ãéá ôá Üôïìá Þôáí Ýíá ôåñÜóôéï äéáíïçôéêü Üëìá ãéá ôçí åðï÷Þ ôïõ^ ÷ñåéÜóèçêå íá ðåñÜóïõí ðåñéóóüôåñïé áðü 20 áéþíåò ãéá íá îáíááíáêáëýøåé ç óýã÷ñïíç åðéóôÞìç ôï Üôïìï. Ïé áðüøåéò ôïõ ãéá ôç óýíäåóç ôùí áôüìùí ðñïò ìåãáëýôåñá óõãêñïôÞìáôá äåí åßíáé ôüóï áðëïúêÝò üóï áöÞíïõí íá åííïçèåß ïé Áìåñéêáíïß óõããñáöåßò áõôïý ôïõ âéâëßïõ.

KÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÔÅÔÁÑÔÏ

×çìéêïß äåóìïß

ÌïñéáêÝò äïìÝò, üðùò áõôÞ ðïõ åéêïíßæåôáé åäþ, ìðïñåß íá åñìçíåõèïýí, áí êáôáíïçèïýí ïé ÷çìéêïß äåóìïß.

332

Óôá ðñïçãïýìåíá äéäá÷ôÞêáôå üôé ç ãíþóç ôùí çëåêôñïíéáêþí äéáìïñöþóåùí ìÝóá óôá Üôïìá ìáò âïçèÜ íá êáôáíïÞóïìå ãéáôß ï ðåñéïäéêüò ðßíáêáò Ý÷åé áõôÞí ôç ìïñöÞ. Ï ðåñéïäéêüò ðßíáêáò áíáðôý÷èçêå áñ÷éêÜ ðÜíù óôç âÜóç ôçò ðåéñáìáôéêÞò ãíþóåùò. ÄçëáäÞ âáóßóèçêå óôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï áíôéäñïýí ôá äéÜöïñá óôïé÷åßá ìåôáîý ôïõò êáé óôï åßäïò ôùí åíþóåùí ðïõ ó÷çìáôßæïõí. Áí óõíäõáóèïýí

áõôÝò ïé äýï Ýííïéåò ìáæß, ßóùò íá êáôáëÞîåôå óôï óõìðÝñáóìá üôé îåêéíþíôáò áðü ôéò çëåêôñïíéáêÝò äéáôÜîåéò óôá Üôïìá, èá Þôáí äõíáôüí íá åîçãÞóåôå ôç öýóç ôùí äõíÜìåùí ðïõ óõãêñáôïýí ôá Üôïìá ìáæß óå Ýíá ìüñéï. Ìå Üëëá ëüãéá, èá Þôáí äõíáôüí áðü ôéò çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò íá êáôáíïÞóåôå ôç öýóç ôùí ÷çìéêþí äåóìþí. Áõôü áêñéâþò èá åßíáé êáé ôï áíôéêåßìåíï ôï êåöáëáßïõ áõôïý.

ÇëåêôñéêÝò äõíÜìåéò óõãêñáôïýí ôá Üôïìá ìåôáîý ôïõò 14.1 Ôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ. Óå êáíïíéêÝò óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò ôï õäñïãüíï åßíáé áÝñéï. Óôéò êáíïíéêÝò óõíèÞêåò ç ìåôñïýìåíç ðõêíüôçôÜ ôïõ åßíáé 0,0898 ãñáììÜñéá áíÜ ëßôñï. Áí åöáñìïóèåß ç õðüèåóç ôïõ Ávogadro, åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèåß áðü ôçí ðõêíüôçôá ôïõ üôé Ýíá mole õäñïãüíïõ, ôï ïðïßï óå Ê.Ó. êáôáëáìâÜíåé 22,4 ëßôñá, Ý÷åé ìÜæá 2,016 ãñáììáñßùí. ÅðåéäÞ ç ìÜæá åíüò mole áôüìùí õäñïãüíïõ åßíáé 1,008 g/mole, ìðïñåßôå íá óõìðåñÜíåôå üôé óå êáíïíéêÝò óõíèÞêåò ôï áÝñéï õäñïãüíï õðÜñ÷åé ìå ôç ìïñöÞ äéáôïìéêþí ìïñßùí. ÂÝâáéá, óå ðñïçãïýìåíï êåöÜëáéï åß÷áìå óõìðåñÜíåé, âáóéæüìåíïé óå Üëëåò åíäåßîåéò, üôé óõíÝâáéíå êÜôé ôÝôïéï. Ôþñá, èá åîåôÜóïìå ãéáôß ôï õäñïãüíï åìöáíßæåôáé óôáèåñüôåñï ìå ôç ìïñöÞ ôùí äéáôïìéêþí ìïñßùí êáé ü÷é ìå ôç ìïñöÞ ôùí áôüìùí. Áí ç èåñìïêñáóßá áõîçèåß êáôÜ ìåñéêÝò ÷éëéÜäåò âáèìïýò, ôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ äéáóðÜôáé ùò åîÞò:

H2(a) Õ H(a) + H(a)*

Ãéá íá ðñáãìáôïðïéçèåß ç ðáñáðÜíù áíôßäñáóç, èá ðñÝðåé íá êáôáíáëùèåß åíÝñãåéá. Ôï ìüñéï ëïéðüí ôïõ õäñïãüíïõ áðïôåëåßôáé áðü äýï Üôïìá åíùìÝíá (Ç2), ãéáôß ôï óýóôçìá áõôü (Ç2) ðåñéÝ÷åé ìéêñüôåñç åíÝñãåéá áðü ôï óýóôçìá äýï áôüìùí õäñïãüíïõ îå÷ùñéóôþí (Ç + Ç). Áõôüò ï ÷çìéêüò äåóìüò (üðùò êÜèå ÷çìéêüò *

Ó.ô.Ì. Ôï (á) óõìâïëßæåé ôçí áÝñéï êáôÜóôáóç.

äåóìüò) ó÷çìáôßæåôáé, ãéáôß ç åíÝñãåéá åßíáé ìéêñüôåñç, üôáí ç áðüóôáóç áíÜìåóá óôá Üôïìá åßíáé ìéêñÞ. ÐñïêåéìÝíïõ íá åîåôÜóïìå ãéáôß ç åíÝñãåéá åßíáé ìéêñüôåñç üôáí ôá Üôïìá âñßóêïíôáé êïíôÜ, áò åîåôÜóïìå ôéò áëëçëåðéäñÜóåéò áíÜìåóá óôá çëåêôñéêÜ öïñôßá ôùí áôüìùí. Ôï ó÷Þìá 14-1 ðáñéóôÜíåé ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ ìïñßïõ. Óýìöùíá ìå ôçí êâáíôïìç÷áíéêÞ ôï 1s ôñï÷éáêü ãéá êÜèå Üôïìï õäñïãüíïõ Ý÷åé óöáéñéêÞ óõììåôñßá ðñéí áðü ôçí áíôßäñáóç. Áõôü áêñéâþò ðåñéãñÜöåé ç öùôïóêßáóç ôïõ ó÷Þìáôïò 14-1. Åðßóçò, óå êÜèå ÷ñïíéêÞ óôéãìÞ åßíáé äõíáôüí íá åéêïíéóèåß ôï çëåêôñüíéï óå êÜðïéï éäéáßôåñï óçìåßï, üðùò äåß÷íåé ôï áñíçôéêü öïñôßï ôïõ çëåêôñïíßïõ 1, ôï ïðïßï âñßóêåôáé óå áðüóôáóç r1A áðü ôïí ðõñÞíá A. Ç åíÝñãåéá ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ A åßíáé äõíáôüí íá åêöñáóèåß ùò ç ìÝóç ôéìÞ ôçò Ýëîåùò áíÜìåóá óôï çëåêôñüíéï 1 êáé óôïí ðõñÞíá A. Ç ôéìÞ áõôÞ ðñïêáèïñßæåôáé áðü ôç ìÝóç áðüóôáóç áíÜìåóá óôá äýï, äçëáäÞ ôçí r1A. To çëåêôñüíéï 2 êáé ï ðõñÞíáò B Ýëêïíôáé êáôÜ áíÜëïãï ôñüðï ìåôáîý ôïõò. Áò åîåôÜóïìå ôþñá ôéò íÝåò çëåêôñéêÝò áëëçëåðéäñÜóåéò, ïé ïðïßåò áíáðôýóóïíôáé, üôáí ðëçóéÜóïõí ôá äýï Üôïìá ìåôáîý ôïõò. Ôï çëåêôñüíéï 1 Ýëêåôáé ôþñá áðü äýï ðñùôüíéá. Ôï çëåêôñüíéï 2 Ýëêåôáé åðßóçò áðü äýï ðñùôüíéá. Áõôü áêñéâþò áðïôåëåß ôï «óõíäåôéêü êñßêï», ðïõ óõãêñáôåß åíùìÝíá ôá äýï Üôïìá. Ï ÷çìéêüò äåóìüò óôï ìüñéï ôïõ Ç2 ó÷çìáôßæåôáé, åðåéäÞ ôá äýï çëåêôñüíéá Ýëêïíôáé ôáõôü÷ñïíá áðü ôá äýï ðñùôüíéá. Ç äéÜôáîç áõôÞ åßíáé áðü åíåñãåéáêÞò

333

_

_ +

+

+

+

_

_

1

1 r1A

r1A

Â

A

r2B

2

r1B

A

 r2B

r2A

2

Ó×ÇÌÁ 14-1. Ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ ó÷çìáôßæïõí ôï ìüñéü ôïõ, åðåéäÞ ôá êéíïýìåíá çëåêôñüíéá Ýëêïíôáé ôáõôü÷ñïíá êáé áðü ôïõò äýï ðõñÞíåò. Áõôü ïäçãåß óå ìéá êáôÜóôáóç ÷áìçëüôåñçò åíÝñãåéáò êáé êáôÜ óõíÝðåéá ìåãáëýôåñçò óôáèåñüôçôáò. (á) ÁðïóôÜóåéò Çëåêôñïíßïõ - Ðñùôïíßïõ: ÅëêôéêÝò äõíÜìåéò

(â) ÁðïóôÜóåéò Çëåêôñïíßïõ - Çëåêôñïíßïõ êáé Ðñùôïíßïõ - Ðñùôïíßïõ: ÁðùóôéêÝò äõíÜìåéò

_

_ Í

Ýá

+

+

Í

+

ÍÝá

+ ÍÝá

Ýá

_

_

Ó×ÇÌÁ 14-2. Ç áíÜëõóç ôùí åëêôéêþí äõíÜìåùí áíÜìåóá óôá çëåêôñüíéá êáé ôïõò ðõñÞíåò ôïõ õäñïãüíïõ (á) äåß÷íåé üôé áõôÝò åßíáé ìåãáëýôåñåò áðü ôéò áñíçôéêÝò- áñíçôéêÝò êáé èåôéêÝò-èåôéêÝò áðþóåéò

áðüøåùò ðéï óôáèåñÞ áðü ü,ôé ôá ìåìïíùìÝíá Üôïìá Ç, ìÝóá óôá ïðïßá ôï êÜèå çëåêôñüíéï Ýëêåôáé ìüíï áðü Ýíá ðñùôüíéï. Ôï ó÷Þìá 14-2á äåß÷íåé ìéá ðéèáíÞ äéáìüñöùóç ôùí áðïóôÜóåùí çëåêôñïíßïõ ðñùôïíßïõ, ðñÜãìá ðïõ èá ìðïñïýóáìå íá ôï äïýìå, áí Þôáí äõíáôüí íá âãÜëïìå ìßá óôéãìéáßá öùôïãñáößá. ÁõôÞ ç äéáìüñöùóç åíéó÷ýåé ôéò Ýëîåéò, ðïõ ïäçãïýí óôï ó÷çìáôéóìü ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý. ÐñÝðåé üìùò íá èõìÜóôå üôé õðÜñ÷ïõí

êáé áðþóåéò, ðïõ äçìéïõñãïýíôáé áðü ôçí ðñïóÝããéóç ôùí äýï áôüìùí, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 14-2â. Ôá äýï çëåêôñüíéá áðùèïýíôáé áêñéâþò üðùò êáé ôá äýï ðñùôüíéá. ÁõôÝò ïé áðþóåéò ôåßíïõí íá áðïìáêñýíïõí ôá äýï Üôïìá. Ðïéåò åßíáé Üñáãå ðéï óçìáíôéêÝò; Ïé äýï íÝåò åëêôéêÝò ó÷Ýóåéò Þ ïé äýï íÝåò áðùóôéêÝò ó÷Ýóåéò; Ôá ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ðñÝðåé íá õðåñÝ÷ïõí ïé äýï íÝåò åëêôéêÝò ó÷Ýóåéò, åðåéäÞ ïäçãïýí óôï ó÷çìáôéóìü óôáèåñïý ÷çìéêïý äåóìïý. Áõôü âÝâáéá, äåí óçìáßíåé üôé ðáýïõí íá õðÜñ÷ïõí ïé áðùóôéêÝò äõíÜìåéò. Áêñéâþò áõôÝò, äçëáäÞ ïé áðùóôéêÝò äõíÜìåéò ðñùôïíßïõ-ðñùôïíßïõ, åìðïäßæïõí ôá äýï Üôïìá õäñïãüíïõ íá ðëçóéÜóïõí áêüìç ðåñéóóüôåñï. Ôï óôáèåñü ìÞêïò ôïõ äåóìïý ìÝóá óôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ êáèïñßæåôáé áðü ìßá éóïññïðßá áíÜìåóá óôéò äõíÜìåéò Ýëîåùò (ó÷. 14-2á) êáé ôéò áðùóôéêÝò äõíÜìåéò (ó÷. 14-2â). O ëüãïò ðïõ êÜíåé ôçí Ýëîç íá õðåñéó÷ýåé ôçò áðþóåùò, üôáí äýï Üôïìá õäñïãüíïõ ðëçóéÜæïõí, ãßíåôáé êáôáíïçôüò áí ëÜâïìå õðüøç üôé ôá çëåêôñüíéá êéíïýíôáé óõíå÷þò. Äåí âñßóêïíôáé äçëáäÞ óå ïñéóìÝíåò èÝóåéò, áëëÜ êéíïýíôáé ãýñù áðü ôïõò ðõñÞíåò, ìÝóá óôï ìüñéï. ÊáôáëáìâÜíïõí èÝóåéò üìïéåò ìå áõôÝò ðïõ äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 14-1, üðïõ ôï êÜèå çëåêôñüíéï âñßóêåôáé ðëçóéÝóôåñá ðñïò ôïõò äýï ðõñÞíåò áðü ü,ôé óôï Üëëï çëåêôñüíéï. ÊáôÜ ðñïôßìçóç, ôá äýï çëåêôñüíéá áðïìáêñýíïíôáé

334

áðü èÝóåéò óôéò ïðïßåò èá Þôáí äõíáôüí íá âñåèïýí ôï Ýíá êïíôÜ óôï Üëëï. ËÝãåôáé üôé «ñõèìßæïõí» ôçí êßíçóÞ ôïõò êáôÜ ôñüðï þóôå íá ðáñáìÝíïõí ìáêñéÜ, ìåéþíïíôáò Ýôóé ôçí Üðùóç çëåêôñïíßïõ áðü çëåêôñüíéï.

14.2 Ï ÷çìéêüò äåóìüò ùò åðéêÜëõøç ôùí çìéóõìðëçñùìÝíùí ôñï÷éáêþí. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ó÷Þìáôïò 14-3, åßíáé äõíáôüí íá áðëïðïéçèåß ç åñìçíåßá ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý ôïõ ìïñßïõ ôïõ õäñïãüíïõ. Ôï ó÷Þìá 143á äåß÷íåé ôçí çëåêôñïíéáêÞ êáôáíïìÞ óå êÜèåôç ôïìÞ. H êáôáíïìÞ ôùí çëåêôñïíßùí åêôåßíåôáé ðñïò ôá Ýîù, ìáêñéÜ áðü ôïí ðõñÞíá, ïìïéüìïñöá ðñïò üëåò ôéò êáôåõèýíóåéò. ¼ìùò ç êáôáíïìÞ óõãêåíôñþíåôáé ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá, ãé' áõôü èá ðñÝðåé íá äïèåß éäéáßôåñç ðñïóï÷Þ óå áõôÞí ôçí ðåñéï÷Þ ôïõ 1s ôñï÷éáêïý. ÊáôÜ óõíÝðåéá, óôï 1s ôñï÷éáêü äßíåôáé ç ìïñöÞ åíüò êýêëïõ ìå áêôßíá áñêåôÜ ìåãÜëç, þóôå íá õðÜñ÷åé ðåñßðïõ 90 ôïéò åêáôü ðéèáíüôçôá íá âñåèåß ôï çëåêôñüíéï ìÝóá óå áõôüí, ïðïéáäÞðïôå óôéãìÞ. ¼ðùò äéäÜ÷èçêáôå óôï êåöÜëáéï 13, Ýíá ôñï÷éáêü åßíáé äõíáôüí íá ðåñéëáìâÜíåé Ýíá Þ äýï çëåêôñüíéá, ü÷é üìùò ðáñáðÜíù. Ôï ó÷Þìá 14-3â äåß÷íåé ôïõò ôñüðïõò, ìå ôïõò ïðïßïõò ðáñéóôÜíåôáé Ýíá êåíü 1s ôñï÷éáêü, 1s ôñï÷éáêü ðïõ ðåñéÝ÷åé ìüíï Ýíá çëåêôñüíéï êáé Ýíá 1s ôñï÷éáêü ðïõ ðåñéÝ÷åé äýï çëåêôñüíéá. Óôï ó÷Þìá 14-3ã öáßíåôáé ç áëëçëåðßäñáóç äýï áôüìùí õäñïãüíïõ. Ôï êÜèå Üôïìï Ý÷åé Ýíá ìïíÞñåò çëåêôñüíéï óå Ýíá ôñï÷éáêü 1s. Êáèþò ðëçóéÜæïõí ìåôáîý ôïõò ôá äýï Üôïìá õäñïãüíïõ, ïé êýêëïé åðéêáëýðôïíôáé ìåñéêþò. Óôçí ðåñéï÷Þ áõôÞ ôçò åðéêáëýøåùò ôá äýï çëåêôñüíéá åðçñåÜæïíôáé êáé áðü ôá äýï ðñùôüíéá (üðùò äåß÷íåé êáé ç åíôïíüôåñç áðü÷ñùóç óôçí êïéíÞ ðåñéï÷Þ áíÜìåóá óôïõò äýï êýêëïõò). ¼ðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò åßíáé áðáñáßôçôï ôá äýï çëåêôñüíéá íá Ýëêïíôáé ôáõôü÷ñïíá êáé ó÷åäüí åîßóïõ êáé áðü ôïõò äýï ðõñÞíåò þóôå ïé åëêôéêÝò äõíÜìåéò íá åßíáé éó÷õñüôåñåò áðü ôéò áðùóôéêÝò. Ôï ìïßñáóìá ôùí çëåêôñïíßùí, ôá ïðïßá êáôáëáìâÜíïõí ôçí ðåñéï÷Þ ôçò åðéêáëýøåùò áíÜìåóá óôá äýï ôñï÷éáêÜ, óôï÷åýåé óôçí ðñáãìáôïðïßçóç áõôÞò áêñéâþò ôçò êáôáóôÜóåùò. Ãé' áõôü, Ýíáò ÷ñÞóéìïò ôñüðïò ãéá íá öáíôáóèåß êÜðïéïò Ýíá äåóìü, åßíáé íá óêåöèåß áõôÞí áêñéâþò ôçí åðéêÜëõøç ôùí äýï

ôñï÷éáêþí. Óôçí ðåñéï÷Þ ôçò åðéêáëýøåùò, ôá çëåêôñüíéá âñßóêïíôáé ôïõëÜ÷éóôïí êáôÜ Ýíá ìÝñïò, ìïéñáóìÝíá áíÜìåóá óôïõò äýï ðõñÞíåò. ¼ìùò ìüíï ç ðéèáíüôçôá ôçò åðéêáëýøåùò ôùí ôñï÷éáêþí äåí åîáóöáëßæåé ôç äçìéïõñãßá åíüò ÷çìéêïý äåóìïý. Åßíáé åðßóçò áðáñáßôçôï íá õðÜñ÷åé áêñéâþò ï óùóôüò áñéèìüò çëåêôñïíßùí. Óôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ õðÜñ÷ïõí áêñéâþò äýï çëåêôñüíéá. Ôï êÜèå Üôïìï áñ÷ßæåé ôç äéáäéêáóßá óõíÜøåùò åíüò äåóìïý ðñïóöÝñïíôáò Ýíá ôñï÷éáêü ðïõ ðåñéÝ÷åé Ýíá çëåêôñüíéï. Óôç óõíÝ÷åéá, äçìéïõñãåßôáé ï äåóìüò ìå ôç óõììåôï÷Þ äýï çëåêôñïíßùí áíÜìåóá óå äýï Üôïìá. Ç ðåñéï÷Þ åêåßíç, óôçí ïðïßá ôá çëåêôñüíéá âñßóêïíôáé õðü ôçí êïéíÞ êáôï÷Þ ôùí äýï áôüìùí åßíáé áêñéâþò ç ðåñéï÷Þ ôçò ôñï÷éáêÞò åðéêáëýøåùò. Ï ðéï óõíçèéóìÝíïò ôñüðïò, ìå ôïí ïðïßï ó÷çìáôßæåôáé Ýíáò ÷çìéêüò äåóìüò óõíïøßæåôáé óôá åîÞò: Äýï Üôïìá, ôï êáèÝíá ìå çìéóõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ, ðëçóéÜæïõí ìåôáîý ôïõò, ìÝ÷ñé íá åðéêáëõöèïýí ôá ôñï÷éáêÜ ôïõò. Óôç óõíÝ÷åéá äéáìïéñÜæïíôáé óôçí ðåñéï÷Þ ôçò åðéêáëýøåùò ôá äýï çëåêôñüíéá. ¸íáò äåóìüò ðïõ ó÷çìáôßóèçêå áðü ôç óõíåéóöïñÜ çëåêôñïíßùí, üìïéïò ìå áõôüí ðïõ ðåñéãñÜøáìå óôçí ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï, åßíáé ãíùóôüò ùò ïìïéïðïëéêüò äåóìüò. Ìßá áðïñßá ðïõ åßíáé äõíáôüí íá äçìéïõñãçèåß åßíáé ç åîÞò: Ôé óõìâáßíåé, áí ôá ôñï÷éáêÜ åðéêáëýðôïíôáé, áëëÜ ðåñéÝ÷ïõí Ýíá óõíïëéêü áñéèìü çëåêôñïíßùí äéáöïñåôéêü áðü äýï; Áêüìç êáé áí õðÜñ÷åé Ýíá ìüíï çëåêôñüíéï, ðÜëé äçìéïõñãåßôáé äåóìüò. ÓõíÞèùò åßíáé ôüóï áóèåíÞò êáé ôï ìüñéï ðïõ ðñïêýðôåé åßíáé ôüóï äñáóôéêü, þóôå åßíáé Üíåõ ðñáêôéêÞò óçìáóßáò ôïõëÜ÷éóôïí óå áõôÞí ôç öÜóç ìåëÝôçò ôçò ×çìåßáò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, üôáí Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ åíùèåß ìå Ýíá éüí õäñïãüíïõ, ó÷çìáôßæåôáé Ýíá ìïñéáêü éüí õäñïãüíïõ, Ç2+. Óôçí áÝñéá öÜóç, óå õøçëÞ èåñìïêñáóßá, ôï Ç2+ åßíáé ó÷åôéêÜ óôáèåñü, óå ó÷Ýóç ìå ôï Ç + Ç+, áëëÜ äåí åßíáé äõíáôüí íá áðïìïíùèïýí åíþóåéò ðïõ ôï ðåñéÝ÷ïõí. Äåí åßíáé áñêåôÜ óôáèåñü, þóôå íá áíôéóôáèåß óôçí áíôßäñáóç ìå Üëëá Üôïìá êáé ìüñéá. Êáô' áíáëïãßá, õðÜñ÷ïõí êáé äåóìïß, óôïõò ïðïßïõò óõììåôÝ÷ïõí ôñßá çëåêôñüíéá. ÃåíéêÜ êáé áõôïß äåí åßíáé áñêåôÜ óôáèåñïß, þóôå íá Ý÷ïõí ðñáêôéêü åíäéáöÝñïí. ¼ôáí ôï êÜèå Üôïìï ðïõ óõììåôÝ÷åé äéáèÝôåé Ýíá ðëÞñåò ôñï÷éáêü, þóôå ôÝóóåñá çëåêôñüíéá

335

(á) ÁðëïðïéçìÝíç áðåéêüíéóç ôïõ 1s ôñï÷éáêïý:

+

+

èá ðáñéóôÜíåôáé ùò

ìå ôçí ðñïóèÞêç óêéÜò åíäåéêôéêÞò ôçò ðëçñüôçôáò

(â) ÁðëïðïéçìÝíç áðåéêüíéóç ôçò ðëçñüôçôáò ôïõ ôñï÷éáêïý:

+

+

+

1s ôñï÷éáêü êåíü

1s ôñï÷éáêü "çìéóõìðëçñùìÝíï" ðïõ ðåñéÝ÷åé äçëáäÞ Ýíá çëåêôñüíéï

1s ôñï÷éáêü "ðëÞñåò" ðïõ ðåñéÝ÷åé äçëáäÞ äýï çëåêôñüíéá

(ã) ÅðéêÜëõøç êáé äçìéïõñãßá äåóìïý óôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ

+

+

Ç

+

+

Ç

+ Ç2

(ä) Áðïõóßá åðéêáëýøåùò óôçí ðåñßðôùóç äýï áôüìùí ôïõ óôïé÷åßïõ Þëéï:

++ +

+

++ +

He

+

He

++ +

++ +

2Çe

Ó×ÇÌÁ 14-3. Ïé ðëçñïöïñßåò ó÷åôéêÜ ìå ôçí ðëçñüôçôá ôïõ ôñï÷éáêïý êáé ôéò åðéêáëýøåéò áíÜìåóá óå Üôïìá åßíáé äõíáôüí íá åêöñáóèïýí ìå ôç âïÞèåéá äéáãñáììÜôùí, üðùò ôá ðáñáðÜíù. Ìå áõôÜ áðåéêïíßæåôáé ï ïìïéïðïëéêüò äåóìüò óôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ (ã) êáé ç áðïõóßá äåóìïý áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ çëßïõ (ä).

336

íá êáôáëáìâÜíïõí ôçí ïðïéáäÞðïôå ðåñéï÷Þ åðéêáëýøåùò, äçìéïõñãåßôáé ìéá êáôÜóôáóç, ç ïðïßá ÷ñåéÜæåôáé éäéáßôåñç ðñïóï÷Þ. Ç äõíáôüôçôá áõôÞ èá åîåôáóèåß óôçí åðüìåíç ðáñÜãñáöï.

14.3 Áëëçëåðßäñáóç áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ çëßïõ. Ç ìÝôñçóç ôçò ðõêíüôçôáò ôïõ çëßïõ äåß÷íåé üôé ôï Þëéï åßíáé ìïíïáôïìéêü áÝñéï. Äåí ó÷çìáôßæïíôáé ìüñéá ôïõ He. Ðïéá äéáöïñÜ áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ êáé ôá Üôïìá ôïõ çëßïõ åßíáé ç áéôßá ãéá ôçí áðïõóßá äåóìïý óôï Þëéï; Ç áðÜíôçóç óå áõôÞí ôçí åñþôçóç èá ðñÝðåé íá âñßóêåôáé óôéò åëêôéêÝò êáé áðùóôéêÝò çëåêôñéêÝò áëëçëåðéäñÜóåéò áíÜìåóá óôá äýï Üôïìá çëßïõ, üôáí ðëçóéÜóåé ôï Ýíá ìå ôï Üëëï. Èá õðÜñ÷ïõí âÝâáéá ôÝóóåñá çëåêôñüíéá, åê ôùí ïðïßùí ôï êáèÝíá èá Ýëêåôáé áðü ôïí êÜèå ðõñÞíá. Ôï ó÷Þìá 14-4á äåß÷íåé ôéò åëêôéêÝò äõíÜìåéò óå Ýíá áðü ôá õðïèåôéêÜ óôéãìéüôõðá. Ôï ó÷Þìá 14-4â äåß÷íåé ôéò áðùóôéêÝò äõíÜìåéò. Áí ðñïóðáèÞóåôå íá ôéò õðïëïãßóåôå, èá âñåßôå óôï ó÷Þìá 14-4á, ïêôþ åëêôéêÝò áëëçëåðéäñÜóåéò, ôÝóóåñéò ðåñéóóüôåñåò áðü ü,ôé óôá Üôïìá. Áêüìç, õðÜñ÷ïõí åðôÜ áðùóôéêÝò áëëçëåðéäñÜóåéò, ðÝíôå ðåñéóóüôåñåò áðü ü,ôé óôá ìåìïíùìÝíá Üôïìá. ÅìðåéñéêÜ, ïé ÷çìéêïß ãíùñßæïõí üôé ïé ôÝóóåñéò íÝåò åëêôéêÝò äõíÜìåéò (á) ÁðïóôÜóåéò Çëåêôñïíßïõ - Ðñùôïíßïõ: ÅëêôéêÝò äõíÜìåéò

á

Ýá

Í

_

++

ÍÝá

++ ÍÝá

á

ÍÝ

á

ÍÝ

_

ÍÝá

_

ÍÝ

á

ÍÝ

_

(â) ÁðïóôÜóåéò Çëåêôñïíßïõ - Çëåêôñïíßïõ êáé Ðñùôïíßïõ - Ðñùôïíßïõ: ÁðùóôéêÝò äõíÜìåéò

_

_

++

äåí åðáñêïýí, ãéá íá õðåñíéêÞóïõí ôéò ðÝíôå íÝåò áðùóôéêÝò. Ãé' áõôü äåí ó÷çìáôßæåôáé ÷çìéêüò äåóìüò. Ç åîÞãçóç ëïéðüí ôçò õðÜñîåùò äåóìïý óôï Ç2 êáé ôçò áðïõóßáò äåóìïý óôá äýï Üôïìá ôïõ Çe, âñßóêåôáé óôá ó÷åôéêÜ ìåãÝèç ôùí åëêôéêþí êáé ôùí áðùóôéêþí äõíÜìåùí. ×ñçóéìïðïéþíôáò ôçí êâáíôïìç÷áíéêÞ êáé ìå ôç âïÞèåéá áíùôÝñùí ìáèçìáôéêþí, åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãßóïìå áõôÜ ôá ìåãÝèç. Äõóôõ÷þò ç äõóêïëßá ôùí áíùôÝñùí ìáèçìáôéêþí èÝôåé ôÝôïéïõò ðåñéïñéóìïýò, þóôå ìüíï ìåñéêÜ áðü ôï ðéï áðëÜ ìüñéá Ý÷ïõí õðïëïãéóèåß ìå ìåãÜëç áêñßâåéá. ÂÝâáéá, ïé ÷çìéêïß åäþ êáé ðïëý êáéñü åßíáé óå èÝóç íá ðñïâëÝðïõí êáôÜ ðüóï åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèåß Ýíáò äåóìüò, ÷ùñßò íá êáôáöåýãïõí óôç âïÞèåéá åíüò õðïëïãéóôÞ. Ôï ó÷Þìá 14-3ä äåß÷íåé ôçí áðëïðïéçìÝíç ðáñÜóôáóç ôùí áëëçëåðéäñÜóåùí äýï áôüìùí çëßïõ. Ôï êÜèå Üôïìï çëßïõ åßíáé ôåëåßùò óêéáóìÝíï (= ðëÞñåò) ðñéí íá ðëçóéÜóåé ôï Ýíá ìå ôï Üëëï. Áõôü Ýãéíå, ãéá íá öáíåß üôé õðÜñ÷ïõí äýï çëåêôñüíéá óå êÜèå Ýíá áðü ôá 1s ôñï÷éáêÜ. Ùò áðïôÝëåóìá ôá äýï åðéêáëõðôüìåíá ôñï÷éáêÜ èá åß÷áí ôçí ðëÞñç äéÜôáîç ôùí ôåóóÜñùí çëåêôñïíßùí (äýï ãéá êÜèå ôñï÷éáêü, óýìöùíá ìå ôç áñ÷Þ ôïõ Pauli). Eßíáé üìùò ãåãïíüò, ðïõ Ý÷åé áðïäåé÷èåß ðåéñáìáôéêÜ, üôé äýï ðëÞñç ôñï÷éáêÜ äåí áõîÜíïõí ôç óôáèåñüôçôá ôïõò, üôáí åðéêáëõöèïýí. Äåí ó÷çìáôßæïíôáé äåóìïß.

_

ÍÝ

á

++

_

Ó×ÇÌÁ 14-4. ~Oôáí ðëçóéÜóïõí ìåôáîý ôïõò äýï Üôïìá çëßïõ, äçìéïõñãïýíôáé íÝåò äõíÜìåéò Ýëîåùò (á). Åðßóçò áíáðôýóóïíôáé íÝåò áðùóôéêÝò äõíÜìåéò (â). Õðåñéó÷ýïõí ïé áðùóôéêÝò äõíÜìåéò, ãé' áõôü êáé äåí ó÷çìáôßæåôáé ìüñéï çëßïõ.

337

Ç Ýëëåéøç äåóìþí áíÜìåóá óôá äýï Üôïìá ôïõ çëßïõ åßíáé Ýíá êáëü ðáñÜäåéãìá ãéá ôçí åñìçíåßá ôïõ áêüëïõèïõ ãåíéêïý êáíüíá: ¼ôáí äýï Üôïìá äéáèÝôïõí ìüíï ðëÞñùò óõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ, ç Üðùóç çëåêôñïíßïõ áðü çëåêôñüíéï åìðïäßæåé ôçí åðéêÜëõøç êáé äåí ó÷çìáôßæåôáé äåóìüò áíÜìåóÜ ôïõò.

He He

14.4 Áðåéêüíéóç ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý.

Äåí åßíáé äõíáôüò ï ó÷çìáôéóìüò äåóìïý

Óýìöùíá ìå ôá ðñïçãïýìåíá, ÷çìéêïß äåóìïß åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí, üôáí äýï Üôïìá ìïéñáóèïýí çëåêôñüíéá ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôá çìéóõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ. ¸÷ïõí áíáðôõ÷èåß äéÜöïñïé ôñüðïé óõìâïëéóìïý, ìå óêïðü íá âïçèÞóïõí óôçí åöáñìïãÞ áõôïý ôïõ êáíüíá. ¼ëïé ðáñÝ÷ïõí ôç äõíáôüôçôá ãñáöéêÞò áðåéêïíßóåùò ôïõ äåóìïý. ¸íáò ôñüðïò ðáñáóôÜóåùò ôïõ ïìïéïðïëéêïý äåóìïý ðñïâëÝðåé ôç ÷ñÞóç äéáãñáììÜôùí, óôá ïðïßá áðåéêïíßæåôáé óõìâïëéêÜ ç ðëçñüôçôá ôùí ôñï÷éáêþí. Ðñþôá, ôá äéáèÝóéìá ôñï÷éáêÜ áðåéêïíßæïíôáé ìå êýêëïõò, áêñßâùò üðùò óôï äéÜãñáììá ôçò åíåñãåéáêÞò óôÜèìçò óôï ó÷Þìá 13–1. Ìüíï ðïõ, ãéá åîïéêïíüìçóç ÷þñïõ, ôá ôñï÷éáêÜ ó÷åäéÜæïíôáé ïñéæüíôéá ìå âÜóç ôçí åíÝñãåéá, ç ïðïßá áõîÜíåôáé áðü áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ, üðùò óôï ðáñáêÜôù ðáñÜäåéãìá: 1s

2s

2p

H

Tá äéáóôÞìáôá áíÜìåóá óôïõò êýêëïõò ðáñéóôÜíïõí ôéò äéÜöïñåò åíÝñãåéåò. ÊÜèå Ýíá çëåêôñüíéï óõìâïëßæåôáé ìå ìéá ãñáììÞ, ðïõ ó÷åäéÜæåôáé ìÝóá óôïí êýêëï ôïõ áíôßóôïé÷ïõ ôñï÷éáêïý. Ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ, óôçí ðéï óôáèåñÞ ôïõ êáôÜóôáóç, ðáñéóôÜíåôáé ùò åîÞò: 1s

2s

2p

H

Áêïëïõèïýí åðßóçò ôá ðáñáäåßãìáôá ó÷åäéáóìïý ôùí áôüìùí çëßïõ êáé ëéèßïõ. 1s

2s

2p

He Li

Aðåéêüíéóç ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý ìå ôç âïÞèåéá ôùí ôñï÷éáêþí. Ï ãåíéêüò êáíüíáò ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ïìïéïðïëéêïý äåóìïý åöáñìüæåôáé ðïëý åýêïëá, ìå ôç âïÞèåéá ôçò áðåéêïíßóåùò ôùí ôñï÷éáêþí.

1s

2s

2p

H H Ó÷çìáôéóìüò äåóìïý

Óôçí ðñïçãïýìåíç áðåéêüíéóç äåí ÷ñåéÜóèçêå íá áó÷ïëçèïýìå ìå ôçí ïìÜäá ôçò áìÝóùò åðüìåíçò åíåñãåéáêÞò óôÜèìçò, äçëáäÞ ìå ôá ôñï÷éáêÜ 2s êáé 2p. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ôï õäñïãüíï êáé ôï Þëéï, ôá 2s êáé 2p ôñï÷éáêÜ ôïõò âñßóêïíôáé óå ðïëý õøçëüôåñç åíÝñãåéá, üðùò äåß÷íåé êáé ôï äéÜãñáììá, ãé' áõôü êáé ïäçãïýí óå ðïëý áóèåíåßò Ýëîåéò. Áðåéêüíéóç ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý ìå ôç âïÞèåéá ôùí çëåêôñïíéáêþí ôýðùí. Áí ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ãéá ôçí ðáñÜóôáóç ôùí çëåêôñïíßùí ôåëåßåò, ôüôå ç áìïéâáßá óõíåéóöïñÜ ôùí çëåêôñïíßùí áíÜìåóá óôá Üôïìá ðáñéóôÜíåôáé ìå ôéò ôåëåßåò áõôÝò ôïðïèåôçìÝíåò áíÜìåóá óôá Üôïìá. Óýìöùíá ìå áõôÞí ôç ìÝèïäï ï ó÷çìáôéóìüò ôïõ õäñïãüíïõ óõìâïëßæåôáé ùò åîÞò: Áðåéêüíéóç ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý ìå ãñáììÝò. ¼ðùò ìÜèáôå óôçí ðáñÜãñáöï 7.13 ïé ÷çìéêïß óõ÷íÜ ðáñéóôÜíïõí Ýíá äåóìü áíÜìåóá óå Üôïìá ìå ôç âïÞèåéá ìéáò Þ ðåñéóóïôÝñùí ãñáììþí. Áõôü åß÷áí áñ÷ßóåé íá ôï åöáñìüæïõí ðïëý ðñéí êáôáíïÞóïõí ôï ñüëï ðïõ ðáßæïõí ôá çëåêôñüíéá óôï ÷çìéêü äåóìü. Ôï óýóôçìá ôùí ãñáììþí óõìöùíåß êáé ìå ôéò óýã÷ñïíåò èåùñßåò ôùí äåóìþí êáé ãé' áõôü åîáêïëïõèåß íá ÷ñçóéìïðïéåßôáé óå åõñåßá êëßìáêá. Ìéá áðëÞ ãñáììÞ éóïäõíáìåß ìå Ýíá äéáìïéñáæüìåíï áíÜìåóá óå äýï Üôïìá æåýãïò çëåêôñïíßùí. ¼ëåò ïé ðáñáðÜíù áðåéêïíßóåéò èá ÷ñçóéìïðïéçèïýí óå åðüìåíåò áíáöïñÝò ó÷åôéêÜ ìå ôïõò äåóìïýò.

14.5 Ï äåóìüò ôïõ öèïñßïõ. Ç åñìçíåßá ôùí ÷çìéêþí äåóìþí áðïêôÜ êÜðïéá áîßá ìüíï üôáí Ý÷åé ãåíéêÞ åöáñìïãÞ. ÐñïêåéìÝíïõ íá åîåôáóèåß ç ÷ñçóéìüôçôá ôçò áðåéêïíßóåùò ôùí äåóìþí, áò ðáñáôçñÞóïìå ôéò åíþóåéò ôùí óôïé÷åßùí ôçò äåýôåñçò óåéñÜò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá, îåêéíþíôáò áðü ôï öèüñéï.

338

ÊÜôù áðü êáíïíéêÝò óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò, ôï öèüñéï åßíáé áÝñéï. Áðü ðåéñÜìáôá ðïõ Ýãéíáí ìå âÜóç ôçí ðõêíüôçôÜ ôïõ, ðñïÝêõøå üôé Ýíá ìüñéï öèïñßïõ ðåñéÝ÷åé äýï Üôïìá. ÕðÜñ÷åé ëïéðüí êÜðïéïò ÷çìéêüò äåóìüò áíÜìåóá óôá äýï Üôïìá ôïõ öèïñßïõ. Óõìöùíïýí üìùò ïé êáíüíåò ðïõ áíáöÝñïíôáé óôïõò äåóìïýò ìå áõôÜ ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá; Áðåéêüíéóç ôïõ äåóìïý ôïõ öèïñßïõ ìå ôç âïÞèåéá ôùí ôñï÷éáêþí. ¸íá Üôïìï öèïñßïõ Ý÷åé åííÝá çëåêôñüíéá. ÅðôÜ áðü áõôÜ ôá çëåêôñüíéá êáôáëáìâÜíïõí ìéá ìåñéêþò óõìðëçñùìÝíç óõóôÜäá äéáöïñåôéêþí åíåñãåéáêþí åðéðÝäùí, üðùò åîÜëëïõ öáßíåôáé êáé áðü ôï åðüìåíï äéÜãñáììá: 1s

2s

2p

3s

3p

9F

H óõóôÜäá áõôÞ ðåñéÝ÷åé Ýíá çëåêôñüíéï ëéãüôåñï áðü ü,ôé åðéôñÝðåé ç ÷ùñçôéêüôçôÜ ôçò. ¸ôóé, ôï öèüñéï èá Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ìïéñáóèåß Ýíá çëåêôñüíéï ìå êÜðïéï Üëëï Üôïìï, ðïõ èá äéáèÝôåé åðßóçò áõôÞí ôç äõíáôüôçôá. Áí, ãéá ðáñÜäåéãìá, ðëçóéÜóåé Ýíá Üëëï Üôïìï öèïñßïõ, ôüôå ôá äýï Üôïìá ßóùò íá ìïéñáóèïýí Ýíá æåýãïò çëåêôñïíßùí êáé íá ó÷çìáôßóïõí Ýíáí ïìïéïðïëéêü äåóìü, üðùò öáßíåôáé êáé óôï äéÜãñáììá ðïõ áêïëïõèåß: 1s

2s

2p

3s

3p

F F

¼ôáí ðëçóéÜóåé ôï äåýôåñï Üôïìï öèïñßïõ êáé ìïéñáóèåß ôï çëåêôñüíéü ôïõ, ôá ôñï÷éáêÜ êáé ôùí äýï áôüìùí ãßíïíôáé «ðëÞñç» êáé äåí õðÜñ÷åé ðéá êáìéÜ äõíáôüôçôá ó÷çìáôéóìïý Üëëïõ äåóìïý. ¸ôóé, óôï F2 äåí ìðïñåß íá ðñïóôåèåß ôñßôï Þ ôÝôáñôï Üôïìï ãéá íá ó÷çìáôéóèåß F3, F4 êëð. Áò ìåëåôÞóïìå ôþñá êáôÜ ðüóï õðÜñ÷åé äõíáôüôçôá äçìéïõñãßáò äåóìïý, üôáí Ýíá Üôïìï öèïñßïõ óõíáíôÜ Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ. ÐÜëé ôï öèüñéï Ý÷åé ìéá åõêáéñßá íá ìïéñáóèåß çëåêôñüíéá ìå Ýíá äåýôåñï Üôïìï ðïõ äéáèÝôåé çìéóõìðëçñùìÝíï ôñï÷éáêü. Ôï áðïôÝëåóìá öáßíåôáé êáé óôï áêüëïõèï äéÜãñáììá:

1s

2s

2p

3s

3p

F H

1s

2s

2p

Tï öèüñéï, áöïý ìïéñáóèåß Ýíá æåýãïò çëåêôñïíßùí ìå ôï õäñïãüíï, áðïêôÜ ðÜëé óõìðëçñùìÝíá, «ðëÞñç», ôñï÷éáêÜ. Äåí Ý÷åé Üëëç äõíáôüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìïý. Ôï ßäéï éó÷ýåé êáé ãéá ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ, áí êáé ãé' áõôü ôï Üôïìï äåí õðÜñ÷åé äéáèÝóéìï ðáñÜ ìüíï Ýíá ôñï÷éáêü, ôï 1s. ÅðåéäÞ äåí áðïìÝíïõí çìéóõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ óå êáíÝíá Üôïìï, äåí õðÜñ÷åé ðéá ôÜóç ãéá äçìéïõñãßá Üëëïõ äåóìïý êáé Ýôóé ó÷çìáôßæåôáé ìéá óôáèåñÞ Ýíùóç, ôï ÇF. Óôï êáèÝíá áðü áõôÜ ôá ìüñéá, F2 êáé ÇF, ôï Üôïìï ôïõ öèïñßïõ ó÷çìáôßæåé Ýíá äåóìü. Óôï F2, ï äåóìüò åßíáé ìå Ýíá äåýôåñï Üôïìï öèïñßïõ êáé óôï ÇF ìå Ýíá Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. ÁõôÞ ç éêáíüôçôá äçìéïõñãßáò åíüò ìüíï äåóìïý ïöåßëåôáé óôï üôé ôï öèüñéï åßíáé ìïíïóèåíÝò. Müëéò ëßãï ðéï ðñéí åßäáìå üôé ôï Üôïìï ôïõ öèïñßïõ ó÷çìáôßæåé äåóìïýò ìå ôç âïÞèåéá åíüò ôñï÷éáêïý, ðïõ âñßóêåôáé óôç äåýôåñç åíåñãåéáêÞ óõóôÜäá. Ôï 1s ôñï÷éáêü ôïõ äåí ÷ñçóéìïðïéåßôáé óôç óýíáøç ôïõ äåóìïý, ãéáôß åßíáé Þäç óõìðëçñùìÝíï. ÄçëáäÞ äåí Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá åðéêáëýøåé Þ íá ìïéñáóèåß Ýíá çëåêôñüíéï ìå êÜðïéï Üëëï Üôïìï. Êáô' áíáëïãßá, ôá Üëëá ôñï÷éáêÜ, åêôüò áðü ôçí ïìÜäá ôùí 2s2p, åßíáé áðïëýôùò êåíÜ êáé äåí ìðïñïýí ìå êáíÝíá ôñüðï íá óõìâÜëïõí óôç äçìéïõñãßá äåóìþí. ¸ôóé, ðñïêåéìÝíïõ íá åîåôÜóïìå ìå ðïéï ôñüðï Ýíá Üôïìï öèïñßïõ åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôßóåé äåóìïýò, ðñÝðåé íá åðéêåíôñþóïìå ôçí ðñïóï÷Þ ìáò áðïêëåéóôéêÜ óôçí åíåñãåéáêÞ óõóôÜäá ìå ôá çìéóõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ. Ôá ôñï÷éáêÜ ðïõ âñßóêïíôáé óå áõôÞí ôçí ïìÜäá èá áíáöÝñïíôáé ùò ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò. Ìå ôïí üñï «óèÝíïò» ÷áñáêôçñßæåôáé ç éêáíüôçôá ãéá óýæåõîç. Ôá ôñï÷éáêÜ ôïõ óèÝíïõò åßíáé áõôÜ ðïõ åõèýíïíôáé ãéá ôïõò äåóìïýò. Ôá çëåêôñüíéá ðïõ êáôÝ÷ïõí ôá ôñï÷éáêÜ ôïõ óèÝíïõò èá áðïêáëïýíôáé çëåêôñüíéá óèÝíïõò. Áðåéêüíéóç ôùí äåóìþí ôïõ öèïñßïõ ìå ôç âïÞèåéá ôùí çëåêôñïíéáêþí ôýðùí. ¼ôáí ïé ÷çìéêïß äåóìïß ðáñéóôÜíïíôáé ìå ôç âïÞèåéá ôùí çëåêôñïíéáêþí ôýðùí, åßíáé ðéï ÷ñÞóéìï íá áðåéêïíßæïíôáé ìüíï ôá çëåêôñüíéá óèÝíïõò. Óôï öèüñéï õðÜñ÷ïõí åðôÜ, ãéáôß ôï æåýãïò ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ âñßóêåôáé óôï 1s ôñï÷éáêü åßíáé

339

ôüóï óöéêôÜ óõíäåäåìÝíï, þóôå ðáßæåé áóÞìáíôï ñüëï óôç ÷çìåßá ôïõ öèïñßïõ. ÔåëéêÜ, ìå ôç ÷ñÞóç áõôÞò ôçò áðåéêïíßóåùò ç áíôßäñáóç áíÜìåóá óå äýï Üôïìá öèïñßïõ óõìâïëßæåôáé ùò áêïëïýèùò:

Ïêôþ çëåêôñüíéá óèÝíïõò ðåñéÝ÷ïíôáé óôï: ¢ôïìï öèïñßïõ ¢ôïìï öèïñßïõ óôá áñéóôåñÜ óôá äåîéÜ

F

Aðü ôá ðñïçãïýìåíá, ìðïñåß êÜðïéïò íá óõìðåñÜíåé üôé åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèåß Ýíáò ïìïéïðïëéêüò äåóìüò áíÜìåóá óôá äýï Üôïìá ôïõ öèïñßïõ. Ìéá áðïãñáöÞ ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ êáôÝ÷ïíôáé Þ ìïéñÜæïíôáé áðü ôï êÜèå Üôïìï ôïõ öèïñßïõ êÜíåé öáíåñü üôé ôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò åßíáé ðëÞñç. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ðñïêåéìÝíïõ ãéá ôï Üôïìï ôïõ öèïñßïõ óôá áñéóôåñÜ, õðÜñ÷ïõí çëåêôñéêÝò Ýëîåéò ðïõ áöïñïýí ïêôþ çëåêôñüíéá óèÝíïõò. ¸îé áðü áõôÜ ôá çëåêôñüíéá áíÞêïõí áðïêëåéóôéêÜ óôï ßäéï ôï Üôïìï, åíþ ôá Üëëá äýï äéáìïéñÜæïíôáé ìå ôï Üôïìï ôïõ öèïñßïõ, ðïõ âñßóêåôáé óôá äåîéÜ, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 14-5. ÅðåéäÞ ïêôþ çëåêôñüíéá åßíáé áêñéâþò ç ÷ùñçôéêüôçôá ôùí 2s êáé 2p ôñï÷éáêþí óèÝíïõò, ôï êÜèå Üôïìï öèïñßïõ Ý÷åé êáôÜ ðñïóÝããéóç, ôçí çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç ôïõ óôïé÷åßïõ íÝï. ÐñïçãïõìÝíùò åßäáìå üôé ç çëåêôñïíéáêÞ äéÜôáîç ôïõ êÜèå åõãåíïýò áåñßïõ èá ðñÝðåé íá åßíáé áðü åíåñãåéáêÞò áðüøåùò óôáèåñÞ, ãéáôß áõôÜ ôá áÝñéá óôåñïýíôáé äñáóôéêüôçôáò. Ï ó÷çìáôéóìüò ôïõ õäñïöèïñßïõ ðáñéóôÜíåôáé ìå ôïí áêüëïõèï çëåêôñïíéáêü ôýðï:

Méá êáôáìÝôñçóç ôùí çëåêôñïíßùí ãýñù áðü êÜèå Üôïìï (ó÷. 14-6) äåß÷åé ðÜëé üôé ðñüêåéôáé ãéá óôáèåñÞ äéÜôáîç. ÐñÜãìáôé, ôï Üôïìï õäñïãüíïõ Ý÷åé óôç äéÜèåóÞ ôïõ ìüíï äýï çëåêôñüíéá, åíþ ôï öèüñéï Ý÷åé ïêôþ. ÂÝâáéá, áõôü åßíáé áðü åíåñãåéáêÞò áðüøåùò ôï åðéèõìçôü, ãéáôß ôï õäñïãüíï äéáèÝôåé ìüíï Ýíá

F

F

F

Ó×ÇÌÁ 14-5. Óôï ìüñéï ôïõ öèïñßïõ ôï êÜèå Üôïìï áðïêôÜ ôç óôáèåñÞ äéáìüñöùóç åõãåíïýò áåñßïõ. Ïêôþ çëåêôñüíéá óèÝíïõò ðåñéÝ÷ïíôáé óôï Üôïìï öèïñßïõ

F

Ç

Äýï çëåêôñüíéá óèÝíïõò ðåñéÝ÷ïíôáé óôï Üôïìï õäñïãüíïõ

F

Ç

Ó×ÇÌÁ 14-6. Óôï ìüñéï ôïõ õäñïöèïñßïõ, ôüóï ôï õäñïãüíï üóï êáé ôï öèüñéï Ý÷ïõí áðïêôÞóåé ôç äéáìüñöùóç åõãåíïýò áåñßïõ.

ôñï÷éáêü óèÝíïõò, ôï 1s ôñï÷éáêü. Áñêïýí ëïéðüí äýï çëåêôñüíéá, ãéá íá ðëçñùèåß áõôü ôï ôñï÷éáêü. Ï äåóìüò åíüò áôüìïõ öèïñßïõ ìå Ýíá áêüìç Üôïìï öèïñßïõ Þ ìå Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ, åßíáé äõíáôüí íá åñìçíåõèåß ìå ôç âïÞèåéá ôçò óõíåéóöïñÜò çëåêôñïíßùí, ôá ïðïßá êáé óõìðëçñþíïõí ôá çìéóõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò. Ç óõíåéóöïñÜ áõôÞ êáèéóôÜ ôá ìüñéá F2 Þ ÇF ðéï óôáèåñÜ áðü åíåñãåéáêÞò áðüøåùò, áðü ü,ôé ôá ìåìïíùìÝíá Üôïìá. Ç åíåñãåéáêÞ óôáèåñüôçôá äçìéïõñãåßôáé åîáéôßáò ôçò ôáõôü÷ñïíçò Ýëîåùò ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí êáé áðü ôïõò äýï èåôéêïýò ðõñÞíåò. ÊÜôé ôÝôïéï ïäçãåß üìùò óôç äçìéïõñãßá ÷çìéêïý äåóìïý.

Ðåñßëçøç. ¸íá ìüñéï áðïôåëåßôáé áðü ìßá ïìÜäá áôüìùí, ç ïðïßá åìöáíßæåé ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò. Ôá Üôïìá ôùí åõãåíþí áåñßùí Ý÷ïõí ðïëý óôáèåñÞ çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç êáé ãé' áõôü äåí ó÷çìáôßæïõí åýêïëá ìüñéá. Óôïé÷åßá äéáöïñåôéêÜ áðü ôá åõãåíÞ áÝñéá Ý÷ïõí Üôïìá ìå çëåêôñïíéáêÝò äéáìïñöþóåéò ôÝôïéåò ðïõ ôá êáèéóôïýí ëéãüôåñï óôáèåñÜ. ¸ôóé, ôá Üôïìá áõôÜ åìöáíßæïõí, äéáöïñåôéêÞ ÷çìéêÞ äñáóôéêüôçôá. ÐïëëÜ Üôïìá ãéá íá áðïêôÞóïõí ôç óôáèåñÞ çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç ôùí áôüìùí

ôùí åõãåíþí áåñßùí, «óõíåñãÜæïíôáé» ìå Üëëá Üôïìá ôïõ éäßïõ Þ êáé äéáöïñåôéêþí óôïé÷åßùí. Ç óõíçèÝóôåñç ìïñöÞ áõôÞò ôçò «óõíåñãáóßáò» åßíáé ç óõíåéóöïñÜ çëåêôñïíßùí áíÜìåóá óå äýï Þ ðåñéóóüôåñá Üôïìá. Ç óõíåéóöïñÜ áõôÞ äçìéïõñãåß Ýíáí êïéíü äåóìü, ðïõ ôåßíåé íá óõãêñáôÞóåé ôá Üôïìá êïíôÜ, ó÷çìáôßæïíôáò Ýôóé Ýíá ìüñéï. Ï äåóìüò ðïõ äçìéïõñãåßôáé ìå óõíåéóöïñÜ çëåêôñïíßùí ïíïìÜæåôáé ïìïéïðïëéêüò äåóìüò.

340

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ãéáôß, üôáí ôá Üôïìá âñßóêïíôáé ðëçóéÝóôåñá ìåôáîý ôïõò, ç óõíïëéêÞ åíÝñãåéá åßíáé ìéêñüôåñç áðü ü,ôé üôáí åßíáé áðïìáêñõóìÝíá;

2. Ãéá ðïéï ëüãï ïé áðùóôéêÝò äõíÜìåéò áíÜìåóá óôá çëåêôñüíéá êáé ôá ðñùôüíéá äýï äéáöïñåôéêþí áôüìùí äåí åìðïäßæïõí ôï ó÷çìáôéóìü ìïñßùí;

Ðþò äçìéïõñãïýíôáé ïé äåóìïß ôùí óôïé÷åßùí ôçò äåýôåñçò óåéñÜò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá 14.6 Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ ïîõãüíïõ íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò. Ç äåýôåñç óåéñÜ ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá áðïôåëåßôáé áðü ôá ðáñáêÜôù óôïé÷åßá: Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

ÐñïçãïõìÝíùò ìÜèáìå ãéá ðïéï ëüãï ôï öèüñéï ìðïñåß íá ó÷çìáôßóåé ìüíï Ýíá äåóìü êáé ãéáôß ôï íÝï äåí ìðïñåß íá ó÷çìáôßóåé ôÝôïéï äåóìü. Ïé éêáíüôçôåò ôùí Üëëùí óôïé÷åßùí áõôÞò ôçò óåéñÜò íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò ðïéêßëëïõí óçìáíôéêÜ, åßíáé üìùò åìöáíåßò êáé êÜðïéåò ôÜóåéò. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò ãåíéêÞò Ýííïéáò ãéá ôïõò ÷çìéêïýò äåóìïýò, ç ïðïßá áíáðôý÷èçêå óå áõôü ôï êåöÜëáéï, åßíáé äõíáôüí íá åñìçíåõèïýí áõôÝò ïé ôÜóåéò. Ôï ïõäÝôåñï Üôïìï ôïõ ïîõãüíïõ Ý÷åé ïêôþ çëåêôñüíéá. ¸îé áðü áõôÜ êáôáëáìâÜíïõí ìåñéêþò ôá ôñï÷éáêÜ 2s êáé 2p. Äýï âñßóêïíôáé óôï óõìðëçñùìÝíï 1s ôñï÷éáêü. Ãé' áõôü, ôï ïîõãüíï äéáèÝôåé Ýîé çëåêôñüíéá óèÝíïõò. Ôá ôñï÷éáêÜ 2s êáé 2p åßíáé ôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò. Ôá çëåêôñüíéá óèÝíïõò äéáôÜóóïíôáé óôá ôñï÷éáêÜ áõôÜ êáôÜ ôïõò äýï áêüëïõèïõò ôñüðïõò: 1s

2s

2p

3s

3p

O Þ O 8 8

Ãéá íá êáôáíïÞóåôå ðïéá áðü ôéò äýï äéáôÜîåéò èá Þôáí óùóôüôåñç, ðñÝðåé íá èõìçèåßôå ôçí ôïðïèÝôçóç ôùí p ôñï÷éáêþí óôï ÷þñï. Ôï êÜèå ôñï÷éáêü åêôåßíåôáé êáôÜ ìÞêïò ôïõ åíüò áðü ôïõò ôñåéò êáñôåóéáíïýò Üîïíåò (üðùò áíáöåñèÞêáìå óôï êåöÜëáéï 12). Áí ôá çëåêôñüíéá êáôáëáìâÜíïõí ôá ôñï÷éáêÜ êáôÜ ôñüðï üìïéï ìå áõôüí ðïõ äåß÷íåé ôï ðñþôï ó÷Þìá, ôüôå äýï çëåêôñüíéá èá êáôåß÷áí ôï p ôñï÷éáêü, ôï ïðïßï åêôåßíåôáé êáôÜ ìÞêïò ôïõ Üîïíá ôùí x (px), äýï çëåêôñüíéá èá âñßóêïíôáí óôï p ôñï÷éáêü, ðïõ åêôåßíåôáé êáôÜ ìÞêïò ôïõ Üîïíá ôùí y (py), åíþ ôï pz ôñï÷éáêü èá ðåñÝìåíå êåíü. Óýìöùíá ìå ôï

äåýôåñï ó÷Þìá, èá õðÜñ÷ïõí äýï çëåêôñüíéá óôï px, Ýíá óôï py êáé Ýíá óôï pz. EðåéäÞ ôá çëåêôñüíéá áðùèïýíôáé ìåôáîý ôïõò, åßíáé ðéèáíü íá óêåöèåßôå üôé ç äåýôåñç äéÜôáîç, óôç ïðïßá ôá çëåêôñüíéá åßíáé ðéï áðïìáêñõóìÝíá, èá Ý÷åé êáé ôç ìéêñüôåñç åíÝñãåéá. Ôá ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ðñÜãìáôé óõìâáßíåé áõôü, ãé' áõôü êáé ïé óõæçôÞóåéò, ó÷åôéêÜ ìå ôï äåóìü ôïõ ïîõãüíïõ, èá âáóéóèïýí óôçí çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç ìÝóá óôá ôñï÷éáêÜ, ç ïðïßá óõìöùíåß ìå ôï äåýôåñï ó÷Þìá. Áò õðïèåôåß üôé Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ ðëçóéÜæåé Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ, ðïõ âñßóêåôáé óôçí ðéï óôáèåñÞ ôïõ êáôÜóôáóç. ÊÜèå Üôïìï Ý÷åé ìåñéêþò óõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò. Áí ôá çëåêôñüíéá âñåèïýí ôáõôü÷ñïíá êïíôÜ óôïõò äýï ðõñÞíåò, åßíáé äõíáôüí íá ðñáãìáôïðïéçèåß áìïéâáßá óõíåéóöïñÜ çëåêôñïíßùí. Áõôü ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü åíüò óôáèåñïý äåóìïý, üðùò öáßíåôáé êáé áðü ôéò åðüìåíåò áðåéêïíßóåéò: 1s

2s

2p

3s

3p

O H Þ

1s .. . . :Ï . + H

2s

2p .. :Ï . :H

Êáé ïé äýï áðåéêïíßóåéò äåß÷íïõí üôé óôïí ôýðï ôïõ ÏÇ Ý÷åé áðïìåßíåé Ýíá ìÝñïò ôçò äõíáôüôçôáò ó÷çìáôéóìïý êáé Üëëïõ äåóìïý. Ôï åðÜíù ó÷Þìá äåß÷íåé üôé óôï ôñßôï 2p ôñï÷éáêü õðÜñ÷åé ìéá èÝóç ãéá Ýíá áêüìç çëåêôñüíéï. ÄçëáäÞ åßíáé äõíáôüí íá äçìéïõñãçèåß Ýíáò áêüìç äåóìüò. Óôïí çëåêôñïíéáêü ôýðï åìöáíßæïíôáé ãýñù áðü ôï Üôïìï ôïõ ïîõãüíïõ åðôÜ çëåêôñüíéá. Ôï Üôïìï áõôü èá ìðïñïýóå íá ãßíåé óôáèåñüôåñï, áí åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá áðïêôÞóåé Ýíá åðß ðëÝïí çëåêôñüíéï. Êáé ïé äýï áðåéêïíßóåéò äåß÷íïõí üôé ôï ÏÇ åßíáé óå èÝóç íá áíôéäñÜóåé ìå Ýíá áêüìç Üôïìï õäñïãüíïõ, óýìöùíá ìå ôï ðáñáêÜôù ó÷Þìá:

341

1s H 1s

2s

2s 2p

2p 3s

3p

O H Þ

. .. :Ï . : H+ H

1s

2s 2p .. :Ï : .. H H

Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï äçìéïõñãåßôáé ç Ýíùóç Ç2Ï. Ç êÜèå áðåéêüíéóç äåß÷íåé üôé ç éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìïý ãéá ôï ïîõãüíï åîáíôëåßôáé, üôáí ó÷çìáôéóèïýí äýï äåóìïß. Óå áõôü áêñéâþò ïöåßëåôáé êáé ï ÷áñáêôçñéóìüò ôïõ ïîõãüíïõ ùò äéóèåíïýò. Ç Ýíùóç Ç2Ï åßíáé åîáéñåôéêÜ óôáèåñÞ. ÊÜèå Ýíá áðü ôá Üôïìá óôï Ç2Ï Ý÷åé óõìðëçñþóåé ôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò ôïõ ìå óõíåéóöïñÜ çëåêôñïíßùí. Áíôßäñáóç áíÜìåóá óå äýï ìüñéá ÏÇ. Ôï ÏÇ, áí êáé åßíáé äñáóôéêü, áðïôåëåßôáé áðü ìéá ïìÜäá áôüìùí áñêåôÜ óôáèåñÞ êáé èá Þôáí äõíáôüí íá èåùñçèåß, êáôÜ êÜðïéïí ôñüðï, ùò ìüñéï. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áðáíôÜ óå áñêåôÝò öëüãåò õøçëÞò èåñìïêñáóßáò. Èá Ýðñåðå, ßóùò, íá ðåñéìÝíåé êÜðïéïò üôé ç ÷çìåßá ôïõ èá Þôáí üìïéá ìå áõôÞí ôùí áôüìùí ôïõ öèïñßïõ. Áò óõãêñßíïìå ôïõò çëåêôñïíéáêïýò ôýðïõò ôïõ öèïñßïõ êáé ôïõ õäñïîõëßïõ:

Aöïý äýï Üôïìá öèïñßïõ áíôéäñïýí êáé ó÷çìáôßæïõí Ýíáí ïìïéïðïëéêü äåóìü, èá ðñÝðåé íá óõìâáßíåé ôï ßäéï êáé ìå ôá äýï ìüñéá ôïõ OH.

Åíþóåéò ïîõãüíïõ - öèïñßïõ. Óýìöùíá ìå ôá ðñïçãïýìåíá, åýêïëá ðñïâëÝðåôáé üôé ôï ïîõãüíï èá ó÷çìáôßæåé ìå äýï Üôïìá ôïõ öèïñßïõ ìéá óôáèåñÞ Ýíùóç, ôçí OF2. Ôá ôñï÷éáêÜ ôçò åíþóåùò áõôÞò ãñÜöïíôáé ìå ôïí ðáñáêÜôù ôñüðï (óôçí ðáñÜóôáóç áõôÞ, üðùò êáé óôéò åðüìåíåò, ôá êåíÜ ôñï÷éáêÜ, ôá ïðïßá âñßóêïíôáé ðïëý õøçëüôåñá áðü ôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò, ðáñáëåßðïíôáé ãéá åõêïëßá: 1s

2s

2p

F Ï F

H ßäéá ðáñÜóôáóç ìå ôç âïÞèåéá ôùí çëåêôñïíéáêþí ôýðùí ãßíåôáé:

Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé êáé åäþ ôï ïîõãüíï åßíáé äéóèåíÝò.

14.7 Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ áæþôïõ íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò. Ôï åëåýèåñï Üôïìï ôïõ áæþôïõ åßíáé ðåñéóóüôåñï óôáèåñü, üôáí äéáèÝôåé ôï ìÝãéóôï äõíáôü áñéèìü çìéóõìðëçñùìÝíùí ôñï÷éáêþí óèÝíïõò. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï, ôá çëåêôñüíéá äéáôçñïýíôáé üóï ôï äõíáôüí ðéï áðïìáêñõóìÝíá, üðùò óõíÝâáéíå êáé ìå ôçí ðéï óôáèåñÞ äéÜôáîç ôïõ áôïìïý ôïõ ïîõãüíïõ. Ç óôáèåñüôåñç áõôÞ êáôÜóôáóç ôïõ áôüìïõ ôïõ áæþôïõ ðáñéóôÜíåôáé ùò åîÞò: 1s

2s

2p

7Í

Ç ðñïçãïýìåíç áíôßäñáóç ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü ôçò åíþóåùò Ç2Ï2. Ï ôýðïò áõôüò óõìâïëßæåé ôç ãíùóôÞ Ýíùóç õðåñïîåßäéï ôïõ õäñïãüíïõ. Ç äïìÞ ôïõ Ç 2Ï2 ìðïñåß, ãéá ìåãáëýôåñç åõêïëßá, íá ãñáöåß êáé ìå ôïí áêüëïõèï ôñüðï:

Tá äéáãñÜììáôá ïäçãïýí óôçí ðñüâëåøç üôé ôï Üæùôï åßíáé ôñéóèåíÝò. ÕðÜñ÷åé ðëçèþñá åíäåßîåùí, ïé ïðïßåò åíéó÷ýïõí áõôÞí ôçí ðñüâëåøç. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï Üæùôï áíôéäñÜ ìå õäñïãüíï êáé ó÷çìáôßæåé ôçí áÝñéá áììùíßá. Ç áììùíßá åßíáé ìéá óôáèåñÞ Ýíùóç ìå ôýðï ÍÇ3. Ôï Üæùôï áíôéäñÜ åðßóçò ìå öèüñéï êáé ó÷çìáôßæåé êÜðïéï Üëëï áÝñéï, ôï NF3. Áêïëïõèïýí ïé çëåêôñïíéáêïß ôýðïé ôùí ðñïçãïõìÝíùí åíþóåùí:

342

áììùíßá

ôñéöèïñéïý÷ï Üæùôï

14.8 Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ Üíèñáêá íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò. Ãéá ôç ìåëÝôç ôïõ áôüìïõ ôïõ Üíèñáêá, õðÜñ÷ïõí ðïëëÝò äéáôÜîåéò ôñï÷éáêþí, ïé ïðïßåò ðñÝðåé íá åîåôáóèïýí. Äýï ðéèáíÝò äéáôÜîåéò åßíáé êáé áõôÝò ðïõ áêïëïõèïýí: 1s

2s

2p

C 6C 6

Må âÜóç ôç ãåíéêÜ áðïäåêôÞ äéáðßóôùóç üôé ôá çëåêôñüíéá áëëçëïáðùèïýíôáé, ç äåýôåñç äéÜôáîç ðñÝðåé íá åßíáé ðéï óôáèåñÞ áðü ôçí ðñþôç. Óýìöùíá ìå áõôÞí ôç äåýôåñç äéÜôáîç, õðÜñ÷åé áðü Ýíá çëåêôñüíéï ôïðïèåôçìÝíï óôï êáèÝíá áðü ôá px êáé py ôñï÷éáêÜ, åíþ óôçí ðñþôç ôá äýï çëåêôñüíéá ðñáêôéêÜ âñßóêïíôáé óôï ßäéï ôñï÷éáêü, óôï px. ÐåéñáìáôéêÜ Ý÷åé áðïäåé÷èåß üôé ðñÜãìáôé ç äåýôåñç äéÜôáîç åßíáé ðéï óôáèåñÞ áðü ôçí ðñþôç. Ìå âÜóç áõôÞí áêñéâþò ôç äéÜôáîç, åßíáé äõíáôüí íá ðñïâëåöèåß ôþñá ç ÷çìåßá ôïõ áôüìïõ ôïõ Üíèñáêá. ÐñÝðåé íá åßíáé äéóèåíÝò êáé íá ó÷çìáôßæåé åíþóåéò, üðùò CH2 êáé CF2. Aò ìåëåôÞóïìå ìßá áðü áõôÝò, ôçí CH2: 1s H 1s

2s

2p

C H : :

Þ C :H H

1s

Eäþ äéáìoñöþíåôáé ìéá êáôÜóôáóç, ðïõ äåí ôçí Ý÷ïìå óõíáíôÞóåé ðñïçãïõìÝíùò. Áöïý ÷ñçóéìïðïéçèïýí ôï äýï äéáèÝóéìá, ìåñéêþò óõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ôùí ïìïéïðïëéêþí äåóìþí ìå ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ, ôï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá åîáêïëïõèåß íá Ý÷åé Ýíá êåíü ôñï÷éáêü óèÝíïõò. Áðü ôïí çëåêôñïíéáêü ôýðï öáßíåôáé üôé ôï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá âñßóêåôáé êïíôÜ óå Ýîé ìüíï

çëåêôñüíéá óôï CH2. Ôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò üìùò Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá äå÷èïýí ïêôþ çëåêôñüíéá. ÅðåéäÞ ôï Ýíá ôñï÷éáêü óèÝíïõò åßíáé åíôåëþò êåíü, åßíáé öõóéêü íá áíáìÝíåé êÜðïéïò ðùò ôï CH2 ÷áñáêôçñßæåôáé áðü ìåãÜëç äñáóôéêüôçôá. ÐñÜãìáôé, ôï ìüñéï ôïõ CH2 åßíáé åîáéñåôéêÜ äñáóôéêü. Èåùñåßôáé óôáèåñü, ãéáôß äåí äéáóðÜôáé áõôüìáôá óå ìéêñüôåñá êëÜóìáôá. ¼ìùò, üðùò êáé ôï ìïñéáêü éüí Ç2+, ôï ïðïßï áíáöÝñèçêå ðñïçãïõìÝíùò, áíôéäñÜ ðïëý åýêïëá ìå Üëëá ÷çìéêÜ åßäç, ãéá íá ó÷çìáôßóåé íÝåò ÷çìéêÝò åíþóåéò, ðïõ èá Ý÷ïõí ðïëý ìéêñüôåñç åíÝñãåéá áðü áõôÞí ôïõ CH2. Ôüóï ôï CH2, üóï êáé ç áíÜëïãç Ýíùóç CF2 õößóôáíôáé, áëëÜ êáé ôá äýï åßíáé ðïëý äñáóôéêÜ ãéá íá ìðïñÝóïõí íá ðáñáóêåõáóèïýí óå êáèáñÞ ìïñöÞ, äçëáäÞ íá «áðïìïíùèïýí». Ç ðïëý ìåãÜëç äñáóôéêüôçôÜ ôïõò õðïäçëþíåé üôé åßíáé ðéèáíüí ï Üíèñáêáò íá äçìéïõñãÞóåé ðéï óôáèåñÝò åíþóåéò, áí ÷ñçóéìïðïéÞóåé êáé ôá ôÝóóåñá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò ôïõ ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí. Áõôü ìáò áíáãêÜæåé íá äå÷èïýìå êáé Ýíáí ôñßôï ôñüðï ðëçñþóåùò ôùí ôñï÷éáêþí: 1s

2s

2p

6C

Ìå áõôüí ôïí ôñüðï äéáôÜîåùò ôùí çëåêôñïíßùí ìÝóá óôá ôñï÷éáêÜ, Ýíá Üôïìï Üíèñáêá äéáèÝôåé ôÝóóåñá çìéóõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò. Åßíáé êáôÜ êÜðïéï ôñüðï ëéãüôåñï óôáèåñü áðü ôï Üôïìï, óôï ïðïßï ôá çëåêôñüíéá óèÝíïõò Ý÷ïõí ôç äéáìüñöùóç 2s2 2px 2py. Áéôßá ãé' áõôü ôï ãåãïíüò åßíáé üôé ãéá íá áíõøùèåß Þ íá «ðñïùèçèåß» Ýíá çëåêôñüíéï áðü ôï 2s óôï ó÷åôéêÜ ìåãáëýôåñçò åíÝñãåéáò 2pz ôñï÷éáêü, ÷ñåéÜæåôáé åíÝñãåéá. ÂÝâáéá ç åíÝñãåéá ãé' áõôÞí ôçí ðñïþèçóç äåí åßíáé áñêåôÜ ìåãÜëç, åíþ, ùò áíôÜëëáãìá áõôÞò, ôï Üôïìï áðïêôÜ ôçí éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý ôåóóÜñùí ïìoéïðïëéêþí äåóìþí. Ï êÜèå ïìïéïðïëéêüò äåóìüò áõîÜíåé ôç óôáèåñüôçôá ðåñéóóüôåñï áðü üóï ÷ñåéÜæåôáé, ðñïêåéìÝíïõ íá áíáðëçñùèåß ç êáôáíÜëùóç åíÝñãåéáò ðïõ ðñáãìáôïðïéÞèçêå, ãéá ôçí ðñïþèçóç åíüò çëåêôñïíßïõ 2s. Ì' áõôüí ôïí ôñüðï ðëçñþóåùò ôùí ôñï÷éáêþí åßíáé äõíáôüí ï Üíèñáêáò íá ìïéñáóèåß, ãéá ðáñÜäåéãìá, çëåêôñüíéá ìå ôÝóóåñá Üôïìá õäñïãüíïõ Þ öèïñßïõ. ¼ôáí óõìâåß êÜôé ôÝôïéï, ó÷çìáôßæïíôáé ïé óôáèåñÝò åíþóåéò ìåèÜíéï êáé ôåôñáöèïñéïý÷ïò Üíèñáêáò.

343

Óå áõôÝò, üðùò êáé óôéò ðåñéóóüôåñåò áðü ôéò óôáèåñÝò åíþóåéò ôïõ, ï Üíèñáêáò åìöáíßæåôáé ôåôñáóèåíÞò:

1s 5

2s

2p

B 1s 1s Ç

ìåèÜíéï

ôåôñáöèïñéïý÷ïò Üíèñáêáò

14.9 Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ âïñßïõ íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò. Ôï Üôïìï ôïõ âïñßïõ, üðùò äåß÷íïõí êáé ôá äýï äéáãñÜììáôá ðïõ áêïëïõèïýí, êáôÜ ôçí ðëÞñùóç ôùí ôñï÷éáêþí ôïõ, åìöáíßæåé ôçí ßäéá åõ÷Ýñåéá åðéëïãÞò ìå ôï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá: 1s

2s

2p

(á) 5B (â) 5B

Ç çëåêôñïíéáêÞ äéÜôáîç (â), áðü åíåñãåéáêÞò áðüøåùò, âñßóêåôáé ëßãï øçëüôåñá áðü ôçí (á). ÐñïêåéìÝíïõ íá ó÷çìáôéóèåß ç (â) äéÜôáîç åßíáé áðáñáßôçôï íá ðñïùèçèåß Ýíá 2s çëåêôñüíéï óôçí êáôÜóôáóç 2p. Óå áíôÜëëáãìá áõôÞò ôçò ìåôáôïðßóåùò, ôï Üôïìï ôïõ âïñßïõ áðïêôÜ ôçí éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý ðåñéóóïôÝñùí äåóìþí. Åíþ óýìöùíá ìå ôç äéÜôáîç (á) ôï Üôïìï ôïõ âïñßïõ Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá ó÷çìáôéóìïý ìüíï åíüò ïìïéïðïëéêïý äåóìïý, óýìöùíá ìå ôç (â) äéÜôáîç ìðïñåß íá ó÷çìáôßóåé ôñåéò. ÅðåéäÞ ï ó÷çìáôéóìüò ôïõ êÜèå äåóìïý ìåéþíåé ôç óõíïëéêÞ åíÝñãåéá, óôç ÷çìåßá ôïõ âïñßïõ ðñïôéìÜôáé ç çëåêôñïíéáêÞ äéÜôáîç (â). Må âÜóç áõôÝò ôéò ðëçñïöïñßåò, ðñÝðåé êÜðïéïò íá ðåñéìÝíåé üôé ôï Üôïìï ôïõ âïñßïõ èá åßíáé ôñéóèåíÝò. Åðßóçò, èá ðñÝðåé íá ðñïâëÝðåôáé ç ýðáñîç ìïñßùí, üðùò åßíáé ôï ÂÇ3 êáé ôï BF3:

Aîßæåé íá óçìåéùèåß üìùò üôé óôç êÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò åíþóåéò ðáñáìÝíåé Ýíá åíôåëþò êåíü ôñï÷éáêü óèÝíïõò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç áðåéêüíéóç ôùí ôñï÷éáêþí ãéá ôï ÂÇ3 èá åß÷å ôçí ðáñáêÜôù ìïñöÞ:

1s ÇÇ

Ôï êåíü 2p ôñï÷éáêü åßíáé áíÜëïãï ìå åêåßíï ðïõ õðÜñ÷åé óôï CH2. EðåéäÞ ôï CH2 åßíáé ðïëý äñáóôéêü, èá ðñÝðåé íá õðïèÝóïìå ôï ßäéï êáé ãéá ôï ÂÇ3. ÐñÜãìáôé, áõôü óõìâáßíåé êáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá. Ç ðáñïõóßá ôïõ ÂÇ3 áðïäåéêíýåôáé ìüíï åììÝóùò. Áíôßèåôá, ôï âüñéï ó÷çìáôßæåé ìéá óåéñÜ áðü áóõíÞèåéò åíþóåéò ìå õäñïãüíï, áðü ôéò ïðïßåò ðéï áðëÞ åßíáé ôï äéâïñÜíéï, Â2Ç6. Ç äïìÞ ôïõ Â2Ç6 êáèþò êáé ôùí Üëëùí ëéãüôåñï áðëþí åíþóåùí âïñßïõ õäñïãüíïõ, åßíáé ðïëýðëïêç êáé ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï ó÷çìáôßæïíôáé ïé äåóìïß óôá ìüñéá áõôÜ ðñïûðïèÝôåé ãíþóåéò, ðïõ îåðåñíïýí ôïõò óôü÷ïõò áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ. Ôá ìüñéá áõôÜ åîáêïëïõèïýí íá áðïôåëïýí áíôéêåßìåíï Ýíôïíçò åñåõíçôéêÞò äñáóôçñéüôçôáò åñåõíçôþí ÷çìéêþí. Ðáñ' üëï ðïõ ôï êåíü ôñï÷éáêü óèÝíïõò, ôï ïðïßï õðÜñ÷åé óôï ÂÇ3, ôï êáèéóôÜ ðïëý äñáóôéêÞ Ýíùóç, ç áíÜëïãç Ýíùóç BF3 åßíáé óôáèåñÞ. Ôï ôñéöèïñéïý÷ï âüñéï åßíáé áÝñéï, ôï ïðïßï ðáñáóêåõÜæåôáé åýêïëá óå êáèáñÞ ìïñöÞ. Ç åñìçíåßá ôïõ ôñüðïõ ìå ôïí ïðïßï åßíáé äõíáôüí ôá Üôïìá ôïõ âïñßïõ íá éêáíïðïéïýí åí ìÝñåé ôçí éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìïý ôïõ êåíïý 2p ôñï÷éáêïý (êÜôé ðïõ äåí åßíáé äõíáôüí ãéá ôá Üôïìá õäñïãüíïõ), êáèþò êáé ôá áðïôåëÝóìáôá ôçò ìåëÝôçò ôùí åíþóåùí âïñßïõ õäñïãüíïõ ãåíéêÜ, äåí ìðïñïýí íá ðáñïõóéáóèïýí åäþ. Áñêåß üìùò åðß ôïõ ðáñüíôïò íá ðáñáôçñÞóïìå üôé ôï ÂF3 åßíáé ç ðéï óôáèåñÞ Ýíùóç âïñßïõ - öèïñßïõ êáé üôé ôï âüñéï óå áõôÞí åìöáíßæåôáé ôñéóèåíÝò.

14.10 H éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ âçñõëëßïõ íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò. Ôï Üôïìï ôïõ âçñõëëßïõ, üðùò ôïõ âïñßïõ êáé ôïõ Üíèñáêá Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ðñïùèÞóåé Ýíá çëåêôñüíéï, þóôå íá ó÷çìáôßóåé ðåñéóóüôåñïõò ÷çìéêïýò äåóìïýò. Ç åéêüíá ðïõ áêïëïõèåß äåß÷íåé ôçí ôåëéêÞ çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç: 1s Be

4

2s

2p

344

ÐÉÍÁÊÁÓ 14.1. Ôá öèïñßäéá ôùí óôïé÷åßùí ôçò äåýôåñçò óåéñÜò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. Óôïé÷åßá ôçò äåýôåñçò óåéñÜò

Ôýðïò öèïñéäßïõ

Óçìåßï ôÞîåùò (Ê)

Óçìåßï âñáóìïý (Ê)

Li

LiF

1115

1949

Be

BeF2

1073*

1073*

B

BF3

146

172

C

CF4

89

145

N

NF3

66

144

O

OF2

49

128

F

F2

50

85

* Óå áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç 1073 Ê ìåôáâÜëëåôáé êáôåõèåßáí áðü óôåñåü óå áôìü.

Èá ðåñßìåíå êÜðïéïò íá âñåé, óôçí áÝñéá öÜóç, ìüñéá ôïõ ôýðïõ BeH2 êáé BeF2. ÐñÜãìáôé, Ý÷ïõí áíé÷íåõèåß ôÝôïéá ìüñéá. Ç éäéïìïñößá üìùò ôïõ âïñßïõ áðáíôÜ êáé óôï âçñýëëéï, áëëÜ óå äéðëÜóéï âáèìü. ÄéáèÝôåé äýï êåíÜ ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò. Ùò áðïôÝëåóìá áõôþí, ôá êáèáñÜ ìüñéá BeH 2 êáé ÂeF2 ëáìâÜíïíôáé ìüíï óå åîáéñåôéêÜ õøçëÝò èåñìïêñáóßåò (ðÜíù áðü 1000 Ê). Óå ÷áìçëÝò èåñìïêñáóßåò, ç ðáñïõóßá ôùí êåíþí ôñï÷éáêþí óèÝíïõò ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü óôåñåþí ìå ðïëýðëïêç äïìÞ. Óôá óôåñåÜ áõôÜ ôï Üôïìï ôïõ âçñõëëßïõ ÷ñçóéìïðïéåß üëá ôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò ôïõ.

14.11 Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ ëéèßïõ íá ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò. Åßíáé ó÷åôéêÜ ëßãá ôá íåüôåñá óôïé÷åßá ðïõ èá Þôáí äõíáôüí íá áíáöåñèïýí ãýñù áðü ôçí éêáíüôçôá åíüò áôüìïõ ëéèßïõ íá ó÷çìáôßæåé äåóìïýò. Êáèþò äéáèÝôåé ìüíï Ýíá çëåêôñüíéï óèÝíïõò, èá Ýðñåðå íá ó÷çìáôßæåé áÝñéá ìüñéá ôïõ ôýðïõ LiH êáé LiF. Åîáéôßáò ôùí êåíþí ôñï÷éáêþí óèÝíïõò, ï ó÷çìáôéóìüò áõôþí ôùí ïõóéþí èá Þôáí äõíáôüò ìüíï óå åîáéñåôéêÜ õøçëÝò èåñìïêñáóßåò. Áðü ôá ðñïçãïýìåíá êåöÜëáéá èá èõìÜóôå üôé ôï Üôïìï ôïõ ëéèßïõ ìðïñåß íá ÷Üóåé åýêïëá ôï ìïíáäéêü çëåêôñüíéï óèÝíïõò ôïõ êáé íá ìåôáôñáðåß óôï éüí Li+. To éüí áõôü ðáßæåé óçìáíôéêü ñüëï óôç ÷çìåßá ôïõ ëéèßïõ. Ôá áðëÜ ïìïéïðïëéêÜ ìüñéá, üðùò ôï LiF êáé LiH, åßíáé ãíùóôÜ ìüíï óå áÝñéá êáôÜóôáóç, åíþ áêüìç êáé óå áõôÜ ôá ìüñéá ïé éïíôéêÝò äõíÜìåéò ðáßæïõí ðñùôåýïíôá ñüëï, üðùò

áíáöÝñåôáé åðåîçãçìáôéêÜ óôçí ðáñÜãñáöï 14.13. Ï ðßíáêáò 14.1 ðåñéÝ÷åé ôïõò ôýðïõò êáé ôá óçìåßá ôÞîåùò êáé âñáóìïý ôùí óôáèåñþí öèïñéäßùí ôùí óôïé÷åßùí ôçò äåýôåñçò óåéñÜò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. Óôçí êÜèå ðåñßðôùóç, ï ôýðïò ðïõ áíáöÝñåôáé óôïí ðßíáêá áíôéóôïé÷åß óôïí ðñáãìáôéêü ìïñéáêü ôýðï ôïõ êÜèå åßäïõò, üôáí âñßóêåôáé óôçí áÝñéï öÜóç.

14.12 Äéåõêñßíéóç ó÷åôéêÜ ìå ôç ÷ñÞóç ôïõ üñïõ «óèÝíïò». Ðïëý óõ÷íÜ, üôáí ïìéëïýìå ðåñß ÷çìéêþí äåóìþí áíáöÝñåôáé ï üñïò «óèÝíïò». Äõóôõ÷þò, ï üñïò áõôüò ÷ñçóéìïðïéÞèçêå, ãéá íá äçëþóåé Ýíá ðëÞèïò äéáöïñåôéêþí åííïéþí. ÓèÝíïò ïíïìÜæåôáé êáé ôï öïñôßï åíüò éüíôïò, áëëÜ êáé ï óõíïëéêüò áñéèìüò ôùí áôüìùí ìå ôá ïðïßá êÜðïéï óõãêåêñéìÝíï Üôïìï ìðïñåß íá ó÷çìáôßóåé äåóìïýò. Ç ðåñéóóüôåñï áðïäåêôÞ óÞìåñá óçìáóßá áõôïý ôïõ üñïõ ßóùò íá åßíáé ç åîÞò: ï üñïò «óèÝíïò» äçëþíåé ôïí áñéèìü ôùí ìïíïóèåíþí áôüìùí (üðùò ôï Ç Þ ôï F), ìå ôá ïðïßá óõíåíþíåôáé Ýíá Üôïìï êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò. Åßíáé öáíåñü üôé Ýíáò üñïò ìå ôüóï ðïëëÝò Ýííïéåò ìðïñåß íá ðñïêáëÝóåé óýã÷õóç, êáôÜ ôç ìåëÝôç ôùí ÷çìéêþí äåóìþí. ¼ôáí üìùò ç âáóéêÞ Ýííïéá ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý ãßíåé óáöþò êáôáíïçôÞ, ôüôå åßíáé ÷ñÞóéìï íá ïìéëïýìå ðåñß óèÝíïõò åíüò óôïé÷åßïõ (Þ ôïõëÜ÷éóôïí ãéá ôï óýíçèåò óèÝíïò) êáôÜ ôçí åðßëõóç êáèçìåñéíþí ðñáêôéêþí ðñïâëçìÜôùí, üðïõ áðáéôåßôáé ç ãñáöÞ ôýðùí êáé

345

åîéóþóåùí. Óôï êåöÜëáéï 19, üðïõ èá åîåôáóèïýí ëåðôïìåñåéáêÜ ôüóï ï ôñüðïò ãñáöÞò ôùí ÷çìéêþí ôýðùí üóï êáé ç åýñåóç ôùí

óõíôåëåóôþí ôùí ÷çìéêþí åîéóþóåùí, öáíåß ÷ñÞóéìïò ï üñïò «óèÝíïò».

èá

Ðåñßëçøç. Ç éêáíüôçôá ôïõ êÜèå áôüìïõ ôçò äåýôåñçò óåéñÜò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá íá ó÷çìáôßæåé äåóìïýò ìå æåýãç çëåêôñïíßùí ó÷åôßæåôáé ìå ôçí çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç áõôïý. Ôá Üôïìá ôïõ Li, N, O êáé ôïõ F ó÷çìáôßæïõí ôüóïõò äåóìïýò, üóá åßíáé ôá çìéóõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ óôçí ðåñéóóüôåñï óôáèåñÞ äéÜôáîç ôùí áôüìùí ôïõò. Ôá Be, B êáé C ó÷çìáôßæïõí ðåñéóóüôåñïõò äåóìïýò áðü áõôü ôïí áñéèìü (äçë. ôùí çìéóõìðëçñùìÝíùí ôñï÷éáêþí), ãéáôß ìåñéêÜ áðü ôá çëåêôñüíéá, ðïõ êáíïíéêÜ âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá êáôÜ äõÜäåò óôï êÜèå ôñï÷éáêü, Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá ðñïùèçèïýí åýêïëá óå êåíÜ ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò. ¸ôóé, ôï Be, ôï ïðïßï Ý÷åé ùò ðåñéóóüôåñï óôáèåñÞ äéÜôáîç ôçí 2s 2, åßíáé äõíáôüí íá ôçí áëëÜîåé óôçí 2s2p. Óýìöùíá ìå áõôÞí ôçí ôåëåõôáßá äéÜôáîç, äéáèÝôåé äýï çìéóõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ êáé ìðïñåß íá ó÷çìáôßóåé äýï äåóìïýò. Êáô' áíáëïãßá, ôï âüñéï åßíáé äõíáôüí íá ìåôáðÝóåé áðü ôç äéÜôáîç 2s 22p óôç äéÜôáîç 2s2px2py êáé íá ó÷çìáôßóåé ôñåéò äåó ìïýò, åíþ ï Üíèñáêáò ìåôáðßðôåé áðü ôç äéÜôáîç 2s 22p x2p y óôçí

2s2px2py2pz êáé ó÷çìáôßæåé ôÝóóåñéò äåóìïýò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ôï ìüñéï ÍÇ2 Ý÷åé áêüìç äõíáôüôçôá äçìéïõñãßáò äåóìþí êáé ãé' áõôü åìöáíßæåôáé åîáéñåôéêÜ äñáóôéêü. Ôï ìüñéï Í2Ç4 (õäñáæßíç) åßíáé ðïëý ðéï óôáèåñü. Íá ó÷åäéÜóåôå, ìå ôç âïÞèåéá ôùí çëåêôñïíéáêþí ôýðùí, ôïõò äåóìïýò ôçò õäñáæßíçò. Åðßóçò, íá ãñÜøåôå ôï óõíôáêôéêü ôçò ôýðï. 2 Íá ó÷åäéÜóåôå ìå ôç âïÞèåéá ôùí ôñï÷éáêþí êáé ôùí çëåêôñïíéáêþí ôýðùí ôï êáèÝíá áðü ôá ðáñáêÜôù ìüñéá: OF, O2F2, HOF, HFO2. Ðïéï áðü áõôÜ ðñÝðåé íá åßíáé ðéï äñáóôéêü; 3. Íá ó÷åäéÜóåôå ôïõò çëåêôñïíéáêïýò ôýðïõò ôùí ìïñßùí CH3, CF3, CHF3, CH2F2, CH3F. Ðïéï èá åßíáé åîáéñåôéêÜ äñáóôéêü; 4. Íá ó÷åäéÜóåôå ôïí çëåêôñïíéáêü êáé ôï óõíôáêôéêü ôýðï ôïõ ìïñßïõ C2H6 (áéèÜíéï), ôï ïðïßï ó÷çìáôßæåôáé, áí åíùèïýí äýï ìüñéá CH3. Ná åîçãÞóåôå ãéáôß ôï C2H6 åßíáé ðïëý ëéãüôåñï äñáóôéêü áðü ôï CH3.

KÜðïéïé äåóìïß Ý÷ïõí éïíôéêü ÷áñáêôÞñá 14.13 Ôï åßäïò ôïõ äåóìïý óôï áÝñéï öèïñéïý÷ï ëßèéï. Ï ÷çìéêüò äåóìüò óôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ, Ç2 ïíïìÜóèçêå ïìïéïðïëéêüò. Áõôü óçìáßíåé üôé ôá çëåêôñüíéá äéáìïéñÜæïíôáé Ýôóé, þóôå íá âñßóêïíôáé ôáõôü÷ñïíá êáé êáôÜ êÜðïéï ôñüðï åîßóïõ êïíôÜ óôïõò äýï ðõñÞíåò. Ôá äýï Üôïìá õäñïãüíïõ ãßíïíôáé ìå áõôüí ôïí ôñüðï ðéï óôáèåñÜ, åíþ áõôü äéêáéïëïãåß êáé ôç äçìéïõñãßá åíüò ÷çìéêïý äåóìïý. ¼ëïé ïé ÷çìéêïß äåóìïß äçìéïõñãïýíôáé, åðåéäÞ åßíáé äõíáôüí íá ôïðïèåôçèïýí ôá çëåêôñüíéá ôáõôü÷ñïíá êïíôÜ óå äýï ðõñÞíåò. ¼ìùò, óõìâáßíåé óõ÷íÜ ôá äéáìïéñáæüìåíá çëåêôñüíéá,

íá ìçí åßíáé åîßóïõ ìïéñáóìÝíá. ÌåñéêÝò öïñÝò ôá çëåêôñüíéá, áí êáé âñßóêïíôáé êïíôÜ êáé óôïõò äýï ðõñÞíåò, ôåßíïõí íá ðëçóéÜóïõí ðåñéóóüôåñï ôïí Ýíá ðõñÞíá. Ôï ãéáôß ìðïñåß êÜðïéïò íá ôï êáôáëÜâåé, áí óõãêñßíåé ôïõò äåóìïýò ôïõ áåñßïõ öèïñßïõ, F2, êáé ôïõ áåñßïõ öèïñéïý÷ïõ ëéèßïõ, LiF. O äåóìüò óôï ìüñéï ôïõ F2 áíáöÝñèçêå ðñïçãïõìÝíùò. ÅðåéäÞ êáíÝíá áðü ôá Üôïìá ôïõ öèïñßïõ äåí ìðïñåß íá Ýëîåé Ýíá çëåêôñüíéï êáé íá ôï áðïóðÜóåé áðü ôï Üëëï, «óõìâéâÜæïíôáé» êáé ìïéñÜæïíôáé Ýíá æåýãïò çëåêôñïíßùí. Ôé ãßíåôáé üìùò ìå ôï ÷çìéêü äåóìü ôïõ ìïñßïõ ôïõ öèïñéïý÷ïõ ëéèßïõ; Óýìöùíá ìå üóá áíáöÝñèçêáí ðñïçãïõìÝíùò

346

ôï ëßèéï Ý÷åé Ýíá çëåêôñüíéï óèÝíïõò. Ìðïñåß íá ìïéñáóèåß Ýíá æåýãïò çëåêôñïíßùí ìå Ýíá Üôïìï öèïñßïõ, üðùò äåß÷íïõí êáé ïé åðüìåíåò áðåéêïíßóåéò: 1s Li F

2p

2p :

Þ

1s 2s

2s

:

Li : F :

ÁíáìÝíåôáé íá ðñïêýøåé Ýíá óôáèåñü ìüñéï, ôï LiF. Ï üñïò «óôáèåñü» óçìáßíåé êáé ðÜëé üôé ðñïêåéìÝíïõ íá äéáóðáóèåß ôï ìüñéï áðáéôåßôáé åíÝñãåéá. Ç Ýíåñãåéá ôùí ìïñßùí åßíáé ÷áìçëüôåñç áðü áõôÞí ôùí áôüìùí ðïõ áíôÝäñáóáí, ãéáôß ôï æåýãïò çëåêôñïíßùí ôï ïðïßï ó÷çìÜôéóå ôï äåóìü äÝ÷åôáé ôáõôü÷ñïíá ôéò Ýëîåéò êáé ôùí äýï ðõñÞíùí, ôüóï ôïõ ëéèßïõ üóï êáé ôïõ öèïñßïõ. Áõôü âÝâáéá äå óçìáßíåé üôé ôá çëåêôñüíéá ìïéñÜæïíôáé åîßóïõ. Óå ôåëåõôáßá áíÜëõóç, ôá Üôïìá ôïõ ëéèßïõ êáé ôïõ öèïñßïõ Ýëêïõí ôá çëåêôñüíéá ìå äéáöïñåôéêÞ Ýíôáóç. Áõôü öáßíåôáé êáé áðü ôéò åíÝñãåéåò éïíôéóìïý (É) ôùí äýï áõôþí áôüìùí: (á) F Õ (á) F+ + (á)e– I = 401,5 kcal/mole (á) Li Õ (á) Li+ + (á) e– I = 124,3 kcal/mole

Eßíáé óáöÝò üôé ôï Üôïìï ôïõ öèïñßïõ óõãêñáôåß ôá çëåêôñüíéÜ ôïõ ðïëý ðéï Ýíôïíá áðü ü,ôé ôï Üôïìï ôïõ ëßèéïõ. Ùò áðïôÝëåóìá, ôï çëåêôñïíéáêü æåýãïò óôï äåóìü ôïõ öèïñéïý÷ïõ ëéèßïõ Ýëêåôáé åðßóçò ðéï Ýíôïíá ðñïò ôï Üôïìï ôïõ öèïñßïõ áðü ü,ôé ðñïò áõôü ôïõ ëéèßïõ. Ç åíÝñãåéá åßíáé ÷áìçëüôåñç, áí ôá çëåêôñüíéá âñßóêïíôáé ðéï êïíôÜ óôï Üôïìï ôïõ öèïñßïõ. ¼ôáí ôá çëåêôñüíéá ôïõ äåóìïý êéíïýíôáé ðëçóéÜæïíôáò ôï Ýíá áðü ôá äýï Üôïìá, ëÝìå üôé ï äåóìüò Ý÷åé éïíôéêü ÷áñáêôÞñá. Óôçí ðéï áêñáßá ðåñßðôùóç ôá çëåêôñüíéá ôïõ äåóìïý Ýñ÷ïíôáé ôüóï ðïëý êïíôÜ óôï Ýíá áðü ôá Üôïìá, þóôå ôï Üôïìï áõôü Ý÷åé ïõóéáóôéêÜ ôçí êáôáíïìÞ çëåêôñïíßùí ôïõ áñíçôéêïý éüíôïò. Áõôü óõìâáßíåé êáé óôçí ðåñßðôùóç ôïõ áåñßïõ LiF, êáé ðåñéãñÜöåôáé ùò åîÞò:

¼ôáí ôýðïé áõôïý ôïõ åßäïõò áðïôåëïýí ìéá ÷ñÞóéìç âÜóç ãéá ôç ìåëÝôç ôùí éäéïôÞôùí åíüò ìïñßïõ, ôüôå ï äåóìüò ìÝóá óå áõôü ôï ìüñéï

ëÝãåôáé üôé åßíáé éïíôéêüò äåóìüò. Óýãêñéóç ôïõ ïìïéïðïëéêïý êáé ôïõ éïíôéêïý äåóìïý. Ôï ìüñéï ôïõ öèïñßïõ áðïôåëåßôáé áðü äýï Üôïìá, ôá ïðïßá óõãêñáôïýíôáé åíùìÝíá åîáéôßáò ôçò åðß ðëÝïí åíÝñãåéáò, ôçí ïðïßá áðïêôÜ ôï ìüñéï áõôü, üôáí ôï æåýãïò ôùí çëåêôñïíßùí ôïõ äåóìïý ôïõò âñåèåß ôáõôü÷ñïíá êïíôÜ óå äýï ðõñÞíåò öèïñßïõ. Ôá çëåêôñüíéá êéíïýíôáé ãýñù áðü ôá Üôïìá áëëÜ ìÝóá óôï ìüñéï êáôÜ ôÝôïéï ôñüðï, þóôå êáôÜ ìÝóï üñï íá âñßóêïíôáé óõììåôñéêÜ êáôáíåìçìÝíá áíÜìåóá êáé ãýñù áðü ôïõò äýï üìïéïõò ðõñÞíåò öèïñßïõ. Ç óõììåôñéêÞ áõôÞ êáôáíïìÞ åßíáé ç öõóéêÞ óõíÝðåéá ôçò ßóçò Ýëîåùò ðïõ áóêïýí ïé äýï ðõñÞíåò ôïõ öèïñßïõ óôá çëåêôñüíéá ôïõ äåóìïý. Ôï ìüñéï ôïõ öèïñéïý÷ïõ ëéèßïõ óõãêñáôåßôáé åðßóçò áðü ôçí áõîçìÝíç åíÝñãåéá ðïõ óõíåðÜãåôáé ç ôïðïèÝôçóç åíüò óõíäåôéêïý æåýãïõò çëåêôñïíßùí ôáõôü÷ñïíá êïíôÜ óôá Üôïìá ëéèßïõ êáé öèïñßïõ. Óå áõôÞí üìùò ôçí ðåñßðôùóç, ôá çëåêôñüíéá êéíïýíôáé Ýôóé, þóôå íá ðáñáìÝíïõí ðëçóéÝóôåñá óôï Üôïìï ôïõ öèïñßïõ áðü ü,ôé óôï Üôïìï ôïõ ëéèßïõ. Ôï öèüñéï Ýëêåé ôá çëåêôñüíéá ðïëý éó÷õñüôåñá áðü ü,ôé ôï ëßèéï. Åßíáé ðéá öáíåñü üôé äåí õðÜñ÷åé ðáñÜ ìüíï ìßá áñ÷Þ, ç ïðïßá äéÝðåé ôï ó÷çìáôéóìü åíüò ÷çìéêïý äåóìïý áíÜìåóá óå äýï Üôïìá. Ïé äåóìïß ó÷çìáôßæïíôáé åðåéäÞ ôá çëåêôñüíéá ôïðïèåôïýíôáé ôáõôü÷ñïíá êïíôÜ óå äýï èåôéêïýò ðõñÞíåò. Ìå ôïí üñï ïìïéïðïëéêüò äåóìüò õðïäçëþíåôáé üôé ç ðéï óôáèåñÞ êáôáíïìÞ çëåêôñïíßùí (üóïí áöïñÜ óôçí åíÝñãåéá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí) åßíáé óõììåôñéêÞ áíÜìåóá óôá äýï Üôïìá. ¼ôáí ôá çëåêôñüíéá ôïõ äåóìïý âñßóêïíôáé ëßãï ðéï êïíôÜ óôï Ýíá áðü ôá äýï Üôïìá, ëÝãåôáé üôé ï äåóìüò Ý÷åé éïíôéêü ÷áñáêôÞñá. Ï üñïò éïíôéêüò äåóìüò ÷ñçóéìïðïéåßôáé, üôáí ôá çëåêôñüíéá âñßóêïíôáé ôüóï ðïëý ìåôáôïðéóìÝíá ðñïò ôï Ýíá Üôïìï, þóôå èá Þôáí äõíáôüí êáôÜ ðñïóÝããéóç íá ðáñáóôáèïýí ôá óõíäåüìåíá Üôïìá ùò Ýíá æåýãïò éüíôùí ðïëý êïíôÜ ôï Ýíá ìå ôï Üëëï. Óôï ó÷Þìá 14-7 äßíåôáé ó÷çìáôéêÜ ï ôñüðïò ôçò êáôáíïìÞò ôùí çëåêôñïíßùí óôïí ïìïéïðïëéêü, óôï ìåñéêþò éïíôéêü êáé óôïí éïíôéêü äåóìü. Ôï ó÷Þìá äåß÷íåé ðþò èá Ýìïéáæáí ôá çëåêôñüíéá óå êÜðïéï óôéãìéüôõðï. Óôï êÜèå åßäïò äåóìïý, ïé Ýëîåéò áíÜìåóá óå çëåêôñüíéá êáé ôïí ðõñÞíá åßíáé áõôÝò ðïõ äçìéïõñãïýí ôçí åíÝñãåéá óôáèåñïðïéÞóåùò ôïõ ìïñßïõ. Ôï çëåêôñéêü äßðïëï ôïõ éïíôéêïý äåóìïý. Óå Ýíáí éïíôéêü äåóìü, ç ìåôáôüðéóç ôïõ áñíçôéêïý çëåêôñéêïý öïñôßïõ ðñïò ôçí ðëåõñÜ ôïõ åíüò

347

Ïìïéïðïëéêüò äåóìüò

áõôü. ÄéáöïñåôéêÜ, èá ôï ìÜèåôå óôï êåöÜëáéï 17. ÕðÜñ÷ïõí ìåñéêïß áðëïß ôñüðïé, ãéá íá ðáñáóôáèåß Ýíá ðïëéêü ìüñéï. ÊÜðïéïé áðü áõôïýò áíáöÝñïíôáé óôï ó÷Þìá 14-8. Ç ðáñÜóôáóç ìå ôç ÷ñÞóç âÝëïõò åßíáé áõôÞ ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé åõñýôåñá. Óõíçèßæåôáé ç êåöáëÞ ôïõ âÝëïõò íá ðáñéóôÜíåé ôï áñíçôéêü Üêñï ôïõ ìïñßïõ. Ï ðñïóáíáôïëéóìüò (= êáôåýèõíóç) ôïõ âÝëïõò õðïäçëþíåé üôé ç äýíáìç ðïõ áõôü ôï ìüñéï áóêåß ðÜíù óå Ýíá Üëëï ìüñéï åîáñôÜôáé áðü ôïí ðñïóáíáôïëéóìü ôïõ äåõôÝñïõ ìïñßïõ.

_

F_F

F F _

Ïìïéïðïëéêüò äåóìüò ìå ìåñéêþò éïíôéêü ÷áñáêôÞñá F _ Cl

_ F

Cl _

Éïíôéêüò äåóìüò

_

F _ Li

F

Li

_

Ó×ÇÌÁ 14-7. Ï ïìïéïðïëéêüò äåóìüò (ðÜíù) åìöáíßæåé ïõäÝôåñï óõíïëéêü öïñôßï áíÜìåóá óôá óùìáôßäéá ðïõ ðñïóåããßæïõí ôï Ýíá ôï Üëëï. Ôï êåíôñéêü ìüñéï Ý÷åé ìåñéêþò éïíôéêü ÷áñáêôÞñá êáé ôï êÜôù ìüñéï åßíáé éïíôéêü.

áôüìïõ äçìéïõñãåß äéá÷ùñéóìü ôïõ öïñôßïõ. Áõôü èá ìðïñïýóå íá ðáñáóôáèåß áõèáßñåôá, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 14-7. Ôï ìüñéï åßíáé çëåêôñéêÜ èåôéêü óôç ìåñéÜ ôïõ ëéèßïõ êáé çëåêôñéêÜ áñíçôéêü óôç ìåñéÜ ôïõ öèïñßïõ. ¸ôóé, ó÷çìáôßæåôáé Ýíá çëåêôñéêü äßðïëï. ÊÜèå ìüñéï áõôïý ôïõ åßäïõò, ôï ïðïßï êáôÝ÷åé äýï äéáöïñåôéêÜ êÝíôñá (Þ ðüëïõò) çëåêôñéêïý öïñôßïõ, åßíáé ãíùóôü ùò ðïëéêü ìüñéï. ÊÜèå ðïëéêü ìüñéï åßíáé çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñï åðåéäÞ ôá êÝíôñá ôùí öïñôßùí ôïõ Þ ïé ðüëïé åßíáé ßóá óå ìÝãåèïò, áëëÜ Ý÷ïõí áíôßèåôï ðñüóçìï. Ôá ðïëéêÜ ìüñéá Ý÷ïõí êÜðïéåò óçìáíôéêÝò éäéüôçôåò, ïé ïðïßåò äéáöÝñïõí áðü åêåßíåò ðïõ åìöáíßæïõí ôá ìç ðïëéêÜ ìüñéá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ïé äõíÜìåéò ðïõ áóêïýí ìåôáîý ôïõò ôá ðïëéêÜ ìüñéá åßíáé ðïëý éó÷õñüôåñåò áðü åêåßíåò, ïé ïðïßåò áóêïýíôáé áðü ìç ðïëéêÜ ìüñéá. Ðéèá íüôáôá, ìðïñåßôå íá ìáíôÝøåôå ãéáôß óõìâáßíåé

14.14 O éïíôéêüò ÷áñáêôÞñáò ôùí äåóìþí ôïõ öèïñßïõ. Ôá óõìðåñÜóìáôá ðïõ ìüëéò áíáöÝñèçêáí åðáëçèåýïíôáé óôçí ðåñßðôùóç äåóìþí, ôïõò ïðïßïõò ó÷çìáôßæåé ôï öèüñéï ìå Üëëá óôïé÷åßá. Ïé åíÝñãåéåò éïíôéóìïý ôùí óôïé÷åßùí äßíïõí ìéá êáôÜ ðñïóÝããéóç Ýíäåéîç ôïõ ìåãÝèïõò ôùí Ýëîåùí çëåêôñïíßïõ - ðõñÞíá. Óôïí ðßíáêá 14.2 óõãêñßíïíôáé ïé åíÝñãåéåò éïíôéóìïý ôïõ öèïñßïõ êáé Üëëùí óôïé÷åßùí ôçò äåýôåñçò óåéñÜò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. Óôçí ôåëåõôáßá óôÞëç ôïõ ðßíáêá 14.2 ðåñéãñÜöåôáé ôï åßäïò ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý, ï ïðïßïò ó÷çìáôßæåôáé óôçí êÜèå ðåñßðôùóç. Ç ôÜóç áðü ôïí ïìïéïðïëéêü óôïí éïíôéêü äåóìü (êáé áíôßóôñïöá) ïöåßëåôáé óôç ìåßùóç (Þ áýîçóç) ôùí åíåñãåéþí éïíôéóìïý ôùí óôïé÷åßùí ðïõ óõíäÝïíôáé ìå ôï F. Ç ôÜóç óôïí ôýðï ôïõ äåóìïý åðçñåÜæåé óçìáíôéêÜ ôçí ôÜóç ôùí ÷çìéêþí éäéïôÞôùí áõôþí ôùí åíþóåùí.

14.15 Ï éïíôéêüò ÷áñáêôÞñáò ôùí äåóìþí õäñïãüíïõ. Ìüíï ôïõ ôï óôïé÷åßï õäñïãüíï èá ìðïñïýóå íá ÷áñáêôçñéóèåß ùò ïëüêëçñç ïéêïãÝíåéá. Li+

F

_

+

_ +

_ +

_

Ó×ÇÌÁ 14-8. O éïíôéêüò äåóìüò ôïõ öèïñéïý÷ïõ ëéèßïõ äçìéïõñãåß Ýíá äßðïëï ìå èåôéêü öïñôßï óôïí ðõñÞíá ôïõ ëéèßïõ êáé áñíçôéêü öïñôßï óå åêåßíïí ôïõ öèïñßïõ. Óõ÷íÜ, ôï äßðïëï óõìâïëßæåôáé ìå Ýíá âÝëïò.

348

Linus C. Pauling (1901 ‐ 1994)

H öÞìç ôïõ Linus Pauling áðëþèçêå ðÝñá áðü ôïõò ôïß÷ïõò ôïõ åñãáóôçñßïõ ôïõ. Ï Pauling êáé ç Ìarie Curie åßíáé ïé ìüíïé Üíèñùðïé ðïõ ôéìÞèçêáí ìå äýï âñáâåßá Íüìðåë. Ôï 1954 Ýëáâå ôï Íüìðåë ×çìåßáò «ãéá ôçí ÝñåõíÜ ôïõ ãýñù áðü ôç öýóç ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý», êáé ôï 1962 ôï âñáâåßï Íüìðåë ÅéñÞíçò «ãéá ôçí áíôßèåóÞ ôïõ óå üëåò ôéò óõññÜîåéò ãéá ôçí åðßëõóç ôùí äéåèíþí äéáöïñþí». Óôçí áñ÷Þ ôçò óôáäéïäñïìßáò ôïõ óôï Ôå÷íïëïãéêü Éíóôéôïýôï ôçò Êáëéöüñíéáò, üðïõ êáé äéåîÞãáãå ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôçò åðéóôçìïíéêÞò åñãáóßáò ôïõ, áîéïðïßçóå ôçí ðåñßèëáóç ôùí áêôßíùí‐X (ç ïðïßá ðåñéãñÜöåôáé óôï êåöÜëáéï 15), ãéá íá ìåôñÞóåé ôçí áðüóôáóç ôùí áôüìùí ìÝóá óå ìüñéá êáé óå êñõóôÜëëïõò. Áõôü ôïí ïäÞãçóå óå åíôáôéêÞ ìåëÝôç ôçò äïìÞò áõôþí ôùí åíþóåùí êáé ôùí äõíÜìåùí ðïõ ôéò óõãêñáôïýí. Ôï 1939 äçìïóßåõóå ôçí åñãáóßá ç «Öýóç ôïõ ×çìéêïý Äåóìïý». ÁõôÞ ç åñãáóßá ôïõ åðçñÝáóå óçìáíôéêÜ ôçí Ýñåõíá óå üëïõò ôïõò ôïìåßò ôçò ÷çìåßáò. Óôï âéâëßï áõôü

ðåñéÝãñáøå ôç öýóç ôùí ïìïéïðïëéêþí êáé ôùí éïíôéêþí äåóìþí, åîÝôáóå ôï ñüëï ðïõ ðáßæïõí ôá õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ óôïõò äåóìïýò êáé äéåôýðùóå ôç èåùñßá ôïõ óõíôïíéóìïý ãéá íá åîçãÞóåé êÜðïéåò áðü ôéò éäéáéôåñüôçôåò óôç óõìðåñéöïñÜ ôïõ âåíæïëßïõ êáé Üëëùí ìïñßùí (ôá õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ êáé ï óõíôïíéóìüò åîåôÜæïíôáé óôï êåöÜëáéï 15). ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò èçôåßáò ôïõ óôï Ôå÷íïëïãéêü Éíóôéôïýôï ôçò Êáëéöüñíéáò óõíÝâáëå ôá ìÝãéóôá þóôå íá ãßíåé áõôü ôï ßäñõìá Ýíá áðü ôá ìåãáëýôåñá åñåõíçôéêÜ âéï÷çìéêÜ êÝíôñá ôïõ êüóìïõ. ÅöÞñìïóå ôéò ôå÷íéêÝò ôçò öõóéêï÷çìåßáò ãéá ôçí åðßëõóç ðïëëþí éáôñéêþí ðñïâëçìÜôùí. ÌåëÝôçóå ôç äïìÞ ôùí ðñùôåúíþí, áíÜìåóá óôéò ïðïßåò êáé ôá êýôôáñá ôùí åñõèñþí áéìïóöáéñßùí, êáé ðñüôåéíå ôïí üñï «ìïñéáêÞ áóèÝíåéá» ãéá ïñéóìÝíïõò ôýðïõò äéáíïçôéêþí ðáèÞóåùí. Åíþ åñãáæüôáí ðÜíù óôá ðñïâëÞìáôá ðïõ áöïñïýóáí ôçí êëçñïíïìéêüôçôá, Üñ÷éóå íá åíäéáöÝñåôáé üëï êáé ðåñéóóüôåñï ãéá ôá ðñïâëÞìáôá ðïõ óõíåðÜãåôáé ðéèáíüò ðõñçíéêüò ðüëåìïò êáé ãéá ôçí áðåéëÞ ôùí óïâáñþí ãåíåôéêþí êáôáóôñïöþí, ïé ïðïßåò ðñïêáëïýíôáé áðü ôá ñáäéåíåñãÜ êáôÜëïéðá ôùí äïêéìþí ôùí ðõñçíéêþí üðëùí, ðïõ äéåîÜãïíôáé óôçí áôìüóöáéñá. Óôéò áñ÷Ýò ôïõ 1958 õðÝâáëå óôá ÇíùìÝíá ¸èíç ìéá áßôçóç, ðïõ Ýöåñå ôéò õðïãñáöÝò 9235 åðéóôçìüíùí êáé ìå ôç ïðïßá æçôïýóå áðü ôïí ïñãáíéóìü áõôüí íá êáôáäéêÜóåé ôç äéåîáãùãÞ êáé Üëëùí áôìïóöáéñéêþí äïêéìþí ìå ðõñçíéêÜ üðëá. Ïé ðñïóðÜèåéÝò ôïõ ïäÞãçóáí ó÷åäüí áìÝóùò óå êïéíÞ áíáóôïëÞ ôùí áôìïóöáéñéêþí ðõñçíéêþí äïêéìþí^ åðß ðëÝïí õðåãñÜöç ìéá êáôáäéêáóôéêÞ áðüöáóç ôùí äïêéìþí áðü ðåñéóóüôåñá áðü 100

349

ÐÉÍÁÊÁÓ 14.2. Ôýðïé äåóìþí óå ìåñéêÝò åíþóåéò ôïõ öèïñßïõ. ÅíÝñãåéåò éïíôéóìïý (Kcal/mole) ¸íùóç

Äåóìüò

FF OF2

F-F O-F

F O

401,5 313,8

401,5 401,5

NF3

Í-F

N

335

401,5

CF4

C-F

C

259,5

401,5

BF3 BeF2

B-F Be-F

Óôïé÷åßï óõíäåüìåíï ìå F

B Be

191,2 214,9

Öèüñéï

Ôýðïò äåóìïý Ïìïéïðïëéêüò åëáöñÜ éïíôéêüò áõîáíüìåíïò éïíôéêüò ÷áñáêôÞñáò áõîáíüìåíïò ïìïéïðïëéêüò ÷áñáêôÞñáò

401,5 401,5

åëáöñÜ ïìïéïðïëéêüò LiF

Li-F

Li

124,3

Óõ÷íÜ ëüãù ôçò ÷çìéêÞò óõìðåñéöïñÜò ôïõ äéáêñßíåôáé áðü ôá õðüëïéðá óôïé÷åßá ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. Áõôü óõìâáßíåé êáé óôçí ðåñßðôùóç ðïõ åðé÷åéñåßôáé ç ðñüâëåøç ôïõ éïíôéêïý ÷áñáêôÞñá ôùí äåóìþí ôïõ õäñïãüíïõ. Ç åíÝñãåéá éïíôéóìïý ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ 313,6 Kcal/mole, âñßóêåôáé ðïëý êïíôÜ óå áõôÞí ôïõ öèïñßïõ. ÊáôÜ óõíÝðåéá, óôï ÇF èá ðñÝðåé íá áíáìÝíåôáé Ýíáò ïìïéïðïëéêüò äåóìüò áíÜìåóá óå áõôÜ ôá äýï Üôïìá. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá üìùò ïé éäéüôçôåò ôïõ HF äåß÷íïõí üôé ôï ìüñéï äéáèÝôåé óçìáíôéêÞ äéðïëéêÞ ñïðÞ, åíäåéêôéêÞ ôïõ éïíôéêïý ÷áñáêôÞñá ôïõ äåóìïý. Ôï ßäéï óõìâáßíåé êáé óôçí ðåñßðôùóç ôùí äåóìþí Ï-Ç ôïõ íåñïý êáé, óå ìéêñüôåñç êëßìáêá, óôçí ðåñßðôùóç ôùí äåóìþí Í-Ç ôçò áììùíßáò. Äåí åßíáé äõíáôüí íá ðñïâëÝøïìå ôïí éïíôéêü ÷áñáêôÞñá ôùí äåóìþí ìå õäñïãüíï ìåôñþíôáò ôéò åíÝñãåéåò éïíôéóìïý ôïõò. ¸÷ïõí åîåôáóèåß ïé éäéüôçôåò ðïëëþí åíþóåùí, ðïõ ðåñéÝ÷ïõí õäñïãüíï. Ìå âÜóç áõôÝò ôéò éäéüôçôåò, Ý÷åé ãßíåé åêôßìçóç ôïõ éïíôéêïý ÷áñáêôÞñá ôùí äåóìþí õäñïãüíïõ. ÐñáêôéêÜ, åìöáíßæïõí ü,ôé èá ðåñßìåíå êÜðïéïò áðü äåóìïýò ìå Ýíá óôïé÷åßï, ðïõ Ý÷åé åíÝñãåéá

401,5

éïíôéêüò

éïíôéóìïý ðåñßðïõ 200 kcal/mole. ¸ôóé, ï äåóìüò õäñïãüíïõ - öèïñßïõ óôï HF åßíáé éïíôéêüò. Ôá çëåêôñüíéá êáôåõèýíïíôáé ðñïò ôï Üôïìï ôïõ öèïñßïõ êáé áöÞíïõí ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ ìå êÜðïéï èåôéêü öïñôßï. Ôï õäñïãüíï äñá ùò óôïé÷åßï ìå ìéêñüôåñç åíÝñãåéá éïíôéóìïý áðü áõôÞí ôïõ öèïñßïõ. Ôï ßäéï, áí êáé óå ìéêñüôåñç Ýêôáóç, éó÷ýåé ãéá ôï õäñüãïíï, ôï ïðïßï óõíäÝåôáé ìå ïîõãüíï êáé Üæùôï. Ï äåóìüò Üíèñáêá - õäñïãüíïõ åìöáíßæåé ìüíï åëáöñÜ éïíôéêü ÷áñáêôÞñá. Óôçí Üëëç Üêñç ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá, ôï áÝñéï õäñßäéï ôïõ ëéèßïõ åßíáé ãíùóôü üôé äéáèÝôåé óçìáíôéêÞ äéðïëéêÞ ñïðÞ, áëëÜ áíôßóôñïöç. Óôï LiH ôá çëåêôñüíéá êáôåõèýíïíôáé ðñïò ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ êáé áöÞíïõí ôï Üôïìï ôïõ ëéèßïõ ìå êÜðïéï èåôéêü öïñôßï. Áõôü âñßóêåôáé óå óõìöùíßá ìå ôç ÷áìçëÞ åíÝñãåéá éïíôéóìïý ôïõ ëéèßïõ, 124,3 kcal/mole, áñêåôÜ ðéï êÜôù áðü ôçí ôéìÞ ôùí 200 kcal/mole ðïõ áíôéóôïé÷ïýí óôï õäñïãüíï. Ãéá ôïõò äéêïýò óáò óêïðïýò, áñêåß íá åîåôÜóåôå ôçí éêáíüôçôá ôïõ õäñïãüíïõ íá ó÷çìáôßæåé äåóìïýò ìå âÜóç ìéá öáéíüìåíç åíÝñãåéá éïíéóìïý êïíôÜ óôá 200 Kcal/mole.

350

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

14.16 ÏìïéïðïëéêÝò êáé éïíôéêÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá åíüò ðñïçãïõìÝíïõ ðåéñÜìáôïò (êåöÜëáéï 9, ðáñÜãñ. 9.10) äéáâéâÜóáôå çëåêôñéêü ñåýìá äéÜ ìÝóïõ åíüò äéáëýìáôïò, ðïõ ðåñéåß÷å éüíôá. ¼ôáí äåí õðÞñ÷áí éüíôá, äåí ðåñíïýóå ñåýìá áðü ôï êýêëùìá. Óôï êåöÜëáéï áõôü ìÜèáôå üôé ïìïéïðïëéêïß äåóìïß ó÷çìáôßæïíôáé, üôáí äýï Üôïìá óõíåéóöÝñïõí áìïéâáßá çëåêôñüíéá. Åßíáé äõíáôüí ôá çëåêôñüíéá íá ôá ìïéñÜæïíôáé êáôÜ ôÝôïéï ôñüðï, þóôå êáôÜ ìÝóï üñï íá âñßóêïíôáé åîßóïõ êïíôÜ êáé óôïõò äýï ðõñÞíåò ôùí áôüìùí. ÌÜèáôå åðßóçò üôé ïé äåóìïß áðïêôïýí éïíôéêü ÷áñáêôÞñá, üôáí ôá çëåêôñüíéÜ ôïõò âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá ðïëý ðéï êïíôÜ óôï Ýíá Üôïìï áðü ü,ôé óôï Üëëï. Eßíáé åõíüçôï íá áíáñùôéÝôáé êÜðïéïò áí ôá çëåêôñüíéá óôïí éïíôéêü äåóìü ìðïñïýí íá âñåèïýí ôüóï êïíôÜ óôïí Ýíá ðõñÞíá êáé ôüóï ìáêñéÜ áðü ôïí Üëëï, þóôå üôáí ç ïõóßá ôç÷èåß, íá åìöáíéóèïýí éüíôá. Áí ðñÜãìáôé óõìâáßíåé áõôü, ôï õãñü èá ðñÝðåé íá Üãåé ôï çëåêôñéêü ñåýìá êáé åóåßò èá åßóôå óå èÝóç íá åðéâåâáéþóåôå üôé ïé äåóìïß ðïõ óõíäÝïõí ôá Üôïìá Ý÷ïõí éïíôéêü ÷áñáêôÞñá. Áíôßèåôá, áí ôï õãñü äåí Üãåé êÜðïéá ðïóüôçôá çëåêôñéêïý ñåýìáôïò, èá ìðïñÝóåôå íá óõìðåñÜíåôå üôé äåí õðÞñ÷áí éüíôá êáé üôé ïé äåóìïß ðñÝðåé íá Þôáí êõñßùò ïìïéïðïëéêïß. ¼ôáí Ý÷åôå ðñïóäéïñßóåé ôç öýóç ôùí äåóìþí êÜðïéáò ïõóßáò, èá åßíáé åíäéáöÝñïí íá ìÜèåôå áí õðÜñ÷åé êÜðïéá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôï ÷áñáêôÞñá ôùí äåóìþí êáé ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï óõìðåñéöÝñåôáé ç ïõóßá, üôáí âñßóêåôáé äéáëõìÝíç óå íåñü. ÓÊÏÐÏÓ

Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß ï êáèçãçôÞò óáò èá ìåôñÞóåé ôçí áãùãéìüôçôá äýï ïìÜäùí áíáëüãùí õëéêþí. Ç ðñþôç ïìÜäá ðåñéëáìâÜíåé ôï ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï, NaCl, ôïí ôåôñá÷ëùñÜíèñáêá, CCl4, êáé ôï õäñï÷ëþñéï, HCl. Ç äåýôåñç ïìÜäá ðåñéëáìâÜíåé ôï êáõóôéêü íÜôñéï, NaOH, êáé ôç ìåèáíüëç, CH3OH. ¼ôáí ôá ìÝëç ôçò ðñþôçò ïìÜäáò èá Ý÷ïõí ðñïóôåèåß óôï íåñü, èá áíé÷íåõèåß ç ðáñïõóßá ÷ëùñéïý÷ùí éüíôùí ìÝóá óôá äéáëýìáôá ìå ôçí ðñïóèÞêç áñáéïý äéáëýìáôïò íéôñéêïý áñãýñïõ. Ôá äéáëýìáôá ôïõ íéôñéêïý áñãýñïõ ðåñéÝ÷ïõí éüíôá áñãýñïõ, ôá ïðïßá óõíäÝïíôáé ìå ôá ÷ëùñéïý÷á éüíôá êáé ó÷çìáôßæïõí Ýíá ëåõêü ßæçìá. Ç ðáñïõóßá ôùí õäñïîõëéüíôùí ôçò äåýôåñçò ïìÜäáò èá áíé÷íåõèåß ìå ôçí ðñïóèÞêç áñáéïý äéáëýìáôïò ÷ëùñéïý÷ïõ óéäÞñïõ (ÉÉÉ), ôï ïðïßï ðåñéÝ÷åé éüíôá óéäÞñïõ (ÉÉÉ). Ôá éüíôá ôïõ ôñéóèåíïýò óéäÞñïõ, ðáñïõóßá õäñïîõëéüíôùí, äçìéïõñãïýí Ýíá ÷áñáêôçñéóôéêü ßæçìá. ÕËÉÊÁ

ÏñèïóôÜôçò êáé äáêôýëéïò Ëý÷íïò ÓõñìÜôéíï ôñßãùíï ðõñáêôþóåùò 2 ÷ùíåõôÞñéá ðïñóåëÜíçò 5 äïêéìáóôéêïß óùëÞíåò, 18 x 150 mm 1 g êñõóôáëëéêïý ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ 1 g öõëëßäéá Þ äéóêßá êáõóôéêïý íáôñßïõ 5 ml ôåôñá÷ëùñÜíèñáêá 5 ml ìåèáíüëçò 2 êïììÜôéá ÷Üëêéíïõ óýñìáôïò #16,

ìÞêïõò 10 cm Ëáâßäá 3 ìïíùìÝíá êáëþäéá, ìå áêñïäÝêôåò êñïêïäåéëÜêéá ÓõóóùñåõôÝò 6 volt Þ ðçãÞ ðáñï÷Þò óõíå÷ïýò ñåýìáôïò Áìðåñüìåôñï Þ öùôéóôéêÞ ëõ÷íßá ôùí 6 volt ìå êáôÜëëçëç óõíäåóìïëïãßá 5 ml äéáëýìáôïò HCl óå ôïëïõüëéï 1 ml äéáëýìáôïò íéôñéêïý áñãýñïõ

351

1 ml äéáëýìáôïò ÷ëùñéïý÷ïõ óéäÞñïõ (ÉÉÉ) 2 åëáóôéêÜ ðþìáôá

ÁðåóôáãìÝíï íåñü ÌïíùôéêÞ ôáéíßá ÓõñìÜôéíï ðëÝãìá ìå áìßáíôï

ÅÊÔÅËÅÓÇ

Ó×ÇÌÁ 14-9.

Ó×ÇÌÁ 14-10.

1. Óôåñåþóôå äýï êïììÜôéá ÷Üëêéíïõ óýñìáôïò #16, ìÞêïõò ôï êáèÝíá ðåñßðïõ 10 cm, óôéò áðÝíôáíôé ðëåõñÝò åíüò åëáóôéêïý ðþìáôïò ôýðïõ #4 Þ #5. Óôåñåþóôå ôá ìå ôç âïÞèåéá åíüò êïììáôéïý ìïíùôéêÞò ôáéíßáò, ôçí ïðïßá èá ðåñéôõëßîåôå ìåñéêÝò öïñÝò ãýñù áðü ôï ðþìá. ÁöÞóôå íá åîÝ÷åé ðåñßðïõ 1 cm óýñìáôïò ðÜíù áðü ôï ðþìá óôçí êÜèå ðëåõñÜ ðñïêåéìÝíïõ íá ãßíïõí ïé óõíäÝóåéò, üðùò äåß÷åé ôï ó÷Þìá 14-9. Ìå ôç âïÞèåéá ìéáò ëáâßäáò óôåñåþóôå ôï ðþìá ìå ôá çëåêôñüäéÜ ôïõ óôçí êïñõöÞ åíüò ïñèïóôÜôç. 2. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò ìïíùìÝíïõ óýñìáôïò ðïõ Ý÷åé óôá Üêñá ôïõ êñïêïäåéëÜêéá óõíäÝóôå Ýíá ÷Üëêéíï çëåêôñüäéï óôïí áêñïäÝêôç åíüò áìðåñïìÝôñïõ Þ óå ìéá öùôéóôéêÞ ëõ÷íßá ôùí 6 volt. ÓõíäÝóôå ôïí Üëëï áêñïäÝêôç ôïõ áìðåñïìÝôñïõ Þ ôçò ëõ÷íßáò óå Ýíá óõóóùñåõôÞ 6 volt Þ óå Ýíá ôñïöïäïôéêü. ÓõíäÝóôå ôïí Üëëï áêñïäÝêôç ôçò çëåêôñéêÞò ðçãÞò óôï Üëëï çëåêôñüäéï ôïõ ÷áëêïý (ó÷. 14-10). ÅëÝãîôå ôç óõóêåõÞ ðéÝæïíôáò åëáöñÜ ôá êÜôù Üêñá ôùí ÷áëêßíùí çëåêôñïäßùí, þóôå íá Ýñèïõí óå åðáöÞ. Áí áíÜøåé ôï ëáìðÜêé Þ ìåôáêéíçèåß ç âåëüíá ôïõ áìðåñïìÝôñïõ, óçìáßíåé üôé ç óõóêåõÞ ëåéôïõñãåß êáëÜ. 3. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò ìåôáëëéêïý äáêôõëßïõ óôåñåþóôå Ýíá ÷ùíåõôÞñéï ðïñóåëÜíçò åðÜíù óå Ýíá ôñßãùíï ðõñáêôþóåùò êáé áõôü ðÜíù áðü Ýíá ëý÷íï, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 14-10. 4. Ãåìßóåôå ôï ÷ùíåõôÞñéï ìÝ÷ñé ôï ýøïò ôùí 0,5 cm ðåñßðïõ ìå êñõóôáëëéêü ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï, NaCl. Âåâáéùèåßôå üôé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí óôáäßùí 5-8 öïñÜôå ôá ðñïóôáôåõôéêÜ ãõáëéÜ. 5. ÈåñìÜíáôå ôï ÷ùíåõôÞñéï êáé ôï ðåñéå÷üìåíï ôïõ ðïëý, ìÝ÷ñé íá ëéþóåé ôï ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï. 6. Áðïìáêñýíáôå ôï ëý÷íï êáé ÷áìçëþóôå ãñÞãïñá ôá çëåêôñüäéá, þóôå íá åéóÝëèïõí óôï ëéùìÝíï áëÜôé. ÐñïóÝîôå áí ç ïõóßá áöÞíåé íá ðåñÜóåé çëåêôñéêü ñåýìá. 7. ¼ôáí ôï ÷ùíåõôÞñéï êñõþóåé áñêåôÜ, þóôå íá óôåñåïðïéçèåß ôï áëÜôé, ÷ñçóéìïðïéÞóôå ìßá ëáâßäá ÷ùíåõôçñßùí, ãéá íá óçêþóåôå ôï èåñìü ÷ùíåõôÞñéï áðü ôï ôñßãùíï. ÁöÞóôå ôï äßðëá, ðÜíù óå Ýíá ðëÝãìá áìéÜíôïõ, ãéá íá êñõþóåé. Ðëýíáôå ôá çëåêôñüäéá ôïõ ÷áëêïý ìå íåñü êáé óôåãíþóôå ôá. 8. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá Üëëï ÷ùíåõôÞñéï ðÜíù óôï ôñßãùíï. ÐñïóèÝóôå 4 Þ 5 öõëëßäéá êáõóôéêïý íáôñßïõ, NaOH. Ëéþóôå ôá ðñïóåêôéêÜ ìå ôï ëý÷íï. ÅëÝãîáôå ôçí áãùãéìüôçôá ôçò ïõóßáò ðïõ Ý÷åé ëéþóåé, üðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò. ÔñáâÞîôå óôçí Üêñç ôï ÷ùíåõôÞñéï íá êñõþóåé, ãéá íá ôï ÷ñçóéìïðïéÞóåôå óôï óôÜäéï 15. 9. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 5 ml áðåóôáãìÝíïõ íåñïý óôï ÷ùíåõôÞñéï, ôï ïðïßï ðåñéÝ÷åé ôï ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï ðïõ Ý÷åé êñõþóåé. ÈåñìÜíáôå åëáöñÜ, ãéá íá äéáëõèåß ôï NaCl. 10.AäåéÜóôå ôï áëáôüíåñï ìÝóá óå Ýíáí êáèáñü äïêéìáóôéêü óùëÞíá. ÐñïóèÝóôå 2-3 óôáãüíåò áñáéïý äéáëýìáôïò íéôñéêïý áñãýñïõ, ãéá íá áíé÷íåýóåôå ôçí ðáñïõóßá ÷ëùñéüíôùí. ÐáñáôçñÞóôå ôá áðïôåëÝóìáôá. 11.Êáèáñßóôå ðñïóåêôéêÜ üëï ôï áëÜôé áðü ôï ÷ùíåõôÞñéï. Óôåãíþóôå ôï êáé

352

ðñïóèÝóôå ðåñßðïõ 5 ml ôåôñá÷ëùñÜíèñáêá, CCl4. ÅëÝãîôå ôçí áãùãéìüôçôá ôïõ õãñïý. 12.ÁäåéÜóôå ôïí CCl4 ìÝóá óå Ýíáí êáèáñü äïêéìáóôéêü óùëÞíá. ÐñïóèÝóôå 4-5 ml áðåóôáãìÝíïõ íåñïý êáé 2-3 óôáãüíåò äéáëýìáôïò íéôñéêïý áñãýñïõ. Êëåßóôå ìå Ýíá êáèáñü åëáóôéêü ðþìá ôï äïêéìáóôéêü óáò óùëÞíá êáé áíáôáñÜîôå ôï ìßãìá. ÊáôáãñÜøôå ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò. ÁäåéÜóôå ôï ìßãìá óôçí áðï÷Ýôåõóç êáé ðëýíáôå êáëÜ ìå íåñü ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá. 13.Êáèáñßóôå êáé óôåãíþóôå ôï ÷ùíåõôÞñéï. ÐñïóèÝóôå 5 ml äéáëýìáôïò õäñï÷ëùñßïõ, HCl, äéáëõìÝíïõ óå ôïëïõüëéï. ÅëÝãîôå ôçí áãùãéìüôçôÜ ôïõ. 14.ÁäåéÜóôå ôï ìßãìá ìÝóá óå Ýíáí êáèáñü äïêéìáóôéêü óùëÞíá. ÐñïóèÝóôå 4-5 ml áðåóôáãìÝíïõ íåñïý êáé 2-3 óôáãüíåò äéáëýìáôïò íéôñéêïý áñãýñïõ. Áíáäåýóáôå ðñïóåêôéêÜ. ÊáôáãñÜøôå ôá áðïôåëÝóìáôá. ÁäåéÜóôå ôï äéÜëõìá óôçí áðï÷Ýôåõóç. 15.ÐñïóèÝóôå 5 ml áðåóôáãìÝíïõ íåñïý óôï ÷ùíåõôÞñéï ôïõ NaOH ôïõ óôáäßïõ 8. ÈåñìÜíáôå åëáöñÜ, ãéá íá äéáëõèåß Ýíá ìÝñïò áðü ôï ÍaOH. ÁäåéÜóôå ôï äéÜëõìá ìÝóá óå Ýíáí êáèáñü äïêéìáóôéêü óùëÞíá. ÐñïóèÝóôå ìåñéêÝò óôáãüíåò äéáëýìáôïò ÷ëùñéïý÷ïõ óéäÞñïõ, FeCl3, ãéá íá åëÝãîåôå ôçí ðáñïõóßá õäñïîõëéüíôùí. Áíáäåýóáôå êáé ðáñáôçñÞóôå ôá áðïôåëÝóìáôá. 16.ÐñïóèÝóôå 5 ml ìåèáíüëçò, CH3OH, ìÝóá óå Ýíá êáèáñü ÷ùíåõôÞñéï. ÅëÝãîôå ôçí áãùãéìüôçôÜ ôïõ. 17.ÁäåéÜóôå ôç ìåèáíüëç, ìÝóá óå Ýíáí êáèáñü äïêéìáóôéêü óùëÞíá. ÐñïóèÝóôå ìåñéêÝò óôáãüíåò äéáëýìáôïò ÷ëùñéïý÷ïõ óéäÞñïõ êáé ðáñáôçñÞóôå ôá áðïôåëÝóìáôá. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Ðïéá áðü ôéò åíþóåéò ìïéÜæåé íá óõãêñáôåßôáé áðü ïìïéïðïëéêïýò äåóìïýò êáé ðïéá áðü éïíôéêïýò äåóìïýò; 2. ¸óôù üôé Ý÷åôå äýï æåýãç ôùí åíþóåùí: ÍaCl - CCl4 êáé ÍaOH - CH3OH. MÞðùò öáßíåôáé íá õðÜñ÷åé êÜðïéá ó÷Ýóç áíÜìåóá óôç öýóç ôùí äåóìþí ðïõ óõãêñáôïýí áõôÝò ôéò åíþóåéò êáé ôçí áðüóôáóç áíÜìåóá óôéò èÝóåéò, ôéò ïðïßåò êáôÝ÷ïõí óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá ôá óôïé÷åßá ðïõ óõíäÝïíôáé; Óôï äåýôåñï æåýãïò íá åîåôÜóåôå ôïõò äåóìïýò áíÜìåóá óå Na êáé óå Ï, êáé áíÜìåóá óå C êáé óå O. 3. Íá åîåôÜóåôå ôéò ó÷åôéêÝò èÝóåéò Ç êáé Cl óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá. ÌÞðùò ôï åßäïò ôïõ äåóìïý ðïõ äéáðéóôþóáôå üôé õðÜñ÷åé óôï HCl ìïéÜæåé ìå ôï åßäïò ôùí äåóìþí ðïõ âñÞêáôå üôé õðÜñ÷oõí óôéò Üëëåò äýï åíþóåéò ôïõ Cl; 4. Íá óõãêñßíåôå ôéò çëåêôñïíéêÝò äïìÝò ôùí áôüìùí Na êáé Ç. Óå ðïéï âáèìü åõèýíïíôáé ôá ìåãÝèç áõôþí ôùí äýï áôüìùí ãéá ôç äéáöïñÜ ðïõ äéáðéóôþóáôå óôïõò äåóìïýò ôïõò ïðïßïõò ó÷çìáôßæïõí ìå ôï Cl; 5. Ðïéá áðü ôéò åíþóåéò ðïõ åëÝãîáôå Ýäåé÷íå íá ó÷çìáôßæåé éüíôá êáôÜ ôçí áíÜìéîç ìå ôï íåñü; 6. Ìå âÜóç ôá ðåñéïñéóìÝíá óôïé÷åßá ôá ïðïßá óõëëÝîáôå, ðïéá åßíáé ôá áñ÷éêÜ óõìðåñÜóìáôá ðïõ åîÜãïíôáé ó÷åôéêÜ ìå ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí éïíôéêþí êáé ôùí ïìïéïðïëéêþí åíþóåùí, üôáí áõôÝò áíáìéãíýïíôáé ìå íåñü; ÐÑÏÂËÇÌÁ ÐÑÏÓ ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

Ìå ðïéï ôñüðï åßíáé äõíáôüí ìéá Ýíùóç ðïõ óõãêñáôåßôáé ìå ïìïéïðïëéêïýò äåóìïýò íá ó÷çìáôßóåé éüíôá, üôáí äéáëõèåß óå íåñü;

353

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÄÉÁÈÅÓÉÌÁ ÊÁÉ ÁÍÁÊÕÊËÏÕÌÅÍÁ ÁÐÏÂËÇÔÁ Ç óýã÷ñïíç âéïìç÷áíéêÞ êïéíùíßá, ðáñÜëëçëá ìå ôá áãáèÜ êáé ôéò õðçñåóßåò ðïõ ìáò ðñïóöÝñåé, ìáò åðéâáñýíåé êáé ìå áíåðéèýìçôá áðüâëçôá, åðéêßíäõíá ðáñáðñïúüíôá êáé äéÜöïñá õðïëåßììáôá. ÌÝ÷ñé ðñüóöáôá, ç ãåíéêÞ ôÜóç üóïí áöïñÜ óôá áðüâëçôá, óôá ðáñáðñïúüíôá êáé óôá õðïëåßììáôá Þôáí íá ôá áðïññßðôïìå, íá ôá áãíïïýìå, íá õðïèÝôïìå üôé êáôÜ êÜðïéï ìáãéêü ôñüðï ç öýóç èá åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá ôá áðïññïöÜ ÷ùñßò óõíÝðåéåò. Äåí õðÜñ÷åé üìùò ôÝôïéá ìáãéêÞ äõíáôüôçôá. Áí åîáêïëïõèÞóïìå íá åðéâáñýíïìå ìå óêïõðßäéá êáé äçëçôÞñéá ôï ðåñéâÜëëïí ìáò, óýíôïìá ôá ðåñéâáëëïíôéêÜ ðñïâëÞìáôá èá åßíáé ôåñÜóôéá. Óôï êåßìåíï ðïõ áêïëïõèåß èá åîåôáóèïýí ìåñéêÜ áðü ôá êýñéá óçìåßá ôïõ «ðñïâëÞìáôïò ôùí áðïâëÞôùí». Óå åðüìåíá óçìåßá ôïõ âéâëßïõ èá åîåôáóèïýí ëåðôïìåñåéáêÜ ìåñéêÜ áðü ôá ðåñéóóüôåñï óçìáíôéêÜ åéäéêÜ ðñïâëÞìáôá. Äõíáôüôçôá áðïéêïäïìÞóåùò. Ìéá ðïëý óçìáíôéêÞ Ýííïéá ãéá ôçí êáôáíüçóç ôïõ ôñüðïõ ìå ôïí ïðïßï õëéêÜ êáôáóêåõáóìÝíá áðü ôïí Üíèñùðï åðçñåÜæïõí ôï ðåñéâÜëëïí ìáò åßíáé ç áðïéêïäüìçóÞ ôïõò. Ìéá ïõóßá ëÝãåôáé üôé äýíáôáé íá áðïéêïäïìçèåß áí äéÜöïñïé ðáñÜãïíôåò ðïõ öõóéïëïãéêÜ õðÜñ÷ïõí óôï ðåñéâÜëëïí, üðùò ãéá ðáñÜäåéãìá ôá âáêôÞñéá, ïé ìýêçôåò, ç õãñáóßá, ç èåñìüôçôá, ôï øý÷ïò, ôï çëéáêü öùò êáé ôï ïîõãüíï ôïõ áÝñá, ôçí áðïóõíèÝôïõí óå áðëïýóôåñåò ïõóßåò, ïé ïðïßåò áðïññïöþíôáé ìå áóöÜëåéá áðü ôï ðåñéâÜëëïí. Ïé ðéï óçìáíôéêïß ôñüðïé áðïóõíèÝóåùò ôùí öõóéêþí áðïâëÞôùí åßíáé ïé âéïëïãéêÝò äéåñãáóßåò, ç äñÜóç ôùí ìéêñïïñãáíéóìþí êáé ôùí ìõêÞôùí. Ôá õëéêÜ ôá ïðïßá åðéäÝ÷ïíôáé áõôïý ôïõ åßäïõò ôçí áðïóýíèåóç áðïêáëïýíôáé âéïáðïéêïäïìïýìåíá. ÕëéêÜ ôá ïðïßá ðáñÜãïíôáé áðü öõóéêÝò äéåñãáóßåò Þ áðü ôïí Üíèñùðï êáôåõèåßáí áðü öõóéêÝò ðçãÝò, åßíáé ó÷åäüí ðÜíôá âéïáðïéêïäïìïýìåíá. ÐïëëÝò áðü ôéò ïõóßåò ôéò ïðïßåò ðáñÜãåé ÷çìéêþò ï Üíèñùðïò äåí åßíáé âéïáðïéêïäïìïýìåíåò Þ ôïõëÜ÷éóôïí áðïéêïäïìïýíôáé ìå ðïëý áñãü ñõèìü. Ãéá íá ãßíåé áíôéëçðôÞ ç äõíáôüôçôá áðïéêïäïìÞóåùò Þ ìç, áò åîåôÜóïìå ôé ãßíåôáé ìå ôï îýëï êáé ôá ðëáóôéêÜ. Ôï îýëï êáôÜ êýñéï ëüãï, áðïôåëåßôáé áðü êõôôáñßíç. ¼ôáí ôï îýëï

ðÝöôåé óôï Ýäáöïò, áñ÷ßæåé ó÷åäüí áìÝóùò íá áðïóõíôßèåôáé, âÜóåé ìéáò óåéñÜò ðïëõðëüêùí âéïëïãéêþí äéåñãáóéþí. Áðü ôï îýëï, üôáí áðïóõíôßèåôáé, ðñïêýðôïõí Ü÷ñçóôá áëëÜ êáé ÷ñÞóéìá õëéêÜ. Ôá ðñïúüíôá áðïéêïäïìÞóåùò ôïõ îýëïõ, ôùí öýëëùí êáé ôùí Üëëùí õëéêþí, ðïõ Ý÷ïõí ùò âÜóç ôçí êõôôáñßíç, ìåôáôñÝðïíôáé óå ìáõñü÷ùìá, äçëáäÞ ôï ìç ïñõêôÞò ðñïåëåýóåùò ôìÞìá ôïõ åäÜöïõò. To ìáõñü÷ùìá åßíáé áðáñáßôçôï óôï êáëü Ýäáöïò êáé ôï åìðëïõôßæåé. ¼ôáí Ýíá êïììÜôé ðëáóôéêïý ‐êáé óå áõôÜ óõìðåñéëáìâÜíïíôáé êáé ïé óõíèåôéêÝò ßíåò‐ áðïññéöèåß, äåí óçìåéþíåôáé ðáñïìïßïõ åßäïõò öõóéêÞ äéåñãáóßá áðü ôçí ïðïßá èá ðñïÝêõðôáí ÷ñÞóéìá õëéêÜ. ¼ëåò ïé ðëáóôéêÝò êáé ïé óõíèåôéêÝò ßíåò áðïôåëïýíôáé áðü «ìç öõóéêÜ ìüñéá», ôá ïðïßá Ý÷ïõí êáôáóêåõáóôåß áðü ôïí Üíèñùðï. Ôï ðåñéâÜëëïí äåí ìðïñåß íá ôá áðïéêïäïìÞóåé êáé äåí ìðïñåß íá ôá ÷ñçóéìïðïéÞóåé. Ðñüêåéôáé ãéá áðïññßììáôá ìå üëç ôç óçìáóßá ôçò ëÝîåùò. ÂÝâáéá, Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá êáïýí êáé ðñÜãìáôé êáèçìåñéíÜ êáßãïíôáé ôüíïé. Áõôü üìùò óõìâÜëëåé óôç ñýðáíóç ôïõ áÝñá, ãéáôß, üôáí áðïôåöñþíïíôáé ôá ðëáóôéêÜ, ó÷çìáôßæïíôáé ðïëëÜ ôïîéêÜ áÝñéá. ÓôåñåÜ áðüâëçôá. Ôá áðïññéðôüìåíá óôåñåÜ áíôéêåßìåíá áðïôåëïýí ìéá äéáñêþò áõîáíüìåíç ìïñöÞ ñõðÜíóåùò. Ôï 1920 ç êáôÜ êåöáëÞ ðáñáãùãÞ óôåñåþí áðïâëÞôùí óôéò ÇÐÁ Þôáí ðåñßðïõ 1 êéëü ôçí çìÝñá. Ôï 1970 Ýöôáóå ôá 2,5 êéëÜ ôçí çìÝñá. Áí ðïëëáðëáóéáóèïýí ôá 2,5 êéëÜ ôçí çìÝñá åðß ôïí ðëçèõóìü (215 åêáôïììýñéá) êáé ôï áðïôÝëåóìá ôïõ ðïëëáðëáóéáóìïý åðß 365 çìÝñåò, ðñïêýðôïõí ðåñßðïõ 200 åêáôïììýñéá ôüíïé ôï ÷ñüíï. Êáé óå áõôüí ôïí õðïëïãéóìü Ý÷ïõí ëçöèåß õðüøç ìüíï áðüâëçôá, üðùò åßíáé ôï ÷áñôß, ôá ìåôáëëéêÜ êïõôéÜ êïíóåñâþí, ïé öéÜëåò, ôá åëáóôéêÜ ôùí áõôïêéíÞôùí, ôá Ü÷ñçóôá áõôïêßíçôá êáé ôá ðëáóôéêÜ áíôéêåßìåíá. Ôá âéïìç÷áíéêÜ óôåñåÜ áðüâëçôá åããßæïõí ó÷åäüí ôçí ßäéá ðïóüôçôá. ÕðÜñ÷ïõí äýï ëüãïé ãéá ôïõò ïðïßïõò äåí åðéôñÝðåôáé íá åîáêïëïõèÞóïìå íá áðïññßðôïìå üëá áõôÜ ôá áíôéêåßìåíá êáô' áõôüí ôïí ôñüðï. Ï Ýíáò åßíáé üôé äéáñêþò ÷ñçóéìïðïéïýìå ìç áíáíåþóéìïõò öõóéêïýò ðüñïõò, üðùò åßíáé ôá ïñõêôÜ ôïõ óéäÞñïõ êáé ôï ðåôñÝëáéï, ãéá íá êáôáóêåõÜóïìå íÝá áíôéêåßìåíá, ôá ïðïßá èá áíôéêáôáóôÞóïõí áõôÜ ðïõ á÷ñçóôåýèçêáí. Ï äåýôåñïò åßíáé üôé êõñéïëåêôéêÜ åîáíôëïýìå ôéò åðéôñåðüìåíåò ðåñéï÷Ýò áðïññßøåùò ôùí áðïññéìÜôùí ìáò.

354

Ôï êïììÜôé áðü óõìðéåóìÝíï ÷áñôß (hardboard) ðïõ êñáôÜåé ï åðéóôÞìïíáò óôá áñéóôåñÜ Ý÷åé êáôáóêåõáóèåß áðü áðïêüììáôá åöçìåñßäùí (üìïéá ìå áõôÜ ðïõ õðÜñ÷ïõí ìÝóá óôï äï÷åßï ðïõ êñáôÜåé ï åðéóôÞìïíáò óôá äåîéÜ) êáé áðü êïììÜôéá ðëáóôéêïý. Ôï êéâþôéï ðïõ âñßóêåôáé áêñéâþò ìðñïóôÜ ôïõò, êáèþò êáé ôï ìåñéêþò áíïéêôü êáðÜêé ôïõ Ý÷ïõí êáôáóêåõáóèåß áðü áõôïý ôïõ åßäïõò ôï

Ðïéåò åßíáé ðñáêôéêÜ ïé åíáëëáêôéêÝò ëýóåéò, ôéò ïðïßåò äéáèÝôïìå: ÂáóéêÜ äýï: (1) Ç ðáñáãùãÞ ìéêñüôåñçò ðïóüôçôáò óêïõðéäéþí. (2) Ç áíáìüñöùóç êáé áíáêýêëùóç ïðïéïõäÞðïôå õëéêïý, üðïõ âåâáßùò åßíáé åöéêôü áõôü. Öáßíåôáé âÝâáéï üôé ïéêïíïìéêïß ëüãïé ìÝóá óå óýíôïìï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá èá ìáò åîáíáãêÜóïõí íá åöáñìüóïìå êáé ôéò äýï áõôÝò ëýóåéò, áí êáé ç ðáñïýóá ïéêïíïìéêÞ öéëïóïößá ìïéÜæåé íá åíèáññýíåé ôçí éó÷ýïõóá êáôÜóôáóç ðáñáãùãÞò êáé áðïññßøåùò óêïõðéäéþí. Áêñéâþò ôþñá öáßíåôáé íá åßíáé ç þñá, ãéá íá îåêéíÞóåé ç åðéóôçìïíéêÞ ôå÷íïëïãéêÞ Ýñåõíá, ç ïðïßá áðáéôåßôáé ãéá ôçí åýñåóç íÝùí ìåèüäùí ìåéþóåùò ôçò ðáñáãùãÞò óêïõðéäéþí êáé íÝùí ìåèüäùí áíáêõêëþóåùò êáé áíáìïñöþóåùò ôïõ ìåãáëõôÝñïõ ìÝñïõò ôùí êáô' áíÜãêç

ðáñáãïìÝíùí óêïõðéäéþí óå ìéá âéïìç÷áíéêÞ êïéíùíßá. Áíáêýêëùóç. Áõôü óçìáßíåé ôçí áíÜêôçóç õëéêïý, üðùò ôï ìÝôáëëï, ôï ëÜóôé÷ï êáé ôï ÷áñôß, áðü áðïññéöèÝíôá áíôéêåßìåíá êáé ôçí êáôåñãáóßá ôïõ, ìå óêïðü ôçí åðáíá÷ñçóéìïðïßçóÞ ôïõ. ÕðÜñ÷ïõí ðïëëïß ëüãïé ðïõ êáèéóôïýí åðéâåâëçìÝíç ôçí áíáêýêëùóç. ÂïçèÜ óôç äéáôÞñçóç ôùí öõóéêþí ðüñùí. Ðåñéïñßæåé ôç ñýðáíóç. ÂïçèÜ óôçí áíôéìåôþðéóç ôïõ ðñïâëÞìáôïò äéáèÝóåùò ôùí óôåñåþí áðïâëÞôùí. ÓÞìåñá ïé äéáäéêáóßåò áíáêõêëþóåùò äåí Ý÷ïõí áêüìç áíáðôõ÷èåß éêáíïðïéçôéêÜ êáé ãé' áõôü äåí åöáñìüæïíôáé óå åõñåßá êëßìáêá. Ç áíáêýêëùóç ôùí áðïâëÞôùí áðü ÷áñôß öáßíåôáé üôé Ý÷åé åîåëé÷èåß ðåñéóóüôåñï áðü ü,ôé ôùí Üëëùí õëéêþí. Ç áíáêýêëùóç ôïõ ÷áñôéïý åîåôÜæåôáé ìå ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò óôï êåßìåíï ôï ó÷åôéêü ìå ôï ðåñéâÜëëïí, óôï êåöÜëáéï 18. Óå üëåò ôéò äéáäéêáóßåò áíáêõêëþóåùò, ìÝãéóôï ðñüâëçìá áðïôåëåß ï äéá÷ùñéóìüò ôùí äéáöüñùí åéäþí ôùí áðïâëÞôùí. ÊáôÜ ôï ìåãáëýôåñï ðïóïóôü ôá óêïõðßäéá áðïôåëïýíôáé áðü ÷áñôß, ðëáóôéêü, ëÜóôé÷ï, ãõáëß, áëïõìßíéï, óßäçñï, ÷áëêü, êáé ßóùò áðü Üëëá õëéêÜ üëá ìáæß áíáêáôåìÝíá. ¸÷ïõí ðñïôáèåß äéÜöïñåò Ýîõðíåò éäÝåò ãéá ôçí åðßôåõîç ôïõ äéá÷ùñéóìïý. Óýìöù‐ íá ìå ìéá åêôåôáìÝíç ìåëÝôç, ç ìÜæá ôùí áðïâëÞôùí áñ÷éêÜ ôåìá÷ßæåôáé êáé ìåôáôñÝðåôáé óå ìéêñÜ êïììÜôéá. Óôç óõíÝ÷åéá, ìÝóá óå Ýíá èÜëáìï óôñïâéëéæüìåíïõ áÝñá, ï ïðïßïò ïíïìÜæåôáé «äéá÷ùñéóôÞñáò áÝñá», ôá ðõêíüôåñá õëéêÜ, êõñßùò ìÝôáëëá êáé ãõáëß, äéá÷ùñßæïíôáé áðü ôá ëéãüôåñï ðõêíÜ, êõñßùò ÷áñôß êáé ðëáóôéêÜ. Óôç óõíÝ÷åéá, ôá ðéï ðõêíÜ õëéêÜ äéá÷ùñßæïíôáé áêüìç ðåñéóóüôåñï, ãéáôß ôá ìÝôáëëá åßíáé ðïëý ðéï ðõêíÜ áðü ôï ãõáëß. Ôá óùìáôßäéá ôïõ óéäÞñïõ Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá äéá÷ùñéóèïýí áðü ôá ìÝôáëëá ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ìáãíçôéóìïý. Ç áíáêýêëùóç ôùí ìåôÜëëùí äåí áðáéôåß êÜðïéá ñéæéêþò íÝá ôå÷íïëïãßá, áëëÜ õðÜñ÷ïõí âÝâáéá áíÜãêåò âåëôéþóåùò ôçò éó÷ýïõóáò äéáäéêáóßáò. Ìéá åîáéñåôéêÜ åíäéáöÝñïõóá äõíáôüôçôá, ç ïðïßá ôþñá ìåëåôÜôáé áðü ôïõò ìç÷áíéêïýò, åßíáé ç êáýóç ôùí áðïññéìÜôùí (áõôþí ðïõ ìðïñïýí íá êáïýí) ãéá ôçí ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò. Äåí ðñüêåéôáé ãéá ìéá áðëÞ êáýóç áõôþí. Ç éäÝá åßíáé íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ùò êáýóéìá óôç èÝóç ôïõ êÜñâïõíïõ, ôïõ ðåôñåëáßïõ Þ ôïõ öõóéêïý áåñßïõ.

355

Ñýðáíóç ôùí õäÜôùí êáé ÷çìéêÜ äçëçôÞñéá. Ï Üíèñùðïò êáôÜ ðáñÜäïóç áíôéìåôþðéæå ôïõò ðëçóéÝóôåñïõò õäÜôéíïõò ÷þñïõò, üðùò åßíáé ìéá ëßìíç, Ýíá ðïôÜìé, Þ ìéá èÜëáóóá, ùò èÝóåéò êáôÜëëçëåò ãéá íá áðïññßðôåé ôá áóôéêÜ ëýìáôá êáé ðïéêßëá Üëëá õãñÜ áðüâëçôá. Óå ìéêñÝò êáé âéïìç÷áíéêÜ ðñùôüãïíåò êïéíùíßåò åßíáé ìéá áíåêôÞ ìÝèïäïò. ¼ìùò, óå âéïìç÷áíéêÜ ðñïçãìÝíåò êïéíùíßåò üðùò ôç äéêÞ ìáò áõôü åßíáé äõíáôüí íá ïäçãÞóåé óå óõìöïñÜ. ¸íá åéäéêü ðñüâëçìá ðïõ Ý÷åé åìöáíéóèåß

ðñüóöáôá åßíáé ç áõîáíüìåíç óõãêÝíôñùóç óôï ðåñéâÜëëïí äéáöüñùí äçëçôçñßùí, üðùò ð.÷. ôá öõôïöÜñìáêá êáé ôá åíôïìïêôüíá. Óå Ýíá êåßìåíï ðïõ èá óõíáíôÞóåôå ðéï êÜôù (êåöÜëáéï 16), ôï ðñüâëçìá áõôü èá åîåôáóèåß ìå ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò. ¸íá Üëëï åéäéêü ðñüâëçìá Ý÷åé äçìéïõñãçèåß áðü ôçí áðüññéøç õäñáñãýñïõ áðü ôéò âéïìç÷áíßåò óå ðïôÜìéá, ëßìíåò Þ óôç èÜëáóóá, üðïõ ìåôáôñÝðåôáé áðü ôá âáêôÞñéá óå ôïîéêÝò åíþóåéò.

ÅÐÉ ÐËÅÏÍ ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÅÉÓ

Áí ï ÷ñüíïò ôï åðéôñÝðåé, íá ðñïäéïñßóåôå ôçí áãùãéìüôçôá äéáöüñùí Üëëùí õëéêþí ðïõ åßíáé äéáèÝóéìá. Ðñéí áðü ôç äéåîáãùãÞ ôùí åëÝã÷ùí óáò, íá ðñïóðáèÞóåôå íá ðñïâëÝøåôå åê ôùí ðñïôÝñùí ðïéá èá åßíáé ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò. Íá âáóßóåôå ôéò ðñïâëÝøåéò óáò êõñßùò óôç èÝóç, ôçí ïðïßá Ý÷ïõí ôá óõíäåüìåíá óôïé÷åßá óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá.

14.17 ×Üñôåò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò. ÐñïçãïõìÝíùò êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò ìåëÝôçò ôùí ÷çìéêþí äåóìþí, ôïíßóèçêå üôé ç äçìéïõñãßá ôïõ äåóìïý ïöåßëåôáé âáóéêÜ óôçí ðáñïõóßá çëåêôñïíßùí áíÜìåóá óôïõò ðõñÞíåò ðïõ óõíäÝïíôáé. ÁõôÜ ôá çëåêôñüíéá Ýëêïíôáé ôáõôü÷ñïíá áðü ôïõò äýï ðõñÞíåò. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôç ìåßùóç ôçò åíÝñãåéáò ôçò ïìÜäáò ôùí áôüìùí óå ó÷Ýóç ìå ôçí åíÝñãåéá ôùí ìåìïíïìÝíùí áôüìùí, óôá ïðïßá ôï êÜèå çëåêôñüíéï Ýëêåôáé ìüíï ðñïò ôïí Ýíáí ðõñÞíá. Óôçí ðáñÜãñáöï áõôÞ èá ìÜèåôå ìå ðïéï ôñüðï åßíáé äõíáôüí íá ðáñáóôáèåß åðáêñéâþò, ìå ôç âïÞèåéá åéêüíùí, ç ðáñïõóßá çëåêôñïíßùí áíÜìåóá óôïõò ðõñÞíåò. Ïé åéêüíåò áõôÝò ðáñÜãïíôáé áðü õðïëïãéóôÝò, ïé ïðïßïé åðéëýïõí ðïëý ðïëýðëïêåò êâáíôïìç÷áíéêÝò åîéóþóåéò. Ùò ãíùóôüí, äåí åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñßóïìå ìå áêñßâåéá ôéò èÝóåéò ôùí äéáöüñùí çëåêôñïíßùí ìÝóá óå Ýíá ìüñéï. Ãé' áõôü, ïé åéêüíåò èá åßíáé ÷Üñôåò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò. Èá õðïäçëþíïõí äçëáäÞ ôéò èÝóåéò, óôéò ïðïßåò åßíáé ðéèáíüôåñï íá âñßóêïíôáé ôá çëåêôñüíéá. Ðñéí ðñï÷ùñÞóïìå óôïõò ÷Üñôåò ôçò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò, áò åîåôÜóïìå ôçí áñ÷Þ, óôçí ïðïßá âáóßæåôáé Ýíáò ÷Üñôçò áõôïý ôïõ åßäïõò, ãéá íá åîïéêåéùèïýìå ìáæß ôçò. ¸íáò ÷Üñôçò, óôïí ïðïßï áðåéêïíßæåôáé çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá ìïéÜæåé ðïëý ìå Ýíáí

õøïìåôñéêü ÷Üñôç, óôïí ïðïßï áðåéêïíßæåôáé ìéá ãÞéíç åðéöÜíåéá. Ï õøïìåôñéêüò ÷Üñôçò äåß÷íåé ôç äéáêýìáíóç ôïõ ýøïõò äéáöüñùí ðåñéï÷þí ôçò ãçò, áðü óçìåßï óå óçìåßï. Ùò ðáñÜäåéãìá, áò èåùñÞóïìå ôï ëüöï ôïõ ó÷Þìáôïò 14-11á. Ï ëüöïò áõôüò ðáñéóôÜíåôáé ðÜíù óôï ÷Üñôç (ó÷. 14-11â) áðü ôéò õøïìåôñéêÝò êáìðýëåò. ÐñïêåéìÝíïõ íá áíôéëçöèåßôå ôé óõìâïëßæïõí áõôÝò ïé õøïìåôñéêÝò ãñáììÝò, öáíôáóèåßôå üôé ìðïñåßôå íá êüøåôå ôï ëüöï óå ïñéæüíôéåò öÝôåò áñ÷ßæïíôáò áðü ôï êÜôù ìÝñïò ôïõ êáé êüâïíôáò ìéá öÝôá êÜèå 6,5 ìÝôñá ðåñßðïõ. Óôï ó÷Þìá 14-11ã öáßíåôáé ðþò èá ìïéÜæïõí áõôÝò ïé öÝôåò. Äéáðéóôþíåôå üôé óôïí õøïìåôñéêü ÷Üñôç ïé êáìðýëåò éóïäõíáìïýí ìå ãñáììÝò, ïé ïðïßåò óõíäÝïõí üëá ôá óçìåßá ôá ïðïßá Ý÷ïõí ôï ßäéï ýøïò. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé, üðïõ ïé õøïìåôñéêÝò êáìðýëåò óôï ÷Üñôç åßíáé ðõêíÝò (ç ìéá ðïëý êïíôÜ óôçí Üëëç) ôï Ýäáöïò áíõøþíåôáé áðüôïìá. Åðßóçò, ç õøïìåôñéêÞ êáìðýëç ìå ôç ìéêñüôåñç ðåñéöÝñåéá âñßóêåôáé ðëçóéÝóôåñá ðñïò ôçí êïñõöÞ ôïõ ëüöïõ. ¼óï ïé ðåñéöÝñåéåò ôùí õøïìåôñéêþí êáìðýëùí ãßíïíôáé ìåãáëýôåñåò, áíôéóôïé÷ïýí üëï êáé óå ÷áìçëüôåñá åäÜöç. Ç ßäéá ðåñéìåôñéêÞ áñ÷Þ åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèåß, ãéá íá ðáñáóôÞóåé ìå áêñßâåéá ôçí êáôáíïìÞ ôçò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò ìÝóá óôá ìüñéá. ¸íá áðëü ðáñÜäåéãìá åßíáé ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ. ¼ðùò

356

20 60 100 120

(á)

80

40

0

(â)

125 ðüäéá _ 120

100 _

_ 80

60_ 20

Ó×ÇÌÁ 14-11. ¸íáò ëüöïò ðáñéóôÜíåôáé ðÜíù óå Ýíá ÷Üñôç ìå õøïìåôñéêÝò êáìðýëåò. Äßíåôáé ç ðëÜãéá üøç áõôïý (á), üðùò êáé ç ðáñÜóôáóç áõôïý ìå ôéò õøïìåôñéêÝò êáìðýëåò (â). ÁõôÝò ïé õøïìåôñéêÝò êáìðýëåò «êüâïõí» ôï ëüöï óå ïñéæüíôéåò öÝôåò (ã).

Ý÷ïìå ìÜèåé, ç çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá ìÝóá óôï 1s ôñï÷éáêü åßíáé ìåãáëýôåñç êïíôÜ óôïí ðõñÞíá, åíþ åëáôôþíåôáé óôáèåñÜ, üóï áõîÜíåôáé ç áðüóôáóç áðü ôïí ðõñÞíá. Áõôü èá ìðïñïýóå íá ðáñáóôáèåß ìå ôï ÷Üñôç ôùí éóïûøþí êáìðýëùí ôïõ ó÷Þìáôïò 14-12. Åäþ, ïé éóïûøåßò êáìðýëåò ó÷åäéÜæïíôáé ëßãï äéáöïñåôéêÜ áðü åêåßíåò ôïõ ÷Üñôç, ôïí ïðïßï ìüëéò åîåôÜóáìå. Áíôß íá ðáñéóôÜíåé ç êÜèå êáìðýëç ìéá ßóç ìåßùóç ôïõ ìåãÝèïõò ôçò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò, åßíáé ó÷åäéáóìÝíç êáôÜ ôñüðï, þóôå íá áíôéóôïé÷åß óå Ýíá ìÝãåèïò ßóï ìå ôï ìéóü ôçò áìÝóùò ðñïçãïýìåíçò ðõêíüôçôáò. Ç ðéï áðëÞ ìïñéáêÞ áðåéêüíéóç åíüò ÷Üñôç çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò åßíáé ç ðåñßðôùóç ôïõ ìïñßïõ ôïõ õäñïãüíïõ, Ç2. Ïé éóïûøåßò êáìðýëåò ôçò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò öáßíïíôáé óôï ó÷Þìá 14-13. ¼ðùò êáé óôï ÷Üñôç ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ, ç êåíôñéêÞ êáìðýëç áíôéóôïé÷åß óôï õøçëüôåñï åðßðåäï çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò. Ç åðüìåíç êáìðýëç ó÷åäéÜæåôáé Ýôóé, þóôå íá áíôéóôïé÷åß óå ìéá çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá ßóç ìå

_

40

_

0

(ã)

Ó×ÇÌÁ 14-12. Ôï óýíïëï áõôü ìå ôéò éóïûøåßò êáìðýëåò äßíåé ôçí çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá ðïõ õðÜñ÷åé óôï 1s ôñï÷éáêü. Ç êÜèå ãñáììÞ ðáñéóôÜíåé ìéá ðõêíüôçôá ßóç ìå ôï ìéóü áõôÞò ðïõ ðåñéãñÜöåôáé áðü ôçí áìÝóùò ðëçóéÝóôåñç ðñïò ôï êÝíôñï ãñáììÞ.

357

Ó×ÇÌÁ 14-13. Ôï óýíïëï ìå ôéò éóïûøåßò êáìðýëåò ðïõ ðáñéóôÜíïõí ôçí çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá ìÝóá óôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé üðïõ õðÜñ÷åé ìåãáëýôåñç çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá, ïé êáìðýëåò ó÷åäéÜæïíôáé ðõêíüôåñåò. Åßíáé öáíåñü üôé ç ìåãáëýôåñç çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá Ý÷åé óõãêåíôñùèåß ãýñù áðü ôïõò ðõñÞíåò.

ôç ìéóÞ ôçò êåíôñéêÞò, åíþ êÜèå åðüìåíç êáìðýëç áíôéóôïé÷åß óå ìéá ðõêíüôçôá ßóç ìå ôç ìéóÞ ôéìÞ ôçò ðñïçãïõìÝíçò ôçò. Ãé' áõôü, ç üãäïç áðü ôï êÝíôñï êáìðýëç äåß÷íåé ôçí ðåñéï÷Þ üðïõ ç çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá Ý÷åé ìåéùèåß êáôÜ

óå ó÷Ýóç ìå áõôÞ ðïõ õðÞñ÷å óôçí êåíôñéêÞ êáìðýëç. Áêüìç êáé óôçí ôÝôáñôç êáìðýëç, ç ðõêíüôçôá åßíáé ìüíï ôï Ýíá üãäïï ôçò ðõêíüôçôáò ôçò êåíôñéêÞò êáìðýëçò. ¸ôóé äéáðéóôþíåôå üôé ç çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá åßíáé Ýíôïíá óõãêåíôñùìÝíç êïíôÜ óôïí ðõñÞíá. Åßíáé éäéáßôåñá õøçëÞ áíÜìåóá óôïõò ðõñÞíåò, üðùò äåß÷íïõí êáé ïé ðïëý ðõêíÝò åóùôåñéêÝò éóïûøåßò êáìðýëåò. Ìéá ðëÞñçò ôñéóäéÜóôáôç åéêüíá ôçò êáôáíïìÞò ôçò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò ìÝóá óå áõôü ôï ìüñéï ëáìâÜíåôáé, áí ðåñéóôñáöåß ôï óýíïëï ôùí éóïûøþí êáìðýëùí ðåñß ôïí Üîïíá, ï ïðïßïò äéÝñ÷åôáé áðü ôç ìÝóç ôùí äýï ðõñÞíùí. Ìå Üëëá ëüãéá, ï «äåóìüò» åßíáé óõììåôñéêüò ùò ðñïò ôïõò ÜîïíÝò ôïõ. Ùò Ýíá åðß ðëÝïí ðáñÜäåéãìá ôçò ÷ñÞóåùò ôïõ ÷Üñôç ìå ôéò éóïûøåßò êáìðýëåò ãéá ôçí ðáñÜóôáóç ôçò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò, áò åîåôÜóïìå ôï ìüñéï ôïõ ëéèßïõ, Li2. Ôï ìüñéï áõôü

Ó×ÇÌÁ 14-14. Éóïûøåßò êáìðýëåò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò ôïõ ìïñßïõ ôïõ Li2. Ïé ðïëý óêïôåéíÝò ðåñéï÷Ýò ãýñù áðü ôïí ðõñÞíá ðáñéóôÜíïõí ôá çëåêôñüíéá 1s, ôá ïðïßá ðáñáìÝíïõí ôï êáèÝíá ãýñù áðü ôï äéêü ôïõ ðõñÞíá. Ôá çëåêôñüíéá 2s åßíáé áõôÜ ôá ïðïßá ìïéñÜæïíôáé êáé ó÷çìáôßæïõí ôï äåóìü.

ó÷çìáôßæåôáé êõñßùò áðü åðéêÜëõøç ôùí 2s ôñï÷éáêþí. Ôï æåýãïò ôùí 2s çëåêôñïíßùí ìïéñÜæåôáé áíÜìåóá óôá äýï Üôïìá. Ôï æåýãïò 1s çëåêôñïíßùí äåí ðáßæåé óôçí ðñÜîç êÜðïéï ñüëï óôï ó÷çìáôéóìü ôïõ äåóìïý. Óôï ó÷Þìá 14-14 öáßíåôáé ç êáôáíïìÞ ôùí äýï çëåêôñïíßùí, ôá ïðïßá õðÞñ÷áí óôá 2s ôñï÷éáêÜ ôùí äýï áíåîáñôÞôùí áôüìùí ëéèßïõ. ¼ðùò äéáêñßíåôå, ìåñéêÝò áðü ôéò éóïûøåßò êáìðýëåò ðïõ áíôéóôïé÷ïýí óôéò ìåãáëýôåñåò ðõêíüôçôåò

Ó×ÇÌÁ 14-15. ×Üñôçò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò ôùí äýï áôüìùí ôïõ çëßïõ, ôá ïðïßá âñßóêïíôáé êïíôÜ. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ïé êáìðýëåò ôçò ìåãßóôçò ðõêíüôçôáò åîáêïëïõèïýí íá ðåñéâÜëëïõí ôïõò äýï ðõñÞíåò. Áõôü äåí åðéôñÝðåé ôç óõíåéóöïñÜ ôùí çëåêôñïíßùí êáé êáôÜ óõíÝðåéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìïý.

358

âñßóêïíôáé óôçí ðåñéï÷Þ áíÜìåóá óôïõò äýï ðõñÞíåò. Áõôü óçìáßíåé üôé ç çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá åßíáé óõãêåíôñùìÝíç óå áõôÞí ôçí ðåñéï÷Þ, ïäçãþíôáò Ýôóé óôï ó÷çìáôéóìü äåóìïý. ÔÝëïò, åíäéáöÝñïõóá åßíáé åðßóçò ç ìåëÝôç ôùí üóùí óõìâáßíïõí üôáí äýï Üôïìá çëßïõ ðëçóéÜæïõí ìåôáîý ôïõò. Ùò ãíùóôüí äåí ó÷çìáôßæåôáé äåóìüò, åðåéäÞ ôï 1s ôñï÷éáêü ôïõ êÜèå áôüìïõ çëßïõ åßíáé Þäç ðëÞñåò. ¼ðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 14-15 üôáí ïé ðõñÞíåò ôïõ çëßïõ

áðÝ÷ïõí ìåôáîý ôïõò üóï êáé ïé ðõñÞíåò ôïõ ìïñßïõ H2, ïé éóïûøåßò êáìðýëåò ôçò ìåãßóôçò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò åîáêïëïõèïýí íá ðåñéâÜëëïõí ôïí êáèÝíá ðõñÞíá ÷ùñéóôÜ. Áõôü óçìáßíåé üôé ç çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá Ý÷åé ôçí ôÜóç íá ðáñáìÝíåé ãýñù áðü ôï êÜèå îå÷ùñéóôü Üôïìï êáé ü÷é íá óõãêåíôñþíåôáé óôç ìåôáîý ôïõò ðåñéï÷Þ. ÊÜôé ôÝôïéï óõìöùíåß ìå ôï ãåãïíüò üôé ôá äýï Üôïìá ôïõ çëßïõ äåí ó÷çìáôßæïõí äåóìü.

Ðåñßëçøç. ¼ôáí äýï ç ðåñéóóüôåñá Üôïìá óõíäõÜæïíôáé, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí Ýíá ó÷åôéêÜ óôáèåñü ìüñéï, ïé äåóìïß ðïõ óõãêñáôïýí áõôÜ ôá Üôïìá, Ýôóé, þóôå íá ó÷çìáôéóèåß ìüñéï, äçìéïõñãïýíôáé áðü ôçí áìïéâáßá óõíåéóöïñÜ çëåêôñïíßùí áíÜìåóá óå áõôÜ ôá Üôïìá. Ç óõíåéóöïñÜ áõôÞ ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü çëåêôñïíéáêþí äéáìïñöþóåùí ïìïßùí ìå áõôÝò ôùí ðïëý óôáèåñþí åõãåíþí áåñßùí. ¼ôáí ç åíÝñãåéá éïíôéóìïý åíüò áôüìïõ åßíáé óçìáíôéêÜ ìåãáëýôåñç áðü áõôÞí åíüò Üëëïõ, ôï Üôïìï ìå ôç ìåãáëýôåñç åíÝñãåéá áóêåß ðïëý éó÷õñÞ Ýëîç åðÜíù óôá êïéíÜ çëåêôñüíéá. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ôá çëåêôñüíéá áé÷ìáëùôßæïíôáé áðü ôï Üôïìï ìå ôç ìåãáëýôåñç åíÝñãåéá éïíôéóìïý êáé ó÷çìáôßæïõí äýï áíôßèåôá öïñôéóìÝíá éüíôá. To áíôßèåôï öïñôßï ôùí äýï éüíôùí äçìéïõñãåß ìéá éó÷õñÞ Ýëîç áíÜìåóÜ ôïõò. Ôï ó÷çìáôéæüìåíï ìüñéï äéáèÝôåé Ýíáí éïíôéêü

äåóìü. ÕðÜñ÷ïõí ðïëëÝò åíäéÜìåóåò ðåñéðôþóåéò, óôéò ïðïßåò ôá çëåêôñüíéá ôùí äåóìþí êáôáíÝìïíôáé Üíéóá, áëëÜ ü÷é óå âáèìü ðïõ íá äçìéïõñãåßôáé Ýíáò éïíôéêüò äåóìüò. Óå áõôÝò ôéò ðåñéðôþóåéò ëÝãåôáé üôé ï ïìïéïðïëéêüò äåóìüò Ý÷åé éïíôéêü ÷áñáêôÞñá. ¼ëïé ïé éïíôéêïß äåóìïß Þ áõôïß ðïõ Ý÷ïõí éïíôéêü ÷áñáêôÞñá åßíáé ðïëéêïß. Ó÷çìáôßæïõí çëåêôñéêÜ äßðïëá, ôá ïðïßá Ý÷ïõí ðåñßóóåéá áñíçôéêïý öïñôßïõ óôï Ýíá Üêñï ôïõ äåóìïý êáé ðåñßóóåéá èåôéêïý öïñôßïõ óôï Üëëï.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Óå ôé äéáöÝñïõí ïé ïìïéïðïëéêïß áðü ôïõò éïíôéêïýò äåóìïýò; Óå ôé ìïéÜæïõí; 2. Ãéáôß ôá äéáôïìéêÜ ìüñéá ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü äéáöïñåôéêÜ Üôïìá åßíáé, êáôÜ êáíüíá, ðïëéêÜ;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ ÁíÜìåóá óôá Üôïìá ó÷çìáôßæïíôáé ÷çìéêïß äåóìïß, åðåéäÞ ìïéñÜæïíôáé çëåêôñüíéá. ÁõôÞ ç óõíåéóöïñÜ, êáôÜ ôçí ïðïßá äýï çëåêôñüíéá Ýëêïíôáé ôáõôü÷ñïíá êáé áðü ôá äýï Üôïìá, Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá íá åßíáé ç åíÝñãåéá ìéêñüôåñç, üôáí ôá Üôïìá âñßóêïíôáé êïíôÜ, ðáñÜ üôáí åßíáé áðïìáêñõóìÝíá. ÃåíéêÜ, ç åðéêÜëõøç äýï çìéóõìðëçñùìÝíùí ôñï÷éáêþí ç ïðïßá óõíåðÜãåôáé Ýíá êïéíü æåýãïò çëåêôñïíßùí áíÜìåóá óå äýï Üôïìá, ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü åíüò äåóìïý. ¢ôïìá, üðùò ôï Þëéï Þ ôï íÝï, óôá ïðïßá üëá ôá ôñï÷éáêÜ Þ åßíáé åíôåëþò óõìðëçñùìÝíá Þ åíôåëþò êåíÜ, äåí ìðïñïýí êáíïíéêÜ íá ó÷çìáôßóïõí äåóìïýò. Ç éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìþí áðü ôá óôïé÷åßá ôçò äåýôåñçò óåéñÜò, áðü ôï Li ìÝ÷ñé êáé ôï Ne,

ãßíåôáé êáôáíïçôÞ, áí åîåôáóèåß ï áñéèìüò ôùí ôñï÷éáêþí óèÝíïõò êáé óõãêåêñéìÝíá ôùí 2s êáé ôùí 2p ôñï÷éáêþí. Áí ôá çëåêôñüíéá åíüò äåóìïý ìïéñÜæïíôáé åîßóïõ áíÜìåóá óå äýï Üôïìá, üðùò óôï Li2 Þ óôï F2, ï äåóìüò åßíáé êáèáñÜ ïìïéïðïëéêüò. Áí ôï æåýãïò ôùí çëåêôñïíßùí ðñüóêåéôáé áðïêëåéóôéêÜ óôï Ýíá áðü ôá äýï Üôïìá, üðùò óôï Li+F –, ï äåóìüò ëÝãåôáé éïíôéêüò. Áí ôï çëåêôñïíéáêü æåýãïò ìïéñÜæåôáé Üíéóá, ï äåóìüò åßíáé ïìïéïðïëéêüò ìå éïíôéêü ÷áñáêôÞñá. Äåóìïß áíÜìåóá óå áíüìïéá Üôïìá Ý÷ïõí ó÷åäüí ðÜíôá êÜðïéï éïíôéêü ÷áñáêôÞñá, ãéáôß ôá äýï Üôïìá óðÜíéá Ýëêïõí, ìå ôçí ßäéá áêñéâþò Ýíôáóç, ôï æåýãïò çëåêôñïíßùí ðïõ ìïéñÜæåôáé.

359

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ðþò èá åðçñåáæüôáí ç ýëç, áí ïé áðùóôéêÝò äõíÜìåéò áíÜìåóá óôá Üôïìá Þôáí ìåãáëýôåñåò áðü ôéò äõíÜìåéò Ýëîåùò; 2. Áí åß÷áôå Ýíá êïììÜôé áôóÜëé êïëçììÝíï ðÜíù óå Ýíáí éó÷õñü ìáãíÞôç, ôé èá Ýðñåðå íá êÜíåôå, ãéá íá ôï áðïêïëëÞóåôå áðü ôï ìáãíÞôç; Ðïéá äéÜôáîç èá ðåñéåß÷å ðåñéóóüôåñç åíÝñãåéá: Ôï áôóÜëéíï êïììÜôé êïëëçìÝíï óôï ìáãíÞôç Þ ôï áôóÜëéíï êïììÜôé ðïõ áðÝ÷åé äýï åêáôïóôÜ áðü ôï ìáãíÞôç; Ðïéá äéÜôáîç åßíáé ðéï óôáèåñÞ; ÅîçãÞóôå. 3. Íá óõãêñßíåôå Ýíá ìüñéï õäñïãüíïõ Ç2, ìå Ýíá êïììÜôé áôóÜëé ðïõ åßíáé êïëëçìÝíï ðÜíù óå Ýíá ìáãíÞôç. Íá åîçãÞóåôå ãéáôß äýï Üôïìá õäñïãüíïõ Ý÷ïõí ðåñéóóüôåñç åíÝñãåéá áðü Ýíá ìüñéï õäñïãüíïõ. 4. Ðïéá áðü ôéò äéáôõðþóåéò ðïõ áêïëïõèïýí åßíáé ëÜèïò óå ó÷Ýóç ìå ôçí åðüìåíç åîßóùóç; H2(á) + åíÝñãåéá = 2Ç(á)

(á) ¢ôïìá õäñïãüíïõ åëåõèåñþíïõí åíÝñãåéá, üôáí óõíäÝïíôáé ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ìüñéá õäñïãüíïõ. (â) Äýï ãñáììÜñéá Ç(á) ðåñéÝ÷ïõí ðåñéóóüôåñç åíÝñãåéá áðü äýï ãñáììÜñéá Ç2(á). (ã) ÁíÜ ìïíÜäá ìÜæáò, ôï Ç(á) èá åßíáé êáëýôåñï êáýóéìï áðü ôï H2(á). (ä) Ôï öùôåéíü ãñáììéêü öÜóìá ôïõ H2(á) åßíáé ßäéï ìå ôï öùôåéíü ãñáììéêü öÜóìá ôïõ Ç(á). 5. Ðïéï èá åßíáé ðéï óôáèåñü: ¸íá äï÷åßï ãåìÜôï ìå Üôïìá õäñïãüíïõ Þ Ýíá äï÷åßï ãåìÜôï ìå Üôïìá çëßïõ, óôéò ßäéåò óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò; ÅîçãÞóôå. 6. Ãéáôß ôï õäñïãüíï ó÷çìáôßæåé ìüñéá Ç2, åíþ ôá Üôïìá ôïõ çëßïõ äåí óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò; Íá ôï åîçãÞóåôå ìå âÜóç ôéò åëêôéêÝò Þ áðùóôéêÝò äõíÜìåéò êáé ìå âÜóç ôá ðëÞñç Þ åëëéðÞ ôñï÷éáêÜ. 7. Ðïéåò åíåñãåéáêÝò óõíèÞêåò ðñÝðåé íá åðéêñáôïýí, áí ðñüêåéôáé íá ó÷çìáôéóèåß äåóìüò áíÜìåóá óå äýï ãåéôïíéêÜ Üôïìá; 8. Ðïéåò óõíèÞêåò ôñï÷éáêþí êáé çëåêôñïíßùí ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí, ãéá íá ó÷çìáôéóèåß äåóìüò áíÜìåóá óå äýï ãåéôïíéêÜ Üôïìá; 9. Ðïéá åßíáé ôá ìïñéáêÜ åßäç ðïõ õðÜñ÷ïõí óôá Üåñéá íÝï, áñãü, êñõðôü êáé îÝíï; 10. Íá ðñïóäéïñßóåôå ôï ðëÞèïò ôùí åëêôéêþí êáé ôùí áðùóôéêþí äõíÜìåùí óôïí LiH.

11. Ná ðáñáóôÞóåôå ôïõò çëåêôñïíéáêïýò ôýðïõò ãéá ôá ðñþôá 20 óôïé÷åßá ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. 12. Íá ãñÜøåôå ôïõò çëåêôñïíéáêïýò ôýðïõò ôùí åíþóåùí, ïé ïðïßåò èá Þôáí äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí áðü ôçí Ýíùóç ôïõ Li ìå êáèÝíá áðü ôá åðüìåíá óôïé÷åßá: Cl, S, êáé P. Íá åðáíáëÜâåôå ôï ßäéï ãéá ôï Ca êáé ôï Ál. 13. Íá ðåñéãñÜøåôå ôïõò äåóìïýò óôá ìüñéá Cl2, HCl, ClO2, ìå ôç âïÞèåéá ôùí çëåêôñïíéáêþí ôýðùí êáé ôùí ôñï÷éáêþí. 14. Íá ðåñéãñÜøåôå ìå ôç âïÞèåéá çëåêôñïíéáêþí ôýðùí ìéá ïõäÝôåñç, ìéá áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíç êáé ìéá èåôéêÜ öïñôéóìÝíç ïìÜäá ÏÇ. 15. Íá ãñÜøåôå ôïí çëåêôñïíéáêü ôýðï ôçò åíþóåùò õäñáæßíç, Í2Ç4. 16. Íá ãñÜøåôå ôç äéÜôáîç ôùí ôñï÷éáêþí ôïõ öèïñéïý÷ïõ íáôñßïõ, ÍaF, êáé ôïõ öèïñéïý÷ïõ âçñõëëßïõ, ÂeF2. 17. Óå ãåíéêÝò ãñáììÝò, ðïéåò óõíèÞêåò áíáãêÜæïõí äýï Üôïìá íá åíùèïýí, ðñïêåéìÝíïõ íá ó÷çìáôßóïõí (á) Ýíá äåóìü êõñßùò ïìïéïðïëéêü, (â) Ýíá äåóìü êõñßùò éïíôéêü, (ã) Ýíá ðïëéêü ìüñéï; 18. Ãéá êÜèå Ýíá áðü ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí íá ó÷åäéÜóåôå ôá ôñï÷éáêÜ ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ âñßóêïíôáé óôï õøçëüôåñï åíåñãåéáêü åðßðåäï. Íá ãñÜøåôå ôïõò çëåêôñïíéáêïýò ôýðïõò ôïõ êáèåíüò áðü áõôÜ ôá óôïé÷åßá. Ìå ôç âïÞèåéá áõôþí ôùí ðëçñïöïñéþí, íá äéêáéïëïãÞóåôå ãéáôß áõôÜ ôá óôïé÷åßá åßíáé ôüóï äñáóôéêÜ áðü ÷çìéêÞò áðüøåùò. 19. Íá åðáíáëÜâåôå ôçí Üóêçóç 18 ãéá ôçí ðåñßðôùóç ôùí áëïãüíùí. 20. Ìå âÜóç ôçí áðÜíôçóç ðïõ äþóáôå óôçí Üóêçóç 18, íá åîçãÞóåôå ðïéï ìÝëïò ôçò ïéêïãåíåßáò ôùí áëêáëßùí èá Ýðñåðå íá Ý÷åé ôç ìéêñüôåñç åíÝñãåéá éïíôéóìïý. Ðïéï áðü áõôÜ ôá óôïé÷åßá èá Þôáí äñáóôéêüôåñï; 21. Ðïéï óôïé÷åßï ôçò ïéêïãåíåßáò ôùí áëïãüíùí íïìßæåôå üôé èá Þôáí ðéï äñáóôéêü; Ãéáôß; 22. Ðïéá Ýíùóç íïìßæåôå üôé èá åß÷å ðåñéóóüôåñï éïíôéêü ÷áñáêôÞñá: ôï LiF Þ ôï NaF; ÅîçãÞóôå. 23. Ãíùñßæåôå ôá ôñï÷éáêÜ ðïõ ÷ñçóéìïðïéåß ï Üíèñáêáò ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá, íá ðñïâëÝøåôå ôïí ôýðï ôïõ ÷ëùñéäßïõ ôïõ ðõñéôßïõ. Ðïéá ôñï÷éáêÜ ÷ñçóéìïðïéåß ôï

360

ðõñßôéï ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí; Íá ó÷åäéÜóåôå ôïí çëåêôñïíéáêü ôýðï ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ ðõñéôßïõ. 24. Ôé åßäïò äåóìþí íïìßæåôå üôé èá óõíáôÞóåôå óôï MgO; Íá äéêáéïëïãÞóåôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. 25. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðßíáêá 14-2, íá åîçãÞóåôå ðïéåò ãåíéêÝò ôÜóåéò öáßíåôáé íá åðéêñáôïýí óôçí åíÝñãåéá éïíôéóìïý, êáèþò áõîÜíåôáé ï

áôïìéêüò áñéèìüò ôùí óôïé÷åßùí ôçò äåýôåñçò ïñéæüíôéáò óåéñÜò (äåýôåñçò ðåñéüäïõ) ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. Èá áíáìÝíáôå óå ãåíéêÝò ãñáììÝò, óôïé÷åßá ôá ïðïßá âñßóêïíôáé óå ãåéôïíéêÝò èÝóåéò óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá, íá ó÷çìáôßæïõí åíþóåéò ðåñéóóüôåñï Þ ëéãüôåñï éïíôéêÝò áðü ôéò åíþóåéò ðïõ ó÷çìáôßæïõí óôïé÷åßá áðÝ÷ïíôá áñêåôÜ ìåôáîý ôïõò; Ðþò èá äéêáéïëïãïýíôáí êÜôé ôÝôïéï;

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÐÅÌÐÔÏ

Ôá ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí

×Üñôçò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò ôçò íáöèáëßíçò, ï ïðïßïò Ý÷åé ëçöèåß ìå ðåñßèëáóç áêôßíùí × (Üíù), êáé ôï áíôßóôïé÷ï ìïñéáêü ðñüôõðï (êÜôù).

362

Óôï êåöÜëáéï 7, åîåôÜóáìå óõíïðôéêÜ ôá ðñüôõðá ìåñéêþí óçìáíôéêþí ìïñßùí, üðùò ôï Ï2, Í2, CO2, ÍÇ3, êáé ôï Ç2Ï. Ôá ìüñéá Ý÷ïõí ÷áñáêôçñéóôéêÜ ó÷Þìáôá. Ôï ó÷Þìá ôùí ìïñßùí óõ÷íÜ ìáò âïçèÜ íá áíôéëçöèïýìå ôéò éäéüôçôÝò ôïõ. Ç èåùñßá ôùí äåóìþí, ôçí ïðïßá áíáðôýîáìå óôï ðñïçãïýìåíï êåöÜëáéï, åßíáé

äõíáôüí íá åðåêôáèåß, þóôå íá ìáò âïçèÞóåé íá êáôáíïÞóïìå ôá ó÷Þìáôá Þ ôéò äïìÝò ôùí ìïñßùí. Åðß ðëÝïí, ìáò ðáñÝ÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ðñïâëÝøïìå ðïéo ó÷Þìá Þ ðïéá äïìÞ ìðïñåß íá Ý÷åé Ýíá ìüñéï. Óå áõôü ôï êåöÜëáéï èá áíáðôõ÷èïýí ìåñéêÝò áðü ôéò âáóéêÝò ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óôïõò äåóìïýò êáé ôç ìïñéáêÞ äïìÞ.

Æåýãç çëåêôñïíßùí ó÷çìáôßæïõí äåóìïýò óå ðñïêáèïñéóìÝíåò êáôåõèýíóåéò 15.1 Ôá ðåéñÜìáôá ìáò ðëçñïöïñïýí ãéá ôç ìïñéáêÞ áñ÷éôåêôïíéêÞ. ÄïìÞ åíüò ìïñßïõ ïíïìÜæïìå ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï åßíáé óõíäåäåìÝíá ìåôáîý ôïõò ôá Üôïìá ðïõ ôï áðïôåëïýí, êáèþò êáé ôï ó÷Þìá ôçò ôåëéêÞò ôïõò äéáôÜîåùò. Ðñïôïý åîåôÜóïìå ôï óõó÷åôéóìü ôçò áñ÷éôåêôïíéêÞò ôïõ ìïñßïõ êáé ôïõ äåóìïý, èá ðñÝðåé íá ìåëåôÞóïìå ôï åíäéáöÝñïí åñþôçìá ðþò ïé åðéóôÞìïíåò äéáìüñöùóáí ôéò áðüøåéò ôïõò ãéá ôçí áñ÷éôåêôïíéêÞ ôùí ìïñßùí. Ôá ìüñéá åßíáé âåâáßùò ðïëý ìéêñÜ, ãéá íá ôá äïýìå. Ôüôå, ðþò ãíùñßæïõí ïé ÷çìéêïß áí ôï ìüñéï ôïõ Ç2Ï åßíáé åõèýãñáììï Þ ôåèëáóìÝíï (óôçí ðñáãìáôéêüôçôá åßíáé ôåèëáóìÝíï), Þ áí ôï ìüñéï ôïõ CO2 åßíáé åõèýãñáììï Þ ôåèëáóìÝíï (åßíáé ôåèëáóìÝíï); Åðß ðëÝïí, áêüìç êáé áí ïé ÷çìéêïß ãíùñßæïõí üôé Ýíá ìüñéï åßíáé ôåèëáóìÝíï, ðþò õðïëïãßæïõí ôï áêñéâÝò ìÝãåèïò ôçò ãùíßáò; Ïé ðåéñáìáôéêÝò ìÝèïäïé, áðü ôéò ïðïßåò áðïêôþíôáé ôÝôïéåò ðëçñïöïñßåò, èåùñïýíôáé ðñÜãìáôé óçìáíôéêÜ åðéôåýãìáôá ôçò óýã÷ñïíçò åðéóôÞìçò. Ïé ðåñéóóüôåñåò áðü áõôÝò ðñïûðïèÝôïõí ãéá ôçí ðëÞñç êáôáíüçóÞ ôïõò áñêåôÜ åîåéäéêåõìÝíåò ãíþóåéò öõóéêÞò. Ãé' áõôü èá ðåñéãñáöåß óýíôïìá åäþ ìüíï ìßá áðü ôéò ðéï óçìáíôéêÝò. Ðåñßèëáóç áêôßíùí × áðü êñõóôÜëëïõò. Ìéá áðü ôéò ðéï óçìáíôéêÝò ôå÷íéêÝò åßíáé ï ðñïóäéïñéóìüò ôçò êñõóôáëëéêÞò äïìÞò ìå ôç âïÞèåéá ôùí áêôßíùí ×. Âáóßæåôáé óôï ãåãïíüò üôé ó÷åäüí êÜèå ïõóßá ó÷çìáôßæåé êñõóôÜëëïõò, áí ü÷é óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, ôïõëÜ÷éóôïí óå ÷áìçëüôåñåò èåñìïêñáóßåò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï íåñü åßíáé õãñü óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, áëëÜ ó÷çìáôßæåé Ýíá êñõóôáëëéêü óôåñåü, ôïí ðÜãï, óôïõò 0°C. To äéïîåßäéï ôï Üíèñáêá åßíáé áÝñéï óôïõò 25°C, áëëÜ óôïõò -70°C

óõìðõêíþíåôáé óå óôåñåü, ôïí «îçñü ðÜãï». Ôï óçìáíôéêü ãéá ôïõò êñõóôÜëëïõò åßíáé üôé ðåñéÝ÷ïõí ìüñéá, ôá ïðïßá âñßóêïíôáé äéáôåôáãìÝíá ôï Ýíá ìåôÜ ôï Üëëï êáôÜ Ýíáí ðñïêáèïñéóìÝíï ôñüðï. ÁõôÞ ç êáèïñéóìÝíç äéÜôáîç óõ÷íÜ åßíáé åìöáíÞò óå ìáêñïóêïðéêü åðßðåäï. Óõãêñßíáôå ôïí êñýóôáëëï ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ êáé ôï áíôßóôïé÷ï ðñüôõðï óôá ó÷Þìáôá 17-2 êáé 17-3. ¼ôáí ìéá äÝóìç áêôßíùí × ðñïóðßðôåé óå Ýíáí êñýóôáëëï, ïé áêôßíåò × óêåäÜæïíôáé êáôÜ ìéá êáèïñéóìÝíç äéÜôáîç. Ôï ó÷Þìá 15-1 áðåéêïíßæåé áõôÞí áêñéâþò ôçí äéáäéêáóßá. Ìðïñïýìå íá äéáðéóôþóïìå üôé áõôÞ ç ðáñÜóôáóç Ý÷åé äýï ÷áñáêôçñéóôéêÜ: 1. Ïé êçëßäåò åßíáé äéáôåôáãìÝíåò êáôÜ ïñéóìÝíï ôñüðï.

Ó×ÇÌÁ 15-1. Ìéá ëåðôÞ äÝóìç áêôßíùí × ðñïóêñïýåé óôïí êñýóôáëëï êáé ðåñéèëÜôáé ðñïò ïñéóìÝíåò äéåõèýíóåéò, ïé ïðïßåò åîáñôþíôáé áðü ôç äéÜôáîç ôùí áôüìùí ìÝóá óôïí êñýóôáëëï.

363

y

0

z

Ó×ÇÌÁ 15-2. Ìéá ÷áñáêôçñéóôéêÞ öùôïãñáößá ôçò ðåñéèëÜóåùò ôùí áêôßíùí ×, ç ïðïßá åëÞöèç ìå öùôïãñáöéêÞ ìç÷áíÞ áêñéâåßáò. Ç öùôïãñáößá åßíáé ðñïóáñìïóìÝíç åðÜíù óå Ýíá åéäéêü üñãáíï ìåôñÞóåùò ôùí öéëì.

2. Ïé êçëßäåò Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò åíôÜóåéò. Áðü ôéò áðïóôÜóåéò ôùí óåéñþí êáé ôùí óôçëþí ôùí êçëßäùí, åßíáé äõíáôüí íá öáíôáóèåß êÜðïéïò ôï ó÷Þìá ôùí ìïñßùí, ôùí áôüìùí Þ ôùí éüíôùí ìÝóá óôïí êñýóôáëëï. Ôï ó÷Þìá óôï ïðïßï êáôáëÞãïìå ìå ôçí ðåñßèëáóç ôùí áêôßíùí ×, öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 152. Áðü ôéò åíôÜóåéò ðïõ Ý÷ïõí êáôáãñáöåß, ìðïñåß êÜðïéïò íá óõìðåñÜíåé ðþò âñßóêïíôáé äéáôåôáãìÝíá ôá Üôïìá ìÝóá óôï êÜèå ìüñéï. Óôç ó÷çìáôéêÞ ðáñÜóôáóç, óôçí áñ÷Þ áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ, äßíåôáé Ýíá ðáñÜäåéãìá ôïõ ôñüðïõ ìå ôïí ïðïßï ç ÷áñôïãñáöéêÞ áðåéêüíéóç ôçò äïìÞò ôïõ ìïñßïõ ðïõ Ý÷åé ëçöèåß ìå âÜóç ôç äéÜôáîç ôùí óêåäáóìþí ôïõ, êáèéóôÜ åöéêôÞ ôç äçìéïõñãßá ôïõ ðñïôýðïõ ôçò äïìÞò ôïõ. Åßíáé öáíåñü üôé áðü ôç óôéãìÞ ðïõ åßíáé ãíùóôü ðþò åßíáé ôïðïèåôçìÝíï ôï Ýíá Üôïìï ùò ðñïò ôá Üëëá ìÝóá óå Ýíá ìüñéï, åßíáé åýêïëï íá õðïëïãéóèïýí ôüóï ôá ìÞêç ôùí äåóìþí üóï êáé üëåò ïé ìåôáîý ôùí äåóìþí ãùíßåò.

15.2

Ôï ó÷Þìá ïñéóìÝíùí ìïñßùí ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü ïîõãüíï êáé Üæùôï.

Ïé áíáðáñáóôÜóåéò ôùí ôñï÷éáêþí ôùí äåóìþí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôï Ç2Ï êáé óôï ÏF2 äåß÷íïõí üôé óôï äåóìü ôïõ ïîõãüíïõ óõììåôÝ÷ïõí ôá äýï p ôñï÷éáêÜ ôïõ ïîõãüíïõ. Ôï ó÷Þìá 15-3 äåß÷íåé ôç äéÜôáîç ôùí p ôñï÷éáêþí

H

x

H

Ó×ÇÌÁ 15-3. Ç äéÜôáîç óôï ÷þñï ôùí p ôñï÷éáêþí ôïõ áôüìïõ ïîõãüíïõ ìå ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ, ðïõ åßíáé óõíäåäåìÝíá ïìïéïðïëéêÜ ìå äýï áðü áõôÜ ôá ôñï÷éáêÜ ôïõ ïîõãüíïõ, åßíáé õðåýèõíá ãéá ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ ôïõ íåñïý.

óôï ÷þñï (áí õðïôåèåß üôé ìïéÜæïõí ìå ôá ôñï÷éáêÜ ôïõ áôüìïõ ôïõ õäñïãüíïõ). Áí áõôÞ ç ôïðïèÝôçóç óôï ÷þñï ðáñÝìåíå êáé ìåôÜ ôç äçìéïõñãßá ôùí äåóìþí, ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ èá Þôáí óôáèåñü, üðùò öáßíåôáé êáé ó÷çìáôéêÜ. Ôï ìüñéï èá Þôáí ôåèëáóìÝíï, êáôÜ ìßá ãùíßá ðåñßðïõ 90°. Ôï ßäéï èá ßó÷õå êáé ãéá ôï ÏF2. Ïé ãùíßåò ôùí äåóìþí åß÷áí âñåèåß ðåéñáìáôéêÜ ùò ïé êáôùôÝñù:

¸ôóé, ç óêÝøç üôé ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ôá p ôñï÷éáêÜ ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí, ïäçãåß óôçí áêñéâÞ ðñüâëåøç üôé ôá ìüñéá ôïõ Ç2Ï êáé ôïõ ÏF2 åßíáé ìÜëëïí ôåèëáóìÝíá, êáé ü÷é åõèýãñáììá. Áõôü ðïõ äåí ðñïâëÝðåôáé üìùò ìå ìåãÜëç áêñßâåéá, åßíáé ïé ãùíßåò ôùí äåóìþí. ÁíÜëïãïé óõëëïãéóìïß åßíáé äõíáôüí íá åðåêôáèïýí êáé óå ìåñéêÜ ìüñéá, ôá ïðïßá ó÷çìáôßæïíôáé áðü Üæùôï, üðùò åßíáé ç ÍÇ3 êáé ôï ÍF3. Óôï êåöÜëáéï 7 (ðáñÜãñ. 14.7), õðïèÝóáìå üôé ôï Üæùôï èá ÷ñçóéìïðïéïýóå Ýíá áðü ôá p ôñï÷éáêÜ ôïõ, ðñïêåéìÝíïõ íá

364

y

ó÷çìáôßóåé êáèÝíáí áðü ôïõò ôñåéò äåóìïýò. Áðü ôï ó÷Þìá 15-4 öáßíåôáé üôé áõôü èá ïäçãïýóå ôá ìüñéá ôçò ÍÇ3 êáé ôïõ ÍF3 óôï íá Ý÷ïõí ó÷Þìá ðõñáìßäáò (êáé ü÷é åðßðåäï). Ïé ãùíßåò ôïõ ÇÍÇ êáé ôïõ FNF èá ðñÝðåé íá Þôáí ó÷åäüí 90°. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ç ÍÇ3 êáé ôï ÍF3 Ý÷ïõí ó÷Þìá ðõñáìßäáò. Ïé ìåôñçèåßóåò ãùíßåò ìåôáîý ôùí äåóìþí Ý÷ïõí ôéò áêüëïõèåò ôéìÝò:

N

H

x

H z

2s

2p

3s

3p

¸ôóé, ðåñéìÝíïìå üôé ôï Ç2S èá Ý÷åé ôïí áêüëïõèï çëåêôñïíéáêü ôýðï: : :S:H : Ç

êáé ìßá ðñïâëåðüìåíç ãùíßá äåóìïý, ðÜëé, ßóç ðåñßðïõ ìå 90°. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ç ãùíßá ôïõ Ç2S åßíáé ðïëý êïíôÜ óå áõôÞí ôçí ôéìÞ, 93°. Ï öùóöüñïò Ý÷åé ôçí áêüëïõèç äéáìüñöùóç: 1s

2s

2p

3s

3p

ÅðïìÝíùò, èá ðñÝðåé íá ðåñéìÝíïìå ôïí ðáñáêÜôù çëåêôñïíéáêü ôýðï:

Ç :P:H :

1s

Ó×ÇÌÁ 15-4. Ç äéÜôáîç óôï ÷þñï ôùí p ôñï÷éáêþí ôïõ áôüìïõ áæþôïõ êáé ç ïìïéïðïëéêÞ óýíäåóç êáé ôùí ôñéþí ìå ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ, åßíáé õðåýèõíåò ãéá ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ ôçò áììùíßáò

:

Êáé ðÜëé ïé ðñïóåããßóåéò ìáò Ýäùóáí ôï óùóôü ó÷Þìá, áí êáé ç ðñüâëåøç ôùí ãùíéþí ôùí äåóìþí åßíáé ëéãüôåñï áêñéâÞò áðü ü,ôé ßóùò èá áíáìåíüôáí. Ï ôñüðïò åñãáóßáò ôïí ïðïßï áêïëïõèÞóáìå ëåéôïõñãåß áñêåôÜ êáëÜ ðñïêåéìÝíïõ ãéá åíþóåéò ôïõ äéóèåíïýò ïîõãüíïõ êáé ôïõ ôñéóèåíïýò áæþôïõ. Áêüìç êáëýôåñá üìùò ëåéôïõñãåß ãéá ôá âáñýôåñá óôïé÷åßá, ôá ïðïßá âñßóêïíôáé óôéò ßäéåò ïìÜäåò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá ìå ôï ïîõãüíï êáé ôï Üæùôï. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï èåßï, ôï ïðïßï âñßóêåôáé êÜôù áðü ôï ïîõãüíï, Ý÷åé ôçí áêüëïõèç äéáìüñöùóç.

H

Ç

Ç ðáñáôçñïýìåíç ãùíßá äåóìïý åßíáé 93°, áñêåôÜ êïíôÜ óôçí áíáìåíüìåíç ôéìÞ ôùí 90°. Ìüëéò ôþñá åßäáìå üôé ãéá ôá óôïé÷åßá ôùí ïìÜäùí ïîõãüíïõ êáé áæþôïõ, ôá ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí, üðùò åßíáé ôïõ Ç2Ï, ôïõ Ç2S, ôçò NH3, ôïõ NF3 êáé ôïõ ÑÇ3, åßíáé äõíáôüí íá ðñïâëåöèïýí, áí õðïôåèåß üôé ôá êåíôñéêÜ Üôïìá ÷ñçóéìïðïéïýí ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ôùí äåóìþí êáèáñÜ p ôñï÷éáêÜ. ¼ðùò Ý÷åé õðïãñáììéóèåß, ìå áõôÞí ôçí ðñïóÝããéóç äåí ðñïâëÝðïìå ðÜíôá ìå áêñßâåéá ôéò ðñáãìáôéêÝò ãùíßåò ôùí äåóìþí. ¸íá Üëëï ðñüâëçìá ðïõ äçìéïõñãåß áõôÞ ç ðñïóÝããéóç åßíáé üôé äåí ìðïñåß íá åðåêôáèåß åýêïëá ðñïêåéìÝíïõ íá êáëýøåé êáé Üëëåò ðåñéðôþóåéò. Ãé' áõôü åßíáé áðáñáßôçôï íá åéóá÷èïýí êáé Üëëïé ôñüðïé åîåôÜóåùò ôùí éäßùí ìïñßùí. Ôï ãåãïíüò áõôü óõíåðÜãåôáé Ýíá óçìáíôéêü ðëåïíÝêôçìá: Ìáò äßíåôáé Ýôóé ç äõíáôüôçôá íá åßìáóôå ðéï áêñéâåßò óå ðïëëÝò Üëëåò ðåñéðôþóåéò.

15.3 Ç ôÜóç ôùí çëåêôñïíßùí íá ó÷çìáôßæïõí æåýãç. Áò

ñßîïìå

ðÜëé

ìéá

ìáôéÜ

óôïõò

365

çëåêôñïíéáêïýò ôýðïõò ïñéóìÝíùí ìïñßùí ðïõ Ý÷ïìå Þäç åîåôÜóåé:

Óå üëåò ôéò ðåñéðôþóåéò õðÜñ÷ïõí ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí ãýñù áðü ôï êåíôñéêü Üôïìï. Ôï ßäéï óõìâáßíåé êáé óå åíþóåéò ôïõ Üíèñáêá êáé ôïõ öèïñßïõ, üðùò ïé ðáñáêÜôù:

Óôá ðéï áðëÜ ìüñéá ðïõ åîåôÜóáìå ìÝ÷ñé ôþñá, âëÝðïìå üôé ôá ôñï÷éáêÜ ãåíéêÜ êáôáëáìâÜíïíôáé áðü æåýãç çëåêôñïíßùí. ÂÝâáéá, óýìöùíá ìå ôçí áðáãïñåõôéêÞ áñ÷Þ ôïõ Pauli, äåí åßíáé äõíáôüí íá õðÜñ÷ïõí óå Ýíá ôñï÷éáêü ðåñéóóüôåñá áðü äýï çëåêôñüíéá. ÕðÜñ÷åé üìùò ìéá áîéïóçìåßùôç ôÜóç ôïõ êÜèå ôñï÷éáêïý íá ðåñéÝ÷åé äýï êáé ü÷é Ýíá çëåêôñüíéá. ¸íáò ëüãïò åßíáé üôé ôá äýï çëåêôñüíéá, üôáí âñßóêïíôáé óôï ßäéï ôñï÷éáêü, áëëçëåðéäñïýí. Áõôü ãßíåôáé, åðåéäÞ Ý÷ïõí ôçí éäéüôçôá, ðïõ ïíïìÜæåôáé óôñïöïñìÞ (spin). Áöïý äåí ìðïñïýìå íá äïýìå ôá çëåêôñüíéá, äåí ìðïñïýìå íá ôá äïýìå êáé íá ðåñéóôñÝöïíôáé. Ïé åðéóôÞìïíåò ãíùñßæïõí êáôÜ Ýíáí Ýììåóï ôñüðï üôé ôá çëåêôñüíéá ÷áñáêôçñßæïíôáé áðü ôçí éäéüôçôá ðïõ ïíïìÜæåôáé óôñïöïñìÞ. Åßíáé

äõíáôüí íá äåßîïìå Üìåóá, ìå ðåßñáìá, üôé ôá çëåêôñüíéá óõìðåñéöÝñïíôáé ùò ìéêñïóêïðéêïß ìáãíÞôåò. Áõôü ãßíåôáé êáôáíïçôü ìå ôç âïÞèåéá ôçò Ýííïéáò ôçò óôñïöïñìÞò. Åßíáé ãíùóôü üôé ôï çëåêôñüíéï äéáèÝôåé ìéá ïñéóìÝíç ðïóüôçôá áñíçôéêïý öïñôßïõ. Ôï öïñôßï ìüíï ôïõ äåí Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ôï ìáãíçôéóìü, åíþ ôï êéíïýìåíï öïñôßï Ý÷åé. Ôï ó÷Þìá 15-5á äåß÷íåé ôï ìáãíçôéêü ðåäßï ðïõ ó÷çìáôßæåôáé ãýñù áðü Ýíáí åõèýãñáììï áãùãü, üôáí áõôüò äéáññÝåôáé áðü ñåýìá. ¸íá ðéï ðïëýðëïêï ó÷Þìá ìáãíçôéêþí äõíÜìåùí äçìéïõñãåßôáé, üôáí ï áãùãüò Ý÷åé ìïñöÞ êáìðýëçò (ó÷. 15-5â). ¼ìùò, ç ìïñöÞ ôïõ ìáãíçôéêïý ðåäßïõ åðéäñÜ êáôÜ ôñüðï ðïõ ðñïâëÝðåôáé åýêïëá ðÜíù óå ïõóßåò ðïõ åðçñåÜæïíôáé áðü ìáãíçôéêÝò äõíÜìåéò. Ç åðßäñáóç áõôÞ åßíáé áêñéâþò ç ßäéá ìå åêåßíç ðïõ èá ðñïÝêõðôå áðü ìéá ìéêñïóêïðéêÞ ìáãíçôéêÞ ñÜâäï, ôïðïèåôçìÝíç óôï êÝíôñï ôçò êáìðýëçò. Ôï ó÷Þìá 15-6á áðåéêïíßæåé ìéá öáíôáóôéêÞ ìáãíçôéêÞ ñÜâäï ìÝóá óå Ýíá óõñìÜôéíï äáêôýëéï, ìå óêïðü íá ðáñáóôÞóåé áõôü áêñéâþò ôï öáéíüìåíï. Áò õðïèÝóïìå ôþñá üôé èÝëáìå íá êéíÞóïìå ìßá ðñáãìáôéêÞ (ü÷é öáíôáóôéêÞ) ìáãíçôéêÞ ñÜâäï êïíôÜ óå Ýíá äéáññåüìåíï áðü ñåýìá óõñìÜôéíï äáêôýëéï. Èá Þôáí åýêïëï íá ðñïâëÝøïìå ôçí åðßäñáóç ôïõ ðåäßïõ ðÜíù óå Ýíáí ôÝôïéï ìáãíÞôç. Èá Ýðñåðå ìüíï íá åîåôÜóïìå ðïéï èá Þôáí ôï áðïôÝëåóìá ôïõ õðïèåôéêïý ìáãíÞôç. ÅðåéäÞ ïé ïìþíõìïé ìáãíçôéêïß ðüëïé áðùèïýíôáé êáé ïé åôåñþíõìïé Ýëêïíôáé, ï âüñåéïò ðüëïò ôïõ ðñáãìáôéêïý ìáãíÞôç èá áðùèïýíôáí ðñïò ôçí êáôåýèõíóç ðïõ äåß÷íåé ôï âÝëïò ôïõ ó÷Þìáôïò 15-6â. ÅðåéäÞ ôï ôüîï ôïõ ó÷åäéáãñÜììáôïò äåß÷íåé

Ó×ÇÌÁ 15-5. Óôç öùôïãñáößá áõôÞ, ôá ñéíßóìáôá óéäÞñïõ äéáôÜóóïíôáé óýìöùíá ìå ôï ìáãíçôéêü ðåäßï, êáé áíáðáñéóôïýí ôï ó÷Þìá ôïõ ðåäßïõ. ÁõôÜ ðïõ öáßíïíôáé åßíáé ôá ìáãíçôéêÜ ðåäßá ãýñù áðü Ýíá åõèýãñáììï áãùãü äéáññåüìåíï áðü ñåýìá (á), êáé ãýñù áðü Ýíáí êõêëéêü áãùãü äéáññåüìåíï áðü ñåýìá (â).

366

S

S

S

N

N

_

_

_ +

+

+

ÐçãÞ çëåêôñéóìïý

ÐçãÞ çëåêôñéóìïý

N

N

(á)

ÐçãÞ çëåêôñéóìïý (â)

(ã)

Ó×ÇÌÁ 15-6. Çëåêôñéêü ñåýìá êõêëïöïñåß ìÝóá áðü Ýíáí êõêëéêü áãùãü êáé äçìéïõñãåß ìáãíçôéêü ðåäßï üìïéï ìå áõôü ðïõ ïöåßëåôáé óå ìéá ìáãíçôéêÞ ñÜâäï (á). Ôï ðåäßï áõôü èá áðùèåß ìéá ðñáãìáôéêÞ ìáãíçôéêÞ ñÜâäï (â) êáé åßíáé äõíáôüí íá ðáñáóôáèåß ìå Ýíá âÝëïò, ôï ïðïßï êáëåßôáé äéÜíõóìá (ã).

ðþò èá åðéäñïýóå ôï ðåäßï ðÜíù óå Ýíá âüñåéï ðüëï ðïõ âñßóêåôáé êïíôÜ ôïõ, èá ìðïñïýóáìå íá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå áðëÜ Ýíá âÝëïò (óýìöùíá ìå ôï ó÷Þìá 15-6ã), ãéá íá äçëþóïìå ôçí êáôåýèõíóç ôçò äõíÜìåùò ðïõ áóêåßôáé áðü ôï ðåäßï. ÊÜôé ôÝôïéï èá Þôáí ðïëý ðéï åýêïëï áðü ôï íá ó÷åäéÜóïìå ôéò ãñáììÝò ôùí äõíÜìåùí, ðïõ äåß÷íïõí ôá ñéíßóìáôá ôïõ óéäÞñïõ óôï ó÷Þìá 155â, êáé èá ðåñéüñéæå åðßóçò ôçí áíÜãêç ó÷åäéáóìïý ìéáò öáíôáóôéêÞò ìáãíçôéêÞò ñÜâäïõ. Ïé åðéóôÞìïíåò óõíÞèùò ÷ñçóéìïðïéïýí ôÝôïéá âÝëç, üôáí áðëÜ èÝëïõí íá äåßîïõí ôçí êáôåýèõíóç êáé, óõ÷íÜ, ôï ìÝãåèïò ìéáò äõíÜìåùò. ¸íá ôÝôïéï óýìâïëï Ý÷åé Ýíá üíïìá, ôï ïðïßï ßóùò Ý÷åôå îáíáêïýóåé. Åßíáé ãíùóôü ùò äéÜíõóìá. ÁíôéëáìâÜíåóôå üôé ãýñù áðü Ýíá çëåêôñüíéï èá õðÜñ÷åé Ýíá ìáãíçôéêü ðåäßï, áñêåß íá õðïôåèåß üôé ôï íÝöïò ôïõ áñíçôéêïý öïñôßïõ ðåñéóôñÝöåôáé ãýñù áðü Ýíáí Üîïíá, ï ïðïßïò äéÝñ÷åôáé äéÜ ôïõ êÝíôñïõ ôïõ. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç, ôá åîþôåñá ìÝñç ôïõ öïñôéóìÝíïõ íÝöïõò êéíïýíôáé êõêëéêÜ, áêñéâþò üðùò Ýêáíå ôï ñåýìá óôïí êõêëéêü áãùãü. Ùò åê ôïýôïõ, äçìéïõñãåßôáé Ýíá ìáãíçôéêü ðåäßï. Ôï ìáãíçôéêü ðåäßï åíüò çëåêôñïíßïõ åßíáé äõíáôüí íá ðáñáóôáèåß åðßóçò ìå Ýíá äéÜíõóìá. ÕðÜñ÷ïõí äýï äõíáôüôçôåò ðåñéóôñïöÞò ôïõ çëåêôñïíßïõ: Äåîéüóôñïöá Þ áñéóôåñüóôñïöá. Ôá äçìéïõñãïýìåíá ìáãíçôéêÜ ðåäßá ìðïñïýí íá ðáñáóôáèïýí ìå äéáíýóìáôá, ðïõ íá äåß÷íïõí ðÜíù Þ êÜôù, üðùò óôï ó÷Þìá 15-7. ¸íáò Üëëïò ôñüðïò ãéá íá äéáôõðùèåß ç áðáãïñåõôéêÞ áñ÷Þ ôïõ Pauli åßíáé íá ëå÷èåß üôé, üôáí äýï çëåêôñüíéá êáôÝ÷ïõí ôï ßäéï ôñï÷éáêü, ôüôå Ý÷ïõí áíôßèåôç óôñïöïñìÞ. ¼ôáí óõìâáßíåé êÜôé ôÝôïéï, ôá

ìáãíçôéêÜ ôïõò ðåäßá äéáôÜóóïíôáé üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 15-7, ìå ôïõò ãåéôïíéêïýò ðüëïõò áíôßèåôïõò. Áõôü ïäçãåß óôç äçìéïõñãßá ìéáò åëêôéêÞò äõíÜìåùò áíÜìåóÜ ôïõò, ç ïðïßá âïçèÜ óôïí áðïôåëåóìáôéêü ó÷çìáôéóìü çëåêôñïíéêïý æåýãïõò. Ðñïôïý ðÜìå óôçí åðüìåíç ðáñÜãñáöï, áò äïýìå ðñþôá óýíôïìá ìåñéêÝò ðåéñáìáôéêÝò åíäåßîåéò, ðïõ ïäçãïýí óôçí êáôáíüçóç ôçò óôñïöïñìÞò ôïõ çëåêôñïíßïõ. Áðü ôüôå ðïõ ï Pieter Zeeman (óôçí Ïëëáíäßá, ôï 1898) åîÝôáóå ôï öÜóìá ôùí áôüìùí, ôá ïðïßá åß÷áí äéåãåñèåß áðü Ýíá éó÷õñü ìáãíçôéêü ðåäßï, Üñ÷éóáí ïé åðéóôÞìïíåò íá õðïðôåýïíôáé ãéá ðñþôç öïñÜ ìåñéêÝò ðïëýðëïêåò êéíÞóåéò ôùí óùìáôéäßùí ìÝóá óôï Üôïìï. Ï Zeeman, áíôß íá âñåé óôï öÜóìá ìåìïíùìÝíåò ãñáììÝò, âñÞêå ìåñéêÝò ãñáììÝò, ïé ïðïßåò ÷ùñßæïíôáí óå æåõãÜñéá. Ï Johannes Stark, óôç Ãåñìáíßá, äåêáåðôÜ ÷ñüíéá áñãüôåñá êáôÝãñáøå êÜðïéá áíÜëïãá áðïôåëÝóìáôá. Äéáðßóôùóå üôé Ýíá éó÷õñü çëåêôñéêü ðåäßï ÷ùñßæåé åðßóçò ôéò öáóìáôéêÝò ãñáììÝò óå æåýãç. Ôï 1921, ï Otto Stern êáé ï Walter Gerlach, åðßóçò óôç Ãåñìáíßá, åêôüîåõóáí åîáåñùìÝíá Üôïìá ìÝóá óå Ýíá éó÷õñü ìáãíçôéêü ðåäßï. ÂñÞêáí üôé ôá Üôïìá ôùí óôïé÷åßùí, üðùò ôï õäñïãüíï, ôï ëßèéï, ï Üñãõñïò, ï ÷áëêüò, êáé ï ÷ñõóüò, ðïõ üëá Ý÷ïõí ìïíÞñç çëåêôñüíéá óôá õøçëüôåñá åíåñãåéáêÜ ôïõò åðßðåäá, üôáí ðåñíïýóáí ìÝóá áðü ôï ìáãíçôéêü ðåäßï, ÷ùñßæïíôáí óå äýï ÷ùñéóôÝò äÝóìåò. Áíôßèåôá, Üôïìá üðùò ôïõ øåõäáñãýñïõ, ôïõ êáäìßïõ, êáé ôïõ õäñáñãýñïõ, ðïõ Ý÷ïõí äýï çëåêôñüíéá óôéò óôoéâÜäåò ìå ôçí õøçëüôåñç åíÝñãåéá, äåí ó÷çìÜôéæáí ÷ùñéóôÝò äÝóìåò. O Stern êáé ï Gerlach óõìðÝñáíáí üôé ôá ìïíÞñç

367

S

N

N

S

Ó×ÇÌÁ 15-7. Çëåêôñüíéá ìå áíôßèåôç óôñïöïñìÞ Ý÷ïõí ôïõò ìáãíçôéêïýò ôïõò ðüëïõò óå ôÝôïéá äéÜôáîç, þóôå íá Ýëêïíôáé.

çëåêôñüíéá èá ðñÝðåé óå ìåñéêÜ Üôïìá íá ðåñéóôñÝöïíôáé êáôÜ ôç ìßá äéåýèõíóç êáé óå ìåñéêÜ Üëëá êáôÜ ôçí áíôßèåôç. Áõôü ôá áíáãêÜæåé íá êéíïýíôáé ðñïò áíôßèåôåò äéåõèýíóåéò ìÝóá óå Ýíá ìáãíçôéêü ðåäßï. Áí ôá äýï çëåêôñüíéá ìå ôç ìåãáëýôåñç åíÝñãåéá, ðïõ âñßóêïíôáé óå êÜðïéá Üôïìá, ðåñéóôñÝöïíôáí ðñïò áíôßèåôåò äéåõèýíóåéò ìÝóá óôï ßäéï Üôïìï, ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí áíôéèÝôùí ðåñéóôñïöþí èá åîïõäåôåñþíïíôáí ìÝóá óôï ìáãíçôéêü ðåäßï êáé äåí èá ó÷çìáôßæïíôáé îå÷ùñéóôÝò äÝóìåò.

15.4 Ç èåùñßá áðùèÞóåùò ôùí æåõãþí çëåêôñïíßùí óôïõò ìïñéáêïýò ó÷çìáôéóìïýò. ¼ôáí ó÷çìáôéóèåß Ýíá óýíïëï æåõãþí óôá ôñï÷éáêÜ êÜðïéïõ áôüìïõ, ôï êÜèå æåýãïò çëåêôñïíßùí ôåßíåé íá óõìðåñéöåñèåß ùò ìéá ìïíÜäá, ðáñáìÝíïíôáò óôåíÜ óõíäåäåìÝíï êáé êáôáëáìâÜíïíôáò ôçí ßäéá ðåñéï÷Þ ôïõ ÷þñïõ. ¢ëëá æåýãç çëåêôñïíßùí áðïêëåßïíôáé áðü áõôÞí ôçí ðåñéï÷Þ åî áéôßáò ôçò çëåêôñïóôáôéêÞò áðþóåùò áíÜìåóá óôá äýï áñíçôéêÜ (–2) öïñôßá, ôá ïðïßá öÝñåé ôï êÜèå æåýãïò. Ãé' áõôü ôá æåýãç ôùí çëåêôñïíßùí ôåßíïõí íá êáôáíåìçèïýí ìåôáîý ôïõò êáôÜ ôÝôïéï ôñüðï, þóôå íá äéáôçñåßôáé ç ìÝóç áðüóôáóç áíÜìåóá óôá æåýãç üóï ôï äõíáôüí ìåãáëýôåñç. Ôáõôü÷ñïíá, äåí åßíáé äõíáôüí íá áðïìáêñõíèïýí áðü ôïí ðõñÞíá, åðåéäÞ Ýëêïíôáé áðü ôï èåôéêü öïñôßï ôïõ. Áò õðïèÝóïìå üôé ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí ðñïóðáèïýí íá áðïìáêñõíèïýí üóï ôï äõíáôüí ðåñéóóüôåñï ìåôáîý ôïõò, åíþ ôáõôü÷ñïíá ôï êÜèå Ýíá ðñïóðáèåß íá ðáñáìåßíåé óôçí ßäéá áðüóôáóç áðü ôïí ðõñÞíá. Ðïéá èá åßíáé ç

äéÜôáîÞ ôïõò óôï ÷þñï; ¼ðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 15-8, áí êáé ôá ôÝóóåñá æåýãç Þóáí ôïðïèåôçìÝíá óå Ýíá åðßðåäï, ç êáëýôåñç äéÜôáîç èá Þôáí Ýíá ôåôñÜãùíï. ¼ìùò, áí õðÜñ÷åé äéáèÝóéìïò ôñéóäéÜóôáôïò ÷þñïò, åßíáé äõíáôüí íá âñåèïýí áêüìç ìáêñýôåñá áðü ü,ôé óôï ôåôñÜãùíï. Áí ìåôáêéíÞóïìå ðñïò ôá ðÜíù áõôÜ ðïõ áíÞêïõí óôç ìéá ïìÜäá ôùí áíôéèÝôùí æåõãþí êáé ðñïò ôá êÜôù áõôÜ ðïõ áíÞêïõí óôç Üëëç ïìÜäá, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 15-8, èá áõîçèïýí ïé ìÝóåò áðïóôÜóåéò áíÜìåóá óôá æåýãç. Ç êáëýôåñç äõíáôÞ ôïðïèÝôçóç èá åðéôåõ÷èåß, üôáí áõôÞ ç äéáäéêáóßá óõíå÷éóôåß, Ýùò üôïõ êáé ïé Ýîé áðïóôÜóåéò áíÜìåóá óôá æåýãç èá åîéóùèïýí. Áí óå áõôü ôï óçìåßï åíþóïìå ìå ãñáììÝò üëá ôá æåýãç çëåêôñïíßùí, äçìéïõñãåßôáé ç åéêüíá åíüò óôåñåïý óþìáôïò ðïõ ïíïìÜæåôáé ôåôñÜåäñï (ó÷. 15-9). Ç äéÜôáîç áõôÞ ôùí ôåóóÜñùí æåõãþí çëåêôñïíßùí ïíïìÜæåôáé ôåôñáåäñéêÞ äïìéêÞ äéÜôáîç. Åßíáé ç äéÜôáîç ðïõ åëá÷éóôïðïéåß ôç óõíïëéêÞ Üðùóç áíÜìåóá óôá æåýãç çëåêôñïíßùí. ÐáñáêÜôù áíáöÝñåôáé Ýíáò áðëüò êáíüíáò, ðïõ åßíáé äõíáôüí, íá ðñïôáèåß óôï óçìåßï áõôü, ðñïêåéìÝíïõ íá åñìçíåõèïýí ôá ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí. Ôá æåýãç çëåêôñïíßùí ðïõ âñßóêïíôáé óôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò åíüò áôüìïõ, ôåßíïõí íá ôïðïèåôçèïýí êáôÜ ôÝôïéï ôñüðï, þóôå íá åëá÷éóôïðïéïýíôáé ïé ìåôáîý ôùí çëåêôñïíßùí áðþóåéò. ¼ôáí õðÜñ÷ïõí ôÝóóåñá ôÝôïéá æåýãç çëåêôñïíßùí, ç äéÜôáîç ôçí ïðïßá áðïêôïýí åßíáé ç ôåôñáåäñéêÞ. Óôá ðåñéóóüôåñá ìüñéá õðÜñ÷ïõí ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí, ãé' áõôü ç ôåôñáåäñéêÞ äéÜôáîç åßíáé ç ðéï óçìáíôéêÞ. Áñãüôåñá, èá åîåôáóèïýí ìåñéêÝò äéáöïñåôéêÝò ðåñéðôþóåéò. Óå Ýíá áðüëõôá êáíïíéêü ôåôñÜåäñï, ç ãùíßá ðïõ ó÷çìáôßæåôáé áðü ôéò äýï êïñõöÝò êáé ôï êÝíôñï åßíáé 109° 28~, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 15-9. Ãéá åõêïëßá ìðïñïýìå íá ôï óôñïããõëÝøïìå óôéò 109°. ¸÷ïìå ôþñá ôçí äõíáôüôçôá íá ðñïâëÝðïìå ôá ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí, óôá ïðïßá ôï êåíôñéêü Üôïìï Ý÷åé ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí. Ôñåéò áðü áõôÝò ôéò ðñïâëÝøåéò öáßíïíôáé óôï ó÷Þìá 15-10. Áêñéâþò üðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò, ðñïâëÝðåôáé üôé ìüñéá üðùò ôïõ Ç2Ï êáé ôçò ÍÇ3, èá åßíáé ôåèëáóìÝíá êáé ìå ó÷Þìá ðõñáìßäáò áíôßóôïé÷á. Ìðïñïýìå íá ðñïâëÝøïìå ôþñá, ôïõëÜ÷éóôïí ùò áöåôçñßá, üôé ïé ãùíßåò èá åßíáé 109°. Ãéá ôï Ç2Ï êáé ôçí ÍÇ3, ç ôéìÞ áõôÞ âñßóêåôáé ðïëý êïíôÜ

368

r

x

(á)

y

r

(â)

(ã)

Ó×ÇÌÁ 15-8. ÔÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí üôáí ðåñéâÜëëïõí Ýíáí ðõñÞíá ó÷çìáôßæïíôáò Ýíá ôåôñÜãùíï (á), áðÝ÷ïõí ìåôáîý ôïõò êáôÜ ìßá áðüóôáóç ÷. Áí êéíçèïýí üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá (â) êáé ó÷çìáôßóïõí ìéá ôåôñáåäñéêÞ äéÜôáîç (ã), åßíáé äõíáôüí íá äéáôçñÞóïõí ôçí ßäéá áðüóôáóç r áðü ôïí ðõñÞíá, áëëÜ íá âñåèïýí óå ìåãáëýôåñç áðüóôáóç y ìåôáîý ôïõò.

óôéò ðñáãìáôéêÝò ôéìÝò, ïé ïðïßåò åßíáé áíôßóôïé÷á 105° êáé 107°. Åðßóçò, ìðïñïýìå íá ðñïâëÝøïìå ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ ôïõ ìåèáíßïõ, CH4, êáé Üëëùí ðáñïìïßùí ìïñßùí ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôïí Üíèñáêá. Ôá ìüñéá áõôÜ ðñÝðåé íá Ý÷ïõí ôï ó÷Þìá ôïõ ôåôñáÝäñïõ. Ôá ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ðñÜãìáôé ôï Ý÷ïõí. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ, ç ðñüâëåøç ôùí ãùíéþí ôùí äåóìþí äåí åßíáé ìüíï êáôÜ ðñïóÝããéóç áëëÜ åðáêñéâþò ïñèÞ. Ôï ðñüôõðï ôçò áðþóåùò ôùí æåõãþí çëåêôñïíßùí äéáèÝôåé áñêåôÞ åõåëéîßá, þóôå íá äéêáéïëïãÞóåé ìåñéêÜ áðü ôá ðéï ëåðôÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí ìïñéáêþí äïìþí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ìðïñåß íá äéêáéïëïãÞóåé ôï ãåãïíüò üôé óå üëá ôá ôåèëáóìÝíá ìüñéá êáé ôá ìüñéá ìå äéÜôáîç ðõñáìßäáò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü óôïé÷åßá ôùí ïìÜäùí ôïõ ïîõãüíïõ êáé ôïõ

áæþôïõ, ïé ãùíßåò åßíáé ìéêñüôåñåò áðü ôçí ôéìÞ ôçò ôåôñáåäñéêÞò ãùíßáò ôùí 109°. Ãéá íá ãßíåé êáôáíïçôü ðþò óõìâáßíåé êÜôé ôÝôïéï, èá ðñÝðåé áñ÷éêÜ íá èõìçèïýìå üôé ôá çëåêôñüíéá óôá Üôïìá äåí ìïéÜæïõí ìå ìéêñïóêïðéêÜ óôßãìáôá áñíçôéêïý öïñôßïõ, áëëÜ äñïõí ìÜëëïí ùò ìéêñÜ íÝöç áñíçôéêïý çëåêôñéóìïý. ÖõóéêÜ, ôá æåýãç çëåêôñïíßùí åßíáé çëåêôñïíéáêÜ íÝöç ìåãáëõôÝñïõ ìåãÝèïõò. Âåâáßùò, ôï ìÝãåèïò áõôþí ôùí íåöþí ðïéêßëëåé êáôÜ êÜðïéï ôñüðï. ¼ôáí Ýíá æåýãïò çëåêôñïíßùí åíüò äåóìïý ìïéñÜæåôáé áíÜìåóá óå äýï ðõñÞíåò, ôï áíôßóôïé÷ï çëåêôñïíéáêü íÝöïò åßíáé ëéãüôåñï äéÜ÷õôï áðü åêåßíï ôï ïðïßï áíôéóôïé÷åß óå Ýíá æåýãïò çëåêôñïíßùí ðïõ äåí óõììåôÝ÷åé óå äåóìü. Áõôü óõìâáßíåé åðåéäÞ ïé äýï ðõñÞíåò ðïõ ìïéñÜæïíôáé ôï æåýãïò çëåêôñïíßùí óðñþ÷íïõí ôï áñíçôéêü öïñôßï áñêåôÜ ðéï

369

åßíáé 109°. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï åßíáé äõíáôüí íá ðñïâëÝøïìå üôé ïé ãùíßåò ôùí äåóìþí óå üëá ôá ìüñéá, üðùò åßíáé ôï Ç2S, ôï H2O, ç NH3, êáé ôï ÑÇ3, ðñÝðåé íá åßíáé ìéêñüôåñåò áðü 109°, üðùò ðñÜãìáôé óõìâáßíåé. Èá ðñÝðåé åðßóçò íá áíáìÝíïìå üôé óå Ýíá ìüñéï ðïõ ó÷çìáôßæåôáé áðü Üíèñáêá, óôï ïðïßï ôá ôÝóóåñá ðåñéâÜëëïíôá Üôïìá äåí åßíáé üìïéá, ïé Ýîé ãùíßåò äåí èá åßíáé áêñéâþò ïé ßäéåò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, óôï ìüñéï ôïõ CH3F ôï ìÝãåèïò ôïõ çëåêôñïíéáêïý íÝöïõò ðïõ ïöåßëåôáé óôá çëåêôñüíéá ôùí äåóìþí C - H èá ðñÝðåé íá äéáöÝñåé áðü áõôü ôïõ çëåêôñïíéáêïý íÝöïõò ôïõ äåóìïý C - F. Ãéá ôï ëüãï áõôü, ïé ãùíßåò Ç - C Ç èá ðñÝðåé íá äéáöÝñïõí ëßãï^ ðñÜãìáôé, ôá ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé õðÜñ÷åé äéáöïñÜ. Ôï ðñüôõðï ôçò áðþóåùò ôïõ æåýãïõò çëåêôñïíßùí ìáò âïçèÜ åðßóçò íá êáôáíïÞóïìå ôéò äïìÝò ôùí ìïñßùí, óôá ïðïßá ôï êåíôñéêü Üôïìï äéáèÝôåé ìüíï ôñßá Þ äýï æåýãç çëåêôñïíßùí. Õðåíèõìßæåôáé üôé ôï Üôïìï ôïõ âïñßïõ, áêüìç êáé üôáí Ýíá 2s çëåêôñüíéü ôïõ ðñïùèåßôáé óå Ýíá 2p ôñï÷éáêü, äéáèÝôåé ìüíï ôñßá ìç äéáìïéñáæüìåíá çëåêôñüíéá óèÝíïõò ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí. ¼ôáí Ý÷ïõí ó÷çìáôéóèåß ôñåéò äåóìïß, ôï Üôïìï ôïõ âïñßïõ ðåñéâÜëëåôáé áðü ôñßá çëåêôñïíéáêÜ æåýãç. Ðïéá åßíáé ç äéÜôáîç áõôþí ôùí æåõãáñéþí ðïõ èá ìåãéóôïðïéÞóåé ôç ìåôáîý ôïõò ìÝóç áðüóôáóç; Åßíáé ç äéÜôáîç åêåßíç, êáôÜ ôçí ïðïßá âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá óôéò êïñõöÝò åíüò éóïðëåýñïõ ôñéãþíïõ. ¸ôóé, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 15-12, Ýíá ìüñéï üðùò ôï ÂF3, èá ðñÝðåé íá Ý÷åé ôï ó÷Þìá åíüò åðéðÝäïõ éóïðëåýñïõ ôñéãþíïõ. Áõôü ôï ó÷Þìá ðéóôïðïéÞèçêå ãéá ôçí Ýíùóç áõôÞ êáé ðåéñáìáôéêÜ. Èá áíÝìåíå êÜðïéïò üôé êáé ôï ÂÇ3 èá åß÷å ôï

H

109.5o

109.5o

C 109.5o

H

H

H Ó×ÇÌÁ 15-9. Óå Ýíá áðüëõôá êáíïíéêü ôåôñÜåäñï, ç ãùíßá áíÜìåóá óå äýï êïñõöÝò êáé ôï êÝíôñï åßíáé 109°28~.

éó÷õñÜ óôç ìåôáîý ôùí ðõñÞíùí ðåñéï÷Þ, åíþ Ýíá ìç äéáìïéñáæüìåíï æåýãïò Ýëêåôáé ìüíï áðü ôï êåíôñéêü Üôïìï. Ç äéáöïñÜ áõôÞ ãßíåôáé áíôéëçðôÞ ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ó÷Þìáôïò 15-11. ¸íá ìåãáëýôåñï íÝöïò ôåßíåé êáíïíéêÜ íá êáôáëÜâåé ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôïõ ÷þñïõ ðïõ ðåñéâÜëëåé ôï êåíôñéêü Üôïìï. Êáíüíáò: Æåýãç çëåêôñïíßùí ôá ïðïßá äåí ìïéñÜæïíôáé áíÜìåóá óå äýï ðõñÞíåò, êáôáëáìâÜíïõí ìåãáëýôåñï ÷þñï áðü ü,ôé ôá äéáìïéñáæüìåíá æåýãç çëåêôñïíßùí. Ùò óõíÝðåéá áõôïý ôïõ êáíüíá ðñïêýðôåé üôé ïé ãùíßåò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôá ìç äéáìïéñáæüìåíá æåýãç ìå ôïí ðõñÞíá, èá åßíáé ìåãáëýôåñåò áðü 109°. Åíþ áõôÝò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü äéáìïéñáæüìåíá æåýãç, ãéá ôïõò ßäéïõò ëüãïõò, èá åßíáé ìéêñüôåñåò áðü ôçí ôéìÞ ôçò éäáíéêÞò ãùíßáò ôïõ ôåôñáÝäñïõ, ðïõ

O

N

H

H

H

H

H H2O

C

H

H

H NH3

CH4

Ó×ÇÌÁ 15-10. Ðñïâëåðüìåíá ó÷Þìáôá ãéá ôá ìüñéá ôïõ Ç2Ï, ôçò ÍÇ3, êáé ôïõ CH4, áí õðïôåèåß üôé ôá ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí âñßóêïíôáé óôçí êÜèå ðåñßðôùóç ôïðïèåôçìÝíá óôéò êïñõöÝò åíüò ôåôñáÝäñïõ.

370

F

120o

B

120o

120o (á)

F

F

Ó×ÇÌÁ 15-12. Ôï ìüñéï ôïõ ÂF3 ó÷çìáôßæåé Ýíá éóüðëåõñï ôñßãùíï, ôï ïðïßï öáßíåôáé íá åêôåßíåôáé ðÜíù óôï åðßðåäï ôçò óåëßäáò.

(â)

Ó×ÇÌÁ 15-11. Ôï çëåêôñïíéáêü íÝöïò åíüò æåýãïõò çëåêôñïíßùí ôï ïðïßï äåí äéáìïéñÜæåôáé (á), êáôáëáìâÜíåé ðåñéóóüôåñï áðü ôï ÷þñï ðïõ ðåñéâÜëëåé Ýíá Üôïìï óå ó÷Ýóç ìå áõôüí ðïõ êáôáëáìâÜíåé Ýíá äéáìïéñáæüìåíï æåýãïò (â).

ßäéï ó÷Þìá, áëëÜ åäþ ôá ðñÜãìáôá ãßíïíôáé ëßãï ðïëõðëïêüôåñá. Ôï ìüñéï ôïõ ÂÇ3 åßíáé ôüóï áóôáèÝò, þóôå õößóôáôáé ìüíï ãéá Ýíá êëÜóìá ôïõ äåõôåñïëÝðôïõ. Ãé' áõôü åßíáé ðïëý äýóêïëï íá ìåëåôÞóåé êÜðïéïò ôï ó÷Þìá ôïõ. Äåí õðÜñ÷åé áìöéâïëßá üôé ôï ó÷Þìá ôïõ åßíáé åðßðåäï éóüðëåõñï ôñßãùíï. Áõôü ðïõ óõìâáßíåé óôá ìüñéá ôïõ ÂÇ3 åßíáé üôé äýï ÂÇ3 óõíåíþíïíôáé, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ìüñéá Â2Ç6. Ôï óôïé÷åßï âçñýëëéï Ý÷åé ìüíï äýï çëåêôñüíéá óèÝíïõò êáé ãéá ôï ëüãï áõôü åìöáíßæïíôáé ìüíï äýï æåýãç çëåêôñïíßùí, üôáí ó÷çìáôéóèïýí äýï äåóìïß. Åßíáé ìÜëëïí ðñïöáíÝò üôé ï ìüíïò ôñüðïò íá âñåèïýí áõôÜ ôá äýï æåýãç çëåêôñïíßùí óôç ìåãáëýôåñç äõíáôÞ ìåôáîý ôïõò áðüóôáóç åßíáé íá ôïðïèåôçèïýí óå áíôßèåôåò èÝóåéò ùò ðñïò ôï Üôïìï ôïõ Âe. ¸ôóé, åßíáé áíáìåíüìåíï ôï âçñýëëéï íá ó÷çìáôßæåé ãñáììéêÜ ìüñéá, üðùò ôï BeCl2 óôï ó÷Þìá 15-13.

15.5 ÕâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ. ÕðÜñ÷åé Ýíáò áêüìç ôñüðïò, ãéá íá ðñïâëÝðïìå êáé íá êáôáíïïýìå ôç ãåùìåôñßá ôçò ìïñéáêÞò äïìÞò. Ìåôá÷åéñéæüìáóôå êáé ðÜëé ôçí Ýííïéá ôùí êáèïñéóìÝíùí ôñï÷éáêþí ôïõ êåíôñéêïý áôüìïõ ðïõ óõãêñáôåß ôá æåýãç çëåêôñïíßùí, áëëÜ èá ðñÝðåé íá ðñï÷ùñÞóïìå

êáé ëßãï ðéï ðÝñá áðü ôçí áðëÞ ðáñáäï÷Þ üôé ôá ôñï÷éáêÜ åßíáé êáô' áíÜãêç êáèáñÜ s Þ p ôñï÷éáêÜ. ¸ôóé, ðñÝðåé íá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå íÝïõò óõíäõáóìïýò, áõôþí ôùí ôñï÷éáêþí. Ïé óõíäõáóìïß áõôïß, âÜóåé ôùí ïðïßùí áíáìéãíýïíôáé ôá s êáé p ôñï÷éáêÜ, ïíïìÜæïíôáé õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ. Ï åõêïëüôåñïò ßóùò ôñüðïò íá ðáñáóôÞóïìå ôï ó÷çìáôéóìü ôùí õâñéäïðïéçìÝíùí ôñï÷éáêþí åßíáé íá åðáíåîåôÜóïìå ôï ó÷çìáôéóìü ôùí ãñáììéêþí ìïñßùí ôïõ âçñõëëßïõ. Ç áðåéêüíéóç ôçò âáóéêÞò åíåñãåéáêÞò êáôáóôÜóåùò ôïõ áôüìïõ ôïõ âçñõëëßïõ åßíáé 1s2. ÃåíéêÜ, ðñïêåéìÝíïõ ôï Üôïìï íá ó÷çìáôßóåé äåóìïýò, Ýíá áðü áõôÜ ôá çëåêôñüíéá ðñÝðåé íá ðñïùèçèåß óå Ýíá p ôñï÷éáêü. Áò õðïèÝóïìå üôé åßíáé ôï px ôñï÷éáêü. Èá Þôáí äõíáôüí äýï ìïíïóèåíÞ Üôïìá, ãéá ðáñÜäåéãìá Üôïìá õäñïãüíïõ, íá ðëçóéÜóïõí ôï Üôïìï ôïõ âçñõëëßïõ êáé íá ó÷çìáôßóïõí äåóìïýò ìå åðéêÜëõøç ôùí ôñï÷éáêþí ôïõò ìå ôá 2s êáé 2px ôñï÷éáêÜ ôïõ áôüìïõ ôïõ âçñõëëßïõ. ¼ìùò áõôü äåí óõìâáßíåé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá. Ç áéôßá åßíáé üôé åðéôõã÷Üíåôáé ìåãáëýôåñç åðéêÜëõøç ôùí ôñï÷éáêþí, áí ðñïçãïõìÝíùò ôá 2s êáé 2px ôñï÷éáêÜ áíáìé÷èïýí ðñïò äýï üìïéá áëëÜ áíôßèåôçò êáôåõèýíóåùò õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 15-14. Ç ìåãáëýôåñç ôñï÷éáêÞ åðéêÜëõøç åðéôñÝðåé ôïí ðëçñÝóôåñï êáôáìåñéóìü ôùí çëåêôñïíßùí êáé áõôü ïäçãåß óå éó÷õñüôåñïõò äåóìïýò. ÐñïêåéìÝíïõ íá ãßíåé êáôáíïçôüò ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï áíáìéãíýïíôáé ôá êáèáñÜ ôñï÷éáêÜ êáé ôá ó÷Þìáôá ôùí õâñéäïðïéçìÝíùí ôñï÷éáêþí ðïõ ðñïêýðôïõí, èá ðñÝðåé íá èõìçèåßôå üôé ïé äýï ëïâïß ôùí p ôñï÷éáêþí Ý÷ïõí áíôßèåôá áëãåâñéêÜ ðñüóçìá. Ãé' áõôü, üôáí ðñïóôßèåôáé áðëÜ Ýíá s

371

ôñï÷éáêü óå Ýíá p ôñï÷éáêü, ëáìâÜíåôáé Ýíá õâñéäïðïéçìÝíï ôñï÷éáêü, ôï ïðïßï åßíáé ðïëý ìéêñü êáé áäýíáôï êáôÜ ìÞêïò ôïõ áñíçôéêïý Üîïíá x, áëëÜ ðïëý éó÷õñü êáé óõìðõêíùìÝíï êáôÜ ìÞêïò ôïõ èåôéêïý Üîïíá x. Ç åíßó÷õóç êáôÜ ôç ìßá êáôåýèõíóç åéò âÜñïò ôçò Üëëçò, óçìáßíåé üôé óå áõôÞí ôçí êáôåýèõíóç åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèåß Ýíáò ðïëý éó÷õñüôåñïò äåóìüò áðü áõôüí ðïõ èá ìðïñïýóå íá ó÷çìáôßóåé Ýíá êáèáñü s Þ p ôñï÷éáêü, ðñïò ïðïéáäÞðïôå êáôåýèõíóç. ÅÜí ôþñá áíôéóôñÝøïìå ôï óçìåßï ôïõ p ôñï÷éáêïý êáé óôç óõíÝ÷åéá ôï ðñïóèÝóïìå óôï s ôñï÷éáêü, ëáìâÜíïìå Ýíá õâñéäïðïéçìÝíï, ôï ïðïßï åßíáé Ýíôïíá óõãêåíôñùìÝíï ðñïò ôçí êáôåýèõíóç ôïõ áñíçôéêïý Üîïíá x. Ôï áðïôÝëåóìá åßíáé íá äçìéïõñãçèåß Ýíá ôñï÷éáêü, ôï ïðïßï åßíáé åîáéñåôéêÜ êáôÜëëçëï ãéá íá ó÷çìáôßóåé Ýíá äåóìü óå êáôåýèõíóç áíôßèåôç ðñïò ôçí ðñïçãïýìåíç. Ôé Ý÷åé åðéôý÷åé ï õâñéäéóìüò; Ç óõíïëéêÞ éêáíüôçôá ãéá ó÷çìáôéóìü ÷çìéêþí äåóìþí ôùí áôïìéêþí ôñï÷éáêþí, üôáí áõôÜ åßíáé ÷ùñéóôÜ, ç ïðïßá åßíáé áíÜëïãç ðñïò ôçí éêáíüôçôÜ ôïõò íá åðéêáëýðôïíôáé ìå ôá ôñï÷éáêÜ ôùí Üëëùí áôüìùí, åßíáé óõãêåíôñùìÝíç ôþñá óå ïñéóìÝíåò êáôåõèýíóåéò áíôß íá åßíáé äéáóêïñðéóìÝíç óå ìéá åõñýôåñç ðåñéï÷Þ ôïõ ÷þñïõ. Áõôüò åßíáé ï ëüãïò ðïõ åõíïåßôáé ï ó÷çìáôéóìüò õâñéäïðïéçìÝíùí ôñï÷éáêþí, äéáäéêáóßá ðïõ ïíïìÜæåôáé õâñéäïðïßçóç Þ õâñéäéóìüò. Éó÷õñüôåñïé äåóìïß åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí óå ïñéóìÝíåò êáôåõèýíóåéò áðü õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ, óå ó÷Ýóç ìå ôá áíåîÜñôçôá áôïìéêÜ ôñï÷éáêÜ áðü ôá ïðïßá ðñïÝñ÷ïíôáé. Ôï æåýãïò ôùí õâñéäïðïéçìÝíùí ôñï÷éáêþí ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé óôï âçñýëëéï áðü Ýíá s êáé Ýíá p ôñï÷éáêü, åßíáé ãíùóôÜ ùò sp õâñßäéá. Áí êïéôÜîåôå ðñïò ôéò êáôåõèýíóåéò ðïõ åßíáé óõãêåíôñùìÝíá áõôÜ ôá äýï õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ, èá äéáðéóôþóåôå üôé ó÷çìáôßæïõí ìåôáîý ôïõò ãùíßá 180°. ÁõôÜ ôá éäéáßôåñá ôñï÷éáêÜ äßíïõí ôç äõíáôüôçôá óôï âçñýëëéï íá ó÷çìáôßæåé äýï éó÷õñïýò äåóìïýò^ ôï ìüñéï ðïõ ðñïêýðôåé åßíáé ãñáììéêü. Ðñüêåéôáé ãéá ôçí ßäéá ãåùìåôñßá ôçí ïðïßá ðñïÝâëåøå ôï ðñüôõðï ôçò áðþóåùò ôïõ æåýãïõò çëåêôñïíßùí. Ôï ðñüôõðï ôïõ õâñéäéóìïý åßíáé äõíáôüí íá åöáñìïóèåß åðßóçò óôçí ðåñßðôùóç åêåßíç üðïõ õðÜñ÷ïõí ôñßá çëåêôñüíéá óèÝíïõò. Ôï âüñéï Ý÷åé ôñßá çëåêôñüíéá óèÝíïõò óôç äåýôåñç åíåñãåéáêÞ

180o

Cl

Be

Cl

Ó×ÇÌÁ 15-13. Ôï ÷ëùñßäéï ôïõ âçñõëëßïõ, BeCl2, ó÷çìáôßæåé Ýíá ôåëåßùò óõììåôñéêü ãñáììéêü ìüñéï.

ôïõ óôïéâÜäá, ìå ôçí êáôáíïìÞ s2p. ¸íá áðü ôá s çëåêôñüíéá ìðïñåß íá ðñïùèçèåß åýêïëá ðñïò Ýíá êåíü 2p ôñï÷éáêü, äßíïíôáò ôç äéÜôáîç spx py. Ôá êáèáñÜ ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò üìùò äåí åîáóöáëßæïõí ôïí áðïôåëåóìáôéêü ó÷çìáôéóìü äåóìþí, óå êáèïñéóìÝíåò êáôåõèýíóåéò. Ãéá íá ãßíåé áõôü, ðñÝðåé íá õâñéäïðïéçèïýí. Ôï ó÷Þìá 15-15 äåß÷íåé ðþò óõìâáßíåé áõôü. Ìðïñåßôå íá äåßôå üôé ôá ôñßá õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ, ðïõ ïíïìÜæïíôáé sp2 õâñßäéá, êáôåõèýíïíôáé ðñïò ôéò êïñõöÝò åíüò éóïðëåýñïõ ôñéãþíïõ, ôï ïðïßï âñßóêåôáé óôï åðßðåäï xy. ¸ôóé, Ýíá ìüñéï, üðùò ôï ÂF3, áíáìÝíåôáé íá åßíáé åðßðåäï. Êáé ðÜëé ç ðñüâëåøç áõôÞ óõìöùíåß ìå åêåßíç ôçí ïðïßá äßíåé ôï ðñüôõðï ôçò áðþóåùò ôïõ æåýãïõò çëåêôñïíßùí, áëëÜ êáé ìå ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá. ÔÝëïò, åîåôÜæïìå ôéò ðåñéðôþóåéò åêåßíåò, üðïõ õðÜñ÷ïõí ôÝóóåñá çëåêôñüíéá óèÝíïõò óå åíþóåéò ôïõ Üíèñáêá, üðùò ôï ìåèÜíéï, CH4. Ç äéÜôáîç êáôÜ ôçí ïðïßá êáé ôá ôÝóóåñá áõôÜ çëåêôñüíéá âñßóêïíôáé óå îå÷ùñéóôÜ ôñï÷éáêÜ èá ðñÝðåé íá åßíáé spx py pz. Èá ðñÝðåé ëïéðüí íá âñïýìå ìéá ïìÜäá ôåóóÜñùí, õâñéäïðïéçìÝíùí ôñï÷éáêþí, sp3 õâñéäßùí, ôá ïðïßá íá äßíïõí ôéò ìåãáëýôåñåò óõãêåíôñþóåéò óå ïñéóìÝíåò êáôåõèýíóåéò. Ãéá íá ãßíåé êÜôé ôÝôïéï, ðñÝðåé íá êÜíïìå õðïëïãéóìïýò óå ôñåéò äéáóôÜóåéò, äçëáäÞ ðñïûðïôßèåíôáé ãíþóåéò Üëãåâñáò õøçëïý åðéðÝäïõ. Ôï áðïôÝëåóìá üìùò, áöïý Ýãéíå áíôéêåßìåíï åðåîåñãáóßáò ãéá ðïëëÜ ÷ñüíéá, ðáßñíåé ìéá ðïëý áðëÞ ìïñöÞ. ÅîÜãåôáé üôé ôá ôÝóóåñá õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 15-16, êáôåõèýíïíôáé ðñïò ôéò êïñõöÝò åíüò ôåôñáÝäñïõ. Êáé ðÜëé, ôï ðñüôõðï áõôü ïäçãåß óå ìéá áðÜíôçóç óýìöùíç ìå åêåßíç, ç ïðïßá ðñïÞëèå áðü ôï ðñüôõðï ôçò áðþóåùò ôïõ æåýãïõò çëåêôñïíßùí. Ôï ìåèÜíéï, CH4, êáé Üëëá ìüñéá, üðùò ôï CF4, èá Ý÷ïõí ôï ó÷Þìá ôïõ ôåôñáÝäñïõ. Óå ìüñéá üðùò ç áììùíßá, ÍÇ3, êáé ôï íåñü, Ç2Ï, ôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò ôïõ êåíôñéêïý áôüìïõ êáôáëÞãïõí óå ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí. Ôï

y

+ + Be + + 2s

x

+

_

Be

+

x

2px

{

_

++

Be

y ++

y

y

Be

2s+2px x

_ 2s 2px _

372

x

Ó×ÇÌÁ 15-14. ¸íá 2s êáé Ýíá 2px ôñï÷éáêü åßíáé äõíáôüí íá óõíåíùèïýí, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí äýï áíôßèåôçò êáôåõèýíóåùò sp õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ, üðùò öáßíåôáé åäþ ãéá ôï Üôïìï ôïõ âçñõëëßïõ.

áðïôÝëåóìá áõôü åßíáé üìïéï ìå åêåßíï ðïõ âñÝèçêå ãéá ôï ìåèÜíéï, ìå ôç äéáöïñÜ üôé Ýíá Þ äýï æåýãç çëåêôñïíßùí äå ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôï ó÷çìáôéóìü ôùí äåóìþí. Ìðïñïýìå íá õðïèÝóïìå üôé ó÷çìáôßæïíôáé sp 3 õâñßäéá, áëëÜ üôé ìüíï äýï Þ ôñßá áðü áõôÜ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ãéá íá äçìéïõñãçèïýí äåóìïß. Ç ÷ñÞóç Ýóôù êáé ëßãùí õâñéäßùí ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí ïäçãåß óå Ýíá óôáèåñü ìüñéï, ãéáôß ôá õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ óõãêåíôñþíïíôáé óå ïñéóìÝíåò êáôåõèýíóåéò. ¸÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá äçìéïõñãÞóïõí éó÷õñüôåñïõò äåóìïýò óå áõôÝò ôéò êáôåõèýíóåéò áðü ü,ôé êÜèå êáèáñü, ìç õâñéäïðïéçìÝíï ôñï÷éáêü. Åýêïëá áíôéëáìâáíüìáóôå ôþñá ãéáôß ç ðñþôç ìáò ðñïóðÜèåéá íá åîçãÞóïìå ôá ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí ôïõ Ç 2Ï êáé ôçò ÍÇ3, üðïõ åß÷áìå äå÷èåß üôé ÷ñçóéìïðïéïýíôáí êáèáñÜ p ôñï÷éáêÜ,

äåí ðÝôõ÷å êáôÜ ôñüðï áðüëõôá éêáíïðïéçôéêü. Óôï êåíôñéêü Üôïìï Ï Þ Í, áíôß íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ôá êáèáñÜ p ôñï÷éáêÜ, áíáìéãíýïíôáé ìå ôï 2s ôñï÷éáêü êáé äßíïõí õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ, ôá ïðïßá ó÷çìáôßæïõí éó÷õñüôåñïõò äåóìïýò. Ïé ãùíßåò äåóìþí óôï Ç 2Ï êáé óôçí ÍÇ3 äåí Ý÷ïõí áêñéâþò ôçí ôéìÞ ôùí 109°, üðùò áíáöÝñáìå. Áõôü åßíáé äõíáôüí íá áðïäïèåß óôï ãåãïíüò üôé êÜôù áðü áõôÝò ôéò éäéáßôåñåò óõíèÞêåò êáé ôá ôÝóóåñá sp 3 õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ äåí åßíáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá áðáñáßôçôï íá ó÷çìáôßóïõí äåóìïýò. Óôïõò äýï Þ ôñåéò äåóìïýò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé åßíáé äõíáôüí íá ëçöèïýí ôá êáëýôåñá áðïôåëÝóìáôá, áí êáôÜ ôïí õâñéäéóìü ÷ñçóéìïðïéçèïýí êáôÜ ôé äéáöïñåôéêÝò áíáëïãßåò ôùí s êáé p ôñï÷éáêþí. Áõôü óçìáßíåé üôé ïé êáôåõèýíóåéò ôùí äåóìþí äåí åßíáé áêñéâþò ßäéåò ìå åêåßíåò ôïõ ôåôñáÝäñïõ.

Ðåñßëçøç. ÕðÜñ÷ïõí ðïëëÜ åßäç ðåéñáìÜôùí, åéäéêÜ ç ðåñßèëáóç ôùí áêôßíùí × ìÝóá áðü êñõóôÜëëïõò, ðïõ ìáò äåß÷íïõí üôé ôá ìüñéá Ý÷ïõí êáèïñéóìÝíåò äïìÝò. Ìðïñïýìå íá êáôáíïÞóïìå ãéáôß ôá ðéï áðëÜ ìüñéá Ý÷ïõí üðïéá ó÷Þìáôá Ý÷ïõí, áí ëÜâïìå õðüøç ìáò ôéò éäéüôçôåò ôùí çëåêôñïíßùí êáé ôùí ôñï÷éáêþí. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ìüñéá üðùò ôï Ç 2Ï êáé ç ÍÇ3, ðåñéìÝíïìå ïé äåóìïß íá ó÷çìáôßæïíôáé ìå ôá p ôñï÷éáêÜ ôùí áôüìùí ôïõ Ï êáé ôïõ Í. Áõôü öõóéêÜ ìáò åðéôñÝðåé åðßóçò íá óõìðåñáßíïìå üôé ôá ìüñéá áõôÜ èá åßíáé áíôßóôïé÷á ôåèëáóìÝíá êáé ðõñáìéäïåéäÞ. ¼ìùò, Ýíáò ðéï ãåíéêüò ôñüðïò ðñïâëÝøåùò ôùí ìïñéáêþí ó÷çìÜôùí åßíáé íá áíáãíùñßóïìå üôé ôá æåýãç ôùí çëåêôñïíßùí

ôåßíïõí íá ôïðïèåôçèïýí Ýôóé, þóôå íá áðÝ÷ïõí üóï ôï äõíáôüí ðåñéóóüôåñï, êáôÜ ìÝóï üñï, ìåôáîý ôïõò. Ìßá áðü ôéò óçìáíôéêüôåñåò ðåñéðôþóåéò åßíáé áõôÞ ôùí ôåóóÜñùí æåõãþí çëåêôñïíßùí ôá ïðïßá ôåßíïõí íá êáôáëÜâïõí ôéò ãùíßåò åíüò ôåôñáÝäñïõ. ¸íá Üëëï ðñüôõðï ôçò êáôáíïìÞò ôïõ çëåêôñïíßïõ óôá ìüñéá âáóßæåôáé óôçí éäÝá üôé ôá äéÜöïñá s êáé p ôñï÷éáêÜ Ý÷ïõí ôçí ôÜóç íá áíáìé÷èïýí Þ íá õâñéäïðïéçèïýí, þóôå íá äþóïõí íÝá ôñï÷éáêÜ. ÁõôÜ ôá íÝá ôñï÷éáêÜ åßíáé Ýíôïíá óõãêåíôñùìÝíá óôéò êáôåõèýíóåéò åêåßíåò, óôéò ïðïßåò ðñüêåéôáé íá ó÷çìáôéóèïýí äåóìïß. Ôï ðñüôõðï áõôü ïäçãåß åðßóçò óôçí ðñüâëåøç ôùí ôåôñáåäñéêþí äïìþí,

{

y + B _

y

x 2py

+ + B + +

x y

2s

B

+

_

x 2px (á)

y

++

B _

_ s+py px

x

y _ B

++

y _ B

s+px

x

x

s _ py _ px

++

y + _

120o

_

120o

+

_

x

120o +

(â)

Ó×ÇÌÁ 15-15. ¼ôáí Ýíá s ôñï÷éáêü êáé äýï p ôñï÷éáêÜ óõíäÝïíôáé ðñïò éóïäýíáìá õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ (sp2 õâñßäéá), äçìéïõñãïýíôáé ôñßá ôñï÷éáêÜ, ôá ïðïßá ó÷çìáôßæïõí ìåôáîý ôïõò ãùíßåò 120°.

üðïõ ðñüêåéôáé íá ó÷çìáôéóèïýí ôÝóóåñéò äåóìïß, êáé ãåíéêÜ äßíåé ðñïâëÝøåéò êáôÜ ðïëý üìïéåò ìå áõôÝò ôïõ ðñïôýðïõ áðþóåùò ôïõ æåýãïõò çëåêôñïíßùí.

ðëåõñÜò;

+

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðþò ìå ôï ðñüôõðï ôçò áðþóåùò ôïõ æåýãïõò çëåêôñïíßùí åîçãåßôáé ôï ãåãïíüò üôé ôï BF3 åßíáé åðßðåäï, åíþ ôï NF3 åßíáé ðõñáìéäïåéäÝò; 2. Ðþò èá ðåñéãñÜöáôå ôéò êáôåõèýíóåéò åðß ôùí ïðïßùí âñßóêïíôáé óõãêåíôñùìÝíá ôá õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ ôïõ ôýðïõ sp, sp2, êáé sp3; 3. Ðüóåò ðëåõñÝò êáé ðüóåò áêìÝò Ý÷åé Ýíá ôåôñÜåäñï; Ðïéï åßíáé ôï ó÷Þìá ôçò êÜèå

_

_

_ +

_ + +

Ó×ÇÌÁ 15-16. Ôá sp3 õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ.

374

Äéðëïß êáé ôñéðëïß äåóìïß 15.6 Äéðëïß äåóìïß. Óå üëåò ôéò ðåñéðôþóåéò ðïõ åîåôÜóáìå ìÝ÷ñé ôþñá, üëá ôá æåýãç áôüìùí óõãêñáôïýíôáí åíùìÝíá ìåôáîý ôïõò ìå êáôáìåñéóìü åíüò æåýãïõò çëåêôñïíßùí. ¸íáò ôÝôïéïò äåóìüò ïíïìÜæåôáé áðëüò äåóìüò. Åßíáé äõíáôüí üìùò íá ìïéñáóèïýí äýï æåýãç çëåêôñïíßùí áíÜìåóá óå äýï Üôïìá. Áõôü ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü åíüò éó÷õñïôÝñïõ ôýðïõ äåóìïý, ï ïðïßïò ïíïìÜæåôáé äéðëüò äåóìüò. Ãéá íá äïýìå ðþò äçìéïõñãåßôáé, áò õðïèÝóïìå üôé ôï êÜèå Ýíá áðü ôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá Ý÷åé ó÷çìáôßóåé äåóìü ìå äýï Üôïìá õäñïãüíïõ. Áõôü ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü äýï ïìÜäùí CH2 (ó÷. 1517á). Ôï êÜèå Ýíá áðü ôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá åîáêïëïõèåß íá Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ó÷çìáôßóåé áêüìç äýï äåóìïýò ìå æåýãç çëåêôñïíßùí. Áò õðïèÝóïìå áêüìç üôé áõôÝò ïé äýï ïìÜäåò CH2, ðëçóéÜæïõí ç ìéá ôçí Üëëç. ¸íá çëåêôñüíéï áðü êÜèå Üôïìï Üíèñáêá ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïéçèåß, ãéá íá ó÷çìáôßóåé Ýíáí áðëü äåóìü áíÜìåóá óå áõôÜ ôá äýï Üôïìá, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 15-17â. ¼ìùò, êÜèå Üôïìï ôïõ Üíèñáêá äéáèÝôåé áêüìç Ýíá çëåêôñüíéï, ôï ïðïßï äåí Ý÷åé ÷ñçóéìïðïéçèåß ãéá ôç äçìéïõñãßá êÜðïéïõ äåóìïý. ÁõôÜ ôá äýï åíáðïìåßíáíôá çëåêôñüíéá ìðïñïýí åðßóçò íá ìïéñáóèïýí áíÜìåóá óôá äýï Üôïìá Üíèñáêá. Ç ðñïêýðôïõóá äéÜôáîç åßíáé äõíáôüí íá ðáñáóôáèåß ìå ôïí çëåêôñïíéáêü ôýðï ôïõ ó÷Þìáôïò 15-17ã, üðïõ ôá çëåêôñüíéá áðåéêïíßæïíôáé ìå ìßá ôåëåßá. Ôþñá ðïõ Ý÷ïìå ôïí çëåêôñïíéáêü ôýðï, åðüìåíï âÞìá åßíáé íá áíáêáëýøïìå ðïéï èá åßíáé ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ. Áõôü ôï éäéáßôåñï ìüñéï, ìå ôïí ôýðï C 2H4, ïíïìÜæåôáé áéèõëÝíéï. Äåí åßíáé ðïëý äýóêïëï íá ðñïâëÝøïìå ôï ó÷Þìá ôïõ. Ôï ìüíï ðïõ ÷ñåéÜæåôáé åßíáé ç åðÝêôáóç ôçò èåùñßáò ðïõ Ý÷ïìå Þäç áíáðôýîåé ãéá ôá ìüñéá ðïõ Ý÷ïõí ìüíï áðëïýò äåóìïýò. Ç âáóéêÞ Ýííïéá ðïõ èá ìåôá÷åéñéóôïýìå åßíáé ç áêüëïõèç: ÏðïôåäÞðïôå õðÜñ÷ïõí ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí óôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò åíüò áôüìïõ, ðåñéìÝíïìå üôé èá äçìéïõñãçèåß Þ èá õðÜñîåé ôÜóç íá äçìéïõñãçèåß ìéá ôåôñáåäñéêÞ äéÜôáîç ãýñù áðü áõôü ôï Üôïìï. Áí ôï êÜèå Üôïìï Üíèñáêá ôïõ áéèõëåíßïõ ðñÝðåé íá Ý÷åé ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí ãýñù

H

H C

C

H

H (á)

H

C

H

C H

H (â) H

H C

C

H

H (ã)

Ó×ÇÌÁ 15-17. Äýï ïìÜäåò ‐ CH2: ç êÜèå ìßá ðåñéÝ÷åé äýï çëåêôñüíéá, ðïõ äåí Ý÷ïõí ÷ñçóéìïðïéçèåß óôï ó÷çìáôéóìü äåóìïý (á). Ïé äýï ïìÜäåò ‐ CH2 Ý÷ïõí óõíäåèåß ãéá ôï ó÷çìáôéóìü åíüò áðëïý äåóìïý áíÜìåóá óôá äýï Üôïìá ôïõ Üíèñáêá (â). Ôá äýï åíáðïìåßíáíôá çëåêôñüíéá ôþñá Ý÷ïõí åðßóçò äéáìïéñáóèåß áíÜìåóá óôá äýï Üôïìá Üíèñáêá, êáé Ýôóé ó÷çìáôßæåôáé Ýíáò äéðëüò äåóìüò (ã).

ôïõ, óå ìéá ôåôñáåäñéêÞ äéÜôáîç, êáé áí åðßóçò äýï æåýãç çëåêôñïíßùí ðñÝðåé íá áíÞêïõí óå äýï Üôïìá Üíèñáêá óõã÷ñüíùò, ç óõíïëéêÞ äéÜôáîç èá åßíáé áõôÞ ðïõ äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 15-18. Ôï ó÷çìáôéæüìåíï ìüñéï Ý÷åé êáé ôá Ýîé Üôïìá óå Ýíá åðßðåäï. Ïé ãùíßåò ôïõ HCH åßíáé ðåñßðïõ 109° êáé üðùò ìðïñåßôå íá áðïäåßîåôå Ý÷ïíôáò êÜðïéåò ãíþóåéò ãåùìåôñßáò, ïé ãùíßåò CCH åßíáé ðåñßðïõ 125°. Ç ðñüâëåøç áõôÞ åßíáé áêñéâÞò êáé üðùò äåß÷íïõí ôá ðåéñÜìáôá, ôï ìüñéï ôïõ áéèõëåíßïõ ðñÜãìáôé åßíáé áðïëýôùò åðßðåäï. ¼ðùò óõìâáßíåé óõíÞèùò ìå ôá áðëÜ ìáò ðñüôõðá, ïé ãùíßåò ðïõ ðñïâëÝðïíôáé áðïêëßíïõí, áí êáé ü÷é ðïëý. Ïé ðñáãìáôéêÝò ãùíßåò ôïõ CCH êáé ôïõ HCH óôï áéèõëÝíéï åßíáé êáé ïé äýï ðåñßðïõ 120°. Ùò Üëëï ðáñÜäåéãìá äéðëïý äåóìïý áò åîåôÜóïìå ôé óõìâáßíåé, áí Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ ðñüêåéôáé íá óõíäåèåß ìå ìéá ïìÜäá CH 2. ÐáñáêÜôù áêïëïõèåß ï çëåêôñïíéáêüò ôýðïò ðïõ ðñïêýðôåé, áí ÷ñçóéìïðïéçèïýí áðü ôï Üôïìï ôïõ C êáé ôïõ O üëá ôá çëåêôñüíéá óèÝíïõò ôïõò:

375

H

H

H

C C

O

H C H

(á)

Ó×ÇÌÁ 15-19. Ç êáôáíïìÞ óôï ÷þñï ôùí áôüìùí êáé ôùí çëåêôñïíßùí óôï ìüñéï ôçò öïñìáëäåàäçò.

H

H

O

H

C

O

C

Ó×ÇÌÁ 15-20 Ç êáôáíïìÞ óôï ÷þñï ôùí áôüìùí êáé ôùí çëåêôñïíßùí óôï ìüñéï ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá.

C H

H (â)

Ó×ÇÌÁ 15-18. ¼ôáí óõíäõÜæïíôáé äýï ôåôñáåäñéêÜ óýíïëá ôùí ôñï÷éáêþí ôïõ Üíèñáêá, üðùò êáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ áéèõëåíßïõ, üëá ôá Üôïìá (2 Üôïìá C, 4 Üôïìá Ç) âñßóêïíôáé óå Ýíá åðßðåäï, êáé ó÷çìáôßæåôáé Ýíáò äéðëüò äåóìüò. Ìéá óõíçèéóìÝíç óýíôïìç ðáñÜóôáóç ôïõ áéèõëåíßïõ äßíåôáé óôï ó÷Þìá (á). Ç ðñáãìáôéêÞ ãåùìåôñßá ôïõ áðåéêïíßæåôáé óôï ó÷Þìá (â).

Áí ôþñá óêåöèïýìå üôé ôï êÜèå Ýíá áðü áõôÜ ôá Üôïìá ðñÝðåé íá ðåñéâÜëëåôáé áðü Ýíá ôåôñáåäñéêü óýíïëï ôåóóÜñùí æåõãþí çëåêôñïíßùí, èá ïäçãçèïýìå óôç óýíèåóç åíüò ìïñßïõ ïìïßïõ ìå áõôü ôïõ ó÷Þìáôïò 15-19. Êáé ðÜëé ó÷çìáôßóáìå Ýíá ìüñéï, ðïõ åßíáé åðßðåäï. ÐåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ç öïñìáëäåàäç, CH2O, áðïôåëåßôáé ðñÜãìáôé áðü åðßðåäá ìüñéá. Ïé

ðñïâëÝøåéò ìáò ãéá ôéò ãùíßåò äåí åßíáé áðïëýôùò óùóôÝò, áëëÜ áðÝ÷ïõí 5 ìå 10 ìïßñåò áðü ôéò ðñáãìáôéêÝò ôéìÝò. ÔÝëïò, áò äïýìå ôï ãíùóôü ìüñéï ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá, CO2. Ôï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá ìðïñåß íá ìïéñáóèåß äýï áðü ôá çëåêôñüíéÜ ôïõ ìå ôï êÜèå Üôïìï ôïõ ïîõãüíïõ. ¸ôóé, ïäçãïýìáóôå óôï ó÷çìáôéóìü åíüò ìïñßïõ ìå äýï äéðëïýò äåóìïýò, ðïõ ðáñéóôÜíåôáé ìå ôïí áêüëïõèï çëåêôñïíéáêü ôýðï:

Åßíáé äõíáôüí íá ðñïâëåöèåß ôï ó÷Þìá áõôïý ôïõ ìïñßïõ, áí ëÜâïìå õðüøç ìáò êáé ðÜëé üôé ôá ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí ðïõ ðåñéâÜëëïõí ôï êÜèå Üôïìï ôåßíïõí íá âñåèïýí üóï ôï äõíáôüí ðéï êïíôÜ, óôéò êïñõöÝò åíüò ôåôñáÝäñïõ. ¸ôóé, ó÷çìáôßæåôáé ç äéÜôáîç ôïõ ó÷Þìáôïò 15-20 ç ïðïßá, üðùò öáßíåôáé, åßíáé ãñáììéêÞ. Ôï ìüñéï ôïõ CO2 åßíáé ðñÜãìáôé ãíùóôü áðü ðåéñÜìáôá üôé åßíáé ãñáììéêü.

15.7 Ôñéðëïß äåóìïß. ÕðÜñ÷ïõí ìüñéá, óôá ïðïßá ôñßá æåýãç çëåêôñïíßùí ìïéñÜæïíôáé áíÜìåóá óå äýï Üôïìá. Áõôïý ôïõ åßäïõò ç äéÜôáîç ïíïìÜæåôáé ôñéðëüò

376

äåóìüò. ¸íá áðü ôá ðéï áðëÜ êáé ðéï óçìáíôéêÜ ðáñáäåßãìáôá åßíáé áõôü ìå ôï ìüñéï ôïõ áæþôïõ, Í2. ¸÷åôå ìÜèåé üôé ôï Üæùôï åßíáé éêáíü íá ó÷çìáôßóåé 3 äåóìïýò, ãéáôß ç çëåêôñïíéáêÞ ôïõ äéáìüñöùóç åßíáé 1s22s22px2py2pz.¸ôóé, Ýíá Üôïìï áæþôïõ óõíäÝåôáé ìå ôñßá Üëëá ìïíïóèåíÞ Üôïìá, üðùò ôï Ç Þ ôï F, êáé ó÷çìáôßæåé ìüñéá, üðùò ôçí ÍÇ3 Þ ôï NF3. ¼ôáí äýï Üôïìá áæþôïõ óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò, ç äçìéïõñãßá ôïõ äåóìïý åêöñÜæåôáé ìå Ýíáí áðü ôïõò áêüëïõèïõò ôñüðïõò: 1s Í Í

2s

2p Þ :N:::N:

Ìßá áðü ôéò áéôßåò ðïõ ôï óôïé÷åßï Üæùôï, ôï ïðïßï áðïôåëåß ðåñßðïõ ôá ôÝóóåñá ðÝìðôá ôçò áôìüóöáéñÜò ìáò, åìöáíßæåôáé ôüóï áäñáíÝò, åßíáé ç ðáñïõóßá áõôïý ôïõ ôñéðëïý äåóìïý. Ãéá Ýíá óõãêåêñéìÝíï æåýãïò áôüìùí, Ýíáò äéðëüò äåóìüò åßíáé éó÷õñüôåñïò áðü Ýíáí áðëü êáé Ýíáò ôñéðëüò äåóìüò åßíáé áêüìç ðéï éó÷õñüò áðü ôï äéðëü. Áõôü öáßíåôáé êáé áðü ôéò åíÝñãåéåò ôùí äåóìþí áæþôïõ - áæþôïõ: N:N Í::N Í:::N

38 ÷éëéïèåñìßäåò/mole Í2. 100 ÷éëéïèåñìßäåò/mole Í2. 226 ÷éëéïèåñìßäåò/mole Í2.

ÅðåéäÞ ï áðëüò, ï äéðëüò êáé ï ôñéðëüò äåóìüò åßíáé äéáäï÷éêÜ éó÷õñüôåñïé, äåí ìáò åêðëÞóóåé ôï ãåãïíüò üôé ãßíïíôáé áíôßóôïé÷á êáé âñá÷ýôåñïé. Äýï æåýãç çëåêôñïíßùí Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá óõãêñáôïýí Ýíá ïñéóìÝíï æåýãïò áôüìùí ðëçóéÝóôåñá ôï Ýíá ðñïò ôï Üëëï áðü ü,ôé Ýíá æåýãïò çëåêôñïíßùí. Ôñßá æåýãç çëåêôñïíßùí ìðïñïýí íá ôá öÝñïõí áêüìç ðéï êïíôÜ. Ôï ãåãïíüò áõôü öáßíåôáé áðü ôéò áêüëïõèåò áðïóôÜóåéò Í ðñïò Í ðñïêåéìÝíïõ ãéá áðëü, äéðëü êáé ôñéðëü äåóìü áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ áæþôïõ: Í : N 1,40 Å Í : : N 1,20 Å Í : : : N 1,09 Å Ãéá íá äïýìå ðïéá åðßäñáóç Ý÷åé Ýíáò ôñéðëüò äåóìüò óôï ó÷Þìá åíüò ìïñßïõ, áò åîåôÜóïìå Ýíá ìüñéï ôçò ïõóßáò áêåôõëÝíéï. Áêïëïõèåß ï çëåêôñïíéáêüò ôýðïò: H:C:::C:H Áí ôá ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí ãýñù áðü ôï êÜèå Üôïìï âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá óôéò êïñõöÝò åíüò ôåôñáÝäñïõ, ôï ìüñéï èá ðñÝðåé íá

Ý÷åé ôï ó÷Þìá ôïõ ó÷Þìáôïò 15-21. Åßíáé åìöáíÝò üôé ôï ìüñéï ôïõ áêåôõëåíßïõ èá åßíáé ãñáììéêü. ÐåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé Ýôóé åßíáé ðñÜãìáôé. Áí êáé ôüóï ïé äéðëïß üóï êáé ïé ôñéðëïß äåóìïß åßíáé ðïëý éó÷õñïß, äåí ðñÝðåé íá óõìðåñÜíåôå üôé åßíáé áäñáíåßò. Ãéá ðáñÜäåéãìá:

Ïé ðáñáðÜíù ðïëëáðëïß äåóìïß åßíáé ðïëý äñáóôéêïß. Ïé åîéóþóåéò ïé ïðïßåò áêïëïõèïýí åêöñÜæïõí áíôéäñÜóåéò, ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé ãñÞãïñá, üôáí óôá ìüñéá ðïõ Ý÷ïõí áõôïýò ôïõò äåóìïýò åðéäñÜóåé âñþìéï, Br2: H2C : : CH2 + Br2 Õ BrH2C : CH2Br áéèõëÝíéï

äéâñùìïáéèÜíéï

HC : : : CH + 2Br2 Õ Br2HC : CHBr2 áêåôõëÝíéï

ôåôñáâñùìïáéèÜíéï

¼ðùò áíáöÝñèçêå óôï êåöÜëáéï 14 (ðáñÜãñ. 14.4), ïé ÷çìéêïß óõ÷íÜ ãéá åõêïëßá ðáñéóôÜíïõí Ýíá äåóìü æåýãïõò çëåêôñïíßùí ùò ìéá áðëÞ ãñáììÞ. Êáô' áíáëïãßá, ïé äéðëïß êáé ôñéðëïß äåóìïß óõ÷íÜ ðáñéóôÜíïíôáé ìå äýï Þ ôñåéò ãñáììÝò áíôßóôïé÷á. Ï ðßíáêáò 15-1 äåß÷íåé áêñéâþò áõôÞí ôçí åöáñìïãÞ.

15.8 Óõíôïíéóìüò. ÕðÜñ÷åé áêüìç Ýíá óçìáíôéêü ðñüâëçìá ðïõ ðñÝðåé íá åîåôáóèåß êáé ðïõ áöïñÜ óôï ó÷Þìá ôùí ìïñßùí. Ìðïñïýìå íá ôï áíôéëçöèïýìå ìå ôç âïÞèåéá åíüò óçìáíôéêïý éüíôïò, ôïõ íéôñéêïý, ÍÏ3–. Êáô' áñ÷Þí, áò äïýìå ôïí çëåêôñïíéáêü ôïõ ôýðï. ÅðåéäÞ ïëüêëçñï ôï ìüñéï Ý÷åé öïñôßï 1-, èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷åé Ýíá åðß ðëÝïí çëåêôñüíéï, åêôüò áõôþí ðïõ Ý÷ïõí ôá ïõäÝôåñá Üôïìá. Áò õðïèÝóïìå üôé áñ÷éêÜ ôïðïèåôåßôáé áõôü ôï åðß ðëÝïí çëåêôñüíéï åðÜíù óôï Üôïìï ôïõ áæþôïõ. Ôüôå, ìðïñïýìå íá ãñÜøïìå Ýíáí ôýðï ãéá ôï Üæùôï, ï ïðïßïò èá äåß÷íåé ôñßá æåýãç çëåêôñïíßùí. ÊÜèå Ýíá áðü áõôÜ ôá æåýãç èá ôá ìïéñÜæåôáé ìå ôñßá Üôïìá ïîõãüíïõ:

Aõôüò ï çëåêôñïíéáêüò ôýðïò, áðïäßäåé ïñèÜ ôï öïñôßï, êáé ðáñÝ÷åé óå êÜèå Üôïìï ïîõãüíïõ ìéá ðëçñüôçôá üóïí áöïñÜ óôá çëåêôñüíéá óèÝíïõò. ÁëëÜ äåí åßíáé ðëÞñùò éêáíïðïéçôéêüò,

377

C

C

ôï íéôñéêü éüí Ý÷åé ôï ó÷Þìá åíüò éóïðëåýñïõ ôñéãþíïõ. Êáé ïé ôñåéò äåóìïß ôïõ Í ìå ôï Ï åßíáé ôïõ éäßïõ ìÞêïõò. Ïé ÷çìéêïß Ý÷ïõí âñåé äýï ôñüðïõò, ãéá íá áíôéìåôùðéóèåß áõôü êáé Üëëá áíÜëïãá ðñïâëÞìáôá. Ï Ýíáò åîåôÜæåôáé óå áõôÞí ôçí ðáñÜãñáöï, åíþ ï Üëëïò áíáðôýóóåôáé óôçí ðáñÜãñáöï 15-9. Áêïëïõèþíôáò åßôå ôïí Ýíá åßôå ôïí Üëëï ôñüðï oé ÷çìéêïß îåêéíïýí ðáñáôçñþíôáò üôé äåí õðÜñ÷åé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ëüãïò ðïõ íá äéêáéïëïãåß ôçí ýðáñîç åíüò äéðëïý äåóìïý óôç ìßá èÝóç êáé ü÷é óôéò Üëëåò äýï. ¼ëá ôá Üôïìá ôïõ ïîõãüíïõ îåêéíïýí ìå ôá ßäéá ÷áñáêôçñéóôéêÜ. Ãéáôß íá äéáöïñïðïéåßôáé ôï Ýíá áðü áõôÜ; Ç ðñáãìáôéêÞ äïìÞ äåß÷íåé üôé äåí õðÜñ÷åé äéáöïñÜ. ¸íáò ôñüðïò íá ôï åîçãÞóïìå åßíáé íá ãñÜøïìå ôïõò ôñåéò áêüëïõèïõò ôýðïõò ãéá ôï íéôñéêü éüí:

H

H

Ó×ÇÌÁ 15-21. Äýï ôåôñÜåäñá, ôá ïðïßá Ý÷ïõí êïéíÞ ôç ìéá ôïõò ðëåõñÜ, ó÷çìáôßæïõí Ýíá ôñéðëü äåóìü. Áõôü ïäçãåß óå ãñáììéêü ìüñéï, üðùò öáßíåôáé åäþ ðñïêåéìÝíïõ ãéá ôï áêåôõëÝíéï.

ãéáôß áöÞíåé ôï Üôïìï ôïõ áæþôïõ ìå Ýîé çëåêôñüíéá ìüíï. Åí ôïýôïéò, õðÜñ÷åé ìéá áðëÞ ëýóç óå áõôü ôï ðñüâëçìá. Äåí Ý÷ïìå ðáñÜ íá ìåôáêéíÞóïìå Ýíá æåýãïò çëåêôñïíßùí áðü Ýíá áðü ôá Üôïìá ôïõ ïîõãüíïõ óôï ÷þñï áíÜìåóá óôï Üôïìï ôïõ áæþôïõ êáé óå áõôü ôï Üôïìï ïîõãüíïõ:

ÅðåéäÞ êáíÝíáò áðü áõôïýò äåí õðÜñ÷åé ëüãïò íá åõíïåßôáé Ýíáíôé ôùí Üëëùí, ïé ÷çìéêïé óõìðåñáßíïõí üôé ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï äéáôÜóóïíôáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ôá çëåêôñüíéá ìÝóá óôï ìüñéï åßíáé ìéá óõíéóôáìÝíç êáé ôùí ôñéþí ôýðùí. Áöïý äåí õðÜñ÷åé Ýíáò áðëüò ôñüðïò íá ðáñáóôÞóïìå áõôÞí ôç ìÝóç äéÜôáîç, ãñÜöïìå êáé ôïõò ôñåéò ôýðïõò ÷ùñéóôÜ êáé ôïõò óõíäÝïìå ìå âÝëç äéðëÞò êáôåõèýíóåùò. ¸÷åé ðïëý ìåãÜëç óçìáóßá ç óùóôÞ åñìçíåßá áõôÞò ôçò áðåéêïíßóåùò. Äåí ðñÝðåé íá óõìðåñÜíåôå üôé ï äéðëüò äåóìüò ìåôáêéíåßôáé áðü ôç ìéá èÝóç óôçí Üëëç. Ïýôå üôé óå êÜðïéá óôéãìÞ åßíáé Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ êáé ìéá óôéãìÞ áñãüôåñá êÜðïéï Üëëï ðïõ óõíäÝåôáé ìÝóù äéðëïý äåóìïý ìå ôï Üôïìï ôïõ áæþôïõ.

BÜóåé áõôÞò ôçò çëåêôñïíéáêÞò äïìÞò, èá ìðïñïýóáìå íá ðñïâëÝøïìå üôé ôï íéôñéêü éüí ðñÝðåé íá åßíáé åðßðåäï, áêñéâþò üðùò ðñïâëÝøáìå üôé èá åßíáé åðßðåäï êáé ôï ìüñéï ôçò öïñìáëäåàäçò. Êáé óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç ç ðñüâëåøÞ ìáò èá åßíáé óùóôÞ. Ôï íéôñéêü éüí åßíáé åðßðåäï. ¼ìùò, åðåéäÞ ï çëåêôñïíéáêüò ôýðïò åìöáíßæåé Ýíá äéðëü êáé äýï áðëïýò äåóìïýò èá ðåñéìÝíáìå üôé óôï íéôñéêü éüí ç ìßá áðüóôáóç ôïõ Í áðü ôï Ï èá åßíáé ìéêñüôåñç áðü ôéò Üëëåò äýï. Êáé üìùò, ðåéñÜìáôá Ýäåéîáí üôé ÷ùñßò áìöéâïëßá

Ðéíáêáò 15.1. Ôñüðïé áðåéêïíßóåùò ìåñéêþí åíþóåùí, ïé ïðïßåò ðåñéÝ÷ïõí ðïëëáðëïýò äåóìïýò. ¼íïìá ôçò åíþóåùò

Ìïñéáêüò ôýðïò

ÁéèõëÝíéï

C2H4

ÁêåôõëÝíéï

C2H2

Öïñìáëäåàäç

ÇCHO

ÄéèåéÜíèñáêáò

CS2

Çëåêôñïíéáêüò ôýðïò

Óõíôáêôéêüò ôýðïò

378

Ðïéá åßíáé ç óùóôÞ åñìçíåßá ôùí ðñïçãïõìÝíùí ôýðùí; Ïé ÷çìéêïß åííïïýí üôé, áðëÜ, üëá ôá Üôïìá ôïõ ïîõãüíïõ åßíáé ðÜíôá ìåñéêþò óõíäåäåìÝíá ìÝóù äéðëïý äåóìïý ìå ôo Üôïìï ôïõ áæþôïõ. Ç ðñáãìáôéêÞ çëåêôñïíéáêÞ êáôáíïìÞ óôï éüí ïíïìÜæåôáé õâñßäéï óõíôïíéóìïý ôùí ôñéþí äéáöïñåôéêþí çëåêôñïíéêþí ôýðùí. Ïé ôñåéò äéáöïñåôéêÝò áðåéêïíßóåéò ôïõ ôñüðïõ óõíäÝóåùò ëÝãåôáé üôé âñßóêïíôáé óå óõíôïíéóìü. ¸íáò ðïëý êáëüò ôñüðïò íá óõãêñáôÞóïìå áìÝóùò ôç óùóôÞ åñìçíåßá ôçò Ýííïéáò ôïõ óõíôïíéóìïý åßíáé íá óêåöèïýìå üôé Ýíá ìïõëÜñé äåí åßíáé ôßðïôá Üëëï áðü Ýíá õâñßäéï. Ôá ìïõëÜñéá äåí ãåííÞèçêáí áðü ìïõëÜñéá. ÐñïÞëèáí áðü Ýíá ãÜúäáñï êáé Ýíá Üëïãï. ¸íá ìïõëÜñé Ý÷åé ìåñéêÜ áðü ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ åíüò ãáúäÜñïõ êáé ìåñéêÜ áðü ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ åíüò áëüãïõ, áëëÜ ðáñáìÝíåé ðÜíôïôå êáé äåß÷íåé ìïõëÜñé Ý÷ïíôáò ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ êáé ôùí äýï.

15.9 ÌïñéáêÜ ôñï÷éáêÜ. Ìüëéò ðñéí áðü ëßãï ìÜèáìå üôé ç Ýííïéá ôïõ óõíôïíéóìïý ìáò âïçèÜ íá ðåñéãñÜøïìå ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï êáôáíÝìïíôáé ôá çëåêôñüíéá ìÝóá óå ìüñéá, êÜôé ãéá ôï ïðïßï äåí åßíáé äõíáôüí íá ìáò âïçèÞóåé Ýíáò ìüíïí çëåêôñïíéáêüò ôýðïò üðïõ ôá æåýãç ôùí çëåêôñïíßùí ôïõò âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá óå óõãêåêñéìÝíåò èÝóåéò. ÕðÜñ÷åé üìùò Ýíáò Üëëïò ôñüðïò íá áíôéìåôùðßóïìå áõôü ôï ðñüâëçìá. Áíôß íá îåêéíÞóïìå ìå ôç óêÝøç üôé õðÜñ÷åé ðÜíôá ìéá åðéêÜëõøç ôñï÷éáêþí óôï ÷þñï áíÜìåóá óå Ýíá æåýãïò áôüìùí, ðñÜãìá ðïõ óçìáßíåé üôé ôï êÜèå æåýãïò çëåêôñïíßùí èá ðñÝðåé íá âñßóêåôáé áíÜìåóá óå êÜðïéï óõãêåêñéìÝíï æåýãïò áôüìùí, ìðïñïýìå íá äå÷èïýìå ìéá ðåñéóóüôåñï åëáóôéêÞ Üðïøç. Óå ðïëëÝò ðåñéðôþóåéò, Ýíá ôñï÷éáêü êÜðïéïõ áôüìïõ åßíáé ãåùìåôñéêÜ éêáíü íá ðñïóåããßóåé åîßóïõ êáëÜ ôá ôñï÷éáêÜ äýï Þ ôñéþí áêüìç áôüìùí. ¼ôáí óõìâåß êÜôé ôÝôïéï, ìðïñïýìå íá óõìðåñÜíïìå üôé èá õðÜñîåé ßóç åðéêÜëõøç ìå üëá ôá ôñï÷éáêÜ ðïõ ðñïóåããßæïíôáé åîßóïõ. Áõôü ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü åíüò ãéãáíôéáßïõ ôñï÷éáêïý, ðïõ åêôåßíåôáé ðÜíù áðü ðåñéóóüôåñá ôùí äýï áôüìùí. ÌåñéêÝò öïñÝò ôÝôïéá ôñï÷éáêÜ åêôåßíïíôáé êáé ðÜíù áðü ïëüêëçñï ôï ìüñéï. Ãé' áõôü óõ÷íÜ ïíïìÜæïíôáé ìïñéáêÜ ôñï÷éáêÜ, Ýóôù êáé áí óôçí ðñáãìáôéêüôçôá äåí åêôåßíïíôáé ðÜíù áðü ïëüêëçñï ôï ìüñéï.

¸íá åîáéñåôéêü ðáñÜäåéãìá ãéá íá áðïäåßîïìå ôçí éó÷ý áõôÞò ôçò áðüøåùò åßíáé ôï íéôñéêü éüí, ìå ôï ïðïßï áó÷ïëçèÞêáìå Þäç áðü ôçí Üðïøç ôïõ óõíôïíéóìïý. Áò îåêéíÞóïìå, üðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò, ðñïóèÝôïíôáò Ýíá çëåêôñüíéï óôï Üôïìï ôïõ áæþôïõ êáé ó÷çìáôßæïíôáò óôç óõíÝ÷åéá áðü Ýíá äåóìü æåýãïõò çëåêôñïíßùí ìå êÜèå Üôïìï ïîõãüíïõ. Áðü áõôü ôï óçìåßï üìùò èá äéáöïñïðïéçèåß ç ðïñåßá ìáò. Ôá ôñßá æåýãç çëåêôñïíßùí ãýñù áðü ôï Üæùôï, ðïõ ôá ÷ñçóéìïðïéåß ãéá íá ó÷çìáôßæåé äåóìïýò ìå ôá Üôïìá ôïõ ïîõãüíïõ, åßíáé äõíáôüí íá èåùñçèåß üôé êáôÝ÷ïõí Ýíá óýíïëï ôñéþí sp2 õâñéäïðïéçìÝíùí ôñï÷éáêþí. ¼ðùò åßäáìå ðñïçãïõìÝíùò, ôá sp2 õâñßäéá êáôåõèýíïíôáé ðñïò ôéò êïñõöÝò åíüò éóïðëåýñïõ ôñéãþíïõ. Áí õðïèÝóïìå üôé ôï íéôñéêü éüí âñßóêåôáé ðÜíù óôï åðßðåäï xy åíüò êáñôåóéáíïý óõóôÞìáôïò óõíôåôáãìÝíùí, ôüôå èá ðñÝðåé ôá px êáé py ôñï÷éáêÜ íá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá ôç äçìéïõñãßá áõôþí ôùí õâñéäßùí. Ôï pz ôñï÷éáêü åßíáé êÜèåôï óôï åðßðåäï ôùí ôñéþí äåóìþí, êáé ãé' áõôü åßíáé êÜèåôï êáé ðñïò ôï åðßðåäï ïëïêëÞñïõ ôïõ íéôñéêïý éüíôïò. Áò åîåôÜóïìå ôþñá ôçí êáôáíïìÞ ôùí æåõãþí çëåêôñïíßùí óå ó÷Ýóç ìå êÜèå Üôïìï ïîõãüíïõ. Ôï Ýíá áðü ôá ôÝóóåñá æåýãç âñßóêåôáé êáôÜ ìÞêïò ôçò ãñáììÞò, áíÜìåóá óôï Üôïìï ôïõ ïîõãüíïõ êáé ôï Üôïìï ôïõ áæþôïõ. Ç êáôåýèõíóç áõôÞ ìðïñåß íá åêëçöèåß ùò ç êáôåýèõíóç ôïõ åíüò Üîïíá, áò ðïýìå ôïõ Üîïíá x, åíüò óõóôÞìáôïò óõíôåôáãìÝíùí ðïõ Ý÷åé ùò êÝíôñï ôï Üôïìï ôïõ ïîõãüíïõ. Ôï Üôïìï ôïõ ïîõãüíïõ åßíáé äõíáôüí íá èåùñçèåß êáôüðéí üôé ÷ñçóéìïðïéåß ôï px ôñï÷éáêü ôïõ, ãéá íá ó÷çìáôßóåé äåóìü æåýãïõò çëåêôñïíßùí ìå ôï Üôïìï ôïõ áæþôïõ. Ôá õðüëïéðá ôñßá æåýãç êáôáëáìâÜíïõí ôá s, py, êáé pz ôñï÷éáêÜ. Áí ïñßóïìå ôï õðüëïéðï óýóôçìá óõíôåôáãìÝíùí ðÜíù óôï Üôïìï ôïõ ïîõãüíïõ Ýôóé, þóôå ï Üîïíáò y íá âñßóêåôáé óôï åðßðåäï ôïõ íéôñéêïý éüíôïò, ôüôå ôï pz ôñï÷éáêü ôïõ êÜèå áôüìïõ ïîõãüíïõ èá ðñÝðåé íá åßíáé êÜèåôï óå áõôü ôï åðßðåäï. ¸ôóé, ôá pz ôñï÷éáêÜ êáé óôá ôÝóóåñá Üôïìá ôïõ íéôñéêïý éüíôïò èá åßíáé ðáñÜëëçëá. Ìðïñåßôå íá ôï äåßôå óôï ó÷Þìá 1522 (ãéá ôçí áêñßâåéá öáßíïíôáé ìüíï ôá pz ôñï÷éáêÜ). To ó÷Þìá 15-22 äåß÷íåé üôé ôï pz ôñï÷éáêü ôïõ áôüìïõ ôïõ áæþôïõ åßíáé äõíáôüí íá åðéêáëõöèåß åîßóïõ êáëÜ ìå ôá pz ôñï÷éáêÜ ôïõ êáèåíüò áðü ôá Üôïìá ïîõãüíïõ. Äåí èá õðÞñ÷å äéêáéïëïãßá íá ðéóôÝøïìå üôé åðéêáëýðôåôáé åêëåêôéêÜ ìå êÜðïéï

379

Robert Sanderson Mulliken (1896‐1986)

Ï Robert Mulliken Ýäåéîå áðü íùñßò åíäéáöÝñïí ãéá ôéò èåôéêÝò åðéóôÞìåò êáé áõôü öáßíåôáé áðü ôçí åñãáóßá ðïõ åîåðüíçóå ìå ôïí ôßôëï «Ôï çëåêôñüíéï: Ôé åßíáé êáé ôé êÜíåé» ôçí ïðïßá áíáêïßíùóå óôï ÃõìíÜóéï üðïõ öïßôçóå êáôÜ ôçí ôåëåôÞ áðïíïìÞò ôùí áðïëõôçñßùí. ÌåôÜ ôçí áðïöïßôçóÞ ôïõ áðü ôï Ôå÷íïëïãéêü Éíóôéôïýôï ôçò Ìáóóá÷ïõóÝôçò ôï 1917 êáé áöïý åß÷å åêðïíÞóåé ôï äéäáêôïñéêü ôïõ, ôá ðñþôá ÷ñüíéá ôçò äåêáåôßáò ôïõ 1920 áó÷ïëÞèçêå ìå äéÜöïñá ðñïâëÞìáôá ðïõ åß÷áí ó÷Ýóç ìå ôç ÷çìåßá. Ãéá Ýíá äéÜóôçìá óõãêÝíôñùóå ôçí ðñïóï÷Þ ôïõ óôï äéá÷ùñéóìü ôùí éóïôüðùí, óýíôïìá üìùò åíäéáöÝñèçêå ãéá ôç ó÷Ýóç ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôá öÜóìáôá (ðáñÜãñ. 11.12) êáé óôç äïìÞ ôùí ìïñßùí. ¼ôáí ôá Üôïìá ôùí óôïé÷åßùí äéåãåñèïýí áðü èåñìüôçôá Þ áðü çëåêôñéóìü õøçëÞò ôÜóåùò, ðáñÜãïõí öÜóìáôá ìå áðüëõôá îåêáèáñéóìÝíåò öùôåéíÝò ãñáììÝò. Ôá öÜóìáôá ðïõ äçìéïõñãïýíôáé áðü äéåãåñìÝíá ìüñéá åßíáé ðëáôýôåñá êáé ðéï äéÜ÷õôá, êáé ðÜíù óå ìéá öùôïãñáöéêÞ ðëÜêá Ý÷ïõí ôç ìïñöÞ ôáéíéþí. ¼ôáí ïé åíþóåéò áðïññïöïýí áêôéíïâïëßá, åìöáíßæïíôáé ôáéíßåò óôéò ðåñéï÷Ýò, üðïõ

áðïññïöÜôáé ç áêôéíïâïëßá Þ ïñéóìÝíá ìÞêç êýìáôïò. ÓÞìåñá ãíùñßæïìå üôé ç ðïëõðëïêüôçôá áõôþí ôùí öáóìÜôùí ðñïêáëåßôáé áðü çëåêôñïíéêÝò êéíÞóåéò, ðåñéóôñïöéêÝò êéíÞóåéò êáé êéíÞóåéò ôáëáíôþóåùí ìÝóá óå Ýíá ìüñéï, áëëÜ áõôü Þôáí Üãíùóôï óôç äåêáåôßá ôïõ 1920. Ïé óõíåñãÜôåò ôïõ Mulliken ôïí ðñïåéäïðïßçóáí íá áðïöýãåé áõôü ôï èÝìá, åêôüò êé áí ó÷åäßáæå íá îïäÝøåé ôï õðüëïéðï ôçò æùÞò ôïõ ãéá íá ëýóåé ôá ðñïâëÞìáôá ðïõ èá óõíáíôïýóå. Ï Mulliken áðïäÝ÷ôçêå ôçí ðñüêëçóç êáé Üñ÷éóå íá åîåôÜæåé ôéò éäéüôçôåò ôùí ìïñßùí ìå ôïí ßäéï áñéèìü çëåêôñïíßùí, äçëáäÞ äéáöïñåôéêþí ôýðùí ìïñßùí, ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôïõò ßäéïõò áñéèìïýò çëåêôñïíßùí. Åðåêôåßíïíôáò ôçí åñãáóßá ôïõ, þóôå íá ðåñéëçöèïýí êáé Üëëïé ôýðïé ìïñßùí, Üñ÷éóå íá äéáâëÝðåé üôé ç áñ÷Þ ôïõ åíüò ìïíÞñïõò æåýãïõò çëåêôñïíßùí ðïõ âñßóêåôáé óôåíÜ óõíäåäåìÝíï áíÜìåóá óå äýï ãåéôïíéêÜ Üôïìá äåí Þôáí ôüóï áðëÞ üóï åß÷å õðïèÝóåé ï Áìåñéêáíüò ÷çìéêüò G.N.Lewis, ôï 1916. ¢ñ÷éóå íá äéáðéóôþíåé üôé ðïëëÜ áðü áõôÜ ôá çëåêôñüíéá óõìðåñéöÝñïíôáí óáí êýìáôá êáé êÜëõðôáí óçìáíôéêÜ ôìÞìáôá ôïõ ìïñßïõ. Ôï 1932, ãéá íá äéêáéïëïãÞóåé ôï ÷þñï ðïõ êáôåëÜìâáíáí áõôÜ ôá çëåêôñüíéá ìÝóá óôá Üôïìá êáé óôá ìüñéá, åðéíüçóå ôïõò üñïõò «áôïìéêü ôñï÷éáêü» êáé «ìïñéáêü ôñï÷éáêü». Ç âáóéêÞ áñ÷Þ ôçò ôñï÷éáêÞò èåùñßáò ôùí ôñï÷éáêþí ðïõ äéåôýðùóå ï Mulliken åßíáé üôé óôá Üôïìá êáé óôá ìüñéá õðÜñ÷ïõí ìåñéêÜ åõäéÜêñéôá åðßðåäá çëåêôñïíéêÞò åíÝñãåéáò Þ ôñï÷éáêÜ, ôá ïðïßá áêïëïõèïýí ìéá êáíïíéêÞ óåéñÜ äéáôÜîåùò êáèþò áõîÜíåôáé ç ðïëõðëïêüôçôá ôïõ óõóôÞìáôïò. Ç èåùñßá ôùí ìïñéáêþí ôñï÷éáêþí õðÞñîå éäéáßôåñá ÷ñÞóéìç êáôÜ ôçí åñìçíåßá ôçò äïìÞò ôïõ âåíæïëßïõ, ôïõ íéôñéêïý éüíôïò êáé Üëëùí ïõóéþí, ãéá ôéò ïðïßåò èá Þôáí äõíáôüí íá ãñáöïýí äéÜöïñåò éóïäýíáìåò çëåêôñïíéáêÝò äïìÝò.

380

+

+

+

O

z Äéåýèõíóç üëùí ôùí áôüìùí

_

O

_ +

+

O

N

_

_

+

N

O

_ O

_

Ó×ÇÌÁ 15-23. Ìïñéáêü ôñï÷éáêü ôïõ íéôñéêïý éüíôïò, ôï ïðïßï ó÷çìáôßæåôáé áðü åðéêÜëõøç ôùí pz ôñï÷éáêþí ðïõ äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 15.22. + O _

Ó×ÇÌÁ 15-22. Ôá ðáñÜëëçëá pz ôñï÷éáêÜ óôï íéôñéêü éüí.

áðü áõôÜ Ýíáíôé ôùí Üëëùí. Áõôü ìáò ïäçãåß óå ìéá åéêüíá ìïñéáêïý ôñï÷éáêïý, äéáóêïñðéóìÝíïõ ïìïéüìïñöá êáé óõììåôñéêÜ ãýñù áðü ôï ïëéêü íéôñéêü éüí, üðùò áêñéâþò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 15-23. Ôá çëåêôñüíéá ôùí pz ôñï÷éáêþí ôùí áôüìùí ôïõ ïîõãüíïõ êáôáëáìâÜíïõí áõôü ôï ìïñéáêü ôñï÷éáêü ìå ßóç êáôáíïìÞ ãéá êÜèå Üôïìï

ïîõãüíïõ. ÊáôÜ ìÝóï üñï, ôï êÜèå Üôïìï ïîõãüíïõ óõììåôÝ÷åé êáôÜ ôï Ýíá ôñßôï óôï æåýãïò çëåêôñïíßùí. ¸íá ìïñéáêü ôñï÷éáêü, üðùò êáé Ýíá áôïìéêü ôñï÷éáêü, äåí åßíáé äõíáôüí íá êáôáëáìâÜíåôáé áðü ðåñéóóüôåñá ôïõ åíüò æåýãç çëåêôñïíßùí. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞí, êáôÜ ôçí ïðïßá õðÜñ÷ïõí äéáèÝóéìá ôñßá ßóçò áîßáò æåýãç ãéá óõììåôï÷Þ óôç óõìðëÞñùóç åíüò ìïñéáêïý ôñï÷éáêïý, ëáìâÜíåôáé áðü ôï êáèÝíá ßóï ìåñßäéï óõíåéóöïñÜò. ¼ðùò åßäáôå, õðÜñ÷åé Ýíáò äåóìüò æåýãïõò çëåêôñïíßùí áíÜìåóá óôï Üôïìï ôïõ áæþôïõ êáé ôïõ êáèåíüò áôüìïõ ïîõãüíïõ, óôï åðßðåäï xy. Áí åîåôÜóïìå áõôü ôï äåóìü ìáæß ìå ôï äåóìü p z, äéáðéóôþíïìå üôé ï êÜèå äåóìüò áæþôïõ ìå ïîõãüíï áðïôåëåßôáé áðü Ýíá ìÝóï üñï 11/3 æåõãþí çëåêôñïíßùí. Óôï ßäéï áðïôÝëåóìá åß÷áìå

êáôáëÞîåé êáé ìå ôç âïÞèåéá ôçò åéêüíáò óõíôïíéóìïý.

Ðåñßëçøç. ¼ôáí Ýíá æåýãïò çëåêôñïíßùí ìïéñÜæåôáé áíÜìåóá óå äýï Üôïìá, ëÝãåôáé üôé õðÜñ÷åé Ýíáò áðëüò äåóìüò. Åßíáé äõíáôüí áíÜìåóá óå äýï Üôïìá íá âñßóêïíôáé ìïéñáóìÝíá ðåñéóóüôåñá áðü Ýíá æåýãç çëåêôñïíßùí. ¼ôáí ìïéñÜæïíôáé äýï æåýãç, õðÜñ÷åé Ýíáò äéðëüò äåóìüò, êáé üôáí õðÜñ÷ïõí ôñßá, ôüôå Ý÷ïìå Ýíá ôñéðëü äåóìü. Ïé äéðëïß êáé ïé ôñéðëïß äåóìïß åßíáé éó÷õñüôåñïé áðü ôïõò áðëïýò äåóìïýò, åíþ ï ôñéðëüò åßíáé ï éó÷õñüôåñïò üëùí ðñïêåéìÝíïõ ãéá ôï ßäéï æåýãïò áôüìùí. Éó÷õñüôåñïé äåóìïß ïäçãïýí êáé óå ìéêñüôåñåò áðïóôÜóåéò ìåôáîý ôùí áôüìùí ðïõ

óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò. Ãéá ìåñéêÜ ìüñéá äåí åßíáé äõíáôüí íá ãñáöåß Ýíáò ìüíïí çëåêôñïíéáêüò ôýðïò, ï ïðïßïò íá ðåñéãñÜöåé ìå áêñßâåéá ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ êáé ôçí çëåêôñïíéáêÞ êáôáíïìÞ ìÝóá óå áõôü. ¸ôóé, èá ðñÝðåé íá êáôáöýãïìå óå Ýíá Þ äýï ðéï åéäéêÜ ðñüôõðá. ¸íá ðñüôõðï äçìéïõñãåßôáé, áí ãñÜøïìå áñ÷éêÜ üëïõò ôïõò äéáöïñåôéêïýò, áëëÜ éóïäýíáìïõò, çëåêôñïíéáêïýò ôýðïõò. Èåùñïýìå üôé ç ðñáãìáôéêÞ çëåêôñïíéáêÞ êáôáíïìÞ áðïäßäåôáé áðü Ýíá ìÝóï üñï Þ ìßãìá, ðïõ ïíïìÜæåôáé õâñßäéï óõíôïíéóìïý üëùí áõôþí. ÅîÜëëïõ, Ýíá ìÝñïò ôùí çëåêôñïíßùí åßíáé äõíáôüí íá óõììåôÜó÷åé óå ìïñéáêÜ ôñï÷éáêÜ. Ôá

381

ìïñéáêÜ ôñï÷éáêÜ åêôåßíïíôáé ìÜëëïí ðÜíù áðü ôñßá Þ êáé ðåñéóóüôåñá Üôïìá, óõ÷íÜ äå ðÜíù áðü üëá ôá Üôïìá ôïõ ìïñßïõ, êáé äåí ðåñéïñßæïíôáé óôçí ðåñéï÷Þ áíÜìåóá óå Ýíá ïñéóìÝíï æåýãïò áôüìùí.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ó÷çìáôßóôå Ýíáí çëåêôñïíéáêü ôýðï ãéá ôï

ìüñéï ôïõ õäñïêõáíßïõ, HCN. Ôé åßäïõò äåóìïýò ðåñéÝ÷åé; 2. Ôï ìüñéï ôïõ SO2 åßíáé ôåèëáóìÝíï êáé ïé äåóìïß ôïõ èåßïõ ìå ôï ïîõãüíï åßíáé óå ìÞêïò ßóïé. Íá áðïäåßîåôå áõôÞí ôç èÝóç ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðñïôýðïõ ôïõ óõíôïíéóìïý. 3. Íá ãñÜøåôå Ýíáí çëåêôñïíéáêü ôýðï ãéá ôï ìüñéï ðïõ ïíïìÜæåôáé áéèÜíéï, C2H6.

Ìïñéáêü ó÷Þìá êáé äéðïëéêÝò ñïðÝò 15.10 Ïñéóìüò ôçò äéðïëéêÞò ñïðÞò. ÄéðïëéêÞ ñïðÞ áíáðôýóóåôáé, åöüóïí ç êáôáíïìÞ ôïõ çëåêôñéêïý öïñôßïõ åíüò áíôéêåéìÝíïõ äåí åßíáé ïìïéüìïñöç, êáé Ýôóé ìéá ðåñéï÷Þ Ý÷åé ðåñßóóåéá áñíçôéêïý, öïñôßïõ åíþ ìéá Üëëç Ý÷åé ðåñßóóåéá èåôéêïý öïñôßïõ. Ôï áíôéêåßìåíï óôï óýíïëü ôïõ äåí Ý÷åé ìüíï áñíçôéêü Þ ìüíï èåôéêü öïñôßï. Åßíáé óõíïëéêÜ ïõäÝôåñï. Ç äéðïëéêÞ ñïðÞ åßíáé ìéá ðïóïôéêÞ ìÝôñçóç ôçò åêôÜóåùò óôçí ïðïßá ôï öïñôßï åßíáé áíïìïéüìïñöá êáôáíåìçìÝíï. ÐáñáôçñÞóôå ôï áíôéêåßìåíï ôïõ ó÷Þìáôïò 15-24. Åöüóïí ôï áíôéêåßìåíï åßíáé óôï óýíïëü ôïõ ïõäÝôåñï, èá ðñÝðåé ôá èåôéêÜ êáé ôá áñíçôéêÜ öïñôßá, ôá ïðïßá õðÜñ÷ïõí óôï êÜèå Üêñï ôïõ, íá åßíáé ßóá. Áí êáé ôï áíôéêåßìåíï äåí åìöáíßæåé öïñôßï, åßíáé äõíáôüí íá ðïýìå üôé Ý÷åé ðïëéêüôçôá Þ åßíáé ðïëùìÝíï. ÄéáèÝôåé Ýíá èåôéêü êáé Ýíáí áñíçôéêü ðüëï. Åßíáé ðñïöáíÝò üôé ï âáèìüò ðïëéêüôçôáò åîáñôÜôáé áðü äýï ðáñÜãïíôåò: (1) áðü ôçí ðïóüôçôá ôïõ öïñôßïõ ðïõ õðÜñ÷åé óå êÜèå ðüëï êáé (2) áðü ôçí áðüóôáóç áíÜìåóá óôïõò äýï ðüëïõò. Áõôïß ïé äýï ðáñÜãïíôåò óõíäõÜæïíôáé ìáèçìáôéêÜ ìÝóá óôïí ïñéóìü ôçò äéðïëéêÞò ñïðÞò. Ç äéðïëéêÞ ñïðÞ ïñßæåôáé ùò ôï ãéíüìåíï ôïõ öïñôßïõ, q, åðß ôçí áðüóôáóç ôùí äýï ðüëùí, d. Ç äéðïëéêÞ ñïðÞ éóïýôáé ìå qd. Óýìöùíá ìå ôá ðáñáðÜíù, ç Ýííïéá ôçò ëÝîåùò «äßðïëï» åßíáé îåêÜèáñç. ¼ìùò, ç ëÝîç «ñïðÞ», ßóùò óáò öáßíåôáé ëßãï áóõíÞèéóôïò üñïò. Åßíáé ìéá ëÝîç ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé åêôåôáìÝíá óôéò öõóéêÝò åðéóôÞìåò, éäéáßôåñá óôç öõóéêÞ. Ç ñïðÞ åßíáé äõíáôüí íá ïñéóèåß ùò ìßá ôÜóç äçìéïõñãßáò êéíÞóåùò ãýñù áðü Ýíáí Üîïíá ðåñéóôñïöÞò. ¸íá ìüñéï ìå äéðïëéêÞ ñïðÞ Ý÷åé

ôçí ôÜóç íá óôñÝöåôáé ðåñß ôïí ÜîïíÜ ôïõ, üôáí åêôßèåôáé óå ìéá çëåêôñïóôáôéêÞ äýíáìç. Áí êñåìÜóåôå ìéá êïíôÞ ìåôáëëéêÞ ñÜâäï áðü ìéá êëùóôÞ äåìÝíç óôï ìÝóï ôçò êáé ðëçóéÜóåôå ðñïò áõôÞí Ýíá öïñôéóìÝíï óþìá, äåí èá óõìâåß ôßðïôá. Áí üìùò ìðïñïýóáôå íá öïñôßóåôå ôç ìåôáëëéêÞ ñÜâäï, þóôå ôï Ýíá áðü ôá Üêñá ôçò íá åß÷å èåôéêü öïñôßï êáé ôï Üëëï áñíçôéêü, ç ñÜâäïò èá Üñ÷éæå íá ðåñéóôñÝöåôáé ãýñù áðü ôïí ÜîïíÜ ôçò, üôáí Ýíá Üëëï öïñôéóìÝíï óþìá èá ðëçóßáæå ðÜëé ðñïò ôï ìÝñïò ôçò. ¢ëëç óçìáíôéêÞ éäéüôçôá ôùí äéðüëùí åßíáé üôé ìáæß ìå ôï ìÝãåèüò ôïõò, ôï ïðïßï åêöñÜæåôáé áðü ôç äéðïëéêÞ ñïðÞ, äéáèÝôïõí ìéá êáèïñéóìÝíç êáôåýèõíóç. ¼ðùò åßäáôå óôï ó÷Þìá 15-24, ç áðüóôáóç d åßíáé ìéá åõèåßá ãñáììÞ ðïõ åíþíåé ôá êÝíôñá ôùí äýï öïñôßùí. ¸ôóé, Ýíá äßðïëï åßíáé äõíáôüí íá ðáñáóôáèåß ìå Ýíá äéÜíõóìá. Ïé åðéóôÞìïíåò ðñïóáíáôïëßæïõí áõèáßñåôá ôçí Üêñç ôïõ âÝëïõò ðñïò ôï áñíçôéêü Üêñï ôïõ äéðüëïõ. Ôï ìÞêïò ôïõ äéáíýóìáôïò åßíáé áíÜëïãï ìå ôï ìÝãåèïò ôçò äéðïëéêÞò ñïðÞò. Ç áðåéêüíéóç ôùí äéðüëùí ìå äéáíýóìáôá åßíáé ðïëý óçìáíôéêÞ, ãéáôß ìáò ðáñÝ÷åé ôç äõíáôüôçôá íá õðïëïãßóïìå ðïéï èá åßíáé ôï óõíïëéêü äßðïëï, üôáí óõíäõáóèïýí ìåñéêÜ äßðïëá ìåôáîý ôïõò ìå _q

+q

d

Ó×ÇÌÁ 15-24. ÐáñÜóôáóç åíüò äéðüëïõ.

382

(á)

+

ÓõíäõÜæïíôáé ãéá íá äþóïõí

Þ

(â)

+

ÓõíäõÜæïíôáé ãéá íá äþóïõí

Þ

(ã)

+

ÓõíäõÜæïíôáé ãéá íá äþóïõí

Þ

Ó×ÇÌÁ 15-25. Ôá óýìâïëá ôùí äéðüëùí åßíáé äõíáôüí íá ðñïóôåèïýí, üðùò öáßíåôáé åäþ. Äýï äßðïëá ðïõ óôï÷åýïõí ðñïò ôçí ßäéá êáôåýèõíóç éóïäõíáìïýí ìå ôï áñéèìçôéêü ôïõò Üèñïéóìá (á). ¼ôáí Ý÷ïõí áíôßèåôç êáôåýèõíóç (â), ôüôå ç óõíïëéêÞ äéáöïñÜ ôïõò åßíáé üðùò ç åéêïíéæüìåíç. ¼ôáí ôá äßðïëá ó÷çìáôßæïõí ãùíßåò (ã), ôá âÝëç ðñïóôßèåíôáé ãåùìåôñéêÜ êáé äßíïõí ôç óõíïëéêÞ ôéìÞ.

ìéá éäéáßôåñç ãåùìåôñéêÞ äéÜôáîç. Óôï ó÷Þìá 1525, äßíïíôáé ìåñéêÜ ðáñáäåßãìáôá óõíäõáóìïý äéðüëùí ðñïò Ýíá ôåëéêü (óõíïëéêü) äßðïëï ìå ôç âïÞèåéá ôçò ðñïóèÝóåùò ôùí äéáíõóìÜôùí ôùí äéáöüñùí äéðüëùí. Áõôïý ôïõ åßäïõò ïé óõíäõáóìïß ïäçãïýí ðÜíôá óå äéáíõóìáôéêü ìÝãåèïò äéáöïñåôéêü áðü áõôü ôùí äýï äéáöïñåôéêþí äéðüëùí ðïõ ôï óõíéóôïýí. Åðßóçò, ïé óõíäõáóìïß áõôïß åßíáé äõíáôüí íá Ý÷ïõí êáé äéáöïñåôéêÞ êáôåýèõíóç.

15.11 Ðþò åßíáé äõíáôüí íá Ý÷ïõí ôá ìüñéá äéðïëéêÝò ñïðÝò. ¼ðùò åßäáìå óôçí ðáñÜãñáöï 14.13, Ýíáò äåóìüò áíÜìåóá óå äýï äéáöïñåôéêÜ Üôïìá ðáñïõóéÜæåé, ãåíéêÜ, êÜðïéïí éïíôéêü ÷áñáêôÞñá. Ôá äýï Üôïìá äåí èá ìïéñÜæïíôáé åîßóïõ ôï æåýãïò çëåêôñïíßùí (Þ æåýãç), äéüôé ôï áñíçôéêü öïñôßï ôùí êïéíþí çëåêôñïíßùí èá âñßóêåôáé ðëçóéÝóôåñá ðñïò ôï Ýíá áðü ôá äýï Üôïìá. ¸íáò äåóìüò ìå êÜðïéï éïíôéêü ÷áñáêôÞñá, äçëáäÞ ìå êÜðïéá Üíéóç êáôáíïìÞ ôùí çëåêôñïíßùí, èá ðñÝðåé íá åßíáé ðïëéêüò. Ôï Ýíá Üêñï èá åßíáé áñíçôéêü êáé ôï Üëëï Üêñï èåôéêü. ¸ôóé, èá õößóôáôáé ìéá äéðïëéêÞ ñïðÞ êáôÜ ìÞêïò ôçò äéåõèýíóåùò ôïõ Üîïíá ðïõ åíþíåé ôá äýï Üôïìá. ¼ëá ôá äéáôïìéêÜ ìüñéá ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü áíüìïéá Üôïìá äéáèÝôïõí äéðïëéêÞ ñïðÞ. Óôïí ðßíáêá 15-2 áíáöÝñïíôáé ïé äéðïëéêÝò ñïðÝò ìåñéêþí ìïñßùí áõôïý ôïõ ôýðïõ. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ðéï ðïëýðëïêá ìüñéá, ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ðïëéêïýò äåóìïýò, ç ðáñïõóßá Þ áðïõóßá óå áõôÜ äéðïëéêÞò ñïðÞò åîáñôÜôáé áðü ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ. Ãéá ôï ëüãï áõôü, ç ìÝôñçóç ôùí äéðïëéêþí ñïðþí óõ÷íÜ åßíáé äõíáôüí íá ìáò

ðëçñïöïñÞóåé ó÷åôéêÜ ìå ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ. Ãéá ðáñÜäåéãìá, üëá ôá ôñéáôïìéêÜ ìüñéá ôïõ ôýðïõ ×Õ×, üðùò ôá BeF 2, H2O, CO2, êáé OF2, ðïõ åßíáé êÜðïéá áðü üóá Ý÷åôå êé üëáò ãíùñßóåé, èá ðñÝðåé íá áíÞêïõí óôç ìéá Þ óôçí Üëëç áðü ôéò åîÞò äýï êáôçãïñßåò: Åßôå åßíáé ôåèëáóìÝíá åßôå åßíáé ãñáììéêÜ. ¼ðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 15-26, üôáí Ýíá ôÝôïéï ôñéáôïìéêü ìüñéï åßíáé ôåèëáóìÝíï, ôï óýíïëï ôùí äéáíõóìÜôùí ôùí äéðüëùí ôùí äåóìþí ôïõ, äßíåé ôç óõíïëéêÞ äéðïëéêÞ ñïðÞ ïëïêëÞñïõ ôïõ ìïñßïõ. ÅîÜëëïõ, ÐéíáêáÓ 15.2.

ÄéðïëéêÝò ñïðÝò ìåñéêþí ìïñßùí. Ìüñéï

ÄéðïëéêÞ ñïðÞ (D)*

Äéáôïìéêü HCI

1,08

HF

1,91

CO

0,10

Ôñéáôïìéêü BeF2

0

CO2

0

OF2

0,30

H2O

1,85

Ôåôñá‐áôïìéêü BF3

0

NF3

0,25

NH3

1,47

* Ç ìïíÜäá ìåôñÞóåùò (D) éóïýôáé ìå ôç äéðïëéêÞ ñïðÞ ðïõ äçìéïõñãåßôáé, üôáí èåôéêÜ (+) êáé áñíçôéêÜ () öïñôßá ßóá ìå ôï öïñôßï ôïõ çëåêôñïíßïõ áðÝ÷ïõí ìåôáîý ôïõò ìéá áðüóôáóç ßóç ìå Ýíá Ångsrtöm.

383

O

+

F

_

F

Be

_

+

_

F

+ +

+ +

+

+

_

_

_

=

F

+

=

_

=

=

_

_

=

+ +

_

0

Ó×ÇÌÁ 15-26. Ôï ìüñéï OF2 (åðÜíù), åìöáíßæåé ìéá óõíïëéêÞ äéðïëéêÞ ñïðÞ, üðùò öáßíåôáé áðü ôçí ðñïóèÞêç ôùí äéðïëéêþí äéáíõóìÜôùí ôùí äýï äåóìþí. Ôï óõíïëéêü äßðïëï óôï ìüñéï ôïõ BeF2 (êÜôù) åßíáé ìçäÝí, äéüôé ôá äýï äßðïëá ôùí áíôßèåôçò êáôåõèýíóåùò äåóìþí áëëçëïáíáéñïýíôáé ëüãù ôçò áíôßèåôçò äéåõèýíóåþò ôïõò.

üôáí Ýíá ìüñéï ôïõ ôýðïõ ×Õ× åßíáé ãñáììéêü, ôá äßðïëá ôùí äåóìþí ×-Õ êáé Õ- × áëëçëïáíáéñïýíôáé, êáé ôï ìüñéï óôï óýíïëü ôïõ äåí ðáñïõóéÜæåé äéðïëéêÞ ñïðÞ. ¸ôóé, ç ìÝôñçóç ôùí äéðïëéêþí ñïðþí ôùí ôñéáôïìéêþí ìïñßùí ôïõ ôýðïõ ×Õ× äåß÷íåé áí ðñüêåéôáé ãéá ãñáììéêÜ Þ ôåèëáóìÝíá. Ãéá ôá ìüñéá ðïõ áíáöÝñèçêáí ðéï ðÜíù, ôá áðïôåëÝóìáôá öáßíïíôáé óôïí ðßíáêá 15-2. Ãéá ôåôñá-áôïìéêÜ ìüñéá ôïõ ôýðïõ ×Õ3, õðÜñ÷ïõí äýï âáóéêÝò äõíáôüôçôåò üóïí áöïñÜ óôï ó÷Þìá ôïõò: (1) ôï ìüñéï åßíáé äõíáôüí íá âñßóêåôáé åî ïëïêëÞñïõ óå Ýíá åðßðåäï êáé íá Ý÷åé ôï ó÷Þìá åíüò éóïðëåýñïõ ôñéãþíïõ ìå ôï Üôïìï × óôï êÝíôñï ôïõ. (2) Ôï ìüñéï åßíáé äõíáôüí íá Ý÷åé ôï ó÷Þìá ôñéãùíéêÞò ðõñáìßäáò, ìå ôá Üôïìá Õ íá ó÷çìáôßæïõí ôç âÜóç êáé ôï Üôïìï × óôçí êïñõöÞ. ÌåñéêÜ ìüñéá ôïõ ôýðïõ ×Õ3 ðïõ óõíáíôÞóáìå åßíáé ôá ÂF3, NF3, êáé NH3. Ôï ó÷Þìá 15-27 äåß÷íåé ðþò ðñïóôßèåíôáé ôá äéÜöïñá äéáíýóìáôá ôùí äåóìþí, óôçí ðåñßðôùóç ôùí äýï ðéèáíþí äïìþí. ¼ðùò öáßíåôáé, ôá åðßðåäá ìüñéá èá Ý÷ïõí ìçäåíéêÞ äéðïëéêÞ ñïðÞ, áíåîÜñôçôá áðü ôï ðüóï ðïëéêïß åßíáé ïé äéÜöïñïé äåóìïß. Ôá ìüñéá ôýðïõ ðõñáìßäáò äéáèÝôïõí ðÜíôá ìéá ìéêñÞ äéðïëéêÞ ñïðÞ. Óôïí ðßíáêá 15-2 öáßíïíôáé ðÜëé ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá. Áðü ôá áðïôåëÝóìáôá áõôÜ ìðïñåßôå íá óõìðåñÜíåôå üôé ôï BF 3 åßíáé åðßðåäï, êáé üôé ôï NF3 êáé ç NH3 åßíáé ôýðïõ ðõñáìßäáò.

15.12 ÓõíôáêôéêÜ éóïìåñÞ. ¸íáò áðü ôïõò ëüãïõò ðïõ ç ÷çìåßá ìïéÜæåé ìå Ýíá ðïëý åíäéáöÝñïí êáé óõ÷íÜ ðïëýðëïêï ðáé÷íßäé åßíáé üôé, óôéò ðåñéóóüôåñåò (åêôüò áðü ôéò áðëïýóôáôåò) ðåñéðôþóåéò, ðñïêåéìÝíïõ ãéá ìéá ïìÜäá áôüìùí, åßíáé äõíáôüí íá õðÜñîïõí ðåñéóóüôåñïé áðü Ýíáí ôñüðïé óõíäÝóåùò ôùí áôüìùí ìåôáîý ôïõò. Ìå Üëëá ëüãéá, åßíáé äõíáôüí íá õðÜñîïõí äýï (Þ ðåñéóóüôåñá) äéáöïñåôéêÜ ìüñéá, ôá ïðïßá íá ðåñéÝ÷ïõí áêñéâþò ôïí ßäéï áñéèìü áðü ôï êÜèå åßäïò áôüìïõ. Óôï åðüìåíï êåöÜëáéï èá óõíáíôÞóïìå ðïëëÜ ôÝôïéá ðáñáäåßãìáôá. Êáô' áñ÷Þí, áò ïñßóïìå ôçí Ýííïéá êáé áò äþóïìå ìåñéêÜ ðáñáäåßãìáôá. Ôï êýñéï óõóôáôéêü üëùí ôùí ïéíïðíåõìáôùäþí ðïôþí åßíáé ìéá ïõóßá ìå ôï êïéíü üíïìá áëêïüëç. Ãéá ëüãïõò ôïõò ïðïßïõò èá äïýìå óôï åðüìåíï êåöÜëáéï, ôï üíïìá áõôü äåí åßíáé åðéóôçìïíéêÜ éêáíïðïéçôéêü. Ïé ÷çìéêïß ôçí áðïêáëïýí áéèáíüëç. Ìå ôçí áíÜëõóç ðñïêýðôåé üôé ç áéèáíüëç áðïôåëåßôáé ìüíï áðü Üíèñáêá, õäñïãüíï êáé ïîõãüíï. Åðßóçò, áí ðñïóäéïñéóèïýí ïé áêñéâåßò áíáëïãßåò ôçò ìÜæáò ôùí ôñéþí óôïé÷åßùí, âñßóêïìå üôé áõôÜ õðÜñ÷ïõí óôçí åîÞò áíáëïãßá: 24 ìÝñç Üíèñáêá ðñïò 6 ìÝñç õäñïãüíïõ ðñïò 16 ìÝñç ïîõãüíïõ. Ìåôñþíôáò ôç ìÜæá ãíùóôïý üãêïõ áôìþí áéèáíüëçò, êáé ìå ôç âïÞèåéá ôùí íüìùí ôùí

384

F

_

_

+ B

+

+

_ F

_

_

+ + +

_

F

=

+

N F

_ F

+ ++

_

_

=

+

=

+

_

+

+

+

_

+

=

= 0

=

_

F

Ó×ÇÌÁ 15-27. Ôá ôñßá ßóá êáé êáôÜ ôïí áõôü ôñüðï êáôáíåìçìÝíá óôï ÷þñï äßðïëá ðïõ ó÷çìáôßæïõí ôï ìüñéï ôïõ BF3 (åðÜíù), Ý÷ïõí óõíïëéêÞ ñïðÞ ìçäÝí. Ôá ä éðïëéêÜ äéáíýóìáôá ôùí äéáöüñùí äåóìþí N ‐ F äßíïõí ùò áðïôÝëåóìá Ýíá ìïñéáêü äßðïëï óôï ôýðïõ ðõñáìßäáò ìüñéï NF3 (êÜôù).

áåñßùí ðïõ ìåëåôÞóáìå óå ðñïçãïýìåíï êåöÜëáéï åßíáé äõíáôüí íá âñåèåß üôé ç ìïñéáêÞ ìÜæá ôçò áéèáíüëçò åßíáé 46. Ìå ôç âïÞèåéá ðñïçãïõìÝíùí ðåéñáìáôéêþí áðïôåëåóìÜôùí åßíáé äõíáôüí íá âñåèåß ï ôýðïò ôçò áéèáíüëçò. ¸íá mole áéèáíüëçò Ý÷åé ìÜæá 46 ãñáììáñßùí. Áðü áõôÞí ôç ìÜæá, ôá 24 ãñáììÜñéá ðñÝðåé íá åßíáé Üôïìá Üíèñáêá, ôá 6 ãñáììÜñéá ðñÝðåé íá åßíáé Üôïìá õäñïãüíïõ êáé ôá 16 ãñáììÜñéá ðñÝðåé íá åßíáé Üôïìá ïîõãüíïõ. Ç áôïìéêÞ ìÜæá ôïõ Üíèñáêá (äçëáäÞ, ç ìÜæá åíüò mole áôüìùí Üíèñáêá) åßíáé 12,0 ãñáììÜñéá. ¢ñá, Ýíá mole áéèáíüëçò èá ðñÝðåé íá ðåñéÝ÷åé äýï mole (24 ãñáììÜñéá) áôüìùí Üíèñáêá. Áíáëüãùò, èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí Ýîé mole áôüìùí õäñïãüíïõ (áôïìéêÞ ìÜæá x 1,0) êáé Ýíá mole áôüìùí ïîõãüíïõ (áôïìéêÞ ìÜæá = 16,0). ¸ôóé, ôï êÜèå îå÷ùñéóôü ìüñéï áéèáíüëçò èá ðñÝðåé íá ðåñéÝ÷åé 2 Üôïìá Üíèñáêá, 6 Üôïìá õäñïãüíïõ, êáé 1 Üôïìï ïîõãüíïõ. Ï ôýðïò ôçò èá åßíáé C2H6O. Åêôüò áðü ôéò óå üëïõò ãíùóôÝò öõóéïëïãéêÝò éäéüôçôÝò ôçò, ç áéèáíüëç Ý÷åé êáé

Üëëåò ÷áñáêôçñéóôéêÝò öõóéêÝò éäéüôçôåò. ¼ðùò óõìâáßíåé êáé ìå üëåò ôéò êáèáñÝò ïõóßåò, ðñüêåéôáé ðåñß óôáèåñþí éäéïôÞôùí ãéá ïðïéïäÞðïôå äåßãìá ôçò ïõóßáò áõôÞò. Áí Ýíá õëéêü äéáèÝôåé üëåò áõôÝò ôéò éäéüôçôåò, åßíáé ëïãéêü íá õðïèÝóïìå üôé ðñüêåéôáé ãé' áõôÞí åéäéêÜ ôçí ïõóßá, ôçí áéèáíüëç. Óôïí ðßíáêá 15-3 áíáöÝñïíôáé ìåñéêÝò áðü ôéò ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò ôçò áéèáíüëçò. Áõôü ðïõ áðïìÝíåé íá ìÜèïìå åßíáé ç äïìÞ ôïõ ìïñßïõ ôçò áéèáíüëçò. Áðü ìéá óåéñÜ ìåôñÞóåùí ðïõ Ý÷ïõí ðñáãìáôïðïéÞóåé ïé ÷çìéêïß, âñÝèçêå üôé ï ôñüðïò ó÷çìáôéóìïý äåóìþí êáé ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ ôçò áéèáíüëçò óõìðßðôåé ìå ôï åéêïíéæüìåíï ó÷Þìá 15-28. Ìðïñåß åðßóçò íá ðáñáóôáèåß êáé ùò åîÞò:

Ç éóôïñßá ìÝ÷ñéò åäþ åßíáé ìÜëëïí áðëÞ. Áðü ôç óýóôáóç êáé ôç ìïñéáêÞ ìÜæá åßíáé äõíáôüí íá

385

Ó×ÇÌÁ 15-28. ¸íá ðñüôõðï ìïñßïõ áéèáíüëçò óôï ÷þñï, êáôáóêåõáóìÝíï áðü ìéêñÝò óöáßñåò êáé ñÜâäïõò.

âñåèåß ï ôýðïò ìéáò ïõóßáò, ôçò ïðïßá óôç óõíÝ÷åéá ìðïñåß íá ðñïóäéïñéóèåß ç äïìÞ ìå âÜóç ôéò äéêÝò ôçò ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò, üðùò åßíáé ôï ÷ñþìá, ç ïóìÞ, ôï óçìåßï âñáóìïý, êáé ç ðõêíüôçôá. Ôþñá üìùò öèÜíïìå óå ìéá åíäéáöÝñïõóá ðåñéðëïêÞ. ÕðÜñ÷åé ìéá Üëëç ïõóßá ç ïðïßá Ý÷åé áêñéâþò ôïí ßäéï ôýðï, C 2H6O, áëëÜ äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò. Åíþ ç áéèáíüëç óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ åßíáé Ýíá õãñü ðïõ ìïéÜæåé ìå íåñü, ç Üëëç ïõóßá åßíáé áÝñéï óôç èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, ìå óçìåßï âñáóìïý ôïõò –27°C. Åßíáé ðñïöáíÝò üôé ðñüêåéôáé ãéá äéáöïñåôéêÝò ïõóßåò. Èá ðñÝðåé íá áðïôåëïýíôáé óõíåðþò áðü äéáöïñåôéêÜ ìüñéá. Åðß ðëÝïí, áõôÜ ôá äéáöïñåôéêÜ ìüñéá áðïôåëïýíôáé áðü ôïí ßäéï áêñéâþò óõíäõáóìü áôüìùí. Ç äåýôåñç ïõóßá, ìå ìïñéáêü ôýðï åðßóçò C 2H6O, ïíïìÜæåôáé äéìåèõëïáéèÝñáò. Ç äïìÞ ôïõ ìïñßïõ ôïõ äéìåèõëï-áéèÝñá Ý÷åé ðñïóäéïñéóèåß ìå äéÜöïñá åßäç ìåôñÞóåùí êáé öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 15-29. Ìðïñåß åðßóçò íá ðáñáóôáèåß ùò åîÞò:

Ó×ÇÌÁ 15-29. ¸íá ðñüôõðï ôïõ äéìåèõëïáéèÝñá óôï ÷þñï êáôáóêåõáóìÝíï áðü ìéêñÝò óöáßñåò Þ

åéäéêïý ôýðïõ ïíïìÜæïíôáé óõíôáêôéêÜ éóïìåñÞ*. Ï üñïò áõôüò óçìáßíåé üôé ôá éóïìåñÞ äéáöÝñïõí óôï üôé Ý÷ïõí äéáöïñåôéêïýò ôïõò óõíäõáóìïýò ôùí äåóìþí ôïõò. Ïé äåóìïß óôçí áéèáíüëç åßíáé ïé áêüëïõèïé: 5 äåóìïß C – H 1 äåóìüò C – C 1 äåóìüò C – O 1 äåóìüò O – H

Ïé ßäéïé äåóìïß üìùò äåí õðÜñ÷ïõí óôï äéìåèõëï-áéèÝñá. Áõôüò Ý÷åé ôïõò áêüëïõèïõò. 6 äåóìïýò C – H 2 äåóìïýò C – O

ÄïìéêÜ éóïìåñÞ õðÜñ÷ïõí åðßóçò, üôáí ïé óõíäõáóìïß äåóìþí åßíáé ßäéïé, áëëÜ äéáöÝñåé ç óåéñÜ ôïõò. Áò ðñïóÝîïìå ôï ðáñáêÜôù æåýãïò ìïñßùí: ÐéíáêáÓ 15.3.

ÌåñéêÝò öõóéêÝò éäéüôçôåò ôçò áéèáíüëçò. Éäéüôçôá Óçìåßï ôÞîåùò Óçìåßï âñáóìïý Ðõêíüôçôá (óôïõò 20 °C)

Ôá ìüñéá ôçò áéèáíüëçò êáé ôïõ äéìåèõëïáéèÝñá åßíáé éóïìåñÞ. ¼ðùò åßäáìå óôï êåöÜëáéï 7 (ðáñáãñ. 13), éóïìåñÞ åßíáé ôá ìüñéá ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü ôï ßäéï åßäïò áôüìùí, äéáôåôáãìÝíá äéáöïñåôéêÜ óôçí êÜèå ðåñßðôùóç. Ãéá íá åßìáóôå ðéï áêñéâåßò, éóïìåñÞ áõôïý ôïõ *

Ó.ô.Ì. Óôçí åëëçíéêÞ ïñïëïãßá áíáöÝñïíôáé áðëïýóôåñá êáé ùò éóïìåñÞ.

×ñþìá Äéáëõôüôçôá

ÐåñéãñáöÞ 117,3 °C 78,5 °C 0,789 g/ml ¢÷ñùìç ÄéáëõôÞ óôï íåñü óå ïðïéáäÞðïôå áíáëïãßá

386

Peter Joseph Wilhelm Debye (1884 ‐ 1966)

Áí êáé êáôÜ ôá öïéôçôéêÜ ôïõ ÷ñüíéá óôï êïëëÝãéï ï Peter Debye óðïýäáæå çëåêôñïëüãïò ìç÷áíéêüò, ðÞñå ôï äéäáêôïñéêü ôïõ áðü ôï ÐáíåðéóôÞìéï ôïõ ÌïíÜ÷ïõ ôï 1908 óôç öõóéêÞ. ÌÝóá óå ôñßá ÷ñüíéá áðÝêôçóå ôÝôïéá öÞìç ùò äéáðñåðÞò åðéóôÞìïíáò, þóôå ðñïôÜèçêå ãéá ôç èÝóç, ôçí ïðïßá ìüëéò åß÷å áöÞóåé ï Albert Einstein óôï ÐáíåðéóôÞìéï ôçò Æõñß÷çò. Ðïëý íùñßò óôç äéáäñïìÞ ôïõ ï Debye åíäéáöÝñèçêå ãéá ôçí åðßäñáóç ôùí çëåêôñéêþí äõíÜìåùí óôá ìüñéá. ÂñÞêå üôé áí ôï çëåêôñéêü öïñôßï óå Ýíá ìüñéï äåí åßíáé óõììåôñéêÜ êáôáíåìçìÝíï, ôï ìüñéï ôåßíåé íá áðïêôÞóåé ìéá ðåñéóôñïöéêÞ êßíçóç ìÝóá óå çëåêôñéêü ðåäßï. Ôï ìüñéï óôç óõíÝ÷åéá ðñïóáíáôïëßæåôáé ðñïò ïñéóìÝíåò êáôåõèýíóåéò, ïé ïðïßåò êáèïñßæïíôáé áðü ôçí Ýíôáóç ôïõ ðåäßïõ êáé ôá öïñôßá óôá Üêñá ôïõ ìïñßïõ. Ìåôñþíôáò ôéò ìåôáâïëÝò ôïõ çëåêôñéêïý ðåäßïõ, üôáí åéóÝñ÷ïíôáí ôá ìüñéá óå áõôü, ï Debye êáôÜöåñå íá ðñïóäéïñßóåé áõôü ðïõ ïíüìáóå äéðïëéêÞ ñïðÞ ôùí ìïñßùí. Ìåôñþíôáò ôçí êáôáíïìÞ ôùí öïñôßùí óå ðïëëÜ ìüñéá, ï Debye êáé Üëëïé êáôÜöåñáí íá ìÜèïõí ðïëëÜ ãýñù áðü ôéò äïìÝò áõôþí ôùí ìïñßùí êáé íá ðñïâëÝøïõí

ðþò èá óõìðåñéöåñèïýí áõôÜ ôá ìüñéá êÜôù áðü ðïéêßëåò óõíèÞêåò. ÓÞìåñá ÷ñçóéìïðïéïýìå ôï debye ùò ôç âáóéêÞ ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ôùí äéðïëéêþí ñïðþí. Ðñéí áðü ôï 1916, Ýíá áðü ôá ìåãáëýôåñá ìåéïíåêôÞìáôá ôçò áíáëýóåùò ôùí êñõóôáëëéêþí åíþóåùí ìå ðåñßèëáóç áêôßíùí‐× Þôáí üôé Ýðñåðå íá ðáñá÷èïýí ìåãÜëïé, ôÝëåéïé êñýóôáëëïé. Ï Debye Þôáí áðü ôïõò ðñþôïõò ðïõ áíáêÜëõøå üôé ïé ìÝèïäïé ôçò ðåñéèëÜóåùò ôùí áêôßíùí‐× èá ìðïñïýóáí íá åöáñìïóèïýí åîßóïõ êáëÜ êáé óå êïíéïðïéçìÝíïõò êñõóôÜëëïõò, áñêåß íá åß÷áí ðñïåôïéìáóèåß ìå êáôÜëëçëåò ìåèüäïõò. Ï ðåñéïñéóìüò ôçò ÷ñïíïâüñïõ äéáäéêáóßáò ôçò áíáðôýîåùò êñõóôÜëëùí êáôÝóôçóå ôçí ðåñßèëáóç ôùí áêôßíùí‐× ìéá ðïëý óçìáíôéêÞ áíáëõôéêÞ ìÝèïäï. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò åñãáóßáò ôïõ ãýñù áðü ôçí ðåñßèëáóç ôùí áêôßíùí‐×, ï Debye áíáêÜëõøå üôé ôá éüíôá õðÜñ÷ïõí óôçí ðñáãìáôéêüôçôá óôïõò êñõóôÜëëïõò ôùí áëÜôùí, ðñéí áõôïß äéáëõèïýí óôï íåñü. Ï Óïõçäüò ÷çìéêüò Arrhenius åß÷å ìåëåôÞóåé äéáëýìáôá áëÜôùí óôç äåêáåôßá ôïõ 1880. Ï Arrhenius åß÷å óõìðåñÜíåé üôé, åðåéäÞ ôá äéáëýìáôá ïñéóìÝíùí áëÜôùí äåí Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü ôüóï üóï èá áíáìåíüôáí, áõôÜ ôá Üëáôá äåí äéáóðþíôáé ôåëåßùò óå éüíôá, üôáí âñßóêïíôáé óå äéáëýìáôá. Ï Debye ùò áðïôÝëåóìá ôùí äéêþí ôïõ ìåëåôþí ãéá ôá ðïëéêÜ ìüñéá, ðñüôåéíå üôé ôá Üëáôá ðñÜãìáôé äéáóðþíôáé åíôåëþò óôá äéáëýìáôá, áëëÜ ôá éüíôá ôïõò ðåñéâÜëëïíôáé áðü íÝöç ðïëéêþí ìïñßùí äéáëýôç, ôá ïðïßá ðáñåìðïäßæïõí ôçí êßíçóÞ ôïõò ìÝóá óå Ýíá çëåêôñéêü ðåäßï. Ôï 1936 êÝñäéóå ôï âñáâåßï Íüìðåë óôç ×çìåßá ãéá ôçí åñãáóßá ôïõ óôéò äéðïëéêÝò ñïðÝò. Áí êáé õðÞñîå äéåõèõíôÞò ôïõ Éíóôéôïýôïõ Wilhelm Kaiser óôï Âåñïëßíï ãéá áñêåôÜ ÷ñüíéá, èåþñçóå üôé Þôáí üëï êáé ðåñéóóüôåñï äýóêïëï íá åñãáóèåß åêåß, êÜôù áðü ôï êáèåóôþò

387

ñïðÝò ôùí ôåóóÜñùí äåóìþí C – H, C – F Þ C – Cl, åßíáé ðñïóáíáôïëéóìÝíåò êáôÜ ôÝôïéï ôñüðï, þóôå áëëçëïáíáéñïýíôáé, üðùò öáßíåôáé êáé ãéá ôï ìüñéï ôïõ C2F4 óôï ó÷Þìá 15-30. Áò õðïèÝóïìå üìùò üôé ìüíï äýï áðü ôá Üôïìá õäñïãüíïõ áíôéêáèßóôáíôáé, ãéá ðáñÜäåéãìá áðü äýï Üôïìá öèïñßïõ. Ï ôýðïò èá ãßíåé ôþñá C2H2F2. ¼ðùò ìðïñåßôå íá äéáðéóôþóåôå, õðÜñ÷ïõí ôñåéò äéáöïñåôéêïß ôñüðïé, ìå ôïõò ïðïßïõò åßíáé äõíáôüí íá áíôéêáôáóôáèïýí ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ. Öáßíïíôáé óôï ó÷Þìá 15-31. Åßíáé ðñïöáíÝò üôé õðÜñ÷åé ìåãÜëç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôï áí èá áíôéêáôáóôáèïýí äýï Üôïìá õäñïãüíïõ áðü ôï ßäéï Üôïìï Üíèñáêá Þ Ýíá áðü ôï êÜèå Ýíá. Ôï ãåãïíüò üôé äçìéïõñãïýíôáé éóïìåñÞ óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ åßíáé åýêïëï íá äéáðéóôùèåß. Ðñüêåéôáé ãéá Ýíá ðáñÜäåéãìá óõíôáêôéêÞò éóïìÝñåéáò. ºóùò íá ìçí åßíáé ôüóï ðñïöáíÝò üôé õðÜñ÷ïõí äýï ôñüðïé áíôéêáôáóôÜóåùò åíüò áôüìïõ õäñïãüíïõ óå êÜèå Üôïìï Üíèñáêá. Ìå âÜóç ôá ó÷Þìáôá 15-31 êáé 15-32, åßíáé óáöÝò üôé ôá äýï ìüñéá åßíáé äéáöïñåôéêÜ êáé üôé èá ðñÝðåé íá ðáñïõóéÜæïõí äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, åßíáé ðïëý åýêïëï íá äéáðéóôþóåé êÜðïéïò ôç äéáöïñÜ áíÜìåóá óå áõôÜ ôá äýï éóïìåñÞ, êáé íá ðåé ðïéï åßíáé ðïéï, ìåôñþíôáò ôéò äéðïëéêÝò ôïõò ñïðÝò. Ôï éóïìåñÝò ðïõ ÷áñáêôçñßæåôáé ùò cis, (óçìáßíåé «ðñïò ôçí ßäéá ðëåõñÜ»), åìöáíßæåé êÜðïéá äéðïëéêÞ ñïðÞ. Ôï éóïìåñÝò üìùò ðïõ ÷áñáêôçñßæåôáé ùò trans, (óçìáßíåé «óôçí áðÝíáíôé ðëåõñÜ»), äåí äéáèÝôåé äéðïëéêÞ ñïðÞ. Óôç äéÜôáîç trans ïé ñïðÝò ôùí äýï äåóìþí C – F áíáéñïýí ç ìßá ôçí Üëëç, üðùò êáé ïé ñïðÝò ôùí äýï äåóìþí C – H. ÉóïìåñÞ áõôïý ôïõ ôýðïõ ïíïìÜæïíôáé ãåùìåôñéêÜ éóïìåñÞ, ãéá íá äéáêñßíïíôáé áðü ôá óõíôáêôéêÜ éóïìåñÞ. Äýï (Þ ìåñéêÝò öïñÝò ðåñéóóüôåñá) ãåùìåôñéêÜ éóïìåñÞ Ý÷ïõí ôïõò ßäéïõò ôýðïõò äåóìþí, óôçí ßäéá óåéñÜ. ÁëëÜ áõôü ðïõ äéáöÝñåé åßíáé ç ó÷Ýóç ìåñéêþí äåóìþí

10 äåóìïß C – H 2 äåóìïß C – C 2 äåóìïß C – O

10 äåóìïß C – H 2 äåóìïß C – C 2 äåóìïß C – O

Ôá äýï ìüñéá åßíáé óßãïõñá äéáöïñåôéêÜ, Ýóôù êáé áí ðåñéÝ÷ïõí ôïí ßäéï áñéèìü äåóìþí. ÄéáöÝñïõí óôç óåéñÜ ôùí äåóìþí. Óôçí ðñþôç ðåñßðôùóç, áêïëïõèþíôáò ôçí êåíôñéêÞ áëõóßäá ôïõ ìïñßïõ âñßóêïìå C – C – C – O – C, åíþ óôç äåýôåñç ðåñßðôùóç áíôßóôïé÷á âñßóêïìå C – C – O – C – C.

15.13 ÃåùìåôñéêÜ éóïìåñÞ. ÐñïêåéìÝíïõ íá ìåëåôÞóïìå Ýíá ðáñÜäåéãìá äéáöïñåôéêïý åßäïõò éóïìåñþí, áò åðéóôñÝøïìå óôï ìüñéï ôïõ áéèõëåíßïõ. ¼ðùò èá èõìÜóôå ßóùò áðü ôçí ðáñÜãñáöï 15-6, ôï ìüñéï ôïõ áéèõëåíßïõ åßíáé åðßðåäï. ÕðÜñ÷ïõí ðïëëÜ ìüñéá ðïõ ìïéÜæïõí ìå áõôü ôïõ áéèõëÝíéïõ ùò ðñïò ôï üôé Ý÷ïõí ôï æåýãïò ôùí áôüìùí Üíèñáêá óõíäåäåìÝíï ìå Ýíá äéðëü äåóìü, áëëÜ äéáöÝñïõí êáé áðü áõôü ùò ðñïò ôï üôé Ý÷ïõí êÜôé Üëëï óõíäåäåìÝíï ìå ôá äýï Üôïìá ôïõ Üíèñáêá áíôß ãéá ôá ôÝóóåñá Üôïìá õäñïãüíïõ ôïõ áéèõëåíßïõ. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áíôß ãéá ôá ôÝóóóåñá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ, åßíáé äõíáôüí íá Ý÷ïõí ôÝóóåñá Üôïìá öèïñßïõ Þ ôÝóóåñá Üôïìá ÷ëùñßïõ. ¼ëá áõôÜ ôá ìüñéá åßíáé åðßðåäá êáé üðùò ðñïêýðôåé ìåôÜ áðü ëßãç óêÝøç, äåí Ý÷ïõí äéðïëéêÞ ñïðÞ, Ýóôù êáé áí ïé åðéìÝñïõò äåóìïß åßíáé ðïëéêïß. Ïé

F

F

_

C=C F

F

_

_ + +

+ +

_ =

_

+

+ _

= 0

Ó×ÇÌÁ 15-30. ÊÜèå äåóìüò C – F óôï ôåôñáöèïñïáéèõëÝíéï Ý÷åé ôç äéêÞ ôïõ äéðïëéêÞ ñïðÞ, óýìöùíá ìå ôï ó÷Þìá. Ç äéÜôáîÞ ôïõò üìùò ìÝóá óôï ìüñéï åßíáé ôÝôïéá, þóôå íá áíáéñåß ï Ýíáò ôïí Üëëï.

388

F

Ç C=C

F

F Ç

F C=C

Ç

Ç

C=C Ç

cis

F

Ç

F trans

Ó×ÇÌÁ 15-31. Ôñßá éóïìåñÞ ìå ôïí ôýðï C2H2F2.

óôï ÷þñï. Ãé' áõôü êáé äéáöÝñåé ç ãåùìåôñßá êáé ïíïìÜæïíôáé ãåùìåôñéêÜ éóïìåñÞ. Åßíáé óçìáíôéêü íá óõíåéäçôïðïéÞóïìå üôé cis êáé trans éóïìåñÞ õðÜñ÷ïõí ìüíï üôáí õðÜñ÷åé äéðëüò äåóìüò áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá. Äåí åßíáé äõíáôüí íá ìåôáôñÝøïìå ôï cis éóïìåñÝò óå trans ÷ùñßò íá óðÜóïìå ôï äéðëü äåóìü Þ ôïõëÜ÷éóôïí ôï Ýíá Þìéóõ áõôïý. Ôá ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí ãýñù áðü ôï êÜèå Üôïìï ôïõ Üíèñáêá ðñÝðåé íá ðáñáìÝíïõí óå ôåôñáåäñéêÞ äéÜôáîç. Áõôü êáèéóôÜ áäýíáôç ôçí ðåñéóôñïöÞ ôïõ ìïñßïõ. Ìå ôá ðñüôõðá ðïõ èá êáôáóêåõÜóåôå áñãüôåñá (ðáñÜãñ. 15-14) áõôü èá ãßíåé óáöÝóôåñï. Ìüíï üôáí ìåôáêéíÞóåôå ôïõëÜ÷éóôïí ìßá áðü ôéò ïäïíôïãëõößäåò ðïõ èá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ãéá ôçí áíáðáñÜóôáóç ôïõ äéðëïý äåóìïý, ðïõ éóïäõíáìåß ìå óðÜóéìï ôïõ åíüò äåóìïý, åßíáé äõíáôüí íá ðåñéóôñáöåß ôï Ýíá Üêñï ôïõ ìïñßïõ. ÅðåéäÞ ôï óðÜóéìï ôùí äåóìþí áðáéôåß ìåãÜëç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò, äåí óõíôåëåßôáé áðü ìüíï ôïõ. Ãé' áõôü ôá cis êáé ôá trans éóïìåñÞ äåí áëëçëïìåôáôñÝðïíôáé. ÐáñáìÝíïõí ùò îå÷ùñéóôÜ, éäéáßôåñá êáé äéáöïñåôéêÜ ìüñéá. ¼ôáí ôá ìüñéá ôïõ Üíèñáêá óõíäÝïíôáé ìüíï ìå áðëü äåóìü, äåí åßíáé äõíáôüí íá õðÜñîïõí ãåùìåôñéêÜ éóïìåñÞ. Ðáñáôçñþíôáò ôéò äýï äïìÝò, ôéò ïðïßåò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 15-33, äéáðéóôþíïìå üôé ìïéÜæïõí ìå ãåùìåôñéêÜ éóïìåñÞ, áëëÜ äåí åßíáé. Ãéáôß; ÅðåéäÞ åßíáé äõíáôüí ôï Ýíá íá ìåôáôñáðåß óôï Üëëï ÷ùñßò íá óðÜóåé êáíÝíáò äåóìüò. Áõôü ðïõ ÷ñåéÜæåôáé åßíáé ìüíï ðåñéóôñïöÞ ãýñù áðü ôï äåóìü C – C êáé åßíáé êÜôé ðïõ ãßíåôáé åýêïëá. Êáé ðÜëé ìå ôá ðñüôõðá ðïõ èá êáôáóêåõÜóåôå ìå ôéò ìðÜëåò êáé ôéò ïäïíôïãëõößäåò èá öáíåß áõôü êáèáñÜ.

Ó×ÇÌÁ 15-32. Ôá ôñßá éóïìåñÞ ôïõ äéöèïñïáéèõëåíßïõ. Ôï 1,1‐äéöèïñïáéèõëÝíéï (á) êáé ôá cis êáé trans éóïìåñÞ ôïõ 1,2‐äéöèïñïáéèõëåíßïõ áíôéóôïß÷ùò óôá ó÷Þìáôá (â) êáé (ã).

389

Ó×ÇÌÁ 15-33. Äýï äéáöïñåôéêïß ôñüðïé äéáôÜîåùò ôùí áôüìùí ôïõ 1,2‐äé÷ëùñïáéèáíßïõ. Åýêïëá ìåôáôñÝðåôáé ç ìßá óôçí Üëëç ìå ðåñéóôñïöÞ ãýñù áðü ôï äåóìü C ‐ C êáé äå èåùñïýíôáé éóïìåñÞ.

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

15.14 Ôá ìüñéá êáé ôá ó÷ÞìáôÜ ôïõò. ¼ôáí äýï Üôïìá óõíåíþíïíôáé, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí Ýíá äéáôïìéêü ìüñéï, ôï ìÝãåèïò ôùí áôüìùí êáé ç áðüóôáóç ôùí ðõñÞíùí ôïõò ìðïñåß íá äéáöÝñåé. Ôï âáóéêü ó÷Þìá üìùò åßíáé ôï ßäéï ãéá üëá ôá ìüñéá áõôïý ôïõ åßäïõò. Ðñüêåéôáé ãéá ìßá ôñéóäéÜóôáôç åéêüíá ðïõ ó÷çìáôßæåôáé áðü äýï ôåìíüìåíåò óöáßñåò (ó÷. 15-34). Ìüñéá ðïõ äéáèÝôïõí ðåñéóóüôåñá áðü äýï Üôïìá åßíáé äõíáôüí íá ðñïóëÜâïõí ó÷Þìáôá óå ìåãáëýôåñç ðïéêéëßá. Ôá ó÷Þìáôá áõôÜ êáèïñßæïíôáé áðü ôïí áñéèìü êáé ôï ìÝãåèïò ôùí áôüìùí, ôïí áñéèìü ôùí çëåêôñïíßùí, ôïõò ôýðïõò ôùí ôñï÷éáêþí ðïõ äéáôßèåíôáé ãéá ó÷çìáôéóìü äåóìþí óôï êÜèå Üôïìï, êáé ôïí áñéèìü ôùí äåóìþí ðïõ óõíäÝïõí ôá Üôïìá. ÐïëëÝò éäéüôçôåò ôùí åíþóåùí åîáñôþíôáé áðü ôá ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí ôïõò, üðùò êáé áðü ôéò äõíÜìåéò ðïõ óõãêñáôïýí ôá Üôïìá ðïõ áðïôåëïýí ôá ìüñéá åíùìÝíá. Ãé' áõôü, ç ãíþóç ôùí ó÷çìÜôùí ôùí ìïñßùí åßíáé óçìáíôéêÞ ãéá ôçí ðñüâëåøç ôùí éäéïôÞôùí íÝùí åíþóåùí êáé ôçí åñìçíåßá ôçò óõìðåñéöïñÜò ðïëëþí ãíùóôþí åíþóåùí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, óôïí ôïìÝá ôçò âéï÷çìåßáò, ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ åíüò åíæýìïõ åßíáé åîáéñåôéêÜ óçìáíôéêü

390

Ó×ÇÌÁ 15-34. ¸íá óôåñåï÷çìéêü (Þ ôñéóäéÜóôáôï) ðñüôõðï ôïõ áôüìïõ ôïõ öèïñßïõ, F2.

(ãéá ôá Ýíæõìá ãßíåôáé ëüãïò óôï êåöÜëáéï 21). ¸íá ìüñéï åßíáé äõíáôüí íá äéáèÝôåé ôï óùóôü áñéèìü êáé ôýðï áôüìùí, áëëÜ íá åßíáé åíôåëþò áäñáíÝò ùò Ýíæõìï, áí äåí äéáèÝôåé ôï óùóôü ó÷Þìá. Ôï Üìõëï êáé ç êõôôáñßíç (áíáöÝñïíôáé óôï êåöÜëáéï 18) Ý÷ïõí ôïí ßäéï âáóéêü ôýðï, áëëÜ ëüãù ôùí äéáöïñåôéêþí ó÷çìÜôùí ôùí ìïñßùí ôïõò, Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò. ÌåôáôñÝðïíôáò ôá ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí ðïõ óõíèÝôïõí ìåñéêÜ áðü ôá êïéíÜ ðëáóôéêÜ, ïé ÷çìéêïß Ý÷ïõí êáôïñèþóåé íá áõîÞóïõí óçìáíôéêüôáôá ôçí áíôï÷Þ ôïõò. Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá êáôáóêåõÜóåôå ìåñéêÜ ðñüôõðá ìïñßùí ìå äéïãêùìÝíç ðïëõóôåñßíç. ¼ðùò âëÝðåôå, áðü Ýíá ôÝôïéï ðñüôõðï, (ó÷. 15-35) ôá ðñüôõðá áõôïý ôïõ åßäïõò ìïéÜæïõí ðåñéóóüôåñï ìå ôá ðñüôõðá ôïõ ôýðïõ ìðÜëá-Üîïíáò êáé ü÷é ìå ôá ðéóôÜ ôñéóäéÜóôáôá ðñüôõðá ôùí ìïñßùí óôï ÷þñï. Åðßóçò, åðåéäÞ åßíáé ëßãåò ïé äéáèÝóéìåò ìðÜëåò äéáöïñåôéêïý ìåãÝèïõò áðü äéïãêùìÝíç ðïëõóôåñßíç, äåí èá åßíáé äõíáôüí íá ðáñáóôÞóïìå ìå áêñßâåéá ôá ó÷åôéêÜ ìåãÝèç ôùí äéáöüñùí áôüìùí. Ðáñ' üëá áõôÜ, ôá ðñüôõðÜ óáò èá óáò âïçèÞóïõí íá óõíåéäçôïðïéÞóåôå ôá ìïñéáêÜ ó÷Þìáôá êáé íá êáôáíïÞóåôå ôéò äéÜöïñåò ìïñöÝò ôùí äåóìþí. ÓÊÏÐÏÓ

Èá êáôáóêåõÜóåôå ðñüôõðá áñêåôþí ìïñßùí ìå âÜóç ôçí ôïðïèÝôçóç ôùí çëåêôñïíßùí óôá ÜôïìÜ ôïõò. Óôá ðñüôõðá èá ðåñéëáìâÜíïíôáé ìüñéá ìå áðëïýò, äéðëïýò êáé ôñéðëïýò äåóìïýò. Èá êáôáóêåõÜóåôå åðßóçò êáé ðñüôõðá éóïìåñþí. Áðü ôá ðñüôõðÜ óáò èá ìðïñÝóåôå íá ðñïâëÝøåôå ðþò åðéäñïýí óôá ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí ïé äéáöïñÝò óôá ôñï÷éáêÜ óõíäÝóåùò êáé ôï ìÝãåèïò ôùí áôüìùí. Åðß ðëÝïí, èá åßóôå óå èÝóç íá ðñïâëÝøåôå ðïéá ìüñéá Ý÷ïõí äéðïëéêÝò ñïðÝò. ÕËÉÊÁ

16 ìðÜëåò áðü äéïãêùìÝíç ðïëõóôåñßíç, äéáìÝôñïõ 2 cm 2 ìðÜëåò áðü äéïãêùìÝíç ðïëõóôåñßíç, äéáìÝôñïõ 2,5 cm 7 ìðÜëåò áðü äéïãêùìÝíç ðïëõóôåñßíç, äéáìÝôñïõ 3 cm 1 ìðÜëá áðü äéïãêùìÝíç ðïëõóôåñßíç, äéáìÝôñïõ 4 cm 1 ìðÜëá áðü äéïãêùìÝíç ðïëõóôåñßíç, äéáìÝôñïõ 5 cm 24 óôñïããõëÝò ïäïíôïãëõößäåò, ìõôåñÝò óôï êÜèå Üêñï Ìïéñïãíùìüíéï Ìåôñéêüò ÷Üñáêáò 1 g õäñüöéëï âáìâÜêé ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

1. Íá óõìðëçñþóåôå ôïí ðßíáêá ðïõ õðÜñ÷åé óôçí ðáñÜãñáöï «äåäïìÝíá êáé áðïôåëÝóìáôá», ìÝ÷ñé ôç óåéñÜ «ôñï÷éáêÜ ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí» (ðñéí Ýñèåôå óôï åñãáóôÞñéï). 2. Íá êáôáóêåõÜóåôå ðñüôõðá ãéá êÜèå ìßá áðü ôéò åðôÜ õäñïãïíïý÷åò åíþóåéò ðïõ áíáöÝñïíôáé óå áõôüí ôïí ðßíáêá. Äå÷üìáóôå üôé ôá ôñï÷éáêÜ ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé åêôåßíïíôáé üóï ôï äõíáôüí ìáêñýôåñá ãýñù áðü ôï êåíôñéêü Üôïìï. Åßíáé ãíùóôü üôé ôá Üôïìá ôçò äåýôåñçò ðåñéüäïõ ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÜ ìåãÝèç óôéò ïìïéïðïëéêÝò åíþóåéò, îåêéíþíôáò áðü ìßá áêôßíá 1,23 Å ãéá ôï Li êáé êáôáëÞãïíôáò óå 0,72 Å ãéá ôï F. ÐÜíôùò, íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôéò ìðÜëåò äéáìÝôñïõ 3 cm ãéá íá ðáñáóôÞóåôå ôï êÜèå Ýíá áðü áõôÜ ôá Üôïìá êáé ìðÜëåò äéáìÝôñïõ 2 cm, ãéá íá ðáñáóôÞóåôå ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ. Ìéá ïäïíôïãëõößäá óôåñåùìÝíç áíÜìåóá óå äõï ãåéôïíéêÝò ìðÜëåò èá ðáñéóôÜíåé Ýíá æåýãïò

391

Ó×ÇÌÁ 15-35.

Ó×ÇÌÁ 15-36.

çëåêôñïíßùí ðïõ ó÷çìáôßæåé Ýíáí áðëü äåóìü áíÜìåóá óå äýï Üôïìá, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 15-35 (èá ÷ñåéáóèåßôå åðôÜ ìðÜëåò áðü äéïãêùìÝíç ðïëõóôåñßíç äéáìÝôñïõ 3 cm, äåêáÝîé ìðÜëåò ôùí 2 cm, ëßãï õäñüöéëï âáìâÜêé êáé ðåñßðïõ 24 ïäïíôïãëõößäåò.) (á) Ðñéí íá óõìðëçñþóåôå ôï ðñüôõðï (ìïíôÝëï) ôïõ CH4, âõèßóôå ôÝóóåñéò ïäïíôïãëõößäåò óå âÜèïò 1 cm ìÝóá óôï êåíôñéêü Üôïìï, þóôå íá âñßóêïíôáé üëåò óå Ýíá åðßðåäï ìå ôéò åîùôåñéêÝò ôïõò Üêñåò íá ó÷çìáôßæïõí ôéò êïñõöÝò åíüò ôåôñáãþíïõ. ÌåôñÞóôå ôçí áðüóôáóç áíÜìåóá óôá Üêñá êáé ôùí ôåóóÜñùí æåõãþí ôùí ãåéôïíéêþí ïäïíôïãëõößäùí êáé âñåßôå ôç ìÝóç áðüóôáóç (ìå ôç äéáäéêáóßá áõôÞ èá äéïñèùèïýí ïé åëáöñÝò áíùìáëßåò ôïõ ðñïôýðïõ óáò). Ôþñá, ìåôáêéíÞóôå ôéò ôÝóóåñéò ïäïíôïãëõößäåò êáé ðñïóðáèÞóôå íá ôéò âõèßóåôå ðÜëé óôï êåíôñéêü Üôïìï, þóôå êáé ïé ôÝóóåñéò ïäïíôïãëõößäåò íá åßíáé äéáôåôáãìÝíåò óõììåôñéêÜ óôï ÷þñï ãýñù áðü ôï Üôïìï, êáé íá ó÷çìáôßæïõí ó÷åäüí ßóåò ãùíßåò ìåôáîý ôïõò (áõôü åßíáé ëßãï äýóêïëï êáé èá ðñÝðåé íá êÜíåôå áñêåôÝò ðñïóðÜèåéåò ìÝ÷ñé íá ôéò ôïðïèåôÞóåôå óùóôÜ). Âåâáéùèåßôå üôé ç êÜèå ïäïíôïãëõößäá Ý÷åé âõèéóèåß óå âÜèïò åíüò åêáôïóôïý ìÝóá óôï êåíôñéêü Üôïìï. Âñåßôå ðÜëé ôç ìÝóç áðüóôáóç áíÜìåóá óôá ãåéôïíéêÜ Üêñá ôùí ïäïíôïãëõößäùí. (â) Ãéá íá êáôáóêåõÜóåôå ôá ðñüôõðá ôùí NH3, H2O, êáé HF, íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôá ßäéá ôñï÷éáêÜ ìå áõôÜ ôïõ CH4. Ó÷çìáôßóôå ìéá ìéêñÞ ìðÜëá áðü âáìâÜêé óôçí Üêñç ìéáò ïäïíôïãëõößäáò ãéá íá ðáñáóôÞóåôå ôï êÜèå ìïíÞñåò æåýãïò çëåêôñïíßùí. 3. ÊáôáóêåõÜóáôå Ýíá ðñüôõðï ôïõ ìïñßïõ ôïõ H2S, ÷ñçóéìïðïéþíôáò ìéá ìðÜëá äéáìÝôñïõ 4 cm ãéá ôï èåßï êáé ìðÜëåò 2 cm ãéá ôï õäñïãüíï. Íá óõãêñßíåôå áõôü ôï ðñüôõðï ìå åêåßíï ôïõ Ç2Ï ðïõ åß÷áôå êáôáóêåõÜóåé ìå ìðÜëá äéáìÝôñïõ 3 cm. 4. ×ñçóéìïðïéÞóôå ìéá ìðÜëá 2 cm, ãéá íá ðáñáóôÞóåôå ôï F, ìéá ìðÜëá 2,5 cm ãéá ôï Cl, ìéá 4 cm ãéá ôï Br, êáé ìéá ìðÜëá 5 cm ãéá ôï É. ÊáôáóêåõÜóôå ôá ðñüôõðá ôùí HF, HCl, HBr, êáé ÇÉ. ×ñçóéìïðïéÞóôå êïíôÜ êïììÜôéá ïäïíôïãëõößäùí êáé óðñþîôå ôéò ìðÜëåò, ìÝ÷ñé íá áêïõìðÞóïõí ìåôáîý ôïõò (ôá ðñüôõðá áõôÜ äåí èá åßíáé áêñéâþò áíÜëïãá ìå ôá ìåãÝèç ôùí ðñáãìáôéêþí ìïñßùí, áëëÜ åßíáé éêáíïðïéçôéêÜ ãéá ôïõò óêïðïýò ìáò). 5. ÁðïóõíäÝóôå ôá ðñüôõðá ðïõ êáôáóêåõÜóáôå. Ôþñá êáôáóêåõÜóôå ìéá óåéñÜ áðü åíþóåéò ôïõ Üíèñáêá, ôïõ õäñïãüíïõ êáé ôïõ ïîõãüíïõ, ðáßñíïíôáò ìðÜëåò äéáìÝôñïõ 3 cm ãéá ôïí Üíèñáêá, 2 cm ãéá ôï õäñïãüíï, êáé 2,5 cm ãéá ôï ïîõãüíï. Íá äåßîåôå ìüíï ôá óõæåõãìÝíá çëåêôñüíéá êáé ü÷é ôá ìïíÞñç. ×ñçóéìïðïéÞóôå äýï ïäïíôïãëõößäåò ãéá ôïõò äéðëïýò äåóìïýò êáé ôñåéò ãéá ôïõò ôñéðëïýò, óýìöùíá ìå ôï ó÷Þìá 15-36. ¼ôáí èá ïëïêëçñþóåôå Ýíá ðñüôõðï, íá ãñÜøåôå ôï óõíôáêôéêü ôýðï ôçò åíþóåùò ðïõ ó÷çìáôßóèçêå. Íá êáôáóêåõÜóåôå ìïñéáêÜ ðñüôõðá ðïõ èá Ý÷ïõí ôá áêüëïõèá Üôïìá: (á) 2 C, 6 H (â) 2 C, 4 H (ã) 2 C, 2 H (ä) 1 C, 2 H, 1 O (å) 1 C, 4 H, 1 O (óô) 2 C, 6 H, 1 O (äýï äéáöïñåôéêÝò ìïñöÝò)

6. ÊïëëÞóôå ðÜíù óå äýï ìðÜëåò äéáìÝôñïõ 2,5 cm ìéêñÝò åôéêÝôôåò ãñÜöïíôáò ðÜíù ôïõò Cl, ãéá íá ðáñáóôÞóåôå ôá Üôïìá

392

ôïõ ÷ëùñßïõ. ×ñçóéìïðïéÞóôå ôåò, ãéá íá êáôáóêåõÜóåôå ôñßá äéáöïñåôéêÜ éóïìåñÞ äé÷ëùñïáéèõëåíßïõ (C2H2Cl2). ÃñÜøôå ôïõò óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ãéá ôï êÜèå éóïìåñÝò. Äåßîôå ðïéïé Ý÷ïõí ìïñöÞ cis êáé ðïéïé ìïñöÞ trans. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Ðñéí íá êáôáóêåõÜóåôå ïðïéïäÞðïôå ðñüôõðï, êáôáñôßóôå Ýíáí ðßíáêá, óáí áõôüí ðïõ áêïëïõèåß, óå ìéá ïëüêëçñç óåëßäá áðü ôï ôåôñÜäéü óáò. ÓôñÝøôå ôï ÷áñôß Ýôóé, þóôå ç ìáêñéÜ ðëåõñÜ íá åßíáé óôï åðÜíù ìÝñïò, êáé êáôáãñÜøôå ôá óýìâïëá ôùí óôïé÷åßùí ðïõ åìöáíßæïíôáé óôç äåýôåñç óåéñÜ ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá (Li-F) óôçí åðÜíù ãñáììÞ. Óôïé÷åßï Li, Be, ê.ë.ð. Aôïìéêüò áñéèìüò ÇëåêôñïíéáêÞ äéÜôáîç Çëåêôñïíéáêüò ôýðïò ôïõ óôïé÷åßïõ Çëåêôñïíéáêüò ôýðïò ôùí åíþóåùí ôïõ õäñïãüíïõ Ôñï÷éáêÜ ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôïõò äåóìïýò Ó÷åäéáãñÜììáôá ðñïôýðùí ÊáôÜ ðñïóÝããéóç ãùíßåò ôùí äåóìþí ¸÷åé ôï ìüñéï äéðïëéêÞ ñïðÞ; Ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ: ãñáììéêü ôåèëáóìÝíï, åðßðåäï ôýðïõ ðõñáìßäáò, ôåôñáåäñéêü. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Ðïéá áðü ôéò äõï ìïñöÝò ôïõ CH4 ðïõ êáôáóêåõÜóáôå åßíáé ðéï óôáèåñÞ; Ãéáôß; 2. Íá åîçãÞóåôå ôçí åðßäñáóç ðïõ Ý÷ïõí ôá ìç óõíäåäåìÝíá çëåêôñüíéá óôéò ãùíßåò ôùí äåóìþí ôçò NH3 êáé ôïõ H2O. Íá óõãêñßíåôå ôéò ãùíßåò áõôþí ôùí äåóìþí ìå áõôÝò ôïõ CH4. Ðïéåò áðü ôéò ôñåéò åíþóåéò èá ðñÝðåé íá Ý÷ïõí ôéò ìåãáëýôåñåò ãùíßåò äåóìþí; 3. Âñåßôå ìéá ðéèáíÞ åîÞãçóç ãéá ôï ãåãïíüò üôé ç ðñáãìáôéêÞ ãùíßá Ç – S – Ç åíüò ìïñßïõ Ç2S åßíáé ðåñßðïõ 93°, åíþ ç ãùíßá Ç – Ï – Ç åíüò ìïñßïõ Ç2Ï åßíáé ðåñßðïõ 104,5°. 4. Èõìçèåßôå üôé ç äýíáìç áíÜìåóá óå äýï öïñôßá åßíáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãç ðñïò ôï ôåôñÜãùíï ôçò ìåôáîý ôïõò áðïóôÜóåùò. ¸ðåéôá áðü áõôü, åîåôÜóôå ôéò åíþóåéò HF êáé HI, ãéá ôéò ïðïßåò êáôáóêåõÜóáôå ìïñéáêÜ ðñüôõðá. Ôï öèüñéï Þ ôï éþäéï íïìßæåôå üôé èá Ýëêåé éó÷õñüôåñá ôá çëåêôñüíéá ôïõ äåóìïý; 5. ÅîåôÜóôå ôéò ôÝóóåñéò åíþóåéò HF, HCl, ÇÂr, êáé HI. Ðïéá íïìßæåôå üôé èá óõãêñáôåßôáé áðü ôïõò éó÷õñüôåñïõò äåóìïýò; Ðïéïò äåóìüò èá Ý÷åé ôïí éó÷õñüôåñï éïíôéêü ÷áñáêôÞñá; Ðïéï ìüñéï èá Ý÷åé ôç ìåãáëýôåñç äéðïëéêÞ ñïðÞ; 6. Ðïéï áðü ôá éóïìåñÞ ôïõ äé÷ëùñïáéèõëåíßïõ èá Ý÷åé äéðïëéêÞ ñïðÞ;

393

15.15 ¸íáò äéáöïñåôéêüò ôñüðïò ðåñéãñáöÞò ôùí äéðëþí êáé ôùí ôñéðëþí äåóìþí. ¼ðùò áíáöÝñèçêå ðñïçãïõìÝíùò, Ýíáò äéðëüò äåóìüò åßíáé äõíáôüí íá ðáñáóôáèåß áðü ôçí êïéíÞ áêìÞ äýï ôåôñáÝäñùí. ÁõôÞ ç ðïëý áðëÞ ðåñéãñáöÞ åßíáé ÷ñÞóéìç êáé äéêáéïëïãåß ðïëëÜ âáóéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôïõ äéðëïý äåóìïý. Ìáò âïçèÜ íá êáôáíïÞóïìå ãéáôß åßíáé åíôåëþò áðáãïñåõôéêÞ ç ðåñéóôñïöÞ ãýñù áðü ôï äéðëü äåóìü ïäçãþíôáò Ýôóé óôï ó÷çìáôéóìü ôùí cis êáé trans éóïìåñþí. ¼ìùò, áõôÞ ç áðëÞ åéêüíá äåí åîáóöáëßæåé ìéá ðëÞñùò éêáíïðïéçôéêÞ ðåñéãñáöÞ ôùí äéðëþí äåóìþí. ÕðÜñ÷ïõí ìåñéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí ìïñßùí ìå äéðëïýò äåóìïýò, éäéáßôåñá ôùí öáóìÜôùí ôïõò, ôá ïðïßá ïé ÷çìéêïß èá ìðïñïýóáí íá êáôáíïÞóïõí åõêïëüôåñá ìå ôç âïÞèåéá ìéáò äéáöïñåôéêÞò ðåñéãñáöÞò. Èá åîçãçèåß ôþñá áõôüò ï äéáöïñåôéêüò ôñüðïò áíôéìåôùðßóåùò åíüò äéðëïý äåóìïý (êáèþò åðßóçò, êáé åíüò ôñéðëïý äåóìïý). ÏíïìÜæåôáé ðåñéãñáöÞ óßãìá (ó) êáé ðé (ð). Áò ÷ñçóéìïðïéÞóïìå áñ÷éêÜ ãéá ðáñÜäåéãìá ôï ìüñéï ôïõ áéèõëåíßïõ H2C = CH2. Ôá ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ôï ìüñéï ôïõ áéèõëåíßïõ åßíáé åðßðåäï. Ôï åðßðåäï ôïõ ìïñßïõ åßíáé äõíáôüí íá èåùñçèåß ùò ôï åðßðåäï xy óå Ýíá óýóôçìá êáñôåóéáíþí óõíôåôáãìÝíùí, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 15-37. ¸íá Üôïìï Üíèñáêá óôçí êáôþôåñç åíåñãåéáêÞ ôïõ êáôÜóôáóç Ý÷åé çëåêôñïíéêÞ äéáìüñöùóç 1s22s22p2. Áñ÷éêÜ, Ýíá çëåêôñüíéï óôï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá èá ðñÝðåé íá ðñïùèçèåß, þóôå íá áðïêôÞóåé ôç äéáìüñöùóç 1s22s2px2py2pz. Êáôüðéí áõôïý, üëá ôá çëåêôñüíéá ðïõ âñßóêïíôáé óôá ôñï÷éáêÜ 2s, 2px, 2py, êáé 2pz, åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ãéá íá ó÷çìáôßóïõí äåóìïýò. Áðü ôþñá êáé óôï åîÞò äåí èá áíáöÝñïìå ôá çëåêôñüíéá 1s, ãéáôß äåí èá ðáßæïõí êáíÝíá ñüëï óôï ó÷çìáôéóìü ôùí äåóìþí. Ôþñá, áíôß íá õðïèÝóïìå üôé ôá ôÝóóåñá ôñï÷éáêÜ ôçò äåýôåñçò óôïéâÜäáò õâñéäïðïéïýíôáé, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí Ýíá óýóôçìá ôåôñáåäñéêþí ôñï÷éáêþí, ðñï÷ùñïýìå ùò åîÞò. ÕðïèÝôïìå üôé ìüíï ôá 2s, 2px, êáé 2py ôñï÷éáêÜ õâñéäïðïéïýíôáé. ÁõôÜ ôá sp2 õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ óôï êÜèå Üôïìï ôïõ Üíèñáêá åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ôþñá, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí áðëïýò äåóìïýò ìå ôñßá äéáöïñåôéêÜ Üôïìá óôï åðßðåäï xy. Óôçí ðåñßðôùóç ôïõ

z y Ç

=C

C

Ç

Ç

Ç x

Ó×ÇÌÁ 15-37. Ôï ìüñéï ôïõ áéèõëåíßïõ óôï åðßðåäï xy ôïõ êáñôåóéáíïý óõóôÞìáôïò óõíôåôáãìÝíùí. z y

H

H

+

+

C

C

_

_

H x H

Ó×ÇÌÁ 15-38. Ôï êÜèå Üôïìï ôïõ Üíèñáêá Ý÷åé ó÷çìáôßóåé Ýíá óýóôçìá áðü ôñåéò áðëïýò äåóìïýò ÷ñçóéìïðïéþíôáò æåýãç çëåêôñïíßùí óôï åðßðåäï ôïõ ìïñßïõ. Öáßíåôáé åðßóçò ôï pz ôñï÷éáêü ôïõ êÜèå áôüìïõ Üíèñáêá.

áéèõëåíßïõ, áõôÜ åßíáé ôá äýï Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ êáé ôï Üëëï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá. Ôï êÜèå Üôïìï Üíèñáêá åîáêïëïõèåß íá äéáèÝôåé ôï p z ôñï÷éáêü ôïõ, ôï ïðïßï ðåñéÝ÷åé Ýíá ìç ÷ñçóéìïðïéçèÝí çëåêôñüíéï. Ç êáôÜóôáóç ìÝ÷ñé áõôü ôï óçìåßï ðáñéóôÜíåôáé óôï ó÷Þìá 1538. Ôï ó÷Þìá 15-38 äåí ðáñéóôÜíåé ìå áêñßâåéá ôçí êáôÜóôáóç. Óôçí ðñáãìáôéêÞ áðüóôáóç C – C ôá 2pz ôñï÷éáêÜ ôùí áôüìùí ôïõ Üíèñáêá åðéêáëýðôïíôáé óçìáíôéêÜ ìåôáîý ôïõò. Áõôü öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 15-39á. Åßíáé äõíáôüí íá ðáñáóôÞóïìå ôçí êáôáíïìÞ ôçò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò óôéò ðåñéï÷Ýò ôùí äýï 2pz ôñï÷éáêþí áðü êïéíïý ìå Ýíá ìüíï óýíïëï ðåñéãñáììÜôùí, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 15-39â. Ôï óýíïëï áõôþí ôùí ðåñéãñáììÜôùí ôï ïíïìÜæïìå ð (åëëçíéêü

394

(á) +

+

C

(â)

C

_

_

(ã)

Ó×ÇÌÁ 15-40. Ó÷çìáôéóìüò åíüò ó äåóìïý áðü ôçí åðéêÜëõøç äýï s ôñï÷éáêþí (á). Ó÷çìáôéóìüò åíüò ó äåóìïý áðü ôçí åðéêÜëõøç äýï p ôñï÷éáêþí (â). Ó÷çìáôéóìüò åíüò ð äåóìïý áðü ôçí åðéêÜëõøç äýï p ôñï÷éáêþí (ã).

(á)

+

+ +

C

C

_ _

_

(â)

Ó×ÇÌÁ 15-39. ÅðÜíù öáßíåôáé ðþò åðéêáëýðôïíôáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ôá pz ôñï÷éáêÜ. ÊÜôù öáßíåôáé ôï óõíïëéêü ðåñßãñáììá ôùí åðéêáëõðôïìÝíùí ôñï÷éáêþí, ôá ð ôñï÷éáêÜ ôïõ ìïñßïõ.

ãñÜììá ð) äåóìü. ÏíïìÜæåôáé ð äåóìüò ãéáôß ìïéÜæåé óôï ó÷Þìá ìå Ýíá p ôñï÷éáêü. Ôï åëëçíéêü ãñÜììá ð áíôéóôïé÷åß ðñïò ôï áããëéêü ãñÜììá p. Ôá äýï çëåêôñüíéá, ôá ïðïßá õðÞñ÷áí áñ÷éêÜ áðü Ýíá óôï êÜèå 2pz ôñï÷éáêü, óõíåæåý÷èçóáí óôï ð ôñï÷éáêü. Ï äéðëüò äåóìüò áíÜìåóá ôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá áðåéêïíßæåôáé Ýôóé óáí íá Ý÷åé äõï äéáöïñåôéêÜ óõóôáôéêÜ. Ôï Ýíá åßíáé ï äåóìüò ðïõ ó÷çìáôßæåôáé áðü åðéêÜëõøç ôùí ëïâþí ôùí

sp2 õâñéäïðïéçìÝíùí ôñï÷éáêþí óôï åðßðåäï xy. Ï äåóìüò áõôüò ïíïìÜæåôáé ó äåóìüò (ôï åëëçíéêü ãñÜììá ó, ðïõ áíôéóôïé÷åß óôï áããëéêü s). Ï ÷áñáêôçñéóìüò ó, ÷ñçóéìïðïéåßôáé, ãéáôß áõôüò ï ôýðïò äåóìïý ó÷çìáôßæåôáé áðü åðéêÜëõøç äýï s ôñï÷éáêþí. Ï äåóìüò óôï ìüñéï ôïõ õäñïãüíïõ åßíáé Ýíáò ó äåóìüò. Åßíáé óõììåôñéêüò ãýñù áðü ôïí Üîïíá ôïõ äåóìïý, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 1540á. Äåóìïß óßãìá åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí êáé áðü åðéêÜëõøç åíüò s êáé åíüò p ôñï÷éáêïý, Þ ïðïéïõäÞðïôå æåýãïõò ôùí sp, sp 2, Þ sp3 õâñéäïðïéçìÝíùí ôñï÷éáêþí, Þ áðü ïðïéïäÞðïôå óõíäõáóìü åíüò áðü ôá õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ êáé åíüò s Þ p ôñï÷éáêïý. ¼ðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 15-39, ð äåóìïß ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôçí åðéêÜëõøç ôùí ð ôñï÷éáêþí, ðïõ Ý÷ïõí ôïõò ÜîïíÝò ôïõò ðáñÜëëçëïõò. Ç âáóéêÞ äéáöïñÜ óôï ó÷Þìá ôùí ó êáé ð ôñï÷éáêþí öáßíåôáé êáëýôåñá óôo ó÷Þìá 15-40. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá Ýíá ð ôñï÷éáêü, ç çëåêôñïíéáêÞ ðõêíüôçôá åßíáé óõãêåíôñùìÝíç óå äýï ÷ùñéóôÝò ðåñéï÷Ýò óôá äýï Üêñá ôçò ãñáììÞò áíÜìåóá óôá óõíäåüìåíá Üôïìá. Ç ðåñéãñáöÞ ó‐ð åíüò äéðëïý äåóìïý äéêáéïëïãåß åíôåëþò öõóéïëïãéêÜ ôçí ðåñéïñéóìÝíç ðåñéóôñïöÞ. Ç ìÝãéóôç åðéêÜëõøç áíÜìåóá óå äýï pz ôñï÷éáêÜ äçìéïõñãåßôáé, üôáí ïé z ÜîïíÝò ôïõò åßíáé áêñéâþò ðáñÜëëçëïé. ÊÜèå ðåñéóôñïöÞ ôïõ åíüò Üêñïõ ôïõ ìïñßïõ ó÷åôéêÜ ìå ôï Üëëï ìåéþíåé ôçí åðéêÜëõøç êáé ãé' áõôü

395

2pz

2pz 2py

2pðz

2py

2px

2px + 2pðy

(á)

z

x

y N

N

(â)

Ó×ÇÌÁ 15-41. Óôï ìüñéï ôïõ Í2 ôá æåýãç ôùí 2py êáé 2pz ôñï÷éáêþí ôùí äýï áôüìùí åðéêáëýðôïíôáé êáé ó÷çìáôßæïõí ð äåóìïýò, åíþ ôá 2px ôñï÷éáêÜ ó÷çìáôßæïõí Ýíá äåóìü ó.

áðáéôåß áõîçìÝíç åíÝñãåéá. Ïé ôñéðëïß äåóìïß ìðïñïýí íá ðáñáóôáèïýí åðßóçò ìå ôïí ôñüðï ó‐ð. Ãéá ðáñÜäåéãìá, óôçí ðåñßðôùóç ôïõ ìïñßïõ ôïõ áæþôïõ, îåêéíÜìå ìå äýï Üôïìá, ôï êáèÝíá áðü ôá ïðïßá Ý÷åé ôçí çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç 2s22px2py2pz. Áí áõôÜ ôá äýï Üôïìá ðëçóéÜóïõí ìåôáîý ôïõò êáôÜ ìÞêïò ôïõ Üîïíá x, ó÷çìáôßæåôáé Ýíáò ó äåóìüò áðü åðéêÜëõøç ôùí px ôñï÷éáêþí ôïõò, üðùò áõôüò ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 15-40â. Ôá äýï çëåêôñüíéá px

óõæåýãíõíôáé. Áí ï ðñïóáíáôïëéóìüò ôùí áîüíùí x êáé z ôùí äýï áôüìùí åßíáé üðùò áõôüò ôïõ ó÷Þìáôïò 15-41á, åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí äýï ð äåóìïß. Ôá äýï py ôñï÷éáêÜ åðéêáëýðôïíôáé, üðùò êáé ôá äýï pz ôñï÷éáêÜ. ¸ôóé, Ýíáò ôñéðëüò äåóìüò èåùñåßôáé üôé áðïôåëåßôáé áðü Ýíá ó êáé äýï ð äåóìïýò. Óôï ó÷Þìá 15-41â öáßíåôáé áêñéâþò áõôü ãéá ôï Üæùôï.

Ðåñßëçøç. ¼ôáí ôá öïñôßá ìéáò ïõóßáò, ç ïðïßá óôï óýíïëü ôçò åßíáé ïõäÝôåñç, äåí åßíáé ïìïéüìïñöá êáôáíåìçìÝíá óå üëï ôï ìÞêïò ôçò äçìéïõñãåßôáé Ýíá äßðïëï. Ìéá ïõóßá áõôïý ôïõ åßäïõò åìöáíßæåé óôï Ýíá Üêñï ôçò ðåñéóóüôåñï èåôéêü ðáñÜ áñíçôéêü öïñôßï êáé óôï Üëëï Üêñï ðåñéóóüôåñï áñíçôéêü Ýíáíôé ôïõ èåôéêïý öïñôßïõ. ¸íá ðïóïôéêü ìÝôñï ôçò ðïëéêüôçôáò åßíáé ç äéðïëéêÞ

ñïðÞ, ç ïðïßá ëáìâÜíåôáé ìå ðïëëáðëáóéáóìü ôïõ ìåãÝèïõò ôùí ìç åîéóïññïðçìÝíùí öïñôßùí åðß ôçí áðüóôáóç áíÜìåóÜ ôïõò. ¼ëïé ïé äåóìïß áíÜìåóá óå áíüìïéá Üôïìá Ý÷ïõí äéðïëéêÞ ñïðÞ, áí êáé ìðïñåß íá åßíáé óå ðïëëÝò ðåñéðôþóåéò ìéêñÞ. ¼ôáí Ýíá ìüñéï ðåñéÝ÷åé äýï Þ êáé ðåñéóóüôåñïõò ðïëéêïýò äåóìïýò, ìðïñåß óôï óýíïëü ôïõ, íá Ý÷åé Þ íá ìçí Ý÷åé äéðïëéêÞ ñïðÞ.

396

ÅîáñôÜôáé áðü ôï áí ïé äéÜöïñåò ñïðÝò ôùí äåóìþí ðñïóôßèåíôáé ãéá íá äþóïõí Ýíá óõíïëéêü äéðïëéêü äéÜíõóìá Þ áðü ôï áí åßíáé Ýôóé ðñïóáíáôïëéóìÝíåò, þóôå íá áíáéñåß ç ìéá ôçí Üëëç. Åîáéôßáò áõôïý, óõ÷íÜ ôá ìïñéáêÜ ó÷Þìáôá åßíáé äõíáôüí íá åðéâåâáéùèïýí ìå ìÝôñçóç ôùí ìïñéáêþí äéðïëéêþí ñïðþí. Äýï Þ ðåñéóóüôåñá ìüñéá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôï ßäéï óýíïëï áôüìùí óõíäåäåìÝíùí êáôÜ äéáöïñåôéêïýò ôñüðïõò ïíïìÜæïíôáé éóïìåñÞ. Ôá éóïìåñÞ åßíáé äéáöïñåôéêÝò åíþóåéò, ìå åíôåëþò äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íá êáôïíïìÜóåôå ôñßá äéáôïìéêÜ ìüñéá, ôá ïðïßá íá Ý÷ïõí äéðïëéêÝò ñïðÝò êáé ôñßá ôá ïðïßá íá ìçí Ý÷ïõí. 2. Èá Ýðñåðå ôï ìüñéï CH3F íá Ý÷åé äéðïëéêÞ ñïðÞ; Ôé èá ëÝãáôå ãéá ôï CH2F2; 3. Áò õðïôåèåß üôé Ýíáò äåóìüò C - H ôçò áéèáíüëçò ðñüêåéôáé íá áíôéêáôáóôáèåß ìå Ýíá äåóìü C – F. Ðüóá éóïìåñÞ èá ðñïêýøïõí; ÁðáíôÞóôå óôéò ßäéåò åñùôÞóåéò êáé üôáí ðñüêåéôáé ãéá äéìåèõëïáéèÝñá.

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Åßíáé ãíùóôü áðü äéÜöïñåò ðåéñáìáôéêÝò åíäåßîåéò, åéäéêÜ áðü ìåëÝôåò ôùí êñõóôáëëéêþí ïõóéþí ìå ðåñßèëáóç áêôßíùí ×, üôé ôá ìüñéá Ý÷ïõí êáèïñéóìÝíá ó÷Þìáôá. Ôá ó÷Þìáôá áõôÜ êáèïñßæïíôáé áðü ôéò äéåõèýíóåéò óôéò ïðïßåò ôåßíïõí íá ðñïóáíáôïëéóèïýí ïé äåóìïß ðïõ ó÷çìáôßæïõí ôá Üôïìá. Åßíáé äõíáôüí íá êáôáíïÞóïìå, êáé óå êÜðïéï óçìáíôéêü âáèìü íá ðñïâëÝøïìå, áõôÝò ôéò åðéëåêôéêÝò äéåõèýíóåéò ôùí äåóìþí êáé êáôÜ óõíÝðåéá êáé ôá ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí. ÊÜôé ôÝôïéï åßíáé äõíáôüí íá óõìâåß åßôå ìåëåôþíôáò ôá ó÷Þìáôá ôùí áôïìéêþí ôñï÷éáêþí ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé áðü ôï êÜèå Üôïìï ãéá ôç äçìéïõñãßá ôùí äåóìþí, åßôå ãíùñßæïíôáò üôé, áöïý ôá æåýãç ôùí çëåêôñïíßùí áðùèïýíôáé ìåôáîý ôïõò, èá óõíôá÷èïýí ãýñù áðü êÜèå Üôïìï áíÜëïãá. ¸íá Üëëï ðñüôõðï ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá íá áðåéêïíéóèåß ï õâñéäéóìüò ôùí áôïìéêþí ôñï÷éáêþí. Ìå ôïí õâñéäéóìü, ðñïêýðôïõí ôñï÷éáêÜ, ôá ïðïßá ôáéñéÜæïõí êáëýôåñá áðü ü,ôé ôá êáèáñÜ s Þ p ðñïêåéìÝíïõ íá åðéêáëõöèïýí ìå ôñï÷éáêÜ Üëëùí áôüìùí. Ïé äéÜöïñïé áõôïß ôñüðïé áíôéìåôùðßóåùò ôïõ ðñïâëÞìáôïò ïäçãïýí óôá ßäéá ó÷Þìáôá ãéá ôá ðåñéóóüôåñá ìüñéá, áí êáé ïé äéáöïñåôéêÝò áõôÝò ìÝèïäïé óõ÷íÜ ïäçãïýí óå ðñüâëåøç ëßãï äéáöïñåôéêþí ôéìþí ãéá ôéò ãùíßåò ôùí äåóìþí. Åßíáé äõíáôüí äýï, Þ áêüìç êáé ôñßá æåýãç çëåêôñïíßùí, íá ìïéñÜæïíôáé áíÜìåóá óå äýï

Üôïìá. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ó÷çìáôßæïíôáé äéðëïß êáé ôñéðëïß äåóìïß. Óå ìåñéêÜ ìüñéá äåí õðÜñ÷åé Ýíáò ôñüðïò äéáôÜîåùò ôùí çëåêôñïíßùí, ï ïðïßïò íá õðåñôåñåß Ýíáíôé ôùí Üëëùí. Óôéò ðåñéðôþóåéò áõôÝò ç ðñáãìáôéêÞ çëåêôñïíéáêÞ êáôáíïìÞ ôïõ ìïñßïõ èá ðñÝðåé íá èåùñçèåß ùò Ýíá ìßãìá, Þ õâñßäéï óõíôïíéóìïý, ôùí äéáöüñùí åðéìÝñïõò êáôáíïìþí (áõôÞ ç ðåñßðôùóç ìðïñåß åðßóçò íá áíôéìåôùðéóèåß ìå ôçí êáôáóêåõÞ ìïñéáêþí ôñï÷éáêþí^ ðñüêåéôáé ãéá ôñï÷éáêÜ, ôá ïðïßá åêôåßíïíôáé ðÜíù áðü ôñßá Þ ðåñéóóüôåñá Üôïìá êáé óõ÷íÜ ðÜíù áðü ïëüêëçñï ôï ìüñéï.) Ïé äåóìïß áíÜìåóá óå áíüìïéá Üôïìá åßíáé óõíÞèùò, ðïëéêïß. ¼ôáí áñêåôïß äåóìïß áõôïý ôïõ åßäïõò õðÜñ÷ïõí óå Ýíá ìüñéï, ôüôå ôï ìüñéï óôï óýíïëü ôïõ åíäÝ÷åôáé íá åìöáíßæåé äéðïëéêÞ ñïðÞ. ÅîáñôÜôáé áí ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ åðéôñÝðåé óôá äéÜöïñá åðéìÝñïõò äßðïëá ôùí äåóìþí íá äßíïõí ùò áðïôÝëåóìá Ýíá óõíïëéêü äßðïëï, Þ áí áëëçëïåîïõäåôåñþíïíôáé ìåôáîý ôïõò. Ìå âÜóç ôï áí ôï ìüñéï äéáèÝôåé Þ ü÷é äéðïëéêÞ ñïðÞ åßíáé óõ÷íÜ äõíáôüí íá åîá÷èïýí óõìðåñÜóìáôá ãéá ôéò äïìÝò ôùí ìïñßùí. Äýï Þ ðåñéóóüôåñá ìüñéá ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü ôïí ßäéï óõíäõáóìü áôüìùí óõíäåäåìÝíùí üìùò ìå äéáöïñåôéêïýò ôñüðïõò, ïíïìÜæïíôáé éóïìåñÞ. Óõ÷íÜ ôá éóïìåñÞ äéáöÝñïõí óôï åßäïò ôùí äåóìþí ðïõ ðåñéÝ÷ïõí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç áéèáíüëç ðåñéÝ÷åé Ýíá äåóìü C – C, Ýíáí Ï – Ç, üðùò åðßóçò ðÝíôå C – H êáé Ýíáí C – O äåóìü. Ï

397

äéìåèõëïáéèÝñáò, ðïõ åßíáé Ýíá éóïìåñÝò ôçò áéèáíüëçò, äåí ðåñéÝ÷åé ïýôå äåóìü C - C, áëëÜ ïýôå êáé äåóìïýò Ï – Ç. ÐåñéÝ÷åé üìùò ðåñéóóüôåñïõò äåóìïýò C – O êáé C – H áðü üôé ç áéèáíüëç. Óå Üëëåò ðåñéðôþóåéò, åíþ õðÜñ÷åé ï

ßäéïò áñéèìüò äåóìþí ôïõ éäßïõ åßäïõò, äéáöÝñåé ï ôñüðïò ôçò ìåôáîý ôùí äåóìþí äéáôÜîåùò. ÊÜôé ôÝôïéï óõìâáßíåé óôá cis êáé trans éóïìåñÞ ôïõ C2H2F2.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ðïéï èá åßíáé ôï ìÝãåèïò ôçò ãùíßáò Ç – Ï – Ç ðñïêåéìÝíïõ ãéá ôï ìüñéï ôïõ íåñïý, áí ãéá ôï õðïëïãéóìü ôçò ëçöèïýí õðüøç ìüíï ôá p ôñï÷éáêÜ ôïõ; Ãéáôß; 2. Ãéáôß ðñïâëÝðåôå üôé ç ãùíßá Ç – Í – Ç óôï ìüñéï ôçò ÍÇ3 åßíáé ßäéá ìå ôç ãùíßá Ç – Ï – Ç óôï ìüñéï ôïõ íåñïý; 3. Íá åîçãÞóåôå ãéáôß ðåñéìÝíåôå íá Ý÷åé Ýíá ìüñéï Ç2S ó÷åäüí ôï ßäéï ó÷Þìá ìå Ýíá ìüñéï íåñïý. 4. Ìå âÜóç ôç èåùñßá ôçò áðþóåùò ôïõ çëåêôñïíéêïý æåýãïõò, ðþò èá äéêáéïëïãïýóáôå ôï ãåãïíüò üôé ç ãùíßá Ç – S – Ç óôï Ç2S åßíáé ðåñßðïõ 93°, åíþ ç ãùíßá Ç – Ï – Ç óôï Ç2Ï åßíáé ðåñßðïõ 105°; 5. Ãéáôß ìéá äÝóìç áôüìùí ÷áëêïý (áôïìéêüò áñéèìüò 29) ÷ùñßæåôáé óå äýï äÝóìåò ìÝóá óå Ýíá ìáãíçôéêü ðåäßï, åíþ ìéá äÝóìç áôüìùí øåõäáñãýñïõ (áôïìéêüò áñéèìüò 30) äåí ÷ùñßæåôáé óå äýï äÝóìåò; 6. Ôï ìáãíçôéêü ðåäßï ðïõ äçìéïõñãåßôáé áðü Ýíá ðåñéóôñåöüìåíï çëåêôñüíéï ìðïñåß íá ðáñáóôáèåß ìå Ýíá äéÜíõóìá. Íá åîçãÞóåôå ôïõ üñïõò «ìáãíçôéêü ðåäßï» êáé «äéÜíõóìá». Ìåôá÷åéñéèåßôå äéáíýóìáôá, ãéá íá ðáñáóôÞóåôå ôçí êßíçóç äýï áåñïðëÜíùí, åê ôùí ïðïßùí ôï Ýíá êéíåßôáé âüñåéá ìå ôá÷ýôçôá 350 km/h êáé ôï Üëëï íá êéíåßôáé íïôéïáíáôïëéêÜ ìå ôá÷ýôçôá 480 km/h. 7. Ðþò äñïõí ìåôáîý ôïõò ïé áíôßèåôïé ðüëïé äýï ìáãíçôþí; Ðþò äñïýí ìåôáîý ôïõò ïé üìïéïé ðüëïé äýï ìáãíçôþí; Íá åîçãÞóåôå ãéáôß äýï çëåêôñüíéá ðïõ ðåñéóôñÝöïíôáé ðñïò áíôßèåôåò äéåõèýíóåéò åõíïïýí ôï ó÷çìáôéóìü çëåêôñïíéêïý æåýãïõò. 8. Ãéáôß ôá çëåêôñïíéêÜ æåýãç ôåßíïõí íá áðïìáêñõíèïýí üóï ôï äõíáôüí ðåñéóóüôåñï óôï ÷þñï, åíþ ìüëéò ðñïçãïõìÝíùò åßäáìå üôé ôá çëåêôñüíéá ðïõ ðåñéóôñÝöïíôáé ðñïò áíôßèåôåò äéåõèýíóåéò Ýëêïíôáé ìåôáîý ôïõò; 9. Ìå âÜóç ôï ó÷Þìá 15-8, íá åîçãÞóåôå ãéáôß ç áðüóôáóç y áíÜìåóá óôéò êïñõöÝò åíüò ôåôñáÝäñïõ åßíáé ìåãáëýôåñåò áðü ôçí áðüóôáóç x áíÜìåóá óôéò êïñõöÝò åíüò

ôåôñáãþíïõ, åíþ êáé óôá äýï ãåùìåôñéêÜ ó÷Þìáôá ç áðüóôáóç r áðü ôï êåíôñéêü Üôïìï ìÝ÷ñé ôéò êïñõöÝò åßíáé ßäéá. 10. Ãéáôß ôá æåýãç ôùí ìç óõæåõãìÝíùí çëåêôñïíßùí êáôáëáìâÜíïõí ìåãáëýôåñï ÷þñï áðü ü,ôé ôá æåýãç ôùí óõæåõãìÝíùí Þ äåóìåõìÝíùí çëåêôñïíßùí; Ìå ôç âïÞèåéá áõôÞò ôçò áðáíôÞóåùò êáé ôïõ ó÷Þìáôïò 15-11 íá åîçãÞóåôå ãéáôß ç ãùíßá Ç – Í – Ç ôçò ÍÇ3 åßíáé ìéêñüôåñç áðü ôç ãùíßá Ç – C –H ôïõ CH4; 11. Aí óçìåéþíáôå ôï áóýæåõêôï æåýãïò çëåêôñïíßùí óôï ìüñéï ôçò ÍÇ3 ôïõ ó÷Þìáôïò 15-10 ìå Ýíá ×, íïìßæåôå üôé ç ãùíßá × – Í – Ç èá Þôáí ìåãáëýôåñç áðü ôéò ãùíßåò Ç – Í – Ç; Íá ôï äéêáéïëïãÞóåôå. 12. Ãéáôß Ýíá ìüñéï üðùò ôï CH2F2 äåí ó÷çìáôßæåé Ýíá ôåôñÜåäñï ìå ßóåò ãùíßåò áíÜìåóá óôï êåíôñéêü Üôïìï êáé ôéò êïñõöÝò; 13. Ná ðñïâëÝøåôå ôá ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí AlCl3 êáé ÌgBr2. ×ñçóéìïðïéÞóáôå ôç èåùñßá ôçò áðþóåùò ôïõ çëåêôñïíßïõ, üðùò êáé ôç èåùñßá ôïõ õâñéäïðïéçìÝíïõ ôñï÷éáêïý, ãéá íá õðïóôçñßîåôå ôéò áðáíôÞóåéò óáò. 14. Íá ðñïâëÝøåôå ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ PCl3, ìå ôç âïÞèåéá ôçò áñ÷Þò ôïõ õâñéäïðïéçìÝíïõ ôñï÷éáêïý. 15. Íá ãñÜøåôå ôïõò çëåêôñïíéêïýò ôýðïõò ãéá ôéò áêüëïõèåò åíþóåéò: CH4, C3H6, C3H4, CÇ3OH, (CH3)2CO, C2H5CN. 16. To âåíæüëéï Ý÷åé ôïí ôýðï C6H6. ¸÷åé áðïäåé÷èåß üôé ïé Ýîé Üíèñáêåò ó÷çìáôßæïõí Ýíá äáêôýëéï ìå ïìïéïðïëéêïýò äåóìïýò, ìå Ýíá Ç óå êÜèå Üôïìï Üíèñáêá. Íá ãñÜøåôå äýï äéáöïñåôéêïýò çëåêôñïíéáêïýò ôýðïõò ãéá ôï âåíæüëéï êáé íá äéêáéïëïãÞóåôå ðþò ìðïñïýí íá óõíôïíéóèïýí ìåôáîý ôïõò. 17. ÃñÜøôå ìéá çëåêôñïíéáêÞ áðåéêüíéóç ôïõ éüíôïò ÍÇ4+. Ôé ó÷Þìá ðñïâëÝðåôå üôé èá Ý÷åé áõôü ôï éüí; 18. Íá ðñïâëÝøåôå ôï åßäïò ôùí äåóìþí ôïõ éüíôïò BF4– êáèþò êáé ôï ó÷Þìá ôïõ. 19. Óå ðïéá áðü ôéò åðüìåíåò åíþóåéò åßíáé ï äåóìüò áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá

398

éó÷õñüôåñïò: CH3CH3, CH2CH2, Þ CHCH; Íá ôï äéêáéïëïãÞóåôå. 20. ¸÷ïíôáò ãéá óýãêñéóç ôçí áíôßóôïé÷ç Ýíùóç ìå ïîõãüíï, íá ðñïâëÝøåôå ôï ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ ôïõ Ç2S. Ðïéá ôñï÷éáêÜ óõíäÝóåùò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé; 21. Må âÜóç ôçí çëåêôñïíéáêÞ ðáñÜóôáóç ôùí áôüìùí êáé ôïõ ìïñßïõ íá ðñïâëÝøåôå ôç äïìÞ ôïõ N2F2. 22. Ná óõãêñßíåôå ôéò åíþóåéò CH3CH3 (áéèÜíéï) êáé CH3NH2 (ìåèõëáìßíç). Ãéáôß ç CH3NH2 Ý÷åé äéðïëéêÞ ñïðÞ åíþ ôï CH3CH3 äåí Ý÷åé; 23. Äßíïíôáé ïé áêüëïõèåò åíþóåéò: CH4, CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4. Óå ðïéåò ðåñéðôþóåéò èá

Ý÷ïõí ôá ìüñéá äéðïëéêÝò ñïðÝò; Íá õðïóôçñßîåôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò ëáìâÜíïíôáò õðüøç óáò ôá ôñï÷éáêÜ äåóìþí ôïõ Üíèñáêá, ôï ó÷Þìá ôùí ìïñßùí êáé ôç óõììåôñßá ôùí ìïñßùí. 24. Íá ãñÜøåôå óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ãéá üëá ôá éóïìåñÞ ìå ôïí ôýðï C6H14. Ãéá íá ãñÜøåôå ôïõò áðëïýò äåóìïýò áíÜìåóá óôá Üôïìá ìåôá÷åéñéóèåßôå áðëÝò ãñáììÝò áíôß ãéá äýï ôåëåßåò. Íá óçìåéùèåß üôé ãñÜöïíôáò Ýíá äéáöïñåôéêü ó÷Þìá óôï ÷áñôß, áí ôá Üôïìá åßíáé ôïðïèåôçìÝíá êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï, äåí ðñïêýðôåé Ýíá äéáöïñåôéêü éóïìåñÝò.

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÅÊÔÏ

Ìüñéá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí Üíèñáêá

AõôÞ ç öùôïãñáößá ôïõ ìïñßïõ ôïõ åîáìåèõëïâåíæïëßïõ, åíüò ôõðéêïý ìïñßïõ ðïõ áðïôåëåßôáé áðü Üíèñáêá, äçìéïõñãÞèçêå ìå ìåôáôñïðÞ ôùí áðïôåëåóìÜôùí ôçò ðåñéèëÜóåùò ôùí áêôßíùí × óå ïðôéêü óÞìá. Ï óõíôåëåóôÞò ìåãåèýíóåùò åßíáé 108.

400

Ç ÷çìåßá ôïõ óôïé÷åßïõ ðïõ ïíïìÜæïìå Üíèñáêáò Ý÷åé éäéáßôåñç óçìáóßá. Ó÷åäüí üëåò ïé ÷çìéêÝò åíþóåéò ôùí æùíôáíþí ïñãáíéóìþí áðïôåëïýíôáé êõñßùò áðü Üôïìá Üíèñáêá ìáæß ìå Üôïìá õäñïãüíïõ, ïîõãüíïõ êáé áæþôïõ. Åíþ êáé Üëëá óôïé÷åßá åßíáé âáóéêÜ ãéá ôç æùÞ, ôïí ðñùôáãùíéóôéêü ñüëï Ý÷åé ï Üíèñáêáò. Åêôüò áðü ôç óçìáíôéêÞ èÝóç ôçí ïðïßá êáôÝ÷åé óôç ÷çìåßá ôùí æùíôáíþí ïñãáíéóìþí, ï Üíèñáêáò áðáíôÜ, óå óçìáíôéêü ðïóïóôü, êáé óå Üëëá ãíùóôÜ êáé óçìáíôéêÜ õëéêÜ ôïõ

ðåñéâÜëëïíôüò ìáò. Ïé ãáéÜíèñáêåò, ôï ðåôñÝëáéï, ôï öõóéêü áÝñéï, ôá ðåñéóóüôåñá ðëáóôéêÜ, ôá ÷ñþìáôá, ôï ÷áñôß, ôï îýëï êáé ðïëëÜ Üëëá õëéêÜ åßíáé ðëïýóéá óå Üíèñáêá êáé åíþóåéò ôïõ Üíèñáêá. ÂÝâáéá, ç ðáñïõóßá ôïõ Üíèñáêá óå ðïëëÜ áðü áõôÜ ïöåßëåôáé óôç ìáêñéíÞ êáôáãùãÞ ôïõò áðü æùíôáíïýò ïñãáíéóìïýò. ÐñïêåéìÝíïõ íá êáôáíïçèïýí ðïëëÝò áðü ôéò óçìáíôéêüôåñåò ÷çìéêÝò äéáäéêáóßåò óôç öýóç, ðñÝðåé ðñïçãïõìÝíùò íá åîïéêåéùèïýìå ìå ôç âáóéêÞ ÷çìåßá ôïõ óôïé÷åßïõ

Ïé ïñãáíéêÝò åíþóåéò áðïôåëïýíôáé áðü Üôïìá Üíèñáêá 16.1 ÐçãÝò åíþóåùí ôïõ Üíèñáêá. Åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí Üíèñáêá áðïôåëïýí ôç ìåãáëýôåñç ÷çìéêÞ ïìÜäá ãíùóôÞ ùò ïìÜäá ïñãáíéêþí åíþóåùí. ÐïëëÝò ðáñÜãïíôáé óôá «÷çìéêÜ åñãïóôÜóéá» ôùí æùíôáíþí ïñãáíéóìþí, ôüóï ôùí öõôéêþí üóï êáé ôùí æùéêþí. Ïé æùíôáíïß ïñãáíéóìïß óõíèÝôïõí ÷éëéÜäåò ðïëõðëüêùí ïõóéþí, áíÜìåóá óôéò ïðïßåò åßíáé ôá óÜê÷áñá, ôï Üìõëï, ïé ðñùôåÀíåò, ïé ïñìüíåò, ôá áíôéâéïôéêÜ, ôá êåñéÜ, ôá Ýëáéá êáé ôá ÷ñþìáôá. ÅðåéäÞ áõôÝò ïé åíþóåéò áðáíôïýí óôïõò æùíôáíïýò ïñãáíéóìïýò, ïíïìÜæïíôáé ïñãáíéêÝò åíþóåéò. Ïé ÷çìéêïß Ý÷ïõí êáôïñèþóåé íá óõíèÝóïõí Ýíá ìåãÜëï áñéèìü åíþóåùí ðïõ ðåñéÝ÷ïõí Üíèñáêá*. Êáô’ áíáëïãßá ðñïò ôéò ïõóßåò ðïõ ðáñÜãïíôáé áðü æùíôáíïýò ïñãáíéóìïýò ùò áðïôÝëåóìá ôùí äéáäéêáóéþí ðïõ åßíáé áðáñáßôçôåò ãéá íá õðÜñîåé æùÞ êáé ïé åíþóåéò ôïõ Üíèñáêá ðïõ ðáñÜãïíôáé óôï åñãáóôÞñéï ïíïìÜæïíôáé åðßóçò ïñãáíéêÝò åíþóåéò. ~Åôóé, ïñãáíéêÝò åíþóåéò åßíáé ïé åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí Üíèñáêá (ó÷åôéêÞ áíáöïñÜ óôï ôÝëïò áõôÞò ôçò ðáñáãñÜöïõ). ÓçìáíôéêÝò öõóéêÝò ðçãÝò ôïõ Üíèñáêá åßíáé ï ãáéÜíèñáêáò, ôï öõóéêü áÝñéï êáé ôï ðåôñÝëáéï. Áðü áõôÝò Ýíáò ÷çìéêüò ìðïñåß íá áðïìïíþóåé ôéò áðáñáßôçôåò ïõóßåò ãéá ôç ìåëÝôç êáé ôç óýíèåóç ôùí åêáôïíôÜäùí ÷éëéÜäùí íÝùí åíþóåùí ðïõ ðñïóôßèåíôáé êÜèå ÷ñüíï óôïí êáôÜëïãï ôùí ãíùóôþí ïñãáíéêþí ïõóéþí. ÃáéÜíèñáêáò. Ç ìïñöÞ áõôÞ ôïõ Üíèñáêá âñßóêåôáé óå ðïéêßëåò ðïóüôçôåò óå üëï ôïí *

Ó.ô. Ì. ÏñãáíéêÝò åíþóåéò.

êüóìï. Ðñüêåéôáé ãéá ïõóßá ìáýñïõ ÷ñþìáôïò, ç ïðïßá Ý÷åé ðñïÝëèåé áðü ôçí áðïóýíèåóç öõôéêþí õëþí ðñéí áðü ðÜñá ðïëëÜ ÷ñüíéá, êáôÜ ôçí ðñïúóôïñéêÞ åðï÷Þ (ó÷. 16-1). ÁõôÝò ïé öõóéêÝò ýëåò äçìéïõñãÞèçêáí âáèìçäüí, óôïéâÜäá ìå óôïéâÜäá, õðÝóôçóáí óçìáíôéêÝò áëëïéþóåéò áðü ôç èåñìïêñáóßá êáé ôçí ðßåóç åðß áéþíåò êáé, ôåëéêÜ, ìåôåôñÜðçóáí óå ãáéÜíèñáêá. Ôá áðïèÝìáôá ãáéÜíèñáêá äåí Ý÷ïõí ïìïéüìïñöç óýóôáóç. Ìßá ìïñöÞ ãáéÜíèñáêá åßíáé ãíùóôÞ ùò áíèñáêßôçò, ï ïðïßïò ðåñéÝ÷åé ìÝ÷ñé êáé 95 ôïéò åêáôü êáèáñü Üíèñáêá êáé åßíáé ðïëý óêëçñüò, åíþ ìéá Üëëç ìïñöÞ åßíáé ï ðéóóïý÷ïò Üíèñáêáò, ï ïðïßïò åßíáé ðïëý ðéï ìáëáêüò êáé ðåñéÝ÷åé áéóèçôÜ ëéãüôåñï êáèáñü Üíèñáêá, ÷áñáêôçñßæåôáé äå áðü ôçí ðáñïõóßá ìåãáëõôÝñùí ðïóïôÞôùí ðôçôéêþí ðñïóìßîåùí. Ç ôýñöç åßíáé ìéá ìïñöÞ ãáéÜíèñáêá, ðïõ ó÷çìáôßóèçêå óå íåüôåñåò ãåùëïãéêÝò ðåñéüäïõò (ó÷çìáôßæåôáé áêüìç êáé óÞìåñá). ~Å÷åé óõãêñáôÞóåé ðïéêßëåò ðñïóìßîåéò, áíÜìåóá óôéò ïðïßåò åßíáé êáé ðïëëÜ õëéêÜ áìåôÜâëçôá. Óõ÷íÜ ðåñéÝ÷åé ìüíï 50 ôïéò åêáôü Üíèñáêá. ~Ïôáí ïé ïõóßåò èåñìáíèïýí óå õøçëÞ èåñìïêñáóßá ðáñïõóßá ïîõãüíïõ (üðùò óõìâáßíåé óôïí áÝñá), óõ÷íÜ óõíåíþíïíôáé ìå áõôü. Ôï êÜñâïõíï êáé Üëëåò ïõóßåò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí åýöëåêôá ïñãáíéêÜ õëéêÜ êáßãïíôáé ðáñïõóßá áÝñá. ÊáôÜ ôçí ôåëåßá êáýóç ôùí ãáéáíèñÜêùí ðáñÜãåôáé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá êáé íåñü. Ìéá ãíùóôÞ êáôåñãáóßá ãáéáíèñÜêùí åßíáé ç îçñÞ áðüóôáîç, ç ïðïßá ðåñéëáìâÜíåé èÝñìáíóç ôùí ãáéáíèñÜêùí Þ Üëëùí ïõóéþí óå

401

Ó×ÇÌÁ 16-1. ÐáìðÜëáéá äÜóç óáí êáé áõôü áðåôÝëåóáí ôçí ðñþôç ýëç ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ ãáéÜíèñáêá êáé ôïõ ðåôñåëáßïõ, áðïèÝìáôá ôùí ïðïßùí âñßóêïìå óÞìåñá.

õøçëÝò èåñìïêñáóßåò áðïõóßá áÝñá. Ïé ãáéÜíèñáêåò êÜôù áðü áõôÝò ôéò óõíèÞêåò, áðïóõíôßèåíôáé, åíþ óõëëÝãïíôáé ìå áðüóôáîç ôá ðåñéóóüôåñá ðôçôéêÜ óõóôáôéêÜ^ áõôü ðïõ ìÝíåé åßíáé Ýíá óôåñåü õðüëåéììá, ôï êùê. Ôï êùê åßíáé ìéá åîáéñåôéêÜ êáèáñÞ ìïñöÞ Üíèñáêá êáé ðåñéÝ÷åé ôéò ìç ðôçôéêÝò ïñõêôÝò ïõóßåò ðïõ õðÜñ÷ïõí óôï áñ÷éêü ìßãìá. ×ñçóéìïðïéåßôáé åêôåôáìÝíá êáôÜ ôéò äéáäéêáóßåò ðáñáëáâÞò ïñéóìÝíùí ìåôÜëëùí áðü ôá ìåôáëëåýìáôÜ ôïõò. Ç óçìáíôéêüôåñç áðü áõôÝò ôéò äéáäéêáóßåò åßíáé ç ìåôáôñïðÞ ôùí ïîåéäßùí ôïõ óéäÞñïõ óå ÷õôïóßäçñï êáôÜ ôçí ðáñáãùãÞ ôïõ ÷Üëõâá. Ôá ðôçôéêÜ óõóôáôéêÜ ðïõ ëáìâÜíïíôáé êáôÜ ôçí îçñÞ áðüóôáîç ôïõ ãáéÜíèñáêá áðïôåëïýíôáé êõñßùò áðü äýï ìßãìáôá: Ôï öùôáÝñéï êáé ôçí áíèñáêüðéóóá. Ôá ìßãìáôá áõôÜ ðåñéÝ÷ïõí äéÜöïñåò ïñãáíéêÝò åíþóåéò, ïé ïðïßåò ÷ñçóéìåýïõí ùò óçìáíôéêÝò ðñþôåò ýëåò ãéá ôçí ðáñáãùãÞ ÷éëéÜäùí ïñãáíéêþí åíþóåùí áðáñáéôÞôùí óôéò óýã÷ñïíåò ÷çìéêÝò âéïìç÷áíßåò. Ç ðõñïëõôéêÞ áðüóôáîç ôïõ îýëïõ äßíåé ìéá ó÷åôéêÜ êáèáñÞ ìïñöÞ Üíèñáêá, ãíùóôÞ ùò îõëÜíèñáêá, êáé ìéá óåéñÜ ðôçôéêþí åíþóåùí äéáöïñåôéêþí áðü åêåßíåò ïé ïðïßåò ðáñÜãïíôáé áðü ôï ãáéÜíèñáêá.

Öõóéêü áÝñéï êáé ðåôñÝëáéï. ~Áëëåò óçìáíôéêÝò ðçãÝò ïñãáíéêþí ðñþôùí õëþí ãéá ôéò ÷çìéêÝò âéïìç÷áíßåò åßíáé ôá õðüãåéá áðïèÝìáôá öõóéêïý áåñßïõ êáé ðåôñåëáßïõ (óõ÷íÜ ãíùóôïý ùò áñãïý ðåôñåëáßïõ). Ôï öõóéêü áÝñéï åßíáé Ýíá ìßãìá åíþóåùí êáé âñßóêåôáé óå ðåôñþìáôá áììïëßèùí Þ Üëëïõò ó÷çìáôéóìïýò áðü ðïñþäç ðåôñþìáôá. Ôï 90 ôïéò åêáôü ôïõ öõóéêïý áåñßïõ óõíÞèùò åßíáé ìåèÜíéï (åëåéïãåíÝò áÝñéï). Ôï áÝñéï ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôï ìáãåßñåõìá êáé ôç èÝñìáíóç ôùí êáôïéêéþí áðïôåëåßôáé êõñßùò áðü áõôü ôï Ü÷ñùìï êáé Üïóìï ìåèÜíéï. Ç ÷áñáêôçñéóôéêÞ ìõñùäéÜ ôïõ áåñßïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé óôá óðßôéá ïöåßëåôáé óå ìéá èåéïý÷ï Ýíùóç ðïõ ðñïóèÝôïõí ùò ðñüóìéîç ðñéí äéáôåèåß ôï áÝñéï óôïõò êáôáíáëùôÝò. Ç ðñïóèÞêç áõôÞ åðéâÜëëåôáé áðü ôï íüìï ãéá íá ãßíïíôáé áíôéëçðôÝò ïé äéáññïÝò, åîáéôßáò ôùí ïðïßùí Ý÷ïõí óõìâåß äéÜöïñá áôõ÷Þìáôá. Ôï ðåôñÝëáéï åßíáé ìßãìá ïñãáíéêþí åíþóåùí^ ðåñéÝ÷åé ó÷åôéêÜ åëáöñÜ ðôçôéêÜ õãñÜ, áëëÜ êáé ðá÷ýññåõóôåò ïõóßåò ðïõ ìïéÜæïõí ìå ôçí ðßóóá. Ôï áñãü ðåôñÝëáéï åßíáé ç êõñéüôåñç ðçãÞ ðáñáãùãÞò ôçò âåíæßíçò, ç ïðïßá ÷ñçóéìïðïéåßôáé óôéò ìç÷áíÝò åóùôåñéêÞò êáýóåùò. Ôá óýã÷ñïíá êáýóéìá åßíáé ìßãìáôá åíþóåùí, ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ôçí êëáóìáôéêÞ áðüóôáîç ôïõ

402

~Ïðùò áíáöÝñèçêå, ïñãáíéêÞ ÷çìåßá åßíáé ç ÷çìåßá ôùí åíþóåùí ôïõ Üíèñáêá. Ç ÷çìåßá üëùí ôùí õðïëïßðùí óôïé÷åßùí ïíïìÜæåôáé áíüñãáíç ÷çìåßá. Äåí õðÜñ÷åé üìùò îåêÜèáñç äéÜêñéóç áíÜìåóá óôçí ïñãáíéêÞ êáé ôçí áíüñãáíç ÷çìåßá. Ëßãåò åßíáé ïé åíþóåéò ðïõ åíþ ðåñéÝ÷ïõí Üíèñáêá èåùñïýíôáé üôé áíÞêïõí óôçí áíüñãáíç ÷çìåßá êáé ü÷é óôçí ïñãáíéêÞ. ÁíÜìåóá óå áõôÝò åßíáé ôï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO2, ôï ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO, êáé ïé áíèñáêéêÝò, êáèþò êáé ïé êõáíéïý÷åò åíþóåéò. Ðáñáäåßãìáôá áõôþí åßíáé ôï áíèñáêéêü íÜôñéï, Na2CO3 êáé ôï êõáíéïý÷ï íÜôñéï, ÍaCN. ~Oìùò, áõôÝò ïé áíüñãáíåò ïõóßåò áðïôåëïýí ó÷åäüí áìåëçôÝá ðïóüôçôá, áí óõãêñéèïýí ìå ôïí ôåñÜóôéï áñéèìü åíþóåùí ôïõ Üíèñáêá ôçò ïñãáíéêÞò ÷çìåßáò. Ó×ÇÌÁ 16-2. Ðýñãïò êëáóìáôéêÞò áðïóôÜîåùò ãéá ôï äéá÷ùñéóìü ôùí óõóôáôéêþí ôïõ áñãïý ðåôñåëáßïõ (äéõëéóôÞñéï).

16.2 Óýóôáóç êáé äïìÞ ôùí ïñãáíéêþí åíþóåùí.

áñãïý ðåôñåëáßïõ. ÊëáóìáôéêÞ áðüóôáîç åßíáé ç äéáäéêáóßá åêåßíç, êáôÜ ôçí ïðïßá âñÜæåé Ýíá ìßãìá õãñþí åíþóåùí êáé óõëëÝãïíôáé ðñþôá ôá ðéï ðôçôéêÜ óõóôáôéêÜ. Êáèþò áõîÜíåôáé ç èåñìïêñáóßá, åîáôìßæïíôáé êáé óõëëÝãïíôáé ôá ëéãüôåñï ðôçôéêÜ óõóôáôéêÜ. Ôï ó÷Þìá 16-2 ðáñïõóéÜæåé Ýíáí ðýñãï êëáóìáôéêÞò áðïóôÜîåùò, ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôï äéá÷ùñéóìü ôùí óõóôáôéêþí ôïõ áñãïý ðåôñåëáßïõ. Ïé ÷çìéêïß ôçò ðáñáãùãÞò Ý÷ïõí áíáêáëýøåé êáé âåëôéþóåé ðïëëÝò ðñüóèåôåò ïõóßåò ìå óêïðü íá äéåõêïëýíïõí ôçí ïìáëÞ êáýóç ôçò âåíæßíçò (êáôÜ ôïõ êôõðÞìáôïò ôïõ êéíçôÞñá). Ìßá áðü ôéò ãíùóôüôåñåò åßíáé ï ôåôñááéèõëéïý÷ïò ìüëõâäïò, Pb(C2H5)4. Åðßóçò ãéá íá áíáöëÝãåôáé ðéï ïìáëÜ ç âåíæßíç, ãßíïíôáé äéÜöïñåò ìåôáâïëÝò óôï áñ÷éêü ó÷Þìá êáé ìÝãåèïò ôùí ìïñßùí ôùí äéáöüñùí êëáóìÜôùí ôïõ áñãïý ðåôñåëáßïõ ðïõ áðïìïíþíïíôáé êáôÜ ôçí êëáóìáôéêÞ áðüóôáîç. Ãéá íá áõîçèåß ç ðáñáãùãÞ âåíæßíçò áðü ôï ðåôñÝëáéï Ý÷ïõí áíáðôõ÷èåß äéÜöïñåò âéïìç÷áíéêÝò äéáäéêáóßåò. ÁíÜìåóá óå áõôÝò åßíáé ï «ðïëõìåñéóìüò» (êáôÜ ôïí ïðïßï ôá ìéêñüôåñá ìüñéá óõíäÝïíôáé ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ìåãáëýôåñá), êáé ç «ðõñüëõóç» (êáôÜ ôçí ïðïßá ôá ìåãáëýôåñá ìüñéá áðïéêïäïìïýíôáé ðñïò ìåóáßïõ ìåãÝèïõò ìüñéá, ôá ïðïßá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôç âåíæßíç).

Ç ìïíáäéêÞ éêáíüôçôá ôïõ Üíèñáêá íá ó÷çìáôßæåé ìåãÜëï áñéèìü åíþóåùí ïöåßëåôáé êõñßùò óå äýï ëüãïõò: (1) O Ýíáò åßíáé ç äïìÞ áõôïý ôïõ ßäéïõ ôïõ áôüìïõ ôïõ Üíèñáêá. (2) O Üëëïò åßíáé ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ Üíèñáêá íá óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò êáé íá ó÷çìáôßæïõí ìáêñÝò áëõóßäåò. ~Ïðùò áíáöÝñèçêå óôá áìÝóùò ðñïçãïýìåíá êåöÜëáéá, ôï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá äéáèÝôåé ôÝóóåñá çëåêôñüíéá éêáíÜ ãéá íá ó÷çìáôßóïõí äåóìïýò. ~Ïôáí ôï êÜèå Ýíá áðü áõôÜ ôá çëåêôñüíéá óõæåõ÷èåß ìå ôï çëåêôñüíéï åíüò Üëëïõ áôüìïõ, ó÷çìáôßæïíôáé ôÝóóåñéò áðëïß äåóìïß. ÊáôÜ ôïí ôñüðï áõôüí ôï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá ðåñéâÜëëåôáé áðü ôÝóóåñá æåýãç çëåêôñïíßùí. Ôá æåýãç áõôÜ ôùí çëåêôñïíßùí äéáôÜóóïíôáé Ýôóé óôï ÷þñï, þóôå íá ìåãéóôïðïéåßôáé ç ìåôáîý ôïõò ìÝóç áðüóôáóç. Ùò áðïôÝëåóìá áõôÞò ôçò äéáôÜîåùò ïé ôÝóóåñéò äåóìïß êáôåõèýíïíôáé ðñïò ôéò êïñõöÝò åíüò ôåôñáÝäñïõ. ~Åíá Üôïìï Üíèñáêá åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôßóåé äéðëïýò êáé ôñéðëïýò äåóìïýò ìå Üëëá Üôïìá, óõìðåñéëáìâáíïìÝíùí êáé Üëëùí áôüìùí Üíèñáêá. Ç éêáíüôçôá áõôÞ äçìéïõñãåß åðß ðëÝïí äõíáôüôçôåò ðïéêßëùí ìïñéáêþí äïìþí. Ç éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ Üíèñáêá íá ó÷çìáôßæïõí éó÷õñïýò äåóìïýò ìåôáîý ôïõò áðïôåëåß ìéá ìïíáäéêÞ éäéüôçôá*. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá üëá ôá Üëëá óôïé÷åßá, ï ó÷çìáôéóìüò äåóìþí ìå äéáöïñåôéêÜ åßäç áôüìùí åßíáé ôï ßäéï

*

Ó.ô.Ì. ÁíÜëïãç - áëëÜ óå ðïëý ìéêñüôåñç êëßìáêá - óõìðåñéöïñÜ ðáñïõóéÜæåé êáé ôï ðõñßôéï (Si), ðïõ áíÞêåé óôçí ßäéá ìå ôïí Üíèñáêá ïìÜäá ôïõ ðåñéïäéêïý óõóôÞìáôïò.

403

äýóêïëïò, üðùò êáé ï ó÷çìáôéóìüò äåóìþí ìå Üôïìá ôïõ éäßïõ åßäïõò. Ìüíï ï Üíèñáêáò äéáèÝôåé ôç ÷áñáêôçñéóôéêÞ éäéüôçôá íá ó÷çìáôßæåé ìüñéá, ôá ïðïßá íá ðåñéÝ÷ïõí ìáêñÝò áëõóßäåò, äáêôõëßïõò êáé ðïëýðëïêåò ôñéóäéÜóôáôåò äéáôÜîåéò, ðïõ áðïôåëïýíôáé üëåò áðü üìïéá Üôïìá. Ó÷åäüí üëåò ïé ïñãáíéêÝò åíþóåéò, ìáæß ìå ôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá ðåñéÝ÷ïõí êáé Üôïìá õäñïãüíïõ. Åðßóçò, åìöáíßæïíôáé óôïõò ÷çìéêïýò ôýðïõò ðïëëþí óçìáíôéêþí ïñãáíéêþí ïõóéþí êáé Üôïìá ïîõãüíïõ, èåßïõ êáé áæþôïõ. ~Å÷ïíôáò êáôÜ íïõ üëá áõôÜ ôá äåäïìÝíá ìðïñåßôå íá áíôéëçöèåßôå üôé ï ÷çìéêüò ðñïêåéìÝíïõ íá ðñïóäéïñßóåé êáé íá êáôáíïÞóåé ìéá ïñãáíéêÞ Ýíùóç, âñßóêåôáé áíôéìÝôùðïò ìå Ýíá ðïëýðëïêï ðñüâëçìá. ÐñÝðåé íá ðñïóäéïñßóåé ü÷é ìüíï ôï åßäïò ôùí áôüìùí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí, áëëÜ êáé ôï óõíïëéêü áñéèìü áðü ôï êÜèå åßäïò áõôþí ôùí áôüìùí, êáèþò êáé ôç äïìÞäéÜôáîç ôùí áôüìùí ìÝóá óå áõôü ôï ìüñéï. Ç ëýóç áõôþí ôùí ôñéþí ðñïâëçìÜôùí åßíáé ôáõôüóçìç ìå ôïí ðñïóäéïñéóìü ôïõ åìðåéñéêïý ôýðïõ, ôïõ ìïñéáêïý ôýðïõ êáé ôïõ óõíôáêôéêïý ôýðïõ.

16.3 Ðñïóäéïñéóìüò åìðåéñéêïý êáé ìïñéáêïý ôýðïõ. Ïé ÷çìéêïß ðñïóäéïñßæïõí ôïí åìðåéñéêü ôýðï ìå ðåéñÜìáôá, ôá ïðïßá áðïêáëýðôïõí ôï “ó÷åôéêü” áñéèìü áôüìùí ôïõ êÜèå óôïé÷åßïõ ðïõ õðÜñ÷åé óôï ìüñéï. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç áíÜëõóç ìéáò ïñãáíéêÞò åíþóåùò ðïõ êáëåßôáé áéèÜíéï äåß÷íåé üôé ôï áéèÜíéï áðïôåëåßôáé åî ïëïêëÞñïõ áðü Üíèñáêá êáé õäñïãüíï. Åðß ðëÝïí ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ôï ìüñéï ðåñéÝ÷åé Ýíá Üôïìï Üíèñáêá ãéá êÜèå ôñßá Üôïìá õäñïãüíïõ. Ìå âÜóç áõôÜ, ï áðëïýóôåñïò äõíáôüò ôýðïò ãéá ôï ìüñéï ôïõ áéèáíßïõ åßíáé CH3. Áõôü áðïôåëåß ôïí åìðåéñéêü ôïõ ôýðï. ~Åíá åßäïò ðåéñÜìáôïò, ôï ïðïßï ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôïõ åìðåéñéêïý ôýðïõ ôïõ áéèáíßïõ, ðñïâëÝðåé ôçí êáýóç åíüò äåßãìáôïò 30 g áõôÞò ôçò ïõóßáò ìå ïîõãüíï. ~Ïôáí êáïýí êáé ôá 30 g ôïõ äåßãìáôïò áéèáíßïõ, ëáìâÜíïíôáé ôá ðáñáêÜôù áðïôåëÝóìáôá: 1. Ó÷çìáôßæïíôáé ïãäüíôá ïêôþ ãñáììÜñéá CO2. ÅðåéäÞ ç ìïñéáêÞ ìÜæá ôïõ CO2 åßíáé 44, ôá 88 g áíôéóôïé÷ïýí óå 88/44 Þ 2 moles CO2. Ãé’ áõôü èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí äýï moles áôüìùí Üíèñáêá óôï äåßãìá ôïõ áéèáíßïõ.

2. Ó÷çìáôßæïíôáé ðåíÞíôá ôÝóóåñá ãñáììÜñéá Ç2Ï. ÅðåéäÞ ç ìïñéáêÞ ìÜæá ôïõ Ç2Ï åßíáé 18, ôá 54 g áíôéóôïé÷ïýí óå 54/18 Þ 3 moles Ç2Ï. ~Áñá èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí Ýîé moles áôüìùí õäñïãüíïõ óôï äåßãìá ôïõ áéèáíßïõ. ÄçëáäÞ, õðÞñ÷áí óôï äåßãìá ôïõ áéèáíßïõ äýï moles áôüìùí Üíèñáêá êáé Ýîé moles áôüìùí õäñïãüíïõ. Áðü áõôü óõìðåñáßíåôáé üôé óôçí Ýíùóç “áéèÜíéï” èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷åé Ýíá Üôïìï Üíèñáêá ãéá êÜèå ôñßá Üôïìá õäñïãüíïõ. Ï åìðåéñéêüò ôýðïò èá åßíáé CH3. ~Ïðùò åßäáìå, ôï áéèÜíéï ðåñéÝ÷åé Üíèñáêá êáé õäñïãüíï ìå ôçí áíáëïãßá ôñßá Üôïìá õäñïãüíïõ ðñïò Ýíá Üôïìï Üíèñáêá. ÁëëÜ äåí ìÜèáìå ðüóá Üôïìá Üíèñáêá êáé õäñïãüíïõ õðÜñ÷ïõí áíÜ ìüñéï. Ï åìðåéñéêüò ôýðïò ìáò ðëçñïöïñåß ìüíï üôé, áí õðÜñ÷åé Ýíá Üôïìï Üíèñáêá áíÜ ìüñéï, ôüôå èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí êáé ôñßá Üôïìá õäñïãüíïõ áíÜ ìüñéï. Ðáñïìïßùò, áí õðÜñ÷ïõí äýï Üôïìá Üíèñáêá áíÜ ìüñéï, èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí Ýîé Üôïìá õäñïãüíïõ ãéá ôï ßäéï ìüñéï, êáé ïýôù êáèåîÞò. Êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï, ï ìïñéáêüò ôýðïò èá ìðïñïýóå íá åßíáé CH3, C2H6, C3H9, Þ ïðïéïäÞðïôå Üëëï ðïëëáðëÜóéï ôïõ åìðåéñéêïý ôýðïõ. Èá ìðïñïýóå íá åßíáé áêüìç êáé C100H300, áí êáé ôï ôåëåõôáßï åßíáé ìÜëëïí áðßèáíï. ÐñïêåéìÝíïõ íá âñåèåß ï ìïñéáêüò ôýðïò, ðñÝðåé íá åßíáé åðßóçò ãíùóôÞ ç ìïñéáêÞ ìÜæá. Óôçí ðåñßðôùóç ôïõ áéèáíßïõ, Ý÷ïìå ìéá ïõóßá, ç ïðïßá åßíáé áÝñéï óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. ~Áñá, åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñéóèåß ç ìïñéáêÞ ìÜæá, áí ìåôñçèåß ï üãêïò ãíùóôÞò ìÜæáò ôïõ áåñßïõ óå ãíùóôÞ êáé óôáèåñÞ ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá. Áõôïý ôïõ åßäïõò ôï ðåßñáìá (êáé ôá áðïôåëÝóìáôá ðïõ ðñïêýðôïõí) åßíáé üìïéï ìå ôá ðåéñÜìáôá ðïõ ðñáãìáôïðïéÞèçêáí óôçí áñ÷Þ ôïõ âéâëßïõ. Ôï áéèÜíéï Ý÷åé ìïñéáêÞ ìÜæá 30. Áöïý ï åìðåéñéêüò ôýðïò, CH3, Ý÷åé ìïñéáêÞ ìÜæá ìüíï 15, åßíáé öáíåñü üôé äåí åßíáé ï ðñáãìáôéêüò ôýðïò ôïõ áéèáíßïõ. Ï ìïñéáêüò ôýðïò ðñÝðåé íá Ý÷åé ìïñéáêÞ ìÜæá, ç ïðïßá èá ðñÝðåé íá åßíáé ðïëëáðëÜóéá êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ 30/15 = 2. Áðü áõôü ðñïêýðôåé üôé ï ìïñéáêüò ôýðïò ôïõ áéèáíßïõ åßíáé C2H6. To ó÷Þìá 16-3 äåß÷íåé ôï ìïñéáêü ðñüôõðï êáé ôï óõíôáêôéêü ôýðï ôïõ áéèáíßïõ. Áò åîåôÜóïìå ôï áêüëïõèï ðáñÜäåéãìá, ôï ïðïßï äåß÷íåé ðþò õðïëïãßæåôáé ç ìïñéáêÞ ìÜæá ôïõ áéèáíßïõ. ÐåéñáìáôéêÜ âñÝèçêå üôé 12,2 ãñáììÜñéá äåßãìáôïò áéèáíßïõ êáôáëáìâÜíïõí óôïõò 27ïC êáé óå ðßåóç 1 atm, üãêï 10 ëßôñùí.

404

ÐáñÜäåéãìá.

Áöïý 0,406 moles áéèáíßïõ Ý÷ïõí ìÜæá 12,2 g, ôüôå ôï Ýíá mole áéèáíßïõ èá Ý÷åé ìÜæá 12,2/0,406 = 30,0 g. Ãéá íá êáôáíïçèåß ç ÷çìåßá ôùí ïñãáíéêþí åíþóåùí, åßíáé áðáñáßôçôï íá ãßíïõí åðßóçò ãíùóôÝò áëëÜ êáé êáôáíïçôÝò ïé äïìÝò ôùí ìïñßùí. ÏðïéáäÞðïôå ìåëÝôç ôçò ìïñéáêÞò äïìÞò èá ðñÝðåé üìùò íá îåêéíÜ áðü ôç ãíþóç ôïõ áñéèìïý ôùí áôüìùí êÜèå óôïé÷åßïõ ðïõ óõììåôÝ÷åé óôï ó÷çìáôéóìü ôïõ ìïñßïõ. Ìå Üëëá ëüãéá, ðñÝðåé íá åßíáé ãíùóôïß ïé ìïñéáêïß ôýðïé ôùí ïõóéþí, ïé ïðïßåò èá ìåëåôçèïýí. Ãé’ áõôü ôïíßóèçêå ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óå åìðåéñéêü êáé ìïñéáêü ôýðï, êáé Ýãéíå öáíåñÞ ç óçìáóßá ôçò

Ó×ÇÌÁ 16-3. Ôï óôåñåï÷çìéêü (Þ ôñéóäéÜóôáôï) ðñüôõðï ôïõ áéèáíßïõ êáé ï óõíôáêôéêüò ôïõ ôýðïò. Èá ðñÝðåé íá åßíáé ãíùóôüò ï ìïñéáêüò ôýðïò ìéáò åíþóåùò ðñéí ðñïóäéïñéóèåß ï óõíôáêôéêüò ôçò ôýðïò.

ãíþóåùò ôüóï ôçò ìïñéáêÞò ìÜæáò, üóï êáé êáé ôçò åìðåéñéêÞò óõóôÜóåùò ôçò ïñãáíéêÞò åíþóåùò.

Ðåñßëçøç. Ôï óôïé÷åßï Üíèñáêáò ó÷çìáôßæåé ôåñÜóôéï áñéèìü åíþóåùí ðïõ åßíáé áðáñáßôçôåò óôïõò æùíôáíïýò ïñãáíéóìïýò. ~Åôóé, åðåéäÞ ï ìÝãéóôïò áñéèìüò ôùí ïõóéþí ðïõ âñßóêïíôáé óôïõò æùíôáíïýò ïñãáíéóìïýò åßíáé åíþóåéò ôïõ Üíèñáêá, åðåêñÜôçóå ç ÷çìåßá ôùí åíþóåùí ôïõ Üíèñáêá íá ëÝãåôáé ÏñãáíéêÞ ×çìåßá. Ï Üíèñáêáò åêôüò áðü ôçí ðáñïõóßá ôïõ óôá ìüñéá ôùí æùíôáíþí ïñãáíéóìþí, âñßóêåôáé êáé óå Üëëá õëéêÜ ðïõ áðáíôïýí óôç öýóç, óçìáíôéêüôåñá ôùí ïðïßùí åßíáé ï ãáéÜíèñáêáò, üðïõ õðÜñ÷åé ðñáêôéêÜ êáèáñüò Üíèñáêáò, êáé ôï ðåôñÝëáéï*. Êáé ïé äýï áõôÝò ïõóßåò ó÷çìáôßóèçêáí êÜôù áðü ôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò ðñéí áðü ðÜñá ðïëëÜ ÷ñüíéá ìå ôçí åðßäñáóç õøçëþí èåñìïêñáóéþí êáé ðéÝóåùí óå ïõóßåò ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáí áñ÷éêÜ áðü æùíôáíïýò ïñãáíéóìïýò. Ôüóï ï ìåãÜëïò áñéèìüò üóï êáé ç ðïëõðëïêüôçôá ôùí ïñãáíéêþí åíþóåùí ïöåßëïíôáé êõñßùò óå äýï ëüãïõò. Ï Üíèñáêáò ìðïñåß íá ó÷çìáôßæåé Ýíá ôåôñáåäñéêü óýíïëï ôåóóÜñùí áðëþí äåóìþí, *

üðùò åðßóçò äéðëþí Þ ôñéðëþí äåóìþí. Åðß ðëÝïí, äéáèÝôåé ìïíáäéêÞ éêáíüôçôá íá ó÷çìáôßæåé äåóìïýò ìå Üëëá Üôïìá Üíèñáêá. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï ó÷çìáôßæïíôáé ìáêñÝò áëõóßäåò, äáêôýëéïé êáé Üëëá åßäç äéáôÜîåùí áôüìùí Üíèñáêá. Ïé ïñãáíéêÝò åíþóåéò ðåñéÝ÷ïõí ðñáêôéêÜ ðÜíôá õäñïãüíï êáé óõ÷íÜ ðåñéÝ÷ïõí åðßóçò ïîõãüíï Þ Üæùôï, êáèþò êáé ìåñéêÜ Üëëá óôïé÷åßá. Ï ìïñéáêüò ôýðïò ìéáò ïñãáíéêÞò åíþóåùò Ý÷åé ìåãÜëç óçìáóßá. ÓõíÞèùò äåí óõìðßðôåé ìå ôïí åìðåéñéêü ôýðï. Ï åìðåéñéêüò ôýðïò äßíåé ìüíï ôéò ó÷åôéêÝò áñéèìçôéêÝò áíáëïãßåò ìå ôéò ïðïßåò åíþíïíôáé ôá Üôïìá ôùí äéáöüñùí óôïé÷åßùí ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ôçí Ýíùóç. Áí åßíáé ãíùóôüò ï åìðåéñéêüò ôýðïò êáé ç ìïñéáêÞ ìÜæá, åßíáé äõíáôüí íá âñåèåß ï ìïñéáêüò ôýðïò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéá åßíáé ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôéò ïñãáíéêÝò êáé óôéò áíüñãáíåò åíþóåéò;

Ó.ô.Ì. Áõôü áðïôåëåßôáé áðü åíþóåéò ôïõ Üíèñáêá ðïõ ïíïìÜæïíôáé õäñïãïíÜíèñáêåò.

405

2. Méá Ýíùóç âñÝèçêå íá Ý÷åé åìðåéñéêü ôýðï CH2 êáé ìïñéáêÞ ìÜæá 70,0. Ðïéïò èá åßíáé ï ìïñéáêüò ôýðïò ôçò ïõóßáò; 3. Ç éêáíüôçôá ôïõ Üíèñáêá íá ó÷çìáôßæåé

ìåãÜëï áñéèìü ïñãáíéêþí åíþóåùí ïöåßëåôáé óå äýï ÷áñáêôçñéóôéêÜ ãíùñßóìáôÜ ôïõ. Ðïéá åßíáé áõôÜ;

Ïé õäñïãïíÜíèñáêåò áðïôåëïýí ôç âÜóç ôùí ïñãáíéêþí åíþóåùí 16.4 Ïíïìáôïëïãßá. Ïé ïñãáíéêÝò åíþóåéò Ý÷ïõí îåðåñÜóåé ôï Ýíá åêáôïììýñéï, åíþ êÜèå ìÝñá óõíôßèåíôáé êáé íÝåò åíþóåéò. Ãéá íá ìåëåôçèåß áðïôåëåóìáôéêÜ ï ôåñÜóôéïò üãêïò ðëçñïöïñéþí, åßíáé áðáñáßôçôï êÜðïéï óýóôçìá ãéá ôç äéÜêñéóç áíÜìåóá óôéò õðÜñ÷ïõóåò êáé ôéò íÝåò åíþóåéò. Ôï ðñüâëçìá ôçò êáèéåñþóåùò åíüò óõóôÞìáôïò ïíïìáôïëïãßáò ôùí ïñãáíéêþí åíþóåùí ãßíåôáé áêüìç ðéï ðïëýðëïêï áðü ôï ãåãïíüò üôé óå ðïëëÝò áðü ôéò åíþóåéò ðïõ Ý÷ïõí Þäç áíáêáëõöèåß, Ý÷ïõí äïèåß ïíüìáôá, ôá ïðïßá åîáêïëïõèïýí íá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé êáèçìåñéíÜ. Ôá ïíüìáôá áõôÜ åßíáé åíôåëþò áõèáßñåôá*. ÄçëáäÞ äåí õðáêïýïõí óå ïðïéáäÞðïôå óõóôçìáôéêÞ êáôÜôáîç. Áõôüò ðïõ ìåëåôÜ ðéï óïâáñÜ ôçí ïñãáíéêÞ ÷çìåßá ðñÝðåé íá ãíùñßæåé êáé ôá äýï óõóôÞìáôá ïíïìáôïëïãßáò. Ãéá ôçí ßäéá ïõóßá õðÜñ÷ïõí ïíüìáôá ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ôá óçìåñéíÜ áðïäåêôÜ óõóôÞìáôá ïñãáíéêÞò ïíïìáôïëïãßáò ìáæß ìå ôá ðáëáéüôåñá, óõ÷íÜ ðéï ãíùóôÜ, ïíüìáôá, ãéáôß ÷ñçóéìïðïéïýíôáé åðß óåéñÜ åôþí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç ïñãáíéêÞ Ýíùóç ðïõ ìÝ÷ñé ôþñá ïíïìáæüôáí áéèáíüëç åßíáé ç ãíùóôÞ áéèõëéêÞ áëêïüëç** ç ïðïßá âñßóêåôáé óôá áëêïïëïý÷á ðïôÜ, óå ðñüóèåôá ôùí ôñïößìùí êáé óå ðïëëÜ Üëëá ðñïúüíôá. Ôé åßíáé üìùò êÜðïéåò Üëëåò åíþóåéò, êáé ðþò ïíïìÜæïíôáé; Ãéá óõíôïìßá, üëåò ïé ïñãáíéêÝò åíþóåéò êáôáôÜóóïíôáé óå äýï ìåãÜëåò êáôçãïñßåò. Ç ìßá ðåñéëáìâÜíåé ôïõò äéáöüñïõò õäñïãïíÜíèñáêåò, åíþóåéò ðïõ áðïôåëïýíôáé ìüíï áðü Üôïìá Üíèñáêá êáé õäñïãüíïõ. Ç Üëëç êáôçãïñßá áðïôåëåßôáé áðü «ðáñÜãùãá» ôùí

õäñïãïíáíèñÜêùí, åíþóåéò óôéò ïðïßåò Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá Üôïìá õäñïãüíïõ êÜðïéïõ õäñïãïíÜíèñáêá Ý÷ïõí áíôéêáôáóôáèåß áðü Üëëá Üôïìá Þ ïìÜäåò áôüìùí. Óôá êåöÜëáéá ðïõ áêïëïõèïýí, èá áíáöåñèïýí ïñéóìÝíá áðü ôá ìÝëç ôçò ìåãÜëçò ïéêïãÝíåéáò ôùí ïñãáíéêþí åíþóåùí êáé ìåñéêÝò áðü ôéò åíäéáöÝñïõóåò êáé ÷áñáêôçñéóôéêÝò ÷çìéêÝò ôïõò éäéüôçôåò.

16.5 ÊïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò. Åíþóåéò ïé ïðïßåò áðïôåëïýíôáé ìüíï áðü Üôïìá Üíèñáêá êáé õäñïãüíïõ ðïõ óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò ìüíï ìå áðëïýò äåóìïýò, ïíïìÜæïíôáé êïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò. Ïé åíþóåéò áõôÝò åßíáé åðßóçò ãíùóôÝò ùò óåéñÜ áëêáíßùí Þ ùò óåéñÜ ðáñáöéíþí***. ÅðåéäÞ ç ïíïìáôïëïãßá ôùí ïñãáíéêþí åíþóåùí ðñïÝñ÷åôáé êõñßùò áðü ôá ïíüìáôá ôùí ìåëþí áõôÞò ôçò óåéñÜò, èá ðñÝðåé íá åîïéêåéùèåßôå ìå ôá ïíüìáôá êáé ôïõò ôýðïõò ôùí ðñþôùí äÝêá áëêáíßùí. Ôá ó÷Þìáôá 16-4 êáé 16-5 äåß÷íïõí ðñüôõðá óôï ÷þñï êáé óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ãéá ìåñéêÜ áðü ôá áëêÜíéá. ìåèÜíéï áéèÜíéï ðñïðÜíéï âïõôÜíéï ðåíôÜíéï

CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12

åîÜíéï åðôÜíéï ïêôÜíéï åííåÜíéï äåêÜíéï

C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22

Óôï ó÷Þìá 16-4 öáßíïíôáé ïé óõíôáêôéêïß ôýðïé êáé ôá ðñüôõðá äýï êïñåóìÝíùí õäñïãïíáíèñÜêùí. Ïé õäñïãïíÜíèñáêåò áðü ôï âïõôÜíéï êáé ðÜíù õðÜñ÷ïõí óå éóïìåñåßò ìïñöÝò. Ç äõíáôüôçôá éóïìåñéóìïý ïöåßëåôáé óôï

* Ó.ô.Ì. ÅìðåéñéêÞ ïíïìáôïëïãßá. ** Ó.ô.Ì. Ç ìåãáëýôåñç ðïóüôçôá áéèõëéêÞò áëêïüëçò óôéò ÇÐÁ ðáñÜãåôáé áðü óðüñïõò (grain), ð.÷. êáëáìðüêé. Ãé’ áõôü ç áëêïüëç áõôÞ ïíïìÜæåôáé êáé áëêïüëç óðüñùí. Óôçí ÅëëÜäá ç áéèõëéêÞ áëêïüëç ëÝãåôáé êáèáñü ïéíüðíåõìá. *** Ó.ô.Ì. ÅðåéäÞ ïé êïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò äåí Ý÷ïõí Ýíôïíç ôçí ôÜóç íá áíôéäñïýí êáé åðåéäÞ ðáëáéüôåñá ðéóôåõüôáí üôé ç ôÜóç ãéá áíôéäñÜóåéò åßíáé èÝìá ÷çìéêÞò óõããÝíåéáò áíÜìåóá óôéò åíþóåéò. Ïé ðáñáðÜíù åíþóåéò (ðáñáößíåò) Ý÷ïõí parun affinitas, ðïõ óôá ëáôéíéêÜ óçìáßíåé «ìéêñÞ óõããÝíåéá».

406

Ó×ÇÌÁ 16-4. Ðñüôõðá óôåñåï÷çìéêþí êáé óõíôáêôéêþí ôýðùí ãéá ôï ìåèÜíéï, CH4, êáé ôï ðñïðÜíéï, C3H8.

ãåãïíüò üôé Ýíá Üôïìï Üíèñáêá åßíáé äõíáôüí íá óõíäåèåß ìå 1, 2, 3, Þ êáé 4 áêüìç Üëëá Üôïìá Üíèñáêá. Ðñïöáíþò, ç ïíïìáôïëïãßá, ðñïêåéìÝíïõ íá ãßíåé äéÜêñéóç áíÜìåóá óå Ýíá ìåãÜëï áñéèìü éóïìåñþí, åßíáé áñêåôÜ ðïëýðëïêç. Äåí èá áó÷ïëçèïýìå ìå áõôÞí ôþñá åêôüò áðü äýï áðëïýò êáíüíåò, ïé ïðïßïé èá öáíïýí ÷ñÞóéìïé áñãüôåñá. Ôá éóïìåñÞ ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôéò áðüëõôá «åõèåßåò» áëõóßäåò áôüìùí Üíèñáêá ïíïìÜæïíôáé êáíïíéêÜ (n)* éóïìåñÞ, üðùò åßíáé ôï n-ðåíôÜíéï óôï ó÷Þìá 165á. Åêåßíá ôá éóïìåñÞ ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ìüíï ìßá äéáêëÜäùóç ðñïò ôï ôÝëïò ôçò áëõóßäáò ïíïìÜæïíôáé éóï éóïìåñÞ. ÐáñÜäåéãìá áõôïý ôïõ åßäïõò éóïìåñþí åßíáé ôï éóïðåíôÜíéï, ôï ïðïßï öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 16-5â. Åýêïëá äéáðéóôþíïìå üôé üëïé ïé êïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò ðïõ áíáöÝñèçêáí ëßãï ðéï

ðñéí, äéáèÝôïõí ôýðïõò, óôïõò ïðïßïõò õðÜñ÷ïõí äéðëÜóéá Üôïìá õäñïãüíïõ óå ó÷Ýóç ìå ôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá, óõí äýï. Ç åîÞãçóç åßíáé áðëÞ, áí óôçí êÜèå ðåñßðôùóç åîåôáóèïýí ðñïóåêôéêÜ ôá êáíïíéêÜ éóïìåñÞ. ÊÜèå Üôïìï Üíèñáêá ôï ïðïßï äåí âñßóêåôáé óôï ôÝëïò ôïõ ìïñéáêïý ôýðïõ Ý÷åé äýï Üôïìá õäñïãüíïõ. Åðßóçò, êÜèå áêñáßï Üôïìï Üíèñáêá ðñÝðåé íá Ý÷åé ü÷é ìüíï äýï Üôïìá õäñïãüíïõ, áëëÜ êáé Ýíá ôñßôï, ãéá íá «ïëïêëçñþóåé» ôçí áëõóßäá. Áò õðïèÝóïìå üìùò üôé äéáèÝôïìå ìéá áëõóßäá ïìÜäùí CH2, êáé áíôß íá ïëïêëçñùèåß ôï êÜèå Üêñï ìå Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ, öáíôáæüìáóôå ôçí áëõóßäá íá ëõãßæåé äçìéïõñãþíôáò Ýíá äáêôýëéï êáé áöÞíïíôáò ôá äýï Üêñá íá ó÷çìáôßóïõí ìåôáîý ôïõò äåóìü**. ÊÜôé ôÝôïéï éêáíïðïéåß ôéò äõíáôüôçôåò óõíäÝóåùò üëùí ôùí áôüìùí êáé ãé’ áõôü èá ðñÝðåé íá äçìéïõñãåß Ýíá óôáèåñü ìüñéï.

* Ó.ô.Ì. = normal = êáíïíéêü. ** Ó.ô.Ì. Õðåíèõìßæåôáé üôé ç äéÜôáîç ôïõ áôüìïõ ôïõ Üíèñáêá óôéò åíþóåéò ìå áðëïýò äåóìïýò åßíáé ôåôñáåäñéêÞ êáé ïé ãùíßåò ôùí äåóìþí ôïõ ðåñßðïõ 109ï. ~Åôóé, ôï ðñþôï ìå ôï ðÝìðôï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá Ýñ÷ïíôáé ðïëý êïíôÜ êáé êëåßíïõí åýêïëá ó÷çìáôßæïíôáò äáêôýëéï.

407

Ó×ÇÌÁ 16-5á. Ðñüôõðá óôåñåï÷çìéêïý êáé óõíôáêôéêïý ôýðïõ ãéá n–ðåíôÜíéï, C5H12.

Ó×ÇÌÁ 16-5â, ã. Ðñüôõðá óôåñåï÷çìéêþí êáé óõíôáêôéêþí ôýðùí ãéá ôï éóïðåíôÜíéï, C5H12, áëëÜ êáé ôï êõêëïðåíôÜíéï, C5H10.

408 Ðiíáêáò 16.1. ÌåñéêÝò éäéüôçôåò ôùí êïñåóìÝíùí õäñïãïíáíèñÜêùí (áëêáíßùí). ÊïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò ìåèÜíéï áéèÜíéï ðñïðÜíéï n-âïõôÜíéï éóïâïõôÜíéï

Ìïñéáêüò ôýðïò

Óçìåßï ôÞîåùò (°C)

Óçìåßï âñáóìïý (°C)

CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3–CH–CH3

–182,5 –182,8 –189,9 –138,3 –159,6

–161,5 –88,6 –44,5 –0,5 –11,7

CH3 C6H14 C6H12 C8H18 C18H38

–95,3 +6,9 –56,5 +28,2

68,7 80,7 125,7 306,0

½

n-åîÜíéï êõêëïåîÜíéï n-ïêôÜíéï n-äåêáïêôÜíéï

ÐñÜãìáôé Ýôóé ãßíåôáé. Ôá ìüñéá áõôÜ Ý÷ïõí üëåò ôéò ðñïûðïèÝóåéò ãéá íá èåùñçèïýí êïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò: ðåñéÝ÷ïõí ìüíï Üôïìá Üíèñáêá êáé õäñïãüíïõ êáé Ý÷ïõí ìüíï áðëïýò äåóìïýò áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá. Ãéá íá ôá äéáêñßíïìå áðü ôéò åíþóåéò ìå åõèýãñáììåò êáé äéáêëáäéóìÝíåò áëõóßäåò, ïé ïðïßåò Ý÷ïõí ôï ãåíéêü ôýðï CnH2n+2, ÷ñçóéìïðïéïýìå ôï ðñüèåìá êýêëï. ~Åôóé ç êõêëéêÞ Ýíùóç ôïõ ó÷Þìáôïò 16-5ã ïíïìÜæåôáé êõêëïðåíôÜíéï. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ï ôýðïò ôïõ êõêëïðåíôáíßïõ åßíáé C5H10, åíþ ôùí ìç êõêëéêþí ðåíôáíßùí åßíáé C5H12. Ôï êõêëïðåíôÜíéï äåí åßíáé éóïìåñÝò ìå ôá Üëëá. Ïé êõêëéêïß êïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò åßíáé äéáöïñåôéêïß áðü ôïõò ìç êõêëéêïýò. ÄéáöÝñïõí åðß ðëÝïí êáé óôï ãåíéêü ìïñéáêü ôýðï: CnH2n. Ôï ãåíéêü üíïìá ðïõ åßíáé áðïäåêôü ãéá üëç ôçí ôÜîç ôùí êïñåóìÝíùí õäñïãïíáíèñÜêùí åßíáé áëêÜíéá (ãéá ôï áíôßóôïé÷ï êõêëéêü ï üñïò åßíáé êõêëïáëêÜíéá). Ôï üíïìá áõôü åßíáé áðëïýóôåñï êáé ðéï óõóôçìáôéêü áðü ôï «êïñåóìÝíïò õäñïãïíÜíèñáêáò» êáé ôáéñéÜæåé ìå Ýíá óýóôçìá ïíïìáôïëïãßáò ðïõ èá áíáðôýîïìå ðáñáêÜôù. Ôá áëêÜíéá åßíáé ïé êýñéåò åíþóåéò ðïõ õðÜñ÷ïõí óôï öõóéêü áÝñéï êáé ôï ðåôñÝëáéï. Óå êáíïíéêÝò óõíèÞêåò, ôá áëêÜíéá ìå ìéêñÞ ìïñéáêÞ ìÜæá åßíáé áÝñéá. Ôá óçìåßá âñáóìïý

ôïõò äßíïíôáé óôïí ðßíáêá 16.1. Ç âåíæßíç áðïôåëåßôáé êõñßùò áðü äéáêëáäéóìÝíá óå ìåãÜëï âáèìü áëêÜíéá, ôá ïðïßá ðåñéÝ÷ïõí áðü Ýîé ìÝ÷ñé äÝêá Üôïìá Üíèñáêá. Ïé êçñïß ðáñáößíçò åßíáé óõíÞèùò áëêÜíéá ìå 20 Ýùò 35 Üôïìá Üíèñáêá. Oé êïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò åßíáé ó÷åôéêÜ áäñáíåßò, åêôüò áí èåñìáíèïýí óå õøçëÝò èåñìïêñáóßåò. Ç êáýóç (áíôßäñáóç ìå ïîõãüíï) áðïôåëåß ó÷åäüí ôç ìüíç óçìáíôéêÞ áðëÞ áíôßäñáóç ôùí áëêáíßùí. ÁõôÞ áêñéâþò ç éäéüôçôá êáèéóôÜ ôïõò õäñïãïíÜíèñáêåò ìßá áðü ôéò óçìáíôéêüôåñåò ðçãÝò åíÝñãåéáò. Óçìáíôéêü ÷áñáêôçñéóôéêü ôçò ÷çìåßáò ôùí êïñåóìÝíùí õäñïãïíáíèñÜêùí åßíáé ç áðïõóßá äñáóôéêüôçôáò. Åî áéôßáò áõôÞò ôçò áäñÜíåéáò ç ÷çìåßá ôùí ïñãáíéêþí åíþóåùí áó÷ïëåßôáé êõñßùò ìå ôéò åðïíïìáæüìåíåò «äñáóôéêÝò ïìÜäåò» (functional groups). Ðñüêåéôáé ãéá ïìÜäåò áôüìùí, ïé ïðïßåò óõíÞèùò åßíáé ðåñéóóüôåñï äñáóôéêÝò áðü ü,ôé ï “óêåëåôüò” ôùí áíèñÜêùí, ðÜíù óôïõò ïðïßïõò åßíáé ðñïóêïëëçìÝíåò. Ãéá ôï ëüãï áõôü õðïôßèåôáé üôé ï óêåëåôüò èá ðáñáìåßíåé áíÝðáöïò êáé áíáëëïßùôïò êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí áíôéäñÜóåùí. Ïé óçìáíôéêüôåñåò äñáóôéêÝò ïìÜäåò êáé êÜðïéá ðñÜãìáôá ãýñù áðü ôç ÷çìåßá ôïõò èá åîåôáóèïýí óå Üëëï óçìåßï áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ.

409

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

16.6 ÌåñéêÝò éäéüôçôåò êáé áíôéäñÜóåéò ôùí õäñïãïíáíèñÜêùí. ÐñïçãïõìÝíùò ìÜèáôå üôé ïé åíþóåéò ðïõ áðïôåëïýíôáé ìüíï áðü Üíèñáêá êáé õäñïãüíï ïíïìÜæïíôáé õäñïãïíÜíèñáêåò. Áí üëá ôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá ìÝóá óå Ýíá ìüñéï õäñïãïíÜíèñáêá âñßóêïíôáé óõíäåäåìÝíá ìå áðëïýò äåóìïýò, ç Ýíùóç ïíïìÜæåôáé êïñåóìÝíïò õäñïãïíÜíèñáêáò. ~Ïóï ìåãáëýôåñïò åßíáé ï áñéèìüò ôùí áôüìùí Üíèñáêá ìÝóá óå Ýíá ìüñéï õäñïãïíÜíèñáêá, ôüóï ðåñéóóüôåñá åßíáé êáé ôá éóïìåñÞ. ÕäñïãïíÜíèñáêåò ïé ïðïßïé ðåñéÝ÷ïõí ôïõëÜ÷éóôïí Ýíá äéðëü Þ ôñéðëü äåóìü ïíïìÜæïíôáé áêüñåóôïé õäñïãïíÜíèñáêåò. ~Ïëá áõôÜ èá åîåôáóèïýí, ìå ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò, óôï êåöÜëáéï 16.7. ÓÊÏÐÏÓ ÔÏÕ ÐÅÉÑÁÌÁÔÏÓ

Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá åîåôáóèïýí ïé éäéüôçôåò êáé ïé áíôéäñÜóåéò ìåñéêþí êïñåóìÝíùí õäñïãïíáíèñÜêùí êáé ôùí éóïìåñþí ôïõò. Èá ãßíåé åðßóçò óýãêñéóç ôùí éäéïôÞôùí êáé ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí áêïñÝóôùí õäñïãïíáíèñÜêùí, õäñïãïíáíèñÜêùí ìå ãñáììéêÞ äéÜôáîç ôùí áôüìùí Üíèñáêá êáé õäñïãïíáíèñÜêùí ïé ïðïßïé Ý÷ïõí ôá Üôïìá Üíèñáêá äéáôåôáãìÝíá óå äáêôýëéï. ÕËÉÊÁ

Èåñìüìåôñï, -10°C ìÝ÷ñé 150°C OñèïóôÜôçò êáé äáêôýëéïò ÓõñìÜôéíï ðëÝãìá Ëý÷íïò ÐïôÞñé æÝóåùò ôùí 100 ml 6 äïêéìáóôéêïß óùëÞíåò, 13– x 100 mm 6 ml 0,1 M äéáëýìáôïò Br2 óå CCl4

Äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò, 18–x150 mm EëáóôéêÜ ðþìáôá ãéá ìéêñïýò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò ÓôÞñéãìá äïêéìáóôéêþí óùëÞíùí ÊçñïìðïãéÜ Þ åôéêÝôôåò 6 ôåìá÷ßäéá ðïñóåëÜíçò 50 ml öõôéêü Ýëáéï

2 ëáâßäåò ðñï÷ïÀäáò, 1 ëáâßäá ìå äéðëü Üãêéóôñï 5 ml åíüò áðü ôá åðüìåíá, óýìöùíá ìå ôéò ïäçãßåò ôïõ êáèçãçôÞ: n-åðôÜíéï 2,2-äéìåèõëïðåíôÜíéï n-ïêôÜíéï 2,2,4-ôñéìåèõëïðåíôÜíéï 2-ìåèõëïåîÜíéï n-åîÜíéï 1 ml åíüò áðü ôá áêüëïõèá: n-åîÜíéï êõêëïåîÝíéï 1-åîÝíéï âåíæüëéï êõêëïåîÜíéï ôïëïõüëéï 3 ml åíüò áðü ôá áêüëïõèá äéáëýìáôá: 0,01 M äéáëýìáôïò ÊÌnO4 6 M äéáëýìáôïò NaOH ÓÇÌÅÉÙÓÇ: Ôï Ì äåß÷íåé ôç óõãêÝíôñùóç, óå mole áíÜ ëßôñï. ÓõãêÝíôñùóç åßíáé ç ðïóüôçôá ìéáò ïñéóìÝíçò ïõóßáò ðïõ õðÜñ÷åé óôçí ðïóïôéêÞ ìïíÜäá ìéáò Üëëçò ïõóßáò. ÁõôÞ ç ìïíÜäá ôçò óõãêåíôñþóåùò èá åîåôáóèåß óôï êåöÜëáéï 17. ÅéäéêÝò ðñïöõëÜîåéò. Ïé õäñïãïíÜíèñáêåò åßíáé åîáéñåôéêÜ åýöëåêôïé. ÖõëÜîôå ôéò öéÜëåò ðïõ ôïõò ðåñéÝ÷ïõí ìáêñéÜ áðü ôïí ðÜãêï åñãáóßáò êáé ôïõò ëý÷íïõò. Íá ðñïóêïìßæåôå óôï ÷þñï åñãáóßáò óáò ìüíï ü,ôé ÷ñåéÜæåóôå ãéá Ýíá ðåßñáìá êÜèå öïñÜ. Áí óâÞóåôå åãêáßñùò ôï ëý÷íï, ìüëéò áñ÷ßóåé íá âñÜæåé ôï õãñü óáò, õðÜñ÷ïõí åëÜ÷éóôåò ðéèáíüôçôåò ôï õãñü, ôïõ ïðïßïõ èá åîåôÜóåôå ôï óçìåßï âñáóìïý, íá áíáöëåãåß. Áí üìùò ôý÷åé íá áíáöëåãåß, ôüôå áðëÜ óâÞóôå ôï.

410

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á. 1. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 50 ml öõôéêïý åëáßïõ óå Ýíá ðïôÞñé ôùí 100 ml. ÔïðïèåôÞóôå ôï ðïôÞñé ìáæß ìå Ýíá ìåôáëëéêü ðëÝãìá ðÜíù óôï äáêôýëéï ðïõ âñßóêåôáé ðÜíù áðü ôï ëý÷íï. 2. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 5 ml åíüò õäñïãïíÜíèñáêá ðïõ èá óáò äïèåß, óå Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá 18- x 150 mm. Ñßîôå Ýíá ìüíï ôåìá÷ßäéï ðïñóåëÜíçò óôï õãñü ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá. 3. Óôåñåþóôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá óôïí ïñèïóôÜôç ìå ìßá ëáâßäá. Ôï êÜôù Üêñï ôïõ óùëÞíá èá ðñÝðåé íá âõèßæåôáé ðåñßðïõ 1-2 cm ìÝóá óôï öõôéêü Ýëáéï. 4. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò ëáâßäáò ðïõ Ý÷åé ôï äéðëü Üãêéóôñï êñåìÜóôå Ýíá èåñìüìåôñï (-10 °C ìÝ÷ñé 150°C) ìÝóá óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Âåâáéùèåßôå üôé ôï êÜôù Üêñï ôïõ èåñìïìÝôñïõ åßíáé 1 cm ðåñßðïõ ðÜíù áðü ôçí åðéöÜíåéá ôïõ õãñïý óôï óùëÞíá. Óôï ó÷Þìá 16-6 ìðïñåßôå íá äåßôå üëç ôç äéÜôáîç. 5. ÈåñìÜíáôå ôï ðïôÞñé ìå ôï öõôéêü Ýëáéï ìÝ÷ñé íá áñ÷ßóåé ôï õãñü ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá íá âñÜæåé. ÓâÞóôå áìÝóùò ôï ëý÷íï. ÄéáâÜóôå ôçí Ýíäåéîç ôïõ èåñìïìÝôñïõ, åíþ ôï õãñü óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá åîáêïëïõèåß íá âñÜæåé æùçñÜ. Óçìåéþóôå ôçí Ýíäåéîç. 6. Áðïìáêñýíáôå ôï èåñìüìåôñï áðü ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Óêïõðßóôå ôï ëÜäé áðü ôçí åîùôåñéêÞ ðëåõñÜ ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá. Óôç óõíÝ÷åéá, áöÞóôå íá ôñÝîåé íåñü óôçí åîùôåñéêÞ ðëåõñÜ ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá, þóôå íá øýîåé ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ. ÁäåéÜóôå ôï êñýï õãñü óôçí áðï÷Ýôåõóç óýìöùíá ìå ôéò õðïäåßîåéò ôïõ êáèçãçôÞ óáò. 7. ÁíáöÝñáôå ôï áðïôÝëåóìÜ óáò óôçí õðüëïéðç ôÜîç. Âåâáéùèåßôå üôé êáôáãñÜøáôå ôá óçìåßá âñáóìïý ðïõ áíÝöåñáí Üëëïé óõììáèçôÝò óáò. ÐñÝðåé íá Ý÷åôå ôïõëÜ÷éóôïí Ýíá óçìåßï âñáóìïý ãéá êÜèå ìßá áðü ôéò áêüëïõèåò åíþóåéò: 2,2-äéìåèõëïðåíôÜíéï, 2-ìåèõëïåîÜíéï, n-åðôÜíéï, 2,2,4-ôñéìåèõëïðåíôÜíéï, n-åîÜíéï êáé n-ïêôÜíéï.

ÌÝñïò Â.

Ó×ÇÌÁ 16-6.

*

1. ÊïëëÞóôå áðü ìéá åôéêÝôôá óå êÜèå êáèáñü äïêéìáóôéêü óùëÞíá 13- x 100 mm, ïé ïðïßïé áíôéóôïé÷ïýí óôïõò Ýîé õäñïãïíÜíèñáêåò ðïõ èá ìåëåôÞóåôå: n-åîÜíéï, 1-åîÝíéï, êõêëïåîÜíéï, êõêëïåîÝíéï, âåíæüëéï êáé ôïëïõüëéï. ÐñïóèÝóôå 10 óôáãüíåò áðü ôïí áíôßóôïé÷ï õäñïãïíÜíèñáêá óôïí êÜèå óùëÞíá. 2. ÐáñáóêåõÜóôå ðåñßðïõ 6 ml áëêáëéêïý äéáëýìáôïò õðåñìáããáíéêïý êáëßïõ 0,005 Ì, ðñïóèÝôïíôáò 3 ml 0,01 M KMnO4 óå 3 ml 6 M NaOH. 3. ÐñïóèÝóôå 20 óôáãüíåò (ðåñßðïõ 1 ml) áðü ôï äéÜëõìá áõôü óå êáèÝíáí áðü ôïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôïõò äéÜöïñïõò õäñïãïíÜíèñáêåò. Áöïý êëåßóåôå ìå Ýíá åëáóôéêü ðþìá ôïí êÜèå óùëÞíá, áíáêéíÞóôå êáëÜ, þóôå íá Ýëèïõí óå ìåãáëýôåñç åðáöÞ ïé äýï öÜóåéò. Óçìåéþóôå êÜèå áëëáãÞ ðïõ èá åðÝëèåé óôï ÷ñþìá ôïõ ðåñéå÷ïìÝíïõ ìåôÜ áðü Ýíá ëåðôü. Ãéá íá äéáêñßíåôå åõêïëüôåñá ôçí áëëáãÞ óôï ÷ñþìá, ôïðïèåôÞóôå Ýíá öýëëï Üóðñï ÷áñôß êÜôù áðü ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Ãéá íá ðåôÜîåôå ôá äéáëýìáôá áäåéÜóôå ôá óôï êÝíôñï ôïõ íåñï÷ýôç êáé îåðëýíôå ìå ìåãÜëç ðïóüôçôá íåñïý* ôïõò óùëÞíåò.

Ó.ô.Ì. Áöïý ðñïçãïõìÝíùò óõíåííïçèåßôå ìå ôïí êáèçãçôÞ.

411

4. ÐñïóèÝóôå 10 óôáãüíåò áðü ôïí êáèÝíá áðü ôïõò ðñïçãïýìåíïõò Ýîé õäñïãïíÜíèñáêåò óå éóÜñéèìïõò, áíÜëïãá óçìåéùìÝíïõò, êáèáñïýò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò. 5. ÐñïóèÝóôå óôÜãäçí ðåñßðïõ 20 óôáãüíåò (ðåñßðïõ 1 ml) äéáëýìáôïò 0,1 Ì Br2 óå ôåôñá÷ëùñÜíèñáêá, óôïí êÜèå äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Áöïý êëåßóåôå ìå Ýíá åëáóôéêü ðþìá ôïí êÜèå óùëÞíá, áíáêéíÞóôå ôïí êáôÜ äéáóôÞìáôá, êáèþò ðñïóèÝôåôå ôï äéÜëõìá ôïõ âñùìßïõ. Íá óçìåéþóåôå êÜèå áëëáãÞ óôï ÷ñþìá. ÅîáêïëïõèÞóôå íá ðñïóèÝôåôå ôï äéÜëõìá ôïõ âñùìßïõ óå åêåßíïõò ôïõò õäñïãïíÜíèñáêåò ðïõ äåß÷íïõí ìéá áëëáãÞ óôï ÷ñþìá, ìÝ÷ñé íá åðéêñáôÞóåé ôï ÷ñþìá ôïõ âñùìéïý÷ïõ äéáëýìáôïò. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. ÃñÜøôå ôïõò óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ãéá ôéò Ýîé åíþóåéò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå êáôÜ ôïí ðñïóäéïñéóìü ôïõ óçìåßïõ âñáóìïý. Èõìçèåßôå üôé ôï ðñüèåìá «n» ìðñïóôÜ áðü ôï åðôÜíéï êáé ôéò Üëëåò åíþóåéò óçìáßíåé «êáíïíéêü», äçëáäÞ üôé ðñüêåéôáé ãéá «ãñáììéêÜ» ìç äéáêëáäéóìÝíá ìüñéá. Ôá áñéèìçôéêÜ ðñïèÝìáôá õðïäçëþíïõí ôç èÝóç ôïõ áôüìïõ ôïõ Üíèñáêá, óôçí ïðïßá õðÜñ÷åé êÜðïéá ïìÜäá. Ç Ýíùóç 2,2-äéìåèõëïðåíôÜíéï Ý÷åé äýï ìåèõëï-ïìÜäåò (CH3) óõíäåäåìÝíåò ìå ôï äåýôåñï Üôïìï Üíèñáêá åíüò ìïñßïõ ðåíôáíßïõ. 2. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôï ìÝãåèïò ôùí ãñáììéêþí (n) ìïñßùí êáé ôùí óçìåßùí âñáóìïý ôïõò; 3. Ðïéåò áðü ôéò Ýîé åíþóåéò åßíáé éóïìåñåßò ìåôáîý ôïõò; Ôé ðñïêýðôåé áðü ôç óýãêñéóç ôùí óçìåßùí âñáóìïý ôùí äéáêëáäéóìÝíùí ìïñßùí ìå áõôÜ ôùí ãñáììéêþí éóïìåñþí ôïõò; 4. Íá ãñÜøåôå óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ãéá ôïõò õäñïãïíÜíèñáêåò ðïõ áíôÝäñáóáí ìå KMnO4 êáé Br2. Ïé ìïñéáêïß ôýðïé ãéá ôï êõêëïåîÜíéï, ôï êõêëïåîÝíéï, êáé ôï âåíæüëéï åßíáé áíôßóôïé÷á C6H12, C6H10, êáé C6H6. To êÜèå ìüñéï äéáèÝôåé Ýîé Üôïìá Üíèñáêá óõíäåäåìÝíá óå Ýíá äáêôýëéï. Íá ôïðïèåôÞóåôå ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ êáé ôïõò äåóìïýò Ýôóé, þóôå ôï êÜèå Üôïìï Üíèñáêá íá Ý÷åé ôÝóóåñéò äåóìïýò ðïõ èá îåêéíïýí áðü áõôü. Ôï ôïëïõüëéï åßíáé áíÜëïãï ìå ôï âåíæüëéï, áëëÜ áíôß ãéá Ýíá Üôïìï Ç Ý÷åé ìéá ïìÜäá CH3 óõíäåäåìÝíç ìå Ýíá Üôïìï Üíèñáêá. Ç Ýíùóç 1-åîÝíéï, ìå ôï ìïñéáêü ôýðï C6H12, Ý÷åé äýï Üôïìá õäñïãüíïõ ëéãüôåñá áðü áõôÜ ôïõ n-åîáíßïõ, C6H14. Ôï áñéèìçôéêü ðñüèåìá óçìáßíåé üôé ôï ðñþôï Üôïìï Üíèñáêá ôçò áëõóßäáò åßíáé óõíäåäåìÝíï ìå äéðëü äåóìü. 5. Ðïéïò áðü ôïõò ðñïçãïýìåíïõò õäñïãïíÜíèñáêåò áíôÝäñáóå åýêïëá ìå ôï áëêáëéêü äéÜëõìá ôïõ KMnO4 êáé ðïéïò ìå ôï äéÜëõìá ôïõ âñùìßïõ; 6. Ôé óõìðåñÜóìáôá âãÜëáôå ó÷åôéêÜ ìå ôç äñáóôéêüôçôá ôùí êïñåóìÝíùí õäñïãïíáíèñÜêùí; Ôé óõìðåñáßíåôå ó÷åôéêÜ ìå ôç äñáóôéêüôçôá ôùí áêïñÝóôùí õäñïãïíáíèñÜêùí;

ÅñùôÞìáôá ãéá ðñïâëçìáôéóìü. 1. Ðïéïé ðáñÜãïíôåò åõèýíïíôáé ãéá ôéò äéáöïñÝò áíÜìåóá óôá óçìåßá âñáóìïý ôùí ãñáììéêþí (n) êáé ôùí äéáêëáäéóìÝíùí éóïìåñþí ìå ôïõò ßäéïõò ìïñéáêïýò ôýðïõò; 2. Ðþò äéêáéïëïãåßôå ôï ãåãïíüò üôé üëïé ïé áêüñåóôïé õäñïãïíÜíèñáêåò ìå êõêëéêÞ äïìÞ äåí áíôéäñïýí êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï ìå ôï MKnO4 êáé ôï Br2;

412 Ðßíáêáò 16.2. ÌåñéêÜ áëêÝíéá êáé ïé éäéüôçôÝò ôïõò. ¼íïìá

Ìïñéáêüò ôýðïò

Óçìåßï ôÞîåùò (°C)

Óçìåßï âñáóìïý (°C)

-169,2

-104,0

ðñïðÝíéï

-185,2

-47,8

âïõôÝíéï-1

-185,4

-6,3

cis-âïõôÝíéï-2

-138,9

3,7

trans-âïõôÝíéï-2

-105,6

0,9

áéèÝíéï (áéèõëÝíéï)

H2C=CH2

éóïâïõôÝíéï

-

–6,6

äùäåêÝíéï-1

-35,2

213,4

16.7 Áêüñåóôïé õäñïãïíÜíèñáêåò. ~Ïðùò áíáöÝñèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 16.6, åêôüò áðü ôïõò êïñåóìÝíïõò õäñïãïíÜíèñáêåò õðÜñ÷ïõí êáé áêüñåóôïé. Ïé áêüñåóôïé õäñïãïíÜíèñáêåò ðåñéÝ÷ïõí äéðëïýò Þ ôñéðëïýò

Ó×ÇÌÁ 16-7. Óôåñåï÷çìéêü ðñüôõðï êáé óõíôáêôéêüò ôýðïò ôïõ áéèõëåíßïõ (Þ áéèåíßïõ), C2H4.

äåóìïýò Þ êáé ôá äýï. Óôéò åðüìåíåò ðáñáãñÜöïõò èá åîåôáóèåß Þ Ýííïéá «áêüñåóôïò». Ç ïíïìáóßá ôùí åíþóåùí ìå áðëïýò êáé äéðëïýò äåóìïýò åßíáé óõóôçìáôéêÞ, áêñéâþò üðùò óõìâáßíåé êáé óôçí ðåñßðôùóç ôùí êïñåóìÝíùí õäñïãïíáíèñÜêùí. Åíþóåéò ìå äéðëü äåóìü ëÝãïíôáé áëêÝíéá. Ç êáôÜëçîç -Ýíéï äçëþíåé üôé ðñüêåéôáé ãéá áêüñåóôç Ýíùóç ìå äéðëü äåóìü (ôá oíüìáôá ôùí åíþóåùí ìå ôñéðëü äåóìü êáôáëÞãïõí óå -ßíéï). Óôïí ðßíáêá 16.2 öáßíïíôáé ìåñéêÜ áëêÝíéá êáé ôá óõóôçìáôéêÜ ôïõò ïíüìáôá. ÐñïóÝîôå üôé ìïéÜæïõí ðÜñá ðïëý ìå ôá ïíüìáôá ôùí áëêáíßùí. Ôï ðñþôï áðü ôá áëêÝíéá, öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 16-7, öÝñåé ôï óõóôçìáôéêü üíïìá áéèÝíéï. Ôï ðáñáäïóéáêü ôïõ üíïìá åßíáé áéèõëÝíéï. Ôï ðáñáäïóéáêü üíïìá åßíáé ôüóï ðïëý äéáäåäïìÝíï áíÜìåóá óôïõò ÷çìéêïýò, þóôå èá ðñÝðåé åðßóçò íá ôï èõìÜóôå. ÃåíéêÜ, ôá áðëïýóôåñá ìÝëç êÜðïéá óåéñÜò åíþóåùí öÝñïõí ïíüìáôá, ôá ïðïßá åðåêñÜôçóáí ðïëý ðñéí äçìéïõñãçèåß Ýíáò óõóôçìáôéêüò ôñüðïò ïíïìáóßáò. Ãé’ áõôü åîáêïëïõèïýí íá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ôá åìðåéñéêÜ ôïõò ïíüìáôá. ÕäñïãïíÜíèñáêåò ìå ôñéðëü äåóìü ïíïìÜæïíôáé áëêßíéá. Óôïí ðßíáêá 16.3 áíáöÝñïíôáé ôá áðëïýóôåñá áëêßíéá. Êáé ðÜëé âëÝðïìå üôé ôï ðñþôï ìÝëïò ôçò óåéñÜò Ý÷åé Ýíá üíïìá, ôï ïðïßï äåí ôáéñéÜæåé ìå ôç óõóôçìáôéêÞ ïíïìáóßá, áëëÜ åßíáé áõôü ðïõ ó÷åäüí ï êáèÝíáò ãíùñßæåé. Ç Ýíùóç áõôÞ, ÇC = CH, ïíïìÜæåôáé

413 Ðßíáêáò 16.3. ÌåñéêÜ áëêßíéá êáé ïé éäéüôçôÝò ôïõò. ¼íïìá

Ìïñéáêüò ôýðïò

Óçìåßï ôÞîåùò (°C)

Óçìåßï âñáóìïý (°C)

áéèßíéï (áêåôõëÝíéï) ðñïðßíéï ðåíôßíéï-2

HCºCH HCºCCH3 CH3ºCCH2CH3

–81,8 –102,7 –101,0

–83,6* –23,2 55,5

* ÌåôáôñÝðåôáé êáôåõèåßáí áðü óôåñåü óå áôìü (åîá÷íïýôáé) óå ðßåóç 1 atm.

áêåôõëÝíéï (áéèßíéï). Ç äïìÞ ôçò äßíåôáé óôï ó÷Þìá 16-8. Ìéá áðü ôéò êïéíÝò ÷ñÞóåéò ôçò åßíáé óôéò ïîõãïíïêïëëÞóåéò. Ç öëüãá ôçò ïîõãïíïêïëëÞóåùò ïíïìÜæåôáé óõ÷íÜ ïîõãïíïáêåôõëåíéêÞ öëüãá, åðåéäÞ äçìéïõñãåßôáé áðü ôçí êáýóç áêåôõëåíßïõ óå Ýíá ñåýìá êáèáñïý ïîõãüíïõ. Ç öëüãá ðïõ ðáñÜãåôáé Ý÷åé åîáéñåôéêÜ õøçëÞ èåñìïêñáóßá, éêáíÞ íá ëéþóåé üëá ôá åßäç ôïõ óéäÞñïõ êáé ôïõ ÷Üëõâá. Ïé ðéèáíüôçôåò éóïìåñéþóåùò áíÜìåóá óôá áëêÝíéá åßíáé áêüìç ìåãáëýôåñåò áðü áõôÝò áíÜìåóá óôá áëêÜíéá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò ìåëåôÞóïìå ôá ôÝóóåñá éóïìåñÞ ôïõ âïõôåíßïõ ðïõ äßíïíôáé óôïí ðßíáêá 16.2. Êáô’ áñ÷Þí, äéáêñßíïìå üôé åßíáé äõíáôüí íá ìåôáâÜëëåôáé ç èÝóç ôïõ äéðëïý äåóìïý. Ìéá áðü ôéò äõíáôüôçôåò åßíáé ôï âïõôÝíéï-1 üðïõ ï áñéèìüò 1 äåß÷íåé ðùò ï äéðëüò äåóìüò âñßóêåôáé áíÜìåóá óå Ýíá áêñáßï Üôïìï Üíèñáêá (1) êáé ôï ãåéôïíéêü ôïõ (2). ~Ïôáí ï äéðëüò äåóìüò âñßóêåôáé áíÜìåóá óôï Üôïìï Üíèñáêá (2) êáé óôï Üëëï ãåéôïíéêü (3), ôï ìüñéï ïíïìÜæåôáé âïõôÝíéï-2. Óôç óõíÝ÷åéá, âëÝðïìå üôé õðÜñ÷ïõí äýï äõíáôüôçôåò âïõôåíßùí-2 åîáéôßáò ôçò cis êáé trans éóïìÝñåéáò. ÔÝëïò, õðÜñ÷åé Ýíá éóïìåñÝò ìå ôï üíïìá éóïâïõôÝíéï, óôï ïðïßï ç áëõóßäá ôïõ Üíèñáêá

äåí åßíáé åõèýãñáììç áëëÜ äéáêëáäéóìÝíç. Óçìåéþóôå üôé ôá êõêëéêÜ áëêÜíéá êáé ôá ìç êõêëéêÜ áëêÝíéá åßíáé éóïìåñÞ. Ãéá ðáñÜäåéãìá, êáé ôï êõêëïåîÜíéï êáé üëá ôá éóïìåñÞ åîÝíéá Ý÷ïõí ôïí ôýðï C6H12. Óôï ó÷Þìá 16-9 äßíïíôáé ïé óõíôáêôéêïß ôýðïé ôïõ êõêëïåîáíßïõ êáé äýï åê ôùí éóïìåñþí åîåíßùí, ôïõ åîåíßïõ -1 êáé ôïõ åîåíßïõ -2. Ôá áëêßíéá äéáèÝôïõí Ýíá åßäïò éóïìÝñåéáò, üðùò êáé ôá áëêÝíéá, áíÜëïãá ìå ôç èÝóç ôïõ ôñéðëïý äåóìïý ìÝóá óôçí áëõóßäá ôùí áíèñÜêùí. Óôïí ðßíáêá 16-3 äßíåôáé ç Ýíùóç ðåíôßíéï -2. ¸íá áðü ôá éóïìåñÞ ôçò åßíáé ôï ðåíôßíéï-1. Ôá áëêßíéá äåí Ý÷ïõí üìùò cis êáé trans éóïìåñÞ. ~Ïðùò öáßíåôáé êáé óôïí ôýðï ôïõ ðåíôéíßïõ -2, ïé äýï äåóìïß ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé H

H C

H H H

C

C

C

C

H

H H H H

C H

H

ÊõêëïåîÜíéï H C

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H ÅîÝíéï _ 1

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

Ó×ÇÌÁ 16-8. Óôåñåï÷çìéêü ðñüôõðï êáé óõíôáêôéêüò ôýðïò ôïõ áêåôõëåíßïõ.

EîÝíéï _ 2

H

Ó×ÇÌÁ 16-9. Óõíôáêôéêïß ôýðïé ìåñéêþí éóïìåñþí ìå ìïñéáêü ôýðï C6H12.

414

áéèõëÝíéï êáé ôï âïõôßíéï. ÅðåéäÞ ôá áëêÝíéá êáé ôá áëêßíéá Ý÷ïõí ôçí éêáíüôçôá íá óõíäÝïíôáé ìå áêüìç ðåñéóóüôåñá Üôïìá, ïíïìÜæïíôáé áêüñåóôá. ~Åôóé, ïé áêüñåóôïé õäñïãïíÜíèñáêåò Ý÷ïõí ÷þñï ãéá åðß ðëÝïí Üôïìá, åíþ ïé êïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò äåí Ý÷ïõí.

16.8 ÓõóôçìáôéêÜ ïíüìáôá ãéá ìç êõêëéêïýò õäñïãïíÜíèñáêåò.

áðü ìßá ïìÜäá -C º C- âñßóêïíôáé óôçí ßäéá åõèåßá ìå ôï äåóìü C º C. Ç åîÞãçóç áõôÞò ôçò ãñáììéêüôçôáò ôùí áëêéíßùí äüèçêå óôï êåöÜëáéï 15 (ðáñÜãñ. 15.7).

ðåíôßíéï-2

Ãéáôß Üñáãå ôá áëêÝíéá êáé ôá áëêßíéá ïíïìÜæïíôáé áêüñåóôïé õäñïãïíÜíèñáêåò; Óå áíôßèåóç ìå ôá ó÷åäüí áäñáíÞ áëêÜíéá, ïé áêüñåóôïé õäñïãïíÜíèñáêåò åßíáé éäéáßôåñá äñáóôéêïß. Ôï ðéï ÷áñáêôçñéóôéêü åßäïò áíôéäñÜóåþò ôïõò åßíáé ç ðñïóèÞêç Üëëùí áôüìùí óôïõò äéðëïýò Þ ôïõò ôñéðëïýò äåóìïýò. Öáßíåôáé óáí íá ìðïñåß íá áíïßîåé Ýíáò áðü ôïõò äýï äåóìïýò ôïõ äéðëïý äåóìïý Þ Ýíáò, áêüìç êáé äýï, áðü ôïõò ôñåéò äåóìïýò ôïõ ôñéðëïý äåóìïý, êáé óôç óõíÝ÷åéá ôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá íá ó÷çìáôßóïõí äåóìïýò ìå Üëëá Üôïìá. Ïé åîéóþóåéò ðïõ áêïëïõèïýí åßíáé ðáñáäåßãìáôá áõôïý ôïõ åßäïõò ôùí áíôéäñÜóåùí ãéá ôï *

Ïé ìç êõêëéêïß õäñïãïíÜíèñáêåò ïíïìáôßæïíôáé ìå êÜðïéï óõóôçìáôéêü ôñüðï ïíïìáôïëïãßáò, üðùò öáßíåôáé êáé óôïí ðßíáêá 16.4. Åêôüò áðü ëßãá ìç óõóôçìáôéêÜ ïíüìáôá, üðùò ôï áéèõëÝíéï êáé ôï áêåôõëÝíéï, ÷ñçóéìïðïéåßôáé êÜðïéï óôáèåñü óýóôçìá ñéæþí ïíïìáôïëïãßáò. Ìüíï ïé êáôáëÞîåéò äéáöÝñïõí. Ç ñßæá ìáò ðëçñïöïñåß ãéá ôïí áñéèìü ôùí áôüìùí Üíèñáêá ðïõ õðÜñ÷ïõí, êáé ç êáôÜëçîç ãéá ôï áí ç Ýíùóç åßíáé Ýíá áëêÜíéï, áëêÝíéï Þ áëêßíéï. Ïé ßäéåò ñßæåò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé êáé ãéá ôçí ïíïìáóßá åíþóåùí ðïõ ðåñéÝ÷ïõí Üôïìá Þ Üëëá óôïé÷åßá óõíäåäåìÝíá óå Ýíá «óêåëåôü» õäñïãïíÜíèñáêá. Ç ãíþóç ôùí ñéæþí âïçèÜ óôçí ïíïìáóßá êáé óôçí áíáãíþñéóç ôïõ ïíüìáôïò ôüóï ôùí õäñïãïíáíèñÜêùí, üóï êáé ôùí ðáñáãþãùí ôïõò. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé îåêéíþíôáò áðü ôá ðÝíôå Üôïìá Üíèñáêá, ïé ñßæåò óôç óõóôçìáôéêÞ ïíïìáôïëïãßá ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ôéò áíôßóôïé÷åò åëëçíéêÝò Þ ëáôéíéêÝò ïíïìáóßåò ôùí áñéèìþí, üðùò óõìâáßíåé êáé óå ðïëëÝò Üëëåò ãíùóôÝò ðåñéðôþóåéò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, Ýíá åîÜãùíï (hexagon) åßíáé Ýíá ðïëýãùíï ìå Ýîé ðëåõñÝò. ~Åíá ïêôÝôï (octet) åßíáé ìéá «óýíèåóç» ãéá ïêôþ ìïõóéêÜ üñãáíá (Þ åßíáé ìéá ïìÜäá áðü ïêôþ üñãáíá ðïõ ðáßæïõí ìïõóéêÞ), êáé ìéá äåêáåôßá (decade) åßíáé ìéá ðåñßïäïò äÝêá åôþí*.

Ó .ô.Ì. Ôá ðáñáäåßãìáôá áõôÜ åßíáé äéåõêñéíéóôéêÜ êõñßùò ãéá ôïõò ìáèçôÝò ôùí ÇÐÁ.

415 Ðßíáêáò 16.4. áíáêåöáëáßùóç ôùí ïíïìÜôùí ôùí õäñïãïíáíèñÜêùí. Áñéèìüò áôüìùí Üíèñáêá 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ñßæá

ÁëêÜíéá

ìåèáéèðñïðâïõôðåíôåîåðôïêôåííåäåê-

ìåèÜíéï áéèÜíéï ðñïðÜíéï âïõôÜíéï ðåíôÜíéï åîÜíéï åðôÜíéï ïêôÜíéï åííåÜíéï äåêÜíéï

16.9 Áñùìáôéêïß õäñïãïíÜíèñáêåò: Ôï âåíæüëéï êáé ðáñÜãùãÜ ôïõ. Ìéá Üëëç óçìáíôéêÞ êáôçãïñßá ïñãáíéêþí åíþóåùí, åíôåëþò äéáöïñåôéêþí áðü áõôÝò ðïõ ðåñéåãñÜöçóáí ìÝ÷ñé ôþñá, åßíáé åêåßíåò ïé áêüñåóôåò åíþóåéò ðïõ ïíïìÜæïíôáé áñùìáôéêïß õäñïãïíÜíèñáêåò. Ôï áðëïýóôåñï ðáñÜäåéãìá åßíáé ôï âåíæüëéï, ìéá êõêëéêÞ Ýíùóç ìå Ýîé Üôïìá Üíèñáêá óå ó÷Þìá äáêôõëßïõ, ìå ôýðï C6Ç6. O âåíæïëéêüò äáêôýëéïò åßíáé åðßðåäïò êáé Ý÷åé ó÷Þìá êáíïíéêïý åîáãþíïõ, üðùò öáßíåôáé êáé óôï óõíôáêôéêü ôýðï ðïõ áêïëïõèåß:

ÕðÜñ÷åé üìùò êÜðïéá äõóêïëßá üôáí ðñüêåéôáé íá ðáñáóôáèïýí ïé äåóìïß óôï âåíæüëéï êáé óôá ðáñÜãùãÜ ôïõ. ÊÜôé ôÝôïéï èá ìðïñïýóå ßóùò íá ãßíåé ìå Ýíáí áðü ôïõò áêüëïõèïõò ôñüðïõò:

Êáé ïé äýï áõôÝò äïìÝò éêáíïðïéïýí ôïõò ðñïçãïýìåíïõò êáíüíåò óèÝíïõò ôïõ Üíèñáêá, áëëÜ õðÜñ÷åé Ýíá óïâáñü ëÜèïò. Ç êÜèå ìßá äïìÞ

ÁëêÝíéá áéèÝíéï (áéèõëÝíéï) ðñïðÝíéï âïõôÝíéï ðåíôÝíéï åîÝíéï åðôÝíéï ïêôÝíéï åííÝíéï äåêÝíéï

Áëêßíéá áéèßíéï (áêåôõëÝíéï) ðñïðßíéï âïõôßíéï ðåíôßíéï åîßíéï åðôßíéï åêôßíéï åííåÀíéï äåêßíéï

äåß÷íåé ôñåéò áðü ôïõò äåóìïýò ÜíèñáêáÜíèñáêá ùò äéðëïýò äåóìïýò êáé ôñåéò ùò áðëïýò. ~Åíá ðëÞèïò ðåéñáìáôéêþí äåäïìÝíùí üìùò äåß÷íåé üôé äåí óõìâáßíåé êÜôé ôÝôïéï. Áíôßèåôá éó÷ýåé ôï åîÞò: Ï êáèÝíáò áðü ôïõò Ýîé äåóìïýò Üíèñáêá-Üíèñáêá åßíáé áêñéâþò ßäéïò ìå ôïõò Üëëïõò. Ôï ðñüâëçìá áõôü ôï îáíáóõíáíôÞóáìå óôçí ðåñßðôùóç ôïõ íéôñéêïý éüíôïò, óôï êåöÜëáéï 15. Äåí õðÜñ÷åé êáé óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ ìéá äéÜôáîç äåóìþí éêáíÞ íá áðåéêïíßóåé ìå áêñßâåéá ôçí ðñáãìáôéêÞ äïìÞ êáé ôçí çëåêôñéêÞ êáôáíïìÞ óôï ìüñéï. ÕðÜñ÷ïõí äýï ôñüðïé ðñïêåéìÝíïõ íá áíôéìåôùðéóèåß Ýíá ôÝôïéï ðñüâëçìá. Ï Ýíáò åßíáé ç ìÝèïäïò ôïõ óõíôïíéóìïý. Óýìöùíá ìå ôç ìÝèïäï áõôÞ, åßíáé äõíáôüí íá èåùñçèåß üôé ôï âåíæüëéï äåí áðåéêïíßæåôáé ìå Ýíá ìüíï áðü ôïõò ðáñáðÜíù ôýðïõò, áëëÜ áðåéêïíßæåôáé ìÜëëïí ìå êÜðïéï óõíäõáóìü êáé ôùí äýï óå Ýíáí. Ç ðñáãìáôéêÞ êáôáíïìÞ ôùí çëåêôñïíßùí åßíáé Ýíá õâñßäéï óõíôïíéóìïý êáé ôùí äýï. ~Åíáò Üëëïò ôñüðïò ãéá íá áðåéêïíéóèåß ç çëåêôñïíéêÞ êáôáíïìÞ åßíáé ìå ôç âïÞèåéá ôùí «ìïñéáêþí ôñï÷éáêþí» êáé ü÷é ôùí áôïìéêþí ôñï÷éáêþí. Óôï ðñüôõðï ôùí áôïìéêþí ôñï÷éáêþí ôïõ âåíæïëßïõ êÜèå Ýíá áðü ôá ôñßá æåýãç çëåêôñïíßùí ðïõ ó÷çìáôßæïõí ôï äåýôåñï äåóìü óôïõò äéðëïýò äåóìïýò âñßóêåôáé ôïðïèåôçìÝíï áíÜìåóá óå Ýíá óõãêåêñéìÝíï æåýãïò áôüìùí Üíèñáêá. Óôï ðñüôõðï ôùí ìïñéáêþí ôñï÷éáêþí, ôá çëåêôñüíéá êáôáíÝìïíôáé ïìïéüìïñöá ðÜíù áðü ïëüêëçñï ôï åîÜãùíï ôùí áôüìùí Üíèñáêá ó÷çìáôßæïíôáò äýï äáêôõëßïõò ôïðïèåôçìÝíïõò

416

Friedrich A. Kekulé von Stradowitz (1829 - 1896)

Óå íåáñÞ çëéêßá ï Friedrich Kekulé áðïöÜóéóå íá óðïõäÜóåé áñ÷éôåêôïíéêÞ. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí óðïõäþí ôïõ üìùò, ðáñáêïëïýèçóå ìåñéêÝò äéáëÝîåéò, ðïõ Ýäùóå ï äéÜóçìïò Ãåñìáíüò ÷çìéêüò Liebig, êáé åíèïõóéÜóèçêå ôüóï ðïëý, þóôå áðïöÜóéóå íá ãßíåé êáé ï ßäéïò ÷çìéêüò. Ç áñ÷éêÞ ôïõ åíáó÷üëçóç ìå ôçí áñ÷éôåêôïíéêÞ äåí ðÞãå ÷áìÝíç. Åß÷å áðïêôÞóåé ï Kekulé ìéá óõíÞèåéá íá åîåôÜæåé ðÜíôá ôï ó÷Þìá êáé ôç äïìÞ ôùí õëéêþí ìå ôá ïðïßá áó÷ïëïýíôáí. ÌåôÜ áðü ìéá ìéêñÞ ðáñáìïíÞ ôïõ óôï ÐáíåðéóôÞìéï ôçò ãåñìáíéêÞò ðüëåùò Heidelberg, ìåôáêüìéóå óôï ÐáíåðéóôÞìéï ôïõ Ghent, óôï ÂÝëãéï, üðïõ ôï 1858 Ýãéíå êáèçãçôÞò ôçò ÷çìåßáò. Äåí Þôáí éêáíïðïéçìÝíïò ìå ôïí ôñüðï ãñáöÞò ôùí åíþóåùí, äçëáäÞ ìüíï âÜóåé ôïõ ìïñéáêïý ôïõò ôýðïõ, ãéáôß ï ôýðïò áõôïý ôïõ åßäïõò äåí Ýëåãå ôßðïôá ãéá ôç äïìÞ ôïõ ìïñßïõ. Ðñüôåéíå üôé ôï ôåôñáóèåíÝò Üôïìï Üíèñáêá èá ìðïñïýóå íá óõíäåèåß ìå Üëëá Üôïìá Üíèñáêá êáé íá ó÷çìáôßóåé áëõóßäåò. Åðßóçò, óêÝöèçêå üôé ïé äåóìïß áíÜìåóá óôá Üôïìá èá ìðïñïýóáí íá ðáñáóôáèïýí ìå ìéêñÝò ðáýëåò. Áí êáé ôçí ßäéá åðï÷Þ Ýíáò ÓêùôóÝæïò ÷çìéêüò ìå ôï üíïìá Couper åß÷å êÜíåé ìéá áíÜëïãç ðñüôáóç, ôåëéêÜ

åðåêñÜôçóå ïé ôýðïé áõôïý ôïõ åßäïõò íá ÷áñáêôçñßæïíôáé ùò ôýðïé ôïõ Kekulé. Oé ôýðïé ôïõ Kekulé êáôÝóôçóáí åýêïëç ôç ãñáöÞ ðïëõðëüêùí ÷çìéêþí åíþóåùí. Ðñéí áðü ôçí åìöÜíéóç áõôþí ôùí ôýðùí äåí õðÞñ÷å ôñüðïò íá äéêáéïëïãçèåß ç ýðáñîç ôùí éóïìåñþí. ÅöåîÞò ç äéÜêñéóç áíÜìåóá óôá éóïìåñÞ Þôáí åýêïëç. ÐáñÜ ôéò íåüôåñåò ðñïôÜóåéò ãéá ðáñÜóôáóç ÷çìéêþí äåóìþí, áõôïß ïé óõíôáêôéêïß ôýðïé ôïõ Kekulé åîáêïëïõèïýí, ðÜíù áðü åêáôü ÷ñüíéá ìåôÜ ôçí åìöÜíéóÞ ôïõò, íá áðïôåëïýí ÷ñÞóéìá åñãáëåßá ãéá ôïõò ÷çìéêïýò. Åíþ ï ìïñéáêüò ôýðïò ôï âåíæïëßïõ Þôáí áðü êáéñü ãíùóôüò, ï Kekulé äåí Þôáí óå èÝóç íá ðáñáóôÞóåé ìå ôïõò äéêïýò ôïõ ôýðïõò ôç äïìÞ áõôÞò ôçò êïéíÞò ïõóßáò. Ìéá ìÝñá, êáèþò ìéóïêïéìüôáí ìðñïóôÜ óôï ôæÜêé ôïõ äùìáôßïõ ôïõ óôï Ghent, ïíåéñåýôçêå áëõóßäåò áôüìùí ìå ìïñöÞ öéäéþí íá ÷ïñåýïõí êáé íá óöõñßæïõí ìðñïóôÜ óôá ìÜôéá ôïõ. Áñãüôåñá Ýëåãå: «ÎáöíéêÜ Ýíá áðü ôá ößäéá Üñðáîå ôçí ïõñÜ ôïõ êáé ï äáêôýëéïò ðïõ ó÷çìáôßóèçêå óöýñéæå åîïñãéóôéêÜ ìðñïóôÜ óôá ìÜôéá ìïõ. Îýðíçóá óáí áðü áóôñáðÞ êáé ðÝñáóá ôçí õðüëïéðç íýêôá åðåîåñãáæüìåíïò ôéò ëïãéêÝò óõíÝðåéåò ìéáò ôÝôïéáò õðïèÝóåùò». ÁðïôÝëåóìá ôïõ ïíåßñïõ ôïõ Þôáí ôï ãíùóôü óÞìåñá êõêëéêü ó÷Þìá ôïõ ìïñßïõ ôïõ âåíæïëßïõ. Ëüãù ôçò öÞìçò ôïõ ï Êekulé êáôÜöåñå íá äéïñãáíþóåé ôï Ðñþôï Ðáãêüóìéï ÓõíÝäñéï ×çìåßáò ôï 1861 óôçí ðüëç Karlsruhe ôçò Ãåñìáíßáò. ÕðÞñîå áðü ôïõò ðñþôïõò ÷çìéêïýò ðïõ ÷áñáêôÞñéóáí ôçí ïñãáíéêÞ ÷çìåßá ùò ôç ÷çìåßá ôùí ïñãáíéêþí åíþóåùí ôïõ Üíèñáêá, ìéá èÝóç ðïõ äéçýñõíå êáôÜ ðïëý ôá üñéá áõôÞò ôçò åðéóôÞìçò (ìÝ÷ñé ôüôå åðéêñáôïýóå ç Üðïøç üôé áíôéêåßìåíï ôçò ÷çìåßáò åßíáé ç áðëÞ ìåëÝôç ôùí åíþóåùí ðïõ ðáñÜãïíôáé áðü ôïõò æùíôáíïýò ïñãáíéóìïýò).

417

Ç

Ç C

Ç

C C

C C

Ç

âñùìïâåíæüëéï Ç

C Ç

Ó×ÇÌÁ 16-10. Ïé óêéáóìÝíåò ðåñéï÷Ýò äåß÷íïõí ðþò êáôáíÝìïíôáé ôá çëåêôñüíéá óôá ìïñéáêÜ ôñï÷éáêÜ ðïõ ìïéÜæïõí ìå äýï åîáãùíéêÜ óùóßâéá, ôï Ýíá ðÜíù êáé ôï Üëëï êÜôù áðü ôï åðßðåäï ôïõ âåíæïëßïõ.

ðÜíù êáé êÜôù áðü ôï åðßðåäï ôïõ åîáãþíïõ, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 16-10 (ôá ìïñéáêÜ ôñï÷éáêÜ åîåôÜóèçêáí óôçí ðáñÜãñáöï 15.9). ÏðïéïäÞðïôå ðñüôõðï êáé áí åðéëåãåß, áõôü ôïõ óõíôïíéóìïý Þ åêåßíï ôùí ìïñéáêþí ôñï÷éáêþí, åßíáé áðáñáßôçôï íá äéêáéïëïãåß ôçí ïìïéüìïñöç êáôáíïìÞ ôùí çëåêôñïíßùí ãýñù áðü ïëüêëçñï ôï âåíæïëéêü äáêôýëéï, êáé íá åêöñÜæåé ôçí çëåêôñïíéêÞ áõôÞ êáôáíïìÞ êáôÜ ôç ãñáöÞ ôùí ÷çìéêþí ôýðùí. Ïé ÷çìéêïß ó÷åäéÜæïõí ðÜíôá Ýíá åîÜãùíï, ãéá íá ôïðïèåôÞóïõí ôá Ýîé Üôïìá Üíèñáêá êáé ôá óõíäåäåìÝíá õäñïãüíá, ôï ïðïßï óõìðëçñþíïõí ó÷åäéÜæïíôáò Ýíáí êýêëï óôï êÝíôñï ôïõ, ãéá íá áðåéêïíßóïõí ôçí êáôáíïìÞ ôùí çëåêôñïíßùí ðÜíù êáé êÜôù áðü ôï äáêôýëéï, üðùò ï ôýðïò ðïõ áêïëïõèåß:

ÁíôéäñÜóåéò õðïêáôáóôÜóåùò ôïõ âåíæïëßïõ. Ôï âåíæüëéï äåí åìöáíßæåé ïýôå ôçí ôõðéêÞ äñáóôéêüôçôá ïýôå ôç óõíÞèç áíôßäñáóç ðñïóèÞêçò ôïõ áéèõëåíßïõ. Ôï âåíæüëéï äåí áíôéäñÜ ìå âñþìéï þóôå íá ó÷çìáôßóåé Ýíá áðëü ðñïúüí ðñïóèÞêçò óôï äéðëü äåóìü. Áíôßèåôá ôï âåíæüëéï áíôéäñÜ ìå âñþìéï ùò åîÞò:

ÊáôÜ ôçí áíôßäñáóç áõôÞ, ðïõ ïíïìÜæåôáé âñùìßùóç, Ýíá áðü ôá Üôïìá õäñïãüíïõ áíôéêáèßóôáôáé ìå Ýíá Üôïìï âñùìßïõ. Åßíáé óçìáíôéêü íá ôïíéóèåß üôé ç ÷áñáêôçñéóôéêÞ çëåêôñïíéêÞ êáôáíïìÞ ôïõ äáêôõëßïõ, üðùò áðåéêïíßæåôáé ìå ôï êõêëéêü óýìâïëï, äåí åðçñåÜæåôáé. Áí êáé áõôÞ ç êáôáíïìÞ ôùí çëåêôñïíßùí åßíáé Ýíá åßäïò áêïñåóôüôçôáò, ôï âåíæüëéï åìöáíßæåé ðïëý ìéêñüôåñç ôÜóç íá áíôéäñÜóåé êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï áðü ü,ôé ï äéðëüò Þ ôñéðëüò äåóìüò ôùí áëêåíßùí êáé ôùí áëêéíßùí. Ç ÷áñáêôçñéóôéêÞ áíôßäñáóç ôùí áñùìáôéêþí ìïñßùí, üðùò ôï âåíæüëéï, åßíáé ç õðïêáôÜóôáóç ôùí áôüìùí ôïõ õäñïãüíïõ êáé ü÷é ç ðñïóèÞêç óôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá. ~Åíá Üëëï ðáñÜäåéãìá ôùí ÷áñáêôçñéóôéêþí áíôéäñÜóåùí õðïêáôáóôÜóåùò ôïõ âåíæïëßïõ óõìâáßíåé ìå ôï íéôñéêü ïîý êáé ïíïìÜæåôáé íßôñùóç:

Ç áíôßäñáóç õðïêáôáóôÜóåùò áðïôåëåß ìéá óõíçèéóìÝíç ìÝèïäï ðáñáóêåõÞò ðëÞèïõò ïñãáíéêþí åíþóåùí, ôéò ïðïßåò óõíèÝôïõí ïé ÷çìéêïß ðïõ áó÷ïëïýíôáé ìå ôçí ïñãáíéêÞ ÷çìåßá. Ç ìÝèïäïò ôçò õðïêáôáóôÜóåùò ôïõò åðéôñÝðåé íá ðñïóèÝóïõí ÷áñáêôçñéóôéêÝò ïìÜäåò óôï ìüñéï ôïõ âåíæïëßïõ. Ïé ïìÜäåò áõôÝò åßíáé äõíáôüí óôç óõíÝ÷åéá, ìå åðß ðëÝïí áíôéäñÜóåéò, åßôå íá ìåôáôñáðïýí óå Üëëåò ïìÜäåò åßôå íá óõíäåèïýí ìå ìåñéêÜ Üëëá óôïé÷åßá Þ åíþóåéò. Ìå áõôïý ôïõ åßäïõò ôéò áíôéäñÜóåéò ðáñÜãåôáé Ýíáò ðïëý ìåãÜëïò áñéèìüò óçìáíôéêþí ÷çìéêþí åíþóåùí. ÐïëëÝò áðü áõôÝò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé êáèçìåñéíÜ äéåèíþò. ÌåñéêÜ áðü ôá óçìáíôéêÜ ðáñÜãùãá ôïõ âåíæïëßïõ áíáöÝñïíôáé óôïí ðßíáêá 16.5.

418 Ðßíáêáò 16.5 ÌåñéêÜ ðáñÜãùãá ôïõ âåíæïëßïõ. ÄïìÞ

¼íïìá

×ñÞóåéò

Áíéëßíç

ÂáóéêÞ ðñþôç ýëç ãéá ôçí ðáñáãùãÞ ðïëëþí ÷ñùìÜôùí êáé öáñìÜêùí

Öáéíüëç

Ìéêñïâéïêôüíï êáé áðïëõìáíôéêü

Áóðéñßíç

Áíáëãçôéêü

Âáíéëëßíç

Ðñüóèåôï ôñïößìùí

Öáéíáêåôßíç

Áíáëãçôéêü (åíäåßêíõôáé ãéá ðïíïêåöÜëïõò)

Õäñïêéíüíç

ÅìöÜíéóç öùôïãñáöéþí

«ÍïâïêáÀíç» (ðñïêáÀíç)

Ôïðéêü áíáéóèçôéêü

ÓôõñÝíéï

ÌïíïìåñÝò ãéá ôçí ðáñáóêåõÞ ðëáóôéêþí ðïëõóôõñåíßïõ

419

Percy Lavon Julian (1899 - 1975)

O Percy Julian, åããïíüò åíüò ðñþçí óêëÜâïõ, üôáí áðïöïßôçóå áðü ôçí êñáôéêÞ ìÝóç ó÷ïëÞ ãéá íÝãñïõò ôïõ Ìïíôãêüìåñõ ôçò ÁëáìðÜìá óôéò ÇÐÁ, óõíÝ÷éóå ôéò óðïõäÝò ôïõ óôï ðáíåðéóôÞìéï DePauw ôçò ÉíäéÜíá, áðü üðïõ ôåëéêÜ áðïöïßôçóå ôï 1920 ðñþôïò óôçí ôÜîç ôïõ. Ðáñ’ üëåò ôéò êáëÝò åðéäüóåéò ôïõ, óôï DePauw, êáíÝíá ðáíåðéóôÞìéï äåí åðéèõìïýóå íá åãêñßíåé õðïôñïößá ãéá ìåôáðôõ÷éáêÝò óðïõäÝò óå Ýíá ìáýñï óðïõäáóôÞ. ÁðïãïçôåõìÝíïò áðü áõôÞí ôçí áðüññéøç ï Julian áðïöÜóéóå íá äéäÜîåé ÷çìåßá óôï ðáíåðéóôÞìéï Fisk ôïõ Nashville, óôï Tennessee. ÌÝóá óå äýï ÷ñüíéá êÝñäéóå ìéá èÝóç ãéá ìåôáðôõ÷éáêÜ óôç ÷çìåßá óôï ðáíåðéóôÞìéï ôïõ ×Üñâáñíô, üðïõ êáé åêåß åß÷å åîáéñåôéêÝò åðéäüóåéò. Ôüôå Ýèåóå õðïøçöéüôçôá ãéá ìéá èÝóç âïçèïý êáèçãçôÞ, þóôå íá ìðïñÝóåé íá ðñïùèÞóåé êáé ôï äéäáêôïñéêü ôïõ. Ïé ðñïêáôáëÞøåéò ãéá Üëëç ìéá öïñÜ óôÜèçêáí åìðüäéï óôï äñüìï ôïõ. ~Åîé ÷ñüíéá áñãüôåñá, ìåôÜ áðü áñêåôïýò äéïñéóìïýò ôïõ ùò êáèçãçôÞ óå êïëëÝãéá ãéá ìáýñïõò óðïõäáóôÝò, êÝñäéóå ìéá õðïôñïößá ãéá ôç ÂéÝííç üðïõ ðÞñå ôï äéäáêôïñéêü ôïõ, ôï 1931. ~Ïóï âñéóêüôáí óôç ÂéÝííç, áó÷ïëÞèçêå ìå ôç öõóïóôéãìßíç, Ýíá öÜñìáêï ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôç èåñáðåßá ôïõ ãëáõêþìáôïò. Ôï ãëáýêùìá åßíáé ìéá áóèÝíåéá ôùí ïöèáëìþí ðïõ äçìéïõñãåß ìåãÜëç ðßåóç óôï åóùôåñéêü ôïõ âïëâïý. Ç

öõóïóôéãìßíç åß÷å áðïìïíùèåß êáé ðñïóäéïñéóèåß ôï 1865, áëëÜ êáíåßò äåí åß÷å êáôáöÝñåé íá ðñïóäéïñßóåé ôç äïìÞ ôçò Þ íá ôçí ðáñáóêåõÜóåé óõíèåôéêÜ. Ï Julian Ýìáèå üôé ôá öáóüëéá ôçò óüãéáò ðåñéÝ÷ïõí öõóïóôéãìßíç êáé áðïöÜóéóå íá áíôéìåôùðßóåé ôï ðñüâëçìá ôçò óõíèåôéêÞò ðáñáóêåõÞò ôçò. ~Áñ÷éóå íá åñãÜæåôáé ðÜíù óå áõôü ôï ðñüãñáììá ìüëéò åðÝóôñåøå óôéò ÇíùìÝíåò Ðïëéôåßåò. ÔÝóóåñá ÷ñüíéá áñãüôåñá, ìáæß ìå ôïí Joseph Pikl, ðïõ ôïí åß÷å áêïëïõèÞóåé áðü ôç ÂéÝííç, áíåêïßíùóáí ôç äïìÞ êáé ôç ìÝèïäï óõíèÝóåùò áõôÞò ôçò ðïëýðëïêçò åíþóåùò:

Öõóïóôéãìßíç

Êáôüðéí áõôÞò ôçò åðéôõ÷ßáò, ï Percy Julian äéïñßóèçêå óôç èÝóç ôïõ õðåýèõíïõ ÷çìéêïý êáé äéåõèõíôÞ Ýñåõíáò óôç ìåãÜëç âéïìç÷áíßá êáôáóêåõÞò ÷ñùìÜôùí êáé âåñíéêéþí Glidden. Ï äéïñéóìüò áõôüò ÷Üñáîå ôï äñüìï ãéá ôçí áðáó÷üëçóç êáé Üëëùí ìáýñùí. Åîáêïëïýèçóå íá åñãÜæåôáé ìåëåôþíôáò ôá öáóüëéá, ôçò óüãéáò êáé ðáñÞãáãå ðïëëÝò ÷ñÞóéìåò ïõóßåò áðü áõôÜ, óõìðåñéëáìâáíïìÝíùí êáé ôùí ïñìïíþí. Ïé ïñìüíåò ðïõ õðÜñ÷ïõí óôç öýóç ðáñÜãïíôáé áðü æùíôáíïýò ïñãáíéóìïýò. ÁõôÝò ïé ðïëý óçìáíôéêÝò ïõóßåò, êáèïñßæïõí ðïëëÝò ëåéôïõñãßåò ôïõ óþìáôïò, üðùò ç áíÜðôõîç, ç áíáðáñáãùãÞ êáé ï ìåôáâïëéóìüò. Ìßá áðü ôéò ïñìüíåò ðïõ ðáñåóêåýáóå ï Julian Þôáí ç êïñôéæüíç, ç ïðïßá ÷ñçóéìïðïéåßôáé êáé ãéá ôç èåñáðåßá ôçò ñåõìáôïåéäïýò áñèñßôéäáò. Ç êïñôéæüíç ðïõ ðáñáóêåýáóå áðü êïñôåîåëüíç, ìéá ïõóßá ôùí öáóïëéþí ôçò óüãéáò, êüóôéóå ìüíï ìåñéêÝò äñá÷ìÝò áíÜ ãñáììÜñéï. ÐñïçãïõìÝíùò ç êïñôéæüíç Þôáí ìüíï öõóéêÞò ðñïåëåýóåùò êáé óôïß÷éæå áñêåôÝò ÷éëéÜäåò äñá÷ìÝò ôï ãñáììÜñéï.

420

Ðåñßëçøç. Ëüãù ôïõ üôé ïé ãíùóôÝò ïñãáíéêÝò åíþóåéò åßíáé ôüóï ðïëëÝò (ðÜíù áðü åêáôïììýñéï), åßíáé ðñïöáíÝò üôé ÷ñåéÜæåôáé êÜðïéá ìÝèïäïò ïíïìáôïëïãßáò êáé êáôáôÜîåùò óýìöùíá ìå Ýíá óõóôçìáôéêü ôñüðï. ÅðåéäÞ ãéá ðïëëÝò ïñãáíéêÝò åíþóåéò åîáêïëïõèïýí íá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ôá åìðåéñéêÜ (áí êáé áõèáßñåôá) ïíüìáôá ðïõ ôïõò äüèçêáí áñ÷éêÜ, åßíáé óõ÷íÜ áðáñáßôçôï íá ìáèáßíåé êÜðïéïò êáé ôçí ðáëáéÜ êáé ôçí áðïäåêôÞ óÞìåñá ùò åðéóôçìïíéêÞ ïíïìáôïëïãßá. Ìéá óçìáíôéêÞ êáôçãïñßá ïñãáíéêþí åíþóåùí åßíáé ïé õäñïãïíÜíèñáêåò, åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ìüíïí Üôïìá õäñïãüíïõ êáé Üíèñáêá. Ç ïìÜäá áõôÞ õðïäéáéñåßôáé óå êïñåóìÝíïõò êáé áêüñåóôïõò õäñïãïíÜíèñáêåò, áíÜëïãá ìå ôï åßäïò ôùí äåóìþí ðïõ óõíäÝïõí ôá Üôïìá ìåôáîý ôïõò. Ïé êïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò åßíáé ó÷åôéêÜ áäñáíåßò, åêôüò áí âñßóêïíôáé óå õøçëÝò èåñìïêñáóßåò. Áíôßèåôá ïé áêüñåóôïé õäñïãïíÜíèñáêåò åßíáé åîáéñåôéêÜ äñáóôéêïß. ÐñïóëáìâÜíïõí ðïëý åýêïëá ìüñéá, üðùò ôï Ç 2, ôï ÇCl, ôï Br2 ê.ë.ð. Ìéá ôñßôç õðïäéáßñåóç áðïôåëåß ç Üëëç ïìÜäá áêïñÝóôùí åíþóåùí, áõôÞ ôùí áñùìáôéêþí õäñïãïíáíèñÜêùí (ôï âåíæüëéï êáé ôá ðáñÜãùãÜ ôïõ). Ïé åíþóåéò áõôÝò ÷áñáêôçñßæïíôáé áðü êõêëéêÝò äïìÝò ôùí áôüìùí ôïõò. Ïé äáêôýëéïé

óõíÞèùò áðåéêïíßæïíôáé ìå Ýíá åîÜãùíï, ðïõ Ý÷åé Ýíáí êýêëï óôï åóùôåñéêü ôïõ. Ï êýêëïò õðïäçëþíåé üôé õðÜñ÷åé ßóç (óôï âåíæüëéï) äÝóìåõóç áíÜìåóá óå üëá ôá ãåéôïíéêÜ æåýãç ôùí áôüìùí ôïõ Üíèñáêá. Ïé áñùìáôéêïß õäñïãïíÜíèñáêåò ðáñÝ÷ïõí êõñßùò áíôéäñÜóåéò õðïêáôáóôÜóåùò, êáôÜ ôéò ïðïßåò Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ áíôéêáèßóôáôáé áðü Üëëï Üôïìï Þ ïìÜäá áôüìùí.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íá ðåñéãñÜøåôå ôïí ôñüðï óõíäÝóåùò ôùí áôüìùí C êáé Ç ìÝóá óå Ýíáí êïñåóìÝíï õäñïãïíÜíèñáêá. Ðþò äéêáéïëïãåßôáé ç ó÷åôéêÞ áäñÜíåéá áõôÞò ôçò ïìÜäáò ïñãáíéêþí åíþóåùí; 2. Íá ðåñéãñÜøåôå ôïí ôñüðï óõíäÝóåùò ìÝóá óå Ýíáí áêüñåóôï õäñïãïíÜíèñáêá. Ðþò äéêáéïëïãåßôáé ç ó÷åôéêÞ äñáóôéêüôçôá ðïõ åìöáíßæïõí áõôïý ôïõ åßäïõò ôá ìüñéá; 3. Ó÷åäéÜóôå ôïõò äýï ôýðïõò ôïõ âåíæïëßïõ, ðïõ äåß÷íïõí ôéò óõãêåêñéìÝíåò èÝóåéò ôùí äéðëþí äåóìþí êáé äéêáéïëïãÞóôå ãéáôß êáíåßò áðü áõôïýò äåí áðåéêïíßæåé óùóôÜ ôç óýíäåóç áõôÞ. Ó÷åäéÜóôå ìå êÜðïéï Üëëï ó÷Þìá ôï ìüñéï ôïõ âåíæïëßïõ.

×áñáêôçñéóôéêÝò äñáóôéêÝò ïìÜäåò êáèïñßæïõí ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí ïñãáíéêþí ìïñßùí 16.10 ÃåíéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí äñáóôéêþí ïìÜäùí. Ó÷åäüí üëåò ïé áíôéäñÜóåéò êáé ïé öõóéêÝò éäéüôçôåò ôçò áéèáíüëçò, C2H5OH,

åßíáé äõíáôüí íá åñìçíåõèïýí áðü ôç óõìðåñéöïñÜ ôçò õäñïîõ-ïìÜäáò (-ÏÇ), ç ïðïßá áðïôåëåß êáé ôç äñáóôéêÞ ïìÜäá ôçò. Ïé áíôéäñÜóåéò ãßíïíôáé ìå ôçí ïìÜäá -ÏÇ, åíþ ôï Üëëï ìÝñïò ôïõ ìïñßïõ, C2H5, ðáñáìÝíåé óõíÞèùò áíÝðáöï. Ïé áíôéäñÜóåéò áõôÝò

õðïäçëþíïõí üôé ôï ìüñéï ôçò áéèáíüëçò áðïôåëåßôáé áðü äýï óçìáíôéêÜ ôìÞìáôá. Ôï ôìÞìá ðïõ ìåôáâÜëëåôáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò åßíáé ç õäñïîõ-ïìÜäá, -ÏÇ. Ôï ôìÞìá ôï ïðïßï óõíÞèùò äåí ìåôáâÜëëåôáé åßíáé ç áéèõëïïìÜäá, ôçò ïðïßáò ï ôýðïò åßíáé ï ðáñáêÜôù:

Ç ãåíéêÞ áñ÷Þ ôçò ìç ìåôáâëçôüôçôáò ôïõ ôìÞìáôïò ôïõ ìïñßïõ ðïõ áíôéóôïé÷åß óôïõò õäñïãïíÜíèñáêåò åßíáé ðïëý óçìáíôéêÞ ãéá ôçí ïñãáíéêÞ ÷çìåßá. Óõãêåíôñþíåôáé Ýôóé ç ðñïóï÷Þ óôéò ïìÜäåò ïé ïðïßåò ìåôáâÜëëïíôáé, äçëáäÞ óôéò

421

äñáóôéêÝò ïìÜäåò. Áí ãßíåé êáôáíïçôÞ ç ÷çìéêÞ óõìðåñéöïñÜ ìéáò óõãêåêñéìÝíçò äñáóôéêÞò ïìÜäáò ãéá êÜðïéá Ýíùóç, ôüôå åßíáé ãåíéêÜ áðïäåêôü üôé êáé ç ÷çìéêÞ óõìðåñéöïñÜ ïðïéáóäÞðïôå Üëëçò åíþóåùò ðïõ ðåñéÝ÷åé ôçí ßäéá äñáóôéêÞ ïìÜäá èá åßíáé óôéò êýñéåò ãñáììÝò ôçò áíÜëïãç. Ãéá ôï ëüãï áõôü, ïé åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôçí õäñïîõ -ïìÜäá áíÞêïõí óôçí ßäéá ïéêïãÝíåéá, ðïõ Ý÷åé ôï üíïìá áëêïüëåò. Ôï õðüëïéðï ôïõ ìïñßïõ (ç áëõóßäá ôùí áíèñÜêùí) Ý÷åé ó÷åôéêÜ ìéêñÞ äñÜóç êáé ðáñáìÝíåé áíÝðáöï óå üëç ôç óåéñÜ ôùí áíôéäñÜóåùí ðïõ áöïñïýí óôç äñáóôéêÞ ïìÜäá. Ïé áêüëïõèåò åîéóþóåéò äåß÷íïõí Ýíáí ôñüðï, ìå ôïí ïðïßï áíôéäñÜ ç õäñïîõ-ïìÜäá ðïõ õðÜñ÷åé óôéò áëêïüëåò: CH3CH2OH + HBr Õ CH3CH2Br + H2O CH3CH2OH + HCl Õ CH3CH2Cl + H2O CH3CH2OH + HI Õ CH3CH2I + H2O

Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ ïé ÷çìéêïß ëÝíå üôé ç ïìÜäá -ÏÇ áíôéêáôáóôÜèçêå áðü Ýíá Üôïìï áëïãüíïõ. ~Ïðùò ìðïñåßôå íá äéáðéóôþóåôå, ç ïìÜäá CH3CH2 - ðáñÝìåéíå áíÝðáöç óå üëåò áõôÝò ôéò áíôéäñÜóåéò. Èá èõìÜóôå ßóùò ìéá ðñïçãïýìåíç áíáöïñÜ óôï áéèÜíéï, C2H6. ÊïéôÜæïíôáò üìùò ôï óõíôáêôéêü ôýðï ôïõ áéèáíßïõ, äéáðéóôþíåôå üôé ç ïìÜäá CÇ3CÇ2 -åíþíåôáé ìå Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ:

Ôï üíïìá «áéèõëï» ðñïÝñ÷åôáé áðü ôï üíïìá ôïõ áñ÷éêïý õäñïãïíÜíèñáêá, ôï áéèÜíéï. ÊáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï, ôï üíïìá ôçò ìåèõëï-ïìÜäáò (CH3) ðñïÝñ÷åôáé áðü ôï ìåèÜíéï, CH4 (ó÷. 16-4). ÂÝâáéá, êáèþò áõîÜíåôáé ôï ìÝãåèïò ôçò ïìÜäáò ôùí õäñïãïíáíèñÜêùí, äçìéïõñãïýíôáé êáé éóïìåñÞ. Ôï ðñïðÜíéï ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü ìéáò áðü ôéò áêüëïõèåò äýï ïìÜäåò:

n-ðñïðõëo-ïìÜäá

éóïðñïðõëï-ïìÜäá

Åßíáé óçìáíôéêü íá óõíåéäçôïðïéÞóåé êÜðïéïò üôé áõôÝò ïé ïìÜäåò ôïõ “óêåëåôïý” (ð.÷. ìåèýëéï ê.ë.ð.) åßíáé áóôáèåßò åíþóåéò, ïé ïðïßåò äåí ìðïñïýí íá áðïìïíùèïýí êáé íá ó÷çìáôßóïõí ìéá ïõóßá óôáèåñÞ êáé õðáñêôÞ ðïõ íá ìðïñïýìå íá ôç öõëÜîïìå, ð.÷. ìÝóá óå ìßá öéÜëç. Áðïôåëïýí ðÜíôá ôìÞìáôá ôùí ìïñßùí. Ç óýóôáóÞ ôïõò êáé ç äïìÞ ôïõò ðáñáìÝíåé áíÝðáöç êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí áíôéäñÜóåùí ðïõ áöïñïýí Üëëá ôìÞìáôá ôùí ìïñßùí. Ï áíùôÝñù ôñüðïò êáôáôÜîåùò ôùí ïñãáíéêþí ïìÜäùí åßíáé êáé ÷ñÞóéìïò êáé åý÷ñçóôïò, áëëÜ äåí ðñÝðåé íá îå÷íÜ êáíåßò üôé óôéò áíôéäñÜóåéò ðïõ ðåñéåãñÜöçóáí, ç áéèõëïïìÜäá äåí õößóôáôáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ùò îå÷ùñéóôÞ ïõóßá.

16.11 Áëêïüëåò.

áéèõëï–ïìÜäá

áéèÜíéï

Åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôçí áéèõëï-ïìÜäá ïíïìÜæïíôáé ìå áíÜëïãï ôñüðï. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï C2H5Br ïíïìÜæåôáé áéèõëï-âñùìßäéï êáé ç C2Ç5OH ïíïìÜæåôáé áéèõëéêÞ áëêïüëç. Ôá óõóôçìáôéêÜ ïíüìáôá ãéá ôéò ßäéåò åíþóåéò åßíáé áíôßóôïé÷á ôï âñùìïáéèÜíéï êáé ç áéèáíüëç. Ôï áéèõëï-âñùìßäéï, ç áéèõëéêÞ áëêïüëç êáé ïé Üëëåò áéèõëï-åíþóåéò åßíáé äõíáôüí íá èåùñçèïýí üôé ðñïÞëèáí áðü ôï áéèÜíéï. Áõôü óçìáßíåé üôé áíôéêáôáóôÜèçêå Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ ìå -Br Þ ìå -ÏÇ Þ ìå êÜðïéá Üëëç äñáóôéêÞ ïìÜäá. Ãé’ áõôü ïé åí ëüãù åíþóåéò ÷áñáêôçñßæïíôáé ùò ðáñÜãùãá ôïõ áéèáíßïõ. Ôï áéèÜíéï èåùñåßôáé ï ìçôñéêüò õäñïãïíÜíèñáêáò ãéá ìéá ïëüêëçñç óåéñÜ ïñãáíéêþí åíþóåùí.

Óôï ó÷Þìá 16-11 äßíåôáé ï óõíôáêôéêüò ôýðïò êáé Ýíá ìïñéáêü ðñüôõðï ãéá ôçí áðëïýóôåñç áëêïüëç, ôç ìåèáíüëç Þ ìåèõëéêÞ áëêïüëç. Óõãêñßíåôå ôïí ôýðï ôçò ìå áõôüí ôçò áéèáíüëçò Þ áéèõëéêÞò áëêïüëçò, ðïõ áêïëïõèåß:

Äéáðéóôþíåôå üôé áõôÝò ïé äýï áëêïüëåò ðñïÞëèáí áíôßóôïé÷á áðü ôï ìåèÜíéï êáé ôï áéèÜíéï, áöïý áíôéêáôáóôÜèçêå Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ ôïõ õäñïãïíÜíèñáêá ìå ôçí õäñïîõïìÜäá. Ìéá óåéñÜ áëêïïëþí ðñïêýðôåé, üôáí áíôéêáôáóôáèåß Ýíá õäñïãüíï åíüò õäñïãïíÜíèñáêá áðü ìéá -ÏÇ ïìÜäá. Ç ïìÜäá ÏÇ åßíáé ç äñáóôéêÞ ïìÜäá ðïõ ÷áñáêôçñßæåé üëåò ôéò áëêïüëåò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áðü ôï ðñïðÜíéï

422

ïõóßá ãëõêåñßíç (ðñïðáíïôñéüëç, 1, 2, 3):

Ó×ÇÌÁ 16-11. Óôåñåï÷çìéêü ðñüôõðï êáé óõíôáêôéêüò ôýðïò ôçò ìåèáíüëçò, CH3OH, ôçò áðëïýóôåñçò ôùí áëêïïëþí.

ëáìâÜíåôáé ç ðñïðáíüëç, CH3CH2CH2OH ðïõ ïíïìÜæåôáé åðßóçò ðñïðõëéêÞ áëêïüëç. Áí áíáæçôÞóåôå ðñïóåêôéêÜ ôï ðþò ìðïñåß íá ðñïÝëèåé ìéá áëêïüëç áðü ôï ðñïðÜíéï, èá äéáðéóôþóåôå üôé áõôü åßíáé äõíáôüí íá ãßíåé ìå äýï ôñüðïõò. ÕðÜñ÷åé ï ôñüðïò ðïõ ìüëéò áíáöÝñèçêå, äçëáäÞ ç áíôéêáôÜóôáóç ôïõ -Ç åíüò áðü ôá áêñáßá Üôïìá Üíèñáêá, ìå Ýíá -ÏÇ. ~Ïìùò, åßíáé äõíáôüí íá áíôéêáôáóôáèåß êáé Ýíá Üôïìï -Ç áðü ôï ìåóáßï Üôïìï Üíèñáêá, ìå Ýíá ÏÇ. Ôá äýï ìüñéá ðïõ ðñïêýðôïõí, óýìöùíá êáé ìå ôï ó÷Þìá 16-12, åßíáé äéáöïñåôéêÜ, áëëÜ Ý÷ïõí ôïí ßäéï ìïñéáêü ôýðï, C 3H8O. Åßíáé éóïìåñÞ. ÐñïêåéìÝíïõ íá ôïõò äïèïýí ïíüìáôá ðïõ íá åðéôñÝðïõí ôç äéÜêñéóÞ ôïõò, ïíïìÜóèçêáí ðñïðáíüëç-1* êáé ðñïðáíüëç -2. Ç ôåëåõôáßá ïíïìÜæåôáé åðßóçò éóïðñïðõëéêÞ áëêïüëç. Åßíáé äõíáôüí íá áíôéêáôáóôáèïýí ðåñéóóüôåñá áðü Ýíá Üôïìá Ç áðü ìéá õäñïîõïìÜäá, åö’ üóïí ôá Üôïìá õäñïãüíïõ ðïõ áíôéêáèßóôáíôáé äåí âñßóêïíôáé ðÜíù óôï ßäéï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, åÜí Ýíá Üôïìï Ç êÜèå áôüìïõ ôïõ Üíèñáêá ôïõ ðñïðáíßïõ áíôéêáôáóôáèåß ìå -ÏÇ, ôüôå ëáìâÜíåôáé ç ãíùóôÞ *

Ó.ô.Ì. ¹ n-ðñïðáíüëç.

Ìßá óçìáíôéêÞ êáôçãïñßá áíôéäñÜóåùí ôùí áëêïïëþí åßíáé ïé áíôéäñÜóåéò «ïîåéäþóåþò» ôïõò. ~Ïôáí ìéá áëêïüëç ïîåéäþíåôáé, ÷Üíåé Üôïìá õäñïãüíïõ. ÁõôÜ ôá Üôïìá õäñïãüíïõ åíþíïíôáé ìå Üôïìá ïîõãüíïõ êáé ó÷çìáôßæïõí ìüñéá íåñïý. Åðßóçò, åßíáé äõíáôüí íá ðñïóôåèïýí êáé Üôïìá ïîõãüíïõ êáé íá ó÷çìáôéóèïýí íÝïé äåóìïß ìå ôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá. Ï ìÝãéóôïò âáèìüò ïîåéäþóåùò ôçò áëêïüëçò Þ áõôïý ôïõ áñ÷éêïý õäñïãïíÜíèñáêá, éóïäõíáìåß ìå ôç äéáäéêáóßá ôçò êáýóåùò, ç ïðïßá åîåôÜóèçêå åêôåíþò óå ðñïçãïýìåíï óçìåßï. Ç ôåëåßá êáýóç ìåôáôñÝðåé üëá ôá Üôïìá ôïõ C êáé ôïõ Ç óå äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá êáé íåñü, üðùò öáßíåôáé áðü ôçí ðáñáêÜôù åîßóùóç êáýóåùò ôçò áéèáíüëçò: C2H5ÏÇ + 3O2 Õ

2CO2 + 3H2O

Ç áíôßäñáóç áõôÞ äåß÷íåé áêñéâþò ü,ôé óõìâáßíåé ìÝóá óå Ýíá êáìéíÝôï ïéíïðíåýìáôïò (= áéèáíüëçò). Éäéáßôåñï åíäéáöÝñïí Ý÷åé ç ìåñéêÞ ïîåßäùóç ôùí áëêïïëþí. ÌåñéêÞ ïîåßäùóç åßíáé äõíáôüí íá ðñáãìáôïðïéçèåß êáôÜ ôç äéÜñêåéá áíôéäñÜóåùí ôùí áëêïïëþí ìå ïñéóìÝíåò áíüñãáíåò ÷çìéêÝò ïõóßåò, ïé ïðïßåò ïíïìÜæïíôáé «ïîåéäùôéêÜ ìÝóá». ÁíÜìåóá óå áõôÜ åßíáé ïé åíþóåéò äé÷ñùìéêü êÜëéï, Ê 2Cr2O7, êáé õðåñìáããáíéêü êÜëéï, ÊÌnÏ4. Óôá åðüìåíá êåöÜëáéá èá áíáöåñèïýí ðåñéóóüôåñá ãé’ áõôÝò êáé ãéá Üëëåò áíÜëïãåò ìå áõôÝò ïõóßåò. Ðñïò ôï ðáñüí, áõôü ðïõ ÷ñåéÜæåôáé åßíáé íá ðñïóÝîåôå üôé ïé åíþóåéò áõôÝò ðåñéÝ÷ïõí ðïëëÜ Üôïìá ïîõãüíïõ êáé ìðïñïýí íá ðáñá÷ùñïýí áõôÜ ôá Üôïìá ôïõ ïîõãüíïõ óå ïõóßåò, üðùò ïé áëêïüëåò. ÁíÜëïãá ìå ôïí ôñüðï ðïõ ãßíåôáé ç ïîåßäùóç ôùí áëêïïëþí, åßíáé äõíáôüí íá ðñïêýøåé ï ó÷çìáôéóìüò äéáöüñùí åíþóåùí. Ïé íÝåò áõôÝò åíþóåéò ðåñéÝ÷ïõí íÝá åßäç äñáóôéêþí ïìÜäùí. Óôéò åðüìåíåò ðáñáãñÜöïõò èá ìåëåôçèåß ç êÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò äõíáôüôçôåò.

423

Ó×ÇÌÁ 16-12. Óôåñåï÷çìéêü ðñüôõðï êáé óõíôáêôéêïß ôýðïé ôùí éóïìåñþí ðñïðáíüëç-1 êáé ðñïðáíüëç-2.

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

16.12 ÌåñéêÝò éäéüôçôåò êáé áíôéäñÜóåéò ôùí áëêïïëþí. Ìüëéò ðñï ïëßãïõ áíáöÝñèçêå üôé ïé áëêïüëåò, üðùò êáé ïé õäñïãïíÜíèñáêåò, åßíáé äõíáôüí íá õðÜñîïõí óå ìåãÜëç ðïéêéëßá ìïñéáêþí âáñþí êáé éóïìåñþí ìïñöþí. ÁíáöÝñèçêå åðßóçò üôé ïé áíôéäñÜóåéò ôùí õäñïãïíáíèñÜêùí åîáñôþíôáé áðü ôï ìÝãåèïò êáé ôç äïìÞ ôùí ìïñßùí ôïõò. Åßíáé äõíáôüí Üñáãå ôá äéáöïñåôéêÜ ìåãÝèç êáé ó÷Þìáôá ôùí ìïñßùí ôùí áëêïïëþí íá åðçñåÜæïõí ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí áëêïïëþí êáô’ áíÜëïãï ôñüðï; ÓÊÏÐÏÓ ÔÏÕ ÐÅÉÑÁÌÁÔÏÓ

Ôï ðåßñáìá áõôü èá óáò åðéôñÝøåé íá ìåëåôÞóåôå ôçí åðßäñáóç ôïõ ìïñéáêïý âÜñïõò (ìÞêïò ôçò áëõóßäáò ôùí áôüìùí Üíèñáêá) êáé ôçò äïìÞò óå ìåñéêÝò áðü ôéò éäéüôçôåò ôùí áëêïïëþí, óõìðåñéëáìâáíïìÝíçò êáé ôçò éäéüôçôÜò ôïõò íá áíôéäñïýí ìå äéÜöïñá áíôéäñáóôÞñéá. ÕËÉÊÁ

35 ml õäñï÷ëùñéêü ïîý 12 Ì 20-25 cm óýñìá ÷áëêïý, äéáìÝôñïõ -22

2,0 g äé÷ñùìéêü êÜëé 10 ml èåééêü ïîý 3 Ì 6-8 ml ðõêíü ïîéêü ïîý

424

50 ml öõôéêü ëÜäé 1,0 g óáëéêõëéêü ïîý Êõáíüò ÷Üñôçò çëéïôñïðßïõ 3 ml ðåíôáíüëçò -1 8 äïêéìáóôéêïß óùëÞíåò 13- x 100-mm 10 ml áðü ôéò áêüëïõèåò áëêïüëåò: ìåèáíüëç âïõôáíüëç-1 áéèáíüëç âïõôáíüëç-2 ðñïðáíüëç-1, ðñïðáíüëç -2 2-ìåèõëï-ðñïðáíüëç -2 40 ml äé÷ñùìéêü êÜëéï 0,015 Ì óå èåééêü ïîý 3 Ì 15-20 óôáãüíåò ðõêíü èåééêü ïîý 7 åëáóôéêÜ ðþìáôá, ìåãÝèïõò 0, þóôå íá ôáéñéÜæïõí óôïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò 13 x 100 mm

1-2 g ìåôáëëéêü íÜôñéï (ãéá ÷ñÞóç ìüíï áðü ôïí êáèçãçôÞ) Ôñåéò äéðëÝò ëáâßäåò Þ Üëëç êáôÜëëçëç ëáâßäá ãéá ôç óôÞñéîç ôïõ èåñìïìÝôñïõ. Äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò 18- x 150- mm ÓôÞñéãìá äïêéìáóôéêþí óùëÞíùí Äáêôýëéïò êáé óôÞñéãìá äáêôõëßùí Ëý÷íïò ÓõñìÜôéíï ðëÝãìá ÊïììáôÜêéá ðïñóåëÜíçò ÐïôÞñé æÝóåùò 100 ml ÐïôÞñé æÝóåùò 250 ml ÂáèìïëïãçìÝíïò êýëéíäñïò ôùí 100 ml

EÊÔÅËÅÓÇ

ÌÝñïò Á. Íá ðñïóäéïñßóåôå ôï óçìåßï âñáóìïý ôçò áëêïüëçò ðïõ óáò äüèçêå êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï ìå ôïí ïðïßï åß÷áôå ðñïóäéïñßóåé ôï óçìåßï âñáóìïý åíüò õäñïãïíÜíèñáêá, óôçí ðáñÜãñáöï 16.6. Ïé óõììáèçôÝò óáò èá ðñïóäéïñßóïõí ôï óçìåßï âñáóìïý ôçò ìåèáíüëçò, ôçò áéèáíüëçò, ôçò ðñïðáíüëçò -1, ôçò ðñïðáíüëçò -2, ôçò âïõôáíüëçò -1, ôçò âïõôáíüëçò -2, êáé ôçò 2-ìåèõëï-ðñïðáíüëçò -2. Íá êáôáãñÜøåôå óôï ôåôñÜäéü óáò üëá ôá óçìåßá âñáóìïý ðïõ ðñïóäéïñßóáôå.

ÌÝñïò B. 1. ÐñïóèÝóôå 20 óôáãüíåò áéèáíüëçò óå Ýíáí êáèáñü äïêéìáóôéêü óùëÞíá ôùí 13 x 100 ml. ÐñïóèÝóôå åðßóçò 5,0 ml äéáëýìáôïò 0,015 Ì äé÷ñùìéêïý êáëßïõ óå èåééêü ïîý 3 Ì. ÁíáêéíÞóôå ìéá öïñÜ, ãéá íá áíáìé÷èåß ôï ðåñéå÷üìåíï. Íá ðáñáôçñÞóåôå ôéò áëëáãÝò ðïõ óõìâáßíïõí óôá åðüìåíá ëåðôÜ. Íá êñáôÞóåôå áõôü ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ìå ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ ùò ÷ñþìá áíáöïñÜò (âÜóç óõãêñßóåùò) ãéá ôá åðüìåíá ðåéñÜìáôá. 2. Íá åðáíáëÜâåôå ôçí ðñïçãïýìåíç Üóêçóç. ÁõôÞ ôç öïñÜ íá ìåôñÞóåôå ôï ÷ñüíï ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá áðïêôÞóåé ôï äéÜëõìá ßäéï ÷ñþìá ìå áõôü ôïõ ðåñéå÷ïìÝíïõ óôï óùëÞíá áíáöïñÜò. Ãéá íá äéåõêïëýíåôå ôç óýãêñéóç ôùí ÷ñùìÜôùí, êñáôÞóôå ôïõò äýï óùëÞíåò ìáæß ìðñïóôÜ áðü Ýíá êïììÜôé ëåõêü ÷áñôß. ÅðåéäÞ ç áëëáãÞ ôïõ ÷ñþìáôïò ãßíåôáé âáèìéáßá, èá ðñÝðåé íá åêôéìÞóåôå åóåßò ðüôå ôá äýï ÷ñþìáôá åßíáé üìïéá. 3. Íá åðáíáëÜâåôå ôï óôÜäéï 2 ìå ðñïðáíüëç -1, ðñïðáíüëç -2, âïõôáíüëç -1, âïõôáíüëç -2, ìåèáíüëç êáé 2-ìåèõëï-ðñïðáíüëç -2.

ÌÝñïò Ã. 1. ÁäåéÜóôå ôïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 1 ml (20 óôáãüíåò) êáèåìéÜò áðü ôéò áëêïüëåò, óôïõò áíôßóôïé÷á óçìåéùìÝíïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò. ÐñïóèÝóôå áêüìá 5 ml HCl 12 M óôïí êÜèå äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Êëåßóôå ôïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò ìå Ýíá åëáóôéêü ðþìá êáé áíáêéíÞóôå ôïõò åðß Ýíá ëåðôü. ÐáñáôçñÞóôå ôçí

425

ýðáñîç êÜðïéïõ åëáöñïý èïëþìáôïò, ðïõ óçìáßíåé üôé êÜðïéá ïõóßá åßíáé äõóäéÜëõôç. 2. ÅêôÝëåóç áðü ôïí êáèçãçôÞ. Íá ðñïóôåèåß áðü 1 ml êáèåìéÜò áðü ôéò ðáñáðÜíù áëêïüëåò óå åðôÜ êáèáñïýò, óôåãíïýò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò. ÐñïóèÝóôå ìéá ëåðôÞ öÝôá öñåóêïêïììÝíïõ ìåôáëëéêïý íáôñßïõ óôïí êÜèå äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Óçìåéþóôå êÜèå Üìåóç áíôßäñáóç êáé êÜèå áëëáãÞ ðïõ èá óõìâåß ìåñéêÜ ëåðôÜ áñãüôåñá.

ÌÝñïò Ä.

Ó×ÇÌÁ 16-13á.

Ó×ÇÌÁ 16-13â.

1. ÔïðïèåôÞóôå ðåñßðïõ 2 ml ìåèáíüëçò óå Ýíá ìéêñü äïêéìáóôéêü óùëÞíá. ÖôéÜîôå Ýíá ìéêñü åëáôÞñéï ôõëßãïíôáò ìåñéêÝò öïñÝò ãýñù áðü ôï ìïëýâé óáò Ýíá ãõìíü óýñìá ÷áëêïý äéáìÝôñïõ -22. ÁöÞóôå ðåñßðïõ 15 cm ßóéï óýñìá, ãéá íá ôï ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ùò ëáâÞ. ÊñáôÞóôå ôï óõñìÜôéíï åëáôÞñéï óôç öëüãá ôïõ ëý÷íïõ, ìÝ÷ñé íá åñõèñïðõñùèåß (ó÷. 16-13á). ÂÜëôå ôï èåñìü óýñìá ìÝóá óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá, þóôå íá âñåèåß áêñéâþò ðÜíù áðü ôçí åðéöÜíåéá ôçò áëêïüëçò (ó÷. 16-13â). Íá óçìåéþóåôå ôçí áëëáãÞ óôçí åìöÜíéóç ôïõ ÷Üëêéíïõ åëáôçñßïõ. Ìõñßóôå ðñïóåêôéêÜ ôï ðåñéå÷üìåíï ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá öÝñíïíôáò ìå ôï ÷Ýñé óáò ôïõò áôìïýò ðñïò ôç ìýôç óáò. Íá óõãêñßíåôå ôïõò áôìïýò ìå áõôïýò ôçò ìåèáíüëçò. Ç íÝá ïõóßá ðïõ ó÷çìáôßóèçêå åßíáé ç öïñìáëäåàäç, ÇCÇÏ, ç ïðïßá åßíáé ç ïõóßá ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôç äéáôÞñçóç ôùí äåéãìÜôùí óôá âéïëïãéêÜ åñãáóôÞñéá. Ðñïóï÷Þ: Óôá óôÜäéá 2-5, êñáôÞóôå ôïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò ìáêñéÜ áðü ôá ìÜôéá óáò êáé áðü ôïõò Üëëïõò. ÖïñÜôå ãõáëéÜ áóöáëåßáò. 2. ÌåôáöÝñáôå ðåñßðïõ 2,0 g äé÷ñùìéêïý êáëßïõ ìÝóá óå Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá 18 x 150 mm. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 10 ml èåééêïý ïîÝïò 3 Ì. Óôåñåþóôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá óå Ýíáí ïñèïóôÜôç ìå ìéá êáôÜëëçëç ëáâßäá. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 125 ml íåñü óå Ýíá ðïôÞñé ôùí 250 ml. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò äáêôõëßïõ ðñïóáñìïóìÝíïõ óôïí ßäéï ïñèïóôÜôç, ôïðïèåôÞóôå ôï ðïôÞñé ìå ôï íåñü ðÜíù óå Ýíá ìåôáëëéêü ðëÝãìá. ÔïðïèåôÞóôå ôï ëý÷íï êÜôù áðü ôï ðïôÞñé. ÊáôåâÜóôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ìå ôï äéÜëõìá ôïõ äé÷ñùìéêïý êáëßïõ ìÝóá óôï íåñü. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá èåñìüìåôñï ìÝóá óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá êáé óôåñåþóôå ôï óå áõôÞí ôç èÝóç ìå ìéá ëáâßäá (ó÷. 16-14). ÈåñìÜíáôå ôï ðïôÞñé ìå ôï íåñü, ìÝ÷ñé íá öèÜóåé ç èåñìïêñáóßá ôïõ äéáëýìáôïò ôïõ äé÷ñùìéêïý êáëßïõ ôïõò 6065^ ïC. ÐñïóèÝóôå ðïëý ðñïóåêôéêÜ ìßá óôáãüíá áéèáíüëçò óôï äéÜëõìá ôïõ äé÷ñùìéêïý êáëßïõ. ÐáñáôçñÞóôå ôï áðïôÝëåóìá. ÐñïóåêôéêÜ ðñïóèÝóôå êáé Üëëç áëêïüëç, ìéá óôáãüíá êÜèå öïñÜ, ìÝ÷ñé íá ðñïóèÝóåôå óõíïëéêÜ 8 óôáãüíåò. Áðïìáêñýíáôå ôï èåñìüìåôñï áðü ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Ìå ôç âïÞèåéá ìéáò ëáâßäáò êñáôÞóôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá êáé áðïìáêñýíáôÝ ôïí áðü ôï õäñüëïõôñï (ôï ðïôÞñé ìå ôï íåñü). Ìõñßóôå ðñïóåêôéêÜ ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ äçìéïõñãþíôáò ìå ôï ÷Ýñé óáò åëáöñý ñåýìá áÝñïò ðñïò ôç ìýôç óáò. Óõãêñßíáôå ôç ìõñùäéÜ ìå áõôÞí ôçò áéèáíüëçò. ÈåñìÜíáôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ìå ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ êáôåõèåßáí ðÜíù áðü ôï ëý÷íï ìÝ÷ñé íá âñÜóåé æùçñÜ. Áðïìáêñýíáôå ôï ëý÷íï êáé ìõñßóôå ðÜëé ðñïóåêôéêÜ ôïõò áôìïýò. ÅîáêïëïõèÞóôå íá âñÜæåôå êáé íá ìõñßæåôå ôï äéÜëõìá, ìÝ÷ñé íá óçìåéùèåß ìéá ÷áñáêôçñéóôéêÞ áëëáãÞ óôç ìõñùäéÜ. ÌåñéêÝò öïñÝò, êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôïõ âñáóìïý, ðëçóéÜóôå Ýíá êïììÜôé õãñïý êõáíïý ÷Üñôç çëéïôñïðßïõ óôïõò áôìïýò, óôï óôüìéï ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá. Íá óçìåéþóåôå áí ôï ÷áñôß áëëÜæåé ÷ñþìá. ÊñáôÞóôå ôï õäñüëïõôñü óáò ãéá ôá åðüìåíá óôÜäéá.

426

3. ÐñïóèÝóôå 2-3 ml ðõêíïý ïîéêïý ïîÝïò óå Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá ôùí 18- x 150- mm. ÐñïóèÝóôå ßóï üãêï áéèáíüëçò. ÐñïóèÝóôå óôï ìßãìá 45 óôáãüíåò ðõêíïý èåééêïý ïîÝïò. ÁíáêéíÞóôå æùçñÜ, ãéá íá áíáìé÷èïýí. Ìå ôç âïÞèåéá ìéáò ìåôáëëéêÞò ëáâßäáò, óôåñåþóôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá óôïí ïñèïóôÜôç, Ýôóé, þóôå ôï êÜôù Üêñï ôïõ íá âõèßæåôáé óôï õäñüëïõôñï. ÈåñìÜíáôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá êáé ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ ãéá ìåñéêÜ ëåðôÜ èåñìáßíïíôáò ìÝ÷ñé âñáóìïý ôï íåñü óôï õäñüëïõôñï. Áðïìáêñýíáôå ôï ëý÷íï. Êñáôþíôáò ôïí áðü ôç ëáâßäá, áðïìáêñýíáôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá áðü ôï æåóôü íåñü êáé ìõñßóôå ðñïóåêôéêÜ ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ. Áí äåí åßíáé ðñïöáíÞò êÜðïéá áëëáãÞ, èåñìÜíáôå ôï óùëÞíá ðñïóåêôéêÜ ðÜíù áðü ôï ëý÷íï ãéá 1-2 ëåðôÜ. Ìõñßóôå ðÜëé ðñïóåêôéêÜ ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ. 4. ÐñïóèÝóôå ìåñéêïýò êñõóôÜëëïõò óáëéêõëéêïý ïîÝïò, þóôå íá ãåìßóåé ôï êïßëï êÜôù ìÝñïò åíüò êáèáñïý, óôåãíïý äïêéìáóôéêïý óùëÞíá 18- x 150mm. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 3 ml ìåèáíüëçò êáé 4-5 óôáãüíåò ðõêíïý èåééêïý ïîÝïò. ÁíáêéíÞóôå ìéá öïñÜ äõíáôÜ, ãéá íá áíáìé÷èåß ôï ðåñéå÷üìåíï. ÈåñìÜíáôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá êáé ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ ìÝóá óå Ýíá õäñüëïõôñï, áêñéâþò üðùò êÜíáôå óôï óôÜäéï 3. ÅîáêïëïõèÞóôå íá èåñìáßíåôå ìÝ÷ñé íá áíôéëçöèåßôå ìéá óçìáíôéêÞ ìåôáâïëÞ óôç ìõñùäéÜ. 5. ÅðáíáëÜâáôå ôï óôÜäéï 3, ÷ñçóéìïðïéþíôáò ðåíôáíüëç-1 (n-áìõëéêÞ áëêïüëç) áíôß ãéá áéèáíüëç. ÈåñìÜíáôå, ìÝ÷ñé íá áëëÜîåé ôåëåßùò ç ìõñùäéÜ. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

Ó×ÇÌÁ 16-14.

1. ÃñÜøôå ôïõò óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ãéá ôéò áëêïüëåò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå óôá ÌÝñç Á,  êáé Ã. Ôï áñéèìçôéêü ðñüèåìá äçëþíåé ôïí áñéèìü ôïõ áôüìïõ Üíèñáêá óôçí áëõóßäá ôïõ õäñïãïíÜíèñáêá ðïõ âñßóêåôáé åíùìÝíç ç õäñïîõ-ïìÜäá Þ êÜðïéïò Üëëïò õðïêáôáóôÜôçò. 2. ÅîåôÜóôå ôïõò ôýðïõò ôïõò ïðïßïõò ãñÜøáôå. Ðïéåò åíþóåéò åìöáíßæïõí ôéò ðåñéóóüôåñåò ïìïéüôçôåò óôéò äïìÝò ôïõò; Ðïéåò åíþóåéò åßíáé éóïìåñåßò ìåôáîý ôïõò; 3. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôá óçìåßá âñáóìïý êáé ôéò äïìÝò ôùí áëêïïëþí; Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôéò áíôéäñÜóåéò ôùí áëêïïëþí êáé ôéò äïìÝò ôïõò, óýìöùíá ìå üóá ðñïóäéïñßóèçêáí óôá ÌÝñç Á, Â, êáé Ã; 4. ~Ïôáí ìéá áëêïüëç áíôÝäñáóå ìå ðõêíü õäñï÷ëùñéêü ïîý ó÷çìáôßóèçêå Ýíá áëêõëï-÷ëùñßäéï ìå ôï ãåíéêü ôýðï RCl. ÃñÜøáôå ìéá åîßóùóç, ðïõ íá äåß÷íåé áõôÞí ôçí áíôßäñáóç. Ðïéï Üëëï ðñïúüí èá ðñÝðåé íá ó÷çìáôßóèçêå óõã÷ñüíùò; 5. Óõãêñßíáôå ôéò äéáöïñÝò äñáóôéêüôçôáò ôùí äéáöüñùí áëêïïëþí ìå ôï ðõêíü õäñï÷ëùñéêü ïîý. Ðïéï óõìðÝñáóìá ðñïêýðôåé ãéá ôç ó÷åôéêÞ óôáèåñüôçôá ôùí äåóìþí ðïõ óõãêñáôïýí ôéò õäñïîõ-ïìÜäåò óôá Üôïìá Üíèñáêá êÜèå ìïñßïõ; 6. Ðïéï Þôáí ôï áÝñéï ðïõ ó÷çìáôßóèçêå, üôáí ôï íÜôñéï áíôÝäñáóå ìå ìåñéêÝò áðü ôéò áëêïüëåò; Áí äåí åßóôå âÝâáéïé, ðþò èá ìðïñïýóáôå íá åëÝãîåôå ôï áÝñéï, ãéá íá ðéóôïðïéÞóåôå ôçí ôáõôüôçôÜ ôïõ; Ðïéá Üëëá ðñïúüíôá ó÷çìáôßæïíôáé; 7. Ãéáôß áðï÷ñùìáôßóèçêå ôï óýñìá ôïõ ÷áëêïý, üôáí èåñìÜíèçêå ìå ôï ëý÷íï; Íá óõãêñßíåôå ôïõò ôýðïõò ôçò ìåèáíüëçò êáé ôçò öïñìáëäåàäçò (ó÷. 16-15 ãéá ôïí ôýðï ôçò öïñìáëäåàäçò). Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôç ìåôáôñïðÞ ôçò ìåèáíüëçò óå öïñìáëäåàäç êáé ôç ìåôáâïëÞ ôïõ ÷ñþìáôïò ôïõ ÷áëêïý áðü ôï ó÷åäüí ìáýñï óôï áñ÷éêü áíïéêôü ÷ñþìá ôïõ ÷áëêïý; Ôé Üëëï ðñÝðåé íá ó÷çìáôßóèçêå êáôÜ ôç äéÜñêåéá áõôÞò ôçò

427

Ó×ÇÌÁ 16-15. Óôåñåï÷çìéêÜ ðñüôõðá êáé óõíôáêôéêïß ôýðïé ôçò öïñìáëäåàäçò êáé ôçò áêåôáëäåàäçò.

áíôéäñÜóåùò; 8. Óôï óôÜäéï 2 ôïõ Ä ìÝñïõò, ìÞðùò õðÞñ÷å êÜðïéá ïìïéüôçôá áíÜìåóá óôç ìõñùäéÜ ôïõ ðñþôïõ ðñïúüíôïò ôçò áíôéäñÜóåùò ìåôáîý áéèáíüëçò êáé äé÷ñùìéêïý êáëßïõ, êáé óôç ìõñùäéÜ ôçò öïñìáëäåàäçò; Ôé èá óõìðåñáßíáôå áðü êÜôé ôÝôïéï; Ôé óáò èõìßæåé ç ìõñùäéÜ ðïõ ðñïêýðôåé ôåëéêÜ áðü áõôÞí ôçí áíôßäñáóç; Ðþò äéêáéïëïãåßôáé ôçí áëëáãÞ óôï ÷ñþìá ôïõ ÷Üñôç ôïõ çëéïôñïðßïõ; 9. Ïé åíþóåéò ìå ôçí åõ÷Üñéóôç ïóìÞ ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé óôá óôÜäéá 3, 4 êáé 5 ôïõ Ä ìÝñïõò, åßíáé ãíùóôÝò ùò åóôÝñåò. Ó÷çìáôßæïíôáé, üôáí ìéá áëêïüëç áíôéäñÜ ìå Ýíá ïîý. ÃñÜøôå ìéá ãåíéêÞ åîßóùóç, ãéá íá ðáñáóôÞóåôå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç, ëáìâÜíïíôáò õðüøç óáò üôé ó÷çìáôßæåôáé åðßóçò íåñü, êáôÜ ôçí åðßäñáóç áõôÞí, êáé ðáñéóôÜíïíôáò ôçí áëêïüëç ìå ôï ROH êáé ôï ïîý ìå ôï R~COOH.

16.13 Áëäåàäåò.

ïîåéäþèçêå óå áëäåûäïìÜäá

Ç Þðéá ïîåßäùóç ìéáò áëêïüëçò ðïõ Ý÷åé ôçí ïìÜäá -ÏÇ óõíäåäåìÝíç óå Ýíá áêñáßï Üôïìï Üíèñáêá äçìéïõñãåß ìéá íÝá Ýíùóç, ðïõ ïíïìÜæåôáé áëäåàäç. Áõôü ôï åßäïò ôçò áíôéäñÜóåùò ðáñéóôÜíåôáé áðü ôçí ïîåßäùóç ôçò áéèáíüëçò ìå ôï äé÷ñùìéêü êÜëéï:

óýìöùíá ìå ôçí ðáñáêÜôù áíôßäñáóç:

CH3CH2OH + [O]

CH3CHO + H2O

Ç åîßóùóç áõôÞ äåß÷íåé üôé ôï ïîõãüíï áðü ôï K2Cr2O7 áíôéäñÜ ìå ôçí áëêïüëç êáé ó÷çìáôßæåé ìéá áëäåàäç êáé íåñü. Äåí äåß÷íåé ðþò ìåôáâÜëëåôáé ôï K2Cr2O7, áëëÜ áõôü åßíáé êÜôé ðïõ äåí ìáò áðáó÷ïëåß ðñïò ôï ðáñüí. Áõôü ðïõ óõìâáßíåé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá åßíáé üôé ç ïìÜäá áõôÞ

ÂëÝðåôå üôé äýï Üôïìá õäñïãüíïõ áðïìáêñýíèçêáí áðü ôçí áëêïüëç. Ôï üíïìá áëäåàäç ðñïêýðôåé áðü ôï áããëéêü üíïìá ôçò áöõäñïãïíùìÝíçò áëêïüëçò (alcohol dehydro). Ôá ðáëáéüôåñá ïíüìáôá ìåñéêþí áëäåûäþí åßíáé ôüóï ðïëý äéáäåäïìÝíá, þóôå åîáêïëïõèïýí íá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé áíôß ãéá ôá íåüôåñá óõóôçìáôéêÜ ïíüìáôá. ~Åôóé, ç áëäåàäç ìå ôïí Ýíá Üíèñáêá åßíáé ãíùóôÞ ìå ôï åìðåéñéêü ôçò üíïìá öïñìáëäåàäç, åíþ áõôÞ ìå ôïõò äýï Üíèñáêåò åßíáé ãíùóôÞ ìå ôï åìðåéñéêü üíïìá áêåôáëäåàäç. Ðáñ’ üëá áõôÜ, ôá ïíüìáôá ôþñá

428

Robert Burns Woodward (1917 - 1979)

O Robert Woodward ôåëåßùóå ôç âáóéêÞ ôïõ åêðáßäåõóç óå ÷ñüíï ñåêüñ. Áðåöïßôçóå áðü ôï Ôå÷íïëïãéêü Éíóôéôïýôï ôçò Ìáóóá÷ïõóÝôçò óôá äåêáåííéÜ ôïõ ÷ñüíéá, ðÞñå ôï äéäáêôïñéêü ôïõ óôá åßêïóé êáé Ýãéíå êáèçãçôÞò ÷çìåßáò óôï ðáíåðéóôÞìéï ôïõ ×Üñâáñíô óôá åßêïóé Ýíá ôïõ. Ç äñÜóç ðïëëþí ïõóéþí öõóéêÞò ðñïåëåýóåùò ðÜíù óôïõò æþíôåò ïñãáíéóìïýò Þôáí áðü êáéñü ãíùóôÝò. Áí êáé ðïëëÝò áðü áõôÝò åßíáé äõíáôüí íá ðáñáëçöèïýí áðü ôéò öõóéêÝò ôïõò ðçãÝò ìå åê÷ýëéóç, åí ôïýôïéò ç ðïéüôçôá êáé ç áðüäïóç ðïéêßëëåé ðïëý. Óêïðüò ôùí åðéóôçìüíùí Þôáí íá áíáðôýîïõí áðëïýò, ïéêïíïìéêïýò êáé áîéüðéóôïõò ôñüðïõò óõíèåôéêÞò ðáñáóêåõÞò áõôþí ôùí åíþóåùí, îåêéíþíôáò áðü áðëÜ ìüñéá. Ç êéíßíç ÷ñçóéìïðïéåßôáé åäþ êáé ðåñéóóüôåñá

áðü ôñéáêüóéá ÷ñüíéá ãéá ôç èåñáðåßá ôçò åëïíïóßáò. Ðáñáëáìâáíüôáí ìå åê÷ýëéóç áðü ôï öëïéü ôïõ äÝíäñïõ ôçò êéã÷üíçò, ðïõ öýåôáé óôç íüôéá ÁìåñéêÞ. Ç êéíßíç Ý÷åé ðïëýðëïêç äïìÞ ìå áñêåôïýò áëëçëïóõíäåüìåíïõò äáêôõëßïõò áôüìùí Üíèñáêá. Ï ~Áããëïò ÷çìéêüò William Perkin ðñïóðÜèçóå íá ôç óõíèÝóåé ôï 1870, áëëÜ áíôß ãé’ áõôÞí áíáêÜëõøå ôïí ôñüðï óõíèÝóåùò ôùí ðñþôùí óôïí êüóìï ÷ñùìÜôùí áðü ëéèáíèñáêüðéóóá. H óýíèåóç ôçò êéíßíçò áðåäåß÷èç ðïëý äýóêïëç, áëëÜ ôåëéêÜ åðåôåý÷èç áðü ôïí Robert Woodward êáé ôïí Doering, Ýíá óõíåñãÜôç ôïõ ÷çìéêü, ôï 1944. Ôï 1951, ï Woodward êáôüñèùóå íá óõíèÝóåé, îåêéíþíôáò áðü áðëÝò åíþóåéò, ôç ÷ïëçóôåñßíç, ìéá ïõóßá ðïõ öáßíåôáé íá åßíáé êõñßùò õðåýèõíç ãéá ôç óêëÞñõíóç ôùí áñôçñéþí. Áêïëïýèçóå ç óýíèåóç ìéáò Üëëçò áíÜëïãçò ïõóßáò, ôçò êïñôéæüíçò, ç ÷ñÞóç ôçò ïðïßáò óå ðñüãñáììá èåñáðåßáò ôçò ñåõìáôïåéäïýò áñèñßôéäáò êáé Üëëùí áóèåíåéþí åß÷å åêðëçêôéêÜ áðïôåëÝóìáôá. ÓõíÝèåóå åðßóçò ôç óôñõ÷íßíç, ç ïðïßá åßíáé ìéá ðïëýðëïêç Ýíùóç ìå äïìÞ åðôáêõêëéêÞ, ôç ÷ëùñïöýëëç, ôçí ðñÜóéíç ÷ñùóôéêÞ ïõóßá ôùí öõôþí, êáèþò åðßóçò äýï ïõóßåò ìå áóõíÞèç êáé óçìáíôéêÞ äñÜóç óôïí áíèñþðéíï åãêÝöáëï, ôï ëõóåñãéêü ïîý êáé ôç ñåæåñðßíç. Ï Woodward ìå ôï óðïõäáéüôáôï Ýñãï ôïõ, ðÝñáí ôïõ üôé ðñïÞãáãå ôçí åðéóôÞìç ôçò ÷çìåßáò êáé ïé êáôáêôÞóåéò ôïõ âñÞêáí ðñáêôéêÝò åöáñìïãÝò, ÷Üñáîå ôï äñüìï ãéá ôç óýíèåóç áêüìç ðéï ðïëõðëüêùí åíþóåùí óôá ÷ñüíéá ðïõ áêïëïýèçóáí.

429

ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôï üíïìá ôïõ áíôßóôïé÷ïõ õäñïãïíÜíèñáêá ìå ôïí ßäéï áñéèìü áôüìùí Üíèñáêá ìå áõôüí ôçò áëäåàäçò êáé ôçí êáôÜëçîç -áëç. ~Åôóé, ç CH 3CH2CHO ïíïìÜæåôáé ðñïðáíÜëç (áðü ôï ðñïðÜíéï), ç CH3CH2CH2CHO ïíïìÜæåôáé âïõôáíÜëç ê.ë.ð. Ïé óõíôáêôéêïß ôýðïé êáé ôá ìïñéáêÜ ðñüôõðá ãéá ôç öïñìáëäåàäç êáé ôçí áêåôáëäåàäç äßíïíôáé óôï ó÷Þìá 16-15.

16.14 ÊáñâïîõëéêÜ ïîÝá. Ìßá ïñãáíéêÞ áëêïüëç åßíáé äõíáôüí íá ïîåéäùèåß áêïìÞ åíôïíüôåñá êáé íá ó÷çìáôßóåé Ýôóé ìßá áêüìç ïéêïãÝíåéá ïñãáíéêþí åíþóåùí, ðïõ Ý÷åé ôï üíïìá êáñâïîõëéêÜ ïîÝá (ïñãáíéêÜ ïîÝá). Ôá ïîÝá áõôÜ ÷áñáêôçñßæïíôáé áðü ìßá äñáóôéêÞ ïìÜäá ìå ôï üíïìá êáñâïîõëïìÜäá, ç ïðïßá Ý÷åé ôçí áêüëïõèç äïìÞ:

ÐñïêåéìÝíïõ íá ðáñáóôÞóïìå ôçí ïîåßäùóç ìéáò áëêïüëçò ðñïò Ýíá êáñâïîõëéêü ïîý, ãñÜöïìå ôçí áêüëïõèç åîßóùóç ïîåéäþóåùò ôçò ìåèáíüëçò áðü ôï õðåñìáããáíéêü êÜëéï:

êáñâïîõëéêü ïîý. ÏíïìÜæåôáé ìõñìçêéêü ïîý. Ïé áëêïüëåò ìå ðåñéóóüôåñá áðü Ýíá Üôïìá Üíèñáêá ìðïñïýí íá ïîåéäùèïýí åðßóçò ðñïò ôá áíôßóôïé÷á êáñâïîõëéêÜ ïîÝá. Ç áéèáíüëç, ãéá ðáñÜäåéãìá, ïîåéäþíåôáé ðñïò ïîéêü ïîý. Ï óõíôáêôéêüò ôýðïò êáé ôï ìïñéáêü ðñüôõðï ôïõ ïîéêïý ïîÝïò äßíïíôáé óôï ó÷Þìá 16-16. ~Éóùò íá ìçí ôï ãíùñßæåôå, áëëÜ ÷ùñßò áìöéâïëßá ÷ñçóéìïðïéåßôå êáèçìåñéíÜ ìåñéêÜ óçìáíôéêÜ êáñâïîõëéêÜ ïîÝá. Ôï îýäé åßíáé Ýíá áñáéùìÝíï, ðåñßðïõ ðÝíôå óôá åêáôü, äéÜëõìá ïîéêïý ïîÝïò óå íåñü. Áí ìõñßóáôå ðïôÝ ôáããéóìÝíï âïýôõñï, èá èõìÜóôå áêüìç ôç äõóÜñåóôç ìõñùäéÜ. Ç ìõñùäéÜ áõôÞ ïöåßëåôáé óôï âïõôõñéêü ïîý, CH3CH2CH2COOÇ. Ìßá áðü ôéò óçìáíôéêüôåñåò éäéüôçôåò ôùí êáñâïîõëéêþí ïîÝùí åßíáé üôé Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá áðü ôá Üôïìá ôçò êáñâïîõëoìÜäáò ìðïñïýí íá áíôéêáôáóôáèïýí áðü Üëëá Üôïìá Þ ïìÜäåò. Óå ìåñéêÝò áðü ôéò åðüìåíåò ðáñáãñÜöïõò èá áíáöåñèïýí êÜðïéá óçìáíôéêÜ åßäç åíþóåùí ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ðñïêýøïõí êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï.

16.15 Êåôüíåò. ~Ïôáí åîåôÜóèçêáí ïé áëêïüëåò, áíáöÝñèçêå üôé, áí ç áëõóßäá ôïõ Üíèñáêá ðåñéÝ÷åé ôñßá Þ

Ç áíôßäñáóç áõôÞ óôçí ðñáãìáôéêüôçôá óõíôåëåßôáé óå äýï óôÜäéá. Óôï ðñþôï óôÜäéï ó÷çìáôßæåôáé ìéá áëäåàäç:

Óôï äåýôåñï óôÜäéï, áêüìç Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ áíôéäñÜ ìå ôçí áëäåàäç êáé ó÷çìáôßæåé Ýíá ïîý:

ÂÝâáéá, åßíáé äõíáôüí íá îåêéíÞóïìå áðü ìßá áëäåàäç êáé íá ôçí ïîåéäþóïìå ðñïò Ýíá ïîý. Ôï ïîý ðïõ ëáìâÜíåôáé áðü ôçí ðñïçãïýìåíç áíôßäñáóç åßíáé ôï áðëïýóôåñï äõíáôü

Ó×ÇÌÁ 16-16. Óôåñåï÷çìéêü ðñüôõðï êáé óõíôáêôéêüò ôýðïò ôïõ ïîéêïý ïîÝïò.

430

ðåñéóóüôåñá Üôïìá, äçìéïõñãïýíôáé éóïìåñÞ, åðåéäÞ ç ïìÜäá -ÏÇ ìðïñåß íá âñßóêåôáé ðÜíù óå Ýíá áêñáßï Üôïìï Þ ðÜíù óå Ýíá áðü ôá åíäéÜìåóá Üôïìá Üíèñáêá. ÁíáöÝñèçêå óôï ó÷Þìá 16-12 üôé êáé ç ðñïðáíüëç -1 (nðñïðõëéêÞ áëêïüëç) êáé ç ðñïðáíüëç -2 (éóïðñïðõëéêÞ áëêïüëç Þ éóïðñïðáíüëç) åßíáé ðáñÜãùãá ôïõ ðñïðáíßïõ. ~Ïðùò åßäáìå, üôáí ìéá áëêïüëç ìå ïìÜäá -ÏÇ óå êÜðïéï áêñáßï Üôïìï Üíèñáêá ïîåéäþíåôáé Þðéá, äçìéïõñãåßôáé ìéá áëäåàäç. Ôé óõìâáßíåé üìùò, üôáí ïîåéäþíåôáé Þðéá ìéá áëêïüëç óáí ôçí ðñïðáíüëç -2; ÐñïêåéìÝíïõ íá áðáíôÞóåôå óå áõôÞí ôçí åñþôçóç, ãñÜøôå ðñþôá ôï óõíôáêôéêü ôýðï ôçò áëêïüëçò, óýìöùíá ìå ôïí áêüëïõèï ôñüðï:

Ðßíáêáò 16.6. ÌåñéêÝò åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí êáñâïíõëéêÞ ïìÜäá. Ôï × óôçí Ýíùóç

Êáôçãïñßá åíþóåùò

¢ëëç ïìÜäá õäñïãïíÜíèñáêá, R´

Êåôüíç

Ç

Áëäåàäç

OH

ïîý

Ôýðïò

16.16 ÅóôÝñåò. Äéáðéóôþíåôå Ýôóé üôé ç ïîåßäùóÞ ôçò, ç ïðïßá áêïëïõèåß, åßíáé üìïéá ìå áõôÞí ðïõ áíáöÝñåôáé óôçí ðáñÜãñáöï 16.13.

Ôï ïñãáíéêü ðñïúüí ôçò áíôéäñÜóåùò åßíáé ìßá êåôüíç, ç ïðïßá äéáöÝñåé áðü ìéáí áëäåàäç ùò ðñïò ôï üôé ç êåôüíç äåí äéáèÝôåé Üôïìï õäñïãüíïõ óõíäåäåìÝíï ìå ôï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá ðïõ ó÷çìáôßæåé ôï äéðëü äåóìü ìå ôï Üôïìï ôïõ ïîõãüíïõ, üðùò óõìâáßíåé óôéò áëäåàäåò. Êáé ïé êåôüíåò áëëÜ êáé ïé áëäåàäåò ðåñéÝ÷ïõí ôçí ïìÜäá:

~Ïðùò áíáöÝñèçêå, ïé äñáóôéêÝò ïìÜäåò åßíáé óçìáíôéêÝò, åðåéäÞ áðïôåëïýí ôìÞìáôá åíüò ïñãáíéêïý ìïñßïõ ôï ïðïßï áíôéäñÜ óõíÞèùò åõêïëüôåñá. Ìßá ðïëý óçìáíôéêÞ áíôßäñáóç áíÜìåóá óå äõï åßäç äñáóôéêþí ïìÜäùí, ôçí ïðïßá Ý÷ïìå êéüëáò ìåëåôÞóåé, áíáöÝñåôáé óå ìéá êáñâïîõëéêÞ ïìÜäá êáé óôçí õäñïîõ-ïìÜäá ìéáò áëêïüëçò. Ôï áðïôÝëåóìá áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò, üðùò öáßíåôáé êáé áðü ôçí åîßóùóç ðïõ áêïëïõèåß, åßíáé Ýíáò åóôÝñáò:

ïîéêü ïîý

áéèáíüëç

ïîéêüò áéèõëåóôÝñáò

ç ïðïßá ïíïìÜæåôáé êáñâïíõëéêÞ ïìÜäá. Êáé ôá ïñãáíéêÜ ïîÝá ðåñéÝ÷ïõí, åðßóçò, áõôÞí ôçí ïìÜäá. Ï ðáñÜãïíôáò ðïõ äéáöïñïðïéåß áõôÝò ôéò ôñåéò êáôçãïñßåò åíþóåùí åßíáé ç öýóç ôùí ïìÜäùí ðïõ óõíäÝïíôáé ìå ôçí êáñâïíõëéêÞ ïìÜäá. Óôçí êÜèå ðåñßðôùóç õðÜñ÷åé óôï êÜèå Üêñï ìßá áëõóßäá õäñïãïíáíèñÜêùí, ôçí ïðïßá óõìâïëßæïìå ìå R. Óôïí ðßíáêá 16.6 áíáöÝñïíôáé ìåñéêÜ ðáñáäåßãìáôá, ðïõ äåß÷íïõí ðþò åîáñôÜôáé ôï åßäïò ôçò åíþóåùò áðü ôç öýóç ôçò Üëëçò ïìÜäáò, ×. *

Ó.ô.Ì. Êáé ôá öõôéêÜ ëßðç êáé ëÜäéá.

Ïé ôñéåóôÝñåò ôçò ãëõêåñßíçò, ðïõ Ý÷åé ôñåéò áëêïïëéêÝò ïìÜäåò, áðïôåëïýí ìéá óçìáíôéêüôáôç êáôçãïñßá åíþóåùí ìå ôï üíïìá ãëõêåñßäéá. ÐñáêôéêÜ, üëá ôá æùéêÜ ëßðç* áðïôåëïýíôáé áðü ãëõêåñßäéá. Ïé üîéíåò ïìÜäåò, äçëáäÞ ôá ôìÞìáôá ôùí ãëõêåñéäßùí ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü êáñâïîõëéêÜ ïîÝá, äéáöÝñïõí áðü ëßðïò óå ëßðïò. Áí ìå RCOOH ðáñáóôÞóïìå ôï ãåíéêü ôýðï åíüò êáñâïîõëéêïý ïîÝïò, ôüôå Ýíá ãëõêåñßäéï ðáñéóôÜíåôáé ìå ôïí áêüëïõèï ãåíéêü ôýðï:

431

~Åíá áðü ôá ëéðáñÜ óõóôáôéêÜ ôïõ âïõôýñïõ ðåñéÝ÷åé ïìÜäåò âïõôõñéêïý ïîÝïò. Ôï âïýôõñï ôáããßæåé, üôáí êÜðïéïé ìéêñïïñãáíéóìïß áíáãêÜæïõí ôéò ïìÜäåò ôùí åóôÝñùí íá äéáóðáóèïýí óýìöùíá ìå ôçí ðáñáêÜôù áíôßäñáóç:

Ôï ìåôÜ íáôñßïõ Üëáò äéáöÝñåé áðü ôï êáñâïîõëéêü ïîý ùò ðñïò ôï üôé ðåñéÝ÷åé ùò ôìÞìá ôçò êáñâïîõëéêÞò ïìÜäáò ôïõ áíôß ãéá Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ Ýíá Üôïìï íáôñßïõ. ÕðÜñ÷åé ìéá äéáöïñÜ áíÜìåóá óôï äåóìü ìå Na êáé óôï äåóìü ìå Ç. Ï äåóìüò Ï-Ç åßíáé âáóéêÜ ïìïéïðïëéêüò, áí êáé Ý÷åé êÜðïéïí éïíôéêü ÷áñáêôÞñá. Ï äåóìüò üìùò Ï-Na Ý÷åé ó÷åäüí åî ïëïêëÞñïõ éïíôéêü ÷áñáêôÞñá. Ôï Üëáò ôïõ íáôñßïõ ðáñéóôÜíåôáé êáëýôåñá ìå ôï óõíäõáóìü äýï éüíôùí:

~Ïðùò áíáöÝñèçêå óôçí ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï, ôá æùéêÜ ëßðç åßíáé ãëõêåñßäéá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ïìÜäåò ìå ìáêñÝò áëõóßäåò ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ïîÝá. Áí áõôÜ ôåèïýí óå èåñìü äéÜëõìá êáõóôéêïý íáôñßïõ äéáóðþíôáé ó÷çìáôßæïíôáò ùò ðñïúüíôá ãëõêåñßíç êáé ôá ìåôÜ íáôñßïõ Üëáôá ôùí ïîÝùí ìå ìáêñÝò áëõóßäåò. ãëõêåñßíç

âïõôõñéêü ïîý

~Åôóé, ðáñÜãåôáé âïõôõñéêü ïîý, ìå áðïôÝëåóìá ôç ÷áñáêôçñéóôéêÞ ìõñùäéÜ ôïõ ôáããéóìÝíïõ âïõôýñïõ. Óôá ãëõêåñßäéá ðïõ áðáíôïýí óôá ðåñéóóüôåñá æùéêÜ ëßðç ôá ôìÞìáôá ôïõ ìïñßïõ ôïõò, ðïõ ìðïñåß íá èåùñçèåß üôé ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ïîÝá, Ý÷ïõí ðïëý ìáêñéÝò áëõóßäåò. Ïé áëõóßäåò áõôÝò ðåñéÝ÷ïõí óõíÞèùò 15-17 Üôïìá Üíèñáêá.

16.17 Óáðïýíéá êáé áðïññõðáíôéêÜ. ~Ïëïé ïé åóôÝñåò åßíáé äõíáôüí, üôáí ôåèïýí óå èåñìÜ äéáëýìáôá êáõóôéêïý íáôñßïõ, íá äéáóðáóèïýí óôéò áëêïüëåò êáé ôá ïîÝá áðü ôá ïðïßá áðïôåëïýíôáé. Êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï ç ìåí áëêïüëç ëáìâÜíåôáé ùò Ý÷åé, ôï äå ïîý ëáìâÜíåôáé ùò ôï ìåôÜ íáôñßïõ Üëáò áõôïý. Óôçí åðüìåíç åîßóùóç öáßíåôáé ìéá ÷áñáêôçñéóôéêÞ áíôßäñáóç áõôïý ôïõ ôýðïõ:

ïîéêüò áéèõëåóôÝñáò

êáõóôéêü íÜôñéï áéèáíüëç

ïîéêü íÜôñéï

ôñéðáëìéôéêÞ ãëõêåñßíç (êÜðïéï ëßðïò)

ãëõêåñßíç

ðáëìéôéêü íÜôñéï (óáðïýíé)

~Åôóé, óáðïýíéá åßíáé ôá ìåôÜ íáôñßïõ (êáé ìåñéêÝò öïñÝò ôá ìåôÜ êáëßïõ) Üëáôá ôùí ïîÝùí, ðïõ Ý÷ïõí ìáêñÝò áëõóßäåò, áðü Üôïìá Üíèñáêá. Ôé áêñéâþò óõìâáßíåé ìå ôá ìüñéá ôùí óáðïõíéþí, þóôå áõôÜ íá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ùò õëéêü êáèáñéóìïý; Ç éäéüôçôá åíüò óáðïõíéïý íá êáèáñßæåé åîáñôÜôáé áðü ôï üôé ôï Ýíá Üêñï ôïõ ìïñßïõ ôïõ ìïéÜæåé ðÜñá ðïëý ìå ëéðáñü ìüñéï*, åíþ ôï Üëëï Üêñï ôïõ åßíáé éïíôéêü. Ôá ëßðç êáé ôá Ýëáéá äåí

432

áíáìéãíýïíôáé êáé äåí äéáëýïíôáé óôï íåñü, áëëÜ ôá äéÜöïñá ëßðç êáé Ýëáéá áíáìéãíýïíôáé ìåôáîý ôïõò. Ïé ðåñéóóüôåñåò éïíôéêÝò åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí éüíôá íáôñßïõ äéáëýïíôáé óôï íåñü, áëëÜ äåí äéáëýïíôáé óå ëßðç Þ Ýëáéá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï (ìáãåéñéêü áëÜôé) äéáëýåôáé ðïëý êáëÜ óôï íåñü, áëëÜ êáèüëïõ óå êÜðïéï ëÜäé üðùò, ð.÷. óôï åëáéüëáäï. Ôï ìüñéï åíüò óáðïõíéïý åßíáé áðïôåëåóìáôéêü åðåéäÞ Ý÷åé ôçí éäéüôçôá íá áëëçëåðéäñÜ ìå ôá ëßðç, ôá Ýëáéá êáé ôï íåñü. Ç ìáêñÜ áëõóßäá ôùí áôüìùí Üíèñáêá ðïõ äéáèÝôåé, åéó÷ùñåß óôá ìüñéá ðïõ óõíéóôïýí ôá ëßðç êáé ôá Ýëáéá, åíþ ôï éïíôéêü Üêñï ôïõ åéó÷ùñåß óôï íåñü. Ãé’ áõôüí áêñéâþò ôï ëüãï, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 16-17, ìéêñÜ óùìáôßäéá Þ óôáãïíßäéá ëéðáñþí Þ åëáéùäþí ïõóéþí, áíôß íá äéá÷ùñßæïíôáé áðü ôï íåñü, äéáóêïñðßæïíôáé ìÝóá óå áõôü ìå ôç âïÞèåéá ôùí ìïñßùí ôïõ óáðïõíéïý. Èá óáò åêðëÞîåé ôï ãåãïíüò üôé ïé ÷çìéêïß Ýìáèáí ãéá ôç äñÜóç ôùí óáðïõíéþí ìüëéò ðñéí ìåñéêÝò äåêáåôßåò. Áðü ôç óôéãìÞ ðïõ êáôåíüçóáí ôïí ôñüðï äñÜóåùò ôïõò, áíôåëÞöèçóáí üôé êáé Üëëá ìüñéá, ìåñéêÜ áðü ôá ïðïßá äåí åß÷áí áêüìç êáí ðáñáóêåõáóèåß, èá åß÷áí ôç äõíáôüôçôá íá åðéôý÷ïõí áêñéâþò ôï ßäéï ðñÜãìá. Áõôü ðïõ ÷ñåéáæüôáí Þôáí áðëÜ Ýíá ìüñéï ìå ìéá ìáêñÜ áëõóßäá õäñïãïíÜíèñáêá êáé ìéá éïíôéêÞ ïìÜäá óôçí Üêñç. Äåí Þôáí áðáñáßôçôï áõôÞ ç éïíôéêÞ ïìÜäá íá åßíáé ç COO-Na+. ÏðïéáäÞðïôå Üëëç ïìÜäá, ç ïðïßá èá äéáëõüôáí óôï íåñü, èá ìðïñïýóå íá Ý÷åé ôçí ßäéá äñÜóç. Áõôü ðïõ ðáñáêéíïýóå ôïõò ÷çìéêïýò íá øÜîïõí êáé íá óõíèÝóïõí Üëëá ðáñÜãùãá Þôáí ç åëðßäá íá áíáêáëýøïõí Ýíá áðïññõðáíôéêü, ôï ïðïßï èá åß÷å êáëýôåñá áðïôåëÝóìáôá áðü ü,ôé ôá óáðïýíéá. ~Çëðéæáí åðßóçò íá áíáêáëýøïõí êÜðïéá ïõóßá, ç ïðïßá èá ìðïñïýóå íá Ý÷åé ôïõëÜ÷éóôïí ôçí ßäéá äñÜóç ìå ôï óáðïýíé, áëëÜ èá êüóôéæå ðïëý ëéãüôåñï. ~Åðåéôá áðü ðïëëÝò åñåõíçôéêÝò ðñïóðÜèåéåò âñÝèçêå üôé ï êáëýôåñïò ôñüðïò ãéá ôçí ðáñáóêåõÞ ðñïúüíôïò ìå êáëÝò éäéüôçôåò êáé ëïãéêü êüóôïò åßíáé ç ÷ñçóéìïðïßçóç ìïñßùí, ôá ïðïßá áíôß ãéá êáñâïîõëéêÞ ïìÜäá ðåñéÝ÷ïõí èåééêÞ õäñüöéëï ïìÜäá R-OSO3-Na+. Ïõóßåò * Ó.ô.Ì. ÌáêñÜ áëõóßäá áðü Üôïìá Üíèñáêá. ** Ó.ô.Ì. Êáé óå ðïëëÝò Üëëåò ÷þñåò. *** Ó.ô.Ì. Êáé öõôéêÜ.

ÕäñïãïíáíèñáêéêÞ áëõóßäá

Ná+ Ná+

Ná+ Íåñü ËÜäé

Ná+

Ná+ ÊáñâïîõëïìÜäá

Ná+

Ná+

Ó×ÇÌÁ 16-17. ÄéÜãñáììá ðïõ ðáñéóôÜíåé ôç äñÜóç ôùí óáðïõíéþí. Ïé áëõóßäåò ôïõ õäñïãïíÜíèñáêá Ýëêïíôáé ðñïò ôç ìåñéÜ ôïõ åëáßïõ, åíþ ïé éïíôéêÝò ïìÜäåò CO2- Na+ ðñïôéìïýí ôï íåñü.

áõôïý ôïõ ôýðïõ ïíïìÜæïíôáé áðïññõðáíôéêÜ. Êáé ôá óáðïýíéá åßíáé áðïññõðáíôéêÜ, áëëÜ óõíÞèùò ï üñïò ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôá íåüôåñá õëéêÜ, þóôå íá äéáêñßíïíôáé áðü ôá óáðïýíéá. Óôéò ÇíùìÝíåò Ðïëéôåßåò** ãßíåôáé ìåãáëýôåñç ÷ñÞóç áðïññõðáíôéêþí ðáñÜ óáðïõíéþí. Ôá áðïññõðáíôéêÜ åßíáé óå ðïëëÝò ðåñéðôþóåéò öèçíüôåñá êáé, ðñïêåéìÝíïõ ãéá ïñéóìÝíåò åöáñìïãÝò, êáëýôåñá áðü ôá óáðïýíéá. Óçìáíôéêüôåñï åßíáé ôï ãåãïíüò üôé ç ðñþôç ýëç ôùí óáðïõíéþí åßíáé ðåñéïñéóìÝíç, åðåéäÞ üëá ðáñáóêåõÜæïíôáé áðü æùéêÜ ëßðç***. Ôá áðïèÝìáôá æùéêïý ëßðïõò åßíáé ðåñéïñéóìÝíá, Ýóôù êáé áí õðÜñ÷åé áíåðôõãìÝíç êôçíïôñïößá. Ôá ðåñéóóüôåñá áðïññõðáíôéêÜ áíôßóôïé÷á ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ðñïúüíôá ðåôñåëáßïõ, ôá ïðïßá õðÜñ÷ïõí ãåíéêÜ óå ìåãáëýôåñåò ðïóüôçôåò.

16.18 ÄñáóôéêÝò ïìÜäåò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ~Áæùôï: Áìßíåò êáé áìßäéá. Ðïëý óçìáíôéêÞ äñáóôéêÞ ïìÜäá åßíáé ç áìéíï-ïìÜäá, -ÍÇ2. ~Ïôáí óôï ìüñéï ôçò áììùíßáò ÍÇ3 áíôéêáôáóôáèåß Ýíá õäñïãüíï áðü Ýíá áëêýëéï, ó÷çìáôßæåôáé ìéá Ýíùóç ãíùóôÞ ùò áìßíç. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áí ôï áëêýëéï åßíáé ìåèýëéï, ó÷çìáôßæåôáé ç áðëïýóôåñç áìßíç, CH3NH2, ãíùóôÞ ùò ìåèõëáìßíç. Ðáñïìïßùò, êáé ç Ýíùóç CH3CH2H2 åßíáé ìéá áìßíç, ç áéèõëáìßíç. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé áõôÝò ïé äýï åíþóåéò ÷áñáêôçñßæïíôáé ùò ðáñÜãùãá ôçò áììùíßáò (óôá ëáôéíéêÜ ïíïìÜæåôáé áìßíç).

433

oîéêüò ìåèõëåóôÝñáò Áììùíßá (Áìßíç)

Ìåèõëáìßíç (ÁìéíïìåèÜíéï)

Áéèõëáìßíç (ÁìéíïáéèÜíéï)

Ïé áíùôÝñù åíþóåéò èåùñïýíôáé ðáñÜãùãá ôùí õäñïãïíáíèñÜêùí êáé ôïõò äßäïíôáé áíÜëïãá ïíüìáôá. Ôá óõóôçìáôéêÜ áõôÜ ïíüìáôá, üðùò áìéíïìåèÜíéï êáé áìéíïáéèÜíéï, óðÜíéá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá ôéò êáôþôåñåò áìßíåò, áëëÜ ãåíéêÜ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá ôéò ðéï ðïëýðëïêåò. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ôçí ïíïìáôïëïãßá Þ êáé ãéá ïðïéïíäÞðïôå Üëëï ëüãï, äåí Ý÷åé óçìáóßá áí èá èåùñçèïýí ïé áìßíåò ùò ðáñÜãùãá ôùí õäñïãïíáíèñÜêùí Þ ôçò áììùíßáò. Ìéá Üëëç Üðïøç èá ìðïñïýóå íá èåùñçèåß ÷ñÞóéìç, üôáí åîåôÜæåé êÜðïéïò ôç äåýôåñç óçìáíôéêÞ êáôçãïñßá åíþóåùí ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôçí ïìÜäá -ÍÇ2. Åßíáé ç Üðïøç üôé ïé áìßíåò ðåñéÝ÷ïõí ôçí ïìÜäá -ÍÇ2, åíþ ïé áíôßóôïé÷åò áëêïüëåò ðåñéÝ÷ïõí ôçí ïìÜäá -ÏÇ. ~Ïôáí ç ïìÜäá -ÏÇ, ðïõ áðïôåëåß ìÝñïò ôçò êáñâïîõëïìÜäáò, áíôéêáôáóôáèåß ìå -ÍÇ2, ó÷çìáôßæåôáé Ýíá áìßäéï. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áí áíôéêáôáóôáèåß ç ïìÜäá -ÏÇ ôïõ ìõñìçêéêïý ïîÝïò ìå -ÍÇ2, äßíåé ôï áðëïýóôåñï áìßäéï, ôï öïñìáìßäéï:

Í-áéèõëáêåôáìßäéï

Áõôïý ôïõ åßäïõò ôï ðáñÜãùãï ïíïìÜæåôáé áæù-õðïêáôåóôçìÝíï áìßäéï. ÅéäéêÜ áõôü ôï ïðïßï áíáöÝñèçêå ïíïìÜæåôáé Íáéèõëïáêåôáìßäéï (Í óçìáßíåé üôé ôï áéèýëéï óõíäÝåôáé ìå ôï Üôïìï ôïõ áæþôïõ). Ôá áìßäéá Ý÷ïõí éäéáßôåñç óçìáóßá ãéáôß ç ïìÜäá

áðïôåëåß ôï âáóéêü äïìéêü óôïé÷åßï ôùí ìåãÜëùí ìïñßùí ìå ôï üíïìá ðñùôåÀíåò, ãéá ôéò ïðïßåò èá ãßíåé ëüãïò óôï êåöÜëáéï 18. Ïé ðßíáêåò 16.7 êáé 16.8 ðáñïõóéÜæïõí ôá ïíüìáôá ôùí äéáöüñùí ïìÜäùí ïñãáíéêþí åíþóåùí, ïé ïðïßåò åîåôÜóèçêáí. Óôïõò ðßíáêåò óõìðåñéëáìâÜíïíôáé ìåñéêÜ áðü ôá óçìáíôéêüôåñá ìÝëç ôçò êÜèå êáôçãïñßáò, ôáîéíïìçìÝíá óýìöùíá ìå ôïí áñéèìü áôüìùí Üíèñáêá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí.

16.19 Äåîéüóôñïöá êáé áñéóôåñüóôñïöá ìüñéá. ìõñìçêéêü ïîý

öïñìáìßäéï

~Åíáò ôñüðïò ó÷çìáôéóìïý åíüò áìéäßïõ åßíáé íá áíôéäñÜóåé Ýíáò åóôÝñáò ìå áììùíßá, üðùò äåß÷íåé ç åîßóùóç ðïõ áêïëïõèåß:

ÐñïçãïõìÝíùò åîåôÜóèçêáí äýï åßäç éóïìÝñåéáò, ç óõíôáêôéêÞ êáé ç ãåùìåôñéêÞ. ~Åíá ôñßôï åßäïò éóïìÝñåéáò Ý÷åé ìåãÜëç óçìáóßá. ~Åóôù üôé äýï ïõóßåò, Á êáé Â, Ý÷ïõí ôéò áêüëïõèåò äïìÝò (ôï ó÷Þìá 16-18 äåß÷íåé åðáêñéâþò ôéò äïìÝò ðïõ áíôéóôïé÷ïýí óôïõò åðüìåíïõò ôýðïõò):

ïîéêüò ìåèõëåóôÝñáò

áêåôáìßäéï

Áí ÷ñçóéìïðïéçèåß ìßá áìßíç áíôß ãéá áììùíßá, ðñáãìáôïðïéåßôáé ìßá áíÜëïãç áíôßäñáóç:

Åßíáé Üñáãå ïé ïõóßåò áõôÝò éóïìåñåßò Þ ìÞðùò åßíáé üìïéåò; Óýìöùíá ìå ôéò äýï Ýííïéåò ôéò ïðïßåò Þäç ìåëåôÞóáìå, äåí åßíáé éóïìåñåßò. Äåí åßíáé óõíôáêôéêþò éóïìåñåßò, ãéáôß ôá ÜôïìÜ ôïõò âñßóêïíôáé äéáôåôáãìÝíá êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï. Ç

434 Ðßíáêáò 16.7. áíÜëïãåò ïíïìáôïëïãßåò óôá áëêÜíéá, óôéò áëêïüëåò êáé ôéò áìßíåò. Áñéèìüò áôüìùí Üíèñáêá

ÁëêÜíéá

Áëêïüëåò

Áìßíåò

1

CH4 ÌåèÜíéï

CH3OH Ìåèáíüëç ÌåèõëéêÞ áëêïüëç

CH3NH2 Ìåèõëáìßíç

2

CH3CH3 ÁéèÜíéï

CH3CH2OH Áéèáíüëç ÁéèõëéêÞ áëêoüëç

CH3CH2NH2 Áéèáëïìßíç

3

CH3CH2CH3 ÐñïðÜíéï

CH3CH2CH2OH Ðñïðáíüëç-1 ÐñïðõëéêÞ áëêïüëç

CH3CH2CH2NH2 Ðñïðáíïëáìßíç-1

4

CH3CH2CH2CH3 ÂïõôÜíéï

CH3CH2CH2CH2OH Âïõôáíüëç-1 ÂïõôõëéêÞ áëêïüëç

CH3CH2CH2CH2NH2 Âïõôõëáìßíç-1

8

CH3(CH2)6CH3 OêôÜíéï

CH3(CH2)6CH2OH2 Ïêôáíüëç-1 ÏêôõëéêÞ áëêïüëç

CH3(CH2)6CH2NH2 Ïêôõëáìßíç-1

Ðßíáêáò 16.8. Ïíïìáôïëïãßá ïîÝùí, áìéäßùí êáé åóôÝñùí. Áñéèìüò áôüìùí Üíèñáêá

ÁëêÜíéá

Áëêïüëåò

Áìßíåò

1

HCOOH Ìõñìçêéêü ïîý

HCÏNH2 Öïñìáìßäéï

HCOOCH3 Ìõñìçêéêüò ìåèõëåóôÝñáò

2

CH3COOH Ïîéêü ïîý

CH3CONH2 Áêåôáìßäéï

CH3COOCH3 Ïîéêüò ìåèõëåóôÝñáò

3

CH3CH2COOH Ðñïðéïíéêü ïîý

CH3CH2CONH2 Ðñéðéïíáìßäéï

CH3CH2COOCH3 Ðñïðéïíéêüò ìåèõëåóôÝñáò

4

CH3CH2CH2COOH Âïõôõñéêü ïîý

CH3CH2CH2CONH2 Âïõôõñáìßäéï

CH3CH2CH2COOCH3 Âïõôõñéêüò ìåèõëåóôÝñáò

8

CH3(CH2)6COOH Ïêôáíïúêü ïîý

CH3(CH2)6CONH2 Ïêôáíáìßäéï

Êáðñõëéêü ïîý

Êáðñõëáìßäéï

CH3(CH2)6COOCH3 Ïêôáíïúêüò ìåèõëåóôÝñáò Êáðñõëéêüò ìåèõëåóôÝñáò

435

OH

OH

C

C

CH3

CH3CH2

CH2CH3

CH3 H

H Á

B

Ó×ÇÌÁ 16-18. Ïé ôñéóäéÜóôáôåò äïìÝò ôùí ìïñßùí ôùí ïõóéþí Á êáé  ðïõ áíáöÝñïíôáé óôï êåßìåíï.

êÜèå ìßá ðåñéÝ÷åé õðïïìÜäåò óõíäåäåìÝíåò åðßóçò êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï. ÁëëÜ äåí åßíáé ïýôå ãåùìåôñéêþò éóïìåñåßò, åðåéäÞ óå áõôü ôï ìüñéï äåí õðÜñ÷åé äõíáôüôçôá êÜðïéïõ cis Þ trans ÷áñáêôÞñá. Åðß ðëÝïí, åßíáé áëÞèåéá üôé äåßãìáôá êáèáñþí ïõóéþí Á êáé  åßíáé üìïéá ùò ðñïò üëåò ôéò êïéíÝò öõóéêÝò éäéüôçôÝò ôïõò, üðùò åßíáé ôï ÷ñþìá, ôï óçìåßï ôÞîåùò, ôï óçìåßï âñáóìïý, ç äéðïëéêÞ ñïðÞ, ç ðõêíüôçôá êáé ç äéáëõôüôçôá óôï íåñü. Ïé êïéíÝò ÷çìéêÝò éäéüôçôåò áõôþí åßíáé åðßóçò üìïéåò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, åßíáé äõíáôüí íá ïîåéäùèïýí ðñïò ôçí ßäéá êåôüíç CH3CH2CCH3 ½½ O Óå üëåò ôéò êïéíÝò áíôéäñÜóåéò ôïõò áíôéäñïýí êáôÜ ôïí ßäéï áêñéâþò ôñüðï êáé ìå ôçí ßäéá áêñéâþò ôá÷ýôçôá. ÁõôÝò ïé éäéüôçôåò åßíáé ðñÜãìáôé ßäéåò êáé ãéá ôçí Á êáé ãéá ôç  ïõóßá. Êáé ïé áêñéâÝóôåñåò ìåôñÞóåéò äåí Ýäåéîáí êáìéÜ äéáöïñÜ. Óôï óçìåßï áõôü èá Þôáí êÜðïéïò Ýôïéìïò íá õðïèÝóåé üôé ç Á êáé ç  åßíáé ç ßäéá Ýíùóç. Êáô’ áñ÷Þí, äéáðéóôþíïìå üôé äåí åßíáé éóïìåñåßò ìå âÜóç ôéò Ýííïéåò ôçò éóïìÝñåéáò ðïõ åîåôÜóèçêáí ðñïçãïõìÝíùò. Äåýôåñïí, äåí åßíáé äõíáôÞ ç äéÜêñéóÞ ôïõò, ìå âÜóç ïðïéáäÞðïôå öõóéêÞ Þ ÷çìéêÞ éäéüôçôÜ ôïõò. Ôé Üëëï ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá áðïäåé÷èåß üôé êáé ïé äýï ïõóßåò åßíáé ßäéåò; ÕðÜñ÷åé üìùò áêüìç êÜôé, ôï ïðïßï èá ìðïñïýóå íá åîåôáóèåß. Áí äýï ïõóßåò åßíáé ðñÜãìáôé ßäéåò, ôï ìüñéï ôçò ìéáò èá ðñÝðåé íá åöáñìüæåé áðüëõôá ðÜíù óôï ìüñéï ôçò Üëëçò. Åðé÷åéñÞóôå áõôÞí ôç äïêéìÞ êáé ãéá ôá ìüñéá ôùí ïõóéþí Á êáé Â. ÐåñéóôñÝøôå ôï ìüñéï ôçò ïõóßáò Á Ýôóé, þóôå ôï êåíôñéêü Üôïìï Üíèñáêá, ç êåíôñéêÞ õäñïîõ–ïìÜäá, êáé ç áéèõëï-ïìÜäá áõôïý íá åöáñìüóïõí ðÜíù óôéò áíôßóôïé÷åò ïìÜäåò ôïõ ìïñßïõ ôçò ïõóßáò Â. Ôï áðïôÝëåóìá

öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 16-19. ~Ïðùò âëÝðåôå, üôáí åöáñìüóïõí ïé ôñåéò áõôÝò ïìÜäåò ôùí äýï ìïñßùí, ïé Üëëåò äýï, äçëáäÞ ôá Üôïìá ôïõ õäñïãüíïõ êáé ïé ìåèõëï-ïìÜäåò äåí óõìðßðôïõí. Âñßóêïíôáé óå áíôßèåôåò ðëåõñÝò. ÁðëÜ óêåðôüìåíïé èá óõìðåñáßíáôå üôé ìðïñåßôå íá åðéèÝóåôå ôá êåíôñéêÜ Üôïìá Üíèñáêá ôùí ìïñßùí ôùí ïõóéþí Á êáé  êáé äýï áðü ôéò ôÝóóåñåò ïìÜäåò ðïõ âñßóêïíôáé ãýñù ôïõò, üðïéåò åóåßò èÝëåôå. Ïé Üëëåò äýï ïìÜäåò üìùò èá äéáôÜóóïíôáé ðÜíôá áíôßèåôá. Ïé ðñïçãïýìåíåò óõãêñßóåéò ôùí äýï ìïñßùí åíéó÷ýïõí ôçí Üðïøç üôé ðñüêåéôáé ãéá éóïìåñÞ. ÄéáèÝôïõí ßäéïõò ìïñéáêïýò ôýðïõò áëëÜ ïé äïìÝò ôïõò äåí åßíáé áðüëõôá ßäéåò. Áõôü áðïôåëåß êáé ôï âáóéêü ïñéóìü ôùí éóïìåñþí. ÂÝâáéá, áõôü ðïõ ðáñáôçñåßôáé åäþ åßíáé Ýíáò íÝïò ôýðïò éóïìÝñåéáò, ðåñéóóüôåñï óêïôåéíüò áðü åêåßíïõò ìå ôïõò ïðïßïõò Þäç áó÷ïëçèÞêáìå. Ôá éóïìåñÞ áõôïý ôïõ ôýðïõ ïíïìÜæïíôáé ïðôéêþò éóïìåñÞ. Ç åñìçíåßá áõôÞò ôçò ïíïìáóßáò èá äïèåß óå Üëëï óçìåßï. CH2CH3 CH2CH3

HO HO

C C

H CH3

CH3 H

Ó×ÇÌÁ 16-19. Áí ïé ïìÜäåò - ÏÇ êáé - CH2CH3 ôùí äýï ìïñßùí C(CH3) (C2H5) (H) (OH) ôïðïèåôçèïýí Ýôóé, þóôå íá óõìðÝóïõí, èá äéáðéóôùèåß üôé äåí óõìðßðôïõí ïé ïìÜäåò - H êáé - CH3.

436

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. MH AÐÏÉÊÏÄÏÌÏÕÌÅÍÁ ÅÍÔÏÌÏÊÔÏÍÁ Ôá åíôïìïêôüíá åßíáé ÷çìéêÝò ïõóßåò èáíáôçöüñåò ãéá ôá Ýíôïìá, åíþ óôïõò Üëëïõò æþíôåò ïñãáíéóìïýò åðéäéþêåôáé íá ðñïêáëïýí üóï ôï äõíáôüí, ìéêñüôåñåò æçìéÝò. ÌåñéêÜ Ýíôïìá åßíáé öïñåßò äéáöüñùí ìéêñïâßùí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôá êïõíïýðéá ðñïêáëïýí ôçí åëïíïóßá êáé ïé ìýãåò ôóåôóÝ ôçí áóèÝíåéá ôïõ ýðíïõ. ÐïëëÜ Üëëá Ýíôïìá ðñïêáëïýí ìåãÜëåò êáôáóôñïöÝò óôéò êáëëéÝñãåéåò ôùí äçìçôñéáêþí, üðùò êáé óôçí õðüëïéðç öõôéêÞ ðáñáãùãÞ. Ãé’ áõôü, áðü ôïõò ÷çìéêïýò èåùñÞèçêå ÷ñÞóéìç ãéá ôçí áíèñþðéíç åõçìåñßá ç áíáæÞôçóç ÷çìéêþí åíþóåùí, ïé ïðïßåò èá Þôáí áðïôåëåóìáôéêÝò êáé áóöáëåßò ùò åíôïìïêôüíá. ÌÝ÷ñé ôï 1939, ôá ãíùóôÜ åíôïìïêôüíá Þôáí ëßãá êáé áõôÜ äåí ÷ñçóéìïðïéïýíôáí óå åõñåßá Ýêôáóç. Åðñüêåéôï êõñßùò ãéá åíþóåéò ðïõ ðåñéåß÷áí áñóåíéêü, öèïñéïý÷ï íÜôñéï êáé ìåñéêÝò ïñãáíéêÝò åíþóåéò. ~Åðñåðå, ðñïêåéìÝíïõ íá äñÜóïõí, íá öáãùèïýí áðü ôá Ýíôïìá êáé ãé’ áõôü Þôáí ÷ñÞóéìá ìüíï óå ìéêñÞ êëßìáêá, þóôå íá áíôéìåôùðßæïíôáé Ýíôïìá ðïõ ôñþíå ôá öýëëá ôùí öõôþí. Ç ôåñÜóôéá áëëáãÞ óôç öýóç êáé óôç ÷ñÞóç ôùí åíôïìïêôüíùí ÷ñïíïëïãåßôáé áðü ôï 1939, üôáí Ýíáò åëâåôüò ÷çìéêüò, ïíïìáæüìåíïò Paul Hermann Muller, áíáêÜëõøå ôéò åíôïìïêôüíåò éäéüôçôåò ôïõ DDT. Ôï DDT (Äé÷ëùñï-ÄéöáéíõëïÔñé÷ëùñïáéèÜíéï) ÷áñáêôçñßæåôáé ùò ðáñÜãùãï ôïõ áéèáíßïõ. Ï óõíôáêôéêüò ôýðïò ðïõ áêïëïõèåß èá óáò âïçèÞóåé íá êáôáíïÞóåôå ôï ëüãï (ïé âåíæïëéêïß äáêôýëéïé åßíáé ãíùóôïß êáé ùò «öáéíõëï»-ïìÜäåò). Ôï DDT õðÞñîå ôï ðñþôï, åõñÝùò-öÜóìáôïò åíôïìïêôüíï åðáöÞò. Áõôü óçìáßíåé üôé åßíáé áðïôåëåóìáôéêü óå ìéá ìåãÜëç ðïéêéëßá åíôüìùí (óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ó÷åäüí óå üëá) êáé äñá åî åðáöÞò. Äåí ÷ñåéÜæåôáé äçëáäÞ íá öáãùèåß áðü ôá Ýíôïìá, áëëÜ äéåéóäýåé áðü ôçí åîùôåñéêÞ åðéöÜíåéá ôïõ óþìáôüò ôïõò. Ç ôïîéêÞ äñÜóç ôïõ DDT êáé Üëëùí åíôïìïêôüíùí åðáöÞò äåí Ý÷åé ðëÞñùò ðñïóäéïñéóèåß. ÅðçñåÜæïõí, ðéèáíüôáôá, ôï íåõñéêü ôïõò óýóôçìá. Ìå âÜóç ôï ãåãïíüò üôé ôï DDT ðåñéÝ÷åé ðïëëïýò äåóìïýò ÷ëùñßïõ-Üíèñáêá, äïêéìÜóèçêáí êáé ðïëëïß Üëëïé ÷ëùñéùìÝíïé *

õäñïãïíÜíèñáêåò. Ìåñéêïß áðü áõôïýò áðåäåß÷èçóáí áðïôåëåóìáôéêÜ åíôïìïêôüíá êáé ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí ó÷åäüí óôçí ßäéá Ýêôáóç, áëëÜ äåí Ýãéíáí ôüóï ãíùóôïß üóï ôï DDT. Ãéá ðáñÜäåéãìá, õðÜñ÷åé ôï ÷ëùñäÜíéï êáé ôï åðôá÷ëþñéï (Chlordane, Heptachlor), ôùí ïðïßùí ïé ôýðïé åßíáé åðßóçò ãíùóôïß. Ïé ÷ëùñéùìÝíåò áõôÝò ïõóßåò åßíáé åíôïìïêôüíá åðáöÞò êáé åõñÝùò öÜóìáôïò, êáé áíÞêïõí óôçí êáôçãïñßá ôùí ìç áðïéêïäïìïõìÝíùí. Áõôü óçìáßíåé üôé âéïáðïéêïäïìïýíôáé âñáäÝùò Þ åëÜ÷éóôá. Áðü ôç óôéãìÞ ðïõ èá åöáñìïóèïýí ðáñáìÝíïõí óôï ðåñéâÜëëïí ãéá ìåãÜëï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá. ~Åóôù êáé áí áðïìáêñõíèïýí ìå ôï ÷ñüíï áðü ôç âñï÷Þ, ôá ìüñéÜ ôïõò Þ ðáñáìÝíïõí Üèéêôá Þ äéáóðþíôáé ìåñéêþò ðñïò ïõóßåò, ïé ïðïßåò åîáêïëïõèïýí íá åßíáé ôïîéêÝò ãéá ìåñéêÜ ôïõëÜ÷éóôïí æùéêÜ åßäç. ~Åðåéôá áðü ìåñéêÝò äåêáåôßåò ÷ñÞóåùò, ôï DDT êáé ôá Üëëá áíÜëïãá åíôïìïêôüíá áðåôÝëåóáí áíôéêåßìåíï óõãêñïýóåùí. ~Ïðùò êáé ãéá ðïëëÜ Üëëá èÝìáôá ðïõ ó÷åôßæïíôáé Üìåóá ìå ôï ðåñéâÜëëïí, Ýôóé êáé ãéá ôá åíôïìïêôüíá ôßèåôáé ôï åñþôçìá, áí ôá èåôéêÜ áðïôåëÝóìáôÜ ôïõò õðåñôåñïýí ôùí áñíçôéêþí, êáé áí åðéâÜëëåôáé íá õðÜñîåé êÜðïéá áëëáãÞ óôï óêåðôéêü êáé óôçí ðñáêôéêÞ üóïí áöïñÜ óôç ÷ñÞóç ôïõò*. Áò åîåôÜóïìå ìåñéêÝò áðü ôéò êýñéåò èåôéêÝò êáé áñíçôéêÝò óõíÝðåéåò ôçò ÷ñÞóåùò ôùí åíôïìïêôüíùí. Ðñéí ôçí áíáêÜëõøç ôïõ DDT êáé ôùí Üëëùí óõíáöþí åíôïìïêôüíùí, åêáôïíôÜäåò ÷éëéÜäåò Üôïìá ðÝèáéíáí êÜèå ÷ñüíï åî áéôßáò ëéìþí ðïõ ïöåßëïíôáí óôéò êáôáóôñïöÝò ôùí êáëëéåñãéþí áðü ôá Ýíôïìá Þ áðü áóèÝíåéåò ðïõ ìåôáäßäïíôáí áðü áõôÜ. Äåí õðÜñ÷ïõí åðáñêÞ óôïé÷åßá, áëëÜ áõôïß ðïõ õðïóôçñßæïõí ôçí åîáêïëïýèçóç ôçò åõñåßáò ÷ñÞóåþò ôïõò äéáôåßíïíôáé üôé ÷ùñßò áõôÜ ïé ëéìïß êáé ïé åðéäçìßåò èá áõîçèïýí ðÜëé óçìáíôéêÜ óå ðïëëÜ ìÝñç ôïõ êüóìïõ. Ç ðñïóôáóßá ôçò áíèñþðéíçò æùÞò åßíáé ôï ðñïöáíÝò êáé ðñáãìáôéêü åðé÷åßñçìá ðïõ äýíáôáé íá ðñïâëçèåß õðÝñ ôçò åîáêïëïõèÞóåùò ôçò ÷ñÞóåùò ôïõ DDT êáé ôùí ðáñïìïßùí åíôïìïêôüíùí. ÕðÜñ÷åé üìùò êáé ìéá Üëëç äéÜóôáóç óôï üëï èÝìá. ÐïëëÜ áðü ôá ãåãïíüôá ðïõ óôçñßæïõí áõôÞí ôçí Üëëç äéÜóôáóç, åßäáí ôï öùò ôçò äçìïóéüôçôáò ìå ôçí êõêëïöïñßá ôïõ ðåñßöçìïõ âéâëßïõ ìå ôïí ôßôëï ÓéùðçëÞ Üíïéîç (Silent Spring) ôïõ Rachel Carson. To DDT êáé ôá áíÜëïãá åíôïìïêôüíá åßíáé

Ó.ô.Ì. Ç ÷ñÞóç ôïõ DDT Ý÷åé áðáãïñåõèåß ó÷åäüí óå üëåò ôéò áíáðôõãìÝíåò ÷þñåò ôïõ êüóìïõ. Êáé óôçí ÅëëÜäá ç ÷ñÞóç ôïõ áðáãïñåýèçêå áðü ôï 1972.

437

Ç Cl

Cl

C Cl

C

Cl

Cl DDT Cl Cl Cl

C

Cl

Cl

Cl Cl

Cl ×ëùñäÜíéï Cl Cl Cl

C

Cl

Cl Cl

Cl

Eðôá÷ëþñéï

Óõíôáêôéêïß ôýðïé åíôïìïêôüíùí

ôñéþí

åõñÝùò

äéáäåäïìÝíùí

áíáìöéâüëùò, Ýíôïíá ôïîéêÜ ü÷é ìüíï ãéá ôá Ýíôïìá, áëëÜ êáé ãéá Üëëïõò æþíôåò ïñãáíéóìïýò. Êáô’ áõôÞí ôçí Ýííïéá äåí ðëçñïýí ôéò ðñïûðïèÝóåéò åíüò éäáíéêïý åíôïìïêôüíïõ. ~Ïìùò ÷ñåéÜóèçêå ÷ñüíïò, ãéá íá öáíïýí ôá áñíçôéêÜ áðïôåëÝóìáôÜ ôïõò óôï æùéêü âáóßëåéï. Ï ÷ñüíïò áõôüò Þôáí áðáñáßôçôïò, þóôå íá óõìðõêíùèïýí ôá õðïëåßììáôá áõôþí ôùí ìç áðïéêïäïìïõìÝíùí åíôïìïêôüíùí êáé íá ìåôáöåñèïýí óôçí ôñïöéêÞ áëõóßäá. Êáôþôåñåò ìïñöÝò æùÞò ðïõ æïõí óôï Ýäáöïò, óôéò ëßìíåò, óôá ðïôÜìéá êáé óôçí õðü áðïéêïäüìçóç öõôéêÞ ýëç, áðïññïöïýí ôï DDT. Áõôïß ïé êáôþôåñïé ïñãáíéóìïß ôñþãïíôáé óôç óõíÝ÷åéá áðü áíþôåñïõò. Ôï DDT äåí ìåôáâïëßæåôáé óôï ðåðôéêü óýóôçìá ôùí æþùí. Áíôßèåôá, óõóóùñåýåôáé. Êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï, ç *

óõãêÝíôñùóç ôïõ DDT óôçí ôñïöÞ, óôçí áñ÷Þ ôçò ôñïöéêÞò áëõóßäáò, ìðïñåß íá åßíáé ÷áìçëÞ, áëëÜ ìåôÜ áðü êÜèå óôÜäéï óõìðõêíþíåôáé. ~Åôóé, ôá ìåãáëýôåñá øÜñéá, ôá ðïõëéÜ, êáé ôá ìéêñÜ èçëáóôéêÜ ìðïñïýí íá áðïññïöÞóïõí áñêåôÜ ìåãÜëåò ðïóüôçôåò. Ïé ÷ëùñéùìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò, üðùò ôï DDT, áðïôåëïýí ùò ãíùóôüí éó÷õñÜ äçëçôÞñéá ãéá ôá øÜñéá, ôá ðïõëéÜ êáé ôá ìéêñÜ èçëáóôéêÜ. ÓÞìåñá, õðÜñ÷åé ðëçèþñá åíäåßîåùí üôé ôï DDT êáé ôá áíÜëïãá ìå áõôü åíôïìïêôüíá äçìéïõñãïýí óïâáñÜ ðñïâëÞìáôá óôá øÜñéá êáé ôá ðïõëéÜ óå üëï ôïí êüóìï. Ç áëÞèåéá åßíáé üôé äåí õðÜñ÷åé áêüìç êÜðïéá Üìåóç Ýíäåéîç üôé ôá ÷ëùñéùìÝíá åíôïìïêôüíá Ý÷ïõí ðñáãìáôéêÜ âëÜøåé ôïõò áíèñþðïõò*. Êáëü åßíáé üìùò íá èõìüìáóôå üôé âñéóêüìáóôå óôçí êïñõöÞ ôçò ôñïöéêÞò áëõóßäáò êáé üôé ç óõãêÝíôñùóç ôïõ DDT äéÜ ôïõ åäÜöïõò êáé ôùí õðïãåßùí õäÜôùí óôçí ôñïöéêÞ áëõóßäá åîáêïëïõèåß íá áõîÜíåôáé. ÌÝ÷ñé ðñéí áðü ìåñéêÜ ÷ñüíéá äåí õðÞñ÷å Ýíäåéîç üôé ôï DDT Ýâëáðôå ôá ðïõëéÜ. ~Ïìùò ïé åíäåßîåéò áõôÝò áõîÞèçêáí óçìáíôéêÜ ôá ôåëåõôáßá ÷ñüíéá. ÅéóÝñ÷åôáé óôï óõêþôé ôïõò, êáé áí ôï ðïóïóôü óõãêåíôñþóåùò åßíáé áõîçìÝíï (áõôü Þäç áöïñÜ ðïëëÜ åßäç óå äéÜöïñá óçìåßá ôçò ãçò), åðçñåÜæåé ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ êåëýöïõò ôïõ áõãïý. Ôï êÝëõöïò ãßíåôáé ëåðôüôåñï êáé óôç ÷åéñüôåñç ôùí ðåñéðôþóåùí äåí ó÷çìáôßæåôáé êáèüëïõ. ÁõôÜ ôá áõãÜ äåí ìðïñïýí ãåíéêÜ íá äéáôçñçèïýí êáé Ýôóé íá ãåííçèïýí íåïãíÜ. ÅðïìÝíùò, ôá ðïõëéÜ äåí ìðïñïýí íá áíáðáñá÷èïýí êáé ïñéóìÝíá åßäç óå ðïëëÜ ìÝñç Ý÷ïõí åîáöáíéóèåß. Ôá ðïõëéÜ âÝâáéá åëÝã÷ïõí ôïõò ðëçèõóìïýò ôùí åíôüìùí êáëýôåñá áðü ü,ôé ôá åíôïìïêôüíá, ìå áðïôÝëåóìá ç óçìáíôéêÞ ìåßùóç ôïõ ðëçèõóìïý ôïõò íá ïäçãåß óå áýîçóç ôïõ ðëçèõóìïý ôùí åíôüìùí ðïõ åîïõäåôåñþíåé ôç ìåßùóÞ ôïõò áðü ôá åíôïìïêôüíá. Óïâáñüôåñï ðñüâëçìá åßíáé ôï ãåãïíüò üôé ôá Ýíôïìá áíáðôýóóïõí âáèìéáßá áíïóßá óôá åíôïìïêôüíá. Ìáêñïðñüèåóìá ç åõñåßá ÷ñÞóç ôùí åíôïìïêôüíùí äåí èá áðïôåëåß ßóùò ëýóç óôá ðñïâëÞìáôá ðïõ ðñïêáëïýí ôá Ýíôïìá. ~Éóùò êáé íá ãßíïõí ôá ðñÜãìáôá ÷åéñüôåñá. Ðéèáíüôáôá èá áíáðôõ÷èïýí Üëëåò áóöáëÝóôåñåò ìÝèïäïé åëÝã÷ïõ ôïõò.

Ó.ô.Ì. ÌåôÜ ôç óõããñáöÞ áõôïý ôïõ âéâëßïõ ðñïÝêõøáí ü÷é ìüíï åíäåßîåéò, áëëÜ êáé áðïäåßîåéò, ãéá ôç âëáðôéêÞ åðßäñáóç ôïõ DDT óôïí áíèñþðéíï ïñãáíéóìü.

438

Åðßðåäá ðïëùìÝíï öùò

Êáíïíéêü öùò

ÐïëùôÞò

Êïéíü õëéêü

Ïðôéêþò åíåñãü õëéêü

Ó×ÇÌÁ 16-20. Ôï êáíïíéêü öùò (áñéóôåñÜ), äéÝñ÷åôáé ìÝóá áðü Ýíá ðïëùóßìåôñï êáé åîÝñ÷åôáé ðïëùìÝíï óå Ýíá åðßðåäï. Ðåñíþíôáò ìÝóá áðü õëéêü ðïõ äåí åßíáé ïðôéêþò åíåñãü, ôï åðßðåäï ðoëþóåùò ðáñáìÝíåé áìåôÜâëçôï. Ðåñíþíôáò ìÝóá áðü ïðôéêþò åíåñãü õëéêü, ôï åðßðåäï ðïëþóåùò óôñÝöåôáé.

Áí êïéôÜîåôå ðñïóåêôéêÜ ôá äýï éóïìåñÞ ìüñéá Á êáé Â, üðùò Þôáí áñ÷éêÜ ó÷åäéáóìÝíá, èá äéáðéóôþóåôå üôé ôï Ýíá ùò ðñïò ôï Üëëï Ý÷åé ôçí ßäéá ó÷Ýóç ðïõ Ý÷åé Ýíá áíôéêåßìåíï ìå ôï åßäùëü ôïõ óôïí êáèñÝðôç. Óôéò ðåñéóóüôåñåò ðåñéðôþóåéò, Ýíá ìüñéï êáé ôï êáôïðôñéêü åßäùëü ôïõ åöáñìüæïõí, êáé ãé’ áõôü åßíáé ßäéá. Óôçí ðñïêåéìÝíç ðåñßðôùóç üìùò äåí óõìâáßíåé êÜôé ôÝôïéï. Ôá ðéï ãíùóôÜ óáò ßóùò áíôéêåßìåíá ãéá ôá ïðïßá éó÷ýåé åðßóçò áõôü, åßíáé ôá ÷Ýñéá óáò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá äåí åßíáé ßäéá. Ôï Ýíá åßíáé êáôïðôñéêü åßäùëï ôïõ Üëëïõ êáé äåí ìðïñïýí íá åöáñìüóïõí äéÜ åðéèÝóåùò. Ôá ìüñéá áõôÜ ïíïìÜæïíôáé åíáíôéïóôåñåïúóïìåñÞ Þ ïðôéêïß áíôßðïäåò. ÏíïìÜæïíôáé åðßóçò êáé ÷åéñüìïñöåò åíþóåéò (chiral compounds) áðü ôçí åëëçíéêÞ ëÝîç ÷åéñ-÷åéñüò (÷Ýñé). Ç óçìáíôéêüôåñç êáôçãïñßá ôùí ïðôéêþò éóïìåñþí ìïñßùí åßíáé áõôÞ ôçí ïðïßá åîåôÜóáìå, äçëáäÞ ìüñéá óôá ïðïßá ôÝóóåñéò äéáöïñåôéêÝò ïìÜäåò åßíáé ôïðïèåôçìÝíåò ãýñù áðü Ýíá êåíôñéêü ôåôñáåäñéêü Üôïìï. Óôá ïñãáíéêÜ ìüñéá ôï Üôïìï ðïõ Ý÷åé ôÝóóåñéò äéáöïñåôéêïýò õðïêáôáóôÜôåò åßíáé óõíÞèùò Ýíá Üôïìï Üíèñáêá, ôï ïðïßï êáé ïíïìÜæåôáé áóýììåôñï Üôïìï Üíèñáêá. Ãéáôß áõôÜ ôá éóïìåñÞ ïíïìÜæïíôáé ïðôéêþò éóïìåñÞ Þ ïðôéêþò åíåñãÜ; Ãéáôß Ýíáò ôñüðïò ãéá íá ôá äéáêñßíïìå åßíáé ìå ôç âïÞèåéá åíüò ïðôéêïý öáéíïìÝíïõ, äçëáäÞ åíüò öáéíïìÝíïõ ðïõ Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ôï öùò. ~Ïôáí ôï öùò äéÝñ÷åôáé ìÝóá áðü êÜðïéåò óõóêåõÝò ðïõ ïíïìÜæïíôáé ðïëùóßìåôñá, åîÝñ÷åôáé Ý÷ïíôáò ôï çëåêôñéêü ðåäßï ôáëáíôþóåþò ôïõ (ó÷. 11-2) ðåñéïñéóìÝíï óå Ýíá ìüíï åðßðåäï. Ôï öùò, üðùò ëÝìå, Ý÷åé õðïóèåß åðßðåäç ðüëùóç. ~Ïôáí öùò åðßðåäá ðïëùìÝíï ðåñÜóåé ìÝóá áðü ïðïéïäÞðïôå õëéêü óþìá, ôï åðßðåäï ðïëþóåùò åéóÝñ÷åôáé êáé åîÝñ÷åôáé ìå ôïí

ßäéï ðñïóáíáôïëéóìü, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 16-20. ~Åíá äåßãìá üìùò ðïõ ðåñéÝ÷åé ïðôéêþò éóïìåñÞ ìüñéá ðñïêáëåß ôç óôñïöÞ ôïõ åðéðÝäïõ. Ôá äåîéüóôñïöá ìüñéá ôï óôñÝöïõí ðñïò ôç ìßá êáôåýèõíóç (äåîéÜ), åíþ ôá áñéóôåñüóôñïöá ðñïò ôçí Üëëç (áñéóôåñÜ). Ç óçìáóßá ôçò ïðôéêÞò éóïìÝñåéáò åßíáé ìåãáëýôåñç óôç âéï÷çìåßá. Óôçí ðáñÜãñáöï 16.18, áíáöÝñèçêáí ôá âáóéêÜ äïìéêÜ óôïé÷åßá ôùí ðñùôåúíþí. Ïé áëõóßäåò áõôÝò äçìéïõñãïýíôáé áðü ôç óõíÝíùóç ôùí «áìéíïîÝùí». Ôá áìéíïîÝá ðåñéÝ÷ïõí êáé êáñâïîõëï-ïìÜäá (ïîý) êáé áìéíïïìÜäá. Ç ãëõêßíç, ôï áðëïýóôåñï áìéíïîý, Ý÷åé ôïí áêüëïõèï ôýðï:

~Áëëá áìéíïîÝá, áíôß ãéá Üôïìï õäñïãüíïõ Ý÷ïõí óõíäåäåìÝíåò ðéï ðïëýðëïêåò ïìÜäåò. Áí ðáñáóôÞóïìå êÜðïéá áðü áõôÝò ôéò ïìÜäåò ìå R, ôüôå äçìéïõñãåßôáé ï áêüëïõèïò ãåíéêüò ôýðïò ôùí áìéíïîÝùí:

~Ïëá ôá áìéíïîÝá, ìå åîáßñåóç ôç ãëõêßíç, åßíáé ïðôéêþò åíåñãÜ, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 16-21. Ï óõìâïëéóìüò D êáé L ðñïÝñ÷åôáé áðü ôï «dextro» êáé «laevo» ðïõ óçìáßíïõí áíôßóôïé÷á äåîéüóôñïöá êáé áñéóôåñüóôñïöá. Áñ÷éêÜ ï ÷áñáêôçñéóìüò óå D êáé L âáóßóèçêå óôçí êáôåýèõíóç ôçò ðåñéóôñïöÞò ôïõ åðéðÝäïõ ðïëþóåùò ïñéóìÝíïõ ìÞêïõò êýìáôïò öùôüò. ÓÞìåñá üìùò ÷ñçóéìïðïéåßôáé ìéá, áêñéâÝóôåñç

439

Ó×ÇÌÁ 16-22. Ç ãëõêüæç õðÜñ÷åé óå ðïëëÜ öõôéêÜ ðñïúüíôá. Ôá äçìçôñéáêÜ, üðùò ôï ñýæé (åéêïíßæåôáé ç óõãêïìéäÞ ôïõ), ôï êáëáìðüêé, ôï óéôÜñé, ôï êñéèÜñé êáé ç âñþìç, åßíáé ïé óçìáíôéêüôåñåò ðçãÝò ãëõêüæçò. COOH

R C ÍÇ2

R

HOOC

ÇÏCH2

C H

L - ÉóïìåñÝò

ÍÇ2

C*

O

H

D - ÉóïìåñÝò

Ó×ÇÌÁ 16-21. Ôá äýï ïðôéêþò éóïìåñÞ åíüò áìéíïîÝïò.

ìÝèïäïò ðñïêåéìÝíïõ íá êáèïñéóèåß ç ðñáãìáôéêÞ (ïíïìáæïìÝíç êáé áðüëõôç) äéÜôáîç ôùí ïìÜäùí óôï ÷þñï ãýñù áðü Ýíá áóýììåôñï Üôïìï Üíèñáêá. Óôï ó÷Þìá 16-21 õðÜñ÷ïõí ðáñáäåßãìáôá ôùí äéáôÜîåùí D êáé L. ~Ïëá ôá áìéíïîÝá ðïõ áðáíôïýí óôç öýóç Ý÷ïõí ôç äéÜôáîç L. ~Ïëåò ïé âéï÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò, óôéò ïðïßåò äçìéïõñãïýíôáé Þ óõììåôÝ÷ïõí êáôÜ êÜðïéï ôñüðï áìéíïîÝá, åßíáé åéäéêÝò ãéá ôéò L äéáôÜîåéò. Èá Þôáí áäýíáôïí íá äéáôñáöïýìå ìüíï ìå D áìéíïîÝá, åêôüò êáé áí ôï óþìá ìáò åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá ôá äéáóðÜ, êáé ìå ôá Üôïìá ðïõ ôá óõíéóôïýí íá áíáóõíèÝôåé L ïîÝá. ÐïëëÜ Üëëá ìüñéá ðïõ ëáìâÜíïõí ìÝñïò óå âéïëïãéêÝò äéáäéêáóßåò ðåñéÝ÷ïõí áóýììåôñá Üôïìá Üíèñáêá (ìåñéêÜ ðåñéÝ÷ïõí äýï Þ êáé ðåñéóóüôåñá). Ùò ðáñÜäåéãìá ëáìâÜíïìå ôï óÜê÷áñï ãëõêüæç (ó÷. 16-22). Ï óõíôáêôéêüò ôçò

H

ÏÇ

H

C*

C* ÏÇ

H

C*

C*

H

ÏÇ

ÏÇ

H

Ó×ÇÌÁ 16-23. Ôï ìüñéï ôçò ãëõêüæçò ðåñéÝ÷åé ðÝíôå áóýììåôñá Üôïìá Üíèñáêá, ðïõ óõìâïëßæïíôáé ìå Ýíáí áóôåñßóêï.

ôýðïò (ó÷. 16-23) äåß÷íåé üôé ðåñéÝ÷åé ðÝíôå áóýììåôñá Üôïìá Üíèñáêá. ÐñïêåéìÝíïõ íá ôáõôïðïéçèåß Ýíá ìüñéï ãëõêüæçò, èá ðñÝðåé ç óôñïöéêÞ éêáíüôçôá êáèåíüò áðü áõôÜ íá åßíáé óùóôÞ. Ãéá ôçí êÜèå èÝóç õðÜñ÷ïõí äýï ðéèáíüôçôåò êáé Ýôóé óôï óýíïëï õðÜñ÷ïõí 32 ðéèáíüôçôåò ãéá ïëüêëçñï ôï ìüñéï. Áðü áõôÝò ìüíï ìßá åßíáé óùóôÞ.

440

Ðåñßëçøç. Ôï ðëÞèïò ôùí ðñáãìáôéêþí õëéêþí ðïõ åîåôÜæïíôáé áðü ôçí ïñãáíéêÞ ÷çìåßá, åßíáé äõíáôüí íá ïñãáíùèåß Ýôóé þóôå íá êáôáóèåß åõêïëüôåñç ç êáôáíüçóç êáé ç áðïìíçìüíåõóÞ ôïõò, áí èåùñÞóïìå üôé ôá ìüñéá áðïôåëïýíôáé áðü äýï ôìÞìáôá. Ôá ôìÞìáôá áõôÜ åßíáé: (1) ç äñáóôéêÞ ïìÜäá êáé (2) ç ó÷åôéêÜ áäñáíÞò ïìÜäá ôïõ õäñïãïíÜíèñáêá. Ïé äñáóôéêÝò ïìÜäåò áíôéäñïýí êáôÜ ÷áñáêôçñéóôéêïýò ôñüðïõò. ÊáôÜ óõíÝðåéá, üëåò ïé åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ìéá éäéáßôåñç äñáóôéêÞ ïìÜäá Ý÷ïõí áíÜëïãåò (áëëÜ ü÷é ßäéåò) ÷çìéêÝò éäéüôçôåò, áíåîÜñôçôá áðü ôçí éäéáßôåñç ïìÜäá ôïõ õäñïãïíÜíèñáêá óôçí ïðïßá âñßóêåôáé óõíäåäåìÝíç. Ïé ïìÜäåò ôïõ õäñïãïíÜíèñáêá ðåñéÝ÷ïõí Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ ëéãüôåñï áðü ü,ôé ï áñ÷éêüò õäñïãïíÜíèñáêáò áðü ôïí ïðïßï ðñïÝñ÷ïíôáé, êáé Ýôóé åðéôñÝðïõí ôç óýíäåóç ìéáò Üëëçò

äñáóôéêÞò ïìÜäáò. Åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôçí ßäéá äñáóôéêÞ ïìÜäá áðïôåëïýí ìéá ïéêïãÝíåéá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, üëåò ïé áëêïüëåò ðåñéÝ÷ïõí ôçí ïìÜäá -ÏÇ, óõíäåäåìÝíç êáôåõèåßáí óôçí ïìÜäá ôïõ õäñïãïíÜíèñáêá.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ôé åííïïýìå ëÝãïíôáò üôé ðñÝðåé íá äéáôçñåßôáé «ç äïìéêÞ áêåñáéüôçôá» ìéáò ïìÜäáò óå ìéá áíôßäñáóç; 2. Íá ïíïìÜóåôå ôéò ôñåéò ïìÜäåò õäñïãïíáíèñÜêùí CH3-, CH3CH2- êáé CH3CH2CH2-. 3. ÁíáöÝñáôå ìåñéêÝò áðü ôéò óçìáíôéêÝò äñáóôéêÝò ïìÜäåò ôéò ïðïßåò ìÜèáôå.

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ïé åíþóåéò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôï óôïé÷åßï ìå ôï üíïìá Üíèñáêáò áðïôåëïýí áíôéêåßìåíï ôçò ïñãáíéêÞò ÷çìåßáò. ÌåãÜëá áðïèÝìáôá Üíèñáêá, óå ðåñéóóüôåñï Þ ëéãüôåñï êáèáñÞ ìïñöÞ, áðáíôïýí óôç öýóç (ãáéÜíèñáêáò). Ôï ðåôñÝëáéï åßíáé Ýíá ðïëýðëïêï ìßãìá åíþóåùí ôïõ Üíèñáêá ðïõ áðïôåëåßôáé êõñßùò áðü õäñïãïíÜíèñáêåò. Ôá ìüñéá ðïõ áðïôåëïýí ôïõò æþíôåò ïñãáíéóìïýò åßíáé êõñßùò ïñãáíéêÝò åíþóåéò. ÐñïêåéìÝíïõ íá ïñãáíùèåß ç èåùñßá ôùí ðïëõðëüêùí åíþóåùí ôïõ Üíèñáêá þóôå íá åßíáé ðåñéóóüôåñï åýëçðôç, åßíáé áðáñáßôçôï íá äçìéïõñãçèåß Ýíá óýóôçìá ôáîéíïìÞóåùò êáé ïíïìáôïëïãßáò ôùí åíþóåùí. Ãéá íá ôáîéíïìçèïýí êáé íá ïíïìáóèïýí ôá ïñãáíéêÜ ìüñéá, äå÷üìáóôå

üôé áðïôåëïýíôáé áðü äýï ôìÞìáôá: (1) ìéá ó÷åôéêÜ áäñáíÞ ïìÜäá õäñïãïíÜíèñáêá êáé (2) ìßá Þ ðåñéóóüôåñåò äñáóôéêÝò ïìÜäåò. Ïé ðéï êïéíÝò äñáóôéêÝò ïìÜäåò ðåñéÝ÷ïõí Üôïìá ïîõãüíïõ, áæþôïõ Þ êáé ôùí äýï óôïé÷åßùí, êáé êáèïñßæïõí ôá âáóéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí åíþóåùí óôéò ïðïßåò áíÞêïõí. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ R ìðïñïýìå íá ðáñáóôÞóïìå ìéá ïìÜäá õäñïãïíÜíèñáêá, üðùò åßíáé Ýíá áëêýëéï. Óýìöùíá ìå ôá ðáñáðÜíù, ïé âáóéêïß, ôýðïé ïñãáíéêþí ìïñßùí åßíáé: ROH, áëêïüëåò, RCHO, áëäåàäåò, RCOR~, êåôüíåò RCOOH, êáñâïîõëéêÜ ïîÝá, RCOOR~, åóôÝñåò, RNH 2, áìßíåò RCONH2, Þ RCONHR~, áìßäéá.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. ÁíáöÝñáôå ôñåéò óçìáíôéêÝò ðçãÝò Üíèñáêá öõóéêÞò ðñïåëåýóåùò . 2. Ðþò äéá÷ùñßæïõí ïé ÷çìéêïß ðåôñåëáßïõ ôá äéáöïñåôéêïý ìåãÝèïõò ìüñéá ðïõ õðÜñ÷ïõí óôï áñãü ðåôñÝëáéï; 3. Ç êáôáíïìÞ ôùí åíþóåùí ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ìéêñïý, ìåóáßïõ êáé ìåãÜëïõ ìåãÝèïõò ìüñéá óå Ýíá ôõ÷áßï äåßãìá ðåôñåëáßïõ åßíáé äõíáôüí íá ìçí áíôéóôïé÷åß óôéò áðáéôÞóåéò ôçò áãïñÜò ãéá ôï óõãêåêñéìÝíï åßäïò ôùí

åíþóåùí. Ôé ìðïñåß íá ãßíåé þóôå íá ôñïðïðïéçèïýí ïé åíþóåéò áõôÝò êáé íá éêáíïðïéÞóïõí ôéò áðáéôÞóåéò ôçò áãïñÜò; 4. Ìå ðïéïõò ôñüðïõò ïé ÷çìéêïß êáôåñãÜæïíôáé ôç âåíæßíç, þóôå íá ðåñéïñßóïõí ôçí ôÜóç ôçí ïðïßá Ý÷åé íá äçìéïõñãåß êôõðÞìáôá (ðåéñÜêéá) ìÝóá óôïí êéíçôÞñá ôùí áõôïêéíÞôùí; Ðþò åßíáé äõíáôüí íá âëÜøåé ôï ðåñéâÜëëïí ìßá áðü ôéò ìåèüäïõò áõôÝò; 5. Óå ôé äéáöÝñåé ç áíüñãáíç áðü ôçí

441

ïñãáíéêÞ ÷çìåßá; 6. Ðïéåò ðëçñïöïñßåò åìðåñéÝ÷ïíôáé óå Ýíáí åìðåéñéêü ôýðï, óå Ýíá ìïñéáêü ôýðï êáé óå Ýíá óõíôáêôéêü ôýðï; Íá ãñÜøåôå áõôïýò ôïõò ôñåéò ôýðïõò ãéá ôï áéèÜíéï. 7. ~ Åíá äåßãìá åíüò áãíþóôïõ õäñïãïíÜíèñáêá âÜñïõò 0,29 g êáßãåôáé ôåëåßùò óå ïîõãüíï êáé ðáñÜãåé 0,88 g äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá êáé 0,45 g íåñü. Íá âñåßôå ôïí åìðåéñéêü ôýðï ôçò áñ÷éêÞò åíþóåùò. 8. ~Ïôáí 1,00 g äåßãìáôïò ôïõ õäñïãïíÜíèñáêá ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå óôçí Üóêçóç 7 åîáôìßæåôáé óå èåñìïêñáóßá 100 ïC êáé ðßåóç 1,00 áôìüóöáéñá, ï üãêïò ôïõ âñßóêïìå üôé åßíáé 0,527 ôïõ ëßôñïõ. Íá âñåßôå ôç ìÜæá ôïõ åíüò mole ôçò åíþóåùò êáé ôï ìïñéáêü ôçò ôýðï. 9. ~Åíá ìüñéï ìç êõêëéêïý êïñåóìÝíïõ õäñïãïíÜíèñáêá êáé Ýíá ìüñéï åíüò áêüñåóôïõ õäñïãïíÜíèñáêá Ý÷ïõí êáé ôá äýï ôïí ßäéï áñéèìü áôüìùí Üíèñáêá. Íá óõãêñßíåôå ôïí áñéèìü ôùí áôüìùí õäñïãüíïõ êáé ôùí äýï. Ãéáôß èá ðñÝðåé ïé áêüñåóôåò åíþóåéò íá Ý÷ïõí ðïëëáðëïýò äåóìïýò; 10. Ðþò ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ôï Br2, þóôå íá ãßíåé äéÜêñéóç áíÜìåóá óå Ýíáí áêüñåóôï êáé Ýíáí êïñåóìÝíï õäñïãïíÜíèñáêá; ÃñÜøôå Ýíá óõíôáêôéêü ôýðï ãéá ôï ðñïðÝíéï, C3H6, êáé äåßîôå ðïéá ðñïúüíôá ó÷çìáôßæïíôáé, üôáí áíôéäñÜ ìáæß ôïõ ôï Br2. 11. Ãéáôß Ýíáò õäñïãïíÜíèñáêáò ðïõ äåí áíôéäñÜ åýêïëá ìå ôï Br2 ìðïñåß íá èåùñçèåß üôé åßíáé êïñåóìÝíïò; 12. Íá ãñÜøåôå óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ãéá ôñßá éóïìåñÞ ôïõ ðåíôáíßïõ, C5H12 (íá èõìÜóôå üôé êÜìðôïíôáò ôçí áëõóßäá ôùí áíèñÜêùí äåí äçìéïõñãïýíôáé íÝá ìüñéá). 13. Íá ãñÜøåôå óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ãéá üëá ôá éóïìåñÞ ôïõ ðåíôåíßïõ, C5H10. Ãéáôß áõôÞ ç Ýíùóç Ý÷åé ðåñéóóüôåñá éóïìåñÞ áðü üóá ôï ðåíôÜíéï; 14. Áí êáé ôï âåíæüëéï (C6H6) åßíáé áêüñåóôç Ýíùóç ôé óõìðÝñáóìá ìðïñåß íá åîá÷èåß ãéá ôç äïìÞ ôïõ âÜóåé ôïõ ãåãïíüôïò üôé äåí áíôéäñÜ ìå âñþìéï êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï ìå ôïí ïðïßï áíôéäñÜ ôï áéèõëÝíéï; 15. Íá åîçãÞóåôå ãéáôß ÷ñçóéìïðïéåßôáé ôï ó÷Þìá

ãéá íá ðáñáóôáèåß ôï ìüñéï ôïõ âåíæïëßïõ;

16. Íá ãñÜøåôå ìéá åîßóùóç, ÷ñçóéìïðïéþíôáò óõíôáêôéêïýò ôýðïõò, ãéá íá ðáñáóôÞóåôå ôçí áíôßäñáóç ôïõ âåíæïëßïõ ìå ÷ëþñéï Cl2 (áíôßäñáóç áíôéêáôáóôÜóåùò). 17. Íá ãñÜøåôå ôïõò óõíôáêôéêïýò ôýðïõò üëùí ôùí éóïìåñþí ôïõ äé÷ëùñïâåíæïëßïõ, C6H4Cl2. 18. Íá äïèïýí áðëïß óõíôáêôéêïß ôýðïé (á) ìéáò áëêïüëçò, (â) ìéáò áëäåàäçò êáé (ã) åíüò ïîÝïò, ôá ïðïßá íá ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ìåèÜíéï. Íá åðáíáëçöèåß ôï ßäéï ÷ñçóéìïðïéþíôáò ãéá õäñïãïíÜíèñáêá ôï áéèÜíéï, ôï âïõôÜíéï, êáé ôï ïêôÜíéï. 19. Íá ãñÜøåôå óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ãéá üëåò ôéò áëêïüëåò ìå ôýðï C4H9OH. 20. Ìå ôç âïÞèåéá óõíôáêôéêþí ôýðùí íá äåßîåôå ôé óõìâáßíåé, üôáí Ýíá mole áôüìùí ïîõãüíïõ áðü ôï ïîåéäùôéêü ìÝóï äé÷ñùìéêü êÜëéï áíôéäñÜ ìå ðñïðáíüëç-1. 21. Íá ãñÜøåôå ôï óõíôáêôéêü ôýðï ôçò ðñïðáíüëçò-2 êáé ôçò åíþóåùò ðïõ ó÷çìáôßæåôáé áðü ôçí Þðéá ïîåßäùóÞ ôçò. Ðüóá moles áôüìùí ïîõãüíïõ ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá ïîåéäùèåß Ýíá mole ðñïðáíüëçò-2; 22. ÃñÜøôå ìßá åîßóùóç, ç ïðïßá íá ðáñéóôÜíåé ôçí Ýíôïíç ïîåßäùóç åíüò mole ðñïðáíüëçò1 áðü Üôïìá ïîõãüíïõ ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü êáôÜëëçëï ïîåéäùôéêü ìÝóï. 23. Áí óáò äïèåß ï óõíôáêôéêüò ôýðïò åíüò áðëïý åóôÝñá, íá ãñÜøåôå ôïõò ôýðïõò ôïõ ïîÝïò êáé ôçò áëêïüëçò, áðü ôá ïðïßá èá ìðïñïýóå íá ó÷çìáôéóèåß êáôåõèåßáí. 24. Áò õðïôåèåß üôé Ý÷åôå ôç äõíáôüôçôá íá óçìáäÝøåôå ìå Ýíáí áóôåñßóêï Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ, üôáí âñßóêåôáé óå Ýíá ìüñéï áéèáíüëçò, C2H5O*H, þóôå íá ìðïñåßôå íá ðáñáêïëïõèåßôå ôçí ðïñåßá ôïõ ìÝóá óå ìéáí áíôßäñáóç. Äåßîôå ðþò èá ìðïñïýóáôå íá ðñïóäéïñßóåôå ðåéñáìáôéêÜ åÜí áðü ôï ìüñéï áéèáíüëçò ðïõ áíôéäñÜ ìå ïîéêü ïîý, CH3COOH, ãéá íá ó÷çìáôßóåé êÜðïéïí åóôÝñá, áðïìáêñýíåôáé ïëüêëçñç ç ïìÜäá ÏÇ ôçò áëêïüëçò Þ ìüíï ôï Üôïìï õäñïãüíïõ. 25. Íá ãñÜøåôå ìéáí åîßóùóç ìå ôç âïÞèåéá óõíôáêôéêþí ôýðùí, ç ïðïßá íá ðåñéãñÜöåé ôçí áíôßäñáóç åíüò mole ãëõêåñßíçò êáé ôñéþí moles ïîéêïý ïîÝïò. 26. ~Ïôáí åîáôìéóèïýí 0,601 g äåßãìáôïò ìå åìðåéñéêü ôýðï CH2O óôïõò 200 ïC êáé ðßåóç 1,00 áôìïóöáßñáò, êáôáëáìâÜíïõí ÷þñï 388 ml. Ï ßäéïò üãêïò êáôáëáìâÜíåôáé áðü 0,301 g áéèáíßïõ êÜôù áðü ôéò ßäéåò óõíèÞêåò. Ðïéïò

442

åßíáé ï ìïñéáêüò ôýðïò ôïõ CH2O; 27. ~Åíá mole ôïõ äåßãìáôïò ôçò oõóßáò ðïõ áíáöÝñåôáé óôçí åñþôçóç 26 áíôÝäñáóå ìå Ýíá mole ìåèáíüëçò êáé ó÷çìÜôéóå åóôÝñá. Íá ãñÜøåôå ôï óõíôáêôéêü ôýðï ôïõ äåßãìáôïò. 28. Ôé åßäïõò ïñãáíéêÝò åíþóåéò åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí, üôáí Ýíáò åóôÝñáò áíôéäñÜ ìå áììùíßá; 29. Íá ãñÜøåôå ôïõò óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ãéá üëåò ôéò åíþóåéò ìå ìïñéáêü ôýðï C2H3Cl3. 30. Ôé ó÷Ýóç Ý÷åé ôï ìüñéï åíüò óáðïõíéoý ìå ôï ìüñéï ôïõ ëßðïõò áðü ôï ïðïßï

ðáñáóêåõÜóèçêå; 31. Íá óõãêñßíåôå ôéò äïìÝò ôùí áìéíþí, ôùí áìéäßùí êáé ôùí Í-õðïêáôåóôçìÝíùí áìéäßùí. 32. Ç áíÜëõóç ìéáò êáèáñÞò åíþóåùò ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé óõ÷íÜ ùò áíôéøõêôéêü óôá áõôïêßíçôá, äåß÷íåé üôé ðåñéÝ÷åé Üíèñáêá, õäñïãüíï êáé ïîõãüíï. ~Åíá äåßãìá áõôÞò ôçò åíþóåùò âÜñïõò 15,5 mg êáßãåôáé êáé ëáìâÜíïíôáé ïé áêüëïõèåò ðïóüôçôåò CO2 êáé H2O: ìÜæá äåßãìáôïò ðïõ êÜçêå 15,5 mg ìÜæá CO2 ðïõ ó÷çìáôßóèçêå 22,0 mg

KÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÅÂÄÏÌÏ

ÓôåñåÜ, õãñÜ êáé äéáëýìáôá

To Ýñãï ôïõ Salvador Dali «Ç åììïíÞ ôçò ìíÞìçò» áíáôñÝðåé ôçí áßóèçóç ôïõ èåáôÞ ãéá ôï ôé åßíáé óôåñåü êáé ôé ü÷é.

444

Åßíáé Üñáãå ôï ãõáëß õãñü óþìá; Åßíáé Ýíá óêëçñü êïììÜôé ðáñáößíçò óôåñåü; Áõôïý ôïõ åßäïõò ïé åñùôÞóåéò ßóùò öáßíåôáé üôé åýêïëá ìðïñïýí íá áðáíôçèïýí, üìùò, óôçí ðñáãìáôéêüôçôá äåí åßíáé Ýôóé. Ç áðÜíôçóç ðñÝðåé íá áíáæçôçèåß óôéò äõíÜìåéò ðïõ äñïõí áíÜìåóá óôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá. Ìüíï Ýôóé åßíáé äõíáôÞ ç êáôáíüçóç ôçò åðéóôçìïíéêÞò Ýííïéáò ôùí ëÝîåùí óôåñåü êáé õãñü. ÌÝ÷ñéò åäþ áó÷ïëçèÞêáìå ó÷åäüí áðïêëåéóôéêÜ ìå ôá äéÜöïñá Üôïìá Þ ìüñéá, üðùò êáé ìå ôá áÝñéá. Óôçí áÝñéá öÜóç, ôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá åßíáé ó÷åäüí ôï Ýíá áíåîÜñôçôï áðü

ôï Üëëï. Âñßóêïíôáé óå áñêåôÞ áðüóôáóç êáé ðåñéÝ÷ïõí ðïëëÞ åíÝñãåéá, þóôå íá ìçí åðçñåÜæïíôáé áðü ôéò ó÷åôéêÜ áóèåíåßò äõíÜìåéò Ýëîåùò. Ôá ðåñéóóüôåñá õëéêÜ óþìáôá äåí åßíáé áÝñéá áëëÜ óôåñåÜ Þ õãñÜ, êáé óõíÞèùò åßíáé ìßãìáôá äýï Þ ðåñéóóïôÝñùí åéäþí áôüìùí êáé ìïñßùí. Áõôïý ôïõ åßäïõò ôá õëéêÜ óþìáôá Ý÷ïõí ìåãáëýôåñç ðõêíüôçôá áðü ôá áÝñéá. Ãé’ áõôü êáé ïé ÷çìéêïß ôá áðïêáëïýí óõìðõêíùìÝíåò ìïñöÝò ýëçò. Óôï êåöÜëáéï ðïõ áêïëïõèåß èá äéäá÷èåßôå ãéá ôéò áëëçëåðéäñÜóåéò ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí óôéò óõìðõêíùìÝíåò ìïñöÝò ôïõò.

Ôá óôåñåÜ, ôá õãñÜ êáé ôá äéáëýìáôá Ý÷ïõí åéäéêÝò éäéüôçôåò 17.1 Ïé äõíÜìåéò Ýëîåùò ðñïêáëïýí ôç óõìðýêíùóç ôùí áåñßùí. ÊÜèå êáèáñü áÝñéï, üôáí øõ÷èåß áñêåôÜ, èá óõìðõêíùèåß ðñïò õãñü (óôï ó÷Þìá 17-1 öáßíåôáé ôï õãñü Üæùôï). Óå áêüìç ÷áìçëüôåñç èåñìïêñáóßá èá ìåôáôñáðåß óå óôåñåü. Ïé èåñìïêñáóßåò óôéò ïðïßåò ðñáãìáôïðïéïýíôáé áõôÝò ïé ìåôáôñïðÝò äéáöÝñïõí ðÜñá ðïëý. Ôï öèïñéïý÷ï ëßèéï, ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï ïðïßï åßíáé áÝñéï óå ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò, óõìðõêíþíåôáé ðñïò õãñü, áí øõ÷èåß ðéï êÜôù áðü ôïõò 1949 Ê. Áí ç èåñìïêñáóßá êáôÝâåé óôïõò 1143 Ê, ôï õãñü ó÷çìáôßæåé Ýíá äéáõãÞ êñýóôáëëï. Ôï áÝñéï ëßèéï, ãéá íá õãñïðïéçèåß óôçí ßäéá ðßåóç, ðñÝðåé íá øõ÷èåß óôïõò 1609 Ê. Ôï õãñü áõôü äåí óôåñåïðïéåßôáé, áí äåí êáôÝâåé ç èåñìïêñáóßá ôïõ óôïõò 459 Ê. Ôï óôåñåü áõôü åßíáé Ýíá ëåõêü, ìáëáêü ìÝôáëëï, ôï ïðïßï äåí ìïéÜæåé êáèüëïõ ìå ôï êñõóôáëëéêü öèïñéïý÷ï ëßèéï. Ôï áÝñéï öèüñéï åßíáé åîßóïõ ÷áñáêôçñéóôéêü. Óå ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò ðñÝðåé íá øõ÷èåß ðïëý êÜôù áðü ôç èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, þóôå íá óõìðõêíùèåß (óôïõò 85 Ê). Ôï õãñü óôåñåïðïéåßôáé óôïõò 50 Ê. Ãéáôß áõôÜ ôá ôñßá õëéêÜ óõìðåñéöÝñïíôáé ôüóï äéáöïñåôéêÜ; Ç ìåëÝôç ôçò åíÝñãåéáò ïäçãåß óôéò áðáíôÞóåéò áõôïý ôïõ åñùôÞìáôïò. ~Ïðùò ãíùñßæåôå, äýï Üôïìá ðáñáìÝíïõí ôï Ýíá êïíôÜ óôï Üëëï åðåéäÞ ïé åíÝñãåéÝò ôïõò åõíïïýí áõôïý ôïõ åßäïõò ôç äéÜôáîç. Ïé åëêôéêÝò äõíÜìåéò áíÜìåóÜ ôïõò ôá óõãêñáôïýí óå êÜðïéá èÝóç, üðïõ ç óõíïëéêÞ åíÝñãåéá åßíáé åëÜ÷éóôç. *

Ó×ÇÌÁ 17-1. Ôï õãñü Üæùôï áöñßæåé Ýíôïíá óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ êáé áíáãêÜæåé ôïõò õäñáôìïýò ôïõ áÝñá íá óõìðõêíþíïíôáé äçìéïõñãþíôáò Ýíá åßäïò “êáðíïý” (ôï Üæùôï âñÜæåé óôïõò 77 Ê).

Áõôü óõìâáßíåé, áíåîÜñôçôá áðü ôï áí ôï óýìðëåãìá ôùí áôüìùí åßíáé éó÷õñþò Þ áóèåíþò óõíäåäåìÝíï, áí ðåñéÝ÷åé ëßãá Þ 10 23 Üôïìá*, áí ç äéÜôáîç åßíáé êáíïíéêÞ (üðùò óå Ýíá êñýóôáëëï) Þ Üìïñöç (üðùò óå Ýíá õãñü). Ôï óýìðëåãìá ôùí áôüìùí åßíáé óôáèåñü, áí êáé ìüíï áí ç óõíïëéêÞ

Ó.ô.Ì. Ðñüêåéôáé ãéá ôïí áñéèìü ôïõ Avogadro, âëÝðå óôçí ðáñÜãñáöï 5.11 ôïõ 5ïõ êåöáëáßïõ.

445

åíÝñãåéÜ ôïõò åßíáé ÷áìçëüôåñç üôáí ôá Üôïìá âñßóêïíôáé êïíôÜ ðáñÜ üôáí åßíáé ìáêñéÜ. Ïé åíÝñãåéÝò ôïõò åßíáé ÷áìçëüôåñåò, åðåéäÞ ôá çëåêôñüíéÜ ôïõò âñßóêïíôáé áíÜìåóá óå èåôéêïýò ðõñÞíåò êáé óõãêñáôïýíôáé åêåß ìå äõíÜìåéò çëåêôñéêÞò Ýëîåùò. Ôï ìÝãåèïò ôùí åëêôéêþí äõíÜìåùí ðïéêßëëåé óçìáíôéêÜ êáé åîáñôÜôáé áðü ôï ðüóï êïíôÜ óå áõôïýò ôïõò èåôéêïýò ðõñÞíåò åßíáé äõíáôüí íá ðëçóéÜóïõí ôá çëåêôñüíéá. ÁõôÞ ç áðüóôáóç ðñïóåããßóåùò êáèïñßæåôáé áðü ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï åßíáé ôïðïèåôçìÝíá ôá çëåêôñüíéá óôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò. Ï ôñüðïò ðëçñþóåùò ôùí ôñï÷éáêþí óèÝíïõò áðü ôá çëåêôñüíéá êáèïñßæåé óå ìåãÜëï âáèìü ôï åßäïò ôçò óõìðõêíùìÝíçò ýëçò ðïõ èá ó÷çìáôéóèåß. Êáèïñßæåé åðßóçò éäéüôçôåò ôùí ïõóéþí, üðùò åßíáé ç óêëçñüôçôá, ç åõêïëßá ôÞîåùò êáé ç çëåêôñéêÞ áãùãéìüôçôá.

17.2 Ç öýóç ôùí êñõóôáëëéêþí óôåñåþí. ~Ïëåò ó÷åäüí ïé êáèáñÝò óôåñåÝò ïõóßåò êáíïíéêÜ õðÜñ÷ïõí (Þ ìðïñåß íá õðÜñîïõí) óå êñõóôáëëéêÞ ìïñöÞ. Ìåñéêïß êñýóôáëëïé äéáêñßíïíôáé êáé ìå ãõìíü ìÜôé. ~Áëëïé åßíáé ôüóïé ìéêñïß, þóôå ãéá íá ôïõò äåé êÜðïéïò ÷ñåéÜæåôáé ìéêñïóêüðéï. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, Ýíáò êñýóôáëëïò åßíáé ìéá êáíïíéêÞ åðáíáëáìâáíüìåíç óôï ÷þñï äéÜôáîç ôùí óùìáôéäßùí (áôüìùí, ìïñßùí Þ éüíôùí) áðü ôá ïðïßá áðïôåëåßôáé. Åéäéêüôåñá Ýíáò êñýóôáëëïò áðïôåëåßôáé áðü ìéá áðü Üêñïõ åéò Üêñïí åðáíÜëçøç ìéáò ïìÜäáò áôüìùí, ìïñßùí Þ éüíôùí. ~Ïóï ìåãáëýôåñïò åßíáé ï êñýóôáëëïò, ôüóï ìåãáëýôåñïò åßíáé êáé ï áñéèìüò ôùí åðáíáëÞøåùí áõôÞò ôçò ïìÜäáò. Áò ðáñáôçñÞóïìå, ãéá ðáñÜäåéãìá, Ýíáí êñýóôáëëï ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ (ôï êïéíü åðéôñáðÝæéï áëÜôé). ÊÜèå Ýíáò áðü áõôïýò ôïõò êñõóôÜëëïõò åßíáé Ýíáò ìéêñïóêïðéêüò êýâïò áêìÞò ðåñßðïõ 0,5 mm, óáí áõôüí ðïõ äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 17-2. Ç êõâéêÞ äéÜôáîç äçìéïõñãåßôáé áðü ôçí åíáëëáãÞ ôùí éüíôùí Na + êáé Cl-, üðùò äåß÷íåé ôï ðñüôõðï ôïõ ó÷Þìáôïò 17-3. Ç ðáñÜóôáóç áõôÞ áíáöÝñåôáé óå Ýíá óôåñåü ðïõ áðïôåëåßôáé áðü éüíôá. ~Ïìùò, ç âáóéêÞ Ýííïéá ôçò äçìéïõñãßáò åíüò êñõóôÜëëïõ ìå êáíïíéêÞ åðáíÜëçøç ìéáò ìéêñÞò ïìÜäáò óùìáôéäßùí åßíáé åíôåëþò ãåíéêÞ. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï áíáðôýóóïíôáé üëá ôá êñõóôáëëéêÜ

Ó×ÇÌÁ 17-2. Êñýóôáëëïò ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ, NaCl, ìå ôï ÷áñáêôçñéóôéêü êõâéêü ó÷Þìá ôïõ.

óôåñåÜ. ÁñêåôÜ áêüìç ðáñáäåßãìáôá (ìïñéáêÜ óôåñåÜ, óõìðëÝãìáôá óôåñåþí êáé ìÝôáëëá) èá åîåôáóèïýí áñãüôåñá óå áõôü ôï êåöÜëáéï. ÁñêåôÝò åíþóåéò èåùñïýíôáé óõíÞèùò óôåñåÜ, åíþ äåí åìöáíßæïõí äïìÞ êñõóôáëëéêþí óôåñåþí. ÔõðéêÜ ðáñáäåßãìáôá áõôïý ôïõ ôýðïõ, åßíáé ç ðáñáößíç êáé ôï êïéíü ãõáëß. Äåí Ý÷ïõí óå ìåãÜëç Ýêôáóç êáíïíéêÞ äéÜôáîç áôüìùí Þ ìïñßùí ïýôå óôáèåñü óçìåßï ôÞîåùò. Ìå âÜóç áõôÞí ôçí ðåñéãñáöÞ, äåí èåùñïýíôáé «ðñáãìáôéêÜ» Þ êñõóôáëëéêÜ óôåñåÜ. ×áñáêôçñßæïíôáé êáëýôåñá ùò ðïëý éîþäç õãñÜ (Ýíá «éîþäåò» õãñü ñÝåé ðïëý áñãÜ, üðùò Ýíá êñýï óéñüðé Þ ôï ìÝëé.)

17.3 Ç öýóç ôùí êáèáñþí õãñþí. Êáèáñü õãñü åßíáé ç õãñÞ öÜóç ìéáò ìüíï êáèáñÞò ÷çìéêÞò åíþóåùò üðùò ð.÷. ôï íåñü Þ ôï âåíæüëéï. Ç äïìÞ ôçò äåí åßíáé ïýôå ôüóï êáíïíéêÞ ïýôå ôüóï Üêáìðôç üóï åíüò óôåñåïý. ~Ïôáí Ýíá óôåñåü ôÞêåôáé êáé ìåôáó÷çìáôßæåôáé óå õãñü, ôá ìüñéá (Þ éüíôá, Þ Üôïìá) ðáñáìÝíïõí ôï Ýíá êïíôÜ óôï Üëëï, áëëÜ áðáéôåßôáé áñêåôÞ åíÝñãåéá, ãéá íá ìåôáôïðéóèåß ôï Ýíá ùò ðñïò ôï Üëëï. Ãéá ó÷åôéêÜ ìéêñÝò áðïóôÜóåéò óõ÷íÜ äéáôçñïýí ìåôáîý ôïõò ôéò èÝóåéò, ôéò ïðïßåò êáôÝ÷ïõí óôï êñõóôáëëéêü óôåñåü. ~Ïôáí ïé áðïóôÜóåéò åßíáé ìåãÜëåò, ç áëëçëåîÜñôçóç äåí

446

Ó×ÇÌÁ 17-3. Ç ôïðïèÝôçóç ôùí éüíôùí Na+ êáé Cl– óôï áñéóôåñü ðñüôõðï äåß÷íåé åõêñéíþò ôçí êõâéêÞ ãåùìåôñßá ôïõ NaCl. Ðáñáôçñþíôáò áðü ìéêñÞ áðüóôáóç ôç ìéá ðëåõñÜ ôïõ êñõóôÜëëïõ (äåîéÜ) âëÝðïìå üôé ôï êÜèå éüí Na+(ìéêñÞ óöáßñá) ðåñéâÜëëåôáé áðü éüíôá Cl– êáé ôï êÜèå éüí Cl– ðåñéâÜëëåôáé áíÜëïãá áðü éüíôá íáôñßïõ.

åßíáé ôüóï óôáèåñÞ Þ áêñéâÞò. Åî áéôßáò ôçò åõ÷Ýñåéáò êéíÞóåùò ôùí ìïñßùí, ôï õãñü äåí åßíáé Üêáìðôï, áëëÜ ñÝåé (÷ýíåôáé). Óå ó÷Ýóç ìå áõôü îáíáêïéôÜîôå ôï ó÷Þìá 7-2. Ìðïñåßôå íá äéáêñßíåôå åýêïëá ìéá áíáðáñÜóôáóç ôçò ìïñéáêÞò êéíÞóåùò óôçí õãñÞ öÜóç. Åßíáé óçìáíôéêü íá èõìÜóôå üôé ôá ìüñéá ôùí õãñþí, üðùò åðßóçò ôùí óôåñåþí êáé ôùí áåñßùí, âñßóêïíôáé äéáñêþò óå êßíçóç. Áõôü åßíáé óçìáíôéêü, åðåéäÞ ï âáèìüò ôçò ìïñéáêÞò êéíÞóåùò åßíáé ôï äéáêñéôéêü ÷áñáêôçñéóôéêü óôçí êÜèå öÜóç ôçò ýëçò. Ç êßíçóç ôùí ìïñßùí åíüò õãñïý åßíáé åíäéÜìåóç, áíÜìåóá óå áõôÞí åíüò óôåñåïý êáé åíüò áåñßïõ. ÁíÜìåóá óôá êñõóôáëëéêÜ óôåñåÜ êáé ôá õãñÜ õðÜñ÷åé Ýíá åßäïò õëéêïý ðïõ ïíïìÜæåôáé õáëþäçò ïõóßá. Ôï ðéï ÷áñáêôçñéóôéêü ðáñÜäåéãìá åßíáé áõôü ôïõ ãõáëéïý. Ôï ãõáëß äåí Ý÷åé ôç óáöÞ êáíïíéêÞ äéÜôáîç åíüò óôåñåïý. Áí êáé ðïôÝ äåí åßäáôå Ýíá ãõáëß íá “ñÝåé” óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, åí ôïýôïéò ìåôÜ áðü ðïëëÜ ÷ñüíéá èá Ý÷åé åëáöñÜ “êõëÞóåé”. Ãéá ðáñÜäåéãìá ïé õáëïðßíáêåò óôá ðïëý ðáëáéÜ óðßôéá Ý÷ïõí ãßíåé ðá÷ýôåñïé óôï êÜôù ìÝñïò êáé ëåðôüôåñïé óôï ðÜíù, åðåéäÞ ôï ãõáëß ñÝåé ðïëý áñãÜ åîáéôßáò ôçò âáñýôçôáò.

17.4 Ç öýóç ôùí äéáëõìÜôùí. *

~Åíá äéÜëõìá áðïôåëåßôáé áðü äýï Þ ðåñéóóüôåñåò êáèáñÝò ïõóßåò áíáìåìéãìÝíåò óå ìïñéáêü åðßðåäï. Áí ìéêñÜ óùìáôßäéá äýï ïõóéþí, üðùò ç ëåðôÞ æÜ÷áñç êáé ôï ëåðôüêïêêï áëÜôé, áíáìé÷èïýí, äåí ó÷çìáôßæïõí äéÜëõìá. Äßíïõí áðëÜ Ýíá ìßãìá. ~Åíá äéÜëõìá Ý÷åé ôçí ßäéá åìöÜíéóç êáé óýóôáóç ðáíôïý. Ïé éäéüôçôÝò ôïõ üìùò åîáñôþíôáé áðü ôéò ó÷åôéêÝò ðïóüôçôåò ôùí êáèáñþí ïõóéþí óå áõôü. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï äéÜëõìá ðïõ ó÷çìáôßæåôáé áðü ôç äéÜëõóç ìéêñÞò ðïóüôçôáò æÜ÷áñçò óôï íåñü, ñÝåé åýêïëá (Ý÷åé ÷áìçëü éîþäåò). Áí ç áíáëïãßá ôçò æÜ÷áñçò åßíáé ìåãÜëç, ôï äéÜëõìá èá åßíáé éîþäåò êáé êïëëþäåò, üðùò ôï óéñüðé. Ðïëëïß ðéóôåýïõí üôé ôá äéáëýìáôá ðïõ åßíáé õãñÜ äçìéïõñãïýíôáé áðü ôç äéÜëõóç åíüò óôåñåïý óå Ýíá õãñü. Ç áñ÷Þ üìùò åßíáé ðïëý ãåíéêüôåñç. ÐñÜãìáôé, õãñÜ äéáëýìáôá åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí áðü äéÜëõóç áåñßùí Þ õãñþí óå êÜðïéï õãñü. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç áììùíßá Þ ç áëêïüëç áí ðñïóôåèïýí óôï íåñü, ó÷çìáôßæïõí äéáëýìáôá. ÕðÜñ÷ïõí üìùò êáé óôåñåÜ äéáëýìáôá. Ôï ðéï ãíùóôü ßóùò åßäïò óôåñåïý äéáëýìáôïò áðïôåëåßôáé áðü äýï Þ ðåñéóóüôåñá åßäç ìåôáëëéêþí áôüìùí êáé ïíïìÜæåôáé êñÜìá*.

Ó.ô.Ì. ÁêñéâÝóôåñá, êñÜìá åßíáé Ýíá ìßãìá äýï Þ ðåñéóóïôÝñùí ïõóéþí, áðü ôéò ïðïßåò ç ìßá ôïõëÜ÷éóôïí åßíáé ìÝôáëëï.

447

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

17.5 Ç ôïðïèÝôçóç ôùí áôüìùí Þ ôùí éüíôùí ìÝóá óôïõò êñõóôÜëëïõò. Ç óôåñåÜ êáôÜóôáóç ôçò ýëçò ÷áñáêôçñßæåôáé óõíÞèùò áðü êáíïíéêÞ äéÜôáîç ôùí áôüìùí, ôùí ìïñßùí Þ ôùí éüíôùí. Áí ðáñáóôáèåß ï êÜèå äïìéêüò ëßèïò ìå Ýíá óçìåßï, ôüôå ç êñõóôáëëéêÞ äïìÞ ìðïñåß íá ðáñáóôáèåß áðü ìéá åðáíáëáìâáíüìåíç äéÜôáîç, ç ïðïßá ïíïìÜæåôáé êñõóôáëëéêü ðëÝãìá. Ôï 1848, Ýíáò åðéóôÞìïíáò ìå ôï üíïìá Bravais, ÷ñçóéìïðïßçóå åðé÷åéñÞìáôá âáóéóìÝíá åî ïëïêëÞñïõ óôç ãåùìåôñßá, ãéá íá áðïäåßîåé üôé ìüíï äåêáôÝóóåñá åßäç áðëþí êñõóôáëëéêþí ðëåãìÜôùí åßíáé äõíáôÜ. ÓÊÏÐÏÓ ÔÏÕ ÐÅÉÑÁÌÁÔÏÓ

Må ôç âïÞèåéá óöáéñþí áðü äéïãêùìÝíç ðïëõóôåñßíç, ôéò ïðïßåò èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå áíôß ãéá äïìéêïýò ëßèïõò, èá ìåëåôÞóåôå ìåñéêïýò áðü ôïõò ôñüðïõò ó÷çìáôéóìïý ôùí ôõðéêþí ìåôáëëéêþí êñõóôÜëëùí. Èá åîåôáóèïýí ôñåéò ôýðïé äïìÞò: ç ðõêíüôáôçò äéáôÜîåùò åîáãùãéêÞ äïìÞ, ç ðõêíüôáôçò äéáôÜîåùò Þ åäñïêåíôñùìÝíç êõâéêÞ äïìÞ êáé ç ÷ùñïêåíôñùìÝíç êõâéêÞ äïìÞ. Óå êÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò äïìÝò èá ðáñáôçñÞóåôå ôïí áñéèìü ôùí ðéï êïíôéíþí «ãåéôüíùí» ôïõ êÜèå óùìáôéäßïõ (ôïí áñéèìü óõíôÜîåùò). Èá äéåñåõíÞóåôå åðßóçò ìåñéêÝò áðü ôéò äõíáôüôçôåò ðïõ õðÜñ÷ïõí íá ôïðïèåôçèïýí óöáßñåò ìå äéáöïñåôéêÝò áêôßíåò ìÝóá óå ðëÝãìáôá, ôá ïðïßá ðáñéóôÜíïõí éïíôéêïýò êñõóôÜëëïõò. Èá êáôáóêåõÜóåôå ôï ðëÝãìá ôïõ ïñõêôïý Üëáôïò, Na+Cl- (óô)*, êáé ôï ðëÝãìá ôïõ óöáëåñßôç, Zn2+S2- (óô). Ôáõôü÷ñïíá, èá ðáñáôçñÞóåôå ðþò ðñïóäéïñßæåôáé ï áñéèìüò óõíôÜîåùò áðü ôï ëüãï ôùí áêôßíùí ôùí êáôéüíôùí (èåôéêÜ öïñôéóìÝíá éüíôá) êáé ôùí áíéüíôùí (áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíá éüíôá). ÕËÉÊÁ

13 óöáßñåò ìå äéÜìåôñï 3 cm 13 óöáßñåò ìå äéÜìåôñï 2,5 cm 60 ïäïíôïãëõößäåò (ìÞêïõò 3-6 cm) 36 óöáßñåò áðü ðïëõóôõñÝíéï äéáìÝôñïõ 6 cm (ç ìßá ðñÝðåé íá åßíáé ÷ñùìáôéóìÝíç). ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á. ÌåñéêÝò ãåíéêÝò ðáñáôçñÞóåéò ãéá ôçí ôïðïèÝôçóç ôùí óöáéñþí. 1. Íá êáèïñßóåôå ðüóåò óöáßñåò ôùí 6 cm ìðïñåßôå íá ôïðïèåôÞóåôå ðÜíù óôï ßäéï åðßðåäï êáé ôñéãýñù áðü ìéá óçìáäåìÝíç ìïíÞ óöáßñá. Íïìßæåôå üôé ï áñéèìüò áõôüò èá åîáñôÜôáé áðü ôï ìÝãåèïò ôçò óöáßñáò; Íá åëÝãîåôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. 2. Íá ôïðïèåôÞóåôå êáé Üëëåò åëåýèåñåò óöáßñåò ðÜíù êáé êÜôù áðü ôç óçìáäåìÝíç óöáßñá (ç ïðïßá åîáêïëïõèåß íá ðåñéâÜëëåôáé áðü Üëëåò óöáßñåò), þóôå íá ôçí áããßæïõí üëåò. Ðüóåò óöáßñåò ãåéôíéÜæïõí Üìåóá ìå ôç óçìáäåìÝíç óöáßñá; Ìå Üëëá ëüãéá, ðïéïò åßíáé ï áñéèìüò óõíôÜîåùò ãé’ áõôü ôï åßäïò ôçò ðõêíïôÜôçò äéáôÜîåùò; 3. Áîßæåé íá ðñïóÝîåôå üôé ïé ôñåéò óöáßñåò ôçò åðÜíù óôïéâÜäáò åßíáé *

Ó.ô.Ì. (óô = óôåñåü).

448

äõíáôüí íá êáôáëáìâÜíïõí ìéá èÝóç áêñéâþò üìïéá ìå ôç óôïéâÜäá ðïõ âñßóêåôáé êÜôù áðü ôï åðßðåäï, Þ íá Ý÷ïõí ðåñéóôñáöåß êáôÜ 60ï. Êáé ïé äýï èÝóåéò äßíïõí ôïí ßäéï áñéèìü óõíôÜîåùò.

MÝñïò Â. Ðñüôõðï É. Ç ðõêíüôáôçò äéáôÜîåùò Þ åäñïêåíôñùìÝíç åîáãùíéêÞ äïìÞ. 1. ÓõíäÝóôå ôéò ïìÜäåò ôùí óöáéñþí ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå óôï ÌÝñïò Á ìå ïäïíôïãëõößäåò, þóôå íá ó÷çìáôéóèïýí ïé óôïéâÜäåò ôïõ ó÷Þìáôïò 17-4. 2. ÔïðïèåôÞóôå ôç óôïéâÜäá ôùí ôñéþí óöáéñþí ðÜíù óôï ôñáðÝæé ìå ôçí êïñõöÞ ôïõ ôñéãþíïõ ðñïò ôï ìÝñïò óáò. 3. ÔïðïèåôÞóôå ôþñá ôç óôïéâÜäá ôùí åðôÜ óöáéñþí ðÜíù áðü ôéò ôñåéò óöáßñåò, þóôå ç êåíôñéêÞ óöáßñá íá óõìðßðôåé ìå ôçí êïéëüôçôá ôçò ðñþôçò óôïéâÜäáò. 4. ÐÜíù áðü ôçí êåíôñéêÞ óöáßñá ôçò åðÜíù óôïéâÜäáò ôïðïèåôÞóôå ìéá áêüìç óôïéâÜäá ôñéþí óöáéñþí, þóôå íá êáôåõèýíïíôáé ðÜíù áêñéâþò áðü åêåßíåò ôçò ðñþôçò óôïéâÜäáò. Áò õðïôåèåß üôé Ýíá ó÷Þìá üðùò áõôü åðåêôåßíåôáé óôï ÷þñï ôüóï, üóï íá ðåñéëáìâÜíåé åêáôïììýñéá áôüìùí. Ôï áðïôÝëåóìá èá åßíáé ôï ðñüôõðï åíüò ðïëý ìéêñïý êñõóôÜëëïõ ìåôáëëéêïý ìáãíçóßïõ, øåõäáñãýñïõ Þ åíüò áðü ðïëëÜ Üëëá ìÝôáëëá. ÐñïóÝîôå ôïí áñéèìü óõíôÜîåùò. ÊñáôÞóôå ôï ðñüôõðï áõôü, ãéá íá ôï ÷ñçóéìïðïéÞóåôå óôï Ä ÌÝñïò.

Ó×ÇÌÁ 17-4.

ÌÝñïò Ã. Ðñüôõðï ÉÉ. Ç ðõêíüôáôçò äéáôÜîåùò Þ åäñïêåíôñùìÝíç êõâéêÞ äïìÞ. 1. ÊáôáóêåõÜóôå ôéò äéáôÜîåéò ôïõ ó÷Þìáôïò 17-5, ÷ñçóéìïðïéþíôáò, üðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò, óöáßñåò Ýîé åêáôïóôþí êáé ïäïíôïãëõößäåò. 2. ÔïðïèåôÞóôå ôçí ðñþôç óôïéâÜäá ðÜíù óôï ôñáðÝæé. ÔïðïèåôÞóôå ðÜíù ôçò ôç äåýôåñç óôïéâÜäá ìå ôéò óöáßñåò íá óôÝêïíôáé óôá êåíÜ áíÜìåóá óôéò ãùíéáêÝò óöáßñåò ôçò ðñþôçò óôïéâÜäáò. ÐñïóèÝóôå ôþñá ôçí ôñßôç óôïéâÜäá, þóôå ïé óöáßñåò ôçò íá âñßóêïíôáé êáôåõèåßáí ðÜíù áðü ôéò óöáßñåò ôçò ðñþôçò óôïéâÜäáò. ÌåëåôÞóôå ðñïóåêôéêÜ áõôü ôï ðñüôõðï. Ãéáôß ïíïìÜæåôáé åäñïêåíôñùìÝíï êõâéêü; Ç äéÜôáîç áõôÞ áðáíôÜ óôï ÷áëêü, ôïí Üñãõñï, ôï áëïõìßíéï êáé óå Üëëá ìÝôáëëá.

ÌÝñïò Ä. Óýãêñéóç ôçò ðõêíüôáôçò äéáôÜîåùò åîáãùíéêÞò äïìÞò ìå ôçí ðõêíüôáôçò äéáôÜîåùò êõâéêÞ äïìÞ.

Ó×ÇÌÁ 17-5.

1. ÅðéóôñÝøôå óôï ðñüôõðï É, ôçò ðõêíüôáôçò äéáôÜîåùò åîáãùíéêÞò äïìÞò. ÔñïðïðïéÞóôå ôï Ýôóé, þóôå ç åðÜíù óôïéâÜäá íá ìçí âñßóêåôáé áêñéâþò ðÜíù áðü ôçí êÜôù óôïéâÜäá, áëëÜ íá Ý÷åé óôñáöåß êáôÜ 60ï ùò ðñïò áõôÞí. 2. ÐåñéóôñÝøôå ôï ðñüôõðï åëáöñÜ êáé áíáæçôÞóôå ôÝóóåñéò óöáßñåò, ïé ïðïßåò íá ó÷çìáôßæïõí ìðñïóôÜ óáò Ýíá ôåôñÜãùíï. Óôç óõíÝ÷åéá, áöáéñÝóôå ôçí åðÜíù óôïéâÜäá ôïõ ðñïôýðïõ ÉÉ êáé ôïðïèåôÞóôå ôï õðüëïéðï ðÜíù áðü ôéò ôÝóóåñéò óöáßñåò ðïõ åß÷áôå åíôïðßóåé óôï ðñüôõðï É. Ïé óöáßñåò ôçò åðÜíù óôïéâÜäáò èá ðñÝðåé íá åßíáé åõèõãñáììéóìÝíåò ìå áõôÝò ôçò áðü êÜôù óôïéâÜäáò, äçëáäÞ ôéò ôÝóóåñéò óöáßñåò ôïõ ðñïôýðïõ É. Áò óçìåéùèåß üôé ôþñá Ý÷åôå ìéá åäñïêåíôñùìÝíç êõâéêÞ äïìÞ,

449

áêñéâþò üìïéá ìå ôïõ ðñïôýðïõ ÉÉ, ìå ôç äéáöïñÜ üôé ãÝñíåé ëßãï áðü ôçí êáôáêüñõöç èÝóç. 3. Ìå âÜóç ôçí ðñïçãïýìåíç óýãêñéóç, õðÜñ÷åé êÜðïéá äéáöïñÜ óôïí áñéèìü óõíôÜîåùò áíÜìåóá óôá äýï åßäç ðõêíüôáôçò äïìÞò; ÕðÜñ÷åé êÜðïéá äéáöïñÜ óôçí ðõêíüôçôá, áí ôï êÜèå åßäïò äïìÞò ðåñéëáìâÜíåé óöáßñåò éäßïõ ìåãÝèïõò êáé ìÜæáò; Ôá ðåñéóóüôåñá ìÝôáëëá ó÷çìáôßæïõí êñõóôÜëëïõò ìå ôç ìßá äïìÞ êáé ü÷é êáé ìå ôéò äýï. Ôé öáíåñþíåé áõôü ó÷åôéêÜ ìå ôçí ðñïóáíáôïëéóìÝíç öýóç ôùí äåóìþí ðïõ õðÜñ÷ïõí áíÜìåóá óôá Üôïìá áõôþí ôùí ìåôÜëëùí;

ÌÝñïò Å. Ðñüôõðï ÉÉÉ. Ç ÷ùñïêåíôñùìÝíç êõâéêÞ äïìÞ.

Ó×ÇÌÁ 17-6.

1. ÊáôáóêåõÜóôå ôéò óôïéâÜäåò ðïõ öáßíïíôáé óôï ó÷Þìá 17-6, ìå ôç âïÞèåéá óöáéñþí ôùí 6 cm. Âåâáéùèåßôå üôé áíÜìåóá óôéò óöáßñåò áöÞóáôå ðåñßðïõ 1 åêáôïóôü êåíü äéÜóôçìá, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá. 2. ÔïðïèåôÞóôå ôç ìïíÞ óöáßñá óôï êÝíôñï ôçò ðñþôçò óôïéâÜäáò êáé êáôüðéí ôïðïèåôÞóôå ôçí ôñßôç óôïéâÜäá Ýôóé, þóôå ïé óöáßñåò ôçò íá âñßóêïíôáé áêñéâþò ðÜíù áðü áõôÝò ôçò ðñþôçò óôïéâÜäáò. ÌåëåôÞóôå ôç óõììåôñßá áõôïý ôïõ ðñïôýðïõ êáé äéêáéïëïãÞóôå ôï üíïìÜ ôïõ. Áõôü ôï åßäïò äïìÞò åßíáé ÷áñáêôçñéóôéêü ôùí ìåôÜëëùí ôùí áëêáëßùí, üðùò ôï íÜôñéï êáé ôï êÜëéï. Ìðïñåßôå, ìå âÜóç ôïõò áñéèìïýò ôùí çëåêôñïíßùí óèÝíïõò íá äéêáéïëïãÞóåôå ãéáôß ôï Na êáé ôï K êñõóôáëëþíïõí óå áõôÞí ôç ìïñöÞ, åíþ ôá ðåñéóóüôåñá áðü ôá Üëëá ìÝôáëëá êñõóôáëëþíïõí ìå ôç ìïñöÞ äïìÞò ðõêíüôáôçò äéáôÜîåùò; 3. Ï ìåôáëëéêüò óßäçñïò êñõóôáëëþíåé êÜôù áðü ôïõò 906 ïC ìå ôç ìïñöÞ åäñïêåíôñùìÝíçò ðõêíüôáôçò äéáôÜîåùò äïìÞò êáé ïíïìÜæåôáé Üëöá öåññßôçò. ÐÜíù áðü áõôÞí ôç èåñìïêñáóßá ç óôáèåñÞ ìïñöÞ åßíáé ï âÞôá öåññßôçò, ìå åäñïêåíôñùìÝíç êõâéêÞ äéÜôáîç. Óôïõò 1401ïC áëëÜæåé ç êñõóôáëëéêÞ ìïñöÞ êáé Ý÷ïìå ðÜëé Ýíá ÷ùñïêåíôñùìÝíï êõâéêü óôåñåü ìå ôï üíïìá ãÜììá öåññßôçò. Ðïéïò åßíáé ï áñéèìüò óõíôÜîåùò ôïõ óéäÞñïõ óôçí êÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò ìïñöÝò; ÌÞðùò åßíáé äõíáôüí íá äéêáéïëïãçèïýí áõôÝò ïé ìåôáôñïðÝò ìå ôç âïÞèåéá ôïõ áñéèìïý ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ äéáôßèåíôáé ãéá ôç äçìéïõñãßá äåóìþí;

ÌÝñïò ÓÔ. Ôï êñõóôáëëéêü ðëÝãìá ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ. 1. Ïé éïíôéêïß êñýóôáëëïé ó÷çìáôßæïíôáé áðü äéáäï÷éêÞ ôïðïèÝôçóç èåôéêþí êáé áñíçôéêþí éüíôùí ìÝóá óå Ýíá êñõóôáëëéêü ðëÝãìá. Ôá éüíôá ôïõ íáôñßïõ Ý÷ïõí äéÜìåôñï 1,90 Å, åíþ ôá éüíôá ôïõ ÷ëùñßïõ 3,62 Å. ×ñçóéìïðïéÞóôå óöáßñåò 3 cm ãéá ôá éüíôá Na+ êáé óöáßñåò 6 cm ãéá ôá éüíôá Cl–, ãéá íá ðëçóéÜóåôå ôçí ðñáãìáôéêÞ áíáëïãßá ìåãåèþí óå áõôü ôï ðñüôõðï. 2. ×ñçóéìïðïéÞóôå ôï ðñüôõðï ÉÉ ìå ôéò óöáßñåò ôùí 6 cm, ãéá íá Ý÷åôå ôçí åäñïêåíôñùìÝíç êõâéêÞ äéÜôáîç ôùí éüíôùí ôïõ ÷ëùñßïõ. ÔïðïèåôÞóôå ôéò äåêáôñåßò óöáßñåò ôùí ôñéþí åêáôïóôþí ðïõ ðáñéóôÜíïõí ôá éüíôá ôïõ íáôñßïõ óôá äéÜêåíá áíÜìåóá óôá éüíôá ôïõ ÷ëùñßïõ ôçò êÜèå óôïéâÜäáò. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ôï êñõóôáëëéêü ðëÝãìá ôïõ Na+Cl– åßíáé Ýíá óýóôçìá áëëçëïäéåéóäýóåùò êýâùí åäñïêåíôñùìÝíçò äïìÞò. Ï Ýíáò êýâïò áðïôåëåßôáé áðü éüíôá Na+ êáé ï Üëëïò áðü éüíôá Cl–. 3. Ôé åßäïò éüíôùí ðåñéâÜëëåé ôï êÜèå Na+ êáé ôé åßäïò éüíôùí ôï êÜèå Cl–; Ðïéïò åßíáé ï áñéèìüò óõíôÜîåùò ãéá ôéò óöáßñåò ðïõ ðáñéóôÜíïõí ôï Ía+;

450

Ðïéïò ãéá ôï Cl-; 4. Óçìåéþóôå üôé, ãéá íá äçìéïõñãçèåß áõôü ôï åßäïò êñõóôáëëéêÞò äïìÞò, ðñÝðåé íá õðÜñ÷åé ìéá åõíïúêÞ ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò ó÷åôéêÝò áêôßíåò ôùí äýï óöáéñþí, ç ïðïßá íá åðéôñÝðåé óå ïñéóìÝíç óöáßñá íá åöáñìüæåé óå ïñéóìÝíï äéÜêåíï ôïõ êñõóôáëëéêïý ðëÝãìáôïò. Ðïéïò åßíáé ï ëüãïò ôùí áêôßíùí ôùí éüíôùí Na+/Cl-; Åßíáé äõíáôüí íá äéêáéïëïãÞóåôå ôç óôáèåñüôçôá áõôïý ôïõ åßäïõò äïìÞò, ìå âÜóç ôéò äõíÜìåéò ðïõ åîáóêïýíôáé áíÜìåóá óôá éüíôá;

ÌÝñïò Æ. Ôï êñõóôáëëéêü ðëÝãìá ôïõ èåéïý÷ïõ øåõäáñãýñïõ (óöáëåñßôç). 1. Ôï éüí ôïõ øåõäáñãýñïõ Ý÷åé äéÜìåôñï 1,5 Å åíþ ç äéÜìåôñïò ôïõ éüíôïò èåßïõ åßíáé 3,7 Å. ×ñçóéìïðïéÞóôå óöáßñåò ôùí 2,5 cm ãéá ôá éüíôá Zn2+ êáé óöáßñåò ôùí 6 cm ãéá ôá éüíôá S2-, þóôå íá ðñïóåããßóåôå ôá ó÷åôéêÜ ìåãÝèç. 2. ×ñçóéìïðïéÞóôå ôï ðñüôõðï É, (ðõêíüôáôçò äéáôÜîåùò åîáãùíéêÞ äïìÞ), ãéá íá ðáñáóôÞóåôå ôï êñõóôáëëéêü ðëÝãìá ôùí ìåãáëõôÝñùí éüíôùí, ôùí èåéïý÷ùí (S2-). ÓõíäÝóôå ìßá áðü ôéò ìéêñüôåñåò óöáßñåò (2,5 cm) ðïõ ðáñéóôÜíïõí ôá éüíôá Zn2+ êáôåõèåßáí ðÜíù áðü ôçí êÜèå ìåãÜëç óöáßñá óôçí êáèåìßá áðü ôéò ôñåéò óôoéâÜäåò ôïõ ðñïôýðïõ É (ìåôá÷åéñéóôåßôå ïäïíôïãëõößäåò). ÔïðïèåôÞóôå ôç ìåãÜëç óôïéâÜäá (áõôÞ ðïõ Ý÷åé ðñïóêïëëçìÝíåò ðÜíù ôçò ôéò ìéêñÝò óöáßñåò), ðÜíù óôï ôñáðÝæé, Ýôóé þóôå ïé ìéêñÝò óöáßñåò íá âñßóêïíôáé áðü ôçí êÜôù ìåñéÜ. Êáôüðéí, ôïðïèåôÞóôå ìéá ìéêñÞ óôïéâÜäá ðÜíù óôç ìåãÜëç óôïéâÜäá Ýôóé þóôå ïé ìéêñüôåñåò óöáßñåò íá åöáñìüæïõí óôá äéÜöïñá êïéëþìáôá. ÁíôéóôñÝøôå ôéò äýï óôïéâÜäåò. ÔÝëïò, ðñïóèÝóôå ôçí ôñßôç óôïéâÜäá, ìå ôéò ìéêñÝò óöáßñåò ôçò íá êáôåõèýíïíôáé ðñïò ôá ðÜíù. ÁõôÞ ç ôåëåõôáßá óôïéâÜäá íá ôïðïèåôçèåß Ýôóé, þóôå ç êÜèå óöáßñá ôçò íá âñßóêåôáé ðÜíù áêñéâþò áðü ìéá óöáßñá ôçò ôåëåõôáßáò ðñïò ôá êÜôù óôïéâÜäáò. 3. Ðïéïò åßíáé ï áñéèìüò óõíôÜîåùò ôùí óöáéñþí ðïõ ðáñéóôÜíïõí ôá éüíôá Zn2+; 4. Ðïéïò åßíáé ï ëüãïò ôùí áêôßíùí ôùí éüíôùí øåõäáñãýñïõ êáé èåßïõ; Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. ÐåñéãñÜøôå óýíôïìá (ãñáðôþò) ôïõò ôýðïõò äïìÞò ôùí ìåôáëëéêþí êñõóôÜëëùí ðïõ åîåôÜóèçêáí. 2. Íá áðáíôÞóåôå óå üëåò ôéò åñùôÞóåéò ðïõ äéáôõðþèçêáí óå êÜèå óôÜäéï (ìÝñç) ôçò ðåéñáìáôéêÞò äéáäéêáóßáò. Íá ïíïìÜóåôå ôçí êÜèå áðÜíôçóç ìå âÜóç ôï ìÝñïò óôï ïðïßï áíÞêåé êÜèå åñþôçóç êáé ìå âÜóç ôïí áñéèìü ðïõ ôçò Ý÷åé äïèåß, ãéá ðáñÜäåéãìá Áð. Á-1. 3. Óôïí Ýíáí ôýðï êõâéêÞò äïìÞò, ïé óöáßñåò êáôáëáìâÜíïõí ôá äýï ôñßôá ðåñßðïõ ôïõ äéáèÝóéìïõ ÷þñïõ, åíþ óôïí Üëëï ðåñßðïõ ôá ôñßá ôÝôáñôá. Íá ðñïóäéïñßóåôå ôïí êÜèå ôýðï. Ðïéïò åßíáé ðéï ðõêíüò; Ðïéïò Ý÷åé ôï ìåãáëýôåñï áñéèìü äåóìþí; 4. Áðü ôç ìåëÝôç ôùí ðñïôýðùí ðïõ êáôáóêåõÜóèçêáí óôï ÓÔ êáé óôï Æ ìÝñïò, ðïéï óõìðÝñáóìá åîÜãåôáé ó÷åôéêÜ ìå ôï ëüãï ôùí áêôßíùí ôùí éüíôùí êáé ôïí áñéèìü óõíôÜîåùò ôùí êñõóôÜëëùí; Óå ðïéá ðåñßðôùóç ãýñù áðü êÜèå éüí ïé Ýëîåéò åßíáé åíôïíüôåñåò ìå ãåéôïíéêÜ éüíôá; 5. Áò õðïôåèåß üôé Ý÷åôå Ýíáí êñýóôáëëï ×Y ìå ôç äéÜôáîç ôçò äïìÞò ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ. Åðßóçò, áò õðïôåèåß üôé ôá éüíôá Ý÷ïõí áíôßóôïé÷á ôá ßäéá ìåãÝèç ìå ôá Na+ êáé Cl-, áëëÜ äéðëÜóéï öïñôßï. Ðéóôåýåôå üôé

451

ï ×Õ èá Ý÷åé ìåãáëýôåñï Þ ìéêñüôåñï óçìåßï ôÞîåùò áðü ôï NaCl; Ðñïôåßíáôå Ýíá ðñáãìáôéêü æåýãïò êñõóôÜëëùí ìå ôéò ðéï ðÜíù ðñïäéáãñáöÝò, äçëáäÞ íá äéáöÝñïõí ìüíï óôï éïíôéêü öïñôßï ôïõò. Óõãêñßíáôå ôï óçìåßï ôÞîåùò ðïõ Ý÷ïõí, þóôå íá åëÝãîåôå ôéò ðñïâëÝøåéò óáò. 6. Áò õðïôåèåß üôé Ý÷åôå Ýíáí êñýóôáëëï Á ìå ôç äéÜôáîç ôçò äïìÞò ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ. Áò õðïôåèåß åðßóçò, üôé ôï êÜèå éüí Ý÷åé ôï ßäéï öïñôßï (Á+ êáé Â-) ìå ôá éüíôá Na+ êáé Cl-, áëëÜ ïé áêôßíåò ôùí Á êáé  åßíáé áíáëïãéêÜ ìåãáëýôåñåò. ~Áñáãå, ï êñýóôáëëïò Á èá Ý÷åé ìåãáëýôåñï Þ ìéêñüôåñï óçìåßï ôÞîåùò áðü ôï NaCl; Ðñïôåßíáôå ðÜëé Ýíá ðñáãìáôéêü æåýãïò êñõóôÜëëùí ìå ôéò ðáñáðÜíù ðñïäéáãñáöÝò êáé ìåëåôÞóôå ôá óçìåßá ôÞîåþò ôïõò.

Ðåñßëçøç. Ïé óõìðõêíùìÝíåò ìïñöÝò ôçò ýëçò (óôåñåÜ, õãñÜ êáé äéáëýìáôá) äçìéïõñãïýíôáé, üôáí Üôïìá, ìüñéá Þ éüíôá ðëçóéÜóïõí óå ìéêñÞ áðüóôáóç ìåôáîý ôïõò. Êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï åßíáé äõíáôüí íá äñÜóïõí áíÜìåóÜ ôïõò åëêôéêÝò äõíÜìåéò ìéêñÞò êëßìáêáò. ÁõôÝò ïé äõíÜìåéò ðïéêßëëïõí óçìáíôéêÜ óå ìÝãåèïò, äéêáéïëïãþíôáò Ýôóé ôç ìåãÜëç ðïéêéëßá óôá óçìåßá ôÞîåùò êáé âñáóìïý ôùí äéáöüñùí ïõóéþí. Ôá êñõóôáëëéêÜ óôåñåÜ ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôç äéáäï÷éêÞ êáé êáíïíéêÞ åðáíÜëçøç ìéáò âáóéêÞò ôïðïèåôÞóåùò ìåñéêþí áôüìùí, ìïñßùí Þ éüíôùí óôï ÷þñï. Óôá õãñÜ, õðÜñ÷åé ðÜíôïôå ðïëý ìéêñüôåñç ôÜîç. Ôá óùìáôßäéá ìåôáêéíïýíôáé óõíå÷þò êáé óå ìåãáëýôåñï âáèìü áðü ü,ôé óôá óôåñåÜ*. Ôá äéáëýìáôá åßíáé ìßãìáôá ïìïéüìïñöçò óõóôÜóåùò óå ìïñéáêü åðßðåäï. Áðïôåëïýíôáé áðü êáèáñÜ õãñÜ, óôåñåÜ Þ áÝñéá. Ôá äéáëýìáôá åßíáé äõíáôüí íá õðÜñ÷ïõí ùò õãñÜ

Þ ùò óôåñåÜ. Ïé éäéüôçôåò åíüò äéáëýìáôïò åîáñôþíôáé áðü ôéò áíáëïãßåò õðü ôéò ïðïßåò Ý÷ïõí óõíäõáóèåß ôá óõóôáôéêÜ ôïõ.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Té óõìâáßíåé üôáí óõìðõêíþíåôáé Ýíá êáèáñü áÝñéï; 2. Ìå âÜóç ðïéá Ýíäåéîç èá Þôáí äõíáôüí íá ðñïâëÝøåôå áí ìßá Ýíùóç Ý÷åé õøçëü Þ ÷áìçëü óçìåßï ôÞîåùò; 3. ÁíáöÝñáôå ôéò ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò ôçò êñõóôáëëéêÞò êáôáóôÜóåùò. 4. Íá ãßíåé ç äéÜêñéóç óå ìïñéáêü åðßðåäï, áíÜìåóá óå Ýíá êñõóôáëëéêü óôåñåü êáé óå Ýíá õãñü. 5. Ðïéá åßíáé ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óå Ýíá äéÜëõìá êáé óå Ýíá öõóéêü ìßãìá;

Ïé äõíÜìåéò áíÜìåóá óå Üôïìá äéáöÝñïõí óå Ýíôáóç 17.6 ÄõíÜìåéò ìåôáîý ôùí áôüìùí. Óå ðñïçãïýìåíï êåöÜëáéï åîïéêåéùèÞêáôå ìå ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï äýï ìáãíçôéêÝò ñÜâäïé, ìáãíçôéêÜ äßðïëá, Ýëêïíôáé ìåôáîý ôïõò. Áõôü öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 17-7á. ÊáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï Ýëêïíôáé ìåôáîý ôïõò êáé ôá çëåêôñéêÜ äßðïëá (ó÷. 17-7â), üôáí ðëçóéÜóïõí ôá áíôßèåôá öïñôßá ôïõò. Áõôü ôï åßäïò ôçò äõíÜìåùò ïíïìÜæåôáé Ýëîç äéðüëïõ áðü äßðïëï. *

Í

S

S

Í (á)

_

+ _

+ (â)

Ó×ÇÌÁ 17-7. Ôá äýï åßäç äéðïëéêÞò Ýëîåùò: (á) ÌáãíçôéêÜ äßðïëá, (â) çëåêôñéêÜ äßðïëá.

Ó.ô.Ì. Óôá óôåñåÜ ôá óùìáôßäéá áðëÜ äïíïýíôáé óôéò èÝóåéò ðïõ âñßóêïíôáé.

452

Ãéá ôá Üôïìá ðïõ Ý÷ïõí óöáéñéêÞ óõììåôñßá êáé äåí Ý÷ïõí ìüíéìá äéáìïñöùìÝíåò äéðïëéêÝò ñïðÝò, êáèþò êáé ãéá ôá ìç ðïëéêÜ ìüñéá, áõôïý ôïõ åßäïõò ïé äõíÜìåéò äéðüëïõ ðñïò äßðïëï äåí åßíáé óçìáíôéêÝò. Ðáßæïõí üìùò ñüëï êáôÜ Ýììåóï ôñüðï. ÁíÜìåóá óôá Üôïìá ôùí åõãåíþí áåñßùí, üðùò ôï Þëéï, ôï íÝï êáé ôï êñõðôü, õðÜñ÷ïõí äõíÜìåéò. ÄõíÜìåéò õðÜñ÷ïõí åðßóçò áíÜìåóá óôá ìüñéá ôùí óôïé÷åßùí, üðùò ôï öèüñéï, F2, ôï ÷ëþñéï, Cl2, êáé ï öùóöüñïò, Ñ4, Ýóôù êáé áí áõôÜ ôá Üôïìá Þ ôá ìüñéá äåí Ý÷ïõí ìüíéìåò äéðïëéêÝò ñïðÝò. Ôï ãåãïíüò üôé üëá ôá ìüñéá üëùí áõôþí ôùí óôïé÷åßùí óõìðõêíþíïíôáé êáé ó÷çìáôßæïõí õãñÜ êáé óôåñåÜ äåß÷íåé üôé õößóôáíôáé êÜðïéåò äõíÜìåéò. Ïé äõíÜìåéò ðïõ áíáãêÜæïõí ãéá ðáñÜäåéãìá ôá åõãåíÞ áÝñéá Þ ôï F 2 íá óõìðõêíùèïýí, ïíïìÜæïíôáé äõíÜìåéò van der Waals, áðü ôï üíïìá ôïõ Ïëëáíäïý åðéóôÞìïíá ðïõ ôéò ìåëÝôçóå. Åßíáé ðïëý áóèåíåßò äõíÜìåéò, ôüóï ðïõ, üôáí õðÜñ÷ïõí ìüíïí áõôÝò, ÷ñåéÜæïíôáé ðÜñá ðïëý ÷áìçëÝò èåñìïêñáóßåò, þóôå íá ðñïêëçèåß óõìðýêíùóç. Ïé äõíÜìåéò van der Waals õðÜñ÷ïõí ðÜíôá, áëëÜ, üôáí äñïõí êáé Üëëåò éó÷õñüôåñåò äõíÜìåéò, ïé van der Waals èåùñïýíôáé êáôÜ êáíüíá áìåëçôÝåò. Ïé äõíÜìåéò van der Waals õößóôáíôáé ëüãù ôùí ôáëáíôïõìÝíùí äéðüëùí. Êáèþò êéíïýíôáé ôá çëåêôñüíéá ìÝóá óå Ýíá Üôïìï Þ ìüñéï, åßíáé äõíáôüí êÜðïéá óôéãìÞ íá äéáôáñá÷èåß ç êáôáíïìÞ ôïõò, äçëáäÞ íá ìçí åßíáé óõììåôñéêÞ. Ôüôå äçìéïõñãåßôáé Ýíá ìéêñü äßðïëï. Áõôü ôï óôéãìéáßï äßðïëï åðçñåÜæåé ôçí çëåêôñïíéêÞ êáôáíïìÞ óå Ýíá äéðëáíü Üôïìï Þ ìüñéï. Ïäçãåß äçëáäÞ óôï ó÷çìáôéóìü åíüò ãåéôïíéêïý äéðüëïõ. ~Ïìùò ôï ãåéôïíéêü äßðïëï ðïõ äçìéïõñãåßôáé Ý÷åé ôïõò ðüëïõò áíôßèåôá ôïðïèåôçìÝíïõò êáé Ýôóé ôá äýï äßðïëá Ýëêïíôáé ìåôáîý ôïõò, üóï õðÜñ÷ïõí. Ïé Ýëîåéò áõôÝò åßíáé ìéêñÝò, åðåéäÞ ôá äßðïëá åßíáé áóèåíÞ êáé ìéêñÞò äéÜñêåéáò. Áóêïýíôáé åðßóçò óå ðïëý ìéêñÞ ðåñéï÷Þ, ãéáôß ôï äßðïëï åíüò ìïñßïõ äåí ìðïñåß íá åðçñåÜóåé ôï äßðïëï åíüò Üëëïõ ìïñßïõ, ðáñÜ ìüíïí áí ôá äýï âñåèïýí ðïëý êïíôÜ. Ãíùñßæåôå ôþñá Ýíáí áðëü êáíüíá, ãéá íá ðñïâëÝðåôå ðüôå Ýíá óôïé÷åßï èá ó÷çìáôßóåé Ýíá õãñü ìïñéáêÞò óõóôÜóåùò ìå áóèåíþò óõíäåäåìÝíá ìåôáîý ôïõò ôá ìüñéá Þ Ýíáí êñýóôáëëï ÷áìçëïý óçìåßïõ ôÞîåùò. Áí Ýíá óôïé÷åßï ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü ìïñßïõ, óôï ïðïßï ôï êÜèå Üôïìï äéáèÝôåé ôçí ôñï÷éáêÞ êÜëõøç åíüò åõãåíïýò áåñßïõ, ôüôå õößóôáíôáé, óå áõôÜ ôá ìüñéá, ìüíï áëëçëåðéäñÜóåéò van der Waals. Ïé

H2 He N2

O2

F2

Ne

P4

S8

Cl2

Ar

Br2

Kr

I2

Xe

At2

Rn

Ó×ÇÌÁ 17-8. Ôá óôïé÷åßá ðïõ Ý÷ïõí ôçí ôÜóç íá ó÷çìáôßæïõí õãñÜ êáé óôåñåÜ ìå ôçí áëëçëåðßäñáóç äõíÜìåùí van der Waals âñßóêïíôáé óõãêåíôñùìÝíá óôï åðÜíù äåîéü ôìÞìá ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá.

êñýóôáëëïé ìå ôï ÷áìçëü óçìåßï ôÞîåùò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï ïíïìÜæïíôáé ìïñéáêïß êñýóôáëëïé, åðåéäÞ ïé ìéêñüôåñåò ìïíÜäåò óôï êñõóôáëëéêü ðëÝãìá ôïõò åßíáé ìüñéá. Óå åðüìåíï óçìåßï áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ èá åîåôáóèïýí ïé ðáñÜãïíôåò ðïõ êáèïñßæïõí ôï ìÝãåèïò ôùí äõíÜìåùí van der Waals. Ðñïò ôï ðáñüí, áñêåß íá ðáñáôçñÞóåé êÜðïéïò üôé ôá óôïé÷åßá ðïõ ó÷çìáôßæïõí õãñÜ êáé óôåñåÜ ìå äõíÜìåéò van der Waals âñßóêïíôáé óõãêåíôñùìÝíá óôçí åðÜíù äåîéÜ ãùíßá ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 17-8. Ôá óôïé÷åßá áõôÜ ìðïñïýí íá ó÷çìáôßóïõí óôáèåñÜ ìüñéá, ôá ïðïßá éêáíïðïéïýí ðëÞñùò üëåò ôéò äõíáôüôçôåò ãéá óýíäåóç ôïõ êÜèå áôüìïõ.

17.7 Ïìïéïðïëéêïß äåóìïß êáé óôåñåÜ ðëÝãìáôá. Ôï öèüñéï, F2, ôï ïîõãüíï, Ï2, êáé ôï Üæùôï, Í2, ó÷çìáôßæïõí üëá ìïñéáêïýò êñõóôÜëëïõò. ~Ïìùò, ôï åðüìåíï ìÝëïò áõôÞò ôçò óåéñÜò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá, ï Üíèñáêáò, ðáñïõóéÜæåé äéáöïñåôéêÞ óõìðåñéöïñÜ. Äåí õðÜñ÷åé ìéêñü ìüñéï êáèáñïý Üíèñáêá ðïõ íá éêáíïðïéåß ðëÞñùò üëåò ôéò äõíáôüôçôåò ôïõ êÜèå áôüìïõ íá ó÷çìáôßæåé äåóìïýò. Ùò áðïôÝëåóìá, ï Üíèñáêáò óôïí êñýóôáëëü ôïõ ðåñéâÜëëåôáé áðü Ýíá ðëÝãìá

453

Ó×ÇÌÁ 17-9. Ôï äéáìÜíôé åßíáé ìéá êáèáñÞ ìïñöÞ Üíèñáêá. Ôï äïìéêü ôïõ ðëÝãìá ÷áñáêôçñßæåôáé áðü óõìðáãÞ ôåôñáåäñéêÞ äéÜôáîç ôùí áôüìùí ôïõ.

áëëçëïóõíäåïìÝíùí ÷çìéêþí äåóìþí. Ìå ôï Ýíá 2s êáé ôá ôñßá 2p ôñï÷éáêÜ ðïõ äéáèÝôåé ï Üíèñáêáò ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí, äçìéïõñãåß Ýíá êñõóôáëëéêü ðëÝãìá, óôï ïðïßï ôï êÜèå Üôïìï ó÷çìáôßæåé ôÝóóåñéò äåóìïýò. ~Ïðùò åßäáôå óôï ó÷Þìá 15-10, ï ó÷çìáôéóìüò äåóìïý sp3 äçìéïõñãåß ôåôñáåäñéêÝò ãùíßåò äåóìþí. Áõôü ôï åßäïò äåóìïý óõìðßðôåé ìå ôçí ðåéñáìáôéêÜ ðñïóäéïñéóèåßóá äïìÞ ôïõ äéáìáíôéïý, ç ïðïßá öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 17-9. Ôï äéáìÜíôé åßíáé ìéá öõóéêÞò ðñïåëåýóåùò êáèáñÞ ìïñöÞ ôïõ êñõóôáëëéêïý Üíèñáêá. Ôï êÜèå Üôïìï Üíèñáêá ðåñéâÜëëåôáé áðü ôÝóóåñá Üëëá, ôïðïèåôçìÝíá ôåôñáåäñéêÜ. ÁðïôÝëåóìá åßíáé íá äçìéïõñãçèåß Ýíá óõìðáãÝò äïìéêü ðëÝãìá (áëëçëïóõíäåüìåíï óýóôçìá) óõíäåüìåíï ìüíï ìå ÷çìéêïýò äåóìïýò. Ç äéÜôáîç áõôÞ äéêáéïëïãåß ôçí åîáéñåôéêÞ óêëçñüôçôá êáé ôç ìåãÜëç óôáèåñüôçôá áõôÞò ôçò ìïñöÞò ôïõ Üíèñáêá. Ï ãñáößôçò åßíáé ìéá Üëëç óôåñåÞ ìïñöÞ ôïõ Üíèñáêá. Áíôßèåôá ìå ôçí ôñéóäéÜóôáôç äïìÞ ôïõ êñõóôáëëéêïý ðëÝãìáôïò ôïõ äéáìáíôéïý, ï ãñáößôçò Ý÷åé äïìÞ åðéðÝäùí óôïéâÜäùí, üðùò áõôÞ ðïõ äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 17-10. Áí êáé ìÝóá óå êÜèå åðßðåäç óôïéâÜäá õðÜñ÷ïõí éó÷õñïß äåóìïß, áíÜìåóá óå äýï ãåéôïíéêÝò óôïéâÜäåò õößóôáíôáé ìüíï áóèåíåßò äõíÜìåéò. Ïé áóèåíåßò áõôÝò äõíÜìåéò êÜíïõí ôïí êñýóôáëëï ôïõ ãñáößôç íá

Ó×ÇÌÁ 17-10. Ï ãñáößôçò åßíáé ìéá êáèáñÞ ìïñöÞ Üíèñáêá äéáöïñåôéêÞ áðü ôï äéáìÜíôé. Ç äéáöïñÜ ôïõ áðü ôï äéáìÜíôé ïöåßëåôáé óôï äïìéêü ôïõ ðëÝãìá, ôï ïðïßï Ý÷åé äéóäéÜóôáôç åðßðåäç äéÜôáîç áôüìùí Üíèñáêá.

ó÷ßæåôáé åýêïëá êáé äéêáéïëïãïýí ôç ìáëáêüôçôá êáé ôéò ëéðáíôéêÝò ôïõ éäéüôçôåò. Ôá óôïé÷åßá ðïõ ó÷çìáôßæïõí óôåñåÜ ðëÝãìáôá âñßóêïíôáé óôï äåîéü ìÝñïò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. Óõíïñåýïõí áðü ôç ìéá ìåñéÜ ìå ôá óôïé÷åßá ðïõ ó÷çìáôßæïõí ìïñéáêïýò êñõóôÜëëïõò êáé áðü ôçí Üëëç ìå åêåßíá ðïõ Ý÷ïõí ìåôáëëéêü ÷áñáêôÞñá. Ãé’ áõôü, Ý÷ïõí éäéüôçôåò ðïõ ÷áñáêôçñßæïõí êáé ôá ìÝôáëëá êáé ôá áìÝôáëëá. ÓõíÞèùò, åßíáé äýóêïëï íá ãßíïõí êáôáôÜîåéò óå áõôÞí ôçí ïñéáêÞ ðåñéï÷Þ. Åíþ ìßá éäéüôçôá åßíáé äõíáôüí íá âïçèÜ óå êÜðïéá ôáîéíüìçóç, êÜðïéá Üëëç ßóùò íá ïäçãåß óå äéáöïñåôéêü óõìðÝñáóìá. Óôï ó÷Þìá 17-11 öáßíïíôáé ìåñéêÜ óôïé÷åßá ðïõ ó÷çìáôßæïõí óôåñåÜ, ôá ïðïßá äåí åßíáé ïýôå áðüëõôá ìåôáëëéêïß ïýôå áðüëõôá ìïñéáêïß êñýóôáëëïé.

17.8 Ìåôáëëéêïß äåóìïß. ÅîåôÜóèçêáí ïé óôåñåÝò ìïñöÝò ôùí óôïé÷åßùí öèüñéï, ïîõãüíï, Üæùôï êáé Üíèñáêáò. Óôçí êÜèå ðåñßðôùóç, ó÷çìáôßæåôáé Ýíá óôåñåü, óôï ïðïßï éêáíïðïéïýíôáé ðëÞñùò üëåò ïé äõíáôüôçôåò ó÷çìáôéóìïý äåóìþí. Äýï óôïé÷åßá ôçò äåýôåñçò óåéñÜò (ôï âçñýëëéï êáé ôï ëßèéï) åßíáé ìÝôáëëá.

454

H2

He B

C

N2

O2

F2

Ne

Si

P4

S8

Cl2

Ar

Ge

As

Se

Br2

Kr

Sb

Te

I2

Xe

Bi

Po

At2

Rn

Ó×ÇÌÁ 17-11. Óôïé÷åßá ðïõ ó÷çìáôßæïõí ðëÝãìáôá óôåñåþí ìÝóù ïìïéïðïëéêþí äåóìþí âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá óôç äåîéÜ ðëåõñÜ ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá áíÜìåóá óôá ìÝôáëëá êáé óôá áìÝôáëëá óôïé÷åßá.

Äåí äéáèÝôïõí üìùò áñêåôÜ çëåêôñüíéá, þóôå íá ôïõò åðéôñáðåß íá ÷ñçóéìïðïéÞóïõí üëá ôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ïìïéïðïëéêþí äåóìþí. Åðß ðëÝïí, ïé åíÝñãåéåò éïíôéóìïý áõôþí ôùí óôïé÷åßùí åßíáé ðïëý ÷áìçëÝò. Äýï åßíáé ïé áðáñáßôçôåò óõíèÞêåò ãéá ôç äçìéïõñãßá ìåôáëëéêïý äåóìïý: ÊåíÜ ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò êáé ÷áìçëÝò åíÝñãåéåò éïíôéóìïý. ×áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò ôùí ìåôÜëëùí. Ç ðéï ÷áñáêôçñéóôéêÞ ßóùò éäéüôçôá ôùí ìåôÜëëùí åßíáé ç áíáêëáóôéêüôçôá Þ ëÜìøç. Ìå ìéêñÝò åîáéñÝóåéò (÷ñõóüò, ÷áëêüò, âéóìïýèéï, ìáããÜíéï) üëá ôá ìÝôáëëá Ý÷ïõí ÷ñþìá ëåõêü-áóçìß. Ôï ÷ñþìá áõôü åßíáé áðïôÝëåóìá ôçò áíáêëÜóåùò üëùí ôùí óõ÷íïôÞôùí ôïõ öùôüò. ~Ïðùò ïñßóôçêå óôï êåöÜëáéï 11, ç çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç ìéáò ïõóßáò êáèïñßæåé ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï áõôÞ áëëçëïåðéäñÜ ìå ôï öùò. ~Åôóé, ç ÷áñáêôçñéóôéêÞ áíáêëáóôéêüôçôá ôùí ìåôÜëëùí äåß÷íåé üôé üëá ôá ìÝôáëëá äéáèÝôïõí Ýíáí êïéíü ôýðï çëåêôñïíéáêÞò äéáìïñöþóåùò. Ìéá äåýôåñç ÷áñáêôçñéóôéêÞ éäéüôçôá ôùí ìåôÜëëùí åßíáé ç õøçëÞ çëåêôñéêÞ áãùãéìüôçôá. Ðñïóäéïñßæåôáé êáé ðÜëé êÜðïéá ìåôáëëéêÞ óõìðåñéöïñÜ ðïõ ðñïûðïèÝôåé ìéá åéäéêÞ çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç. Ôá ìÝôáëëá åìöáíßæïõí åðßóçò áóõíÞèéóôá õøçëÞ èåñìéêÞ áãùãéìüôçôá, üðùò èá ìáò äéáâåâáéþóåé üðïéïò Ýôõ÷å íá ðéåé ðïôÝ êáöÝ óå ìåôáëëéêü öëõíôæÜíé. ÁíÜìåóá óôá ìÝôáëëá, ïé

Ó×ÇÌÁ 17-12. ~Åíáò áñãõñï÷üïò áíáãêÜæåé ôï óôåñåü ìÝôáëëï íá ìïñöïðïéçèåß óýìöùíá ìå ôï ó÷Ýäéï ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôï óöõñß ôïõ. Áõôü äåß÷íåé üôé ôá ìÝôáëëá åßíáé åëáôÜ.

êáëýôåñïé çëåêôñéêïß áãùãïß åßíáé ôáõôü÷ñïíá êáé êáëýôåñïé èåñìéêïß áãùãïß. Áõôü áðïôåëåß Ýíäåéîç üôé áõôÝò ïé äýï éäéüôçôåò Ý÷ïõí êÜðïéá ó÷Ýóç. Ãé’ Üëëç ìéá öïñÜ áðïäåéêíýåôáé üôé õðåýèõíç åßíáé ç çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç. Áí êáé ïé ìç÷áíéêÝò éäéüôçôåò ôùí äéáöüñùí ìåôÜëëùí äéáöÝñïõí, üëá ôá ìÝôáëëá ìðïñïýí íá ìïñöïðïéçèïýí óå óýñìáôá êáé íá óöõñçëáôçèïýí þóôå íá ó÷çìáôïðïéçèïýí óå ëåðôÜ öýëëá (åëÜóìáôá) ÷ùñßò íá óðÜóïõí. ~Åôóé ëÝìå üôé ôá ìÝôáëëá åßíáé üëêéìá* êáé åëáôÜ. Ç ôÝôáñôç áõôÞ éäéüôçôá ôùí ìåôÜëëùí öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 17-12. ÔïðïèÝôçóç ôùí ìåôÜëëùí óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá. Ç ôïðïèÝôçóç ôùí ìåôÜëëùí óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 17-13. Ôá ìÝôáëëá ôïðïèåôïýíôáé óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ ôïõ ðßíáêá, åíþ ôá áìÝôáëëá âñßóêïíôáé áðïêëåéóôéêÜ óôçí åðÜíù äåîéÜ ãùíßá. Åðß ðëÝïí, ôá óôïé÷åßá ôçò áñéóôåñÞò ðëåõñÜò ôïõ ðßíáêá Ý÷ïõí ó÷åôéêÜ ÷áìçëÝò åíÝñãåéåò éïíôéóìïý**. Èá äéáðéóôþóåôå üôé ïé ÷áìçëÝò åíÝñãåéåò éïíôéóìïý âïçèïýí óôçí åñìçíåßá ðïëëþí áðü ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôçò ìåôáëëéêÞò óõìðåñéöïñÜò. ÇëåêôñïíéáêÞ óõìðåñéöïñÜ ôùí ìåôÜëëùí.

* Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ äýíáíôáé íá óöõñçëáôçèïýí êáé íá êáôåñãáóèïýí. ** Ó.ô.Ì. ÅíÝñãåéá éïíôéóìïý ïíïìÜæïìå ôçí åíÝñãåéá ðïõ áðáéôåßôáé ãéá ôçí áðïìÜêñõíóç åíüò çëåêôñïíßïõ áðü Ýíá Üôïìï ðïõ âñßóêåôáé óå áÝñéá êáôÜóôáóç.

455

H2

He

Li

Be

B

C

N2

O2

F2

Ne

Na

Mg

Al

Si

P4

S8

Cl2

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br2

Kr

Rb

Sr

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I2

Xe

Cs

Ba

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At2

Rn

Fr

Ra

Y _ La Lu _ Ac Lr

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Ó×ÇÌÁ 17-13. Ôá ìåôáëëéêÜ óôïé÷åßá åßíáé ôá ðïëõðëçèÝóôåñá. Åêôåßíïíôáé óå üëï ôï äéÜóôçìá áðü ôçí Üêñç ôçò áñéóôåñÞò ðëåõñÜò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá ìÝ÷ñé ôá óôïé÷åßá åêåßíá ðïõ ó÷çìáôßæïõí óôåñåÜ êñõóôáëëéêÜ ðëÝãìáôá.

Ðïéá åßíáé ç öýóç ôïõ ìåôáëëéêïý äåóìïý; Ï äåóìüò áõôüò, üðùò êáé üëïé ïé Üëëïé, ó÷çìáôßæåôáé åðåéäÞ ôá çëåêôñüíéá ìðïñïýí íá êéíïýíôáé ôáõôü÷ñïíá ðëçóéÜæïíôáò äýï Þ ðåñéóóüôåñïõò èåôéêïýò ðõñÞíåò. Ðþò ãßíåôáé áõôü áðü ôá çëåêôñüíéá ôùí ìåôÜëëùí; ÐáñáôçñÞóôå Ýíáí êñýóôáëëï ìåôáëëéêïý ëéèßïõ. Óôï êñõóôáëëéêü ôïõ ðëÝãìá, ôï êÜèå Üôïìï ëéèßïõ Ý÷åé ãýñù ôïõ ïêôþ ãåéôïíéêÜ Üôïìá. ÅðåéäÞ ôï Üôïìï áõôü äéáèÝôåé ìüíï Ýíá çëåêôñüíéï óèÝíïõò, äåí ìðïñåß íá ó÷çìáôßóåé êáíïíéêïýò äåóìïýò æåýãïõò çëåêôñïíßùí ìå üëá ôá ãåéôïíéêÜ ôïõ Üôïìá. ~Å÷åé üìùò äéáèÝóéìá ôÝóóåñá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò. ~Åôóé, ôï çëåêôñüíéü ôïõ êáé ôá çëåêôñüíéá óèÝíïõò ôùí «ãåéôüíùí» ôïõ ìðïñïýí íá ðëçóéÜóïõí ðïëý êïíôÜ óôïí ðõñÞíá ôïõ. ÓõìðÝñáóìá: Ôï êÜèå Üôïìï ôïõ ëéèßïõ Ý÷åé Üöèïíá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò áëëÜ ëßãá çëåêôñüíéá äéáèÝóéìá ãéá äåóìïýò. Áò ìåëåôÞóïìå ôï äßëçììá ðïõ áíôéìåôùðßæåé Ýíá çëåêôñüíéï óèÝíïõò åíüò áôüìïõ ëéèßïõ. ÓõíáíôÜ ïêôþ ãåéôïíéêïýò ðõñÞíåò ðëÜé ôïõ êáé Ý÷åé ðëÞñç åëåõèåñßá êéíÞóåùò óôá êåíÜ ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò ãýñù áðü ôï ìçôñéêü ôïõ ðõñÞíá. ~Ïðïõ êáé íá êéíçèåß ôï çëåêôñüíéï, âñßóêåôáé ðÜíôá áíÜìåóá óå äýï èåôéêïýò ðõñÞíåò. ~Ïëï ôï äéÜóôçìá ôïõ ÷þñïõ ãýñù áðü

Ýíá êåíôñéêü Üôïìï åßíáé ìéá ó÷åäüí ïìïéüìïñöç ðåñéï÷Þ ÷áìçëÞò äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò. ÊÜôù áðü áõôÝò ôéò óõíèÞêåò Ýíá çëåêôñüíéï êéíåßôáé åýêïëá áðü ôç ìéá èÝóç óôçí Üëëç. Ôï êÜèå çëåêôñüíéï óèÝíïõò åßíáé åíôåëþò åëåýèåñï íá áêïëïõèÞóåé ôï äñüìï ôïõ ìÝóá óôïí êñýóôáëëï. Oé äéáðéóôþóåéò áõôÝò ìáò åðéôñÝðïõí íá öáíôáóèïýìå Ýíá ìÝôáëëï óáí íá åßíáé ìéá ðåñéï÷Þ èåôéêþí éüíôùí ôïðïèåôçìÝíùí óôéò ðëåõñÝò åíüò êñõóôáëëéêïý ðëÝãìáôïò êáé âõèéóìÝíùí óå ìéá «èÜëáóóá» êéíïõìÝíùí çëåêôñïíßùí. Ç Ýííïéá ìéáò ðåñéóóüôåñï Þ ëéãüôåñï ïìïéüìïñöçò çëåêôñïíéáêÞò èÜëáóóáò ôïíßæåé éäéáßôåñá ôç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôï ìåôáëëéêü äåóìü êáé ôïí êïéíü ïìïéïðïëéêü äåóìü. Óôïõò ìïñéáêïýò ïìïéïðïëéêïýò äåóìïýò ôá çëåêôñüíéá åßíáé ôïðïèåôçìÝíá êáôÜ ôñüðï, ï ïðïßïò êáèïñßæåé ôéò èÝóåéò ôùí áôüìùí åíôåëþò áõóôçñÜ. Ïé äåóìïß ëÝãåôáé üôé Ý÷ïõí ðñïóáíáôïëéóìÝíï ÷áñáêôÞñá. Ôá çëåêôñüíéá ôåßíïõí íá ðáñáìåßíïõí óõãêåíôñùìÝíá óå êÜðïéåò ðåñéï÷Ýò ôïõ ÷þñïõ. Áíôßèåôá, óå Ýíá ìÝôáëëï, ôá çëåêôñüíéá óèÝíïõò êáôáíÝìïíôáé ó÷åäüí ïìïéüìïñöá óå ïëüêëçñï ôïí êñýóôáëëï. Ãéá ôï ëüãï áõôü ï ìåôáëëéêüò äåóìüò äåí åðçñåÜæåé ôçí êáôåýèõíóç üðùò êÜíåé ï êïéíüò ïìïéïðïëéêüò äåóìüò.

456

Johannes Diderick van der Waals (1837‐1923)

~Ïðùò ìÜèáìå, ï óõíäõáóìüò ôïõ íüìïõ ôïõ Boyle ìå ôï íüìï ôïõ Charles êáé ôçí õðüèåóç ôïõ Avogadro, ïäçãåß óôï ãåíéêü íüìï ôùí áåñßùí. Ï Johannes van der Waals äåí Þôáí üìùò éêáíïðïéçìÝíïò ìå áõôüí ôï íüìï, ï ïðïßïò åêöñÜæåôáé ìå ôçí åîßóùóç PV = nRT, ãéáôß äåí ðáñåß÷å áêñéâÞ áðïôåëÝóìáôá ãéá ôá áÝñéá ðïõ âñßóêïíôáé óå õøçëÝò ðéÝóåéò. Áöïý ìåëÝôçóå ôï ðñüâëçìá ðïëý êáéñü, óõìðÝñáíå üôé ï íüìïò áõôüò äåí åß÷å éó÷ý óå üëåò ôéò óõíèÞêåò, ãéá äýï ëüãïõò. Ï ðñþôïò åßíáé ôï ìÝãåèïò ôùí ìïñßùí ôùí áåñßùí. Óå ÷áìçëÝò ðéÝóåéò ôá ìüñéá åßíáé ôüóï áðïìáêñõóìÝíá, þóôå ôï ìÝãåèüò ôïõò åßíáé áìåëçôÝï, óå óýãêñéóç ìå ôï óõíïëéêü üãêï ðïõ êáôáëáìâÜíåôáé áðü ôï áÝñéï. Óå õøçëÝò üìùò ðéÝóåéò ï óõíïëéêüò üãêïò åßíáé ðïëý ìéêñüôåñïò êáé ï ÷þñïò ðïõ êáôáëáìâÜíïõí ôá ìüñéá áíôéóôïé÷åß óå óçìáíôéêü ðïóïóôü ôïõ óõíïëéêïý

üãêïõ. ÄçëáäÞ ï ÷þñïò ðïõ ìÝíåé ãéá íá êéíçèïýí åßíáé ðïëý ìéêñüôåñïò. Ï äåýôåñïò ëüãïò, óýìöùíá ìå ôïí van der Waals, åßíáé ç ðéèáíüôçôá ôá ìüñéá íá åìöáíßæïõí ìéá åëáöñÜ Ýëîç ìåôáîý ôïõò, üôáí âñßóêïíôáé ðïëý êïíôÜ. ÁõôÞ ç áìïéâáßá Ýëîç èá åß÷å ôçí ßäéá åðßäñáóç óôï óõíïëéêü üãêï ìå åêåßíç ðïõ èá åß÷å êÜðïéá áýîçóç ôçò ðéÝóåùò. Ï van der Waals, ðñïêåéìÝíïõ íá äéïñèþóåé ôïí áñ÷éêü íüìï ôùí áåñßùí ðñïóèÝôïíôáò óõíôåëåóôÝò ãéá ôï ìÝãåèïò êáé ôçí áìïéâáßá Ýëîç, áíÝðôõîå ìßá åîßóùóç, ç ïðïßá åß÷å ôç äõíáôüôçôá íá ðñïâëÝðåé ìå ìåãÜëç áêñßâåéá ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí áåñßùí óå õøçëÝò ðéÝóåéò. Ãéá Ýíá mole áåñßïõ, ç åîßóùóÞ ôïõ ãñÜöåôáé êáôÜ ôïí áêüëïõèï ôñüðï:

Óå áõôÞí ôçí åîßóùóç ôï «á» åßíáé ìßá óôáèåñÜ, ç ïðïßá Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ôçí åëêôéêÞ äýíáìç áíÜìåóá óôá ìüñéá, åíþ ôï «b» åßíáé ìßá Üëëç óôáèåñÜ, ç ïðïßá åîáñôÜôáé áðü ôï ìÝãåèïò ôùí ìïñßùí ôïõ õðü åîÝôáóç áåñßïõ. Áðü ôüôå ðïõ áíáãíùñßóèçêå ç óçìáóßá ôçò åîéóþóåùò ôïõ van der Waals, åðåêôÜèçêå ç Ýííïéá ôùí áóèåíþí åëêôéêþí äõíÜìåùí áíÜìåóá óôá ìüñéá, ãíùóôþí óÞìåñá ùò äõíÜìåùí van der Waals, êáôÜ ôñüðï ðïõ íá âïçèÜ óôçí åñìçíåßá ïñéóìÝíùí éäéïôÞôùí ôùí õãñþí êáé ôùí óôåñåþí. Ï van der Waals ôéìÞèçêå ôï 1910 ìå ôï âñáâåßï Nobel óôç ÖõóéêÞ ãéá ôç óõìâïëÞ ôïõ óôçí áíÜðôõîç ôçò ðáñáðÜíù åîéóþóåùò.

457

Ðüóï áðïôåëåóìáôéêÜ óõíäÝåé áõôÞ ç çëåêôñïíéáêÞ èÜëáóóá ôá Üôïìá ìåôáîý ôïõò; Ç áðÜíôçóç ìðïñåß íá äïèåß, áí ãßíåé óýãêñéóç ôçò åíÝñãåéáò ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá åîáôìéóèåß Ýíá mole ôïõ ìåôÜëëïõ ðñïò åëåýèåñá Üôïìá, ìå ôçí åíÝñãåéá ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá äéáóðáóèåß Ýíá mole êïéíþí ïìïéïðïëéêþí äåóìþí. Ç åíÝñãåéá åîáôìßóåùò åíüò mole åíüò áðü ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí, åßíáé ìüíï ôï Ýíá ôÝôáñôï Þ Ýíá ôñßôï ôçò åíÝñãåéáò ðïõ ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá óðÜóåé Ýíá ãñáììïìüñéï êïéíþí ïìïéïðïëéêþí äåóìþí. Áõôü äåí åêðëÞóóåé éäéáßôåñá. Èõìçèåßôå üôé ç åíÝñãåéá éïíôéóìïý åíüò åëåýèåñïõ áôüìïõ êÜðïéïõ ìåôÜëëïõ ôçò ïìÜäáò ôùí áëêáëßùí åßíáé ìéêñÞ. ~Áñá, êáé ôï çëåêôñüíéï óèÝíïõò óôï åëåýèåñï Üôïìï äåí õößóôáôáé éó÷õñÞ Ýëîç ðñïò ôïí ðõñÞíá. Áöïý ôï çëåêôñüíéï äåí Ýëêåôáé éó÷õñÜ áðü Ýíá Üôïìï áëêáëßùí, äåí èá Ýëêåôáé éó÷õñÜ ïýôå áðü äýï Þ ôñßá ôÝôïéá Üôïìá óôï ìåôáëëéêü êñýóôáëëï. Ãéá ôï ëüãï áõôü, ç åíÝñãåéá ôùí äåóìþí áíÜìåóá óôá çëåêôñüíéá êáé ôïí ðõñÞíá, óôïõò êñõóôÜëëïõò ôùí áëêáëßùí, åßíáé ìÜëëïí ìéêñÞ. Áõôü ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü ó÷åôéêÜ áóèåíþí ìåôáëëéêþí äåóìþí. Èá ðåñéìÝíáôå ßóùò üôé ï ìåôáëëéêüò äåóìüò èá ãéíüôáí éó÷õñüôåñïò óôá óôïé÷åßá åêåßíá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ìåãáëýôåñï áñéèìü çëåêôñïíßùí óèÝíïõò êáé ìåãáëýôåñï ðõñçíéêü öïñôßï. Óôéò ðåñéðôþóåéò áõôÝò õðÜñ÷ïõí ðåñéóóüôåñá çëåêôñüíéá óôç «èÜëáóóá» êáé êÜèå çëåêôñüíéï óõãêñáôåßôáé éó÷õñüôåñá, åî áéôßáò

ôïõ áõîçìÝíïõ ðõñçíéêïý öïñôßïõ. Ï óõëëïãéóìüò áõôüò óõìöùíåß êáé ìå ôéò ðåéñáìáôéêÜ ðñïóäéïñéóìÝíåò èåñìüôçôåò åîáôìßóåùò, ïé ïðïßåò áíáöÝñïíôáé óôïí ðßíáêá 17.1. ~Åíá ðéï óõãêåêñéìÝíï ðáñÜäåéãìá åßíáé ç óýãêñéóç ôùí èåñìïêñáóéþí åîáôìßóåùò ôïõ ìáãíçóßïõ êáé ôïõ áëïõìéíßïõ (áñãéëßïõ). Ç õøçëüôåñç ôéìÞ ðïõ áíôéóôïé÷åß óôï áëïõìßíéï äåß÷íåé üôé ï ìåôáëëéêüò äåóìüò åßíáé éó÷õñüôåñïò üôáí áõîÜíåôáé ï áñéèìüò ôùí çëåêôñïíßùí óèÝíïõò êáé ôï öïñôßï ôïõ ðõñÞíá. ~Åôóé, ç Ýíôáóç ôïõ ìåôáëëéêïý äåóìïý Ý÷åé ôçí ôÜóç íá áõîÜíåôáé, êáèþò ðçãáßíïìå áðü ôá áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ ìéáò ðåñéüäïõ ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. ÅðåîÞãçóç ôùí éäéïôÞôùí ôùí ìåôÜëëùí. Ôá ìç óôáèåñïðïéçìÝíá Þ êéíïýìåíá çëåêôñüíéá åõèýíïíôáé ãéá ðïëëÝò áðü ôéò ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò ôùí ìåôÜëëùí. ÅðåéäÞ ïé ìåôáëëéêïß äåóìïß äåí Ý÷ïõí áõóôçñÜ ðñïóáíáôïëéóìÝíï ÷áñáêôÞñá, ðïëëÜ ìÝôáëëá ìðïñïýí íá ðáñáìïñöþíïíôáé åýêïëá, ÷ùñßò íá êáôáóôñÝöåôáé ç êñõóôáëëéêÞ äïìÞ ôïõò. Õðü ôçí åðßäñáóç ìéáò äõíÜìåùò, ôï Ýíá åðßðåäï ôùí áôüìùí ïëéóèáßíåé ùò ðñïò ôï Üëëï (ó÷. 17-14). Êáèþò ãßíåôáé áõôü, ôá çëåêôñüíéá Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá äéáôçñïýí óå êÜðïéï âáèìü ôç óýíäåóç áíÜìåóá óôá äýï åðßðåäá. Ôá ìÝôáëëá ìðïñïýí íá óêëçñýíïõí áí áíáìé÷èïýí ìå óôïé÷åßá, ôá ïðïßá Ý÷ïõí ôçí éäéüôçôá íá

Ðßíáêáò 17.1. Èåñìüôçôåò åîáôìßóåùò ôùí ìåôÜëëùí. ÈÝóç óôïí ÌÝôáëëï Èåñìüôçôá ðåñéïäéêü ðßíáêá åîáôìßóåùò (kcal/mole) Äåýôåñç ðåñßïäïò

Li Be Â

32,2 53,5 129

Tñßôç ðåñßäïò

Ía Mg Al

23,1 31,5 67,9

ÔÝôáñôç ðåñßïäïò

K Ca Sc

18,9 36,6 73

ÐÝìðôç ðåñßïäïò

Rb Sr Y

18,1 33,6 94

Cs Ba

16,3 35,7

¸êôç ðåñßïäïò

Ó×ÇÌÁ 17-14. Ç äéïëßóèçóç ôùí åðéðÝäùí ôùí ìåôáëëéêþí áôüìùí âïçèÜ óôçí åñìçíåßá ìåñéêþí áðü ôéò ìïíáäéêÝò éäéüôçôåò ðïõ ðáñïõóéÜæïõí ôá ìåôáëëéêÜ óôïé÷åßá.

458

ó÷çìáôßæïõí ðñïóáíáôïëéóìÝíïõò ïìïéïðïëéêïýò äåóìïýò. Óõ÷íÜ áñêïýí ß÷íç Üíèñáêá, öùóöüñïõ Þ èåßïõ, ãéá íá ìåôáôñÝøïõí Ýíá ó÷åôéêÜ ìáëáêü êáé åëÜóéìï ìÝôáëëï óå Ýíá ðïëý åýèñáõóôï óôåñåü. Ôá ìÝôáëëá Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü, åðåéäÞ ìåñéêÜ çëåêôñüíéá óèÝíïõò êéíïýíôáé åëåýèåñá óôï åóùôåñéêü ôïõ óôåñåïý. Ôáõôü÷ñïíá, áõôÜ ôá çëåêôñüíéá êáôïñèþíïõí íá óõãêñáôïýí ôïí êñýóôáëëï åíùìÝíï. Êáé áõôü óõìâáßíåé, åðåéäÞ, üðïõ êáé áí êéíçèïýí, âñßóêïíôáé óõã÷ñüíùò êïíôÜ óå äýï Þ ðåñéóóüôåñïõò ðõñÞíåò. Óå ïìïéïðïëéêþò óõíäåäåìÝíá óôåñåÜ ôá çëåêôñüíéá âñßóêïíôáé óôáèåñÜ ôïðïèåôçìÝíá óôï ÷þñï áíÜìåóá óå óõãêåêñéìÝíá æåýãç áôüìùí. ÐñïêåéìÝíïõ áõôÝò ïé ïõóßåò íá Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü, ðñÝðåé íá ôïõò ðñïóöåñèåß ìåãÜëç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò, þóôå íá ìåôáêéíÞóåé ôá çëåêôñüíéá áðü ôçí ðåñéï÷Þ áíÜìåóá óôá äýï Üôïìá. Ç ðïóüôçôá áõôÞ ôçò åíÝñãåéáò äåí ðñïóöÝñåôáé áðü ôá óõíÞèç çëåêôñéêÜ ðåäßá êáé Ýôóé ïé ïìïéïðïëéêÝò ïõóßåò êáíïíéêÜ äåí Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü. Ç åîáéñåôéêÞ èåñìéêÞ áãùãéìüôçôá ôùí ìåôÜëëùí ïöåßëåôáé åðßóçò óôá åõêßíçôá çëåêôñüíéá. Ôá çëåêôñüíéá óôéò ðåñéï÷Ýò ôçò õøçëÞò èåñìïêñáóßáò áðïññïöïýí ìåãÜëåò ðïóüôçôåò êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò. Ôá çëåêôñüíéá áõôÜ êéíïýíôáé ðïëý ãñÞãïñá ìÝóá óôï ìÝôáëëï êáé ðñïóöÝñïõí ôçí êéíçôéêÞ ôïõò åíÝñãåéá, ãéá íá èåñìáíèïýí ïé øõ÷ñüôåñåò ðåñéï÷Ýò ôïõ êñõóôáëëéêïý ðëÝãìáôïò. Ïé ïõóßåò åêåßíåò, óôéò ïðïßåò ôá çëåêôñüíéá åßíáé åíôåëþò áêßíçôá, Üãïõí ôç èåñìüôçôá ìå ôç ìïñöÞ ìéêñþí ðïóïôÞôùí

åíÝñãåéáò, ç ïðïßá ìåôáöÝñåôáé áðü ôï Ýíá Üôïìï óôï áìÝóùò ãåéôïíéêü ôïõ. ÊÜôé ôÝôïéï üìùò áðïôåëåß âñáäýôåñç äéáäéêáóßá áðü ôçí áãùãÞ ôçò åíÝñãåéáò ðïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé áðü ôçí êßíçóç ôùí çëåêôñïíßùí. ÔÝëïò, åßíáé áðáñáßôçôï íá åîçãÞóïìå ãéáôß ïé ìåôáëëéêÝò éäéüôçôåò ðñáêôéêÜ åîáöáíßæïíôáé, êáèþò ðñï÷ùñåß êÜðïéïò áðü ôá áñéóôåñÜ ðñïò óôá äåîéÜ, êáôÜ ìÞêïò ìéáò ðåñéüäïõ ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. ÁíáöÝñèçêå üôé äýï åßíáé ïé êýñéïé ëüãïé ôçò êéíçôéêüôçôáò ôùí çëåêôñïíßùí óôá ìÝôáëëá. (1) Ôá çëåêôñüíéá áðïóðþíôáé åýêïëá áðü ôï Üôïìï (ç åíÝñãåéá éïíôéóìïý åßíáé ÷áìçëÞ). (2) Ôá çëåêôñüíéá âñßóêïíôáé óõíÞèùò êïíôÜ óå äýï Þ ðåñéóóüôåñïõò èåôéêïýò ðõñÞíåò óå ïðïéáäÞðïôå èÝóç ìÝóá óôïí êñýóôáëëï (õðÜñ÷åé ðëçèþñá êåíþí ôñï÷éáêþí óèÝíïõò). Êáèþò áõîÜíåôáé ôï ðõñçíéêü öïñôßï ôùí áôüìùí, óõìðëçñþíïíôáé ôá êåíÜ ôñï÷éáêÜ. ÁìÝóùò ïé ðåñéï÷Ýò áíÜìåóá óå äýï ðõñÞíåò ãßíïíôáé ó÷åôéêÜ ëéãüôåñï äåëåáóôéêÝò ãéá ôï çëåêôñüíéï, óå óýãêñéóç ìå üëåò ôéò Üëëåò ðåñéï÷Ýò. Ôá çëåêôñüíéá ôåßíïõí íá ðåñéïñßæïíôáé üëï êáé ðåñéóóüôåñï óå áõôÝò ôéò ðåñéï÷Ýò. ÊÜôé ôÝôïéï üìùò ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü êáíïíéêþí ïìïéïðïëéêþí äåóìþí ìå ðñïóáíáôïëéóìÝíï ÷áñáêôÞñá. Ìå Üëëá ëüãéá, ï ìåôáëëéêüò äåóìüò åßíáé Ýíá åßäïò ìç ðñïóáíáôïëéóìÝíïõ ïìïéïðïëéêïý äåóìïý. Äçìéïõñãåßôáé ìüíï üôáí ôá Üôïìá äéáèÝôïõí êåíÜ ôñï÷éáêÜ êáé ÷áìçëÝò åíÝñãåéåò éïíôéóìïý.

Ðåñßëçøç. Ôá óôïé÷åßá ó÷çìáôßæïõí ôñåéò ãåíéêÝò êáôçãïñßåò óôåñåþí. (1) Ôá ìïñéáêÜ óôåñåÜ åßíáé áõôÜ óôá ïðïßá õðÜñ÷ïõí ìüíï áóèåíåßò äõíÜìåéò van der Waals, ïé ïðïßåò óõãêñáôïýí ôá ìüñéá ìåôáîý ôïõò. Ïé ïõóßåò áõôÝò, ðïõ äçìéïõñãïýíôáé áðü ôá óôïé÷åßá ôçò åðÜíù äåîéÜò ãùíßáò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá Ý÷ïõí ÷áìçëÜ óçìåßá ôÞîåùò êáé âñáóìïý. (2) Ôá óôåñåÜ ðëÝãìáôá ó÷çìáôßæïíôáé áðü óôïé÷åßá ðïõ âñßóêïíôáé ëßãï ðéï áñéóôåñÜ óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá. Ôá óôïé÷åßá áõôÜ äåí ìðïñïýí íá ó÷çìáôßóïõí ìéêñÜ ìüñéá ðïõ íá éêáíïðïéïýí üëåò ôéò êáíïíéêÝò áðáéôÞóåéò ôïõ óèÝíïõò ôïõò. Áíôßèåôá, äçìéïõñãïýí ôá áôåëåßùôá äßêôõá ðïõ åßíáé õðåýèõíá ãéá öõóéêÝò éäéüôçôåò üðùò ç ìåãÜëç áíôï÷Þ, ç óêëçñüôçôá êáé ôá õøçëÜ óçìåßá ôÞîåùò. (3) ~Ïëá ôá õðüëïéðá óôïé÷åßá åßíáé ðåñéóóüôåñï Þ ëéãüôåñï ìåôáëëéêÜ.

Ôá êýñéá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí ìåôÜëëùí åßíáé ïé ëáìðåñÝò åðéöÜíåéåò, ç ìåãÜëç çëåêôñéêÞ êáé èåñìéêÞ áãùãéìüôçôá êáé ç åõêïëßá ðáñáìïñöþóåùò Þ êáôåñãáóßáò. ~Ïëåò áõôÝò ïé éäéüôçôåò äéêáéïëïãïýíôáé ìå âÜóç ôç óõóôçìáôéêÞ ôïðïèÝôçóç ôùí èåôéêþí éüíôùí ìÝóá óå ìßá «èÜëáóóá» åõêéíÞôùí çëåêôñïíßùí.

EëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ãéáôß ôï äéáìÜíôé åßíáé ðïëý óêëçñü, åíþ ï ãñáößôçò åßíáé ìáëáêüò êáé ïëéóèçñüò; 2. Ðïéåò åßíáé ïé äýï áðáñáßôçôåò ðñïûðïèÝóåéò ãéá ôç äçìéïõñãßá ìåôáëëéêïý äåóìïý; 3. Ìå ðïéï ôñüðï ôï ðñüôõðï ôçò «èÜëáóóáò ôùí çëåêôñïíßùí» äéêáéïëïãåß ôï ãåãïíüò üôé Ýíá ìÝôáëëï Üãåé ôç èåñìüôçôá êáé ôïí çëåêôñéóìü;

459

Ðïëýðëïêåò äõíÜìåéò óõãêñáôïýí ôéò ÷çìéêÝò åíþóåéò åíùìÝíåò ìåôáîý ôïõò 17.9 Ðñüóèåôåò äõíÜìåéò óôéò ÷çìéêÝò åíþóåéò. ÐñïçãïõìÝíùò ìÜèáìå üôé ôá êáèáñÜ óôïé÷åßá ìðïñïýí íá óôåñåïðïéçèïýí ìå ôç ìïñöÞ ìïñéáêþí óôåñåþí, óôåñåþí ðëåãìÜôùí Þ ìåôáëëéêþí óôåñåþí. Êáé ïé ÷çìéêÝò åíþóåéò Ý÷ïõí åðßóçò ôç äõíáôüôçôá íá óõìðõêíùèïýí óå áõôïýò ôïõò ôñåéò ôýðïõò óôåñåþí. ÕðÜñ÷åé üìùò ìéá âáóéêÞ äéáöïñÜ áíÜìåóá óôá óôïé÷åéáêÜ óôåñåÜ êáé áõôÜ ôùí ÷çìéêþí åíþóåùí. Óå Ýíá êáèáñü óôïé÷åßï, ïé åíÝñãåéåò éïíôéóìïý üëùí ôùí áôüìùí åßíáé ßäéåò êáé ôá çëåêôñüíéá åßíáé óõììåôñéêþò êáôáíåìçìÝíá. Óôéò ÷çìéêÝò åíþóåéò, ç ðéï óôáèåñÞ çëåêôñïíéáêÞ äéÜôáîç äåí óõíäõÜæåôáé ðÜíôá ìå ôçí ßóç êáôáíïìÞ ôïõò. Ãé’ áõôü åìöáíßæïíôáé çëåêôñéêÜ äßðïëá. ÅðåéäÞ äýï óõíäåüìåíá Üôïìá óõ÷íÜ Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò åíÝñãåéåò éïíôéóìïý, ôá çëåêôñüíéá ðïëëÝò öïñÝò âñßóêïíôáé ãéá ìåãáëýôåñï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá ðëçóéÝóôåñá ðñïò ôïí Ýíá èåôéêü ðõñÞíá áðü ü,ôé óôïí Üëëï. Ï äéá÷ùñéóìüò áõôüò ôïõ öïñôßïõ ïäçãåß óå éó÷õñÝò åíäïìïñéáêÝò äõíÜìåéò ðïõ üìïéÝò ôïõò äåí áðáíôïýí óå ìüñéá áðïôåëïýìåíá ìüíï áðü êáèáñÜ óôïé÷åßá.

17.10 ÄõíÜìåéò van der Waals êáé ìïñéáêÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò. Áí êáé ïé äéá÷ùñéóìïß ôùí öïñôßùí åßíáé ðéèáíïß óôéò ÷çìéêÝò åíþóåéò, õðÜñ÷ïõí ðïëëÝò ìïñéáêÝò åíþóåéò óôéò ïðïßåò äåí õðÜñ÷ïõí åìöáíþò çëåêôñéêÜ äßðïëá. ÊáôÜ ôçí øýîç, ôá ìüñéá áõôÜ óõìðåñéöÝñïíôáé ìÜëëïí ùò ìüñéá êáèáñþí óôïé÷åßùí. Óôçí ðåñßðôùóç ðïõ Ý÷åé ðëçñùèåß áðüëõôá ç éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìïý ôïõ êÜèå áôüìïõ, ôüôå ïé ìüíåò äõíÜìåéò ðïõ áðïìÝíïõí áíÜìåóá óôá ìüñéá åßíáé ïé áóèåíåßò äõíÜìåéò van der Waals. ÁõôÝò ïé áóèåíåßò áëëçëåðéäñÜóåéò ïäçãïýí óôï ó÷çìáôéóìü óôåñåþí ÷áìçëïý óçìåßïõ ôÞîåùò êáé õãñþí ÷áìçëïý óçìåßïõ âñáóìïý, ôá ïðïßá äéáôçñïýí ðïëëÝò áðü ôéò éäéüôçôåò ôùí áåñßùí ìïñßùí. Ôñåéò öáßíåôáé íá åßíáé ïé éäéáßôåñá óçìáíôéêïß ðáñÜãïíôåò ðïõ êáèïñßæïõí ôá *

Ó.ô.Ì. Ôï óçìåßï âñáóìïý ëÝãåôáé êáé óçìåßï æÝóåùò.

ìåãÝèç ôùí äõíÜìåùí van der Waals: (1) Ï áñéèìüò ôùí çëåêôñïíßùí, (2) ôï ìÝãåèïò ôïõ ìïñßïõ êáé (3) ôï ìïñéáêü ó÷Þìá. Áõôïß ïé ðáñÜãïíôåò åðçñåÜæïõí êáé ôá óôïé÷åßá, áëëÜ êáé ôéò ÷çìéêÝò åíþóåéò. ~Å÷ïõí üìùò ìåãáëýôåñç äñÜóç óôéò åíþóåéò. ÄõíÜìåéò van der Waals êáé áñéèìüò çëåêôñïíßùí. ~Ïðùò åßäáìå óôïí ðßíáêá 8.5, ôá óçìåßá ôÞîåùò êáé âñáóìïý* ôùí åõãåíþí áåñßùí áõîÜíïíôáé, êáèþò áõîÜíåôáé ï áñéèìüò ôùí çëåêôñïíßùí. Óôïé÷åßá êáé ÷çìéêÝò åíþóåéò ìå ïìïéïðïëéêü äåóìü óõìðåñéöÝñïíôáé áíÜëïãá. ÐáñáóôáôéêÜ öáßíåôáé áõôü óôï ó÷Þìá 17-15. Ôï ó÷Þìá 17-15á äåß÷íåé ôéò ìåôáâïëÝò ôùí óçìåßùí ôÞîåùò êáé âñáóìïý ôùí åõãåíþí áåñßùí êáé ôùí áëïãüíùí. Óôïí ïñéæüíôéï Üîïíá áíáãñÜöåôáé ï áñéèìüò ôçò ðåñéüäïõ óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá, ï ïðïßïò áðïôåëåß Ýíäåéîç ôïõ óõíïëéêïý áñéèìïý ôùí çëåêôñïíßùí ôùí áíôéóôïß÷ùí óôïé÷åßùí. Ôï ó÷Þìá 17-15â áíáöÝñåôáé óå ÷çìéêÝò åíþóåéò ìå ôýðï CX4. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ ï ïñéæüíôéïò Üîïíáò äåß÷íåé ôïí áñéèìü ôçò ðåñéüäïõ óôçí ïðïßá áíÞêïõí ôá åîùôåñéêÜ Üôïìá ôïõ ìïñßïõ. ÁõôÜ åßíáé ôá Üôïìá, ôá ïðïßá åöÜðôïíôáé Þ «óõíÜðôïõí ó÷Ýóåéò» ìå ôá ãåéôïíéêÜ ìüñéá. Óå ó÷Ýóç ìå ôéò äõíÜìåéò van der Waals, åßíáé ðïëý óçìáíôéêü ôï ãåãïíüò üôé ôï CBr4 Ý÷åé óôçí «åðéöÜíåéá» ôïõ ìïñßïõ ôïõ Üôïìá áðü ôçí ôÝôáñôç ðåñßïäï ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. Ìéêñüôåñçò óçìáóßáò åßíáé ôï ãåãïíüò üôé ôï êåíôñéêü Üôïìï, ï Üíèñáêáò, ðñïÝñ÷åôáé áðü ôç äåýôåñç ðåñßïäï. Áõôü óõìâáßíåé, ãéáôß ôá åîùôåñéêÜ Üôïìá åðéäñïýí ðåñéóóüôåñï óôïí êáèïñéóìü ôùí åíäïìïñéáêþí äõíÜìåùí. Óýìöùíá ìå ôá ðñïçãïýìåíá, óôéò ìïñéáêÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò, üóï ìåãáëýôåñïò åßíáé ï áñéèìüò ôùí çëåêôñïíßùí, ôüóï ìåãáëýôåñåò åßíáé êáé ïé äõíÜìåéò van der Waals. ÄõíÜìåéò van der Waals êáé ìÝãåèïò ìïñßïõ. Ïé åðéóôÞìïíåò Ý÷ïõí âñåé üôé ðñïêåéìÝíïõ ãéá áíÜëïãá ìüñéá, üóï ìåãáëýôåñï åßíáé ôï ìüñéï, ôüóï ìåãáëýôåñï èá åßíáé êáé ôï óçìåßï ôÞîåþò ôïõ. Áò óõãêñßíïìå ãéá ðáñÜäåéãìá ôï ìåèÜíéï, CH4 êáé ôï áéèÜíéï, C2H4. Ôá åîùôåñéêÜ ôïõò Üôïìá åßíáé ôá ßäéá, äçëáäÞ Üôïìá õäñïãüíïõ. Åðß ðëÝïí, ôï óçìåßï âñáóìïý ôïõ áéèáíßïõ, 185 Ê, åßíáé õøçëüôåñï áðü áõôü ôïõ ìåèáíßïõ, 112 Ê.

460

500

500

CBr4

I2

400

CI4

CCl4

400 Br2

300

300

T,K

Cl2 Rn 200

CF4

200 Xe

100

He 0 0

1

CH4

Kr

F2

Ar

100 Óçìåßï âñáóìïý

Óçìåßï âñáóìïý

Óçìåßï ðÞîåùò

Óçìåßï ðÞîåùò

Ne 2

3

4

5

6

0 0

1

2

3

4

5

6

Áñéèìüò ðåñéüäïõ

Áñéèìüò ðåñéüäïõ ôïõ × ðïõ õðÜñ÷åé óôï CX4

(á)

(â)

Ó×ÇÌÁ 17-15. Ôá ó÷åäéáãñÜììáôá áõôÜ äåß÷íïõí ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôïõò áñéèìïýò ôçò ðåñéüäïõ óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá êáé ôá óçìåßá ôÞîåùò êáé âñáóìïý (á) ôùí åõãåíþí áåñßùí êáé ôùí áëïãüíùí êáé (â) ôùí åíþóåùí ôïõ Üíèñáêá ìå ôýðï CX4.

ÁíÜëïãåò äéáöïñÝò åðéóçìáßíïíôáé êáé êáôÜ ôç óýãêñéóç ôïõ C2F6 (óçìåßï âñáóìïý 195 Ê) ìå ôï CF4 (óçìåßï âñáóìïý 145 Ê), üðùò êáé ôïõ C2Br6 (ç ïõóßá áõôÞ áðïóõíôßèåôáé óôïõò 483 Ê, ðñéí öèÜóåé óôï óçìåßï âñáóìïý ôçò), ìå ôï CBr4 (óçìåßï âñáóìïý 463 Ê). Ïé äéáöïñÝò áõôÝò óôá óçìåßá âñáóìïý åßíáé äõíáôüí íá äéêáéïëïãçèïýí. ~Ïðùò ìÜèáìå óôçí ðáñÜãñáöï 17.6, ïé äõíÜìåéò van der Waals åßíáé áóèåíåßò. ÁõôÝò ïé áóèåíåßò äõíÜìåéò åßíáé áðïôåëåóìáôéêÝò ìüíï áíÜìåóá óôá ôìÞìáôá ôùí äéáöüñùí ìïñßùí ðïõ âñßóêïíôáé óå óôåíÞ åðáöÞ. ÄçëáäÞ, ïé äõíÜìåéò van der Waals äñïõí êõñßùò áíÜìåóá óôéò åðéöÜíåéåò ôùí ìïñßùí. Ãé’ áõôü ðñïêåéìÝíïõ ãéá áíÜëïãá ìüñéá, üóï ìåãáëýôåñï åßíáé ôï ìüñéï – êáé êáôÜ óõíÝðåéá üóï ìåãáëýôåñï åßíáé ôï åìâáäüí ôçò åðéöÜíåéÜò ôïõ – ôüóï ìåãáëýôåñåò åßíáé êáé ïé äõíÜìåéò van der Waals. ÄõíÜìåéò van der Waals êáé ìïñéáêü ó÷Þìá. Ïõóßåò ìå äïìÝò ïé ïðïßåò ÷áñáêôçñßæïíôáé áðü ó÷åôéêÜ ìåãÜëï âáèìü óõììåôñßáò Ý÷ïõí ãåíéêÜ

õøçëüôåñá óçìåßá ôÞîåùò áðü ü,ôé ðáñüìïéåò ïõóßåò, ïé ïðïßåò óôåñïýíôáé áõôÞò ôçò óõììåôñßáò. ÁíÜìåóá óôéò ÷çìéêÝò åíþóåéò ìå äéðëü äåóìü õðÜñ÷ïõí åíôõðùóéáêÜ ðáñáäåßãìáôá áõôïý ôïõ åßäïõò. Ôá éóïìåñÞ cis êáé trans ðïëëþí åíþóåùí áõôïý ôïõ åßäïõò Ý÷ïõí óçìåßá ôÞîåùò äéáöïñåôéêÜ, åîáéôßáò ôçò äéáöïñÜò ôïõò óôï ìïñéáêü ó÷Þìá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï trans 1,2-äé÷ëùñïáéèõëÝíéï Ý÷åé õøçëüôåñï óçìåßï ôÞîåùò áðü ü,ôé ôï éóïìåñÝò ôïõ cis 1,2-äé÷ëùñïáéèõëåíßïõ. Ç åîÞãçóç áõôïý ôïõ ãåãïíüôïò åßíáé åýêïëç. Ç óõììåôñéêÞ ìïñöÞ trans ìðïñåß íá äéáôá÷èåß ìÝóá óå Ýíá êáíïíéêü êñõóôáëëéêü ðëÝãìá êáôÜ ôñüðï ðéï ôáêôéêü êáé óõìðáãÞ áðü ü,ôé ç «ìïíüðëåõñç» cis ìïñöÞ ôùí ìïñßùí (ó÷. 17-16). Áõôü ìáæß ìå Üëëá äýï ðáñáäåßãìáôá äßíïíôáé óôïí ðßíáêá 17.2. ~Åíá áêüìç ðáñÜäåéãìá ôçò åðéäñÜóåùò ôçò ìïñéáêÞò óõììåôñßáò óôéò öõóéêÝò éäéüôçôåò áðïôåëåß ç ðåñßðôùóç ôùí óõíôáêôéêþí éóïìåñþí ìå ôýðï C5H12. Ïé åíþóåéò áõôÝò, ìå ôï üíïìá êáíïíéêü ðåíôÜíéï êáé íåïðåíôÜíéo, Ý÷ïõí ðïëý

461

Ó×ÇÌÁ 17-16. ÃåùìåôñéêÜ éóïìåñÞ ôïõ 1,2–äé÷ëùñïáéèõëåíßïõ. Ôï éóïìåñÝò trans (á) åßíáé ðåñéóóüôåñï óõììåôñéêü áðü ôï «ìïíüðëåõñï» cis éóïìåñÝò (â). Ðßíáêáò 17.2. Ç åðßäñáóç ôïõ ìïñéáêïý ó÷Þìáôïò óôï óçìåßï ôÞîåùò: ÉóïìåñÞ cis êáé trans. ¼íïìá

Ôýðïò

1,2–äé÷ëùñïáéèõëÝíéï

CICH = CHCl

Âïõôåíïúêü ïîý

CH3CH = CHCOOH

Öïõìáñéêü, ìçëïíéêü ïîý

HOOCCH = CHCOOH

äéáöïñåôéêÜ ó÷Þìáôá ìïñßùí, üðùò âëÝðïìå êáé óôï ó÷Þìá 17-17. Ôï ÷ùñßò äéáêëÜäùóç ìüñéï ôïõ n-ðåíôáíßïõ Ý÷åé ó÷Þìá ôåèëáóìÝíçò ãñáììÞò (æéê-æáê). Ïé äõíÜìåéò van der Waals äñïõí áíÜìåóá óôá åîùôåñéêÜ Üôïìá õäñïãüíïõ ôïõ åíüò ìïñßïõ ìå áõôÜ ôùí ãåéôïíéêþí ôïõ. Ç ìåãÜëç åðéöÜíåéá åðáöÞò äçìéïõñãåß ó÷åôéêÜ ìåãÜëåò äõíÜìåéò van der Waals. Áõôü ïäçãåß êáé óå ó÷åôéêÜ õøçëü óçìåßï âñáóìïý. Åðßóçò, ôï ïöéïåéäÝò ìüñéï, äåí äéáôÜóóåôáé åýêïëá ìÝóá óå Ýíá êáíïíéêü êñõóôáëëéêü ðëÝãìá. Ãé’ áõôü, ïé êñýóôáëëïß ôïõ Ý÷ïõí ÷áìçëü óçìåßï ôÞîåùò. ÄéáöïñåôéêÞ åßíáé ç ðåñßðôùóç ôïõ åîáéñåôéêÜ óõìðáãïýò íåïðåíôáíßïõ. Ôï ìüñéï áõôü ìïéÜæåé ìå ìðÜëá êáé óôïéâÜæåôáé åýêïëá ìÝóá óå Ýíá êáíïíéêü êñõóôáëëéêü ðëÝãìá. Ùò áðïôÝëåóìá ôçò óôáèåñüôçôáò ðïõ ôï ÷áñáêôçñßæåé, Ý÷åé ìÜëëïí õøçëü óçìåßï ôÞîåùò. ~Ïôáí ëéþóåé, üìùò ôï íåïðåíôÜíéï, ó÷çìáôßæåé Ýíá õãñü ôï ïðïßï âñÜæåé óå èåñìïêñáóßá ÷áìçëüôåñç áðü ôï

Ó.æ. cis–(°C)

Ó.â. trans–(°C)

–80

–50

15

72

130

290

óçìåßï âñáóìïý ôïõ n-ðåíôáíßïõ. Ôï ìüñéï ôïõ íåïðåíôáíßïõ Ý÷åé ìéêñüôåñç åðéöÜíåéá åðáöÞò ìå ôá ãåéôïíéêÜ ôïõ êáé ãé’ áõôü åßíáé ðåñéóóüôåñï ðôçôéêü. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ïé ðåñéóóüôåñåò åíþóåéò ôïõ Üíèñáêá óõìðõêíþíïíôáé ðñïò ìïñéáêÜ õãñÜ êáé óôåñåÜ. ~Å÷ïõí ãåíéêÜ óçìåßá ôÞîåùò ÷áìçëÜ (ðåñßðïõ êÜôù áðü ôïõò 573 Ê). Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ðïëëÝò åíþóåéò ôïõ Üíèñáêá âñÜæïõí êÜôù áðü ôïõò 373 Ê. Ç ðáñüìïéá ÷çìéêÞ óõìðåñéöïñÜ ôùí õãñþí êáé ôùí óôåñåþí öÜóåùí õðïäçëþíåé ôç äéáôÞñçóç ôùí ìïñéáêþí éäéïôÞôùí. ÌåñéêÜ ìïñéáêÜ óôåñåÜ, üðùò ôï HCl êáé ôï SO2, Ý÷ïõí äéðïëéêÝò ñïðÝò. Óå áõôÜ, ìáæß ìå ôéò äõíÜìåéò van der Waals, õðÜñ÷ïõí êáé äõíÜìåéò áíÜìåóá óôá ìïñéáêÜ äßðïëá. Åðß ðëÝïí, äõíÜìåéò üðùò áõôÝò, áõîÜíïõí óõíÞèùò ôç óôáèåñüôçôá ôïõ óôåñåïý, áëëÜ äåí åßíáé åýêïëï íá ãßíïõí óõãêñßóåéò.

462

CH2 H3C

CH2 CH2

CH3

Êáíïíéêü ðåíôÜíéï _130 °C oC °C ïC ó.æ. b.p.ó.ô. 36 36 Ó.Æ. –130 CH3

C H3C

Ó×ÇÌÁ 17-17. Äýï óõíôáêôéêÜ éóïìåñÞ ôïõ ðåíôáíßïõ, C5H12. Ïé äéáöïñåôéêÝò äïìÝò ôùí ìïñßùí ôïõò åõèýíïíôáé ãéá ôéò äéáöïñåôéêÝò ôéìÝò ôùí éäéïôÞôùí

17.11 Ïìïéïðïëéêïß äåóìïß êáé ÷çìéêÝò åíþóåéò óôåñåïý ðëÝãìáôïò. Ïé ÷çìéêÝò åíþóåéò ó÷çìáôßæïõí óôåñåÜ ðëÝãìáôá. ÅðåéäÞ ó’ áõôÝò óõììåôÝ÷ïõí äýï Þ ðåñéóóüôåñá äéáöïñåôéêÜ Üôïìá, õðÜñ÷åé ìåãáëýôåñç ðïéêéëßá áíÜìåóá óôéò åíþóåéò óôåñåïý ðëÝãìáôïò Ýíáíôé ôùí óôïé÷åßùí óôåñåïý

CH3 CH3

ÍåïðåíôÜíéï _20°C ïC ó.ô. ó.æ. b.p. 9 o9C°C Ó.Æ.–20

ðëÝãìáôïò. Ôï äéïîåßäéï ôïõ ðõñéôßïõ (silica), ìå åìðåéñéêü ôýðï SiO2, ó÷çìáôßæåé Ýíá óôåñåü ðëÝãìá. Ôï äéïîåßäéï ôïõ ðõñéôßïõ ìáæß ìå Üëëåò åíþóåéò ðõñéôßïõ–ïîõãüíïõ áðïôåëïýí ôï 87% ôïõ öëïéïý ôçò ãçò. ~Ïëá ó÷åäüí ôá ãíùóôÜ ïñõêôÜ ðåñéÝ÷ïõí áîéüëïãåò ðïóüôçôåò ðõñéôéêþí ïñõêôþí (Ýôóé ãåíéêþò ïíïìÜæïìå ôéò åíþóåéò ðõñéôßïõ–ïîõãüíïõ^ óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ôá ðõñéôéêÜ ïñõêôÜ ðåñéÝ÷ïõí ðïëý ìéêñÝò

Ó×ÇÌÁ 17-18. Ï áìßáíôïò, Ýíá ïñõêôü, Ý÷åé “ìïíïäéÜóôáôï” ðëÝãìá áôüìùí.

463

Ó×ÇÌÁ 17-19. Ç ìßêá ó÷çìáôßæåé Ýíá “äéóäéÜóôáôï” ðëÝãìá, óôï ïðïßï ôá öýëëá ôùí áôüìùí óõãêñáôïýíôáé ìåôáîý ôïõò ÷áëáñÜ.

Ïîõãüíï

Ðõñßôéï

Ó×ÇÌÁ 17-20. Ï ÷áëáæßáò áðïôåëåßôáé áðü Ýíá ðëÝãìá áôüìùí “ôñéóäéÜóôáôï”, üðùò áõôü ðïõ Ý÷åé ôï äéáìÜíôé.

ðïóüôçôåò êáé Üëëùí óôïé÷åßùí, ìå ôá ïðïßá äåí èá áó÷ïëçèïýìå åäþ). ~Ïëá áõôÜ åßíáé óôåñåÜ ðëÝãìáôá êáé åìöáíßæïõí åíäéáöÝñïõóåò êáé óçìáíôéêÝò ðáñáëëáãÝò. Ôá ó÷Þìáôá 17-18, 17-19 êáé 17-20 äåß÷íïõí ìå óõóôçìáôéêü ôñüðï ôïõò ôñåéò ôýðïõò ôùí óôåñåþí ðëåãìÜôùí ðïõ ó÷çìáôßæåé ôï ðõñßôéï. Ôï ðõñßôéï åßíáé ðÜíôá ôåôñáóèåíÝò. Ðáñ’ üëá áõôÜ, óå ìåñéêÝò áðü ôéò åíþóåéò ôïõ ó÷çìáôßæåé ðïëý ìáêñÝò áëõóßäåò ðõñéôßïõ–ïîõãüíïõ–ðõñéôßïõ. Óå Üëëåò

ó÷çìáôßæåé ìåãÜëá óõíäåüìåíá öýëëá, åíþ óå Üëëåò ó÷çìáôßæåé åðßóçò ðïëý ìåãÜëá ôñéóäéÜóôáôá ðëÝãìáôá óôåñåþí. ÐïëëÝò áðü ôéò éäéüôçôåò ôùí ðõñéôéêþí ïñõêôþí äéêáéïëïãïýíôáé ìå ôç âïÞèåéá, ôïõ åßäïõò ôïõ êñõóôáëëéêïý ðëÝãìáôïò ðïõ ó÷çìáôßæïõí. Óôï ó÷Þìá 17-18 öáßíåôáé ôï “ìïíïäéÜóôáôï” ðëÝãìá. Óå áõôü, ôá Üôïìá ôçò êÜèå áëõóßäáò óõíäÝïíôáé éó÷õñþò ìåôáîý ôïõò ìå ïìïéïðïëéêïýò äåóìïýò. ÂÝâáéá, ïé áëõóßäåò

464

áëëçëïåðéäñïýí ìå ðïëý áóèåíÝóôåñåò äõíÜìåéò. ÊÜôé ôÝôïéï óõìöùíåß êáé ìå ôéò éäéüôçôåò éíþäïõò óþìáôïò ðïõ ðáñïõóéÜæïõí ðïëëÜ ðõñéôéêÜ ïñõêôÜ. Êáô’ áíáëïãßá, ôá öýëëá ôïõ “äéóäéÜóôáôïõ” ðõñéôéêïý ðëÝãìáôïò (ó÷. 17-19) óõãêñáôïýíôáé áóèåíþò ìåôáîý ôïõò. Ãéá ôï ëüãï áõôü ôá åí ëüãù

ïñõêôÜ ó÷ßæïíôáé åýêïëá óå ëåðôÜ, ãåñÜ öýëëá. Ç ìßêá êáé ï ðçëüò Ý÷ïõí áõôü ôï åßäïò äïìÞò. Ôï ôñéóäéÜóôáôï ðëÝãìá ôïõ ó÷Þìáôïò 17-20 åßíáé ï ÷áëáæßáò (quartz). ~Ïðùò êáé ôï äéáìÜíôé, åßíáé óêëçñüò êáé Ý÷åé õøçëü óçìåßï ôÞîåùò. Ôá äéÜöïñá ïñõêôÜ ðïõ óõíéóôïýí ôï ãñáíßôç åßíáé áõôïý ôïõ ôýðïõ.

Ðåñßëçøç. Ïé ÷çìéêÝò åíþóåéò, üðùò êáé ôá óôïé÷åßá, ó÷çìáôßæïõí ìïñéáêÜ óôåñåÜ, ðëÝãìáôá óôåñåþí Þ ìåôáëëéêÜ óôåñåÜ, áíÜëïãá ìå ôçí çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç ôùí áôüìùí ðïõ ôéò áðïôåëïýí. ÌåñéêÝò óçìáíôéêÝò éäéüôçôåò ôùí åíþóåùí ðïõ ó÷çìáôßæïõí ìïñéáêÜ óôåñåÜ åîáñôþíôáé áðü ôçí Ýíôáóç ôùí äõíÜìåùí van der Waals. Ìáæß ìå ôéò äõíÜìåéò van der Waals åßíáé äõíáôüí íá õðÜñ÷ïõí êáé åëêôéêÝò äõíÜìåéò, ïé ïðïßåò äñïõí áíÜìåóá óôá ìïñéáêÜ äßðïëá. Ç Ýíôáóç ôùí äõíÜìåùí van der Waals áõîÜíåôáé, êáèþò áõîÜíïíôáé ïé áñéèìïß ôùí çëåêôñïíßùí êáé ôá ìåãÝèç ôùí ìïñßùí. Ôá ðéï óõììåôñéêÜ ìüñéá ó÷çìáôßæïõí óôåñåÜ õøçëüôåñïõ óçìåßïõ

ôÞîåùò áëëÜ ÷áìçëüôåñïõ óçìåßïõ âñáóìïý. Ðáñáäåßãìáôá åíþóåùí ìå óôåñåÜ ðëÝãìáôá åßíáé ï áìßáíôïò, ç ìßêá êáé ï ÷áëáæßáò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Óå ôé äéáöÝñïõí ïé äõíÜìåéò ðïõ áóêïýíôáé óôá ìüñéá ôùí êáèáñþí óôïé÷åßùí áðü åêåßíåò ðïõ áóêïýíôáé óå ÷çìéêÝò åíþóåéò; 2. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôéò äõíÜìåéò van der Waals êáé: á) ôï ìÝãåèïò ôïõ ìïñßïõ, â) ôïí áñéèìü ôùí çëåêôñïíßùí; 3. Óõãêñßíáôå åíþóåéò óôåñåïý ðëÝãìáôïò ìå óôïé÷åßá óôåñåïý ðëÝãìáôïò.

ÁðëÞ åñìçíåßá ôùí éïíôéêþí óôåñåþí 17.12 ÐáñÜãïíôåò ðïõ åõíïïýí ôï ó÷çìáôéóìü éüíôùí. ÐïëëÝò åíþóåéò ó÷çìáôßæïõí óôåñåÜ ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü éüíôá. ÔÝôïéá óôåñåÜ äåí ó÷çìáôßæïíôáé ðïôÝ áðü Ýíá ìüíï óôïé÷åßï. Óõ÷íÜ ðñïçãïõìÝíùò áíáöÝñèçêáí éïíôéêÝò ïõóßåò. Ç äïìÞ ìÜëéóôá ìéáò ÷áñáêôçñéóôéêÞò ïõóßáò áõôïý ôïõ åßäïõò, NaCl, ÷ñçóéìïðïéÞèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 17.2 ùò ðáñÜäåéãìá ôçò êáíïíéêÞò äïìÞò åíüò êñõóôáëëéêïý óôåñåïý. Ç ðñþôç åñþôçóç ðïõ èá ìðïñïýóå ßóùò íá ôåèåß ó÷åôéêÜ ìå ôá éïíôéêÜ óôåñåÜ åßíáé ç åîÞò: Ðïéåò åíþóåéò êáé ãéáôß èá ó÷çìáôßóïõí éïíôéêÜ óôåñåÜ; Ïé áðáíôÞóåéò åßíáé ìÜëëïí áðëÝò Þ ôïõëÜ÷éóôïí Ý÷ïõí áíáöåñèåß êáôÜ êÜðïéï ôñüðï êáôÜ ôçí åîÝôáóç ôùí éäéïôÞôùí ôùí áëïãüíùí êáé ôùí áëêáëßùí, ðïõ Ýãéíå óôï êåöÜëáéï 8. Ôá áëïãïíßäéá ôùí áëêáëßùí áðïôåëïýí ÷áñáêôçñéóôéêÜ ðáñáäåßãìáôá éïíôéêþí åíþóåùí. ~Åôóé, ôï LiF áðïôåëåßôáé áðü éüíôá Li+ êáé F–, ôï CsI áðïôåëåßôáé áðü éüíôá Cs+

êáé I– ê.ï.ê Ìéá éïíôéêÞ Ýíùóç ó÷çìáôßæåôáé, üôáí Ýíá ìÝôáëëï, ôï ïðïßï ìðïñåß åýêïëá íá ÷Üóåé Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá çëåêôñüíéá, óõíäÝåôáé ìå Ýíá áìÝôáëëï, ôï ïðïßï Ý÷åé ôç ìåãÜëç ôÜóç íá ðñïóëÜâåé Ýíá Þ äýï çëåêôñüíéá. Êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï äçìéïõñãåßôáé çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç åõãåíïýò áåñßïõ. Ôá áìÝôáëëá, ôá ïðïßá ðñïóëáìâÜíïõí ðïëý åýêïëá çëåêôñüíéá êáé ó÷çìáôßæïõí áñíçôéêÜ éüíôá ìå çëåêôñïíéáêÞ äéáìüñöùóç åõãåíïýò áåñßïõ, åßíáé áõôÜ ðïõ âñßóêïíôáé óôçí ðÜíù äåîéÜ ãùíßá ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. Ðñüêåéôáé ãéá ôá åðüìåíá: F, ôï ïðïßï äßíåé F– Cl, ôï ïðïßï äßíåé Cl– Br, ôï ïðïßï äßíåé Br– O, ôï ïðïßï äßíåé O–

~Oëá ôá öèïñßäéá, ôá ÷ëùñßäéá, ôá âñùìßäéá êáé ôá ïîåßäéá ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé ìå ôá ðåñéóóüôåñï ìåôáëëéêÜ óôïé÷åßá åßíáé éïíôéêÝò

465

åíþóåéò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï ïîåßäéï ôïõ ìáãíçóßïõ, MgO, áðïôåëåßôáé áðü éüíôá Mg2+ êáé Ï2–, åíþ ôï ÷ëùñéïý÷ï óêÜíäéï, ScCl3, áðïôåëåßôáé áðü éüíôá Sc3+ êáé Cl–. ÐáñÜëëçëá üìùò, åíþóåéò üðùò ï ôñé÷ëùñéïý÷ïò öùóöüñïò, PCl3, êáé ôï ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO, äåí åßíáé éïíôéêÝò. Äåí ó÷çìáôßæïíôáé éüíôá åðåéäÞ ôá óôïé÷åßá P êáé C äåí Ý÷ïõí óå êáìßá ðåñßðôùóç ôçí ôÜóç íá ÷Üóïõí çëåêôñüíéá. Äåí ðñüêåéôáé ãéá ìåôáëëéêÜ óôïé÷åßá. Ìéá Üëëç ãåíéêÞ êáôçãïñßá éïíôéêþí åíþóåùí åßíáé åêåßíç ðïõ ðåñéÝ÷åé ðïëõáôïìéêÜ éüíôá. Ðñüêåéôáé ãéá éüíôá ðïõ äéáèÝôïõí ìéá ðïëý óôáèåñÞ ïìÜäá áôüìùí êáé, –ùò ïìÜäá ðïõ åßíáé–, Ý÷ïõí öïñôßï. ÐïëëÜ áðü ôá êïéíÜ ðïëõáôïìéêÜ éüíôá åßíáé áñíçôéêÜ éüíôá. Áêïëïõèïýí ìåñéêÜ óçìáíôéêÜ ðáñáäåßãìáôá: CO32– NO3– SO42–

áíèñáêéêü éüí íéôñéêü éüí èåééêü éüí

Ôï ðéï ãíùóôü ðïëõáôïìéêü èåôéêü éüí åßíáé ôï éüí ôïõ áììùíßïõ NH4+. ÕðÜñ÷ïõí éïíôéêÝò åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí Þ ðïëõáôïìéêÜ áñíçôéêÜ Þ ðïëõáôïìéêÜ èåôéêÜ éüíôá Þ êáé ôá äýï. Óôá åðüìåíá ðáñáäåßãìáôá öáßíåôáé êáèáñÜ áõôü: ×çìéêÞ Ýíùóç Na2SO4 Fe(NO3)3 NH4Cl (NH4)2SO4

Éüíôá – 2Na+ +SO42 – Fe3+ +3NO3 – NH4 + Cl – 2NH4+ + SO42

Ôá ðïëõáôïìéêÜ éüíôá åßíáé óôáèåñÜ ãéá ôïí ßäéï âáóéêü ëüãï ðïõ åßíáé êáé ôá ìïíïáôïìéêÜ éüíôá. ~Ïôáí õðÜñ÷åé öïñôßï óå áõôÜ ôá ðïëõáôïìéêÜ éüíôá óçìáßíåé üôé ôï êÜèå Üôïìï Ý÷åé áðïêôÞóåé ôïí áñéèìü ôùí çëåêôñïíßùí ôïõ åõãåíïýò áåñßïõ. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò åîåôÜóïìå ôï íéôñéêü éüí. Óôçí ðáñÜãñáöï 15.8, åßäáìå ìå áñêåôÝò ëåðôïìÝñåéåò ôï éüí áõôü, ãéáôß äéåõêñßíéæå ôçí Ýííïéá ôïõ óõíôïíéóìïý. ÐáñáêÜôù áêïëïõèåß Ýíáò áðü ôïõò ôñåéò éóïäýíáìïõò çëåêôñïíéáêïýò ôýðïõò ðïõ óõììåôÝ÷ïõí óôçí ðåñéãñáöÞ ôïõ õâñéäßïõ óõíôïíéóìïý ôçò çëåêôñïíéêÞò êáôáíïìÞò ôïõ:

~Ïðùò

âëÝðåôå,

õðÜñ÷ïõí

óõíïëéêÜ

24

çëåêôñüíéá. Ôï êÜèå Ýíá áðü ôá ôÝóóåñá Üôïìá ðåñéâÜëëåôáé áðü ìéá äéÜôáîç ïêôþ çëåêôñïíßùí óèÝíïõò (äïìÞ üìïéá ìå áõôÞí ôïõ óôïé÷åßïõ íÝï). Áõôü üìùò åßíáé äõíáôüí íá óõìâåß ìüíï ìå ôçí ðáñïõóßá åíüò åðß ðëÝïí çëåêôñïíßïõ. Áõôü ôï çëåêôñüíéï áíáãêÜæåé ïëüêëçñï ôï íéôñéêü éüí íá Ý÷åé öïñôßï 1–. ×ùñßò áõôü èá õðÞñ÷áí ìüíï 23 çëåêôñüíéá óèÝíïõò (6 áðü ôï êÜèå Üôïìï Ï êáé 5 áðü ôï Üôïìï Í). Ôï ðñüóèåôï çëåêôñüíéï ÷ñçóéìåýåé ãéá íá óõìðëçñþóåé ç ìïíÜäá áõôÞ ãýñù áðü üëá ôá ÜôïìÜ ôéò äéáôÜîåéò ìå çëåêôñïíéêÞ äïìÞ üìïéá ìå ôïõ óôïé÷åßïõ íÝï. Ãé’ áõôü ôï óõãêñáôåß ðïëý éó÷õñÜ êáé ôï éüí ÍÏ 3– åßíáé ðïëý óôáèåñü.

17.13 ÄïìÝò ôùí éïíôéêþí ÷çìéêþí åíþóåùí. Ïé éïíôéêÝò åíþóåéò ó÷çìáôßæïíôáé áðü éüíôá ôïðïèåôçìÝíá ìáæß óå ìéá óõìðáãÞ, óõóôçìáôéêÞ äéÜôáîç. Ãéá ôçí áêñßâåéá, ï ôñüðïò ðïõ èá ôïðïèåôçèïýí ôá éüíôá óôçí êÜèå Ýíùóç åîáñôÜôáé áðü ìåñéêïýò ðáñÜãïíôåò. Óôïõò ðáñÜãïíôåò áõôïýò óõìðåñéëáìâÜíïíôáé ôá ó÷åôéêÜ ôïõò ìåãÝèç êáé ôá öïñôßá ôïõò. ÐÜíôùò, ç áñ÷Þ ðïõ õðåñéó÷ýåé åßíáé üôé èá ðñÝðåé ç äïìÞ íá öÝñíåé êïíôÜ éüíôá áíôéèÝôïõ öïñôßïõ êáé íá äéáôçñåß ÷ùñéóôÜ éüíôá ôïõ éäßïõ öïñôßïõ. Ç äïìÞ ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ, äåß÷íåé áõôÞí ôçí áñ÷Þ. Ôï ðñüôõðï ìå ôéò ìðÜëåò êáé ôéò ïäïíôïãëõößäåò ôïõ ó÷Þìáôïò 17-21 äåß÷íåé ìå óáöÞíåéá ôéò ó÷Ýóåéò ðïõ õðÜñ÷ïõí óôïí ôñéóäéÜóôáôï ÷þñï. Ìéá ðéï ðñïóåêôéêÞ ðáñáôÞñçóç ôçò äïìÞò áõôÞò áðïêáëýðôåé üôé ôï êÜèå éüí Na+ ðåñéâÜëëåôáé áðü Ýíá óýíïëï Ýîé éüíôùí Cl–. Ìüíï Ýîù áðü áõôü ôï óýíïëï ôùí áíôßèåôá öïñôéóìÝíùí éüíôùí ìðïñåß íá âñåèïýí ðÜëé ìåñéêÜ éüíôá Na+. Ç äïìÞ ãýñù áðü ôï êÜèå éüí Cl– åßíáé áêñéâþò ç ßäéá, áëëÜ áíôåóôñáììÝíç. Ôï êÜèå éüí Cl– ðåñéâÜëëåôáé åî ïëïêëÞñïõ áðü Ýíá óýíïëï Ýîé éüíôùí Na+. Ìüíï Ýîù áðü áõôÜ ìðïñïýí íá õðÜñîïõí ðÜëé éüíôá Cl–. Ôï ïîåßäéï ôïõ ìáãíçóßïõ Ý÷åé áêñéâþò ôçí ßäéá äïìÞ, üðïõ ôá éüíôá Mg2+ áíôéêáèéóôïýí ôá – éüíôá Na+, êáé ôá éüíôá Ï2 áíôéêáèéóôïýí ôá éüíôá Cl–. ~Áëëï ðáñÜäåéãìá éïíôéêÞò äïìÞò áðïôåëåß ôï áíèñáêéêü áóâÝóôéï, CaCO3. Ìéá êïéíÞ ìïñöÞ áõôÞò ôçò ïõóßáò åßíáé ï ãíùóôüò áóâåóôüëéèïò. Åäþ ôá éüíôá Ca2+ åíáëëÜóóïíôáé ìå ôá éüíôá – CO32 . ÐïôÝ äýï éüíôá ôïõ éäßïõ åßäïõò äåí

466

Ó×ÇÌÁ 17-21. Ôï ðñüôõðï áõôü ìå ôéò ìðÜëåò êáé ôéò ïäïíôïãëõößäåò äåß÷íåé ôç äïìÞ ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ, NaCl. Ïé áíïéêôü÷ñùìïé êýêëïé ðáñéóôÜíïõí éüíôá ôïõ åíüò ôýðïõ, åíþ ïé óêïõñü÷ñùìïé ôïõ Üëëïõ. Ðñüêåéôáé ãéá Ýíá ôñéóäéÜóôáôï áñéèìçôÞñéï.

Ýñ÷ïíôáé óå Üìåóç åðáöÞ. ~Åíá áêüìç ðáñÜäåéãìá éïíôéêÞò äïìÞò áðïôåëåß ï óöáëåñßôçò, ZnS, ôïí ïðïßï êáôáóêåõÜóáôå ðñïçãïõìÝíùò (ðáñÜãñ. 17.5).

17.14 Éäéüôçôåò ôùí éïíôéêþí åíþóåùí. ~Ïðùò ãíùñßæåôå, ïé éïíôéêÝò åíþóåéò áðïôåëïýíôáé áðü öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá. Ãéá ôï ëüãï áõôü Ý÷ïõí ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò ðïõ ôéò êÜíïõí íá îå÷ùñßæïõí áðü ôá Üëëá åßäç óôåñåþí (ìåôáëëéêÜ óôåñåÜ, óôåñåÜ ðëÝãìáôá êáé ìïñéáêÜ óôåñåÜ). Ïé éäéüôçôåò áõôÝò ãßíïíôáé êáôáíïçôÝò, ìå âÜóç ôçí éïíôéêÞ öýóç ôùí õëéêþí. Ôá éïíôéêÜ óôåñåÜ åßíáé êáôÜ êáíüíá óêëçñÜ, ü÷é üìùò áíèåêôéêÜ, êáé Ý÷ïõí õøçëÜ óçìåßá ôÞîåùò. Ïé éäéüôçôåò áõôÝò oöåßëïíôáé óôéò çëåêôñéêÝò äõíÜìåéò Ýëîåùò áíÜìåóá óôá áíôéèÝôùò öïñôéóìÝíá éüíôá. ÁõôÝò ïé äõíÜìåéò Ýëîåùò åßíáé ðïëý éó÷õñÝò, åðåéäÞ ôá éüíôá ìÝóá óå Ýíáí éïíôéêü êñýóôáëëï âñßóêïíôáé ðïëý êïíôÜ ìåôáîý ôïõò (èõìçèåßôå ôï íüìï ôïõ Coulomb, ðáñÜãñ. 9.2). Ç äïìÞ åíüò éïíôéêïý êñõóôÜëëïõ äçìéïõñãåßôáé ìå âÜóç ôç ìåãéóôïðïßçóç áõôþí ôùí åëêôéêþí äõíÜìåùí êáé ôçí åëá÷éóôïðïßçóç ôùí áðùóôéêþí áíÜìåóá óôá éüíôá ìå üìïéá öïñôßá. Áí êáé ðïëëÝò éïíôéêÝò åíþóåéò åßíáé ôï ßäéï óêëçñÝò ìå ôá ìÝôáëëá, óôåñïýíôáé ôçò áíôï÷Þò ôùí ìåôÜëëùí. Ï åýèñáõóôïò ÷áñáêôÞñáò ôùí

éïíôéêþí åíþóåùí (èõìçèåßôå ðüóï åýêïëá ôñßâåôáé ôï ìáãåéñéêü áëÜôé) äéêáéïëïãåßôáé ìå âÜóç ôéò äõíÜìåéò ðïõ áóêïýíôáé ìÝóá óå áõôÝò. Áí áóêçèåß ðßåóç óå Ýíá êïììÜôé ìåôÜëëïõ, ç ìßá óôïéâÜäá áôüìùí ìðïñåß íá ïëéóèÞóåé ùò ðñïò ìéá Üëëç. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá áõôÞò ôçò äéáäéêáóßáò, ç êéíïýìåíç èÜëáóóá ôùí çëåêôñïíßùí ìåôáêéíåßôáé åðßóçò êáôÜ ôñüðï ðïõ íá äéáôçñåß ôç óõíåêôéêÞ äýíáìç áíÜìåóá óôéò äýï óôïéâÜäåò. ~Ïôáí üìùò ìåôáêéíçèïýí ìåôáîý ôïõò, äýï óôïéâÜäåò ìÝóá óå Ýíáí éïíôéêü êñýóôáëëï, ç äéáäéêáóßá ðïõ ëáìâÜíåé ÷þñá åßíáé äéáöïñåôéêÞ. Ïé óôïéâÜäåò êáôáëÞãïõí óå ìéá êáôÜóôáóç, üðïõ üëá ôá èåôéêÜ éüíôá ôçò ìéáò âñßóêïíôáé áêñéâþò áðÝíáíôé áðü ôá èåôéêÜ éüíôá ôçò Üëëçò. ÐáñÜëëçëá, êáé ôá áñíçôéêÜ éüíôá ôçò êÜèå óôïéâÜäáò êáôáëáìâÜíïõí áíôéêñéóôÝò ìåôáîý ôïõò èÝóåéò. Óôï óçìåßï áõôü õðÜñ÷ïõí ðïëý ìåãÜëåò áðùóôéêÝò äõíÜìåéò, ïé ïðïßåò ïäçãïýí óôï äéá÷ùñéóìü ôùí äýï ôìçìÜôùí ôïõ êñõóôÜëëïõ êáôÜ ìÞêïò ôïõ åðéðÝäïõ ôùí äýï óôïéâÜäùí ðïõ ïëéóèáßíïõí. Ôï áðïôÝëåóìá åßíáé íá óðÜóåé ï êñýóôáëëïò, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 17-22. Åíþ ôá éïíôéêÜ óôåñåÜ äåí Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü, ãßíïíôáé êáëïß áãùãïß ôïõ

Ó×ÇÌÁ 17-22. ~Ïðùò áíáöÝñèçêå, ïé éïíôéêïß êñýóôáëëïé ôåßíïõí íá óðÜóïõí êáôÜ ìÞêïò óõãêåêñéìÝíùí ãñáììþí. Áõôü óõìâáßíåé, ãéáôß óôïéâÜäåò éüíôùí ôïõ éäßïõ öïñôßïõ õðï÷ñåþèçêáí íá

467

çëåêôñéóìïý, üôáí âñßóêïíôáé óôç ìïñöÞ «ôÞãìáôïò». ÌÝóá óå ìéá óôåñåÜ éïíôéêÞ Ýíùóç, ôï êÜèå éüí óõãêñáôåßôáé éó÷õñÜ áðü ôéò äõíÜìåéò ðïõ áóêïýí üëá ôá Üëëá éüíôá ðÜíù ôïõ. Ãé’ áõôü äåí åßíáé äõíáôÞ ç ìåôáêßíçóç öïñôßùí, áêüìç êáé áí åßíáé äõíáôüí íá åöáñìïóèåß õøçëÞ ôÜóç. Åðß ðëÝïí, ìÝóá óôï êÜèå éüí üëá ôá çëåêôñüíéá óõãêñáôïýíôáé éó÷õñÜ. Ãé’ áõôü êáé äåí åßíáé åðßóçò äõíáôüí íá äçìéïõñãçèåß çëåêôñéêü ñåýìá. ÓçìáíôéêÞ áëëáãÞ üìùò ðñáãìáôïðïéåßôáé, üôáí ç éïíôéêÞ ïõóßá ìåôáôñáðåß óå õãñü. Ôüôå ôá èåôéêÜ êáé ôá áñíçôéêÜ éüíôá ãßíïíôáé åõêßíçôá êáé áðïêôïýí ôç äõíáôüôçôá íá ìåôáêéíçèïýí, áí åöáñìïóèåß êÜðïéá ôÜóç (äéáöïñÜ äõíáìéêïý). Ùò áðïôÝëåóìá ôï çëåêôñéêü ñåýìá èá äéÝëèåé ìÝóá áðü ôï õëéêü. Ç ôåëåõôáßá êýñéá éäéüôçôá ôùí éïíôéêþí åíþóåùí åßíáé üôé äéáëýïíôáé óå êáôÜëëçëïõò äéáëýôåò. Ôá ëáìâáíüìåíá éïíôéêÜ äéáëýìáôá ðåñéÝ÷ïõí îå÷ùñéóôÜ èåôéêÜ êáé áñíçôéêÜ éüíôá. Ôá äéáëýìáôá áõôÜ Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï ðïõ ôïí Üãïõí ïé ôåôçãìÝíåò éïíôéêÝò ïõóßåò. Êáé ðÜëé üôáí åöáñìüæåôáé äéáöïñÜ äõíáìéêïý, õðÜñ÷åé êßíçóç ôùí èåôéêþí êáé ôùí áñíçôéêþí éüíôùí. Ìéá éïíôéêÞ Ýíùóç, üðùò ôï NaCl, ç ïðïßá äéáëýåôáé óôï íåñü êáé ó÷çìáôßæåé áãþãéìá äéáëýìáôá, ïíïìÜæåôáé çëåêôñïëýôçò. Ç öýóç ôùí çëåêôñïëõôþí êáé ôùí éïíôéêþí äéáëõìÜôùí èá åîåôáóèåß ìå ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò áñãüôåñá óå áõôü ôï êåöÜëáéï.

17.15 ÌåñéêÝò ðïóïôéêÝò Ýííïéåò ó÷åôéêÜ ìå ôïõò éïíôéêïýò êñõóôÜëëïõò. ÐñïçãïõìÝíùò áó÷ïëçèÞêáìå ìå ôéò âáóéêÝò ðïéïôéêÝò éäéüôçôåò ôçò äïìÞò ôùí éïíôéêþí óôåñåþí. Óå áõôÜ èåôéêÜ êáé áñíçôéêÜ éüíôá óôïéâÜæïíôáé ìåôáîý ôïõò Ýôóé, þóôå íá ìåãéóôïðïéïýíôáé ïé åëêôéêÝò äõíÜìåéò áíÜìåóá óôá áíôßèåôá öïñôéóìÝíá éüíôá êáé íá åëá÷éóôïðïéïýíôáé ïé áðùóôéêÝò äõíÜìåéò áíÜìåóá óôá éüíôá ôïõ éäßïõ öïñôßïõ. ÌÝóá óå Ýíá éïíôéêü óôåñåü ôï êÜèå èåôéêü éüí Ý÷åé ùò Üìåóá ãåéôïíéêÜ ôïõ, Ýíá óýíïëï áðü áñíçôéêÜ éüíôá, ôá ïðïßá ôï ðåñéâÜëëïõí êáôÜ Ýíáí ïìïéüìïñöï, óõììåôñéêü ôñüðï. Ôï êÜèå áñíçôéêü éüí ðåñéâÜëëåôáé áðü Ýíá óýíïëï èåôéêþí éüíôùí. Ç äïìÞ ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ, ôçí ïðïßá åîåôÜóáìå, ôï äåß÷íåé áõôü

ClCl-

Cl-

ClCl-

ClCl-

+ Cl- Cs

+ Cl- Cs

Cl-

Cl-

ClCl-

+ Cl- Cs

Cl-

Cl-

Ó×ÇÌÁ 17-23. Óôç äïìÞ ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ êåóßïõ, ôá éüíôá Cl– ó÷çìáôßæïõí ìéá äéÜôáîç óõíäåïìÝíùí êýâùí, óôï êÝíôñï ôùí ïðïßùí õðÜñ÷åé Ýíá éüí Cs+.

êáô’ Üñéóôï ôñüðï. Ôï êÜèå éüí Na + ðåñéâÜëëåôáé áðü Ýîé éüíôá Cl–. Ç äéÜôáîç ôùí Ýîé éüíôùí Cl –, üðùò èá èõìÜóôå, åßíáé ïêôáåäñéêÞ. ÄçëáäÞ, åÜí óõíäÝïíôáí ìå ãñáììÝò, ïé ãñáììÝò èá áðïôåëïýóáí ôéò áêìÝò åíüò ïêôáÝäñïõ, ìå ôá éüíôá Na + óôï êÝíôñï ôïõ. Ôá Ýîé éüíôá Na+ ðïõ ðåñéâÜëëïõí ôï êÜèå éüí Cl– Ý÷ïõí åðßóçò ïêôáåäñéêÞ äéÜôáîç. ~Åíá Üëëï ÷ëùñßäéï ôçò ïìÜäáò ôùí áëêáëßùí åßíáé ôï ÷ëùñéïý÷ï êÝóéï, CsCl. ~Å÷åé äéáöïñåôéêÞ äïìÞ áðü ôïõ NaCl, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 17-23. Åßíáé ðñïöáíÞò ç ßäéá ðïéïôéêÞ Ýííïéá. Ôï êÜèå éüí ðåñéâÜëëåôáé áðü ôüóá éüíôá áíôéèÝôïõ öïñôßïõ, üóá åßíáé ôá áìÝóùò ãåéôïíéêÜ ôïõ. Ç ëåðôïìåñÞò üìùò ôïðïèÝôçóç åßíáé äéáöïñåôéêÞ. Óôç äïìÞ ôïõ CsCl, ôï êÜèå éüí ðåñéâÜëëåôáé áðü ïêôþ éüíôá áíôéèÝôïõ öïñôßïõ óýìöùíá ìå ìéá êõâéêÞ äéÜôáîç. Ãéáôß áõôÝò ïé äýï åíþóåéò Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò äïìÝò; Ôï éüí Cs + åßíáé ðïëý ìåãáëýôåñï áðü ôï éüí Na+. Áõôü åßíáé êÜôé ðïõ áíáìÝíåôáé, ãéáôß ôï óôïé÷åßï êÝóéï âñßóêåôáé êïíôÜ óôï ôÝñìá ôçò ïìÜäáò ôùí áëêáëßùí, åíþ ôï óôïé÷åßï íÜôñéï åßíáé êïíôÜ óôçí áñ÷Þ. Ïé áêôßíåò ôùí éüíôùí Na + êáé Cs+, êáèþò êáé ç áêôßíá ôïõ éüíôïò Cl– áðåéêïíßæïíôáé óôï ó÷Þìá 17-24. ~Ïóï ìåãáëýôåñïò åßíáé ï áñéèìüò ôùí áñíçôéêþí éüíôùí ðïõ ìðïñïýí íá óõíäåèïýí ìå êÜðïéï èåôéêü éüí, ôüóï ïé óõíèÞêåò ó÷çìáôéóìïý éïíôéêïý êñõóôÜëëïõ åßíáé, çëåêôñïóôáôéêÜ, åõíïúêüôåñåò. Ï áñéèìüò üìùò ôùí áíéüíôùí ðïõ ìðïñïýí íá Ýñèïõí óå åðáöÞ ìå ôï êÜèå êáôéüí ðåñéïñßæåôáé áðü ôï ìÝãåèïò ôïõ áíéüíôïò. Ìüëéò áñ÷ßóïõí ôá áíéüíôá íá åðéêáëýðôïíôáé ìåôáîý ôïõò, èá åìöáíéóèïýí éó÷õñÝò áðùóôéêÝò äõíÜìåéò áíéüíôïò–áíéüíôïò. Ç éäáíéêÞ ðåñßðôùóç åßíáé íá õðÜñ÷åé ï

468

ï

0,98Á

ï

1,67Á

Na+

Cs+

ï

1,81Á

Cl

_

Ó×ÇÌÁ 17-24. Ïé áêôßíåò ôùí éüíôùí Na+, Cs+ êáé Cl–.

a

a b

(á)

r+ a _ r

a _

r

_

r

b

ðïéïò áñéèìüò áíéüíôùí ìðïñåß íá ôïðïèåôçèåß ãýñù áðü Ýíá êáôéüí, êáé ü÷é áíôßèåôá, åðåéäÞ ôï êáôéüí åßíáé, ó÷åäüí ðÜíôá, ìéêñüôåñï éüí. Ôï ßäéï óõìâáßíåé êáé óôçí ðåñßðôùóç ôïõ NaCl êáé ôïõ CsCl. Ç ôïðïèÝôçóç ôùí éüíôùí åîáñôÜôáé áðü ôïí áñéèìü ôùí ìåãáëõôÝñùí éüíôùí ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ðÜñïõí èÝóåéò ãýñù áðü ôï ìéêñüôåñï éüí. Áò ðáñáôçñÞóïìå ôþñá ôéò ãåùìåôñéêÝò ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óôéò äïìÝò ôïõ NaCl êáé ôïõ CsCl. Ç âáóéêÞ åñþôçóç åßíáé ç åîÞò: Ðïéá åßíáé ç ìÝãéóôç äõíáôÞ áêôßíá ôïõ áíéüíôïò, ó÷åôéêÜ ìå ôï êáôéüí, ç ïðïßá íá åðéôñÝðåé ôï ó÷çìáôéóìü ôçò êÜèå äïìÞò, ÷ùñßò üìùò íá åðéêáëýðôïíôáé áíéüíôá ìåôáîý ôïõò; Ôï ó÷Þìá 17-25 åìöáíßæåé ôï ãåùìåôñéêü ðñüâëçìá ãéá ôçí ðåñßðôùóç ôçò äïìÞò ôïõ CsCl. Ç áðüóôáóç a éóïýôáé ìå ôï ìéóü ôïõ ìÞêïõò ôçò äéáãùíßïõ d åíüò êýâïõ. Ç áðüóôáóç b éóïýôáé ìå ôï ìÞêïò ôçò áêìÞò ôïõ êýâïõ. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ Ðõèáãïñåßïõ èåùñÞìáôïò (äýï öïñÝò), áðïäåéêíýåôáé üôé:

_

a=r+ +r_ _ _ b=r +r =2r

(â)

Ó×ÇÌÁ 17-25. Ç ãåùìåôñßá ôçò äïìÞò ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ êåóßïõ, CsCl. Ôá éüíôá Cl– üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá (á), èá ðñÝðåé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ìüëéò íá åöÜðôïíôáé ìåôáîý ôïõò, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá (â). ÅðÜíù äéá÷ùñßæïíôáé ëßãï, ãéá íá öáíåß óáöÝóôåñá ç ãåùìåôñßá ôçò äïìÞò ôïõ.

ìåãáëýôåñïò äõíáôüò áñéèìüò áíéüíôùí ãýñù áðü êÜèå êáôéüí, ÷ùñßò íá õðÜñ÷åé åðéêÜëõøç áíéüíôùí. Ç ðñïóï÷Þ ìáò åóôéÜæåôáé óôçí åñþôçóç

EðåéäÞ d = 2a, ðñïêýðôåé ç áêüëïõèç ó÷Ýóç áíÜìåóá óå a êáé b:

Aí áíôéêáôáóôáèïýí ôþñá óôéò ó÷Ýóåéò ôïõ ó÷Þìáôïò 17-25â, ïé ïðïßåò ðåñéÝ÷ïõí ôéò áêôßíåò r + êáé r– ôïõ êáôéüíôïò êáé ôïõ áíéüíôïò áíôßóôïé÷á, ôá a êáé b ìå ôéò ðáñáðÜíù éóüôçôåò êáé áí åêôåëåóèïýí óôç óõíÝ÷åéá ìåñéêÝò áëãåâñéêÝò ðñÜîåéò, ëáìâÜíåôáé ôï áêüëïõèï áðïôÝëåóìá:

469

a b

a

åöÜðôïíôáé åðßóçò ìå ôï êáôéüí. Áí ìåãáëþóåé ôï áíéüí óå ó÷Ýóç ìå ôï êáôéüí, ç äïìÞ ôïõ CsCl äåí ìðïñåß íá ó÷çìáôéóèåß ðáñÜ ìüíï áí (1) áí åðéêáëýðôïíôáé ôá áíéüíôá ìåôáîý ôïõò üôáí üëá ôá áíéüíôá åöÜðôïíôáé ìå ôï êáôéüí, Þ áí (2) ãßíåé ç áðüóôáóç ôïõ áíéüíôïò áðü ôï êáôéüí ìåãáëýôåñç áðü r ++r–, þóôå íá áðïöåýãåôáé ç åðéêÜëõøç áíéüíôïò–áíéüíôïò. Êáé óôéò äýï ðåñéðôþóåéò ç äïìÞ ðïõ ó÷çìáôßæåôáé åßíáé ëéãüôåñï óôáèåñÞ. Ïé áêôßíåò ðïõ áíáöÝñïíôáé óôï ó÷Þìá 17-24 ïäçãïýí óôá áêüëïõèá óõìðåñÜóìáôá: CsCl r–/r+ = 1,08(<1,37) NaCl r–/r+ = 1,85(>> 1,37)

(á)

r+ a

a _ r

_

r

r

b

_

_

ÅðåéäÞ ôï 1,85 åßíáé ðïëý ìåãáëýôåñï áðü ôï 1,37, ôï NaCl äåí ìðïñåß íá áðïêôÞóåé ôç äïìÞ ôïõ CsCl. Ïêôþ Üôïìá Cl– äåí ìðïñïýí íá ôáéñéÜîïõí ãýñù áðü ôï éüí ôïõ Na+. Óôçí ðåñßðôùóç üìùò ôïõ CsCl, ï ëüãïò ôùí áêôßíùí åßíáé ìéêñüôåñïò áðü 1,37, êáé ãé’ áõôü ç äïìÞ áõôÞ åßíáé äõíáôÞ. Ôï ãåùìåôñéêü ðñüâëçìá ãéá ôïí ôýðï ôçò äïìÞò ôïõ NaCl, ðáñïõóéÜæåôáé óôo ó÷Þìá 17-26. Åêôåëþíôáò ôéò ßäéåò ðñÜîåéò üðùò ðñïçãïõìÝíùò ëáìâÜíåôáé ôåëéêÜ ôï áêüëïõèï áðïôÝëåóìá:

+ a=r +r _ b=2r

Ó×ÇÌÁ 17-26. Ç ãåùìåôñßá ôïõ NaCl. Áí õðïôåèåß üôé ôá éüíôá ðïõ öáßíïíôáé óôï (á) ìüëéò åöÜðôïíôáé ìåôáîý ôïõò, ôüôå ïé áðïóôÜóåéò a êáé b åßíáé äõíáôüí íá åêöñáóèïýí óå óõíÜñôçóç ìå ôéò áêôßíåò ôùí éüíôùí (â).

Áõôü óçìáßíåé üôé, üôáí ï ëüãïò ôùí áêôßíùí r –/r+, åßíáé ßóïò ìå 1,37, ôá áíéüíôá óôç óõãêåêñéìÝíç äïìÞ ôïõ CsCl ìüëéò ðïõ èá åöÜðôïíôáé ìåôáîý ôïõò êáé ìüëéò ðïõ èá

ÅðåéäÞ ãéá ôï NaCl ôï r–/r+ =1,85, ôï åßäïò ôçò äïìÞò ðïõ äçìéïõñãåßôáé åßíáé ãåùìåôñéêÜ éêáíïðïéçôéêü. Óå áõôÞí ôç äïìÞ, Ýîé éüíôá Cl– ôïðïèåôïýíôáé ãýñù áðü ôï Na+. Ïêôþ éüíôá Cl– äåí åßíáé äõíáôüí íá ôïðïèåôçèïýí ãýñù áðü ôï Na+. Åßíáé áëÞèåéá üôé, áðü ãåùìåôñéêÞò áðüøåùò, ôï CsCl èá ìðïñïýóå íá áðïêôÞóåé ôç äïìÞ ôïõ NaCl. Ç äïìÞ áõôÞ üìùò, äåí èá Þôáí óôáèåñÞ óå óýãêñéóç ìå ôçí ðñáãìáôéêÞ äïìÞ, åðåéäÞ äçìéïõñãïýíôáé ëéãüôåñåò åðáöÝò áíÜìåóá óôá áíôéèÝôùò öïñôéóìÝíá éüíôá.

470

Ðåñßëçøç. Ïé éïíôéêÝò ÷çìéêÝò åíþóåéò áðïôåëïýíôáé áðü èåôéêÜ êáé áñíçôéêÜ éüíôá ôïðïèåôçìÝíá ìáæß Ýôóé, þóôå íá ó÷çìáôßæïõí Ýíá êñõóôáëëéêü óôåñåü. Óå áõôÞí ôçí êáôÜóôáóç, ïé åëêôéêÝò äõíÜìåéò áíÜìåóá óå áíôßèåôá öïñôßá ìåãéóôïðïéïýíôáé, åíþ ïé áðùóôéêÝò áíÜìåóá óå ïìþíõìá öïñôßá åëá÷éóôïðïéïýíôáé. ÊÜôé ôÝôïéï óçìáßíåé üôé êáôÜ ìÞêïò ïðïéáóäÞðïôå êáôåõèýíóåùò ìÝóá óå ìéá ïõóßá áõôïý ôïõ åßäïõò, ôá èåôéêÜ éüíôá åíáëëÜóóïíôáé ìå ôá áñíçôéêÜ. Ôá éüíôá ìðïñåß íá åßíáé Þ ìïíïáôïìéêÜ, üðùò ôï Na+, ôï Ca2+, ôï Al3+, ôï Cl–, ôï O2–, Þ ðïëõáôïìéêÜ, üðùò ôï ÍÇ4+, ôï ÍÏ3– êáé ôï SO42–. ÉïíôéêÝò åíþóåéò ó÷çìáôßæïíôáé ãåíéêÜ áðü ôï óõíäõáóìü ôùí åíôüíïõ ìåôáëëéêïý ÷áñáêôÞñá óôïé÷åßùí ìå åêåßíá ôùí åíôüíïõ áìåôÜëëïõ ÷áñáêôÞñá. Ðñüêåéôáé ãéá

óêëçñÝò êáôÜ êáíüíá åíþóåéò, åýèñáõóôåò êáé ìå õøçëÜ óçìåßá ôÞîåùò Ôá ôÞãìáôá êáé ôá äéáëýìáôÜ ôïõò Üãïõí ôï çëåêôñéêü ñåýìá.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéåò åßíáé ïé éäéüôçôåò ôùí éïíôéêþí åíþóåùí; 2. Ðïéá óôïé÷åßá ìðïñïýí íá ó÷çìáôßóïõí éïíôéêÝò åíþóåéò; Óå ðïéá èÝóç ôïõ ðåñéïäéêïý óõóôÞìáôïò âñßóêåôáé ôïðïèåôçìÝíç áõôÞ ç ïìÜäá; 3. Íá ðåñéãñÜøåôå óå ãåíéêÝò ãñáììÝò ôï ó÷çìáôéóìü ôçò éïíôéêÞò äïìÞò. 4. Íá ãñÜøåôå Ýíáí çëåêôñïíéêü ôýðï ãéá ôï èåééêü éüí êáé íá åîçãÞóåôå ãéáôß Ý÷åé öïñôßï 2–.

Ôá ìüñéá áíáìéãíýïíôáé êáé ó÷çìáôßæïõí äéáëýìáôá 17.16 Éäéüôçôåò ôùí äéáëõôþí. ~Ïðùò áíáöÝñèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 17.4, Ýíá äéÜëõìá áðïôåëåßôáé áðü äýï Þ ðåñéóóüôåñåò ïõóßåò áíáìåìéãìÝíåò óå ìïñéáêü åðßðåäï. ÕðÜñ÷åé êÜðïéïò éäéáßôåñïò ôýðïò äéáëõìÜôùí, ï ïðïßïò åßíáé ðéï ãíùóôüò êáé óõíçèéóìÝíïò. Óôïí ôýðï áõôüí, Ýíáò ó÷åôéêÜ ìéêñüò üãêïò êÜðïéáò ïõóßáò, ç ïðïßá áðïêáëåßôáé åí äéáëýóåé ïõóßá (Þ äéáëõìÝíç ïõóßá), äéáëýåôáé ìÝóá óå ðïëý ìåãáëýôåñï üãêï êÜðïéáò Üëëçò, ðïõ ëÝãåôáé äéáëýôçò. Ôéò ðåñéóóüôåñåò öïñÝò ï äéáëýôçò åßíáé Ýíá õãñü. Ç äéáëõìÝíç ïõóßá ôéò ðåñéóóüôåñåò öïñÝò åßíáé êÜðïéï óôåñåü, óýìöùíá êáé ìå ôï ó÷Þìá 17-27, áëëÜ åßíáé äõíáôüí íá åßíáé êáé êÜðïéï õãñü Þ êÜðïéï áÝñéï. Ìðïñåß íá õðÜñ÷ïõí äýï Þ ðåñéóóüôåñåò äéáëõìÝíåò ïõóßåò ìÝóá óôï ßäéï äéÜëõìá. Ìéá óçìáíôéêÞ åñþôçóç ðïõ èá ìðïñïýóå íá ôåèåß åßíáé ç åîÞò: Ãéáôß Ýíáò ïñéóìÝíïò äéáëýôçò äéáëýåé êÜðïéåò ïõóßåò áëëÜ ü÷é üëåò; Ç ìåëÝôç ìåñéêþí ÷áñáêôçñéóôéêþí ôùí õãñþí èá âïçèÞóåé óôçí áðÜíôçóç ôïõ åñùôÞìáôïò ó÷åôéêÜ ìå ôéò äéáëõôéêÝò éêáíüôçôåò ôçò êÜèå ÷çìéêÞò ïõóßáò. Óôçí ðáñÜãñáöï 15.11 ìÜèáìå ãéáôß ôá ìüñéá ìðïñåß íá Ý÷ïõí äéðïëéêÞ ñïðÞ. Ôï ÷ëùñïöüñìéï, CHCl 3, åßíáé Ýíá áðü áõôÜ ôá ðïëéêÜ ìüñéá. ~Å÷åé

ðåñßðïõ ôéò ßäéåò ãùíßåò äåóìþí ìå ôï ìåèÜíéï, CH4, êáé ôïí ôåôñá÷ëùñÜíèñáêá, CCl4. Óýìöùíá ìå üóá ìÜèáìå, ï Üíèñáêáò ìå ôá sp3 ðïõ äéáèÝôåé ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí, ó÷çìáôßæåé ôÝóóåñéò äåóìïýò óå ôåôñáåäñéêÞ äéÜôáîç. ÅîïõäåôÝñùóç ôùí äéðüëùí ôùí ôåóóÜñùí äåóìþí ëáìâÜíåé ÷þñá, üôáí üëá ôá Üôïìá ðïõ óõíäÝïíôáé ìå ôï êåíôñéêü Üôïìï Üíèñáêá åßíáé ôïõ éäßïõ óôïé÷åßïõ. Äçìéïõñãåßôáé äçëáäÞ Ýíáò ìç ðïëéêüò äåóìüò. Áò õðïèÝóïìå üôé Ýíá áðü ôá Üôïìá ôïõ ÷ëùñßïõ óôïí CCl4 áíôéêáèßóôáôáé áðü Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ. Áöïý ôþñá äåí åîïõäåôåñþíïíôáé ïé ôÝóóåñéò äéðïëéêïß äåóìïß, ó÷çìáôßæåôáé ôï ðïëéêü ìüñéï ôïõ CHCl3.

17.17 ÌïñéáêÜ äßðïëá. Ïé äõíÜìåéò áíÜìåóá óôá ìüñéá åðçñåÜæïíôáé óçìáíôéêÜ áðü ôçí ðáñïõóßá ìïñéáêþí äéðüëùí. ~Ïðùò Þäç áíáöÝñèçêå, äýï ìüñéá ðïõ äéáèÝôïõí ìïñéáêÜ äßðïëá Ý÷ïõí ôçí ôÜóç íá Ýëêïíôáé ìåôáîý ôïõò éó÷õñüôåñá áðü ü,ôé ôá ìüñéá ðïõ äåí äéáèÝôïõí äßðïëá. ~Åíá áðü ôá óçìáíôéêüôåñá áðïôåëÝóìáôá áõôïý ôïõ öáéíïìÝíïõ Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ôéò éäéüôçôåò ôùí äéáëõìÜôùí. Óôïí ðßíáêá 17.3 áíáöÝñåôáé ç äéáëõôüôçôá äéáöüñùí ïõóéþí óå äýï äéáëýôåò, ôïí

471

Ó×ÇÌÁ 17-27. Ï ðéï óõíçèéóìÝíïò ôýðïò äéáëýìáôïò ó÷çìáôßæåôáé, üôáí Ýíá óôåñåü (äéáëõìÝíç ïõóßá) äéáëýåôáé ìÝóá óå Ýíá õãñü (äéáëýôçò). Óôçí ðñïêåéìÝíç ðåñßðôùóç, êñýóôáëëïé õðåñìáããáíéêïý êáëßïõ äéáëýïíôáé ìÝóá óå íåñü.

ôåôñá÷ëùñÜíèñáêá êáé ôçí áêåôüíç, CH3COCH3. Áõôïß ïé äýï äéáëýôåò äéáöÝñïõí ùò ðñïò ôéò ðïëéêÝò ôïõò éäéüôçôåò. Óýìöùíá ìå áõôÜ ðïõ áíáöÝñèçêáí óôçí ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï, óôïí CCl4 ôï êåíôñéêü Üôïìï ôïõ Üíèñáêá ðåñéâÜëëåôáé áðü ôÝóóåñéò äåóìïýò ðïõ ó÷çìáôßæïõí Ýíá êáíïíéêü ôåôñÜåäñï. Ìå áõôü ôï ìïñéáêü ó÷Þìá, ï CCl4 åìöáíßæåé ìçäåíéêÞ ìïñéáêÞ ñïðÞ. ~Ïìùò ç áêåôüíç Ý÷åé äïìÞ êåêáììÝíç, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 17-28. Ùò áðïôÝëåóìá áõôÞò ôçò äïìÞò, ç ðïëéêüôçôá ôïõ äåóìïý Üíèñáêá–ïîõãüíïõ, Ý÷åé óçìáíôéêÞ çëåêôñéêÞ äéðïëéêÞ ñïðÞ. Áò óõãêñßíïìå ôþñá ôéò äéáëõôüôçôåò ôïõ ðßíáêá 17.3. Ïé ðñþôåò äýï ïõóßåò, CH4 êáé C2H6, äåí ó÷çìáôßæïõí ìïñéáêÜ äßðïëá. Êáé óôéò äõï ðåñéðôþóåéò, ç äéáëõôüôçôá óôïí CCl4 îåðåñíÜ ôç äéáëõôüôçôá óôçí CH3COCH3. Ïé åðüìåíåò äýï ïõóßåò, CH3Cl êáé CH3OCH3, ó÷çìáôßæïõí ìïñéáêÜ äßðïëá. Êáé óôéò äõï ðåñéðôþóåéò õðåñÝ÷åé ç äéáëõôüôçôá óå áêåôüíç. ÕðÜñ÷åé åýëïãç åñìçíåßá ôùí äåäïìÝíùí ôïõ

Ó×ÇÌÁ 17-28. Óôåñåï÷çìéêü ðñüôõðï óôï ÷þñï êáé ï óõíôáêôéêüò ôýðïò ôçò áêåôüíçò, CH3COCH3. Ç äïìÞ ôçò äéêáéïëïãåß ôçí ðïëéêüôçôá ôïõ ìïñßïõ

ðßíáêá 17.3. ~Ïôáí ìéá ïõóßá äéáëýåôáé, èá ðñÝðåé ôá ìüñéÜ ôçò íá äéá÷ùñßæïíôáé ìåôáîý ôïõò êáé óôç óõíÝ÷åéá íá ðåñéóôïé÷ßæïíôáé áðü ìüñéá ôïõ äéáëýôç. Åðß ðëÝïí, èá ðñÝðåé êáé ôá ìüñéá ôïõ äéáëýôç íá áöÞíïõí ìåôáîý ôïõò ÷þñï ãéá ôá ìüñéá ôçò äéáëõüìåíçò ïõóßáò. Ôá äßðïëá áëëçëåðéäñïýí éó÷õñÜ ìåôáîý ôïõò. Ãéá ôï ëüãï áõôü, Ýíá ðïëéêü ìüñéï, üðùò ôï CH3Cl, åßíáé áðü åíåñãåéáêÞò áðüøåùò óôáèåñüôåñï, üôáí ðåñéâÜëëåôáé áðü ìüñéá åðßóçò ðïëéêïý äéáëýôç. ~Åôóé, ôï CH3Cl åìöáíßæåé ìåãáëýôåñç äéáëõôüôçôá óôïí ðïëéêü äéáëýôç áêåôüíç áðü ü,ôé óôï ìç ðïëéêü äéáëýôç ôåôñá÷ëùñÜíèñáêá. ÅîÜëëïõ, Ýíá ìç ðïëéêü ìüñéï, üðùò ôï CH4, äåí äéáëýåôáé åîßóïõ êáëÜ ìÝóá óå Ýíáí ðïëéêü äéáëýôç. Ç äõó÷Ýñåéá åßíáé ìåãáëýôåñç ðñïêåéìÝíïõ íá äéåéóäýóåé áíÜìåóá óôá éó÷õñþò áëëçëïóõãêñáôïýìåíá ìüñéá ôïõ ðïëéêïý äéáëýôç. Ãé’ áõôü ôï CH4 Ý÷åé ìåãáëýôåñç

472 Ðßíáêáò 17.3. Äéáëõôüôçôåò óå ôåôñá÷ëùñÜíèáêá CCl4 êáé óå áêåôüíç CH3COCH3 óôïõò 25°C. (moles áíÜ ëßôñï). Äéáëõüìåíç ïõóßá

Ðïëéêüôçôá äéáëõüìåíçò ïõóßáò

Äéáëõôüôçôá óå äéáëýôç CH3COCH3 CCl4 (ìç ðïëéêüò)

(ðïëéêüò)

CH4, ìåèÜíéï

ìç ðïëéêÞ

0,029

0,025

C2H6, áéèÜíéï

ìç ðïëéêÞ

0,22

0,13

CH3OCl ÷ëùñïìåèÜíéï

ðïëéêÞ

1,7

2,8

CH3OCH3, äéìåèõëïáéèÝñáò

ðïëéêÞ

1,9

2,2

äéáëõôüôçôá óôï ìç ðïëéêü äéáëýôç, äçëáäÞ ôïí CCl4. Ç ðáëáéÜ (êáé óùóôÞ) Üðïøç üôé ôï ëÜäé êáé ôï íåñü äåí áíáìéãíýïíôáé áðïôåëåß Ýíá êáëü ðáñÜäåéãìá ãéá ôç ó÷Ýóç ôçò äéáëõôüôçôáò ìå ôçí ðïëéêüôçôá ôïõ ìïñßïõ. Ôá ìüñéá ôïõ ëáäéïý ðñáêôéêÜ åßíáé ìç ðïëéêÜ, åíþ ôá ìüñéá ôïõ íåñïý åßíáé åîáéñåôéêþò ðïëéêÜ. Ôï ìç ðïëéêü õãñü äåí äéáëýåé óçìáíôéêÞ ðïóüôçôá ôïõ éó÷õñþò ðïëéêïý, êáé áíôßóôñïöá.

17.18 Äéáëõôüôçôá ôùí çëåêôñïëõôþí óôï íåñü. Ç äéÜëõóç ôùí çëåêôñïëõôþí óôï íåñü åßíáé áðü ôéò óçìáíôéêüôåñåò óõíÝðåéåò ôùí çëåêôñéêþí äéðüëùí. Ôï êñõóôáëëéêü ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï åßíáé ðïëý óôáèåñü, üðùò åîÜëëïõ äåß÷íåé êáé ôï õøçëü óçìåßï ôÞîåþò ôïõ. Äéáëýåôáé åðßóçò åýêïëá óôï íåñü. Ãéá íá êáôáóôñáöåß ç óôáèåñÞ êñõóôáëëéêÞ äïìÞ, èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷åé éó÷õñÞ áëëçëåðßäñáóç áíÜìåóá óôá ìüñéá ôïõ íåñïý êáé ôá éüíôá. ÁõôÝò ïé áëëçëåðéäñÜóåéò åîçãïýíôáé, ìå ôç âïÞèåéá ôùí éäéïôÞôùí ôùí ìïñßùí ôïõ íåñïý. Êáèþò Ýíá çëåêôñéêü äßðïëï ðëçóéÜæåé Ýíá éüí, ç åíÝñãåéá áõîÜíåôáé, üôáí ôï äßðïëï ðñïóáíáôïëßæåôáé êáôÜ ôñüðï ï ïðïßïò öÝñíåé ôá áíüìïéá (åôåñþíõìá) öïñôßá êïíôÜ. Ìå âÜóç áõôÞí ôçí éäéüôçôá, êáé ôá ìüñéá ôïõ íåñïý ôåßíïõí íá ðñïóáíáôïëéóèïýí ãýñù áðü ôá éüíôá. Ôï èåôéêü Üêñï (õäñïãüíï) ôïõ äéðüëïõ ôïõ íåñïý êáôåõèýíåôáé ðñïò Ýíá éüí ðïõ Ý÷åé áñíçôéêü öïñôßï. Áíôßèåôá, ôï áñíçôéêü Üêñï (ïîõãüíï) êáôåõèýíåôáé ðñïò Ýíá éüí ìå èåôéêü

öïñôßï. Óôï ó÷Þìá 17-29 öáßíåôáé ó÷çìáôéêÜ áõôÞ ç äéáäéêáóßá ç ïðïßá ïíïìÜæåôáé åíõäÜôùóç.

17.19 Óçìåßá âñáóìïý êáé ôÞîåùò ôùí äéáëõìÜôùí. Äýï éäéüôçôåò ùò ðñïò ôéò ïðïßåò ôá äéáëýìáôá äéáöÝñïõí áðü ôéò ïõóßåò ðïõ âñßóêïíôáé äéáëõìÝíåò ìÝóá óå áõôÜ, åßíáé ïé èåñìïêñáóßåò ôÞîåùò êáé âñáóìïý. ÊáôÜ êáíüíá, üôáí Ýíá óôåñåü äéáëýåôáé ìÝóá óå Ýíá õãñü, ôï óçìåßï ôÞîåùò ÷áìçëþíåé, åíþ ôï óçìåßï âñáóìïý áíÝñ÷åôáé. Óôï ó÷Þìá 17-30, äßíåôáé Ýíá ðáñÜäåéãìá ôçò áíõøþóåùò ôïõ óçìåßïõ âñáóìïý. Ôá èåñìéêÜ áõôÜ öáéíüìåíá Ý÷ïõí éäéáßôåñç óçìáóßá ãéá ôïõò ÷çìéêïýò. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá äéáëýìáôá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ó÷åôéêÜ ìéêñÞ ðïóüôçôá äéáëõìÝíçò ïõóßáò, ïé èåñìéêÝò óõíÝðåéåò åßíáé áíÜëïãåò ìå ôïí áñéèìü ôùí äéáëõìÝíùí óùìáôéäßùí (ìïñßùí Þ éüíôùí). Åßíáé üìùò áíåîÜñôçôåò áðü ôç öýóç ôùí äéáëõìÝíùí óùìáôéäßùí. Ãéá íá ãßíåé êáôáíïçôü áõôü, áò åîåôÜóïìå ðþò ìåôáâÜëëåé ç êïéíÞ æÜ÷áñç ôï óçìåßï ðÞîåùò ôïõ íåñïý. Ç æÜ÷áñç áðïôåëåßôáé áðü ìüñéá, ôá ïðïßá óå áñáéÜ äéáëýìáôá ïýôå äéáóðþíôáé áëëÜ ïýôå óõíäõÜæïíôáé ìåôáîý ôïõò. ÐåéñÜìáôá Ýäåéîáí üôé Ýíá äéÜëõìá ðïõ áðïôåëåßôáé áðü Ýíá mole æÜ÷áñçò äéáëõìÝíï óå 1000 g (1 kg) íåñïý Ý÷åé óçìåßï ðÞîåùò –1,86°C. Áõôü ãåíéêÜ åêöñÜæåôáé ìå ôçí áêüëïõèç åîßóùóç: Ät = 1,86 m

üðïõ, ìå Ät ðáñéóôÜíåôáé ç ìåßùóç ôïõ óçìåßïõ ôÞîåùò êáé ìå m ï áñéèìüò ôùí moles ôçò

473

Ó×ÇÌÁ 17-29. ÌÝóá óôï õäáôéêü äéÜëõìá åíüò çëåêôñïëýôç, ôá ìüñéá ôïõ íåñïý, ôá ïðïßá åßíáé çëåêôñéêÜ äßðïëá, ðåñéóôïé÷ßæïõí ôá çëåêôñéêÜ öïñôéóìÝíá éüíôá. Ï áñíçôéêüò ðüëïò ôïõ ìïñßïõ ôïõ íåñïý (ïîõãüíï) Ýëêåôáé ðñïò ôï èåôéêü éüí (áñéóôåñÜ) êáé ï èåôéêüò ðüëïò (õäñïãüíï) Ýëêåôáé ðñïò ôï áñíçôéêü éüí (äåîéÜ).

äéáëõìÝíçò ïõóßáò áíÜ 1000 ãñáììÜñéá íåñïý. ~Åíá äéÜëõìá ðïõ ðåñéÝ÷åé ìüíï ôï Ýíá ôñßôï ôïõ mole æÜ÷áñçò áíÜ êéëü íåñïý èá Ý÷åé:

H ìåßùóç áõôÞ ôïõ óçìåßïõ ðÞîåùò Ý÷åé äýï óçìáíôéêÝò åöáñìïãÝò: (1) óôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ìïñéáêÞò ìÜæáò êáé (2) óôïí ðñïóäéïñéóìü ôïõ áñéèìïý ôùí éüíôùí ðïõ ó÷çìáôßæåé ìéá éïíôéêÞ Ýíùóç, üôáí äéáëýåôáé. Ôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áêïëïõèåß äåß÷íåé ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ìïñéáêÞò ìÜæáò. ~Åóôù üôé Ý÷ïìå ôçí ïõóßá ïõñßá ìå åìðåéñéêü ôýðï CH4N2O êáé ìïñéáêÞ ìÜæá 60,0. Åßíáé üìùò áõôÞ êáé ç

ðñáãìáôéêÞ ìïñéáêÞ ôçò ìÜæá; ~Éóùò ôï ìüñéï íá Ý÷åé ôïí ôýðï C2H8N4O2, äçëáäÞ íá Ý÷åé ôï äéðëÜóéï åìðåéñéêü ôýðï. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞí ç ìïñéáêÞ ìÜæá èá Þôáí 120,0. Ãéá íá ëõèåß áõôü ôï ðñüâëçìá, ðáñáóêåõÜæåôáé Ýíá äéÜëõìá, ðïõ ðåñéÝ÷åé 60,0 g ïõñßáò óå 1000 g íåñïý (Þ 6,00 g ïõñßáò óå 100 g íåñïý). Óôç óõíÝ÷åéá ðñïóäéïñßæåôáé ôï óçìåßï ðÞîåùò áõôïý ôïõ äéáëýìáôïò. Áí ç ðñáãìáôéêÞ ìïñéáêÞ ìÜæá åßíáé 60,0 g, ôï óçìåßï ðÞîåùò èá åßíáé –1,86°C. Áí ç ðñáãìáôéêÞ ìïñéáêÞ ìÜæá åßíáé 120,0, ôï ðñïçãïýìåíï äéÜëõìá èá ðåñéÝ÷åé ìüíï ôï ìéóü mole ôçò ïõóßáò áíÜ ëßôñï äéáëýôç. Ôï óçìåßï ðÞîåùò èá ìåéùèåß ìüíï êáôÜ 1,86/2=0,93°C êÜôù áðü ôï 0°C. ÐåéñáìáôéêÜ áðïäåéêíýåôáé üôé ç ïõñßá óôçí ðñáãìáôéêüôçôá Ý÷åé ìïñéáêü ôýðï CH4N2O.

474

Ó×ÇÌÁ 17-30. Áí ðñïóôåèåß óå íåñü ðïõ âñÜæåé (áñéóôåñÜ) êÜðïéá ïõóßá (êÝíôñï), áíõøþíåôáé ôï óçìåßï âñáóìïý. Áõôü ïäçãåß óå ìéá óýíôïìç áíáêïðÞ ôïõ âñáóìïý (äåîéÜ), ìÝ÷ñé ç èåñìïêñáóßá ôïõ äéáëýìáôïò íá öèÜóåé óôï íÝï õøçëüôåñï óçìåßï âñáóìïý.

Áò ìåëåôÞóïìå ôþñá Ýíá äéÜëõìá ìéáò ôõðéêÞò éïíôéêÞò ïõóßáò, ôïõ NaCl, óôï íåñü. Ùò ãíùóôüí, ç ïõóßá áõôÞ áðïôåëåßôáé áðü äéÜôáîç éüíôùí Na+ êáé Cl–, ôá ïðïßá äéá÷ùñßæïíôáé ìåôáîý ôïõò, üôáí ç ïõóßá äéáëõèåß óå íåñü. Êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï äéêáéïëïãåßôáé ç çëåêôñéêÞ áãùãéìüôçôá ôïõ äéáëýìáôïò. Óýìöùíá ìå áõôÞí ôç äéáôýðùóç åîçãåßôáé êáé ç ìåßùóç ôïõ óçìåßïõ ôÞîåùò áõôïý ôïõ äéáëýìáôïò. Ç ìïñéáêÞ ìÜæá ôïõ NaCl åßíáé 23,0+35,5=58,5. Ãé’ áõôü Ýíá äéÜëõìá, óôï ïðïßï 5,85 g åßíáé äéáëõìÝíá óå 100 g íåñïý, èá åß÷å óçìåßï ðÞîåùò –1,86°C, åÜí ç ïõóßá Þôáí ôï ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï êáé âñéóêüôáí ìå ôç ìïñöÞ áêåñáßùí ìïíÜäùí NaCl. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ôï óçìåßï ðÞîåùò åíüò ôÝôïéïõ äéáëýìáôïò åßíáé ðåñßðïõ –3,70°C. ÄçëáäÞ ç ìåßùóç ôïõ óçìåßïõ ðÞîåùò, Ät, åßíáé ðåñßðïõ äéðëÜóéá. Áõôü óçìáßíåé üôé õðÜñ÷åé äéðëÜóéïò áñéèìüò äéáëõìÝíùí óùìáôéäßùí áðü ôïí áñéèìü ôùí moles ôçò áôüöéáò åíþóåùò NaCl. ÐñÜãìáôé, êÜèå ìüñéï ôçò åíþóåùò NaCl ðáñÜãåé äýï óùìáôßäéá. Áõôü óõìöùíåß êáé ìå ôéò ãíþóåéò ìáò ó÷åôéêÜ ìå ôï óôåñåü NaCl êáé ôá äéáëýìáôÜ ôïõ óôï íåñü. ~Åôóé, åîÜãåôáé ôï óõìðÝñáóìá üôé áõôÜ ôá óùìáôßäéá åßíáé éüíôá Na+ êáé Cl–. ~Ïðùò èá õðïèÝóáôå ßóùò, õðÜñ÷åé, áíôßóôïé÷á, ìéá ìáèçìáôéêÞ ó÷Ýóç ãéá ôçí

áíýøùóç ôïõ óçìåßïõ âñáóìïý. Ç ó÷Ýóç áõôÞ üìùò äåí èá åîåôáóèåß óå áõôü ôï âéâëßï.

17.20 ÌïíÜäåò ãéá ôçí Ýêöñáóç ôçò óõãêåíôñþóåùò: ÌïñéáêÞ óõãêÝíôñùóç êáô’ üãêï (molarity). ÓõãêÝíôñùóç ïíïìÜæïìå ôçí ðïóüôçôá ìéáò ïõóßáò ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óå ïñéóìÝíç ðïóüôçôá ìéáò Üëëçò ïõóßáò. ~Ïóï ðåñéóóüôåñç ïõóßá äéáëýåôáé ìÝóá óå óôáèåñÞ ðïóüôçôá äéáëýôç, ôüóï ðéï ðõêíü ãßíåôáé ôï äéÜëõìá. Áíôßóôïé÷á, üóï ðåñéóóüôåñïò äéáëýôçò ðñïóôßèåôáé óå óôáèåñÞ ðïóüôçôá ìéáò ïõóßáò, ôüóï ðéï áñáéü äéÜëõìá ó÷çìáôßæåôáé. ~Ïôáí Ýíá äéÜëõìá óõìðõêíþíåôáé, ôüôå ï ëüãïò ôùí äéáëõìÝíùí óùìáôéäßùí ðñïò ôá óùìáôßäéá ôïõ äéáëýôç áõîÜíåôáé. ~Ïôáí Ýíá äéÜëõìá áñáéþíåôáé, ï ëüãïò áõôüò åëáôôþíåôáé. ÅðåéäÞ ïé éäéüôçôåò åíüò äéáëýìáôïò åîáñôþíôáé áðü ôç óõãêÝíôñùóÞ ôïõ, åßíáé óçìáíôéêü íá õðÜñ÷ïõí óáöåßò êáé åý÷ñçóôåò ìïíÜäåò åêöñÜóåùò ôçò óõãêåíôñþóåùò. ÐñáêôéêÜ, õðÜñ÷ïõí áñêåôïß ÷ñÞóéìïé ôñüðïé, ãéá íá ãßíåé áõôü. Ï êáèÝíáò ðëåïíåêôåß óå ïñéóìÝíåò ðåñéðôþóåéò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, óôçí ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï ÷ñçóéìïðïéÞóáìå ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò óõãêåíôñþóåùò ôïí áñéèìü ôùí

475

moles ìéáò ïõóßáò ðïõ äéáëýïíôáé óå 1000 ãñáììÜñéá åíüò äéáëýôç. Ï ðéï ÷ñÞóéìïò ãåíéêÜ ôñüðïò åêöñÜóåùò ôùí óõãêåíôñþóåùí óôá ðåñéóóüôåñá ðñïâëÞìáôá ôá ó÷åôéêÜ ìå ôç ÷çìåßá åßíáé ìå ôç âïÞèåéá ôçò ìïñéáêÞò óõãêåíôñþóåùò. ~Åíá äéÜëõìá ìå ìïñéáêÞ óõãêÝíôñùóç 1, ðåñéÝ÷åé Ýíá mole ïõóßáò äéáëõìÝíï óå Ýíá ëßôñï äéáëýìáôïò. Ãéá óõíôïìßá, ç ìïñéáêÞ óõãêÝíôñùóç êáô’ üãêï ðáñéóôÜíåôáé ìå Ì. ~Åôóé, áí Ýíá ëßôñï äéáëýìáôïò ðåñéÝ÷åé x moles ïõóßáò, ëÝãåôáé üôé åßíáé Ýíá äéÜëõìá x M. Ç ìïíÜäá áõôÞ åßíáé ðïëý ÷ñÞóéìç. Ìå ôç âïÞèåéÜ ôçò, ìðïñïýìå íá õðïëïãßóïìå ìéá óõãêåêñéìÝíç ìÜæá Þ Ýíá óõãêåêñéìÝíï áñéèìü moles ìéáò ïõóßáò, ìåôñþíôáò ïñéóìÝíï üãêï äéáëýìáôïò. Åßíáé, êÜôé ðïõ óõ÷íÜ ãßíåôáé åõêïëüôåñá êáé óå ëéãüôåñï ÷ñüíï áðü ü,ôé ç ðñáãìáôéêÞ æýãéóç ôçò êáèáñÞò ïõóßáò.

Áò õðïôåèåß, ãéá ðáñÜäåéãìá, üôé êÜðïéïò ÷çìéêüò ÷ñåéÜæåôáé íá ÷ñçóéìïðïéåß óõ÷íÜ 0,15 moles êáõóôéêïý íáôñßïõ* óå 100 ml ðåñßðïõ íåñü**. Ç ìïñéáêÞ ìÜæá ôïõ êáõóôéêïý íáôñßïõ, ÍAÏÇ, åßíáé 40,0 êáé Ýíá mole áõôïý Ý÷åé ìÜæá 40,0 g. Èá ðñÝðåé óõíÝ÷åéá íá æõãßæåé 0,150 x 40,0 = 6,00 g óôåñåïý êáõóôéêïý íáôñßïõ, íá ôá äéáëýåé óå 100 ml íåñü, êáé êáôüðéí íá ôï ðñïóèÝôåé óôçí áíôßäñáóÞ ôïõ. Èá Þôáí áðëïýóôåñï üìùò íá æõãßóåé 1,50 x 40,0 = 60,0 g êáé íá ôá äéáëýóåé óå áñêåôü íåñü, þóôå íá ðÜñåé áêñéâþò Ýíá ëßôñï. ~Å÷åé Ýôóé Ýíá ëßôñï äéáëýìáôïò 1,50 Ì. ÊÜèå öïñÜ ðïõ ÷ñåéÜæåôáé 0,15 moles öèÜíåé ìüíï íá ìåôñÞóåé áêñéâþò 100 ml áðü áõôü ôï äéÜëõìá. ÅðåéäÞ ôï Ýíá ëßôñï ðåñéÝ÷åé 1,50 moles NaOÇ, ôï Ýíá äÝêáôï ôïõ ëßôñïõ (0,100 l = 100 ml) ðåñéÝ÷åé Ýíá äÝêáôï áõôïý ôïõ áñéèìïý ôùí moles, äçëáäÞ, 0,100 x 1,500 = 0,15 moles.

Ðåñßëçøç. Ïé äéáëõôéêÝò éêáíüôçôåò ôùí õãñþí åîáñôþíôáé Üìåóá áðü ôçí ðïëéêüôçôá ôùí ìïñßùí ôïõò. ÕãñÜ ìå ðïëéêÜ ìüñéá åßíáé êáëýôåñïé äéáëýôåò ãéá äéÜöïñåò ðïëéêÝò ïõóßåò êáé ÷åéñüôåñïé äéáëýôåò ãéá ìç ðïëéêÝò ïõóßåò. Áíôßèåôá, ìç ðïëéêÜ õãñÜ äéáëýïõí ìç ðïëéêÝò ïõóßåò êáëýôåñá, åíþ äåí äéáëýïíôáé åõ÷åñþò óå áõôÜ ïé ðïëéêÝò. Óå áêñáßåò ðåñéðôþóåéò ìÜëéóôá, üðùò áõôÝò ôïõ íåñïý êáé ôïõ ëáäéïý, ç äéáëõôüôçôá ôçò ðïëéêÞò ïõóßáò óôçí ìç ðïëéêÞ êáé áíôßóôñïöá åßíáé áóÞìáíôç. Ãéá ôç äéÜëõóç éïíôéêþí åíþóåùí ÷ñåéÜæïíôáé äéáëýôåò õøçëÞò ðïëéêüôçôáò, üðùò ôï íåñü. Ç óõãêÝíôñùóç åßíáé ìéá óçìáíôéêÞ éäéüôçôá ôùí äéáëõìÜôùí. Ãéá ôéò äéêÝò ìáò ôéò ìåëÝôåò, ïé óõãêåíôñþóåéò åêöñÜæïíôáé óå ìïíÜäåò ìïñéáêþí óõãêåíôñþóåùí. ~Åíá äéÜëõìá ìå ìïñéáêÞ óõãêÝíôñùóç êáô’ üãêïí 1, ðåñéÝ÷åé Ýíá mole äéáëõìÝíçò ïõóßáò óå Ýíá ëßôñï äéáëýìáôïò. Ïé äéáëõìÝíåò ïõóßåò áíõøþíïõí ôï óçìåßï

âñáóìïý êáé ÷áìçëþíïõí ôï óçìåßï ðÞîåùò åíüò äéáëýìáôïò êáôÜ ôñüðï åõèÝùò áíÜëïãï ðñïò ôçí õðÜñ÷ïõóá ðïóüôçôÜ ôïõò óå oñéóìÝíç ðïóüôçôá äéáëýôç. Ç áíáëïãßá áõôÞ åßíáé ÷ñÞóéìç ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò ìïñéáêÞò ìÜæáò êáé ôïí ðñïóäéïñéóìü ôïõ áñéèìïý ôùí éüíôùí ðñïò ôá ïðïßá äéáóðÜôáé ìéá éïíôéêÞ ïõóßá, üôáí âñßóêåôáé óå äéÜëõìá.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. ÁíáöÝñáôå ôéò äéáöïñÝò ðïëéêþí êáé ìç ðïëéêþí ïõóéþí. 2. Íá ðñïâëÝøåôå ôç óåéñÜ áõîÞóåùò ôçò äéáëõôüôçôáò ôùí áêïëïýèùí ìïñßùí óôï íåñü: áêåôüíç, CH3COCH3, ÷ëùñïìåèÜíéï, CH3Cl, ôåôñá÷ëùñÜíèñáêáò, CCl4. 3. Ðïéá ðïñåßá èá áêïëïõèïýóáôå, ãéá íá ðáñáóêåõÜóåôå Ýíá ëßôñï äéáëýìáôïò 0,50 Ì NaCl;

* Ó.ô.Ì. ËÝãåôáé êáé õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ. ** Ó.ô.Ì. AêñéâÝóôåñá, óå ôüóï íåñü þóôå íá ó÷çìáôéóèïýí 100 ml äéáëýìáôïò.

476

Tï õäñïãüíï Ý÷åé ìïíáäéêÝò éäéüôçôåò ãéá íá ó÷çìáôßæåé äåóìïýò 17.21 Äåóìïß õäñïãüíïõ.

50 Óçìåßï âñáóìïý, ïC

Óôï ó÷Þìá 17-15 åßäáìå üôé ôá óçìåßá âñáóìïý ôùí óõììåôñéêþí ìïñßùí áõîÜíïíôáé êáíïíéêÜ, üðùò ðñï÷ùñïýìå ðñïò ôï êÜôù ìÝñïò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. Ôï ó÷Þìá 17-31 äåß÷íåé ôéò áíôßóôïé÷åò êáìðýëåò ãéá ìåñéêÜ ìüñéá ðïõ Ý÷ïõí ÷áñáêôÞñá çëåêôñéêþí äéðüëùí. Áò åîåôÜóïìå ðñþôá ôá óçìåßá âñáóìïý ôùí ÇÉ, ÇÂr, HCl, êáé ÇF. To ôåëåõôáßï, ôï õäñïöèüñéï, âñßóêåôáé ðïëý Ýîù áðü ôç ãñáììÞ, ìå óçìåßï âñáóìïý ôïõò 19,9°C áíôß ãéá ôçí ôéìÞ êÜôù ôùí –95°C, ðïõ èá ðñïÝâëåðå ç åðÝêôáóç ôçò êáìðýëçò, óýìöùíá ìå ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí õðïëïßðùí ôñéþí áëïãüíùí. Ìéá áêüìç ìåãáëýôåñç áíôßöáóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôï óçìåßï âñáóìïý ôïõ Ç2Ï êáé óôçí ôéìÞ ðïõ èá ðñïâëåðüôáí ìå âÜóç ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí Ç2Te, H2Se, êáé Ç2S. Åßíáé äõíáôüí áõôÜ ôá õøçëÜ óçìåßá âñáóìïý ôïõ HF êáé ôïõ H2O íá ïöåßëïíôáé óôï ãåãïíüò üôé áõôÜ åßíáé ôá ìüñéá ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé ìå ôá óôïé÷åßá ðïõ Ý÷ïõí ôá ìéêñüôåñá Üôïìá, ôá ïðïßá õðÜñ÷ïõí óôéò áíôßóôïé÷åò óåéñÝò ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá; Äåí öáßíåôáé üìùò íá åßíáé áõôÞ ç åîÞãçóç, ãéáôß äåí õðÜñ÷ïõí áíÜëïãåò áíùìáëßåò óôï ó÷Þìá 17-15. ÊÜðïõ áëëïý èá ðñÝðåé íá áíáæçôçèåß ç áéôßá áõôþí ôùí åîáéñÝóåùí ôùí óçìåßùí âñáóìïý. Èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷åé Ýíá íÝï åßäïò äõíÜìåùò áíÜìåóá óôá ìüñéá ôïõ Ç 2Ï êáé ôïõ HF. Ç ßäéá áõôÞ äýíáìç áíé÷íåýåôáé êáé óå óôåñåÝò åíþóåéò. Ôï ðéï ãíùóôü ðáñÜäåéãìá åßíáé ôï Ç2Ï óôç óôåñåÜ ìïñöÞ ôïõ, äçëáäÞ ï ðÜãïò. Ï ðÜãïò Ý÷åé ìéá êñõóôáëëéêÞ äïìÞ, óôçí ïðïßá ôá Üôïìá ôïõ ïîõãüíïõ êáé ôïõ õäñïãüíïõ êáôáíÝìïíôáé óå Ýíá êáíïíéêü åîáãùíéêü êñõóôáëëéêü ðëÝãìá. Ç äïìÞ áõôÞ ìïéÜæåé ëßãï ìå ôç äïìÞ ôïõ êñõóôáëëéêïý ðëÝãìáôïò ôïõ äéáìáíôéïý. ~Åíá ðñüôõðï ôçò äïìÞò ôïõ ðÜãïõ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 17-32. Ôï êÜèå Üôïìï ïîõãüíïõ ðåñéâÜëëåôáé áðü ôÝóóåñá Üëëá Üôïìá óå ìéá ôåôñáåäñéêÞ äéÜôáîç. Ôá Üôïìá õäñïãüíïõ âñßóêïíôáé óôéò ãñáììÝò ðïõ óõíäÝïõí äýï Üôïìá ïîõãüíïõ, êáôÜ ôï áêüëïõèï ó÷Þìá:

H2O

100

HF 0

H2Te 1

2

3

4

5

6

HI -50

H2Se H 2S

HBr

HCl -100 Añéèìüò ðåñéüäïõ ôïõ × óå Ç× êáé Ç2×

Ó×ÇÌÁ 17-31. Ôï ó÷åäéÜãñáììá áõôü äåß÷íåé ôçí ôÜóç ôùí óçìåßùí âñáóìïý ôùí õäñáëïãüíùí (Ç×) êáé ôùí õäñéäßùí ôùí óôïé÷åßùí ôçò Ýêôçò ïìÜäáò (Ç2×).

Ïé åëêôéêÝò äõíÜìåéò áíÜìåóá óå –ÏÇ êáé Ï èá ðñÝðåé íá åßíáé Ýíá äåßãìá ôïõ íÝïõ åßäïõò äõíÜìåùí Þ äåóìïý, ðïõ áíáöÝñèçêáí ðéï ðÜíù. Ï äåóìüò áõôüò åíþíåé ôá ìüñéá ôïõ íåñïý ìåôáîý ôïõò óôï êñõóôáëëéêü ðëÝãìá ôïõ ðÜãïõ. Ôï åßäïò áõôü ôïõ äåóìïý ïíïìÜæåôáé äåóìüò õäñïãüíïõ. ÓõíÞèùò, óôïõò ôýðïõò ðáñéóôÜíåôáé áðü ìéá äéáêåêïììÝíç ãñáììÞ, üðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò.

17.22 ÅíÝñãåéá ôùí äåóìþí õäñïãüíïõ. Ï äåóìüò õäñïãüíïõ, üðùò áíáöÝñèçêå, ðáñéóôÜíåôáé óõíÞèùò áðü ìéá äéáêåêïììÝíç ãñáììÞ, ãéá íá öáßíåôáé üôé ðñüêåéôáé ãéá Ýíáí ðïëý áóèåíÝóôåñï äåóìü áðü ôï óõíÞèç ïìïéïðïëéêü. Ç ìåëÝôç ôùí óçìåßùí âñáóìïý ôùí ïõóéþí ôïõ ó÷Þìáôïò 17-31 ìáò ïäçãåß óôï óõìðÝñáóìá üôé ïé áëëçëåðéäñÜóåéò åßíáé éó÷õñüôåñåò áðü ôéò äõíÜìåéò van der Waals. Ôá ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ïé ðåñéóóüôåñïé äåóìïß õäñïãüíïõ åëåõèåñþíïõí, êáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü ôïõò, ðåñßðïõ 3 kcal/mole ìÝ÷ñé êáé 10 kcal/mole. H åíÝñãåéá ôùí äåóìþí áõôþí âñßóêåôáé áíÜìåóá ó’ åêåßíåò ôùí äõíÜìåùí van der Waals

477

êáé ôùí ïìïéïðïëéêþí äåóìþí. Ïé åíÝñãåéåò ôùí äåóìþí Ý÷ïõí, êáôÜ ðñïóÝããéóç, ôçí ðáñáêÜôù áíáëïãßá: Ýëîåéò van der Waals 1

äåóìïß õäñïãüíïõ 10

ïìïéïðïëéêïß äåóìïß 100

Ó×ÇÌÁ 17-32. EðÜíù åéêïíßæåôáé ç ðåñßèëáóç ôùí áêôßíùí–× áðü Ýíá ìüíï êñýóôáëëï ðÜãïõ. ÊÜôù öáßíåôáé ôï ðñüôõðï ôçò äïìÞò ôïõ ðÜãïõ, üðïõ ïé äéáêåêïììÝíåò ãñáììÝò ðáñéóôÜíïõí ôïõò äåóìïýò õäñïãüíïõ. ÁõôÞ óõìöùíåß ìå ôá ðåéñáìáôéêÜ áðïôåëÝóìáôá.

17.23 Ðïý áðáíôïýí ïé äåóìïß õäñïãüíïõ; Ïé äåóìïß õäñïãüíïõ áðáíôïýí áíÜìåóá óå ëßãá ìüíï Üôïìá ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá. Ïé óõíçèÝóôåñïé åßíáé åêåßíïé, óôïõò ïðïßïõò ôï õäñïãüíï åíþíåé äýï Üôïìá áðü ôçí ïìÜäá F, O êáé Í.

O äåóìüò õäñïãüíïõ ìå ôï öèüñéï åßíáé ðñïöáíÞò óôéò ðåñéóóüôåñåò áðü ôéò éäéüôçôåò ôïõ õäñïöèïñßïõ. Ôï õøçëü óçìåßï âñáóìïý ôïõ HF, óå óýãêñéóç ìå åêåßíá ôùí Üëëùí áëïãüíùí, ïöåßëåôáé óå äåóìïýò õäñïãüíïõ. Åßíáé ìßá áðü ôéò åíäåßîåéò üôé ôï HF äåí õößóôáôáé óôçí õãñÞ öÜóç ìå ôç ìïñöÞ áðëþí êáé îå÷ùñéóôþí ìïñßùí

478

HF. Áíôßèåôá, õðÜñ÷ïõí óõóóùìáôþìáôá ìïñßùí, ôá ïðïßá ðåñéãñÜöïíôáé ìå ôï ãåíéêü ôýðï (HF)2. Ôï áÝñéï õäñïöèüñéï ðåñéÝ÷åé ôá ìïñéáêÜ åßäç Ç2F2, H3F3, ê.ï.ê ìÝ÷ñé ôï Ç6F6. ÕðÜñ÷ïõí åðßóçò ìåñéêÜ ìåìïíùìÝíá ìüñéá HF. Ôá åßäç áõôÜ ðáñéóôÜíïíôáé ìå Ýíá óõíïðôéêü ôýðï üðùò áõôüò ðïõ áêïëïõèåß:

F

Ç–F....H–F....H–F....H–F

Ìéá áðü ôéò óçìáíôéêüôåñåò ðåñéðôþóåéò äåóìïý õäñïãüíïõ áðáíôÜ óôï íåñü. Óôï õãñü, üðùò êáé óôï óôåñåü íåñü, ôï êÜèå ìüñéï óõíäÝåôáé ìÝóù äåóìïý õäñïãüíïõ ìå ôá ãåéôïíéêÜ ôïõ ìüñéá, ó÷çìáôßæïíôáò Ýôóé ìÝ÷ñé êáé ôÝóóåñéò äåóìïýò õäñïãüíïõ. Ç ðåñßðôùóç áõôÞ öáßíåôáé óôo ó÷Þìá 17-33. Ôï êÜèå ìüñéï ôïõ íåñïý ðáñÝ÷åé ôá Üôïìá õäñïãüíïõ ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äýï äåóìþí õäñïãüíïõ. ÁëëçëåðéäñÜ åðßóçò ìå Üôïìá õäñïãüíïõ Üëëùí ìïñßùí, ãéá íá óõìðëçñþóåé äýï áêüìç äåóìïýò õäñïãüíïõ. Óå áõôüí ôïí åêôåôáìÝíï ó÷çìáôéóìü äåóìþí õäñïãüíïõ ïöåßëåé ôï íåñü ðïëëÝò áðü ôéò ìïíáäéêÝò ôïõ éäéüôçôåò.

17.24 Ç öýóç ôïõ äåóìïý õäñïãüíïõ. Óôï äåóìü õäñïãüíïõ ôï Üôïìï õäñïãüíïõ óõíäÝåôáé ìå Üëëá äýï Üôïìá. Åðß ðëÝïí, óýìöùíá ìå ôïõò êáíüíåò ôùí äåóìþí, öáßíåôáé Ç

Ç

O

O

Ç

Ç

Ç

O

Ç

Ç

Ç O

O Ç

Ç

Ó×ÇÌÁ 17-33. Äåóìïß õäñïãüíïõ áíÜìåóá óå ìüñéá íåñïý.

_

(á)

_

+ H

H

F

F H

_ +

+ (â)

_ F

F H

+

H

F H

(ã)

Ó×ÇÌÁ 17-34. Äåóìïß õäñïãüíïõ áíÜìåóá óå ìüñéá ÇF.

üôé ôï Üôïìï õäñïãüíïõ, äéáèÝôïíôáò ìüíï ôï 1s ôñï÷éáêü ôïõ ãéá ó÷çìáôéóìü äåóìïý, äåí ìðïñåß íá ó÷çìáôßóåé äýï ïìïéïðïëéêïýò äåóìïýò. Ðþò åîçãåßôáé ï äåýôåñïò áõôüò äåóìüò; Ç êáëýôåñç åñìçíåßá ôùí äåóìþí õäñïãüíïõ âáóßæåôáé óôçí ðïëéêÞ öýóç ôùí äåóìþí F–H, Ï–Ç êáé Í–Ç. Óôïí êáèÝíá áðü áõôïýò ôïõò ôñåéò äåóìïýò, ôï æåýãïò çëåêôñïíßùí óõãêñáôåßôáé ðëçóéÝóôåñá ðñïò ôï Üôïìï F, O, Þ Í áðü ü,ôé ðñïò ôï Üôïìï Ç. Ãé’ áõôü ï äåóìüò Ý÷åé äéðïëéêü ÷áñáêôÞñá ìå ôï Üôïìï F, O, Þ Í áñíçôéêü êáé ôï Üôïìï Ç èåôéêü. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï åßíáé åýêïëï ãéá ôï èåôéêü Üôïìï Ç åíüò ìïñßïõ íá ðëçóéÜóåé ôï åëåýèåñï æåýãïò çëåêôñïíßùí åíüò áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíïõ áôüìïõ óå Ýíá Üëëï ìüñéï. Ç Ýëîç áíÜìåóá óôá áíôßèåôá öïñôßá ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü äåóìïý õäñïãüíïõ, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 17-34 ãéá ôçí ðåñßðôùóç ôïõ ÇF.

17.25 Ç óçìáóßá ôïõ äåóìïý õäñïãüíïõ. Ïé äåóìïß õäñïãüíïõ ðáßæïõí óçìáíôéêü ñüëï óôïí ðñïóäéïñéóìü éäéïôÞôùí, üðùò ç äéáëõôüôçôá, ôá óçìåßá ôÞîåùò êáé ôá óçìåßá âñáóìïý. Åðßóçò, åðçñåÜæïõí ôï ó÷Þìá êáé ôç óôáèåñüôçôá ôùí êñõóôáëëéêþí äïìþí êáé åðçñåÜæïõí áðïöáóéóôéêÜ ôá âéïëïãéêÜ óõóôÞìáôá. ÐáñÜäåéãìá áõôïý ôïõ ñüëïõ áðïôåëåß ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï ôï íåñü åðçñåÜæåé ôç ÷çìéêÞ óõìðåñéöïñÜ ðïëëþí âéïëïãéêþí ìïñßùí. Ôá ìüñéá ôïõ íåñïý ìðïñïýí íá óõíäåèïýí ìå Üëëá ìüñéá êáé íá ó÷çìáôßóïõí äåóìïýò õäñïãüíïõ, óýìöùíá ìå Ýíáí áðü ôïõò áêüëïõèïõò ôñüðïõò. Ôï ìüñéï ôïõ íåñïý ðñïóöÝñåé ôï èåôéêÜ öïñôéóìÝíï Üôïìï õäñïãüíïõ, üðùò óôï åðüìåíï ðáñÜäåéãìá:

479

öïñôéóìÝíï Üôïìï õäñïãüíïõ áðü Üëëï ìüñéï, üðùò ðéï êÜôù: Mðïñåß åðßóçò íá ðñïóöÝñåé ôï áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíï Üôïìï ïîõãüíïõ êáé áõôü óôç óõíÝ÷åéá íá áëëçëåðéäñÜóåé ìå Ýíá èåôéêÜ

Ðåñßëçøç. Ïõóßåò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí äåóìïýò Ï – Ç, Í – Ç êáé F – H ó÷çìáôßæïõí óõ÷íÜ äåóìïýò õäñïãüíïõ. Ðñüêåéôáé ãéá áóèåíåßò óõíäÝóåéò (ðåñßðïõ 5 kcal/mole). Ïé äåóìïß õäñïãüíïõ ó÷çìáôßæïíôáé, åðåéäÞ ïé äåóìïß Ï – Ç, Í – Ç êáé F – H åßíáé åîáéñåôéêÜ ðïëéêïß. Ôï Üôïìï Ç Ý÷åé óçìáíôéêü èåôéêü öïñôßï, åíþ ôï Üëëï Üôïìï Ý÷åé åðßóçò óçìáíôéêü áñíçôéêü öïñôßï. ÕðÜñ÷åé Ýôóé ìéá åðß ðëÝïí Ýëîç áíÜìåóá óôï Ç ôïõ åíüò ìïñßïõ êáé óôï Ï,Í, êáé F ôïõ Üëëïõ.

EëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Óõãêñßíáôå ôá óçìåßá âñáóìïý ôùí ÇÉ, ÇBr, HCl êáé ÇF êáé äþóôå åîçãÞóåéò ãéá ôõ÷üí áíùìáëßåò. 2. Íá ðåñéãñÜøåôå ôéò ó÷åôéêÝò åíÝñãåéåò ôùí Ýëîåùí van der Waals, ôùí äåóìþí õäñïãüíïõ êáé ôùí ïìïéïðïëéêþí äåóìþí. 3. Ðþò ðáñéóôÜíåôå ôïõò äåóìïýò óå Ýíáí êñýóôáëëï ðÜãïõ;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ïé äõíÜìåéò ðïõ óõãêñáôïýí ôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá åíùìÝíá ìÝóá óôá õãñÜ, óôá óôåñåÜ êáé óôá äéáëýìáôá åßíáé äéáöüñùí ôýðùí. Óôçí êÜèå ðåñßðôùóç, ôï åßäïò ôïõ äåóìïý åîáñôÜôáé áðü ôéò éäéüôçôåò ôùí áôüìùí Þ ôùí ìïñßùí ðïõ óõíéóôïýí ôçí ïõóßá. Ôá êñõóôáëëéêÜ óôåñåÜ ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôçí êáíïíéêÞ êáé óõóôçìáôéêÞ åðáíÜëçøç âáóéêþí äéáôÜîåùí ëßãùí áôüìùí, ìïñßùí Þ éüíôùí. ÌåñéêÜ óôåñåÜ ðåñéÝ÷ïõí åêôåôáìÝíá ðëÝãìáôá Þ Üôïìá åðß åðéðÝäùí, ðïõ óõãêñáôïýíôáé ìåôáîý ôïõò ìå ïìïéïðïëéêïýò äåóìïýò. Ðáñáäåßãìáôá áõôþí ôùí óôåñåþí áðïôåëïýí ôï óôïé÷åßï Üíèñáêáò êáé ç Ýíùóç äéïîåßäéï ôïõ ðõñéôßïõ. ~Áëëá óôåñåÜ êáé õãñÜ ó÷çìáôßæïíôáé áðü äéáêåêñéìÝíá ìüñéá (üðùò F2, P4, CH4, SO2), ìÝóá óôá ïðïßá ôï êÜèå Üôïìï áîéïðïéåß üëåò ôéò äõíáôüôçôÝò ôïõ ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ïìïéïðïëéêþí äåóìþí. Ôá ìüñéá Ýëêïíôáé ìåôáîý ôïõò ìå áóèåíåßò äõíÜìåéò van der Waals, åíôÜóåùò ðåñßðïõ 1 kcal áíÜ mole. ÌïñéáêÝò ïõóßåò áõôïý ôïõ åßäïõò Ý÷ïõí ÷áìçëüôåñá óçìåßá ôÞîåùò êáé âñáóìïý.

Óôçí ðåñßðôùóç ôùí ðïëéêþí ìïñßùí, ôüóï ïé äõíÜìåéò van der Waals üóï êáé ïé äõíÜìåéò áíÜìåóá óôá ìïñéáêÜ äßðïëá ðñïêáëïýí ôçí Ýëîç ôùí ìïñßùí. ÌåãÜëïò áñéèìüò óôïé÷åßùí ìå ÷áìçëÝò åíÝñãåéåò éïíôéóìïý ó÷çìáôßæïõí ôçí ïìÜäá ôùí ìåôÜëëùí. Ôá ìÝôáëëá áðïôåëïýíôáé áðü êáíïíéêÝò äéáôÜîåéò áôüìùí, ôá ïðïßá óõãêñáôïýíôáé åíùìÝíá áðü ìéá èÜëáóóá êéíïõìÝíùí çëåêôñïíßùí. Ôá çëåêôñüíéá áõôÜ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ôá åîùôåñéêÜ ôñï÷éáêÜ ôùí áôüìùí. Ôá ìÝôáëëá äéáèÝôïõí ÷áñáêôçñéóôéêÞ ëÜìøç êáé ìðïñïýí íá êáôåñãáóèïýí (åëáôÜ êáé üëêéìá), åíþ ôáõôü÷ñïíá åßíáé êáëïß áãùãïß ôçò èåñìüôçôáò êáé ôïõ çëåêôñéóìïý. Ôá éïíôéêÜ óôåñåÜ áðïôåëïýíôáé áðü äéáôÜîåéò éüíôùí ðïõ óôïéâÜæïíôáé ìáæß, êáôÜ Ýíáí åíáëëáóóüìåíï ôñüðï. Ôá éüíôá ìðïñåß íá åßíáé ìïíïáôïìéêÜ (üðùò ôï Ca2+, Cl–) Þ ðïëõáôïìéêÜ (üðùò ç ÍÇ4+, ôï SO42–). Ôá éïíôéêÜ óôåñåÜ åßíáé óêëçñÜ, ìå õøçëü óçìåßï ôÞîåùò êáé åýèñáõóôá. ~Ïôáí ôÞêïíôáé Þ äéáëýïíôáé, Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü ìÝóù ôçò êéíÞóåùò ôùí éüíôùí ôïõò.

480

~Åíá äéÜëõìá áðïôåëåßôáé áðü äýï Þ ðåñéóóüôåñåò êáèáñÝò ïõóßåò ðïõ Ý÷ïõí áíáìé÷èåß óå ìïñéáêü åðßðåäï. Ï óõíçèÝóôåñïò ôýðïò äéáëýìáôïò áðïôåëåßôáé áðü ìéá ìéêñüôåñç ðïóüôçôá õãñïý Þ óôåñåïý äéáëõìÝíç óå ìéá ìåãáëýôåñç ðïóüôçôá åíüò õãñïý (äéáëýôç). Ç éêáíüôçôá åíüò õãñïý íá äéáëýóåé ïðïéáäÞðïôå Üëëç ïõóßá åîáñôÜôáé óå ìåãÜëï âáèìü áí êáé ü÷é áðüëõôá, áðü ôïí ðïëéêü ÷áñáêôÞñá ôùí äýï ïõóéþí.

Ï âáèìüò ìåéþóåùò ôïõ óçìåßïõ ðÞîåùò åíüò äéáëýôç áðü ôçí ðáñïõóßá ìéáò äéáëõìÝíçò ïõóßáò, åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü (ôçò ìïñéáêÞò ìÜæáò) êáé ôïõ âáèìïý ôïõ éïíôéóìïý ôçò äéáëõìÝíçò ïõóßáò. Ï äåóìüò õäñïãüíïõ åßíáé óçìáíôéêüò óå ìåñéêÜ óôåñåÜ êáé äéáëýìáôá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ïìÜäåò – Ï – Ç, – Í – Ç, êáé – F – H.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Íá åîçãÞóåôå ãéáôß Ýíá õãñü åîáêïëïõèåß íá Ý÷åé ôéò éäéüôçôÝò ôïõ ùò ñåõóôïý óå èåñìïêñáóßåò áíÜìåóá óôï óçìåßï ôÞîåùò êáé âñáóìïý ôïõ, áëëÜ ìåôáôñÝðåôáé óå áÝñéï óå õøçëüôåñåò èåñìïêñáóßåò êáé óå óôåñåü óå ÷áìçëüôåñåò èåñìïêñáóßåò. 2. Ðïéá åßíáé ç ìÝãéóôç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôçí ôïðïèÝôçóç ôùí óùìáôéäßùí óôá õãñÜ êáé ôá êñõóôáëëéêÜ óôåñåÜ; Óå ôé äéáöÝñïõí ïé õáëþäåéò ïõóßåò áðü áõôÝò ôéò äýï ìïñöÝò; 3. Áí áíáìé÷èåß ðñïóåêôéêÜ ðïëý ëåðôÞ óêüíç ôÜëê ìå Ýíáí êáèáñü õäñïãïíÜíèñáêá, üðùò ð.÷. ôï n–ðåíôÜíéï, ðþò åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñéóèåß áí ó÷çìáôßæåôáé Ýíá ðñáãìáôéêü äéÜëõìá Þ Ýíá ìßãìá; 4. Ôé åßíáé êñõóôáëëéêü ðëÝãìá; Ôé óçìáßíåé ï áñéèìüò óõíôÜîåùò åíüò óùìáôéäßïõ ìÝóá óå Ýíá êñõóôáëëéêü ðëÝãìá; 5. Ìå ôç âïÞèåéá áðëþí ó÷åäéáãñáììÜôùí íá äåßîåôå ôç äéáöïñÜ áíÜìåóá óå ÷ùñïêåíôñùìÝíç êáé åäñïêåíôñùìÝíç êõâéêÞ ôïðïèÝôçóç ìÝóá óå Ýíá êñõóôáëëéêü óôåñåü. 6. Ôé ïäçãåß óôç äçìéïõñãßá ôùí äõíÜìåùí van der Waals áíÜìåóá óôá ìüñéá; Ðïéá åßíáé ç áðáñáßôçôç ðñïûðüèåóç ðïõ ðñÝðåé íá éêáíïðïéåßôáé, ðñïêåéìÝíïõ ôá ìüñéá íá óõãêñáôïýíôáé ìåôáîý ôïõò ìüíï ìå äõíÜìåéò van der Waals; 7. Íá óõãêñßíåôå ôïõò äåóìïýò áíÜìåóá óå Üôïìá ìåôÜëëùí, ìïñéáêþí óôåñåþí êáé óôåñåþí ðëåãìÜôùí ùò ðñïò (á) ôçí Ýíôáóç ôïõ äåóìïý, (â) ôïí ðñïóáíáôïëéóìü ôïõò óôï ÷þñï êáé (ã) ôïí áñéèìü ôùí ôñï÷éáêþí ðïõ ðñïóöÝñïíôáé ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí. 8. Ôï áëïõìßíéï, ôï ðõñßôéï êáé ôï èåßï âñßóêïíôáé êïíôÜ óôçí ßäéá ðåñßïäï ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá, åíþ ïé çëåêôñéêÝò áãùãéìüôçôÝò ôïõò åßíáé ðïëý äéáöïñåôéêÝò. Ôï áëïõìßíéï åßíáé ìÝôáëëï. Ôï ðõñßôéï Ý÷åé ðïëý ìéêñüôåñç áãùãéìüôçôá êáé ïíïìÜæåôáé

çìéáãùãüò. Ôï èåßï Ý÷åé ôüóï ìéêñÞ áãùãéìüôçôá, þóôå ïíïìÜæåôáé ìïíùôÞò. Íá åîçãÞóåôå áõôÝò ôéò äéáöïñÝò, ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ôñüðïõ ðëçñþóåùò ôùí ôñï÷éáêþí óèÝíïõò. 9. Ôï èåßï áðáíôÜ óå áñêåôÝò ìïñöÝò, (áëëïôñïðéêÝò ìïñöÝò), áíÜëïãá ìå ôç èåñìïêñáóßá, êáé ìåñéêÝò öïñÝò, ìå ôçí ðñïúóôïñßá ôïõ äåßãìáôïò. Áêïëïõèïýí ðåñéãñáöÝò áõôþí ôùí ôñéþí ìïñöþí, ïé ïðïßåò óõìâïëßæïíôáé ìå Á,  êáé Ã. Á åßíáé ç ìïñöÞ ôçò èåñìïêñáóßáò äùìáôßïõ. Ç Á ìåôáôñÝðåôáé óôç  ðÜíù áðü ôï óçìåßï ôÞîåùò, ôïõò 113°C. Ç Â ìåôáôñÝðåôáé óôç à êáôÜ ôç èÝñìáíóç ðÜíù áðü 160°C. (Á) (èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ) Êñõóôáëëéêü óôåñåü ×ñþìá êßôñéíï, ÷ùñßò ìåôáëëéêÞ ëÜìøç ó.ô.= 113°C Äéáëýåôáé óå CS2, áäéÜëõôï óå íåñü ÇëåêôñéêÝò ìïíùôéêÝò éäéüôçôåò (Â) (113°C ìå 160°C) Õãñü ÄéÜöáíï, êéôñéíùðü Éîþäåò ðåñßðïõ ßäéï ìå ôïõ íåñïý ÇëåêôñéêÝò ìïíùôéêÝò éäéüôçôåò (Ã) (ãýñù óôïõò 200°C) Õãñü Óêïýñï ÷ñþìá Ðïëý éîþäåò (óáí óéñüðé) ÇëåêôñéêÝò ìïíùôéêÝò éäéüôçôåò Ðïéá áðü ôéò áêüëïõèåò äïìÝò èá äéêáéïëïãïýóå êáëýôåñá ôéò éäéüôçôåò ðïõ áíáöÝñèçêáí ãéá ôçí êÜèå ìßá áðü ôéò ðñïçãïýìåíåò ôñåéò ìïñöÝò; (á) ~Åíáò ìåôáëëéêüò êñýóôáëëïò áôüìùí èåßïõ. (â) ~Åíá óôåñåü ðëÝãìá áôüìùí èåßïõ.

481

10.

11.

12.

13.

14.

(ã) ~Åíá éïíôéêü óôåñåü éüíôùí S+ êáé S–. (ä) ~Åíáò ìïñéáêüò êñýóôáëëïò ìïñßùí S8. (å) ~Åíá ìåôáëëéêü õãñü, üðùò ï õäñÜñãõñïò. (óô) ~Åíá ìïñéáêü õãñü ìïñßùí S8. (æ) ~Åíá ìïñéáêü õãñü áëõóßäùí Sn, üðïõ ï n åßíáé Ýíáò ðïëý ìåãÜëïò áñéèìüò áôüìùí èåßïõ. (ç) ~Åíá éïíôéêü õãñü áðïôåëïýìåíï áðü éüíôá S+ êáé S–. Tï óôåñåü èåßï áðïôåëåßôáé áðü ìüñéá S8. Ôï êÜèå ìüñéï Ý÷åé ìéá êõêëéêÞ äïìÞ. Ï öþóöïñïò ðåñéÝ÷åé ìüñéá Ñ4 êáé ôï êÜèå ìüñéï Ý÷åé ôåôñáåäñéêÞ äïìÞ. Ìå âÜóç ôç óõìðëÞñùóç ôùí ôñï÷éáêþí óèÝíïõò, íá äéêáéïëïãÞóåôå ôçí ýðáñîç áõôþí ôùí ìïñéáêþí äïìþí ëáìâÜíïíôáò õðüøç üôé óôçí ðåñßðôùóç ôïõ öèïñßïõ õðÜñ÷åé ìüíï ç ìïñöÞ F2. Óõãêñßíïíôáò ôï ìïñéáêü ìÝãåèïò êáé ôï ó÷Þìá ôùí ìïñßùí ôïõ èåßïõ êáé ôïõ öùóöüñïõ, ðïéï íïìßæåôå üôé èá Ý÷åé õøçëüôåñï óçìåßï ôÞîåùò; Ôé åßäïõò Ýëîç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óå áõôÜ ôá ìüñéá; Íá áíáöÝñåôå ôïõò ôñüðïõò ìå ôïõò ïðïßïõò äéáäßäåôáé ç èåñìüôçôá êáé ï çëåêôñéóìüò áðü ôï ÷áëêü (Ýíá ìÝôáëëï) êáé ôï ãõáëß (Ýíá óôåñåü ðëÝãìá), ìå ôç âïÞèåéá ôçò óõìðëçñþóåùò ôùí ôñï÷éáêþí óèÝíïõò êáé ôçò åõêéíçóßáò ôùí çëåêôñïíßùí. Ôá óôïé÷åßá Üíèñáêáò êáé ðõñßôéï ó÷çìáôßæïõí ïîåßäéá ìå áíÜëïãïõò åìðåéñéêïýò ôýðïõò: CO2 êáé SiO2. Ôï ðñþôï åîá÷íïýôáé (áëëÜæåé áðü óôåñåü óå áÝñéï) óôïõò –78,5°C. Ôï äåýôåñï ôÞêåôáé óôïõò 1700°C ðåñßðïõ êáé âñÜæåé óôïõò 2200°C ðåñßðïõ. Ìå âÜóç áõôÝò ôéò ìåãÜëåò äéáöïñÝò, íá ðñïôåßíåôå ôïõò ôýðïõò ôùí ó÷çìáôéæïìÝíùí óôåñåþí. Íá ó÷åäéÜóåôå Ýíáí çëåêôñïíéêü ôýðï Þ ìéáí áðåéêüíéóç ôñï÷éáêþí ãéá ôïõò äåóìïýò óôï CO2 êáé óôï SiO2, ôá ïðïßá íá óõìöùíïýí ìå ôéò áðáíôÞóåéò óáò. Áò õðïôåèåß üôé óáò äßíåôáé Ýíá äåßãìá åíüò ëåõêïý óôåñåïý. Íá ðåñéãñÜøåôå ìåñéêÜ áðëÜ ðåéñÜìáôá ðïõ èá ìðïñïýóáôå íá åêôåëÝóåôå, ãéá íá ðñïóäéïñßóåôå áí ðñüêåéôáé ãéá ïõóßá êõñßùò ìå ïìïéïðïëéêïýò äåóìïýò, éïíôéêïýò äåóìïýò Þ äõíÜìåéò van der Waals. Áò õðïôåèåß üôé ôá óôïé÷åßá Á, Ä, Å êáé Ê Ý÷ïõí áíôßóôïé÷ïõò áôïìéêïýò áñéèìïýò 6, 9, 10 êáé 11. Íá ãñÜøåôå ôïí ôýðï ìéáò ïõóßáò

ðïõ èá Þôáí äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèåß áíÜìåóá óôï êáèÝíá áðü ôá áêüëïõèá: (á) Ä êáé Ê, (â) Á êáé Ä, (ã) Ä êáé Ä, (ä) Å êáé Å, (å) Ê êáé Ê. Óôçí êÜèå ðåñßðôùóç íá ðåñéãñÜøåôå êáé ôéò äõíÜìåéò ðïõ äçìéïõñãïýíôáé áíÜìåóá óôïõò äïìéêïýò ëßèïõò ôçò óôåñåÜò ìïñöÞò. 15. Ðþò èá äéêáéïëïãïýóáôå ôéò áêüëïõèåò éäéüôçôåò ìå âÜóç ôç äïìÞ ôùí óôåñåþí; (á) Ï ãñáößôçò êáé ôï äéáìÜíôé ðåñéÝ÷ïõí êáé ôá äýï Üíèñáêá. Êáé ôá äýï Ý÷ïõí õøçëü óçìåßï ôÞîåùò, åíþ ôï äéáìÜíôé åßíáé ðïëý óêëçñü êáé ï ãñáößôçò åßíáé ìáëáêü, êáé ïëéóèçñü óôçí áöÞ óôåñåü. (â) ~Ïôáí êñýóôáëëïé ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ èñáýïíôáé, äçìéïõñãïýíôáé åðßðåäåò åðéöÜíåéåò ðÜíù óôá èñáýóìáôá. (ã) Ôï êáñâßäéï ôïõ ðõñéôßïõ (carborundum) åßíáé ìéá óêëçñÞ ïõóßá ìå ðïëý õøçëü óçìåßï ôÞîåùò, ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ùò ëåéáíôéêü. 16. ~Åóôù üôé óáò äßíïíôáé ïé áêüëïõèåò óôåñåÝò ïõóßåò: íÜôñéï, ãåñìÜíéï, ìåèÜíéï, íÝï, ÷ëùñéïý÷ï êÜëéï, íåñü. Ðïéá áðü ôéò áêüëïõèåò äéáôõðþóåéò ðåñéãñÜöåé ôçí êÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò ïõóßåò; (á) ~Åíá óôåñåü óõãêñáôïýìåíï áðü äõíÜìåéò van der Waals, ôï ïðïßï ôÞêåôáé óå èåñìïêñáóßá êáôþôåñç ôçò èåñìïêñáóßáò äùìáôßïõ. (â) ~Åíá óôåñåü ìå õøçëÞ çëåêôñéêÞ áãùãéìüôçôá, ôï ïðïßï ôÞêåôáé êïíôÜ óôïõò 200°C. (ã) ~Åíá õøçëïý óçìåßïõ ôÞîåùò óôåñåü ðëÝãìá, ðïõ ðåñéÝ÷åé Üôïìá ïìïéïðïëéêþò óõíäåäåìÝíá. (ä) ~Åíá ìç áãþãéìï óôåñåü, ôï ïðïßï ãßíåôáé êáëüò áãùãüò, üôáí ôÞêåôáé. (å) Ìßá ïõóßá, ìÝóá óôçí ïðïßá åßíáé Ýíôïíç ç ðáñïõóßá äåóìþí õäñïãüíïõ. 17. Íá ðñïâëÝøåôå ôç óåéñÜ áõîÞóåùò ôùí óçìåßùí ôÞîåùò ôùí ðáñáêÜôù ïõóéþí, ç êÜèå ìßá áðü ôéò ïðïßåò ðåñéÝ÷åé ÷ëþñéï: HCl, Cl2, NaCl, CCl4. Íá åîçãÞóåôå ôç âÜóç ôùí ðñïâëÝøåþí óáò. 18. Íá ðñïóäéïñßóåôå üëïõò ôïõò ôýðïõò äåóìþí ðïõ èá ðåñéìÝíáôå íá óõíáíôÞóåôå óå êñõóôÜëëïõò ôçò êáèåìéÜò áðü ôéò áêüëïõèåò ïõóßåò: (á) Ar, (â) Ç2Ï, (ã) CH4, (ä) CO2, (å) Si, (óô) Al, (æ) CaCl2, (ç) KClO3, (è) NaCl, (é) ÇCN.

482

19. ~Eíá äéÜëõìá ðïõ ðåñéÝ÷åé 2,40 g NaH2PO4 óå 100 g íåñü, Ý÷åé óçìåßï ðÞîåùò ôïõò –0,74°C. Ôé ìïéÜæïõí íá åßíáé ôá óùìáôßäéá ôçò äéáëõìÝíçò ïõóßáò; 20. ~Åíá óÜê÷áñï ìå ôï üíïìá ãëõêüæç Ý÷åé ôïí åìðåéñéêü ôýðï CH2O. ~Åíá äéÜëõìá 6,00 g ãëõêüæçò äéáëõìÝíçò óå 100 g íåñïý ÷áìçëþíåé ôï óçìåßï ðÞîåùò óôïõò 0,59 ± 0,05°C óýìöùíá ìå ìßá ðñáãìáôéêÞ ìÝôñçóç. Áí åßíáé ãíùóôü üôé ç ãëõêüæç äåí äéáóðÜôáé ðñïò ïðïéïäÞðïôå éüí üôáí äéáëýåôáé óôï íåñü, íá õðïëïãßóåôå ôï ìïñéáêü ôýðï ôçò ãëõêüæçò, ï ïðïßïò èá óõìöùíïýóå êáëýôåñá ìå ôá ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá. 21. Íá åêöñÜóåôå ôç óõãêÝíôñùóç êáèåíüò áðü ôá äéáëýìáôá ðïõ áíáöÝñïíôáé óôoí ðßíáêá ðïõ áêïëïõèåß ìå ôç âïÞèåéá ôùí ìïñéáêþí óõãêåíôñþóåþí ôïõò. ÄéáëõìÝíç ïõóßá ÁgNO3 AgNO3 AgNO3 NaOH NaOH

ÌÜæá äéáëõìÝíçò ïõóßáò (g)

¼ãêïò äéáëýìáôïò (ml)

17,0 34,0 340,0 50,0 0,200

1000 500 3000 600 10

22. Áí ðñïóôåèåß áñêåôü íåñü óå 300 ml äéáëýìáôïò 0,200 Ì NaCl, þóôå íá áõîçèåß ï üãêïò óôï Ýíá ëßôñï, ðïéá èá åßíáé ç ìïñéáêÞ êáô’ üãêï óõãêÝíôñùóç ôïõ íÝïõ äéáëýìáôïò; Ðüóá ãñáììÜñéá NaCl ðåñéÝ÷ïíôáé óôá áñ÷éêÜ 300 ml; Ðüóá ãñáììÜñéá NaCl ðåñéÝ÷ïíôáé óôá 300 ml ôïõ ôåëéêïý äéáëýìáôïò; 23. Áí áíáìé÷èïýí 500 ml äéáëýìáôïò 1,00 Ì ÊÏÇ ìå 1500 ml äéáëýìáôïò 2,00 Ì ÊÏÇ êáé óõìðëçñùèåß ï üãêïò ìå áêñßâåéá óôá 2500 ml ìå ôçí ðñïóèÞêç íåñïý, ðïéá èá åßíáé ç ìïñéáêÞ êáô’ üãêï óõãêÝíôñùóç ôïõ ôåëéêïý äéáëýìáôïò; Ðüóá ãñáììÜñéá ÊÏÇ ðåñéÝ÷ïõí 250 ml áõôïý ôïõ ôåëéêïý äéáëýìáôïò; 24. Ôñåéò öéÜëåò åñãáóôçñßïõ åßíáé óçìåéùìÝíåò ìå ôá ãñÜììáôá Á,  êáé Ã. Ç êáèåìßá ðåñéÝ÷åé Ýíá Ü÷ñùìï õãñü. Ïé åôéêÝôåò, ïé ïðïßåò Ý÷ïõí îåêïëëÞóåé áðü ôéò öéÜëåò, Ýãñáöáí ôá åîÞò: ÅôéêÝôôá Íï 1 n–âïõôáíüëç CH3CH2CH2CH2OH EôéêÝôôá Íï 2 n–ðåíôÜíéï CH3CH2CH2CH2CH3 ÅôéêÝôôá Íï 3 ÄéáéèõëáéèÝñáò CH3CH2OCH2CH3 Ìéá óåéñÜ ìåôñÞóåùí ðïõ Ýãéíáí óôá ôñßá áõôÜ õãñÜ Ýäùóå ôá áðïôåëÝóìáôá ôïõ ðáñáêÜôù ðßíáêá. Óå ðïéï õãñü áíôéóôïé÷åß ç åôéêÝôá Íï 1, ç åôéêÝôá Íï 2 êáé ç åôéêÝôá Íï 3; Íá åîçãÞóåôå ìå ðïéï ôñüðï åðçñåáóèÞêáôå áðü ôï êÜèå åßäïò ìåôñÞóåùò. Õãñü

ÌåôñÞóåéò

Á

ó.ô. (°C)

131,5

ó.â. (°C)

36,2

Ðõêíüôçôá (g/ml) Èåñìüôçôá åîáôìßóåùò (cal/g)

0,63 85

 –116 34,6 0,71 89,3

à –89,2 117,7 0,81 141

Äéáëõôüôçôá óôï íåñü (g/100 ml)

0,036

7,5

7,9

KÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÏÃÄÏÏ

Ãéãáíôéáßá ìüñéá

~Åíá áðü ôá ãéãáíôéáßá ìüñéá ðïõ åîåôÜæïíôáé óå áõôü ôï êåöÜëáéï åßíáé ôï ìüñéï ôïõ DNA (Deoxyribo nucleic Ácid = Äåóïîõñéâïíïõêëåúíéêü ïîý), Ýíá ôìÞìá ôïõ ïðïßïõ åéêïíßæåôáé åäþ.

484

Ôá ìüñéá ðïõ åîåôÜóèçêáí óôá ðñïçãïýìåíá êåöÜëáéá Þôáí üëá ìéêñÜ. Ôá ðåñéóóüôåñá ìüñéá åßíáé ó÷åôéêÜ ìéêñÜ, ìå ìïñéáêÝò ìÜæåò ìéêñüôåñåò ôïõ 1000. ÕðÜñ÷ïõí üìùò ìåñéêÝò åîáéñåôéêÜ óçìáíôéêÝò ïõóßåò, ïé ïðïßåò ðåñéÝ÷ïõí ìüñéá ìå ìïñéáêÝò ìÜæåò 1.000.000 Þ êáé ðåñéóóüôåñï. ÁíÜìåóá óå áõôÝò åßíáé ïé ðñùôåÀíåò êáé ôá Üìõëá, ôá ïðïßá åßíáé æùôéêÞò óçìáóßáò óõóôáôéêÜ ôùí æùíôáíþí ïñãáíéóìþí,

ôá ðëáóôéêÜ êáé ïé ßíåò, ôüóï óçìáíôéêÜ ãéá ôçí êáèçìåñéíÞ æùÞ, êáé ìåñéêÜ ïñõêôÜ, üðùò o áìßáíôïò. Ãéá ôçí êáôáíüçóç ôçò ÷çìåßáò åßíáé áðáñáßôçôç ç êáôáíüçóç ôüóï ôùí ìåãÜëùí üóï êáé ôùí ìéêñþí ìïñßùí. Óå áõôü ôï êåöÜëáéï èá åîåôáóèïýí ïé ôñüðïé ìå ôïõò ïðïßïõò äçìéïõñãïýíôáé ìåñéêïß áðü ôïõò óçìáíôéêïýò ôýðïõò ãéãáíôéáßùí ìïñßùí^ åðßóçò, èá ìÜèåôå ãéá ðïéï ëüãï Ý÷ïõí ÷ñÞóéìåò éäéüôçôåò.

Ôá ãéãáíôéáßá ìüñéá áðïôåëïýíôáé áðü ìéêñüôåñåò ìïíÜäåò 18.1

Ôá ãéãáíôéáßá ìüñéá åßíáé óõíÞèùò ðïëõìåñÞ.

Ôá ãéãáíôéáßá ìüñéá âñßóêïíôáé ðáíôïý ãýñù ìáò. ~Áëëá áðáíôïýí óôç öýóç êáé Üëëá ðáñáóêåõÜæïíôáé áðü ôïí Üíèñùðï. ÁõôÜ ôá ðïëý ìåãÜëá ìüñéá äïìïýíôáé êáôÜ Ýíá óõóôçìáôéêü êáé ïñãáíùìÝíï ôñüðï. ~Åíáò ôýðïò ìéêñþí ìïíÜäùí Þ ðïëý ëßãïé ôýðïé ìéêñþí ìïíÜäùí óõíäõÜæïíôáé ó÷çìáôßæïíôáò Ýíá ìåãÜëï óýíïëï ôïõ áðáéôïýìåíïõ ìåãÝèïõò. Ïé ïéêïäïìÝò êáôáóêåõÜæïíôáé êáô' áíÜëïãï ôñüðï. ÐñïêåéìÝíïõ íá öôéÜîïìå ôïß÷ïõò, ðáôþìáôá êáé óôÝãåò, ôïðïèåôïýíôáé ìáæß óýìöùíá ìå Ýíáí êáèïñéóìÝíï ôñüðï ðïëëÜ ôïýâëá, ðïëëÝò ðÝôñåò êáé ðïëëÝò óáíßäåò. ÄéáëÝãïíôáò Ýíá ïñéóìÝíï åßäïò ôïýâëïõ Þ îýëïõ Þ ðÝôñáò ìðïñïýìå íá êáôáóêåõÜóïìå Ýíáí ôïß÷ï Þ Ýíá ðÜôùìá ìå ìéá éäéáßôåñç óýíèåóç, ÷ñþìá Þ Üëëåò éäéüôçôåò. ÊáôÜ âÜóç, ôï ßäéï óõìâáßíåé êáé ìå ôá ãéãáíôéáßá ìüñéá. Áðïôåëïýíôáé áðü ðïëëÝò üìïéåò ìéêñÝò ìïíÜäåò ïé ïðïßåò óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò ü÷é ìå êáñöéÜ Þ ëÜóðç, áëëÜ ìå ÷çìéêïýò äåóìïýò. Ç öýóç ôùí ìéêñþí ìïíÜäùí ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé êáé ï ôñüðïò óõíäÝóåþò ôïõò åßíáé áõôÞ ðïõ êáèïñßæåé ôéò éäéüôçôåò ôùí ãéãáíôéáßùí ìïñßùí. ~Åíá ìåãÜëï ìüñéï ðïõ áðïôåëåßôáé áðü åðáíáëáìâáíüìåíåò äéáôÜîåéò ìéêñþí ìïñßùí ïíïìÜæåôáé ðïëõìåñÝò. Ôï êÜèå ìéêñü ìüñéï ïíïìÜæåôáé ìïíïìåñÝò. Ôá ðïëõìåñÞ ðåñéÝ÷ïõí ìåñéêÝò åêáôïíôÜäåò ìÝ÷ñé êáé ìåñéêÝò ÷éëéÜäåò ìïíïìåñþí. ÃåíéêÜ ôá ìïíïìåñÞ ìïéÜæïõí ìå ôïõò êñßêïõò ìéáò áëõóßäáò. ÕðÜñ÷ïõí ìåñéêÝò åîáéñÝóåéò óôïí êáíüíá áõôü áëëÜ ãéá ôçí ðëåéïøçößá ôùí ðïëõìåñþí ç ðáñáðÜíù ðåñéãñáöÞ èåùñåßôáé óùóôÞ. Ìéá åñþôçóç ðïõ ëïãéêü åßíáé íá ðñïêýøåé

Ý÷åé ùò åîÞò: Ðþò óõíäÝïíôáé ôá ìéêñÜ ìüñéá êáôÜ êáíïíéêü ôñüðï êáé ó÷çìáôßæïõí ôá ãéãáíôéáßá ìüñéá; Óôéò åðüìåíåò äýï ðáñáãñÜöïõò èá åîåôáóèåß ç áðÜíôçóç óå áõôÞí ôçí åñþôçóç.

18.2

Ðïëõìåñéóìüò óõìðõêíþóåùò.

Ôï íÜõëïí åßíáé ìéá óõíèåôéêÞ ßíá, ôçí ïðïßá ðéèáíüí íá ãíùñßæåôå. Ïé ÷çìéêïß ôçí áíáêÜëõøáí âáóéæüìåíïé óôç ãíþóç ôïõ ôñüðïõ ìå ôïí ïðïßï áíôéäñïýí ìåôáîý ôïõò äéÜöïñá åßäç ïñãáíéêþí äñáóôéêþí ïìÜäùí. Ãéá íá êáôáíïÞóïìå ôïí ôñüðï ó÷çìáôéóìïý ôïõ íÜõëïí èá ðñÝðåé íá èõìçèïýìå ôï åßäïò ôçò åíþóåùò ðïõ ïíïìÜæåôáé áìßäéï êáé ðïõ ðñùôïáíáöÝñèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 16.18. ÐåñéÝ÷åé ôç óýíäåóç ôïõ áìéäéêïý äåóìïý, üðïõ ôï R ðáñéóôÜíåé Ýíá Ç Þ ìéá ïìÜäá õäñïãïíÜíèñáêá: H ½ Ç3C – CH2 – C – N – R ½½ O ÁíáöÝñèçêå åðßóçò ðñïçãïõìÝíùò üôé Ýíáò ôñüðïò ðáñáóêåõÞò áìéäßùí åßíáé ç áíôßäñáóç åíüò åóôÝñá ìå ìßá áìßíç, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áêïëïõèåß: C2H5COOCH3 + H2NC3H7 Õ ðñïðéïíéêüò ìåèõëåóôÝñáò

n-ðñïðõëï-áìßíç

C2H5CONHC3H7 + CH3OH Í-ðñïðõëï-ðñïðéïíáìßäéï

ìåèáíüëç

ÊáôÜ ôçí áíôßäñáóç áõôÞ ó÷çìáôßæåôáé ìåèáíüëç. Ìéá Üëëç áíÜëïãç áíôßäñáóç ðïõ

485

äßíåé áìßäéá åßíáé áõôÞ ôùí êáñâïîõëéêþí ïîÝùí ìå ìéáí áìßíç. Óôçí áíôßäñáóç ðïõ áêïëïõèåß äßíåôáé Ýíá ôÝôïéï ðáñÜäåéãìá: C2H5COOH + H2NC3H7 Õ ðñïðéïíéêü ïîý

n-ðñïðõëï-áìßíç

C2H5CONHC3H7 + H2O Í-ðñïðõëï-ðñïðéïíáìßäéï

Ç óýíèåóç ôïõ íÜõëïí åðéôõã÷Üíåôáé ìå ìéá áíôßäñáóç ôïõ ðñïçãïýìåíïõ ôýðïõ. ÃåíéêÜ, ìéá ïìÜäá ìïñßùí, ç ïðïßá áðïôåëåßôáé áðü áëõóßäá áíèñÜêùí ìå ìéá êáñâïîõëéêÞ ïìÜäá óôï êÜèå Üêñï ôçò (äéïîý Þ äéêáñâïíéêü ïîý), ìðïñåß íá áíôéäñÜóåé ìå êÜðïéá Üëëç ïìÜäá ìïñßùí, ç ïðïßá áðïôåëåßôáé ðÜëé áðü áëõóßäá áíèñÜêùí áëëÜ ìå ìéá áìéíï-ïìÜäá óôï êÜèå Üêñï ôçò (äéáìßíç). Åéäéêüôåñá, óôá ÷çìéêÜ åñãáóôÞñéá ôï áäéðéêü ïîý HOOC–CH2–CH2–CH2–CH2–COOH áíôéäñÜ ìå äéáìéíï–1,6–åîÜíéï (Þ åîáìåèõëå íï–äéáìßíç–1–6) H2N–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–NH2 ÐñïêåéìÝíïõ íá óõíäåèïýí ìåôáîý ôïõò ôá ìïíïìåñÞ êáé íá ó÷çìáôßóïõí ìéá ðïëõìåñéóìÝíç áëõóßäá üðùò áõôÞí ôïõ ó÷Þìáôïò 18-1, èá ðñÝðåé íá åðáíáëçöèåß ðïëëÝò öïñÝò ç áíôßäñáóç áõôÞ. ÊÜèå öïñÜ ðïõ áíôéäñïýí ôá ìüñéá, áðïóðÜôáé Ýíá ìüñéï íåñïý áðü ôéò äñáóôéêÝò ïìÜäåò ôïõ

ïîÝïò êáé ôçò áìßíçò. Óôá Üêñá ôùí ìïñßùí ó÷çìáôßæåôáé Ýíáò áìéäéêüò äåóìüò. Ãé' áõôü áêñéâþò êáé ÷ñåéÜæïíôáé óå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç ìüñéá ìå äñáóôéêÝò ïìÜäåò êáé óôá äýï Üêñá ôïõò. H óõíèåôéêÞ ðáñáóêåõÞ ôïõ íÜõëïí ãßíåôáé ìå ìéá áíôßäñáóç ðïõ ïíïìÜæåôáé ðïëõìåñéóìüò óõìðõêíþóåùò. Óå üëåò ôéò áíôéäñÜóåéò áõôïý ôïõ åßäïõò ìïíïìåñÞ ìüñéá óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò ìå óýã÷ñïíç áðüóðáóç ïñéóìÝíùí áðëþí ìïñßùí, óõíÞèùò íåñïý. Ìå ôïí ôýðï áõôü áíôéäñÜóåùò åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí åêôüò áðü ôï íÜõëïí êáé Üëëá ðïëõìåñÞ áìßäéá, ôá ðïëõáìßäéá. Ôá ðïëõáìßäéá áõôÜ ó÷çìáôßæïíôáé ìå ôçí êáôÜëëçëç åðéëïãÞ ôùí ìïñßùí ôùí ÷ñçóéìïðïéïõìÝíùí äéêáñâïíéêþí ïîÝùí êáé äéáìéíþí. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ðáñáóêåõÜæïíôáé ðïëõáìßäéá ìå äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò. Èá ðñÝðåé íá áíáöåñèåß üôé ôï íÜõëïí åßíáé Ýíá éíþäåò õëéêü, ãéáôß ôá ìáêñÜ ìüñéá ôïõ ðïëõáìéäßïõ åßíáé ó÷åäüí ðáñÜëëçëá ìåôáîý ôïõò. Ç ðáñÜëëçëç áõôÞ äéÜôáîç ïöåßëåôáé óôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí õäñïãüíïõ áíÜìåóá óôéò áëõóßäåò, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 18-2. ÌÝ÷ñé ôï óçìåßï áõôü åîåôÜóèçêå ï ðïëõìåñéóìüò óõìðõêíþóåùò ôùí äéïîÝùí êáé ôùí äéáìéíþí. Ìå áõôü ôï åßäïò ôçò áíôéäñÜóåùò, ó÷çìáôßæïíôáé ðïëõìåñÞ ìå áìéäéêÝò óõíäÝóåéò. ÊáôÜ áíÜëïãï ôñüðï åßíáé äõíáôüí íá

Ó×ÇÌÁ 18-1. Ç óõìðýêíùóç ôïõ áäéðéêïý ïîÝïò ìå ôï äéáìéíï–1,6– åîÜíéï ïäçãåß ðñþôá óôï ó÷çìáôéóìü åíüò äéìåñïýò (á) êáé ôåëéêÜ åíüò ðïëõìåñïýò ìáêñÜò áëõóßäáò (â), ôï ïðïßï ïíïìÜæåôáé íÜõëïí.

486

áíôéäñÜóïõí äéêáñâïíéêÜ ïîÝá êáé äéáëêïüëåò

ôåñåöèáëéêü Þ ðáñáöèáëéêü ïîý, áíôéäñÜóåé ìå ìéá äéáëêïüëç, ð.÷. ôçí áéèõëåíïãëõêüëç, ó÷çìáôßæïíôáé ðïëý ìáêñÜ ðïëõåóôåñéêÜ ìüñéá. Ç ðïëõåóôåñéêÞ áõôÞ Ýíùóç åßíáé ç ðïëý ãíùóôÞ óõíèåôéêÞ ßíá ìå ôï üíïìá Dacron (Þ polyester). Ï ó÷çìáôéóìüò ôçò öáßíåôáé óôo ó÷Þìá 18-3.

18.3

Ðïëõìåñéóìüò ðñïóèÞêçò.

Ôá ìéêñÜ ìüñéá, åêôüò áðü ôéò áíôéäñÜóåéò ðïëõìåñéóìïý ìå óõìðýêíùóç, åßíáé äõíáôüí íá áíôéäñÜóïõí êáé íá ó÷çìáôßóïõí ãéãáíôéáßá ìüñéá ìå ìéá äéáäéêáóßá ðïõ ïíïìÜæåôáé ðïëõìåñéóìüò ðñïóèÞêçò. Ï ðéï ãíùóôüò ôýðïò áíôéäñÜóåùò ðïëõìåñéóìïý ðñïóèÞêçò åßíáé áõôüò ðïõ áêïëïõèåß. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç, äéáíïßãåôáé ï äéðëüò äåóìüò ôùí áëêåíßùí êáé ó÷çìáôßæïíôáé íÝïé áðëïß äåóìïß áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ Üíèñáêá: Ó×ÇÌÁ 18-2. Ç éíþäçò äïìÞ êáé ç áíôï÷Þ ôïõ íÜõëïí ïöåßëåôáé óôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí õäñïãüíïõ áíÜìåóá óôéò ðáñÜëëçëåò áëõóßäåò.

êáé íá ó÷çìáôßóïõí ðïëõìåñÞ ìå åóôåñéêïýò äåóìïýò. Êáé ðÜëé, áõôü âáóßæåôáé óå áíôßäñáóç ðïëõìåñéóìïý óõìðõêíþóåùò. ÓõãêåêñéìÝíá, üôáí ôï äéêáñâïíéêü ïîý ðïõ ïíïìÜæåôáé

Óå áõôüí ôïí ôýðï áíôéäñÜóåùò äåí õðÜñ÷åé áðïìÜêñõíóç áôüìùí*. ÐëÞèïò áðü ôá ðéï

Ó×ÇÌÁ 18-3. Ï ðïëõìåñéóìüò óõìðõêíþóåùò ôçò áéèõëåíï-ãëõêüëçò, ìéáò äéáëêïüëçò, ìå ôåñåöèáëéêü ïîý, Ýíá äéêáñâïíéêü ïîý, ïäçãåß óôï ãíùóôü ðïëõìåñÝò ÍôÜêñïí (Dacron). (Óôéò åõñùðáúêÝò ÷þñåò åßíáé ãíùóôü êáé ùò Ôery*

Ó.ô.Ì. ~Ïðùò ð.÷. Ç2Ï óôçí ðåñßðôùóç óõìðõêíþóåùò.

487 Ðßíáêáò 18.1 ÌåñéêÜ ãíùóôÜ ðïëõìåñÞ ðñïóèÞêçò.

ÌïíïìåñÝò

ÔìÞìá ðïëõìåñïýò áëõóßäáò

Êïéíü üíïìá ÐïëõáéèõëÝíéï

ÐïëõðñïðõëÝíéï

ÐïëõóôõñÝíéï

ÐëåîéãêëÜò

ãíùóôÜ êáé ÷ñÞóéìá ðïëõìåñÞ êáôáóêåõÜæïíôáé ìå áõôüí ôïí ôñüðï. ÄéáöÝñïõí óôï åßäïò ôùí ïìÜäùí ðïõ åßíáé ðñïóêïëëçìÝíåò óôç ìáêñÜ áëõóßäá ôùí áôüìùí ôïõ Üíèñáêá. ~Ïôáí üëåò ïé ðñïóêïëëçìÝíåò ïìÜäåò åßíáé Üôïìá õäñïãüíïõ, ôï ðïëõìåñÝò ïíïìÜæåôáé ðïëõáéèõëÝíéï. Ôï ìïíïìåñÝò ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé åßíáé ôï ìéêñü ìüñéï áëêåíßïõ ìå ôï üíïìá áéèõëÝíéï, H2C = CH2. Áí ôç èÝóç ôïõ ìïíïìåñïýò Ý÷åé ôï ôåôñáöèïñïáéèõëÝíéï, F2C = CF2, ôüôå ó÷çìáôßæåôáé ùò ðïëõìåñÝò ç Ýíùóç ìå ôï ãíùóôü

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

üíïìá Teflon. Óôïí ðßíáêá 18.1, áíáöÝñïíôáé ìåñéêÜ áðü ôá ðéï ãíùóôÜ ðïëõìåñÞ ðïõ ðáñÜãïíôáé ìå ðïëõìåñéóìü ðñïóèÞêçò. ÐïëëÜ Üëëá óõíèåôéêÜ ðïëõìåñÞ, êáèþò êáé Üëëá ãéãáíôéáßá ìüñéá, ÷ñçóéìïðïéïýíôáé êáèçìåñéíþò óå ìéá âéïìç÷áíéêÞ êïéíùíßá. Ðéèáíüôáôá, ãíùñßæåôå ôá ïíüìáôá ìåñéêþí áðü áõôÜ. Ðñï÷ùñþíôáò óôá óôÜäéá ôïõ åðüìåíïõ ðåéñÜìáôïò, èá åîïéêåéùèåßôå Üìåóá ìå ìåñéêÜ ðïëõìåñÞ.

18.4 Ç ðáñáóêåõÞ ìåñéêþí ðïëõìåñþí. Ãéá ôçí ðáñáóêåõÞ ðïëëþí ðïëõìåñþí õøçëÞò ðïéüôçôáò êáé ìåãÜëçò ìïñéáêÞò ìÜæáò, áðáéôïýíôáé óõíèÞêåò åëåã÷üìåíçò èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò ðïõ äåí õðÜñ÷ïõí óõíÞèùò óôá åñãáóôÞñéá ôùí ëõêåßùí. Ïé áíôéäñÜóåéò ðïõ èá ëÜâïõí ÷þñá üìùò êáôÜ ôç äéÜñêåéá áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò, äåß÷íïõí ôï ó÷çìáôéóìü ôùí ÷áñáêôçñéóôéêþí åíþóåùí ðïëëþí êïéíþí ðïëõìåñþí, ôá ïðïßá Ý÷ïõí åìðïñéêÝò åöáñìïãÝò. ÓÊÏÐÏÓ

Èá ðáñáóêåõÜóåôå ðïëõìåñÞ óõìðõêíþóåùò êáé ðñïóèÞêçò êáé èá ìÜèåôå ðþò åðçñåÜæïíôáé ïé éäéüôçôåò ôùí ðïëõìåñþí áðü ôéò äéáóõíäÝóåéò áíÜìåóá óôéò áëõóßäåò ôïõò.

488

ÕËÉÊÁ

5 ml ãëõêåñßíçò 3 g êïíéïðïéçìÝíïõ öèáëéêïý áíõäñßôç 10 ml 40% äéÜëõìá öïñìáëäåàäçò 4 g áäéðéêïý ïîÝïò 3 ml áéèõëåíïãëõêüëçò 10-15 ml ìåèõëéêïý ìåèáêñõëåóôÝñá ÐïôÞñé âñáóìïý 50 ml (Þ ìéêñü êïõôß êïíóÝñâáò) ñÜâäïò áíáäåýóåùò Ãïõäß êáé ãïõäï÷Ýñé Ãõáëß ñïëïãéïý Äáêôýëéïò êáé ïñèïóôÜôçò ÇëåêôñéêÞ åóôßá (Þ ëý÷íïò) Äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò Æõãüò Ìéêñü ãõÜëéíï äï÷åßï

Åíéó÷õìÝíï áëïõìéíü÷áñôï ×Üñôéíï ðïôÞñé ÅëáóôéêÞ ôáéíßá ÊïììÜôé îýëïõ (Þ ìåôÜëëïõ) 10 ml áðü êÜèå äéáëýôç (ïîéêü áéèõëåóôÝñá, ìåèõëï-áéèõëï-êåôüíç, áêåôüíç) 10 ml êïñåóìÝíïõ äéáëýìáôïò õäñï÷ëùñéêÞò áíéëßíçò óå íåñü 4 óôáãüíåò ðõêíïý èåééêïý ïîÝïò 3-4 óôáãüíåò âåíæïûëï-õðåñïîåéäßïõ óå äéáéèõëï- Þ âïõôõëï-âåíæõëïöèáëéêü áíõäñßôç 20-30 ml äéáõãÝò ðïëõåóôåñéêü ðñïðïëõìåñÝò 2-3 óôáãüíåò õðåñïîåßäéï ôçò ìåèõëï-áéèõëï-êåôüíçò

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á. ÐáñáóêåõÞ ãëõðôÜëçò (ìéáò ñçôßíçò). Ç óõìðýêíùóç áëêïïëþí ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ðåñéóóüôåñåò áðü ìßá ïìÜäá –ÏÇ ìå ôéò åíþóåéò ðïõ ïíïìÜæïíôáé áíõäñßôåò ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü ðïëõåóôÝñùí, ãíùóôþí ìå ôï üíïìá áëêéäéêÝò ñçôßíåò. ×ñçóéìåýïõí óôçí ðáñáãùãÞ óõã÷ñüíùí ÷ñùìÜôùí êáé âåñíéêéþí. Ãíùóôü ìÝëïò ôçò óåéñÜò áõôÞò åßíáé ç ñçôßíç ãëõðôÜëç, ç ïðïßá ó÷çìáôßæåôáé áðü ãëõêåñßíç êáé öèáëéêü áíõäñßôç.

ãëõêåñßíç

Ó×ÇÌÁ 18-4.

öèáëéêüò áíõäñßôçò

1. ÔïðïèåôÞóôå 2 g ãëõêåñßíçò êáé 3 g êïíéïðïéçìÝíïõ öèáëéêïý áíõäñßôç ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé âñáóìïý ôùí 50 ml Þ óå Ýíá ìåôáëëéêü êïõôß êïíóÝñâáò. Áíáìßîôå ìå ìéá ãõÜëéíç ñÜâäï ôéò äýï ïõóßåò. ÓêåðÜóôå ôï ðïôÞñé (Þ ôï êïõôß êïíóÝñâáò) ìå Ýíá ãõáëß ñïëïãéïý êáé èåñìÜíáôå áõôü ðñïóåêôéêÜ ðÜíù óå ìéá çëåêôñéêÞ åóôßá Þ óå ìéá ðïëý ÷áìçëÞ öëüãá ëý÷íïõ (âåâáéùèåßôå üôé öïñÜôå ôá ðñïóôáôåõôéêÜ ãõáëéÜ^ ðñïóï÷Þ, ç ñçôßíç áíáöëÝãåôáé). ÅîáêïëïõèÞóôå íá èåñìáßíåôå, ìÝ÷ñé íá åìöáíéóèïýí ìåãÜëåò öõóáëßäåò êáé íá öïõóêþóåé ôï ìßãìá. ÁöÞóôå ôç ñçôßíç íá øõ÷èåß. 2. Áðïìáêñýíáôå ôç ñçôßíç áðü ôï äï÷åßï êáé ëåéïôñéâÞóôå ôçí ìå ôï ãïõäï÷Ýñé ìÝóá óå Ýíá ãïõäß, üðùò óôï ó÷Þìá 18-4. ÐñïóðáèÞóôå íá äéáëýóåôå Ýíá ìÝñïò ôçò ìÝóá óå êÜðïéï äéáëýôç ðïõ èá óáò ðñïôåßíåé ï êáèçãçôÞò óáò. Ìçí ôç èåñìÜíåôå ðÜíù áðü öëüãá. ~Ïôáí ðáñáóêåõÜóåôå Ýíá äéÜëõìá ôçò ñçôßíçò, áäåéÜóôå Ýíá ìÝñïò ôïõ ðÜíù óå Ýíá êïììÜôé ìÝôáëëï Þ îýëï êáé áöÞóôå ôï íá óôåãíþóåé. Íá óçìåéþóåôå óôï ôåôñÜäéü

489

óáò ðïéá ç öýóç ôïõ õðïëåßììáôïò. Íá ðñïôåßíåôå ìéá ðñáêôéêÞ åöáñìïãÞ áõôïý ôïõ åßäïõò ôçò ñçôßíçò.

ÌÝñïò Â. ÐáñáóêåõÞ åíüò ðïëõìåñïýò ôïõ ôýðïõ aìßíçò-aëäåàäçò. Ôï 1909, ï L. Baekeland, ðñïóäéüñéóå ôéò äõíáôüôçôåò ó÷çìáôéóìïý ðëáóôéêþí ìå öïñìáëäåàäç, HCHO, ÷ñçóéìïðïéþíôáò áñùìáôéêÝò åíþóåéò, üðùò ç öáéíüëç,

Ó×ÇÌÁ 18-5.

ÐïëõìåñÞ áõôïý ôïõ ôýðïõ ïíïìÜæïíôáé ðëáóôéêÜ âáêåëßôç. Áêïëïõèåß ôï ðñþôï óôÜäéï ôçò áíôéäñÜóåùò óõìðõêíþóåùò áíÜìåóá óôç öáéíüëç êáé ôç öïñìáëäåàäç. Áîßæåé íá ðñïóÝîåôå ôçí áðïìÜêñõíóç ôïõ íåñïý.

Áíôß ãéá öáéíüëç èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ìéá áñùìáôéêÞ áìßíç, ðïõ ïíïìÜæåôáé áíéëßíç, C6H5NH2. Ç áíéëßíç áíôéäñÜ ìå öïñìáëäåàäç êáôÜ ôñüðï áíÜëïãï ìå ôç óõìðýêíùóç öáéíüëçò-öïñìáëäåàäçò. ÌåôñÞóôå 10 ml 40% äéáëýìáôïò öïñìáëäåàäçò, ðïõ ïíïìÜæåôáé öïñìüëç, êáé áäåéÜóôå ôá ìÝóá óå Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá, êáèþò åðßóçò êáé 10 ml êïñåóìÝíïõ õäáôéêïý äéáëýìáôïò õäñï÷ëùñéêÞò áíéëßíçò, ðïõ èá ôïðïèåôÞóåôå óå Ýíáí Üëëï äïêéìáóôéêü óùëÞíá. ÁäåéÜóôå ôá äéáëýìáôá ôùí äýï äïêéìáóôéêþí óùëÞíùí ôáõôü÷ñïíá ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé ôùí 50 ml Þ óå Ýíá ìéêñü ìåôáëëéêü êïõôß êïíóÝñâáò þóôå íá áíáìé÷èïýí, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 18-5. Óçìåéþóôå áí êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò áíôéäñÜóåùò åëåõèåñþíåôáé Þ áðïññïöÜôáé èåñìüôçôá. ÅîåôÜóôå ôï ðñïúüí êáé êáôáãñÜøôå ôéò éäéüôçôÝò ôïõ óôï ôåôñÜäéü óáò.

ÌÝñïò Ã. ÅîÝôáóç ôùí áðïôåëåóìÜôùí ôùí äéáêëáäéæïìÝíùí áëõóßäùí. Ïé ãåéôïíéêÝò áëõóßäåò áôüìùí, üðùò ôùí ðïëõìåñþí, óõíäÝïíôáé óõ÷íÜ ìåôáîý ôïõò ìå ÷çìéêïýò äåóìïýò. Ç óýíäåóç áõôÞ ïíïìÜæåôáé ðïëõìåñéóìüò ìå äéáêëáäéæüìåíåò áëõóßäåò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ïé äåóìïß õäñïãüíïõ ôïõ ó÷Þìáôïò 18-2 äéáóõíäÝïõí ôá ìüñéá ôïõ íÜõëïí. ÅéäéêÝò ðñïöõëÜîåéò. Ç èÝñìáíóç ôùí ìéãìÜôùí óôá óôÜäéá 2 êáé 3 èá ðñÝðåé íá ãßíåé ðïëý ðñïóåêôéêÜ, ãéá íá ðåñéïñéóèåß ï ó÷çìáôéóìüò áôìþí ãëõêåñßíçò êáé áéèõëåíïãëõêüëçò. 1. Êüøôå Ýíá ôåôñÜãùíï êïììÜôé áíèåêôéêïý áëïõìéíü÷áñôïõ ðëåõñÜò ðåñßðïõ 16 cm. Óôåñåþóôå Ýíá óéäåñÝíéï äáêôýëéï óå Ýíá êáôÜëëçëï óôÞñéãìá (ïñèïóôÜôç). Ó÷çìáôßóôå Ýíá ñç÷ü äï÷åßï ôïðïèåôþíôáò ôï áëïõìéíü÷áñôï ðÜíù óôï óôÞñéãìá, ðéÝæïíôÜò ôï ìáëáêÜ êÜôù, ìÝóá óôï êÝíôñï ôïõ äáêôõëßïõ êáé ôõëßãïíôáò áõôü ðïõ ðåñéóóåýåé ãýñù áðü ôï äáêôýëéï, þóôå íá óôåñåùèåß óå áõôÞí ôç èÝóç. ÐñïóÝîôå íá ìçí ôñõðÞóåôå ôï áëïõìéíü÷áñôï êáèþò èá ôï ôïðïèåôåßôå.

490

2. ÐñïóèÝóôå óôï êÝíôñï ôïõ áëïõìéíü÷áñôïõ ôïõ äáêôõëßïõ 2 g ðåñßðïõ áäéðéêïý ïîÝïò. ÐñïóèÝóôå åðßóçò óôï áäéðéêü ïîý ðåñßðïõ 40-50 óôáãüíåò ãëõêåñßíçò êáé 2 óôáãüíåò ðõêíïý èåééêïý ïîÝïò. Áíáìßîôå åëáöñÜ ìå ìéá ãõÜëéíç ñÜâäï ìÝ÷ñé íá äçìéïõñãçèåß Ýíá êïëëþäåò ìßãìá. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá ëý÷íï êÜôù áðü ôï áëïõìéíü÷áñôï êáé èåñìÜíáôå ðïëý ðñïóåêôéêÜ ìå ÷áìçëÞ öëüãá ãéá 4-5 ëåðôÜ. Íá óçìåéþóåôå üëåò ôéò ìåôáâïëÝò óôç óõíï÷Þ ôïõ ìßãìáôïò êáôÜ ôç èÝñìáíóç. ÐñïóÝîôå íá ìçí îåñïøÞóåôå Þ áðáíèñáêþóåôå ôï ðñïúüí êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí ôåëéêþí óôáäßùí ôçò èåñìÜíóåùò. ÁöÞóôå ôï ìßãìá íá êñõþóåé êáé åîåôÜóôå ôéò éäéüôçôåò ôïõ ôåëéêïý ðñïúüíôïò. ÖõëÜîôå ôï ðñïúüí, ãéá íá ôï óõãêñßíåôå ìå ôï ðñïúüí ðïõ èá ðáñáóêåõáóèåß óôï óôÜäéï 3. 3. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá êáéíïýñãéï êïììÜôé áëïõìéíü÷áñôïõ ðÜíù óôï óéäåñÝíéï óôÞñéãìá. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ, 2 g áäéðéêïý ïîÝïò, 40-50 óôáãüíåò áéèõëåíïãëõêüëçò êáé 2 óôáãüíåò ðõêíïý èåééêïý ïîÝïò. Áíáäåýóáôå åëáöñÜ ãéá íá ó÷çìáôéóèåß Ýíá êïëëþäåò ìßãìá. ÈåñìÜíáôå ðñïóåêôéêÜ ãéá ìåñéêÜ ëåðôÜ êáé óçìåéþóôå üëåò ôéò ìåôáâïëÝò ðïõ äçìéïõñãïýíôáé. ÁöÞóôå ôï ìßãìá íá êñõþóåé êáé óõãêñßíåôÝ ôï ìå ôï ðñïúüí ðïõ ó÷çìáôßóèçêå óôï óôÜäéï 2.

ÌÝñïò Ä. ÐáñáóêåõÞ åíüò ðïëõìåñïýò ðñïóèÞêçò. 1. ÔïðïèåôÞóôå 10 ml ìåèõëéêïý ìåèáêñõëåóôÝñá ìÝóá óå Ýíá ìéêñü ãõÜëéíï äï÷åßï (üðùò áõôÜ ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá ôéò ðáéäéêÝò ôñïöÝò) êáé ðñïóèÝóôå ìåñéêÝò óôáãüíåò âåíæïûëï-õðåñïîåéäßïõ äéáëõìÝíïõ óå öèáëéêü äéáéèõëåóôÝñá Þ öèáëéêü âïõôõëï-âåíæõëåóôÝñá. ÓêåðÜóôå ôï ìå Ýíá êïììÜôé áëïõìéíü÷áñôïõ, ôï ïðïßï èá ãõñßóåôå óôçí Üêñç ôïõ äï÷åßïõ êáé èá óôåñåþóåôå ìå Ýíá ëáóôé÷Üêé. ÔïðïèåôÞóôå ôï äï÷åßï ìÝóá óå èåñìü õäñüëïõôñï êáé äéáôçñÞóôå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ áêñéâþò êÜôù áðü ôï óçìåßï âñáóìïý ôïõ íåñïý ãéá 30 ðåñßðïõ ëåðôÜ Þ ìÝ÷ñé íá ïëïêëçñùèåß ï ðïëõìåñéóìüò. ÁöÞóôå ôï ðïëõìåñÝò íá êñõþóåé. Íá êáôáãñÜøåôå ôéò éäéüôçôÝò ôïõ óôï ôåôñÜäéü óáò. 2. ÅíáëëáêôéêÞ äéáäéêáóßá. ÔïðïèåôÞóôå 20-30 ml åíüò ðñïðïëõìåñïýò åìðïñéêïý ôýðïõ* ìÝóá óå Ýíá ÷Üñôéíï ðïôÞñé. ÐñïóèÝóôå 2-3 óôáãüíåò õðåñïîåéäßïõ ôçò ìåèõëï-áéèõëï-êåôüíçò êáé áíáäåýóôå æùçñÜ ìå ìéá ãõÜëéíç ñÜâäï. ÊáôáóêåõÜóôå Ýíá êáëïýðé ó÷Þìáôïò ìéêñïý äï÷åßïõ áðü åíéó÷õìÝíï áëïõìéíü÷áñôï. ÁäåéÜóôå ôï ìßãìá ìÝóá óôï êáëïýðé êáé áöÞóôå ôï íá ðáñáìåßíåé ìÝóá óôïí áðáãùãü (ôïõ åñãáóôçñßïõ óáò) Þ óå Üëëï êáëÜ áåñéæüìåíï ìÝñïò ãéá åßêïóé ôÝóóåñéò þñåò. ÁöáéñÝóôå ôï áëïõìéíü÷áñôï êáé êáôáãñÜøôå óôï ôåôñÜäéü óáò ôéò éäéüôçôåò ôïõ ëáìâáíïìÝíïõ ðñïúüíôïò. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï, áí ðñïóôåèïýí ìéêñÝò ðïóüôçôåò ÷ñþìáôïò óôï ìßãìá ðñéí ôçí áíÜäåõóç, ìðïñïýí íá ãßíïõí ðïëý÷ñùìá êáëëéôå÷íéêÜ áíôéêåßìåíá. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞí ìðïñåßôå íá áäåéÜóåôå ôï ìßãìá óå êáëïýðéá áðü êåñß ðáñáößíçò. ÁäåéÜæïíôáò áñêåôÝò ðïóüôçôåò äéáöïñåôéêÜ ÷ñùìáôéóìÝíùí ìéãìÜôùí ìáæß ðÜíù óå Ýíá öýëëï áðü áëïõìéíü÷áñôï ãõñéóìÝíï óôéò Üêñåò, þóôå íá åìðïäßæåôáé ç åêñïÞ, ìðïñåßôå íá öôéÜîåôå ðïëý÷ñùìá öýëëá ðëáóôéêþí. *

Ó.ô.Ì. ~Ïðùò åßíáé ôï äéÜöáíï õëéêü ðïõ ðùëåßôáé óôá êáôáóôÞìáôá êáëëéôå÷íéêþí êáôáóêåõþí Þ åñáóéôå÷íéêþí áðáó÷ïëÞóåùí (÷üìðõ) êáé ÷ñçóéìåýåé ãéá ôçí (åñáóéôå÷íéêÞ) êáôáóêåõÞ åíüò åßäïõò âéôñþ.

491

Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Ç áíôßäñáóç áíÜìåóá óå ãëõêåñßíç êáé öèáëéêü áíõäñßôç ðñïêåéìÝíïõ íá ðáñáóêåõáóèåß ç ñçôßíç ãëõðôÜëç ðáñéóôÜíåôáé äõóêïëüôåñá óôï ÷áñôß áðü ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óå ãëõêåñßíç êáé ïñèïöèáëéêü ïîý, ç ïðïßá ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü åíüò ðñïúüíôïò ìå ôïí ßäéï áêñéâþò ôýðï.

ïñèoöèáëéêü ïîý Ná ó÷åäéÜóåôå ôÝóóåñéò óõíôáêôéêïýò ôýðïõò ãéá ôá ìüñéá ôçò ãëõêåñßíçò ôïðïèåôçìÝíïõò óå ôõ÷áßåò èÝóåéò ðÜíù óå Ýíá êïììÜôé ÷áñôß êáé óå áðüóôáóç áñêåôþí åêáôïóôþí ìåôáîý ôïõò. Íá äåßîåôå ìå ðïéï ôñüðï åßíáé äõíáôüí íá óõíäåèïýí ôá ìüñéá ôïõ ïñèïöèáëéêïý ïîÝïò ìå ôá äéÜöïñá ìüñéá ôçò ãëõêåñßíçò ðñïêåéìÝíïõ Ýôóé íá ó÷çìáôéóèïýí åóôåñéêïß äåóìïß ðñïò äéÜöïñåò êáôåõèýíóåéò. 2. Íá ãñÜøåôå ôï óõíôáêôéêü ôýðï ôçò áíéëßíçò, üðïõ èá öáßíïíôáé üëá ôá Üôïìá õäñïãüíïõ ôïõ âåíæïëéêïý äáêôõëßïõ. Áò õðïôåèåß üôé äýï Üôïìá õäñïãüíïõ, ðïõ åßíáé ãåéôïíéêÜ ðñïò ôçí ïìÜäá ÍÇ2, êáèþò êáé ôï áêñéâþò áðÝíáíôé ðñïò áõôÞí áíôéäñïýí ìå ìüñéá öïñìáëäåàäçò (ðáñáôÞñçóå ôçí áíÜëïãç áíôßäñáóç ðïõ áíáöÝñåôáé óôï Â~ ÌÝñïò êáé áöïñÜ óôá Üôïìá õäñïãüíïõ ðïõ ãåéôíéÜæïõí ðñïò ôç äñáóôéêÞ ïìÜäá ôçò öáéíüëçò). Äåßîôå ðþò åßíáé äõíáôüí ìåñéêÜ ìüñéá áíéëßíçò êáé öïñìáëäåàäçò íá ó÷çìáôßóïõí Ýíá óþìá ìå äïìÞ êñõóôáëëéêïý ðëÝãìáôïò. 3. Ðþò åîçãåßôáé ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óå Ýíá ðïëõìåñÝò áäéðéêïý ïîÝïòáéèõëåíïãëõêüëçò êáé åíüò ðïëõìåñïýò áäéðéêïý ïîÝïò ãëõêåñßíçò; 4. ÊáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ ðïëõìåñïýò ðñïóèÞêçò ôïõ Ä~ ÌÝñïõò, åêôüò áðü ôï êýñéï ðñïúüí, ìÞðùò ó÷çìáôßóèçêå êáé êÜðïéï Üëëï ðñïúüí; Èá ðåñéìÝíáôå ôï ôåëéêü ðñïúüí íá åßíáé ðåñéóóüôåñï Þ ëéãüôåñï áêüñåóôï áðü ôï áñ÷éêü ðñïúüí;

Ðåñßëçøç. Ôá ðëáóôéêÜ êáé ïé óõíèåôéêÝò ßíåò áðïôåëïýíôáé áðü ãéãáíôéáßá ìüñéá, ðïõ ïíïìÜæïíôáé ðïëõìåñÞ. Ôá ðïëõìåñÞ äçìéïõñãïýíôáé áðü ôç óýíäåóç ðïëëþí ìéêñþí ìïñßùí, äçëáäÞ ôùí ìïíïìåñþí, ìåôáîý ôïõò. Ç óýíäåóç áõôÞ ãßíåôáé ìå äýï âáóéêïýò ôñüðïõò. Ç ìßá ìÝèïäïò ïíïìÜæåôáé ðïëõìåñéóìüò óõìðõêíþóåùò. Êáô' áõôÞí äýï äéáöïñåôéêÜ åßäç ìéêñþí ìïñßùí áíôéäñïýí ìåôáîý ôïõò êáé áðïâÜëëïíôáò óõíÞèùò íåñü óõíäÝïíôáé óå ðïëý ìáêñÝò áëõóßäåò. Ç Üëëç ìÝèïäïò ïíïìÜæåôáé ðïëõìåñéóìüò ðñïóèÞêçò, êáé ðñüêåéôáé ãéá ôç äéáäéêáóßá êáôÜ ôçí ïðïßá ïé äéðëïß äåóìïß ìéêñþí áëêåíßùí áíïßãïõí êáé

ó÷çìáôßæïíôáé íÝïé äåóìïß C – C áíÜìåóá óôá ìïíïìåñÞ.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íá äåßîåôå ìå ôýðïõò ðþò óõíäÝåôáé Ýíá äéêáñâïíéêü ïîý êáé ìéá äéáìßíç, ãéá íá ó÷çìáôéóèåß Ýíá ðïëõáìßäéï áíÜëïãï ìå ôï íÜûëïí. 2. Íá ó÷åäéÜóåôå ôï ðïëõìåñÝò ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèåß áðü ôï ìïíïìåñÝò F2C = CF2. Íá ïíïìÜóåôå ôï ðïëõìåñÝò. Ðïéá åßíáé ìéá êïéíÞ ôïõ ÷ñÞóç;

492

Choh Hao Li

O Choh Hao Li áöéÝñùóå ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôçò åðéóôçìïíéêÞò ôïõ óôáäéïäñïìßáò óôçí åîÝôáóç ôùí ïñìïíþí ôçò õðïöýóåùò. ÐÞñå ôï ðôõ÷ßï ôïõ ÷çìéêïý ôï 1933 áðü ôï ÐáíåðéóôÞìéï Íanking ôçò Êßíáò. Äýï ÷ñüíéá áñãüôåñá ðÞãå óôéò ÇíùìÝíåò Ðïëéôåßåò. Ôï 1938 áðÝêôçóå ôï äéäáêôïñéêü ôïõ áðü ôï ÐáíåðéóôÞìéï ôçò Êáëéöüñíéáò óôï ÌðÝñêëåû, ìå ôï ïðïßï êáé óõíÝ÷éóå íá óõíåñãÜæåôáé. Ôï 1950 Ýãéíå ôáêôéêüò êáèçãçôÞò êáé äéåõèõíôÞò ôïõ åñãáóôçñßïõ ïñìïíïëïãéêþí åñåõíþí. Ôï 1955 ðïëéôïãñáöÞèçêå Áìåñéêáíüò ðïëßôçò. Ðþò åßíáé äõíáôüí íá áó÷ïëåßôáé êÜðïéïò ôüóá ðïëëÜ ÷ñüíéá ìüíï ìå Ýíáí áäÝíá; Ç áðÜíôçóç âñßóêåôáé óôçí ðïëõðëïêüôçôá ôïõ ïñãÜíïõ êáé óôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï ëåéôïõñãåß. Ç õðüöõóç âñßóêåôáé óôï êÝíôñï ôïõ êåöáëéïý êáé åëÝã÷åé ðïëëïýò Üëëïõò áäÝíåò ôïõ óþìáôïò. Ï êáèÝíáò áðü ôïõò ôñåéò ëïâïýò ôçò õðïöýóåùò åðéôåëåß åéäéêÝò ëåéôïõñãßåò êáé ðáñÜãåé äéáöïñåôéêÝò ïñìüíåò. Ï Li êáé ïé óõíÜäåëöïß ôïõ óôï ðáíåðéóôÞìéï ôçò Êáëéöüñíéáò áðïìüíùóáí áñêåôÝò ïñìüíåò áðü ôçí õðüöõóç êáé ìåëÝôçóáí ôç äïìÞ êáé ôç äñÜóç ôïõò. ÁíáêÜëõøáí üôé ìåñéêÝò ïñìüíåò åíåñãïðïéïýí ôï èõñåïåéäÞ, åëÝã÷ïõí ôçí ðáñáãùãÞ ôùí óåîïõáëéêþí ïñìïíþí, ôç

ëåéôïõñãßá ôùí åðéíåöñéäßùí áäÝíùí êáé åíåñãïðïéïýí ôçí ðáñáãùãÞ ôïõ ãÜëáêôïò. Äéáðßóôùóáí üôé Üëëåò åëÝã÷ïõí ôçí ðßåóç ôïõ áßìáôïò, ôçí éóïññïðßá ôïõ ýäáôïò óôï óþìá êáé ôçí ôá÷ýôçôá ìåôáâïëéóìïý ìÝóá óôá êýôôáñá. Ìéá áðü ôéò ãíùóôüôåñåò ïñìüíåò ðïõ áðïìüíùóå ï Li åßíáé ç áäñåíïêïñôéêïôñüðïò ïñìüíç Þ ãéá óõíôïìßá ACTH. ~Ïôáí, óå áóèåíåßò ðïõ ðÜó÷ïõí áðü ñåõìáôïåéäÞ áñèñßôéäá ÷ïñçãçèåß ACTH, åíåñãïðïéïýíôáé ôá åðéíåöñßäéá êáé ðáñÜãïõí êïñôéæüíç, ç ïðïßá êáôáðñáàíåé óå óçìáíôéêü âáèìü ôïí ðüíï ðïõ ïöåßëåôáé óôçí áóèÝíåéá. Ï Li âñÞêå üôé ðïëëÝò áðü ôéò ïñìüíåò ôçò õðïöýóåùò åßíáé ðåñéóóüôåñï ðïëýðëïêåò áðü ôéò ïñìüíåò ðïõ ðáñÜãïíôáé óå Üëëá óçìåßá ôïõ óþìáôïò. Åöáñìüæïíôáò ìåèüäïõò ôéò ïðïßåò áíÝðôõîå ï ôéìçèåßò ìå âñáâåßï Íüìðåë Frederick Sanger, áðü ôï ÊÝéìðñéôæ, áõôüò êáé ïé óõíåñãÜôåò ôïõ Üñ÷éóáí íá äéá÷ùñßæïõí ôá ìüñéá ôùí äéáöüñùí ïñìïíþí ìåôáîý ôïõò, åîåôÜæïíôáò ôç äïìÞ ôùí êëáóìÜôùí. Ôï 1965 ï Li êáé ïé óõíåñãÜôåò ôïõ åß÷áí ðñïóäéïñßóåé üôé ç ACTH åßíáé ìéá ðïëýðëïêç ðñùôåÀíç, ðïõ áðïôåëåßôáé áðü 39 áìéíïîÝá ôïðïèåôçìÝíá êáôÜ ïñéóìÝíç áëëçëïõ÷ßá. Ôïí ßäéï ÷ñüíï ïé åñåõíçôÝò áíáêÜëõøáí üôé ç áíèñþðéíç áõîçôéêÞ ïñìüíç, ç ïðïßá ìðïñåß íá ïäçãÞóåé óå ãßãáíôåò Þ íÜíïõò áíÜëïãá ìå ôçí ðïóüôçôÜ ôçò óôï óþìá, åßíáé Ýíá ìüñéï ðñùôåÀíçò ðïõ ðåñéÝ÷åé 256 áìéíïîÝá. Ìå âÜóç ôï Ýñãï ôïõ Li êáé ôùí óõíåñãáôþí ôïõ, ðïëëïß åñåõíçôÝò ìåëåôïýí ôïõò ìç÷áíéóìïýò ìå ôïõò ïðïßïõò ïé ïñìüíåò ôçò õðïöýóåùò áóêïýí ôïí Ýëåã÷ï ôùí âéïëïãéêþí ëåéôïõñãéþí. Ïé ãíþóåéò áõôÝò èá âïçèÞóïõí ôïõò ãéáôñïýò óôçí áíáæÞôçóç êáëõôÝñùí ôñüðùí åîáóöáëßóåùò ôçò Üñéóôçò ëåéôïõñãßáò ôïõ áíèñþðéíïõ óþìáôïò êáé ôçò áíôéìåôùðßóåùò ôùí áóèåíåéþí ðïõ óõíáíôïýí.

493

Ôá ãéãáíôéáßá ìüñéá ðïõ áðáíôïýí óôç öýóç 18.5

ÐñùôåÀíåò.

áêñéâÞò óåéñÜ ìå ôçí ïðïßá åßíáé ôïðïèåôçìÝíá êáèïñßæåé ôçí ôáõôüôçôá ôçò ðñùôåÀíçò. Áò óêåöèïýìå ôþñá ðüóåò ðéèáíüôçôåò óõíäõáóìþí õðÜñ÷ïõí, áí óå Ýíá ìüñéï ðïõ ìðïñåß íá ðåñéÝ÷åé

Ïé ðåñéóóüôåñåò áðü ôéò ïõóßåò ôïõ óþìáôüò ìáò, áíÜìåóá óôéò ïðïßåò åßíáé ïé ìýåò, ôá ìáëëéÜ, ôá íý÷éá êáé ç åðéäåñìßäá, áðïôåëïýíôáé áðü ãéãáíôéáßá ìüñéá ðïõ ïíïìÜæïíôáé ðñùôåÀíåò. Ïé ðñùôåÀíåò åßíáé Ýíá åßäïò ðïëõáìéäßùí. ÄéáöÝñïõí üìùò áðü ôá óõíèåôéêÜ ðïëõáìßäéá, üðùò åßíáé ôï íÜõëïí, óå ìåñéêÜ óçìáíôéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ. Ôá ìéêñÜ ìüñéá áðü ôá ïðïßá ó÷çìáôßæïíôáé ïé ðñùôåÀíåò ïíïìÜæïíôáé áìéíïîÝá. ÏíïìÜæïíôáé Ýôóé ãéáôß ðåñéÝ÷ïõí ìéá áìéíïìÜäá (–ÍÇ 2) êáé ìéá êáñâïîõëïìÜäá (–COOH). Ó÷åäüí üëá ôá áìéíïîÝá Ý÷ïõí ôçí ðáñáêÜôù äïìÞ:

ÐÉíáêáÓ 18.2. ÌåñéêÜ óçìáíôéêÜ áìéíïîÝá.

Ç

ÇÏ

½

H2N – C – COOH R Ôá áìéíïîÝá äéáöÝñïõí ìåôáîý ôïõò ùò ðñïò ôçí ïìÜäá–R. YðÜñ÷ïõí ðåñßðïõ åßêïóé áìéíïîÝá, ôá ïðïßá ó÷çìáôßæïõí ó÷åäüí üëåò ôéò óçìáíôéêÝò ðñùôåÀíåò. ÂÝâáéá, õðÜñ÷ïõí êáé Üëëá ëéãüôåñï óõíçèéóìÝíá áìéíïîÝá. Óôïí ðßíáêá 18.2 áíáöÝñïíôáé ìåñéêÜ áðü ôá óçìáíôéêÜ áìéíïîÝá. Ìéá ðñùôåÀíç ó÷çìáôßæåôáé áðü ðïëõìåñéóìü óõìðõêíþóåùò ðïëëþí áìéíïîÝùí. Óôï ó÷Þìá 18-6 áîßæåé íá óçìåéùèåß ç ðáñïõóßá ôùí ïìÜäùí áìéäßùí. ÃåíéêÜ, üëá ôá ìüñéá ìéáò ðñùôåÀíçò ðåñéÝ÷ïõí êáé ôá 20 áìéíïîÝá (Þ ó÷åäüí üëá). Ç

+ H

N

C

O C

H +

Ï_Ç Ç

R

Ç C

Ç

ÍÇ2

C

C

C

H3C

Ç

ÍÇ2

Ç COOH

Ëåõêßíç

Ç

Ç

Ç

C

C

C

Ç

Ç

ÍÇ2

COOH

Ãëïõôáìéíéêü ïîý

Ç

Ç

C

C

Ç

ÍÇ2

COOH

Ç

Ç

Ç

Ç

Ç

N

C

C

C

C

Ç

Ç

Ç

ÍÇ2

H +

H N

Ï_Ç Ç

R´

Óåñßíç

C

ÇÍ

C

COOH

Ç 2Í

O

C

Ç C

HO

H N

Ãëõêßíç Þ Ãëõêüêïëëá

Ç

HOOC

¼íïìá

COOH

H3C Ç

½

H

C ÍÇ2

Ç

H

Ôýðïò

Ç

Ôõñïóßíç

COOH

Áñãéíßíç

O

C

C

R´´

+ Ï_Ç

Müñéá Ç2Ï

Ç

Ç

Í

C

C

R

Ï

Ç

Ç

Í

C

C

R´

Ï

Ç

Ç

Í

C

C

R´´

Ï

Ó×ÇÌÁ 18-6. Ïé ðñùôåÀíåò, üðùò öáßíåôáé åäþ, åßíáé ðïëõìåñÞ óõìðõêíþóåùò, ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé ìå óýíäåóç ôïõ ôýðïõ êåöáëÞò-ïõñÜò ôùí áìéíïîÝùí. (ÄçëáäÞ, óýíäåóç ôçò áìéíïìÜäáò ôïõ åíüò ìå ôçí êáñâïîõëéêÞ ïìÜäá åíüò Üëëïõ ê.ï.ê.).

494

óõíïëéêÜ áðü 100 ìÝ÷ñé 1000 áìéíïîÝá ãíùñßæïìå üôé áðáíôïýí 20 äéáöïñåôéêÜ åßäç áìéíïîÝùí. Áõôü ìáò âïçèÜ íá êáôáíïÞóïìå ãéáôß åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí ôüóåò ðïëëÝò äéáöïñåôéêÝò ðñùôåÀíåò, ðïõ åîõðçñåôïýí ôüóïõò ðïëëïýò äéáöïñåôéêïýò óêïðïýò óôï óþìá. Óå Ýíá ìüñéï ðñùôåÀíçò ðïõ ðåñéÝ÷åé 100 áìéíïîÝá ìå ìéá åðéëïãÞ áíÜìåóá óå 20 äõíáôüôçôåò ãéá ôçí êÜèå èÝóç ôçò áëõóßäáò, åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí 20 100 äéáöïñåôéêÜ ìüñéá. Ðñüêåéôáé ãéá Ýíáí áóýëëçðôï áñéèìü êáé ìüíï Ýíáò áðü ôïõò ðéèáíïýò óõíäõáóìïýò âñßóêåôáé óå êÜðïéá ðñùôåÀíç. Ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï Ýíáò ïñãáíéóìüò êáôïñèþíåé íá óõíèÝôåé ôçí êÜèå ìßá áðü ôéò åêáôïíôÜäåò ðñùôåÀíåò ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ôï óþìá ìå ôï óùóôü óõíäõáóìü áìéíïîÝùí, áðïôåëåß Ýíá óõíáñðáóôéêü ðñüâëçìá. ×çìéêïß êáé âéïëüãïé ôþñá áñ÷ßæïõí íá êáôáíïïýí ôï ìç÷áíéóìü áõôüí. Ç Ýñåõíá áõôïý ôïõ ðñïâëÞìáôïò áðïôåëåß ôïí ðéï åëêõóôéêü ôïìÝá ôçò åðéóôÞìçò*. ~Ïðùò ìÜèáôå ìüëéò ðñéí, ôá ðñùôåúíéêÜ ìüñéá äéáöÝñïõí óôç óåéñÜ Þ óôçí áëëçëïõ÷ßá ôùí áìéíïîÝùí ìÝóá óôéò áëõóßäåò ôïõò (óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, äéáöÝñïõí óôç óåéñÜ áõôþí ôùí ôìçìÜôùí ôùí ìïñßùí ðïõ áðïìÝíïõí áðü ôá áìéíïîÝá, äçëáäÞ ôùí ôìçìÜôùí ðïõ áðïìÝíïõí ìåôÜ ôçí áðïìÜêñõíóç ôùí ìïñßùí ôïõ íåñïý). Ìßá áðü ôéò êõñéüôåñåò áéôßåò ðïõ ôá ìüñéá ìå äéáöïñåôéêÝò áëëçëïõ÷ßåò Ý÷ïõí êáé äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò åßíáé ç äéáöïñåôéêÞ äéÜôáîÞ ôïõò óôï ÷þñï. Ôï ó÷Þìá åíüò ìïñßïõ ðñùôåÀíçò åðçñåÜæåôáé óçìáíôéêÜ áðü ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí õäñïãüíïõ ìÝóá óôï ìüñéï. Óôï ó÷Þìá 18-7 öáßíåôáé Ýíá áðü ôá óçìáíôéêÜ ó÷Þìáôá ðïõ óõ÷íÜ åðéëÝãïõí ôá ìüñéá Þ ôìÞìáôá ôùí ìïñßùí ðñùôåÀíçò. ~Ïðùò äéáêñßíåôå, ç áëõóßäá ôçò ðñùôåÀíçò ðåñéôõëßãåôáé ëáìâÜíïíôáò åëéêïåéäÝò ó÷Þìá, ôï ïðïßï äéáôçñåßôáé ìå ôç âïÞèåéá ðïëëþí äåóìþí õäñïãüíïõ. Ç Ýëéêá ìïéÜæåé ìå ôï ó÷Þìá ìéáò åëéêïåéäïýò êëßìáêáò. ÊáôÜ ôç èÝñìáíóç ôùí ðñùôåúíþí, áõôÝò ïé åëéêïåéäåßò äïìÝò äéáóðþíôáé, ãéáôß äéáóðþíôáé ïé äåóìïß õäñïãüíïõ. ~Åôóé, ôï êñÝáò, ôï ïðïßï ðåñéÝ÷åé ðñùôåÀíåò, êáôÜ ôï ìáãåßñåõìá ìáëáêþíåé, åíþ ç æåëáôßíç ëéþíåé üôáí èåñìáßíåôáé, êáé “óôåñåïðïéåßôáé” ðÜëé üôáí øý÷åôáé. Óôï ó÷Þìá 18-8, öáßíåôáé ìéá Üëëç óôáèåñÞ äéÜôáîç ðïõ áðáíôÜ óôá ìüñéá ôùí ðñùôåúíþí êáé *

ïíïìÜæåôáé ìïñöÞ áíáäéðëïõìÝíùí öýëëùí. Äçìéïõñãåßôáé áðü ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí õäñïãüíïõ. Ôá áíáäéðëïýìåíá öýëëá åßíáé ç ðéï ÷áñáêôçñéóôéêÞ äéÜôáîç ðïõ áðáíôÜ óôéò ßíåò ôïõ ìåôáîéïý, ãåãïíüò ðïõ êáèïñßæåé êáé ôçí éíþäç äïìÞ ôïõ. ÌÞðùò áõôü óáò èõìßæåé ôï íÜõëïí; Èá Ýðñåðå. Áí êáé óôéò ëåðôïìÝñåéåò õðÜñ÷ïõí ðïëëÝò äéáöïñÝò, ôüóïí ôï ìåôÜîé üóï êáé ôï íÜõëïí Ý÷ïõí îå÷ùñéóôÜ íÞìáôá, ôá ïðïßá óõíäÝïíôáé ìå äåóìïýò õäñïãüíïõ. Ãé' áõôü ôï ëüãï êáé ôï íÜõëïí Ý÷åé ðïëëÝò éäéüôçôåò áíÜëïãåò ìå áõôÝò ôïõ ìåôáîéïý.

18.6

¢ìõëï êáé êõôôáñßíç.

Ç êõôôáñßíç åßíáé ç óçìáíôéêüôåñç äïìéêÞ ýëç C

H

C

N

H O R H

N

C N

H

H

O

R

N

C

C

C

H

H

H

H

Ï

C

R

N C R

R

H

C

C

O

R

R C

C Ï H

N H

N

N C C R

N

C

C

H

H

R

N C

O H

H C

N

H O

H

O C

R

H O

H

C

R

O H

N

C

C

H

C

C

R R

N C

O

H

H

H

C C O

H O

N C R H

O

Ó×ÇÌÁ 18-7. Ìéá áëõóßäá ðñùôåÀíçò óõãêñáôåßôáé óôáèåñÜ ìå äåóìïýò õäñïãüíïõ áíÜìåóá óå ïìÜäåò Í – Ç êáé C = O. Ïé äåóìïß ðïõ åìöáíßæïíôáé ÷ñùìáôéóìÝíïé äßíïõí Ýíá åëéêïåéäÝò

Ó.ô.Ì. Áðü ôçí åðï÷Þ ôçò óõããñáöÞò áõôïý ôïõ âéâëßïõ Ý÷ïõí åðéôåõ÷èåß ðïëý óçìáíôéêÝò ðñüïäïé óôïí ôïìÝá áõôü. Åí ôïýôïéò, ç Ýñåõíá áõôïý ôïõ ðñïâëÞìáôïò åîáêïëïõèåß ðÜíôá íá åßíáé Ýíáò áðü ôïõò ðñïêëçôéêüôåñïõò ôïìåßò ôçò åðéóôÞìçò.

495

R R

R

R

R

R HC R HC

O HN

H

C

O NH

C

R

N

C

R

R

R

CH

R

O R

R

R

CH

R R

R

Ó×ÇÌÁ 18-8. ~Åíáò Üëëïò ôñüðïò äéáôÜîåùò ôùí áëõóßäùí ôùí ðñùôåúíþí åßíáé êáôÜ ðáñÜëëçëåò óåéñÝò ôåèëáóìÝíåò (æéê-æáê) ó÷çìáôßæïíôáò “áíáäéðëïýìåíá öýëëá”, ôá ïðïßá ðÜëé óõãêñáôïýíôáé ìå äåóìïýò õäñïãüíïõ.

ôùí öõôþí*. Óå áõôÞí ïöåßëåôáé ç óêëçñüôçôá êáé ôï ó÷Þìá üëùí ôùí åéäþí ôùí öõôþí. Áðïôåëåß åðßóçò ôï êõñéüôåñï óõóôáôéêü ôïõ îýëïõ. ÄéÜöïñåò ìïñöÝò áìýëïõ áíôßóôïé÷á áðáíôïýí ôüóï óôá öõôÜ üóï êáé óôá æþá. ÓõíÞèùò üìùò ï üñïò “Üìõëï” áöïñÜ óôá öõôÜ. Ïé ðáôÜôåò êáôÜ êýñéï ëüãï ðåñéÝ÷ïõí êüêêïõò áìýëïõ. Ôï ìïíïìåñÝò áðü ôï ïðïßï äïìåßôáé ôï ìüñéï ôïõ áìýëïõ êáé ç êõôôáñßíç åßíáé ôï êõêëéêü ìüñéï ðïõ ïíïìÜæåôáé ãëõêüæç. Ç äïìÞ ôçò ãëõêüæçò åßíáé ç áêüëïõèç:

Ç ãëõêüæç åßíáé Ýíá óçìáíôéêü óÜê÷áñï. Ôá ìüñéá ôçò ãëõêüæçò ìðïñïýí íá ðïëõìåñéóèïýí ìÝóù ìéáò äéáäéêáóßáò óõìðõêíþóåùò, êáôÜ ôçí ïðïßá áðü äýï ìüñéá ãëõêüæçò áðïóðÜôáé Ýíá ìüñéï íåñïý. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ó÷çìáôßæïíôáé ôá ãéãáíôéáßá ìüñéá ôçò êõôôáñßíçò êáé ôïõ áìýëïõ. Ôá ìüñéá êõôôáñßíçò êáé áìýëïõ äéáöÝñïõí, ãéáôß ôá Üôïìá ôïõ ïîõãüíïõ ðïõ óõíäÝïõí ìåôáîý ôïõò ôá ìüñéá ôçò ãëõêüæçò Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÞ äéÜôáîç óôï ÷þñï. Áõôü öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 18-9. Èá ðñÝðåé íá êïéôÜîåôå *

Ó.ô.Ì. Åßíáé ç ðëÝïí äéáäåäïìÝíç ïñãáíéêÞ ïõóßá óôç öýóç.

ðñïóåêôéêÜ, ãéá íá äéáðéóôþóåôå üôé õðÜñ÷åé ìéá äéáöïñÜ. ~Éóùò öáßíåôáé ó÷åôéêÜ ìéêñÞ, áëëÜ åîáéôßáò áõôÞò äéáöïñïðïéïýíôáé ïé ãåõóôéêÝò ôçãáíçôÝò ðáôÜôåò áðü ôï îýëéíï êÜèéóìá ðïõ êáèüóáóôå, üôáí ôñþôå ôéò ôçãáíçôÝò ðáôÜôåò.

18.7

Êáïõôóïýê.

Ôï öõóéêü êáïõôóïýê åßíáé Ýíá åëáóôéêü óôåñåü, ðïõ ëáìâÜíåôáé êõñßùò áðü ôï ãáëáêôþäç ÷õìü ôïõ êáïõôóïõêüäåíäñïõ. Åëáóôéêü õëéêü åßíáé áõôü ðïõ ìðïñåß íá ëõãßóåé, íá ôåíôùèåß Þ êáé íá óõìðéåóôåß^ üìùò üôáí ç äýíáìç ðïõ ðñïêÜëåóå ôçí ðáñáìüñöùóç ðÜøåé íá õößóôáôáé, áíáêôÜ ôï áñ÷éêü ôïõ ó÷Þìá. Ôï öõóéêü êáïõôóïýê ðåñéÝ÷åé êõñßùò Ýíáí ðïëõìåñéóìÝíï õäñïãïíÜíèñáêá, ðïõ ðñïÝñ÷åôáé áðü ôï ìïíïìåñÝò ìå ôï üíïìá éóïðñÝíéï. Ôï ðïëõìåñÝò ðïõ ëÝãåôáé ðïëõéóïðñÝíéï, Ý÷åé ìïñéáêÞ ìÜæá ðåñßðïõ 300.000. Óôï ó÷Þìá 18-10 öáßíåôáé ç äïìÞ ôïõ ìïíïìåñïýò êáé ôïõ ðïëõìåñïýò. Ôï ðïëõéóïðñÝíéï åßíáé ìáëáêü, êïëëþäåò êáé ü÷é ðïëý åëáóôéêü. Áõôü ðïõ êÜíåé ôï êáïõôóïýê åëáóôéêü åßíáé ç äéáäéêáóßá ðïõ ïíïìÜæåôáé âïõëêáíéóìüò. ÊáôÜ ôç äéáäéêáóßá áõôÞ, ðñïóôßèåôáé óôï ðïëõéóïðñÝíéï Ýíá ìÝ÷ñé êáé ïêôþ ôïéò åêáôü êáôÜ âÜñïò èåßï. Ôï ìßãìá èåñìáßíåôáé óôç óõíÝ÷åéá, þóôå ìå ôç âïÞèåéá ôùí áôüìùí ôïõ èåßïõ äçìéïõñãïýíôáé äéáêëáäéæüìåíåò áëõóßäåò

496

O

O O

HO

O O

O O

O O

O O

O

¢ìõëï

O

O

O O

HO

O

O O

O

OH n

O O

O

Êõôôáñßíç

OH n

Ó×ÇÌÁ 18-9. Ôüóï ôï Üìõëï üóï êáé ç êõôôáñßíç åßíáé ðïëõìåñÞ ôçò ãëõêüæçò. ÄéáöÝñïõí ìüíï ùò ðñïò ôç äéÜôáîç óôï ÷þñï, ôùí áôüìùí ïîõãüíïõ ðïõ ôá óõíäÝïõí.

H2C

CH3

H

C

C

CH2

ÉóïðñÝíéï

Ç

CH3

Ç

Ç

Ç

CH3

Ç

Ç

Ç

CH3

Ç

Ç

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

Ç

Ç

Ç

Ç

Ç

Ç

ÐïëõéóïðñÝíéï

Ó×ÇÌÁ 18-10. Ôï öõóéêü êáïõôóïýê áðïôåëåßôáé áðü Ýíá ðïëõìåñÝò ðñïóèÞêçò ôïõ éóïðñåíßïõ, ôï ïðïßï ïíïìÜæåôáé ðïëõéóïðñÝíéï.

ðïëõéóïðñåíßïõ, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá ðïõ áêïëïõèåß.

ÁõôÞ ç êáôåñãáóßá ïäçãåß óå óêëÞñõíóç ôïõ õëéêïý. ~Ïôáí ôï âïõëêáíéóìÝíï êáïõôóïýê ðá ñáìïñöþíåôáé, ïé åíäï-óõíäÝóåéò ôïõ èåßïõ äåí åðéôñÝðïõí ìåãÜëåò ìåôáêéíÞóåéò ôùí áëõóßäùí. ÓõãêåêñéìÝíá, ïé áëõóßäåò ðáñáìÝíïõí «äåìÝíåò ìáæß». ~Ïôáí ç äýíáìç ðïõ ðñïêáëåß ôçí

ðáñáìüñöùóç áðïìáêñõíèåß, åìöáíßæïõí ìéá éó÷õñÞ ôÜóç íá åðáíÝëèïõí áðüëõôá óôéò áñ÷éêÝò ôïõò èÝóåéò. Áí ÷ñçóéìïðïéçèåß 30 ìÝ÷ñé êáé 50 ôïéò åêáôü êáôÜ âÜñïò èåßï, ó÷çìáôßæïíôáé ðÜñá ðïëëÝò åíäï-óõíäÝóåéò. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôï ó÷çìáôéóìü åíüò õëéêïý, ôï ïðïßï äåí ìðïñåß ðéá íá ðáñáìïñöùèåß. Ôï õëéêü áõôü ïíïìÜæåôáé óêëçñü êáïõôóïýê êáé ÷ñçóéìïðïéåßôáé, ãéá ðáñÜäåéãìá, óôá äï÷åßá ôùí óõóóùñåõôþí. Áðü ôç óôéãìÞ ðïõ ïé ÷çìéêïß êáôåíüçóáí ôç ìïñéáêÞ äïìÞ ôïõ öõóéêïý êáïõôóïýê, êáôüñèùóáí íá åðéíïÞóïõí äéÜöïñïõò ôýðïõò óõíèåôéêþí êáïõôóïýê. Ôá óõíèåôéêÜ êáïõôóïýê åßíáé åëáóôéêÜ, ãéáôß ç äïìÞ ôïõò ìïéÜæåé ìå áõôÞí ôïõ öõóéêïý. Ïé ÷çìéêïß êáôüñèùóáí åðßóçò íá

497

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÔÏ ×ÁÑÔÉ Ôï ÷áñôß óôéò äéÜöïñåò ìïñöÝò ôïõ, áðü ôçí åöçìåñßäá ìÝ÷ñé ôï ðåðéåóìÝíï ÷áñôß, åßíáé ìéá áðü ôéò ãíùóôüôåñåò óå ìáò ïõóßåò, ðïõ Ý÷åé êáôáóêåõáóèåß áðü ôïí Üíèñùðï. Ìáæß ìå Üëëá âéïìç÷áíéêÜ õëéêÜ ðïõ ðáßæïõí óçìáíôéêü ñüëï óôçí êáèçìåñéíÞ ìáò æùÞ, ç ðáñáãùãÞ, ÷ñÞóç êáé äéÜèåóç ôïõ ÷áñôéïý ìðïñåß íá ðñïêáëÝóåé ðåñéâáëëïíôéêÜ ðñïâëÞìáôá. Áò ñßîïìå ìéá ìáôéÜ óôç öýóç ôïõ ÷áñôéïý, êáé ôùí ðñïúüíôùí ôïõ êáé óôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï åðçñåÜæïõí ôï ðåñéâÜëëïí. Ôï ÷áñôß áðïôåëåßôáé êõñßùò áðü êõôôáñßíç. ÐçãÞ ôçò êõôôáñßíçò åßíáé ôá öõôÜ, åéäéêÜ ôá äÝíäñá, ôá ïðïßá ðñïìçèåýïõí ôï 90% ðåñßðïõ ôçò êõôôáñßíçò ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ÷áñôß. Óå áõôÞí ôç öÜóç Ý÷ïìå ôï ðñþôï ðñüâëçìá ðïõ äçìéïõñãåßôáé óôï ðåñéâÜëëïí áðü ôéò áíÜãêåò ìáò óå ÷áñôß. Ìüíï óôéò ÇÐÁ êáé óôïí ÊáíáäÜ, ðåñéóóüôåñá áðü Ýíá äéóåêáôïììýñéï äÝíäñá êüâïíôáé êÜèå ÷ñüíï ãéá ôçí ðáñáãùãÞ ÷áñôïðïëôïý. ~Å÷åé óçìáóßá ôï íá ãßíåôáé áõôÞ ç êïðÞ êáôÜ ôñüðï ðïõ íá áðïôñÝðåôáé ç êáôáóôñïöÞ ôïõ åäÜöïõò áðü ôç äéÜâñùóç. Åðßóçò, åßíáé áðáñáßôçôï íá öñïíôßæïìå íá äéáôçñïýíôáé ôá äáóéêÜ áðïèÝìáôá ìå áíáäáóþóåéò. Ôï îýëï ôõðéêÜ áðïôåëåßôáé áðü 60% ðåñßðïõ êõôôáñßíç, åíþ ôï õðüëïéðï ðïóïóôü åßíáé êõñßùò êÜðïéï ðïëýðëïêï ðïëõìåñÝò, ðïõ ïíïìÜæåôáé ëéãíßíç. Ç êõôôáñßíç õðÜñ÷åé óôï îýëï ìå ôç ìïñöÞ éíþí, ïé ïðïßåò åßíáé äåìÝíåò ìåôáîý ôïõò ìå ôç âïÞèåéá ôçò ëéãíßíçò. ÐñïêåéìÝíïõ íá ðáñáóêåõáóèåß ôï ÷áñôß, åßíáé áðáñáßôçôï íá ìåôáôñáðåß ôï îýëï óå ðïëôü. Ï ÷áñôïðïëôüò åßíáé Ýíá åßäïò «óïýðáò» éíþí êõôôáñßíçò óå íåñü. Ï ðéï ïéêïíïìéêüò ôñüðïò ðáñáóêåõÞò ôçò åßíáé ìå ìç÷áíéêü ôåìá÷éóìü ôïõ îýëïõ. Må ôïí ôñüðï áõôü äåí áðïìáêñýíåôáé ç ëéãíßíç êáé ôï ÷áñôß ðïõ ðáñÜãåôáé åßíáé äåýôåñçò ðïéüôçôáò. Ôï äçìïóéïãñáöéêü ÷áñôß, äçëáäÞ ôï ÷áñôß ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôçí åêôýðùóç ôùí åöçìåñßäùí, ðñïÝñ÷åôáé ó÷åäüí üëï áðü ôï ìç÷áíéêÜ ðáñáóêåõáæüìåíï ðïëôü. Áí ôåìá÷éóèåß ôï îýëï óå ìéêñÜ êïììÜôéá êáé óôç óõíÝ÷åéá õðïóèåß ÷çìéêÞ êáôåñãáóßá, þóôå íá äéáëõèåß ç ëéãíßíç, ëáìâÜíåôáé êáëýôåñçò ðïéüôçôáò ÷áñôïðïëôüò. Ôá ÷çìéêÜ áíôéäñáóôÞñéá ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ìðïñåß íá *

Ó.ô.Ì. ~Ïðùò ãéá ðáñÜäåéãìá ïé ÷ýôñåò ôá÷ýôçôáò ôçò êïõæßíáò.

åßíáé äéáëýìáôá èåéùäþí áëÜôùí, üðùò ôï Mg(HSO3), Þ ôï êáõóôéêü íÜôñéï. ÐñïêåéìÝíïõ íá äñÜóïõí ôá äéáëýìáôá áõôÜ ãñÞãïñá ùò äéáëýôåò ôçò ëéãíßíçò êáé Üëëùí ìç êõôôáñéíéêþí óõóôáôéêþí ôïõ îýëïõ, âñÜæïíôáé ìÝóá óå êÜäïõò. Óå ìåñéêÝò ðåñéðôþóåéò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôåãáíïß áíôéäñáóôÞñåò, ðïõ ëåéôïõñãïýí õðü õøçëÞ ðßåóç*. Ç ÷çìéêÞ äéáäéêáóßá ôçò ðáñáóêåõÞò ôïõ ðïëôïý åßíáé ç äåýôåñç óïâáñÞ áéôßá ñõðÜíóåùò ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò áðü ôç ÷áñôïâéïìç÷áíßá. Ðñïêáëåßôáé ñýðáíóç ôüóï óôï õãñü óôïé÷åßï üóï êáé óôïí áÝñá. Ôá õãñÜ áðüâëçôá, üôáí ÷ýíïíôáé êáôåõèåßáí óôá ðïôÜìéá, üðùò äõóôõ÷þò óõìâáßíåé óå ðïëëÝò ðåñéðôþóåéò, áðïôåëïýí ôïõò êõñéüôåñïõò ñõðáíôÝò ôùí õäÜôùí. Ïé áíáèõìéÜóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí èåßï (êõñßùò SO2) êáé ôá óùìáôßäéá ðïõ äçìéïõñãïýíôáé áðü ìéá ìåãÜëç ìïíÜäá ðáñáãùãÞò ÷áñôéïý åßíáé äõíáôüí íá áðïôåëÝóïõí óïâáñïýò áôìïóöáéñéêïýò ñõðáíôÝò. Ìéá ìåãÜëç åãêáôÜóôáóç ðáñáãùãÞò ÷áñôéïý ìðïñåß íá áðåëåõèåñþóåé óôïí áÝñá åêáôïììýñéá ëßôñá SÏ2 ìÝóá óå Ýíá ÷ñüíï. Ðñüóöáôá ç ÷áñôïâéïìç÷áíßá Üñ÷éóå íá åëÝã÷åé ôçí åêðïìðÞ ñõðáíôþí, áëëÜ âñßóêåôáé áêüìç ó÷åäüí óôçí áñ÷Þ. Ï ÷áñôïðïëôüò äéáìïñöþíåôáé óå ÷áñôß ìå ìåãÜëåò ìç÷áíÝò óõíå÷ïýò ëåéôïõñãßáò. Ìå áõôÝò, ìåôáó÷çìáôßæåôáé óå ëåðôÝò óôïéâÜäåò, ïé ïðïßåò óôç óõíÝ÷åéá óôýâïíôáé êáé îçñáßíïíôáé. Ôï ÷áñôß óôç óõíÝ÷åéá êáôåñãÜæåôáé ìå Üëëá õëéêÜ (áõôü óõìâáßíåé ôéò ðåñéóóüôåñåò öïñÝò), þóôå íá ãßíåé êáôáëëçëüôåñï ãéá ôéò äéÜöïñåò åöáñìïãÝò. Ôï ÷áñôß ðïõ ðñïïñßæåôáé ãéá ôýðùìá, äéáöïñåôéêü áðü áõôü ôùí åöçìåñßäùí, åðéêáëýðôåôáé ìå óêüíç êáïëßíçò (åßäïò êáèáñÞò áñãßëëïõ), Þ Üëëï ïñõêôü õëéêü, êáé ìßá êüëëá. Ôï ÷áñôß ðïõ ðñïïñßæåôáé ãéá óõóêåõáóßá ôñïößìùí åðéóôñþíåôáé ìå êåñß Þ Üëëï áäéáâñï÷ïðïéçôéêü õëéêü (ëáäü÷áñôï êëð.). Áðü ôç óôéãìÞ ðïõ èá êáôáóêåõáóèïýí êáé èá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ôá ÷áñôéêÜ ðñïúüíôá åìöáíßæåôáé ï ôñßôïò ðáñÜãïíôáò ðåñéâáëëïíôéêÞò ñõðÜíóåùò: Ôá áðïññßììáôá áðü ÷áñôß. Ðïóïóôü ìåãáëýôåñï ôïõ ðåíÞíôá ôïéò åêáôü ôùí áðïññéììÜôùí ðïõ ðáñÜãïíôáé óôçí ÁìåñéêÞ, áðïôåëïýí áðïññßììáôá áõôïý ôïõ åßäïõò. Áñêåß íá óêåöèåßôå ôá áðïññßìáôá ôïõ óðéôéïý óáò, ôïõ ó÷ïëåßïõ óáò Þ ìéáò ÷áñáêôçñéóôéêÞò ôïðéêÞò åðé÷åéñÞóåùò. Ôé

498

Ç âéïìç÷áíßá ÷áñôéïý ðïõ åéêïíßæåôáé, ðåñéëáìâÜíåé Ýíá ðñïêáôáñêôéêü êáèáñéóôÞñá ôùí õðïëåéììÜôùí ôïõ íåñïý (áñéóôåñÜ ìðñïóôÜ), ãéá íá ðåñéïñßæåé ôç ñýðáíóç ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò. Ôá Ü÷ñçóôá óõóôáôéêÜ óõãêñáôïýíôáé óôç äåîáìåíÞ, åíþ ôá áéùñïýìåíá óôåñåÜ êáôáâõèßæïíôáé óôïí ðõèìÝíá. Óôç óõíÝ÷åéá, ôá óôåñåÜ áðïìáêñýíïíôáé. ÌåôÜ ôçí ðñïêáôáñêôéêÞ åðåîåñãáóßá, ôá áðüíåñá õößóôáíôáé êáé äåýôåñç åðåîåñãáóßá.

ìðïñåß íá ãßíåé ìå üëï áõôü ôï Ü÷ñçóôï ÷áñôß; Óôï ðáñåëèüí Þ ôï ðÝôáãáí Þ ôï Ýêáéãáí. Êáèþò üìùò ôüóï ï óõíïëéêüò üãêïò ôùí ÷áñôéêþí áðïññéììÜôùí üóï êáé ïé áíÜãêåò óå ÷áñôß áõîÞèçêáí, Üñ÷éóå íá åìöáíßæåôáé ìéá Üëëç áðÜíôçóç óôï ðñüâëçìá: Ç áíáêýêëùóç. Óôéò áñ÷Ýò ôçò äåêáåôßáò ôïõ 80, óôéò ÇÐÁ êáôáíáëþíïíôáí ðåñßðïõ 60 åêáôïììýñéá ôüíïé ÷áñôéïý êáé äéáöüñùí ÷áñôéêþí ðñïúüíôùí ôï ÷ñüíï êáé ðñïâëåðüôáí íá äéðëáóéáóèåß ç êáôáíÜëùóç ôï 1985. Áí Ýóôù êáé óå ðåñéïñéóìÝíç Ýêôáóç ãéíüôáí áíáêýêëùóç, áõôü èá ïäçãïýóå óå óçìáíôéêÞ ìåßùóç ôçò ñõðÜíóåùò (êáé áðü ôéò âéïìç÷áíßåò ÷áñôïðïëôïý êáé áðü ôá ÷áñôéêÜ áðïññßììáôá). Ôï åßêïóé ðåñßðïõ ôïéò åêáôü ôïõ ðáñáãïìÝíïõ ÷áñôéïý Þäç áíáêõêëþíåôáé. ~Åíáò ôüíïò áíáêõêëùìÝíïõ ÷áñôéïý óçìáßíåé üôé óþæïíôáé 17 äÝíäñá. ÓÞìåñá ðïëý ðåñéóóüôåñá áðü 200 åêáôïììýñéá äÝíäñá óþæïíôáé êÜèå ÷ñüíï ëüãù ôçò áíáêõêëþóåùò. Ç áíáêýêëùóç áðáéôåß ìåãÜëåò êáé äáðáíçñÝò åãêáôáóôÜóåéò. Èá ðñÝðåé íá åßíáé ó÷åäéáóìÝíåò Ýôóé þóôå, åêôüò áðü ôéò ßíåò êõôôáñßíçò ðïõ ðñÝðåé íá áíáêôçèïýí, èá ðñÝðåé íá áîéïðïéïýíôáé ôá ðïëëÜ Üëëá õëéêÜ ðïõ õðÜñ÷ïõí óôá ÷ñçóéìïðïéçìÝíá ÷áñôéêÜ ðñïúüíôá. Ôá ÷áñôéêÜ áðïññßììáôá áíáìéãíýïíôáé ìå

íåñü ðïõ âñÜæåé ôïõ ïðïßïõ ôï âÜñïò åßíáé 30 ðåñßðïõ öïñÝò ôï âÜñïò ôïõò êáé áíáäåýïíôáé ìÝóá óå ìéá ôåñÜóôéá äåîáìåíÞ ìå ìéá äéÜôáîç ðïõ èõìßæåé ãéãáíôéáßï áíáäåõôÞñá áõãþí. Ç äýíáìç ôçò áíáäåýóåùò åßíáé ôüóï ìåãÜëç, þóôå óå ëßãç þñá ôï ÷áñôß ìåôáôñÝðåôáé óå ëÜóðç ðïõ ñÝåé Ýîù áðü ôïí ðõèìÝíá ðåñíþíôáò áðü ôñýðåò ôïõ ìéóïý ðåñßðïõ åêáôïóôïý. Ï ÷þñïò ôçò áíáäåýóåùò åßíáé ó÷åäéáóìÝíïò êáé åîïðëéóìÝíïò êáôÜëëçëá þóôå íá áðïìáêñýíåé ðïëëÝò áðü ôéò ðñïóìßîåéò, üðùò óðÜããïõò, õöÜóìáôá êáé êïììÜôéá ìåôÜëëïõ. Ç ëÜóðç óôç óõíÝ÷åéá ðåñíÜ áðü áñêåôÜ óôÜäéá ìç÷áíéêïý êáé ÷çìéêïý êáèáñéóìïý êáé ÷ñçóéìïðïéåßôáé êõñßùò ãéá ôçí ðáñáóêåõÞ âéïìç÷áíéêïý ÷áñôéïý. ÌåãÜëï ìÝñïò ôïõ Ü÷ñçóôïõ ÷áñôéïý ðåñéÝ÷åé óçìáíôéêÝò ðñïóìßîåéò áðü õëéêÜ åðéêáëýøåùí êáé ìåëÜíé. Áõôü êáèéóôÜ äýóêïëç ôçí áíáêýêëùóç. Ãéá ôï óêïðü áõôü Ý÷ïõí áíáðôõ÷èåß äéÜöïñåò ìÝèïäïé, þóôå íá áðïìáêñýíïíôáé ìåñéêÝò áðü áõôÝò ôéò ðñïóìßîåéò. Áí üìùò õðÜñ÷åé ðñïïðôéêÞ íá áõîçèåß ç ðïóüôçôá ôïõ ÷áñôéïý ðïõ ðçãáßíåé ãéá áíáêýêëùóç, èá ðñÝðåé íá ôñïðïðïéçèïýí ïé õðÜñ÷ïõóåò ôå÷íéêÝò ðáñáóêåõÞò ðïëëþí ôýðùí ÷áñôéïý êáé ÷áñôéêþí ðñïúüíôùí þóôå íá ãßíåé ç áíáêýêëùóç åõêïëüôåñç êáé ðéï óõìöÝñïõóá.

499

Wallace Hume Carothers (1896 – 1937)

H óðïõäáßá êáé åõñýôáôç åöáñìïãÞ ôùí óõíèåôéêþí ðïëõìåñþí (õöÜíóéìåò ßíåò, öéëì, ðëáóôéêÜ êáé åëáóôïìåñÞ) ìðïñïýìå íá ðïýìå üôé ïöåßëåôáé óôéò ðñùôïðïñåéáêÝò åñåõíçôéêÝò ðñïóðÜèåéåò ôïõ Wallace Carothers êáôÜ ôï äéÜóôçìá 1928‐1937. Ï Carothers, áöïý ðÞñå ôï äéäáêôïñéêü ôïõ óôç ÷çìåßá áðü ôï ðáíåðéóôÞìéï ôïõ Éëëéíüéò ôï 1924, êáèéåñþèçêå óýíôïìá ùò ëáìðñüò åñåõíçôÞò, ðñþôá óôï Éëëéíüéò êáé ìåôÜ óôï ÐáíåðéóôÞìéï ôïõ ×Üñâáñíô. Ôï 1928 åðåëÝãç íá äéåõèýíåé Ýíá åñåõíçôéêü ðñüãñáììá ãéá ôçí åôáéñåßá DuPont. ~Å÷ïíôáò áñ÷ßóåé íá åíäéáöÝñåôáé ãéá ôá ãéãáíôéáßá ìüñéá, áðïöÜóéóå íá áó÷ïëçèåß óõóôçìáôéêÜ áõôüò êáé ç åñåõíçôéêÞ ôïõ ïìÜäá ìå ôçí áíáæÞôçóç üëùí üóùí åß÷áí ó÷Ýóç ìå ôç äïìÞ êáé ôç óýíèåóç áõôïý ôïõ åßäïõò ôùí åíþóåùí. Áðü ôï 1871 åß÷áí áñ÷ßóåé íá õðïðôåýïíôáé ôçí ýðáñîç ìåãÜëùí ìïñßùí ìå åðáíáëáìâáíüìåíåò ïìÜäåò, áëëÜ ðñïò áõôÞí ôçí êáôåýèõíóç ç åðéóôçìïíéêÞ Ýñåõíá äåí åß÷å

ðñï÷ùñÞóåé ðïëý. Ï Carothers äéåñåýíçóå ðñþôïò ôá ðïëõìåñÞ ðñïóèÞêçò. ØÜ÷íïíôáò óôç âéâëéïãñáößá, áíáêÜëõøå üôé ï Julius A. Nieuwland, ÷çìéêüò óôï ðáíåðéóôÞìéï ôçò Notre Dame êáé åéäéêüò óôç ÷çìåßá ôïõ áêåôõëåíßïõ, åß÷å áíáêáëýøåé ôïí ôñüðï íá ó÷çìáôßæåé ìåãÜëá ìüñéá áðü áêåôõëÝíéï. Óõíåñãáæüìåíïò ìå ôï Nieuwland, âñÞêå üôé äýï ìüñéá áêåôõëåíßïõ èá ìðïñïýóáí íá óõíäåèïýí êáé íá ó÷çìáôßóïõí ôï âéíõëï–áêåôõëÝíéï. Áõôü áí êáôåñãáóèåß ìå õäñï÷ëùñéêü ïîý, äßíåé Ýíá ðñïúüí ãíùóôü ùò ÷ëùñïðñÝíéï. Ðåñßðïõ Ýíá ÷ñüíï áñãüôåñá, ï Carothers êáé ç åðéóôçìïíéêÞ ôïõ ïìÜäá Þôáí óå èÝóç íá ðïëõìåñßóïõí ôï ÷ëùñïðñÝíéï êáé íá äçìéïõñãÞóïõí Ýíá íÝï óõíèåôéêü åëáóôïìåñÝò ìå ôï üíïìá íåïðñÝíéï. Óôñåöüìåíïò ðñïò ôá ðïëõìåñÞ óõìðõêíþóåùò, áñ÷éêÜ åñãÜóèçêå ìå áñêåôïýò ðïëõåóôÝñåò êáé áñãüôåñá ìå ðïëõáìßäéá. Ôï ãíùóôüôåñï ðïëõáìßäéï ïíïìÜóèçêå áñ÷éêÜ Ýíùóç–66, åðåéäÞ ôï êáèÝíá áðü ôá äýï äéáöïñåôéêÜ ìüñéá åêêéíÞóåùò ðåñéåß÷å Ýîé Üôïìá Üíèñáêá. ÃñÞãïñá üìùò ç Ýíùóç áõôÞ ðïõ áíáêáëýöèçêå ôï 1934, ïíïìÜóèçêå íÜõëïí. ~Çôáí ðïëý áíèåêôéêü õëéêü êáé Ýãéíå áêüìç áíèåêôéêüôåñï, üôáí ïé øõ÷ñÝò ßíåò ôïõ åðéìçêýíïíôáí áñêåôÝò öïñÝò ðåñéóóüôåñï áðü ôï áñ÷éêü ôïõò ìÞêïò. Ôï íÜõëïí, ðïõ äéï÷åôåýèçêå óôï åìðüñéï ãéá ðñþôç öïñÜ ôï 1940, åß÷å ôåñÜóôéá åðéôõ÷ßá. Ï Carothers üìùò äåí Ýæçóå ãéá íá äåé ðüóï áîéüëïãï ðñïúüí åß÷å áíáêáëýøåé. ÓÞìåñá, äéÜöïñåò ìïñöÝò ôïõ íÜõëïí, ðïëõåóôÝñåò êáé ðïëëÜ Üëëá ðïëõìåñÞ óõìðõêíþóåùò êáé ðñïóèÞêçò áðïôåëïýí ðñïúüíôá åíüò ìåãÜëïõ ôìÞìáôïò ôçò óýã÷ñïíçò ÷çìéêÞò âéïìç÷áíßáò.

500

Ç

Ç

Ï

N N Ç

C N Ç

N

C C

N

C

C N

Ç

Áäåíßíç (Á)

N

C N

Ç

Ç

C C

Ç

C

N

C

Ãïõáíßíç (G) Ç

C C

Ç

Ç

Ï

Ç

C

N

C Ç

Ç

Ç N

Ï Ç3C

Ç N

N

C

C N

C

Ç Èõìßíç (Ô)

C N

O

Ç Êõôïóßíç (C)

Ó×ÇÌÁ 18-11. Ïé ôÝóóåñéò âÜóåéò ðïõ áðáíôïýí óôï DNA: Áäåíßíç (Á), èõìßíç (Ô), ãïõáíßíç (G) êáé êõôïóßíç (C).

åðéöÝñïõí ìéêñÝò áëëáãÝò óôá ìüñéá ðïõ áðïôåëïýí ôá óõíèåôéêÜ êáïõôóïýê. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ôï óõíèåôéêü õëéêü áðÝêôçóå éäéüôçôåò ðïõ äéáöÝñïõí áðü áõôÝò ôïõ öõóéêïý. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï öõóéêü êáïõôóïýê Ý÷åé ôçí ôÜóç íá ìáëáêþíåé êáé íá äéáóðÜôáé êáôÜ ôçí ðáñáôåôáìÝíç åðáöÞ ìå ôç âåíæßíç. Ôï óõíèåôéêü êáïõôóïýê ìå ôï üíïìá íåïðñÝíéï åßíáé ðïëý ðéï áíèåêôéêü óôçí åðßäñáóç ôçò âåíæßíçò. ÊáôáóêåõÜæåôáé áðü ôï ìïíïìåñÝò ðïõ ëÝãåôáé ÷ëùñïðñÝíéï. Ôï ìïíïìåñÝò áõôü Ý÷åé Üôïìá ÷ëùñßïõ åêåß üðïõ ôï éóïðñÝíéï Ý÷åé ìåèõëï– ïìÜäåò. Ìå âÜóç ôçí éäéüôçôÜ ôïõ íá åßíáé áíèåêôéêü óôç âåíæßíç, ôï íåïðñÝíéï ÷ñçóéìïðïéåßôáé üôáí ìéá ôÝôïéá åðáöÞ åßíáé ðéèáíÞ.

18.8

ÍïõêëåúíéêÜ ïîÝá, DNA êáé RÍÁ.

Këçñïíïìéêüôçôá åßíáé ç ìåôáöïñÜ ôùí ÷áñáêôçñéóôéêþí ôüóï ôùí öõôþí üóï êáé ôùí æþùí áðü ôç ìéá ãåíéÜ óôçí åðüìåíç. ÅëÝã÷åôáé áðü ãéãáíôéáßá ìüñéá, ôá ïðïßá ïíïìÜæïíôáé íïõêëåúíéêÜ ïîÝá^ ôï üíïìÜ ôïõò ïöåßëåôáé óôï ãåãïíüò üôé âñÝèçêáí ãéá ðñþôç öïñÜ óôïõò ðõñÞíåò ôùí êõôôÜñùí*. ÕðÜñ÷ïõí äýï ôýðïé

íïõêëåúíéêþí ïîÝùí, (1) ôï äåóïîõñéâïíïõêëåúíéêü ïîý, DNA, êáé (2) ôo ñéâïíïõêëåúíéêü ïîý, RNA. DNA åßíáé ç ïõóßá ðïõ ìåôáöÝñåé ôá êùäéêïðïéçìÝíá ìçíýìáôá, ôá ïðïßá êáèïäçãïýí ôçí áíÜðôõîç ôïõ êÜèå ïñãáíéóìïý. Áõôüò ï êþäéêáò âáóßæåôáé óôç óåéñÜ ìå ôçí ïðïßá ïñéóìÝíåò ÷çìéêÝò ïìÜäåò áðáíôïýí êáôÜ ìÞêïò ôçò áëõóßäáò ôùí ãéãáíôéáßùí ìïñßùí. Ôï RNA Ý÷åé ðïëý ìåãÜëç ó÷Ýóç ìå ôï DNA êáé ÷ñçóéìåýåé, åêôüò ôùí Üëëùí ëåéôïõñãéþí, ùò ï áããåëéïöüñïò ãéá ôç äéáâßâáóç ôùí êùäéêïðïéçìÝíùí ìçíõìÜôùí ôïõ DNA. Ôï RNA äéáöÝñåé áðü ôï DNA, åêôüò ôùí Üëëùí, êáé ùò ðñïò ôçí ðáñïõóßá ìéáò áêüìç ïìÜäáò –ÏÇ óôï ìüñéï ôïõ êÜèå óáê÷Üñïõ (ñéâüæçò)**. Ç áíáöïñÜ, üìùò, óôç öýóç ôïõ DNA êáé óôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï äñá ðñïêåéìÝíïõ íá ìåôáöÝñåé ãåíåôéêÝò ðëçñïöïñßåò éó÷ýåé ôï ßäéï êáëÜ êáé ãéá ôï RNA êáé ãéá ôï DNA, áí êáé õðÜñ÷ïõí óçìáíôéêÝò äéáöïñÝò. Óôçí ðáñÜãñáöï 18.10 èá åîçãçèïýí åêôåíÝóôåñá ïé äéáöïñÝò áíÜìåóá óôï DNA êáé óôï RNA. Ôï ìüñéï ôïõ DNA áðïôåëåßôáé áðü äýï ìÝñç. Ôï Ýíá ìÝñïò åßíáé ï óêåëåôüò (ñá÷ïêïêêáëéÜ). Ðñüêåéôáé ãéá ìéá ìáêñÜ áëõóßäá åíáëëáóóïìÝíùí ìïñßùí óáê÷Üñïõ

* Ó.ô.Ì. Ï ðõñÞíáò óôá ëáôéíéêÜ ëÝãåôáé nucleus. ** Ó.ô.Ì. Äåóïîý (De oxy) óçìáßíåé ìåßïí ïîõãüíï. Ç äåóïîõñéâüæç äéáöÝñåé êáôÜ Ýíá –ÏÇ áðü ôç ñéâüæç.

501

O H3C

C

C C

N

H

O N C

H O

CH2 C H

O

ÏÇ

H

H3C

O

H

C

_Ç Ï 2

O

H

C

C

O

H

P

ÏÇ

CH2 C

O

H

C

C

H

C H O

N

N C

H

O

O

H

H

C

C

O

H

P

ÏÇ

C H

O

O

Ó×ÇÌÁ 18-12. Ìéá âáóéêÞ ïìÜäá óõíäÝåôáé ìå ôï óêåëåôü ôïõ ìïñßïõ ôïõ DNA.

(äåóïîõñéâüæçò) êáé öùóöïñéêþí ïìÜäùí.

Ôï äåýôåñï ìÝñïò óõíßóôáôáé áðü ïìÜäåò ðïõ ïíïìÜæïíôáé âÜóåéò. Ìßá áðü ôéò ôÝóóåñéò âÜóåéò ðïõ åéêïíßæïíôáé óôï ó÷Þìá 18-11 óõíäÝåôáé ìå êÜèå ìïíÜäá äåóïîõñéâüæçò. Ç óýíäåóç áõôÞ ãßíåôáé ìå áíôßäñáóç ôïõ äåóìïý Í–Ç ôçò âÜóåùò ìå ôçí ïìÜäá –ÏÇ ôïõ ìïñßïõ ôçò äåóïîõñéâüæçò, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 18-12. (Óôï êåöÜëáéï 23, èá åîåôáóèïýí ïé âÜóåéò^ üìùò, ãéá ôçí ðáñïýóá áíáöïñÜ óôá íïõêëåúíéêÜ ïîÝá, äåí åßíáé áðáñáßôçôï íá ãíùñßæåôå ôéò ãåíéêÝò ôïõò éäéüôçôåò). Ìå ðïéo ôñüðï ç ôïðïèÝôçóç áõôþí ôùí âÜóåùí ó÷çìáôßæåé Ýíáí êþäéêá ãéá ôç ìåôáâßâáóç ôùí ãåíåôéêþí ðëçñïöïñéþí, ôïí åðïíïìáæüìåíï ãåíåôéêü êþäéêá; Áí êáé áðïìÝíïõí ðïëëÜ áêüìç Üãíùóôá ó÷åôéêÜ ìå áõôüí, ïé åðéóôÞìïíåò Ý÷ïõí áíáêáëýøåé ìåñéêÝò

áðü ôéò âáóéêüôåñåò éäéüôçôåò ôïõ êþäéêá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, Ýíá ìüñéï DNA ìðïñåß, ìå êùäéêïðïéçìÝíï ôñüðï, íá êáèïñßóåé ôç óåéñÜ ìå ôçí ïðïßá ðñÝðåé íá óõíäåèïýí ôá áìéíïîÝá ðñïêåéìÝíïõ íá ó÷çìáôßóïõí ìéá óõãêåêñéìÝíç ðñùôåÀíç. Áõôü ôï êáôïñèþíåé, êáèïñßæïíôáò üôé ìéá éäéáßôåñç áëëçëïõ÷ßá ôùí ôñéþí âÜóåùí áíôéóôïé÷åß óå ìéá éäéáßôåñç óåéñÜ áìéíïîÝùí. ÕðÜñ÷ïõí 64 äéáöïñåôéêïß ôñüðïé ãéá íá óõíäõáóèïýí ïé ôÝóóåñéò âÜóåéò Á, Ô, G êáé C. Ðñþôç óôç óåéñÜ ìðïñåß íá åßíáé ïðïéáäÞðïôå áðü ôéò 4 âÜóåéò, ôï ßäéï ç äåýôåñç êáé ç ôñßôç. ~Åôóé, 4 x 4 x 4 = 64. Äåí ÷ñçóéìïðïéïýíôáé üëåò áõôÝò ïé óåéñÝò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ìüíï 20 ðåñßðïõ óõíäõáóìïß áðü ôïõò 64 ÷ñçóéìåýïõí, ãéá íá ó÷çìáôéóèïýí êùäéêÝò ëÝîåéò ãéá ôá 20 áìéíïîÝá. Åðß ðëÝïí, ìåñéêïß áðü áõôïýò ôïõò óõíäõáóìïýò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá íá äåßîïõí ðïý áñ÷ßæåé êáé ðïý ôåëåéþíåé ôï äéÜâáóìá ôïõ êþäéêá, êáé ü÷é ùò êùäéêÝò ëÝîåéò áìéíïîÝùí. Ïé åðéóôÞìïíåò ãíùñßæïõí óÞìåñá ôéò êùäéêÝò ëÝîåéò ãéá üëá ôá óçìáíôéêÜ áìéíïîÝá. ÃåííÜôáé üìùò ôþñá ôï åñþôçìá ðþò ìåôáöÝñåôáé ç êùäéêïðïéçìÝíç ðëçñïöïñßá áðü ôç ìéá ãåíéÜ êõôôÜñùí óôçí åðüìåíç; Ç áðÜíôçóç âñßóêåôáé óôç äïìÞ ôïõ ìïñßïõ ôïõ DNA, ç ïðïßá åîåôÜæåôáé óôçí åðüìåíç ðáñÜãñáöï.

502

Ó×ÇÌÁ. 18-13. MåñéêÜ æåýãç âÜóåùí. Ïé âÜóåéò èõìßíç/áäåíßíç êáé êõôïóßíç/ãïõáíßíç ôáéñéÜæïõí ðïëý êáëÜ êáé óõíäåüìåíåò ìå äåóìïýò õäñïãüíïõ ó÷çìáôßæïõí æåýãç âÜóåùí óôï DNA.

ôéò ðåñéåëéãìÝíåò áëõóßäåò Þ íÞìáôá, ðñïêáèïñßæåé áõóôçñÜ ôç äéáäï÷Þ óôçí Üëëç. Ãéá ðáñÜäåéãìá, Üí Ý÷ïìå ôç äéáäï÷Þ ...TGATCCG... óôç ìéá áëõóßäá, óôï áíôßóôïé÷ï ôìÞìá ôçò Üëëçò èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷åé ç äéáäï÷Þ ...ACTAGGC.... Ç óåéñÜ ìå ôçí ïðïßá âñßóêïíôáé óõíäåäåìÝíåò óå ìéá áëõóßäá ïé âÜóåéò, äñá ùò ÷íÜñé (äçëáäÞ ùò ðñüôõðï–êáëïýðé Þ ïäçãüò) ãéá ôçí Üëëç. Ìå âÜóç ôï ìç÷áíéóìü ôïõ ðñïôýðïõ, åßíáé äõíáôüí íá êáôáóêåõáóèïýí áíôßãñáöá ôùí ìïñßùí ôïõ DNA. Ãéá íá ãßíåé áõôü, ðñþôá åêäéðëþíïíôáé êáé äéá÷ùñßæïíôáé ïé äýï Ýëéêåò åíüò ìïñßïõ DNA. Óôç óõíÝ÷åéá, ç êÜèå ìéá äçìéïõñãåß ðÜíù ôçò ìéá íÝá óõìðëçñùìáôéêÞ áëõóßäá, ç ïðïßá åßíáé ðéóôü áíôßãñáöï êáé áíôéêáèéóôÜ ôçí áëõóßäá ôçí ïðïßá Þôáí ðñïçãïõìÝíùò óõìðëçñùìáôéêÞ. Åí ôù ìåôáîý, ç ðñïçãïýìåíç óõìðëçñùìáôéêÞ áëõóßäá áðïêôÜ åðßóçò Ýíá íÝï óõìðëçñùìáôéêü “óýíôñïöï” ðåñéåëéãìÝíï ãýñù ôçò. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï, áðü Ýíá ìüñéï DNA äçìéïõñãïýíôáé äýï ðáíïìïéüôõðá. Ôï êÜèå Ýíá áðü ôá äýï ìüñéá ðåñéëáìâÜíåé ìéá áëõóßäá áðü ôï “ìçôñéêü” ìüñéï ôïõ DNA, êáé Ý÷åé ôçí ßäéá óýóôáóç ìå ôï ìçôñéêü.

18.9

18.10 RNA.

H

Èõìßíç H3C

O C

C

H C N

C

N

C

Óôç âáóéêÞ áëõóßäá

N C

N H

Áäåäßíç

H N

C C

O

H

N H

O

C N

Óôç âáóéêÞ áëõóßäá

N

Kõôïóßíç H H C

Ãïõáíßíç

C

H C

Óôç âáóéêÞ áëõóßäá

N C

N N

H

H N

C

C C

O

C

H N

N

C

H

N Óôç âáóéêÞ áëõóßäá

H

Ç äéðëÞ Ýëéêá êáé ç Ýííïéá ôïõ ðñïôýðïõ*.

~Ïëåò ïé âÜóåéò ðïõ áðáíôïýí óôï DNA Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá óõììåôÝ÷ïõí óôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí õäñïãüíïõ. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, áõôÝò ïé âÜóåéò Ý÷ïõí ìåãÜëç åêëåêôéêÞ éêáíüôçôá üôáí óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò. ~Ïðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 18-13, ç èõìßíç óõíäÝåôáé ìå ôçí áäåíßíç (ÁÔ), åíþ ç êõôïóßíç óõíäÝåôáé ìå ôçí ãïõáíßíç (GC). Áõôïß åßíáé ïé ìüíïé äõíáôïß êáé åðéôñåðüìåíïé óõíäõáóìïß**. ÅðåéäÞ ó÷çìáôßæïíôáé æåýãç âÜóåùí, ôá ìüñéá ôïõ DNA Ý÷ïõí äïìÞ äéðëÞò Ýëéêáò. Áõôü öáßíåôáé óôç ó÷çìáôéêÞ ðåñéãñáöÞ ôïõ ó÷Þìáôïò 18-14á êáé óôï ðñáãìáôéêü ìïñéáêü ðñüôõðï ôïõ ó÷Þìáôïò 18-14â. Óôï äéÜãñáììá, ç êÜèå ôáéíßá ðáñéóôÜíåé ôï óêåëåôü ðïõ áðïôåëåßôáé áðü äéáäï÷éêÝò ìïíÜäåò äåóïîõñéâüæçò êáé öùóöïñéêþí ïìÜäùí. Ïé ôåëåßåò óõìâïëßæïõí ôá æåýãç ôùí âÜóåùí ðïõ óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò ìå äåóìïýò õäñïãüíïõ. Åî áéôßáò ôçò ðïëý åêëåêôéêÞò óõìðëçñùìáôéêÞò öýóåùò ôùí æåõãþí ôùí âÜóåùí, ç äéáäï÷Þ ôùí âÜóåùí óôçí êÜèå ìßá áðü

* Ó.ô.Ì. Ï ôñüðïò ðïõ “öùôïáíôéãñÜöåôáé” ôï ìüñéï ôïõ DNA. ** Ó.ô.Ì. ÊÜèå Üëëç óýíäåóç, ð.÷. Á–G Þ C–T, äåí íïìéìïðïéåßôáé.

~Ïðùò áíáöÝñèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 18.8, ôï RNA Ý÷åé óôåíÞ ó÷Ýóç ìå ôï DNA. Ç äïìÞ ôïõ äéáöÝñåé áðü ôïõ DNA óå ôñßá óçìåßá. ÐåñéÝ÷åé ðñþôá ôï óÜê÷áñï ñéâüæç.

OH

Áíôßèåôá, ôï DNA ðåñéÝ÷åé ôï óÜê÷áñï äåóïîõñéâüæç.

H

Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ôï óÜê÷áñï äåóïîõñéâüæç ðåñéÝ÷åé Ýíá ïîõãüíï ëéãüôåñï áðü ôç ñéâüæç. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ôï ðñüèåìá

503

_ _ S A T S P P _ _ S G C S P P _ _ S T A S P P _ _ S C G S

(á)

(â)

Ó×ÇÌÁ 18-14. ÁðëïðïéçìÝíï ðñüôõðï ôçò äïìÞò ôçò äéðëÞò Ýëéêáò ôïõ DNA (á). Ôá ãñÜììáôá S êáé P ðáñéóôÜíïõí ôéò ïìÜäåò ôùí óáê÷Üñùí (sugar) êáé ôéò öùóöïñéêÝò (phosphate) ðÜíù óôï óêåëåôü. Ôá ãñÜììáôá A, T, C, êáé G ðáñéóôÜíïõí ôéò âÜóåéò ðïõ áíáöÝñïíôáé êáé óôï ó÷Þìá 18-11. ~Åíá ðñáãìáôéêü áôïìéêü ðñüôõðï ôçò äïìÞò ôïõ DNA

“äåóïîõ” óçìáßíåé üôé êÜðïéï ìüñéï ðåñéÝ÷åé ëéãüôåñï ïîõãüíï áðü êÜðïéï Üëëï áíÜëïãï. Ï óêåëåôüò ôïõ RNA áðïôåëåßôáé áðü ñéâüæç ðïõ åíáëëÜóóåôáé ìå öùóöïñéêÝò ìïíÜäåò. ~Ïðùò êáé óôï DNA, óôï óêåëåôü åßíáé óõíäåäåìÝíåò âÜóåéò. Äåýôåñïí, óôï RNA áðáíôÜ ç âÜóç ïõñáêßëç (U).

H

Ç âÜóç áõôÞ áíôéêáèéóôÜ ôç âÜóç ôçò èõìßíçò

504

(Ô) ðïõ õðÜñ÷åé óôï DNA.

CH3

H èõìßíç Ý÷åé ìéá ìåèõëï–ïìÜäá åêåß üðïõ ç ïõñáêßëç Ý÷åé Ýíá õäñïãüíï. Áõôü öáßíåôáé êáèáñÜ áí óõãêñéèåß ôï ó÷åäéÜãñáììá ôçò èõìßíçò ìå ôçò ïõñáêßëçò. Óôï DNA ìå ôçí áäåíßíç óõíäÝåôáé ç èõìßíç (ÁÔ), åíþ óôï RNA

ìå ôçí áäåíßíç óõíäÝåôáé ç ïõñáêßëç (ÁU). Ôñßôïí, ôï RNA áðáíôÜ óõíÞèùò ìå ôç ìïñöÞ ìïíÞò Ýëéêáò. Ç äïìÞ áõôÞ öõóéêÜ äéáöÝñåé áðü ôç äïìÞ ôçò äéðëÞò Ýëéêáò ðïõ áðáíôÜ óôï DNA. ~Ïðùò ìÜèáìå, ç ìéá Ýëéêá ôïõ DNA ÷ñçóéìåýåé ùò ðñüôõðï ãéá ôç äçìéïõñãßá ìéáò óõìðëçñùìáôéêÞò Ýëéêáò DNA, áëëÜ ü÷é ìéáò ðáíïìïéüôõðçò ìå áõôÞí. Ìéá Ýëéêá üìùò êÜðïéïõ DNA ÷ñçóéìåýåé ùò ðñüôõðï ãéá ìéá Ýëéêá RNA. Êáô' áíáëïãßá, ìéá Ýëéêá RNA ëåéôïõñãåß ùò ðñüôõðï ãéá ôç äçìéïõñãßá Üëëùí áíôéãñÜöùí áðü ôçí ðñþôç Ýëéêá ôïõ DNA.

Ðåñßëçøç. Ãéãáíôéáßá ìüñéá áðáíôïýí óôç öýóç êáé óôá óõíèåôéêÜ êáïõôóïýê. Áðïôåëïýí åðßóçò Ýíá óçìáíôéêü ôìÞìá ôùí æþíôùí ïñãáíéóìþí. Ïé êýñéïé ôýðïé ôùí öõóéêþí ãéãáíôéáßùí ìïñßùí åßíáé ïé ðñùôåÀíåò, ôï Üìõëï êáé ç êõôôáñßíç, êáé ôá íïõêëåúíéêÜ ïîÝá (DNA êáé RNA). Ïé ðñùôåÀíåò åßíáé ìáêñÝò áëõóßäåò ïìÜäùí áìéíïîÝùí óõíäåäåìÝíùí ìåôáîý ôïõò ìå áìéäéêïýò äåóìïýò. Ôï Üìõëï êáé ç êõôôáñßíç åßíáé ìáêñÝò áëõóßäåò ìïñßùí ãëõêüæçò, ôá ïðïßá óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò ìå áðüóðáóç ìïñßùí íåñïý áíÜìåóá óå æåýãç ïìÜäùí –ÏÇ. Áõôü ïäçãåß óôç äçìéïõñãßá äåóìþí ïîõãüíïõ. Ôï Üìõëï êáé ç êõôôáñßíç äéáöÝñïõí ùò ðñïò ôçí áêñéâÞ äïìÞ ãýñù áðü êÜèå ïîõãüíï ðïõ óõììåôÝ÷åé óôï äåóìü*. Ôá íïõêëåúíéêÜ ïîÝá åßíáé ôá ìüñéá ðïõ ìåôáöÝñïõí ôï ãåíåôéêü êþäéêá. ÐåñéÝ÷ïõí Ýíá óêåëåôü åíáëëáóóïìÝíùí öùóöïñéêþí ïìÜäùí êáé ïìÜäùí ñéâüæçò Þ

äåóïîõñéâüæçò ìå ìéá âÜóç ðñïóêïëëçìÝíç óôï êÜèå óÜê÷áñï ñéâüæç Þ äåóïîõñéâüæç. Ï ãåíåôéêüò êþäéêáò âáóßæåôáé óôçí áëëçëïõ÷ßá ôùí âÜóåùí êáôÜ ìÞêïò ôçò áëõóßäáò ôïõ óêåëåôïý. Ç óåéñÜ ôùí âÜóåùí ÷ñçóéìåýåé ùò ðñüôõðï ãéá ôç äçìéïõñãßá íÝùí ìïñßùí íïõêëåúíéêþí ïîÝùí ìå ôçí ßäéá áêñéâþò óåéñÜ âÜóåùí.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. ÃñÜøôå ôï ãåíéêü ôýðï åíüò áìéíïîÝïò. Óôç óõíÝ÷åéá, äåßîôå ðþò åíþíïíôáé äýï åî áõôþí, þóôå íá áñ÷ßóåé íá ó÷çìáôßæåôáé Ýíá ìüñéï ðñùôåÀíçò. 2. Ó÷åäéÜóôå Ýíá áíôéðñïóùðåõôéêü ôìÞìá ôçò áëõóßäáò ìå ôéò ìïíÜäåò ãëõêüæçò ðïõ õðÜñ÷ïõí óôçí êõôôáñßíç.

Ôá ðõñéôéêÜ ïñõêôÜ åßíáé áíüñãáíá ãéãáíôéáßá ìüñéá 18.11 ÐõñéôéêÜ ïñõêôÜ. Ôá ðõñéôéêÜ ïñõêôÜ åßíáé ïõóßåò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ðõñßôéï êáé ïîõãüíï åíùìÝíá Ýôóé, þóôå íá ó÷çìáôßæïõí ðïëýðëïêá áíéüíôá. Ôá êáôéüíôá ðïõ óõíïäåýïõí áõôÜ ôá áíéüíôá ðñïÝñ÷ïíôáé ãåíéêÜ áðü ôéò ïìÜäåò ôùí áëêáëßùí êáé ôùí áëêáëéêþí ãáéþí, áí êáé ðïëëÜ óçìáíôéêÜ ðõñéôéêÜ ðåñéÝ÷ïõí êáé êáôéüíôá áðü *

Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ ùò ðñïò ôç óôåñåï÷çìéêÞ äïìÞ.

ôá óôïé÷åßá ìåôáðôþóåùò. Ç áðëïýóôåñç ìïñöÞ ôùí ðõñéôéêþí ïñõêôþí åßíáé ôá ïñèïðõñéôéêÜ. ÐåñéÝ÷ïõí ìüíï áíåîÜñôçôá ôåôñáåäñéêÜ áíéüíôá SiO44–. Tá ïñèïðõñéôéêÜ åßíáé óðÜíéá. Ç åðüìåíç ðéï ðïëýðëïêç ìïñöÞ ðõñéôéêÞò äïìÞò åßíáé áõôÞ ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï áíéüí [O3Si–O–SiO3]6–. Ó÷çìáôßæåôáé áðü äýï ôåôñÜåäñá, ðïõ ìïéñÜæïíôáé Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ (ó÷. 18-15). Êáé áõôÞ ç ìÜëëïí áðëÞ

505

Ï

Ï Ï

Ï Ï Si

Si Ï

Ï

Ó×ÇÌÁ 18-15. ~Ïôáí äýï ôåôñÜåäñá SiO4 ìïéñÜæïíôáé Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ, ó÷çìáôßæåôáé ôï äéðõñéôéêü áíéüí Si2O76–.

{

{

äïìÞ åßíáé åðßóçò óðÜíéá. Ïé ìïñöÝò ôùí ðõñéôéêþí äïìþí ðïõ Ý÷ïõí êáé ôç ìåãáëýôåñç óçìáóßá åßíáé ðïëý ðåñéóóüôåñï ðïëýðëïêåò. Áðïôåëïýíôáé áðü áëõóßäåò, ôáéíßåò êáé öýëëá ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôåôñÜåäñá SiO4, ôá ïðïßá ìïéñÜæïíôáé äýï Þ ðåñéóóüôåñá Üôïìá ïîõãüíïõ. Óôo ó÷Þìá 18-16á öáßíåôáé ìéá áëõóßäá ðõñéôéêïý áíéüíôïò. Óå êÜèå Üôïìï ðõñéôßïõ õðÜñ÷ïõí óõíäåäåìÝíá äýï Üôïìá ïîõãüíïõ ôá ïðïßá áíÞêïõí åî ïëïêëÞñïõ óå áõôü ôï Üôïìï ðõñéôßïõ êáé äýï áêüìç ðïõ ìïéñÜæïíôáé êáé óôá

ãåéôïíéêÜ. Ôï êÜèå Üôïìï ðõñéôßïõ ìðïñåß íá èåùñçèåß üôé äéáèÝôåé ôï ìéóü áðü ôï êïéíü Üôïìï ïîõãüíïõ. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï, óôï êÜèå Üôïìï ðõñéôßïõ áõôÞò ôçò áëõóßäáò áíôéóôïé÷ïýí 2+½+½=3 Üôïìá ïîõãüíïõ. Ï åìðåéñéêüò ôýðïò ôçò áíéïíôéêÞò áëõóßäáò åßíáé SiO32–. Ôï öïñôßï 2– ðñïÝñ÷åôáé áðü ôïõò áñéèìïýò ïîåéäþóåùò 2- ãéá ôï ïîõãüíï êáé 4+ ãéá ôï ðõñßôéï (êåöÜëáéï 24 ðáñÜãñ. 24.10). ~Åíáò Üëëïò ôñüðïò ãéá íá öèÜóïìå óôï ßäéï óõìðÝñáóìá åßíáé íá åîåôÜóïìå ôéò åðáíáëáìâáíüìåíåò ìïíÜäåò ìÝóá óå áõôÞí ôçí áëõóßäá. Ðñüêåéôáé ãéá ôç ìéêñüôåñç ìïíÜäá ðïõ ìðïñåß íá åðéëåãåß, þóôå ç óõíïëéêÞ äïìÞ íá ó÷çìáôßæåôáé áðü óýíäåóç ïìïßùí ïìÜäùí áðü ôç ìéá Üêñç óôçí Üëëç. Ç åðáíáëáìâáíüìåíç áõôÞ ïìÜäá ðáñïõóéÜæåôáé óôï ó÷Þìá 18-16. Áí ìåôñÞóïìå ôïí áñéèìü ôùí áôüìùí Si êáé Ï óôçí åðáíáëáìâáíüìåíç áõôÞ ïìÜäá, âñßóêïìå 2 Üôïìá Si êáé 6 Üôïìá Ï. Äéáéñþíôáò äéÜ äýï ðñïêýðôåé SiO32–. Ôï öïñôßï õðïëïãßæåôáé ðÜëé ëáìâÜíïíôáò õð' üøç 2– ãéá êÜèå Üôïìï ïîõãüíïõ êáé 4+ ãéá êÜèå Üôïìï Si. Óôï ó÷Þìá 18-16â öáßíåôáé Ýíáò óçìáíôéêüò ôýðïò áíéüíôïò óå ó÷Þìá ôáéíßáò. Åäþ, ï åìðåéñéêüò ôýðïò ðñïóäéïñßæåôáé åõêïëüôåñá ìå ìÝôñçóç üëùí ôùí áôüìùí ðõñéôßïõ êáé ïîõãüíïõ óôçí åðáíáëáìâáíüìåíç ìïíÜäá. Ç ìïíÜäá áõôÞ öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 18-16â. ~Ïðùò âëÝðåôå, õðÜñ÷ïõí 4 Üôïìá Si êáé 11 Üôïìá ïîõãüíïõ áíÜìåóá óôéò êáôáêüñõöåò äéáêåêïììÝíåò ãñáììÝò. ÅðåéäÞ ôï 4 êáé ôï 11 äåí Ý÷ïõí êïéíü äéáéñÝôç, ïäçãïýìáóôå êáôåõèåßáí óôïí åìðåéñéêü ôýðï Si4Ï116–. ÊÜèå ôáéíßá ìðïñåß íá èåùñçèåß áðïôÝëåóìá ôçò óõíäÝóåùò äýï áëõóßäùí, ïé ïðïßåò

Åðáíáëáìâáíüìåíç ìïíÜäá (á)

Åðáíáëáìâáíüìåíç ìïíÜäá (â)

=SiO4 ÔåôñÜåäñï

Ó×ÇÌÁ 18-16. Ôá ôåôñÜåäñá ôïõ SiÏ4 ìðïñïýí íá óõíäåèïýí ìå ôç äéáìåóïëÜâçóç áôüìùí ïîõãüíïõ. ~Åôóé, ó÷çìáôßæïíôáé åßôå áëõóßäåò áíéüíôùí (SiO32–)n åßôå ôáéíßåò áíéüíôùí (Si4O116–)n.

506

Ó×ÇÌÁ 18-17. Ôá ôåôñÜåäñá ôïõ SiÏ4 ìðïñïýí íá óõíäåèïýí êáé íá ó÷çìáôßóïõí Ýíá öýëëï áíéüíôùí. Ï ôýðïò ôçò ìïíÜäáò ðïõ åðáíáëáìâÜíåôáé, êáé ï ïðïßïò ðåñéêëåßåôáé áðü ôéò äéáêåêïììÝíåò ãñáììÝò, åßíáé Si4O104–.

ìïéñÜæïíôáé ôá Üôïìá ïîõãüíïõ. Áò õðïôåèåß ôþñá üôé ôïðïèåôïýíôáé ïé ôáéíßåò äßðëá äßðëá êáé óõíäÝïíôáé ìïéñáæüìåíåò åðß ðëÝïí Üôïìá ïîõãüíïõ. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï äçìéïõñãåßôáé Ýíá áíéüí óå ó÷Þìá öýëëïõ, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 18-17. Ï åìðåéñéêüò ôýðïò åíüò áíéüíôïò óå ó÷Þìá öýëëïõ åîÜãåôáé áðü ôá Üôïìá ðïõ óõììåôÝ÷ïõí óôçí åðáíáëáìâáíüìåíç ìïíÜäá, ç ïðïßá åßíáé ðåñéãåãñáììÝíç. Óå áõôÞí ôç ìïíÜäá õðÜñ÷ïõí 4 Üôïìá Si êáé 10 Üôïìá Ï. Áðëïðïéþíôáò ìå ôï 2 ëáìâÜíïìå ùò åìðåéñéêü ôýðï ôïí ôýðï Si2O52–.

18.12

Aìßáíôïò, ìßêá êáé ãõáëß.

Áìßáíôïò åßíáé ôï üíïìá ðïõ äßíåôáé óôá ðõñéôéêÜ ïñõêôÜ, ôá ïðïßá Ý÷ïõí éíþäç äïìÞ. Ç ðëåéïøçößá ôùí ðõñéôéêþí áõôþí ïñõêôþí áðïôåëåßôáé áðü ôáéíßåò áíéüíôùí. ÊÜèå ôáéíßá Ý÷åé Ýíá áñíçôéêü öïñôßï. Ïé ôáéíßåò óõãêñáôïýíôáé ìáæß óå ðáñÜëëçëåò äÝóìåò ìå èåôéêÜ éüíôá, üðùò ôá Na +, Ca2+ êáé Mg2+, ôá ïðïßá ôïðïèåôïýíôáé áíÜìåóÜ ôïõò óå ðïóüôçôá éêáíÞ íá êáôáóôÞóåé ïëüêëçñç ôç äïìÞ ïõäÝôåñç. Ç äïìÞ áõôÞ äéáóðÜôáé åõêïëüôåñá êáôÜ ìÞêïò ôçò äéåõèýíóåùò ôçò ðáñÜëëçëçò äÝóìçò, êáé Ýôóé äéêáéïëïãåß ôïí éíþäç ÷áñáêôÞñá ôïõ áìéÜíôïõ.

ÅðåéäÞ ï áìßáíôïò, üðùò êáé üëá ôá ðõñéôéêÜ ïñõêôÜ, ðåñéÝ÷ïõí åê ôùí ðñïôÝñùí ôüóá ïîõãüíá üóá èá Þôáí óå èÝóç íá óõãêñáôÞóïõí üëá ôá Üëëá óôïé÷åßá ðïõ ðåñéêëåßïõí, äåí åßíáé äõíáôüí íá êáïýí. Ãé' áõôü ï áìßáíôïò åßíáé Üöëåêôïò. Ìðïñåß íá õöáíèåß, ó÷åäüí üðùò üëåò ïé ïñãáíéêÝò ßíåò (ôá íÞìáôá). Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï êáôáóêåõÜæïíôáé Üöëåêôá åíäýìáôá. Ìßêá åßíáé ôï ãåíéêü üíïìá ãéá ìéá Üëëç êáôçãïñßá ðõñéôéêþí ïñõêôþí. Èá Ý÷åôå ðéèáíüôáôá äåé äåßãìáôá áðü ìßêá (ó÷. 17-19) êáé èá Ý÷åôå åêðëáãåß áðü ôçí ó÷åäüí áðåñéüñéóôç äõíáôüôçôá íá äéá÷ùñßæïíôáé óå äéáñêþò ëåðôüôåñá öýëëá. Ãéá Üëëç ìéá öïñÜ, ç åñìçíåßá ôçò åìöáíßóåùò êáé ôùí éäéïôÞôùí ìéáò ïõóßáò âñßóêåôáé óôïí ôñüðï äïìÞóåùò ôùí áôüìùí ôçò. Ç ìßêá áðïôåëåßôáé áðü ðõñéôéêÜ áíéüíôá óå ìïñöÞ öýëëïõ. Ôá öýëëá åßíáé ðáñÜëëçëá êáé óõãêñáôïýíôáé ìåôáîý ôïõò áðü êáôéüíôá, üðùò ôï Na + êáé ôï Mg2+, ôá ïðïßá âñßóêïíôáé áíÜìåóÜ ôïõò. Ãé’ áõôü ç ìßêá óðÜæåé óå öýëëá êáôÜ åðßðåäá ðáñÜëëçëá ðñïò ôá åðßðåäá ôùí öýëëùí ôùí áíéüíôùí. Ôï ãõáëß åßíáé Ýíá áðü ôá óçìáíôéêüôåñá ðïëõìåñÞ õëéêÜ êáé åßíáé óßãïõñá ôï ðéï óçìáíôéêü áíüñãáíï ðïëõìåñÝò. Áðïôåëåßôáé áðü áíéüíôá ôïõ ôýðïõ áëõóßäáò ìáæß ìå áñêåôÜ êáôéüíôá üðùò ôï Na+, ðïõ êáèéóèïýí ôçí ïõóßá çëåêôñéêÜ ïõäÝôåñç.

507

Óôï ãõáëß üìùò ôá áíéüíôá äåí åßíáé äéáôåôáãìÝíá êáôÜ êáíïíéêü ôñüðï. Áíôßèåôá, åßíáé áôÜêôùò áíáìåìéãìÝíá üðùò ìéá ìðÜëá áðü êáëÜ

áíáêáôåìÝíá ìáêáñüíéá. Ãé' áõôü ôï ãõáëß Ý÷åé ôá ìç÷áíéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ åíüò ðïëý äýóêáìðôïõ õãñïý.

Ðåñßëçøç. ÐïëëÜ ïñõêôÜ áðïôåëïýíôáé êõñßùò áðü ðõñßôéï êáé ïîõãüíï, ìáæß ìå ìéêñüôåñåò ðïóüôçôåò áðü äéÜöïñá ìåôáëëéêÜ óôïé÷åßá, üðùò ôï íÜôñéï, ôï áóâÝóôéï êáé ôï ìáãíÞóéï. Ïé ïõóßåò áõôÝò ïíïìÜæïíôáé ðõñéôéêÜ ïñõêôÜ. Ôá ðåñéóóüôåñá ðõñéôéêÜ ðåñéÝ÷ïõí ãéãáíôéáßá áíéüíôá, ôá ïðïßá åßíáé äõíáôüí íá áðïôåëïýíôáé áðü áëõóßäåò, ôáéíßåò Þ öýëëá ôåôñáÝäñùí SiO4, ðïõ ìïéñÜæïíôáé Üôïìá ïîõãüíïõ. Ôï ãõáëß ðåñéÝ÷åé ìéá äéÜôáîç ðåñéðåðëåãìÝíùí áëõóßäùí áíéüíôùí. Ôá ïñõêôÜ ôïõ áìéÜíôïõ ðåñéÝ÷ïõí êõñßùò áíéüíôá ðáñáëëÞëùí ôáéíéþí. Ôá ïñõêôÜ áðü ìßêá ðåñéÝ÷ïõí áíéüíôá ðáñáëëÞëùí öýëëùí. Ôá ðõñéôéêÜ áíéüíôá óõãêñáôïýíôáé ìåôáîý ôïõò ìå êáôéüíôá, üðùò ôï Na+ êáé ôï Mg2+.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ìéá êïéíÞ ìïñöÞ áìéÜíôïõ ïíïìÜæåôáé ôñåìïëßôçò. Ôï ðõñéôéêü ôìÞìá Ý÷åé ôïí ôýðï Si8O22 (OH)2. Ðïéï åßíáé ôï öïñôßï áõôÞò ôçò ìïíÜäáò; Ðüóá éüíôá ìáãíçóßïõ èá ôï óõíïäåýïõí; 2. Ðïéïò èá åßíáé ï åìðåéñéêüò ôýðïò ôçò ïõóßáò ðïõ èá ó÷çìáôéóèåß, áí ôåôñÜåäñá SiÏ4 ôïðïèåôçèïýí Ýôóé, þóôå üëá ôá Üôïìá ôïõ ïîõãüíïõ íá åßíáé êïéíÜ; 3. Ðïéåò åßíáé ïé êýñéåò éäéüôçôåò ôïõ áìéÜíôïõ, ôçò ìßêáò êáé ôïõ ãõáëéïý; Ðþò äéêáéïëïãïýíôáé ïé éäéüôçôåò áõôÝò ìå âÜóç ôç ìïñéáêÞ äïìÞ;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ôá ãéãáíôéáßá ìüñéá, äçëáäÞ ìüñéá ðïëý ìåãÜëïõ ìåãÝèïõò êáé ìÜæáò, åßíáé éäéáßôåñá óçìáíôéêÜ. ÐïëëÜ åßíáé öõóéêÞò ðñïåëåýóåùò åíþ Üëëá ðáñáóêåõÜæïíôáé áðü ôïí Üíèñùðï êáé ÷ñçóéìåýïõí óå åéäéêÝò åöáñìïãÝò. Ìå âÜóç ìåñéêÝò ãåíéêÝò äéáäéêáóßåò åßíáé äõíáôüí ìéêñÜ ìüñéá íá åíùèïýí ó÷çìáôßæïíôáò ìåãÜëåò áëõóßäåò. Ôá ìåãÜëá ìüñéá ðïõ äçìéïõñãïýíôáé ïíïìÜæïíôáé ðïëõìåñÞ. Ìüñéá ìå äéðëïýò äåóìïýò åßíáé äõíáôüí íá ðïëõìåñéóèïýí ìå äéÜíïéîç ôùí äéðëþí äåóìþí ó÷çìáôßæïíôáò íÝïõò áðëïýò äåóìïýò áíÜìåóá óôá ìüñéá. ÐïëõìåñÞ ó÷çìáôßæïíôáé åðßóçò ìå áíôéäñÜóåéò óõìðõêíþóåùò. Óå áõôÝò, ìéá ïìÜäá êáñâïîõëßïõ åíüò ìïñßïõ áíôéäñÜ ìå ìéá ïìÜäá –ÏÇ Þ –ÍÇ2 åíüò Üëëïõ ìïñßïõ, ãéá íá ó÷çìáôéóèåß Þ Ýíáò åóôÝñáò Þ ìéá áìéäïïìÜäá êáé íá áðïìáêñõíèåß Ýíá ìüñéï íåñïý. Áí áíôéäñÜóïõí ìüñéá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí äýï êáñâïîõëéêÝò ïìÜäåò (äéïîÝá) ìå ìüñéá ðïõ Ý÷ïõí åßôå äýï áëêïëïìÜäåò (äéáëêïüëåò) Þ äýï áìéíïìÜäåò (äéáìßíåò), ó÷çìáôßæïíôáé ìåãÜëá ìüñéá ìå åíáëëáãÞ áõôþí ôùí ïìÜäùí.

Óôïõò æþíôåò ïñãáíéóìïýò, áíÜìåóá óôïõò óçìáíôéêïýò ôýðïõò ãéãáíôéáßùí ìïñßùí ðåñéëáìâÜíïíôáé ïé ðñùôåÀíåò, ôï Üìõëï, ç êõôôáñßíç êáé ôá íïõêëåúíéêÜ ïîÝá. Ïé ðñùôåÀíåò áðïôåëïýíôáé áðü ìáêñÝò áëõóßäåò áìéíïîÝùí ôá ïðïßá óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò ìå ó÷çìáôéóìü áìéäéêþí äåóìþí (Þ ðåðôéäéêþí). Ïé äåóìïß áõôïß ó÷çìáôßæïíôáé üôáí ç êáñâïîõëïìÜäá åíüò áìéíïîÝïò áíôéäñÜ ìå ôçí áìéíïìÜäá åíüò Üëëïõ. Óôéò ðñùôåÀíåò áðáíôïýí óõíÞèùò ðåñß ôá åßêïóé äéáöïñåôéêÜ áìéíïîÝá. Ï áñéèìüò ôùí äõíáôïôÞôùí óõíäÝóåþò ôïõò åßíáé ôåñÜóôéïò. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôçí ýðáñîç ôåñÜóôéïõ áñéèìïý äéáöïñåôéêþí ðñùôåúíéêþí ìïñßùí. Ôï Üìõëï êáé ç êõôôáñßíç áðïôåëïýíôáé áðü ìáêñÝò áëõóßäåò ìïñßùí ãëõêüæçò, ðïõ óõíäÝïíôáé ìåôáîý ôïõò ìå áðïìÜêñõíóç åíüò ìïñßïõ Ç2Ï áðü äýï ïìÜäåò –ÏÇ. Áõôü Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôç äçìéïõñãßá äåóìþí ïîõãüíïõ áíÜìåóá óôá ìüñéá. Ïé äéáöïñÝò óôéò éäéüôçôåò áíÜìåóá óôï Üìõëï êáé ôçí êõôôáñßíç ïöåßëïíôáé óôç äéáöïñåôéêÞ äéÜôáîç óôï ÷þñï ôùí äýï ôýðùí äåóìþí ïîõãüíïõ ðïõ ðåñéÝ÷ïõí. Ôï DNA êáé ôï

508

RNA åßíáé õðåýèõíá ãéá ôç äéáôÞñçóç êáé ôç ìåôÜäïóç ôùí êëçñïíïìéêþí ãíùñéóìÜôùí áðü ôç ìéá ãåíéÜ óôçí åðüìåíç. Ôï DNA áðïôåëåßôáé áðü ìáêñÝò, äéðëÝò åëéêïåéäåßò áëõóßäåò, åíáëëáóóïìÝíùí öùóöïñéêþí ïìÜäùí êáé ïìÜäùí ôïõ óáê÷Üñïõ äåóïîõñéâüæçò, ðÜíù óôéò

ïðïßåò Ý÷åé ðñïóêïëëçèåß ìéá óõãêåêñéìÝíç áëëçëïõ÷ßá ïñãáíéêþí âÜóåùí. Ç ðëçñïöïñßá êáôáãñÜöåôáé ìå êþäéêá ï ïðïßïò âáóßæåôáé óôç óåéñÜ ôùí ìïñßùí (ôçí áëëçëïõ÷ßá) ôùí âÜóåùí. Ôï RNA äéáöÝñåé áðü ôï DNA ùò ðñïò ôç äïìÞ.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Óå ôé äéáöÝñïõí ôá ðïëõìåñÞ áðü ôá Üëëá ìåãÜëá ìüñéá; 2. Ìå ôç âïÞèåéá ôýðùí íá äåßîåôå óå ôé äéáöÝñïõí ôá áðëÜ áìßäéá êáé ïé åóôÝñåò áðü ôá ðïëõáìßäéá êáé ôïõò ðïëõåóôÝñåò. 3. Ìå ðïéï ôñüðï óõìâÜëëïõí ïé äåóìïß õäñïãüíïõ óôçí áíôï÷Þ ôïõ íÜõëïí; 4. ÃñÜøôå ôï óõíôáêôéêü ôýðï ãéá ôçí Ýíùóç ðïõ ðñïêýðôåé üôáí äýï ìüñéá áéèõëåíßïõ áíôéäñïýí êáé ó÷çìáôßæïõí Ýíá ãñáììéêü ìüñéï ìå ôÝóóåñá Üôïìá Üíèñáêá. Óôç óõíÝ÷åéá íá äåßîåôå ìå ðïéï ôñüðï áíôéäñÜ áõôü ôï ìüñéï ìå Üëëá ìüñéá áéèõëåíßïõ êáé ó÷çìáôßæåé ìáêñýôåñá ìüñéá. 5. Íá ó÷åäéÜóåôå Ýíá ôìÞìá áëõóßäáò ðïëõðñïðõëåíßïõ, ðïõ ó÷çìáôßæåôáé áðü ðÝíôå ìüñéá ðñïðõëåíßïõ (ðñïðåíßïõ). 6. Ôá ìüñéá êáé ôïõ íÜõëïí êáé ôùí ðñùôåúíþí åßíáé ðïëõáìßäéá. Íá äåßîåôå ôéò ïìïéüôçôåò êáé ôéò äéáöïñÝò áíÜìåóá óå áõôïýò ôïõò äýï ôýðïõò åíþóåùí. 7. Ç êõôôáñßíç êáé ôï Üìõëï Ý÷ïõí ôïí ßäéï åìðåéñéêü ôýðï. Ðïéá åßíáé ç áéôßá ãéá ôéò óçìáíôéêÝò äéáöïñÝò óôéò éäéüôçôåò áõôþí ôùí äýï õëéêþí; 8. Íá äåßîåôå ìå ðïéï ôñüðï åßíáé äõíáôüí íá

ó÷çìáôéóèåß áðü äýï ìüñéá ãëõêüæçò ìå ôïí åìðåéñéêü ôýðï C6H12O6, Ýíá ìüñéï ìå åìðåéñéêü ôýðï C12H22O11. Áí ç ãëõêüæç åßíáé ôï ìïíïìåñÝò ôïõ áìýëïõ, ãéáôß ï åìðåéñéêüò ôýðïò ôïõ áìýëïõ åßíáé (C6H10O5)n, üðïõ n åßíáé Ýíáò ìåãÜëïò áñéèìüò; 9. Íá äþóåôå äýï ðáñáäåßãìáôá ìïñßùí ìå äéáêëáäéæüìåíåò áëõóßäåò. Ãéáôß ïé äéáêëáäéæüìåíåò áëõóßäåò åßíáé óçìáíôéêÝò ãéá ôç âéïìç÷áíßá êáïõôóïýê; 10. Íá ïíïìÜóåôå äýï ó÷Þìáôá, ðïõ ìðïñïýí íá ðÜñïõí ôá ìüñéá ðñùôåÀíçò. Ðïéï åßäïò äåóìïý êáèéóôÜ éêáíÜ ôá ìüñéá ôçò ðñùôåÀíçò íá áðïêôÞóïõí áõôü ôï åßäïò ó÷çìÜôùí; 11. Ðþò ðáñáóêåõÜæåôáé Ýíá áíôßãñáöï ôïõ DNA; 12. Íá äåßîåôå ðþò óõíäÝïíôáé ïé ïìÜäåò ôùí âÜóåùí ìå ôéò ïìÜäåò ôùí óáê÷Üñùí óôï DNA. 13. Ôé åííïïýìå ëÝãïíôáò óõìðëçñùìáôéêÞ öýóç ôùí æåõãþí ôùí âÜóåùí; 14. Áò õðïôåèåß üôé Ýíá ôìÞìá DNA ðåñéÝ÷åé ôñåéò áðü ôéò ïìÜäåò ôùí âÜóåùí, ð.÷. Á, Ô êáé G. Ðüóåò äéáöïñåôéêÝò áëëçëïõ÷ßåò âÜóåùí åßíáé äõíáôÝò; Íá ôéò äåßîåôå. 15. Óå ôé äéáöÝñåé ôï RNA áðü ôï DNA;

MÅÑÏÓ ÐÅÌÐÔÏ

Ç äõíáìéêÞ ôçò ÷çìåßáò Ç ÷çìåßá áó÷ïëåßôáé ìå áëëáãÝò êáé ìåôáó÷çìáôéóìïýò óôç óýóôáóç ôçò ýëçò ôùí äéáöüñùí õëéêþí. ÌåñéêÝò áðü áõôÝò ôéò ÷çìéêÝò áëëáãÝò åßíáé ôüóï Ýíôïíåò êáé èåáìáôéêÝò üóï ç êáôáóêåõÞ ôïõ óéäÞñïõ êáé ôïõ ÷Üëõâá. ¢ëëåò åßíáé ôüóï Þðéåò êáé óõíçèéóìÝíåò, üðùò áõôÝò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé, üôáí âñÜæïìå Ýíá áõãü. ¼ðùò ãíùñßæåôå ç ãíþóç ôùí äïìþí ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí áðïôåëåß æùôéêÞò óçìáóßáò ôìÞìá ôçò ÷çìåßáò êáé ç êáôáíüçóç ôùí ÷çìéêþí äåóìþí åîáêïëïõèåß íá áðïôåëåß ãéá ôïí åñåõíçôÞ ÷çìéêü ðåäßï ðñïâëçìáôéóìïý ðïõ èÝôåé óå äïêéìáóßá üëç ôç íïçìïóýíç ôïõ. ÏðùóäÞðïôå üìùò, óå ôåëéêÞ áíÜëõóç, ç åðéóôÞìç ôçò ÷çìåßáò åðéäéþêåé íá åñìçíåýåé ôï ðþò êáé ôï ãéáôß ðñáãìáôïðïéïýíôáé ïé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ç ìåëÝôç ôùí áíôéäñÜóåùí áðïôåëåß ôçí êõñéüôåñç äñáóôçñéüôçôá ôùí ÷çìéêþí. ×çìéêÝò ìåôáâïëÝò ðñáãìáôïðïéïýíôáé äéáñêþò óôï öõóéêü êüóìï. ÐñïêåéìÝíïõ íá ôéò ìåëåôÞóïõí ïé ÷çìéêïß óôá åñãáóôÞñéÜ ôïõò, ðñïóðáèïýí íá åëÝãîïõí ìåñéêÝò áíôéäñÜóåéò. Áíáìéãíýïõí ïõóßåò, ìåëåôïýí ôéò áëëáãÝò ðïõ ãßíïíôáé üôáí áíôéäñïýí êáé ðñïóäéïñßæïõí ôá ðñïúüíôá ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé. Êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï åëÝã÷ïõí ôéò áíôéäñÜóåéò, þóôå íá åßíáé óå èÝóç íá ôéò áîéïðïéÞóïõí óå ðñáêôéêÝò åöáñìïãÝò. Óôï êåöÜëáéï ðïõ áêïëïõèåß èá ìÜèåôå ðþò ðñïóäéïñßæïõí ïé ÷çìéêïß ôéò ìåôáâïëÝò ôçò åíÝñãåéáò ðïõ óõíåðÜãïíôáé ïé ÷çìéêÝò áëëáãÝò, êáèþò êáé ôéò ôá÷ýôçôåò áõôþí ôùí ÷çìéêþí áëëáãþí. Èá ðñïóåããßóåôå åðßóçò ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï ìåëåôïýí ôïõò ðáñÜãïíôåò ïé ïðïßïé åðçñåÜæïõí ôéò ôá÷ýôçôåò êáé ôá ðñïúüíôá, êáèþò êáé ôï ðþò ãßíïíôáé ïé ÷çìéêïß õðïëïãéóìïß.

KÅÖÁËÁÉÏ ÄÅÊÁÔÏ ÅÍÁÔÏ

×çìéêÝò áíôéäñÜóåéò êáé õðïëïãéóìïß

Ïé õðïëïãéóìïß áðïôåëïýí óçìáíôéêü ôìÞìá ôïõ Ýñãïõ åíüò ÷çìéêïý. Åäþ, ï ÷çìéêüò Ý÷åé ðïëý êïíôÜ óôï ÷Ýñé ôïõ ôï ëïãáñéèìéêü ôïõ êáíüíá (áñéóôåñÜ) (Ï ëïãáñéèìéêüò êáíüíáò ÷ñçóéìïðïéïýíôáí ðáëáéüôåñá ãéá ôïõò ìáèçìáôéêïýò õðïëïãéóìïýò. ÓÞìåñá áíôéêáôáóôÜèçêå áðü ôïí çëåêôñïíéêü õðïëïãéóôÞ ôóÝðçò).

512

ÁëëáãÝò ãßíïíôáé ãýñù ìáò êÜèå ìÝñá^ ç êáýóç ôùí îýëùí, ôï óêïýñéáóìá ôïõ óéäÞñïõ, ç ôÞîç ôïõ ðÜãïõ, ç áðïóýíèåóç ôùí ïñãáíéêþí õëéêþí åßíáé ìåñéêÝò áðü áõôÝò. Åßíáé Üñáãå ìüíï áëëáãÝò öÜóåùò Þ ðñüêåéôáé ãéá ÷çìéêÝò áëëáãÝò êáôÜ ôéò ïðïßåò ó÷çìáôßæïíôáé åíôåëþò íÝåò ïõóßåò; Áí ëéþóåôå Ýíá êïììÜôé êåñß, öáßíåôáé íá áëëÜæåé: Aðü Ýíá ãáëáêôü÷ñùìï óôåñåü ìåôáôñÝðåôáé óå Ýíá äéáöáíÝò õãñü. ÊáôÜ ôçí øýîç, ôï õãñü óêëçñáßíåé êáé ìåôáôñÝðåôáé åê íÝïõ óôï áñ÷éêü ãáëáêôü÷ñùìï óôåñåü. Åßíáé ðñïöáíÝò üôé ðñüêåéôáé ãéá ìéá áëëáãÞ öÜóåùò. ~Ïôáí üìùò êÜøåôå ôï êåñß, åêëýïíôáé áÝñéá. Ôá áÝñéá áõôÜ áðïäåéêíýåôáé üôé åßíáé áôìïß íåñïý êáé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, Ý÷ïõí äå ðïëý äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò áðü áõôÝò

ðïõ åß÷å ôï êåñß áðü ôï ïðïßï îåêéíÞóáôå. Ðþò åßíáé äõíáôüí íá åêöñáóèåß áõôÞ ç ÷çìéêÞ áíôßäñáóç ðïéïôéêÜ (ìå ëüãéá) Þ ðïóïôéêÜ (ìå áñéèìïýò); Óôï êåöÜëáéï áõôü èá ìÜèåôå ðþò íá ðñïóäéïñßæåôå ôïõò áñéèìïýò êáé ôá åßäç ôùí áôüìùí êÜðïéáò ïõóßáò, êáèþò êáé ôïõò ôñüðïõò ìå ôïõò ïðïßïõò óõíäÝïíôáé êáé áíáêáôáíÝìïíôáé ôá Üôïìá ìéáò ïõóßáò, üôáí óõíôåëïýíôáé ÷çìéêÝò áëëáãÝò. Åðßóçò, èá ìÜèåôå ôç ÷çìéêÞ “óôåíïãñáößá” ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé, ãéá íá ðåñéãñáöïýí ïé ïõóßåò êáé ïé áíôéäñÜóåéò óôéò ïðïßåò óõììåôÝ÷ïõí. Ç ìåëÝôç áõôÞ ôùí ðïóïôéêþí ó÷Ýóåùí ðïõ óõíåðÜãåôáé ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç ïíïìÜæåôáé óôïé÷åéïìåôñßá.

×çìéêïß ôýðïé êáé åîéóþóåéò 19.1ÓèÝíïò, ç éêáíüôçôá óõíäÝóåùò ôùí óôïé÷åßùí. Áò ñßîïìå ìéá ìáôéÜ óå ìåñéêïýò áðü ôïõò ôýðïõò åíþóåùí ìå ôéò ïðïßåò Ý÷ïìå áó÷ïëçèåß ðñïçãïõìÝíùò. Óôçí ðåñßðôùóç ôïõ íåñïý, Ç2Ï, ï ôýðïò äåß÷íåé üôé äýï Üôïìá õäñïãüíïõ Ý÷ïõí óõíäåèåß ìå Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ. Óôçí ðåñßðôùóç ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ, NaCl, ôï íÜôñéï êáé ôï ÷ëþñéï Ý÷ïõí åíùèåß óå ìéá áíáëïãßá Ýíá ðñïò Ýíá. Óôï êáõóôéêü êÜëéï, ÊÏÇ, õðÜñ÷åé Ýíá Üôïìï êáëßïõ, Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ êáé Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ. Ïé ìåëÝôåò ðïõ Ýãéíáí óôï êåöÜëáéï 14 ãéá ôçí çëåêôñïíéêÞ äéáìüñöùóç êáé ôïõò ÷çìéêïýò äåóìïýò, Ýäùóáí ìéá êáôáíïçôÞ åñìçíåßá ôïõ ôé ðñáãìáôéêÜ êáèïñßæåé ôçí “éêáíüôçôá óõíäÝóåùò” ôùí óôïé÷åßùí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ìÜèáôå ãéáôß Ýíá Üôïìï ôïõ ìåôÜëëïõ êÜëéï åíþíåôáé ìå Ýíá Üôïìï ôïõ áëïãüíïõ âñþìéï êáé ó÷çìáôßæåé ôï KBr, åíþ Ýíá Üôïìï ôïõ ìåôÜëëïõ áóâÝóôéï åíþíåôáé ìå äýï Üôïìá âñùìßïõ êáé ó÷çìáôßæåé ôï CaBr2. Äéáðéóôþóáôå üôé ç éêáíüôçôá óõíäÝóåùò ôïõ áôüìïõ åßíáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ç éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìþí. Ìå áðëïýóôåñá ëüãéá, ç éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìþí áöïñÜ óôçí ôÜóç åíüò áôüìïõ íá ìåôáöÝñåé Þ íá ìïéñÜæåôáé ôá åîùôåñéêÜ ôïõ çëåêôñüíéá ìå Üëëá Üôïìá. ~Åíáò üñïò ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé åõñÝùò, üôáí ãßíåôáé áíáöïñÜ óôéò éêáíüôçôåò óõíäÝóåùò ôùí áôüìùí, åßíáé ôï óèÝíïò. Ï üñïò áõôüò áðïôåëåß

Ýíá ðïëý ÷ñÞóéìï åñãáëåßï ãéá ôç óùóôÞ ðñüâëåøç ôùí ôýðùí ãéá ðïëëÝò áðü ôéò áðëïýóôåñåò åíþóåéò. Ôï óèÝíïò åßíáé ï áñéèìüò ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ Ýíá Üôïìï ÷Üíåé, êåñäßæåé Þ ìïéñÜæåôáé, üôáí ó÷çìáôßæåé ÷çìéêïýò äåóìïýò ìå Üëëá Üôïìá. Ãéá ôçí ðáñÜóôáóç ôïõ óèÝíïõò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé èåôéêÜ êáé áñíçôéêÜ ðñüóçìá. Ôï èåôéêü óçìáßíåé óõíÞèùò üôé Ýíá Üôïìï ÷Üíåé, åíþ ôï áñíçôéêü üôé êåñäßæåé çëåêôñüíéá. ~Ïðùò Þäç ïñßóèçêå, ôï óèÝíïò åßíáé äõíáôüí íá áíáöÝñåôáé óå Üôïìá, ôá ïðïßá ìïéñÜæïíôáé êõñßùò çëåêôñüíéá. Ìåñéêïß åðéóôÞìïíåò üìùò ðñïôéìïýí íá ÷ñçóéìïðïéïýí ôïí üñï ìüíï üôáí áíáöÝñïíôáé óå éüíôá êáé óôá öïñôßá ôïõò. Áí ÷ñçóéìïðïéåßôáé êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ôï óèÝíïò, óçìáßíåé “ôï öïñôßï åíüò éüíôïò”. Óå áõôü ôï âéâëßï, ôï óèÝíïò èá ÷ñçóéìïðïéçèåß ìüíï ìå áõôÞí ôçí Ýííïéá. ÐñïêåéìÝíïõ íá åîïéêåéùèåßôå ìå ôá êïéíÜ éüíôá êáé ôá öïñôßá ôïõò, èá ðñÝðåé íá ìåëåôÞóåôå ðñïóåêôéêÜ ôïí ðßíáêá 19.1. ~Åíá áðü ôá ðñþôá ðñÜãìáôá ðïõ áîßæåé íá óçìåéùèïýí åßíáé üôé ôá éüíôá ôùí ìåôÜëëùí ôùí áëêáëßùí Ý÷ïõí öïñôßï 1+. ~Å÷ïõí áõôü ôï öïñôßï, åðåéäÞ ôï êÜèå Ýíá áðü áõôÜ ôá óôïé÷åßá Ý÷åé Ýíá çëåêôñüíéï óôï åîùôåñéêü ôïõ ôñï÷éáêü (óèÝíïò), ôï ïðïßï äéáôßèåôáé ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìïý. ÐáñáôçñÞóôå üôé ôá éüíôá ôùí áëêáëéêþí ãáéþí Ý÷ïõí öïñôßï 2+. Ôï êÜèå Ýíá áðü áõôÜ ôá óôïé÷åßá Ý÷åé äýï çëåêôñüíéá óèÝíïõò äéáèÝóéìá ãéá ôï ó÷çìáôéóìü äåóìþí.

513 ÐÉÍÁÊÁÓ 19.1. Ïíüìáôá, ôýðïé êáé öïñôßá (óèÝíç) ìåñéêþí êïéíþí éüíôùí. ÈåôéêÜ éüíôá

ÁñíçôéêÜ éüíôá

1+

1-

áììþíéï, ÍÇ4+

ïîéêü, C2H3O2-

÷áëêüò (É), Cu+

âñùìßïõ, Br-

õäñïãüíï, Ç+

÷ëùñéêü, ClO3-

ëßèéï, Li+

÷ëùñßïõ, Cl-

õäñÜñãõñïò (É), Hg22+

öèïñßïõ, F-

êÜëéï, Ê+

üîéíï áíèñáêéêü, ÇCO3-

Üñãõñïò, Ag+

üîéíï èåééêü, HSO4-

íÜôñéï, Ía+

õäñïîýëéï, ÏÇ-

2+

éùäßïõ, É-

âÜñéï, Ba2+

íéôñéêü, ÍÏ3

áóâÝóôéï, Ca2+

íéôñþäåò, NO3-

÷ñþìéï (ÉÉ), Cr2+

õðåñìáããáíéêü, ÌnO4-

÷áëêüò (ÉÉ), Cu2+

2-

óßäçñïò (ÉÉ), Fe2+

áíèñáêéêü, CO32-

ìüëõâäïò (ÉÉ), Pb2+

÷ñùìéêü, CrO42-

ìáãíÞóéï (ÉÉ), Ìg2+

oîåßäéï, Ï2-

ìáããÜíéï (ÉÉ), Ìn2+

õðåñïîåßäéï, Ï22-

õäñÜñãõñïò (ÉÉ), Çg2+

èåééêü, SO42-

íéêÝëéï (ÉÉ), Íi2+

èåéïý÷ï Þ óïõëößäéï, S2-

øåõäÜñãõñïò, Zn2+

èåéþäåò, SO32-

3+ áëïõìßíéï, Al3+

3óéäçñïêõáíéïý÷ï, Fe(CN)63-

÷ñþìéï (ÉÉÉ), Cr3+ óßäçñïò (ÉÉÉ), Fe3+

öùóöïñéêü, PO43-

ÊïéôÜîôå ðñïóåêôéêÜ ôï ìåãÜëï áñéèìü ôùí ðïëõáôïìéêþí éüíôùí. Ôá éüíôá áõôÜ ðåñéåãñÜöçóáí óôçí ðáñÜãñáöï 17.11. Èõìçèåßôå üôé êÜèå ðïëõáôïìéêü éüí åßíáé ìéá ðïëý óôáèåñÞ ïìÜäá áôüìùí, ôá ïðïßá ùò ïìÜäá öÝñïõí êÜðïéï öïñôßï. Áí ìåëåôÞóåôå áêüìç êáëýôåñá ôïí ðßíáêá, èá äéáðéóôþóåôå üôé ìåñéêÜ óôïé÷åßá äéáèÝôïõí ðåñéóóüôåñá áðü Ýíá öïñôßá Þ óèÝíç. ÄçëáäÞ ó÷çìáôßæïõí éüíôá, ôá ïðïßá Ý÷ïõí êÜðïéá äéáöïñåôéêÜ öïñôßá. Áõôü óçìáßíåé üôé ôá óôïé÷åßá áðïêôïýí Þ ÷Üíïõí äéáöïñåôéêü áñéèìü çëåêôñïíßùí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ï ÷áëêüò ó÷çìáôßæåé äýï äéáöïñåôéêÜ éüíôá, Cu+ êáé Cu2+. Ôá äýï áõôÜ éüíôá äåß÷íïõí üôé ï ÷áëêüò ìðïñåß íá ÷Üóåé ôï Ýíá Þ ôá äýï áðü ôá çëåêôñüíéÜ ôïõ áíôßóôïé÷á.

19.2

Ç ÷ñçóéìïðïßçóç ôùí êáíüíùí ôïõ óèÝíïõò ãéá ôç ãñáöÞ ôùí ôýðùí.

ÊáôÜ ôç ãñáöÞ ôùí ôýðùí ðïëëþí áðëþí åíþóåùí åöáñìüæïíôáé óõíÞèùò ïé áêüëïõèïé êáíüíåò: 1. Ðñþôï ãñÜöåôáé ôï óôïé÷åßï ìå ôï ðéï èåôéêü óèÝíïò. 2. Ôåëåõôáßï ãñÜöåôáé ôï óôïé÷åßï ìå ôï ðéï áñíçôéêü óèÝíïò. 3. Ôï óõíïëéêü öïñôßï ôçò åíþóåùò ðïõ ó÷çìáôßæåôáé ðñÝðåé íá åßíáé ìçäÝí. ÄçëáäÞ èá ðñÝðåé íá åîéóïññïðïýíôáé ôá öïñôßá ðïõ õðïäçëþíïíôáé áðü ôïõò áñéèìïýò ôïõ óèÝíïõò. Ãéá íá ãßíåé áõôü, ãñÜöïíôáé äåßêôåò óôï êÜôù äåîéü ôìÞìá ôïõ óôïé÷åßïõ Þ ôïõ ðïëõáôïìéêïý éüíôïò. 4. Ôï óèÝíïò ôùí ðïëõáôïìéêþí éüíôùí èá ðñÝðåé íá åßíáé ßóï ìå ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá ôùí öïñôßùí ôùí äéáöüñùí áôüìùí ðïõ óõíéóôïýí ôï ðïëõáôïìéêü éüí. 5. Áí Ýíá ðïëõáôïìéêü éüí åìöáíßæåôáé ðåñéóóüôåñåò áðü ìßá öïñÝò óôïí ôýðï, ðåñéêëåßåôáé óå ðáñåíèÝóåéò êáé ï äåßêôçò ôïðïèåôåßôáé áêñéâþò Ýîù óôçí êÜôù äåîéÜ ðëåõñÜ. ÐïôÝ äåí ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ðáñåíèÝóåéò ãýñù áðü Ýíá ìüíï óôïé÷åßï. Ç åöáñìïãÞ ôùí êáíüíùí áõôþí ìðïñåß íá ðñáãìáôïðïéçèåß, áí ãñÜøåôå ôïõò ôýðïõò ãéá ìåñéêÝò åíþóåéò ìå ôéò ïðïßåò Ý÷åôå êéüëáò åîïéêåéùèåß. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ãéá íá ãñÜøåôå ôïí ôýðï ôïõ íåñïý, ãñÜøôå ðñþôá ôï óôïé÷åßï ìå ôï

514

Ó×ÇÌÁ 19-1. Êáé ôá ïíüìáôá êáé ïé ÷çìéêïß ôýðïé åßíáé ÷ñÞóéìá ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôùí ÷çìéêþí åíþóåùí.

èåôéêü óèÝíïò (õäñïãüíï). Óôç óõíÝ÷åéá, ãñÜøôå ôï óôïé÷åßï ìå ôï áñíçôéêü óèÝíïò (ïîõãüíï). Ï ôýðïò ìÝ÷ñéò åäþ åßíáé ÇÏ. ÐñïóÝîôå üìùò üôé ï áñéèìüò óèÝíïõò ôïõ õäñïãüíïõ åßíáé 1+, åíþ ôïõ ïîõãüíïõ åßíáé 2–. ×ñåéÜæïíôáé äýï Üôïìá õäñïãüíïõ ìå óèÝíïò 1+, ãéá íá õðÜñîåé éóïññïðßá ìå ôï Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ ìå óèÝíïò 2–. ~Åôóé, ï ôýðïò ôçò åíþóåùò ãßíåôáé ï ãíùóôüò Ç2Ï. Êáô' áíÜëïãï ôñüðï ìðïñåßôå íá ãñÜøåôå ôïí ôýðï ãéá ôçí Ýíùóç ðïõ ó÷çìáôßæåôáé áíÜìåóá óå áóâÝóôéï êáé ïîõãüíï. ÅðåéäÞ ôï áóâÝóôéï Ý÷åé èåôéêü óèÝíïò, ãñÜöåôáé ðñþôï. Ôï ïîõãüíï, ìå áñíçôéêü óèÝíïò, ãñÜöåôáé ôåëåõôáßï. ÅðåéäÞ ïé áñéèìïß óèÝíïõò áõôþí åßíáé ßóïé, ï ôýðïò ãßíåôáé CaO. Ôþñá ðëÝïí ãíùñßæåôå üôé ãéá ôçí éêáíüôçôá åíüò áôüìïõ ðñïò óýíäåóç åõèýíïíôáé ï áñéèìüò êáé ç äéÜôáîç ôùí çëåêôñïíßùí óôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò ôïõ. Ïé ðñïçãïýìåíïé üìùò êáíüíåò ðáñÝ÷ïõí ìéá óýíôïìç ôå÷íéêÞ ãéá ôç ãñáöÞ ôùí ôýðùí ÷ùñßò íá áíáæçôïýíôáé êÜèå öïñÜ ïé äïìÝò ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí óôçí êÜèå ðåñßðôùóç. Ãéá ôï éüí ôïõ õäñïîõëßïõ, ÏÇ–, ôï óõíïëéêü öïñôßï åßíáé 1–. Áõôü óõíÜãåôáé áðü ôï ãåãïíüò üôé ôï ïîõãüíï Ý÷åé óèÝíïò 2–, åíþ ôï õäñïãüíï Ý÷åé óèÝíïò 1+.

19.3Ç ïíïìáôïëïãßá ôùí ÷çìéêþí åíþóåùí. Áöïý ìÜèáôå íá ãñÜöåôå ôïõò óùóôïýò ôýðïõò äéáöüñùí ÷çìéêþí åíþóåùí, åßíáé ÷ñÞóéìï íá

ìÜèåôå êáé ìåñéêïýò êáíüíåò ãéá ôçí ïíïìáôïëïãßá ôïõò. ~Ïðùò âëÝðåôå êáé óôï ó÷Þìá 19-1, ôüóï ôá ïíüìáôá üóï êáé ïé ôýðïé åßíáé ÷ñÞóéìïé ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôùí åíþóåùí. ÐïëëÝò áðü ôéò åíþóåéò ðïõ áíáöÝñèçêáí ìÝ÷ñé ôþñá ðåñéÝ÷ïõí ìüíï äýï åßäç óôïé÷åßùí. ÏíïìÜæïíôáé äéóôïé÷åéáêÝò åíþóåéò (Þ åíþóåéò äýï óôïé÷åßùí). Èá ðñïóÝîáôå üôé ôá ïíüìáôá ôùí äéóôïé÷åéáêþí åíþóåùí áñ÷ßæïõí ìå ôï üíïìá ôïõ óôïé÷åßïõ ðïõ Ý÷åé ôï áñíçôéêü óèÝíïò. Åßíáé áõôü ðïõ ôåëåéþíåé óå -ïý÷ï Þ -ßäéï Þ -éêü: NaCl CaCl2 CaO Al2O3

÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï ÷ëùñéïý÷ï áóâÝóôéï ïîåßäéï ôïõ áóâåóôßïõ ïîåßäéï ôïõ áëïõìéíßïõ

Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ðïëëÜ, áí êáé ü÷é üëá, áðü ôá ïíüìáôá ôùí áñíçôéêþí ðïëõáôïìéêþí éüíôùí êáôáëÞãïõí óå -éêü. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ïñéóìÝíá óçìáíôéêÜ ðïëõáôïìéêÜ éüíôá, üðùò åßíáé ôï éüí áììùíßïõ (ÍÇ 4+) êáé ôï íéôñéêü éüí (ÍÏ3–), èá ðñÝðåé íá áðïìíçìïíåõèïýí ôá ïíüìáôÜ ôïõò. Óôç óõíÝ÷åéá åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ôá ïíüìáôá ôùí åíþóåùí óôéò ïðïßåò áðáíôïýí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï ÍÇ 4ÍÏ3 ëÝãåôáé íéôñéêü áììþíéï. NaNO3 NH4NO3 Ca3(PO4)2

íéôñéêü íÜôñéï íéôñéêü áììþíéï öùóöïñéêü áóâÝóôéï

ÁíáöÝñèçêå üôé êáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü ôùí åíþóåùí ìåñéêÜ óôïé÷åßá åìöáíßæïõí

515

ðåñéóóüôåñá áðü Ýíá óèÝíç. Ïé åíþóåéò áõôÝò åßíáé äéáöïñåôéêÝò ïõóßåò êáé ùò åê ôïýôïõ Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò éäéüôçôåò êáé ôýðïõò. Ãé' áõôü åßíáé óçìáíôéêü íá ãíùñßæåôå ðþò ïíïìÜæïíôáé áõôÝò ïé åíþóåéò. Áò ðÜñïìå ãéá ðáñÜäåéãìá ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óôïí õäñÜñãõñï êáé ôï ïîõãüíï. Ìå ôç âïÞèåéá ôùí ðñïçãïõìÝíùí êáíüíùí ìðïñåßôå íá äåßôå üôé åßíáé äõíáôüí íá ãñáöïýí äýï ôýðïé:

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓH

19.4

Hg2O (ï õäñÜñãõñïò Ý÷åé óèÝíïò 1+) HgO (ï õäñÜñãõñïò Ý÷åé óèÝíïò 2+)

Óýìöùíá ìå ôï åðéêñáôÝóôåñï óýóôçìá, ïé êáôáóôÜóåéò äéáöïñåôéêïý óèÝíïõò ðñïóäéïñßæïíôáé ùò åîÞò: Ôïõ ìåí Hg2O ùò ïîåßäéï ôïõ õäñáñãýñïõ (É), ôïõ äå HgO ùò ïîåßäéï ôïõ õäñáñãýñïõ (ÉÉ). Ôá É êáé ÉÉ äåß÷íïõí ôá óèÝíç ôïõ õäñáñãýñïõ*.

ÓõìðåñéöïñÜ ôïõ óôåñåïý óéäÞñïõ ìÝóá óå õäáôéêü äéÜëõìá èåééêïý ÷áëêïý.

~Ïôáí Ýíáò ÷çìéêüò èÝëåé íá ðáñáóêåõÜóåé êÜðïéá ðïóüôçôá åíüò ðñïúüíôïò, èá ðñÝðåé íá ãíùñßæåé ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôéò ðïóüôçôåò ôùí áñ÷éêþí ðñþôùí õëþí êáé ôïõ ðñïúüíôïò ðïõ ðñüêåéôáé íá ðáñáóêåõÜóåé. Ç ãíþóç ôçò ó÷Ýóåùò áíÜìåóá óôá moles ôùí áíôéäñþíôùí êáé óôá moles ôùí ðñïúüíôùí ôïí âïçèïýí íá áíáìßîåé ôéò óùóôÝò áíáëïãßåò ÷ùñßò íá óðáôáëÜ Üóêïðá ôéò ïõóßåò. ÓÊÏÐÏÓ

Óôï ðåßñáìá áõôü èá áíôéäñÜóåé ìéá ãíùóôÞ ðïóüôçôá óéäÞñïõ ìå ðåñßóóåéá èåééêïý ÷áëêïý, ìÝóá óå íåñü. Óôç óõíÝ÷åéá èá ðñïóäéïñßóåôå ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ óéäÞñïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå êáé óôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ ðñïúüíôïò ðïõ ó÷çìáôßóèçêå êáôÜ ôçí áíôßäñáóç. ÕËÉÊÁ

1 ãñáììÜñéï ñéíéóìÜôùí Þ óêüíçò óéäÞñïõ 2 ðïôÞñéá æÝóåùò ôùí 100 ml OñèïóôÜôçò, äáêôýëéïò ÓõñìÜôéíï ðëÝãìá áìéÜíôïõ

1-2 óôáãüíåò äéáëýìáôïò áðïññõðáíôéêïý Ëý÷íïò Æõãüò, óôáèìÜ

5 ãñáììÜñéá êñõóôÜëëùí èåééêïý ÷áëêïý (CuSO4 • 5Ç2O) ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

1. Õðïëïãßóôå ôç ìÜæá ôïõ ðïôçñéïý ôùí 100 ml ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. ÐñïóèÝóôå 5,0-5,1 g êñõóôÜëëùí èåééêïý ÷áëêïý óôï ðïôÞñé *

Ó.ô.Ì. Óýìöùíá ìå ôçí áìåñéêáíéêÞ ïíïìáôïëïãßá, ç ïíïìáóßá ôùí ãíùóôþí åíþóåùí áêïëïõèåß åðßóçò ðïëý áðëïýò êáíüíåò, áí êáé áñêåôÜ äéáöïñåôéêïýò áðü áõôïýò ðïõ åöáñìüæïíôáé óôçí åëëçíéêÞ. Ôï ìåôáëëéêü óôïé÷åßï (åêåßíï ðïõ äéáèÝôåé ôï èåôéêü óèÝíïò) äéáâÜæåôáé ðñþôï. Ôï üíïìá ôïõ óôïé÷åßïõ ìå ôï áñíçôéêü óèÝíïò óõíÞèùò áðïôåëåß ôï äåýôåñï óõíèåôéêü ôïõ ïíüìáôïò, ìå ôçí êáôÜëçîç -ide (ð.÷. chloride, oxide). Óôçí ðåñßðôùóç ôùí áñíçôéêþí ðïëõáôïìéêþí éüíôùí ç êáôÜëçîç ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé åßíáé -ate (ð.÷. sodium nitrate ãéá ôï NaNO3 êáé ammonium nitrate ãéá ôï NH4NO3). ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ôá óôïé÷åßá ðïõ äéáèÝôïõí ðåñéóóüôåñá áðü Ýíá óèÝíç, åêôüò áðü ôçí ïíïìáôïëïãßá óôçí ïðïßá áíáöÝñåôáé ôï óèÝíïò ôïõ óôïé÷åßïõ [ð.÷. mercury(I) oxide ãéá ôï Hg2O Þ mercury (II) oxide ãéá ôï HgO], õðÜñ÷åé êáé Ýíá áêüìç óýóôçìá ïíïìáóßáò. Óýìöùíá ìå áõôü, ôï ìéêñüôåñï óèÝíïò ôïõ ìåôÜëëïõ äçëþíåôáé ìå ôçí êáôÜëçîç -ous êáé ôï ìåãáëýôåñï óèÝíïò ìå ôçí êáôÜëçîç -ic (ð.÷. mercurous oxide ãéá ôï Hg2O êáé mercuric oxide ãéá ôï HgO). Ùò Ýíá áêüìç ðáñÜäåéãìá, ïé äýï ÷ëùñéïý÷åò åíþóåéò ôïõ ÷áëêïý, CuCl êáé CuCl2 , åßíáé äõíáôüí íá ïíïìáóèïýí ìå Ýíáí áðü ôïõò áêüëïõèïõò ôñüðïõò: CuCl copper(É) chloride, Þ cuprous chloride CuCl2 copper(ÉÉ) chloride, Þ cupric chloride.

516

Ó×ÇÌÁ 19-2. ÊáôÜëëçëåò ôå÷íéêÝò ãéá ôç ìåôáöïñÜ óôåñåþí ÷çìéêþí ïõóéþí ìå ôç ìïñöÞ óêüíçò Þ ìéêñþí ôåìá÷éäßùí åßíáé ôüóï ç áñãÞ ðåñéóôñïöÞ ôçò öéÜëçò ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï áíôéäñáóôÞñéï (áñéóôåñÜ) üóï êáé ôï ìáëáêü êôýðçìá ôïõ ÷Üñôéíïõ ößëôñïõ (äåîéÜ). Êáé ôá äýï åîáóöáëßæïõí ïìáëÞ óôáèåñÞ ìåôáöïñÜ ôïõ õëéêïý.

2.

3. 4.

5.

6.

7.

8.

Ó×ÇÌÁ 19-3.

ðïõ âñßóêåôáé ðÜíù óôï æõãü. Ç ðïóüôçôá äåí ÷ñåéÜæåôáé íá ìåôñçèåß ìå áêñßâåéá, áëëÜ ðñÝðåé íá åßíáé ôïõëÜ÷éóôïí 5,0 g. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ äåýôåñïõ Üäåéïõ ðïôçñéïý ìå áêñßâåéá 0,01 g. Ìå ôï ðïôÞñé áêüìç ðÜíù óôï äßóêï ôïõ æõãïý, ðñïóèÝóôå 0,95-1,05 g ñéíéóìÜôùí óéäÞñïõ, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 19-2. Âñåßôå ôç óõíïëéêÞ ìÜæá ôïõ ðïôçñéïý êáé ôïõ óéäÞñïõ ìå áêñßâåéá 0,01 g. ÐñïóèÝóôå 20-25 ml íåñïý óôï èåééêü ÷áëêü ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óôï ðñþôï ðïôÞñé. ÈåñìÜíáôå ôï ðïôÞñé ìå ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ ìÝ÷ñé íá äéáëõèåß ï èåééêüò ÷áëêüò êáé ôï ìßãìá íá âñÜóåé Ýíôïíá. Áðïìáêñýíáôå ôï ðïôÞñé áðü ôï ëý÷íï. ÁäåéÜóôå ðñïóåêôéêÜ ôá ñéíßóìáôá ôïõ óéäÞñïõ –ëßãá ëßãá– áðü ôï ðïôÞñé, ìÝóá óôï ïðïßï ìåôñÞèçêå ç ìÜæá ôïõò åíôüò ôïõ Üëëïõ ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï äéÜëõìá ôïõ èåééêïý ÷áëêïý. ÌåôÜ áðü êÜèå ðñïóèÞêç ñéíéóìÜôùí, íá ðåñéìÝíåôå íá “çñåìÞóåé” ç áíôßäñáóç, ðñïôïý íá ðñïóèÝóåôå Üëëá. ~Ïôáí ðñïóôåèåß üëïò ï óßäçñïò óôï äéÜëõìá, èåñìÜíáôå ðÜëé ôï äéÜëõìá, ìÝ÷ñé ó÷åäüí íá âñÜóåé, êáé äéáôçñÞóôå ôï óå áõôÞí ôç èåñìïêñáóßá ãéá ôñßá-ôÝóóåñá ëåðôÜ. Íá óçìåéþóåôå ôçí áëëáãÞ óôç ìïñöÞ ôçò ïõóßáò ìÝóá óôï ðïôÞñé. Áðïìáêñýíáôå ôï ëý÷íï êáé áöÞóôå ôï ðïôÞñé íá êñõþóåé þóôå íá ìðïñåßôå íá ôï ðéÜíåôå Üíåôá. ÐñïóèÝóôå 1-2 óôáãüíåò äéáëýìáôïò áðïññõðáíôéêïý óôï ìßãìá, ãéá íá åìðïäßóåôå ôá óôåñåÜ óùìáôßäéá íá åðéðëÝïõí ðÜíù óôçí åðéöÜíåéá ôïõ õãñïý. Ìåôáããßóôå ðñïóåêôéêÜ ôï äéáõãÝò õãñü, üðùò óôï ó÷Þìá 19-3, ìÝóá óå Ýíá Üëëï ìéêñü ðïôÞñé, ðñéí íá ôï áðïññßøåôå. Íá ðñïóÝîåôå éäéáßôåñá ìçí ðáñáóõñèåß êáé ðÝóåé êÜðïéï áðü ôá óôåñåÜ óùìáôßäéá. Áí êÜðïéï óôåñåü óùìáôßäéï ðáñ' üëá áõôÜ ðÝóåé êáôÜ ëÜèïò óôï ìéêñü ðïôÞñé, áäåéÜóôå ôï ðåñéóóüôåñï õãñü áðü áõôü. Óôç óõíÝ÷åéá, áäåéÜóôå ôï óùìáôßäéï ðÜëé ðßóù óôï áñ÷éêü ðïôÞñé ìå ôç âïÞèåéá ìéêñÞò ðïóüôçôáò áðéïíéóìÝíïõ íåñïý, áðü Ýíáí õäñïâïëÝá, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 19-4. Ìåôáããßóôå ðÜëé. ~Ïôáí áðï÷õèåß ç ìåãáëýôåñç äõíáôÞ ðïóüôçôá ôïõ õãñïý êáé äéá÷ùñéóôïýí ôá óôåñåÜ óùìáôßäéá óôï ðïôÞñé, îåðëýíôå ôá õðüëïéðá óùìáôßäéá áñêåôÝò öïñÝò ìå äüóåéò ôùí 10 ml áðéïíéóìÝíïõ íåñïý. ÊÜèå öïñÜ, íá áíáêéíåßôå ôá óùìáôßäéá ìå ôï íåñü êáé íá áäåéÜæåôå ôï íåñü, üðùò óôçí ðáñÜãñáöï 7, åðéâåâáéþíïíôáò üôé äåí ÷Üóáôå êáèüëïõ óôåñåü.

517

9. ÌåôÜ ôï ôåëéêü ðëýóéìï ìå íåñü, ôïðïèåôÞóôå ôï ðïôÞñé êáé ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ ìÝóá óå Ýíá öïýñíï ÷áìçëÞò èåñìïêñáóßáò (50-60°C) Þ êÜôù áðü ìéá èåñìáíôéêÞ ëõ÷íßá ãéá ìåñéêÝò þñåò, ãéá íá óôåãíþóåé. Ôï ßäéï êáëÜ áðïôåëÝóìáôá èá Ý÷åôå êáé áí ôï óôåãíþóåôå óôïí áÝñá, äçëáäÞ óôç èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ ãéá üëç ôç íýêôá. 10.~Ïôáí ôï ðïôÞñé êáé ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ óôåãíþóåé êáé øõ÷èåß, ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Ï ðßíáêáò ôùí äåäïìÝíùí ðïõ èá êáôáñôßóåôå èá ðñÝðåé íá ðåñéëáìâÜíåé ôéò áêüëïõèåò ðëçñïöïñßåò: ÌÜæá ðïôçñéïý êáé ñéíéóìÜôùí óéäÞñïõ ÌÜæá ðïôçñéïý êáé ðñïúüíôïò ÌÜæá ôïõ ðïôçñéïý ìüíï ÌÜæá Üäåéïõ ðïôçñéïý ÌÜæá ñéíéóìÜôùí óéäÞñïõ ÌÜæá ðñïúüíôïò

Õðïëïãéóìïß. 1. Õðïëïãßóôå ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ óéäÞñïõ ðïõ áíôÝäñáóáí ìå ôï èåééêü ÷áëêü. Èõìçèåßôå üôé ç ìÜæá ôçò ïõóßáò, üôáí äéáéñåèåß ìå ôç ìÜæá ðïõ Ý÷åé Ýíá mole, äßíåé ôïí áñéèìü ôùí moles. 2. Íá õðïëïãßóåôå ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ ëáìâáíïìÝíïõ ðñïúüíôïò (÷áëêïý). 3. Íá ðñïóäéïñßóåôå ôï ëüãï ôùí moles ôïõ ÷áëêïý ðñïò ôá moles ôïõ óéäÞñïõ ðïõ Ýëáâáí ìÝñïò óå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç. Âåâáéùèåßôå üôé åêöñÜæåôå ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôï óùóôü áñéèìü ôùí óçìáíôéêþí øçößùí. 4. Ãéá íá áîéïëïãçèïýí ôá áðïôåëÝóìáôá áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò, ï êáèçãçôÞò óáò èá óõãêåíôñþóåé ôá äåäïìÝíá êáé áðü ôïõò Üëëïõò óõììáèçôÝò óáò. Íá êáôáñôßóåôå Ýíá ó÷åäéÜãñáììá ìå üëá ôá óôïé÷åßá ðïõ èá óõãêåíôñùèïýí. Óôïí êáôáêüñõöï Üîïíá íá óçìåéþóåôå ôoí áñéèìü ôùí áôüìùí ðïõ âñÞêáí ìéá ïñéóìÝíç áíáëïãßá ÷áëêïý/óéäÞñïõ. Óôïí ïñéæüíôéï Üîïíá íá óçìåéþóåôå ôï ëüãï Cu/Fe. Èá ðñÝðåé íá óôñïããõëÝøåôå ôï ëüãï Cu/Fe, þóôå ç êÜèå õðïäéáßñåóç ôïõ ó÷Þìáôïò íá ðáñéóôÜíåé ôéìÝò ±0,05. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôéìÝò áðü ôï 0,85 êáé ðÜíù ìÝ÷ñé ôï 0,95 èá ðñÝðåé íá èåùñçèïýí 0,9. 5. Óå ðïéá ðåñéï÷Þ êõìáßíåôáé ï ëüãïò ôïõ Cu/Fe, áí ëçöèïýí õðüøç ìüíï ôá äýï ôñßôá áðü ôéò ìåóáßåò ìåôñÞóåéò ðïõ ó÷åäéÜóáôå; Ðþò óõãêñßíåôå ôï áðïôÝëåóìá áõôü óå ó÷Ýóç ìå ôçí áâåâáéüôçôá ðïõ äå÷èÞêáôå ùò äéêáéïëïãçìÝíç óôéò ìåôñÞóåéò óáò; Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

Ó×ÇÌÁ 19-4.

1. Ìå ôç âïÞèåéá ôùí áðïôåëåóìÜôùí ôïõ ðñïçãïõìÝíïõ ðåéñÜìáôïò, íá âñåßôå ôïí ðëçóéÝóôåñï áêÝñáéï áñéèìü ðïõ èá ìðïñïýóå íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ùò óõíôåëåóôÞò, ãéá íá óõìðëçñùèåß ç åðüìåíç ó÷Ýóç. ~Åíá mole óéäÞñïõ (óôåñåïý) + ; mole (s) èåééêïý ÷áëêïý (óå íåñü) Õ ; mole (s) ÷áëêïý (óôåñåïý) + ; mole (s) èåééêïý óéäÞñïõ (óå íåñü). 2. Ðüóá Üôïìá óôåñåïý óéäÞñïõ “Ýëáâáí ìÝñïò” óôï ðåßñáìÜ óáò; 3. Ðüóá Üôïìá óôåñåïý ÷áëêïý “Ýëáâáí ìÝñïò” óôï ðåßñáìÜ óáò; 4. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôïí áñéèìü ôùí áôüìùí ôïõ óéäÞñïõ êáé ôïí áñéèìü ôùí áôüìùí ôïõ ÷áëêïý ðïõ õðïëïãßóèçêáí óôá ðñïâëÞìáôá

518

2 êáé 3; 5. ~Ïôáí ôåëåßùóå ç áíôßäñáóç, ðïéá Þôáí åêåßíç ç Ýíäåéîç ðïõ óáò Ýêáíå íá êáôáëÜâåôå üôé åß÷áôå îåêéíÞóåé ìå ðåñßóóåéá èåééêïý ÷áëêïý;

19.5Ðþò ãñÜöïíôáé ïé ÷çìéêÝò åîéóþóåéò.

áêüëïõèç åîßóùóç:

Ï ôñüðïò ôçò ãñáöÞò ÷çìéêþí åîéóþóåùí Ý÷åé ðåñéãñáöåß óôçí ðáñÜãñáöï 5.13 êáé åóåßò áó÷ïëçèÞêáôå ìå ôç ãñáöÞ áðëþí ÷çìéêþí åîéóþóåùí áñêåôÝò öïñÝò. ÏðùóäÞðïôå üìùò, ï êýñéïò óêïðüò ôçò ìåëÝôçò áõôïý üðùò êáé ôïõ åðïìÝíïõ êåöáëáßïõ åßíáé íá ìÜèåôå íá ãñÜöåôå ìå åõêïëßá êáé óùóôÜ ÷çìéêÝò åîéóþóåéò êáé ü÷é íá êáôáôïðéóèåßôå ãåíéêÜ ãýñù áðü áõôü ôï åíäéáöÝñïí èÝìá. ~Åíá ìÝñïò ôùí üóùí èá áíáöåñèïýí èá åßíáé êõñßùò ìéá áíáóêüðçóç, åíþ èá ðáñïõóéáóèïýí êáé ìåñéêÝò íÝåò Ýííïéåò. Ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç åêöñÜæåé ìå óýìâïëá ü,ôé óõìâáßíåé óå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç. Óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ ôçò åîéóþóåùò áíáöÝñïíôáé ïé ïõóßåò ðïõ ðñÝðåé íá Ýñèïõí óå åðáöÞ ãéá íá ãßíåé ç áíôßäñáóç. Ïé ïõóßåò áõôÝò ïíïìÜæïíôáé áíôéäñþóåò*. Óôç äåîéÜ ðëåõñÜ ãñÜöïíôáé ïé ïõóßåò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôçí áíôßäñáóç. Ïé ïõóßåò áõôÝò åßíáé ãíùóôÝò ùò ðñïúüíôá. Ç åîßóùóç èá ðñÝðåé íá åßíáé “éóïóôáèìéóìÝíç”, äçëáäÞ èá ðñÝðåé íá åßíáé ãñáììÝíïò óôçí êÜèå ðëåõñÜ ï ßäéïò áñéèìüò áðü ôï êÜèå åßäïò áôüìùí. Óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ï áñéèìüò ôùí áôüìùí êÜèå óôïé÷åßïõ äéáôçñåßôáé óôáèåñüò. Åðßóçò, äéáôçñåßôáé êáé ç ìÜæá. Ç óõíïëéêÞ ìÜæá üëùí ôùí ðñïúüíôùí åßíáé ßóç ìå ôç óõíïëéêÞ ìÜæá üëùí ôùí áíôéäñþíôùí. ÐñïêåéìÝíïõ íá ãñÜøåôå ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç, ôïðïèåôÞóôå ôï óùóôü ôýðï ãéá ôï êáèÝíá áðü ôá áíôéäñþíôá óôï áñéóôåñü ìÝñïò ôïõ âÝëïõò êáé ôï óùóôü ôýðï ãéá ôá ðñïúüíôá óôï äåîéü ìÝñïò ôïõ. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôï ìåôáëëéêü áñãßëéï (Þ áëïõìßíéï)** áíôéäñÜ ìå ïîåßäéï ôïõ óéäÞñïõ (ÉÉÉ) êáé ó÷çìáôßæåé ìåôáëëéêü óßäçñï êáé ïîåßäéï ôïõ áñãéëßïõ. Ãéá íá êáôáëÞîåôå óôç óùóôÞ åîßóùóç áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò, îåêéíÞóôå ãñÜöïíôáò ôçí

Tþñá åßíáé áðáñáßôçôï íá áðïöáóßóåôå ôé óõíôåëåóôÝò èá ôïðïèåôÞóåôå ìðñïóôÜ áðü ôïí êÜèå ôýðï, þóôå ï áñéèìüò ôùí áôüìùí êÜèå óôïé÷åßïõ óôï ðñþôï êáé ôï äåýôåñï ìÝñïò ôçò åîéóþóåùò íá åßíáé ï ßäéïò. Ôá Üôïìá ôïõ ïîõãüíïõ âñßóêïíôáé Þäç óôç óùóôÞ ôïõò áíáëïãßá áëëÜ ü÷é êáé ôá Üôïìá ôïõ óéäÞñïõ. ×ñåéÜæåôáé Ýíáò óõíôåëåóôÞò 2 ãéá ôï óßäçñï, Fe, êáé ôï áñãßëéï, Ál, ï ïðïßïò èá ìåôáôñÝøåé ôçí áíùôÝñù åîßóùóç óôçí åðüìåíç ðëÞñç êáé óùóôÞ ìïñöÞ:

*

Al + Fe2O3 Õ Fe + Al2O3

2Al + Fe2O3 Õ 2Fe + Al2O3

Ðþò ãñÜöïíôáé ïé åîéóþóåéò ðïõ ðåñéëáìâÜíïõí éïíôéêÝò åíþóåéò; Óôï êåöÜëáéï 17 ìÜèáôå üôé ïé éïíôéêÝò åíþóåéò, üôáí äéáëýïíôáé óå íåñü, äéßóôáíôáé (äéá÷ùñßæïíôáé) óå éüíôá. Óôá åðüìåíá êåöÜëáéá èá ìÜèåôå ãéá ôéò áíôéäñÜóåéò áíÜìåóá óå éüíôá åí äéáëýóåé. Ãé' áõôü, èá ðñÝðåé íá åîïéêåéùèåßôå ìå ôçí êáëýôåñç ìÝèïäï ãñáöÞò ôùí åîéóþóåùí ðïõ ðåñéãñÜöïõí éïíôéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò ìåëåôÞóïìå ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá íéôñéêïý áñãýñïõ êáé ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ. ~Åíá õäáôéêü äéÜëõìá Ý÷åé ùò äéáëýôç ôï íåñü. ÌÝóá óôï êáèÝíá áðü áõôÜ ôá äéáëýìáôá, ôá áíôéäñþíôá äéßóôáíôáé åî ïëïêëÞñïõ óå éüíôá êáé ãñÜöïíôáé êáôÜ ôïí áêüëïõèï ôñüðï: Íéôñéêüò Üñãõñïò óå õäáôéêü äéÜëõìá Ag++ NO3– ×ëùñéïý÷ï íÜôñéï óå õäáôéêü äéÜëõìá Na+ + Cl–

Ôá ðñïúüíôá ôçò áíôéäñÜóåùò åßíáé ÷ëùñéïý÷ïò Üñãõñïò êáé íéôñéêü íÜôñéï. Ï ÷ëùñéïý÷ïò Üñãõñïò åßíáé áäéÜëõôïò óôï íåñü êáé ó÷çìáôßæåé ßæçìá. ~Éæçìá åßíáé Ýíá óôåñåü, ôï

Ó.ô.Ì. ËÝãïíôáé êáé “áíôéäñáóôÞñéá” åéäéêüôåñá ïé áíôéäñþóåò ïõóßåò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá ÷çìéêÝò áíáëýóåéò. Åðßóçò, êáô' áíáëïãßá ðñïò ôá “ðñïúüíôá” ëÝãïíôáé êáé áíôéäñþíôá. ** Ó.ô.Ì. Ôï áëïõìßíéï ëÝãåôáé êáé áñãßëéï. Ï üñïò áëïõìßíéï ÷ñçóéìïðïéåßôáé ðåñéóóüôåñï óôçí ôå÷íïëïãßá êáé ôéò êáôáóêåõÝò, åíþ óôç ÷çìåßá åðéêñáôÝóôåñïò åßíáé ï üñïò áñãßëéï.

519

Ó×ÇÌÁ 19-5. ÊáôÜ ôçí áíÜìéîç äéáëõìÜôùí ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ (á) êáé íéôñéêïý áñãýñïõ (â) äçìéïõñãåßôáé ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç (ã), êáôÜ ôçí ïðïßá êáôáâõèßæåôáé Ýíá áäéÜëõôï óôåñåü, ï ÷ëùñéïý÷ïò Üñãõñïò.

ïðïßï áðï÷ùñßæåôáé áðü Ýíá äéÜëõìá. Ôï íéôñéêü íÜôñéï ðáñáìÝíåé óôï äéÜëõìá äééóôÜìåíï ðëÞñùò óå éüíôá. Ôá ðñïúüíôá ãñÜöïíôáé ùò åîÞò: ×ëùñéïý÷ïò Üñãõñïò Íéôñéêü íÜôñéï óå õäáôéêü äéÜëõìá

AgCl Na++ Cl–

ÐñïêåéìÝíïõ íá ãñÜøåôå ôç óùóôÞ åîßóùóç ãéá ôçí áíôßäñáóç, îåêéíÜôå ìå ôçí áêüëïõèç: Ag++ NO3–+Na++ Cl+ Õ AgCl+Na++ NO3–

Åýêïëá äéáðéóôþíåôå üôé óå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç ôá áíôéäñþíôá êáé ôá ðñïúüíôá åßíáé óå óùóôÝò áíáëïãßåò. Äåí åßíáé üìùò áõôÞ ç åîßóùóç ãñáììÝíç êáôÜ ôï óùóôüôåñï ôñüðï, ãéáôß äåí õðÜñ÷åé ëüãïò íá ðåñéÝ÷åé ôïõò ôýðïõò ôùí éüíôùí ðïõ äåí ìåôáâÜëëïíôáé. ÅðåéäÞ áõôïß ïé ôýðïé åìöáíßæïíôáé êáé óôéò äýï ðëåõñÝò ôçò åîéóþóåùò, ç áíáãñáöÞ ôïõò êÜíåé ôçí áíôßäñáóç íá ìïéÜæåé ðéï ðïëýðëïêç áðü ü,ôé åßíáé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï ç ðñïóï÷Þ åóôéÜæåôáé äýóêïëá óôá ïõóéþäç. Ãéá ôçí êáëýôåñç ãñáöÞ ìéáò åîéóþóåùò ðïõ áíáöÝñåôáé óå ìéá éïíôéêÞ áíôßäñáóç, ðñÝðåé íá ðáñáëåßðïíôáé åêåßíá ôá éüíôá ðïõ åìöáíßæïíôáé áìåôÜâëçôá êáé óôéò äýï ðëåõñÝò ôçò áñ÷éêÞò åîéóþóåùò. Óôï ðáñáðÜíù ðáñÜäåéãìá, èá ðñÝðåé íá áöáéñåèïýí ôá éüíôá Na+ êáé NO3– êáé íá ìåßíåé ç áêüëïõèç åîßóùóç: Ag++Cl– Õ AgCl

ÁõôÞ ç åîßóùóç ðåñéãñÜöåé áêñéâþò ü,ôé *

óõìâáßíåé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá. ~Åíá éüí áñãýñïõ óõíäÝåôáé ìå Ýíá ÷ëùñéïý÷ï éüí êáé ó÷çìáôßæåé ÷ëùñéïý÷ï Üñãõñï. Ï áäéÜëõôïò ÷ëùñéïý÷ïò Üñãõñïò êáèéæÜíåé, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 19-5. Áí êáé äåí õðÜñ÷åé ãåíéêüò êáíüíáò, ðïëëïß ÷çìéêïß äçëþíïõí üôé ìéá ïõóßá êáèéæÜíåé åßôå õðïãñáììßæïíôáò ôïí ôýðï ôçò åßôå ðñïóèÝôïíôáò Ýíá ìéêñü âÝëïò ðïõ êáôåõèýíåôáé ðñïò ôá êÜôù áêñéâþò ìåôÜ áðü ôïí ôýðï. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ç ðñïçãïýìåíç áíôßäñáóç èá ìðïñïýóå íá ãñáöåß ìå Ýíáí áðü ôïõò åðüìåíïõò äýï ôñüðïõò: Ag++Cl– Õ Ag+Cl Ag++Cl– Õ Ag+ Cl¯

H ßäéá åîßóùóç èá ìðïñïýóå åðßóçò íá ãñáöåß ùò åîÞò: Ag+(õä) + Cl–(õä) Õ AgCl(ót)*

Ôï óýìâïëï (õä) åßíáé óõíôïìïãñáößá ôçò öñÜóåùò “óå õäáôéêü äéÜëõìá”. ~Åôóé, ôï Ag+(õä) óçìáßíåé üôé ôá éüíôá ôïõ áñãýñïõ âñßóêïíôáé óå õäáôéêü äéÜëõìá. Ôï óýìâïëï (óô) óôçí ðñïêåéìÝíç ðåñßðôùóç äåß÷íåé üôé ï AgCl äéá÷ùñßæåôáé áðü ôï äéÜëõìá ùò óôåñåü. ÄçëáäÞ ï AgCl êáèéæÜíåé. Óôï õðüëïéðï ìÝñïò ôïõ âéâëßïõ èá ÷ñçóéìïðïéçèåß ç ìÝèïäïò áõôÞ, óýìöùíá ìå ôçí ïðïßá áíáãñÜöïíôáé ôá éæÞìáôá êáé ôá éüíôá ìÝóá óôá õäáôéêÜ äéáëýìáôá.

Ó.ô.Ì. Ãéá ôçí Ýíäåéîç ôçò öÜóåùò óôçí ïðïßá âñßóêåôáé ç êÜèå ïõóßá ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôç äéåèíÞ âéâëéïãñáößá ôá áêüëïõèá óýìâïëá: Ãéá ôá óôåñåÜ (solide) = (s), ãéá ôá õãñÜ (liquide) = (l), ãéá ôá áÝñéá (gaz) = (g) êáé ãéá ôá õäáôéêÜ äéáëýìáôá (aqua solution) = (aq). Óå ìåñéêÜ åëëçíéêÜ âéâëßá ôá óýìâïëá áõôÜ áðïäßäoíôáé ìåôáöñáóìÝíá: óôåñåÜ = (óô), õãñÜ (õã), áÝñéá = (á), õäáôéêÜ äéáëýìáôá = (õä).

520

Ðåñßëçøç. Ç éêáíüôçôá óõíäÝóåùò åíüò óôïé÷åßïõ ìå Üëëá ïíïìÜæåôáé óèÝíïò. Ôá ðåñéóóüôåñá óôïé÷åßá Ý÷ïõí Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá óèÝíç. Áí ôá óèÝíç åßíáé ãíùóôÜ, åßíáé äõíáôüí íá ãñáöïýí ïé ôýðïé üëùí ó÷åäüí ôùí áðëþí êïéíþí åíþóåùí, ÷ùñßò íá ëçöèïýí éäéáßôåñá õðüøç ïé çëåêôñïíéáêÝò äïìÝò ôùí áôüìùí. Óå Ýíá óùóôü ôýðï ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá üëùí ôùí ìïíÜäùí óèÝíïõò, áí ðñüêåéôáé ãéá ïõäÝôåñåò åíþóåéò, åßíáé ìçäÝí, åíþ áí ðñüêåéôáé ãéá ðïëõáôïìéêÜ éüíôá åßíáé ßóï ìå ôï öïñôßï ôïõ éüíôïò. Ç ïíïìáôïëïãßá ôùí ðåñéóóïôÝñùí ãíùóôþí åíþóåùí áêïëïõèåß ó÷åôéêÜ áðëïýò êáíüíåò. Áíôßèåôá ðñïò ôï áããëéêü óýóôçìá, êáôÜ ôçí åëëçíéêÞ ïíïìáôïëïãßá ðñïçãåßôáé ôï üíïìá ôïõ áíéüíôïò (ôïõ óôïé÷åßïõ ìå ôïí áñíçôéêü áñéèìü óèÝíïõò) êáé Ýðåôáé áõôü ôïõ êáôéüíôïò (ìåôáëëéêïý óôïé÷åßïõ Þ óôïé÷åßïõ ìå ôï èåôéêü áñéèìü óèÝíïõò). Ôï üíïìá ôïõ áíéüíôïò Ý÷åé óõíÞèùò ôéò êáôÜëçîåéò –ïý÷ï, –ßäéï Þ –éêü, üðùò ãéá ðáñÜäåéãìá ÷ëùñéïý÷ï, íéôñéêü, óïõëößäéï. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ïñéóìÝíá óçìáíôéêÜ ðïëõáôïìéêÜ éüíôá, üðùò ôï éüí áììùíßïõ (ÍÇ4+) êáé ôï íéôñéêü éüí (ÍÏ3–), ôá ïíüìáôá èá ðñÝðåé íá áðïìíçìïíåõèïýí. Óôç óõíÝ÷åéá, ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ôá ïíüìáôá ôùí ÷çìéêþí åíþóåùí, áêñéâþò üðùò êáé ôá Üëëá éüíôá. Ïé ÷çìéêÝò åîéóþóåéò áðïôåëïýí óõìâïëéêïýò ôñüðïõò ãñáöÞò ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. Êáé ïé äýï ðëåõñÝò ôçò åîéóþóåùò (áíôéäñþíôá êáé ðñïúüíôá) èá ðñÝðåé íá åßíáé “éóïóôáèìéóìÝíåò”, èá ðñÝðåé äçëáäÞ ï óõíïëéêüò áñéèìüò ôùí

áôüìùí êÜèå óôïé÷åßïõ íá åßíáé áêñéâþò ßäéïò êáé óôá äýï ìÝëç ôçò åîéóþóåùò, üðùò åðßóçò ßäéåò èá ðñÝðåé íá åßíáé êáé ïé ìÜæåò ôïõò. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá áíôéäñÜóåéò ðïõ áöïñïýí åíþóåéò ïé ïðïßåò äéßóôáíôáé ðëÞñùò óå éüíôá, èá ðñÝðåé íá áíáöÝñåôáé ôï öïñôßï ôïõ êÜèå éüíôïò ìÝóá óôçí åîßóùóç. Ôá ôåëéêÜ óõíïëéêÜ öïñôßá óôçí êÜèå ðëåõñÜ ôçò åîéóþóåùò èá ðñÝðåé íá åßíáé ßóá.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ôï áñãßëéï êáé ôï ïîõãüíï óõíäÝïíôáé êáé ó÷çìáôßæïõí ïîåßäéï ôïõ áñãéëßïõ ìå ôýðï Al2O3. Íá ôï äéêáéïëïãÞóåôå. 2. Íá ãñÜøåôå ôïõò ôýðïõò ãéá ôéò äýï ÷ëùñéïý÷åò åíþóåéò ôïõ õäñáñãýñïõ. 3. Ôé öïñôßï Ý÷åé ôï éüí ôïõ AlCl4; 4. Íá ðñïôåßíåôå ïíüìáôá ãéá êÜèå ìßá áðü ôéò åðüìåíåò åíþóåéò ôïõ óéäÞñïõ: (á) FeCl2, (â) FeCl3, (ã) FeSO4, (ä) Fe2(SO4)3. 5. Íá ãñÜøåôå åîéóþóåéò ãéá ôéò ðáñáêÜôù áíôéäñÜóåéò, ðñïóÝ÷ïíôáò éäéáßôåñá íá åßíáé óùóôïß ïé óõíôåëåóôÝò: (á) ØåõäÜñãõñïò, Zn, áíôéäñÜ ìå õäáôéêü äéÜëõìá èåééêïý ÷áëêïý êáé ó÷çìáôßæåé ìåôáëëéêü ÷áëêü êáé äéÜëõìá èåééêïý øåõäáñãýñïõ. (â) ~Åíá õäáôéêü äéÜëõìá íéôñéêïý óéäÞñïõ (ÉÉÉ) áíôéäñÜ ìå Ýíá õäáôéêü äéÜëõìá êáõóôéêïý íáôñßïõ êáé ó÷çìáôßæåé ßæçìá õäñïîåéäßïõ ôïõ óéäÞñïõ (ÉÉÉ).

×çìéêïß õðïëïãéóìïß ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

19.6 Ïé ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óôéò ìÜæåò êáôÜ ôéò ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò. Ëßãï ðñéí ðñïóäéïñßóáôå ìåôáâïëÝò óôç ìÜæá êáôÜ ôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ó÷çìáôßóèçêå ïîåßäéï ôïõ ÷áëêïý, åíþ óôåñåüò óßäçñïò áíôÝäñáóå ìå ôï èåééêü ÷áëêü. Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá êÜíåôå ìåñéêÝò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò, èá äéá÷ùñßóåôå ôá ðñïúüíôá áðü ôçí ðåñßóóåéá ôùí áíôéäñþíôùí êáé èá ìåôñÞóåôå ôéò ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óôá áíôéäñþíôá êáé ôá ðñïúüíôá óå äéÜöïñá óôÜäéá ôçò äéáäéêáóßáò. Èá ðáñáóêåõÜóåôå íéôñéêü Üñãõñï ìå ôçí áíôßäñáóç áñãýñïõ êáé íéôñéêïý ïîÝïò. Áöïý ðñïóäéïñßóåôå ðüóïò íéôñéêüò Üñãõñïò ó÷çìáôßóèçêå, èá ðñïóèÝóåôå ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï, þóôå íá ó÷çìáôéóèåß ÷ëùñéïý÷ïò Üñãõñïò.

521

Áöïý ðëýíåôå êáé óôåãíþóåôå ôï ÷ëùñéïý÷ï Üñãõñï, èá âñåßôå ôç ìÜæá ôïõ êáé ôç ìÜæá ôùí õðïëïßðùí ïõóéþí. ~Åôóé, èá ìðïñÝóåôå íá óõãêñßíåôå ôá moles ôçò êÜèå ïõóßáò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå êáôÜ ôç äéáäéêáóßá. Ðñéí îåêéíÞóåôå ôï ðåßñáìá, óõìâïõëåõèåßôå ôçí ðáñÜãñáöï “ÄåäïìÝíá êáé áðïôåëÝóìáôá”, ãéá íá áíôéëçöèåßôå ôé åßäïõò ðëçñïöïñßåò èá ÷ñåéáóèåßôå. Íá êáôáñôßóåôå óôï ôåôñÜäéü óáò Ýíá öýëëï äåäïìÝíùí, þóôå íá êáôáãñÜøåôå áõôÝò ôéò ðëçñïöïñßåò. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï èá ðåñéïñéóèåß óôï åëÜ÷éóôï ç ðéèáíüôçôá íá ðáñáëåßøåôå êÜðïéåò óçìáíôéêÝò ìåôñÞóåéò. ÓÊÏÐÏÓ

Óêïðüò ôïõ ðåéñÜìáôïò åßíáé ï ðñïóäéïñéóìüò ôùí ó÷Ýóåùí áíÜìåóá óôá moles ãéá ôçí ðñïçãïýìåíç óåéñÜ ôùí áíôéäñÜóåùí. Åðßóçò, èá åðáíáëÜâåôå êáé èá ìÜèåôå áñêåôÝò óçìáíôéêÝò ôå÷íéêÝò, áíÜìåóá óôéò ïðïßåò åßíáé ç ìåôÜããéóç, ç äéÞèçóç, ç Ýêðëõóç êáé ç îÞñáíóç. ÕËÉÊÁ

10 ml íéôñéêïý ïîÝïò 6Ì ÃõÜëéíï ÷ùíß êáé óôÞñéãìá ÐïôÞñé ôùí 250 ml OñèïóôÜôçò êáé äáêôýëéïò ÃõÜëéíç ñÜâäïò áíáäåýóåùò

ÓõñìÜôéíï ðëÝãìá áìéÜíôïõ ÕäñïâïëÝáò Ëý÷íïò ×Üñôéíïò çèìüò

1,5-2,0 ãñáììÜñéá öýëëïõ ìåôáëëéêïý áñãýñïõ 2,0-2,5 ãñáììÜñéá ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ (óôåñåïý) ÐïôÞñé ôùí 100 ml (Þ áêüìç Ýíá ðïôÞñé ôùí 250 ml) Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò ôùí 10 Þ 25 ml ÅéäéêÝò ðñïöõëÜîåéò. Ôï íéôñéêü ïîý åßíáé åîáéñåôéêÜ äéáâñùôéêü. ÐñïóâÜëëåé ôá ìÜôéá, ôï äÝñìá êáé ôá ñïý÷á. Âåâáéùèåßôå üôé öïñÜôå ôá åéäéêÜ ðñïóôáôåõôéêÜ ãõáëéÜ, üôáí ôï ÷ñçóéìïðïéåßôå. Áí ðÝóåé ðÜíù óôï äÝñìá óáò, ðëõèåßôå áìÝóùò ìå Üöèïíï íåñü. Áðïöýãåôå íá áíáðíåýóåôå ôïõò äçëçôçñéþäåéò êáóôáíÝñõèñïõò áôìïýò ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ, NO2, ïé ïðïßïé ó÷çìáôßæïíôáé, üôáí ï Üñãõñïò áíôéäñÜ ìå ôï íéôñéêü ïîý. Ìçí áããßîåôå ôï íéôñéêü Üñãõñï. Èá áíôéäñÜóåé ìå ôï äÝñìá óáò*. ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á. ÐáñáóêåõÞ óôåñåïý íéôñéêïý áñãýñïõ áðü Üñãõñï. 1. Ìå Ýíá ìïëýâé ãñÜøôå ôá áñ÷éêÜ óáò êáé ôïí áñéèìü 1 óôïí ðõèìÝíá åíüò ðïôçñéïý ôùí 250 ml. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ ðïôçñéïý ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. 2. ~Å÷ïíôáò áêüìç ôï ðïôÞñé ðÜíù óôï äßóêï ôïõ æõãïý, ðñïóèÝóôå 1,5-2,0 ãñáììÜñéá öýëëïõ áñãýñïõ. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ ðïôçñéïý êáé ôïõ áñãýñïõ ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. 3. Óôï ðïôÞñé ðïõ ðåñéÝ÷åé ôïí Üñãõñï, ðñïóèÝóôå 10 ml äéáëýìáôïò íéôñéêïý ïîÝïò, ÇÍÏ3 6 Ì. ÅðåéäÞ ïé áôìïß ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé åßíáé äçëçôçñéþäåéò, èá ðñÝðåé áõôÞ ç åñãáóßá íá ãßíåé ìÝóá óôïí áðáãùãü áåñßùí ôïõ åñãáóôçñßïõ Þ êïíôÜ óå Ýíá áíïéêôü ðáñÜèõñï. ~Ïôáí óôáìáôÞóåé ç áíôßäñáóç, áöÞóôå ôï ðïôÞñé ìÝóá óôçí åóôßá Þ óå Ýíáí êáëÜ áåñéæüìåíï ÷þñï üëç ôç íýêôá, þóôå íá åîáôìéóèåß. *

Ó.ô.Ì. Êáé èá ôï ÷ñùìáôßóåé ìáýñï.

522

4. Áöïý åîáôìéóèåß ôï äéÜëõìá êáé ðáñáìåßíåé ç îçñÞ ïõóßá, õðïëïãßóôå ôç ìÜæá ôïõ ðïôçñéïý êáé ôïõ ðåñéå÷ïìÝíïõ ôïõ (ÁgNO3), ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. Ìçí îå÷Üóåôå ôçí ðñïåéäïðïßçóç ó÷åôéêÜ ìå ôï íéôñéêü Üñãõñï.

ÌÝñïò Â. Ôï áðïôÝëåóìá ôçò ðñïóèÞêçò äéáëýìáôïò ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ óå äéÜëõìá íéôñéêïý áñãýñïõ.

Ó×ÇÌÁ 19-6.

Ó×ÇÌÁ 19-7.

1. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 15 ml áðåóôáãìÝíï íåñü óôï AgNO3 ôïõ ðïôçñéïý 1. Áíáäåýóôå, ìÝ÷ñé íá äéáëõèåß ðëÞñùò ôï óôåñåü. 2. ÁöáéñÝóôå áðü ôï âÜæï óôï ïðïßï âñßóêåôáé ðåñßðïõ 2-2,5 ãñáììÜñéá ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ, NaCl (ðåñßðïõ ìéóü êïõôáëÜêé ôïõ ôóáãéïý). Áõôü èá ôï ðåôý÷åôå, áí ðåñéóôñÝøåôå åëáöñÜ ôç öéÜëç ìðñïò ðßóù, þóôå íá áäåéÜóåôå ðÜíù óå Ýíá êïììÜôé êáèáñü ÷áñôß ðåñßðïõ ôçí ðïóüôçôá ðïõ óáò ÷ñåéÜæåôáé (ç ôå÷íéêÞ áõôÞ áíáöÝñèçêå êáé ðñïçãïõìÝíùò óôï ó÷Þìá 19-2). 3. ÁñéèìÞóôå Ýíá êáèáñü óôåãíü ðïôÞñé ôùí 100 ml ìå ôïí áñéèìü 2, êáé õðïëïãßóôå ôç ìÜæá ôïõ ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. 4. Ñõèìßóôå ôï æõãü óáò, þóôå íá äåß÷íåé ðåñßðïõ 2-2,5 ãñáììÜñéá ðåñéóóüôåñï áðü ôç ìÜæá ôïõ ðïôçñéïý 2. ÐñïóèÝóôå ðñïóåêôéêÜ áñêåôÞ ðïóüôçôá NaCl, þóôå íá ÷áìçëþóåé ï äßóêïò ôïõ æõãïý. ÐåôÜîôå ôï õðüëïéðï áëÜôé. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ NaCl êáé ôïõ ðïôçñéïý ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. 5. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 15 ml áðåóôáãìÝíï íåñü óôï óôåñåü NaCl. Áíáäåýóôå, ìÝ÷ñé íá äéáëõèåß åíôåëþò ôï óôåñåü. 6. Åíþ áíáäåýåôå æùçñÜ ôï äéÜëõìá ôïõ AgNO3 óôï ðïôÞñé ìå ôïí áñéèìü 1, ðñïóèÝóôå áñãÜ ôï äéÜëõìá ôïõ NaCl. Óçìåéþóôå ôï áðïôÝëåóìá. Ôï ëåõêü óôåñåü ðïõ ðáñÜãåôáé åßíáé ç Ýíùóç ÷ëùñéïý÷ïò Üñãõñïò, AgCl. Îåðëýíáôå ôï Üäåéï ðïôÞñé ìå ôïí áñéèìü 2, ìå ðåñßðïõ 5 ml áðåóôáãìÝíï íåñü áðü ôïí õäñïâïëÝá, êáôåõèýíïíôáò ôï íåñü óôá åóùôåñéêÜ ôïé÷þìáôá ôïõ ðïôçñéïý. Ôï íåñü åêðëýóåùò íá ôï ðñïóèÝóåôå óôï ìßãìá ôïõ ðïôçñéïý 1. Îåðëýíáôå ðÜëé ôï ðïôÞñé 2 ìå áðåóôáãìÝíï íåñü, áëëÜ áõôÞí ôç öïñÜ ðåôÜîôå ôï íåñü åêðëýóåùò. Ôï êáèáñü ðïôÞñé èá ôï ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ðÜëé óôï óôÜäéï 9. 7. ÈåñìÜíáôå ôï ßæçìá ðïõ ó÷çìáôßóèçêå êáé ôï äéÜëõìá ìÝ÷ñé âñáóìïý ãéá 2 ðåñßðïõ ëåðôÜ Þ ìÝ÷ñé íá ãßíåé ôï äéÜëõìá áñêåôÜ äéáõãÝò, êáèþò êáôáêÜèåôáé ôï ßæçìá. ÔïðïèåôÞóôå ìéá ãõÜëéíç ñÜâäï áíáäåýóåùò ìÝóá óôï ðïôÞñé, þóôå íá áðïôñÝøåôå áíþìáëï âñáóìü (ôßíáãìá). 8. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá åíüò ôåìá÷ßïõ äéçèçôéêïý ÷áñôéïý ìå áêñßâåéá 0,01 ôïõ ãñáììáñßïõ. Äéðëþóôå ôï, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 19-6. Ðñïóáñìüóôå ôï óå Ýíá ÷ùíß êáé âñÝîôå ôï ÷áñôß ìå ëßãï áðåóôáãìÝíï íåñü áðü ôïí õäñïâïëÝá. ÐñïåôïéìÜóôå ôï ÷ùíß ãéá ôç äéÞèçóç, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 19-7. 9. ÔïðïèåôÞóôå ôï ðïôÞñé 2 êÜôù áðü ôï ÷ùíß. Ç Üêñç áðü ôï ÷ùíß èá ðñÝðåé íá áêïõìðÜ óôçí åóùôåñéêÞ åðéöÜíåéá ôïõ ðïôçñéïý, þóôå íá äçìéïõñãåßôáé ìéá óõíå÷Þò ñïÞ óôï ôïß÷ùìÜ ôïõ. Áðï÷ýóôå ôï äéáõãÝò õãñü áðü ôï ðïôÞñé 1 ìÝóá óôï ÷ùíß ìå ôç âïÞèåéá ìéáò ãõÜëéíçò ñÜâäïõ (ó÷. 197). Ìéá ìéêñÞ ðïóüôçôá áðü ôï ßæçìá ßóùò ìåôáöåñèåß óôïí çèìü, áëëÜ ðñïóðáèÞóôå íá êñáôÞóåôå ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôïõ ìÝóá óôï ðïôÞñé, üðïõ ìðïñåß íá åêðëõèåß åõêïëüôåñá. 10.Ðëýíôå ôï ßæçìá ðïõ âñßóêåôáé ìÝóá óôï ðïôÞñé ìå 15 ml ðåñßðïõ áðåóôáãìÝíï íåñü, áíáäåýïíôÜò ôï ìå ìéá ñÜâäï, ãéá íá ðëõèåß êáëýôåñá. Áðï÷ýóôå ôï íåñü åêðëýóåùò ìÝóá óôï ÷ùíß. ÅðáíáëÜâáôå ôï ðëýóéìï ìå

523

Üëëá 15 ml íåñïý. ÁäåéÜóôå ôï íåñü åêðëýóåùò ðÜëé ìÝóá óôï ÷ùíß. 11. ~Ïôáí ïëïêëçñùèåß ç äéÞèçóç, ôïðïèåôÞóôå ôï ÷Üñôéíï çèìü êáé ôá üðïéá óôåñåÜ ðåñéÝ÷åé ôï ðïôÞñé 1, ôï ïðïßï ðåñéÝ÷åé ôï ßæçìá. 12.Ôï äéÞèçìá (ôï äéÜëõìá ðïõ ðÝñáóå ìÝóá áðü ôïí çèìü) óôï ðïôÞñé 2 êáé ôï ßæçìá óôï ðïôÞñé 1 èá ðñÝðåé ôþñá íá åîáôìéóèïýí êáé íá óôåãíþóïõí. ÔïðïèåôÞóôå ôá óå êÜðïéï ìÝñïò ðïõ èá óáò õðïäåßîåé ï êáèçãçôÞò óáò, ãéá íá åîáôìéóèïýí êáé íá óôåãíþóïõí üëï ôï âñÜäõ. Âåâáéùèåßôå üôé ôï êÜèå ðïôÞñé åßíáé áñéèìçìÝíï (1 Þ 2) êáé Ý÷åé ôï üíïìÜ óáò Þ ôïí êùäéêü óáò áñéèìü. 13.Õðïëïãßóôå êáé êáôáãñÜøôå ôéò ìÜæåò ôïõ êáèåíüò îçñïý äåßãìáôïò. ÖõëÜîôå ôï ÷ëùñéïý÷ï Üñãõñï, óýìöùíá ìå ôéò ïäçãßåò ôïõ êáèçãçôÞ óáò. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Ï ðßíáêáò ôùí äåäïìÝíùí óáò èá ðñÝðåé íá ðåñéëáìâÜíåé ôá áêüëïõèá: ÌÜæá ðïôçñéïý 1 ÌÜæá ðïôçñéïý 1 êáé öýëëïõ áñãýñïõ ÌÜæá ðïôçñéïý 1 êáé óôåñåïý íéôñéêïý áñãýñïõ ÌÜæá ðïôçñéïý 1, äéçèçôéêïý ÷áñôéïý êáé óôåñåïý ÷ëùñéïý÷ïõ áñãýñïõ ÌÜæá ðïôçñéïý 2 ÌÜæá ðïôçñéïý 2 êáé óôåñåïý ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ ÌÜæá åíüò ôåìá÷ßïõ äéçèçôéêïý ÷áñôéïý ÌÜæá ðïôçñéïý 2 êáé óôåñåïý õðïëåßììáôïò Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Ìå ðüóá moles áñãýñïõ îåêéíÞóáôå; Ðüóá moles îçñïý íéôñéêïý áñãýñïõ ó÷çìáôßóèçêáí, üôáí ï Üñãõñïò áíôÝäñáóå ìå ôï íéôñéêü ïîý; ÔåëéêÜ ðüóá moles óôåñåïý ÷ëùñéïý÷ïõ áñãýñïõ ó÷çìáôßóèçêáí; 2. Íá âñåßôå ôéò áêüëïõèåò áíáëïãßåò: Moles Ag/moles AgNO3. Moles AgNO3/moles AgCl. Moles Ag/moles AgCl. ×ñçóéìïðïéÞóôå ôïí ðëçóéÝóôåñï áêÝñáéï áñéèìü, ãéá íá åêöñÜóåôå ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò. Áí ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò äåí ðëçóéÜæïõí êÜðïéïí áêÝñáéï áñéèìü, ðþò èá åîçãÞóåôå ôç äéáöïñÜ; Ôé ìðïñåßôå íá óõìðåñÜíåôå ó÷åôéêÜ ìå ôïõò áñéèìïýò ôùí moles ðïõ ëáìâÜíïõí ìÝñïò óå áõôÝò ôéò ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò; 3. Íá óõãêñßíåôå ôï Üèñïéóìá ôùí ìáæþí ôïõ AgNO3 êáé ôïõ NaCl ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí, ìå ôï Üèñïéóìá ôùí ìáæþí ôïõ AgCl êáé ôïõ õðïëåßììáôïò óôï ðïôÞñé 2. Ôá óõìðåñÜóìáôÜ óáò èá Ý÷ïõí ìåãáëýôåñç óçìáóßá, áí âáóéóèïýí óôá áðïôåëÝóìáôá ðïõ èá óõãêåíôñþóåé ï êáèçãçôÞò áðü üëç ôçí ôÜîç. Ðïéá åßíáé ç óçìáóßá áõôþí ôùí áðïôåëåóìÜôùí; 4. ÅîåôÜæïíôáò ôçí áðÜíôçóç ôïõ ðñïâëÞìáôïò 3, íá ðñïâëÝøåôå ðïéï ðñÝðåé íá åßíáé ôï õðüëåéììá ôïõ ðïôçñéïý 2.

19.7

Óôïé÷åéïìåôñßá.

ÐïëëÜ áðü ôá èÝìáôá ðïõ åîåôÜæåé ç ÷çìåßá åßíáé ðïóïôéêÜ. ÄçëáäÞ, ïé ðïóüôçôåò êáé ôá ìåãÝèç ôùí ðñáãìÜôùí åßíáé ìåôñÞóéìá êáé õðÜñ÷åé ìåôáîý ôïõò ìéá áêñéâÞò áñéèìçôéêÞ ó÷Ýóç. ÁõôÜ ôá óçìáíôéêÜ ðïóïôéêÜ èÝìáôá ôçò ÷çìåßáò ïíïìÜæïíôáé óôïé÷åéïìåôñßá. Ïé ÷çìéêïß ïñßæïõí ôç óôïé÷åéïìåôñßá ùò ôéò ðïóïôéêÝò ó÷Ýóåéò ðïõ õðÜñ÷ïõí áíÜìåóá óôá

áíôéäñþíôá êáé ôá ðñïúüíôá ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò. ÌåãÜëï ôìÞìá ôùí âáóéêþí ãíþóåùí ôçò ÷çìåßáò óôçñß÷èçêå óå ðñïóåêôéêÝò ðïóïôéêÝò áíáëýóåéò ôùí ïõóéþí. Ïé áíáëýóåéò áõôïý ôïõ åßäïõò åßíáé äõíáôÝò ìüíï ÷Üñç óôéò áêñéâåßò óôïé÷åéïìåôñéêÝò áíáëïãßåò ðïõ éó÷ýïõí óôéò áíôéäñÜóåéò. ~Ïóïí áöïñÜ óôï åìðüñéï êáé ôç âéïìç÷áíßá, ç óôïé÷åéïìåôñßá ðáßæåé êáèïñéóôéêü ñüëï. ÐáñÝ÷åé ôç äõíáôüôçôá óå ÷çìéêïýò êáé ìç÷áíéêïýò íá õðïëïãßæïõí ôéò ðñáãìáôéêÝò

524

ðïóüôçôåò ôùí õëéêþí ðïõ èá áíôéäñÜóïõí, þóôå íá ó÷çìáôéóèåß ç åðéèõìçôÞ ðïóüôçôá åíüò ðñïúüíôïò. Áò ìåëåôÞóïìå ãéá ðáñÜäåéãìá ôç ÷çìéêÞ åîßóùóç ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáìå ðñïçãïõìÝíùò: 2Al(óô) + Fe2O3(óô) Õ Al2O3 (óô) + 2Fe(óô)

Ç áíôßäñáóç áõôÞ äåí ðñáãìáôïðïéåßôáé ðáñÜ ìüíï áí áíáìé÷èïýí ïé áíôéäñþóåò ïõóßåò êáé èåñìáíèïýí óå õøçëÞ èåñìïêñáóßá. Áðü ôç óôéãìÞ ðïõ èá îåêéíÞóåé ç áíôßäñáóç, ðñï÷ùñåß âßáéá. Ç åîßóùóç ìÜò ðëçñïöïñåß üôé äýï moles áñãéëßïõ áíôéäñïýí ìå Ýíá mole ïîåéäßïõ ôïõ óéäÞñïõ (ÉÉÉ) êáé ó÷çìáôßæïõí Ýíá mole ïîåéäßïõ ôïõ áñãéëßïõ êáé äýï moles óéäÞñïõ. Ðüóç ðïóüôçôá óéäÞñïõ ðáñÜãåôáé êáô' áõôÞí ôçí áíôßäñáóç áðü ïñéóìÝíåò ðïóüôçôåò áñãéëßïõ êáé ïîåéäßïõ ôïõ óéäÞñïõ; Ãéá íá äïèåß áðÜíôçóç óå áõôü ôï åñþôçìá, ðñÝðåé ðñïçãïõìÝíùò íá ãßíïõí ïé áêüëïõèåò õðïèÝóåéò: 1. ÐñÝðåé íá õðïôåèåß üôé ç áíôßäñáóç, üðùò åßíáé ãñáììÝíç, åßíáé ðëÞñçò. ÄçëáäÞ, üëá ôá õëéêÜ ðïõ âñßóêïíôáé óôï áñéóôåñü ôìÞìá ôçò áíôéäñïýí êáé ó÷çìáôßæïõí ôá ðñïúüíôá ðïõ âñßóêïíôáé óôï äåîéü ôìÞìá, ÷ùñßò áõôÜ íá áíôéäñïýí áíôßóôñïöá (õðÜñ÷ïõí áíôéäñÜóåéò, ãéá ôéò ïðïßåò äåí éó÷ýåé êÜôé ôÝôïéï^ ïé áíôéäñÜóåéò áõôÝò êáé ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï áíôéìåôùðßæïíôáé áðïôåëïýí ôï áíôéêåßìåíï ôïõ êåöáëáßïõ 22). 2. Èá ðñÝðåé åðßóçò íá õðïèÝóåôå üôé ìüíï áõôÞ ç áíôßäñáóç ðñáãìáôïðïéåßôáé êáôÜ ôïí ôñüðï ðïõ áíáöÝñåôáé óôçí åîßóùóç. Ôá ðñïâëÞìáôá ôçò óôïé÷åéïìåôñßáò áíÞêïõí, ãåíéêÜ, óå Ýíáí áðü ôïõò áêüëïõèïõò ôýðïõò: 1. Äßíåôáé ç ìÜæá åíüò áðü ôá áíôéäñþíôá, ôïõ êáèïñéóôéêïý áíôéäñþíôïò, êáé õðïëïãßæåôáé ç ðïóüôçôá åíüò Þ ðåñéóóïôÝñùí åê ôùí ðñïúüíôùí ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí. Õðïôßèåôáé üôé åßíáé äéáèÝóéìåò ïé áðáñáßôçôåò ðïóüôçôåò üëùí ôùí Üëëùí áíáãêáßùí ïõóéþí ðïõ áíôéäñïýí. 2. Ðïéá ðïóüôçôá êÜèå áíôéäñþíôïò ÷ñåéÜæåôáé, þóôå íá ðáñá÷èåß ïñéóìÝíç ðïóüôçôá êÜèå ðñïúüíôïò ôçò áíôéäñÜóåùò;

åêöñáóèïýí ïé ðïóüôçôåò óå moles. Ç “ìÝèïäïò ôùí moles” áðïôåëåß Ýíáí áðïôåëåóìáôéêü ôñüðï åðéëýóåùò ôùí óôïé÷åéïìåôñéêþí ðñïâëçìÜôùí, åðåéäÞ ïé óõíôåëåóôÝò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óå ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç äåß÷íïõí ôïí áñéèìü ôùí moles ôçò êÜèå ïõóßáò ðïõ ëáìâÜíåé ìÝñïò óôçí áíôßäñáóç. Ãéá íá âñåèåß ç ìÜæá óå ãñáììÜñéá åíüò mole ìéáò ïõóßáò, áñêåß íá ðñïóôåèïýí ïé áôïìéêÝò ìÜæåò üëùí ôùí áôüìùí ôùí óôïé÷åßùí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí óôï ÷çìéêü ôýðï ôçò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç ìÜæá åíüò mole èåééêïý ïîÝïò, Ç2SO4, õðïëïãßæåôáé ìå ôïí áêüëïõèï ôñüðï: 2 x áôïìéêÞ ìÜæá ôùí áôüìùí ôïõ Ç = 2 x 1,0 = 2,0 g 1 x áôïìéêÞ ìÜæá ôùí áôüìùí ôïõ S = 1 x 32,1 = 32,1 g 4 x áôïìéêÞ ìÜæá ôùí áôüìùí ôïõ Ï = 4 x 16,0 = 64,0 g áôïìéêÞ ìÜæá ôïõ Ç2SO4 óå g = 98,1 g

Aêïëïõèåß ìéá âÞìá ðñïò âÞìá ðåñéãñáöÞ ôçò “ìåèüäïõ ôùí moles” ãéá êÜðïéá áíôßäñáóç. KáôÜ ôç äéÜñêåéá áõôÞò ôçò ðåñéãñáöÞò, ùò äïèåßóá ïõóßá áíáöÝñåôáé ç ïõóßá ðïõ âñßóêåôáé óå ïñéóìÝíç ðïóüôçôá. Áðü ôçí ðïóüôçôá áõôÞò èá õðïëïãéóèåß ç ìÜæá ôçò æçôïýìåíçò ïõóßáò (Þ ïõóéþí). Ç áíôßäñáóç ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãé' áõôÞí ôçí ðåñéãñáöÞ åßíáé ç ßäéá ðïõ åîåôÜóèçêå óôéò ðñïçãïýìåíåò ðáñáãñÜöïõò: 2Al(óô) + Fe2O3(óô) Õ 2Fe(óô) + Al2O3 (óô)

ÄåäïìÝíç ïõóßá óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç åßíáé ôï Fe2O3, åíþ ç æçôïýìåíç åßíáé ï óßäçñïò. Ç ðïóüôçôá ôïõ Fe2O3 ðïõ ðñüêåéôáé íá ÷ñçóéìïðïéçèåß åßíáé 32,0 ãñáììÜñéá. Áêïëïõèïýí ôá âáóéêÜ óôÜäéá ôçò ìåèüäïõ ôùí moles. 1. ÃñÜöåôå ôç óùóôÞ ÷çìéêÞ Ýîßóùóç. 2. ÌåôáôñÝðåôå ôç ìÜæá ôçò äïèåßóçò ïõóßáò óå moles. Ãéá íá ãßíåé áõôü, ÷ñçóéìïðïéåßôáé ç ðáñáêÜôù ó÷Ýóç:

Ç ìÜæá åíüò mole ôïõ Fe2O3 âñßóêåôáé ìå ôïí áêüëïõèï ôñüðï: 2 x (55,9) + 3 x (16,0) = 159,8

19.8

Ç ìÝèïäïò ôùí moles.

Ï áðïôåëåóìáôéêüôåñïò ôñüðïò ãéá íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ìßá óùóôÜ ãñáììÝíç ÷çìéêÞ åîßóùóç ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôçò ó÷Ýóåùò ôùí ìáæþí ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò, åßíáé íá

~Åôóé, ôá 32 ãñáììÜñéá ôïõ Fe2O3 åßíáé

3. ÐáñáôçñÞóôå ôçí åîßóùóç ðïõ ðåñéãñÜöåé ôçí

525

áíôßäñáóç êáé ðñïóäéïñßóôå ðüóá moles ôçò æçôïýìåíçò ïõóßáò ðáñÜãïíôáé áðü Ýíá mole ôçò äïèåßóçò ïõóßáò. ÊáôÜ ôçí áíôßäñáóç ôïõ áñãéëßïõ ìå ôï ïîåßäéï ôïõ óéäÞñïõ, Ýíá mole Fe2O3 ðáñÜãåé äýï moles óéäÞñïõ. 4. Ðñïóäéïñßóôå, ìå ôç âïÞèåéá ìéáò áðëÞò ìåèüäïõ, ðüóá moles ôçò æçôïýìåíçò ïõóßáò åßíáé äõíáôüí íá ðáñá÷èïýí áðü ôïí ðñáãìáôéêü áñéèìü ôùí moles ôçò äïèåßóçò ïõóßáò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áí õðÜñ÷ïõí äéáèÝóéìá ìüíï 0,200 moles Fe2O3, ôüôå åßíáé äõíáôüí íá ëçöèïýí 0,400 moles Fe.

ìïíÜäùí. Ôï ðñïçãïýìåíï ðñüâëçìá èá ìðïñïýóå íá ëõèåß åýêïëá ìå ôçí áð' åõèåßáò ÷ñÞóç ôïõ óõíôåëåóôÞ ìåôáôñïðÞò:

5. ÌåôáôñÝøôå ôá moles ôçò æçôïýìåíçò ïõóßáò óå ðñáãìáôéêÞ ìÜæá, Þ óå êÜðïéá Üëëç åðéèõìçôÞ ìïíÜäá (ãéá ðáñÜäåéãìá, üãêïõ óå Ê.Ó., áí ðñüêåéôáé ãéá áÝñéï). ÅðåéäÞ ç ìÜæá ôïõ Fe åßíáé 55,9 ãñáììÜñéá/mole, ôá 0,400 moles ôïõ Fe åßíáé 0,400 moles x 55,9 ãñáììÜñéá/mole = 22,4 g.

2Al(óô) + Fe2O3(óô) Õ Al2O3(óô) + 2Fe(óô)

19.9

ÊáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï åßíáé äõíáôüí íá åðéëõèåß êáé ôï ðñüâëçìá ôçò ðáñáãñÜöïõ 19.8, ìå ôç âïÞèåéá óõíôåëåóôþí ìåôáôñïðÞò. Óôï ðñüâëçìá áõôü, õðïëïãßóôçêå ï áñéèìüò ôùí ãñáììáñßùí ôïõ Fe ðïõ ðáñÜãåôáé êáôÜ ôçí ðáñáêÜôù áíôßäñáóç. Èõìçèåßôå üôé õðÞñ÷áí äéáèÝóéìá 32,0 ãñáììÜñéá Fe2O3. Áí ÷ñçóéìïðïéçèïýí óõíôåëåóôÝò ìåôáôñïðÞò, ôï ðñüâëçìá ëýíåôáé ìå ôïí ðáñáêÜôù ôñüðï.

ÐáñÜäåéãìá. 1. Moles ôçò äïèåßóçò ïõóßá

ÓõíôåëåóôÝò ìåôáôñïðÞò.

Ôï ðñïçãïýìåíï ðñüâëçìá åðéëýèçêå óôáäéáêÜ. Åßíáé äõíáôüí íá ëõèåß ìå áðëïýóôåñï ôñüðï, áí óõíäõáóèïýí üëá áõôÜ ôá óôÜäéá ìå ôç âïÞèåéá ôùí óõíôåëåóôþí ìåôáôñïðÞò. ÓõíôåëåóôÞò ìåôáôñïðÞò åßíáé ï ëüãïò ï ïðïßïò óõíäõÜæåé Ýíá óýíïëï áñéèìþí Þ ìïíÜäùí ìå êÜðïéï Üëëï. Óôï åðüìåíï ðáñÜäåéãìá öáßíåôáé ðþò åîÜãåôáé ï óõíôåëåóôÞò ìåôáôñïðÞò.

2. Moles ôçò æçôïýìåíçò ïõóßáò

3. ÌÜæá ôçò æçôïýìåíçò ïõóßáò

ÐáñÜäåéãìá. Ðüóåò äùäåêÜäåò åßíáé ôá 60 êïõëïýñéá; ÓõíäõÜæïíôáò êáé ôá ôñßá óôÜäéá êáôáëÞãïìå óôçí áêüëïõèç åîßóùóç:

O ëüãïò 1 äùäåêÜäá êïõëïýñéá/12 êïõëïýñéá óõíéóôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ ìåôáôñïðÞò. Óõó÷åôßæåé äçëáäÞ ôç ìïíÜäá “äùäåêÜäá” ìå ìéá óõãêåêñéìÝíç ðïóüôçôá êïõëïõñéþí. ÓõíôåëåóôÝò ìåôáôñïðÞò, üðùò áõôüò, äéåõêïëýíïõí ôç ëýóç ôùí ðñïâëçìÜôùí âïçèþíôáò óôçí áðëïðïßçóç ôùí

Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ðñáãìáôïðïéÞèçêå êáô' áñ÷Üò ìåôáôñïðÞ ôùí ãñáììáñßùí óå moles. ÁõôÞ ç ìåôáôñïðÞ äåß÷íåé üôé óôï ðáñÜäåéãìá

526

H2SO4 + Êáôáëýôçò (ÍÏ,ÍÏ2)

Áôìüò Ìïëýâäéíïò èÜëáìïò

SO2 + O2

SO2 + O2 + H2O + NO

Èåßï

NO + NO2 + H2O ÁíÜêôçóç êáôáëýôç

ÁÝñáò

Ëåéôïõñãßá:

Áíáêõêëïýìåíï Ç2SO4

Ðáñáãüìåíï Ç2SO4

ÐñïóèÞêç êáôáëýôç (ÍÏ, ÍÏ2)

ÊáôáëõôéêÞ ïîåßäùóç ôïõ SO2, áíôßäñáóç ìå Ç2Ï

Êáýóç ôïõ èåßïõ S8 + 8O2 8SO2

SO2 + ½O2

SO3

SO3 +H2O

H2SO4

Ó×ÇÌÁ 19-8. ÊáôÜ ôçí ðáñáãùãÞ èåééêïý ïîÝïò ìå ôç ìÝèïäï ôùí ìïëõâäßíùí èáëÜìùí, ÷ñçóéìïðïéåßôáé Ýíá ìßãìá ÍÏ êáé ÍÏ2, ôï ïðïßï äñá ùò êáôáëýôçò ãéá ôçí ïîåßäùóç ôùí SO2 ðñïò SO3.

áõôü ÷ñçóéìïðïéåßôáé åðßóçò ç ìÝèïäïò ôùí moles. Åðß ðëÝïí, ðñÝðåé íá óçìåéþóåôå üôé ç áðëïðïßçóç ôùí ìïíÜäùí óôç ìÝèïäï ôùí óõíôåëåóôþí ìåôáôñïðÞò ïäÞãçóå, ôåëéêÜ, óôéò åðéèõìçôÝò ìïíÜäåò. Áõôü áðïôåëåß, êáôÜ êÜðïéï ôñüðï, êáé ìéá ìÝèïäï åëÝã÷ïõ ôùí áðïôåëåóìÜôùí óáò. Áí ïé ìïíÜäåò óôçí áðÜíôçóÞ óáò åßíáé ëÜèïò, óå êÜðïéï óçìåßï ôçò ìåëÝôçò óáò èá ðñÝðåé íá Ý÷åôå êÜíåé êÜðïéï ëÜèïò. Óôéò ðáñáãñÜöïõò ðïõ áêïëïõèïýí, ôá ðñïâëÞìáôá èá áíôéìåôùðéóèïýí áñ÷éêÜ ÷ùñßò óõíôåëåóôÝò ìåôáôñïðÞò. Ôï êÜèå óôÜäéï ãéá ôçí åðßëõóç èá åðåîçãçèåß ðñïöïñéêÜ. ÌåôÜ ôç ìÝèïäï âÞìá ðñïò âÞìá èá áêïëïõèÞóåé ç ìÝèïäïò ôùí óõíôåëåóôþí ìåôáôñïðÞò, ðïõ åðéôñÝðåé ôçí áðëïðïßçóç êáé óõíôüìåõóç. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï èá åîïéêåéùèåßôå ìå ðåñéóóüôåñïõò áðü Ýíáí *

Ó.ô.Ì. Ç ìÝèïäïò áõôÞ óðáíßùò åöáñìüæåôáé óÞìåñá.

ôñüðïõò åðéëýóåùò ðñïâëçìÜôùí.

ôùí

óôïé÷åéïìåôñéêþí

19.10 Ç ðáñáãùãÞ ôïõ èåééêïý ïîÝïò: ×çìéêïß õðïëïãéóìïß ìÜæáò-ìÜæáò. Ìéá áðü ôéò óçìáíôéêüôåñåò ÷çìéêÝò ïõóßåò ðïõ ðáñáóêåõÜæåôáé óå åõñåßá êëßìáêá (óôï åìðüñéï) åßíáé ôï èåééêü ïîý, H2SO4. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ôï ðñïúüí áõôü åßíáé ôüóï óçìáíôéêü äéåèíþò, þóôå ïé ðïóüôçôåò ôïõ H2SO4 ðïõ êáôáíáëþíïíôáé áðü ìéá ÷þñá åôçóßùò áðïôåëïýí ìéá êáôÜ ðñïóÝããéóç Ýíäåéîç ôçò ïéêïíïìéêÞò ôçò åõìÜñåéáò. Ãéá ôçí ðáñáãùãÞ ôïõ èåééêïý ïîÝïò Ý÷ïõí áíáðôõ÷èåß äýï óçìáíôéêÝò “åìðïñéêÝò äéáäéêáóßåò”. Ðñüêåéôáé ãéá ôç ìÝèïäï ôùí ìïëõâäßíùí èáëÜìùí* êáé ôç ìÝèïäï åðáöÞò. Ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôïõ H2SO4 ðáñÜãåôáé

527

Ç2SO4

Ç2Ï

SO2 + O2 + Ðñïóìßîåéò

SO2 + O2 Óôåñåüò êáôáëýôçò

SÏ2 + O2 + H2O

Ç2SO4

ÁÝñáò

500°C Èåßï

ÁÝñáò

Áðüâëçôá Ëåéôïõñãßá:

Êáýóç ôïõ èåßïõ, S8 + 8O2 Õ 8SO2

ÁðïìÜêñõíóç ðñïóìßîåùí ðïõ ßóùò íá “äçëçôç‐ ñéÜóïõí” ôïí êáôáëýôç

Ç2SO4 + H2O Îçñü SO2 – O2 ìßãìá

Ç2SO4 SO3 “Áôìßæïí” èåééêü ïîý ÊáôáëõôéêÞ êáýóç ôïõ SO2, SO2 + ½ O2 Õ SO3

Áðïññüöçóç SO3(á) óå Ç2SO4

Ó×ÇÌÁ 19-9. ÊáôÜ ôçí ðáñáãùãÞ èåééêïý ïîÝïò ìå ôç ìÝèïäï åðáöÞò, ÷ñçóéìïðïéåßôáé óôåñåüò êáôáëýôçò. Åßíáé äáðáíçñüôåñç äéáäéêáóßá áðü åêåßíç ôùí ìïëõâäßíùí èáëÜìùí, áëëÜ ðáñÜãåé ðåñéóóüôåñï óõìðõêíùìÝíç ìïñöÞ ïîÝïò, ç ïðïßá åßíáé ÷ñÞóéìç óå ðïëëÝò åöáñìïãÝò.

óÞìåñá äéÜ ôçò ìåèüäïõ åðáöÞò. Ç ìÝèïäïò áõôÞ ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü êáèáñïý ðñïúüíôïò ìåãÜëçò óõãêåíôñþóåùò. Ç ìÝèïäïò ôùí ìïëõâäßíùí èáëÜìùí ðáñÜãåé ðñïúüí ìéêñüôåñçò êáèáñüôçôáò, ôï ïðïßï åßíáé êáôÜëëçëï êõñßùò ãéá ïñéóìÝíåò åìðïñéêÝò åöáñìïãÝò. Ôá ó÷Þìáôá 19-8 êáé 19-9 äåß÷íïõí ôá ãåíéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôçò êÜèå ìåèüäïõ. Êáé óôéò äýï ìåèüäïõò ç ðáñáãùãÞ ðåñéëáìâÜíåé ôñåéò áíôéäñÜóåéò, ç êÜèå ìßá åê ôùí ïðïßùí ìðïñåß íá ðáñáóôáèåß ìå ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç ùò åîÞò: 1. Ôï èåßï êáßãåôáé óôïí áÝñá êáé ó÷çìáôßæåé äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ.

Ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç åßíáé äõíáôüí íá ðáñáóôáèåß ìå ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá ôùí åîéóþóåùí ðïõ ðåñéãñÜöïõí ôá ôñßá óôÜäéá ðïõ ìüëéò áíáöÝñèçêáí. Áêïëïõèåß ç ðñïêýðôïõóá óõíïðôéêÞ åîßóùóç:

S8(óô) + 8 Ï2(á) Õ 8 SO2(á)

S8(óô) + 12 Ï2(á) + 8 Ç2Ï(õã) Õ 8 Ç2SÏ4(õã)

2. Ôï äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ ìðïñåß óôç óõíÝ÷åéá íá áíôéäñÜóåé ìå ïîõãüíï êáé íá ó÷çìáôßóåé ôñéïîåßäéï ôïõ èåßïõ. Ç áíôßäñáóç áõôÞ ðñï÷ùñåß ìå ìåãáëýôåñç ôá÷ýôçôá ðáñïõóßá ìéáò ïõóßáò, ç ïðïßá äåí ìåôáâÜëëåôáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò áíôéäñÜóåùò. Ç ïõóßá áõôÞ åßíáé

Ôþñá ïé åîéóþóåéò ðïõ ðáñéóôÜíïõí ôéò áíôéäñÜóåéò Ý÷ïõí éóïóôáèìéóèåß, äçëáäÞ Ý÷åé ãßíåé ôï áðáñáßôçôï ðñþôï âÞìá ãéá ôçí åðßëõóç ïðïéïõäÞðïôå ðñïâëÞìáôïò ðïõ áöïñÜ óôç óôïé÷åéïìåôñßá ôçò äéáäéêáóßáò áõôÞò. Õðïôßèåôáé üôé åßóôå ÷çìéêüò óå ìéá

Ýíáò “êáôáëýôçò”. Ïé êáôáëýôåò åîåôÜæïíôáé åêôåíÝóôåñá óôçí ðáñÜãñáöï 19.12 êáé óôï êåöÜëáéï 21. 8 SO2(á) + 4 Ï2(á) Õ 8 SO3 (á)

3. Ôï ôñéïîåßäéï ôïõ èåßïõ óôç óõíÝ÷åéá äéáëýåôáé óå íåñü êáé ó÷çìáôßæåé èåééêü ïîý. 8SO3(á) + 8 Ç2Ï(õã) Õ 8 Ç2SO4(õã)

528

âéïìç÷áíßá êáé óáò æçôÞèçêå íá âñåßôå ðüóï èåééêü ïîý èá ðáñá÷èåß áðü ôçí êáýóç äýï êéëþí èåßïõ. Ôé ðñÝðåé íá êÜíåôå; ÐáñïõóéÜæïíôáé óôç óõíÝ÷åéá ôá âÞìáôá ðïõ ðñÝðåé íá áêïëïõèÞóåôå, áí ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôç ìÝèïäï ôùí moles. 1. ÃñÜøôå ôç óõíïëéêÞ åîßóùóç ãéá ôçí áíôßäñáóç. S8(óô) + 12 Ï2(á) + 8 Ç2Ï(õã) Õ 8 Ç2SO4(õã)

2. ÌåôáôñÝøôå ôçí ðïóüôçôá ôçò äïèåßóçò ïõóßáò, äçëáäÞ ôïõ óôåñåïý èåßïõ, óôïí áíôßóôïé÷ï áñéèìü ôùí moles. Ç ìïñéáêÞ ìÜæá ôïõ S8 éóïýôáé ìå ôç ìÜæá (32,1 g) åíüò mole áôüìùí èåßïõ åðß 8, Þ ìå 256,8 g/mole. ~Eôóé, ôá 2 êéëÜ èåßïõ èá åßíáé ßóá ìå 2000 g /256,8 g/mole= 7,79 moles èåßïõ. 3. Ðñïóäéïñßóôå ôïí áñéèìü ôùí moles ôçò æçôïýìåíçò ïõóßáò, ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü Ýíá mole ôçò äïèåßóçò ïõóßáò. Ïé óõíôåëåóôÝò óôçí áíôßäñáóç äåß÷íïõí üôé Ýíá mole S8 äßíåé ïêôþ moles Ç2SO4. 4. Íá ðñïóäéïñßóåôå êáô' áíáëïãßá ðüóá moles èåééêïý ïîÝïò ðáñÜãïíôáé áðü ôïí ðñáãìáôéêü áñéèìü moles ôïõ S8.

5. ÌåôáôñÝøôå ôá moles ôïõ Ç2SO4 óôéò åðéèõìçôÝò ìïíÜäåò. Óôçí ðáñïýóá ðåñßðôùóç äåí Ý÷åé êáèïñéóèåß êÜðïéá éäéáßôåñç ìïíÜäá. ~Ïôáí óõìâáßíåé áõôü, óõíÞèùò ðñÝðåé íá ìåôáôñÝðåôå ôïí áñéèìü ôùí moles ôçò æçôïýìåíçò ïõóßáò óôéò ßäéåò ìïíÜäåò ìå áõôÝò ôçò äïèåßóçò ïõóßáò. Óôï ðáñÜäåéãìá áõôü, ìåôáôñÝøôå ôá 62,3 moles ôïõ Ç2SO4 óå ÷éëéüãñáììá. Ç ìÜæá åíüò mole Ç2SO4 åßíáé 98,1 ãñáììÜñéá. Áõôü óçìáßíåé üôé ôá 62,3 moles ôïõ Ç2SO4 èá Ý÷ïõí ìÜæá 62,3 moles x 98,1 ãñáììÜñéá/mole = 6112 ãñáììÜñéá. Ç ìÜæá ôùí 6112 ãñáììáñßùí éóïäõíáìåß ìå 6,11 ÷éëéüãñáììá. ~Áñá, ôá 2 kg ôïõ S8 ðáñÜãïõí 6,11 kg èåééêïý ïîÝïò.

19.11

Ç ðáñáóêåõÞ ôïõ Ç2SO4: Õðïëïãéóìïß ìÜæáò-üãêïõ.

~Ïôáí ìåñéêÜ Þ üëá áðü ôá áíôéäñþíôá êáé ôá ðñïúüíôá åßíáé áÝñéá, åßíáé óõ÷íÜ áíÜãêç íá

ðñïóäéïñßæïíôáé ïé üãêïé áõôþí ôùí ïõóéþí êáé ü÷é ïé ìÜæåò ôïõò. Ó÷åôéêÜ ìéêñÝò ìÜæåò áåñßùí ïõóéþí êáôáëáìâÜíïõí óõíÞèùò ìåãÜëïõò üãêïõò. Ãé' áõôü ôï ëüãï ï ÷çìéêüò áó÷ïëåßôáé óõ÷íÜ ìå ôïõò üãêïõò êáé ü÷é ìå ôéò ðñáãìáôéêÝò ìÜæåò ôùí áåñßùí ïõóéþí ðïõ ëáìâÜíïõí ìÝñïò óôçí áíôßäñáóç. Ãéá íá ìåëåôÞóïìå áõôü ôï ðñüâëçìá, èá ðñÝðåé íá åðáíåîåôÜóïìå ôç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôç ìÜæá åíüò mole êÜðïéïõ áåñßïõ êáé ôïí üãêï ðïõ êáôáëáìâÜíåé óå K.Ó. èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò. Ôï mole åíüò áåñßïõ êáôáëáìâÜíåé 22,4 ëßôñá óôïõò 0°C (273 Ê) êáé Ý÷åé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. Ï üãêïò óôáèåñÞò ìÜæáò åíüò áåñßïõ óå óôáèåñÞ ðßåóç åßíáé åõèÝùò áíÜëïãïò ìå ôç ìåôáâïëÞ ôçò áðüëõôçò èåñìïêñáóßáò (Êelvin). Áõôü áðïôåëåß Ýíáí ôñüðï äéáôõðþóåùò ôïõ íüìïõ ôïõ Charles, ï ïðïßïò åîåôÜóèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 6.3. ~Åóôù üôé èÝëåôå íá ðñïóäéïñßóåôå ôïí üãêï, óå ëßôñá, ôïõ SO2 ðïõ ðáñÜãåôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óå èåßï êáé ïîõãüíï, óå èåñìïêñáóßá 500°C êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. Åðßóçò, Ýóôù üôé êáßãïíôáé 2 ÷éëéüãñáììá èåßïõ. Ãéá ôçí åðßëõóç áõôïý ôïõ ðñïâëÞìáôïò, ðñÝðåé íá åöáñìüóåôå ôç ìÝèïäï ôùí moles, áêïëïõèþíôáò ôá åîÞò óôÜäéá: 1. ÃñÜöåôå ôçí åîßóùóç. S8(óô) + 8 O2(á) Õ 8 SO2(á)

2. ÌåôáôñÝðåôå 2 ÷éëéüãñáììá S8 óå moles. Óôçí ðáñÜãñáöï 19.10 åß÷áôå âñåé üôé ç ðïóüôçôá áõôÞ éóïýôáé ìå 7,79 moles S8. 3. ÐáñáôçñÞóôå ôçí åîßóùóç, ãéá íá äåßôå ðüóá moles SO2 ðáñÜãïíôáé áðü Ýíá mole S8. Ç åîßóùóç äåß÷íåé üôé ãéá êÜèå mole S8 ðïõ áíôéäñÜ, ó÷çìáôßæïíôáé 8 moles SO2. 4. Õðïëïãßóôå ôïí ðñáãìáôéêü áñéèìü ôùí moles ôïõ SO2 ðïõ ðáñÜãïíôáé ìå áðëÞ áíáëïãßá.

5. ÌåôáôñÝðåôå 62,3 moles ôïõ SO2 óå ëßôñá óå K.Ó. Ãíùñßæåôå üôé Ýíá mole SO2 óå K.Ó. êáôáëáìâÜíåé 22,4 ëßôñá. Ãé' áõôü, 62,3 moles SO2 èá êáôáëÜâïõí 1400 ëßôñá óå K.Ó. (62,3 x 22,4). 6. Õðïëïãßóôå ôïí üãêï ôïõ SO2 óå ëßôñá óôïõò 500°C (773 Ê) êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò.

529

Óýìöùíá ìå ôï íüìï ôïõ Charles, áí ìåôáâëçèåß ç èåñìïêñáóßá áðü ôïõò 273 Ê óôïõò 773 Ê, ï üãêïò è’ áõîçèåß êáôÜ 773/273. ~Åôóé, ç ôåëéêÞ áðÜíôçóç åßíáé 3,96 x 103 ëßôñá (773/273 åðß 1400). Ôï ßäéï ðñüâëçìá ìðïñåß íá ëõèåß êáé ìå ôç âïÞèåéá óõíôåëåóôþí ìåôáôñïðÞò ùò åîÞò:

Óýìöùíá ìå ôï íüìï ôïõ Charles, êáé ðÜëé ðïëëáðëáóéÜæåôå ôïí üãêï áõôü ìå 773/273, ãéá íá ðÜñåôå ôçí ôåëéêÞ áðÜíôçóç ôùí 3,96 x 103 ëßôñùí SO2 óå 773 Ê êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. Óôç óõíÝ÷åéá äßíåôáé áêüìç Ýíá ðáñÜäåéãìá õðïëïãéóìþí ìÜæáò-üãêïõ. Ðñüêåéôáé ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôïõ üãêïõ, óå ëßôñá, ôïõ SO2 ðïõ ðáñÜãåôáé óå 373 Ê êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò, êáôÜ ôçí êáýóç ôüóçò ðïóüôçôáò S8, üóç ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí 64,0 g ïîõãüíïõ.

ÐáñÜäåéãìá.

ôïõò äéÜöïñïõò êáôáëýôåò, ïé ïðïßïé åðéôá÷ýíïõí óçìáíôéêÜ ôçí áíôßäñáóç. Ï êáôáëýôçò åßíáé ìéá ïõóßá, ç ïðïßá ìåôáâÜëëåé ôçí ôá÷ýôçôá ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò êáé óôï ôÝëïò ôçò áíôéäñÜóåùò ðáñáëáìâÜíåôáé áìåôÜâëçôïò. Åêôüò áðü ôç ìåôáâïëÞ ôçò ôá÷ýôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò, Ýíáò êáôáëýôçò äåí áëëÜæåé ôá ÷çìéêÜ äåäïìÝíá ôçò äéáäéêáóßáò. Ãéá ôï ëüãï áõôü, ï êáôáëýôçò äåí áíáãñÜöåôáé óôç ÷çìéêÞ åîßóùóç ðïõ ðåñéãñÜöåé ôçí áíôßäñáóç. Ïé äýï äéáäéêáóßåò ãéá ôçí ðáñáãùãÞ èåééêïý ïîÝïò, åðáöÞò êáé ìïëõâäßíùí èáëÜìùí, äéáöÝñïõí êõñßùò óôïí êáôáëýôç ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýí ãéá ôç ìåôáôñïðÞ ôïõ SO2 óå SO3. ÊáôÜ ôç ìÝèïäï ôùí ìïëõâäßíùí èáëÜìùí ç áíôßäñáóç áíÜìåóá óôï SO2 êáé óôï O2 åðéôá÷ýíåôáé ìå áíÜìéîç ôùí áíôéäñþíôùí ìÝóá óå Ýíá èÜëáìï åðéêáëõììÝíï ìå öýëëá ìïëýâäïõ ðáñïõóßá êáé áåñßùí ïîåéäßùí ôïõ áæþôïõ, ôá ïðïßá ÷ñçóéìåýïõí ùò êáôáëýôçò. ÊáôÜ ôç ìÝèïäï åðáöÞò ç êáôÜëõóç ðñáãìáôïðïéåßôáé êáôÜ ôçí åðáöÞ SO2 êáé Ï2 ðÜíù óôçí åðéöÜíåéá åíüò óôåñåïý êáôáëýôç. Äýï áðü ôïõò êáôáëýôåò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé êáôÜ ôç ìÝèïäï åðáöÞò åßíáé ï ëåðôüêïêêïò ëåõêü÷ñõóïò, Pt, êáé ôï ðåíôïîåßäéï ôïõ âáíáäßïõ, V2O5. Óå áõôÞí ôç öÜóç ôçò ðáñáãùãÞò ôïõ èåééêïý ïîÝïò èá ðñÝðåé íá õðïëïãéóèåß ï üãêïò, óå ëßôñá, ôïõ ïîõãüíïõ ðïõ ÷ñåéÜæåôáé íá áíôéäñÜóåé ìå ïñéóìÝíï üãêï SO2. Áò õðïèÝóïìå ãéá ðáñÜäåéãìá, üôé ï üãêïò ôïõ SO2 åßíáé 112 ëßôñá óå Ê.Ó. Ï üãêïò ôïõ ïîõãüíïõ ìðïñåß íá õðïëïãéóèåß ìå ôïí áêüëïõèï ôñüðï: 1. ÃñÜøôå ôçí åîßóùóç. 2 SO2(á) + Ï2(á) Õ 2 SO2(á)

19.12

ÐáñáãùãÞ H2SO4: Õðïëïãéóìïß üãêïõ-üãêïõ.

~Ïðùò áíáöÝñèçêå ðñïçãïõìÝíùò, ïé äýï ðéï äéáäåäïìÝíåò ìÝèïäïé ãéá ôçí ðáñáãùãÞ ôïõ H2SO4 åßíáé ç ìÝèïäïò ôùí ìïëõâäßíùí èáëÜìùí êáé ç ìÝèïäïò åðáöÞò. Ôï äõóêïëüôåñï óôÜäéï êáôÜ ôçí ðáñáóêåõÞ ôïõ H2SO4 åßíáé ôï áêüëïõèï: 2 SO2(á) + Ï2(á) Õ 2 SÏ3(á)

Åßíáé ìéá åîáéñåôéêÜ áñãÞ áíôßäñáóç. Ôï êüóôïò áõôÞò ôçò äéáäéêáóßáò èá Þôáí ðïëý õøçëü, áí äåí ÷ñçóéìïðïéïýíôáí êÜðïéïò áðü

2. Õðïëïãßóôå ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ SO2. Áöïý ôï Ýíá mole ïðïéïõäÞðïôå áåñßïõ êáôáëáìâÜíåé üãêï 22,4 ëßôñá óå K.Ó., óõíåðÜãåôáé üôé ôá 112 ëßôñá èá åßíáé ï üãêïò ðïõ êáôáëáìâÜíïõí 112:22,4 Þ 5 moles. 3. Ðñïóäéïñßóôå ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ Ï2 ðïõ èá áíôéäñÜóïõí ìå Ýíá mole ôïõ SO2. Ìå âÜóç ôçí åîßóùóç åîÜãåôáé üôé äýï moles SO2 áíôéäñïýí ìå Ýíá mole Ï2. ~Åôóé, ôï êÜèå mole ôïõ SO2 ÷ñåéÜæåôáé ìéóü mole Ï2. 4. Ðñïóäéïñßóôå ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ Ï2 ðïõ áíôéäñïýí. Ôá ðÝíôå moles ôïõ SO2, óå áõôü ôï ðñüâëçìá, èá ÷ñåéáóèïýí ðÝíôå öïñÝò ðåñéóóüôåñï Ï2 áðü ü,ôé ôï Ýíá mole ôïõ SO2. ÄçëáäÞ, ÷ñåéÜæïíôáé 2,5 moles Ï2 (5 x ½). 5. ÊÜíôå ôç ìåôáôñïðÞ áðü moles Ï2 óå ëßôñá Ï2.

530

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÁÉÈÁËÏÌÉ×ËÇ ÁÕÔÏÊÉÍÇÔÙÍ Óôï êåöÜëáéï 6 åîåôÜóáìå Ýíá åßäïò áôìïóöáéñéêÞò ñõðÜíóåùò, ôçí ïðïßá ïíïìÜóáìå áéèáëïìß÷ëç ôïõ Ëïíäßíïõ. ÕðÜñ÷åé êáé Ýíá Üëëï åßäïò, ôï ïðïßï áðáíôÜ óå êÜèå ìåãÜëç ðüëç üðïõ ãßíåôáé ìåãÜëç ÷ñÞóç ôùí áõôïêéíÞôùí. Ïé ïéêïëüãïé ôçí ïíïìÜæïõí óõíÞèùò ìå ôï üíïìá ôçò ðüëåùò óôçí ïðïßá ãéá ðñþôç öïñÜ åìöáíßóèçêå (êáé åîáêïëïõèåß íá äçìéïõñãåß) óïâáñü ðñüâëçìá. Áéèáëïìß÷ëç ôïõ Ëïò ~Áíôæåëåò*. Ç ìç÷áíÞ åíüò áõôïêéíÞôïõ äçìéïõñãåß åíÝñãåéá áðü ôçí êáýóç ôçò âåíæßíçò ìÝóá óôïõò êõëßíäñïõò ôçò. Ç âåíæßíç áðïôåëåßôáé êõñßùò áðü õäñïãïíÜíèñáêåò, üðùò ôï ïêôÜíéï, C8H18. Ôï ôé âáóéêÜ óõìâáßíåé, üôáí ãéá ðáñÜäåéãìá êáßãåôáé ôï ïêôÜíéï ìÝóá óôç ìç÷áíÞ åíüò áõôïêéíÞôïõ, áíáöÝñåôáé óôçí ðáñáêÜôù åîßóùóç: C8H18 + 25/2 O2 Õ 8 CO2 + 9 H2O Áí áõôü Þôáí ôï ìüíï ôï ïðïßï óõíÝâáéíå, äåí èá õðÞñ÷å ðñüâëçìá. Ïé õäñáôìïß åßíáé áâëáâåßò, êáèþò êáé ôï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá óôéò ðïóüôçôåò ðïõ ðáñÜãåôáé áðü ôá áõôïêßíçôá (óå ðïëý ìåãáëýôåñåò ðïóüôçôåò, ôï CO2 åßíáé äõíáôüí íá áðïôåëÝóåé ðñüâëçìá). ÕðÜñ÷ïõí äýï ðñïâëÞìáôá ìå ôéò ìç÷áíÝò ôùí áõôïêéíÞôùí. Ôï ðñþôï åßíáé üôé ôï êáýóéìï äåí êáßãåôáé ôåëåßùò óå äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá êáé íåñü. Ôá ðñïúüíôá ôçò êáýóåùò, äçëáäÞ ôá áÝñéá ôçò åîáôìßóåùò, ðåñéÝ÷ïõí ìåñéêïýò õäñïãïíÜíèñáêåò, ðïõ äåí Ý÷ïõí êáåß, üðùò êáé ëßãï ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO. Äåýôåñïí, üôáí óôç ìç÷áíÞ åéóÜãåôáé áÝñáò ðñïêåéìÝíïõ íá åîáóöáëéóôåß ôï ïîõãüíï ðïõ áðáéôåßôáé ãéá ôçí êáýóç ôïõ êáõóßìïõ, åéóÜãåôáé óôç ìç÷áíÞ êáé Üæùôï**. ~Åíá ìéêñü ìÝñïò ôïõ áæþôïõ ìåôáôñÝðåôáé óå äýï åßäç ïîåéäßùí: Ìïíïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ, êáé äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ2. Ãé' áõôü, ìáæß ìå ôï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá êáé ôïõò õäñáôìïýò, ôá êáõóáÝñéá üëùí ôùí áõôïêéíÞôùí ðåñéÝ÷ïõí ôïõò ðáñáêÜôù ñýðïõò: Ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, Üêáõóôïõò õäñïãïíÜíèñáêåò êáé ïîåßäéá ôïõ áæþôïõ. Ôï ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá áðïôåëåß *

äçëçôÞñéï ãéá üëá ôá æùéêÜ åßäç. Óõãêñáôåßôáé áðü ôá ìüñéá ôçò áéìïóöáéñßíçò ìÝóá óôá åñõèñÜ áéìïóöáßñéá. Ðáñåìðïäßæïíôáé ìå áõôüí ôïí ôñüðï ôá áéìïóöáßñéá ùò ðñïò ôçí åêôÝëåóç ôçò öõóéïëïãéêÞò ëåéôïõñãßáò ôïõò, ðïõ åßíáé ç ìåôáöïñÜ ìïñßùí ïîõãüíïõ áðü ôïõò ðíåýìïíåò óôïõò éóôïýò ôïõ óþìáôïò. Áí Ýíá Üôïìï êëåéóèåß ìÝóá óå Ýíá ìéêñü êáé êëåéóôü ÷þñï, üðùò åßíáé ôï ãêáñÜæ åíüò áõôïêéíÞôïõ, üðïõ ëåéôïõñãåß ç ìç÷áíÞ ôïõ áõôïêéíÞôïõ, åßíáé äõíáôüí íá ðåèÜíåé áðü ôï ðáñáãüìåíï ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá. Óå ðåñéï÷Ýò ìå ìåãÜëç êõêëïöïñßá áõôïêéíÞôùí, éäéáßôåñá óå ðåñéüäïõò Üðíïéáò, ïé óõãêåíôñþóåéò ôïõ ìïíïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá åßíáé ðïëý õøçëÝò. Ç åðß ìáêñü ÷ñïíéêü äéÜóôçìá Ýêèåóç óå õøçëÝò óõãêåíôñþóåéò CO Ý÷åé ðéèáíüôáôá âëáâåñÝò óõíÝðåéåò, Ýóôù êáé áí ïé Üìåóåò óõíÝðåéåò äåí åßíáé óçìáíôéêÝò. Ï êßíäõíïò áðü ôïõò Üêáõóôïõò õäñïãïíÜíèñáêåò êáé ôá ïîåßäéá ôïõ áæþôïõ åßíáé áêüìç ðéï ïñáôüò. Ôá ïîåßäéá ôïõ áæþôïõ áðïôåëïýí äçëçôÞñéá. Ç ÷åéñüôåñç óõíÝðåéá áðü áõôÜ åßíáé ç äçìéïõñãßá üæïíôïò, Ï3, êáé äéáöüñùí ðñïúüíôùí ïîåéäþóåùò ôùí áêáýóôùí õäñïãïíáíèñÜêùí. Óôïí áÝñá, ôï ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ ìåôáôñÝðåôáé óå äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ: 2ÍÏ + Ï2 Õ 2ÍÏ2 To çëéáêü öùò åðéäñÜ ðÜíù óôï ÍÏ2 äéáóðþíôáò ôï êáôÜ ôïí ðáñáêÜôù ôñüðï: ÍÏ2

çëéáêü öùò

ÍÏ + Ï

Ôá Üôïìá ïîõãüíïõ ðïõ ðáñÜãïíôáé ìå áõôüí ôïí ôñüðï áíôéäñïýí ìå ìüñéá ïîõãüíïõ êáé ðáñÜãïõí üæïí: Ï + Ï2 Õ Ï3 Ôï üæïí áðïôåëåß ìéá åîáéñåôéêÜ äñáóôéêÞ ìïñöÞ ïîõãüíïõ. Åßíáé åðéâëáâÝò êáôÜ äýï ôñüðïõò. Ï Ýíáò åßíáé üôé áíôéäñÜ áð' åõèåßáò ìå ôïõò éóôïýò ôüóï ôùí öõôþí üóï êáé ôùí æþùí, ðñïêáëþíôáò óïâáñÝò êáôáóôñïöÝò. ÐïëëÜ öõôÜ êáé ïëüêëçñåò êáëëéÝñãåéåò âëÜðôïíôáé áðü ôéò óõãêåíôñþóåéò üæïíôïò ìüëéò åíüò ÷éëéïóôïý ôïõ ãñáììáñßïõ áíÜ ôüíï áôìïóöáéñéêïý áÝñá. Ôï ðñüâëçìá áõôü åßíáé ôüóï óïâáñü óôéò áóôéêÝò ðåñéï÷Ýò ôçò Íüôéáò Êáëéöüñíéáò, þóôå ïñéóìÝíá ëá÷áíéêÜ äåí

Ó.ô.Ì. Ôï ðñüâëçìá ôçò áéèáëïìß÷ëçò ôïõ Ëïò ~Áíôæåëåò, éäéáßôåñá óïâáñü ôç äåêáåôßá ôï 1950, óÞìåñá, ìåôÜ áðü óåéñÜ êáôáëëÞëùí ìÝôñùí ðïõ åëÞöèçóáí, Ý÷åé óçìáíôéêÜ áìâëõíèåß. ** Ó.ô.Ì. Åííïåßôáé Üæùôï áôìïöáéñéêïý áÝñá ðïõ áíÝñ÷åôáé ðåñßðïõ óôï 80%.

531

ìðïñïýí ðéá íá áíáðôõ÷èïýí åêåß, åíþ ç êáôáóôñïöÞ ôùí öõôþí åßíáé åêôåôáìÝíç êáé óáöÝóôáôá ïñáôÞ. Ï äåýôåñïò ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï ôï üæïí ðñïêáëåß âëÜâåò åßíáé ïîåéäþíïíôáò ôá ìüñéá ôùí áêáýóôùí ìïñßùí ôùí õäñïãïíáíèñÜêùí. Áêïëïõèåß ìéá ÷áñáêôçñéóôéêÞ áíôßäñáóç: CH3CH = CH2 + 2O3 Õ CH3CHO + CH2O + 2O2 ÐïëëÝò áðü ôéò åíþóåéò ðïõ ðáñÜãïíôáé êáô' áõôüí ôïí ôñüðï* åßíáé éäéáßôåñá åñåèéóôéêÝò ôüóï ãéá ôá ìÜôéá üóï êáé ãéá ôï áíáðíåõóôéêü óýóôçìá. Ôé ìðïñåß íá ãßíåé üìùò ó÷åôéêÜ ìå ôç ñýðáíóç ðïõ ðñïêáëåßôáé áðü ôá áõôïêßíçôá; Ìéá ëýóç èá Þôáí íá ðåñéïñéóèåß ç ÷ñÞóç ôùí áõôïêéíÞôùí äçìéïõñãþíôáò êáèáñÜ, ãñÞãïñá êáé åîõðçñåôéêÜ äçìüóéá ìáæéêÜ ìåôáöïñéêÜ ìÝóá. ~Åíáò Üëëïò ôñüðïò èá Þôáí íá âåëôéùèåß ï ó÷åäéáóìüò ôùí ìç÷áíþí Ýôóé, þóôå ôï êÜèå áõôïêßíçôï íá ðáñÜãåé ìéêñüôåñç ðïóüôçôá ñõðáíôþí. Åðß ðëÝïí, Ýíá Üëëï óçìáíôéêü ìÝôñï, óôï ïðïßï ïé ÷çìéêïß êáëïýíôáé íá ðáßîïõí Ýíá óçìáíôéêü ñüëï, èá Þôáí ç áíÜðôõîç áðïôåëåóìáôéêþí êáôáëõôþí. Ðñüêåéôáé ãéá óõóôÞìáôá ðïõ ôïðïèåôïýíôáé áêñéâþò ìåôÜ ôçí åîÜôìéóç ôçò ìç÷áíÞò, þóôå ôá èåñìÜ êáõóáÝñéá íá äéÝñ÷ïíôáé ðÜíù áðü Ýíá åßäïò êáôáëýôç. Ï êáôáëýôçò èá ðñÝðåé íá õðïâïçèÜ áíôéäñÜóåéò, üðùò áõôÝò ðïõ áêïëïõèïýí, ïé ïðïßåò ìåôáôñÝðïõí ôïõò ñýðïõò óå áâëáâåßò ïõóßåò: 2ÍÏ2 2ÍÏ 2CO + O2 ÕäñïãïíÜíèñáêåò + Ï2

Õ Õ Õ Õ

Í2 + 2Ï2 Í2 + Ï2 2CO2 CO2 + Ç2Ï

Ìå ôéò äýï ðñþôåò áíôéäñÜóåéò áðïìáêñýíïíôáé ôá ïîåßäéá ôïõ áæþôïõ, åíþ ìå ôéò åðüìåíåò äýï ïëïêëçñþíåôáé ç êáýóç ôïõ ìïíïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá êáé ôùí õäñïãïíáíèñÜêùí. ÌÝ÷ñé óÞìåñá äåí Ý÷åé óçìåéùèåß óçìáíôéêÞ ðñüïäïò ùò ðñïò ôç äçìéïõñãßá åíüò êáôÜëëçëïõ êáôáëýôç ãéá ôéò äýï ðñþôåò áíôéäñÜóåéò, åíþ êÜðïéá åðéôõ÷ßá Ý÷åé óçìåéùèåß üóïí áöïñÜ Ýíáí êáôáëýôç ôùí äýï Üëëùí áíôéäñÜóåùí. Öáßíåôáé üôé ìåñéêÜ

*

Ó.ô.Ì. ~Ïðùò ãéá ðáñÜäåéãìá ç öïñìáëäåàäç (HCO = O).

Ôá ñõðïãüíá êáõóáÝñéá ðïõ åêëýïíôáé áðü áõôÜ ôá áõôïêßíçôá óôï Íôçôñüúô ôùí ÇÐÁ êñýâïõí áêüìç êáé ôï çëéïâáóßëåìá.

ìÝôáëëá êáé ïîåßäéá ôùí ìåôÜëëùí êáôáíåìçìÝíá ðÜíù óå êåñáìéêü õðüóôñùìá åßíáé áñêåôÜ áðïôåëåóìáôéêÜ. Ðáñ'üëá áõôÜ, ç äéÜñêåéá êáôÜ ôçí ïðïßá Ýíáò êáôáëýôçò ðáñáìÝíåé áðïôåëåóìáôéêüò åîáêïëïõèåß íá áðïôåëåß óïâáñü ðñüâëçìá.

532

Ãíùñßæåôå üôé ôï Ýíá mole ôïõ Ï2 êáôáëáìâÜíåé 22,4 ëßôñá óå K.Ó. ~Åôóé, 2,5 moles Ï2 êáôáëáìâÜíïõí: 2,5 moles

= 56,0 ëßôñá óå Ê.Ó.

Óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áêïëïõèåß ìðïñåßôå íá äåßôå ðþò ëýíåôáé ôï ßäéï ðñüâëçìá ìå ôç ìÝèïäï ôùí óõíôåëåóôþí ìåôáôñïðÞò.

EéäéêÜ ãéá ôçí ðåñßðôùóç ôçò ÷çìéêÞò åîéóþóåùò ôçí ïðïßá ìåëåôïýìå, üôáí ôï n1 åßíáé ßóï ìå äýï moles, ôï n2 éóïýôáé ìå Ýíá mole. Áí áíôéêáôáóôÞóåôå áõôÝò ôéò ôéìÝò óôçí ðñïçãïýìåíç áíáëïãßá, ëáìâÜíåôå ôçí áêüëïõèç ó÷Ýóç:

ÐáñÜäåéãìá.

Õðïëïãéóìïß ìå ôç âïÞèåéá ìüíï ôùí üãêùí. Áõôü ôï ðñüâëçìá èá Þôáí äõíáôüí íá ëõèåß êáô' åõèåßáí ìå ìïíÜäåò üãêïõ, ÷ùñßò íá áíáöåñèïýí óå áõôÞí ôç äéáäéêáóßá moles. Ãéá íá ôï áðïäåßîïìå áõôü, èá ðñÝðåé ðÜëé íá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå ôï íüìï ôùí éäáíéêþí áåñþí, PV = nRT. ÅîåôÜóèçêå áñ÷éêÜ óôçí ðáñÜãñáöï 6.6. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ íüìïõ áõôïý åßíáé äõíáôüí íá ãñáöåß ç ðáñáêÜôù åîßóùóç ðñïêåéìÝíïõ ãéá ôçí ðßåóç ôïõ SÏ2:

Ðáñïìïßùò ãñÜöåôáé êáé ç áêüëïõèç åîßóùóç ãéá ôçí ðßåóç ôïõ Ï2:

~Åôóé, ðáñáôçñåßôå üôé óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç, ï ßäéïò ëüãïò åöáñìüæåôáé ôüóï óôá moles üóï êáé óôïõò üãêïõò. ~Å÷ïíôáò áõôü õðüøç, ôï ðñïçãïýìåíï ðáñÜäåéãìá èá Þôáí äõíáôüí íá åêöñáóèåß êáôÜ ôïí ðáñáêÜôù ôñüðï. ÐñÝðåé íá ðñïóÝîåôå üôé åöáñìüæåôáé ìüíï ãéá ìïíÜäåò üãêïõ.

19.13 Óôïé÷åéïìåôñßá óå ìéá ïñãáíéêÞ áíôßäñáóç. ÁíÜìåóá óôá äéÜöïñá åßäç ïñãáíéêþí åíþóåùí ðïõ åîåôÜóèçêáí óôï êåöÜëáéï 16 Þôáí åóôÝñåò êáé áìßäéá. ÌÜèáôå üôé ïé åóôÝñåò åßíáé äõíáôüí íá ìåôáó÷çìáôéóèïýí óå áìßäéá, áí êáôåñãáóèïýí ìå áìßíåò. ×áñáêôçñéóôéêÞ áíôßäñáóç áõôïý ôïõ åßäïõò åßíáé êáé ç áêüëïõèç: O ½½

C5H11C – O – CH3 + C4H9NH2 Õ

ÅðåéäÞ êáé ôá äýï áÝñéá åßíáé õðü ôçí ßäéá ðßåóç, ôï äåîéü ìÝñïò êáé ôùí äýï åîéóþóåùí ìðïñåß íá èåùñçèåß ßóï:

O ½½

C5H11C – N – C4H9 + CH3OH ½

H

Eðß ðëÝïí, ôá áÝñéá Ý÷ïõí ôçí ßäéá èåñìïêñáóßá. Ãé' áõôü, áðëïðïéþíôáò ôéò ßóåò ìåôáâëçôÝò, ç åîßóùóç ïäçãåß óôçí ðáñáêÜôù áíáëïãßá:

Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ, ï ìåèõëéêüò åóôÝñáò ôïõ åîáíïúêïý ïîÝïò áíôéäñÜ ìå âïõôõëáìßíç êáé ó÷çìáôßæåôáé ôï âïõôõëï-áìßäéï ôïõ åîáíïúêïý ïîÝïò êáé ìåèáíüëç. Áò õðïèÝóïìå üôé êÜðïéïò åñåõíçôÞò ÷çìéêüò ÷ñåéÜæåôáé íá ðáñáóêåõÜóåé

533

50,0 g ôïõ áìéäßïõ, ìå ôç âïÞèåéá áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò. Áðü ðïéá ðïóüôçôá åóôÝñá ðñÝðåé íá îåêéíÞóåé, ãéá íá ðÜñåé ôá áðáéôïýìåíá 50,0 g ôïõ áìéäßïõ, áí èåùñÞóåé ùò äåäïìÝíï üôé ç áíôßäñáóç èá åßíáé ôåëåßá; Åßíáé äõíáôüí ç áíôßäñáóç íá “ïëïêëçñùèåß”, äçëáäÞ íá ìåôáôñáðåß ïõóéáóôéêÜ üëïò ï åóôÝñáò óå áìßäéï. Ãéá ôï óêïðü áõôü, ï ÷çìéêüò ÷ñçóéìïðïéåß ìåãÜëç ðïóüôçôá âïõôõëáìßíçò êáé èåñìáßíåé ôï ìßãìá ôçò áíôéäñÜóåùò éó÷õñÜ, þóôå íá áðïìáêñõíèåß ç ìåèáíüëç ðïõ ó÷çìáôßæåôáé. ÔÝôïéïõ åßäïõò ôå÷íéêÝò ãéá ôçí ïëïêëÞñùóç ìéáò áíôéäñÜóåùò èá åîåôáóèïýí åêôåíÝóôåñá óôï êåöÜëáéï 22. Ï åñåõíçôÞò ÷çìéêüò ìðïñåß íá ëýóåé ôï ðñüâëçìÜ ôïõ ìå ôç âïÞèåéá ôçò ìåèüäïõ ôùí moles. Ôá óôÜäéá ðïõ èá áêïëïõèÞóåé êáôÜ ôçí åðßëõóç ôïõ ðñïâëÞìáôïò áõôïý åßíáé üìïéá ìå åêåßíá ðïõ áêïëïõèÞèçêáí ãéá ôç ëýóç ðñïçãïõìÝíùí ðñïâëçìÜôùí áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ êáé åßíáé ôá åîÞò: 1. Ï ÷çìéêüò âåâáéþíåôáé üôé ç åîßóùóç åßíáé óùóôÞ. Ìå ôïí ôñüðï ðïõ åßíáé ôþñá ãñáììÝíç ç åîßóùóç åßíáé ðñÜãìáôé óùóôÞ. 2. Óôç óõíÝ÷åéá ìåôáôñÝðåé ôç æçôïýìåíç ìÜæá ôïõ áìéäßïõ óå moles. Áõôü ãßíåôáé ìå ôïí áêüëïõèï ôñüðï: O ½½

C5H11C – N – C4H9 = C10H21NO ½

H

C: 10 x 12,0 H: 21 x 1,0 N: 1 x 14,0 O: 1 x 16,0 ìÜæá åíüò mole

= = = = =

50,0 g / 171g / mole = 0,292 moles. 3. Ðáñáôçñþíôáò êáëÜ ôçí åîßóùóç äéáðéóôþíïìå üôé ðñïóäéïñßæåé ðùò Ýíá mole ôïõ åóôÝñá ðáñÜãåé Ýíá mole ôïõ áìéäßïõ. 4. Óôç óõíÝ÷åéá ðñïóäéïñßæåé ìå áðëÞ áíáëïãßá ðüóá moles ôïõ åóôÝñá ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá ðáñá÷èåß ï áðáéôïýìåíïò áñéèìüò moles áìéäßïõ.

5. ÔÝëïò, ìåôáôñÝðåé ôá moles ôïõ åóôÝñá óå ãñáììÜñéá. Ãéá íá ãßíåé áõôü, ïöåßëåé áñ÷éêÜ íá õðïëïãßóåé ôç ìÜæá åíüò mole ìå ôïí ðáñáêÜôù ôñüðï: O ½½

C5H11C – O – CH3 = C7H14O2

C: H: O: ìÜæá

7 x 12,0 14 x 1,0 2 x 16,0 åíüò mole

= = = =

84,0 14,0 32,0 130,0

Ìå âÜóç ôá ðáñáðÜíù, ï áñéèìüò ôùí moles ôïõ åóôÝñá ðïõ áðáéôïýíôáé åßíáé 0,292 moles x 130 g/mole = 38,0 g. ~Åíáò åñåõíçôÞò ÷çìéêüò ìðïñåß, áí ÷ñçóéìïðïéÞóåé óõíôåëåóôÝò ìåôáôñïðÞò, íá åðéëýóåé ôï ðñüâëçìá êáôÜ ôïí áêüëïõèï ôñüðï:

120 21,0 14,0 16,0 171,0

Ï áñéèìüò ôùí moles ôïõ áìéäßïõ åßíáé:

Ðåñßëçøç. Ìå ôïí üñï óôïé÷åéïìåôñßá åêöñÜæïìå ôéò ðïóïôéêÝò ó÷Ýóåéò, óõìðåñéëáìâáíïìÝíùí êáé ôùí ó÷Ýóåùí ìÜæáò êáé üãêïõ, áíÜìåóá óôá áíôéäñþíôá êáé ôá ðñïúüíôá ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò. Ôá ðñïâëÞìáôá ôçò óôïé÷åéïìåôñßáò áöïñïýí ãåíéêÜ õðïëïãéóìïýò ðñïêåéìÝíïõ íá ëçöèïýí ïñéóìÝíåò ðïóüôçôåò ôùí áíôéäñþíôùí Þ ôùí ðñïúüíôùí ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò. Ï ðéï áðïôåëåóìáôéêüò ôñüðïò ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôùí ó÷Ýóåùí ôùí ìáæþí åßíáé ç ÷ñÞóç ôùí moles.

Ðñüêåéôáé ðåñß ôçò ìåèüäïõ, êáôÜ ôçí ïðïßá ìåôáôñÝðïíôáé üëåò ïé äïèåßóåò ìÜæåò Þ üãêïé óå moles. Áí ÷ñçóéìïðïéçèïýí ïé ëüãïé ôùí moles ðïõ ðáñÝ÷ïíôáé áðü ôéò ÷çìéêÝò åîéóþóåéò, õðïëïãßæïíôáé ïé áðáéôïýìåíåò ðïóüôçôåò ôùí áíôéäñþíôùí Þ ôùí ðñïúüíôùí ðïõ åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí. Ï áñéèìüò ðïõ ðñïêýðôåé óå moles ìåôáôñÝðåôáé óôç óõíÝ÷åéá óå ãñáììÜñéá, ëßôñá Þ ïðïéáäÞðïôå Üëëç æçôïýìåíç ìïíÜäá.

534

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéá åßíáé ç ìÜæá óå ãñáììÜñéá åíüò mole ïîåéäßïõ ôïõ óéäÞñïõ; 2. ÊáôÜ ôçí áíôßäñáóç Ál ìå Fe2O3, ðüóá moles Al ÷ñåéÜæïíôáé ãéá íá ðáñá÷èïýí 3 moles óéäÞñïõ;

3. Aò õðïôåèåß üôé SO2 áíôéäñÜ ìå O2 óôïõò 773 Ê. (á) Ôé üãêï èá êáôáëáìâÜíåé óôïõò 773 Ê áÝñéï SO2, áí óôïõò 273 Ê êáôáëáìâÜíåé 112 ëßôñá; (â) Ôé üãêï èá êáôáëáìâÜíïõí ôá áðáéôïýìåíá 2,5 moles ôïõ O2 óôïõò 773 Ê;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ ÏñéóìÝíïé êáíüíåò ðïõ áöïñïýí óôçí éêáíüôçôá ôïõ êÜèå óôïé÷åßïõ íá óõíäÝåôáé ìå Üëëá óôïé÷åßá åßíáé ÷ñÞóéìïé êáôÜ ôç ãñáöÞ ôùí ÷çìéêþí ôýðùí. Óýìöùíá ìå áõôïýò, áíáãñÜöåôáé åðÜíù äåîéÜ, óôï óýìâïëï êÜèå óôïé÷åßïõ, ç áñéèìçôéêÞ ôéìÞ (1, 2, 3...) êáé ôï åßäïò (+ Þ –) ôïõ óèÝíïõò ôïõ, ð.÷. Ca2+. Èá ðñÝðåé íá óçìåéùèåß üôé áõôïß ïé áñéèìïß óèÝíïõò äåí åßíáé ßäéïé óå üëåò ôéò åíþóåéò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü Ýíá êáé ôï áõôü óôïé÷åßï. Êáëýðôïõí üìùò ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôùí ãíùóôþí åíþóåùí. Áí éóïóôáèìéóôïýí ôá óèÝíç ó’ Ýíá ïõäÝôåñï ìüñéï Ýôóé þóôå íá Ý÷ïõí Üèñïéóìá ìçäÝí, ôüôå ìðïñåß íá ãñáöåß êáé ï ÷çìéêüò ôïõ ôýðïò. ÕðÜñ÷ïõí ïñéóìÝíïé ãåíéêïß êáíüíåò ãéá ôçí ïíïìáôïëïãßá ôùí ãíùóôþí åíþóåùí. Ùò ðñïò ôçí ïíïìáôïëïãßá ôùí äéóôïé÷åéáêþí åíþóåùí (äçëáäÞ åêåßíùí ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü äýï óôïé÷åßá) áíáöÝñïìå ðñþôï ôï üíïìá ôïõ áíéüíôïò (äçëáäÞ ôïõ áñíçôéêïý éüíôïò) ìå ôçí êáôÜëçîç -ïý÷ï, êáé êáôáëÞãïìå ìå ôï üíïìá ôïõ êáôéüíôïò (äçëáäÞ ôïõ èåôéêïý éüíôïò). Ïíüìáôá ôùí ïðïßùí ç ðñþôç ëÝîç êáôáëÞãåé óå -éêü Þ þäåò åíþ ç äåýôåñç åßíáé ôï üíïìá ôïõ

êáôéüíôïò, ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óõíÞèùò ãéá åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí áñíçôéêÜ ðïëõáôïìéêÜ éüíôá (ãéá ðáñÜäåéãìá CaSO4, èåééêü áóâÝóôéï, LiNO2, íéôñþäåò ëßèéï). ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ìÝôáëëá ðïõ åìöáíßæïíôáé óõíÞèùò ìå äýï óèÝíç, áíáãñÜöåôáé, ìåôÜ ôï óýìâïëo ôïõ ìåôÜëëïõ Ýíáò ëáôéíéêüò áñéèìüò, ãéá íá äåß÷íåé ôï óèÝíïò ôïõò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ï Fe2+ ãñÜöåôáé Fe (II), åíþ ï Fe3+ ãñÜöåôáé Fe (III). Ï üñïò óôïé÷åéïìåôñßá ðáñáðÝìðåé óôéò ðïóïôéêÝò ó÷Ýóåéò ðïõ õðÜñ÷ïõí óå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç. Áí Ý÷åé ãñáöåß óùóôÜ ç ÷çìéêÞ åîßóùóç ìéáò áíôéäñÜóåùò, ïé óôïé÷åéïìåôñéêïß õðïëïãéóìïß ãßíïíôáé åýêïëá ìå ôç âïÞèåéá ôçò ìåèüäïõ ôùí moles. Óýìöùíá ìå áõôÞí ôç ìÝèïäï, ôá äåäïìÝíá ìÜæáò Þ üãêïõ ìåôáôñÝðïíôáé áñ÷éêÜ óå moles. Óôç óõíÝ÷åéá, ðñïóäéïñßæïíôáé ïé áñéèìïß ôùí moles êÜðïéùí Üëëùí ïõóéþí Þ ïé ðïóüôçôåò ôùí ïõóéþí ðïõ áíôéóôïé÷ïýí óôïõò ãíùóôïýò áñéèìïýò ôùí moles ôùí áñ÷éêþí ïõóéþí. ÔÝëïò, ôï áðïôÝëåóìá áõôü ìåôáôñÝðåôáé óå ïðïéáäÞðïôå Üëëç ìïíÜäá ìåôñÞóåùò, üðùò ãñáììÜñéá, ôüíïé Þ ëßôñá.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. ÃñÜøôå áðëïýò ÷çìéêïýò ôýðïõò ãéá ôéò áêüëïõèåò åíþóåéò ôïõ íáôñßïõ: (á) ×ëùñéïý÷ï íÜôñéï (â) Èåéïý÷ï íÜôñéï (ã) Íéôñéêü íÜôñéï (ä) Áíèñáêéêü íÜôñéï (å) Öùóöïñéêü íÜôñéï 2. ÁíáöÝñáôå ôï üíïìá êáé ôïí ôýðï ôçò ìïíáäéêÞò ãíùóôÞò ÷çìéêÞò ñßæáò ðïõ åîåôÜóèçêå êáé ç ïðïßá åìöáíßæåé èåôéêü óèÝíïò. 3. ÃñÜøôå ôïõò ôýðïõò ôùí åíþóåùí ôïõ óéäÞñïõ êáé ôïõ ïîõãüíïõ ãéá ôéò áêüëïõèåò

ðåñéðôþóåéò: Ï óßäçñïò Ý÷åé óèÝíïò 3+. Ï óßäçñïò Ý÷åé óèÝíïò 2+. Ðïéá åßíáé ôá äýï ïíüìáôá ðïõ ìðïñåß íá äïèïýí óôçí êáèåìéÜ áðü ôéò åíþóåéò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé; 4. Ðïý èá ðñÝðåé íá áíáæçôÞóåôå ðëçñïöïñßåò ãéá ôçí éêáíüôçôá óõíäÝóåùò ôùí óôïé÷åßùí êáé ôùí ñéæþí, üôáí áõôÜ äåí áíáöÝñïíôáé ìÝóá óôï êåßìåíï; 5. ÏíïìÜóôå ôéò áêüëïõèåò åíþóåéò: NaNO3, KI, (NH4)2SO4, NaOH, AgNO3, CuCl2 (äþóôå äýï ïíüìáôá), K3PO4. 6. ÃñÜøôå ôéò ÷çìéêÝò åîéóþóåéò ãéá ôéò áêüëïõèåò áíôéäñÜóåéò, ðñïóÝ÷ïíôáò

535

7.

8.

9.

10.

11.

éäéáßôåñá ôïõò óõíôåëåóôÝò: (á) õäñïãüíï + âñþìéï Õ õäñïâñþìéï (â) Üíèñáêáò + ïîõãüíï Õ äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá (ã) ëßèéï + íåñü Õ õäñïîåßäéï ôïõ ëéèßïõ + õäñïãüíï (ä) õäñïãüíï + Üæùôï Õ áÝñéïò áììùíßá . ~Ïôáí ï óßäçñïò óêïõñéÜæåé åíþíåôáé ìå ôï ïîõãüíï ôïõ áÝñá êáé ó÷çìáôßæåé ïîåßäéï ôïõ óéäÞñïõ, Fe2O3. Ìå âÜóç áõôÞí ôçí ðëçñïöïñßá, ðïéï áðü ôá áêüëïõèá åßíáé ëÜèïò; (á) Ç åîßóùóç åßíáé 3Ï2 + 4Fe Õ 2Fe2O3. (â) Ï ôýðïò Fe2O3 ðåñéëáìâÜíåé ðÝíôå Üôïìá. (ã) Ç ìÜæá óå ãñáììÜñéá åíüò mole ïîåéäßïõ ôïõ óéäÞñïõ åßíáé 104 g. (ä) H ìÜæá ôùí áíôéäñþíôùí éóïýôáé ìå ôç ìÜæá ôùí ðñïúüíôùí. (å) Äéáôçñåßôáé ï áñéèìüò ôùí áôüìùí. Êåñß ðáñáößíçò êáßãåôáé óôïí áÝñá êáé ó÷çìáôßæåé íåñü êáé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá. Áí êáé ç ðáñáößíç áðïôåëåßôáé áðü ìüñéá äéáöüñïõ ìåãÝèïõò, èá ãñáöåß ð.÷. ï ôýðïò C25H52, ãéá íá ðáñáóôáèïýí üëá ôá ìüñéÜ ôçò. Áêïëïõèåß ç åîßóùóç áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò, ÷ùñßò ôïõò óõíôåëåóôÝò: C25H52 + O2 Õ H2O + CO2 (á) Ðüóá moles ïîõãüíïõ ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá êáåß Ýíá mole ðáñáößíçò; (â) Ðïéá åßíáé ç ìÜæá áõôïý ôïõ ïîõãüíïõ; (ã) Ðüóá moles ïîõãüíïõ ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá êáïýí 70,6 moles ðáñáößíçò; (ä) Ðüóá moles íåñïý èá ó÷çìáôéóèïýí êáôÜ ôï ðñïçãïýìåíï óôÜäéï; Ðüóá moles ïîõãüíïõ áðáéôïýíôáé, ãéá íá ó÷çìáôéóèïýí 242 ãñáììÜñéá ïîåéäßïõ ôïõ ìáãíçóßïõ, óýìöùíá ìå ôçí ðáñáêÜôù åîßóùóç; 2Mg + O2 Õ 2MgO Ôï íÜôñéï áíôéäñÜ ìå ôï íåñü óýìöùíá ìå ôçí áêüëïõèç åîßóùóç: 2Na + 2H2O Õ 2NaOH + H2 (á) Ðüóá ãñáììÜñéá íáôñßïõ ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá ó÷çìáôéóèåß Ýíá mole áåñßïõ õäñïãüíïõ; (â) Ðüóá ãñáììÜñéá íáôñßïõ ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá ó÷çìáôéóèïýí 4,0 ëßôñá áåñßïõ õäñïãüíïõ óå Ê.Ó.; Áí Ýíá ôåìÜ÷éï ìåôáëëéêïý íáôñßïõ âõèéóèåß

ìÝóá óå ìßá öéÜëç ìå áÝñéï ÷ëþñéï, ðñáãìáôïðïéåßôáé ìéá áíôßäñáóç. Ó÷çìáôßæåôáé åðéôñáðÝæéï áëÜôé, NaCl. (á) ÃñÜøôå ôçí åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò. (â) Ðüóá moles NaCl èá ìðïñïýóáí íá ó÷çìáôéóèïýí áðü Ýíá mole Na; (ã) Ðüóá moles NaCl èá ìðïñïýóáí íá ó÷çìáôéóèïýí áðü 2,30 ãñáììÜñéá Na; 12. Ôï áíèñáêéêü íÜôñéï ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôçí ðáñáóêåõÞ ôïõ ãõáëéïý, ðïëý ëßãï üìùò áðáíôÜôáé óôç öýóç. Ó÷çìáôßæåôáé áðü äýï ðïëý äéáäåäïìÝíåò ÷çìéêÝò ïõóßåò, ôï áíèñáêéêü áóâÝóôéï (ìÜñìáñï) êáé ôï ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï (áëÜôé). Ç ìÝèïäïò ðåñéëáìâÜíåé ðïëëÜ óôÜäéá. Áêïëïõèåß ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç: CaCO3 + 2NaCl Õ Na2CO3 + CaCl2 (á) Ðüóá ãñáììÜñéá ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ áíôéäñïýí ìå 1,00 êéëü áíèñáêéêïý áóâåóôßïõ; (â) Ðüóï áíèñáêéêü íÜôñéï ó÷çìáôßæåôáé; 13. Ïé åíåñãåéáêÝò áðáéôÞóåéò åíüò áóôñïíáýôç êÜèå þñá åßíáé äõíáôüí íá éêáíïðïéçèïýí ìå ôçí åíÝñãåéá ðïõ åêëýåôáé ìÝóá óôï óþìá ôïõ êáôÜ ôçí êáýóç 34 ãñáììáñßùí óáê÷áñüæçò. Ðüóá ãñáììÜñéá ïîõãüíïõ èá ðñÝðåé íá ðåñéÝ÷åé ìéá äéáóôçìéêÞ êÜøïõëá, þóôå íá ðëçñïß áõôÝò ôéò ðñïäéáãñáöÝò, äåäïìÝíçò ôçò áêüëïõèçò, ÷ùñßò ôïõò óõíôåëåóôÝò, áíôéäñÜóåùò; C12H22O11 + O2 Õ CO2 + H2O 14. Ðïéá ìÜæá S8 èá ðñÝðåé íá êáåß, þóôå íá ó÷çìáôéóèïýí 2,24 x 103 ëßôñá SO2 õðü Ê.Ó.; 15. Óôï ðñïçãïýìåíï ðñüâëçìá, ðïéá ìÜæá èá ÷ñåéáæüôáí ðñïêåéìÝíïõ íá ðáñá÷èåß ï ßäéïò üãêïò (2,24 x 103 ëßôñá) óôïõò 400°C; Õðüäåéîç: Õðïëïãßóôå ðñþôá ðüóïò èá ãßíåé áõôüò ï üãêïò õðü Ê.Ó. 16. Ï ãñáößôçò, ìéá ìïñöÞ ôïõ Üíèñáêá, C, êáßãåôáé óôïí áÝñá êáé äçìéïõñãåß Ýíá Ü÷ñùìï áÝñéï, ôï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá. Ìå âÜóç áõôÞí ôçí ðëçñïöïñßá: (á) ÃñÜøôå ôçí åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò. (â) Õðïëïãßóôå ðüóá moles äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá ðáñÜãïíôáé, üôáí êáßãåôáé Ýíá mole ãñáößôç. Ðïéá åßíáé ç ìÜæá (óå ãñáììÜñéá) áõôÞò ôçò ðïóüôçôáò ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá; 17. Ç áíôßäñáóç ôïõ âïñéïûäñéäßïõ ôïõ íáôñßïõ,

536

18. 19.

20.

21.

22.

NaÂÇ4, ìå íåñü ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü äéóüîéíïõ âïñéêïý íáôñßïõ, NaH2BO3, êáé áåñßïõ õäñïãüíïõ. Áò õðïôåèåß üôé èÝëåôå íá öïõóêþóåôå ìéá ó÷åäßá ÷ùñçôéêüôçôáò 30 ëßôñùí ìå õäñïãüíï, óå ìéá ðßåóç 5 atm óôïõò 20°C. Ðüóá ãñáììÜñéá âïñéïûäñéäßïõ ôïõ íáôñßïõ ðñÝðåé íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí; Óôï ðñïçãïýìåíï ðåßñáìá ðüóá ãñáììÜñéá íåñïý ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí; Ôï ÷ëþñéï ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôïí êáèáñéóìü ôïõ ðüóéìïõ íåñïý ðáñáóêåõÜæåôáé áðü çëåêôñüëõóç ôçãìÝíïõ NaCl, ç ïðïßá ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü õãñïý íáôñßïõ êáé áåñßïõ ÷ëùñßïõ. (á) Ðüóá ãñáììÜñéá ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá ðáñá÷èïýí 355 ãñáììÜñéá áåñßïõ ÷ëùñßïõ; (â) Ôé üãêï èá êáôáëáìâÜíåé ôï ÷ëþñéï õðü Ê.Ó.; Ï óßäçñïò, Fe, ïîåéäþíåôáé óôïí áÝñá êáé ó÷çìáôßæåé Ýíá ìáýñï óôåñåü ïîåßäéï, Fe3O4. (á) ÃñÜøôå ôçí åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò. (â) Ðüóá moles áåñßïõ ïîõãüíïõ ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá ïîåéäùèåß ðëÞñùò Ýíá mole óéäÞñïõ; (ã) Óå ðüóá ãñáììÜñéá ïîõãüíïõ áíôéóôïé÷ïýí áõôÜ; (ä) Åßíáé äõíáôüí Ýíá êïììÜôé óéäÞñïõ ìÜæáò 5,6 ãñáììáñßùí íá ïîåéäùèåß ðëÞñùò ðñïò Fe3O4, åíþ âñßóêåôáé ìÝóá óå Ýíá äï÷åßï ðïõ ðåñéÝ÷åé åðßóçò 0,05 moles Ï2; Ç êçñïæßíç, Ýíá ìßãìá õäñïãïíáíèñÜêùí, ðåñéÝ÷åé ìéá ïõóßá ðïõ ïíïìÜæåôáé äåêÜíéï, C10H22. Áí õðïôåèåß üôé ïëüêëçñç ç êçñïæßíç áðïôåëåßôáé áðü C10H22 êáé üôé ìéá èåñìÜóôñá êáßåé 1,0 êéëü êçñïæßíçò ôçí þñá, ôüôå íá áðáíôÞóåôå óôéò áêüëïõèåò åñùôÞóåéò: (á) Ðüóá ëßôñá (õðü Ê.Ó.) ïîõãüíïõ ÷ñåéÜæïíôáé áíÜ þñá; (â) Ðüóá ëßôñá (õðü Ê.Ó.) äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá ðáñÜãïíôáé áíÜ þñá; Ç õäñáæßíç, Í2Ç4, åßíáé äõíáôüí íá êáåß ðáñïõóßá ïîõãüíïõ ðáñÜãïíôáò åíÝñãåéá ãéá ôçí ðñïþèçóç ôùí ðõñáýëùí. Ç åíÝñãåéá ðïõ åëåõèåñþíåôáé åßíáé 150 kcal áíÜ mole êáéüìåíçò õäñáæßíçò.~Ïôáí êáßãåôáé Ýíá mole õäñïãüíïõ, åëåõèåñþíïíôáé 57,8 kcal. (á) Ðüóç åíÝñãåéá åëåõèåñþíåôáé üôáí êáßãïíôáé 10,0 kg õäñáæßíçò; (â) Óõãêñßíáôå ôçí åíÝñãåéá ðïõ åëåõèåñþíåôáé, üôáí áíôß ãéá ôçí õäñáæßíç

êáåß ç ßäéá ðïóüôçôá (10,0 kg) õäñïãüíïõ. 23. ~Ïôáí ôï ÷ëùñéêü êÜëéï (ÊClO3) èåñìáíèåß éó÷õñÜ, ïé êñýóôáëïé ôÞêïíôáé. ÐåñáéôÝñù èÝñìáíóç ïäçãåß óôçí áðïóýíèåóÞ ôïõ ìå Ýêëõóç áåñßïõ ïîõãüíïõ êáé ÷ëùñéïý÷ïõ êáëßïõ, KCl. (á) ÃñÜøôå ôçí åîßóùóç ãé' áõôÞí ôçí áíôßäñáóç ôçò “áðïóõíèÝóåùò”. (â) Ðüóá moles KClO3 ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá ó÷çìáôéóèïýí 1,5 moles áåñßïõ ïîõãüíïõ; (ã) Ðüóá moles KCl èá ó÷çìáôéóèïýí áðü 1/3 ôïõ mole ôïõ KClO3; (ä) Ðüóá moles áåñßïõ ïîõãüíïõ èá ðáñá÷èïýí áðü 122,6 ãñáììÜñéá KClO3; 24. Áò õðïôåèåß üôé Ýíá ãáëüíé âåíæßíçò áðïôåëåßôáé áðü 25 ðåñßðïõ moles ïêôáíßïõ, C8H18. (á) Ðüóá moles ïîõãüíïõ èá ðñÝðåé íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí, ãéá íá êáåß áõôÞ ç âåíæßíç, èåùñþíôáò üôé ôá ìüíá ðñïúüíôá ôçò êáýóåùò åßíáé CO2 êáé Ç2Ï; (â) Ðüóá moles äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá ðáñÜãïíôáé; (ã) Ðïéá åßíáé ç ìÜæá áõôïý ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá; Íá áðáíôÞóåôå ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôç ìïíÜäá ôïõ ÷éëéïãñÜììïõ (kg). (ä) Ðüóá ÷éëéüãñáììá äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá åëåõèåñþíïíôáé óôçí áôìüóöáéñá, üôáí ôï áõôïêßíçôü óáò êáôáíáëþíåé 40 ëßôñá âåíæßíçò; Ç ðõêíüôçôá ôçò âåíæßíçò åßíáé 0,85 g áíÜ ml. 25. ÊáôÜ ôçí ðáñáóêåõÞ ôïõ óéäÞñïõ áðü ìåôÜëëåõìá óéäÞñïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé ç áêüëïõèç áíôßäñáóç: Fe2O3(óô) + 3CO(á) Õ 2Fe(óô) + 3CO2 (á) + 4,3 kcal èåñìüôçôáò (á) Ðüóá ãñáììÜñéá CO èá ðñÝðåé íá áíôéäñÜóïõí, ãéá íá åëåõèåñùèïýí 13 kcal èåñìüôçôáò; (â) Ðüóá ëßôñá CO (õðü Ê.Ó.) ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá ðáñá÷èåß 1,0 kg Fe; 26. Ç ìåãáëýôåñç ðïóüôçôá ôïõ C8H18 (õäñïãïíÜíèñáêáò ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé óôç âåíæßíç) åßíáé äõíáôüí íá ðáñá÷èåß áðü ðåôñÝëáéï, áí ðñáãìáôïðïéçèåß ç ðáñáêÜôù áíôßäñáóç: C16H32(á) + 2H2(á) Õ 2C8H18(á)

537

Ðüóá ãñáììÜñéá ôïõ C8H18 åßíáé äõíáôüí íá ðáñá÷èïýí áðü 224 ëßôñá Ç2 õðü Ê.Ó; 27. Ðüóá ãñáììÜñéá ìåôáëëéêïý øåõäáñãýñïõ ðñÝðåé íá áíôéäñÜóïõí êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò áíôéäñÜóåùò ìå õäñï÷ëùñéêü ïîý, ÇCl, þóôå íá ðáñá÷èåß ôüóï õäñïãüíï, üóï ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá ãåìßóåé Ýíá ìðáëüíé ÷ùñçôéêüôçôáò 11,2 ëßôñùí õðü Ê.Ó.; Ðïéïò èá åßíáé ï üãêïò ôïõ ìðáëïíéïý óå 27°C êáé ðßåóç 680 Torr; Æn(óô)+ 2ÇCl(õä) Õ ZnCl2(õä) + Ç2(ág) 28. Ç áíôßäñáóç ðïõ áêïëïõèåß èá ðñÝðåé íá óõìðëçñùèåß ìå ôïõò óùóôïýò óõíôåëåóôÝò. ÍÇ3(á) + Ï2(á) Õ ÍÏ(á) + Ç2Ï(á) Áí ÷ñçóéìïðïéçèïýí 4,48 ëßôñá áåñßïõ áììùíßáò ìåôñçèÝíôá õðü Ê.Ó., ðüóá ëßôñá ïîõãüíïõ, ìåôñçèÝíôá åðßóçò õðü Ê.Ó., èá áíôéäñÜóïõí ìå áõôÜ; 29. Ïé üãêïé üëùí ôùí áåñßùí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí

óôçí áíôßäñáóç ðïõ áêïëïõèåß (ç ïðïßá ðñÝðåé íá óõìðëçñùèåß ìå ôïõò óùóôïýò óõíôåëåóôÝò) Ý÷ïõí ìåôñçèåß óôçí ßäéá ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá. C4H10(á) + O2(á) Õ CO2(á) + Ç2Ï(á) (á) Ðüóá ëßôñá ïîõãüíïõ áðáéôïýíôáé, ãéá íá ðáñá÷èïýí 2,0 ëßôñá CO2; (â) Áí ÷ñçóéìïðïéçèïýí 15 ëßôñá ïîõãüíïõ, ðüóá ëßôñá âïõôáíßïõ, C4H10, èá êáïýí; (ã) Ðüóá ëßôñá CO2 èá ðáñá÷èïýí, áí áíáìé÷èïýí 8,0 ëßôñá ïîõãüíïõ ìå Üëëá ôüóá ëßôñá âïõôáíßïõ; Õðïôßèåôáé üôé ç áíôßäñáóç åßíáé äõíáôüí íá ïëïêëçñùèåß. 30. Áò õðïôåèåß üôé 105 ëßôñá ÍÇ3 êáé 285 ëßôñá Ï2 áíôéäñïýí ìÝ÷ñé íá ïëïêëçñùèåß ç ðáñáêÜôù áíôßäñáóç (ç ïðïßá ðñÝðåé íá óõìðëçñùèåß ìå ôïõò óùóôïýò óõíôåëåóôÝò): ÍÇ3(á) + Ï2(á) Õ Ç2Ï(á) + ÍÏ2(á) ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá üëùí ôùí ìåôñÞóåùí ôùí

KÅÖÁËÁÉÏ ÅÉÊÏÓÔÏ

ÅíÝñãåéá êáé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò

Óôçí åéêüíá áõôÞ ìå ôá ðõñïôå÷íÞìáôá öáßíåôáé êáôÜ ôñüðï öáíôáóìáãïñéêü ç åíÝñãåéá (öùò êáé èåñìüôçôá) ðïõ áðåëåõèåñþíåôáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. ÐïëëÝò áíôéäñÜóåéò óõíôåëïýíôáé çðéüôåñá. Óå üëåò üìùò åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèåß ìéá áýîçóç Þ ìéá áðþëåéá åíÝñãåéáò.

539

Ïé ðåñéóóüôåñåò ðçãÝò åíÝñãåéáò óå üëï ôïí êüóìï ðåñéÝ÷ïõí êáé ðáñÝ÷ïõí åíÝñãåéá ðïõ ðñïÝñ÷åôáé áðü ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ãé' áõôü, ïé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò áðïôåëïýí Ýíá óçìáíôéêü ôìÞìá ôçò ÷çìåßáò. Ðüóç åíÝñãåéá åíõðÜñ÷åé óå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç; Áðü ðïý ðñïÝñ÷åôáé áõôÞ ç åíÝñãåéá; Ðïý ðçãáßíåé ìåôÜ ôï ôÝëïò ôçò áíôéäñÜóåùò; Óå áõôü ôï êåöÜëáéï èá âñåßôå ôéò áðáíôÞóåéò áõôþí êáé Üëëùí ó÷åôéêþí åñùôÞóåùí. Èá áñ÷ßóåôå íá óõíåéäçôïðïéåßôå üôé, áí êáé ç

êáôáíüçóç ôçò áôïìéêÞò êáé ôçò ìïñéáêÞò äïìÞò åßíáé óçìáíôéêÞ ãéá ôïõò ÷çìéêïýò, äåí åßíáé óå üëåò ôéò ðåñéðôþóåéò éêáíÞ íá ïäçãÞóåé óôçí åðßëõóç ôùí ðñïâëçìÜôùí. Áõôü ðïõ ÷ñåéÜæåôáé íá ãßíåé êáôáíïçôü áðü ôïõò ÷çìéêïýò, þóôå íá åðéôý÷ïõí ôïí ôåëéêü ôïõò óôü÷ï, åßíáé ìÜëëïí ïé áíôéäñÜóåéò, äçëáäÞ ïé ÷çìéêÝò áëëáãÝò êáé ïé ìåôáó÷çìáôéóìïß. Åðß ðëÝïí, èá áñ÷ßóåôå íá åêôéìÜôå ôç ìåãÜëç óçìáóßá ðïõ Ý÷åé ç åöáñìïãÞ óå ìáêñïóêïðéêü åðßðåäï åíüò ðñïôýðïõ ðïõ ðñïêýðôåé áðü ôçí åìðåéñßá, üôáí åðéäéþêåôáé íá äïèåß åîÞãçóç óå ìéêñïóêïðéêÜ

Óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò áðïññïöÜôáé êáé åëåõèåñþíåôáé èåñìüôçôá 20.1 Ìéá ðñáêôéêÞ áðåéêüíéóç. Áôìüò, ï ïðïßïò äéÝñ÷åôáé ðÜíù áðü èåñìü êÜñâïõíï óå ìéá èåñìïêñáóßá 600°C (ôï êÜñâïõíï áðïôåëåßôáé êõñßùò áðü Üíèñáêá), áíôéäñÜ êáé äßíåé ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá êáé õäñïãüíï. H2O(á) + C(óô) Õ CO(á) + Ç2(á)

(1)

Ç áíôßäñáóç áõôÞ åßíáé ðïëý ÷ñÞóéìç, ãéáôß ôï ìßãìá ôùí ðñïúüíôùí ðïõ ïíïìÜæåôáé õäñáÝñéï áðïôåëåß åîáéñåôéêü âéïìç÷áíéêü êáýóéìï. ÊáôÜ ôç âéïìç÷áíéêÞ ðáñáóêåõÞ ôïõ õäñáåñßïõ, ï ÷çìéêüò ìç÷áíéêüò èá ðñÝðåé íá öñïíôßæåé, þóôå íá áðïññïöÜôáé ç èåñìüôçôá ðïõ ðáñÜãåôáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò áíôéäñÜóåùò. ÊáíïíéêÜ, èá ðñÝðåé íá äéáêüðôåé ðåñéïäéêÜ ôç äéï÷Ýôåõóç ôïõ áôìïý êáé íá åðáíáèåñìáßíåé ôï êÜñâïõíï, þóôå íá äéáôçñåßôáé ç áíôßäñáóç. ~Ïôáí èá ìåôñÞóåé ôçí ðïóüôçôá ôçò èåñìüôçôáò ðïõ áðïññïöÞèçêå áðü ôï óýóôçìá, èá âñåé üôé áíÜ mole Üíèñáêá ðïõ áíôÝäñáóå áðïññïöÞèçêáí 31,4 kcal. ÅðåéäÞ ç èåñìüôçôá êáôáíáëþèçêå, üðùò êáé ôá áíôéäñþíôá, åßíáé äõíáôüí íá îáíáãñáöåß ç áíôßäñáóç (1) êáôÜ ôñüðï þóôå íá åìöáíßæåôáé êáé ç èåñìüôçôá óôï áñéóôåñü ìÝëïò ôçò åîéóþóåùò, üðùò ðáñáêÜôù: H2Ï(á) + C(óô) + 31,4 kcal Õ CO(á) + Ç2(á) (1á)

Áò ðáñáêïëïõèÞóïìå ôþñá ôï ìç÷áíïëüãï êáèþò ó÷åäéÜæåé Ýíá âñáóôÞñá ðïõ

èåñìáßíåôáé ÷ñçóéìïðïéþíôáò ùò êáýóéìï ôï õäñáÝñéï. ÅíäéáöÝñåôáé íá êáýóåé ôï õäñáÝñéï. Ç äéáäéêáóßá áõôÞ ðåñéëáìâÜíåé ôéò áêüëïõèåò äýï áíôéäñÜóåéò êáýóåùò: CO(á) + 1/2 O2(á) Õ CO2(á)

(2)

H2(á) + 1/2 O2(á) Õ Ç2Ï(á)

(3)

êáé Êáé ïé äýï áíôéäñÜóåéò åëåõèåñþíïõí åíÝñãåéá. Ï ìç÷áíïëüãïò èá ðñÝðåé íá ãíùñßæåé ðüóç. Êáé óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç, ïé ðïóüôçôåò áõôÝò ôçò èåñìüôçôáò åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèïýí. ~Ïôáí ãßíïõí ãíùóôÝò, èá ðñÝðåé íá ðñïóôåèïýí óôéò áíôéäñÜóåéò (2) êáé (3). ÅðåéäÞ ç èåñìüôçôá, üðùò êáé ôï ÷çìéêü ðñïúüí, ðáñÜãåôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç, åìöáíßæåôáé óôç äåîéÜ ðëåõñÜ ôçò åîéóþóåùò: CO(á) + 1/2 Ï2(á) Õ CO2(á) + 67,6 kcal

(2á)

H2(g) + 1/2 Ï2(á) Õ Ç2Ï(á) + 57,8 kcal

(3á)

Áò äïýìå ôþñá ôçí Üðïøç ôïõ ïéêïíïìéêïý äéåõèõíôÞ. ÓêÝöôåôáé ìå âÜóç ôá êÝñäç êáé ôéò æçìßåò. ÌïéÜæåé íá ðáñáôçñåß üôé ç êáôáíÜëùóç ôïõ êÜñâïõíïõ êáé ôïõ íåñïý ãéá ôï ó÷çìáôéóìü õäñáåñßïõ óõíïäåýåôáé áðü ôçí êáôáíÜëùóç ôïõ õäñáåñßïõ, ç ïðïßá ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü äéïîåßäéïõ ôïõ Üíèñáêá êáé íåñïý óå ðïóüôçôá ßóç ìå áõôÞí ðïõ êáôáíáëþèçêå. ×ùñßò íá ãíùñßæåé ðïëý ÷çìåßá, äéáðéóôþíåé üôé áõôü ðïõ

540

ðñáãìáôïðïéåßôáé ôåëéêÜ åßíáé ç êáýóç ôïõ êÜñâïõíïõ ðñïò äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá. Ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç áðïôåëåß ôï Üèñïéóìá üëùí ôùí åðß ìÝñïõò áíôéäñÜóåùí. Ãéá íá âñåßôå ôï Üèñïéóìá ìéáò óåéñÜò áíôéäñÜóåùí, ãñÜöåôå áðëÜ ôç ìéá áíôßäñáóç êÜôù áðü ôçí Üëëç, ìå ôç óåéñÜ ìå ôçí ïðïßá ðñáãìáôïðïéïýíôáé. Óôç óõíÝ÷åéá, áðáëåßöåôå üëåò ôéò ïõóßåò, ïé ïðïßåò åìöáíßæïíôáé óå ßóåò ðïóüôçôåò óôï äåîéü ìÝñïò ìéáò åîéóþóåùò êáé óôï áñéóôåñü ìéáò Üëëçò. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ðáñáëåßðåôå áðëÜ åêåßíåò ôéò ïõóßåò, ïé ïðïßåò ðáñÜãïíôáé áðü ìéá áíôßäñáóç, ìüíï êáé ìüíï ãéá íá êáôáíáëùèïýí óå êÜðïéá Üëëç. Åßíáé ðñïöáíÝò üôé ïõóßåò áõôïý ôïõ åßäïõò äåí ìðïñïýí íá åßíáé ïýôå áíôéäñþíôá ïýôå ðñïúüíôá ôçò óõíïëéêÞò áíôéäñÜóåùò. Óôçí ðåñßðôùóç ðïõ åîåôÜæïìå ôþñá, ãñÜöåôå ôéò áíôéäñÜóåéò (1), (2) êáé (3) ìå ôïí ðáñáêÜôù ôñüðï, äéáãñÜöïíôáò üëåò ôéò ïõóßåò ðïõ åìöáíßæïíôáé óå ßóåò ðïóüôçôåò êáé óôéò äýï ðëåõñÝò ôçò åîéóþóåùò: Ç2Ï(á) + C(óô) Õ CO(á) + Ç2(á) CÏ(á) + ½Ï2(á) Õ CO2(á) Ç2(á) + ½O2(á) Õ Ç2Ï(á)

Áí ðñïóèÝóåôå ôéò ôñåéò áíôéäñÜóåéò, ëáìâÜíåôå ôçí áêüëïõèç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç: C(óô) + Ï2(á) Õ CO2(á)

(4)

Ï ïéêïíïìéêüò äéåõèõíôÞò ðñïóðáèåß íá êÜíåé ïéêïíïìßá êáé ãé' áõôü ñùôÜ: “Ãéáôß íá ìçí êÜøù áð' åõèåßáò ôï êÜñâïõíï, þóôå íá ãëéôþóù ôï êüóôïò ôçò ðáñáãùãÞò ôïõ õäñáåñßïõ”; Ï ìç÷áíïëüãïò åßíáé ðñáêôéêüò êáé ãé' áõôü ñùôÜ: “Ðüóç èåñìüôçôá èá ðñïóëÜâåé ï âñáóôÞñáò, áí ÷ñçóéìïðïéÞóù êÜñâïõíï áíôß ãéá õäñáÝñéï”; Ï ÷çìéêüò ìç÷áíéêüò ðçãáßíåé óôï åñãáóôÞñéï êáé øÜ÷íåé ãéá ôéò áðáíôÞóåéò ìåôñþíôáò ôç èåñìüôçôá ðïõ åëåõèåñþíåôáé áíÜ mole Üíèñáêá, üôáí êáßãåôáé óýìöùíá ìå ôçí áíôßäñáóç (4). Ôï åñãáóôçñéáêü áðïôÝëåóìá äåß÷íåé üôé ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç åëåõèåñþíåé 94,0 kcal/mole: C(óô) + Ï2(á) Õ CO2(á) + 94,0 kcal

(4á)

Ôþñá, ï ÷çìéêüò ìç÷áíéêüò åßíáé óå èÝóç íá äþóåé áðÜíôçóç óå üëá ôá åñùôÞìáôá. Óôï ìç÷áíïëüãï áðáíôÜ üôé Ýíá mole Üíèñáêá, áí êáåß áð' åõèåßáò, åëåõèåñþíåé 94,0 kcal. H ßäéá ðïóüôçôá êÜñâïõíïõ, áí ìåôáôñáðåß óå õäñáÝñéï, åëåõèåñþíåé ôï óýíïëï ôùí èåñìïôÞôùí ðïõ ðåñéãñÜöïíôáé óôéò áíôéäñÜóåéò

(2á) êáé (3á): 67,6 kcal + 57,8 kcal = 125,4 kcal

Åßíáé ðñïöáíÝò üôé ãéá ôï ìç÷áíïëüãï êáëýôåñï êáýóéìï åßíáé ôï õäñáÝñéï áíôß ãéá ôï êÜñâïõíï. Ï ïéêïíïìéêüò äéåõèõíôÞò, ìå ìåãáëýôåñç åìðéóôïóýíç ôþñá, ñùôÜ ôï ÷çìéêü ìç÷áíéêü: “Áðü ðïý ðñïÝñ÷åôáé áõôÞ ç åðß ðëÝïí èåñìüôçôá; ÌÞðùò ëáìâÜíïìå êÜôé áðü ôo ôßðïôá”; Ç áðÜíôçóç óôç äåýôåñç åñþôçóç åßíáé “~Ï÷é”. Ôï õäñáÝñéï åëåõèåñþíåé ðåñéóóüôåñç åíÝñãåéá áíÜ mole Üíèñáêá, åðåéäÞ êáôÜ ôçí áíôßäñáóç (1á) ðñïóôÝèçêå èåñìüôçôá. Áêïëïõèåß ôï ëïãéóôéêü âéâëßï ôïõ ïéêïíïìéêïý äéåõèõíôÞ. ×ñåþóåéò (èåñìüôçôá ðïõ áðïññïöÞèçêå) 31,4 kcal – – 31,4 kcal

Ðéóôþóåéò (èåñìüôçôá ðïõ åëåõèåñþèçêå) – 67,6 kcal 57,8 kcal 125,4 kcal

Áíôßäñáóç (1á) (2á) (3á) Óýíïëï ÓõíïëéêÞ áíôßäñáóç (4á) = 94,0 kcal (125,4 – 31,4 = 94,0)

20.2 Èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ìéáò ïõóßáò. Ôï áìÝóùò ðñïçãïýìåíï ðáñÜäåéãìá äåß÷íåé üôé ç èåñìüôçôá ôùí 31,4 kcal ðïõ áðïññïöÞèçêå êáôÜ ôçí áíôßäñáóç (1á) “áðïèçêåýôçêå” ìÝóá óôï õäñáÝñéï. Ç ðïóüôçôá áõôÞ ôçò åíÝñãåéáò ðïõ áðïèçêåýèçêå åßíáé óõãêåêñéìÝíç. Äåí áëëÜæåé ïýôå óýìöùíá ìå ôçí åðéèõìßá ôïõ ïéêïíïìéêïý äéåõèõíôÞ ïýôå óýìöùíá ìå ôçí éäéïôñïðßá ôïõ ÷çìéêïý ìç÷áíéêïý. Ôï ðüóç åíÝñãåéá èá áðïèçêåõèåß åîáñôÜôáé áðü ôá áíôéäñþíôá êáé ôá ðñïúüíôá ôçò áíôéäñÜóåùò. Èá ðñÝðåé íá ðñïóôåèåß ìéá êáèïñéóìÝíç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò, üðùò åßíáé ç èåñìüôçôá, óôï êÜñâïõíï êáé ôïí áôìü, þóôå íá ó÷çìáôéóèåß ïñéóìÝíç ðïóüôçôá ìïíïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá êáé õäñïãüíïõ. Ç èåñìüôçôá áõôÞ óõãêñáôåßôáé áðü ôá ìüñéá ôïõ CO êáé ôïõ Ç2. Åßíáé ðéèáíüí íá óêåöèåßôå üôé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç (1á) ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôùí áôüìùí ðïõ áíôéäñïýí áõîÜíåé, þóôå íá ìåôáôïðéóèïýí êáé íá ó÷çìáôßóïõí ôá ðñïúüíôá. Èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï åßíáé ç åíÝñãåéá ðïõ áðïèçêåýåôáé ìÝóá óå ìéá ïõóßá êáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü ôçò. Ðñüêåéôáé ãéá óôáèåñÞ ðïóüôçôá èåñìüôçôáò áíÜ mole ôçò ïõóßáò. Áðïôåëåß ìéá ÷áñáêôçñéóôéêÞ éäéüôçôá ôçò ïõóßáò, áêñéâþò

541

üðùò åßíáé êáé ç ìïñéáêÞ ìÜæá. Ç áñ÷Þ ôïõ èåñìéêïý ðåñéå÷ïìÝíïõ ðáñÝ÷åé ìéá âÜóç ãéá ôçí ðïóïôéêÞ åðåîåñãáóßá ôùí åíåñãåéáêþí ìåôáâïëþí êáôÜ ôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ôï ðïóü ôçò èåñìüôçôáò ðïõ áðåëåõèåñþíåôáé Þ áðïññïöÜôáé óå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç ïíïìÜæåôáé èåñìüôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. Éóïýôáé ìå ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôùí ðñïúüíôùí ìåßïí ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôùí áíôéäñþíôùí. Áí õðÜñ÷åé áðïèçêåõìÝíç ðåñéóóüôåñç åíÝñãåéá óôá áíôéäñþíôá áðü ü,ôé óôá ðñïúüíôá, ôüôå êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò áíôéäñÜóåùò èá áðåëåõèåñùèåß åíÝñãåéá. Áíôßèåôá, èá õðÜñîåé áðïññüöçóç èåñìüôçôáò, áí áðïèçêåýåôáé óôá ðñïúüíôá ðåñéóóüôåñç åíÝñãåéá áðü ü,ôé óôá áíôéäñþíôá. Ïé ÷çìéêïß óõìâïëßæïõí ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ìå Ç. Ãé' áõôü õðïäçëþíïõí ôç èåñìüôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò ìå ÄÇ. Èõìçèåßôå üôé ôï åëëçíéêü ãñÜììá Ä (äÝëôá) óõìâïëßæåé ôïí áñ÷éêü öèüããï ôçò ëÝîåùò äéáöïñÜ. Ãéá ôçí ðëÞñç êáôáíüçóç ôïõ ÄÇ, áò åîåôÜóïìå ðÜëé ôçí áíôßäñáóç (1). H2Ï(á) + C(óô) Õ CO(á) + Ç2(á)

(1)

Ç èåñìüôçôá áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò õðïëïãßæåôáé ìå ôïí áêüëïõèï ôñüðï: ðåñéå÷üìåíï ðåñéå÷üìåíï ÄÇ = (Èåñìéêü ) – (Èåñìéêü )= ðñïúüíôùí áíôéäñþíôùí

= (ÇCO + HH2) – (HH2O + ÇC) ÄÇ = ÇCO + HH2 – HH2O – ÇC

ÅðåéäÞ êáôÜ ôçí áíôßäñáóç êáôáíáëþíåôáé åíÝñãåéá (= áðïññïöÜôáé áðü ôá ðñïúüíôá), ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôùí ðñïúüíôùí åßíáé õøçëüôåñï êáé ôï ÄÇ åßíáé èåôéêü. Ç ðëçñïöïñßá áõôÞ åêöñÜæåôáé, áí ç åîßóùóç ãñáöåß ìå ôïí ðáñáêÜôù ôñüðï: Ç2Ï(á) + C(óô) Õ CO(á) + Ç2(á) ÄÇ1 = +31,4 kcal

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

(1â)

Ç åîßóùóç (1â) ðáñÝ÷åé áêñéâþò ôçí ßäéá ðëçñïöïñßá ìå ôçí åîßóùóç (1á). Áí áêïëïõèÞóåôå ôçí ßäéá ðïñåßá, ìðïñåßôå íá õðïëïãßóåôå ôç èåñìüôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò (2), üðùò öáßíåôáé ðáñáêÜôù: ðåñéå÷üìåíï ðåñéå÷üìåíï ÄÇ = (Èåñìéêü ) – (Èåñìéêü )= ðñïúüíôùí áíôéäñþíôùí

= HCO2 – (HCO + H1/2O2) ÄÇ = HCO2 – HCO – H1/2O2

KáôÜ ôçí áíôßäñáóç áõôÞ ðáñÜãåôáé èåñìüôçôá. Ãé' áõôü, ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôùí ðñïúüíôùí åßíáé ÷áìçëüôåñï áðü áõôü ôùí áíôéäñþíôùí êáé ôï ÄÇ ðñÝðåé íá åßíáé áñíçôéêü. CO(á) + 1/2O2(á) Õ CÏ2(á) ÄÇ2 = – 67,6 kcal

(2â)

Ç åîßóùóç áõôÞ Ý÷åé áêñéâþò ôçí ßäéá óçìáóßá ìå ôçí åîßóùóç (2á). Êáô' áíÜëïãï ôñüðï, ìðïñåßôå íá ãñÜøåôå ôçí åîßóùóç (3), üðùò êáé ôç èåñìüôçôá ðïõ åêëýåôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç áõôÞ. H2(á) + 1/2 Ï2(á) Õ Ç2Ï(á) ÄÇ3 = – 57,8 kcal

(3â)

Ïé åîéóþóåéò (3â) êáé (3á) äßíïõí üìïéåò ðëçñïöïñßåò. Äéáðéóôþíåôå üôé ôï ðñüóçìï ôïõ ÄÇ áêïëïõèåß êÜðïéá ëïãéêÞ. Åßíáé èåôéêü, üôáí áõîÜíåôáé ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï (ìå áðïññüöçóç èåñìüôçôáò). Åßíáé áñíçôéêü, üôáí ìåéþíåôáé ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï (ìå ðáñáãùãÞ èåñìüôçôáò). Óôo ó÷Þìá 20-1 ðåñéãñÜöåôáé áõôÞ ç ìåôáâïëÞ ìå ôç âïÞèåéá äéáãñÜììáôïò. Ïé áíôéäñÜóåéò ðïõ áðïññïöïýí èåñìüôçôá åßíáé ãíùóôÝò ùò åíäüèåñìåò áíôéäñÜóåéò, åíþ åêåßíåò ðïõ ðáñÜãïõí èåñìüôçôá åßíáé ãíùóôÝò ùò åîþèåñìåò áíôéäñÜóåéò. Ïé äýï áõôÝò ïíïìáóßåò ðñïÞëèáí áðü ôï óõíäõáóìü ôçò ñßæáò èåñì (ðáñÜâáëå èåñì–üôçôá, èåñì–éêüò, èÝñì–áíóç) êáé ôùí åðéññçìÜôùí Ýíäïí (= ìÝóá) êáé Ýîù.

20.3 ÌÝôñçóç ôçò èåñìüôçôáò áíôéäñÜóåùò. Èåñìéäüìåôñï åßíáé ìéá óõóêåõÞ, ç ïðïßá ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò èåñìüôçôáò áíôéäñÜóåùò ÄÇ. Óôï ðåßñáìá áõôü èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ìßá öéÜëç Erlenmeyer (êùíéêÞ) ôùí 250 ml ùò äï÷åßï áíôéäñÜóåùò êáé ùò Ýíá åßäïò áðëïý èåñìéäïìÝôñïõ ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò èåñìüôçôáò ðïõ ðáñÜãåôáé Þ áðïññïöÜôáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìåñéêþí áíôéäñÜóåùí.

542

Ç ôï èåñ áð èå ìü ïñ ñì ôç ñï éê ôá öï ü ðå áíõ ýìå ñé ø íç å÷ þí üì åé åí ï

ÄÇ Èåôéêü

Áíôéäñþíôá

ç åé íï åí éþí ìå üì ìå ÷ü ëõ á éå åê çô åñ Ç ìüô ü ð ñ éê èå åñì è ôï

Èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï

Ðñïúüíôá

Áíôéäñþíôá

ÄÇ Añíçôéêü

Ðñïúüíôá

Êáôåýèõíóç áíôéäñÜóåùò ÁðïññïöÜôáé èåñìüôçôá ÄÇ Èåôéêü

Êáôåýèõíóç áíôéäñÜóåùò Åêëýåôáé èåñìüôçôá ÄÇ Áñíçôéêü

Ó×ÇÌÁ 20‐1. ~Ïôáí áðïññïöÜôáé èåñìüôçôá (áñéóôåñÜ), ôï ÄÇ åßíáé èåôéêü. ~Ïôáí åêëýåôáé èåñìüôçôá (äåîéÜ), ôï ÄÇ åßíáé áñíçôéêü.

ÓÊÏÐÏÓ

Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá ìåôñÞóåôå êáé èá óõãêñßíåôå ôéò èåñìüôçôåò ôñéþí áíôéäñÜóåùí. ÕËÉÊÁ

4 g NaOH(óô) Èåñìüìåôñï, –10°C ìÝ÷ñé 110°C 100 ml HCl 0,5 M Æõãüò, óôáèìÜ 200 ml HCl 0,25 M ÃõÜëéíç ñÜâäïò áíáäåýóåùò

ÖéÜëç Erlenmeyer, 250 ml Ìéêñü ãõáëß ñïëïãßïõ ÐïôÞñé, 250 ml Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò, 100 ml (Þ ïãêïìåôñéêÞ öéÜëç 100 ml) Äï÷åßï ãéá øýîç ìå íåñü

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á. Ðñïóäéïñéóìüò ôçò èåñìüôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò (5). Óôåñåü õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ (êáõóôéêïý íáôñßïõ) äéáëýåôáé óå íåñü, ãéá íá ó÷çìáôéóèåß Ýíá äéÜëõìá éüíôùí. NaOH(óô) Õ Na+(õä) + ÏÇ–(õä) + x1 cal

ÄÇ5 = –x1 cal

(5)

1. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ìéáò êáèáñÞò óôåãíÞò öéÜëçò Erlenmeyer 250 ml ìå áêñßâåéá ãñáììáñßïõ. 2. ÁäåéÜóôå 200 ml êñýï íåñü ôçò âñýóçò, ìå áêñßâåéá 1 ml, ìÝóá óôç öéÜëç. ~Å÷ïíôáò ìÝóá óôç öéÜëç êáé Ýíá èåñìüìåôñï, áíáäåýóáôå ðñïóåêôéêÜ ìå ìéá ãõÜëéíç ñÜâäï áíáäåýóåùò, ìÝ÷ñé íá åðéôåõ÷èåß óôáèåñÞ èåñìïêñáóßá (ðåñßðïõ èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ). ÊáôáãñÜøôå áõôÞí ôç èåñìïêñáóßá, êáèþò êáé üëåò ôéò õðüëïéðåò èåñìïêñáóßåò ìå áêñßâåéá 0,2°C. 3. ÔïðïèåôÞóôå Ýíá ìéêñü ãõáëß ñïëïãßïõ ðÜíù óôï äßóêï ôïõ æõãïý êáé ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 1,9 g - 2,1 g õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ, NaOH, õðü ìïñöÞ äéóêßùí, ðÜíù óôï ãõáëß. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôçò ïõóßáò ìå áêñßâåéá 0,01 g. ÅéäéêÞ ðñïöýëáîç. Ìçí áããßîåôå ôï óôåñåü õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ. Áí ç Ýíùóç áõôÞ Ýëèåé óå åðáöÞ ìå ôï

543

äÝñìá óáò, îåðëõèåßôå ìå Üöèïíï íåñü. ÅðåéäÞ ôï õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ áðïññïöÜ õãñáóßá óôïí áÝñá, ï êáèçãçôÞò óáò èá óáò äþóåé åéäéêÝò ïäçãßåò ãéá íá õðïëïãßóåôå ôç ìÜæá êáèïñéóìÝíïõ áñéèìïý äéóêßùí. 4. Ñßîôå ôç ãíùóôÞ ðïóüôçôá ôïõ õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ ìÝóá óôï íåñü ôçò öéÜëçò Erlenmeyer. Áíáäåýóáôå ôç öéÜëç, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 20-2, ìÝ÷ñé íá äéáëõèåß ôï õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ. ÔïðïèåôÞóôå óôç öéÜëç ôï èåñìüìåôñï. Áí áíÝâåé ç èåñìïêñáóßá, êáôáãñÜøôå ôçí õøçëüôåñç ôéìÞ ôçò. Áí ìåéùèåß, óçìåéþóôå ôç ÷áìçëüôåñç ôéìÞ ôçò. Ðñïôïý íá ðñï÷ùñÞóåôå óôï  ÌÝñïò, îåðëýíôå ðñïóåêôéêÜ ìå íåñü ôç öéÜëç*.

ÌÝñïò Â. Ðñïóäéïñéóìüò ôçò èåñìüôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò (6). Ó×ÇÌÁ 20‐2.

Ôï óôåñåü õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ áíôéäñÜ ìå õäñï÷ëùñéêü ïîý êáé ó÷çìáôßæåé íåñü êáé õäáôéêü äéÜëõìá ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ. NaOH(óô) + Ç+(õä) + Cl–(õä) Õ Õ Ç2Ï + Na+(õä) + Cl–(õä) + x2 cal ÄH6 = –x2 cal

(6)

1. Íá åðáíáëÜâåôå ôá ðñïçãïýìåíá ôÝóóåñá óôÜäéá, ìå ôç äéáöïñÜ üôé ðñÝðåé íá áíôéêáôáóôÞóåôå ôá 200 ml ôïõ ðüóéìïõ íåñïý ìå 200 ml 0,25 Ì õäñï÷ëùñéêïý ïîÝïò. 2. Îåðëýíôå ôç öéÜëç ôùí 250 ml êáé ðñï÷ùñÞóôå óôï à ÌÝñïò.

ÌÝñïò Ã. Ðñïóäéïñéóìüò ôçò èåñìüôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò (7). ~Åíá õäáôéêü äéÜëõìá õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ áíôéäñÜ ìå õäñï÷ëùñéêü ïîý, ãéá íá ó÷çìáôßóåé íåñü êáé õäáôéêü äéÜëõìá ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ. Na+(õä) + ÏÇ–(õä) + Ç+(õä) + Cl–(õä) Õ Ç2Ï + Na+(õä) + Cl–(õä) + x3 cal ÄÇ7 = –x3 cal (7)

1. ÐáñáóêåõÜóôå 100 ml äéáëýìáôïò 0,5 Ì õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ, áíáìéãíýïíôáò 2g óôåñåïý õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ ìå 100 ml íåñïý ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé ôùí 250 ml. Áíáäåýóáôå ãéá íá äéáëõèåß ôï õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ. ÔïðïèåôÞóôå ôï ðïôÞñé ìáæß ìå ôï ðåñéå÷üìåíü ôïõ óå ìéá ëåêÜíç ãåìÜôç ìå êñýï íåñü, ãéá íá êáôÝâåé ç èåñìïêñáóßá ôïõ êáé íá öèÜóåé óôç èåñìïêñáóßá ôïõ äùìáôßïõ Þ êáé ðéï êÜôù áðü áõôÞ. 2. ÔïðïèåôÞóôå 100 ml õäñï÷ëùñéêïý ïîÝïò 0,5 Ì óôç öéÜëç Erlenmeyer. Âåâáéùèåßôå üôé ç èåñìïêñáóßá ôïõ äéáëýìáôïò áõôïý åßíáé ßóç Þ êáé ÷áìçëüôåñç áðü ôç èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. Èá ðñÝðåé íá åëÝãîåôå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ êÜèå äéáëýìáôïò ìå Ýíá èåñìüìåôñï, ðñïóÝ÷ïíôáò íá ôï îåðëÝíåôå êáé íá ôï óêïõðßæåôå, ðñéí ôï ìåôáöÝñåôå áðü ôï Ýíá äéÜëõìá óôï Üëëï. Íá êáôáãñÜøåôå ìå áêñßâåéá ôéò èåñìïêñáóßåò êáé ôùí äýï äéáëõìÜôùí, ðñéí ðñï÷ùñÞóåôå óôï åðüìåíï óôÜäéï. 3. ÐñïóèÝóôå ôï äéÜëõìá ôïõ õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ óôï äéÜëõìá ôïõ õäñï÷ëùñéêïý ïîÝïò. Áíáäåýóáôå ãñÞãïñá êáé óçìåéþóôå ôçí áíþôåñç èåñìïêñáóßá óôçí ïðïßá èá öèÜóåé. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

ÊáôáãñÜøôå ôá áêüëïõèá óôïé÷åßá óôï ôåôñÜäéü óáò.

*

Ó.ô.Ì. Ç äéÜëõóç ôïõ óôåñåïý êáõóôéêïý íáôñßïõ óôï íåñü åßíáé åîþèåñìç áíôßäñáóç.

544

ÌÝñïò Á. ÌÜæá ôçò öéÜëçò ôùí 250 ml ~Oãêïò ôïõ Ç2Ï ÌÜæá ôïõ NaOH Èåñìïêñáóßá ôïõ ìßãìáôïò Èåñìïêñáóßá ôïõ Ç2Ï

ÌÝñïò Â. ÌÜæá öéÜëçò ôùí 250 ml ~Ïãêïò ôïõ HCl 0,25 Ì MÜæá ôïõ NaOH Èåñìïêñáóßá ôïõ ìßãìáôïò Èåñìïêñáóßá ôïõ HCl 0,25 M

ÌÝñïò Ã. ÌÜæá ôçò öéÜëçò ôùí 250 ml ~Ïãêïò ôïõ HCl 0,5 Ì ~Ïãêïò ôïõ NaOH 0,5 Ì

Èåñìïêñáóßá ôïõ ìßãìáôïò Èåñìïêñáóßá ôïõ HCl 0,5 Ì Èåñìïêñáóßá ôïõ NaOH 0,5 Ì

Õðïëïãéóìïß. Èá ðñÝðåé íá õðïèÝóåôå üôé ç èåñìüôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò ÷ñçóéìïðïéÞèçêå ãéá íá áëëÜîåé ôç èåñìïêñáóßá ôïõ õäáôéêïý äéáëýìáôïò êáé ôïõ äï÷åßïõ üðïõ ðåñéÝ÷åôáé, åíþ èá ðñÝðåé íá áãíïÞóåôå Üëëåò ìéêñÝò áðþëåéåò ðñïò ôï ðåñéâÜëëïí. Èõìçèåßôå üôé ÷ñåéÜæåôáé 1,0 èåñìßäá (calorie), ãéá íá ìåôáâëçèåß ç èåñìïêñáóßá åíüò ãñáììáñßïõ íåñïý êáôÜ Ýíá âáèìü Êåëóßïõ. Åðßóçò, èõìçèåßôå üôé ç ìÜæá åíüò ÷éëéïóôïëßôñïõ íåñïý åßíáé ðïëý êïíôÜ óôï Ýíá ãñáììÜñéï. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñßóåôå ôç ìÜæá ôïõ íåñïý áðü ôïí üãêï ôïõ. Áðü ôçí áëëáãÞ óôç èåñìïêñáóßá êáé ôç ìÜæá ôùí áíôéäñþíôùí ìðïñåßôå íá õðïëïãßóåôå ôïí áñéèìü ôùí èåñìßäùí ðïõ ðáñÞ÷èçóáí Þ áðïññïöÞèçêáí. 1. Ãéá êÜèå áíôßäñáóç õðïëïãßóôå: (á) Ôçí áëëáãÞ ôçò èåñìïêñáóßáò. (â) Ôçí ðïóüôçôá ôçò èåñìüôçôáò ðïõ áðïññïöÞèçêå áðü ôï äéÜëõìá. (ã) Ôçí ðïóüôçôá ôçò èåñìüôçôáò ðïõ áðïññïöÞèçêå áðü ôç öéÜëç. (ä) Ôç óõíïëéêÞ ðïóüôçôá ôçò èåñìüôçôáò ðïõ áðïññïöÞèçêå. (å) Ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ NaOH óôçí êÜèå áíôßäñáóç. (óô) Ôç óõíïëéêÞ ðïóüôçôá èåñìüôçôáò áíÜ mole NaOH. 2. Íá åêöñÜóåôå ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò ùò èåñìüôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí, ÄÇ5, ÄÇ6 êáé ÄÇ7. 3. (á) Óõãêñßíáôå ôï ÄÇ6 ìå ôï (ÄH5 + ÄÇ7). Íá äéêáéïëïãÞóåôå ü,ôé ðñïêýøåé áðü ôoõò õðïëïãéóìïýò óáò. (â)ÕðïèÝóôå üôé ôï ÄÇ6 åßíáé óùóôü. Íá õðïëïãßóåôå ôï åêáôïóôéáßï óöÜëìá áíÜìåóá óôï ÄÇ6 êáé óôï (ÄÇ5+ÄÇ7). Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. ÅîåôÜóôå ôéò åîéóþóåéò ôùí áíôéäñÜóåùí (6) êáé (7). Âñåßôå ôéò óõíïëéêÝò éïíôéêÝò åîéóþóåéò ðïõ ðñïêýðôïõí ãé' áõôÝò ôéò áíôéäñÜóåéò, áí áöáéñåèïýí êáé áðü ôéò äýï ðëåõñÝò ôùí åîéóþóåùí ïé ïõóßåò åêåßíåò ðïõ åìöáíßæïíôáé óôçí êÜèå ìßá ðëåõñÜ ôïõ âÝëïõò óôçí ßäéá ìïñöÞ. Ïé åîéóþóåéò ðïõ èá ðñïêýøïõí ôåëéêÜ èá äåß÷íïõí ìüíï åêåßíåò ôéò ïõóßåò ðïõ Ýëáâáí ðñáãìáôéêÜ ìÝñïò óôéò áíôéäñÜóåéò. 2. Óôçí áíôßäñáóç (5), ôï ÄÇ5 ðáñéóôÜíåé ôç èåñìüôçôá äéáëýóåùò ôïõ NaOH(óô). ÐñïóÝîôå ôéò óõíïëéêÝò éïíôéêÝò åîéóþóåéò ôùí áíôéäñÜóåùí (6) êáé (7) êáé äéáôõðþóôå ìéá ðñüôáóç ðïõ áöïñÜ óôç óçìáóßá ôùí ÄÇ6 êáé ÄÇ7. 3. Áò õðïôåèåß üôé óôçí áíôßäñáóç (5) åß÷áôå ÷ñçóéìïðïéÞóåé 4g NaOH(óô). (á) Ðïéïò èá Þôáí ï áñéèìüò ôùí èåñìßäùí ðïõ ðáñÞ÷èçóáí; (â) Ðþò èá åðçñÝáæå áõôü ôïí õðïëïãéóìü ôïõ ÄÇ5, äçëáäÞ ôçò èåñìüôçôáò ðïõ ðáñÞ÷èç áíÜ mole NaOH;

545

Germain Henri Hess (1802–1850)

20.4 Ïé èåñìüôçôåò áíôéäñÜóåùí ðñïóôßèåíôáé êáé áöáéñïýíôáé. Áò åðéóôñÝøïìå óôç óõæÞôçóç ãéá ôï êáýóéìï õäñáÝñéï. Ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç áõôïý ôïõ öáéíïìÝíïõ ãñÜöåôáé ùò áêïëïýèùò:

O Germain Hess åß÷å óðoõäÜóåé éáôñéêÞ, áëëÜ åß÷å âñåé ôï ÷ñüíï íá ìåëåôÞóåé ðáñÜëëçëá ãåùëïãßá êáé ÷çìåßá. Áöïý õðçñÝôçóå ùò áóêïýìåíïò ãéáôñüò óôç Óéâçñßá ãéá ìåñéêÜ ÷ñüíéá, åðÝóôñåøå óôçí Ðåôñïýðïëç ôçò Ñùóßáò, üðïõ Þôáí ôï óðßôé ôïõ, êáé äéïñßóèçêå óýíôïìá êáèçãçôÞò ÷çìåßáò óôï ôå÷íïëïãéêü éíóôéôïýôï. ÅðåéäÞ ôïí åíäéÝöåñå ç ãåùëïãßá, ðïëëÝò áðü ôéò ðñþôåò ÝñåõíÝò ôïõ áöïñïýóáí óôá ïñõêôÜ. ~Ïìùò áñãüôåñá, êáôÜ ôç äåêáåôßá ôïõ 1830, Üñ÷éóå íá ìåôñÜ ôç èåñìüôçôá ðïõ ðáñáãüôáí áðü äéÜöïñåò ïõóßåò, üôáí áíôéäñïýóáí ìåôáîý ôïõò. Óå áõôüí ôïí ôïìÝá, ðåñßðïõ åîÞíôá ÷ñüíéá íùñßôåñá, åß÷áí äçìïóéåõèåß êÜðïéåò åñãáóßåò ôïõ Antoine Lavoisier êáé ôïõ P.S. de Laplace. Ùò áðïôÝëåóìá ôùí ðáñáôçñÞóåþí ôïõò, åß÷áí óõìðåñÜíåé üôé ç ðïóüôçôá ôçò èåñìüôçôáò ðïõ ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá áðïóõíôåèåß ìéá Ýíùóç óôá óôïé÷åßá ðïõ ôçí áðïôåëïýí, éóïýôáé ìå ôç èåñìüôçôá ðïõ ðáñÜãåôáé, üôáí ç Ýíùóç áõôÞ ó÷çìáôßæåôáé áðü ôá óôïé÷åßá ôçò. Áõôüò Þôáí ï ðñþôïò ãåíéêüò êáíüíáò ðïõ åß÷å äéáôõðùèåß óôïí ôïìÝá ôçò èåñìï÷çìåßáò. Áöïý ðÝñáóå áñêåôÜ ÷ñüíéá ìåôñþíôáò ôéò èåñìüôçôåò áíôéäñÜóåùò ðïëëþí ïõóéþí, ï Hess äéåôýðùóå Ýíá äåýôåñï íüìï ôçò èåñìï÷çìåßáò. Óýìöùíá ìå áõôüí, ç èåñìéêÞ ìåôáâïëÞ óå ìéá áíôßäñáóç åßíáé ßäéá åßôå áõôÞ ðñáãìáôïðïéåßôáé óå Ýíá óôÜäéï åßôå ðñáãìáôïðïéåßôáé óå ðåñéóóüôåñá óôÜäéá. Áõôü óçìáßíåé üôé ç óõíïëéêÞ èåñìüôçôá ìéáò áíôéäñÜóåùò åîáñôÜôáé ìüíï áðü ôçí êáôÜóôáóç óôçí ïðïßá âñßóêïíôáé ôá áíôéäñþíôá êáé ôá ðñïúüíôá óôçí áñ÷Þ êáé óôï ôÝëïò ôùí ìåôáâïëþí êáé ü÷é óå ïðïéïäÞðïôå áðü ôá åíäéÜìåóá óôÜäéá. Ï íüìïò áõôüò Ýäùóå óôïí Hess ôç äõíáôüôçôá íá ðñïóèÝôåé êáé íá áöáéñåß èåñìï÷çìéêÝò åîéóþóåéò, äéåõêïëýíïíôáò Ýôóé êáé ôïõò ÷çìéêïýò íá õðïëïãßæïõí ôéò èåñìüôçôåò áíôéäñÜóåùí, üôáí ðñüêåéôáé ãéá áíôéäñÜóåéò ïé ïðïßåò äåí ðñáãìáôïðïéïýíôáé åýêïëá. Ç åðéôõ÷ßá ôoõ Ýñãïõ ôïõ Hess óôç èåñìï÷çìåßá Ýèåóå ôéò âÜóåéò ãéá ôçí áíÜðôõîç ôçò åðéóôÞìçò ôçò ÷çìéêÞò èåñìïäõíáìéêÞò, ôñéÜíôá ðåñßðïõ ÷ñüíéá áñãüôåñá.

C(óô) + Ï2(á) Õ CÏ2(á) ÄÇ4 = – 94,0 kcal

(4â)

Ç åîßóùóç (4â) äåí éóïýôáé ìå ôï óýíïëï ôùí åîéóþóåùí (1â), (2â) êáé (3â) ìüíï ùò ðñïò ôá Üôïìá, áëëÜ éóïýôáé êáé ùò ðñïò ôéò èåñìüôçôåò. ÄÇ4 = ÄÇ1 + ÄÇ2 + ÄÇ3 = 31,4 + (–67,6 ) + (–57,8 ) = = 31,4 – 67,6 – 57,8 = ÄÇ4 = – 94,0 kcal

~Ïôáí ìßá áíôßäñáóç åßíáé äõíáôüí íá åêöñáóèåß ùò ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá ìéáò óåéñÜò äýï Þ ðåñéóóïôÝñùí Üëëùí áíôéäñÜóåùí, ôüôå ç èåñìüôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò áõôÞò éóïýôáé ìå ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá ôùí èåñìïôÞôùí ôùí Üëëùí áíôéäñÜóåùí. Áõôü ôï ãåíéêü óõìðÝñáóìá éó÷ýåé óå üëåò ôéò áíôéäñÜóåéò ðïõ åîåôÜóèçêáí. ÅðåéäÞ áêñéâþò ïé ðåñéðôþóåéò ðïõ Ý÷ïõí åëåã÷èåß åßíáé ðÜñá ðïëëÝò, ïíïìÜæåôáé íüìïò ôçò áèñïéóéìüôçôáò ôùí èåñìïôÞôùí ôùí áíôéäñÜóåùí (åðåéäÞ ðñþôïò ï Hess êáôÝëçîå óå áõôü ôï ãåíéêü óõìðÝñáóìá, ïíïìÜæåôáé ìåñéêÝò öïñÝò Íüìïò ôïõ óôáèåñïý áèñïßóìáôïò èåñìïôÞôùí ôïõ Hess). Ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò óôï ðåßñáìá ôçò ðáñáãñÜöïõ 20.3, èá ðñÝðåé íá åðáëçèåýïõí ôçí éó÷ý áõôïý ôïõ íüìïõ, ìÝóá óôá ðëáßóéá ôïõ ðåéñáìáôéêïý óöÜëìáôïò. Áí ôï óêåöèåßôå êáëýôåñá, èá äéáðéóôþóåôå ßóùò üôé ï íüìïò áõôüò óôçí ðñáãìáôéêüôçôá áðïôåëåß ìüíï Ýíá éäéáßôåñï ðáñÜäåéãìá ôïõ Íüìïõ ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÅíÝñãåéáò. ÅðåéäÞ ç åíÝñãåéá äåí ìðïñåß íá äçìéïõñãçèåß Þ íá êáôáóôñáöåß, ç ßäéá áëëáãÞ óôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï èá ðñÝðåé íá óõíïäåýåé ôüóï ôç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç, üóï êáé ôç óåéñÜ ôùí áíôéäñÜóåùí ðïõ óõíéóôïýí ôç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç.

20.5 Èåñìüôçôåò ó÷çìáôéóìïý. Ï ðßíáêáò 20.1 ðáñïõóéÜæåé ôéò èåñìüôçôåò äéáöüñùí áíôéäñÜóåùí. Åêôüò áðü ôçí ðïéêéëßá ôùí óôïé÷åßùí êáé ôùí åíþóåùí ðïõ áíáãñÜöïíôáé, ìå ôçí ðñïóåêôéêÞ ðáñáôÞñçóç ôïõ ðßíáêá åíôïðßæïìå ìéá âáóéêÞ ïìïéüôçôá óå üëåò ôéò áíôéäñÜóåéò. Óôçí êÜèå ðåñßðôùóç ôá

546 Ðßíáêáò 20.1. Èåñìüôçôåò ó÷çìáôéóìïý äéáöüñùí åíþóåùí [È(t) = 25°C, Ð(ñ) = 1atm] Óôïé÷åßá

×çìéêÞ Ýíùóç Ôýðïò ¼íïìá

H2(á) + 1/2 Ï2(á)

Õ

Ç2Ï(á)

Èåñìüôçôá áíôéäñÜóåùò (kcal/mole ðñïúüíôïò)

õäñáôìïß

–57,8

Ç2(á) + 1/2 Ï2(á)

Õ

Ç2Ï(õ)

íåñü

–68,3

S(óô) + O2(á)

Õ

SO2(á)

äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ

–71,0

Ç2(á) + S(ó) + 2Ï2(á)

Õ

Ç2SO4(õ)

èåééêü ïîý

–194,0

1/2Í2(á) + 1/2Ï2(á)

Õ

NO(á)

ìïíïîåßäéï ôïõ áæþôïõ

+21,6

1/2Í2(á) + Ï2(á)

Õ

ÍÏ2(á)

äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ

+8,1

1/2Í2(á) + 3/2Ç2(á)

Õ

ÍÇ3(á)

áììùíßá

–11,0

C(óô) + 1/2Ï2(á)

Õ

CO(á)

ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá

–26,4

C(óô) + Ï2(á)

Õ

CO2(á)

äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá

–94,0

2C(óô) + 3Ç2(á)

Õ

C2Ç6(á)

áéèÜíéï

–20,2

30(óô) + 4Ç2(á)

Õ

C3H8(á)

ðñïðÜíéï

–24,8

1/2Ç2(á) + 1/2I2(á)

Õ

Çl(á)

õäñïúþäéï

+6,2

áíôéäñþíôá åßíáé óôïé÷åßá. ÄçëáäÞ, ç êÜèå áíôßäñáóç ôïõ ðßíáêá ðåñéëáìâÜíåé ôï ó÷çìáôéóìü ìéáò åíþóåùò áðü ôá óôïé÷åßá ðïõ ôçí áðïôåëïýí. Ç èåñìüôçôá ìéáò áíôéäñÜóåùò áõôïý ôïõ åßäïõò ïíïìÜæåôáé èåñìüôçôá ó÷çìáôéóìïý ôçò ÷çìéêÞò åíþóåùò. Ïé áíôéäñÜóåéò ðïõ ëáìâÜíïõí ÷þñá ãéá íá ðñïóäéïñéóèïýí ïé èåñìüôçôåò ó÷çìáôéóìïý èá ðñÝðåé íá ãñÜöïíôáé êáôÜ ôñüðï, ï ïðïßïò íá éêáíïðïéåß ïñéóìÝíïõò êáíüíåò. Ïé êõñéüôåñïé êáíüíåò åßíáé ïé ðáñáêÜôù: 1. Ç áíôßäñáóç ðñáãìáôïðïéåßôáé óôïõò 25°C. 2. Ç áíôßäñáóç ðñáãìáôïðïéåßôáé óå ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. 3. Ôï êÜèå óôïé÷åßï õðïôßèåôáé üôé ëáìâÜíåé ìÝñïò óôçí áíôßäñáóç ìå ôçí ïðïéáäÞðïôå ìïñöÞ Ý÷åé êáíïíéêÜ (áÝñéï, õãñü Þ óôåñåü) óôïõò 25°C êáé óå ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. Ç ÷ñçóéìüôçôá åíüò ðßíáêá èåñìïôÞôùí ó÷çìáôéóìïý üðùò áõôüò äåí Ýãêåéôáé óôï ãåãïíüò üôé áõôÝò ïé èåñìüôçôåò ðáñïõóéÜæïõí áðü ìüíåò ôïõò êÜðïéï åíäéáöÝñïí. Åßíáé óçìáíôéêüò, ãéáôß ðáñÝ÷åé ìéá êáôÜôáîç äåäïìÝíùí, ìå ôç âïÞèåéá ôùí ïðïßùí åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèïýí ïé èåñìüôçôåò ôåñáóôßïõ áñéèìïý ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. Ç áîßá ôïõ ðßíáêá áõôïý èá öáíåß óôçí åðüìåíç ðáñÜãñáöï.

20.6 Ðñüâëåøç ôçò èåñìüôçôáò ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ Íüìïõ ôçò áèñïéóéìüôçôáò ôùí èåñìïôÞôùí ôùí áíôéäñÜóåùí, êáé ôùí äåäïìÝíùí ðïõ ðáñïõóéÜæïíôáé óå Ýíáí ðßíáêá èåñìïôÞôùí ó÷çìáôéóìïý, üðùò åßíáé ï ðßíáêáò 20.1, åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèïýí ïé èåñìüôçôåò ðïëëþí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. Ç ìüíç ðñïûðüèåóç åßíáé íá ãíùñßæïìå ôç èåñìüôçôá ó÷çìáôéóìïý ôçò êÜèå åíþóåùò ðïõ ðñïêáëåßôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç. Áõôü áêñéâþò ãßíåôáé öáíåñü ìå ôá ðáñáêÜôù ðáñáäåßãìáôá: NO(á) + 1/2 Ï2(á) Õ ÍÏ2(á) ÄÇ8 = ;

(8)

Ç áíôßäñáóç áõôÞ åßíáé äõíáôüí íá ðñïêýøåé áðü óõíäõáóìü ôùí åðïìÝíùí äýï áíôéäñÜóåùí, ïé ïðïßåò áíáöÝñïíôáé óôïí ðßíáêá 20.1, êáé êáôÜ óõíÝðåéá åßíáé äõíáôüí íá ðñïâëåöèåß ç ÄÇ8. 1/2 Í2(á) + 1/2 Ï2(á) Õ ÍÏ(á) ÄÇ9 = + 21,6 kcal 1/2 Í2(á) + Ï2(á) Õ ÍÏ2(á) ÄÇ10 = + 8,1 kcal

(9) (10)

Ç áíôßäñáóç (8) ðñïÝñ÷åôáé áðü óõíäõáóìü ôùí áíôéäñÜóåùí (9) êáé (10). ÅðåéäÞ ôï ÍÏ åßíáé áíôéäñþóá ïõóßá ôçò áíôéäñÜóåùò (8), èá ðñÝðåé

547

íá áíôéóôñáöåß ç áíôßäñáóç (9). Ç èåñìüôçôá ôçò áíôßóôñïöçò áíôéäñÜóåùò ëáìâÜíåôáé áëëÜæïíôáò ìüíï ôï áëãåâñéêü óçìåßï ôçò ÄÇ9. Áðü ôïí ðßíáêá åßíáé ãíùóôü üôé, üôáí ó÷çìáôßæåôáé Ýíá mole ôïõ ÍÏ, áðïññïöþíôáé 21,6 kcal èåñìüôçôáò. ~Åôóé, üôáí áðïóõíôåèåß êáôÜ ôçí áíôßóôñïöç áíôßäñáóç Ýíá mole ÍÏ, èá åëåõèåñùèïýí 21,6 kcal èåñìüôçôáò, üðùò öáßíåôáé êáé óôçí áíôßäñáóç (11). ÍÏ(á) Õ 1/2 Í2(á) + 1/2 Ï2(á) ÄÇ11 = –21,6 kcal

óôç óôÞëç ôùí åíþóåùí, ôüôå åßíáé äõíáôÞ ç ðñüâëåøç. ÂÝâáéá, ï êáôáëïãüò ôïõ ðßíáêá 20.1 ðåñéëáìâÜíåé ìüíï Ýíá ìéêñü ôìÞìá ôùí ãíùóôþí ôéìþí.

20.7 Èåñìéäïìåôñßá. Ç ìÝôñçóç ôçò èåñìüôçôáò ìéáò áíôéäñÜóåùò ïíïìÜæåôáé èåñìéäïìåôñßá, üñïò ðïõ Ý÷åé ó÷Ýóç ìå

(11)

Áí óõíäõáóèïýí ïé áíôéäñÜóåéò (10) êáé (11), ðñïêýðôåé ç åðüìåíç áíôßäñáóç: ÍÏ(á) + Ï2(á) + 1/2 Í2(á) Õ ÍÏ2(á) + 1/2 Ï2(á) + 1/2 Í2(á) ÄÇ8 = – 21,6 + 8,1

Áöáéñþíôáò ôïõò ßäéïõò üñïõò áðü ôéò äýï ðëåõñÝò ôçò åîéóþóåùò, ëáìâÜíåôáé ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç. ÍÏ(á) + 1/2 Ï2(á) Õ ÍÏ2(á) ÄÇ8 = –13,5 kcal/mole NO (8á)

Áò åîåôÜóïìå ôþñá Ýíá ðéï ðïëýðëïêï ðáñÜäåéãìá, ôçí ïîåßäùóç ôçò áììùíßáò, ÍÇ3. ÍÇ3(á) + 7/4 Ï2(á) Õ ÍÏ2(á) + 3/2 Ç2Ï(á) ÄÇ12 = ;

(12)

Êáé ïé ôñåéò åíþóåéò áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò, ÍÇ3(á), ÍÏ2(á) êáé Ç2Ï(á), áðáíôïýí óôïí ðßíáêá 20.1. ÊáôÜ óõíÝðåéá, åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèåß ç ÄÇ12 äé' áëãåâñéêÞò ðñïóèÝóåùò ôùí ðáñáêÜôù ôñéþí åîéóþóåùí: ÍÇ3(á) Õ 1/2 Í2(á) + 3/2 Ç2(á) ÄÇ = +11,0 kcal ÄÇ = + 8,1 kcal 1/2 Í2(á) + Ï2(á) Õ ÍÏ2(á) 3/2 Ç2(á) + 3/4 Ï2(á) Õ 3/2 Ç2Ï(á) ÄÇ = –86,7 kcal

Ç ôåëåõôáßá áíôßäñáóç êáé ç ÄÇ áõôÞò ëáìâÜíåôáé, áí ðïëëáðëáóéáóèåß ç áíôßäñáóç ó÷çìáôéóìïý õäñáôìþí ðïõ áíáöÝñåôáé óôïí ðßíáêá 20.1, åðß 3/2. ~Åôóé, ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç ðïõ ëáìâÜíåôáé áðü ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá ôùí ôñéþí ðñïçãïõìÝíùí áíôéäñÜóåùí, åßíáé ç áíôßäñáóç (12á). ÍÇ3(á) + 7/4 Ï2(á) Õ ÍÏ2(á) + 3/2 Ï2(á) ÄÇ12 = –67,6 kcal

(12á)

Ãéá íá ðñïâëÝøåôå ôç èåñìüôçôá êÜðïéáò áíôéäñÜóåùò, äåí ÷ñåéÜæåôáé ðáñÜ ìüíï Ýíá ëåðôü, ãéá íá åîåôÜóåôå áí ðåñéëáìâÜíïíôáé óôïí ðßíáêá 20.1 ïé áíáãêáßåò áíôéäñÜóåéò. Áí ç êÜèå Ýíùóç ðïõ óõììåôÝ÷åé óôçí áíôßäñáóç ðåñéëáìâÜíåôáé

Ó×ÇÌÁ 20‐3. ~Åíá èåñìéäüìåôñï êáýóåùò Ý÷åé ìïíùìÝíá ôïé÷þìáôá, åíþ ï èÜëáìïò êáýóåùò, ðïõ âñßóêåôáé óôï åóùôåñéêü ôïõ, ðåñéâÜëëåôáé áðü ðïóüôçôá íåñïý ðïõ Ý÷åé ìåôñçèåß. ~Ïôáí êáßãåôáé ôï äåßãìá, áíáäåýåôáé ôï íåñü êáé óçìåéþíåôáé ç Üíïäïò ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ. Áðü áõôü åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèåß ç èåñìüôçôá êáýóåùò.

548

ôç ìïíÜäá ôçò èåñìüôçôáò, ôç èåñìßäá. Áðü ôçí ðáñÜãñáöï 20.3, Ý÷åôå áðïêôÞóåé êÜðïéá åìðåéñßá ó÷åôéêÜ ìå ôç èåñìéäïìåôñßá. Íùñßôåñá, óôçí ðáñÜãñáöï 4.8, åß÷áôå ìåôñÞóåé ôç èåñìüôçôá êáýóåùò åíüò êåñéïý, êáèþò êáé ôç èåñìüôçôá óôåñåïðïéÞóåùò ôïõ êåñéïý. Ãéá íá ìåëåôÞóåôå ôç èåñìéäïìåôñßá, èá ðñÝðåé íá Ý÷åôå êÜðïéåò ãíþóåéò ó÷åôéêÜ ìå ôá èåñìéäüìåôñá, óõóêåõÝò ðïõ ìåôñïýí ôç èåñìüôçôá. ÕðÜñ÷ïõí ðïëëÜ åßäç èåñìéäïìÝôñùí^ ôï êÜèå Ýíá åßíáé ó÷åäéáóìÝíï íá ìåôñÜ ôç èåñìüôçôá äéáöïñåôéêþí ôýðùí áíôéäñÜóåùí. Óôï ó÷Þìá 20-3 öáßíåôáé Ýíá èåñìéäïìÝôñï, ôï ïðïßï èá ìðïñïýóå íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò èåñìüôçôáò ðïõ ðáñÜãåôáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò áíôéäñÜóåùò êáýóåùò. Èá ìðïñïýóå íá åöáñìïóèåß óôçí êáýóç åíüò êåñéïý, þóôå íá äïèåß ìéá ðåñéóóüôåñï áîéüðéóôç áðÜíôçóç áðü áõôÞí ðïõ åß÷å ëçöèåß óôï ðñïçãïýìåíï ðåßñáìÜ óáò.

Åéäéêüôåñá, ç äéÜôáîç ðïõ åéêïíßæåôáé áðïôåëåßôáé áðü Ýíá èåñìéêÜ ìïíùìÝíï äï÷åßï, ðïõ ðåñéÝ÷åé ãíùóôÞ ìÜæá íåñïý. ÌÝóá óå Ýíá èÜëáìï áíôéäñÜóåùò, ôïðïèåôçìÝíï ìÝóá óôï äï÷åßï, åéóÜãïíôáé õðü ðßåóç ãíùóôÞ ìÜæá ôçò ïõóßáò ðïõ ðñüêåéôáé íá êáåß êáé ðåñßóóåéá ïîõãüíïõ. Ôï ìßãìá ôçò áíôéäñÜóåùò áíáöëÝãåôáé ìå ôç âïÞèåéá ôïõ óýñìáôïò ìéáò çëåêôñéêÞò áíôéóôÜóåùò ðïõ âñßóêåôáé ìïíùìÝíç ìÝóá óôï èÜëáìï ôçò áíôéäñÜóåùò. Ç èåñìüôçôá ðïõ ðáñÜãåôáé áðü ôçí áíôßäñáóç ìåôáâÜëëåé ôç èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý, ôï ïðïßï áíáäåýåôáé, ãéá íá äéáôçñçèåß ïìïéüìïñöç ç èåñìïêñáóßá ôïõ. Áðü áõôÞí ôç èåñìéêÞ ìåôáâïëÞ êáé áðü ôçí ðïóüôçôá ôçò èåñìüôçôáò ç ïðïßá âñÝèçêå üôé ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá áõîÞóåé ôç èåñìüôçôá ôïõ èåñìéäïìÝôñïõ êáé ôïõ ðåñéå÷ïìÝíïõ ôïõ êáôÜ Ýíá âáèìü, åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèåß ç èåñìüôçôá êáýóåùò áíÜ mole ôçò êáéïìÝíçò ïõóßáò.

Ðåñßëçøç. ~Ïëåò ïé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ðáñÜãïõí Þ êáôáíáëþíïõí êÜðïéá êáèïñéóìÝíç ðïóüôçôá èåñìüôçôáò. Ç èåñìüôçôá áõôÞ ìðïñåß íá ìåôñçèåß êáé íá åêöñáóèåß óå ÷éëéïèåñìßäåò áíÜ mole (kcal áíÜ mole) êÜðïéïõ áíôéäñþíôïò Þ ðñïúüíôïò ðïõ åìöáíßæåôáé óôçí åîßóùóç. Ç êÜèå ïõóßá Ý÷åé Ýíá ÷áñáêôçñéóôéêü èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï, Ç. H èåñìüôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò, ÄÇ, éóïýôáé ìå ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï üëùí ôùí ðñïúüíôùí ìåßïí ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï üëùí ôùí áíôéäñþíôùí. Ïé èåñìüôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí åßíáé äõíáôüí íá ðñïóôÝèïõí áëãåâñéêÜ. ~Åôóé, áí ìéá áíôßäñáóç åêöñÜæåôáé ùò ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá äýï Þ ðåñéóóïôÝñùí Üëëùí áíôéäñÜóåùí, ç ÄÇ áõôÞò èá éóïýôáé ìå ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá ôùí ÄÇ áõôþí ôùí Üëëùí áíôéäñÜóåùí. Ïé èåñìüôçôåò áíôéäñÜóåùí ìåôñïýíôáé ìå ìéá äéÜôáîç, ðïõ ïíïìÜæåôáé èåñìéäüìåôñï. ÁíôéäñÜóåéò ðïõ áðïññïöïýí èåñìüôçôá ïíïìÜæïíôáé åíäüèåñìåò áíôéäñÜóåéò, êáé ôï ÄÇ áõôþí åßíáé èåôéêü. ÁíôéäñÜóåéò ðïõ åêëýïõí èåñìüôçôá ïíïìÜæïíôáé åîþèåñìåò áíôéäñÜóåéò êáé Ý÷ïõí ôï ÄÇ áñíçôéêü.

H èåñìüôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò êáôÜ ôçí ïðïßá ó÷çìáôßæåôáé ìßá ìüíï ïõóßá áðü ôá óôïé÷åßá ðïõ ôçí áðïôåëïýí ïíïìÜæåôáé èåñìüôçôá ó÷çìáôéóìïý áõôÞò ôçò ïõóßáò. ~Åíáò ðßíáêáò ìå ôéò èåñìüôçôåò ó÷çìáôéóìïý ðïëëþí ÷çìéêþí åíþóåùí ðåñéëáìâÜíåé ôéò áðáñáßôçôåò ðëçñïöïñßåò ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôùí èåñìïôÞôùí ôùí áíôéäñÜóåùí ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ôéò åíþóåéò áõôÝò ôïõ ðßíáêá.

EëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íá ðñïâëÝøåôå ôç èåñìüôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò ðïõ áêïëïõèåß, ìå âÜóç ôéò äýï áíôéäñÜóåéò ðïõ áíáöÝñïíôáé óôïí ðßíáêá 20.1. CO (á) + 1/2O2 Õ CO2 (á)

Íá óõãêñßíåôå ôï áðïôåëÝóìÜ óáò ìå ôï ÄÇ ðïõ äßíåôáé óôçí åîßóùóç (2â) ôçò ðáñáãñÜöïõ 20.2. 2. Íá åîçãÞóåôå ôé êáèïñßæåé áí èá ðáñá÷èåß Þ èá áðïññïöçèåß èåñìüôçôá êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò.

549

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÅÉÍÁÉ ÄÕÍÁÔÏÍ ÏÉ ÄÑÁÓÔÇÑÉÏÔÇÔÅÓ ÌÁÓ ÍÁ ÌÅÔÁÂÁËÏÕÍ ÔÏ ÊËÉÌÁ; Ôï êëßìá ìáò äéáìïñöþíåôáé áðü ìéá ðïëý ëåðôÞ éóïññïðßá åéóüäïõ êáé åîüäïõ èåñìüôçôáò. Ç èåñìüôçôá Ýñ÷åôáé óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò áðü ôïí Þëéï. Äéáñêþò üìùò ÷Üíåôáé èåñìüôçôá äéÜ ìÝóïõ ôçò áêôéíïâïëßáò ðñïò ôï ìáêñéíü äéÜóôçìá. Ç éóïññïðßá áõôÞ âÝâáéá åßíáé äéáöïñåôéêÞ óå äéÜöïñá ìÝñç óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò. Ðáñ' üëá áõôÜ, åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèåß ìéá ìÝóç èåñìïêñáóßá ðÜíù óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò êáé íá ìåëåôçèåß ðþò ìåôáâÜëëåôáé ìå ôá ÷ñüíéá. ÖõóéêÜ, ç èåñìïêñáóßá ôçò ãçò ðïéêßëëåé êáôÜ ôç äéÜñêåéá êÜèå Ýôïõò, üðùò êáé áðü ôüðï óå ôüðï. Åßíáé åðßóçò äõíáôüí íá õðïëïãéóèåß ï ìÝóïò üñïò áõôÞò ôçò ìåôáâïëÞò. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ïé åðéóôÞìïíåò õðïëïãßæïõí ìéá ìÝóç ôéìÞ ãÞéíçò èåñìïêñáóßáò, óõíåêôéìþíôáò ôüóï ôçí ôïðïèåóßá, üóï êáé ôç ÷ñïíéêÞ óôéãìÞ ôïõ Ýôïõò. Ïé åðéóôÞìïíåò Ý÷ïõí êáôáãñÜøåé ôç ìÝóç èåñìïêñáóßá ôçò ãçò, ÷ñüíï ìå ôï ÷ñüíï, áðü ôï 1880. ~Åóôù êáé ìéêñÝò äéáêõìÜíóåéò óôç ìÝóç èåñìïêñáóßá ôçò ãçò åßíáé äõíáôüí íá ïäçãÞóïõí óå óçìáíôéêÝò ìåôáâïëÝò ôïõ êëßìáôïò. Ìéá ìåßùóç åíüò Þ äýï ìüíï âáèìþí, èá ìðïñïýóå íá ïäçãÞóåé óå äéáñêÞ åîÜðëùóç ôùí ðÜãùí ðïõ êáëýðôïõí ôïõò ðüëïõò êáé ðñáêôéêÜ óå áýîçóç ôùí ðáãåôþíùí. ÔåëéêÜ, êÜôé ôÝôïéï èá ïäçãïýóå óå íÝá åðï÷Þ ðáãåôþíùí. Áíôßèåôá, ìéá åëáöñÜ áëëÜ óôáèåñÞ áýîçóç ôçò ìÝóçò èåñìïêñáóßáò ôçò ãçò èá Þôáí äõíáôüí íá ïäçãÞóåé óå ôÞîç ôùí ðÜãùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôïõò ðüëïõò. Ç ôÞîç ôüóùí ðÜãùí èá óÞìáéíå áýîçóç ôçò óôÜèìçò ôùí ùêåáíþí ìÝ÷ñé êáé åðôÜ ìÝôñá. Áõôü óôç óõíÝ÷åéá èá åß÷å ùò áðïôÝëåóìá íá êáôáâõèéóèïýí ðïëëÝò áðü ôéò ìåãáëýôåñåò ðüëåéò ôïõ êüóìïõ, åðåéäÞ âñßóêïíôáé êôéóìÝíåò óôéò áêôÝò, óå õøüìåôñï ìéêñüôåñï ôùí åðôÜ ìÝôñùí áðü ôç óçìåñéíÞ åðéöÜíåéá ôçò èÜëáóóáò. Ïé áíèñþðéíåò äñáóôçñéüôçôåò åßíáé óÞìåñá ôüóï åêôåôáìÝíåò, þóôå åßíáé ðéèáíüí íá áñ÷ßóïõí –Þ Ý÷ïõí êéüëáò áñ÷ßóåé– íá åðçñåÜæïõí óçìáíôéêÜ ôç ìÝóç èåñìïêñáóßá ôçò ãçò. ÕðÜñ÷ïõí äýï ôñüðïé âÜóåé ôùí ïðïßùí ìðïñåß íá óõìâåß áõôü. Ï Ýíáò åßíáé ç åéóáãùãÞ óùìáôéäßùí óôïí áÝñá. Ï Üëëïò åßíáé ç åéóáãùãÞ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá óôçí áôìüóöáéñá. Áò åîåôÜóïìå ðþò äñá ï êáèÝíáò áðü áõôïýò ôïõò äýï ðáñÜãïíôåò.

Ôï öáéíüìåíï áíáóôñïöÞò ôçò èåñìïêñáóßáò óôçí ÐåíóõëâÜíéá. Ôá óýííåöá ó÷çìáôßóèçêáí áðü ïìß÷ëç ðïõ óõìðõêíþèçêå ðÜíù óôá ñõðïãüíá óùìáôßäéá. Ðáãéäåýèçêáí áðü Ýíá õðåñêåßìåíï óôñþìá èåñìïý áÝñá êáé ôåëéêÜ ìåôáöÝñèçêáí áðü ìéá âéïìç÷áíéêÞ ðåñéï÷Þ óå ìéá áãñïôéêÞ êïéëÜäá, üðïõ êáé êáôÝðåóáí.

Ïé áíèñþðéíåò äñáóôçñéüôçôåò óÞìåñá åõèýíïíôáé óå ðïóïóôü áðü 10 ìÝ÷ñé êáé 50% ãéá ôçí åìöÜíéóç óùìáôéäßùí óôç áôìüóöáéñá. ÂÝâáéá, êáé ç öýóç ðñïóèÝôåé óùìáôßäéá óôïí áÝñá (ç óêüíç êáé ôï ÷þìá ðïõ ìåôáöÝñïíôáé ìå ôïõò áíÝìïõò êáé ïé äéÜöïñåò ïõóßåò ðïõ áíÝñ÷ïíôáé óôçí áôìüóöáéñá áðü ôéò åêñÞîåéò çöáéóôåßùí). Èá åêðëáãåßôå ßóùò, áí ìÜèåôå üôé ðïëëÜ áðü ôá óùìáôßäéá ðïõ ðñïêýðôïõí áðü áíèñþðéíåò äñáóôçñéüôçôåò áíÝñ÷ïíôáé óôçí áôìüóöáéñá êõñßùò ùò áÝñéá êáé ü÷é áð' åõèåßáò ùò óùìáôßäéá. ÖõóéêÜ, õðÜñ÷ïõí êáé ìåñéêÜ óùìáôßäéá ðïõ Ý÷ïõí áðü ôçí áñ÷Þ áõôÞí ôç ìïñöÞ. ÌåãÜëï ìÝñïò áðü ôï äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ, SO 2, êáé ôá ïîåßäéá ôïõ áæþôïõ (êõñßùò ôï ÍÏ êáé ôï ÍÏ2) ðïõ áíÝñ÷ïíôáé óôçí áôìüóöáéñá, áíôéäñïýí ôåëéêÜ ìå Üëëá ðñïúüíôá êáýóåùò. Áõôü ïäçãåß óôï ó÷çìáôéóìü èåééêþí êáé íéôñéêþí ðáñáãþãùí, üðùò ôï Na2SO4 êáé ôï NaNO3, ôá

550

ïðïßá ó÷çìáôßæïõí óùìáôßäéá. ÐáñáôçñÞóåéò Ýäåéîáí üôé ï áñéèìüò ôùí óùìáôéäßùí óôçí áôìüóöáéñá áíÜ äåêáåôßá, áðü ôçí áñ÷Þ ôïõ áéþíá, Ý÷åé áõîçèåß. Êáé áõôü äåí éó÷ýåé ìüíï ãéá ðåñéï÷Ýò ðÜíù áðü ìåãÜëåò ðüëåéò êáé âéïìç÷áíéêÝò ðåñéï÷Ýò, áëëÜ ãéá ïëüêëçñç ôç ãç. Óôï åèíéêü ðÜñêï ôïõ Yellowstone ôùí ÇÐÁ, ìéá ðåñéï÷Þ ðïõ õðïôßèåôáé üôé åßíáé êáèáñÞ, ç ðåñéåêôéêüôçôá ôïõ áÝñá óå óêüíç äåêáðëáóéÜóèçêå ôç äåêáåôßá 1960‐1970. AðïôÝëåóìá ôçò óêüíçò ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óôïí áÝñá åßíáé ï óêåäáóìüò êáé ç åêôñïðÞ ôçò çëéáêÞò áêôéíïâïëßáò. ~Åôóé, ìåéþíåôáé ç ðïóüôçôá ôçò èåñìüôçôáò ðïõ öèÜíåé óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò. Ôá óùìáôßäéá ôçò óêüíçò äåí Ý÷ïõí üìùò ìüíï áõôü ôï áðïôÝëåóìá. Ïäçãïýí êáé óôï ó÷çìáôéóìü íÝöïõò, ôï ïðïßï åðßóçò êáëýðôåé ôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò êáé ðáñåìðïäßæåé ôçí åßóïäï ôçò çëéáêÞò èåñìüôçôáò. Ôá óùìáôßäéá ôçò óêüíçò äçìéïõñãïýí ðõñÞíåò Þ êÝíôñá, ðÜíù óôá ïðïßá áñ÷ßæåé ç óõìðýêíùóç ôùí õäñáôìþí ôïõ áÝñá. Áíáðôýóóïíôáé Ýôóé óýííåöá êáé ïìß÷ëç åêåß üðïõ õðü äéáöïñåôéêÝò óõíèÞêåò èá ðáñÝìåíå ï áÝñáò êáèáñüò. ÌåëÝôåò ôùí êëéìáôïëïãéêþí óõíèçêþí óå äéÜöïñá ìÝñç ôïõ êüóìïõ äåß÷íïõí üôé ïé ðåñéóóüôåñåò ðüëåéò óÞìåñá Ý÷ïõí 25 ôïéò åêáôü ëéãüôåñåò äéáõãåßò çìÝñåò ôï ÷ñüíï, áðü üóåò åß÷áí ôï 1900. Óýìöùíá ìå åêôéìÞóåéò, ìéá áýîçóç ôçò ôÜîåùò ôïõ 50 ôïéò åêáôü ôçò åðéâáñýíóåùò ôçò áôìüóöáéñáò ìå óùìáôßäéá, ãåãïíüò ðïõ èá ÷ñåùíüôáí óôïí áíèñþðéíï ðáñÜãïíôá, èá ïäçãïýóå óå Üìåóç ìåßùóç êáôÜ 0,5 ìÝ÷ñé 1,0°C ôçò ìÝóçò èåñìïêñáóßáò ôïõ ðëáíÞôç. ~Åììåóá, ßóùò íá óõíÝâáéíå êáé ìéá åðß ðëÝïí ìåßùóç ôïõ éäßïõ ìåãÝèïõò åî áéôßáò ôïõ áõîçìÝíïõ ó÷çìáôéóìïý íÝöïõò. Ìéá óõíïëéêÞ ìåßùóç êáôÜ 2‐3°C èá åß÷å êáôáóôñïöéêÝò óõíÝðåéåò ãéá ôï êëßìá ïëüêëçñïõ ôïõ êüóìïõ. Ç ýðáñîç äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá óôïí áÝñá Ý÷åé ìåãÜëç óçìáóßá ãéá ôç èåñìïêñáóßá ôçò ãçò. Ç çëéáêÞ áêôéíïâïëßá äåí áðïññïöÜôáé áðü ôï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, áëëÜ ðñïóðßðôåé óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò üðïõ êáé äçìéïõñãåß èåñìüôçôá. ~Åíá ìÝñïò áõôÞò ôçò èåñìüôçôáò Ý÷åé ôçí ôÜóç íá åêðÝìðåôáé áðü ôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò ìå ôç ìïñöÞ õðÝñõèñçò áêôéíïâïëßáò. Ôï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá áíáêüðôåé ìÝñïò áõôÞò ôçò õðÝñõèñçò áêôéíïâïëßáò ðïõ åêðÝìðåôáé áðü ôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò êáé ôçí áíôáíáêëÜ. Ðñüêåéôáé ãé' áõôü ðïõ óõ÷íÜ ïíïìÜæåôáé öáéíüìåíï “èåñìïêçðßïõ”. Ôï ãõáëß åíüò

èåñìïêçðßïõ åðéôñÝðåé ôçí åßóïäï ôïõ ïñáôïý öùôüò ôïõ Þëéïõ, áëëÜ åìðïäßæåé ôçí Ýîïäï ôçò õðÝñõèñçò áêôéíïâïëßáò. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï èåñìáßíåôáé ôï èåñìïêÞðéï áðü ôéò áêôßíåò ôïõ Þëéïõ. Ç ðáñïõóßá ôïõ CO 2 óôçí áôìüóöáéñá ôïõ ðëáíÞôç ìáò ìåôáôñÝðåé ïëüêëçñç ôç ãç óå Ýíá åßäïò èåñìïêçðßïõ. Ôï 1900 ôï åðßðåäï ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá óôçí áôìüóöáéñá Þôáí ðåñßðïõ 290 ìÝñç áíÜ åêáôïììýñéï (ppm). Ôï 1970 åß÷å áõîçèåß óå 320 ppm, óçìåéþèçêå äçëáäÞ ìéá áýîçóç 11 ôïéò åêáôü. Ç áýîçóç áõôÞ ðñïÞëèå áðü ôç äéáñêþò áõîáíüìåíç êáôáíÜëùóç êáõóßìùí, üðùò ôï êÜñâïõíï êáé ôï ðåôñÝëáéï, ãéá ôçí ðáñáãùãÞ åíÝñãåéáò. Ó÷åäüí üëïò ï Üíèñáêáò áðü ôá êáýóéìá áíÝñ÷åôáé óôçí áôìüóöáéñá ìå ôç ìïñöÞ ôïõ CO2. ÂÝâáéá, Ýíá ìÝñïò ôïõ áðïññïöÜôáé áðü ôá ðñÜóéíá ìÝñç ôùí öõôþí, ôá ïðïßá ÷ñçóéìïðïéïýí ôï CO2 ãéá ôç öùôïóýíèåóç, áëëÜ Ýíá óçìáíôéêü ðïóïóôü CO2 ðáñáìÝíåé óôçí áôìüóöáéñá. Ç äéáñêþò áõîáíüìåíç ðïóüôçôá ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá óôçí áôìüóöáéñá åßíáé äõíáôüí íá ïäçãÞóåé óå óçìáíôéêÞ áýîçóç ôçò ìÝóçò èåñìïêñáóßáò ôïõ ðëáíÞôç. Áí ç áýîçóç ôçò óõãêåíôñþóåùò ôïõ CO2 åîáêïëïõèÞóåé ìå ôïí ßäéï ñõèìü, ôüôå åßíáé ðéèáíüí ôï Ýôïò 2000 ç ìÝóç èåñìïêñáóßá ôçò ãçò íá áõîçèåß êáôÜ 0,5°C. Èá Ý÷åôå ßóùò êáôáíïÞóåé üôé ç áýîçóç ôçò äçìéïõñãïýìåíçò óêüíçò ôåßíåé íá ìåéþóåé ôç ìÝóç èåñìïêñáóßá ôçò ãçò, åíþ ç áýîçóç ôçò ðáñáãùãÞò äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá ôåßíåé íá ôçí áõîÞóåé. ~Åôóé, ïé äýï ðáñÜãïíôåò ðïõ óõíäÝïíôáé Üññçêôá ìå ôéò óýã÷ñïíåò âéïìç÷áíéêÝò êïéíùíßåò ôåßíïõí åõôõ÷þò íá áëëçëïåîïõäåôåñùèïýí. ~Ïìùò, èá Þôáí ðáñáöñïóýíç íá ðéóôÝøïìå üôé ôï ðñüâëçìá óôáìáôÜ åêåß. Åßíáé ôüóï ëßãåò ïé ãíþóåéò ìáò ãýñù áðü ôá áêñéâÞ ìåãÝèç áõôþí ôùí öáéíïìÝíùí, þóôå äåí ìðïñïýìå íá åìðéóôåõèïýìå áõôÞí ôçí áëëçëïåîïõäåôÝñùóç. Äåí õðÜñ÷åé êáíÝíáò ëüãïò íá ðéóôÝøïìå üôé ç åîïõäåôÝñùóç äåí èá åßíáé ðñïóùñéíÞ. ~Åôóé, åßíáé ðïëý óçìáíôéêü ïé åðéóôÞìïíåò –óõìðåñéëáìâáíïìÝíùí êáé ôùí ÷çìéêþí– íá ìÜèïõí ðïëý ðåñéóóüôåñá ãéá ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï ïé ñõðïãüíåò ïõóßåò êáé ôá óùìáôßäéá ðïõ ðñïêýðôïõí áðü ôç ëåéôïõñãßá âéïìç÷áíéþí êáé ìåôáöïñéêþí ìÝóùí êáé áíÝñ÷ïíôáé óôçí áôìüóöáéñá åðçñåÜæïõí ôç èåñìéêÞ éóïññïðßá ôçò ãçò.

551

Ôá ìüñéá áðïôáìéåýïõí èåñìüôçôá 20.8 Ç åíÝñãåéá ôùí ìïñßùí. ~Ïðùò ìÜèáôå, ïé ÷çìéêïß ìðïñïýí íá õðïëïãßóïõí ôéò åíåñãåéáêÝò ìåôáâïëÝò ðïõ óõìâáßíïõí óå ìéá áíôßäñáóç, áí ëÜâïõí õðüøç ôïõò ôá èåñìéêÜ ðåñéå÷üìåíá ôùí áíôéäñþíôùí êáé ôùí ðñïúüíôùí ðïõ ðñïêýðôïõí. ÁõôÜ ôá èåñìéêÜ ðåñéå÷üìåíá âÝâáéá, õðïëïãßóèçêáí ìå âÜóç ôéò èåñìüôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí ðïõ ðñïóäéïñßóèçêáí åìðåéñéêÜ. Ðþò üìùò åñìçíåýïõí ïé ÷çìéêïß ôï “èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï” óå ìéêñïóêïðéêü åðßðåäï, äçëáäÞ ìå âÜóç ôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá; Ïé ÷çìéêïß ìðïñïýí íá õðïëïãßóïõí ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí ìå âÜóç ôçí åíÝñãåéá êéíÞóåùò (êéíçôéêÞ åíÝñãåéá) êáé ôçí åíÝñãåéá èÝóåùò (äõíáìéêÞ åíÝñãåéá) ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí. Öáíôáóèåßôå ôï ðñüôõðï åíüò ìïñßïõ ðïõ áðïôåëåßôáé áðü ìðÜëåò, ôùí ïðïßùí ôï ìÝãåèïò õðü êëßìáêá åßíáé áíÜëïãï ðñïò ôç ìÜæá ôïõò êáé ïé ïðïßåò óõãêñáôïýíôáé ìåôáîý ôïõò ìå åëáôÞñéá. Ôá åëáôÞñéá ðáñéóôÜíïõí ôïõò äåóìïýò áíÜìåóá óôá Üôïìá. Áò õðïôåèåß üôé åîáíáãêÜæïíôáé ôá åëáôÞñéá íá áñ÷ßóïõí íá ðÜëëïíôáé êáé üôé óôç óõíÝ÷åéá üëç ç áíùôÝñù äéÜôáîç åêóöåíäïíßæåôáé ðñïò ôá ðÜíù áêïëïõèþíôáò ìéá áÝíáç êßíçóç. Óýìöùíá êáé ìå ôï ó÷Þìá 20-4, ôï ðñüôõðï áõôü èá Ý÷åé êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ôñéþí åéäþí. Ôï ðáñáðÜíù ðñüôõðï ìïéÜæåé áðüëõôá ìå Ýíá ìüñéï, ôï ïðïßï âñßóêåôáé óôçí áÝñéá êáôÜóôáóç. Óôçí õãñÞ üìùò êáôÜóôáóç, êáé áêüìç ðåñéóóüôåñï óôç óôåñåÜ, áõôïý ôïõ åßäïõò ïé êéíÞóåéò áðáãïñåýïíôáé. Óôç óôåñåÜ êáé ôçí õãñÞ êáôÜóôáóç, ç êýñéá Ýíäåéîç ãéá ôçí ýðáñîç êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò åßíáé ç êßíçóç ôïõ ìïñßïõ ãýñù áðü Ýíá óôáèåñü óçìåßï. Ìáæß ìå ôá äéÜöïñá åßäç êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò ðïõ öáßíïíôáé êáé óôï ó÷Þìá 20-4, õðÜñ÷åé åðßóçò äõíáìéêÞ åíÝñãåéá. Ç åíÝñãåéá áõôÞ Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ôéò äõíÜìåéò ðïõ äñïõí áíÜìåóá óôá ìüñéá. Ïé äõíÜìåéò áõôÝò åßíáé åëêôéêÝò êáé Ý÷ïõí ðïëý ìéêñÞ ìÝóç ôéìÞ óôçí áÝñéá êáôÜóôáóç, üðïõ ôá ìüñéá åßíáé áðïìáêñõóìÝíá. Óôçí õãñÞ êáôÜóôáóç, ïé äõíÜìåéò åßíáé êáôÜ ìÝóï üñï ìåãáëýôåñåò, åíþ áêüìç ìåãáëýôåñåò åßíáé óôç óôåñåÜ êáôÜóôáóç. Ç ÷çìéêÞ åíÝñãåéá ìÝóá óôá ìüñéá Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ôéò äõíÜìåéò ðïõ óõãêñáôïýí ôá Üôïìá åíùìÝíá ìÝóá óôï ìüñéï. ~Ïðùò ãíùñßæåôå, áõôü

áíáöÝñåôáé ùò åíÝñãåéá ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý. Åðßóçò, ôï êÜèå Üôïìï Ý÷åé åíÝñãåéá, Ýíá ìÝñïò ôçò ïðïßáò ðñïÝñ÷åôáé áðü ôá çëåêôñüíéá, åíþ Üëëï ìÝñïò ôçò áðü ôïí ðõñÞíá. Ôá çëåêôñüíéá Ý÷ïõí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Åî áéôßáò ôçò áðùèÞóåþò ôïõò áðü ôïí ðõñÞíá êáé ôçò ìåôáîý ôïõò Ýëîåùò, Ý÷ïõí åðßóçò äõíáìéêÞ åíÝñãåéá. Ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá áõôþí ôùí åíåñãåéþí ðáñéóôÜ ôçí åíÝñãåéá ðïõ áðáéôåßôáé, ãéá íá áðïìáêñõíèåß Ýíá çëåêôñüíéï áðü ôï Üôïìï. ÔÝëïò, ìÝóá óôïí ðõñÞíá ôïõ êÜèå áôüìïõ õðÜñ÷åé áðïèçêåõìÝíç ìéá åíÝñãåéá, ðïõ Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ôéò äõíÜìåéò ïé ïðïßåò óõãêñáôïýí åíùìÝíá ôá óùìáôßäéá ôïõ ðõñÞíá. Ï êÜèå ðõñÞíáò ðáñáìÝíåé Üèéêôïò êáé ðñáêôéêÜ áíåðçñÝáóôïò êáôÜ ôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ãé' áõôü, óõíÞèùò ç óõììåôï÷Þ áõôÞ ôïõ ðõñÞíá óôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôùí ìïñßùí äåí áðáó÷ïëåß Ýíá ÷çìéêü. Ôï óýíïëï üëùí áõôþí ôùí ìïñöþí ìïñéáêÞò åíÝñãåéáò óõíéóèïýí ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôïõ ìïñßïõ. Áí õðïëïãéóèåß ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôïõ ìïñßïõ ãéá ôá 6,02x1023 ìüñéá êÜðïéá ïõóßáò, ðñïêýðôåé ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôçò ïõóßáò áõôÞò áíÜ mole.

20.9 ÅíåñãåéáêÝò ìåôáâïëÝò êáôÜ ôç èÝñìáíóç. Áí ãíùñßæåôå óå ôé ïöåßëåôáé ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ìéáò ïõóßáò, èá áñ÷ßóåôå íá óõíåéäçôïðïéåßôå ôéò óõíÝðåéåò ðïõ èá Ý÷åé ç èÝñìáíóÞ ôçò. Áí ç èåñìïêñáóßá åßíáé áñ÷éêÜ ÷áìçëÞ, ç ïõóßá èá åßíáé óôåñåÜ. Èåñìáßíïíôáò ôï óôåñåü áõîÜíåôáé ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ôùí êéíÞóåùí ôùí ìïñßùí ãýñù áðü ôéò êáíïíéêÝò èÝóåéò ôïõò óôïí êñýóôáëëï. Êáèþò áíÝñ÷åôáé ç èåñìïêñáóßá, ïé êéíÞóåéò áõôÝò åðçñåÜæïõí ôç óôáèåñÞ ðáñáìïíÞ ôùí ìïñßùí ôïõ êñõóôÜëëïõ óôéò êáíïíéêÝò èÝóåéò ôïõò, üëï êáé ðåñéóóüôåñï. ~Ïôáí áõôÞ ç ôõ÷áßá êéíçôéêüôçôá ãßíåé ðïëý ìåãÜëç, ïäçãåß óå êáôáóôñïöÞ ôïõ êñõóôáëëéêïý ðëÝãìáôïò. Áí ôï ðëÝãìá äåí åßíáé ðéá óôáèåñü, åðÝñ÷åôáé áëëáãÞ êáôáóôÜóåùò. Ôï óôåñåü ôÞêåôáé. Óôçí õãñÞ êáôÜóôáóç ôï êÜèå ìüñéï Ý÷åé óçìáíôéêÜ ìåãáëýôåñç åëåõèåñßá êéíÞóåùò, éäéáßôåñá ðñïêåéìÝíïõ ãéá ðáñÜëëçëç ìåôáôüðéóç

552

Ó×ÇÌÁ 20‐4. Ç ôá÷ýôçôá ôçò ðáñÜëëçëçò ìåôáôïðßóåùò åíüò áåñßïõ ìïñßïõ áõîÜíåôáé, üôáí áðïññïöÜ åíÝñãåéá. Ôáõôü÷ñïíá, ôá Üôïìá ðïõ ôï áðïôåëïýí åßíáé äõíáôüí íá êéíçèïýí ðåñéóôñïöéêÜ (áñéóôåñÜ) Þ ìå ìïñöÞ ôáëáíôþóåùí (êÝíôñï êáé äåîéÜ), ÷ùñßò íá óðÜóïõí ôá åëáôÞñéá ðïõ ðáñéóôÜíïõí ôïõò ÷çìéêïýò äåóìïýò.

êáé ðåñéóôñïöÞ. Ç èÝñìáíóç ôïõ õãñïý áõîÜíåé ôçí êéíçôéêüôçôá ôùí ìïñßùí. ~Ïðùò ðÜíôá, ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá äçìéïõñãåß ìåãáëýôåñç áêáôáóôáóßá êáé åî áéôßáò áõôÞò ôá ìüñéá ôåßíïõí íá êáôáëÜâïõí ïðïéáäÞðïôå èÝóç ìÝóá óôï äï÷åßï. Ìå ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò, ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá áõîÜíåôáé. Ôá ðåñéóóüôåñá ìüñéá åßíáé éêáíÜ íá êéíçèïýí ìáêñéÜ áðü ôçí

ðåñéï÷Þ ôïõ õãñïý. ÅðÝñ÷åôáé ìéá áêüìç áëëáãÞ êáôáóôÜóåùò. Ôï õãñü åîáåñþíåôáé, äçëáäÞ ìåôáôñÝðåôáé óå áÝñéï. Êáèþò èåñìáßíïìå ôçí ïõóßá åíôïíüôåñá, äçìéïõñãïýíôáé êéíçôéêÝò åíÝñãåéåò ðåñéóôñïöÞò, ôáëáíôþóåùò êáé ðáñÜëëçëçò ìåôáôïðßóåùò ðïõ ìðïñïýí íá óõãêñéèïýí ìå ôéò åíÝñãåéåò ôùí ÷çìéêþí äåóìþí. Ôüôå, ôá ìüñéá áñ÷ßæïõí íá

553

áðïóõíôßèåíôáé. Áõôüò åßíáé ï ëüãïò ðïõ óôïí Þëéï õðÜñ÷ïõí ìüíï ôá ðïëý áðëÜ ìüñéá, ôá äéáôïìéêÜ. Ç èåñìïêñáóßá åêåß åßíáé ôüóï õøçëÞ (6000 Ê óôçí åðéöÜíåéá), þóôå ôá ðéï ðïëýðëïêá ìüñéá äåí åßíáé óôáèåñÜ. ÔÝëïò, áí ç èÝñìáíóç åîáêïëïõèÞóåé áêüìç éó÷õñüôåñç, èá Ý÷ïìå ôåëéêÜ ìéá èåñìïêñáóßá, üðïõ ïé êéíçôéêÝò åíÝñãåéåò èá ãßíïõí ôüóï ìåãÜëåò, þóôå íá äéáóðÜóïõí êáé ôïí ðõñÞíá. Åêåß îåêéíïýí ïé ðõñçíéêÝò áíôéäñÜóåéò. Óå ïñéóìÝíïõò áóôÝñåò åðéêñáôïýí óõíèÞêåò ðïõ èåùñïýíôáé éäáíéêÝò ãéá ôá÷åßåò ðõñçíéêÝò

áíôéäñÜóåéò. Ç ìåëÝôç áõôÞ ôçò ìïñéáêÞò åíÝñãåéáò ïëïêëçñþíåôáé ìå ôç óýãêñéóç ôïõ ìåãÝèïõò ôùí åíåñãåéáêþí óõíåðåéþí. ÌåôáâïëÝò åíÝñãåéáò ìåñéêþí ÷éëéïèåñìßäùí áíÜ mole óõíÞèùò ðñïêáëïýí áëëáãÝò êáôáóôÜóåùò. Óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ãßíïíôáé óõíÞèùò ìåôáâïëÝò åíÝñãåéáò áðü åßêïóé ìÝ÷ñé êáé áñêåôÝò åêáôïíôÜäåò ÷éëéïèåñìßäåò áíÜ mole. ÄçëáäÞ, ïé åíÝñãåéåò ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí åßíáé óõíÞèùò 10 ìÝ÷ñé 100 öïñÝò ìåãáëýôåñåò áðü áõôÝò ôùí áëëáãþí êáôáóôÜóåùí.

Ðåñßëçøç. Ç åíÝñãåéá, ç ïðïßá óå ìáêñïóêïðéêÞ êëßìáêá åìöáíßæåôáé óå ðïëëÝò ìïñöÝò, Ý÷åé ùò áñ÷éêÞ ðñïÝëåõóç ôçí åíÝñãåéá ðïõ âñßóêåôáé áðïèçêåõìÝíç ìÝóá óôá Üôïìá êáé ôá ìüñéá. ~Åíá ôõðéêü ìüñéï äéáèÝôåé êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, ç ïðïßá ïöåßëåôáé óôç ìåôáôüðéóÞ ôïõ (äéáäñïìÞ) óôï ÷þñï, óôçí ðåñéóôñïöÞ ôïõ êáé óôçí ôáëÜíôùóÞ ôïõ. ÄéáèÝôåé åðßóçò äõíáìéêÞ åíÝñãåéá áðïèçêåõìÝíç ìÝóá óôïõò ÷çìéêïýò äåóìïýò. ~Áëëåò ðïóüôçôåò åíÝñãåéáò âñßóêïíôáé áðïèçêåõìÝíåò óôéò ìïñéáêÝò áëëçëåðéäñÜóåéò. Êáèþò ìéá ïõóßá èåñìáßíåôáé, üëá ôá åßäç ôçò

êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò áõîÜíïíôáé. ÁëëáãÝò êáôáóôÜóåùò áðáéôïýí áõîÞóåéò ìåñéêþí ìüíï ÷éëéïèåñìßäùí áíÜ mole, åíþ ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò áðáéôïýí áõîÞóåéò åíÝñãåéáò 10 ìÝ÷ñé 100 öïñÝò ìåãáëýôåñåò áðü áõôÝò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéá åßíáé ôá ôñßá åßäç êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò; 2. ÊáôÜ ðïéï ôñüðï åðçñåÜæåôáé ç êñõóôáëëéêÞ äïìÞ ôùí êñõóôÜëëùí áðü ôç èÝñìáíóç;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ç áðïññüöçóç Þ ç åêðïìðÞ èåñìüôçôáò êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí åñìçíåýåôáé êáëýôåñá ìå ôç âïÞèåéá ôçò áñ÷Þò ôïõ èåñìéêïý ðåñéå÷ïìÝíïõ. Ç êÜèå ïõóßá äéáèÝôåé óôáèåñÞ ðïóüôçôá áðïèçêåõìÝíçò åíÝñãåéáò, ðïõ ïñßæåôáé ùò èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï, Ç. Ç èåñìüôçôá áíôéäñÜóåùò, ÄÇ, éóïýôáé ìå ôï óõíïëéêü èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôùí ðñïúüíôùí ìåßïí ôï óõíïëéêü èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï ôùí áíôéäñþíôùí. Áí ôï ÄÇ åßíáé èåôéêü, ç áíôßäñáóç êáôáíáëþíåé åíÝñãåéá (åßíáé åíäüèåñìç). Áí ôï ÄÇ åßíáé áñíçôéêü, ç áíôßäñáóç åêëýåé èåñìüôçôá (åßíáé åîþèåñìç). Óå ìéá åíäüèåñìç áíôßäñáóç ôï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï

ôùí ðñïúüíôùí åßíáé ìåãáëýôåñï áðü åêåßíï ôùí áíôéäñþíôùí. Óôéò åîþèåñìåò áíôéäñÜóåéò óõìâáßíåé ôï áíôßèåôï. Ïé ÷çìéêïß ìåôñïýí ôï ÄÇ ìå ôç âïÞèåéá èåñìéäïìÝôñùí êáé åêöñÜæïõí óõ÷íÜ ôá áðïôåëÝóìáôá óå ÷éëéïèåñìßäåò áíÜ mole áíôéäñþíôïò. Ìðïñåßôå íá õðïëïãßóåôå ôï ÄÇ ÷ñçóéìïðïéþíôáò Ýíáí ðßíáêá, ï ïðïßïò äßíåé ôéò èåñìüôçôåò ó÷çìáôéóìïý ôùí åíþóåùí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí óôçí áíôßäñáóç. Ïé õðïëïãéóìïß áõôïß åßíáé åöéêôïß, åðåéäÞ ïé èåñìüôçôåò ôçò áíôéäñÜóåùò åßíáé ìåãÝèç ðñïóèáöáéñÝóéìá.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ìå ðïéï ôñüðï åìðëÝêåôáé ï Íüìïò ôçò ÄéáôçñÞóåùò ôçò ÅíÝñãåéáò óôçí ðáñáãùãÞ, áðïññüöçóç êáé ìÝôñçóç ôçò èåñìüôçôáò ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí; 2. Íá äéêáéïëïãÞóåôå ãéáôß ç ÄÇ ôçò

áíôéäñÜóåùò åßíáé áñíçôéêÞ, üôáí ç áíôßäñáóç åêëýåé èåñìüôçôá. 3. Ãéáôß åßíáé ðñïôéìüôåñï íá ðáñáóêåõÜæåé êáíåßò õäñáÝñéï ìå ðïëëáðëÜ óôÜäéá ðáñáãùãÞò, ðñïêåéìÝíïõ íá

554

ôï ÷ñçóéìïðïéÞóåé ùò êáýóéìï, ðáñÜ ìå áð' åõèåßáò êáýóç ôïõ êÜñâïõíïõ; 4. Íá îáíáãñÜøåôå ôçí áêüëïõèç åîßóùóç ÷ñçóéìïðïéþíôáò Ýíá mole áåñßïõ õäñïãüíïõ. Íá ðåñéëÜâåôå ùò üñï óôçí åîßóùóç êáé ôï èåñìéêü áðïôÝëåóìá (ôï ÄÇ ðïõ áíáöÝñåôáé ðáñáêÜôù): ½Ç2 (á) + ½Br2 (õã) Õ ÇBr (á) ÄÇ = – 8,60 kcal/mole HBr

5. ÎáíáãñÜøôå ôçí áêüëïõèç áíôßäñáóç, áíáöÝñïíôáò ôçí ôéìÞ ôïõ ÄÇ ãéá Ýíá mole Üíèñáêá. 3C(óô) +2Fe2O3(á) + 110,8 kcal Õ 4Fe(óô) + 3CO2(á)

6. Ðïéá áðü ôéò åðüìåíåò áíôéäñÜóåéò åßíáé åíäüèåñìç; (á) Ç2(á) + ½Ï2(á) Õ Ç2Ï(á) ÄÇ = –57,8 kcal

(â) ½Í2(á) + ½Ï2(á) Õ ÍÏ(á) ÄÇ = +21,6 kcal

(ã) ½ Í2(á) + Ï2(á) + 8,1 kcal Õ ÍÏ2(á) (ä) ½Í2(á) + 3/2Ç2(á) Õ ÍÇ3(á) + 11,0 kcal (å) ÍÇ3(á) Õ ½Í2(á) + 3/2 Ç2(á) ÄÇ = +11,0 kcal

7. ÐñïóÝîôå ôéò ðáñáêÜôù åîéóþóåéò: C (äéáìÜíôé) + Ï2(á) Õ CO2(á) ÄÇ = –94,50 kcal C (ãñáößôçò) + Ï2(á) Õ CO2(á) ÄÇ = –94,05 kcal

Íá âñåßôå ôï ÄÇ êáôÜ ôçí ðáñáóêåõÞ ôïõ äéáìáíôéïý áðü ãñáößôç. C (ãñáößôçò) Õ C (äéáìÜíôé)

~Ïôáí ï ãñáößôçò ìåôáôñÝðåôáé óå äéáìÜíôé, åêëýåôáé Þ áðïññïöÜôáé èåñìüôçôá; 8. Ç èåñìüôçôá êáýóåùò ôïõ ìåèáíßïõ, CH4, åßíáé –210 kcal/mole. CH4(á) + 2Ï2(á) Õ CO2(á) + 2H2O(á) ÄÇ = –210 kcal

Ná åîçãÞóåôå ãéáôß áõôü ôï êáýóéìï åßíáé êáëýôåñï áðü ôï õäñáÝñéï ðïõ ðáñÜãåôáé áðü Ýíá mole áôüìùí Üíèñáêá. 9. Ãéá íá ìåôáâëçèåß ç èåñìïêñáóßá åíüò óõãêåêñéìÝíïõ èåñìéäïìÝôñïõ êáé ôïõ íåñïý ðïõ ðåñéÝ÷åé êáôÜ Ýíá âáèìü Êåëóßïõ ÷ñåéÜæïíôáé 1550 èåñìßäåò. Ç ðëÞñçò êáýóç 1,40 ãñáììáñßùí áåñßïõ áéèõëåíßïõ, C2H4(á), ìÝóá óôï èåñìéäüìåôñï áõôü áõîÜíåé ôç èåñìïêñáóßá êáôÜ 10,7°C. Íá õðïëïãßóåôå ôç èåñìüôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò áíÜ mole

áéèõëåíßïõ. 10. Ç áíôßäñáóç áíÜìåóá óå Fe2O3 (ïîåßäéï ôïõ óéäÞñïõ) êáé áñãßëéï, “áíôßäñáóç èåñìßôç”, åßíáé èåáìáôéêÞ êáé Ýíôïíá åîþèåñìç. ÊáôÜ ôçí áíôßäñáóç áõôÞ, ìÝóá óå ëßãá äåõôåñüëåðôá, ðáñÜãåôáé ëåõêïðõñùìÝíïò, ôçãìÝíïò óßäçñïò. 2Al(óô) + 3/2 Ï2(á) Õ Al2Ï3(óô) ÄÇ = –400 kcal/mole Al2O3 2Fe(óô) + 3/2 Ï2(á) Õ Fe2O3(óô) ÄÇ = –200 kcal/mole Fe2O3

Ná ðñïóäéïñéóèåß ôï ðïóü ôçò èåñìüôçôáò ðïõ åëåõèåñþíåôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç åíüò mole Fe2O3 ìå Ál. 11. Óôï ðñïçãïýìåíï ðñüâëçìá, ðüóç åíÝñãåéá åëåõèåñþíåôáé êáôÜ ôçí ðáñáóêåõÞ 1,00 kg óéäÞñïõ ìå ôçí ðáñáðÜíù áíôßäñáóç (áíôßäñáóç èåñìßôç); 12. Ðüóá ãñáììÜñéá íåñïý åßíáé äõíáôüí íá èåñìáíèïýí áðü ôïõò 0°C óôïõò 100°C ìå ôç èåñìüôçôá ðïõ åëåõèåñþíåôáé, üôáí ó÷çìáôßæåôáé Ýíá mole ïîåéäßïõ ôïõ áñãéëßïõ ìå ôçí ðáñáðÜíù áíôßäñáóç; 13. Ðüóç åíÝñãåéá åëåõèåñþíåôáé, üôáí 0,100 mole ôïõ Ç2 (óå 25°C êáé õðü ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò) åíþíåôáé ìå ôüóç ðïóüôçôá Ï2(á), þóôå íá ó÷çìáôßóåé íåñü óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç; 14. Íá õðïëïãßóåôå ôç èåñìüôçôá êáýóåùò áéèáíßïõ ìå ïîõãüíï, êáôÜ ôçí ïðïßá ó÷çìáôßæåôáé CO2 êáé õäñáôìïß. 15. Ðüóç åíÝñãåéá êáôáíáëþíåôáé êáôÜ ôçí áðïóýíèåóç 5,0 g Ç2Ï(õã) óå 25°C êáé õðü ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò ðñïò ôá áÝñéá óôïé÷åßá ðïõ ôï áðïôåëïýí õðü ôéò áõôÝò óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò; 16. Ðïéï èá Þôáí ôï êáëýôåñï êáýóéìï, ôï ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ, Þ ç áììùíßá, ÍÇ3, ìå âÜóç ôç èåñìüôçôá ðïõ åëåõèåñþíåôáé áíÜ mole, üôáí êáßãïíôáé; Íá õðïôåèåß üôé ôá ðñïúüíôá åßíáé áíôßóôïé÷á ÍÏ2(á) êáé ÍÏ2(á) + Ç2Ï(á). 17. Ðïéá åßíáé ç åëÜ÷éóôç åíÝñãåéá ðïõ áðáéôåßôáé, ãéá íá ðáñá÷èåß äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ áðü èåééêü ïîý; Ç2SO4(õã) Õ SO2(á) + Ç2Ï(á)+ 1/2 Ï2(á)

18. Ðïéá åßíáé ç åëÜ÷éóôç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò ðïõ áðáéôåßôáé ãéá ôç óýíèåóç åíüò mole ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ áðü ôá óôïé÷åßá ôïõ; 19. Ðüóåò ÷éëéïèåñìßäåò èá åëåõèåñùèïýí êáôÜ ôçí êáýóç 12,5 ãñáììáñßùí áéèõëåíßïõ, C2H4;

555

C2H4(á) + 3Ï2(á) Õ 2CO2(á) + 2Ç2Ï(á) ÄÇ = –331,6 kcal/mole

20. Ç èåñìüôçôá ó÷çìáôéóìïý ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ, NaCl, åßíáé 98,3 kcal/mole. Ðüóç èåñìüôçôá èá åëåõèåñùèåß êáôÜ ôçí áíôßäñáóç 92 ãñáììáñßùí íáôñßïõ ìå ðåñßóóåéá ÷ëùñßïõ; 21. ÐñïóÝîôå ôéò ðáñáêÜôù ôñåéò áíôéäñÜóåéò: Ca(óô) + 2Ç2Ï(õã) Õ

Ca2 + (õä) + 2ÏÇ–(õä) + Ç2(á) +103 kcal CaO(óô) + Ç2Ï(õã) Õ Ca2+(õä) + 2ÏÇ–(õä) + 19,5 kcal H2(á) + ½Ï2(á) Õ Ç2Ï(õã) + 68,3 kcal

Íá ðñïóäéïñßóåôå ôï ÄÇ ãéá ôç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç: Ca(óô) + ½Ï2(á) Õ CaO(óô)

ÊÅÖÁËÁÉÏ ÅÉÊÏÓÔÏ ÐÑÙÔÏ

Ïé ôá÷ýôçôåò ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí

~Åêñçîç åßíáé ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç, ðïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé ìå ðïëý ìåãÜëç ôá÷ýôçôá. ÐïëëÝò Üëëåò áíôéäñÜóåéò ãßíïíôáé ìå ìéêñüôåñåò ôá÷ýôçôåò.

557

Ìðïñåßôå íá áöÞóåôå Ýíá óâçóôü êåñß óå åðáöÞ ìå ôïí áÝñá ãéá üóï ÷ñüíï èÝëåôå ÷ùñßò íá óçìåéùèåß êáìßá áíôßäñáóç. Ôï êåñß äçëáäÞ ìÝíåé áìåôÜâëçôï. Áí üìùò ðëçóéÜóåôå Ýíá áíáììÝíï óðßñôï óôï öéôßëé ôïõ, èá ðáñáôçñÞóåôå áìÝóùò ìßá áíôßäñáóç. Ìßãìá õãñáåñßïõ ìå áÝñá, üóï êáé áí ðáñáìåßíåé ìÝóá óå Ýíá êëåéóôü äùìÜôéï, äåí ðñïêáëåß ôßðïôá, åíþ, áí ôïðïèåôçèåß ìÝóá óôï äùìÜôéï êáé Ýíá áíáììÝíï ôóéãÜñï, äçìéïõñãåßôáé ìéá âßáéç Ýêñçîç. ~Åíá êïììÜôé óéäÞñïõ áíôéäñÜ ðïëý áñãÜ ìå ôïí áÝñá (óêïõñéÜæåé), åíþ Ýíá êïììÜôé ëåõêïý öùóöüñïõ áíáöëÝãåôáé ìüëéò Ýñèåé óå

åðáöÞ ìå ôïí áôìïóöáéñéêü áÝñá. ~Ïëåò áõôÝò ïé áíôéäñÜóåéò åßíáé áíôéäñÜóåéò ìå ôï ïîõãüíï ôïõ áÝñá. Ï ÷ñüíïò ðïõ áðáéôåßôáé ãéá íá ðñáãìáôïðïéçèïýí áõôÝò ïé áíôéäñÜóåéò äéáöÝñåé óçìáíôéêÜ. Ãéáôß õðÜñ÷ïõí ôüóï ìåãÜëåò äéáöïñÝò óôïõò ÷ñüíïõò áíôéäñÜóåùò; Âñßóêïíôáò ôéò áðáíôÞóåéò óå åñùôÞìáôá áõôïý ôïõ åßäïõò, ïé ÷çìéêïß ìðïñïýí íá åëÝã÷ïõí êáëýôåñá ôéò áíôéäñÜóåéò. Ôï êåöÜëáéï ðïõ áêïëïõèåß èá óáò âïçèÞóåé íá êáôáëÜâåôå ãéáôß ç ãíþóç ôùí ôá÷õôÞôùí ôùí áíôéäñÜóåùí áðïôåëåß óçìáíôéêü ðáñÜãïíôá ãéá ôçí êáëýôåñç êáôáíïÞóç

Ïé ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí ðñïóäéïñßæïíôáé áðü ðïëëïýò ðáñÜãïíôåò 21.1 Ïñéóìüò ôçò ôá÷ýôçôáò áíôéäñÜóåùò. Ôé óçìáßíåé áêñéâþò ç Ýêöñáóç “ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò”; ÈåùñÞóôå ùò ðáñÜäåéãìá ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óå áÝñéï ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO, êáé äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ2. Ïé ÷çìéêÝò áíáëýóåéò äåß÷íïõí üôé ôá ðñïúüíôá åßíáé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO2, êáé ïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ. Áêïëïõèåß ç åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò: CO + NO2 Õ CO2 + NO

(1)

Káèþò åôïéìÜæåôå ôï ìßãìá ôùí áíôéäñþíôùí êáé óôç óõíÝ÷åéá ôï èåñìáßíåôå óôïõò 200°C, ðáñáôçñåßôå ìéá âáèìéáßá åîáöÜíéóç ôïõ êáóôáíÝñõèñïõ ÷ñþìáôïò ôïõ ÍÏ2. Áõôü óçìáßíåé üôé ãßíåôáé êÜðïéá áíôßäñáóç. Ìðïñåßôå íá ðñïóäéïñßóåôå ôï ÷ñüíï ðïõ äéáñêåß ç áíôßäñáóç, áí ìåôñÞóåôå ôï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá ðïõ ÷ñåéÜóèçêå ãéá íá áðï÷ñùìáôéóèåß ôï ìßãìá. Ôá Üëëá áÝñéá êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò áíôéäñÜóåùò ðáñáìÝíïõí Ü÷ñùìá. ~Åôóé, áõôÞ ç áëëáãÞ ôïõ ÷ñþìáôïò äåß÷íåé ôçí ðïóüôçôá ôïõ ÍÏ2 ç ïðïßá áíôÝäñáóå êáô' áõôü ôï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá. Ôï áðïôÝëåóìá ôçò äéáéñÝóåùò ôçò ðïóüôçôáò ôïõ ÍÏ2 ìå ôï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá åßíáé ç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò.

Ïé ÷çìéêïß áðïêáëïýí ôç ìåëÝôç ôùí ôá÷õôÞôùí ôùí áíôéäñÜóåùí ÷çìéêÞ êéíçôéêÞ. Áðü ôçí åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò êáôáëáâáßíåôå üôé ôï CO èá ðñÝðåé íá êáôáíáëþíåôáé ìå ôçí ßäéá ôá÷ýôçôá ðïõ êáôáíáëþíåôáé ôï ÍÏ2. Ãé' áõôü, åßíáé äõíáôüí íá åêöñáóèåß ç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò (1) ìå âÜóç ôçí ôá÷ýôçôá êáôáíáëþóåùò ôïõ CO. Åðßóçò, ìðïñåßôå íá åêöñÜóåôå ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò åî ßóïõ êáëÜ ìå âÜóç ôçí åìöÜíéóç åíüò åê ôùí ðñïúüíôùí, äçëáäÞ ôïõ CO2 Þ ÍÏ. Ç åðéëïãÞ ôçò åíþóåùò ðïõ èá ÷ñçóéìïðïéçèåß ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü åîáñôÜôáé áðü ôçí åõêïëßá ôùí ìåôñÞóåùí. Áí ãéá ðáñÜäåéãìá ðñüêåéôáé íá ìåôñÞóåôå ôçí ðáñáãùãÞ ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá, èá ðñÝðåé íá åêöñÜóåôå ôçí ôá÷ýôçôá êáôÜ ôïí åîÞò ôñüðï:

Áí ðñüêåéôáé ãéá áÝñéá ïõóßá, ç ðïóüôçôá ðïõ êáôáíáëþíåôáé Þ ðáñÜãåôáé åêöñÜæåôáé óõíÞèùò óå ìïíÜäåò ìåñéêþí ðéÝóåùí. ÌïíÜäåò óõãêåíôñþóåùò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé, áí ôá áíôéäñþíôá Þ ôá ðñïúüíôá âñßóêïíôáé óå äéÜëõìá. ÅîÜëëïõ, ïé ìåôñÞóåéò ôïõ ÷ñüíïõ åêöñÜæïíôáé óå ïðïéáäÞðïôå ìïíÜäá ôáéñéÜæåé ìå ôçí áíôßäñáóç. Óôçí ðåñßðôùóç åêñÞîåùò õãñáåñßïõ êáé ïîõãüíïõ, ïé ìïíÜäåò ìðïñåß íá åßíáé

558

ìéêñoäåõôåñüëåðôá. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ôçí êáýóç åíüò êåñéïý, åßíáé äåõôåñüëåðôá Þ ëåðôÜ. Ãéá ôç óêùñßáóç ôïõ óéäÞñïõ åßíáé çìÝñåò êáé ãéá ôç óÞøç ôïõ îýëïõ ìÞíåò.

21.2 Ç öýóç ôùí ïõóéþí ðïõ áíôéäñïýí. ÐåéñáìáôéêÝò ìåëÝôåò äåß÷íïõí üôé ç ôá÷ýôçôá ìéáò áíôéäñÜóåùò åîáñôÜôáé áðü ôç öýóç ôùí ïõóéþí ðïõ áíôéäñïýí. Ïé áêüëïõèåò áíôéäñÜóåéò, ïé ïðïßåò ðñáãìáôïðïéïýíôáé óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá, ðñïóöÝñïíôáé ãéá åíäéáöÝñïõóåò óõãêñßóåéò: âñáäåßá 5C2O42–(õä) + 2MnO4– (õä) + 16H+(õä) Õ 10CO2(á) + 2Mn2+(õä) + 8Ç2Ï

(2)

ðïëý ôá÷åßá 5Fe2+(õä) + MnO4–(õä) + 8Ç+(õä) Õ 5Fe3+(õä) + Ìn2+(õä) + 4H2O

(3)

ðïëý ôá÷åßá Fe2+(õä) + Ce4+(õä) Õ Fe3+(õä) + Ce3+(õä)

(4)

Ôüóï ôï äéóèåíÝò éüí óéäÞñïõ, Fe2+(õä), üóï êáé ôï ïîáëéêü éüí, C2O42–(õä), ìðïñïýí íá áðï÷ñùìáôßóïõí äéÜëõìá õðåñìáããáíéêþí éüíôùí óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. ÕðÜñ÷åé üìùò ìåãÜëç äéáöïñÜ óôï ÷ñüíï ôïõ áðï÷ñùìáôéóìïý (ó÷. 21-1).

Ç äéáöïñÜ ïöåßëåôáé óôéò éäéüôçôåò ôïõ Fe2+(õä) êáé ôïõ C2O42–(õä). Ôï éüí ôïõ äéóèåíïýò óéäÞñïõ, Fe2+(õä) ìåôáôñÝðåôáé óå Fe3+(õä) áí áíôéäñÜóåé ìå MnO4–(õä) Þ ìå éüí äçìçôñßïõ, Ce4+(õä). Ç ìéá áðü áõôÝò ôéò áíôéäñÜóåéò åßíáé áðëÞ, åíþ ç Üëëç ðåñéëáìâÜíåé ðïëëÜ ìüñéá. Êáé ïé äýï üìùò åßíáé ôá÷åßåò áíôéäñÜóåéò. Ùò Ýíá åðß ðëÝïí ðáñÜäåéãìá, èåùñÞóôå ôéò áêüëïõèåò äýï áíôéäñÜóåéò êáýóåùò. Êáé ïé äýï ðñáãìáôïðïéïýíôáé óôçí áÝñéá öÜóç: ìåôñßáò ôá÷ýôçôáò óôïõò 20°C 2ÍÏ + Ï2 Õ 2ÍÏ2

(5)

åîáéñåôéêÜ âñáäåßá óôïõò 20°C CH4 + 2O2 Õ CO2 + 2H2O

(6)

Ç ïîåßäùóç ôïõ ìïíïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ, ÍÏ, åßíáé ìéá áíôßäñáóç ðïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé êáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ áôìïóöáéñéêïý íÝöïõò. Åßíáé ìåôñßáò ôá÷ýôçôáò óå óõíçèéóìÝíåò èåñìïêñáóßåò. Ç ïîåßäùóç ôïõ ìåèáíßïõ (CH 4) üìùò ðñáãìáôïðïéåßôáé ôüóï áñãÜ óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, þóôå ðñáêôéêÜ åßíáé óáí íá ìçí õðÜñ÷åé áíôßäñáóç. Êáé ðÜëé, ç äéáöïñÜ óôéò ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí èá ðñÝðåé íá ïöåßëåôáé óôá éäéáßôåñá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí áíôéäñþíôùí, ÍÏ êáé CH 4. Ï ðñïóäéïñéóìüò ôùí

Ó×ÇÌÁ 21-1. Ç ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá áðï÷ñùìáôßæïíôáé äéáëýìáôá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí éüíôá MnO4– ðïéêßëëåé. ÁñéóôåñÜ öáßíåôáé üôé Ýíá äéÜëõìá õðåñìáããáíéêïý êáëßïõ áñ÷ßæåé íá ÷Üíåé ôï ÷ñþìá ôïõ ó÷åäüí áìÝóùò ìåôÜ ôçí ðñïóèÞêç ôïõ Fe2+(õä). ~Ïìùò, áìÝóùò ìåôÜ ôçí ðñïóèÞêç ôïõ C2O42–(õä), äåí óõíôåëåßôáé Ýíôïíïò áðï÷ñùìáôéóìüò (äåîéÜ).

559

ìïñéáêþí ÷áñáêôçñéóôéêþí, ôá ïðïßá åßíáé óçìáíôéêÜ ãéá ôïí êáèïñéóìü ôçò óõìðåñéöïñÜò ôçò ôá÷ýôçôáò, åßíáé Ýíáò åíäéáöÝñùí êëÜäïò ôçò ÷çìåßáò. Ïé ÷çìéêïß Ý÷ïõí âñåé üôé ïé ðåñéóóüôåñåò, –ü÷é üìùò üëåò– ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò, êáôÜ ôéò ïðïßåò óõíôåëåßôáé äéÜóðáóç ìåñéêþí ÷çìéêþí äåóìþí êáé ó÷çìáôéóìüò Üëëùí íÝùí äåóìþí, ðñï÷ùñïýí óõíÞèùò ìå ìéêñÞ ôá÷ýôçôá óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. Ç áíôßäñáóç (2) åßíáé áõôïý ôïõ ôýðïõ. Óôá ðÝíôå éüíôá C2O42– êáé óôá äýï éüíôá MnO4– èá ðñÝðåé íá óðÜóïõí ðïëëïß äåóìïß, þóôå íá ó÷çìáôéóèïýí ôá äÝêá CO2 êáé ôá äýï Mn2+. H áíôßäñáóç áõôÞ èá Ýðñåðå íá ðñï÷ùñåß ìå ìéêñÞ ôá÷ýôçôá (êáé ðñÜãìáôé áõôü óõìâáßíåé). Óôçí áíôßäñáóç (6) óõíôåëåßôáé åðßóçò ç äéÜóðáóç äåóìþí êáé ï ó÷çìáôéóìüò Üëëùí íÝùí, ãé' áõôü êáé åßíáé âñáäåßá óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. Áíôßèåôá, ç áíôßäñáóç (3) åßíáé ðïëý ôá÷åßá. Èá ðåñßìåíå êÜðïéïò, åðåéäÞ óõíôåëåßôáé äéÜóðáóç ÷çìéêþí äåóìþí, íá åßíáé âñáäåßá. Åßíáé öáíåñü üôé äåí ìðïñåß íá ãßíåé áêñéâÞò ðñüâëåøç ãéá ôï áí êÜðïéá áíôßäñáóç åßíáé âñáäåßá. Ç áíôßäñáóç (4) ãßíåôáé ÷ùñßò äéÜóðáóç

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

äåóìïý Þ ó÷çìáôéóìü íÝïõ. Èá áíÝìåíå êÜðïéïò íá åßíáé ôá÷åßá (üðùò ðñÜãìáôé åßíáé). Ðñüâëåøç áõôïý ôïõ åßäïõò åßíáé óõíÞèùò áîéüðéóôç. ÊáôÜ ôçí áíôßäñáóç (5) ãßíåôáé äéÜóðáóç åíüò ìüíï äåóìïý êáé ó÷çìáôéóìüò äýï íÝùí. Ç ôá÷ýôçôá ôçò åßíáé ìÝôñéá, ôá÷åßá õðü ìåãÜëåò ðéÝóåéò êáé âñáäåßá õðü ÷áìçëÝò ðéÝóåéò. ÁõôÜ ìáæß ìå Üëëá ðáñáäåßãìáôá ïäçãïýí óôïõò áêüëïõèïõò êáíüíåò: 1. ÁíôéäñÜóåéò óôéò ïðïßåò äåí óõíôåëïýíôáé áíáêáôáôÜîåéò äåóìþí åßíáé óõíÞèùò ôá÷åßåò óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. 2. ÁíôéäñÜóåéò êáôÜ ôéò ïðïßåò äéáóðþíôáé äåóìïß Ý÷ïõí ôçí ôÜóç íá åßíáé âñáäåßåò óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. Ó÷åôéêÜ ìå ôï ðþò áðü ôç öýóç ôùí ïõóéþí ðïõ áíôéäñïýí ðñïóäéïñßæåôáé ç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò, ëßãá åßíáé äõíáôüí íá áíáöåñèïýí, ìÝ÷ñé íá åîåôáóèåß ëåðôïìåñåéáêÜ ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìåñéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ðñïò ôï ðáñüí, áñêåß íá ðáñáôçñÞóïìå üôé áõôÞ ç äéåñåýíçóç áðïôåëåß Ýíá åíäéáöÝñïí ðåäßï ìåëÝôçò êáé üôé ðïëëÜ åßíáé áõôÜ ðïõ ðñüêåéôáé áêüìç íá ìÜèïìå.

21.3 ÌåëÝôç ôùí ôá÷õôÞôùí áíôéäñÜóåùò. ~Ïôáí Ýíáò ÷çìéêüò ðñáãìáôïðïéåß ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç, èá ðñÝðåé íá ëÜâåé õðüøç ôïõ äéÜöïñåò óõíèÞêåò, ïé ïðïßåò åßíáé äõíáôüí íá åðçñåÜóïõí ôçí ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá èá ðñï÷ùñÞóåé ç áíôßäñáóç. Åóåßò ìðïñåßôå íá áíáöÝñåôå ìåñéêÝò óõíèÞêåò, ïé ïðïßåò ðéèáíüí ìðïñïýí íá åðçñåÜóïõí ôçí ôá÷ýôçôá ôçò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò, Ýóôù êáé áí äåí åßóôå óå èÝóç íá ðñïâëÝøåôå ôçí åðßäñáóÞ ôïõò. ÁíÜìåóá óå áõôÝò èá ìðïñïýóáí íá åßíáé ç ôá÷ýôçôá ôçò áíáäåýóåùò, ôï ìÝãåèïò ôùí óùìáôéäßùí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí óôçí áíôßäñáóç êáé ç óõãêÝíôñùóç ôùí ïõóéþí ðïõ áíôéäñïýí. Áêüìç, Üëëïé ðáñÜãïíôåò ìðïñåß íá åßíáé ç èåñìïêñáóßá óôçí ïðïßá ðñáãìáôïðïéåßôáé ç áíôßäñáóç, ç ðßåóç ðïõ áóêåßôáé óôï ìßãìá, êáé ôï ìÝãåèïò, ôï ó÷Þìá êáé ôï õëéêü ôïõ äï÷åßïõ ôçò áíôéäñÜóåùò. Ãéá íá ìåëåôÞóåôå ôï ðþò åðçñåÜæïõí ïñéóìÝíïé ðáñÜãïíôåò –ðïõ ìðïñïýìå íá ôïõò åëÝãîïìå– ôçí ôá÷ýôçôá ìéáò áíôéäñÜóåùò, åßíáé óêüðéìï íá åðéëÝîåôå êáôÜëëçëï ðåßñáìá. ~Åíá ôÝôïéï ðåßñáìá ð.÷. èá Þôáí áõôü, óôï ïðïßï ôï ôÝëïò ôçò áíôéäñÜóåùò ãßíåôáé áìÝóùò áíôéëçðôü ìå ìéá ãñÞãïñç êáé åõäéÜêñéôç ìåôáâïëÞ ÷ñþìáôïò. ÔÝôïéåò áíôéäñÜóåéò ôéò ÷áñáêôçñßæïìå ùò ÷ñïíïìåôñÞóéìåò (clock reactions). Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá ìåëåôÞóåôå ìéá ÷ñïíïìåôñÞóéìç áíôßäñáóç ðïõ ãßíåôáé ìå áíÜìéîç äýï äéáëõìÜôùí. Ôï äéÜëõìá Á, Ýíá áñáéü äéÜëõìá éùäéêïý êáëßïõ, ÊÉÏ3, åßíáé ç ðçãÞ ôïõ åíüò áíôéäñþíôïò åßäïõò, ôïõ éùäéêïý éüíôïò, ÉÏ3–(õä). Ôï äéÜëõìá  ðåñéÝ÷åé ëßãï Üìõëï êáé ôï Üëëï áíôéäñþí åßäïò, ðïõ åßíáé ôï üîéíï èåéþäåò éüí, HSO3–(õä). Ôï áñ÷éêü óôÜäéï ôçò áíôéäñÜóåùò ðáñéóôÜíåôáé ìå ôçí áêüëïõèç åîßóùóç, üðïõ ôá üîéíá èåéþäç éüíôá áíôéäñïýí ìå ôá éùäéêÜ êáé ó÷çìáôßæïõí

560

éùäéïý÷á éüíôá [É–(õä)]. IO3–(õä) + 3ÇSO3–(õä) Õ É–(õä) + 3SO42–(õä) + 3Ç+(õä) ~Ïôáí åîáíôëçèïýí ôá üîéíá èåéþäç éüíôá, ÇSO3–(õä), ôá éüíôá ôïõ éùäßïõ, – É (õä), áíôéäñïýí ìå ôá õðüëïéðá éùäéêÜ éüíôá, IO3–(õä), êáé ó÷çìáôßæïõí éþäéï, É2(óô). 5É–(õä) + 6Ç+(õä) ÉÏ3–(õä) Õ 3É2(óô) + 3Ç2Ï ÔÝëïò, ôï ìïñéáêü éþäéï, áìÝóùò ìüëéò ó÷çìáôéóèåß, áíôéäñÜ ìå ôï Üìõëï ôïõ äéáëýìáôïò  êáé ó÷çìáôßæåé ìéá êõáíÞ ïõóßá. ~Åôóé, ç åìöÜíéóç ôïõ êõáíïý ÷ñþìáôïò äåß÷íåé üôé ç áíôßäñáóç Üñ÷éóå íá ðáñÜãåé É2(óô). ÓÊÏÐÏÓ

Èá äéåñåõíÞóåôå ôï ñüëï ðïõ ðáßæåé ç óõãêÝíôñùóç ôùí áíôéäñþíôùí, êáèþò êáé ç èåñìïêñáóßá ôïõ ìßãìáôïò ôçò áíôéäñÜóåùò êáôÜ ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óå éùäéêü éüí êáé óå üîéíï èåéþäåò éüí. ÁëëÜæïíôáò áõôÝò ôéò ðáñáìÝôñïõò èá ðñïóäéïñßóåôå ðïéá åðßäñáóç ìðïñåß íá Ý÷ïõí ðÜíù óôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò ç óõãêÝíôñùóç êáé ç èåñìïêñáóßá. ÕËÉÊÁ

2 äïêéìáóôéêïß óùëÞíåò 18– x 150– mm ÐïôÞñé, 400– ml ÏñèïóôÜôçò, äáêôýëéïò ÓõñìÜôéíï ðëÝãìá áìßáíôïõ Ëý÷íïò Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò ôùí 10– Þ 25– ml

1 Þ 2 èåñìüìåôñá, –10°C ìÝ÷ñé 110°C ×ñïíüìåôñï Þ ñïëüé ìå äåßêôåò äåõôåñïëÝðôùí ÐáãÜêéá 45 ml äéáëýìáôïò Á 70 ml äéáëýìáôïò  ÁðåóôáãìÝíï íåñü

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á. Ç åðßäñáóç ôùí áëëáãþí ôçò óõãêåíôñþóåùò. Ãéá íá äéåñåõíÞóåôå ôçí åðßäñáóç ôçò óõãêåíôñþóåùò ôïõ åíüò áðü ôá áíôéäñþíôá óôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò, èá åðé÷åéñÞóåôå áñáéþóåéò ôïõ äéáëýìáôïò Á ìå ðïéêßëåò óõãêåíôñþóåéò ùò ðñïò ôï éüí IO3–(õä). Óôçí êÜèå ðåñßðôùóç ç óõãêÝíôñùóç ôïõ éüíôïò HSO3–(õä) èá äéáôçñåßôáé óôáèåñÞ êáé ç èåñìïêñáóßá üëùí ôùí äéáëõìÜôùí èá éóïýôáé ìå áõôÞí ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò. Áí äåí åðáñêåß ï ÷ñüíïò ãéá íá äéåñåõíÞóåôå ìüíïé óáò äéÜöïñåò óõãêåíôñþóåéò, ôüôå ï êáèçãçôÞò óáò èá êáèïñßóåé êÜðïéåò Üëëåò óõãêåíôñþóåéò ðïõ èá åðé÷åéñÞóåôå åóåßò êáé êÜðïéåò Ýíáò óõíåñãÜôçò–óõììáèçôÞò óáò. Ãíùóôïðïéþíôáò ôá áðïôåëÝóìáôá ìåôáîý óáò, èá ìðïñÝóåôå íá êáôáëÞîåôå óå êÜðïéá óõìðåñÜóìáôá ó÷åôéêÜ ìå ôçí åðßäñáóç áõôÞò ôçò ìåôáâëçôÞò. 1. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò êáèáñïý ïãêïìåôñéêïý êõëßíäñïõ ìåôñÞóôå 10,0 ml äéáëýìáôïò Á. Óôç óõíÝ÷åéá, áäåéÜóôå ôï äéÜëõìá ìÝóá óå Ýíáí êáèáñü äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Îåðëýíôå ôïí êýëéíäñï. ÊáôÜ áíÜëïãï ôñüðï ðñïóèÝóôå 10,0 ml ôïõ äéáëýìáôïò  ìÝóá óå Ýíá Üëëï äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Áí ôá äýï áõôÜ äéáëýìáôá Ý÷ïõí ðáñáìåßíåé ìÝóá óôï äùìÜôéï ãéá áñêåôü ÷ñïíéêü äéÜóôçìá, ôüôå õðïèÝóôå üôé âñßóêïíôáé óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. ÄéáöïñåôéêÜ, èá ðñÝðåé íá ôïðïèåôÞóåôå ôïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôá äéáëýìáôá ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé ôùí 250 ml, ãåìÜôï êáôÜ ôá äýï ôñßôá ìå íåñü èåñìïêñáóßáò äùìáôßïõ, êáé íá ôá áöÞóåôå åêåß ãéá ìåñéêÜ ëåðôÜ. 2. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò ñïëïãéïý ðïõ Ý÷åé äåßêôåò äåõôåñïëÝðôùí, óçìåéþóôå

561

ìå áêñßâåéá äåõôåñïëÝðôïõ ôçí þñá ðïõ áäåéÜæåôå ôï äéÜëõìá Á ìÝóá óôï äéÜëõìá Â, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 21-2. Óôç óõíÝ÷åéá, áäåéÜóôå ãñÞãïñá ôï ìßãìá ôùí äéáëõìÜôùí áðü ôïí Ýíá óôïí Üëëï óùëÞíá ôñåéò öïñÝò, þóôå íá ãßíåé ïìïéïãåíÝò. Ï ÷ñüíïò èá ðñÝðåé íá ìåôñÜ áðü ôç ðñþôç óôéãìÞ ðïõ ôá äýï äéáëýìáôá Þëèáí óå åðáöÞ. 3. ÐáñáôçñÞóôå ôï äéÜëõìá óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ðñïóåêôéêÜ êáé óçìåéþóôå ôçí þñá, áìÝóùò ìüëéò äéáðéóôþóåôå ôçí Ýíáñîç êÜðïéáò áíôéäñÜóåùò. 4. ÅðáíáëÜâáôå ôï ðåßñáìá, ãéá íá åëÝãîåôå áí ìå ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò óõìöùíåß êáé ï êáèçãçôÞò óáò. 5. ÐáñáóêåõÜóôå äéáëýìáôá äéáöïñåôéêÞò óõãêåíôñþóåùò KIO3 ìå áñáßùóç ôïõ äéáëýìáôïò Á êáé óýìöùíá ìå ôïí ðáñáêÜôù ðßíáêá. Íá êÜíåôå ôüóåò áñáéþóåéò, üóåò óáò æçôçèïýí áðü ôïí êáèçãçôÞ óáò. Ó×ÇÌÁ 21-2.

ÄéÜëõìá Á 9,0 ml 8,0 ml 7,0 ml êëð.

ÁðåóôáãìÝíï íåñü 1,0 ml 2,0 ml 3,0 ml êëð.

Óçìåéþóôå üôé ï óõíïëéêüò üãêïò åßíáé ðÜíôá 10,0 ml. Áíáäåýóáôå ôï êÜèå äéÜëõìá êáëÜ. 6. Íá åðáíáëÜâåôå ôç äéáäéêáóßá ôçò ÷ñïíïìåôñÞóåùò, áöïý ðñïóèÝóåôå Ýíá áðü ôá áñáéùìÝíá äéáëýìáôá ôïõ ÊÉÏ3 óå 10,0 ml ôïõ äéáëýìáôïò Â. Êáé ôá äýï äéáëýìáôá èá ðñÝðåé íá âñßóêïíôáé óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ.

ÌÝñïò Â. Åðßäñáóç ôçò èåñìïêñáóßáò. Ãéá íá ìåëåôÞóåôå ôçí åðßäñáóç ôùí ìåôáâïëþí ôçò èåñìïêñáóßáò, èá ðñïóäéïñßóåôå ôï ÷ñüíï áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ êáé óå Üëëåò èåñìïêñáóßåò ðïõ äéáöÝñïõí ìÝ÷ñé ±20°C áðü ôç èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. Ï êáèçãçôÞò óáò èá êáèïñßóåé ôéò èåñìïêñáóßåò ðïõ èá ìåëåôÞóåôå åóåßò êáé ïé óõììáèçôÝò óáò. ÁíôáëëÜóóïíôáò ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò ìåôáîý óáò èá åßóôå óå èÝóç íá åîáãÜãåôå êÜðïéá óõìðåñÜóìáôá ðïõ áöïñïýí óôçí åðßäñáóç ôçò èåñìïêñáóßáò óôï ÷ñüíï ôçò áíôéäñÜóåùò. 1. ÐñïóèÝóôå óå Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá (18– x 150– mm) 10,0 ml äéáëýìáôïò Á êáé óå Ýíáí Üëëï 10,0 ml äéáëýìáôïò  (êáôüðéí óõìâïõëÞò ôïõ êáèçãçôÞ óáò ÷ñçóéìïðïéÞóôå ìéá áðü ôéò áñáéþóåéò ôïõ äéáëýìáôïò Á ðïõ ðáñáóêåõÜóáôå óôï Á ÌÝñïò). ÁõôÜ ôá äéáëýìáôá, ðñéí áíáìé÷èïýí, èá ðñÝðåé íá áðïêôÞóïõí ôçí åðéèõìçôÞ èåñìïêñáóßá. ÔïðïèåôÞóôå êáé ôïõò äýï äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò óå Ýíá õäñüëïõôñï (ðïôÞñé ôùí 250 ml ãåìÜôï êáôÜ ôá äýï ôñßôá ðåñßðïõ ìå íåñü), ðïõ âñßóêåôáé óôç èåñìïêñáóßá ôçí ïðïßá ðñüêåéôáé íá ìåëåôÞóåôå. ÁöÞóôå ôïõò åêåß ãéá äÝêá ëåðôÜ ðåñßðïõ, þóôå ôá äéáëýìáôá íá áðïêôÞóïõí ôç èåñìïêñáóßá ôïõ õäñüëïõôñïõ. ÄéáôçñÞóôå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ õäñüëïõôñïõ üóï ôï äõíáôüí óôáèåñüôåñç. Áí Ý÷åé áñ÷ßóåé íá êñõþíåé, èåñìÜíáôå áõôü åëáöñÜ Þ ðñïóèÝóôå æåóôü íåñü. Áí áñ÷ßóåé íá èåñìáßíåôáé, ìðïñåßôå íá ðñïóèÝóåôå êñýï íåñü Þ Ýíá ìéêñü êïììÜôé ðÜãïõ. 2. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò ñïëïãéïý ìå äåßêôç äåõôåñïëÝðôùí, óçìåéþóôå ìå áêñßâåéá äåõôåñïëÝðôïõ ôçí þñá êáôÜ ôçí ïðïßá áäåéÜæåôå ôï äéÜëõìá Á ìÝóá óôï äéÜëõìá Â. ÁäåéÜóôå ôá ãñÞãïñá áðü ôïí Ýíá óùëÞíá óôïí Üëëï ôñåéò öïñÝò, þóôå íá åðéôåõ÷èåß, üðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò, ïìïéüìïñöç áíÜìéîç. Ï ÷ñüíïò èá ìåôñÜ áðü ôç óôéãìÞ ðïõ Þëèáí óå åðáöÞ ôá äýï äéáëýìáôá.

562

3. ÔïðïèåôÞóôå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá ðÜëé ìÝóá óôï õäñüëïõôñï êáé ðáñáôçñÞóôå ôïí ðñïóåêôéêÜ. Íá áñ÷ßóåôå ðÜëé íá ìåôñÜôå ôï ÷ñüíï, áìÝóùò ìüëéò áñ÷ßóåé íá åìöáíßæåôáé êÜðïéá áíôßäñáóç. 4. Ãéá íá åëÝãîåôå ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò, íá åðáíáëÜâåôå ôï ðåßñáìá óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá. Áí óõìöùíåß êáé ï êáèçãçôÞò óáò, åðáíáëÜâáôÝ ôï êáé óå Üëëåò èåñìïêñáóßåò. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Ç óõãêÝíôñùóç ôïõ ÊÉÏ3 óôï äéÜëõìá Á åßíáé 0,02 Ì. Íá õðïëïãßóåôå ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ éùäéêïý êáëßïõ óå êÜèå êõâéêü åêáôïóôü (ml) ôïõ äéáëýìáôïò Á. 2. Íá õðïëïãßóåôå ôçí áñ÷éêÞ ìïñéáêÞ êáô' üãêï óõãêÝíôñùóç ôïõ ÊÉÏ3 óôï êÜèå Ýíá áðü ôá ìßãìáôá ôïõ Á êáé ôïõ  ðïõ ðáñáóêåõÜóèçêáí óôï Á ÌÝñïò (âë. ðáñáãñ. 17.20). 3. Ãéáôß êáôÜ ôçí áñáßùóç ôïõ äéáëýìáôïò Á, óôï Á ÌÝñïò, åßíáé óçìáíôéêü íá äéáôçñÞóåôå ôïí üãêï óôáèåñü óôá 10,0 ml; 4. Íá ó÷åäéÜóåôå ôçí êáìðýëç ôùí áðïôåëåóìÜôùí óõãêåíôñþóåùò–÷ñüíïõ. Ï ÷ñüíïò íá óçìåéùèåß óôïí êáôáêüñõöï êáé ç óõãêÝíôñùóç ôïõ ÊÉÏ3 óôïí ïñéæüíôéï Üîïíá. Íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå åðßóçò ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí óõììáèçôþí óáò. 5. Ðïéïò ãåíéêüò êáíüíáò åßíáé äõíáôüí íá åîá÷èåß ó÷åôéêÜ ìå ôçí åðßäñáóç ôùí ìåôáâïëþí ôçò óõãêåíôñþóåùò óôï ÷ñüíï ôçò áíôéäñÜóåùò; 6. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôï ÷ñüíï ôçò áíôéäñÜóåùò êáé óôçí ôá÷ýôçôÜ ôçò; 7. Íá ó÷åäéÜóåôå ôçí êáìðýëç ôùí áðïôåëåóìÜôùí èåñìïêñáóßáò-÷ñüíïõ. Ç èåñìïêñáóßá íá óçìåéùèåß óôïí ïñéæüíôéï Üîïíá êáé ï ÷ñüíïò óôïí êáôáêüñõöï. 8. Ðïéåò ãåíéêÝò ó÷Ýóåéò ðñïêýðôïõí áðü ôçí êáìðýëç èåñìïêñáóßáò–÷ñüíïõ; 9. Íá ðñïâëÝøåôå ôï ÷ñüíï ôçò áíôéäñÜóåùò áíÜìåóá óå ìç áñáéùèÝíôá äéáëýìáôá Á êáé  óôïõò 0°C êáé óôïõò 50°C, õðïèÝôïíôáò üôé ïé Üëëåò ìåôáâëçôÝò ôïõ ðåéñÜìáôïò ðáñáìÝíïõí óôáèåñÝò.

21.4

Åðßäñáóç ôçò óõãêåíôñþóåùò óôçí ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò.

Áðü åäþ êáé êÜôù èá ìåëåôÜôå ìéá áíôßäñáóç êÜèå öïñÜ. Ç öýóç ôùí áíôéäñþíôùí èá ðáñáìÝíåé óôáèåñÞ, åíþ èá åîåôÜæïíôáé ïé Üëëïé ðáñÜãïíôåò ðïõ åðçñåÜæïõí ôéò ôá÷ýôçôåò. Ï ðñþôïò áðü áõôïýò ôïõò ðáñÜãïíôåò ðïõ èá ìåëåôçèåß åßíáé ç óõãêÝíôñùóç. Óå ðïëëÝò áíôéäñÜóåéò, ç áýîçóç ôçò óõãêåíôñþóåùò åíüò áíôéäñþíôïò áõîÜíåé ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. ÁõôÞí áêñéâþò ôçí åðßäñáóç ôçí ðáñáôçñÞóáôå êáôÜ ôç ìåëÝôç ôçò áíôéäñÜóåùò ôïõ ÉÏ3–(õä) ìå ÇSO3–(õä). Óå ðïëëÝò üìùò ðåñéðôþóåéò äåí Ý÷ïìå êÜðïéá åðßäñáóç. Óôçí ðáñÜãñáöï áõôÞ èá ìÜèåôå ãéáôß ç ôá÷ýôçôá, áí êáé ü÷é ðÜíôá, áõîÜíåôáé êáèþò áõîÜíåôáé ç óõãêÝíôñùóç åíüò áðü ôá áíôéäñþíôá. Óôçí ðáñÜãñáöï 21.5 èá äåßôå ãéáôß

ìåñéêÝò áíôéäñÜóåéò ðñï÷ùñïýí ìå ôá÷ýôçôá áíåîÜñôçôç ôçò óõãêåíôñþóåùò åíüò Þ ðåñéóóïôÝñùí áíôéäñþíôùí. Ïé åñìçíåßåò ôùí äéáöïñþí óôç óõìðåñéöïñÜ áíôéäñÜóåùí âáóßæïíôáé óå Ýíá ðñüôõðï ôïõ ôñüðïõ ìå ôïí ïðïßï óõíôåëïýíôáé ïé áíôéäñÜóåéò óå ìïñéáêÞ êëßìáêá. ÊáôÜ ôç ìïñéáêÞ èåþñçóç ôçò ýëçò, ïé ÷çìéêïß ðéóôåýïõí üôé, ðñïêåéìÝíïõ íá áíôéäñÜóïõí äýï ìüñéá, ðñÝðåé íá ðëçóéÜóïõí ðÜñá ðïëý. Ãé' áõôü, èåùñïýí üôé ïé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò åîáñôþíôáé áðü ôïí áñéèìü ôùí óõãêñïýóåùí áíÜ ìïíÜäá ÷ñüíïõ áíÜìåóá óôá áíôéäñþíôá óùìáôßäéá. Ôá óùìáôßäéá áõôÜ ìðïñåß íá åßíáé Üôïìá, ìüñéá Þ éüíôá. Áõôü ôï ðñüôõðï óõìðåñéöïñÜò ôá÷ýôçôáò–áíôéäñÜóåùò ïíïìÜæåôáé èåùñßá ôùí óõãêñïýóåùí. Åîáóöáëßæåé ìéá åðéôõ÷çìÝíç âÜóç ãéá ôçí êáôáíüçóç ôçò åðéäñÜóåùò ôçò óõãêåíôñþóåùò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, üðùò ãíùñßæåôå ìéá áýîçóç ôïõ

563

Ó×ÇÌÁ 21-3. Ç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò óôï äåîéü äï÷åßï åßíáé ìåãáëýôåñç, åðåéäÞ ç ìåãáëýôåñç óõãêÝíôñùóç ôùí áíôéäñþíôùí ìÝóá óå áõôü óõíåðÜãåôáé ìåãáëýôåñï áñéèìü óõãêñïýóåùí áíÜìåóá óôá ìüñéÜ ôïõò.

áñéèìïý ôùí áõôïêéíÞôùí ðïõ êéíïýíôáé óå Ýíá ìåãÜëï äñüìï ïäçãåß óå áýîçóç ôçò óõ÷íüôçôáò ìéêñïóõãêñïýóåùí. Êáô’ áíáëïãßá êáé ç áýîçóç ôïõ áñéèìïý ôùí óùìáôéäßùí ìÝóá óå óôáèåñü üãêï ïäçãåß óå óõ÷íüôåñåò ìïñéáêÝò óõãêñïýóåéò. Óýìöùíá êáé ìå ôï ó÷Þìá 21-3, ç ìåãáëýôåñç óõ÷íüôçôá óõãêñïýóåùí ïäçãåß óå ìåãáëýôåñç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. Áò ðáñáôçñÞóïìå Ýíá ïìïéïãåíÝò óýóôçìá, äçëáäÞ Ýíá óýóôçìá, ìÝóá óôï ïðïßï üëá ôá óõóôáôéêÜ âñßóêïíôáé óôçí ßäéá öÜóç Þ êáôÜóôáóç. ~Åíá êáëü ðáñÜäåéãìá ôÝôïéïõ “óõóôÞìáôïò” áðïôåëåß Ýíá äéÜëõìá. Óýìöùíá ìå ôç èåùñßá ôùí óõãêñïýóåùí, ç áýîçóç ôçò óõãêåíôñþóåùò åíüò Þ ðåñéóóïôÝñùí áíôéäñþíôùí ïäçãåß óå áýîçóç ôçò ôá÷ýôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò. Ç ìåßùóç ôçò óõãêåíôñþóåùò óõíåðÜãåôáé ôï áíôßèåôï áðïôÝëåóìá. ÁõôÞí áêñéâþò ôç óõìðåñéöïñÜ ðáñáôçñïýìå óôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óôï HSO3–(õä) êáé óôï ÉÏ3–(õä), üôáí ìåôáâÜëëïíôáé ïé óõãêåíôñþóåéò. Óôá áÝñéá, ôá ïðïßá åðßóçò åßíáé ïìïéïãåíÞ óõóôÞìáôá*, ç óõãêÝíôñùóç êÜðïéïõ áðü ôá áíôéäñþíôá åßíáé äõíáôüí íá áõîçèåß, áí áõîçèåß ç ðïóüôçôá ôçò ïõóßáò áõôÞò. Ïé óõãêåíôñþóåéò üëùí ôùí áåñßùí åßíáé äõíáôüí íá áõîçèïýí ôáõôü÷ñïíá, áí ìåéùèåß ï üãêïò ôïí ïðïßï

êáôáëáìâÜíïõí. Ãé' áõôü, ç ìåßùóç ôïõ üãêïõ ðïõ ðñïêáëåßôáé áðü óõìðßåóç ôïõ áåñßïõ áõîÜíåé ôéò ôá÷ýôçôåò ôùí ðñáãìáôïðïéïõìÝíùí áíôéäñÜóåùí. Ç áýîçóç ôïõ üãêïõ ðïõ ïöåßëåôáé óå åêôüíùóç ôïõ áåñßïõ Ý÷åé ôï áíôßèåôï áðïôÝëåóìá ùò ðñïò ôéò óõãêåíôñþóåéò. Ïäçãåß óå ìéá ìåßùóç ôùí ôá÷õôÞôùí ôùí áíôéäñÜóåùí. Óå Ýíá åôåñïãåíÝò óýóôçìá áíôéäñÜóåùò, ôá óõóôáôéêÜ âñßóêïíôáé óå äýï Þ ðåñéóóüôåñåò äéáöïñåôéêÝò öÜóåéò**. Ç áíôßäñáóç ðïõ áêïëïõèåß åßíáé åôåñïãåíÞò:

Óå Ýíá óýóôçìá áõôïý ôïõ åßäïõò, ç ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò åîáñôÜôáé áðü ôçí åðéöÜíåéá åðáöÞò áíÜìåóá óôéò äýï öÜóåéò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, Ýíá êïììÜôé îýëïõ êáßãåôáé óôïí áÝñá ìå ó÷åôéêÜ ìéêñÞ ôá÷ýôçôá. Áí ÷ùñßæïíôÜò ôï óå ðáñáó÷ßäåò***. áõîÞóïìå ôçí åðéöÜíåéá ôïõ îýëïõ, ôüôå ç êáýóç ãßíåôáé ðïëý ðéï ãñÞãïñá. Áí ôï îýëï óôç óõíÝ÷åéá êïðåß óå ðïëý ìéêñÜ êïììÜôéá êáé ãßíåé ðñéïíßäé, ç êáýóç ìÝóá óå ñåýìá áÝñá ãßíåôáé ôüóï ãñÞãïñá, þóôå åìöáíßæåôáé óáí Ýêñçîç. ~Ïðïõ ôï Ýíá áðü ôá áíôéäñþíôá åßíáé áÝñéï, üðùò óôï ðáñáðÜíù ðáñÜäåéãìá, ç óõãêÝíôñùóç ôïõ áåñßïõ áðïôåëåß

* Ó.ô.Ì. ÃåíéêÜ ôá ìßãìáôá ìåôáîý áåñßùí èåùñïýíôáé ïìïéïãåíÞ ìßãìáôá. ** Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ äåí áíáìéãíýïíôáé. *** Ó.ô.Ì. ËåðôÜ îõëáñÜêéá.

564

Ó×ÇÌÁ 21-4. Ç ðáñáó÷ßäá êáßãåôáé ðïëý ðéï áñãÜ óôïí áÝñá (áñéóôåñÜ), ï ïðïßïò ðåñéÝ÷åé ìüíï åßêïóé ôïéò åêáôü ïîõãüíï, áðü üôé ìÝóá óå êáèáñü, åêáôü ôïéò åêáôü, ïîõãüíï (äåîéÜ).

åðßóçò ðáñÜãïíôá ðïõ åðçñåÜæåé ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. ~Åíá êïììÜôé îýëïõ êáßãåôáé ðïëý ðéï ãñÞãïñá ìÝóá óå êáèáñü ïîõãüíï áðü ü,ôé ìÝóá óå êáíïíéêü áÝñá*. Óôçí ôåëåõôáßá ðåñßðôùóç, ôï ïîõãüíï áðïôåëåß ìüíï ôï 20 ðåñßðïõ ôïéò åêáôü ôïõ ìßãìáôïò. Óôï ó÷Þìá 21-4 öáßíåôáé áõôÞ ç äéáöïñÜ óôéò ôá÷ýôçôåò êáýóåùò. Åýêïëá äéáðéóôþíåôå üôé ç èåùñßá ôùí óõãêñïýóåùí ðáñÝ÷åé ìéá êáëÞ åñìçíåßá ãéá ôç óõìðåñéöïñÜ ôçò ôá÷ýôçôáò áíôéäñÜóåùò. Åßíáé áðüëõôá äéêáéïëïãçìÝíï ôï ãåãïíüò üôé ç ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò èá ðñÝðåé íá åîáñôÜôáé áðü ôéò óõãêñïýóåéò áíÜìåóá óôá áíôéäñþíôá ìüñéá. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, åßíáé ôüóï åýëïãï, þóôå áíáñùôéÝôáé êáíåßò ãéáôß ïé óõãêåíôñþóåéò ïñéóìÝíùí áíôéäñþíôùí óå ìåñéêÝò áíôéäñÜóåéò äåí åðçñåÜæïõí ôçí ôá÷ýôçôá. Ç åñìçíåßá âñßóêåôáé óôéò ëåðôïìÝñåéåò ôùí óôáäßùí, äéÜ ìÝóïõ ôùí ïðïßùí ðñáãìáôïðïéåßôáé ç áíôßäñáóç.

21.5 Ìç÷áíéóìüò áíôéäñÜóåùò. ~Å÷åé ðñïôáèåß üôé, ãéá íá ðñáãìáôïðïéçèåß ìéá áíôßäñáóç, èá ðñÝðåé íá óõãêñïõóèïýí óùìáôßäéá. Ôá óùìáôßäéá áõôÜ ìðïñåß íá åßíáé Üôïìá, ìüñéá Þ éüíôá. Ùò áðïôåëÝóìáôá áõôþí ôùí *

óõãêñïýóåùí åßíáé äõíáôüí íá åìöáíéóèïýí ìåôáèÝóåéò áôüìùí, çëåêôñïíßùí êáé ÷çìéêþí äåóìþí ïé ïðïßåò ïäçãïýí óôçí ðáñáãùãÞ íÝùí ìïñéáêþí äéáôÜîåùí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò ðñïóÝîïìå ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óôï Fe 2+ êáé óôï MnO4–: 5Fe2+(õä) + MnO4–(õä) + 8Ç+(õä) Õ 5Fe3+(õä) + Mn2+(õä) + 4Ç2Ï

(7)

Ç åîßóùóç äåß÷íåé üôé Ýíá éüí MnO4 , ðÝíôå éüíôá Fe2+ êáé ïêôþ éüíôá Ç+ èá ðñÝðåé íá áíôéäñÜóïõí ìåôáîý ôïõò. Áí ç áíôßäñáóç áõôÞ åðñüêåéôï íá ðñáãìáôïðïéçèåß óå Ýíá óôÜäéï, áõôÜ ôá äåêáôÝóóåñá éüíôá èá Ýðñåðå íá óõãêñïõóèïýí ôáõôü÷ñïíá ìåôáîý ôïõò. Ç ðéèáíüôçôá ðñáãìáôïðïéÞóåùò åíüò ôÝôïéïõ ãåãïíüôïò åßíáé åîáéñåôéêÜ ìéêñÞ. Ôüóï ìéêñÞ, þóôå ìéá áíôßäñáóç ç ïðïßá èá åîáñôþíôáí áðü ìéá ôÝôïéá óýãêñïõóç èá ðñï÷ùñïýóå ìå ìéá áðßóôåõôá ìéêñÞ ôá÷ýôçôá. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ïé ÷çìéêïß èåùñïýí ôçí ôáõôü÷ñïíç óýãêñïõóç áêüìç êáé ôåóóÜñùí ìïñßùí ùò åîáéñåôéêÜ áðßèáíï ãåãïíüò, áí ôá ìüñéá áõôÜ âñßóêïíôáé óå ÷áìçëÝò óõãêåíôñþóåéò Þ óå áÝñéá öÜóç. Ãé' áõôü, ôï óõìðÝñáóìá åßíáé üôé ìéá ðïëýðëïêç ÷çìéêÞ áíôßäñáóç ç ïðïßá ðñï÷ùñåß ìå êÜðïéá ôá÷ýôçôá, ðïõ åßíáé äõíáôüí –

Ó.ô.Ì. Áí êáôåõèýíïìå áÝñá óôç öùôéÜ ìå Ýíá öõóåñü, ç êáýóç ãßíåôáé ðïëý ðéï Ýíôïíç, ãéáôß áõîÜíåôáé ç ðïóüôçôá ôïõ áÝñá, åðïìÝíùò êáé ôïõ ïîõãüíïõ.

565

íá ìåôñçèåß, ðéèáíüôáôá ðñáãìáôïðïéåßôáé êáôÜ óôÜäéá. Ç óåéñÜ áõôþí ôùí óôáäßùí ôçò áíôéäñÜóåùò ïíïìÜæåôáé ìç÷áíéóìüò ôçò áíôéäñÜóåùò. Áò ðáñáôçñÞóïìå ôçí áêüëïõèç áíôßäñáóç, ðïõ åßíáé ðñÜãìáôé ôá÷åßá áíôßäñáóç óå èåñìïêñáóßåò áðü 400°C ìÝ÷ñé 600°C: 4HBr(á) + Ï2(á) Õ 2Ç2Ï(á) + 2Br2(á)

(8)

Óýìöùíá ìå ôç èåùñßá ôùí óõãêñïýóåùí, áí áõîçèåß ç ìåñéêÞ ðßåóç êáé êáôÜ óõíÝðåéá ç óõãêÝíôñùóç Þ ôïõ HBr Þ ôïõ Ï2 èá ðñÝðåé íá åðéôá÷õíèåß ç áíôßäñáóç. ÐåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ðñÜãìáôé áõôü óõìâáßíåé. ÐïóïôéêÝò ìåôñÞóåéò ôçò ôá÷ýôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò (8) óå äéÜöïñåò ðéÝóåéò êáé ìå äéÜöïñá ìßãìáôá äåß÷íïõí üôé ôüóï ç óõãêÝíôñùóç ôïõ HBr üóï êáé ôïõ Ï2 åßíáé åî ßóïõ áðïôåëåóìáôéêÝò ùò ðñïò ôçí áëëáãÞ ôçò ôá÷ýôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò. Ôï áðïôÝëåóìá üìùò áõôü äçìéïõñãåß Ýíá åñþôçìá. ~Ïðùò ðáñáôçñåßôå, ç áíôßäñáóç (8) áðáéôåß ôÝóóåñá ìüñéá HBr ãéá êÜèå Ýíá ìüñéï Ï2. Ôüôå, ãéáôß ìéá áëëáãÞ óôçí ðßåóç ôïõ HBr Ý÷åé áêñéâþò ôï ßäéï áðïôÝëåóìá ìå ìéá ßóç áëëáãÞ óôçí ðßåóç ôïõ Ï2; Ç åîÞãçóç åßíáé äõíáôüí íá äïèåß, áí åîåôáóèïýí ïé ëåðôïìÝñåéåò ôçò äéáäéêáóßáò, ìÝóù ôçò ïðïßáò ðñáãìáôïðïéåßôáé ç áíôßäñáóç (8). Ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç öÝñíåé óå åðáöÞ ðÝíôå ìüñéá, ôÝóóåñá ôïõ HBr êáé Ýíá ôïõ Ï2. Ç ðéèáíüôçôá íá óõãêñïõóèïýí ôáõôü÷ñïíá ôá ðÝíôå áÝñéá ìüñéá åßíáé ðñáêôéêÜ ìçäåíéêÞ. Ãéá ôï ëüãï áõôü èá ðñÝðåé ç áíôßäñáóç íá ðñáãìáôïðïéåßôáé äéÜ ìéáò óåéñÜò áðëþí óôáäßùí. Ç áíôßäñáóç (8) Ý÷åé ìåëåôçèåß ëåðôïìåñþò óôï åñãáóôÞñéï. Ïé ÷çìéêïß ðéóôåýïõí üôé ëáìâÜíåé ÷þñá ç áêüëïõèç óåéñÜ áíôéäñÜóåùí: âñáäåßá HBr + O2 Õ HOOBr

(9)

ÇÏÏBr + HBr Õ 2HOBr

(10)

ÇÏÂr + ÇÂr Õ Ç2Ï + Âr2

(11)

ôá÷åßá ôá÷åßá Êáô' áñ÷Üò, ðñïóÝîôå üôé ç ðñüóèåóç ôùí áíôéäñÜóåùí (9), (10) êáé ôïõ äéðëÜóéïõ ôçò (11) äßíåé ôç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç (8). Áêüìç, ìðïñåßôå íá äéáðéóôþóåôå üôé ôï êÜèå óôÜäéï áõôÞò ôçò óõíèÝóåùò áðáéôåß íá Ýëèïõí óå åðáöÞ ìüíï äýï ìüñéá. ÔÝëïò, ç ìéêñÞ ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò

(9) åîçãåß ãéáôß ôï ÇÂr êáé ôï Ï2 Ý÷ïõí ôï ßäéï áðïôÝëåóìá óôçí ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò. Ç áíôßäñáóç (9) ëåéôïõñãåß ùò “óôñáããáëéóôéêÞ âáëâßäá”. ~Oóï ðéï ãñÞãïñá ó÷çìáôßæåôáé ôï HOOBr ìå áõôÞí ôç âñáäåßá áíôßäñáóç, ôüóï ðéï ãñÞãïñá êáôáíáëþíåôáé áðü ôçí ôá÷åßá áíôßäñáóç (10). ~Ïóï ãñÞãïñåò êáé áí åßíáé ïé áíôéäñÜóåéò (10) êáé (11), åßíáé äõíáôüí íá ïäçãÞóïõí óå ó÷çìáôéóìü ÇBr êáé Br2 ìå ôá÷ýôçôá ç ïðïßá üìùò êáèïñßæåôáé áðü ôç âñáäýôåñç áíôßäñáóç ôçò óåéñÜò. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ïé ðáñÜãïíôåò ðïõ ðñïóäéïñßæïõí ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò (9) ðñïóäéïñßæïõí êáé ôçí ôá÷ýôçôá ôçò óõíïëéêÞò äéáäéêáóßáò. Ç áëëçëïõ÷ßá ôùí áíôéäñÜóåùí (9), (10) êáé (11) áðïôåëåß ôï ìç÷áíéóìü áíôéäñÜóåùò ãéá ôç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç (8). Ç áíôßäñáóç (9), åðåéäÞ åßíáé ç âñáäýôåñç áíôßäñáóç ôïõ ìç÷áíéóìïý, áðïôåëåß ôï êáèïñéóôéêü óôÜäéï ôçò ôá÷ýôçôáò. Ç âñáäýôåñç áíôßäñáóç åíüò ìç÷áíéóìïý áíôéäñÜóåùò ïíïìÜæåôáé óôÜäéï êáèïñéóìïý ôçò ôá÷ýôçôáò. Äýï ÷áñáêôçñéóôéêÜ áõôïý ôïõ ðáñáäåßãìáôïò åßíáé ìÜëëïí êïéíÜ. Ðñþôïí, êáíÝíá áðü ôá óôÜäéá ôïõ ìç÷áíéóìïý ôçò áíôéäñÜóåùò äåí ðåñéëáìâÜíåé óýãêñïõóç ðåñéóóïôÝñùí ôùí äýï óùìáôéäßùí. Ïé ðåñéóóüôåñåò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ðñáãìáôïðïéïýíôáé äéÜ äéáäï÷éêþí óôáäßùí, êáèÝíá áðü ôá ïðïßá ðåñéëáìâÜíåé óýãêñïõóç ìüíï äýï óùìáôéäßùí. Äåýôåñïí, ç óõíïëéêÞ, áèñïéóôéêÞ áíôßäñáóç äåí öáíåñþíåé ôï ìç÷áíéóìü. ÃåíéêÜ, ï ìç÷áíéóìüò ìéáò áíôéäñÜóåùò äåí åßíáé äõíáôüí íá åîá÷èåß áðü ôç óõíïëéêÞ åîßóùóç áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò. Ôá äéÜöïñá óôÜäéá äéÜ ôùí ïðïßùí ôá Üôïìá ìåôáôïðßæïíôáé êáé åðáíáóõíäÝïíôáé ìðïñïýí íá ðñïóäéïñéóèïýí ðåéñáìáôéêÜ. Ãéá íá ðñïóäéïñéóèåß ï ìç÷áíéóìüò áíôéäñÜóåùò ðåéñáìáôéêÜ, èá ðñÝðåé íá êáôáíïÞóåôå âáèýôåñá ôï ðñüôõðï ôùí óõãêñïýóåùí. ÌÝ÷ñé åäþ ôï åöáñìüóáôå ìüíï ðïéïôéêÜ. Ìðïñåßôå üìùò íá ôï åöáñìüóåôå êáé ðïóïôéêÜ. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï åßíáé äõíáôüí íá ìÜèåôå ðüóï ìéá ìåôáâïëÞ ôçò óõãêåíôñþóåùò èá ìåôáâÜëåé ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. ÐñïóÝîôå ôçí áêüëïõèç áíôßäñáóç áíÜìåóá óå áÝñéï õäñïãüíï, Ç2, êáé áÝñéï éþäéï, É2: Ç2(á) + É2(á) Õ 2ÇÉ(á)

(12)

ÊÜèå öïñÜ ðïõ Ýíá ìüñéï ôïõ Ç2 óõãêñïýåôáé ìå Ýíá ìüñéï ôïõ É2, ðñáãìáôïðïéåßôáé áíôßäñáóç. Ãéá êÜðïéï óõãêåêñéìÝíï ìüñéï Ç2, ç óõ÷íüôçôá

566

H2

É2 (á)

H2 H2

É2

É2 (ã)

(â)

Ó×ÇÌÁ 21-5. Ïé óõãêñïýóåéò Ç2 ìå É2 ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé óå ïñéóìÝíç óõãêÝíôñùóç É2 (á), äéðëáóéÜæïíôáé áí äéðëáóéáóèåß ç óõãêÝíôñùóç ôïõ É2 (â), ôñéðëáóéÜæïíôáé áí ôñéðëáóéáóèåß ç óõãêÝíôñùóÞ ôïõ (ã), êáé ïýôù êáèåîÞò.

áõôþí ôùí óõãêñïýóåùí êáèïñßæåôáé áðü ôï ðüóá ìüñéá É2 õðÜñ÷ïõí. Ï äéðëáóéáóìüò ôïõ áñéèìïý ôùí ìïñßùí É2 áíÜ ìïíÜäá üãêïõ óõíåðÜãåôáé ôï äéðëáóéáóìü ôùí óõãêñïýóåùí. Ôñéðëáóéáóìüò ôïõ áñéèìïý ôùí ìïñßùí É2 áíÜ ìïíÜäá üãêïõ óçìáßíåé ôñéðëáóéáóìüò ôùí óõã êñïýóåùí (ó÷. 21-5). ÅðåéäÞ ç ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ éùäßïõ êáèïñßæåé ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ éùäßïõ, ç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò åßíáé áíÜëïãç ìå ôç ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ éùäßïõ. ðßåóç ç ôá÷ýôçôá åßíáé áíÜëïãç ìå ôç [ìåñéêÞ ôïõ éùäßïõ ]

(13)

Êáô' áíÜëïãï ôñüðï, Ýíá óõãêåêñéìÝíï ìüñéï éùäßïõ èá ðñÝðåé íá óõíáíôçèåß ìå Ýíá ìüñéï Ç2, ìå ôï ïðïßï íá áíôéäñÜóåé. Ç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò åßíáé åðßóçò áíÜëïãç ìå ôç ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ õäñïãüíïõ. ìåñéêÞ ðßåóç ç ôá÷ýôçôá åßíáé áíÜëïãç ìå ôç [ ôïõ õäñïãüíïõ ]

(14)

Ìå ôç âïÞèåéá ôùí åîéóþóåùí (13) êáé (14), ç ôá÷ýôçôá èá ðñÝðåé íá åßíáé áíÜëïãç ìå ôï ãéíüìåíï ôùí ìåñéêþí ðéÝóåùí ôïõ éùäßïõ êáé ôïõ õäñïãüíïõ (ó÷. 21-6) ç ôá÷ýôçôá åßíáé áíÜëïãç ìå ôç ðßåóç ìåñéêÞ ðßåóç [ôïõìåñéêÞ õäñïãüíïõ ] x ôç [ ôïõ éùäßïõ ]

(15)

Ìå óýìâïëá, åßíáé äõíáôüí íá ãñáöåß ùò åîÞò:

ôá÷ýôçôá= k [PH ] x [PI ] 2

2

(16)

Ï óõíôåëåóôÞò k ïíïìÜæåôáé óôáèåñÜ ôçò ôá÷ýôçôáò. Ðñüêåéôáé ãéá ìéá óôáèåñÜ áíáëïãßáò, áêñéâþò üðùò åßíáé êáé ôï G óôï Íüìï ôçò Âáñýôçôáò (âë. ðáñÜãñ. 2.2). Ç óôáèåñÜ ôçò ôá÷ýôçôáò Ý÷åé ïñéóìÝíç ôéìÞ ãé' áõôÞí ôçí áíôßäñáóç óå óõãêåêñéìÝíç èåñìïêñáóßá, áëëÜ ç ôéìÞ ôçò áõîÜíåôáé, üôáí áõîÜíåôáé ç èåñìïêñáóßá.

21.6 Åðßäñáóç ôçò èåñìïêñáóßáò óôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. Må ôï ðåßñáìá ôçò ðáñáãñÜöïõ 21.3 äéáðéóôþóáôå üôé ç èåñìïêñáóßá Ý÷åé óçìáíôéêÞ åðßäñáóç óôçí ôá÷ýôçôá ôçò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò. Áí áõîÞóïìå ôç èåñìïêñáóßá, åðéôá÷ýíåôáé ç áíôßäñáóç áíÜìåóá óôï ÉÏ3– (õä) êáé óôï HSO3– (õä). Ç åðßäñáóç áõôÞ åßíáé áðü ðïéïôéêÞò áðüøåùò ßäéá ìå áõôÞí ðïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé êáôÜ ôçí êáýóç åíüò êåñéïý óôïí áÝñá. Ìå ôï óðßñôï, áöïý áõôü áõîÞóåé ôç èåñìïêñáóßá ôïõ öõôéëéïý, áíÜâåé ôï êåñß. Ìüëéò îåêéíÞóåé ç áíôßäñáóç êáýóåùò, åêëýåôáé áñêåôÞ èåñìüôçôá, þóôå íá äéáôçñåßôáé ç èåñìïêñáóßá õøçëÞ, åíþ ðáñÜëëçëá áõôÞ óõíå÷ßæåôáé ìå óçìáíôéêÞ ôá÷ýôçôá. Åßíáé óáöÝò äçëáäÞ üôé, áí áõîçèåß ç èåñìïêñáóßá, åðéôá÷ýíåôáé ç

567

H2

É2 (á)

H2 H2

É2

É2 (â)

(ã)

Ó×ÇÌÁ 21-6. Áí ïé óõãêåíôñþóåéò ôïõ Ç2 êáé ôïõ É2 äéðëáóéáèïýí áðü êÜðïéåò áñ÷éêÝò ôéìÝò (á), ï áñéèìüò óõãêñïýóåùí èá áõîçèåß êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ ßóï ìå ôÝóóåñá (â). Áí êáé ïé äýï áñ÷éêÝò óõãêåíôñþóåéò ôñéðëáóéáóèïýí, ï áñéèìüò ôùí óõãêñïýóåùí èá áõîçèåß êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ ßóï ìå 9 (ã).

áíôßäñáóç. Ìå ôïí ßäéï ôñüðï åñìçíåýåôáé êáé ç Ýêñçîç ðïõ äçìéïõñãåßôáé, üôáí Ýíá áíáììÝíï ôóéãÜñï âñåèåß ìÝóá óå äùìÜôéï ãåìÜôï áðü ìßãìá öùôáåñßïõ êáé áôìïóöáéñéêïý áÝñá. Ç èåñìïêñáóßá ôïõ áåñßïõ ãýñù áðü ôï ðõñáêôùìÝíï Üêñï ôïõ ôóéãÜñïõ áõîÜíåôáé, åðéôá÷ýíïíôáò ôçí áíôßäñáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá åêëýåôáé èåñìüôçôá. Ç èåñìüôçôá ðïõ åêëýåôáé èåñìáßíåé ôç ãýñù ðåñéï÷Þ áêüìç ðåñéóóüôåñï êáé ç áíôßäñáóç êáô' áõôüí ôïí ôñüðï óõíå÷ßæåôáé áêüìç ôá÷ýôåñá. Ç åðéôÜ÷õíóç áõôÞ óõíå÷ßæåôáé êáé, ôåëéêÜ, ìÝóá óå Ýíá ðåñßðïõ ÷éëéïóôü ôïõ äåõôåñïëÝðôïõ áðïêôÜ åêñçêôéêÞ ôá÷ýôçôá. Ç åêñçêôéêÞ áõôÞ áíôßäñáóç åßíáé ç ôá÷ýôåñç åðéôñåðüìåíç ìå âÜóç ôéò éäéüôçôåò óõãêñïýóåùí ôùí áåñßùí. Åßíáé öáíåñü üôé ç áíôßäñáóç îåêßíçóå êáé åðéôá÷ýíèçêå ìå ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò. Ìå ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò åðéôá÷ýíïíôáé êáôÜ êáíüíá üëåò ïé áíôéäñÜóåéò. Åßíáé ëïãéêü íá áíáññùôçèåß êÜðïéïò: “Ãéáôß ìå ôçí Üíïäï ôçò èåñìïêñáóßáò åðéôá÷ýíåôáé ç áíôßäñáóç;” ÐñïêåéìÝíïõ íá äïèåß áðÜíôçóç óå áõôÞí ôçí åñþôçóç, èá ðñÝðåé ãéá Üëëç ìéá öïñÜ íá åðéóôñÝøïìå óôç èåùñßá ôùí óõãêñïýóåùí. Áíáöåñüìáóôå ðÜëé óôï ìßãìá ôïõ ïéêéáêïý áåñßïõ, ôï ïðïßï, óå êáíïíéêÝò óõíèÞêåò áðïôåëåßôáé êõñßùò áðü CH4 êáé áÝñá. Ïé ÷çìéêïß õðïëüãéóáí üôé óôï ìßãìá áõôü êÜðïéï

óõãêåêñéìÝíï ìüñéï CH4 óõãêñïýåôáé ìå Ýíá ìüñéï Ï2 ðåñßðïõ ìßá öïñÜ êÜèå Ýíá ÷éëéïóôü ôïõ ìéêñïäåõôåñïëÝðôïõ (10–9 ôïõ äåõôåñïëÝðôïõ). Áõôü óçìáßíåé üôé êÜèå äåõôåñüëåðôï áõôü ôï ìüñéï ôïõ CH4 óõíáíôÜ 109 ìüñéá Ï2. ~Ïìùò, ç áíôßäñáóç äåí ðñï÷ùñåß ìå óçìáíôéêÞ ôá÷ýôçôá. Åßíáé ðéèáíüí íá óõìðåñÜíåôå Þ üôé ïé ðåñéóóüôåñåò óõãêñïýóåéò åßíáé áíáðïôåëåóìáôéêÝò Þ üôé ç èåùñßá ôùí óõãêñïýóåùí äåí äßíåé ïñèÞ åñìçíåßá. ~Ïðùò èá äåßôå, éó÷ýåé ôï ðñþôï áðü áõôÜ. Ç èåùñßá ôùí óõãêñïýóåùí åîçãåß ãéáôß ïé ðåñéóóüôåñåò óõãêñïýóåéò åßíáé áíáðïôåëåóìáôéêÝò. Ïé ÷çìéêïß Ý÷ïõí óõìðåñÜíåé üôé ïé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ðñáãìáôïðïéïýíôáé ü÷é ìüíï üôáí õðÜñ÷ïõí óõãêñïýóåéò, áëëÜ êáé üôáí êáôÜ ôéò óõãêñïýóåéò åêëýïíôáé ìåãáëýôåñåò ðïóüôçôåò åíÝñãåéáò áðü ïñéóìÝíç ôéìÞ. ÊÜôé ôÝôïéï ãßíåôáé åõêïëüôåñá êáôáíïçôü, áí åðéóôñÝøïìå óôï ðáñÜäåéãìá ôùí áõôïêéíÞôùí ðïõ óõãêñïýïíôáé åëáöñÜ ìåôáîý ôïõò óå Ýíáí áõôïêéíçôüäñïìï. Óå ìéá äéáäñïìÞ ìå ðïëý ìåãÜëç êßíçóç ôõ÷áßíåé óõ÷íÜ íá óõãêñïõóèåß êÜðïéïò åßôå ìå ôï ðñïðïñåõüìåíï áõôïêßíçôï Þ ìå áõôü ðïõ áêïëïõèåß. ÓõíÞèùò äåí ðáèáßíåé æçìéÜ ôï áõôïêßíçôï, ìüíï ïé ïäçãïß ìðïñïýí íá ÷Üóïõí ãéá ëßãï ôçí øõ÷ñáéìßá ôïõò. ÊÜðïéá öïñÜ üìùò, ãßíïíôáé óõãêñïýóåéò áõôïêéíÞôùí ìå ìåãÜëç ôá÷ýôçôá. Áí ô’ áõôïêßíçôá ðïõ óõãêñïýïíôáé Ý÷ïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá, åßíáé ðéèáíüí íá

568

áðïêïëëçèåß ï ðñïöõëáêôÞñáò Þ íá ðáñáìïñöùèåß êÜðïéï ôìÞìá ôïõ áìáîþìáôïò. Êáô’ áíÜëïãï ôñüðï êáé ïé óõãêñïýóåéò õøçëÞò åíÝñãåéáò ìåôáîý ìïñßùí ðñïêáëïýí “ìïñéáêÞ âëÜâç” (ìïñéáêÞ ìåôáâïëÞ). Ïé õøçëÞò åíÝñãåéáò ìïñéáêÝò óõãêñïýóåéò ðïõ ðñïêáëïýí ìïñéáêÞ âëÜâç ïíïìÜæïíôáé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. ~Ïðùò áêñéâþò áðáéôåßôáé ìéá åëÜ÷éóôç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò, ãéá íá áðïêïëëçèåß ï ðñïöõëáêôÞñáò,

Ýôóé ÷ñåéÜæåôáé êáé ìéá åëÜ÷éóôç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò, ãéá íá ðñïêëçèåß ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç. Èá ìðïñïýóáôå íá èåùñÞóåôå áõôÞí ôçí åëÜ÷éóôç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò ùò “êáôþöëé åíÝñãåéáò”. Áí ç åíÝñãåéá åßíáé ìåãáëýôåñç áðü áõôü ôï êáôþöëé, ôüôå ç áíôßäñáóç ðñáãìáôïðïéåßôáé, åíþ áí åßíáé ìéêñüôåñç, ü÷é. Áõôü ôï èÝìá èá áíáðôõ÷èåß åêôåíÝóôåñá óôéò åðüìåíåò ðáñáãñÜöïõò áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ.

Ðåñßëçøç. Ùò ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò ïñßæåôáé ç ðïóüôçôá åíüò Þ ìåñéêþí áíôéäñþíôùí ðïõ áíôéäñïýí Þ êÜðïéùí ðñïúüíôùí ðïõ ðáñÜãïíôáé óôç ìïíÜäá ôïõ ÷ñüíïõ. Ç ôá÷ýôçôá åîáñôÜôáé áðü ðïëëïýò ðáñÜãïíôåò, Ýíáò áðü ôïõò ïðïßïõò åßíáé ç öýóç ôùí áíôéäñþíôùí. ÄéáöïñåôéêÝò áíôéäñÜóåéò ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìå äéáöïñåôéêÞ ôá÷ýôçôá ç êáèåìéÜ, Ýóôù êáé êÜôù áðü ðáñüìïéåò óõíèÞêåò. ÓõíÞèùò ïé áíôéäñÜóåéò êáôÜ ôéò ïðïßåò äåí ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìåôáèÝóåéò äåóìþí åßíáé ôá÷ýôåñåò, óå êáíïíéêÞ èåñìïêñáóßá, áðü åêåßíåò êáôÜ ôéò ïðïßåò ðñáãìáôïðïéïýíôáé. Ïé ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí óõíÞèùò áõîÜíïõí, üôáí áõîÜíïõí ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí áíôéäñþíôùí êáé ç èåñìïêñáóßá. Áõôü äéêáéïëïãåßôáé ìå âÜóç ôç èåùñßá ôùí óõãêñïýóåùí. ÃåíéêÜ, ïé áíôéäñÜóåéò ðñáãìáôïðïéïýíôáé êáôÜ äéáäï÷éêÜ óôÜäéá. Óå êÜèå óôÜäéï èá ðñÝðåé íá óõãêñïõóèïýí äýï ìüíï åßäç ìïñßùí. Ç óåéñÜ áõôÞ ôùí óôáäßùí ðïõ áðïôåëïýí ôç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç áðïêáëåßôáé ìç÷áíéóìüò ôçò áíôéäñÜóåùò. Ôï âñáäýôåñï óôÜäéï ôçò óåéñÜò ðñïóäéïñßæåé ôç ìÝãéóôç äõíáôÞ ôá÷ýôçôá ïëüêëçñçò ôçò áíôéäñÜóåùò. Ôï óôÜäéï áõôü ïíïìÜæåôáé óôÜäéï êáèïñéóìïý ôçò ôá÷ýôçôáò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. ÌÞðùò êÜðïéá áðü ôéò ôñåéò áíôéäñÜóåéò ðïõ áêïëïõèïýí íïìßæåôå üôé åßíáé åîáéñåôéêÜ ôá÷åßá óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ; ÌÞðùò êÜðïéá áðü áõôÝò åßíáé åîáéñåôéêÜ âñáäåßá óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ; Íá äéêáéïëïãÞóåôå ôéò áðáíôÞóåéò óáò. (á) Cr2+(õä) + Fe3+(õä) ÕCr3+(õä) + Fe2+(õä) (â) 3Fe2+(õä) + ÍÏ3–(õä) + 4Ç+(õä) Õ 3Fe3+(õä) + ÍÏ(á) + 2Ç2Ï (ã) C8H18(õã) + 12 1/2 Ï2(á)Õ 8CO2(á) + 9Ç2Ï(á)

2. Öáíôáóèåßôå ðÝíôå áíèñþðïõò íá óõíåñãÜæïíôáé ãéá ôï ðëýóéìï ìéáò óôïßâáò ðïëý ëåñùìÝíùí ðéÜôùí. Ïé ðñþôïé äýï êáèáñßæïõí ôï ôñáðÝæé êáé ðáñáäßíïõí ôá ðéÜôá óôïí ôñßôï, ï ïðïßïò ôá ðëÝíåé êáé ôá äßíåé óôïõò åðüìåíïõò. Ïé äýï ôåëåõôáßïé ôá óôåãíþíïõí êáé ôá óôïéâÜæïõí. Ðïéï íïìßæåôå üôé èá åßíáé ôï óôÜäéï êáèïñéóìïý ôçò ôá÷ýôçôáò; Ìå âÜóç ôçí áðÜíôçóÞ óáò íá åîåôÜóåôå ðþò èá åðçñåáóèåß ç ôá÷ýôçôá ôçò óõíïëéêÞò äéáäéêáóßáò, áí óôçí ïìÜäá ðñïóôåèåß êáé Ýíá Ýêôï Üôïìï (á) ãéá íá êáèáñßæåé ôï ôñáðÝæé, (â) ãéá íá ðëÝíåé êáé áõôü ôá ðéÜôá, (ã) ãéá íá óêïõðßæåé ôá ðéÜôá.

Ç åíÝñãåéá åðçñåÜæåé óçìáíôéêÜ ôéò ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí 21.7 ÊáôáíïìÞ ôùí êéíçôéêþí åíåñãåéþí. Áðü ôç óõæÞôçóç ó÷åôéêÜ ìå ôï “êáôþöëé åíÝñãåéáò” ðñïêýðôåé ç åîÞò åñþôçóç: “Ðïéá åíÝñãåéá Ý÷ïõí ôá ìüñéá óå ïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá”; Ç áðÜíôçóç äßíåôáé ìå Ýíá ðåßñáìá.

Ôï ó÷Þìá 21-7 äåß÷íåé ìéá äéÜôáîç ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò êáôáíïìÞò ôùí áôïìéêþí Þ ìïñéáêþí ôá÷õôÞôùí. Áðïôåëåßôáé áðü äýï äßóêïõò, Ä1 êáé Ä2, ìÝóá óå Ýíáí êåíü èÜëáìï. Ïé äßóêïé ðåñéóôñÝöïíôáé ìå ìåãÜëç ôá÷ýôçôá ãýñù áðü Ýíáí êïéíü Üîïíá. ÌÝóá óôï èÜëáìï õðÜñ÷åé åðßóçò Ýíáò ìéêñüò öïýñíïò, ðïõ ðåñéÝ÷åé

569

Ó×ÇÌÁ 21-7. ÄéÜôáîç, ç ïðïßá ðåñéëáìâÜíåé äýï ðåñéóôñåöüìåíïõò äßóêïõò. Ìå áõôÞí ìåôñåßôáé ç êáôáíïìÞ ôùí ôá÷õôÞôùí ôùí åîáåñùèÝíôùí áôüìùí êáóóßôåñïõ.

ôçãìÝíï êáóóßôåñï êáé ï ïðïßïò äéáôçñåßôáé óå ïñéóìÝíç åëåã÷üìåíç èåñìïêñáóßá. Ïé áôìïß ôïõ êáóóßôåñïõ* êõêëïöïñïýí Ýîù áðü ôï ìéêñü Üíïéãìá ôïõ öïýñíïõ êáé óõãêñïýïíôáé ìå ôïí ðåñéóôñåöüìåíï äßóêï Ä1. ~Ïôáí áõôüò ï äßóêïò ðåñéóôñáöåß êáé ëÜâåé ôç èÝóç ðïõ äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 21-7â, ìéá ìéêñÞ ðïóüôçôá ôïõ áåñßïõ äéÝñ÷åôáé ìÝóá áðü ôï Üíïéãìá ôïõ äßóêïõ Ä1. Ëßãï áñãüôåñá (ó÷. 21-7ã) ôá Üôïìá ôïõ êáóóßôåñïõ Ý÷ïõí äéáíýóåé Ýíá ìÝñïò ôçò *

äéáäñïìÞò ðñïò ôï äåýôåñï äßóêï. Ôá Üôïìá ðïõ êéíïýíôáé ôá÷ýôåñá Ý÷ïõí ðñï÷ùñÞóåé ðåñéóóüôåñï áðü ôá Üëëá Üôïìá êáé ðñïçãïýíôáé. Ôá Üôïìá ðïõ êéíïýíôáé âñáäýôåñá Ý÷ïõí áñ÷ßóåé íá êáèõóôåñïýí. Óôç óõíÝ÷åéá (ó÷. 21-7ä), ôá Üôïìá Ý÷ïõí äéáóêïñðéóèåß ðåñéóóüôåñï óôï ÷þñï. Ôá ôá÷ýôåñá Üôïìá Ý÷ïõí êéüëáò öèÜóåé óôï äåýôåñï ðåñéóôñåöüìåíï äßóêï. Êáèþò ôá Üôïìá öèÜíïõí ôï äßóêï Ä2, óõãêåíôñþíïíôáé óå èÝóåéò ðïõ êáèïñßæïíôáé áðü

Ó.ô.Ì. Êáé ôá ìÝôáëëá, áöïý ôáêïýí õðü õøçëü êåíü, ìåôáó÷çìáôßæïíôáé óå áÝñéá.

11 10

12 1

2 3

9

4 8

7 6

5

Äßóêïò Ä2 ìåôÜ áðü ðïëëÝò ðåñéóôñïöÝò (á)

MÜæá êáóóßôåñïõ

570

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Áñéèìüò êïììáôéþí ôïõ äßóêïõ Áõîáíüìåíç ôá÷ýôçôá áôüìùí êáóóßôåñïõ (â)

Ó×ÇÌÁ 21-8. Óôï ó÷Þìá (á) öáßíåôáé ç êáôáíïìÞ ôùí áôüìùí ôïõ êáóóßôåñïõ ìåôÜ áðü ðïëëÝò ðåñéóôñïöÝò ôïõ äßóêïõ Ä2 (âë. ôç äéÜôáîç ôïõ ó÷Þìáôïò 21-7). Ôï äéÜãñáììá ðïõ äåß÷íåé ôçí êáôáíïìÞ ôïõ êáóóßôåñïõ ìå âÜóç ôç ìÜæá (â), ìáò äßíåé ôçí êáôáíïìÞ ôùí áôïìéêþí ôá÷õôÞôùí.

þóôå íá ðáñÜãåôáé Ýíá ñåýìá áôüìùí êáóóßôåñïõ, ôï ïðïßï íá ìðïñåß íá ìåôñçèåß êáôÜ ôï ðåßñáìá. ¼ìùò, Ýôóé, ðáñáìÝíåé ìéá óçìáíôéêÞ ðåñéï÷Þ èåñìïêñáóéþí, óôéò ïðïßåò èá ìðïñïýóå íá äéåîá÷èåß åðßóçò ôï ðåßñáìá. Áò õðïôåèåß üôé ôï ðåßñáìá äéåîÜãåôáé óå äýï äéáöïñåôéêÝò èåñìïêñáóßåò, óå ìéá ÷áìçëÞ Ô1 êáé óå ìéá õøçëüôåñç Ô2. Ùò ðñïò ôé íïìßæåôå üôé èá äéáöÝñåé ç êáôáíïìÞ ôùí áôüìùí ôïõ êáóóßôåñïõ ðÜíù óôï äßóêï Ä2; Óôo ó÷Þìá 21-9 öáßíåôáé áõôÞ ç äéáöïñÜ. Óôç èåñìïêñáóßá Ô1 ëßãá Üôïìá äéáèÝôïõí ðïëý ÷áìçëÞ êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, åíþ ëßãá Ý÷ïõí ðïëý õøçëÞ êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Ôá ðåñéóóüôåñá áðü áõôÜ äéáèÝôïõí åíäéÜìåóç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, üðùò äåß÷íåé êáé ç óõíå÷Þò êáìðýëç. Óôçí Áñéèìüò óùìáôéäßùí ìå ïñéóìÝíç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá

ôï ÷ñüíï ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ôï êÜèå Üôïìï, ãéá íá ìåôáâåß áðü ôïí Ä1 óôïí Ä2, êáé áðü ôçí ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá ðåñéóôñÝöåôáé ï Ä2. Êáèþò ï äßóêïò ìå ôï Üíïéãìá Ä1 åðéôñÝðåé ôç äéÝëåõóç êáôÜ ñéðÜò, áôüìùí êáóóßôåñïõ äçìéïõñãåßôáé ìéá óôïéâÜäá êáóóßôåñïõ ðÜíù óôçí åðéöÜíåéá ôïõ äßóêïõ Ä2. Ôï ó÷Þìá áõôÞò ôçò óôïéâÜäáò ðñïóäéïñßæåôáé áðü ôçí êáôáíïìÞ ôùí ôá÷õôÞôùí ôùí áôüìùí ðïõ åêêéíïýí áðü ôï öïýñíï, ï ïðïßïò âñßóêåôáé óå èåñìïêñáóßá Ô. Ôï ó÷Þìá 21-8á äåß÷íåé ôï äßóêï Ä2 ÷ùñéóìÝíï óå ðåñéï÷Ýò, óáí íá åßíáé êïììÜôéá ðßôáò. Ôá Üôïìá ðïõ êéíïýíôáé ôá÷ýôåñá óõãêåíôñþíïíôáé óôá êïììÜôéá 10 êáé 11. Áí âñåèåß ç ìÜæá ôïõ êÜèå êïììáôéïý, åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñéóèåß ç ðïóüôçôá ôïõ êáóóßôåñïõ. Ôï ó÷Þìá 21-8â äåß÷íåé ôç ìÜæá ôïõ êáóóßôåñïõ óå óõíÜñôçóç ìå ôïí áñéèìü ôïõ êïììáôéïý. Óå áõôÞí ôç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç áðåéêïíßæåôáé ç êáôáíïìÞ ôùí áôïìéêþí ôá÷õôÞôùí. Åßíáé óáöÝò üôé áõôÞ ç êáìðýëç äßíåé ðëçñïöïñßåò ãéá ôçí êáôáíïìÞ ôùí êéíçôéêþí åíåñãåéþí. Áðü ôçí ôá÷ýôçôá ðåñéóôñïöÞò êáé ôçí áðüóôáóç áíÜìåóá óôïõò äßóêïõò õðïëïãßæåôáé ç ôá÷ýôçôá ôçí ïðïßá ïðùóäÞðïôå ðñÝðåé íá Ý÷åé Ýíá Üôïìï, þóôå íá åðéêáèÞóåé óå ïñéóìÝíï êïììÜôé. Óôç óõíÝ÷åéá, õðïëïãßæåôáé ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá åíüò áôüìïõ áðü ôçí áôïìéêÞ ôïõ ìÜæá êáé ôçí ôá÷ýôçôÜ ôïõ. Èá ðñÝðåé íá åîåôáóèåß Ýíá áêüìç ðïëý åíäéáöÝñïí óçìåßï. Óýìöùíá ìå ôï ó÷Þìá 21-7, ï öïýñíïò áðü ôïí ïðïßï åêêéíïýí ïé áôìïß ôïõ êáóóßôåñïõ äéáôçñåßôáé õðü “åëåã÷üìåíç èåñìïêñáóßá”. Åßíáé ðñïöáíÝò üôé áõôÞ ç èåñìïêñáóßá èá ðñÝðåé íá åßíáé áñêåôÜ õøçëÞ,

Ô2 ìåãáëýôåñï áðü Ô1

T1

Å

T2

ÊéíçôéêÞ åíÝñãåéá

Ó×ÇÌÁ 21-9. Ç áýîçóç óôçí èåñìïêñáóßá áðü ôçí ôéìÞ Ô1 óôçí Ô2 ðñïêáëåß ìåôáôüðéóç óôéò êáôáíïìÝò ôùí êéíçôéêþí åíåñãåéþí áðü ìéá ÷áìçëüôåñç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá (óõíå÷Þò ãñáììÞ) ðñïò ìéá õøçëüôåñç åíÝñãåéá (äéáêåêïììÝíç ãñáììÞ).

571

õøçëüôåñç èåñìïêñáóßá Ô2, ç åíåñãåéáêÞ êáôáíïìÞ áðåéêïíßæåôáé ìå ôç äéáêåêïììÝíç êáìðýëç. ~Ïðùò åßíáé åìöáíÝò, ç áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò äçìéïõñãåß ìéá ãåíéêÞ ìåôáôüðéóç ôçò êáôáíïìÞò ðñïò ôï ìÝñïò ôùí õøçëïôÝñùí êéíçôéêþí åíåñãåéþí. Ãéá êÜèå ÷áñáêôçñéóôéêÞ ôéìÞ ôçò êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò, õðÜñ÷ïõí êáé Üëëá ìüñéá, ôá ïðïßá âñßóêïíôáé óå èåñìïêñáóßá Ô2, õøçëüôåñç áðü ôçí Ô1, ìå åíÝñãåéåò ßóåò Þ ìåãáëýôåñåò áðü áõôÞ ôçí ôéìÞ. Ïé êáìðýëåò áõôÝò åßíáé äõíáôüí íá ëçöèïýí õðüøç êáé óôï ðñüâëçìá ôçò ôá÷ýôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò. Áò õðïôåèåß üôé ìéá áíôßäñáóç ìðïñåß íá ðñáãìáôïðïéçèåß ìüíï, áí äýï ìüñéá ìå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ìåãáëýôåñç áðü êÜðïéï êáôþöëé åíÝñãåéáò Å óõãêñïõóèïýí, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 21-9. Óôç èåñìïêñáóßá Ô1, ç óêéáóìÝíç ðåñéï÷Þ åßíáé áíÜëïãç ìå ôïí áñéèìü ôùí ìïñßùí ðïõ Ý÷ïõí áõôÞí ôçí åðß ðëÝïí åíÝñãåéá. ÅðåéäÞ åßíáé ëßãá ôá ìüñéá ôá ïðïßá äéáèÝôïõí åíÝñãåéá ßóç Þ ìåãáëýôåñç áðü ôçí Å, åßíáé ëßãåò êáé ïé áðïôåëåóìáôéêÝò óõãêñïýóåéò, åðïìåíþò ç áíôßäñáóç åßíáé âñáäåßá. ~Ïôáí áõîÜíåôáé ç èåñìïêñáóßá óôçí ôéìÞ Ô2, ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ðïõ äéáèÝôïõí åíÝñãåéá ßóç ìå Å Þ ìåãáëýôåñç áõîÜíåôáé åðßóçò. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç, ôï óýíïëï ôùí åëáöñÜ Þ êáé âáèýôåñá óêéáóìÝíùí ðåñéï÷þí åßíáé áíÜëïãï ìå ôïí áñéèìü ôùí ìïñßùí ìå åíÝñãåéá ßóç Þ ìåãáëýôåñç áðü ôçí Å. Áñêåß ìéá ìéêñÞ ìåôáâïëÞ óôç

èåñìïêñáóßá, ãéá íá ìåôáâëçèåß êáôÜ ðïëý ç ðåñéï÷Þ óôá äåîéÜ ôçò åíÝñãåéáò Å. ÊáôÜ óõíÝðåéá, êáé ç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò åðçñåÜæåôáé óçìáíôéêÜ áðü ôçí áëëáãÞ ôçò èåñìïêñáóßáò. Ç áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò èá Þôáí äõíáôüí íá áõîÞóåé ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò, áõîÜíïíôáò êáé ôç óõ÷íüôçôá ôùí óõãêñïýóåùí. ÐñÜãìáôé, êÜôé ôÝôïéï óõìâáßíåé, áëëÜ åßíáé ðÜñá ðïëý ìéêñÞ ç óõìâïëÞ ôïõ óå ó÷Ýóç ìå ôçí åðßäñáóç ðïõ Ý÷åé ç áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò óôïí áñéèìü ôùí ìïñßùí ðïõ äéáèÝôïõí åíÝñãåéá áñêåôÞ ãéá íá ðñïêáëÝóïõí áíôßäñáóç.

21.8 ÅíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò. Óôçí ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï, ìÜèáôå üôé ìå ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò áõîÜíåôáé ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí, ôá ïðïßá Ý÷ïõí åíÝñãåéá ìåãáëýôåñç áðü ôï êáôþöëé åíÝñãåéáò Å. Èá åîåôáóèåß ôþñá ç Ýííïéá áõôïý ðïõ ïíïìÜæïìå êáôþöëé åíÝñãåéáò. Áò õðïôåèåß üôé åßóèå Ýíáò ÷éïíïäñüìïò áíùìÜëïõ äñüìïõ. Ç ÷éïíïäñïìßá óå áíþìáëï äñüìï åßíáé Ýíá Üèëçìá, ðïõ áðáéôåß ôüóï ôá÷ýôçôá üóï êáé áíôï÷Þ. Óýìöùíá ìå áõôü ôï áãþíéóìá, äéáó÷ßæåôå öõóéêÝò åêôÜóåéò, áíåâáßíïíôáò ìåñéêïýò ëüöïõò êáé êáôåâáßíïíôáò áðü Üëëïõò. Ôï ó÷Þìá 21-10 äåß÷íåé ìéá ðéèáíÞ äéáäñïìÞ áíùìÜëïõ äñüìïõ åíüò ÷éïíïäñüìïõ.

Ïñåéâáôéêü êáôáöýãéï Á

ÄéáäñïìÞ ïëõìðéáêþí ðñïäéáãñáöþí

Â

Ó×ÇÌÁ 21-10. ÄéáäñïìÞ ïëõìðéáêþí ðñïäéáãñáöþí. Ãéá ôç ìåôÜâáóç áðü ôçí áöåôçñßá Á óôï ôÝñìá  áðáéôåßôáé áñêåôÞ åíÝñãåéá, þóôå ï ÷éïíïäñüìïò íá áíÝâåé Ýíá ìåãÜëï ýøùìá ðïõ õðÜñ÷åé óôç äéáäñïìÞ.

Õøüìåôñï, ìÝôñá

572

ÔÝñìá

Áöåôçñßá

0

5

10 ÓõíôåôáãìÝíåò äéáäñïìÞò, ÷éëéüìåôñá

15

20

Ó×ÇÌÁ 21-11. ÄéÜãñáììá ôçò äéáäñïìÞò ïëõìðéáêþí ðñïäéáãñáöþí ôïõ ó÷Þìáôïò 21-10, áðü ôçí áöåôçñßá óôï ôÝñìá.

Öáíôáóèåßôå ôþñá üôé óôïí áãùíéóôéêü ÷þñï ôïõ ó÷Þìáôïò 21-10 äéåîÜãåôáé Ýíáò áãþíáò áíùìÜëïõ äñüìïõ. Áíôéêåéìåíéêüò óêïðüò åßíáé íá öèÜóïõí ïé áèëçôÝò áðü ôçí áöåôçñßá Á óôç ãñáììÞ ôåñìáôéóìïý Â, óôï óõíôïìüôåñï ÷ñüíï. ÊáôÜ ôç äéáäñïìÞ ðñÝðåé íá äéáó÷ßóïõí áñêåôÜ õøþìáôá, áðü ôá ïðïßá ôï Ýíá åßíáé áéóèçôÜ õøçëüôåñï ôùí Üëëùí. Åßíáé óáöÝò üôé ôï êñßóéìï óçìåßï ôïõ áãþíá åßíáé ç Üíïäïò óå áõôü ôï ýøùìá. Ðñïöáíþò, áí äåí äéáèÝôïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá, ãéá íá áíÝâïõí óå áõôü, äåí ðñüêåéôáé íá ôåñìáôßóïõí. Áðü ôïõò 100 ÷éïíïäñüìïõò ðïõ îåêßíçóáí ôïí áãþíá, ßóùò ìüíï 60 Ý÷ïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá, ãéá íá áíÝâïõí óôï ìåãÜëï ýøùìá. Ìüëéò ôï ðåôý÷ïõí, èá äéáèÝôïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá, þóôå íá äéáó÷ßóïõí êáé ôá Üëëá ìå ôç ìéêñüôåñç áíçöïñéêÞ êëßóç êáé íá öèÜóïõí óôï ôÝñìá. Óôï ó÷Þìá 21-11 åéêïíßæåôáé Ýíá äéÜãñáììá ôçò äéáäñïìÞò üðïõ åßíáé åìöáíÞò ç óçìáóßá ôïõ ìåãáëýôåñïõ õøþìáôïò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, áõôü ðïõ êáèïñßæåé áí èá öèÜóïõí óôï ôÝñìá ïé ÷éïíïäñüìïé åßíáé ôï áí äéáèÝôïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá, ãéá íá “íéêÞóïõí” ôï ìåãáëýôåñï ýøùìá. Ðéèáíüí íá åêðëáãåßôå áí ìÜèåôå üôé áõôü ôï ðáñÜäåéãìá åßíáé áíÜëïãï ìå ôçí áðÜíôçóç óôçí åîÞò åñþôçóç: “Ìå ðüóç ôá÷ýôçôá åßíáé äõíáôüí íá ðñï÷ùñÞóåé ìéá áíôßäñáóç”; ~Ïôáí ôá ìüñéá óõãêñïýïíôáé êáé ðñáãìáôïðïéåßôáé ìéá áíôßäñáóç, ôá Üôïìá èá ðñÝðåé ìå ìåôáôïðßóåéò ôùí äåóìþí ôïõò íá ó÷çìáôßæïõí óôéãìéáßá äéáôÜîåéò ëéãüôåñï óôáèåñÝò áðü áõôÝò ôùí áíôéäñþíôùí Þ ôùí ðñïúüíôùí ôçò áíôéäñÜóåùò.

~Ïðùò êáé óôçí ðåñßðôùóç ôïõ ìåãÜëïõ õøþìáôïò, áõôÝò ïé ìïñéáêÝò äéáôÜîåéò ìå ôç ìåãÜëç åíÝñãåéá èÝôïõí Ýíá åíåñãåéáêü öñÜãìá áíÜìåóá óôá áíôéäñþíôá êáé ôá ðñïúüíôá. Ìüíï áí ôá ìüñéá ðïõ èá óõãêñïõóèïýí Ý÷ïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá, ãéá íá õðåñðçäÞóïõí ôï öñÜãìá ôï ïðïßï èÝôïõí ïé áóôáèåßò äéáôÜîåéò, åßíáé äõíáôüí íá ðñáãìáôïðïéçèåß ç áíôßäñáóç. Ôï öñÜãìá áõôü êáèïñßæåé ôï “êáôþöëé åíÝñãåéáò” Þ ôç ÷áìçëüôåñç åíÝñãåéá, ç ïðïßá åßíáé áðáñáßôçôç ãéá íá ãßíåé ìéá áíôßäñáóç. Óôï ó÷Þìá 21-12 äßíåôáé ç ãñáöéêÞ ðáñÜóôáóç áõôïý ôïõ öñÜãìáôïò. Åýêïëá äéáðéóôþíåôå üôé ôï äéÜãñáììá áõôü åßíáé üìïéï ìå åêåßíï ôïõ ó÷Þìáôïò 21-11. Ôï ó÷Þìá 21-12 áíôéóôïé÷åß óôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óôï ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO, êáé óôï äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ2, êáôÜ ôçí ïðïßá ó÷çìáôßæåôáé äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO2, êáé ìïíïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ. Ï ïñéæüíôéïò Üîïíáò ôïõ äéáãñÜììáôïò, ï ïðïßïò öÝñåé ôï üíïìá óõíôåôáãìÝíç áíôéäñÜóåùò, äåß÷íåé ôçí ðñüïäï ôçò áíôéäñÜóåùò. Ðñï÷ùñþíôáò áðü ôá áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ, êáôÜ ìÞêïò áõôÞò ôçò óõíôåôáãìÝíçò áíôéäñÜóåùò, äéáðéóôþíïìå, ðñþôïí, üôé èá ðñÝðåé ôá ìüñéá ôïõ CO êáé ôïõ ÍÏ2 íá ðëçóéÜóïõí ìåôáîý ôïõò. Óôç óõíÝ÷åéá, èá óõãêñïõóèïýí êáé äéÜ åíäéáìÝóùí êáôáóôÜóåùí èá êáôáëÞîïõí óôçí áíôßäñáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá ó÷çìáôßæåôáé CO2 êáé ÍÏ. Óôïí êáôáêüñõöï Üîïíá ðáñéóôÜíåôáé ç óõíïëéêÞ äõíáìéêÞ åíÝñãåéá ôïõ óõóôÞìáôïò. Ìå áõôÞí ôçí Ýííïéá, ç êáìðýëç ðáñÝ÷åé ôï éóôïñéêü ôùí ìåôáâïëþí ôçò äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò

573

ÄõíáìéêÞ åíÝñãåéá, kcal/mole

+50

ÅÍÅÑÃÏÐÏÉÇÌÅÍÏ ÓÕÌÐËÏÊÏ

+32 EíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò

0 CO + NO2 ÊáèáñÞ åíÝñãåéá ðïõ áðåëåõèåñþèçêå

CO2 + NO

_ _50 54 Áíôéäñþíôá

ÓôÜäéï áíôéäñÜóåùò ÅíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï

Ðñïúüíôá

Ó×ÇÌÁ 21-12. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò ôá óùìáôßäéá ôùí áíôéäñþíôùí èá ðñÝðåé íá Ý÷ïõí áñêåôÞ êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, þóôå íá öèÜóïõí óôçí õøçëÞ äõíáìéêÞ åíÝñãåéá (åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï) ðïõ áðáéôåßôáé ãéá ôçí ïëïêëÞñùóÞ ôçò. Ç äçìéïõñãßá ôïõ åíåñãïðïéçìÝíïõ óõìðëüêïõ åßíáé áíÜëïãç ìå ôçí Üíïäï åíüò ÷éïíïäñüìïõ óôçí êïñõöÞ ôïõ ìåãáëýôåñïõ õøþìáôïò.

óõãêñïýóåùò ðïõ ïäçãåß óå ìéá áíôßäñáóç. Ç åíÝñãåéá ðïõ ÷ñåéÜæåôáé óõíÞèùò, ãéá íá õðåñíéêçèåß ôï öñÜãìá êáé íá ãßíåé ç áíôßäñáóç, åîáóöáëßæåôáé áðü ôçí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ôùí óõãêñïõïìÝíùí óùìáôéäßùí. ~Ïðùò ãíùñßæåôå, ç èåñìïêñáóßá åßíáé áõôÞ ðïõ êáèïñßæåé ôçí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Áò åîåôÜóïìå ôï ó÷Þìá 21-12 ìå ìåãáëýôåñç ðñïóï÷Þ. ÊáôÜ ìÞêïò áõôÞò ôçò êáìðýëçò êáé ðçãáßíïíôáò áðü ôá áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ óõìâáßíïõí ôá åîÞò: Óôçí åðßðåäç ðåñéï÷Þ óôï áñéóôåñü ôìÞìá, ôá ìüñéá CO êáé ÍÏ 2 ðëçóéÜæïõí ìåôáîý ôïõò. Óôçí ðåñéï÷Þ áõôÞ Ý÷ïõí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, åíþ ç óõíïëéêÞ äõíáìéêÞ ôïõò åíÝñãåéá äåí åìöáíßæåé ìåôáâïëÞ. Ç Üíïäïò ôçò êáìðýëçò óçìáßíåé üôé ôá äýï ìüñéá Ý÷ïõí Ýëèåé ôüóï êïíôÜ, þóôå Üñ÷éóáí íá áëëçëåðéäñïýí. ÊáôÜ ôçí ðñïóÝããéóç áõôÞ, ôá ìüñéá åðéâñáäýíïíôáé, êáèþò ïé êéíçôéêÝò ôïõò åíÝñãåéåò ðáñÝ÷ïõí ôç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá ðïõ ÷ñåéÜæïíôáé ãéá íá áíÝâïõí ôçí êáìðýëç. Áí äéáèÝôïõí áñêåôÞ êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, ôüôå ìðïñïýí íá áíÝâïõí óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ ôïõ öñÜãìáôïò êáé íá öèÜóïõí óôçí êïñõöÞ. Ç êáôÜêôçóç áõôïý ôïõ óçìåßïõ åßíáé ç Ýíäåéîç üôé ôï CO êáé ôï ÍÏ 2 Ý÷ïõí áñêåôÞ êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, þóôå íá õðåñíéêÞóïõí ôéò áìïéâáßåò áðùóôéêÝò äõíÜìåéò ôùí ðõñÞíùí êáé ôùí áñíçôéêþí çëåêôñïíéêþí íåöþí ôïõò. Ãé' áõôü ìðïñïýí íá ðëçóéÜóïõí ðïëý êïíôÜ ìåôáîý ôïõò. Åäþ óôçí êïñõöÞ, ç ìïñéáêÞ äéÜôáîç åßíáé ðïëý áóôáèÞò óå ó÷Ýóç ôüóï ìå ôçí áíôßäñáóç ðïõ ðñüêåéôáé íá

ðñáãìáôïðïéçèåß, üóï êáé ìå ôçí áíôßóôñïöç. Ç áíôßäñáóç ðïõ ðñüêåéôáé íá ðñáãìáôïðïéçèåß ðáñÜãåé CO 2 êáé ÍÏ, åíþ ç áíôßóôñïöç äéáôçñåß ôá ìüñéá ôïõ CO êáé ôïõ ÍÏ2. Ç áóôáèÞò ìåôáâáôéêÞ äéÜôáîç ïíïìÜæåôáé åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï. Ìüëéò ó÷çìáôéóèåß ôï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï õðÜñ÷ïõí ïé ðáñáêÜôù äõíáôüôçôåò: (1) Ná ÷ùñéóèåß ôï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëoêï óôá äýï áñ÷éêÜ ìüñéá, CO êáé ÍÏ2. ÊÜôé ôÝôïéï éóïäõíáìåß ìå êÜèïäï ðÜëé ðßóù óôï áñéóôåñü ìÝñïò ôçò êáìðýëçò. (2) Ôï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï åßíáé äõíáôüí íá äéá÷ùñéóèåß óå ìüñéá CO2 êáé ÍÏ2. Ç ôåëåõôáßá äõíáôüôçôá éóïäõíáìåß ìå êßíçóç ðñïò ôï êÜôù äåîéü ôìÞìá ôïõ öñÜãìáôïò. Óôçí åðßðåäç ðåñéï÷Þ äåîéÜ, ôá CO2 êáé ÍÏ Ý÷ïõí áðïìáêñõíèåß áðü ôç èÝóç óôçí ïðïßá èá Þôáí äõíáôüí íá áëëçëåðéäñÜóïõí. Ç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá ôïõ åíåñãïðïéçìÝíïõ óõìðëüêïõ Ý÷åé ìåôáôñáðåß ðÜëé óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Óôçí ðåñßðôùóç êáôÜ ôçí ïðïßá ôá ìüñéá ôïõ CO êáé ôïõ ÍÏ2 äåí Ý÷ïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá, þóôå íá öèÜóïõí óôçí êïñõöÞ, öèÜíïõí óå Ýíá åíäéÜìåóï óçìåßï ôçò äéáäñïìÞò, óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ ôïõ öñÜãìáôïò. Áðùèïýìåíá ìåôáîý ôïõò, äéá÷ùñßæïíôáé ðÜëé êáé êáôåâáßíïõí óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ. Ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôçí õøçëÞ äõíáìéêÞ åíÝñãåéá ôïõ åíåñãïðïéçìÝíïõ óõìðëüêïõ êáé ôç ÷áìçëÞ äõíáìéêÞ åíÝñãåéá ôùí áíôéäñþíôùí

574

ïíïìÜæåôáé “åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò”. Ç åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò åßíáé ç áíáãêáßá åíÝñãåéá, ãéá íá ìåôáó÷çìáôéóèïýí ôá áíôéäñþíôá óôï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï. Ï ìåôáó÷çìáôéóìüò ìðïñåß íá ðåñéëáìâÜíåé åîáóèÝíçóç Þ äéÜóðáóç ÷çìéêþí äåóìþí Þ åîáíáãêáóìü ôùí óùìáôéäßùí ðïõ áíôéäñïýí íá ðëçóéÜóïõí ìåôáîý ôïõò, õðåñíéêþíôáò ôéò áðùóôéêÝò äõíÜìåéò. Åßíáé ðéèáíüí íá ðåñéëáìâÜíåé åðßóçò äéáôÞñçóç ôçò åíÝñãåéáò ìÝóá óå Ýíá ôáëáíôåõüìåíï ìüñéï, þóôå íá áíôéäñÜóåé êáôÜ ôç óýãêñïõóç. Ìå ôçí áýîçóç ôçò èåñìüôçôáò áõîÜíåé ç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò êáèþò áõîÜíåôáé ï áñéèìüò ôùí óõãêñïõïìÝíùí óùìáôéäßùí ðïõ äéáèÝôïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá, þóôå íá ó÷çìáôßóïõí ôï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï. Ôï ìÝãåèïò ôçò åíÝñãåéáò åíåñãïðïéÞóåùò åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèåß ìå âÜóç êÜðïéá ðåéñáìáôéêÜ áðïôåëÝóìáôá. Áðáéôåßôáé üìùò ç ìÝôñçóç ôùí ìåôáâïëþí óôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò ðïõ ïöåßëïíôáé óôéò áëëáãÝò ôçò èåñìïêñáóßáò. ÅðåéäÞ üìùò áðáéôïýíôáé ìáèçìáôéêÜ ôá ïðïßá îåðåñíïýí êáôÜ ðïëý ôçí ýëç áõôÞò ôçò ôÜîåùò, ôï èÝìá áõôü èá ðáñáìåßíåé åêêñåìÝò ãéá ôï ìÝëëïí.

21.9

ÅíÝñãåéåò åíåñãïðïéÞóåùò êáé èåñìüôçôåò áíôéäñÜóåùí.

Áðü ôo ó÷Þìá 21-12 åßíáé äõíáôüí íá ðñïóäéïñéóèåß ç èåñìüôçôá ìéáò áíôéäñÜóåùò. Ôï ãåãïíüò üôé ôá áíôéäñþíôá Ý÷ïõí õøçëüôåñç óõíïëéêÞ åíÝñãåéá áðü ôá ðñïúüíôá óçìáßíåé üôé áðåëåõèåñþíåôáé êÜðïéá åíÝñãåéá êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò áíôéäñÜóåùò. ÄçëáäÞ ç áíôßäñáóç åßíáé åîþèåñìç. Óôï ó÷Þìá 21-12 öáßíåôáé üôé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç åëåõèåñþíïíôáé 54 kcal èåñìüôçôáò áíÜ mole ìïíïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá ðïõ êáôáíáëþíåôáé. Ðñüêåéôáé âÝâáéá ãéá ôç èåñìüôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. Ôï ýøïò ôïõ åíåñãïðïéçìÝíïõ óõìðëüêïõ äåí Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ôçí åíÝñãåéá ðïõ åëåõèåñþíåôáé ôåëéêÜ. Ãéá íá öèÜóåôå óôï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï, áñêåß íá äéáèÝóåôå ìéá ðïóüôçôá åíÝñãåéáò ßóç ìå ôçí åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò. ÐÜíôùò, ôçí ðïóüôçôá áõôÞí ôçí ðáßñíåôå ðÜëé ðßóù êáôÜ ôçí êÜèïäï áðü ôçí Üëëç ðëåõñÜ. Áò ìåëåôÞóïìå ôþñá ôçí áíôßóôñïöç áíôßäñáóç, áíÜìåóá óå CO2 êáé óå ÍÏ, ìå óêïðü ôçí ðáñáóêåõÞ CO êáé ÍÏ2. CO2 + NO Õ CO + NO2

(17)

ÐñÝðåé íá ðñïóÝîåôå üôé ç áíôßäñáóç áõôÞ îåêéíÜ áðü ôï óçìåßï ìå ôç ÷áìçëüôåñç åíÝñãåéá, óôç äåîéÜ ðëåõñÜ ôoõ ó÷Þìáôïò 21-12, êáé êáôáëÞãåé óôï óçìåßï ìå ôç ìåãáëýôåñç åíÝñãåéá, óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ ôïõ éäßïõ ó÷Þìáôïò. Ç äéáöïñÜ åíÝñãåéáò éóïäõíáìåß ìå ôç èåñìüôçôá áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò. ÊáôÜ ìÝãåèïò åßíáé ßóç ìå áõôÞí ôçò áíôßóôñïöçò áíôéäñÜóåùò, áëëÜ äéáöÝñåé êáôÜ ôï ðñüóçìï. ÁõôÞ åßíáé ìéá åíäüèåñìç áíôßäñáóç. ÁðïññïöÜ 54 kcal èåñìüôçôáò áíÜ mole ìïíïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá ðïõ ðáñÜãåôáé. Ôï ó÷Þìá 21-12 ìáò äßíåé ìéá áêüìç åíäéáöÝñïõóá ðëçñïöïñßá ó÷åôéêÞ ìå ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôßóôñïöçò áíôéäñÜóåùò (17). Ç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò åëÝã÷åôáé áðü ôï åíåñãåéáêü öñÜãìá ðïõ áíôéìåôùðßæïõí ôá ìüñéá ôïõ CO2 êáé ôïõ ÍÏ. Áðü ôï ó÷Þìá öáßíåôáé üôé ç åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò åßíáé õøçëüôåñç áðü áõôÞí ôçò ðñïçãïýìåíçò áíôéäñÜóåùò, êáôÜ ðïóüôçôá ßóç ìå ôç èåñìüôçôá áíôéäñÜóåùò. Ãéá ôï ëüãï áõôü, áí ðñüêåéôáé ãéá ôéò ßäéåò ìåñéêÝò ðéÝóåéò êáé ãéá ïðïéáäÞðïôå èåñìïêñáóßá, ç áíôßäñáóç áíÜìåóá óå CO2 êáé ÍÏ èá åßíáé âñáäýôåñç áðü áõôÞí áíÜìåóá óå CO êáé ÍÏ2. Ç ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò åíÝñãåéåò åíåñãïðïéÞóåùò ìéáò áíôéäñÜóåùò êáé ôçò áíôßóôñïöçò áõôÞò åßíáé äõíáôüí íá åêöñáóèåß ìå ìáèçìáôéêü ôñüðï. Ç åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò ðáñéóôÜíåôáé ìå ôï óýìâïëï ÄLJ (äéáâÜæåôáé “äÝëôá–Ç–óôáõñüò”) êáé Ýíá äåßêôç. Ï äåßêôçò R óçìáßíåé üôé ç áíôßäñáóç ðñï÷ùñåß ðñïò ôá äåîéÜ, åíþ ï äåßêôçò L óçìáßíåé üôé ç áíôßäñáóç ðñï÷ùñåß ðñïò ôá áñéóôåñÜ. Ç èåñìüôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò ìå êáôåýèõíóç áðü ôá áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ óõìâïëßæåôáé ìå ÄÇR. Tï ÄÇR ãñÜöåôáé êáôÜ ôïí áêüëïõèï ìáèçìáôéêü ôñüðï: ÄÇR =ÄÇR± – ÄÇL±

(18)

~Ïðùò áíáöÝñèçêå óôï ÊåöÜëáéï 20, ïé áíôéäñÜóåéò ðïõ áðïññïöïýí èåñìüôçôá ïíïìÜæïíôáé åíäüèåñìåò. Óå áõôÝò ôï ÄÇ ëáìâÜíåé èåôéêÝò ôéìÝò. ÁíôéäñÜóåéò ðïõ åëåõèåñþíïõí èåñìüôçôá åßíáé åîþèåñìåò. Ôï ÄÇ óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç åßíáé áñíçôéêü. Ç äéáäéêáóßá ôçò åíåñãïðïéÞóåùò ðÜíôá ðñÝðåé íá áðïññïöÜ åíÝñãåéá, ãé' áõôü üëá ôá ÄLJ ðïõ áíáöÝñïíôáé óå áõôÞí åßíáé èåôéêÜ. Ç ãåíéêÞ åîßóùóç (18) åöáñìüæåôáé ãéá ôç óõãêåêñéìÝíç áíôßäñáóç êáôÜ ôïí áêüëïõèï ôñüðï. Õðïëïãßæåôáé ôï ÄÇR ãéá ôçí áíôßäñáóç ðïõ

575

Çenry Eyring (1901 – 1981)

O Henry Eyring Þèåëå óôçí ðñáãìáôéêüôçôá íá óðïõäÜóåé ìåôáëëåéïëïãßá. ÐÞñå ôï ðôõ÷ßï áõôÞò ôçò åéäéêüôçôáò, êáèþò êáé ôï master óôç ìåôáëëïõñãßá, áðü ôï ðáíåðéóôÞìéï ôçò Áñéæüíá ôùí ÇÐÁ. Áñãüôåñá, ôá åíäéáöÝñïíôÜ ôïõ Üëëáîáí êáé ôï äéäáêôïñéêü ôïõ, ôï ïðïßï åêðüíçóå óôï ðáíåðéóôÞìéï ôçò Êáëéöüñíéá, áöïñïýóå óôç öõóéêï÷çìåßá. Áó÷ïëÞèçêå ìå ðïéêßëá åñåõíçôéêÜ ðñïâëÞìáôá. ÅöÞñìïóå ôçí êâáíôïìç÷áíéêÞ ãéá ôçí åðßëõóç ÷çìéêþí ðñïâëçìÜôùí êáé ÷ñçóéìïðïßçóå ôç èåñìïäõíáìéêÞ åðéóôÞìç, ãéá íá åîçãÞóåé ôéò äéáöïñÝò óôéò ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí. ÁíÝðôõîå èåùñßåò ãéá ôá ïðôéêþò åíåñãÜ ìüñéá, åñãÜóèçêå óôï ðåäßï ôçò öáóìáôïìåôñßáò ìÜæáò êáé ìåëÝôçóå ôçí ðñïóèÞêç äéðüëùí, êáèþò êáé ôï ìÞêïò ôùí äåóìþí óôá åýêáìðôá ðïëõìåñÞ. Áêüìç, äéåñåýíçóå ôá ìõóôÞñéá ôçò âéïöùôáýãåéáò, ôçò åêðïìðÞò äçëáäÞ ïñáôïý öùôüò áðü æùíôáíïýò

ïñãáíéóìïýò, üðùò ïé ðõãïëáìðßäåò. Óôá ðëáßóéá ôùí åñåõíþí ôïõ ó÷åôéêÜ ìå ôéò ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí, ï Eyring õðïóôÞñéîå üôé ïé ðåñéóóüôåñåò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò äåí èá ðñáãìáôïðïéïýíôáí, áí äåí ðñïóåôßèåôï óôï óýóôçìá áñêåôÞ åíÝñãåéá, þóôå íá ó÷çìáôéóèåß Ýíá “åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï” ùò åíäéÜìåóï óôÜäéï ôçò áíôéäñÜóåùò. Ìå âÜóç ôéò èåùñßåò ôïõ Eyring, ìïéÜæåé áðëÞ õðüèåóç ï õðïëïãéóìüò ôçò åíÝñãåéáò ðïõ áðáéôåßôáé ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ åíåñãïðïéçìÝíïõ óõìðëüêïõ êáé ç åðéâåâáßùóç üôé ôá óõãêñïõüìåíá ìüñéá äéáèÝôïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ôï óýìðëïêï. Óå ðïëëÝò üìùò ðåñéðôþóåéò, üðïõ ôá óõãêñïõüìåíá ìüñéá åß÷áí ôéò õðïëïãéóèåßóåò åíÝñãåéåò, äåí êáôüñèùóáí íá áíôéäñÜóïõí óýìöùíá ìå ôçí ðñüâëåøç. Áõôü ïäÞãçóå ôïí Eyring óôçí åðåîåñãáóßá ôùí ëåðôïìåñåéþí ôçò èåùñßáò ôùí áðïëýôùí ôá÷õôÞôùí ôùí áíôéäñÜóåùí, ç ïðïßá âáóßæåôáé óå èåìåëéþäåéò öõóéêÝò éäéüôçôåò üðùò, åßíáé ïé äéáóôÜóåéò, ïé óõ÷íüôçôåò ôáëáíôþóåùò êáé ïé ìÜæåò ôùí áíôéäñþíôùí ìïñßùí. Ï Henry Eyring äéåôÝëåóå êáèçãçôÞò êáé åñåõíçôÞò óå ðïëëÜ éíóôéôïýôá, áíÜìåóá óôá ïðïßá åßíáé ôá ðáíåðéóôÞìéá ôïõ Wisconsin êáé ôïõ Âåñïëßíïõ, ôï ðáíåðéóôÞìéï ôçò Êáëéöüñíéá óôï Berkeley, ôïõ Princeton êáé ôçò Utah, üðïõ ôï 1946 áíáãïñåýèçêå ðñýôáíéò. Ðïëõãñáöüôáôïò óõããñáöÝáò, äçìïóßåõóå ðÜíù áðü 375 åðéóôçìïíéêÜ óõããñÜììáôá êáé õðÞñîå óõíåêäüôçò ðÝíôå âéâëßùí. Ôï 1963 ôéìÞèçêå ìå ôï âñáâåßï ôïõ Gilbert N. Lewis áðü ôçí ÁìåñéêáíéêÞ ×çìéêÞ Åôáéñåßá ãéá ôçí ðñïóöïñÜ ôïõ óôçí åðéóôÞìç ôçò ×çìåßáò.

ÄõíáìéêÞ åíÝñãåéá, kcal/mole

576

EíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï

86

54

CO + NO2 ÅíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò Ðïóüôçôá åíÝñãåéáò ðïõ êáôáíáëþèçêå

0

CO2 + NO ÓôÜäéï áíôéäñÜóåùò Áíôéäñþíôá

EíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï

Ðñïúüíôá

Ó×ÇÌÁ 21-13. Óå ìéá åíäüèåñìç áíôßäñáóç ç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá ôùí ðñïúüíôùí åßíáé õøçëüôåñç áðü áõôÞí ôùí áíôéäñþíôùí, åíþ åêåßíç ôïõ åíåñãïðïéçìÝíïõ óõìðëüêïõ åßíáé áêüìç õøçëüôåñç.

êáôåõèýíåôáé áðü ôá áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ ìå áð' åõèåßáò ìÝôñçóç. Óýìöùíá ìå ôá ðñïáíáöåñèÝíôá, ðñïêåéìÝíïõ ãé' áõôÞí ôçí åîþèåñìç áíôßäñáóç, åßíáé –54 kcal/mole. Áí ìåôñçèåß ç ìåôáâïëÞ ôçò ôá÷ýôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò ìå ôçí èåñìïêñáóßá, ìðïñåß íá õðïëïãéóèåß ôï ÄÇR‡. O õðïëïãéóìüò áõôüò äßíåé ìéá ôéìÞ 32 kcal/mole. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò åîéóþóåùò (18) éó÷ýïõí ôá áêüëïõèá: –54kcal/mole = 32 kcal/mole – ÄÇL‡

Áðü áõôÞí ôç ó÷Ýóç ðñïêýðôåé: ÄÇL‡ = + 86 kcal/mole.

Ôï áðïôÝëåóìá áõôü óõìöùíåß ìå ôï ó÷Þìá ôçò êáìðýëçò ôoõ ó÷Þìáôïò 21-12. ~Ïëåò ïé ðñïçãïýìåíåò ó÷Ýóåéò áíáêåöáëáéþíïíôáé ìå ôïí áêüëïõèï ôñüðï: CO + NO Õ CO2 + NO ÄÇR‡ = +32 kcal/mole ÄÇL‡ = +86 kcal/mole ÄÇR = –54 kcal/mole

ÂëÝðåôå üôé ç ðáñáêÜôù áñéèìçôéêÞ ðñÜîç óõìöùíåß ìå ôçí åîßóùóç (18): –54 = 32 – 86

Ç åîßóùóç áõôÞ åßíáé óçìáíôéêÞ, ãéáôß õðïäçëþíåé üôé áñêåß íá ãíùñßæïìå ôéò äýï áðü ôéò ôñåéò ðïóüôçôåò, ÄÇR‡, ÄÇL‡ êáé ÄÇR ãéá íá *

õðïëïãßóïìå ôçí ôñßôç. Áí èÝëïìå, ìðïñïýìå íá ó÷åäéÜóïìå ôï äéÜãñáììá ôçò äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò ìå ôç âïÞèåéá ôçò áíôßóôñïöçò áíôéäñÜóåùò. ~Åíá ôÝôïéï äéÜãñáììá õðÜñ÷åé óôï ó÷Þìá 21-13. Ðñüêåéôáé ãéá ÷áñáêôçñéóôéêü ðáñÜäåéãìá åíäüèåñìçò áíôéäñÜóåùò. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ç êáìðýëç áõôÞ åßíáé ç áíôßóôñïöç åêåßíçò ðïõ õðÜñ÷åé óôï ó÷Þìá 21-12.

21.10 Êáôáëýôåò. ÐïëëÝò áíôéäñÜóåéò, áðü ôç óôéãìÞ ðïõ èá áíáìé÷èïýí ôá áíôéäñþíôá, ðñï÷ùñïýí ìå ìéêñÞ ôá÷ýôçôá. ÕðÜñ÷ïõí üìùò êÜðïéåò ïõóßåò, ôùí ïðïßùí ç ðñïóèÞêç óõíåðÜãåôáé ïé áíôéäñÜóåéò íá ðñáãìáôïðïéïýíôáé ðïëý ãñçãïñüôåñá. ~Ïðùò èá èõìÜóôå, ïé ïõóßåò áõôÝò ïíïìÜæïíôáé êáôáëýôåò (âë. ðáñÜãñ. 19.12). Ïé êáôáëýôåò äåí ëáìâÜíïõí ìÝñïò óôçí áíôßäñáóç*. Ç äéáäéêáóßá, êáôÜ ôçí ïðïßá áõîÜíåôáé ç ôá÷ýôçôá ìéáò áíôéäñÜóåùò ìå ôç ÷ñÞóç åíüò êáôáëýôç, áíáöÝñåôáé ùò êáôÜëõóç. Óôï êåöÜëáéï 19 ìÜèáôå ó÷åôéêÜ ìå ôç ÷ñÞóç åíüò êáôáëýôç, ðñïêåéìÝíïõ íá åðéôá÷õíèåß ç ðáñáãùãÞ SO3 áðü SO2 êáôÜ ôçí ðáñáóêåõÞ ôïõ èåééêïý ïîÝïò. Ç äñÜóç åíüò êáôáëýôç åñìçíåýåôáé ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðñïôýðïõ ôùí áãþíùí áíùìÜëïõ äñüìïõ ìåôáîý ÷éïíïäñüìùí. Áò õðïôåèåß üôé ç

Ó.ô.Ì. Ïé êáôáëýôåò óõììåôÝ÷ïõí óôçí áíôßäñáóç^ äßíåôáé üìùò ç åíôýðùóç üôé äåí ëáìâÜíïõí ìÝñïò, åðåéäÞ óôï ôÝëïò ôçò áíôéäñÜóåùò áíáëáìâÜíïíôáé áíáëëïßùôïé. Óôç óõíÝ÷åéá áõôïý ôïõ êåéìÝíïõ ðåñéãñÜöåôáé ëåðôïìåñþò ï ôñüðïò óõììåôï÷Þò ôïõ êáôáëýôç óå äéÜöïñåò áíôéäñÜóåéò. Ç öñÜóç “äåí ëáìâÜíïõí ìÝñïò óôçí áíôßäñáóç” åßíáé êáôÜëïéðï ðáëáéÜò äéáôõðþóåùò ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ìåñéêÝò öïñÝò áðü “áäñÜíåéá åèéóìïý”.

577

Ïñåéâáôéêü êáôáöýãéï

ÄéáäñïìÞ ïëõìðéáêþí ðñïäéáãñáöþí

Ó×ÇÌÁ 21-14. ~Åíáò ÷éïíïäñüìïò, ï ïðïßïò äåí Ý÷åé áñêåôÞ åíÝñãåéá ãéá íá õðåñðçäÞóåé ôï ýøùìá ôçò äéáäñïìÞò ïëõìðéáêþí ðñïäéáãñáöþí, Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ìåôáâåß áðü ôï Á óôï  áêïëïõèþíôáò ôçí åíáëëáêôéêÞ äéáäñïìÞ. Ç äéáäñïìÞ áõôÞ áðáéôåß ÷áìçëüôåñç åíÝñãåéá, åðåéäÞ ôï ýøùìá óå áõôÞí åßíáé ÷áìçëüôåñï.

Ôé íïìßæåôå üôé èá óõíÝâáéíå, áí åðéôñåðüôáí óôïõò áèëçôÝò ðñþôçò êëÜóåùò íá áêïëïõèÞóïõí ôç äåýôåñç äéáäñïìÞ ìå ôï ÷áìçëüôåñï ýøùìá; Ïé ðåñéóóüôåñïé èá ôï áíÝâáéíáí êáé èá ôåñìÜôéæáí. Áíôß ãéá ôïõò 60 ìüíï óôïõò åêáôü ðïõ êáôáöÝñíïõí íá êáëýøïõí ôç äõóêïëüôåñç äéáäñïìÞ, ìå ôçí åõêïëüôåñç èá ôåñìÜôéæáí ïé 80 óôïõò åêáôü. Óôï ó÷Þìá 21-15 Ý÷ïõí ó÷åäéáóèåß êáé ïé äýï äéáäñïìÝò ôïõ áãþíá áíùìÜëïõ äñüìïõ. Ç

Õøüìåôñï, ìÝôñá

óõãêåêñéìÝíç äéáäñïìÞ, ôçí ïðïßá ìåëåôÞóáìå ðñïçãïýìåíùò, åßíáé ç äõóêïëüôåñç (åðéðÝäïõ ïëõìðéáêþí áãþíùí). Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, õðÜñ÷åé êáé Üëëïò ôñüðïò ãéá íá ôåñìáôßóåôå ÷ùñßò íá ðñÝðåé íá öèÜóåôå ôüóï øçëÜ. Ç Üëëç äéáäñïìÞ, ç ïðïßá öáßíåôáé ìáæß ìå ôçí ðñþôç óôï ó÷Þìá 21-14, ÷ñçóéìïðïéåßôáé óå áãþíåò ìå ìéêñüôåñç äõóêïëßá. ÁèëçôÝò ìå ëéãüôåñç åíÝñãåéá èá ìðïñïýóáí íá áðïöýãïõí ôï ìåãÜëï ýøùìá ðåñíþíôáò áðü ôï ÷áìçëüôåñï.

ÔÝñìá

Áöåôçñßá

0

5

10

15

ÓõíôåôáãìÝíåò äéáäñïìÞò, ÷éëéüìåôñá

Ó×ÇÌÁ 21-15. Ï ÷éïíïäñüìïò åðéëÝãïíôáò ôçí åýêïëç äéáäñïìÞ äéÝñ÷åôáé ðÜíù áðü ôï ÷áìçëüôåñï ýøùìá. Ç äéáöïñÜ ýøïõò ôùí äýï õøùìÜôùí (äýï äéáöïñåôéêÝò äéáäñïìÝò) åßíáé åìöáíÞò óôï äéÜãñáììá.

ÄõíáìéêÞ åíÝñãåéá

578

Ìå êáôáëýôç ÅíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò ôçò êáíïíéêÞò áíôéäñÜóåùò

ÅíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò ôçò áíôßóôñïöçò áíôéäñÜóåùò

×ùñßò êáôáëýôç

ÓõíôåôáãìÝíåò áíôéäñÜóåùò

Ó×ÇÌÁ 21-16. Ç ðáñïõóßá åíüò êáôáëýôç óå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç ìåéþíåé êáôÜ êÜðïéï ôñüðï ôçí åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò ôçò áíôéäñÜóåùò, ìåéþíïíôáò Ýôóé êáé ôçí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ãéá íá ïëïêëçñùèåß ç áíôßäñáóç.

êñßóéìç äéáöïñÜ áíÜìåóÜ ôïõò åßíáé áíáìößâïëá ôï õøüìåôñï ôïõ ìåãáëõôÝñïõ êáé ìéêñïôÝñïõ õøþìáôïò. Ôï ó÷Þìá 21-16 ðáñïõóéÜæåé ìéá áíÜëïãç áðåéêüíéóç ãéá ôçí ðåñßðôùóç ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò. Ç õøçëüôåñç êáìðýëç äåß÷íåé ôï öñÜãìá ôçò åíÝñãåéáò åíåñãïðïéÞóåùò, ôï ïðïßï ðñÝðåé íá êáëõöèåß ãéá íá ãßíåé ìéá áíôßäñáóç. Áí ðñïóôåèåß Ýíáò êáôáëýôçò, äçìéïõñãåßôáé êáé ìéá Üëëç äéáäñïìÞ, ìå äéáöïñåôéêü öñÜãìá åíÝñãåéáò åíåñãïðïéÞóåùò, üðùò öáßíåôáé êáé áðü ôç ÷áìçëüôåñç êáìðýëç. Ç íÝá äéáäñïìÞ ôçò áíôéäñÜóåùò áíôéóôïé÷åß óå íÝï ìç÷áíéóìü áíôéäñÜóåùò. Ï ìç÷áíéóìüò áõôüò åðéôñÝðåé óôçí áíôßäñáóç íá ðñáãìáôïðïéçèåß ðåñíþíôáò ìÝóá áðü äéáöïñåôéêÜ óýìðëïêá åíåñãïðïéÞóåùò. ~Åôóé, ðåñéóóüôåñá óùìáôßäéá êáôïñèþíïõí íá îåðåñÜóïõí ôï íÝï, ÷áìçëüôåñçò åíÝñãåéáò, öñÜãìá êáé ç ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò áõîÜíåôáé. ÐñïóÝîôå üôé ç åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò ôçò áíôßóôñïöçò áíôéäñÜóåùò ìåéþíåôáé êáôÜ ôçí ßäéá áêñéâþò ðïóüôçôá ìå ôçí êáíïíéêÞ áíôßäñáóç. Óå áõôü ïöåßëåôáé ôï ðåéñáìáôéêü ãåãïíüò üôé ï êáôáëýôçò ìéáò áíôéäñÜóåùò Ý÷åé ôçí ßäéá åðßäñáóç êáé óôçí áíôßóôñïöç áíôßäñáóç. ÄçëáäÞ êáé ïé äýï áíôéäñÜóåéò åðéôá÷ýíïíôáé áðü ôïõò ßäéïõò ðáñÜãïíôåò. Áí Ýíáò êáôáëýôçò äéðëáóéÜóåé ôçí ôá÷ýôçôá ðñïò ôç ìßá êáôåýèõíóç, äéðëáóéÜæåé ôçí ôá÷ýôçôá êáé ðñïò ôçí áíôßóôñïöç êáôåýèõíóç. Óå üëåò ôéò ðåñéðôþóåéò ôçò êáôáëýóåùò, ç äñÜóç ôïõ êáôáëýôç âáóßæåôáé óôçí ðáñåìâïëÞ åíäéáìÝóùí óôáäßùí êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò áíôéäñÜóåùò. Ôá óôÜäéá áõôÜ äåí èá õðÞñ÷áí ÷ùñßò ôïí êáôáëýôç. Ï ßäéïò ï êáôáëýôçò

ðñÝðåé íá áíáãåííÜôáé óå Ýíá áðü ôá åðüìåíá óôÜäéá. Ç êáôáëõôéêÞ äñÜóç åíüò ïîÝïò êáôÜ ôçí áðïóýíèåóç ôïõ ìõñìçêéêïý ïîÝïò, HCOOH, åßíáé Ýíá ðáñÜäåéãìá ôÝôïéáò äñÜóåùò (ôï öáéíüìåíï áõôü ðåñéãñÜöåôáé óôï ó÷Þìá 23-1). Ôï Üôïìï ôïõ Üíèñáêá óôï ìõñìçêéêü ïîý åßíáé óõíäåäåìÝíï ìå Ýíá Üôïìï õäñïãüíïõ, Ýíá Üôïìï ïîõãüíïõ êáé ìéá ïìÜäá –ÏÇ. Ôï ó÷Þìá 21-17 äåß÷íåé ìå ðïéï ôñüðï åßíáé ðéèáíüí íá áðïóõíôßèåôáé áõôü ôï ìüñéï. Áí ôï Üôïìï ôïõ õäñïãüíïõ ðïõ óõíäÝåôáé ìå ôïí Üíèñáêá ìåôáôåèåß ðñïò ôçí ïìÜäá –ÏÇ, ôüôå ï äåóìüò Üíèñáêá–ïîõãüíïõ ìðïñåß íá äéáóðáóèåß êáé íá äþóåé Ýíá ìüñéï íåñïý êáé Ýíá ìüñéï ìïíïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá. Ç ìåôÜèåóç áõôÞ, ç ïðïßá öáßíåôáé óôï êÝíôñï ôïõ ó÷Þìáôïò, áðáéôåß ìåãÜëç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò. Áõôü óçìáßíåé üôé áðáéôåßôáé ìåãÜëç åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò êáé üôé ç áíôßäñáóç äéåîÜãåôáé ìå ðïëý âñáäý ñõèìü. HCOOH Õ H2O + CO

(19)

Aí ðñïóôåèåß èåééêü ïîý, H2SO4, óå Ýíá õäáôéêü äéÜëõìá ìõñìçêéêïý ïîÝïò, åêëýåôáé ìå ìïñöÞ öõóáëßäùí ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá. Ôï ßäéï óõìâáßíåé, áí áíôß ãéá èåééêü ïîý ðñïóôåèåß öùóöïñéêü ïîý, Ç3PO4. Ï êïéíüò ðáñÜãïíôáò áõôþí ôùí äýï ïîÝùí åßíáé üôé êáé ôá äýï åëåõèåñþíïõí éüíôá Ç+. Áêüìç ðéï ðñïóåêôéêÞ áíÜëõóç ìáò ïäçãåß óôï óõìðÝñáóìá üôé ç óõãêÝíôñùóç ôïõ éüíôïò õäñïãüíïõ åßíáé óôáèåñÞ êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò ôá÷åßáò áðïóõíèÝóåùò ôïõ ìõñìçêéêïý ïîÝïò. ÄçëáäÞ äåí êáôáíáëþíåôáé õäñïãüíï. Åßíáé ðñïöáíÝò üôé ôá éüíôá ôïõ õäñïãüíïõ äñïõí ùò êáôáëýôçò êáôÜ ôçí áðïóýíèåóç ôïõ ìõñìçêéêïý ïîÝïò.

579

ÄõíáìéêÞ åíÝñãåéá

ÅíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï

ÄÇ+ +

ÓõíôåôáãìÝíç áíôéäñÜóåùò, áðïóýíèåóç ÷ùñßò êáôáëýôç

Ó×ÇÌÁ 21-17. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò ìç êáôáëõôéêÞò äéáóðÜóåùò ôïõ ìõñìçêéêïý ïîÝïò, áðáéôåßôáé ìåãÜëç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò ãéá íá ìåôáôïðéóèåß ôï Üôïìï õäñïãüíïõ óôçí ïìÜäá ÏÇ êáé íá ðáñá÷èåß íåñü êáé ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá.

Ïé ÷çìéêïß Ý÷ïõí ìéá ìÜëëïí óáöÞ åéêüíá ôïõ ôñüðïõ ìå ôïí ïðïßï ôá ðñùôüíéá (Ç+) êáôáëýïõí ôçí áíôßäñáóç (19). Ç ðáñïõóßá ôùí Ç+ óôï äéÜëõìá äçìéïõñãåß Ýíá íÝï ìç÷áíéóìü áíôéäñÜóåùò. Ï íÝïò ìç÷áíéóìüò îåêéíÜ ìå ôçí ðñïóèÞêç éüíôùí Ç+ óôï ìõñìçêéêü ïîý, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 21-18. ~Åôóé, áñ÷éêÜ ï êáôáëýôçò êáôáíáëþíåôáé ó÷çìáôßæïíôáò Ýíá íÝï åßäïò éüíôïò, ôï (HCOOH2)+. Óå áõôü ôï íÝï éüí Ýíáò áðü ôïõò äåóìïýò Üíèñáêá–ïîõãüíïõ åîáóèåíåß. Ìå ìéá ìéêñÞ ìüíï ðñïóèÞêç åíÝñãåéáò, åßíáé äõíáôüí íá ðñáãìáôïðïéçèåß ç åðüìåíç áíôßäñáóç, ðïõ ðåñéãñÜöåôáé óôï ó÷Þìá 21-18, êáôÜ ôçí ïðïßá ðáñÜãåôáé (ÇCO)+ êáé Ç2Ï. ÔåëéêÜ, ôï (HCO)+ äéáóðÜôáé êáé ó÷çìáôßæåé ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO êáé Ç+. Ìå áõôÞí ôçí ôåëåõôáßá áíôßäñáóç ôçò óåéñÜò áíáãåííÜôáé êáé ï êáôáëýôçò, Ç+. Ôï êÜèå Ýíá óôÜäéï óå áõôüí ôï íÝï ìç÷áíéóìü ôçò áíôéäñÜóåùò ðåéèáñ÷åß óôïõò ßäéïõò êáíüíåò ðïõ éó÷ýïõí êáé ãéá ìéá áðëÞ áíôßäñáóç. ÊÜèå áíôßäñáóç Ý÷åé ìéá åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò. Ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç äßíåé Ýíá äéÜãñáììá äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò, ôï ïðïßï äåí åßíáé ôßðïôá

Üëëï ðáñÜ ï óõíäõáóìüò ôùí áðëþí êáìðõëþí åíÝñãåéáò ôùí äéáäï÷éêþí óôáäßùí. Ç õøçëüôåñç ôéìÞ åíÝñãåéáò ðïõ áðáéôåßôáé óå áõôü ôï íÝï óôÜäéï ôçò áíôéäñÜóåùò åßíáé ìüíï 18 kcal, äçëáäÞ êáôÜ ðïëý ÷áìçëüôåñç áðü ôçí åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò, ç ïðïßá ãéá ôçí ðåñßðôùóç ôçò ìç êáôáëõôéêÞò áíôéäñÜóåùò äßíåôáé óôï ó÷Þìá 21-17. ÄçëáäÞ ç ôá÷ýôçôá äéáóðÜóåùò åßíáé ìåãáëýôåñç, áí óôï ðåñéâÜëëïí ôçò áíôéäñÜóåùò õðÜñ÷åé êáé êÜðïéï ïîý (=õäñïãïíï-éüíôá). Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ç êáôáëõôéêÞ äñÜóç äåí óõíåðÜãåôáé áíáãêáóôéêÜ óôçí ðñáãìáôïðïßçóç ôçò áíôéäñÜóåùò. Ï êáôáëýôçò åðéôá÷ýíåé áðëÜ ìéá áíôßäñáóç ç ïðïßá èá ìðïñïýóå íá ðñáãìáôïðïéçèåß êáé ÷ùñßò áõôüí. Óå ìåñéêÝò ðåñéðôþóåéò ï êáôáëýôçò åßíáé ìéá óôåñåÜ ïõóßá, ç ïðïßá ìðïñåß íá óõãêñáôÞóåé Þ íá áðïññïöÞóåé ìüñéá ôùí áíôéäñþíôùí ðÜíù óôçí åðéöÜíåéÜ ôçò. Äýï ìüñéá ðïõ Ý÷ïõí ðñïóñïöçèåß Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá Ýëèïõí óå åðáöÞ ìåôáîý ôïõò åõêïëüôåñá áðü ü,ôé ôá åëåýèåñá ìüñéá. ÌÝôáëëá, üðùò ï óßäçñïò, ôï íéêÝëéï, ï ëåõêü÷ñõóïò êáé ôï ðáëëÜäéï, äñïõí

580

ÄõíáìéêÞ åíÝñãåéá

+

+

ÅíåñãïðïéçìÝíï óýíäñïìï

ÄÇ+ +

ÓõíôåôáãìÝíåò áíôéäñÜóåùò, áðïóýíèåóç ðáñïõóßá êáôáëýôç

Ó×ÇÌÁ 21-18. ÊáôÜ ôçí êáôáëõôéêÞ áíôßäñáóç áðáéôåßôáé ìéêñüôåñç åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò áðü üóç êáôÜ ôç ìç êáôáëõôéêÞ ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ åíåñãïðïéçìÝíïõ óõìðëüêïõ (ôï ïðïßï ðåñéÝ÷åé êáé ôïí êáôáëýôç, Ç+).

êáô' áõôüí ôïí ôñüðï óå áíôéäñÜóåéò üðïõ óõììåôÝ÷ïõí áÝñéá. Óýìöùíá ìå åíäåßîåéò, óå ìåñéêÝò ðåñéðôþóåéò ðñïóñïöÞóåùò ïé äåóìïß ôùí áíôéäñþíôùí óùìáôéäßùí åîáóèåíïýí Þ êüâïíôáé. ÁõôÞ ç äñÜóç âïçèÜ óôçí ðñáãìáôïðïßçóç ôçò áíôéäñÜóåùò. ÕðÜñ÷åé ìéá ìåãÜëç ïìÜäá êáôáëõôþí, ïé ïðïßïé ïíïìÜæïíôáé Ýíæõìá. Ôá Ýíæõìá åßíáé ðñùôåúíéêÜ ìüñéá, ôá ïðïßá êáôáëýïõí áíôéäñÜóåéò óå æþíôá êýôôáñá* (ïé ðñùôåÀíåò åîåôÜóèçêáí óôçí ðáñÜãñáöï 18.5). ÁíÜìåóá óôá ðéï ãíùóôÜ ðáñáäåßãìáôá åíæýìùí åßíáé ôá áðïéêïäïìçôéêÜ Ýíæõìá, üðùò ç ðôõåëßíç ðïõ õðÜñ÷åé óôï óÜëéï êáé ç ðåøßíç ôïõ ãáóôñéêïý õãñïý. Ìéá ãíùóôÞ ëåéôïõñãßá áõôþí ôùí äýï åíæýìùí åßíáé ç åðéôÜ÷õíóç ôçò äéáóðÜóåùò ìåãÜëùí ìïñßùí óå Üëëá ìéêñüôåñá, ôá ïðïßá åßíáé äõíáôüí íá áðïññïöçèïýí áðü ôá êýôôáñá ôïõ óþìáôïò. Åêôüò áðü áõôü ôï åßäïò ôùí áðïéêïäïìçôéêþí åíæýìùí óôá æþíôá êýôôáñá, õðÜñ÷ïõí êáé ðïëëÜ Üëëá åßäç. Ôá Ýíæõìá áíáöÝñïíôáé ìå ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò óôçí åðüìåíç ðáñÜãñáöï. *

Ó.ô.Ì. Êáé “in vitro”, äçëáäÞ óôï åñãáóôÞñéï.

21.11~Åíæõìá, ïé êáôáëýôåò ôùí æùíôáíþí ïñãáíéóìþí. ×éëéÜäåò ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí ðñáãìáôïðïéïýíôáé óå Ýíá æþíôá ïñãáíéóìü. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôüóï ç áíôéêáôÜóôáóç ôùí êõôôÜñùí, üóï êáé ç ðÝøç ôùí ôñïöþí ãßíïíôáé ìå ôç âïÞèåéá ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. ÊÜèå îå÷ùñéóôÞ ÷çìéêÞ äéåñãáóßá ðïõ áðáéôåßôáé ãéá íá ïëïêëçñùèåß ìéá äéáäéêáóßá ðñÝðåé íá ðñáãìáôïðïéçèåß ìå Þðéï ôñüðï, ôç óùóôÞ þñá, óôç óùóôÞ èÝóç êáé óôç èåñìïêñáóßá ôïõ éóôïý, ìÝóá óôïí ïðïßï ðñüêåéôáé íá ðáßîåé êÜðïéï ñüëï. Ïé ðåñéóóüôåñåò áðü áõôÝò ôéò áíôéäñÜóåéò äåí èá ìðïñïýóáí íá ãßíïõí áñêåôÜ ãñÞãïñá, áí ôá áíôéäñþíôá áðëÜ áíáìéãíýïíôáí ìåôáîý ôïõò (ãéá ðáñÜäåéãìá ìÝóá óå Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá) óôç èåñìïêñáóßá ôïõ ïñãáíéóìïý. Ó÷åäüí óå êÜèå ðåñßðôùóç ÷ñåéÜæåôáé ç âïÞèåéá ôùí êáôáëõôþí. Áõôüò åßíáé ï ëüãïò ðïõ üëïé ïé ðïëýðëïêïé ïñãáíéóìïß, áíÜìåóá óôïõò ïðïßïõò êáé åóý, ðåñéÝ÷ïõí ÷éëéÜäåò áðü áõôïýò ôïõò êáôáëýôåò, ãíùóôïýò ùò Ýíæõìá.

581

Edward Kalvin Kendall (1886–1972)

O Edward Kendall, áöïý Ýëáâå ôï äéäáêôïñéêü äßðëùìá (1910) áðü ôï ðáíåðéóôÞìéï ôçò Columbia, Üñ÷éóå íá åíäéáöÝñåôáé ãéá ôï èõñåïåéäÞ áäÝíá. Õðïðôåýèçêå üôé áõôüò ï áäÝíáò èá ðñÝðåé íá ðáñÜãåé ìéá ïñìüíç, ç ïðïßá ðáßæåé óçìáíôéêü ñüëï óôçí áíÜðôõîç êáé åîÝëéîç ôïõ áíèñþðïõ. ÁðïöÜóéóå íá äïêéìÜóåé íá ôçí áðïìïíþóåé êáé íá ôçí ôáõôïðïéÞóåé. Îåêßíçóå áðü ôç èõñïãëïâïõëßíç, ìéá ðïëýðëïêç Ýíùóç ðïõ åêêñßíåôáé áðü ôï èõñåïåéäÞ áäÝíá, êáé âñÞêå üôé áõôÞ ðåñéåß÷å êÜðïéá ðñùôåÀíç êáé ìéá ðñïóèåôéêÞ–åíåñãü ïõóßá, ôçí ïðïßá ïíüìáóå èõñïîßíç. Ç èõñïîßíç áðåäåß÷èç üôé åßíáé Ýíá öõóéêÞò ðñïåëåýóåùò áìéíïîý êáé üôé ðåñéÝ÷åé óôï ìüñéü ôçò ôÝóóåñá Üôïìá éùäßïõ. ÄéÜöïñåò Ýñåõíåò áðÝäåéîáí üôé, áí áðïìáêñõíèåß áðü ôï ìüñéï ôçò ïñìüíçò Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá Üôïìá éùäßïõ, ôüôå ðåñéïñßæåôáé óçìáíôéêÜ ç äñáóôéêüôçôÜ ôçò. Ç áíáêÜëõøç ôçò äñÜóåùò êáé ôçò äïìÞò ôçò èõñïîßíçò êáôÝóôçóå äõíáôÞ ôç èåñáðåßá áôüìùí ðïõ ðÜó÷ïõí áðü

* Ó.ô.Ì. Êáé ôç íïñáäñåíáëßíç. ** Ó.ô.Ì. Óå áõôü ïöåßëåôáé ôï üíïìá åðéíåöñßäéá.

êáôåóôñáììÝíïõò Þ õðïëåéôïõñãïýíôåò èõñåïåéäåßò áäÝíåò. Ï Kendall, óôç óõíÝ÷åéá, Ýóôñåøå ôçí ðñïóï÷Þ ôïõ óôïõò áäÝíåò ôùí åðéíåöñéäßùí, ôá ïðïßá âñßóêïíôáé óôï åðÜíù ìÝñïò ôïõ êáèåíüò åê ôùí äýï íåöñþí ôïõ áíèñþðéíïõ óþìáôïò*. Ï áäÝíáò ôùí åðéíåöñéäßùí áðïôåëåßôáé áðü ôï åîùôåñéêü ôìÞìá, Þ öëïéü, êáé ôïí åóùôåñéêü ðõñÞíá. Ôï êÜèå ôìÞìá óôçí ðñáãìáôéêüôçôá åßíáé îå÷ùñéóôüò áäÝíáò êáé ðáñÜãåé äéáöïñåôéêÝò ïñìüíåò. Ï åóùôåñéêüò ðõñÞíáò Ý÷åé âñåèåß üôé åßíáé ó÷åôéêÜ áðëüò êáé ðáñÜãåé ôçí ïñìüíç áäñåíáëßíç.** Ç áäñåíáëßíç ëåéôïõñãåß ùò óõíáãåñìüò êáé óôç äñÜóç ôçò ïöåßëïíôáé ðïéêßëåò áíôéäñÜóåéò, ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé üôáí Ýíá ðñüóùðï õößóôáôáé ìåãÜëåò óõíáéóèçìáôéêÝò öïñôßóåéò. Ï öëïéüò ôùí åðéíåöñéäßùí üìùò åßíáé áêüìç ðéï ðïëýðëïêïò. ÊáôÜ ôç äåêáåôßá ôïõ 1930 ï Kendall áíáêÜëõøå ôïõëÜ÷éóôïí 28 äéáöïñåôéêÝò ïñìüíåò, ïé ïðïßåò ðáñÜãïíôáé áðü ôï öëïéü. Ìüíï ïé ôÝóóåñéò áðü áõôÝò Ýäåéîáí óçìáíôéêÞ öõóéïëïãéêÞ äñÜóç. Ç ìßá ïñìüíç, åßíáé ãíùóôÞ ìå ôï üíïìá êïñôéæüíç êáé åöáñìüæåôáé åõñÝùò ãéá ôç èåñáðåßá ôçò ñåõìáôïåéäïýò áñèñßôéäáò. ÅðåéäÞ ôéò ïõóßåò áõôÝò ðáñÜãïõí ôá æþá óå åëÜ÷éóôåò ðïóüôçôåò, õðïëïãßóèçêå üôé èá ÷ñåéÜæïíôáí 14.000 âüäéá, ãéá íá ðáñá÷èåß áñêåôÞ ðïóüôçôá êïñôéæüíçò, þóôå íá íïóçëåõèåß Ýíáò áóèåíÞò åðß Ýíá ÷ñüíï. Åõôõ÷þò ï Julian Percy ôï 1944 áíáêÜëõøå Ýíáí ïéêïíïìéêü ôñüðï óõíèåôéêÞò ðáñáóêåõÞò êïñôéæüíçò êáé Ýôóé ç èåñáðåßá ìå êïñôéæüíç êáôÝóôç åöéêôÞ ãéá ðïëëïýò áíèñþðïõò. Ôï 1950, ï Ådward Kendall ìïéñÜóèçêå ôï âñáâåßï Íüìðåë ãéá ôçí éáôñéêÞ êáé ôç öõóéïëïãßá ìå ôïí Ñ.S. Hench êáé ôïí Ô. Reichstein ôéìþìåíïò ãéá ôçí áðïìüíùóç êáé ôïí ðñïóäéïñéóìü äéáöüñùí ïñìïíþí ôïõ öëïéïý ôùí åðéíåöñéäßùí.

582

Áêïëïõèïýí ìåñéêïß áðü ôïõò óçìáíôéêüôåñïõò ôýðïõò áíôéäñÜóåùí ðïõ êáôáëýïíôáé áðü Ýíæõìá. 1. Õäñüëõóç ðñùôåúíþí. Ôá Ýíæõìá ðïõ êáôáëýïõí áõôïý ôïõ åßäïõò ôéò áíôéäñÜóåéò ïíïìÜæïíôáé ðåðôéäÜóåò. ~Ïðùò ãíùñßæåôå, ïé ðñùôåÀíåò áðïôåëïýíôáé áðü ìáêñÝò áëõóßäåò áìéíïîÝùí, ôá ïðïßá óõíäÝïíôáé ìå ðåðôéäéêïýò äåóìïýò. Ðñüêåéôáé ãéá ôéò ðåðôéäéêÝò áëõóßäåò, äçëáäÞ ôá ðåðôßäéá. Ç áíôßäñáóç ôçò õäñïëýóåùò ðáñéóôÜíåôáé ãåíéêÜ ìå ôçí ðáñáêÜôù åîßóùóç. H R O N C

H R´ Ï

C N C

C

H H2O Ç

R O

N

C

C

+ Ç

Ç

R´ O

N

C

C

NH2

Ç ÏÇ

ÌåñéêÜ Ýíæõìá, üðùò ç ÷õìïèñõøßíç, ç ïðïßá âñßóêåôáé óôï ðÜãêñåáò, äñïõí ðÜíù óå ðïëõðïßêéëïõò ðåðôéäéêïýò äåóìïýò. Ç ÷õìïèñõøßíç äñá êáôÜ ðñïôßìçóç ðÜíù óôïõò äåóìïýò ðïõ âñßóêïíôáé êïíôÜ óôá Üêñá ôçò ðñùôåúíéêÞò áëõóßäáò. ~Áëëåò ðåðôéäÜóåò åßíáé åéäéêÝò ãéá ôïí ôåëåõôáßï ðåðôéäéêü äåóìü, ï ïðïßïò õðÜñ÷åé åßôå óôï Üêñï ôçò áëõóßäáò ìå ôçí êáñâïîõëïìÜäá (êáñâïîõðåðôéäÜóåò) åßôå óôï Üêñï ìå ôçí áìéíïìÜäá (áìéíïðåðôéäÜóåò). 2. Õäñüëõóç ôùí åóôÝñùí. Ôá Ýíæõìá ðïõ õäñïëýïõí åóôÝñåò ïíïìÜæïíôáé åóôåñÜóåò. O ôýðïò ôùí áíôéäñÜóåùí ôéò ïðïßåò êáôáëýïõí åßíáé ï åîÞò: Ï R

C Ï

Ï R´

R

C

ôéò áíôéäñÜóåéò áõôÝò åßíáé áðëÜ ïé áíôßóôñïöåò ôùí áíôéäñÜóåùí õäñïëýóåùò ðïõ ìüëéò áíáöÝñèçêáí. ~Ïôáí ôï óþìá áðïññïöÜ ôéò ôñïöÝò, ïé ðåðôéäÜóåò êáé ïé åóôåñÜóåò åßíáé áðáñáßôçôåò ãéá ôçí áðïéêïäüìçóç ôùí ðñùôåúíþí êáé ôùí ëéðþí. ÊáôÜ ôç äçìéïõñãßá üìùò íÝùí éóôþí, åßíáé áðáñáßôçôåò ïé óõíèåôÜóåò ãéá ôï ó÷çìáôéóìü íÝùí ðñùôåúíéêþí ìïñßùí êáé ëéðþí ìå äïìéêÝò ýëåò áðü ôá ðñïúüíôá áðïéêïäoìÞóåùò, ôá ïðïßá äçìéïõñãÞèçêáí êáôÜ ôçí ðÝøç. 4. ÌåôáöïñÜ äñáóôéêþí ïìÜäùí. Ôá Ýíæõìá ðïõ óõìâÜëëïõí óå ôÝôïéïõ åßäïõò áíôéäñÜóåéò ïíïìÜæïíôáé ôñáíóöåñÜóåò. Áêïëïõèåß Ýíáò óçìáíôéêüò ôýðïò áíôéäñÜóåùò ìåôáöïñÜò, ç ïðïßá ÷áñáêôçñßæåôáé êáé ùò ìåôáìßíùóç Þ ôñáíóáìßíùóç:

ÏÇ + Ç Ï

R´

Ç2Ï

Áõôüò ï ôýðïò ôùí áíôéäñÜóåùí ìïéÜæåé êáôÜ êÜðïéï ôñüðï ìå ôçí õäñüëõóç ôùí ðåðôéäéêþí äåóìþí óôéò ðñùôåÀíåò. Ìå áõôÞí ôçí Ýííïéá äåí åêðëÞóóåé ôï ãåãïíüò üôé ìåñéêÝò ðåðôéäÜóåò äñïõí êáé ùò åóôåñÜóåò. 3. ÁíôéäñÜóåéò êáôÜ ôéò ïðïßåò ó÷çìáôßæïíôáé áìßäéá, åóôÝñåò Þ Üëëá åßäç åíþóåùí. Ôá Ýíæõìá ðïõ êáôáëýïõí áõôïý ôïõ åßäïõò ôéò áíôéäñÜóåéò ëÝãïíôáé óõíèåôÜóåò. ÌåñéêÝò áðü

R C H

H

COOH +

C

R´

O O R

C COOH + Ç2ÍCH2R´

YðÜñ÷ïõí áêüìç ðïëëïß Üëëïé ôýðïé áíôéäñÜóåùí, ïé ïðïßåò êáôáëýïíôáé áðü Ýíæõìá, áëëÜ äåí åßíáé äõíáôüí íá åîåôáóèïýí üëåò åäþ. Èá áíáöåñèåß üìùò Ýíáò áêüìç ôýðïò, åðåéäÞ åßíáé åîáéñåôéêÜ óçìáíôéêüò êáé áðëüò. Ç áíôßäñáóç ðïõ áêïëïõèåß åßíáé æùôéêÞò óçìáóßáò ãéá ôçí áíáðíïÞ: CO2 + H2O = H2CO3

Ç áíôßäñáóç áõôÞ åßíáé áðü ìüíç ôçò ó÷åôéêÜ âñáäåßá ðñïò ïðïéáäÞðïôå êáôåýèõíóç. Ãéá íá ðñáãìáôïðïéçèåß ìå éêáíïðïéçôéêÞ ôá÷ýôçôá, óôçí ðåñßðôùóç ôçò áíáðíïÞò, ðñÝðåé íá åðéôá÷õíèåß ç áðïìÜêñõíóç ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá (äçëáäÞ íÜ ðñï÷ùñÞóåé ç áíôßäñáóç áðü ôá áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ óýìöùíá ìå ôçí ðáñáðÜíù åîßóùóç). Ôï Ýíæõìï ðïõ õðÜñ÷åé ãé' áõôüí ôï óêïðü ëÝãåôáé áíèñáêéêÞ áöõäáôÜóç. Tþñá ðïõ áðïêôÞóáôå ìéá ãåíéêÞ éäÝá ãéá ôï ôé êÜíïõí êáé ðüóï óçìáíôéêÜ åßíáé ôá Ýíæõìá, åßíáé öõóéêü íá áíáñùôçèåßôå “ôé åßíáé áõôÜ ôá Ýíæõìá”. Ç áðÜíôçóç åßíáé óå ãåíéêÝò ãñáììÝò áðëÞ. ~Ïëá ôá Ýíæõìá åßíáé ðñùôåúíéêÜ ìüñéá*. ÌåñéêÜ åßíáé ó÷åôéêÜ ìéêñïý ìåãÝèïõò, ìå ìïñéáêÝò ìÜæåò ãýñù

583

Ó×ÇÌÁ 21-19. (á) Ôï óôåñåï÷çìéêü ðñüôõðï åíüò ìïñßïõ ëõóïæýìçò, ìáæß ìå Ýíá ìéêñüôåñï ìüñéï õðïóôñþìáôïò, ìå ôï ïðïßï ìðïñåß íá áëëçëåðéäñÜóåé ôï Ýíæõìï. (â) ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò êáôáëýóåùò ôï õðüóôñùìá åöáñìüæåé áðüëõôá óôï ôìÞìá ôïõ åíåñãïý êÝíôñïõ ôçò åðéöÜíåéáò ôçò ëõóïæýìçò.

óôï 10.000. Ôá ðåñéóóüôåñá åßíáé áñêåôÜ ìåãáëýôåñá, ìå ìÜæåò áðü 50 Þ 100 ÷éëéÜäåò Þ áêüìç ìåñéêÜ åêáôïììýñéá. Åðß ðëÝïí, ôá Ýíæõìá åßíáé ðñùôåÀíåò ôïõ ôýðïõ ï ïðïßïò ïíïìÜæåôáé óöáéñßíç. ÄçëáäÞ ç ðñùôåÀíç ìå ôç ìáêñÜ áëõóßäá ðåñéôõëßãåôáé ó÷çìáôßæïíôáò Ýíá êïõâÜñé (ìéá óöáßñá). ~Åíá ðáñÜäåéãìá Ý÷ïìå óôï ó÷Þìá 2119á. Ðñüêåéôáé ãéá Ýíá ôñéóäéÜóôáôï ðñüôõðï åíüò åíæýìïõ ìå ôï üíïìá ëõóïæýìç. Ç äñÜóç ôïõ óõíßóôáôáé óôçí áðïéêïäüìçóç ïñéóìÝíùí åíþóåùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôá êõôôáñéêÜ ôïé÷þìáôá. Ôï ðñþôï Ýíæõìï, ôïõ ïðïßïõ ðñïóäéïñßóèçêå ëåðôïìåñåéáêÜ ç äïìÞ, Þôáí ç ëõóïæýìç. ÊáôÜ ôá ôåëåõôáßá ÷ñüíéá Ý÷ïõí ðñïóäéïñéóèåß ïé äïìÝò ðïëëþí áêüìç åíæýìùí. ~Ïëá Ý÷ïõí ðåñéóóüôåñï Þ ëéãüôåñï óöáéñéêü ó÷Þìá. Ðþò ëåéôïõñãïýí ôá Ýíæõìá; Ðïéï åßíáé ôï ÷áñáêôçñéóôéêü ãíþñéóìá áõôþí ôùí ôåñáóôßùí ðïëõðëüêùí ìïñßùí, ðïõ ôá êáèéóôÜ éêáíÜ íá êáôáëýïõí áíôéäñÜóåéò; Ïé åñùôÞóåéò áõôÝò äåí åßíáé äõíáôüí íá áðáíôçèïýí áêüìç êáé óÞìåñá ëåðôïìåñåéáêÜ óå åðßðåäï áôüìùí, *

Ó.ô.Ì. ~Ïëåò ïé ðñùôåÀíåò üìùò äåí Ý÷ïõí åíæõìáôéêÞ äñÜóç.

áíáìößâïëá äå ïé ëåðôïìÝñåéåò äéáöÝñïõí êáôÜ ðåñßðôùóç. Ôï âÝâáéï üìùò åßíáé üôé óå ãåíéêÝò ãñáììÝò ïé ÷çìéêïß Ý÷ïõí ìÜèåé ðÜñá ðïëëÜ ó÷åôéêÜ ìå ôïí ôñüðï äñÜóåþò ôïõò. ~Ïðùò ï êÜèå êáôáëýôçò, Ýôóé êáé Ýíá Ýíæõìï óõíÞèùò åðéôåëåß ôñåéò ëåéôïõñãßåò. (1) Èá ðñÝðåé íá åßíáé óå èÝóç íá óõíäåèåß ìå ôçí ïõóßá Þ ôéò ïõóßåò (ïé ïðïßåò ïíïìÜæïíôáé õðüóôñùìá), ðÜíù óôéò ïðïßåò ðñüêåéôáé íá äñÜóåé. Ç éäéüôçôá áõôÞ ïíïìÜæåôáé óýíäåóç õðïóôñþìáôïò. (2) Ç öýóç ôçò áëëçëåðéäñÜóåþò ôïõ ìå ôï õðüóôñùìá èá ðñÝðåé íá åßíáé ôÝôïéá, þóôå ç áíôßäñáóç íá äéÝñ÷åôáé áðü Ýíá óôÜäéï ìå ìéêñüôåñç åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò áðü üóç èá Þôáí êáíïíéêÜ áíáãêáßá. ÄçëáäÞ, ôï Ýíæõìï ïäçãåß óå åõêïëüôåñï ó÷çìáôéóìü ôïõ åíåñãïðïéçìÝíïõ óõìðëüêïõ. (3) Ôï Ýíæõìï èá ðñÝðåé íá óõíäÝåôáé ìå ôï Þ ôá ðñïúüíôá ôçò áíôéäñÜóåùò, ìå ó÷åôéêÜ áóèåíÞ äåóìü. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ôá ðñïúüíôá èá åëåõèåñþíïíôáé ãñÞãïñá, þóôå ôï Ýíæõìï íá ìðïñåß íá óõíäåèåß êáé íá åíåñãïðïéÞóåé êáé ôï õðüëïéðï õðüóôñùìá.

584

Ôá ìüñéá ôùí åíæýìùí ðñÝðåé íá åßíáé ìåãÜëá êáé ðïëýðëïêá, þóôå íá åîáóöáëßæïõí ìéá èÝóç, ç ïðïßá ïíïìÜæåôáé åíåñãü ôìÞìá Þ åíåñãüò ðåñéï÷Þ, ðÜíù óôçí ïðïßá ìðïñåß íá óõãêñáôçèåß ôï õðüóôñùìá óöéêôÜ êáé óôáèåñÜ êáé íá ðñáãìáôïðïéçèåß åíåñãïðïßçóç. Ôï áêñéâÝò ó÷Þìá ôïõ åíåñãïý êÝíôñïõ ôïõ åíæýìïõ èá ðñÝðåé íá åßíáé Ýôóé äéáìïñöùìÝíï, þóôå íá ìïéÜæåé ùò óõìðëçñùìáôéêü ôïõ ó÷Þìáôïò ôùí ìïñßùí ôïõ õðïóôñþìáôïò*. Ôï ó÷Þìá 21-19â äåß÷íåé ìå ðüóç áêñßâåéá ðñïóáñìüæåôáé ôï õðüóôñùìá, ðÜíù óôï ïðïßï äñá ç ëõóïæýìç, ìå ôï ôìÞìá ôïõ åíåñãïý êÝíôñïõ ôçò åðéöÜíåéáò ôçò ëõóïæýìçò. Áðü üóá áíáöÝñèçêáí, êáôáëáâáßíåôå üôé Ýíá Ýíæõìï ìðïñåß íá óõíäåèåß ìüíï ìå Ýíá åéäéêü ìüñéï Þ ìå ìåñéêÜ ðáñüìïéá ðñïò áõôü. Ç éäéüôçôá áõôÞ ôùí åíæýìùí ïíïìÜæåôáé åêëåêôéêüôçôá (Þ óôåñåïåéäßêåõóç) ôùí åíæýìùí. Ç åêëåêôéêüôçôá åßíáé óçìáíôéêÞ ãéá äýï êõñßùò ëüãïõò. Ðñþôïí, áí ÷ñåéÜæåôáé Ýíá åéäéêü Ýíæõìï, ãéá íá êáôáëýóåé ôçí áíôßäñáóç åíüò ìüíï ìïñßïõ Þ ìåñéêþí ðáñïìïßùí ìïñßùí, ôüôå èá åßíáé åîáéñåôéêÜ åîåéäéêåõìÝíï. Ãé' áõôü èá åßíáé êáé åîáéñåôéêÜ áðïôåëåóìáôéêü. Ôï Ýíæõìï åßíáé, üðùò êáé Ýíá áñêåôÜ ðïëýðëïêï åñãáëåßï

áêñéâåßáò, éäáíéêü ãéá ìßá êáé ìüíï åñãáóßá. Äåýôåñïí, ç éäéüôçôá áõôÞ ÷ñçóéìåýåé óôç äéáôÞñçóç ôçò éåñáñ÷ßáò êáôÜ ôéò ÷çìéêÝò ëåéôïõñãßåò ôïõ êõôôÜñïõ. ÐñïêåéìÝíïõ íá ãßíåé áõôü êáôáíïçôü, öáíôáóèåßôå ôé èá ãéíüôáí, áí êÜðïéï Ýíæõìï äéÝèåôå ôçí éêáíüôçôá íá õäñïëýåé üëïõò ôïõò ðåðôéäéêïýò äåóìïýò. Èá äçìéïõñãïýíôáí ÷Üïò, ãéáôß ôá Ýíæõìá èá êáôÝëçãáí íá êáôáëýïõí ôçí áðïéêïäüìçóç Üëëùí åíæýìùí (ôá ïðïßá åßíáé åðßóçò ðñùôåÀíåò). Èá êáôÝóôñåöáí åðßóçò ôïõò ðñùôåúíéêïýò éóôïýò, ðïõ óõíéóèïýí ôìÞìáôá ôïõ ðåðôéäéêïý óõóôÞìáôïò áëõóßäáò, óôá ïðïßá èá äñïýóáí ðÜëé ôá Ýíæõìá. Ç ôåñÜóôéá ðïéêéëßá ôùí åíæõìéêþí äïìþí êáé ç ëåéôïõñãßá ðïëëþí ÷éëéÜäùí åíæýìùí óå ðëÞñç éóïññïðßá êáé áñìïíßá áðïôåëïýí Ýíá ÷çìéêü “èáýìá” ôï ïðïßï ïé åðéóôÞìïíåò ðñïóðáèïýí íá êáôáíïÞóïõí ðñïóåããßæïíôáò üëï êáé ðåñéóóüôåñåò ëåðôïìÝñåéåò. Ç äéåñåýíçóç ôùí åíæýìùí, ôùí äïìþí ôïõò êáé ôùí äñáóôçñéïôÞôùí ôïõò áðïôåëåß óÞìåñá ìéá áðü ôéò ðéï åêðëçêôéêÝò ðåñéï÷Ýò Ýñåõíáò ôùí åðéóôçìþí ôçò ÷çìåßáò êáé ôçò âéïëïãßáò.

Ðåñßëçøç. Óå óôáèåñÞ èåñìïêñáóßá, ôá ìüñéá åíüò áåñßïõ äåßãìáôïò Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò ôá÷ýôçôåò êáé êéíçôéêÝò åíÝñãåéåò. Êáèþò áõîÜíåôáé ç èåñìïêñáóßá, áõîÜíåôáé êáé ôï êëÜóìá ôùí ìïñßùí ìå õøçëÞ êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Ìüíï ïé óõãêñïýóåéò áíÜìåóá óå ìüñéá, óôá ïðïßá ç óõíïëéêÞ åíÝñãåéá îåðåñíÜ ìéá åëÜ÷éóôç ôéìÞ, åßíáé äõíáôüí íá ïäçãÞóïõí óå áíôßäñáóç. Ç åëÜ÷éóôç ôéìÞ ïíïìÜæåôáé åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò. ÁõôÞ ç åíÝñãåéá áðáéôåßôáé ãéá íá óõíäåèïýí ôá áíôéäñþíôá ìüñéá êáé íá ó÷çìáôßóïõí ôï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï. Ôï óýìðëïêï áõôü åßíáé äõíáôüí óôç óõíÝ÷åéá íá äéáóðáóèåß êáé íá äþóåé ôá ðñïúüíôá Þ ôá áíôéäñþíôá. Ìå ôïõò êáôáëýôåò ìéá áíôßäñáóç ðñáãìáôïðïéåßôáé ôá÷ýôåñá åîáóöáëßæïíôáò

*

Ó.ô.Ì. ÔáéñéÜæïõí üðùò áêñéâþò ôï êëåéäß ìå ôçí êëåéäáñéÜ.

äéáöïñåôéêÝò ïäïýò ðïõ áðáéôïýí ìéêñüôåñç åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò óõãêñéôéêÜ ìå ôç ìç êáôáëõôéêÞ áíôßäñáóç. ~Åôóé, óå êÜèå èåñìïêñáóßá õðÜñ÷ïõí ðåñéóóüôåñá ìüñéá ìå áñêåôÞ åíÝñãåéá ãéá íá áêïëïõèÞóïõí ôçí êáôáëõôéêÞ äéáäñïìÞ áð’ üóá Ý÷ïõí ôçí áðáñáßôçôç õøçëÞ åíÝñãåéá, ðïõ áðáéôåß ç ìç êáôáëõôéêÞ áíôßäñáóç.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íïìßæåôå üôé ç áíôßäñáóç (17) èá åßíáé âñáäýôåñç Þ ôá÷ýôåñç áðü ôçí áíôßäñáóç (19); Íá åîçãÞóåôå ãéáôß. 2. Íá ðåñéãñÜøåôå ôé óõìâáßíåé êáôÜ ôï ìåôáó÷çìáôéóìü ôùí áíôéäñþíôùí óôï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï.

585

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ïé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìå äéáöïñåôéêÝò ôá÷ýôçôåò (áðü ôéò åîáéñåôéêÜ âñáäåßåò, ïé ïðïßåò äåí åßíáé äõíáôüí íá ãßíïõí áíôéëçðôÝò, ìÝ÷ñé ôéò åêñçêôéêÜ ôá÷åßåò) êáé áõôü åîáñôÜôáé áðü ðïëëïýò ðáñÜãïíôåò. ~Åíáò áðü ôïõò ðáñÜãïíôåò åßíáé ç öýóç ôùí ïõóéþí ðïõ áíôéäñïýí. ÄéáöïñåôéêÝò áíôéäñÜóåéò Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÝò ôÜóåéò ðñáãìáôïðïéÞóåùò. ÊáôÜ óõíÝðåéá, Ý÷ïõí êáé äéáöïñåôéêÝò ôá÷ýôçôåò, áêüìç êáé óôéò ðåñéðôþóåéò üðïõ ìåôáâëçôÝò, üðùò ç èåñìïêñáóßá êáé ç óõãêÝíôñùóç, åßíáé ó÷åäüí üìïéåò. Äåýôåñïò ðáñÜãïíôáò åßíáé ç óõãêÝíôñùóç (Þ ç ìåñéêÞ ðßåóç). ÓõíÞèùò, áí êáé ü÷é ðïëý óõ÷íÜ, ðñïêåéìÝíïõ ãéá ìéá óõãêåêñéìÝíç áíôßäñáóç, ç ôá÷ýôçôá áõîÜíåôáé êáèþò áõîÜíåôáé ç óõãêÝíôñùóç åíüò åê ôùí áíôéäñþíôùí. ~Åíáò ôñßôïò ðáñÜãïíôáò åßíáé ç èåñìïêñáóßá. ÃåíéêÜ óå üëåò ôéò áíôéäñÜóåéò ç ôá÷ýôçôá áõîÜíåôáé ìå ôç èåñìïêñáóßá. Ç èåùñßá ôùí óõãêñïýóåùí óôçí ðåñßðôùóç ôùí áíôéäñÜóåùí åîçãåß ôïí ôñüðï äñÜóåùò áõôþí ôùí ðáñáãüíôùí. Óýìöùíá ìå ôç èåùñßá áõôÞ, ôá ìüñéá, ãéá íá áíôéäñÜóïõí, ðñÝðåé íá óõãêñïõóèïýí. Åßíáé óáöÝò üôé, üóï ðéï óõ÷íÜ óõãêñïýïíôáé, ôüóï ðéï óõ÷íÜ èá áíôéäñïýí. ~Åôóé åîçãåßôáé êáé ãéáôß ç áýîçóç ôçò óõãêåíôñþóåùò Þ ôçò ìåñéêÞò ðéÝóåùò åíüò áíôéäñþíôïò åßíáé äõíáôüí íá áõîÞóåé ôçí ôá÷ýôçôá. Áí åîåôáóèåß ï ìç÷áíéóìüò ôçò áíôéäñÜóåùò, ìðïñåß íá äéåõêñéíéóèåß ãéáôß ìå ôçí áýîçóç ôçò óõãêåíôñþóåùò äåí áõîÜíåôáé ðÜíôá êáé ç ôá÷ýôçôá Þ áõîÜíåôáé ëéãüôåñï áðü üóï áíáìåíüôáí. ÅðåéäÞ ïé ôáõôü÷ñïíåò óõãêñïýóåéò áíÜìåóá óå ðåñéóóüôåñá áðü äýï ìüñéá åßíáé ðïëý óðÜíéåò, ïé áíôéäñÜóåéò, óôéò ïðïßåò óõììåôÝ÷ïõí ðïëëÜ ìüñéá ðñáãìáôïðïéïýíôáé ðéèáíüôáôá ìå ôç

ìåóïëÜâçóç ìéáò óåéñÜò õðïáíôéäñÜóåùí. Ç ôá÷ýôçôá ôçò óõíïëéêÞò áíôéäñÜóåùò êáèïñßæåôáé áðü ôçí ôá÷ýôçôá ôïõ âñáäõôÝñïõ óôáäßïõ ôïõ ìç÷áíéóìïý. Ôï óôÜäéï áõôü ïíïìÜæåôáé óôÜäéï êáèïñéóìïý ôçò ôá÷ýôçôáò. Ìüíï ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí ìïñßùí ðïõ óõãêñïýïíôáé êáôÜ ôï óôÜäéï áõôü åðçñåÜæïõí ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. Ç åðßäñáóç ôçò èåñìïêñáóßáò ãßíåôáé êáôáíïçôÞ, áí ëçöèåß ùò äåäïìÝíï üôé äýï ìüñéá èá ðñÝðåé íá óõãêñïõóèïýí ìå áñêåôÞ åíÝñãåéá, þóôå íá ó÷çìáôßóïõí Ýíá åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï. Ôï óýìðëïêï ìðïñåß óôç óõíÝ÷åéá íá äéá÷ùñéóèåß Þ ðßóù óôá áíôéäñþíôá Þ óôá ðñïúüíôá. Ç åëÜ÷éóôç åíÝñãåéá ðïõ áðáéôåßôáé, ãéá íá ó÷çìáôéóèåß ôï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï, ïíïìÜæåôáé åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò. Áðü ôéò ðïëëÝò óõãêñïýóåéò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé, ìüíï ëßãåò Ý÷ïõí åíÝñãåéá ßóç Þ ìåãáëýôåñç áðü ôçí åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ìüíï Ýíá ìÝñïò ôùí óõãêñïýóåùí ïäçãåß óå ðñïúüíôá áíôéäñÜóåùò. Êáèþò áõîÜíåôáé ç èåñìüôçôá, áõîÜíåôáé ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ìå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ìåãáëýôåñç áðü ìéá ïñéóìÝíç ôéìÞ åíÝñãåéáò. Ãé' áõôü êáé ï áñéèìüò ôùí óõãêñïýóåùí áðü ôéò ïðïßåò ðñïêýðôåé åíÝñãåéá áñêåôÞ ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ åíåñãïðïéçìÝíïõ óõìðëüêïõ áõîÜíåôáé êáé ç áíôßäñáóç ðñï÷ùñåß ôá÷ýôåñá. Ïé êáôáëýôåò åßíáé ïõóßåò ïé ïðïßåò äåí êáôáíáëþíïíôáé óå ìéá áíôßäñáóç. Êáèéóôïýí äõíáôÞ êÜðïéá ðïñåßá Þ Ýíá ìç÷áíéóìü ìå ôïí ïðïßï ç áðáéôïýìåíç ìÝãéóôç åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò ãßíåôáé ÷áìçëüôåñç áðü åêåßíç ôçò ìç êáôáëõôéêÞò áíôéäñÜóåùò. ÓõíÜãåôáé ëïéðüí üôé ï êáôáëýôçò áõîÜíåé ôçí ôá÷ýôçôá ìéáò áíôéäñÜóåùò óå ïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ç ôá÷ýôçôá êéíÞóåùò åíüò áõôïêéíÞôïõ åêöñÜæåôáé óå ÷éëéüìåôñá áíÜ þñá. Íá ðåñéãñÜøåôå äéÜöïñïõò ôñüðïõò ìå ôïõò ïðïßïõò ìðïñåßôå íá åêöñÜóåôå ôçí ôá÷ýôçôá ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò. 2. Öáíôáóèåßôå äýï áÝñéá, Á êáé Â, ìÝóá óå Ýíá äï÷åßï óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. Ôá äýï áõôÜ áÝñéá åßíáé äõíáôüí íá áíôéäñÜóïõí êáôÜ ôçí áêüëïõèç áíôßäñáóç: Á+Â=Ã+Ä Íá êáèïñßóåôå êáé íá äéêáéïëïãÞóåôå ôç

ìåôáâïëÞ ôçò ôá÷ýôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò áõôþí ôùí äýï áåñßùí, áí: (á) Äéðëáóéáóèåß ç ðßåóç. (â) Äéðëáóéáóèåß ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ôïõ áåñßïõ Á. (ã) Ìåéùèåß ç èåñìïêñáóßá êáé ðáñáìåßíåé ï üãêïò óôáèåñüò. 3. Óå ôé äéáöÝñåé Ýíá ïìïéïãåíÝò óýóôçìá áðü Ýíá áíïìïéïãåíÝò; Íá ðåñéãñÜøåôå äýï êáôáóôÜóåéò, óôéò ïðïßåò ïé áíôéäñþóåò ïõóßåò áíáìéãíýïíôáé óå Ýíá åôåñïãåíÝò

586

óýóôçìá. Íá åðáíáëÜâåôå ôï ßäéï ãéá äõï ïõóßåò ðïõ áíôéäñïýí üôáí áíáìéãíýïíôáé óå Ýíá ïìïéïãåíÝò óýóôçìá. Íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå äéáöïñåôéêÜ óõóôÞìáôá áðü áõôÜ ðïõ ðåñéãñÜöïíôáé óôï âéâëßï. 4. Ðïéï áðü ôá äýï ïìïéïãåíÞ óõóôÞìáôá ðïõ ðåñéãñÜøáôå óôçí åñþôçóç 3 Ý÷åé ôç ìåãáëýôåñç ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò; Ðïéï áðü ôá äýï åôåñïãåíÞ óõóôÞìáôá èá áíôéäñÜóåé ôá÷ýôåñá; Íá äéêáéïëïãÞóåôå ôéò áðáíôÞóåéò óáò. ÈåùñÞóôå üôé éó÷ýïõí ïé ßäéåò óõíèÞêåò êáé óôá äýï æåýãç. 5. Ãéáôß Ýíá îõëáñÜêé êáßãåôáé ìå ìéêñÞ ôá÷ýôçôá óôïí áÝñá, åíþ ôá ðñéïíßäéá áðü ôï ßäéï îýëï êáßãïíôáé ðïëý ãñÞãïñá, áí äéáóêïñðéóèïýí êáé áíáöëåãïýí; 6. ÊáôÜ ôç óýãêñïõóç óùìáôéäßùí, ðïéïò ðñùôáñ÷éêüò ðáñÜãïíôáò êáèïñßæåé ôï áí èá ðñáãìáôïðïéçèåß ç áíôßäñáóç; 7. Ìå âÜóç üóá ìÜèáôå ó÷åôéêÜ ìå ôéò áíôéäñÜóåéò, ôéò ôá÷ýôçôåò áíôéäñÜóåùí êáé ôç èåùñßá ôùí óõãêñïýóåùí, íá óçìåéþóåôå ðïéá áðü ôéò áêüëïõèåò öñÜóåéò åßíáé óùóôÞ êáé ðïéá ëÜèïò, êáé íá äéêáéïëïãÞóåôå ôçí åðéëïãÞ óáò. (á) ÊáôÜ ôçí áíÜìéîç äýï áåñßùí ìÝóá óå Ýíá êëåéóôü äï÷åßï, ç åëÜôôùóç ôïõ üãêïõ ôïõ äï÷åßïõ ðåñéïñßæåé ãåíéêÜ ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. (â) ÌåôáâïëÞ óôç óõãêÝíôñùóç åíüò ìüíï åê ôùí áíôéäñþíôùí èá áõîÞóåé ôçí ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò ôùí áåñßùí óôçí åñþôçóç (á). (ã) Ç áýîçóç ôïõ áñéèìïý ôùí óõãêñïýóåùí áíÜìåóá óå ìüñéá ôùí áíôéäñþíôùí áõîÜíåé áõôüìáôá ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. 8. Íá áíáöÝñåôå ôñåéò ìåèüäïõò, ìå ôéò ïðïßåò åßíáé äõíáôüí íá áõîçèåß ç ðßåóç åíüò áåñßïõ óõóôÞìáôïò. 9. ÁíáöÝñáôå ìåñéêïýò ôñüðïõò, ìå ôïõò ïðïßïõò ìðïñåßôå íá áõîÞóåôå ôçí ôá÷ýôçôá êáýóåùò ôçò öëüãáò åíüò êåñéïý. Íá ðåñéãñÜøåôå êáèÝíáí áðü áõôïýò. 10. Íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôçí áñ÷Þ ðïõ ïñßæåé ôï “êáôþöëé åíÝñãåéáò”, ãéá íá ðåñéãñÜøåôå ôç “æùÞ” êáé ôï “èÜíáôï” (óðÜóéìï) åíüò ðïôçñéïý ôïõ íåñïý (õðïèÝóôå üôé êÜðïéá óôéãìÞ óáò ðÝöôåé áðü ôï ÷Ýñé). 11. Ðïéá ó÷Ýóç õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôçí ôá÷ýôçôá, ìå ôçí ïðïßá óõíôåëåßôáé ìéá áíôßäñáóç óå

èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, êáé ôïí áñéèìü ôùí äåóìþí ïé ïðïßïé ìåôáôßèåíôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç; 12. Íá åîçãÞóåôå ìå äéêÜ óáò ëüãéá ôé åßíáé ï ìç÷áíéóìüò ìéáò áíôéäñÜóåùò. Ðïéï óôÜäéï óôï ìç÷áíéóìü ìéáò áíôéäñÜóåùò åßíáé ôï êáèïñéóôéêü ôçò ôá÷ýôçôáò; 13. Ìéá ïìÜäá óðïõäáóôþí ðñüêåéôáé íá åôïéìÜóåé 50 áíôßãñáöá åíüò åõñåôçñßïõ ôùí 10 óåëßäùí. Ïé óåëßäåò Ý÷ïõí ôõðùèåß êáé óôïéâá÷èåß óå 10 óôÞëåò, óåëßäá óåëßäá. Ïé óåëßäåò èá ðñÝðåé (á) íá ôïðïèåôçèïýí êáôÜ áñéèìçôéêÞ óåéñÜ, (â) íá ôáêôïðïéçèïýí óå ìéá ìüíï óôÞëç, (ã) íá óõññáöïýí êáè' ïìÜäåò. Áí óõíåñãáóèïýí ôñåéò óðïõäáóôÝò, êÜíïíôáò ï êáèÝíáò äéáöïñåôéêÞ äïõëåéÜ, ðïéï èá åßíáé ôï óôÜäéï ðïõ êáèïñßæåé ôçí ôá÷ýôçôá; Ðþò èá åðçñåáóèåß ç óõíïëéêÞ ôá÷ýôçôá, áí ïé óðïõäáóôÝò ðïõ åêôåëïýí ôï ðñþôï óôÜäéï áðïêôÞóïõí äÝêá íÝïõò âïçèïýò; Ðþò èá åðçñåáóèåß ç ôá÷ýôçôá, áí ïé äÝêá âïçèïß óõíåñãáóèïýí ìå ôïõò óðïõäáóôÝò ðïõ åêôåëïýí (i) ôï äåýôåñï óôÜäéï, (ii) ôï ôñßôï óôÜäéï; 14. Íá åîçãÞóåôå ìå ôç âïÞèåéá ôùí ìïñéáêþí óõãêñïýóåùí ãéáôß ç áýîçóç óôç óõãêÝíôñùóç åíüò åê ôùí áíôéäñþíôùí ïäçãåß óå áýîçóç ôçò ôá÷ýôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò. 15. Ôï ìåèÜíéï áíôéäñÜ ðïëý áñãÜ ìå ôï ïîõãüíï. Ç áýîçóç ôçò óõãêåíôñþóåùò ôïõ ìåèáíßïõ äåí åðéôá÷ýíåé óçìáíôéêÜ ôçí áíôßäñáóç. Ãéáôß; Áí üìùò ðáñá÷èåß ìéá óðßèá ìÝóá óå áôìüóöáéñá ìåèáíßïõ-ïîõãüíïõ, üóï ìåãáëýôåñç åßíáé ç óõãêÝíôñùóç ôùí áíôéäñþíôùí, ôüóï ôá÷ýôåñç åßíáé ç áíôßäñáóç. Íá ôï åîçãÞóåôå. 16. Íïìßæåôå üôé ç ðáñáêÜôù åîßóùóç ôçò óõíïëéêÞò áíôéäñÜóåùò ðáñéóôÜíåé ôï ìç÷áíéóìü êáýóåùò ôïõ áéèõëåíßïõ, C2H4; Íá äéêáéïëïãÞóåôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. C2H4(á) + 3Ï2(á) Õ 2CO2(á) + 2Ç2Ï(á) 17. Ìéá áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò êáôÜ 10°C óðáíßùò óõíåðÜãåôáé ôï äéðëáóéáóìü ôçò ìÝóçò êéíçôéêÞò åíÝñãåéáò ôùí óùìáôéäßùí. ÊáôÜ óõíÝðåéá, êáé ï áñéèìüò ôùí óõãêñïýóåùí äåí äéðëáóéÜæåôáé. ~Ïìùò, ìå áõôÞí ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò åßíáé äõíáôüí íá äéðëáóéáóèåß ç ôá÷ýôçôá ìéáò âñáäåßáò áíôéäñÜóåùò. ÅîçãÞóôå ãéáôß. 18. Íá äéêáéïëïãÞóåôå, óýìöùíá ìå ôï ó÷Þ-

587

19.

20.

21. 22.

23.

ìá 21-12, ãéáôß ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá åëáôôþíåôáé, üôáí ôï ÍÏ2 êáé ôï CO áíåâáßíïõí óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ ôïõ öñÜãìáôïò; Ãéáôß ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá áõîÜíåôáé, êáèþò ôï CO2 êáé ôï ÍÏ êáôÝñ÷ïíôáé ôç äåîéÜ ôïõ ðëåõñÜ; Íá äþóåôå åîçãÞóåéò ìå âÜóç ôçí áñ÷Þ äéáôçñÞóåùò ôçò åíÝñãåéáò êáé ìå âÜóç üóá óõìâáßíïõí áíÜìåóá óôá äéÜöïñá óùìáôßäéá. Áí ëÜâåôå õðüøç óáò üôé ãéá ôç ìåôáôñïðÞ ôïõ ãñáößôç óå äéáìÜíôé áðáéôåßôáé ðïëý ëßãç åíÝñãåéá, ôüôå ãéáôß íïìßæåôå üôé ç âéïìç÷áíéêÞ ðáñáóêåõÞ ôùí äéáìáíôéþí åßíáé ôüóï äýóêïëç; Ï öùóöüñïò, P4, üôáí åêôåèåß óôïí áÝñá, êáßãåôáé áõôüìáôá êáé ó÷çìáôßæåôáé P4O10. Ç ÄÇ áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò åßíáé –712 ÷éëéïèåñìßäåò (kilocalories) áíÜ mole P4. (á) Íá ó÷åäéÜóåôå Ýíá åíåñãåéáêü äéÜãñáììá ôçò óõíïëéêÞò áíôéäñÜóåùò. Íá ðñïóäéïñßóåôå ôá êñßóéìá óçìåßá ôçò êáìðýëçò. (â) Ðüóç èåñìüôçôá åêëýåôáé, üôáí êáßãïíôáé 12,4 ãñáììÜñéá öùóöüñïõ; ÅîçãÞóôå ãéáôß Ýíá áíáììÝíï óðßñôï áíÜâåé Ýíá êåñß; Ó÷åäéÜóåôå Ýíá åíåñãåéáêü äéÜãñáììá ãéá ôçí êáýóç ôïõ Üíèñáêá, üôáí ï C Ý÷åé ôç ìïñöÞ ìåãÜëùí êïììáôéþí êÜñâïõíïõ. C(óô) + O2(á) Õ CO2(á) Íïìßæåôå üôé èá áëëÜîåé ç êáìðýëç, áí ÷ñçóéìïðïéçèåß ëåðôÞ óêüíç Üíèñáêá áíôß ãéá êïììÜôéá êÜñâïõíïõ; ÅîçãÞóôå. Ó÷åäéÜóôå Ýíá ðñü÷åéñï åíåñãåéáêü äéÜãñáììá ðïõ íá ðáñéóôÜíåé ìéá åíäüèåñìç áíôßäñáóç. Íá ïíïìÜóåôå ôá ôìÞìáôá ôçò êáìðýëçò ðïõ ðáñéóôÜíïõí ôï

24. 25.

26. 27.

åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï, ôçí åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò êáé ôç óõíïëéêÞ åíÝñãåéá ðïõ áðïññïöÜôáé. ÁíáöÝñáôå äýï ðáñÜãïíôåò ðïõ áõîÜíïõí ôçí ôá÷ýôçôá ìéáò áíôéäñÜóåùò êáé åîçãÞóôå ãéáôß ðñïêáëïýí áõôÞí ôçí áýîçóç. ÊáôÜ ôç äéáäéêáóßá ôïõ Haber, ìéá óçìáíôéêÞ âéïìç÷áíéêÞ ìÝèïäï ðáñáãùãÞò áììùíßáò, ðñáãìáôïðïéåßôáé óõíïëéêÜ ç ðáñáêÜôù áíôßäñáóç: Í2(á) + 3Ç2(á) Õ 2ÍÇ3(á) + 24 kcal Õðü ðßåóç 1000 atm êáé óå èåñìïêñáóßá 200°C åßíáé äõíáôüí íá åðéôåõ÷èåß áðüäïóç 98%. ÊáôÜ ôç äéáäéêáóßá ÷ñçóéìïðïéåßôáé Ýíáò êáôáëýôçò. Ï êáôáëýôçò áðïôåëåßôáé óõíÞèùò áðü áíáêáôåìÝíá ëåðôüêïêêá ïîåßäéá ôïõ óéäÞñïõ, ôá ïðïßá ðåñéÝ÷ïõí ìéêñÝò ðïóüôçôåò ïîåéäßïõ ôïõ êáëßïõ, Ê2Ï3, êáé ïîåéäßïõ ôïõ áñãéëßïõ, Al2O3. (á) Ç áíôßäñáóç åßíáé åîþèåñìç Þ åíäüèåñìç; (â) Íá õðïôåèåß üôé ç áíôßäñáóç ðñáãìáôïðïéåßôáé óå èåñìïêñáóßá 500°C êáé õðü ðßåóç 350 atm, ãéáôß èá åßíáé ç áðüäïóç óå áõôÝò ôéò óõíèÞêåò ìüíï 30%; (ã) Ðïéá åßíáé ç ÄÇ ôçò áíôéäñÜóåùò óå kcal/mole ôçò ÍÇ3(á); (ä) Ðüóá ãñáììÜñéá õäñïãüíïõ ðñÝðåé íá áíôéäñÜóïõí, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí 1,60 ãñáììÜñéá áììùíßáò; Ôé ïíïìÜæïìå êáôáëýôç; Íá ðåñéãñÜøåôå ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï äñïõí ïé êáôáëýôåò óå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç. Áí ðñïóôßèåôï óå Ýíá áíôéäñþí óýóôçìá Ýíáò êáôáëýôçò, ôé áðïôÝëåóìá èá åß÷áìå áí åß÷áìå, óôçí êáìðýëç êáôáíïìÞò ôçò êéíçôéêÞò

KÅÖÁËÁÉÏ ÅÉÊÏÓÔÏ ÄÅÕÔÅÑÏ

×çìéêÞ éóïññïðßá

Ïé áíôßèåôåò äõíÜìåéò êáé ïé áíôßèåôåò êéíÞóåéò ôùí ìïôïóõêëåôéóôþí äßíïõí åê ðñþôçò üøåùò ôçí åíôýðùóç üôé äåí õðÜñ÷åé êÜðïéá ìåôáâïëÞ. Óôéò ÷çìéêÝò äéáäéêáóßåò ôá óùìáôßäéá áëëçëåðéäñïýí êáô’ áíÜëïãï ôñüðï êáé ïäçãïýí óå ìéá êáôÜóôáóç, ðïõ ïé ÷çìéêïß ôçí áðïêáëïýí “êáôÜóôáóç ÷çìéêÞò éóïññïðßáò”.

589

ÓõíÞèùò ìå ôç ëÝîç éóïññïðßá äçëþíïìå ìéá ìüíéìç, Þ ôïõëÜ÷éóôïí ðñïóùñéíÜ óôáèåñÞ êáôÜóôáóç, ç ïðïßá äçìéïõñãåßôáé áðü åîéóïññüðçóç ôùí äõíÜìåùí ðïõ äñïõí óå áíôßèåôåò êáôåõèýíóåéò. Êáé óôç ÷çìåßá ç ëÝîç éóïññïðßá Ý÷åé ôçí ßäéá ãåíéêÞ Ýííïéá^ õðÜñ÷ïõí üìùò ìåñéêÝò óçìáíôéêÝò äéáöïñÝò. ÌÝ÷ñé ôþñá õðïèÝôáìå üôé ïé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ïëïêëçñþíïíôáé. ÄçëáäÞ öèÜíïõí óôçí êáôÜóôáóç åêåßíç üðïõ, áí Ý÷åé áíôéäñÜóåé ç óùóôÞ áíáëïãßá áíôéäñþíôùí, äåí ðáñáìÝíåé õðüëïéðï áíôéäñþíôùí êáé Ý÷åé ðáñá÷èåß ôï óýíïëï ôçò ðïóüôçôáò êáèåíüò áðü ôá ðñïúüíôá

ðïõ áíáöÝñïíôáé óôçí åîßóùóç. Áí êáé öáßíåôáé üôé êÜôé ôÝôïéï óõìâáßíåé óå ðïëëÝò ðåñéðôþóåéò, óôçí ðñáãìáôéêüôçôá äåí ãßíåôáé Ýôóé. ÐÜíôá äçìéïõñãåßôáé ìéá êáôÜóôáóç éóïññïðßáò, óôçí ïðïßá åîáêïëïõèåß íá óõíõðÜñ÷åé êÜðïéá ðïóüôçôá (ßóùò åîáéñåôéêÜ ìéêñÞ) áíôéäñþíôùí êáé ðñïúüíôùí. Áí êáé ôá áíôéäñþíôá åßíáé áõôÜ ðïõ ó÷çìáôßæïõí ôá ðñïúüíôá, êáôÜ êÜðïéï ôñüðï êáé ôá “ðñïúüíôá” áíôéäñïýí ìåôáîý ôïõò êáé ïäçãïýí óôçí áíáóýíèåóç ôùí “áíôéäñþíôùí”. Ôé åßíáé áõôü ðïõ óõíôåëåß óôç “ìç ïëïêëÞñùóç” ôùí áíôéäñÜóåùí;

ÅîåôÜæïíôáò ôç ÷çìéêÞ éóïññïðßá áðü ðïéïôéêÞ Üðïøç 22.1 Éóïññïðßá óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Óôï ÊåöÜëáéï 21 ìåëåôÞóáìå ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò áíÜìåóá óå CO êáé ÍÏ2. CO(á) + ÍÏ2(á) Õ CO2(á) + ÍÏ(á)

(1)

MåëåôÞóáìå åðßóçò ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôßóôñïöçò ðñïò ôçí (1) áíôéäñÜóåùò. Ðñüêåéôáé ãéá ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óôï CO2 êáé óôï ÍÏ: CO2(á) + ÍÏ(á) Õ CO(á) + ÍÏ2(á)

(2)

Ìå âÜóç áõôÝò ôéò áíôéäñÜóåéò äçìéïõñãåßôáé ôï ðáñáêÜôù åñþôçìá: Ðþò åßíáé äõíáôüí ìéá áíôßäñáóç íá ðñï÷ùñåß êáé ðñïò ôéò äýï êáôåõèýíóåéò; Áñ÷éêÜ èá ðñÝðåé íá ôïíßóïìå üôé ïöåßëïìå íá åîçãÞóïìå ãéáôß ðñÜãìáôé áõôÞ ç áíôßäñáóç ïäåýåé êáé ðñïò ôéò äýï êáôåõèýíóåéò. Áí áíáìé÷èåß CO(á) êáé ÍÏ2(á), îåêéíÜ ç áíôßäñáóç (1). Ìüëéò óõìâåß áõôü, ó÷çìáôßæåôáé CO2(á) êáé ÍÏ(á). ~Oôáí áñ÷ßóïõí íá óõóóùñåýïíôáé áõôÜ ôá äýï ðñïúüíôá, îåêéíÜ ç áíôßäñáóç (2), ç ïðïßá áíáéñåß ôçí áíôßäñáóç (1). Ïé äýï áíôéäñÜóåéò áëëçëïáíáéñïýíôáé. Ðïéá áðü ôéò äýï èá åðéêñáôÞóåé; Óôçí ðñïêåéìÝíç ðåñßðôùóç, åßíáé äõíáôüí êÜðïéïò íá ðáñáêïëïõèÞóåé ôçí åîÝëéîç ôçò áíôéäñÜóåùò (1) ðáñáôçñþíôáò ôçí Ýíôáóç ôïõ êáóôáíÝñõèñïõ ÷ñþìáôïò ôïõ ÍÏ2. Åßíáé äõíáôüí åðßóçò íá ðñáãìáôïðïéçèåß ç áíôßäñáóç (2) îåêéíþíôáò áðü êáèáñü CO2 êáé ÍÏ. Êáé óôéò äýï ðåñéðôþóåéò, ç Ýíôáóç ôïõ ÷ñþìáôïò ðïõ ïöåßëåôáé óôï ÍÏ2 èá áëëÜîåé óôçí áñ÷Þ ðïëý

Ýíôïíá. Óôçí áíôßäñáóç (1) ôï ÷ñþìá èá åîáóèåíÞóåé, åíþ óôçí áíôßäñáóç (2) èá ãßíåé åíôïíüôåñï. ÐÜíôùò, ìåôÜ áðü êÜðïéï ÷ñïíéêü äéÜóôçìá, èá óôáìáôÞóåé ç ìåôáâïëÞ ôïõ ÷ñþìáôïò. Ôç óôéãìÞ ðïõ èá óõìâåß áõôü, èåùñåßôáé üôé ç áíôßäñáóç Ýöôáóå óå ìéá êáôÜóôáóç éóïññïðßáò.

22.2 Éóïññïðßá êáôÜ ôçí áëëáãÞ öÜóåùò. Ìå ôï ðñïçãïýìåíï ðáñÜäåéãìá áíôéëáìâáíüìáóôå ðëÞñùò ôçí Ýííïéá ôçò éóïññïðßáò ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò. ~Åíá Üëëï åßäïò éóïññïðßáò, ðïõ åßíáé óçìáíôéêÞ óôç ÷çìåßá, åßíáé åêåßíç ç ïðïßá äçìéïõñãåßôáé êáôÜ ôéò áëëáãÝò öÜóåùò. ×áñáêôçñéóôéêü ðáñÜäåéãìá åßíáé ç éóïññïðßá ðïõ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óå Ýíá õãñü êáé ôïõò áôìïýò ôïõ. Áò åîåôÜóïìå ôé óõìâáßíåé, üôáí áäåéÜæïìå ìéá ðïóüôçôá íåñïý èåñìïêñáóßáò 20°C ìÝóá óå ìéá öéÜëç êáé óôç óõíÝ÷åéá ôçí êëåßíïìå áåñïóôåãþò. ~Ïðùò Ý÷åé ðñïêýøåé áðü ðåéñÜìáôá, öáßíåôáé üôé Ýíá ìÝñïò ôùí ìïñßùí ôïõ íåñïý åãêáôáëåßðïõí ôï õãñü êáé åéóÝñ÷ïíôáé óôçí áÝñéá öÜóç, ãßíïíôáé äçëáäÞ õäñáôìïß. Ç ìåñéêÞ ðßåóç ôïõ íåñïý ìÝóá óôç öéÜëç áõîÜíåôáé. ~Ïôáí öèÜóåé óôá 17,5 Torr, äåí ðáñáôçñåßôáé Üëëç ìåôáâïëÞ. ÅöåîÞò, ç ðïóüôçôá ôïõ õðüëïéðïõ õãñïý ðáñáìÝíåé óôáèåñÞ. Åðßóçò, ç ìåñéêÞ ðßåóç ôùí õäñáôìþí ìÝóá óôç öéÜëç ðáñáìÝíåé óôá 17,5 Torr, üóï äéÜóôçìá ç èåñìïêñáóßá äéáôçñåßôáé óôïõò 20°C. Ç ìåñéêÞ áõôÞ ðßåóç ïíïìÜæåôáé ôÜóç áôìþí ôïõ íåñïý óôïõò 20°C. Óå áõôÞí ôçí ôÜóç áôìþí ôï

590

22.3

Óçìåßï âñáóìïý.

Óå ïðïéáäÞðïôå èåñìïêñáóßá, åßíáé äõíáôüí ìüñéá íá ðåñÜóïõí áðü ôçí õãñÞ óôçí áÝñéá öÜóç äéáöåýãïíôáò áðü ôçí åðéöÜíåéá ôïõ õãñïý. Ôé íïìßæåôå üôé óõìâáßíåé, üôáí ç ðßåóç ðïõ äçìéïõñãåßôáé áðü ôïõò áôìïýò áõîÜíåôáé ôüóï, þóôå íá åîéóþíåôáé ìå ôçí ðßåóç ç ïðïßá áóêåßôáé áðü ôçí áôìüóöáéñá óôçí åðéöÜíåéá ôïõ õãñïý; Ôé óõìâáßíåé äçëáäÞ, üôáí ç ôÜóç áôìþí ôïõ õãñïý áóêåß ôçí ßäéá ðßåóç ðïõ áóêåß êáé ç áôìüóöáéñá óôï õãñü; Ç áðÜíôçóç åßíáé üôé áôìïß ó÷çìáôßæïíôáé ü÷é ìüíï óôç åðéöÜíåéá áëëÜ êáé ìÝóá óôç ìÜæá ôïõ õãñïý üðïõ äçìéïõñãïýíôáé *

Ó.ô.Ì. ~Ç óôçí êïñõöÞ åíüò âïõíïý.

800 760 600 ÔÜóç áôìþí,Torr

õãñïðïéçìÝíï íåñü êáé ïé õäñáôìïß åßíáé äõíáôüí íá óõíõðÜñîïõí åð' áüñéóôïí óôïõò 20°C. Ç ôÜóç áõôÞ ôùí áôìþí, ôá 17,5 Torr, åßíáé ßäéá åßôå óõíõðÜñ÷åé áÝñáò óôç öéÜëç åßôå ü÷é. Ðñüêåéôáé ãéá éäéüôçôá ôïõ íåñïý. Áí ìÝóá óôç öéÜëç õðÞñ÷å êåíü, ôï õãñü èá åîáôìéæüôáí ðÜëé ìÝ÷ñé ôï óçìåßï óôï ïðïßï ç ðßåóÞ ôïõ èá åß÷å áíÝëèåé áðü 0 Torr óå 17,5 Torr. Áí óôç öéÜëç åðéêñáôïýóå áñ÷éêÜ ðßåóç 750 Torr, ôï õãñü èá åîáôìéæüôáí, ìÝ÷ñé íá áíÝëèåé ç ðßåóÞ ôïõ áðü 750 Torr óå 767,5 Torr. Ìå áöáßñåóç ôçò ðñþôçò áðü ôç äåýôåñç ôéìÞ ôçò ðéÝóåùò äéáðéóôþíïìå üôé ç ìåñéêÞ ðßåóç ôùí õäñáôìþí áõîÞèçêå êáé ðÜëé áðü 0 Torr óå 17,5 Torr. ~Ïôáí Ýíá õãñü åßíáé óå åðáöÞ ìå ôïõò áôìïýò ôïõ êáé ç ìåñéêÞ ðßåóç ôùí áôìþí áõôïý ôïõ õãñïý åßíáé ßóç ìå ôçí ôÜóç ôùí áôìþí ôïõ, ôüôå ëÝìå üôé ôï õãñü êáé ïé áôìïß ôïõ âñßóêïíôáé óå éóïññïðßá. ÊáôÜ ôçí éóïññïðßá äåí ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìåôáâïëÝò ðïõ íá ìðïñïýí íá ìåôñçèïýí. Ç ôÜóç áôìþí ôïõ íåñïý óôïõò 20°C åßíáé 17,5 Torr. Óôïõò 40°C ç ôÜóç áôìþí åßíáé 55,3 Torr êáé óôïõò 60°C åßíáé 149,4 Torr. Ïé áñéèìïß áõôïß äåß÷íïõí üôé ç ôÜóç áôìþí ôïõ íåñïý áõîÜíåôáé ìå ôç èåñìïêñáóßá (âë. ôï äéÜãñáììá ôïõ ó÷Þìáôïò 221). Ç áéèõëéêÞ áëêïüëç óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ åßíáé åðßóçò õãñü. Ç ôÜóç ôùí áôìþí ôçò óôïõò 20°C åßíáé 44 Torr, äçëáäÞ õøçëüôåñç áðü ôçí ôÜóç ôùí áôìþí ôïõ íåñïý óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá. Óôïõò 40°C ç áéèõëéêÞ áëêïüëç Ý÷åé ôÜóç áôìþí 134 Ôorr, åíþ óôïõò 60°C 352 Torr. Êáé ðÜëé âëÝðïìå üôé ç ôÜóç ôùí áôìþí ôçò áõîÜíåôáé ìå ôç èåñìïêñáóßá. Áõôü éó÷ýåé ðÜíôá. Ç ôÜóç áôìþí üëùí ôùí õãñþí áõîÜíåôáé, êáèþò áõîÜíåôáé ç èåñìïêñáóßá.

400

200

0

20

40

60

80

100

Èåñìïêñáóßá, ïC

Ó×ÇÌÁ 22-1. Ç ôÜóç ôùí áôìþí ðÜíù áðü ôï íåñü, óå õãñÞ êáôÜóôáóç, áõîÜíåôáé ìå ôç èåñìïêñáóßá. Ôï ó÷Þìá ôçò êáìðýëçò åßíáé ÷áñáêôçñéóôéêü ãéá üëá ôá õãñÜ.

öõóáëßäåò. ~Ïôáí ç ôÜóç áôìþí ôïõ õãñïý ãßíåé ôüóï ìåãÜëç, þóôå íá åîéóùèåß ìå ôçí áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç, ôüôå ôï õãñü âñÜæåé. Ç èåñìïêñáóßá óôçí ïðïßá ç ôÜóç áôìþí åîéóþíåôáé ìå ôçí áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç ïíïìÜæåôáé óçìåßï âñáóìïý. ~Ïðùò áíôéëáìâÜíåóôå, ôï óçìåßï âñáóìïý åîáñôÜôáé áðü ôçí ðßåóç ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áí ç ðßåóç ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò åßíáé 760 Torr, ôï íåñü âñÜæåé óôïõò 100°C. Åßíáé ç èåñìïêñáóßá óôçí ïðïßá ç ôÜóç áôìþí ôïõ íåñïý åßíáé 760 Torr, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 21-1. Ç áéèõëéêÞ áëêïüëç áðïêôÜ ôÜóç áôìþí ßóç ìå 760 Torr óôïõò 78,5°C. ~Ïôáí ç áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç åßíáé 760 Torr, ç áéèõëéêÞ áëêïüëç âñÜæåé óôïõò 78,5°C. Óýìöùíá ìå ôá ðñïçãïýìåíá, ç êáíïíéêÞ ôÜóç áôìþí ôïõ íåñïý êáé ôçò áéèõëéêÞò áëêïüëçò åßíáé áíôßóôïé÷á 100°C êáé 78,5°C. Êáíïíéêü óçìåßï âñáóìïý åíüò õãñïý åßíáé ç èåñìïêñáóßá, óôçí ïðïßá ç ôÜóç áôìþí áõôïý ôïõ õãñïý éóïýôáé áêñéâþò ìå ìßá áôìüóöáéñá, 760 Torr. Áò õðïèÝóïìå üôé ç áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç ðÝöôåé óôá 750 Torr, üðùò óõìâáßíåé êáìéÜ öïñÜ ðñéí áðü ìéá êáôáéãßäá*. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç, åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí öõóáëßäåò áôìþí ïðïõäÞðïôå ìÝóá óôï íåñü óå èåñìïêñáóßá 99,6°C, åðåéäÞ ç ôÜóç áôìþí ôïõ íåñïý óôïõò 99,6°C åßíáé 750 Torr. ÊáôÜ óõíÝðåéá, üôáí ç ðßåóç ôïõ ðåñéâÜëëïíôïò åßíáé 750 Torr, ôï íåñü âñÜæåé óôïõò 99,6°C.

591

(á)

(â)

(ã)

Ó×ÇÌÁ 22-2. Ìüëéò ðñïóåôÝèçêáí êñýóôáëëïé éùäßïõ óôï äéÜëõìá íåñïý–áëêïüëçò (á). ÌåôÜ áðü ëßãï, ìÝñïò ôïõ éùäßïõ Ý÷åé äéáëõèåß (â). Åßíáé ðñïöáíÝò üôé äåí äéáëýåôáé Üëëï éþäéï^ Ý÷åé áðïêáôáóôáèåß éóïññïðßá (ã).

22.4

Éóïññïðßá äéáëõôüôçôáò.

Ôï ó÷Þìá 22-2 äåß÷íåé ôçí ðñïóèÞêç óôåñåïý éùäßïõ óå Ýíá ìßãìá íåñïý êáé áëêïüëçò. Áñ÷éêÜ, ôï õãñü åßíáé Ü÷ñùìï, áëëÜ ðïëý óýíôïìá êïíôÜ óôï óôåñåü åìöáíßæåôáé Ýíá êüêêéíï ÷ñþìá. Ìå ôçí áíÜäåõóç ôïõ õãñïý ôï êüêêéíï ÷ñþìá ìåôáêéíåßôáé ðñïò ôá Ýîù. Ç êßíçóç ôïõ êüêêéíïõ ÷ñþìáôïò öáíåñþíåé üôé ôï óôåñåü éþäéï äéáëýåôáé êáé åíóùìáôþíåôáé óôï õãñü. ~Ïóï ðåñíÜ ç þñá, ôï õãñü áðïêôÜ üëï êáé åíôïíüôåñï ÷ñþìá, åíþ ôï ìÝãåèïò ôùí êñõóôÜëëùí ôïõ óôåñåïý éùäßïõ åëáôôþíåôáé. ÔåëéêÜ üìùò, óôáìáôÜ ç ìåôáâïëÞ ôïõ ÷ñþìáôïò, åíþ ôï óôåñåü åîáêïëïõèåß íá õðÜñ÷åé êáé ôï ìÝãåèïò ôùí êñõóôÜëëùí ôïõ éùäßïõ äåí ìåéþíåôáé. ÅðåéäÞ äåí äéáðéóôþíåôáé ðéá Üëëç áëëáãÞ, èåùñåßôáé üôé õðÜñ÷åé éóïññïðßá. ÐïëëÜ Üëëá óôåñåÜ äéáëýïíôáé óôï íåñü Þ óå Üëëá õãñÜ, ìÝ÷ñé íá äçìéïõñãçèåß êáôÜóôáóç éóïññïðßáò. Éóïññïðßá åðéôõã÷Üíåôáé, üôáí öáßíåôáé üôé óôáìáôÜ ç äéáëõôïðïßçóç ôïõ óôåñåïý.

22.5 Åîáêñßâùóç ôçò êáôáóôÜóåùò éóïññïðßáò. ÊáôáóôÜóåéò éóïññïðßáò, üðùò áõôÝò ðïõ áíáöÝñèçêáí ðñïçãïõìÝíùò, äçìéïõñãïýí ìéá åýëïãç áðïñßá. Ðþò áíôéëáìâáíüìáóôå ôçí *

Ó.ô.Ì. Ðñüêåéôáé ãéá ôçí êáèáñÞ ìáñìáñüóêïíç.

éóïññïðßá; Áí îáíáóêåöèåßôå üóá åëÝ÷èçóáí ó÷åôéêÜ ìå ôçí éóïññïðßá óôá ðáñáäåßãìáôá ðïõ åîåôÜóèçêáí, ôüôå èá âñåßôå êáé ôçí áðÜíôçóç óå áõôü ôï åñþôçìá. Óå üëåò ôéò ðåñéðôþóåéò, áðïêáôáóôÜèçêå éóïññïðßá, üôáí öÜíçêå üôé äåí õðÞñ÷å êáìéÜ ðåñáéôÝñù ìåôáâïëÞ. ~Ïôáí éäéüôçôåò ïé ïðïßåò ìðïñïýí íá êáôáãñáöïýí, üðùò ç ðßåóç, ôï ÷ñþìá êáé ç ðïóüôçôá ôïõ óôåñåïý, ðáýïõí íá ìåôáâÜëëïíôáé, ôüôå ëÝìå üôé Ý÷åé åðÝëèåé éóïññïðßá. Óýìöùíá ìå üóá Ý÷ïõí áíáöåñèåß êáé óôï êåöÜëáéï 5, éäéüôçôåò üðùò áõôÝò, ôéò ïðïßåò ìðïñïýìå íá ðáñáôçñÞóïìå êáô' åõèåßáí ìå ôéò áéóèÞóåéò ìáò, ïíïìÜæïíôáé ìáêñïóêïðéêÝò éäéüôçôåò. ÊáôÜ óõíÝðåéá, åßíáé äõíáôüí íá ðïýìå üôé ç éóïññïðßá ÷áñáêôçñßæåôáé áðü ôç óôáèåñüôçôá ôùí ìáêñïóêïðéêþí éäéïôÞôùí. ÐñïêåéìÝíïõ íá êáôáíïçèåß êáëýôåñá áõôü, áò åîåôÜóïìå ôçí ðáñáêÜôù áíôßäñáóç. Áíèñáêéêü áóâÝóôéï,* CaCO 3, áðïóõíôßèåôáé êáôÜ ôç èÝñìáíóç êáé ó÷çìáôßæåé áÝñéï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO2, êáé ïîåßäéï ôïõ áóâåóôßïõ, (áóâÝóôçò), CaO. CaCO3(óô) õøçëÞ èåñì.

CaÏ (óô) + CO2(á)

(3)

Óôï ó÷Þìá 22-3 öáßíïíôáé ôá óôÜäéá èåñìÜíóåùò ôïõ óôåñåïý CaCO3, áñ÷éêÜ õðü êåíü, óôïõò 800°C. H áðïóýíèåóç áñ÷ßæåé óýìöùíá ìå ôçí áíôßäñáóç (3). Óôï ó÷Þìá 22-3â öáßíåôáé ç áýîçóç ôçò ðéÝóåùò ôïõ áåñßïõ. Ç ðßåóç åîáêïëïõèåß íá áõîÜíåé, ìÝ÷ñé íá öèÜóåé óôá 190

592

Áñ÷éêÞ Añ÷éêÞèÝñìáíóç èÝñìáíóç óôåñåïý óôåñåïý Ðßåóç = 0 Ðßåóç = 0 (á) (á)

(óô)

t = 800oC

Torr, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 22-3ã. Áðü ôï óçìåßï áõôü êáé åöåîÞò äåí åìöáíßæåôáé Üëëç ìåôáâïëÞ. Áêñéâþò åðåéäÞ äåí öáßíåôáé Üëëç ìåôáâïëÞ, ëÝìå üôé ôï óýóôçìá âñßóêåôáé óå éóïññïðßá. ~Ïðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò, ç éóïññïðßá ÷áñáêôçñßæåôáé áðü óôáèåñüôçôá ôùí ìáêñïóêïðéêþí éäéïôÞôùí. ÂÝâáéá áõôÞ ç óôáèåñüôçôá äåí åßíáé ç ìüíç ðñïûðüèåóç. Áò ðáñáôçñÞóïìå ôç öëüãá åíüò åñãáóôçñéáêïý ëý÷íïõ, ôçí ïðïßá èá öáíôáóèïýìå ùò Ýíá óýóôçìá. Óýóôçìá ïíïìÜæïìå êÜèå ÷þñï êáé ôá õëéêÜ ðïõ õðÜñ÷ïõí óå áõôüí, ôá ïðïßá åðéèõìïýìå êÜèå öïñÜ íá ìåëåôÞóïìå. Ôï óýóôçìá ôçò öëüãáò äéáèÝôåé ìéá êáëÜ êáèïñéóìÝíç äïìÞ, Ýíáí åóùôåñéêü êþíï, ðïõ ðåñéâÜëëåôáé áðü ìéá öùôåéíÞ ðåñéï÷Þ, ç ïðïßá äåí öáßíåôáé íá áëëÜæåé. Ç ìÝôñçóç ôçò èåñìïêñáóßáò óå Ýíá ïñéóìÝíï óçìåßï ôçò öëüãáò äåß÷íåé üôé ç èåñìïêñáóßá óå áõôü ôï óçìåßï åßíáé óôáèåñÞ. Óå Üëëï óçìåßï ôçò öëüãáò ç èåñìïêñáóßá åßíáé ßóùò äéáöïñåôéêÞ, áëëÜ åßíáé

Ó×ÇÌÁ 22-3. Ôï CaCO3 èåñìáßíåôáé õðü êåíü óôïõò 800°C (á). Áñ÷ßæåé íá áðïóõíôßèåôáé, üðùò öáßíåôáé áðü ôçí áýîçóç ôçò ðéÝóåùò (â). ÌåôÜ áðü ëßãï äåí öáßíåôáé íá õðÜñ÷åé Üëëç ìåôáâïëÞ (ã) êáé ãé'áõôü ëÝìå üôé áðïêáóôÜèçêå éóïññïðßá.

ðÜëé óôáèåñÞ. Äåí áëëÜæåé ìå ôï ÷ñüíï. Ç ìÝôñçóç ôçò ôá÷ýôçôáò ñïÞò ôïõ áåñßïõ äåß÷íåé üôé õðÜñ÷åé ìéá óôáèåñÞ ñïÞ áåñßïõ ìÝóá óôç öëüãá. ~Ïìùò, ç öëüãá åíüò åñãáóôçñéáêïý ëý÷íïõ äåí âñßóêåôáé óå éóïññïðßá, ãéáôß ðñáãìáôïðïéåßôáé ìéá ÷çìéêÞ áëëáãÞ. ÌåèÜíéï, CH 4, êáé ïîõãüíï, Ï2, ôñïöïäïôïýí óõíÝ÷åéá ôç öëüãá, åíþ äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, CO2, ìáæß ìå íåñü, H2O, ðáñÜãïíôáé êáé áðïìáêñýíïíôáé óõíå÷þò. ÊÜðïéåò ïõóßåò åéóÝñ÷ïíôáé êáé êÜðïéåò Üëëåò áðïìáêñýíïíôáé äéáñêþò. ~Åíá ôÝôïéï óýóôçìá ïíïìÜæåôáé áíïéêôü óýóôçìá. Åðß ðëÝïí, ç èåñìïêñáóßá äåí åßíáé ç ßäéá óå üëç ôçí ðåñéï÷Þ ôçò öëüãáò. Éóïññïðßá åßíáé äõíáôüí íá õðÜñîåé ìüíï óå Ýíá êëåéóôü óýóôçìá ìå ôçí ßäéá èåñìïêñáóßá. ~Åíá êëåéóôü óýóôçìá ðåñéÝ÷åé óôáèåñÞ ðïóüôçôá ýëçò. Ôþñá åßíáé äõíáôüí íá äïèåß ìéá ðëÞñçò ðåñéãñáöÞ ôïõ ôñüðïõ åîáêñéâþóåùò ôçò éóïññïðßáò. Éóïññïðßá åßíáé ç óôáèåñüôçôá ôùí ìáêñïóêïðéêþí éäéïôÞôùí åíüò êëåéóôïý óõóôÞìáôïò ìå ôçí ßäéá èåñìïêñáóßá.

593

Norbert Rillieux (1806 – 1894)

O Norbert Rillieux Þôáí ï ãéïò ôïõ Vincent Rillieux, éäéïêôÞôç öõôåéþí óáê÷áñïêáëÜìùí óôç ÍÝá ÏñëåÜíç ôùí ÇÐÁ, êáé ôçò óêëÜâáò áãáðçìÝíçò ôïõ Vonstance Vivant. Ï ðáôÝñáò êáé ç ìçôÝñá ôïõ æïýóáí ìáæß ùò óýæõãïé êáé ôïí áíÝèñåøáí ùò åëåýèåñï Üíèñùðï ìå üëá ôá ðñïíüìéá ðïõ ôáßñéáæáí óôï ãéï åíüò ðëïýóéïõ áíèñþðïõ. Ìïñöþèçêå ôüóï áðü éäéùôéêïýò äáóêÜëïõò üóï êáé óôá ôïðéêÜ êáèïëéêÜ ó÷ïëåßá. ÊáôÜ ôç íåáíéêÞ çëéêßá ï Rillieux åíôõðùóéÜóèçêå áðü ôçí ôñïìáêôéêÜ óêëçñÞ äïõëåéÜ êáé ôéò áíáðïôåëåóìáôéêÝò ìåèüäïõò åê÷õëßóåùò ôïõ ÷õìïý ôïõ óáê÷áñïêáëÜìïõ êáé ìåôáôñïðÞò ôïõ óå æÜ÷áñç. Ï ÷õìüò áðü ôá óðáóìÝíá êáëÜìéá èåñìáéíüôáí óå ìéá óåéñÜ áðü êáæÜíéá êáé ôáøéÜ, ôá ïðïßá óõ÷íÜ ïíïìÜæïíôáí êáé “ÔñÝíï ôçò ÔæáìÜéêá”*. ÐïëõÜñéèìïé óêëÜâïé ìåôÝöåñáí ôï ÷õìü áðü ôï Ýíá äï÷åßï óôï Üëëï ìå êïõôÜëåò^ Ýôóé, áõôüò ãéíüôáí âáèìéáßá ðéï ðá÷ýññåõóôïò, ìÝ÷ñé íá ó÷çìáôéóèïýí ôåëéêÜ óôï ôåëåõôáßï ôáøß êñýóôáëëïé æÜ÷áñçò. Ç äéáäéêáóßá áõôÞ Þôáí êïðéáóôéêÞ êáé åðéêßíäõíç. Ðïëëïß óêëÜâïé åß÷áí ðÜèåé óïâáñÜ åãêáýìáôá, üôáí ôï èåñìü õãñü Ýðåöôå ðÜíù ôïõò. Ôï ôåëéêü ðñïúüí äåí èýìéæå óå ôßðïôá ôçí ëåõêÞ êñõóôáëëéêÞ æÜ÷áñç, ôçí ïðïßá óÞìåñá ãíùñßæïìå üëïé. ~Ïôáí ï Rillieux Ýöèáóå óå çëéêßá íá óðïõäÜóåé, Þèåëå íá ìåëåôÞóåé ìç÷áíéêÞ, áëëÜ êáíÝíá ðáíåðéóôÞìéï óôéò ÇíùìÝíåò Ðïëéôåßåò äåí ôïí äå÷üôáí. Êáôüðéí áõôïý, ï ðáôÝñáò ôïõ ôïí Ýóôåéëå óôçí Ecole Centrale óôç Ãáëëßá, áð' üðïõ êáé áðåöïßôçóå ôï 1830. Óýíôïìá

äéïñßóèçêå åêåß êáé Þôáí ï íåüôåñïò êáèçãçôÞò ðïõ õðÞñîå ðïôÝ óå áõôü ôï ó÷ïëåßï. Ïé ðñþôåò ìåëÝôåò ôïõ óôç ìç÷áíéêÞ åóôéÜæïíôáí êõñßùò óôç âåëôßùóç ôçò áðïôåëåóìáôéêüôçôáò ôùí áôìïìç÷áíþí. Ãíþñéæå üôé ôá õãñÜ âñÜæïõí óå ÷áìçëüôåñåò èåñìïêñáóßåò, áí ìåéùèåß ç ðßåóç ðïõ áóêåßôáé ðÜíù óå áõôÜ. Êáèþò èõìüôáí ôçí áíáðïôåëåóìáôéêÞ ìÝèïäï ðáñáóêåõÞò ôçò æÜ÷áñçò, óêÝöèçêå ôçí ôåñÜóôéá ðñüïäï ðïõ èá óçìåéùíüôáí, áí Þôáí äõíáôüí íá ðñáãìáôïðïéçèåß âñáóìüò ôïõ ÷õìïý ôçò æÜ÷áñçò ìÝóá óå Ýíá êëåéóôü äï÷åßï õðü êåíü. ~Åðåéôá áðü ðñïóðÜèåéåò áñêåôþí åôþí åöåýñå ôïõò «ðïëëáðëïýò óõìðõêíùôÝò êåíïý». ×ñçóé‐ ìïðïéïýíôáí äçëáäÞ ïé áôìïß ðïõ äçìéïõñãïýíôáí óôçí ðñþôç óõóêåõÞ, ãéá íá èåñìáíèåß ôï ðåñéå÷üìåíï ôïõ åðüìåíïõ óôç óåéñÜ óõìðõêíùôÞ**. ~Ïôáí åðÝóôñåøå óôéò ÇíùìÝíåò Ðïëéôåßåò, ôï 1843, Ýëáâå äßðëùìá åõñåóéôå÷íßáò (ðáôÝíôá) ãéá ôçí áíáêÜëõøÞ ôïõ. Ìå ôç âïÞèåéá êáé ôçí åíèÜññõíóç áñêåôþí éäéïêôçôþí öõôåéþí, êáôÜöåñå ôåëéêÜ íá êáôáóêåõÜóåé Ýíáí áîéüðéóôï óõìðõêíùôÞ êáé ôï 1846 êáôï÷ýñùóå ìå Ýíá íÝï äßðëùìá åõñåóéôå÷íßáò ôï âåëôéùìÝíï ôýðï ôçò óõóêåõÞò ôïõ. Ï óõìðõêíùôÞò ôïõ Rillieux âïÞèçóå áðïôåëåóìáôéêÜ ôç âéïìç÷áíßá ôçò æÜ÷áñçò, ãéáôß Ýôóé äéíüôáí ðëÝïí ç äõíáôüôçôá ðáñáãùãÞò æÜ÷áñçò êáëýôåñçò ðïéüôçôáò êáé óå åêðëçêôéêÜ ìåãáëýôåñåò ðïóüôçôåò óå óýãêñéóç ìå ôçí ðáëáéÜ ìÝèïäï (ôñÝíï ôçò ÔæáìÜéêá). Ïé óêëÜâïé äåí áíôéìåôþðéæáí ðéá ôïõò êéíäýíïõò ôçò ðáëáéÜò ðáñáãùãéêÞò äéáäéêáóßáò. ÐáñÜëëçëá, ç áðïôåëåóìáôéêüôçôá ôïõ íÝïõ óõìðõêíùôÞ áýîçóå óçìáíôéêÜ ôç æÞôçóç æÜ÷áñçò êáé êáôÜ óõíÝðåéá ôçí áíÜãêç íá åñãÜæïíôáé ðåñéóóüôåñïé óêëÜâïé óôéò öõôåßåò ìå ôá óáê÷áñïêÜëáìá. Ôï 1854 ï Rillieux åðÝóôñåøå óôï Ðáñßóé, üðïõ õðçñÝôçóå ùò êáèçãçôÞò óôï ðáëáéü ôïõ ó÷ïëåßï (Ecole Centrale). ÔåëéêÜ Ýãéíå äéåõèõíôÞò ôïõ ó÷ïëåßïõ êáé áðÝêôçóå ìåãÜëç öÞìç óôïí ôïìÝá ôçò ìç÷áíéêÞò.

* Ó.ô.Ì. Ìå äéáäï÷éêÝò åêðëýóåéò ðáñáëáìâáíüôáí üëç ôç æÜ÷áñç. ** Ó.ô.Ì. Óõíäõáóìüò ðïëëáðëþí óõìðõêíùôþí åê ôùí ïðïßùí èåñìáßíåôáé ï ðñþôïò êáé ïé áôìïß ôïõ õãñïý ðïõ åîáôìßæåôáé ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôçí åðüìåíç âáèìßäá.

594

Ðåñßëçøç. ÊáôÜóôáóç éóïññïðßáò åßíáé äõíáôüí íá õðÜñîåé êáôÜ ôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò, êáôÜ ôçí áëëáãÞ öÜóåùò êáé êáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü åíüò äéáëýìáôïò. Ç éóïññïðßá áíÜìåóá óå Ýíá õãñü êáé ôïõò áôìïýò ôïõ åîáñôÜôáé áðü ôçí ôÜóç áôìþí ôïõ õãñïý. Ç èåñìïêñáóßá åêåßíç óôçí ïðïßá ç ôÜóç áôìþí åíüò õãñïý éóïýôáé ìå ôçí áôìïóöáéñéêÞ ðßåóç åßíáé ôï óçìåßï âñáóìïý. Ç éóïññïðßá ÷áñáêôçñßæåôáé áðü ôç óôáèåñüôçôá ôùí ìáêñïóêïðéêþí éäéïôÞôùí åíüò êëåéóôïý óõóôÞìáôïò ìå ôçí ßäéá èåñìïêñáóßá.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ôé óõìâáßíåé ìå ôçí ôÜóç áôìþí åíüò õãñïý, üôáí ç èåñìïêñáóßá ôïõ áõîÜíåôáé áðü ôïõò 40°C óôïõò 60°C; 2. Ðïéá åßíáé ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óå Ýíá áíïéêôü êáé óå Ýíá êëåéóôü óýóôçìá; 3. Ðþò áíáãíùñßæåôå ôçí éóïññïðßá; Ðïéåò åßíáé ïé äýï áðáñáßôçôåò óõíèÞêåò ðñïêåéìÝíïõ íá õðÜñîåé éóïññïðßá; 4. Ðüôå Ýíá õãñü åããßæåé (á) ôï óçìåßï âñáóìïý ôïõ, (â) ôï êáíïíéêü óçìåßï âñáóìïý ôïõ;

Ç éóïññïðßá åßíáé äõíáìéêÞ 22.6

Ç äõíáìéêÞ öýóç ôçò éóïññïðßáò óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò.

Ç óôáèåñüôçôá ôùí éäéïôÞôùí êáôÜ ôçí éóïññïðßá áíáöÝñåôáé óôéò ìáêñïóêïðéêÝò éäéüôçôåò. Ôþñá èá ìåëåôÞóïìå ôçí éóïññïðßá óå ìïñéáêü åðßðåäï, üðùò ôç âëÝðïõí ïé ÷çìéêïß. Áò õðïèÝóïìå üôé äýï üìïéåò óöáßñåò ãåìßæïíôáé ìå äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ2, þóôå íá åðéêñáôÞóïõí ßóåò ðéÝóåéò. Ç óöáßñá Á âõèßæåôáé ìÝóá óå Ýíá ðáãùìÝíï õäñüëïõôñï êáé ç óöáßñá  ìÝóá óå âñáóôü íåñü, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 22-4. Ôï áÝñéï ìÝóá óôç óöáßñá Á óôïõò 0°C Ý÷åé áíïéêôü ÷ñþìá, åíþ ôï áÝñéï ìÝóá óôç óöáßñá  óôïõò 100°C åßíáé êáóôáíÝñõèñï. Åßíáé öáíåñü üôé ôá ìüñéá óôá ïðïßá ïöåßëåôáé ôï êáóôáíÝñõèñï ÷ñþìá åßíáé ðïëõðëçèÝóôåñá

ìÝóá óôç èåñìÞ óöáßñá áðü ü,ôé ìÝóá óôçí øõ÷ñÞ. ÄéÜöïñá ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ç øõ÷ñÞ óöáßñá ðåñéÝ÷åé êõñßùò ìüñéá Í2Ï4. Ôá ßäéá ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí åðßóçò üôé ç èåñìÞ óöáßñá ðåñéÝ÷åé êõñßùò ìüñéá ÍÏ2. Ôá ìüñéá Í2Ï4 áðïññïöïýí ìç ïñáôü öùò, ãé' áõôü êáé ôï øõ÷ñü áÝñéï Ý÷åé áíïéêôü ÷ñþìá. Ôá ìüñéá ôïõ ÍÏ2 áðïññïöïýí üìùò ìÝñïò ôïõ ïñáôïý öùôüò êáé Ýôóé ôï èåñìü áÝñéï åìöáíßæåôáé êáóôáíÝñõèñï. ÁõôÝò ïé äýï óöáßñåò ìåôáöÝñïíôáé óå Ýíá õäñüëïõôñï èåñìïêñáóßáò äùìáôßïõ, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 22-5. ÁìÝóùò ôï ÷ñþìá óôç óöáßñá Á áñ÷ßæåé íá óêïõñáßíåé. Ï Ýíôïíïò ÷ñùìáôéóìüò äåß÷íåé üôé óõíôåëåßôáé êÜðïéá ÷çìéêÞ ìåôáâïëÞ: áðü ôï Í2Ï4 ó÷çìáôßæïíôáé ìüñéá ÍÏ2. Í2Ï4 (á) Õ 2ÍÏ2(á)

ÐáñÜëëçëá, ôï ÷ñþìá óôç óöáßñá  áñ÷ßæåé

Â

A

A t = 0o

(4)

t = 25o

Â

t = 100o t = 25oC

Ó×ÇÌÁ 22-4. Ôï ÷ñþìá ôçò óöáßñáò Á, ìÝóá óôï ðáãùìÝíï õäñüëïõôñï, äåß÷íåé üôé ðåñéÝ÷åé êõñßùò ìüñéá Í2Ï4. Ôï ÷ñþìá ôçò óöáßñáò Â, óôïõò 100°C, äåß÷íåé üôé õðåñôåñïýí ôá ìüñéá ôïõ ÍÏ2.

Ó×ÇÌÁ 22-5. Óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá, 25°C, êáé ïé äýï óöáßñåò Á êáé  Ý÷ïõí ôï ßäéï ÷ñþìá, ãåãïíüò ðïõ óçìáßíåé üôé ôï ìßãìá ôïõ ÍÏ2 êáé ôïõ Í2Ï4 Ý÷åé

595

íá ãßíåôáé áíïéêôüôåñï. Aõôü óçìáßíåé üôé êáé óå áõôÞí ôç óöáßñá Üñ÷éóå íá ðñáãìáôïðïéåßôáé êÜðïéá ÷çìéêÞ ìåôáâïëÞ. Óôç óöáßñá  ó÷çìáôßæïíôáé ìüñéá Í2Ï4 áðü ÍÏ2. 2ÍÏ2(á) Õ Í2Ï4(á)

(5)

Êáé óôéò äýï óöáßñåò ôï ÷ñþìá åîáêïëïõèåß íá áëëÜæåé: Óôç óöáßñá Á ãßíåôáé ðéï óêïýñï êáé óôç óöáßñá  ãßíåôáé áíïéêôüôåñï. ÔåëéêÜ, üôáí ïé äýï óöáßñåò áðïêôÞóïõí ðåñßðïõ ôçí ßäéá èåñìïêñáóßá, 25°C, óôáìáôÜ ç ìåôáâïëÞ ôùí ÷ñùìÜôùí. ÅîåôÜæïíôáò ðñïóåêôéêüôåñá äéáðéóôþíïìå üôé ôþñá ôá äýï ÷ñþìáôá åßíáé ßäéá. Ìå Üìåóç ðáñáôÞñçóç âëÝðïìå üôé ôï ðåñéå÷üìåíï áõôþí ôùí äýï óöáéñþí ðñïóåããßæåé ôç óôáèåñüôçôá ôùí ìáêñïóêïðéêþí éäéïôÞôùí (óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ ôïõ ÷ñþìáôïò), ðïõ õðïäçëþíåé éóïññïðßá. Óôç óöáßñá Á ç éóïññïðßá áðïêáèßóôáôáé áðü ôçí áíôßäñáóç (4). Óôç óöáßñá  áðïêáèßóôáôáé áðü ôçí áíôßèåôçò êáôåõèýíóåùò áíôßäñáóç (5). Ôþñá ðéá åßíáé óáöÝò ãéáôß óôáìÜôçóå íá áëëÜæåé ôï ÷ñþìá óôçí êÜèå óöáßñá. Ç áíôßäñáóç áíÜìåóá óôï ÍÏ2 êáé óôï Í2Ï4 åßíáé äõíáôüí íá ðñï÷ùñÞóåé êáé ðñïò ôéò äýï êáôåõèýíóåéò, üðùò öáßíåôáé êáé áðü ôéò åîéóþóåéò ðïõ áêïëïõèïýí: Í2Ï4(á) Õ 2ÍÏ2(á) Í2Ï4(á) Õ 2ÍÏ2(á)

(4) (5)

Áöïý ôá ìüñéá Õ ôïõ Í2Ï4 ìðïñïýí íá äéáóðáóèïýí Þ íá äéá÷ùñéóèïýí ìÝóá óôç óöáßñá Á, èá ìðïñïýí åðßóçò íá äéáóðáóèïýí êáé ìÝóá óôç óöáßñá Â. Åßíáé âÝâáéï üôé Ýíá ìüñéï Í2Ï4 äåí åßíáé äõíáôüí íá óõìðåñéöåñèåß äéáöïñåôéêÜ óôç óöáßñá Á (óôïõò 25°C) áðü ü,ôé óôç óöáßñá  (óôïõò 25°C). Ôï ßäéï éó÷ýåé êáé ãéá ôç óõíÝíùóç äýï ìïñßùí ÍÏ2. Áí ãßíåé êÜðïéá áíôßäñáóç óôç óöáßñá Â, ôüôå èá ãßíåé êáé óôç óöáßñá Á. Ç ôåëéêÞ ìåôáâïëÞ ôçí ïðïßá âëÝðåôå, ðñïÝñ÷åôáé áðü ôç ìåôáâïëÞ ôïõ ÷ñþìáôïò ôïõ ÍÏ2. Ç ôåëéêÞ áõôÞ ìåôáâïëÞ åßíáé óõíÝðåéá ôçò äéáöïñÜò áíÜìåóá óôçí ôá÷ýôçôá ðáñáãùãÞò ôïõ ÍÏ2 ìå âÜóç ôçí áíôßäñáóç (4) êáé ôçò ôá÷ýôçôáò ôçò áðþëåéáò ôïõ ÍÏ2 ìå âÜóç ôçí áíôßäñáóç (5). Ïé ìáêñïóêïðéêÝò ìåôáâïëÝò óôáìáôïýí, üôáí áõôÝò ïé äýï ôá÷ýôçôåò åîéóùèïýí. Óôç óöáßñá Á, ç éóïññïðßá áðïêáèßóôáôáé áðü ÷áìçëüôåñç èåñìïêñáóßá, ãåãïíüò ðïõ åõíïåß ôï Í2Ï4. Ç áíôßäñáóç (4) ðñáãìáôïðïéåßôáé ôá÷ýôåñá óôçí áñ÷Þ. Êáèþò üìùò ó÷çìáôßæåôáé üëï êáé ðåñéóóüôåñï ÍÏ2, ç áíôßäñáóç (5) ãßíåôáé üëï êáé ôá÷ýôåñç. ~Ïôáí ç

áíôßäñáóç (5) áðïêôÞóåé ôçí ßäéá ôá÷ýôçôá ìå ôçí áíôßäñáóç (4), ôüôå áðïêáèßóôáôáé éóïññïðßá. Ïé ìáêñïóêïðéêÝò éäéüôçôåò äåí áëëÜæïõí ðëÝïí, áí êáé ïé äýï áíôéäñÜóåéò åîáêïëïõèïýí íá ðñáãìáôïðïéïýíôáé. Ðñáãìáôïðïéïýíôáé üìùò ìå ôéò ßäéåò ôá÷ýôçôåò, Ýôóé þóôå íá äéáôçñåßôáé êáôÜóôáóç éóïññïðßáò. Ìðïñåßôå ëïéðüí íá áíôéêáôáóôÞóåôå ôï áðëü âÝëïò óôéò ðñïçãïýìåíåò áíôéäñÜóåéò ìå Ýíá äéðëü ( ) Þ ìå ôï óýìâïëï ôïõ ßóïí (=), ãéá íá äåßîåôå üôé õðÜñ÷åé éóïññïðßá (óýìöùíá ìå üóá ìÜèáìå ðñïçãïõìÝíùò ôï óýìâïëï ôïõ ßóïí éóïäõíáìåß êáé ìå Ýíá ìüíï âÝëïò). Í2Ï4 (á)

2ÍÏ2(á)

Þ

(6) Í2Ï4 (á) = 2ÍÏ2 (á)

Óôç óöáßñá  ç éóïññïðßá áðïêáèßóôáôáé áðü ìéá õøçëüôåñç èåñìïêñáóßá, ç ïðïßá åõíïåß ôï ÍÏ2. Ç áíôßäñáóç (5) óôçí áñ÷Þ ðñáãìáôïðïéåßôáé ìå ìåãáëýôåñç ôá÷ýôçôá. Áí ìåôá÷åéñéóèïýìå ôï åðé÷åßñçìá ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáìå óôç óöáßñá Á, âëÝðïìå üôé ìå ôçí ðÜñïäï ôïõ ÷ñüíïõ ç áíôßäñáóç (4) ãßíåôáé üëï êáé ôá÷ýôåñç, åíþ ó÷çìáôßæåôáé Í2Ï4. Åðßóçò, ç áíôßäñáóç (5) åðéâñáäýíåôáé, üóï êáôáíáëþíåôáé ôï ÍÏ2. ÔÝëïò, üôáí ïé ôá÷ýôçôåò åîéóùèïýí, áðïêáèßóôáôáé éóïññïðßá. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ç Ýêöñáóç ôçò éóïññïðßáò (6) åöáñìüæåôáé ôüóï ãéá ôç óöáßñá Á üóï êáé ãéá ôç óöáßñá Â. Åßíáé ðëÝïí êáôáíïçôü üôé ðñïêåéìÝíïõ ãéá ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ðïõ âñßóêïíôáé óå éóïññïðßá, ïé ìéêñïóêïðéêÝò äéáäéêáóßåò óõíå÷ßæïíôáé. ~Ïìùò, ïé äéáäéêáóßåò áõôÝò åîéóïññïðïýíôáé êáé êáôÜ óõíÝðåéá äåí åìöáíßæïíôáé ìáêñïóêïðéêÝò áëëáãÝò.

22.7 Ç äõíáìéêÞ öýóç ôçò éóïññïðßáò áëëáãÞò öÜóåùò. Óôçí ðáñÜãñáöï 22.2 ìÜèáìå üôé, üôáí íåñü óôïõò 20°C ôïðïèåôçèåß óå Ýíá äï÷åßï êáé ôï äï÷åßï êëåéóèåß, ìåñéêÜ ìüñéá íåñïý åãêáôáëåßðïõí ôçí õãñÞ êáé åéóÝñ÷ïíôáé óôçí áÝñéá öÜóç. Ç ìåñéêÞ ðßåóç ôùí õäñáôìþí áõîÜíåé, êáèþò üëï êáé ðåñéóóüôåñá ìüñéá íåñïý óõììåôÝ÷ïõí óôçí áÝñéá öÜóç. ÔåëéêÜ, óôáìáôÜ ç áýîçóç ôçò ðéÝóåùò êáé ç ìåñéêÞ ðßåóç óôáèåñïðïéåßôáé. ~Ïôáí ç ìåñéêÞ ðßåóç ôùí áôìþí åíüò õãñïý áðïêôÞóåé ìéá óôáèåñÞ ôéìÞ, ôçí ôéìÞ

596

ôçò ôÜóåùò ôùí áôìþí ôïõ õãñïý, åðÝñ÷åôáé éóïññïðßá. Ôá ìüñéá ôïõ íåñïý êáôÜ ôçí éóïññïðßá åîáêïëïõèïýí íá åîáôìßæïíôáé. Ôá ìüñéá ôïõ õãñïý äåí Ý÷ïõí ôñüðï íá “áíôéëçöèïýí” üôé ç ìåñéêÞ ðßåóç ôùí áôìþí Ý÷åé åîéóùèåß ìå ôçí ôÜóç ôùí áôìþí. Óôçí áÝñéá öÜóç, ôá ôõ÷áßùò êéíïýìåíá ìüñéá åîáêïëïõèïýí íá óõãêñïýïíôáé ìå ôçí åðéöÜíåéá ôïõ õãñïý êáé íá óõìðõêíþíïíôáé. Ç éóïññïðßá éóïäõíáìåß ìå ìéá ôÝëåéá åîéóïññüðçóç áõôÞò ôçò óõíå÷ïýò åîáôìßóåùò êáé óõìðõêíþóåùò. Óôï óçìåßï áõôü äåí åßíáé äõíáôüí íá áíé÷íåõèïýí óõíïëéêÜ êÜðïéåò ìáêñïóêïðéêÝò ìåôáâïëÝò. Óôï ó÷Þìá 22-6 áõôü öáßíåôáé ó÷çìáôéêÜ. Óôï ó÷Þìá 22-6á ç ìåñéêÞ ðßåóç ôùí áôìþí åßíáé ìéêñüôåñç áðü ôçí ôéìÞ éóïññïðßáò. ËÝãåôáé üôé ïé áôìïß åßíáé áêüñåóôïé. Ç ôá÷ýôçôá åîáôìßóåùò åßíáé ìåãáëýôåñç áðü ôçí ôá÷ýôçôá óõìðõêíþóåùò, ìÝ÷ñé íá åîéóùèåß ç ìåñéêÞ ðßåóç ôùí áôìþí ìå ôçí ôÜóç áôìþí. Óôï ó÷Þìá 22-6â ç ìåñéêÞ ðßåóç ôùí áôìþí åßíáé ßóç ìå ôçí ôÜóç áôìþí. Óôï ó÷Þìá 22-6ã ç ìåñéêÞ ðßåóç ôùí áôìþí åßíáé ìåãáëýôåñç áðü ôçí ôéìÞ éóïññïðßáò. Ïé áôìïß áõôïß ëÝãïíôáé õðÝñêïñïé. Åäþ, ç óõìðýêíùóç ðñáãìáôïðïéåßôáé ôá÷ýôåñá áðü ôçí åîÜôìéóç, ìÝ÷ñé íá óõìðõêíùèåß ç ðåñßóóåéá ôùí áôìþí. ~Ïðùò åßäáìå ìüëéò ôþñá, ç ôéìÞ ôçò ìåñéêÞò ðéÝóåùò ôùí õäñáôìþí (ó÷. 22-6â) åßíáé ßóç ìå ôçí ôéìÞ ôçò éóïññïðßáò, äçëáäÞ ìå ôçí ôÜóç áôìþí. Ãé' áõôü ïé áôìïß ïíïìÜæïíôáé êïñåóìÝíïé áôìïß. Ç ôÜóç áôìþí áíôéóôïé÷åß ðñïò ôç óõãêÝíôñùóç áôìþí, óôçí ïðïßá ç óõìðýêíùóç êáé ç åîÜôìéóç ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìå ôçí ßäéá áêñéâþò ôá÷ýôçôá. ~Åôóé, óôçí êáôÜóôáóç ôçò éóïññïðßáò ïé ìéêñïóêïðéêÝò äéáäéêáóßåò óõíå÷ßæïíôáé. Åßíáé üìùò åîéóïññïðçìÝíåò êáé äåí äçìéïõñãïýí ìáêñïóêïðéêÝò ìåôáâïëÝò.

22.8 Ç äõíáìéêÞ öýóç ôçò éóïññïðßáò êáôÜ ôç äéÜëõóç. Óôçí ðáñÜãñáöï 22.4 åßäáìå üôé ôï óôåñåü éþäéï äéáëýåôáé óå Ýíá ìßãìá áëêïüëçò-íåñïý, ìÝ÷ñé íá êïñåóèåß ôï äéÜëõìá. Êáôüðéí áõôïý äåí äéáëýåôáé Üëëï óôåñåü êáé ôï ÷ñþìá ôïõ äéáëýìáôïò ðáñáìÝíåé óôáèåñü. ÁíÜìåóá óôá ìüñéá üìùò õðÜñ÷åé áêüìç ìåãÜëç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò. Ôï éþäéï äéáëýåôáé ìå áðï÷ùñéóìü ôùí ìïñßùí ôçò åðéöáíåéáêÞò óôïéâÜäáò ôùí êñõóôÜëëùí ôïõ éùäßïõ. Ç

(á) Áêüñåóôïò áôìüò

(â) ÊïñåóìÝíïò áôìüò

(ã) ÕðÝñêïñïò áôìüò

IÓÏÑÑÏÐÉÁ

Ó×ÇÌÁ 22-6. ~Ïðùò åðéóçìáßíåôáé êáé ìå ôç äéáöïñÜ ìçêþí óôá âÝëç ôïõ ó÷Þìáôïò (â) ïé ôá÷ýôçôåò åîáôìßóåùò êáé óõìðõêíþóåùò åßíáé ßóåò, óôï ó÷Þìá (á) õðåñÝ÷åé ç åîÜôìéóç, åíþ óôï ó÷Þìá (ã) ç

ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá ãßíåôáé áõôü êáèïñßæåôáé áðü ôç èåñìïêñáóßá êáé ôç óôáèåñüôçôá ôïõ êñõóôÜëëïõ. Ç óôáèåñüôçôá ôïõ êñõóôÜëëïõ ôåßíåé íá óõãêñáôÞóåé ôá ìüñéá óôçí åðéöáíåéáêÞ óôïéâÜäá, åíþ ç èåñìéêÞ êßíçóç ôåßíåé íá ôá áðïóðÜóåé áðü ôç èÝóç ôïõò óôï êñõóôáëëéêü ðëÝãìá. ~Ïóï ðñï÷ùñåß ç äéÜëõóç, áõîÜíåé ç óõãêÝíôñùóç ôùí ìïñßùí éùäßïõ ìÝóá óôï äéÜëõìá. ÊáôÜ ôý÷ç, Ýíá ìüñéï, ôï ïðïßï êéíåßôáé ìÝóá óôï äéÜëõìá, óõíáíôÜ ôçí åðéöÜíåéá åíüò êñõóôÜëëïõ éùäßïõ êáé åãêáèßóôáôáé åêåß. Ç ðñïóèÞêç áõôÞ óôïí êñýóôáëëï ïíïìÜæåôáé êáèßæçóç Þ êñõóôÜëëùóç. Óõìâáßíåé üëï êáé ðéï óõ÷íÜ, êáèþò áõîÜíåôáé ç óõãêÝíôñùóç ôïõ éùäßïõ óôï äéÜëõìá. Åäþ õðÜñ÷ïõí äýï áíôßèåôåò äéáäéêáóßåò. Óå ìéá ïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá, ìüñéá åãêáôáëåßðïõí ôçí åðéöÜíåéá ôïõ êñõóôÜëëïõ ìå ìéá óôáèåñÞ ôá÷ýôçôá, Ý÷ïíôáò ôçí ôÜóç íá áõîÞóïõí ôç óõãêÝíôñùóç ìÝóá óôï äéÜëõìá, åíþ Üëëá ìüñéá, ôá ïðïßá åßíáé äéáëõìÝíá, ðñïóðßðôïõí äéáñêþò óôçí åðéöÜíåéá êáé êáèéæÜíïõí Ý÷ïíôáò ôçí ôÜóç íá åëáôôþóïõí ôç óõãêÝíôñùóç ôùí ìïñßùí óôï äéÜëõìá. Ôé óõìâáßíåé üìùò üôáí ç ôá÷ýôçôá åðéóôñïöÞò ôùí ìïñßùí óôçí åðéöÜíåéá ôïõ óôåñåïý åîéóþíåôáé ìå ôçí ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá áðïìáêñýíïíôáé áðü ôçí åðéöÜíåéá; ÊÜðïéá ìüñéá åîáêïëïõèïýí íá äéáëýïíôáé, åíþ Üëëá åîáêïëïõèïýí íá êáèéæÜíïõí. ~Åôóé ôåëéêÜ äåí äçìéïõñãåßôáé êÜðïéá óõíïëéêÞ ìåôáâïëÞ. ~Ïóï áõôÝò ïé äýï äéáäéêáóßåò åßíáé åîéóïññïðçìÝíåò, ç ðïóüôçôá ôïõ éùäßïõ ðïõ âñßóêåôáé äéáëõìÝíï óôç ìïíÜäá ôïõ üãêïõ ôïõ äéáëýìáôïò ðáñáìÝíåé óôáèåñÞ. Ç ìáêñïóêïðéêÞ éäéüôçôá, ç äéÜëõóç, åßíáé ôþñá óôáèåñÞ. Ôï óýóôçìá âñßóêåôáé óå

597

êáôÜóôáóç éóïññïðßáò äéáëõôüôçôáò. Ïé ÷çìéêïß ìåôáöñÜæïõí áõôÞí ôç óôáèåñüôçôá ùò ìéá åîéóïññüðçóç áíÜìåóá óå äýï áíôßèåôåò äéáäéêáóßåò, ïé ïðïßåò åîáêïëïõèïýí íá óõíôåëïýíôáé êáé êáôÜ ôçí éóïññïðßá. Êáé ðÜëé èá ðñÝðåé íá ôïíéóèåß üôé ïé ìéêñïóêïðéêÝò äéáäéêáóßåò åîáêïëïõèïýí íá õößóôáíôáé êáé êáôÜ ôçí éóïññïðßá. ~Ïìùò åîéóïññïðïýíôáé, ìå áðïôÝëåóìá íá ìçí ðáñáôçñïýíôáé ìáêñïóêïðéêÝò ìåôáâïëÝò*.

22.9 ~Áìåóç áðüäåéîç ôçò äõíáìéêÞò öýóåùò ôçò éóïññïðßáò. Ç áñ÷Þ üôé ç éóïññïðßá åðéôõã÷Üíåôáé ìå ôçí åîéóïññüðçóç êáé ü÷é ìå ôçí ðáýóç ôùí ìåôáâïëþí óå ìïñéáêü åðßðåäï, åß÷å ãßíåé áðïäåêôÞ ðñéí áðü ðïëëÜ ÷ñüíéá. Ç áðüäåéîç üìùò êáôÝóôç äõíáôÞ ìüíï êáôÜ ôéò ôåëåõôáßåò äåêáåôßåò. ~Áìåóåò åíäåßîåéò åëÞöèçóáí ìå ôç âïÞèåéá ôùí áíé÷íåõôþí éóïôüðùí. Óýìöùíá ìå üóá áíáöÝñèçêáí óôçí ðáñÜãñáöï 10.8, ôá éóüôïðá åßíáé Üôïìá ôïõ éäßïõ óôïé÷åßïõ, ôá ïðïßá Ý÷ïõí äéáöïñåôéêïýò áñéèìïýò íåôñïíßùí. Áí ìéá ïõóßá ðåñéÝ÷åé êÜðïéï ìéêñü ðïóïóôü åíüò éóïôüðïõ, ç êßíçóç áõôïý ôïõ éóïôüðïõ åßíáé äõíáôüí íá áíé÷íåõèåß ìå ôç âïÞèåéá åíüò öáóìáôïãñÜöïõ ìÜæáò, ï ïðïßïò åîåôÜóèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 9.8. Áí ôï éóüôïðï åßíáé ñáäéåíåñãü, åßíáé äõíáôüí íá ôï ðáñáêïëïõèÞóïìå ìå ìéá äéÜôáîç áíé÷íåýóåùò ôçò ñáäéåíÝñãåéÜò ôïõ, üðùò åßíáé ï áíé÷íåõôÞò Geiger. Åíþ êáíïíéêÜ ôï ïîõãüíï áðïôåëåßôáé êõñßùò áðü 16Ï (99,76%), åßíáé äõíáôüí íá åéóá÷èåß ôï éóüôïðï 17Ï óå ðïóïóôü ìåãáëýôåñï áðü ôï óõíçèéóìÝíï (0,04%). Ç ðáñïõóßá ôïõ áíé÷íåýåôáé ìå öáóìáôïãñÜöï ìÜæáò. Áò õðïèÝóïìå ôþñá üôé äéáèÝôïìå ôç óõóêåõÞ ôïõ ó÷Þìáôïò 22-7. Ìéá óöáßñá ðåñéÝ÷åé íåñü ìå óõãêÝíôñùóç 17Ï 0,04%. Ç Üëëç óöáßñá ðåñéÝ÷åé íåñü, ìÝóá óôï ïðïßï Ý÷åé ðñïóôåèåß 17 Ï, þóôå íá áõîçèåß ç óõãêÝíôñùóÞ ôïõ óå 2%. Ç âáëâßäá áíÜìåóá óôéò äýï óöáßñåò äéáôçñåßôáé êëåéóôÞ, ìÝ÷ñé íá áðïêôÞóåé ç äéÜôáîç ôçí ßäéá èåñìïêñáóßá êáé íá áðïêáôáóôáèåß éóïññïðßá óôçí ôÜóç áôìþí êáé

*

ÊëåéóôÞ óôñüöéããá

04%17O

2%17O

04%17O

2%17O Ç2Ï

Óôñüöéããá áíïéêôÞ ìÝ÷ñé ôçí áðïêáôÜóôáóç éóïññïðßáò

1%17O 1%17O

1%17O Ç2Ï

1%17O

Ó×ÇÌÁ 22-7. Ïé îå÷ùñéóôÝò óöáéñéêÝò öéÜëåò (åðÜíù) ðåñéÝ÷ïõí äéáöïñåôéêÝò ðïóüôçôåò 17Ï. ~Ïôáí üìùò áñ÷ßæïõí íá åðéêïéíùíïýí (êÜôù), óõìðåñáßíïìå üôé êáôÜ ôçí éóïññïðßá ïé ðïóüôçôåò ôïõ 17Ï åßíáé ßäéåò êáé óôéò äýï óöáßñåò. Áõôü åßíáé äõíáôüí íá óõìâåß ìüíï áí êáôÜ ôçí éóïññïðßá ðåñíïýí óõíå÷þò ìüñéá áðü ôçí õãñÞ óôçí áÝñéá öÜóç.

óôéò äýï ðëåõñÝò. Ôé èá óõìâåß, üôáí áíïßîåé ç âáëâßäá; ÅðåéäÞ óôçí êÜèå ìßá ðëåõñÜ õðÜñ÷åé éóïññïðßá óôçí ßäéá èåñìïêñáóßá, äåí èá ðáñáôçñçèåß ìáêñïóêïðéêÞ áëëáãÞ óôï óýóôçìá. Ôá ìüñéá üìùò ôïõ áåñßïõ èá ðåñíïýí åëåýèåñá åìðñüò ðßóù êáé Ýôóé ôá ß÷íç ôïõ 17Ï èá êáôáíåìçèïýí ïìïéüìïñöá ìÝóá óå ïëüêëçñç ôçí áÝñéá öÜóç. Ôï óçìáíôéêü åßíáé üôé ôåëéêÜ ç óõãêÝíôñùóç ôïõ 17Ï èá åßíáé ßäéá êáé óôéò äýï äåîáìåíÝò ôïõ õãñïý. ÊÜôé ôÝôïéï åßíáé äõíáôüí íá óõìâåß ìüíï áí ôá ìüñéá ðåñíïýí óõíå÷þò áðü ôçí õãñÞ óôçí áÝñéá öÜóç êáé áíôßóôñïöá, Ýóôù êáé áí Ý÷åé áðïêáôáóôáèåß éóïññïðßá.

Ó.ô.Ì. Ç éóïññïðßá äåí åßíáé óôáôéêÞ, áëëÜ äõíáìéêÞ. ÄçëáäÞ ìüñéá äéáëýïíôáé óõíå÷þò, åíþ Üëëá êáèéæÜíïõí.

598

Ðåñßëçøç. Éóïññïðßá óå Ýíá ÷çìéêü óýóôçìá åßíáé ìéá êáôÜóôáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá äåí ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìáêñïóêïðéêÝò ìåôáâïëÝò. Óå ìïñéáêü åðßðåäï, ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìåôáâïëÝò, áëëÜ åßíáé åîéóïññïðçìÝíåò ìåôáîý ôïõò. ~Ïôáí ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç öèÜóåé óå éóïññïðßá, ïé ðïóüôçôåò ôùí äéáöüñùí åíþóåùí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí äåí áëëÜæïõí ðéá. Ç êáíïíéêÞ êáé ç áíôßóôñïöç áíôßäñáóç åîáêïëïõèïýí íá ëáìâÜíïõí ÷þñá, áëëÜ ìå ßóåò ôá÷ýôçôåò. ÊáôÜ ôçí åîÜôìéóç åíüò õãñïý, üðùò êáé êáôÜ ôç äéÜëõóç åíüò óôåñåïý ìÝóá óå Ýíá õãñü,

óõíôåëåßôáé ðÜëé ìéá óõíå÷Þò äéáäéêáóßá ìåôáâïëþí óå ìïñéáêü åðßðåäï. Äåí óçìåéþíïíôáé üìùò ìáêñïóêïðéêÝò áëëáãÝò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéá äéáöïñÜ õðÜñ÷åé áíÜìåóá óôïõò áêüñåóôïõò êáé ôïõò êïñåóìÝíïõò áôìïýò; 2. ÊáôÜ ôçí éóïññïðßá äéáëýóåùò óôåñåïý óå õãñü, ðïéá äéáäéêáóßá åßíáé áíôßèåôç ðñïò ôçí êñõóôÜëëùóç;

Ç êáôÜóôáóç ôçò éóïññïðßáò åßíáé äõíáôüí íá áëëÜîåé 22.10 Ç êáôÜóôáóç éóïññïðßáò. ÊáôÜ ôçí ðåñéãñáöÞ ôçò êáôáóôÜóåùò éóïññïðßáò óôçí åîßóùóç (6), äåí ëÜâáìå õðüøç ìáò üôé ï áñéèìüò ôùí moles ôïõ Í2Ï4 ðïõ ðáñáìÝíïõí åßíáé ßóïò ìå ôï ìéóü ôïõ áñéèìïý ôùí moles ôïõ ÍÏ2 ðïõ ðáñÜãïíôáé. ÄçëáäÞ, ç áíôßäñáóç (6) äåí ìáò ðëçñïöïñåß ó÷åôéêÜ ìå ôçí ðïóüôçôá ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ ðïõ õðÜñ÷åé êáôÜ ôçí éóïññïðßá. Ìðïñïýìå åýêïëá íá ôï ðéóôïðïéÞóïìå, áí áõîÞóïìå ôç èåñìïêñáóßá ôïõ íåñïý ðïõ ðåñéâÜëëåé ôéò óöáßñåò Á êáé  êáôÜ 10°C ðåñßðïõ. Ôá ÷ñþìáôá ôùí áåñßùí êáé óôéò äýï óöáßñåò áëëÜæïõí ðñïò Ýíá íÝï ÷ñþìá éóïññïðßáò. Ôï ÷ñþìá áõôü áíôéóôïé÷åß óôçí ðáñïõóßá åðß ðëÝïí ÍÏ2. Ç ðáñáêÜôù áíôßäñáóç üìùò åîáêïëïõèåß íá éó÷ýåé: Í2Ï4(á)

2ÍÏ2(á)

(6)

Ôé äçëþíåé ëïéðüí áõôÞ ç åîßóùóç; Ðñþôïí, üðùò äåß÷íåé êáé ôï óýìâïëï , åðéêñáôåß éóïññïðßá. ~Åðåéôá, äçëþíåé üôé õðÜñ÷ïõí äýï åßäç ìïñßùí, ôï Í2Ï4 êáé ôï ÍÏ2. ÔÝëïò, äçëþíåé üôé êáôÜ ôçí åðßôåõîç ôçò éóïññïðßáò, äýï moles ÍÏ2 ðáñÜãïíôáé (Þ êáôáíáëþíïíôáé) ãéá êÜèå Ýíá mole Í2Ï4 ðïõ êáôáíáëþíåôáé (Þ ðáñÜãåôáé). Äåí ìáò ðëçñïöïñåß ìå ðüóç ôá÷ýôçôá ðñáãìáôïðïéåßôáé ç áíôßäñáóç ðñïò ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò. Ðñüêåéôáé ãéá èÝìáôá ôá÷ýôçôáò ôçò áíôéäñÜóåùò. Äåí ìáò ðëçñïöïñåß åðßóçò áí êáôÜ ôçí éóïññïðßá èá õðÜñ÷åé ðïëý Þ ëßãï ÍÏ2, óå ó÷Ýóç ìå ôçí ðïóüôçôá ôïõ Í2Ï4.

ÐñïêåéìÝíïõ íá äïèåß Ýìöáóç óôï ôåëåõôáßï óçìåßï, áò åîåôÜóïìå ìßá áêüìç ãíùóôÞ áíôßäñáóç. Ç2Ï(á)

Ç2(á) + ½Ï2(á)

(7)

ÌÝ÷ñé íá Ý÷ïìå ôçí áíáãêáßá ðëçñïöüñçóç, äåí ìðïñïýìå íá ãíùñßæïìå áí åßíáé ðëÞñçò ç äéÜóðáóç ôïõ íåñïý êáôÜ ôçí éóïññïðßá. Ôï ìüíï ðïõ îÝñïìå åßíáé üôé ãéá êÜèå mole íåñïý ðïõ äéáóðÜôáé, èá ëáìâÜíåôáé Ýíá mole õäñïãüíïõ êáé ìéóü mole ïîõãüíïõ. ÐåéñáìáôéêÜ Ý÷åé ðñïóäéïñéóèåß üôé ìÝóá óå Ýíá êëåéóôü äï÷åßï óôïõò 2273 Ê êáé õðü óõíïëéêÞ ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò, ôç óôéãìÞ ðïõ áðïêáèßóôáôáé éóïññïðßá, 0,006 moles íåñïý äéáóðþíôáé ãéá êÜèå mole íåñïý ðïõ õðÜñ÷åé áñ÷éêÜ. ÊáôÜ óõíÝðåéá ðáñáìÝíïõí 1 – 0,006 = 0,994 moles ìç äéáóðáóìÝíïõ íåñïý. Ìå âÜóç ôïõò óõíôåëåóôÝò ôçò åîéóþóåùò ãíùñßæïìå üôé ôá ðñïúüíôá åßíáé 0,006 moles Ç2 êáé 0,003 moles ïîõãüíïõ. ÁõôÜ üëá óõíïøßæïíôáé ùò åîÞò: Áñ÷éêÜ moles

Ç2Ï(á) 1

Moles êáôÜ ôçí éóïññïðßá

0,994

Ç2(á) + ½Ï2(á) 0 0 0,006

0,003

~Ïôáí åðéôõã÷Üíåôáé äçëáäÞ êáôÜóôáóç éóïññïðßáò óôïõò 2273 Ê, äåí äéáóðÜôáé ðïëý íåñü. Áò ìåëåôÞóïìå ôþñá, ôé óõìâáßíåé êáôÜ ôçí áðïêáôÜóôáóç éóïññïðßáò, üôáí Ý÷ïìå áñ÷ßóåé áðü õäñïãüíï êáé ïîõãüíï. Áò õðïèÝóïìå üôé

599

áñ÷ßæïìå ìå Ýíá mole õäñïãüíïõ êáé ìéóü mole ïîõãüíïõ. ÁöÞíïìå ôçí áíôßäñáóç íá éóïññïðÞóåé óôïõò 2273 Ê êáé õðü óõíïëéêÞ ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò. ÊáôÜ ôçí éóïññïðßá èá Ý÷ïìå ðÜëé 0,994 moles íåñïý, 0,006 moles Ç2 êáé 0,003 moles Ï2. ÁõôÜ óõíïøßæïíôáé ùò åîÞò: Áñ÷éêÜ moles

Ç2(á)+ ½Ï2(á) 1 0,5

Moles êáôÜ ôçí éóïññïðßá

0,006

Ç2Ï(á) 0

0,003

0,994

Áí áñ÷ßóïìå äçëáäÞ ìå õäñïãüíï êáé ïîõãüíï, áðïêáèßóôáôáé éóïññïðßá, üôáí óõíåíùèåß ç ìåãáëýôåñç ðïóüôçôá ôïõ õäñïãüíïõ ìå ôçí áíôßóôïé÷ç ðïóüôçôá ôïõ ïîõãüíïõ êáé ó÷çìáôéóèåß íåñü. ÊÜôé ðïõ Ý÷åé óçìáóßá åßíáé üôé êáôÜ ôçí éóïññïðßá ïé ìåñéêÝò ðéÝóåéò åßíáé ßäéåò ìå åêåßíåò ðïõ ëáìâÜíïíôáé êáôÜ ôçí áíôßóôñïöç áíôßäñáóç. Ïé ðéÝóåéò éóïññïðßáò êáèïñßæïíôáé áðü ôç èåñìïêñáóßá, ôá áíôéäñþíôá, ôá ðñïúüíôá êáé ôç óõíïëéêÞ ðßåóç. Äåí åîáñôþíôáé áðü ôçí êáôåýèõíóç, áðü ôçí ïðïßá ðñïÝñ÷åôáé ç éóïññïðßá. Ç ÷çìéêÞ åîßóùóç äåí ðáñÝ÷åé åíäåßîåéò ãéá ôéò óõãêåíôñþóåéò Þ ôéò ìåñéêÝò ðéÝóåéò, êáôÜ ôçí éóïññïðßá. Óå ðïëëÝò áíôéäñÜóåéò ç êáôÜóôáóç éóïññïðßáò âñßóêåôáé ðïëý ìáêñéÜ áðü ôï Ýíá Þ ôï Üëëï Üêñï. ~Åôóé, üôáí áðïêáèßóôáôáé éóïññïðßá óôçí áíôßäñáóç (7), äåí õðÜñ÷åé ó÷åäüí êáèüëïõ Ç2 Þ Ï2. Ãéá äéÜöïñïõò ðñáêôéêïýò ëüãïõò, ïé ðïóüôçôåò ðïõ õðÜñ÷ïõí èåùñïýíôáé áìåëçôÝåò. Ãéá ôï ëüãï áõôü, èá ìðïñïýóáìå íá ðïýìå üôé ç áíôßóôñïöç áíôßäñáóç ôçò (7) ½ Ï2(á) + Ç2(á) Õ Ç2Ï(á)

ôåßíåé ðñïò ïëïêëÞñùóç*. Ç Ýêöñáóç áõôÞ ÷ñçóéìïðïéåßôáé óõ÷íÜ áðü ôïõò ÷çìéêïýò. Èá ðñÝðåé üìùò íá èõìüìáóôå üôé óå Ýíá êëåéóôü óýóôçìá êáììßá áíôßäñáóç äåí åßíáé áðüëõôá ðëÞñçò. ÐÜíôá ðáñáìÝíåé ìéá åëÜ÷éóôç ðïóüôçôá áðü ôá áíôéäñþíôá. ÂÝâáéá, óå Ýíá áíïéêôü óýóôçìá, ìéá áíôßäñáóç åßíáé äõíáôüí íá ïëïêëçñùèåß áðüëõôá. Ìå ôçí åõêáéñßá áõôÞ, áò îáíáèõìçèïýìå ôçí áíôßäñáóç (3). CaCO3 (óô) *

õøçëÞ èåñì.

CaO (óô) + CO2 (á)

Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ ôåßíåé íá ó÷çìáôéóèåß ðïóïôéêÜ íåñü.

(3)

Áò õðïèÝóïìå üôé ôï äï÷åßï ìÝóá óôï öïýñíï åßíáé áíïéêôü, þóôå ôï ðáñáãüìåíï CO2 íá ìðïñåß íá äéáöýãåé. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ, äåí åßíáé äõíáôüí íá áðïêáôáóôáèåß éóïññïðßá, åðåéäÞ ç ðßåóç äåí ìðïñåß íá öèÜóåé ðïôÝ óôçí ðñáãìáôéêÞ ôéìÞ éóïññïðßáò ôçò. Ãé' áõôü, üëï êáé ðåñéóóüôåñï CaCO3 èá äéáóðÜôáé, ìÝ÷ñé íá ìåôáôñáðåß ïëüêëçñï óå CaO êáé CO2. ÐñÝðåé íá èõìçèïýìå üôé áõôü óõìâáßíåé óå Ýíá áíïéêôü óýóôçìá, üôáí åðéôñÝðåôáé óå ìéá ïõóßá íá äéáöåýãåé. Óå Ýíá êëåéóôü óýóôçìá, üðïõ êÜôé ôÝôïéï äåí åßíáé äõíáôüí, áðïêáèßóôáôáé ôåëéêÜ éóïññïðßá.

22.11ÁëëáãÞ ôçò êáôáóôÜóåùò éóïññïðßáò. Åßäáìå üôé ç êáôÜóôáóç éóïññïðßáò åíüò óõóôÞìáôïò ÷áñáêôçñßæåôáé áðü ôéò ó÷åôéêÝò ðïóüôçôåò ôùí áíôéäñþíôùí êáé ôùí ðñïúüíôùí ðïõ óõíõðÜñ÷ïõí. Áò åîåôÜóïìå ðÜëé ôçí áðïóýíèåóç ôïõ íåñïý, ç ïðïßá äßíåôáé áðü ôçí áíôßäñáóç (7). ÏðïéáäÞðïôå áëëáãÞ óôéò óõíèÞêåò, åî áéôßáò ôçò ïðïßáò ðïóüôçôá íåñïý ðïõ âñßóêåôáé óå êáôÜóôáóç éóïññïðßáò èá áíáãêáæüôáí íá äéáóðáóèåß êáôÜ ðïóïóôü ìåãáëýôåñï ôïõ 0,6%, èá ôñïðïðïéïýóå ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò ãéá ôçí áíôßäñáóç (7). Ç2Ï(á)

Ç2(á) + ½ Ï2 (á)

(7)

Ìéá ôÝôïéá áëëáãÞ èá åõíïïýóå ôï ó÷çìáôéóìü ìåãáëýôåñçò ðïóüôçôáò õäñïãüíïõ êáé ïîõãüíïõ. Ðïéåò óõíèÞêåò èá Þôáí äõíáôüí íá áëëÜîïõí ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò; Ãéá íá áðáíôÞóïìå óå áõôÞí ôçí åñþôçóç, áò îáíáèõìçèïýìå üôé ç óõãêÝíôñùóç êáé ç èåñìïêñáóßá åßíáé äýï âáóéêïß ðáñÜãïíôåò, ïé ïðïßïé åðçñåÜæïõí ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. Éóïññïðßá åðÝñ÷åôáé, üôáí åîéóþíïíôáé ïé ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéóôñüöùí áíôéäñÜóåùí. ÏðïéáäÞðïôå óõíèÞêç, ç ïðïßá èá Üëëáæå ôçí ôá÷ýôçôá ôçò ìéáò ìüíï áðü ôéò áíôéäñÜóåéò ðïõ óõììåôÝ÷ïõí óôçí éóïññïðßá, èá åðçñÝáæå ôéò óõíèÞêåò éóïññïðßáò. Ãéá íá êáôáíïçèåß êáëýôåñá ç åðßäñáóç ôçò óõãêåíôñþóåùò óôçí éóïññïðßá, áò åîåôÜóïìå ôçí ðáñáêÜôù áíôßäñáóç áíÜìåóá óôï éüí ôïõ ôñéóèåíïýò óéäÞñïõ, Fe3+, êáé óôï èåéïêõáíéïý÷ï éüí, SCN–.

600

Fe3+(õä) + SCN–(õä)

FeSCN2+(õä)

(8)

Ðáñáôçñþíôáò ôçí Ýíôáóç ôïõ ÷ñþìáôïò* èá Ý÷åôå ïðôéêÞ Ýíäåéîç ôùí óõãêåíôñþóåùí êáôÜ ôçí éóïññïðßá. Ç Ýíôáóç êáèïñßæåôáé áðü ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ éüíôïò ôïõ èåéïêõáíéïý÷ïõ óéäÞñïõ (ÉÉÉ), FeSCN2+(õä). Áí ÷ñçóéìïðïéÞóåôå åðß ðëÝïí ðïóüôçôá éüíôùí óéäÞñïõ Þ èåéïêõáíéïý÷ùí éüíôùí, åßíáé äõíáôüí íá ìåôáâëçèåß ç óõãêÝíôñùóç ôïõ åíüò áðü ôá áíôéäñþíôá óôçí åîßóùóç (8). Óýìöùíá ìå ôï ó÷Þìá 22-8, üôáí ôï ÷ñþìá ôïõ äéáëýìáôïò ãßíåôáé óêïôåéíüôåñï, áõôü óçìáßíåé üôé áõîÞèçêå ç ðïóüôçôá ôïõ Ýã÷ñùìïõ éüíôïò, FeSCN2+. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï Ý÷åôå Ýíäåéîç üôé ïé óõãêåíôñþóåéò éóïññïðßáò åðçñåÜæïíôáé, áí ìåôáâëçèïýí ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí áíôéäñþíôùí Þ ôùí ðñïúüíôùí. Ãéá íá êáôáíïÞóïìå ôçí åðßäñáóç ôçò èåñìïêñáóßáò óôçí éóïññïðßá, áò åîåôÜóïìå ðÜëé ôçí åîßóùóç (6): Í2Ï4(á)

2ÍÏ2(á)

(6)

ÌÜèáìå üôé üóï õøçëüôåñç åßíáé ç èåñìïêñáóßá, ôüóï ìåãáëýôåñç ðïóüôçôá ÍÏ2 ðáñÜãåôáé. Ìå áõôüí ôïí ôñüðï ìðïñïýìå íá äïýìå üôé åðçñåÜæåôáé ç óõãêÝíôñùóç éóïññïðßáò áðü ôç ìåôáâïëÞ ôçò èåñìïêñáóßáò. Ôþñá ãíùñßæïìå üôé ìéá áëëáãÞ óôç óõãêÝíôñùóç Þ óôç èåñìïêñáóßá ìåôáâÜëëåé ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò. ~Å÷åé Üñáãå Ýíáò êáôáëýôçò ôçí ßäéá åðßäñáóç; Áí êáé ç ðáñïõóßá åíüò êáôáëýôç áõîÜíåé ôçí ôá÷ýôçôá ìéáò áíôéäñÜóåùò, ïé ÷çìéêïß âñÞêáí ðåéñáìáôéêÜ üôé ç ðñïóèÞêç åíüò êáôáëýôç óå ìéá áíôßäñáóç ðïõ âñßóêåôáé óå éóïññïðßá, äåí ìåôáâÜëëåé ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò. ÊáôÜ óõíÝðåéá, èá ðñÝðåé íá áëçèåýåé ôï ãåãïíüò üôé ïðïéïóäÞðïôå êáôáëýôçò Ý÷åé ôï ßäéï áðïôÝëåóìá óôéò ôá÷ýôçôåò ìéáò áíôéäñÜóåùò êáé ôçò áíôßóôñïöçò áõôÞò. ~Ïðùò Ý÷åé Þäç áíáöåñèåß, ç åðéäñÜóç åíüò êáôáëýôç óôéò ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí åñìçíåýåôáé ìå âÜóç ôç ìåßùóç ôçò åíÝñãåéáò åíåñãïðïéÞóåùò. Ç ìåßùóç áõôÞ Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôçí áýîçóç ôçò ôá÷ýôçôáò ìéáò áíôéäñÜóåùò êáé ðñïò ôéò äýï êáôåõèýíóåéò, äçëáäÞ êáé ôçò êáíïíéêÞò êáé ôçò áíôßóôñïöçò áõôÞò. Ãéá ôï ëüãï áõôü, Ýíáò êáôáëýôçò äåí äçìéïõñãåß óõíïëéêÜ êÜðïéá áëëáãÞ óôéò óõãêåíôñþóåéò éóïññïðßáò, Ýóôù êé áí ôï óýóôçìá

Ó×ÇÌÁ 22-8. Ïé óùëÞíåò áõôïß ðåñéåß÷áí áñ÷éêÜ ôçí ßäéá óõãêÝíôñùóç SCN–(õä). Ïé óõãêåíôñþóåéò üìùò ôïõ Fe3+(õä), Þôáí äéáöïñåôéêÝò (åëáôôþíïíôáí áðü áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ). ~Ïðùò äåß÷íåé ç öùôïãñáößá, ç Ýíôáóç ôïõ ÷ñþìáôïò ðïõ ïöåßëåôáé óôï ðñïúüí, FeSCN2+(õä), åëáôôþíåôáé åðßóçò áðü ôá áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ.

öèÜíåé óôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò ðïëý ôá÷ýôåñá áðü ü,ôé èá Ýöèáíå ÷ùñßò êáôáëýôç.

22.12 Ðñüâëåøç íÝùí óõãêåíôñþóåùí éóïññïðßáò: Añ÷Þ ôïõ Le Chatelier. Ôï áðëü óõìðÝñáóìá üôé ç ìßá Þ ç Üëëç áëëáãÞ åðçñåÜæïõí êáôÜ êÜðïéï ôñüðï ôéò óõãêåíôñþóåéò éóïññïðßáò äåí åßíáé éêáíïðïéçôéêü ãéá ôïõò ÷çìéêïýò. Ìåôáîý Üëëùí, èá Þèåëáí íá ãíùñßæïõí ôçí “êáôåýèõíóç” ôçò åðéäñÜóåùò áõôÞò (äçëáäÞ áí åíéó÷ýåôáé ï ó÷çìáôéóìüò ôùí ðñïúüíôùí Þ ôùí áíôéäñþíôùí). Ðñïò áðÜíôçóç áõôþí ôùí æçôïõìÝíùí, ï ÃÜëëïò ÷çìéêüò Henry Louis Le Chatelier áíáæÞôçóå êÜðïéåò íïìïôÝëåéåò âáóéæüìåíïò óå ìåãÜëï áñéèìü ðåéñáìáôéêþí äåäïìÝíùí êáôÜ ôçí éóïññïðßá. Ãéá íá áíáêåöáëáéþóåé ôéò íïìïôÝëåéåò ôéò ïðïßåò âñÞêå, êáôÝëçîå óôï ðáñáêÜôù óõìðÝñáóìá. Áí êÜðïéï óýóôçìá ôï ïðïßï âñßóêåôáé óå éóïññïðßá õðïóôåß ìéá áëëáãÞ, ôüôå ëáìâÜíïõí ÷þñá äéÜöïñåò äéáäéêáóßåò, ïé ïðïßåò ôåßíïõí íá áíáéñÝóïõí ìåñéêþò ôçí åðéâëçèåßóá áëëáãÞ**. Ôï óõìðÝñáóìá áõôü åßíáé ãíùóôü ùò áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier. Ðþò åöáñìüæåôáé áõôüò ï íüìïò óôá ðñïçãïýìåíá ðáñáäåßãìáôá;

* Ó.ô.Ì. Ï èåéïêõáíéïý÷ïò óßäçñïò óôá õäáôéêÜ äéáëýìáôÜ ôïõ åßíáé áéìáôÝñõèñïò. ** Ó.ô.Ì. Ãé' áõôü áðïäßäåôáé êáé ùò áñ÷Þ ôçò öõãÞò ðñï ôçò âßáò.

601

Áò åîåôÜóïìå ðñþôá ìéá ìåôáâïëÞ óôç óõãêÝíôñùóç. Ùò ãíùóôüí, ç ðñïóèÞêç Fe3+(õä) Þ SCN–(õä) óå Ýíá äéÜëõìá ðïõ âñßóêåôáé óå éóïññïðßá êáé ôï ïðïßï ðåñéÝ÷åé êáé ôá äýï áõôÜ éüíôá, êÜíåé åíôïíüôåñï ôï ÷ñþìá ôïõ ðñïúüíôïò ôçò áíôéäñÜóåùò (8). Fe3+(õä) + SCN(õä)

Fe SCN2+(õä) (8)

Äçìéïõñãåßôáé ìéá íÝá êáôÜóôáóç éóïññïðßáò, êáôÜ ôçí ïðïßá õðÜñ÷åé ð å ñ é ó ó ü ô å ñ ï Fe SCN2+(õä). Aí ãéá ðáñÜäåéãìá áõîçèåß ç óõãêÝíôñùóç ôïõ SCN –, áõîÜíåôáé êáé ç óõãêÝíôñùóç ôïõ éüíôïò Fe SCN2+. Áõôü óõìöùíåß ìå ôçí áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier. Ç ìåôáâïëÞ ðïõ åðéâëÞèçêå óôï óýóôçìá åßíáé ç áýîçóç óôç óõãêÝíôñùóç ôïõ SCN–. Ç áëëáãÞ áõôÞ êáôÜ Ýíá ìÝñïò åîïõäåôåñþèçêå áðü ìåñéêÜ éüíôá Fe3+ êáé SCN–, ôá ïðïßá áíôÝäñáóáí, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí åðß ðëÝïí Fe SCN2+. H ßäéá áíôéìåôþðéóç éó÷ýåé êáé ãéá ôçí ðñïóèÞêç éüíôùí Fe 3+. Káé óôéò äýï ðåñéðôþóåéò, ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ Fe SCN 2+ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå Ýíá ìÝñïò ôùí áíôéäñþíôùí ðïõ ðñïóåôÝèçóáí. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï áíáéñÝèçêå ìåñéêþò ç åðéâëçèåßóá áëëáãÞ. Áò åîåôÜóïìå ôþñá ìéá áëëáãÞ óôçí ðßåóç. ÌÜèáìå üôé ç óõãêÝíôñùóç üëùí ôùí áåñßùí óõóôáôéêþí ìåôáâÜëëåôáé, üôáí áëëÜæåé ç ðßåóç õðü ôçí ïðïßá âñßóêïíôáé. Ùò óõíÝ÷åéá áõôþí, áò îáíáèõìçèïýìå ôçí áíôßäñáóç (7). Ç2O(á)

H2(á) + ½ Ï2(á)

(7)

Áò õðïèÝóïìå üôé ç óõíïëéêÞ ðßåóç äéðëáóéÜæåôáé. Ï üãêïò ôüôå ãßíåôáé ðïëý ìéêñüôåñïò. Ï óõíïëéêüò áñéèìüò moles ðïõ õðÜñ÷åé óôç ìïíÜäá ôïõ üãêïõ åßíáé ìåãáëýôåñïò áðü ü,ôé Þôáí õðü ôéò óõíèÞêåò ôçò áñ÷éêÞò éóïññïðßáò. Ç áëëáãÞ óôç óõãêÝíôñùóç åîïõäåôåñþíåôáé, êáôÜ Ýíá ìÝñïò, áðü ôç óõíÝíùóç êÜðïéáò ðïóüôçôáò ôïõ õäñïãüíïõ êáé ôïõ ïîõãüíïõ êáé ôï ó÷çìáôéóìü õäñáôìþí. Ç óõíÝíùóç áõôÞ åëáôôþíåé ôï óõíïëéêü áñéèìü ôùí moles (Ýíá êáé ìéóü mole, ãéá íá ó÷çìáôéóèåß Ýíá mole), ðïõ õðÜñ÷ïõí. ~Åôóé, ç áëëáãÞ ôçò óõãêåíôñþóåùò üëùí ôùí óõóôáôéêþí, ç ïðïßá äçìéïõñãåßôáé áðü ôçí áëëáãÞ ôçò ðéÝóåùò, ìåôáôïðßæåé ôçí éóïññïðßá êáé åõíïåß ìå áõôüí ôïí ôñüðï ôï ó÷çìáôéóìü õäñáôìþí. Ìéá ìåôáâïëÞ óôç óõíïëéêÞ ðßåóç äåí ìåôáôïðßæåé ðÜíôá ôçí éóïññïðßá. Áò ðñïóÝîïìå ôçí ðñþôç áíôßäñáóç ðïõ áíáöÝñèçêå óå áõôü ôï êåöÜëáéï.

CO(á) + NO2(á) Õ CO2(á) + NO(á)

(1)

Aí áõîçèåß ç ðßåóç ôïõ ìßãìáôïò áõôþí ôùí ôåóóÜñùí áåñßùí ðïõ âñßóêïíôáé óå éóïññïðßá, ôá áÝñéá óõìðéÝæïíôáé óå ìéêñüôåñï üãêï. Ãéá Üëëç ìéá öïñÜ, üëåò ïé óõãêåíôñþóåéò áõîÜíïíôáé. Ðþò åöáñìüæåôáé åäþ ç áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier; Áí ç êáôÜóôáóç éóïññïðßáò ìåôáâëçèåß êáôÜ ôñüðï ï ïðïßïò íá åõíïåß ôï ó÷çìáôéóìü ðñïúüíôùí, ôüôå ìåñéêÜ ìüñéá CO êáé NO2 áíôéäñïýí êáé ó÷çìáôßæïõí Ýíáí áêñéâþò ßäéï áñéèìü ìïñßùí CO2 êáé NO. Áöïý äåí õðÜñ÷åé ìåôáâïëÞ óôï óõíïëéêü áñéèìü ìïñßùí, ç ðñïôåéíüìåíç áëëáãÞ éóïññïðßáò äåí ðåñéïñßæåé ìåñéêþò ôç ìåôáâïëÞ ôçò ðéÝóåùò. Óýìöùíá ìå ôçí áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier, ïé äéáäéêáóßåò ðñáãìáôïðïéïýíôáé êáôÜ ôñüðï ðïõ íá “áíáéñåß ìåñéêþò ôç ìåôáâïëÞ ðïõ åðéâÜëëåôáé”. Óôçí ðñïêåéìÝíç ðåñßðôùóç ïýôå ìéá ìåôáôüðéóç, ç ïðïßá èá åõíoïýóå ôï ó÷çìáôéóìü ðñïúüíôùí, ïýôå ìéá Üëëç ðïõ èá åõíoïýóå ôï ó÷çìáôéóìü ôùí áíôéäñþíôùí èá åîïõäåôåñþóåé ôçí åðéâëçèåßóá áëëáãÞ ôçò ðéÝóåùò. ~Åôóé, ç áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier äåí ïñßæåé üôé ðñÝðåé ïðùóäÞðïôå íá ðåñéìÝíåôå áëëáãÞ óôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò ôçò áíôéäñÜóåùò (1), üôáí ìåôáâÜëëåôáé ç ðßåóç. ~Å÷åé âñåèåß ðåéñáìáôéêÜ üôé äåí ðáñáôçñåßôáé áëëáãÞ. Ç êáôÜóôáóç éóïññïðßáò äåí åðçñåÜæåôáé áðü ôç ìåôáâïëÞ ôçò ðéÝóåùò óå ïðïéïäÞðïôå ìßãìá áåñßùí, üôáí áõôü âñßóêåôáé óå éóïññïðßá. Äåí åðçñåÜæåôáé, üôáí ï áñéèìüò ôùí áíôéäñþíôùí ìïñßùí åßíáé ßäéïò ìå ôïí áñéèìü ôùí ìïñßùí ôùí ðñïúüíôùí óôçí áíôßäñáóç ðïõ ãßíåôáé. Èá ðñÝðåé íá ôïíéóèåß üôé ç óõãêÝíôñùóç ôùí êáèáñþí óôåñåþí êáé õãñþí äåí ìåôáâÜëëåôáé, üôáí áëëÜæåé ç ðßåóç. Ùò ãíùóôüí, ìüíï ç ðßåóç ôùí áåñßùí åðçñåÜæåôáé. Ãé' áõôü, êáôÜ ôçí åöáñìïãÞ ôçò áñ÷Þò ôïõ Le Chatelier, óå óõíäõáóìü ìå ôéò ìåôáâïëÝò ôçò ðéÝóåùò, èá åîåôÜóåôå ìüíï áÝñéá êáé ü÷é óôåñåÜ Þ õãñÜ. Áò åîåôÜóïìå ãéá ðáñÜäåéãìá ôçí ðáñáêÜôù áíôßäñáóç: 2ÇgO(á)

2Hg(õã) + O2(á)

(9)

Ìéá áëëáãÞ óôçí ðßåóç èá åõíïïýóå ôçí êáíïíéêÞ Þ ôçí áíôßóôñïöç áíôßäñáóç; Ãéá íá áðáíôÞóåôå, èá ðñÝðåé íá ðáñáôçñÞóåôå ðñþôá üôé ç ìüíç ïõóßá óôçí áÝñéá öÜóç åßíáé ôï áÝñéï ïîõãüíï. Ç áýîçóç ôçò ðéÝóåùò åðçñåÜæåé ôï áÝñéï ïîõãüíï áëëÜ ü÷é ôéò Üëëåò ïõóßåò. ~Áñá, ç áýîçóç ôçò ðéÝóåùò åõíïåß ôçí áíôßóôñïöç áíôßäñáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá äåí ó÷çìáôßæïíôáé moles áåñßïõ. Áò åîåôÜóïìå ôþñá ôé ëÝåé ç áñ÷Þ ôïõ Le

602

Chatelier ó÷åôéêÜ ìå ôç ìåôáâïëÞ ôçò èåñìïêñáóßáò. Ãéá íá äþóïìå áðÜíôçóç óå áõôü ôï åñþôçìá, èá åîåôÜóïìå ôï èåñìéêü áðïôÝëåóìá ôçò áíôéäñÜóåùò (6). Ç áðïóýíèåóç ôïõ Í2O4 åßíáé åíäüèåñìç, üðùò äåß÷íïõí êáé ïé áíôéäñÜóåéò (6á) êáé (6â). N2O4(á) + 14,1 kcal Í2O4(á)

2ÍÏ2(á)

(6á)

2NO2(á)

ÄÇ = +14,1 kcal

(6â)

ÐñïçãïõìÝíùò áíáöÝñèçêå üôé ç èÝñìáíóç ôùí óöáéñþí ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ÍÏ2 êáé Í2Ï4 ðñïêáëåß ìåôáôüðéóç ôçò êáôáóôÜóåùò éóïññïðßáò ðñïò ôçí ðëåõñÜ ôïõ ó÷çìáôéóìïý ôïõ ÍÏ2 (ôï êáóôáíÝñõèñï ÷ñþìá åíéó÷ýåôáé êáé ãßíåôáé óêïôåéíüôåñï). Åýêïëá áðïäåéêíýåôáé üôé êÜôé ôÝôïéï óõìöùíåß ìå ôçí áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier. Áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò äçìéïõñãåßôáé ìå ôç ðáñïõóßá èåñìüôçôáò. Óå õøçëüôåñåò èåñìïêñáóßåò ç éóïññïðßá ìåôáâÜëëåôáé êáé ó÷çìáôßæåôáé ðåñéóóüôåñï ÍÏ2. ÊáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ ÍÏ2 áðïññïöÜôáé Ýíá ìÝñïò ôçò èåñìüôçôáò ðïõ ðñïêÜëåóå ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò. Êáôüðéí áõôþí, èá ðñÝðåé íá îáíáèõìçèåßôå üôé ìå ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò ôïõ íåñïý áõîÜíåé ç ôÜóç ôùí áôìþí ôïõ. ÊÜôé ôÝôïéï óõìöùíåß ìå ôçí áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier, åðåéäÞ áðïññïöÜôáé èåñìüôçôá êáèþò ôï õãñü åîáôìßæåôáé. Ç áðïññüöçóç ôçò èåñìüôçôáò áõôÞò åîïõäåôåñþíåé ìåñéêþò ôçí áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò.

22.13ÅöáñìïãÞ ôùí êáíüíùí ôçò éóïññïðßáò: Ç äéáäéêáóßá ôïõ Haber. Ç ãíþóç ôùí áñ÷þí ôçò ÷çìåßáò âïçèÜ óôç ëýóç ôå÷íéêþí ðñïâëçìÜôùí. Ôï êëåéäß åßíáé ï Ýëåã÷ïò ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. Ç ðáñáãùãÞ óå ìåãÜëç êëßìáêá ôùí áæùôïý÷ùí åíþóåùí åßíáé Ýíá ðáñÜäåéãìá ðñáêôéêÞò åöáñìïãÞò ôçò áñ÷Þò ôïõ Le Chatelier. Ç âéïìç÷áíéêÞ äéáäéêáóßá óôï÷åýåé óôç ìåôáôñïðÞ ôïõ áäñáíïýò áæþôïõ ôçò áôìüóöáéñáò óå ÷ñÞóéìåò åíþóåéò, üðùò ëéðÜóìáôá, ðëáóôéêÜ êáé ÷ñþìáôá. Ôï ðéï äýóêïëï óôÜäéï áõôÞò ôçò äéáäéêáóßáò åßíáé ç áíôßäñáóç (10) ðïõ äßíåôáé ðáñáêÜôù: Í2(á) + 3Ç2(á)

2NÇ3(á) + 22 kcal

Þ Í2(á) + 3Ç2(á) ÄÇ = –22 kcal *

2NÇ3(á) (10)

Ìðïñåßôå íá ðñïâëÝøåôå ôéò Üñéóôåò óõíèÞêåò ãéá õøçëÞ áðüäïóç ÍÇ3; Èá ðñÝðåé íá åðéäéù÷èåß ç éóïññïðßá ôïõ óõóôÞìáôïò óå ÷áìçëÞ Þ õøçëÞ èåñìïêñáóßá; Ç åöáñìïãÞ ôçò áñ÷Þò ôïõ Le Chatelier ëÝåé üôé üóï ÷áìçëüôåñç åßíáé ç èåñìïêñáóßá, ôüóï ç êáôÜóôáóç éóïññïðßáò èá åõíïåß ôçí ðáñáãùãÞ ôçò ÍÇ3. Èá ÷ñçóéìïðïéçèåß õøçëÞ Þ ÷áìçëÞ ðßåóç; Ç ðáñáãùãÞ ÍÇ3 ïäçãåß óå ìåßùóç ôùí óõíïëéêþí moles ðïõ õðÜñ÷ïõí áðü ôÝóóåñá óå äýï. Óýìöùíá ìå ôçí áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier, ãéá íá áõîçèåß ç óõãêÝíôñùóç, ðñÝðåé íá áõîçèåß ç ðßåóç. Ôé ãßíåôáé üìùò ìå ôçí åöáñìïãÞ; ÅðåéäÞ ïé ôá÷ýôçôåò ôçò áíôéäñÜóåùò óå ÷áìçëÝò èåñìïêñáóßåò åßíáé âñáäåßåò, åßíáé áðáñáßôçôïò Ýíáò óõìâéâáóìüò. ×ñåéÜæåôáé ÷áìçëÞ èåñìïêñáóßá ãéá ìéá åðéèõìçôÞ êáôÜóôáóç éóïññïðßáò, åíþ åßíáé áðáñáßôçôç õøçëÞ èåñìïêñáóßá ãéá ìéá éêáíïðïéçôéêÞ ôá÷ýôçôá. Ï óõìâéâáóìüò ðïõ åöáñìüæåôáé âéïìç÷áíéêÜ ðñïâëÝðåé ìéá åíäéÜìåóç èåñìïêñáóßá ãýñù óôïõò 500°C. Áêüìç êáé Ýôóé, ç åðéôõ÷ßá ôçò äéáäéêáóßáò åîáñôÜôáé áðü ôçí ðáñïõóßá ôïõ êáôÜëëçëïõ êáôáëýôç, ï ïðïßïò èá åîáóöáëßóåé ìéá ëïãéêÞ ôá÷ýôçôá áíôéäñÜóåùò. Óå ó÷Ýóç ìå ôçí ðßåóç, ÷ñåéÜæåôáé Ýíáò Üëëïò óõìâéâáóìüò, åðåéäÞ ç äçìéïõñãßá åãêáôáóôÜóåùí õøçëÞò ðéÝóåùò åßíáé äáðáíçñÞ*. ÐñáêôéêÜ åöáñìüæåôáé ìéá ðßåóç ðåñßðïõ 350 áôìïóöáéñþí. Óå áõôÝò ôéò óõíèÞêåò (ðßåóç 350 áôìüóöáéñåò êáé èåñìïêñáóßá 500°C), ìüíï ôï 30% ôùí áíôéäñþíôùí ìåôáôñÝðåôáé óå ÍÇ3. Ç ÍÇ3 áðïìáêñýíåôáé áðü ôï ìßãìá áöïý õãñïðïéçèåß êÜôù áðü óõíèÞêåò, óôéò ïðïßåò ôï Í2 êáé ôï Ç2 ðáñáìÝíïõí áÝñéá. Ôï Í2 êáé ôï Ç2 ðïõ äåí áíôÝäñáóáí, óôç óõíÝ÷åéá åðáíá÷ñçóéìïðïéïýíôáé. Ãéá ôï ëüãï áõôü, ç óõíïëéêÞ ðïóïóôéáßá ìåôáôñïðÞ óå áììùíßá åßíáé ðïëý õøçëÞ. Óôï ó÷Þìá 22-9 (âë. óåë. 606) öáßíïíôáé ôá óôÜäéá áõôÞò ôçò äéáäéêáóßáò. Ðñéí áðü ôïí ðñþôï ðáãêüóìéï ðüëåìï, ïé êýñéåò ðçãÝò áæùôïý÷ùí åíþóåùí Þôáí êÜðïéá íéôñéêÜ áðïèÝìáôá óôç ×éëÞ. Ç êáôÜóôáóç Üëëáîå, üôáí ï Fritz Haber, Ýíáò Ãåñìáíüò ÷çìéêüò, áíÝðôõîå ìå åðéôõ÷ßá ôç ìÝèïäï ðïõ ìüëéò ðåñéãñÜøáìå êáé ç ïðïßá ôéìÞò Ýíåêåí ïíïìÜóèçêå ìÝèïäïò Haber. ÁõôÞ åðéôñÝðåé óôïõò ÷çìéêïýò íá ÷ñçóéìïðïéïýí ôá ó÷åäüí áðåñéüñéóôá áðïèÝìáôá áæþôïõ ôçò áôìüóöáéñáò ùò ðçãÞ áæùôïý÷ùí åíþóåùí.

Ó.ô.Ì. ÓÞìåñá õðÜñ÷ïõí ìÝôáëëá áíèåêôéêÜ êáé ãé' áõôü ðñáêôéêÜ åöáñìüæåôáé ðßåóç 1000 atm, ìå áðïôÝëåóìá, óýìöùíá ìå ôçí áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier, íá Ý÷ïìå õøçëüôåñï âáèìü ìåôáôñïðÞò.

603

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÔÏ ÏÆÏÍ, Ç ÆÙÇ ÓÔÇ ÃÇ ÊÁÉ ÏÉ ÕÐÅÑÇ×ÇÔÉÊÅÓ ÌÅÔÁÖÏÑÅÓ (SST)* ~Ïðùò Ý÷åôå ìÜèåé, ç áôìüóöáéñá ôçò ãçò áðïôåëåßôáé êáôÜ ôï Ýíá ðÝìðôï áðü ïîõãüíï^ áõôü ôï ïîõãüíï áðïôåëåßôáé áðü äéáôïìéêÜ ìüñéá. ÕðÜñ÷åé ìéá ðåñéóóüôåñï äñáóôéêÞ ìïñöÞ ïîõãüíïõ ôï ïðïßï ïíïìÜæåôáé üæïí êáé óôo ïðïßï ôá ìüñéá åßíáé ôñéáôïìéêÜ, Ï3. Ôá ìüñéá ôïõ üæïíôïò ðåñéÝ÷ïõí ðåñéóóüôåñç åíÝñãåéá áðü ôá êáíïíéêÜ ìüñéá ïîõãüíïõ êáé ãé' áõôü ç ðáñáêÜôù áíôßäñáóç ðñáãìáôïðïéåßôáé 2Ï3 = 3Ï2 ìå ðáñÜëëçëç áðåëåõèÝñùóç åíÝñãåéáò. ÐáñÜ ôáýôá üìùò, ôï üæïí áðïóõíôßèåôáé ðñïò êáíïíéêü ïîõãüíï ìå ìéêñÞ ôá÷ýôçôá, åêôüò êáé áí ÷ñçóéìïðïéçèåß êÜðïéïò êáôáëýôçò. Ôï üæïí åßíáé áðáñáßôçôï ãéá íá óõíå÷ßóåé íá õðÜñ÷åé æùÞ óå áõôüí ôïí ðëáíÞôç. ×ùñßò ôï üæïí, ëßãá (Þ êáíÝíá) áðü ôá öõôÜ êáé ôá æþá ðïõ õðÜñ÷ïõí óÞìåñá èá ìðïñïýóáí íá åðéæÞóïõí. Ìéá óôïéâÜäá üæïíôïò, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ðáñáêåßìåíï ó÷Þìá, ç ïðïßá åêôåßíåôáé 15 Ýùò 50 ÷éëéüìåôñá ðÜíù áðü ôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò, áðïäåéêíýåôáé üôé åßíáé ï ðáñÜãïíôáò äéáôçñÞóåùò êÜèå ìïñöÞò æùÞò óôïí ðëáíÞôç. Ôï üæïí óå áõôÞí ôç óôïéâÜäá ó÷çìáôßæåôáé, üôáí ìüñéá ïîõãüíïõ áðïññïöïýí éó÷õñÞ õðåñéþäç áêôéíïâïëßá áðü ôïí Þëéï. Ôá ìüñéá ôïõ üæïíôïò áðïññïöïýí åðßóçò éó÷õñÜ ôçí õðåñéþäç áêôéíïâïëßá. Ôï óôñþìá ôïõ üæïíôïò óõãêñáôåß ó÷åäüí üëç ôçí õðåñéþäç áêôéíïâïëßá ôïõ Þëéïõ –åêôüò áðü ìéá åëÜ÷éóôç ðïóüôçôá– êáé ìå áõôüí ôïí ôñüðï ôçí åìðïäßæåé íá öèÜóåé óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò. Ç õðåñéþäçò áêôéíïâïëßá Ý÷åé ôüóï ðïëëÞ åíÝñãåéá, þóôå, áí áõîáíüôáí ðÜñá ðïëý ç ðïóüôçôÜ ôçò ðïõ èá Ýöèáíå óôç ãç, èá ðÝèáéíáí üëá ôá öõôÜ, åêôüò áðü åêåßíá ðïõ æïõí êÜôù áðü ôï íåñü. Åðß ðëÝïí, üëá ôá æþá èá ôõöëþíïíôáí êáé, ôïõëÜ÷éóôïí ãéá ôïí Üíèñùðï, ï êáñêßíïò ôïõ äÝñìáôïò èá Ýðáéñíå ôç ìïñöÞ åðéäçìßáò. Ç íÝêñùóç ôùí åðéãåßùí öõôþí èá óÞìáéíå óôÝñçóç ãéá ôá æþá êáé ôïí Üíèñùðï âáóéêÞò êáé áðáñáßôçôçò ôñïöÞò êáé èá ïäçãïýóå óå ðáãêüóìéï ëéìü. Ç åéóáãùãÞ ïðïéáóäÞðïôå ôå÷íïëïãßáò, ç ïðïßá èá ìðïñïýóå íá ìåéþóåé ôï óôñþìá ôïõ üæïíôïò ðåñéóóüôåñï áðü Ýíá åëÜ÷éóôï üñéï, èá

éóïäõíáìïýóå ìå áõôïêôïíßá ôçò áíèñùðüôçôáò. Ç óõãêÝíôñùóç ôïõ üæïíôïò óôç æþíç ôïõ üæïíôïò åßíáé äõíáôüí íá ìåéùèåß ìå ôçí åéóáãùãÞ ïõóéþí, ïé ïðïßåò Ý÷ïõí ôç äõíáôüôçôá íá áõîÜíïõí ôçí ôá÷ýôçôá áðïóõíèÝóåþò ôïõ ðñïò êáíïíéêü ïîõãüíï. Ìéá áðü áõôÝò ôéò ïõóßåò, üðùò áðåäåß÷èç áðü Ýíáí íåáñü ÷çìéêü, ôïí Harold S. Johnston, ôo 1950, åßíáé ôï ìïíïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ. Ï ÷çìéêüò áõôüò åðåîåñãÜóèçêå ôïí ðáñáêÜôù ìç÷áíéóìü êáôáëõôéêÞò äéáäéêáóßáò: Ï3 + ÍÏ = ÍÏ2 + Ï2 ÍÏ2 + Ï = ÍÏ + Ï2 Ôá Üôïìá ïîõãüíïõ ðïõ ÷ñåéÜæïíôáé óôï äåýôåñï óôÜäéï ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ôçí éóïññïðßá áíÜìåóá óôï Ï3, óôï Ï2 êáé óôï Ï, ðïõ õðÜñ÷ïõí óôç æþíç ôïõ üæïíôïò: Ï3 = Ï2 + Ï Èá ðñÝðåé íá ðñïóÝîåôå üôé êáôÜ ôçí êáôáëõôéêÞ äéáäéêáóßá ôï ÍÏ áíáãåííÜôáé. ~Åôóé, êáé ìéá ìéêñÞ Ýóôù ðïóüôçôÜ ôïõ ìðïñåß íá áíáêõêëùèåß ðïëëÝò öïñÝò êáé íá áðïóõíèÝóåé ðïëëÝò öïñÝò ôçí áíÜëïãç ðïóüôçôá Ï3. Ðþò åßíáé äõíáôüí üìùò íá åéóÝëèïõí óôç óôïéâÜäá ôïõ üæïíôïò óçìáíôéêÝò ðïóüôçôåò ÍÏ; Áí êáé ôï ÍÏ ðïõ åßíáé ñõðáíôÞò ó÷çìáôßæåôáé êïíôÜ óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò áðü áõôïêßíçôá êáé äéÜöïñåò Üëëåò äéáäéêáóßåò êáýóåùò, ìéêñÞ ìüíï ðïóüôçôÜ ôïõ åßíáé äõíáôüí íá åéóÝëèåé óôç óôñáôüóöáéñá. Ïé óôïéâÜäåò ôçò áôìüóöáéñáò ìå ôéò äéáöïñåôéêÝò èåñìïêñáóßåò åìðïäßæïõí ôç ñïÞ ðñïò õøçëüôåñá óôñþìáôá. Áêüìç êáé ôá áåñïðëÜíá (åêôüò áðü ôá õðåñç÷çôéêÜ) äåí ðåôïýí áñêåôÜ øçëÜ þóôå íá áðïâÜëëïõí ÍÏ ìÝóá óôç óôïéâÜäá ôïõ üæïíôïò. Ôá õðåñç÷çôéêÜ óõ÷íÜ ðåôïýí óôç óôñáôüóöáéñá, êáé ïé õðåñç÷çôéêÝò ìåôáöïñÝò SST, ïé ïðïßåò âñßóêïíôáé óå åîÝëéîç, ðñÝðåé íá ðñáãìáôïðïéïýíôáé óå ìåãÜëá ýøç ãéá ëüãïõò ïéêïíïìßáò. Åßíáé ó÷åäéáóìÝíåò ãé'áõôüí áêñéâþò ôï óêïðü.

* Ó.ô.Ì. Óôçí áããëéêÞ ãëþóóá ôá ãñÜììáôá SST åßíáé ôá áñ÷éêÜ ôùí ëÝîåùí Super Sonic Transport.

604

Õðåñéþäåéò áêôßíåò áðü ôïí Þëéï Áíþôåñç óôñáôüóöáéñá

ÓôïéâÜäá üæïíôïò

50 ÷éë

éüìåô

ñá

Êáôþôåñç óôñáôüóöáéñá

Óýííåöá

15 ÷éëéü

ìåôñá

Ãç

Ç óôïéâÜäá ôïõ üæïíôïò âñßóêåôáé áíÜìåóá óôá 15 êáé 50 ÷éëéüìåôñá ðÜíù áðü ôçí áôìüóöáéñá ôçò ãçò. Ç æþíç áõôÞ ôïõ üæïíôïò óõãêñáôåß ó÷åäüí üëç –åêôüò áðü ìéá ìéêñÞ ðïóüôçôá– ôçí õðåñéþäç áêôéíïâïëßá ôïõ Þëéïõ êáé ôçí åìðïäßæåé íá öèÜóåé óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò.

ÌÝ÷ñé ðñüóöáôá, ôï ðñüâëçìá ôïõ ÍÏ, ôï ïðïßï áðïâÜëëåôáé áðü ôá õðåñç÷çôéêÜ áåñïðëÜíá óôç óôñáôüóöáéñá, äåí èåùñïýíôáí óïâáñü. Ï êáèçãçôÞò Johnston üìùò äéåîÞãáãå åêôåôáìÝíïõò õðïëïãéóìïýò, ïé ïðïßïé âáóßóèçêáí óôéò äéêÝò ôïõ ìåëÝôåò, êáèþò êáé óôéò ìåëÝôåò Üëëùí, ãéá ôçí êáôáëõôéêÞ åðßäñáóç ôïõ ÍÏ óôçí áðïóýíèåóç ôïõ üæïíôïò. Õðïëïãßæåôáé üôé êÜèå õðåñç÷çôéêü áåñïðëÜíï áðïâÜëëåé ðåñßðïõ Ýíáí ôüíï ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ áíÜ þñá óôç óôñáôüóöáéñá. Ìå Ýíá óôüëï 500 õðåñç÷çôéêþí, ôá ïðïßá ðåôïýí êáôÜ ìÝóï üñï åðôÜ þñåò ôçí çìÝñá (ìå âÜóç óôïé÷åßá ðïõ åß÷áí ðñïâëåöèåß ãéá ôï 1985), ôï õðÜñ÷ïí üæïí óôç óôñáôüóöáéñá èá ìåéùíüôáí óôï ìéóü ìÝóá óå Ýíá ìüíï ÷ñüíï. Áí óõíÝâáéíå êÜôé ôÝôïéï, ôá áðïôåëÝóìáôá èá Þôáí ÷åéñüôåñá áðü Ýíáí ðõñçíéêü ðüëåìï. ÐñÝðåé íá ëÜâïìå õðüøç üôé ïé õðïëïãéóìïß

ôïõ Johnston äåí åßíáé áðüëõôá âÝâáéïé. ÌåñéêÝò áðü ôéò ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí ðïõ ëáìâÜíïõí ìÝñïò óå áõôïýò ôïõò õðïëïãéóìïýò äåí åßíáé ìå áêñßâåéá ãíùóôÝò. ÕðÜñ÷åé åðßóçò ìéá áâåâáéüôçôá êáôÜ ôçí åöáñìïãÞ åñãáóôçñéáêþí óõìðåñáóìÜôùí, Ýóôù êáé ìåãÜëçò áêñßâåéáò, ãéá ôçí ðñüâëåøç ôïõ ôé èá óõìâåß óôá áíþôåñá óôñþìáôá ôçò áôìüóöáéñáò. ÐÜíôùò, ïé õðïëïãéóìïß äåß÷íïõí üôé õðÜñ÷åé ìåãÜëïò êßíäõíïò êáôáóôñïöÞò ôïõ üæïíôïò, áí ÷ñçóéìïðïéçèïýí óå åõñåßá êëßìáêá õðåñç÷çôéêÜ (SST) ìÝóá ìåôáöïñÜò. Ç ðéï óïâáñÞ üøç áõôïý ôïõ æçôÞìáôïò åßíáé üôé, áí åðÝëèåé áõôÞ ç êáôáóôñïöÞ, ôá áðïôåëÝóìáôÜ ôçò èá åßíáé ìç áíáóôñÝøéìá. Áí ç óõãêÝíôñùóç ôïõ üæïíôïò ìåéùèåß óçìáíôéêÜ, ôüôå ìå ôç äéáêïðÞ ìüíï ôçò ÷ñÞóåùò ôùí õðåñç÷çôéêþí ìÝóùí (SST) äåí èá êáôïñèþóïìå íá áðïêáôáóôÞóïìå ôç óïâáñÞ áõôÞ áðþëåéá.

605

Harold S. Johnston (1920 – )

Ðüóï ÷ñÞóéìç åßíáé ç âáóéêÞ Ýñåõíá; Ôçí åñþôçóç áõôÞ óõ÷íÜ äéáôõðþíïõí üóïé äåí áó÷ïëïýíôáé ìå ôéò åðéóôÞìåò. ÂëÝðïõí ôïõò åðéóôÞìïíåò óôá ðáíåðéóôÞìéá êáé óôá åñåõíçôéêÜ åñãáóôÞñéá íá îïäåýïõí ÷ñüíï êáé ÷ñÞìáôá ðñïêåéìÝíïõ íá ìåëåôÞóïõí ðñïâëÞìáôá ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ôéò âáóéêÝò éäéüôçôåò êáé ôç óõìðåñéöïñÜ ôçò ýëçò. ÐñïâëÞìáôá áõôïý ôïõ åßäïõò ìïéÜæïõí íá óôåñïýíôáé ïðïéáóäÞðïôå Üìåóçò ó÷Ýóåùò ìå ôçí êáèçìåñéíÞ æùÞ. ÌÝ÷ñé ðïëý ðñüóöáôá, áõôïß ðïõ óõíçèßæïõí íá äéáôõðþíïõí ðáñüìïéåò åñùôÞóåéò, èá èåùñïýóáí ôï Ýñãï ôïõ Harold S. Johnston êáé ôùí öïéôçôþí ôïõ óôï ðáíåðéóôÞìéï ôçò Êáëéöüñíéá ùò ðáñÜäåéãìá “Ü÷ñçóôçò âáóéêÞò

Ýñåõíáò”. Ãéá ÷ñüíéá ï Johnston ìåëÝôçóå åðßìïíá ôïí ôñüðï ðñáãìáôïðïéÞóåùò ôùí áíôéäñÜóåùí áíÜìåóá óå ó÷åôéêÜ áðëÜ ìüñéá, óôçí áÝñéá öÜóç. ÊáôÜöåñå íá ðñïóäéïñßóåé ôïõò ìç÷áíéóìïýò ðïëëþí áíôéäñÜóåùí áõôïý ôïõ åßäïõò. ÄçëáäÞ, áíáêÜëõøå ðïéá åßíáé ôá äéÜöïñá óôÜäéá ìéáò áíôéäñÜóåùò, ìå ðüóç ôá÷ýôçôá ðñáãìáôïðïéïýíôáé êáé ðþò åðçñåÜæïíôáé áõôÝò ïé ôá÷ýôçôåò áðü ôçí ðñïóèÞêç åðß ðëÝïí áåñßùí. Áõôü ôï ðñüâëçìá, ðþò åßíáé äõíáôüí ìéá ïõóßá íá ãßíåé êáôáëýôçò ôçò áíôéäñÜóåùò ìéáò Üëëçò, Þôáí ôï ðñþôï èÝìá ìå ôï ïðïßï áó÷ïëÞèçêå ï Johnston, üôáí Þôáí áêüìç íåáñüò ðáíåðéóôçìéáêüò óôï ðáíåðéóôÞìéï ôïõ Stanford. Åéäéêüôåñá, ç áíôßäñáóç ðïõ áðïöÜóéóå íá äéåñåõíÞóåé Þôáí ç äéÜóðáóç ôïõ üæïíôïò ðñïò êáíïíéêü ïîõãüíï õðü ôçí åðßäñáóç ôïõ ïîåéäßïõ ôïõ áæþôïõ ùò êáôáëýôç. ÅðÝëåîå áõôü ôï ðñüâëçìá, åðåéäÞ íüìéóå üôé ç áíôßäñáóç áõôÞ Þôáí âáóéêÞò óçìáóßáò^ áí êáôüñèùíå ëïéðüí íá êáôáíïÞóåé ôéò äéáäéêáóßåò ðïõ ó÷åôßæïíôáé ìå áõôÞí, èá áðïêôïýóå âáèéÜ ãíþóç ôïõ ôñüðïõ ðñáãìáôïðïéÞóåùò ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. ÐñÜãìáôé, üôáí ï Johnston ìåëÝôçóå áõôÞí ôç ÷áñáêôçñéóôéêÞ áíôßäñáóç, äåí Þôáí äõíáôüí íá Ý÷åé êÜðïéïí Üëëï óêïðü. Êáíåßò äåí ðñïÝâëåðå ôüôå ôçí åöáñìïãÞ ôùí áðïôåëåóìÜôùí. ÓÞìåñá, öáßíåôáé üôé ôï Ýñãï ôïõ, ç «Ü÷ñçóôç âáóéêÞ ôïõ Ýñåõíá», ßóùò íá åßíáé ïõóéáóôéêÞ ãéá ôçí ðñïóôáóßá ôçò æùÞò áõôïý ôïõ ðëáíÞôç. Ôá óðïõäáßá åñåõíçôéêÜ ðïñßóìáôá ôïõ Johnston áðïäåéêíýïõí êáôÜ ôïí ðéï óáöÞ ôñüðï üôé ç âáóéêÞ Ýñåõíá áðïôåëåß ìáêñïðñüèåóìá ôï ðéï ÷ñÞóéìï åßäïò åðéóôçìïíéêÞò åñãáóßáò.

606

Ðåñßëçøç. Ç êáôÜóôáóç éóïññïðßáò ìðïñåß íá áëëÜîåé, áí áëëÜîåé ç óõãêÝíôñùóç êáé ç èåñìïêñáóßá. Ç áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier åðéôñÝðåé óôïõò ÷çìéêïýò íá ðñïâëÝðïõí ôçí êáôåýèõíóç ôçò ìåôáâïëÞò ôçò êáôáóôÜóåùò éóïññïðßáò. Óýìöùíá ìå áõôÞí ôçí áñ÷Þ, áí Ýíá óýóôçìá óå êáôÜóôáóç éóïññïðßáò õðïóôåß êÜðïéá áëëáãÞ, ðñáãìáôïðïéïýíôáé äéáäéêáóßåò, ïé ïðïßåò ôåßíïõí íá åîïõäåôåñþóïõí êáôÜ Ýíá ìÝñïò ôçí åðéâëçèåßóá ìåôáâïëÞ. Ï êáôáëýôçò, áí êáé áõîÜíåé ôçí ôá÷ýôçôá ìéáò áíôéäñÜóåùò, äåí ìåôáâÜëëåé ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò áõôÞò.

ÓõìðéåóôÞò Áíôëßá åðéóôñïöÞò ÈÜëáìïò áíôéäñÜóåùò (èåñìüôçôá,ðßåóç, êáôáëýôçò)

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Áí ôï ìßãìá ôùí áåñßùí óôéò åðüìåíåò áíôéäñÜóåéò óõìðéåóèåß, åßíáé äõíáôüí íá ðñïâëåöèåß óýìöùíá ìå ôçí áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier ìéá ìåôáâïëÞ óôéò óõãêåíôñþóåéò éóïññïðßáò áõôþí ôùí áíôéäñÜóåùí; Áí åßíáé ðñÜãìáôé äõíáôüí, ç áëëáãÞ áõôÞ èá åõíïåß ôï ó÷çìáôéóìü áíôéäñþíôùí Þ ðñïúüíôùí; 2ÍÏ2(á) (á) Í2Ï4(á) 2ÇÉ(á) (â) Ç2(á) + É2(á) 2ÍÇ3(á) (ã) Í2(á) + 3Ç2(á) 2. Åßíáé äõíáôüí ç áíôßäñáóç åíüò êëåéóôïý óõóôÞìáôïò íá óõìðëçñùèåß ïëïêëçñùôéêÜ; ÅîçãÞóôå. 3. Ãéáôß ç ðñïóèÞêç åíüò êáôáëýôç óå ìéá áíôßäñáóç ðïõ âñßóêåôáé óå éóïññïðßá äåí ìåôáâÜëëåé ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò;

Õäñïãüíï (Ç2) áðü õäñáÝñéï

¢æùôï (Í2) áðü õãñü áÝñá

ØõêôéêÞ ìïíÜäá Ç2 êáé Í2 ðïõ äåí áíôÝäñáóáí

ÕãñÞ áììùíßá (ÍÇ3)

Ó×ÇÌÁ 22-9. Ôá óôÜäéá ôçò áíôéäñÜóåùò ôïõ Haber. Óôï èÜëáìï áíôéäñÜóåùò ó÷çìáôßæåôáé áÝñéá áììùíßá, ç ïðïßá óôç óõíÝ÷åéá øý÷åôáé ðñïò õãñÞ áììùíßá. ~Ï,ôé äåí áíôÝäñáóå åðáíåéóÜãåôáé óôïí êýêëï ôçò áíôéäñÜóåùò.

Äéåñåýíçóç ôçò éóïññïðßáò áðü ðïóïôéêÞ Üðïøç ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

22.14 ÐïóïôéêÞ ðñïóÝããéóç ôçò ÷çìéêÞò éóïññïðßáò. ÐïëõÜñéèìïé êáíüíåò åðéôñÝðïõí óå Ýíá ÷çìéêü íá åðé÷åéñåß ðïéïôéêÝò ðñïâëÝøåéò ãýñù áðü ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò. Ïé ðåñéóóüôåñïé áðü áõôïýò Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ìáêñïóêïðéêÞò öýóåùò ðáñáôçñÞóåéò ôùí áíôéäñÜóåùí. Ãé' áõôü êáé äåí åðéôñÝðïõí ôçí ðëÞñç êáôáíüçóç, ðñüâëåøç êáé Ýëåã÷ï áõôþí ôùí áíôéäñÜóåùí. Åßíáé ÷ñÞóéìï íá ãíùñßæïìå ãéá ðáñÜäåéãìá, üôé ç áýîçóç ôçò ðéÝóåùò åõíïåß ôç âéïìç÷áíéêÞ ðáñáãùãÞ áììùíßáò, üðùò áíáöÝñèçêå êáé óôçí ðáñÜãñáöï 22.13. Ï ÷çìéêüò üìùò åðéèõìåß íá ãíùñßæåé ìå áêñßâåéá ðüóï

607

ìåãÜëç ðßåóç áðáéôåßôáé, ãéá íá áõîçèåß ç ðáñáãùãÞ ôçò áììùíßáò. ÄçëáäÞ, èÝëåé íá ãíùñßæåé ðþò ìðïñåß íá åëÝã÷åé ìéá áíôßäñáóç. Ãéá íá ãßíåé áõôü, èá ðñÝðåé íá äéáèÝôåé ðëçñïöïñßåò ãéá ôéò óõíèÞêåò éóïññïðßáò ðïõ áöïñïýí óôçí ðïóïôéêÞ ðáñÜìåôñï. ÓÊÏÐÏÓ

Ìå ôï ðåßñáìá áõôü èá åîïéêåéùèåßôå ìå ìåñéêÝò ðïóïôéêÝò Ýííïéåò ôùí óõíèçêþí éóïññïðßáò. Èá åîåôÜóåôå ðïóïôéêÜ ôçí áíôßäñáóç (8), ôçí ïðïßá Ý÷åôå ìåëåôÞóåé Þäç ðïéïôéêÜ. Fe3+(õä) + SCN–(õä)

FeSCN2+(õä)

(8)

Aí ðñïóèÝóåôå äéÜöïñåò óõãêåíôñþóåéò Fe (õä) óôï äéÜëõìá, åíþ äéáôçñåßôå ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ SCN–(õä) óôáèåñÞ, èá åîåôÜóåôå ôï áðïôÝëåóìá áõôþí ôùí ìåôáâïëþí óôéò óõãêåíôñþóåéò éóïññïðßáò ôùí áíôéäñþíôùí êáé ôùí ðñïúüíôùí ôçò áíôéäñÜóåùò. 3+

ÕËÉÊÁ

25 ml 0,002 M KSCN ÐïôÞñé æÝóåùò, 250 ml 15 ml 0,2 M Fe(NO3)3 ÃõÜëéíç ñÜâäïò áíáäåýóåùò ÁðåóôáãìÝíï íåñü

Ëåõêü ÷áñôß 5 äïêéìáóôéêïß óùëÞíåò, 13– x 100 mm ÕðïäåêÜìåôñï Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò, 25 ml Óôáãïíüìåôñï

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

Èá ðñïóäéïñßóåôå ÷ñùìáôïìåôñéêÜ ôéò óõãêåíôñþóåéò, äçëáäÞ èá óõãêñßíåôå ôá ÷ñþìáôÜ ôïõò. Èá Ý÷åôå ðñïóÝîåé üôé ç Ýíôáóç ôïõ ÷ñþìáôïò åíüò ÷ñùìáôéóôïý õãñïý, üðùò åßíáé ôï êñýï ôóÜé, ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé öáßíåôáé äéáöïñåôéêÞ, áí ôï êïéôÜîïìå áðü ôï ðëÜé ôïõ ðïôçñéïý áðü ü,ôé áí ôï êïéôÜîïìå êáô' åõèåßáí áðü ôï ðÜíù ìÝñïò. Ç Ýíôáóç ôïõ ÷ñþìáôïò åîáñôÜôáé áðü ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ õãñïý êáé áðü ôï ýøïò ôïõ äéáëýìáôïò ìÝóá óôï äï÷åßï. ~Åôóé, Ýíá ÷ñùìáôéóôü äéÜëõìá óõãêåíôñþóåùò 1 Ì âÜèïõò 1 cm èá åìöáíßæåôáé íá Ý÷åé ôçí ßäéá Ýíôáóç ÷ñþìáôïò ìå Ýíá äéÜëõìá 0,5 Ì êáé ýøïõò 2 cm (ó÷. 22-10). Ï ëüãïò ôùí óõãêåíôñþóåùí åßíáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãïò ðñïò ôï ëüãï ôùí õøþí. Ìå âÜóç áõôÞí ôç ó÷Ýóç, ìðïñåßôå íá óõãêñßíåôå ôéò óõãêåíôñþóåéò äýï äéáëõìÜôùí ìåôáâÜëëïíôáò ôá ó÷åôéêÜ ôïõò ýøç, ìÝ÷ñé íá öáíåß üôé ç Ýíôáóç ôïõ ÷ñþìáôïò Ýãéíå ßäéá. Ç ìÝèïäïò áõôÞ äßíåé ó÷åôéêÝò ôéìÝò ôùí óõãêåíôñþóåùí. ÐñïêåéìÝíïõ íá ëçöèïýí áðüëõôåò ôéìÝò, èá ðñÝðåé íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå äéáëýìáôá áíáöïñÜò ãíùóôþí óõãêåíôñþóåùí. Óôï ðñþôï óôÜäéï èá ðáñáóêåõÜóåôå Ýíá äéÜëõìá áíáöïñÜò. Èá îåêéíÞóåôå ìå Ýíá ãíùóôü éüí SCN–(õä) ÷áìçëÞò óõãêåíôñþóåùò, êáé èá ðñïóèÝóåôå ìåãÜëç ðåñßóóåéá éüíôïò Fe3+(õä). 1. ÔïðïèåôÞóôå óôç óåéñÜ ðÝíôå äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò ôçò éäßáò äéáìÝôñïõ êáé áñéèìÞóôå ôïõò: 1,2,3,4,5. ÐñïóèÝóôå 5,0 ml äéáëýìáôïò èåéïêõáíéïý÷ïõ êáëßïõ KSCN, 0,002 Ì, óôïí êÜèå Ýíá áðü áõôïýò ôïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò. Óôï óùëÞíá 1 ðñïóèÝóôå 5,0 ml äéáëýìáôïò íéôñéêïý óéäÞñïõ, Fe(NO3)3, 0,2 M. Ï óùëÞíáò áõôüò èá ÷ñçóéìïðïéçèåß ùò óùëÞíáò áíáöïñÜò. 2. ÌåôñÞóôå 10,0 ml Fe(NO3)3 ìå ôïí ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï êáé ðñïóèÝóôå ìÝ÷ñé ôçí Ýíäåéîç “25 ml” áðåóôáãìÝíï íåñü. ÁäåéÜóôå ôï äéÜëõìá ìÝóá óå Ýíá êáèáñü, óôåãíü ðïôÞñé êáé áíáäåýóôå ôï ìå ìéá ãõÜëéíç ñÜâäï áíáäåýóåùò. ÌåôñÞóôå 5,0 ml áõôïý ôïõ äéáëýìáôïò êáé áäåéÜóôå ôï ìÝóá óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá 2. ÖõëÜîôå ôï õðüëïéðï äéÜëõìá ôïõ Fe(NO3)3, ãéá íá ôï ÷ñçóéìïðïéÞóåôå óôï áìÝóùò åðüìåíï óôÜäéï. Íá õðïëïãßóåôå ôç

608

Ó×ÇÌÁ 22-10. Ôï äéÜëõìá äåîéÜ óôçí åéêüíá (á) Ý÷åé ôç äéðëÜóéá óõãêÝíôñùóç êáé ôï ìéóü üãêï ôïõ Üëëïõ äéáëýìáôïò. Áí åîåôáóèïýí áðü ôï ðÜíù ìÝñïò (â), ôá äýï äéáëýìáôá Ý÷ïõí ôçí ßäéá Ýíôáóç ùò ðñïò ôï ÷ñþìá.

Ó×ÇÌÁ 22-11.

óõãêÝíôñùóç áõôïý ôïõ äéáëýìáôïò êáôÜ ôçí ðñïðáñáóêåõáóôéêÞ áõôÞ öÜóç. 3. ÁäåéÜóôå 10,0 ml ôïõ äéáëýìáôïò ðïõ ðáñáóêåõÜóáôå óôï óôÜäéï 2 ìÝóá óôïí ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï. ×ýóôå ôï õðüëïéðï. Ãåìßóôå ôïí êýëéíäñï ìÝ÷ñé ôçí Ýíäåéîç “25,0 ml” ìå áðåóôáãìÝíï íåñü, êáé ìåôáããßóôå ôï äéÜëõìá óå Ýíá êáèáñü óôåãíü ðïôÞñé êáé áíáäåýóôå. ÁäåéÜóôå 5,0 ml áõôïý ôïõ äéáëýìáôïò óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá 3. 4. ÅîáêïëïõèÞóôå íá áñáéþíåôå êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï, ìÝ÷ñé íá Ý÷åôå áðü 5,0 ml äéáäï÷éêÜ áñáéüôåñïõ äéáëýìáôïò ìÝóá óôïí êÜèå äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Ôá äéáëýìáôÜ óáò èá ðñÝðåé íá ìïéÜæïõí ìå áõôÜ ôïõ ó÷Þìáôïò 22-11. Íá õðïëïãßóåôå ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ êáèåíüò äéáëýìáôïò êáôÜ ôçí ðñïðáñáóêåõáóôéêÞ áõôÞ öÜóç. 5. Ãéá íá ðñïóäéïñßóåôå ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ éüíôïò èåéïêõáíéïý÷ïõ óéäÞñïõ (ÉÉÉ), FeSCN2+(õä), íá óõãêñßíåôå ôá äéáëýìáôá ôïõ êÜèå äïêéìáóôéêïý óùëÞíá ìå ôï äéÜëõìá áíáöïñÜò (äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò 1). Ãéá íá äéåõêïëõíèåßôå, ðåñéôõëßîôå ìå Ýíá êïììÜôé ÷áñôß ôïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò 1 êáé 2, þóôå íá åìðïäßæåôáé ç äéÝëåõóç ôïõ öùôüò áðü ôï ðëÜé. ÊñáôÞóôå ôïõò óùëÞíåò ðÜíù áðü äéÜ÷õôï öùò êáé êïéôÜîôå êÜèåôá ìÝóá áðü ôá äéáëýìáôá, óýìöùíá êáé ìå ôo ó÷Þìá 22-10â. Áí ç Ýíôáóç ôïõ ÷ñþìáôïò åßíáé ßäéá, ìåôñÞóôå ôï ýøïò ôïõ êÜèå äéáëýìáôïò ìå áêñßâåéá ÷éëéïóôïý êáé êáôáãñÜøôå ôï. Áí ç Ýíôáóç ôïõ ÷ñþìáôïò äåí ìïéÜæåé íá åßíáé ßäéá, áöáéñÝóôå ëßãï áðü ôï äéÜëõìá ôïõ óùëÞíá

609

áíáöïñÜò ìå Ýíá éáôñéêü óôáãïíüìåôñï, ìÝ÷ñé íá åîïìïéùèïýí ïé åíôÜóåéò. Ôçí ðïóüôçôá ðïõ áðïìáêñýíáôå íá ôçí ôïðïèåôÞóåôå ìÝóá óå Ýíá êáèáñü, óôåãíü ðïôÞñé, ãéáôß åíäÝ÷åôáé íá ôç ÷ñåéáóèåßôå áñãüôåñá. Ìðïñåß íá èåùñÞóåôå åõêïëüôåñï íá åîïìïéþóåôå ôçí Ýíôáóç ôùí äéáëõìÜôùí áöáéñþíôáò áñ÷éêÜ ìåãáëýôåñç áðü üóç ÷ñåéÜæåôáé ðïóüôçôá äéáëýìáôïò áíáöïñÜò êáé óôç óõíÝ÷åéá åðáíáðñïóèÝôïíôÜò ôï óôáãüíá óôáãüíá. ~Ïôáí åîïìïéùèïýí ïé åíôÜóåéò ôïõ ÷ñþìáôïò êáé óôïõò äýï äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò, ìåôñÞóôå ôï ýøïò ôùí äýï äéáëõìÜôùí ìå áêñßâåéá ÷éëéïóôïý. ÅðáíáëÜâáôå ôç äéáäéêáóßá óõãêñßíïíôáò áõôÞí ôç öïñÜ ôïõò óùëÞíåò 1 êáé 3, 1 êáé 4, 1 êáé 5. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊAÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Êáôáñôßóôå óôï ôåôñÜäéü óáò Ýíáí ðßíáêá, ãéá íá êáôá÷ùñÞóåôå ôï ýøïò ôïõ äéáëýìáôïò óôçí êáèåìßá áðü ôéò ôÝóóåñéò ÷ñùìáôéêÝò óõãêñßóåéò. ~Õøïò ôïõ äéáëýìáôïò óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá áíáöïñÜò (1). ~Õøïò äéáëýìáôïò óôïõò Üëëïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò (2, 3, 4 êáé 5).

Õðïëïãéóìïß. Áò õðïôåèåß üôé ôüóï ï íéôñéêüò óßäçñïò üóï êáé ôï èåéïêõáíéïý÷ï êÜëéï âñßóêïíôáé óôá áíôßóôïé÷á äéáëýìáôÜ ôïõò åî ïëïêëÞñïõ õðü ôç ìïñöÞ éüíôùí, êáé üôé ìÝóá óôï óùëÞíá áíáöïñÜò (1) Ý÷ïõí ïõóéáóôéêÜ áíôéäñÜóåé üëá ôá èåéïêõáíéïý÷á éüíôá ìå áðïôÝëåóìá ôï ó÷çìáôéóìü FeSCN2+(õä). ~Åôóé, èá ðñÝðåé íá õðïôåèåß üôé ç óõãêÝíôñùóç éóïññïðßáò ôùí éüíôùí FeSCN2+(õä) ìÝóá óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá áíáöïñÜò åßíáé ïõóéáóôéêÜ ßóç ìå ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí SCN–(õä), ìå ôçí ïðïßá îåêéíÞóáôå. Õðåíèõìßæåôáé üôé êáé ôá äýï äéáëýìáôá, Fe(NO3)3(õä) êáé KSCN(õä) åßíáé êáôÜ ôçí áíÜìåéîÞ ôïõò áñáéùìÝíá. Ôï óýìâïëï [ ] ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá íá äçëùèåß ç óõãêÝíôñùóç. Ìå áõôÞí ôçí Ýííïéá èá ÷ñçóéìïðïéçèåß ãéá ôçí ðáñÜóôáóç ôçò óõãêåíôñþóåùò éóïññïðßáò óå moles áíÜ ëßôñï ôïõ ÷çìéêïý ôýðïõ ðïõ ðåñéÝ÷åôáé ìÝóá óôéò áãêýëåò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ï óõìâïëéóìüò [Fe3+] ðáñéóôÜíåé ôç óõãêÝíôñùóç éóïññïðßáò ôùí éüíôùí ôïõ ôñéóèåíïýò óéäÞñïõ Fe3+(õä), óå moles áíÜ ëßôñï. ÅêôåëÝóôå üëïõò ôïõò õðïëïãéóìïýò ãéá ôïí êÜèå äïêéìáóôéêü óùëÞíá (áñéèìïß 2 ìÝ÷ñé 5), üðùò ðáñáêÜôù. 1. (á): Íá õðïëïãßóåôå ôï ëüãï ôùí õøþí êáôÜ ôç óýãêñéóç ôùí ÷ñùìÜôùí. Ãéá ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá 2, áõôüò ï ëüãïò äéáìïñöþíåôáé, üðùò ï ðáñáêÜôù: Ëüãïò ôùí õøþí = =

ýøïò äåßãìáôïò áíáöïñÜò, ôï ïðïßï óõãêñßèçêå ìå ôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá 2 ýøïò ôïõ õãñïý óôï äïêéìáóôéêü óùëÞíá 2

(â): Áðü ôï ëüãï áõôü, íá õðïëïãéóèïýí ïé óõãêåíôñþóåéò éóïññïðßáò ôïõ èåéïêõáíéïý÷ïõ éüíôïò óéäÞñïõ ÉÉÉ, [FeSCN2+]. [FeSCN2+] = ëüãïò ôùí õøþí x óõãêÝíôñùóç äéáëýìáôïò áíáöïñÜò

2. Áðü ôá óôïé÷åßá áñáéþóåùò ôá ïðïßá äéáèÝôåôå íá õðïëïãßóåôå ôçí áñ÷éêÞ óõãêÝíôñùóç ôïõ éüíôïò Fe3+(õä). 3. Áöïý áöáéñÝóåôå ôç óõãêÝíôñùóç éóïññïðßáò ôïõ éüíôïò FeSCN2+(õä) áðü ôçí áñ÷éêÞ óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Fe3+(õä), íá õðïëïãßóåôå ôç óõãêÝíôñùóç éóïññïðßáò ôïõ éüíôïò Fe3+(õä), [Fe3+].

610

4. Ìå ôïí ßäéï ôñüðï, íá õðïëïãßóåôå ôç óõãêÝíôñùóç éóïññïðßáò ôïõ éüíôïò SCN–(õä), [SCN–]. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç, áöáéñÝóôå ôç óõãêÝíôñùóç éóïññïðßáò ôùí éüíôùí FeSCN2+(õä) áðü ôçí áñ÷éêÞ óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí SCN–(õä). 5. ÐñïóðáèÞóôå íá âñåßôå êÜðïéá óôáèåñÞ áñéèìçôéêÞ ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò óõãêåíôñþóåéò éóïññïðßáò ôùí éüíôùí ôïõ êÜèå äïêéìáóôéêïý óùëÞíá. Ãéá íá ôï êáôïñèþóåôå, ðïëëáðëáóéÜóôå Þ äéáéñÝóôå ôéò ôéìÝò ðïõ õðïëïãßóáôå ãéá ôïí êÜèå äïêéìáóôéêü óùëÞíá ìå äéÜöïñïõò ôñüðïõò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ãéá ôïí êÜèå äïêéìáóôéêü óùëÞíá íá ãßíïõí ïé áêüëïõèïé õðïëïãéóìïß:

Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Óôïí õðïëïãéóìü ôçò áóêÞóåùò 5, ðïéïò áðü ôïõò óõíäõáóìïýò óõãêåíôñþóåùí –(á), (â), Þ (ã)– äßíåé ôçí ðéï óôáèåñÞ áñéèìçôéêÞ ôéìÞ; 2. Ï óõíäõáóìüò, ï ïðïßïò äßíåé ôçí ðéï óôáèåñÞ áñéèìçôéêÞ ôéìÞ, ïíïìÜæåôáé óôáèåñÜ éóïññïðßáò. Íá äéáôõðþóåôå ðåñéöñáóôéêÜ ôçí Ýííïéá áõôÞò ôçò óôáèåñÜò, ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôïõò üñïõò áíôéäñþíôá êáé ðñïúüíôá. 3. Íá åîçãÞóåôå ãéáôß ðñÝðåé íá õðÜñ÷åé ìéá óôáèåñÞ áñéèìçôéêÞ ó÷Ýóç áõôïý ôïõ åßäïõò.

22.15H óôáèåñÜ éóïññïðßáò ìéáò áíôéäñÜóåùò. Ìüëéò ðñáãìáôïðïéÞóáôå óôï åñãáóôÞñéï Ýíá ÷ñùìáôïìåôñéêü ðñïóäéïñéóìü, óýìöùíá ìå üóá ðåñéãñÜöïíôáé óôçí ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï. Ãéá ôçí áíôßäñáóç (8), ìåôñÞóáôå ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ ðñïúüíôïò, FeSCN2+, ìÝóá áðü äéáëýìáôá ðïõ ðåñéåß÷áí éüíôá ôñéóèåíïýò óéäÞñïõ êáé èåéïêõáíéïý÷á, Fe3+ êáé SCN– (èõìçèåßôå üôé ïé áãêýëåò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé, ãéá íá äçëùèåß ç óõãêÝíôñùóç^ ùò åê ôïýôïõ ôï [Fe3+] äéáâÜæåôáé “óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí ôïõ ôñéóèåíïýò óéäÞñïõ”). Fe3+(õä) + SCN–(õä)

FeSCN2+(õä)

(8)

Áðü ôçí [FeSCN2+] êáé ôéò áñ÷éêÝò ôéìÝò ôçò [Fe3+] êáé ôçò [SCN–], õðïëïãßóáôå ôç [Fe3+] êáé ôç [SCN–] êáôÜ ôçí éóïññïðßá. Óôç óõíÝ÷åéá, õðïëïãßóáôå áõôÝò ôéò ôéìÝò ãéá äéÜöïñïõò óõíäõáóìïýò, þóôå íá ðñïóäéïñßóåôå ðïéïò ëüãïò âñéóêüôáí ðëçóéÝóôåñá ðñïò ìéá óôáèåñÞ ôéìÞ.

Ç ÷ñùìáôïìåôñéêÞ áíÜëõóç ðïõ âáóßæåôáé óôçí áíèñþðéíç üñáóç äåí åßíáé ðïëý áêñéâÞò. Ôá óôïé÷åßá ôïõ ðßíáêá 22.1 åßíáé áêñéâÝóôåñá. Ï ðßíáêáò ðåñéÝ÷åé äéÜöïñåò óõãêåíôñþóåéò éóïññïðßáò ãéá ôá áíôéäñþíôá êáé ôá ðñïúüíôá ôçò áíôéäñÜóåùò (11). 2ÇÉ(á)

Ç2(á) + É2(á)

(11)

Ôá óôïé÷åßá åêöñÜæïíôáé óå óõãêåíôñþóåéò, áí êáé ïé ìïíÜäåò ðéÝóåùò åßíáé óõíÞèùò ðéï êáôÜëëçëåò ãéá áíôéäñÜóåéò ðïõ ðåñéëáìâÜíïõí áÝñéá. Ïé ôéìÝò åðÜíù áðü ôç ìåóáßá ïñéæüíôéá ãñáììÞ åëÞöèçóáí äéá èåñìÜíóåùò õäñïãüíïõ ìáæß ìå éþäéï. Ïé ôéìÝò êÜôù áðü ôç ãñáììÞ åëÞöèçóáí äéÜ èåñìÜíóåùò êáèáñïý õäñïúùäßïõ. Ðïéá áðïôåëÝóìáôá ðñïêýðôïõí áðü áõôÜ ôá óôïé÷åßá; Óôïí ðßíáêá 22.2 äßíïíôáé ïé ðåéñáìáôéêÝò ôéìÝò ôùí ðáñáêÜôù ëüãùí, ãéá ôçí êÜèå ìßá áðü ôéò ðÝíôå ìåôñÞóåéò.

611 ÐÉÍÁÊÁÓ 22.1. Óõãêåíôñþóåéò éóïññïðßáò õäñïãüíïõ, éùäßïõ êáé õäñïúùäßïõ óôïõò 698,6 Ê*. [Ç2] (moles áíÜ ëßôñï)

[É2] (moles áíÜ ëßôñï)

[ÇÉ] (moles áíÜ ëßôñï)

1

1,8313 x 10-3

3,1292 x 10-3

17,671 x10-3

2

2,9070 x 10-3

1,7069 x 10-3

16,482 x 10-3

3

4,5647 x 10-3

0,7378 x 10-3

13,544 x 10-3

4

0,4798 x 10-3

0,4789 x 10-3

3,531 x 10-3

5

1,1409 x 10-3

1,1409 x 10-3

8,410 x 10-3

* Ó.ô.Ì. Ïé ôéìÝò ðÜíù áðü ôç ìåóáßá ïñéæüíôéá ãñáììÞ åëÞöèçóáí äéÜ èåñìÜíóåùò õäñïãüíïõ ìáæß ìå éþäéï. Ïé ôéìÝò êÜôù áðü ôç ãñáììÞ åëÞöèçóáí äéÜ èåñìÜíóåùò êáèáñïý õäñïúùäßïõ.

= óôáèåñÜ

(12)

Áí êáé ïé óõãêåíôñþóåéò éóïññïðßáò åßíáé áêñéâåßò, ïé ðÝíôå ôéìÝò áõôÞò ôçò ó÷Ýóåùò áðÝ÷ïõí ðïëý áðü ôç óôáèåñÞ ôéìÞ. Áò åîåôáóèåß ôþñá ï áêüëïõèïò ëüãïò: (13)

Ïé õðïëïãéóìïß áõôÞò ôçò ó÷Ýóåùò óõíïøßæoíôáé óôïí ðßíáêá 22.3. Ôá áðïôåëÝóìáôá áõôÜ õðïäçëþíïõí ìå áñêåôÜ ìåãÜëç áîéïðéóôßá üôé ç ó÷Ýóç (13) Ý÷åé êÜðïéá óôáèåñÞ ôéìÞ. Ç åðüìåíç ó÷Ýóç ôï äåß÷íåé áõôü ìå óáöÞ ôñüðï: ÐÉÍÁÊÁÓ 22.2. ÔéìÝò ôïõ

= 1,835 x 10–2 óôïõò 698,6 Ê

Áò ðñïóÝîïìå áõôÞí ôç ó÷Ýóç óå óõíÜñôçóç ìå ôçí áíôßäñáóç (11). Ç ó÷Ýóç (13) åßíáé o ëüãïò ôïõ ãéíïìÝíïõ ôùí óõãêåíôñþóåùí éóïññïðßáò ôùí ïõóéþí ðïõ ðáñÜãïíôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç ðñïò ôï ôåôñÜãùíï ôçò óõãêåíôñþóåùò ôçò ïõóßáò ðïõ áíôÝäñáóå. Áíáöåñüìåíïé óôï ëüãï áõôü, áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ç äýíáìç óôçí ïðïßá åßíáé õøùìÝíç ç óõãêÝíôñùóç ôçò êÜèå ïõóßáò éóïýôáé ìå ôï óõíôåëåóôÞ ôçò ïõóßáò áõôÞò óôçí áíôßäñáóç (11). ÐÉÍÁÊÁÓ 22.3. ÔéìÝò ôïõ

(Õðïëïãéóèåßóåò ìå âÜóç ôá óôïé÷åßá ôïõ ðßíáêá 22.1).

(Õðïëïãéóèåßóåò ìå âÜóç ôá óôïé÷åßá ôïõ ðßíáêá 22.1). Ðåßñáìá

Ðåßñáìá

(14)

1

32,429 x 10-5

1

1,8351 x 10-2

2

30,105 x 10-5

2

1,8265 x 10-2

3

24,866 x 10-5

3

1,8359 x 10-2

4

6,495 x 10-5

4

1,8390 x 10-2

5

15,477 x 10-5

5

1,8403 x 10-2

612

22.16 Ï íüìïò ôçò ÷çìéêÞò éóïññïðßáò. Óôç óõíÝ÷åéá óõíïøßæïíôáé üóá Ý÷åôå ìÜèåé. Ãéá ôçí áíôßäñáóç Fe3+(õä) + SCN–(õä)

FeSCN2+(õä)

(8)

âñÝèçêå ðåéñáìáôéêÜ (Þ Ýðñåðå íá åß÷å âñåèåß) üôé ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí éüíôùí ðïõ óõììåôÝ÷ïõí óå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç ÷áñáêôçñßæïíôáé áðü ôçí åðüìåíç áðëÞ ó÷Ýóç: óôáèåñÜ

(15)

Óôç óõíÝ÷åéá, åîåôÜóáôå ôá óôïé÷åßá ôçò áêñéâïýò éóïññïðßáò ôçò áíôéäñÜóåùò (11). 2ÇÉ(á)

Ç2(á) + É2(á)

(11)

Ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí ìïñßùí ðïõ åìöáíßæïíôáé óôçí áíôßäñáóç (11) âñÝèçêáí íá ÷áñáêôçñßæïíôáé áðü ôçí ðáñáêÜôù áðëÞ ó÷Ýóç: óôáèåñÜ

(14)

Óôçí êÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò áðëÝò ó÷Ýóåéò, (14) êáé (15), ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí ðñïúüíôùí åìöáíßæïíôáé óôïí áñéèìçôÞ êáé ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí áíôéäñþíôùí åìöáíßæïíôáé óôïí ðáñïíïìáóôÞ. Óôçí áíôßäñáóç (11), áíôéäñïýí äýï ìüñéá õäñïúùäßïõ. Ç äéáôýðùóç (14) åðçñåÜæåôáé áðü áõôü, åðåéäÞ åßíáé áðáñáßôçôï íá õøþóïìå óôï ôåôñÜãùíï ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ õäñïúùäßïõ, ÇÉ, þóôå íá êáôáëÞîïìå óå Ýíá óôáèåñü ëüãï. Ïé ðáñáôçñÞóåéò áõôÝò êáé ðïëëÝò Üëëåò ðáñüìïéåò ìå áõôÝò ïäçãïýí óôç ãåíßêåõóç ðïõ åßíáé ãíùóôÞ ìå ôï üíïìá Íüìïò ôçò ×çìéêÞò Éóïññïðßáò. Óå ìéá áíôßäñáóç áÁ + â + ...

åÅ + æÆ + ...

(16)

üôáí áðïêáèßóôáôáé éóïññïðßá, èá õðÜñ÷åé ìéá áðëÞ ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò óõãêåíôñþóåéò ôùí ðñïúüíôùí êáé ôéò óõãêåíôñþóåéò ôùí áíôéäñþíôùí. Ðéï áðëÜ, ç åðüìåíç åîßóùóç ãéá ôçí ðåñßðôùóç äýï ìüíï ðñïúüíôùí (Å êáé Æ) êáé äýï áíôéäñþíôùí (Á êáé Â) ãñÜöåôáé ùò åîÞò:

óôáèåñÜ ôçò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò óå óôáèåñÞ èåñìïêñáóßá (17)

Áò ðñïóÝîïìå ôç ãåíéêÞ åîßóùóç (17). ÂëÝðïìå üôé ï áñéèìçôÞò åßíáé ôï ãéíüìåíï ôùí óõãêåíôñþóåùí éóïññïðßáò ôùí ïõóéþí ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé êáôÜ ôç ÷çìéêÞ áíôßäñáóç^ ïé óõãêåíôñþóåéò áõôÝò Ý÷ïõí õøùèåß óôçí êáôÜëëçëç äýíáìç. Ï ðáñïíïìáóôÞò åßíáé ôï ãéíüìåíï ôùí óõãêåíôñþóåùí éóïññïðßáò ôùí áíôéäñþíôùí^ ïé óõãêåíôñþóåéò áõôÝò Ý÷ïõí õøùèåß ðÜëé óôçí êáôÜëëçëç äýíáìç. Ôï ðçëßêï ðáñáìÝíåé óôáèåñü ãéá êÜèå óôáèåñÞ èåñìïêñáóßá. Ç óôáèåñÜ Ê ïíïìÜæåôáé óôáèåñÜ ÷çìéêÞò éóïññïðßáò. Ç óôáèåñÜ áõôÞ êáé ï íüìïò ôçò ÷çìéêÞò éóïññïðßáò éó÷ýïõí ãéá êÜèå ÷çìéêÞ áíôßäñáóç. Ìå ôç âïÞèåéá ïðïéáóäÞðïôå ÷çìéêÞò åîéóþóåùò, ìðïñåßôå íá ãñÜøåôå êáô' åõèåßáí ìéá ó÷Ýóç ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôéò óõãêåíôñþóåéò ôùí áíôéäñþíôùí êáé ôùí ðñïúüíôùí, ç ïðïßá èá åßíáé óôáèåñÞ ãéá êÜèå óôáèåñÞ ôéìÞ èåñìïêñáóßáò. Óôïí ðßíáêá 22.4 ðáñïõóéÜæïíôáé ìåñéêÝò áíôéäñÜóåéò, ìáæß ìå ôç ó÷Ýóç ôùí óõãêåíôñþóåùí ðïõ ðñïêýðôåé áðü ôï íüìï ôçò ÷çìéêÞò éóïññïðßáò êáé ôéò áñéèìçôéêÝò ôéìÝò ôùí óôáèåñþí éóïññïðßáò. ÊïéôÜîôå ðñïóåêôéêÜ ôïí ðßíáêá. ÅëÝãîôå ôç ìïñöÞ ðïõ Ý÷ïõí ïé ó÷Ýóåéò ôùí óõãêåíôñþóåùí ôïõ íüìïõ ôçò ÷çìéêÞò éóïññïðßáò. Ç ðñþôç Ý÷åé áðñïóäüêçôç ìïñöÞ. Óôçí ðåñßðôùóç ôçò áíôéäñÜóåùò (18) Cu(óô) + 2Ag+(õä)

Cu2+(õä) + 2Ag(óô) (18)

äåí âñßóêåôå ôçí ðáñáêÜôù ó÷Ýóç: (19)

MÜëëïí âñßóêåôå üôé éó÷ýåé ç åðüìåíç åîßóùóç (20): (20)

ÊáôáëÞãåôå óôçí åîßóùóç (20), ãéáôß ïé óõãêåíôñþóåéò ôïõ óôåñåïý ÷áëêïý êáé ôïõ óôåñåïý áñãýñïõ åßíáé åíóùìáôùìÝíåò óôç óôáèåñÜ éóïññïðßáò. Ç óõãêÝíôñùóç ôïõ óôåñåïý ÷áëêïý åßíáé óôáèåñÞ êáé êáèïñßæåôáé áðü ôçí ðõêíüôçôá ôïõ ìåôÜëëïõ. Äåí åßíáé

613 ÐÉÍÁÊÁÓ 22.4. ÌåñéêÝò óôáèåñÝò éóïññïðßáò. Áíôßäñáóç Cu(óô) + 2Ag+(õä)

Ag+(õä) + 2NH3(õä)

N2O4(á)

2HI(á)

HSO4–(õä)

CH3COOH(õä)

Ó÷Ýóç íüìïõ éóïññïðßáò

Ê óå ïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá

Cu2+(õä) + 2Ag(óô)

2 x 1015 óôïõò 25 oC

Ag(NH3)2+(õä)

1,7 x 107 óôïõò 25 oC

2NO2(á)

0,87 óôïõò 55 oC

H2(á) + I2(á)

0,018 óôïõò 423 oC

H+(õä) + SO42–(õä)

0,013 óôïõò 25 oC

H+(õä) + CH3COO–(õä)

1,8 x 10–5 óôïõò oC

AgCI(óô)

Ag+(õä) +Cl–(õä)

K=[Ag+][CI–]

1,7 x 10–10 óôïõò 25 oC

AgI(óô)

Ag+(õä) + I–(õä)

K= [Ag+][I–]

10–16 óôïõò 25 oC

äõíáôüí íá ìåôáâëçèåß ïýôå áðü ôïí ÷çìéêü ïýôå áðü ôçí ðïñåßá ôçò áíôéäñÜóåùò. Ôï ßäéï óõìâáßíåé êáé ãéá ôçí ðåñßðôùóç ôïõ óôåñåïý áñãýñïõ. Êáììßá áðü áõôÝò ôéò óõãêåíôñþóåéò äåí ìåôáâÜëëåôáé, üóï óôåñåü õëéêü êáé áí ðñïóôåèåß. Ãé' áõôü äåí åßíáé áíÜãêç íá ôéò óçìåéþíïìå êÜèå öïñÜ ðïõ èá ÷ñåéÜæåôáé Ýíáò

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

õðïëïãéóìüò ôçò éóïññïðßáò. Ç åîßóùóç (20) åßíáé áñêåôÞ. Ãéá ôïí ßäéï áêñéâþò ëüãï êáé ïé ó÷Ýóåéò éóïññïðßáò ðïõ ðåñéãñÜöïõí ôéò äéáëõôüôçôåò ôïõ AgCl(óô) êáé ôïõ AgI(óô) äåí ðåñéÝ÷ïõí ôéò óõãêåíôñþóåéò ôùí óôåñåþí áëÜôùí.

22.17 Ðñïóäéïñéóìüò ôïõ ãéíïìÝíïõ äéáëõôüôçôáò ôïõ ïîéêïý áñãýñïõ. Óå Ýíá êïñåóìÝíï äéÜëõìá ðïõ ðåñéÝ÷åé éüíôá óå éóïññïðßá ìå Ýíá óôåñåü, ç ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá ôá éüíôá åãêáôáëåßðïõí ôçí åðéöÜíåéá ôïõ óôåñåïý êñõóôÜëëïõ éóïýôáé ìå ôçí ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá åðéóôñÝöïõí óôïí êñýóôáëëï. ÌÝóá óå Ýíá äéÜëõìá, üðùò áõôü ôïõ ïîéêïý áñãýñïõ, åöáñìüæåôáé ç ðáñáêÜôù åîßóùóç: AgCH3COO(óô)

(Ag+(õä) + CH3COO–(õä)

Ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí éïíôéêþí ðñïúüíôùí, éüíôùí áñãýñïõ, Ag+(õä), êáé ïîéêþí éüíôùí, CH3COO–(õä), êáèïñßæåé ôçí éóïññïðßá äéáëõôüôçôáò. Ç

614

Josiah Willard Gibbs (1839 – 1903)

O J.W. Gibbs ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôçò æùÞò ôïõ õðçñÝôçóå ùò êáèçãçôÞò ôçò ÌáèçìáôéêÞò ÖõóéêÞò óôï ðáíåðéóôÞìéï ôïõ Yale, ôùí ÇÐÁ. Åßíáé ðåñéóóüôåñï ãíùóôüò áðü ìéá óåéñÜ äçìïóéåýóåùí óå Ýíá ìÜëëïí Üãíùóôï åðéóôçìïíéêü ðåñéïäéêü ìå ôßôëï ÐñáêôéêÜ ôçò Áêáäçìßáò Åðéóôçìþí ôïõ Connecticut, êáôÜ ôá Ýôç 1876‐1878. Óôéò áñ÷Ýò ôïõ 19ïõ áéþíá, ìåñéêïß äéÜóçìïé åðéóôÞìïíåò óôçí Åõñþðç, üðùò ï Carnot, o Joule, ï Helmholtz êáé ï Kalvin, åß÷áí äçìïóéåýóåé åêôåôáìÝíåò ìåëÝôåò ó÷åôéêÝò ìå ôç èåñìïäõíáìéêÞ. Ç èåñìïäõíáìéêÞ ìåëåôÜ ôéò ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óôç èåñìüôçôá êáé ôï ìç÷áíéêü Ýñãï. Ôï Ýñãï ôïõò áöïñïýóå êáôÜ êýñéï ëüãï ôéò èåñìéêÝò ìç÷áíÝò êáé äåí ó÷åôéæüôáí ìå ôçí åðéóôÞìç ôçò ÷çìåßáò. Ï Hess, ï ïðïßïò åß÷å ìåôñÞóåé ôéò èåñìüôçôåò áíôéäñÜóåùò ðïëëþí ïõóéþí, åß÷å ðñïâëÝøåé ôï 1840 üôé ç èåñìï÷çìåßá èá Ýäéíå áðÜíôçóç óå ðïëëÝò

áðïñßåò ôùí ÷çìéêþí. Ï Gibbs äçìïóßåõóå ôç èåùñßá ôïõ ðïõ áöïñïýóå óôéò ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óôç èåñìïäõíáìéêÞ êáé ôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò, áëëÜ ëßãïé Áìåñéêáíïß ÷çìéêïß åêåßíç ôçí åðï÷Þ êáôüñèùóáí íá êáôáíïÞóïõí ôá ðïëýðëïêá ìáèçìáôéêÜ ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýóå. Ôï Ýñãï ôïõ ðáñÝìåéíå áíáîéïðïßçôï ìÝ÷ñé ôï 1892, ïðüôå ìåôáöñÜóôçêå ôåëéêÜ óôá ãåñìáíéêÜ êáé äçìïóéåýèçêå óôá åõñùðáúêÜ ðåñéïäéêÜ. Óôçí Åõñþðç ïé èåùñßåò ôïõ åðéäïêéìÜóèçêáí áìÝóùò. ~Åíáí áéþíá ìåôÜ êáé åíþ ç åðéóôÞìç åß÷å ðñï÷ùñÞóåé óçìáíôéêÜ, áðåäåß÷èç ç ðëçñüôçôá ôçò áíôéìåôùðßóåùò áðü ôïí Gibbs ôïõ ðïëýðëïêïõ èÝìáôïò ôçò ÷çìéêÞò èåñìïäõíáìéêÞò. Ðïëý ëßãá ðñÜãìáôá Þôáí äõíáôüí íá ðñïóôåèïýí óôç ìåëÝôç ôïõ. ÕðÞñîå ï ðñþôïò ðïõ áíÝðôõîå ôçí Ýííïéá ôçò “åëåýèåñçò åíÝñãåéáò” êáé ôïõ “÷çìéêïý äõíáìéêïý” ãéá íá âïçèÞóåé óôçí åñìçíåßá ôçò êéíçôÞñéáò äõíÜìåùò ðïõ õðÜñ÷åé ðßóù áðü ôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ìéá åíäéáöÝñïõóá åöáñìïãÞ ôçò èåùñßáò ôïõ Gibbs åíôïðßæåôáé óôïí ôïìÝá ôçò éóïññïðßáò ç ïðïßá áöïñÜ óõóôÞìáôá ðïõ áðïôåëïýíôáé áðü ìåñéêÜ ÷çìéêÜ óõóôáôéêÜ êáé ðåñéóóüôåñåò áðü ìéá öÜóåéò. Åöáñìüæïíôáò ôç èåùñßá ðåñß èåñìïäõíáìéêÞò ï Gibbs áíÝðôõîå ìéá áðëÞ åîßóùóç, ç ïðïßá äåß÷íåé ðþò åðçñåÜæåé ï áñéèìüò ôùí óõóôáôéêþí êáé ï áñéèìüò ôùí öÜóåùí ôïõ óõóôÞìáôïò ôïõò «âáèìïýò åëåõèåñßáò» ôïõ. Âáèìïß åëåõèåñßáò åßíáé ôï ðëÞèïò ôùí ôñüðùí ìå ôïõò ïðïßïõò ìðïñåß íá ìåôáâëçèåß ç èåñìïêñáóßá, ç ðßåóç êáé ç óõãêÝíôñùóç, åíþ ôï óýóôçìá åîáêïëïõèåß íá âñßóêåôáé óå éóïññïðßá. Ôéìþìåíïò ãéá ôï ëáìðñü Ýñãï ôïõ ï Gibbs Ýëáâå ôï ÌåôÜëëéï ôïõ Copley áðü ôçí ÂáóéëéêÞ Åôáéñåßá ôïõ Ëïíäßíïõ êáé ôï 1950 óõìðåñéëÞöèç óôïí “êáôÜëïãï ôùí äéáêåêñéìÝíùí Áìåñéêáíþí”.

615

óôáèåñÜ éóïññïðßáò, ç ïðïßá ïíïìÜæåôáé ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò, ðñïóäéïñßæåôáé áðü ôï ãéíüìåíï ôùí óõãêåíôñþóåùí éóïññïðßáò ôùí éüíôùí. Ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò, Êãä = [Ag+][CH3COO–] Aîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ç “óõãêÝíôñùóç” ôïõ óôåñåïý ïîéêïý áñãýñïõ äåí óõììåôÝ÷åé óôç äéáôýðùóç ôïõ ãéíïìÝíïõ ôùí óõãêåíôñþóåùí ôçò éóïññïðßáò, åðåéäÞ äåí áëëÜæåé. Ôï ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò åîáñôÜôáé åðßóçò áðü ôç èåñìïêñáóßá, ãéáôß ç äéáëõôüôçôá ôïõ ïîéêïý áñãýñïõ ìåôáâÜëëåôáé ìå ôç èåñìïêñáóßá. ÓÊÏÐÏÓ

Èá ðñïóäéïñßóåôå ôç óõãêÝíôñùóç éóïññïðßáò ôùí éüíôùí áñãýñïõ óå Ýíá êïñåóìÝíï äéÜëõìá ïîéêïý áñãýñïõ, óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. ÅðåéäÞ ç óõãêÝíôñùóç ôïõ ïîéêïý éüíôïò åßíáé ßäéá ìå ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí áñãýñïõ, èá ìðïñÝóåôå íá õðïëïãßóåôå ôï Êãä. ÕËÉÊÁ

ÁðåóôáãìÝíï íåñü 2 õäñïâïëåßò 30 cm ÷Üëêéíïõ óýñìáôïò Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò ôùí 100ml Áêåôüíç ÐïôÞñé ôùí 250 ml

Óìõñéäüðáíï (Þ óýñìá ãéá ôá ðéÜôá) Æõãüò, óôáèìÜ 100 ml êïñåóìÝíïõ AgCH3COO(õä) (áðü ôï êáèÝíá áðü ôá ôñßá äéáëýìáôá ðïõ èá Ý÷åôå ðáñáóêåõÜóåé ìå äéáöïñåôéêü

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

1. ÌåôñÞóôå ðñïóåêôéêÜ ìÝóá óå Ýíáí ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï 100 ml êáèåíüò áðü ôá ôñßá êïñåóìÝíá äéáëýìáôá ïîéêïý áñãýñïõ. Íá óçìåéþóåôå ôïí áñéèìü ôïõ äåßãìáôïò áðü ôï ïðïßï ôá ðÞñáôå êáé ôç ìÝèïäï ìå ôçí ïðïßá ôï ðáñáóêåõÜóáôå. ÁäåéÜóôå ôï äéÜëõìá ìÝóá óå Ýíá êáèáñü óôåãíü ðïôÞñé ôùí 250 ml. 2. ÐÜñôå Ýíá ÷Üëêéíï óýñìá ìÞêïõò 30 åêáôïóôþí êáé êáèáñßóôå ôï ìå Ýíá óìõñéäüðáíï. Êáôüðéí, ôõëßîôå ôï óýñìá ãýñù áðü Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá, þóôå íá ðÜñåé ôï ó÷Þìá åëáôçñßïõ, óýìöùíá ìå ôï ó÷Þìá 22-12. 3. Íá õðïëïãßóåôå ôç ìÜæá ôïõ ÷Üëêéíïõ åëáôçñßïõ ìå áêñßâåéá 0,01g êáé íá ôï ôïðïèåôÞóåôå ìÝóá óôï ðïôÞñé ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï êïñåóìÝíï äéÜëõìá ôïõ ïîéêïý áñãýñïõ. ÁöÞóôå ôï åëáôÞñéï ìÝóá óôï äéÜëõìá üëç ôç íýêôá, þóôå íá äïèåß ç äõíáôüôçôá óå üëá ôá éüíôá áñãýñïõ íá áíôéäñÜóïõí. 4. ÁíáêéíÞóôå ôïõò êñõóôÜëëïõò áñãýñïõ, áöïý áðïìáêñýíåôå ôï ÷Üëêéíï åëáôÞñéï áðü ôï ðïôÞñé. Îåðëýíáôå ôï óýñìá ìå áñêåôü íåñü áðü ôç âñýóç. Óôç óõíÝ÷åéá, îåðëýíáôÝ ôï ìå áêåôüíç. ~Ïôáí óôåãíþóåé ôï óýñìá, íá õðïëïãßóåôå ôç ìÜæá ôïõ. 5. Îå÷ùñßóôå ìå áðü÷õóç ôï äéÜëõìá áðü ôïõò êñõóôÜëëïõò ôïõ áñãýñïõ êáé îåðëýíáôå ôïõò êñõóôÜëëïõò ìå áðåóôáãìÝíï íåñü ÷ñçóéìïðïéþíôáò õäñïâïëÝá. ÔïðïèåôÞóôå ôïí Üñãõñï óå Ýíá äï÷åßï ðïõ èá óáò äþóåé ï êáèçãçôÞò óáò, þóôå íá ìðïñåß íá îáíá÷ñçóéìïðïéçèåß. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Íá êáôáãñÜøåôå ôç ìÜæá ôïõ ÷Üëêéíïõ åëáôçñßïõ ðñéí êáé ìåôÜ ôçí áíôßäñáóç. Ó×ÇÌÁ 22-12.

616

Õðïëïãéóìïß. 1. Íá õðïëïãßóåôå ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ Cu(óô) ðïõ áíôÝäñáóå ìå ôá éüíôá áñãýñïõ. 2. Áí Ýíá mole Cu(óô) áíôéäñÜ ìå äýï moles Ag+(õä), ðüóá moles éüíôùí áñãýñïõ, Ag+(õä), õðÜñ÷ïõí ìÝóá óôá 100 ml ôïõ äåßãìáôïò; Ðïéá åßíáé ç óõãêÝíôùóç ôùí éüíôùí áñãýñïõ óå moles áíÜ ëßôñï; 3. Ðïéá åßíáé ç óõãêÝíôñùóç ôùí ïîéêþí éüíôùí óå moles áíÜ ëßôñï; 4. Íá õðïëïãßóåôå ôçí ôéìÞ ôçò Êãä ôïõ ïîéêïý áñãýñïõ óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ. 5. Íá óõãêñßíåôå ôá áðïôåëÝóìáôÜ óáò ìå åêåßíá ôùí óõììáèçôþí óáò, ïé ïðïßïé ÷ñçóéìïðïßçóáí êïñåóìÝíá äéáëýìáôá ïîéêïý áñãýñïõ, ðïõ ðåñéåß÷áí äéáöïñåôéêÝò ðïóüôçôåò óôåñåïý, AgCH3COO(óô). Ôé óõìðÝñáóìá âãáßíåé áðü ôç óýãêñéóç ôùí áðïôåëåóìÜôùí; Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ.

1. Âáóéæüìåíïé óôç äéáäéêáóßá áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò Þ óå êÜðïéá Üëëç, íá ðñïôåßíåôå ìßá Üëëç ìÝèïäï ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò óõãêåíôñþóåùò ôùí Ag+(õä) óôï êïñåóìÝíï äéÜëõìá. 2. Áò õðïôåèåß üôé êÜðïéá ðïóüôçôá ïîéêïý íáôñßïõ, NaCH3COO(óô), ðñïóôßèåôáé óå êïñåóìÝíï äéÜëõìá ïîéêïý áñãýñïõ, ôï ïðïßï âñßóêåôáé óå éóïññïðßá ìå êÜðïéá ðïóüôçôá AgCH3COO(óô). ~Ïôáí äéáëõèåß ôï ïîéêü íÜôñéï, ôé áðïôÝëåóìá èá Ý÷åé ç áýîçóç ôçò óõãêåíôñþóåùò ôïõ ïîéêïý éüíôïò óôçí ðáñáêÜôù éóïññïðßá; AgCH3COO(óô)

Ag+(õä) + CH3COO–(õä)

3. Íá õðïëïãßóåôå ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ag+(õä), üôáí ç óõãêÝíôñùóç ôïõ ïîéêïý éüíôïò óôï äéÜëõìá ôïõ ðñïâëÞìáôïò 2 åßíáé 2,0 Ì. Óõìöùíåß áõôü ôï áðïôÝëåóìá ìå ôçí ðñüâëåøç ðïõ åðé÷åéñÞóáôå óôï ðñüâëçìá 2;

22.18ÐïóïôéêÞ ðñïóÝããéóç ôçò éóïññïðßáò äéáëõôüôçôáò.

Ê = [äéáëõìÝíç ïõóßá]

Ï Íüìïò ôçò ×çìéêÞò Éóïññïðßáò åöáñìüæåôáé óôçí éóïññïðßá äéáëõôüôçôáò, áêñéâþò üðùò êáé óôçí éóïññïðßá ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. Ìå áõôÞí ôçí Ýííïéá, åßíáé äõíáôüí íá áíôéìåôùðéóèåß ç äéÜëõóç ìéáò óôåñåÜò ïõóßáò ùò ìéá “áíôßäñáóç”. ~Åôóé, ç áíôßäñáóç (21) ãñÜöåôáé: óôåñåü = äéáëõìÝíç ïõóßá

(21)

Ç áíôßóôïé÷ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò åßíáé ç áêüëïõèç:

ÅðåéäÞ ç óõãêÝíôñùóç ôïõ óôåñåïý åßíáé óôáèåñÞ ãéá êÜèå ïõóßá, ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò ãéá ôçí éóïññïðßá äéáëõôüôçôáò ëáìâÜíåé ôçí áêüëïõèç áðëÞ ìïñöÞ:

(23)

ÌåñéêÝò öïñÝò ç äéáëõìÝíç ïõóßá áðïôåëåßôáé åî ïëïêëÞñïõ áðü ìüñéá åíüò åßäïõò, üðùò ãéá ðáñÜäåéãìá üôáí äéáëýåôáé éþäéï óå äéÜëõìá íåñïý-áëêïüëçò. Óå ðåñéðôþóåéò üðùò áõôÞ, ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò åñìçíåýåôáé ðïëý áðëÜ. Äåí åßíáé ðáñÜ ç äéáëõôüôçôá óå moles áíÜ ëßôñï ôçò äéáëõìÝíçò ïõóßáò óôï óõãêåêñéìÝíï äéáëýôç êáé óå êáèïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá. Óôçí ðåñßðôùóç üìùò ðïõ ïé ïõóßåò äéáëýïíôáé êáé ó÷çìáôßæïõí éüíôá, ç êáôÜóôáóç åßíáé ðéï ðïëýðëïêç. Ùò ãíùóôüí, ïé ïõóßåò áõôÝò ðïõ ó÷çìáôßæïõí éüíôá ïíïìÜæïíôáé çëåêôñïëýôåò êáé ôá äéáëýìáôÜ ôïõò ïíïìÜæïíôáé çëåêôñïëõôéêÜ äéáëýìáôá. Ç äéÜëõóç ôùí çëåêôñïëõôþí óôï íåñü åîåôÜóèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 17.18. Áò åîåôÜóïìå ôþñá ôç äéÜëõóç ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ áñãýñïõ, AgCl. ~Ïôáí äéáëýåôáé ï ÷ëùñéïý÷ïò Üñãõñïò óôï íåñü, äåí õðÜñ÷ïõí ìüñéá ÷ëùñéïý÷ïõ áñãýñïõ, AgCl. ~Ïìùò óôï äéÜëõìá õðÜñ÷ïõí éüíôá

617

ðáñïõóéÜæïíôáé ôá ãéíüìåíá äéáëõôüôçôáò ìåñéêþí ãíùóôþí åíþóåùí.

áñãýñïõ, Ag+(õä), êáé éüíôá ÷ëùñßïõ, Cl–(õä). AgCl(óô)

Ag+(õä) + Cl–(õä)

(24)

Ïé óõãêåíôñþóåéò áõôþí ôùí éüíôùí êáèïñßæïõí ôçí éóïññïðßá äéáëõôüôçôáò. Ç åîßóùóç (25) ðñïóäéïñßæåé ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò. Ê = óôáèåñÜ = [Ag+][Cl–]

22.19Õðïëïãéóìüò ôçò äéáëõôüôçôáò ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ãéíïìÝíïõ äéáëõôüôçôáò. Ôï ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò ðñïóäéïñßæåôáé áðü ìåôñÞóåéò ôçò äéáëõôüôçôáò. ÁëëÜ êáé áíôßóôñïöá, åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ùò âÜóç ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôçò äéáëõôüôçôáò. Áò õðïôåèåß üôé èÝëåôå íá ìÜèåôå ðüóïò ÷ëùñéïý÷ïò ÷áëêüò, CuCl, èá äéáëõèåß óå Ýíá ëßôñï íåñïý. ÐñïêåéìÝ- íïõ íá ôï ðñïóäéïñßóåôå, îåêéíÜôå ãñÜöïíôáò ôçí åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò:

(25)

Èõìçèåßôå üôé ç “óõãêÝíôñùóç” åíüò óôåñåïý äåí óõììåôÝ÷åé óôïí ôýðï ôçò éóïññïðßáò, üðùò åßíáé ï (25), ãéáôß ç óõãêÝíôñùóç ôïõ äåí ìåôáâÜëëåôáé. Óå Ýíá Üëëï ðáñÜäåéãìá, áò åîåôÜóïìå ôç äéáëõôüôçôá ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ ìïëýâäïõ, PbCl2. PbCl2(óô)

Pb2+(õä) + 2Cl–(õä)

(26)

ÊáôÜ ôçí éóïññïðßá éó÷ýåé ç áêüëïõèç ó÷Ýóç: Ê = óôáèåñÜ = [Pb2+][Cl–]2

CuCl(óô)

Cu+(õä) + Cl–(õä)

(28)

Aðü ôçí åîßóùóç áõôÞ ìðïñåßôå íá ãñÜøåôå ôç ó÷Ýóç ôçò éóïññïðßáò.

(27)

~Ïðùò ìÜèáôå óôï ðñïçãïýìåíï ðåßñáìá, óôéò óôáèåñÝò éóïññïðßáò äéáëõôüôçôáò äßíåôáé ôï ÷áñáêôçñéóôéêü üíïìá “ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò” ôï ïðïßï óõìâïëßæåôáé ìå ôï Êãä. Ôï ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò åíüò çëåêôñïëýôç éóïýôáé ìå ôï ãéíüìåíï ôùí óõãêåíôñþóåùí ôùí éüíôùí åíüò êïñåóìÝíïõ äéáëýìáôïò, üðïõ ïé óõãêåíôñþóåéò Ý÷ïõí õøùèåß óôïí êáôÜëëçëï åêèÝôç. ÊïñåóìÝíï äéÜëõìá åßíáé ôï äéÜëõìá ðïõ ðåñéÝ÷åé ôç ìÝãéóôç ðïóüôçôá äéáëõìÝíçò ïõóßáò ðïõ åßíáé äõíáôüí íá äéáëõèåß óå ïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá. ÌéêñÞ ôéìÞ ôïõ Êãä óçìáßíåé üôé ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí éüíôùí êáôÜ ôçí éóïññïðßá åßíáé ìéêñÝò. ~Áñá, ç äéáëõôüôçôá èá ðñÝðåé íá åßíáé ÷áìçëÞ. Óôïí ðßíáêá 22.5

Êãä = [Cu+][Cl–]

(29)

Aðü ôïí ðßíáêá 22.5 âñßóêåôå ôçí áñéèìçôéêÞ ôéìÞ ôïõ Êãä óôïõò 25°C. Êãä = 3,2 x 10–7 = [Cu+][Cl–]

(30)

Ç ó÷Ýóç (30) äåß÷íåé üôé ï ÷ëùñéïý÷ïò ÷áëêüò äéáëýåôáé ìÝ÷ñé íá áõîçèïýí ïé ãñáììïìïñéáêÝò óõãêåíôñþóåéò ôïõ éüíôïò ÷áëêïý êáé ôïõ éüíôïò ÷ëùñßïõ ôüóï, þóôå ôï ãéíüìåíü ôïõò íá åîéóùèåß ìå 3,2 x 10–7. Áò õðïôåèåß ôþñá üôé óõìâïëßæåôå ôç äéáëõôüôçôá ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ ÷áëêïý óôï íåñü ìå ôï óýìâïëï ä. Ôï óýìâïëï áõôü ðáñéóôÜíåé ôá

ÐÉÍÁÊÁÓ 22.5. Ãéíüìåíá äéáëõôüôçôáò ãíùóôþí ÷çìéêþí åíþóåùí óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ (25 ïC). ×çìéêÞ Ýíùóç

Ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò

×çìéêÞ Ýíùóç

Ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò

TICI

1,9 x 10‐4

SrCrO4

3,6 x 10‐5

CuCI

‐7

3,2 x 10

BaCrO4

8,5 x 10‐11

AgCI

1,7 x 10‐10

PbCrO4

2,0 x 10‐5

TIBr

3,6 x 10‐6

CaSÏ4

2,4 x 10‐5

CuBr

5,9 x 10‐9

SrSO4

7,6 x 10‐7

AgBr

‐13

5,0 x 10

PbSÏ4

1,3 x 10‐8

TII

8,9 x 10‐8

BaSO4

1,5 x 10‐9

CuI

1,1 x 10‐12

RaSO4

3,8 x 10‐11

AgI

8,5 x 10‐17

AgBrO3

5,4 x 10‐5

AgIO3

3,1 x 10‐8

618

moles ôïõ óôåñåïý ÷ëùñéïý÷ïõ ÷áëêïý, ôá ïðïßá äéáëýïíôáé óå Ýíá ëßôñï íåñïý. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò åîéóþóåùò (28), äéáðéóôþíåôå üôé ä moles óôåñåïý ÷ëùñéïý÷ïõ ÷áëêïý ðáñÜãïõí ä moles éüíôùí ÷áëêïý, Cu+(õä), êáé ä moles éüíôùí ÷ëùñßïõ, Cl–(õä). ÊáôÜ óõíÝðåéá, ïé óõãêåíôñþóåéò áõôÝò èá ðñÝðåé íá åßíáé ßóåò. [Cu+] = [Cl–] = ä moles/ëßôñï = moles CuCl ðïõ Ý÷ïõí äéáëõèåß

(31)

Áí áíôéêáôáóôáèåß ç ó÷Ýóç (31) óôçí åîßóùóç (30) ëáìâÜíåôáé ç áêüëïõèç ó÷Ýóç:

(32)

22.20 Ðüôå ó÷çìáôßæåôáé ßæçìá; Ðïëëïß çëåêôñïëýôåò ÷áñáêôçñßæïíôáé áðü ìéêñÞ äéáëõôüôçôá óôï íåñü. Ïé ÷çìéêïß óõ÷íÜ áíôéìåôùðßæïõí ðñïâëÞìáôá, ðïõ Ý÷ïõí ó÷Ýóç ìå ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí çëåêôñïëõôþí ìå ìéêñÞ äéáëõôüôçôá. Ôï èåééêü áóâÝóôéï*, CaSO 4, åßíáé Ýíá êáëü ðáñÜäåéãìá ãé' áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç. Áò õðïôåèåß üôé áíáìéãíýïíôáé äýï äéáëýìáôá, ôï Ýíá áðü ôá ïðïßá ðåñéÝ÷åé èåééêÜ éüíôá êáé ôï Üëëï éüíôá áóâåóôßïõ. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï âñßóêïíôáé ìáæß óôï ßäéï äéÜëõìá ôá äýï óõóôáôéêÜ ôïõ èåééêïý áóâåóôßïõ. ~Éóùò íá ìçí âñßóêïíôáé óôçí ßäéá ðïóüôçôá, üðùò èá óõíÝâáéíå, áí åß÷å äéáëõèåß êáô' åõèåßáí ôï èåééêü áóâÝóôéï óôï íåñü. Ç åñþôçóç ðïõ ãåííÜôáé åßíáé ç åîÞò: Ãéá êáèïñéóìÝíåò óõãêåíôñþóåéò èåééêþí éüíôùí êáé éüíôùí áóâåóôßïõ, èá ó÷çìáôéóèåß ßæçìá èåééêïý áóâåóôßïõ (óôï ó÷Þìá 22-13 öáßíåôáé Ýíá ßæçìá èåééêïý áóâåóôßïõ); Ôï ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò ìáò âïçèÜ íá äþóïìå áîéüðéóôç áðÜíôçóç óå áõôÞí ôçí åñþôçóç. Áò åîåôÜóïìå ãéá ðáñÜäåéãìá ôéò åðüìåíåò äýï áíôéäñÜóåéò. 1. Áíáìéãíýïíôáé ßóïé üãêïé 0,02 Ì CaCl 2 êáé 0,0004 Ì Na2SO4. 2. Áíáìéãíýïíôáé ßóïé üãêïé 0,08 Ì CaCl2 êáé 0,02 Ì Na2SO4. Èá ó÷çìáôéóèåß ßæçìá óå êÜðïéá áðü áõôÝò ôéò áíôéäñÜóåéò; ÌÞðùò êáé óôéò äýï; *

Ó.ô.Ì. Ðñüêåéôáé ãéá Ýíá åßäïò ãýøïõ.

Ó×ÇÌÁ 22-13. Ãéá íá ðñïâëÝøïìå áí èá ó÷çìáôéóôåß êÜðïéï ßæçìá üðùò áõôü ôïõ èåééêïý áóâåóôßïõ (ðÜíù), ðñÝðåé íá ãíùñßæïìå ôéò óõãêåíôñþóåéò êáé ôá ãéíüìåíá äéáëõôüôçôáò.

ÐñïêåéìÝíïõ íá äïèåß áðÜíôçóç óå áõôÝò ôéò åñùôÞóåéò, ðñÝðåé ðñþôá íá ãñáöåß ç åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò ãéá ôç äéÜëõóç ôïõ èåééêïý áóâåóôßïõ óôï íåñü. Óôç óõíÝ÷åéá, ãñÜöåôáé ç ó÷Ýóç ðïõ ðñïêýðôåé áðü ôï íüìï ôçò éóïññïðßáò. CaSO4(óô)

Ca2+(õä) + SO42–(õä) Kãä = [Ca2+][SO42–]

(33) (34)

Êáôüðéí, õðïëïãßæïìå ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ êÜèå éüíôïò. ~Ïôáí Ý÷ïõí áíáìé÷èåß ßóïé üãêïé, ôï êÜèå éüí èá âñßóêåôáé ìÝóá óå äéðëÜóéá ðïóüôçôá ôïõ äéáëýôç. Ãé' áõôü ç óõãêÝíôñùóç ôïõ êÜèå éüíôïò èá åßíáé ìüíï ç ìéóÞ åêåßíçò ðïõ Þôáí ðñéí áðü ôçí áíÜìåéîç. Áêïëïõèïýí ïé õðïëïãéóìïß äéáëõôüôçôáò ãéá ôçí ðñþôç áíôßäñáóç:

Áí ôï ãéíüìåíï ôùí óõãêåíôñþóåùí ôùí ðñïçãïõìÝíùí éüíôùí åßíáé ìåãáëýôåñï áðü ôï Êãä, ôüôå èá åðÝëèåé êáôáâýèéóç (ó÷çìáôéóìüò

619

éæÞìáôïò). Áí åßíáé ìéêñüôåñï, äåí èá ó÷çìáôéóèåß ßæçìá. Ãéá íá êáôáíïÞóïìå ãéáôß óõìâáßíåé áõôü, èá ðñÝðåé íá èõìçèïýìå üôé ôï Êãä ðåñéãñÜöåé Ýíá êïñåóìÝíï äéÜëõìá. ÊïñåóìÝíï åßíáé ôï äéÜëõìá ðïõ ðåñéÝ÷åé ôç ìÝãéóôç ðïóüôçôá äéáëõìÝíçò ïõóßáò, ç ïðïßá åßíáé äõíáôüí íá äéáëõèåß óå ïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá. ~Åôóé, ãéíüìåíï óõãêåíôñþóåùí éüíôùí ìåãáëýôåñï áðü ôï Êãä äåß÷íåé üôé ï äéáëýôçò äåí Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá äéáëýóåé üëá ôá éüíôá. Ãéíüìåíï óõãêåíôñþóåùí éüíôùí ìéêñüôåñï áðü ôï Êãä äåß÷íåé üôé ï äéáëýôçò ìðïñåß íá äéáëýóåé êáé Üëëá éüíôá. ~Å÷ïíôáò áõôÜ êáôÜ íïõ, ìðïñåßôå íá êáôáíïÞóåôå ôïõò ðáñáêÜôù õðïëïãéóìïýò. [Ca2+] [SO42–] = (1 x 10–2)(2 x 10–4) = 2 x 10–6

Ôï ãéíüìåíï áõôü, 2 x 10 , åßíáé ìéêñüôåñï áðü ôï Êãä, ôï ïðïßï éóïýôáé ìå 2,4 x 10–5. ÊáôÜ óõíÝðåéá, óôçí ðñþôç áíôßäñáóç äåí èá ó÷çìáôéóèåß ßæçìá. Ïé õðïëïãéóìïß ôçò äåýôåñçò áíôéäñÜóåùò ðñáãìáôïðïéïýíôáé êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï. –6

ïîõãüíï, Ï2. 2ÍÏ(á) + Ï2(á) Õ 2ÍÏ2(á)

Ç áíôßäñáóç óôç äåîéÜ ðëåõñÜ (Ä) ðñáãìáôïðïéåßôáé ìå ìéá ôá÷ýôçôá, ç ïðïßá âÜóåé ðåéñáìáôéêþí äåäïìÝíùí åîáñôÜôáé áðü ôçí óõãêÝíôñùóç ôùí áíôéäñþíôùí êáôÜ ôïí ðáñáêÜôù ôñüðï: (ôá÷ýôçôá)Ä = kÄ[ÍÏ] 2[Ï2]

[Ca ][SO4 ] = (4 x 10 ) x (1 x 10 ) = 4 x 10 2+

2–

–2

–2

–4

Ôç öïñÜ áõôÞ ôï ãéíüìåíï ôùí éüíôùí, 4 x 10–4, åßíáé ìåãáëýôåñï áðü ôï Êãä, ôï ïðïßï éóïýôáé ìå 2,4 x 10–5. Ãé' áõôü, èá ó÷çìáôéóèåß ßæçìá CaSO4. Ôï óôåñåü èåééêü áóâÝóôéï èá åîáêïëïõèÞóåé íá ó÷çìáôßæåôáé, ðåñéïñßæïíôáò ôéò óõãêåíôñþóåéò ôïõ Ca2+(õä) êáé ôïõ SO42–(õä) ôüóï, þóôå ôï ãéíüìåíï ôùí óõãêåíôñþóåùí áõôþí ôùí éüíôùí íá åîéóùèåß ìå ôï Êãä. Ôüôå èá áðïêáôáóôáèåß ç éóïññïðßá êáé èá ðÜøåé íá ó÷çìáôßæåôáé ßæçìá.

22.21 Ï Íüìïò ôçò ×çìéêÞò Éóïññïðßáò üðùò åîåôÜæåôáé áðü ôéò ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéèÝôùí äéáäéêáóéþí. Ïé ÷çìéêïß èåùñïýí ôçí éóïññïðßá ùò ìéá äõíáìéêÞ åîéóïññüðçóç áíÜìåóá óå áíôßèåôåò äéáäéêáóßåò. ÐÜíù óå áõôÞí ôç âÜóç óôçñßæåôáé ç êáôáíüçóç ôïõ Íüìïõ ôçò ×çìéêÞò Éóïññïðßáò. Áò ìåëåôÞóïìå ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óôï ìïíïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ, êáé óôï áÝñéï

(36)

Õðåíèõìßæåôáé üôé k åßíáé ôï óýìâïëï ãéá ôç óôáèåñÜ ôçò ôá÷ýôçôáò, ç ïðïßá ðåñéåãñÜöç óôçí ðáñÜãñáöï 21.5. Ïé ÷çìéêïß Ý÷ïõí åðßóçò ìåëåôÞóåé ôçí áíôßóôñïöç áíôßäñáóç, áõôÞí ðñïò ôá áñéóôåñÜ (Á). 2ÍÏ2(á) Õ 2ÍÏ(á) + Ï2(á)

(37)

Ç ôá÷ýôçôá áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò åîáñôÜôáé áðü ôç óõãêÝíôñùóç ôùí ðñïúüíôùí ùò áêïëïýèùò: (ôá÷ýôçôá)Á = kA[NO2]2

(38)

Ïé ìáêñïóêïðéêÝò ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò óôáìáôïýí, üôáí ç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò (35) ãßíåôáé áêñéâþò ßóç ìå ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò (37). ~Ïôáí óõìâåß áõôü, åîéóþíïíôáé ïé ó÷Ýóåéò (36) êáé (38). (ôá÷ýôçôá)Ä = (ôá÷ýôçôá)Á kÄ[ÍÏ] 2[Ï2] = kÁ[ÍÏ2]2

Õðïëïãßæåôáé ðÜëé ôï ãéíüìåíï ôùí éüíôùí.

(35)

(39) (40)

Åöáñìüæïíôáò ìéá áëãåâñéêÞ ìåôáôüðéóç, ç åîßóùóç (40) ãñÜöåôáé ùò åîÞò: (41)

ÅðåéäÞ ôüóï ôï kÄ üóï êáé ôï kÁ åßíáé óôáèåñÜ óå ïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá, èá åßíáé êáé ï ëüãïò ôïõò óôáèåñüò. Aõôü óõíåðÜãåôáé üôé ç åîßóùóç (41) áðïôåëåß ðáñÜäåéãìá ôïõ íüìïõ éóïññïðßáò. Óå êÜèå áíôßäñáóç ðïõ Ý÷åé ìåëåôçèåß óå âÜèïò, ëáìâÜíåôáé ôï ßäéï áðïôÝëåóìá. Áõôüò åßíáé êáé ï ëüãïò ðïõ ïé ÷çìéêïß åìðéóôåýïíôáé ôç ìïñéáêÞ èåþñçóç ôçò éóïññïðßáò óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ç éóïññïðßá äéáëõôüôçôáò åßíáé üìïéá ìå ôçí éóïññïðßá óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Óôçí éóïññïðßá äéáëõôüôçôáò ïé ôá÷ýôçôåò ôçò äéáëýóåùò êáé ôçò êáôáâõèßóåùò ðñÝðåé íá åßíáé ßóåò. ~Åíáò áðü ôïõò ðáñÜãïíôåò ðïõ åðçñåÜæïõí ôçí ôá÷ýôçôá äéáëýóåùò åíüò óôåñåïý, üðùò ôï éþäéï, åßíáé ôï åìâáäüí, Á, ôçò åðéöÜíåéáò ôïõ

620

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ ÄÉÁËÕÓÅÙÓ

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ ÊÁÔÁÂÕÈÉÓÅÙÓ

ÅðéöÜíåéá Á

ÅðéöÜíåéá Á

ÄéÜëõìá

ÅíÝñãåéá

ÅíÝñãåéá

ÄéÜëõìá

Óôåñåü

(

Ôá÷ýôçôá äéáëýóåùò

Óôåñåü

(

(

=(kd) x (ÅðéöÜíåéá)

(

(

Ôá÷ýôçôá (ÓõãêÝíôñùóç) êáôáâõèßóåùò =(kp) x (ÅðéöÜíåéá)

( (

Ôá÷ýôçôá Ôá÷ýôçôá ÊáôÜ ôçí éóïññïðßá, äéáëýóåùò = êáôáâõèßóåùò

(

Ó×ÇÌÁ 22-14. ~Ïðùò ðáñáôçñïýìå, ç äéÜëõóç êáé ç êáèßæçóç, óå ìáêñïóêïðéêÞ êëßìáêá, ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìå ßóåò ôá÷ýôçôåò, üôáí Ý÷åé áðïêáôáóôáèåß éóïññïðßá.

êñõóôÜëëïõ, ç ïðïßá åöÜðôåôáé ìå ôï õãñü. Áí äéáëõèïýí ôáõôü÷ñïíá ðïëëïß êñýóôáëëïé (ìå ìåãÜëç åðéöÜíåéá Á), ç ôá÷ýôçôá äéáëýóåùò åßíáé ìåãáëýôåñç áðü ü,ôé áí Þôáí ìüíï ëßãïé êñýóôáëëïé (ìå ìéêñÞ Á) ìÝóá óôï äéáëýôç. Ç ôá÷ýôçôá äéáëýóåùò åßíáé áíÜëïãç ôçò åðéöÜíåéáò åðáöÞò Á õãñïý-óôåñåïý. ~Åíá ìüñéï éùäßïõ ãéá ðáñÜäåéãìá, åßíáé ðéï óôáèåñü óôçí êñõóôáëëéêÞ ìïñöÞ áðü ü,ôé óå äéÜëõìá. Ãé' áõôü ôï ëüãï, ç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá áõîÜíåôáé, üôáí Ýíá ìüñéï áðïìáêñýíåôáé áðü ôïí êñýóôáëëï. Åäþ åöáñìüæïíôáé ïé áñ÷Ýò, ïé ïðïßåò åëÝã÷ïõí ôéò ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí. Åßíáé ðéèáíüí íá ó÷çìáôßæåôáé êÜðïéï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï êáôÜ ôç äéÜñêåéá áõôÞò ôçò äéáäéêáóßáò. Ç ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá ôá ìüñéá ôá ïðïßá ðåñíïýí ðÜíù áðü ôï åíåñãåéáêü öñÜãìá, åãêáôáëåßðïõí Ýíá

ôåôñáãùíéêü åêáôïóôü åðéöÜíåéáò, êáèïñßæåôáé áðü ôï ýøïò ôïõ öñÜãìáôïò êáé áðü ôç èåñìïêñáóßá. Áõôü èá ìðïñïýóå íá ïíïìáóèåß kä. Ç áëëáãÞ ôçò èåñìïêñáóßáò äåí åðçñåÜæåé ôï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï. ÌåôáâÜëëåôáé üìùò ç êáôáíïìÞ ôçò ìïñéáêÞò åíÝñãåéáò (ó÷. 21-9). Óýìöùíá êáé ìå ôçí åðüìåíç åîßóùóç, ôï kä åßíáé óõíÜñôçóç ôçò èåñìïêñáóßáò: Ôá÷ýôçôá äéáëýóåùò =

æ ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá ôá ö

åãêáôáëåßðïõí Ýíá åìâáäüí ( åðéöÜíåéáò ) x ç ìüñéá ôåôñáãùíéêü åêáôïóôü ôçò÷

è êñõóôáëëéêÞò åðéöÜíåéáò ø

Ôá÷ýôçôá äéáëýóåùò = Á x kä

(42)

Ïé äýï áõôïß ðáñÜãïíôåò áðåéêïíßæïíôáé óôo ó÷Þìá 22-14. EîÜëëïõ, ç ôá÷ýôçôá êáèéæÞóåùò åßíáé ç ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá åðéóôñÝöïõí ôá ìüñéá óôçí

621

åðéöÜíåéá êáé ôïðïèåôïýíôáé óôï êñõóôáëëéêü ðëÝãìá. Ãéá íá óõìâåß áõôü, èá ðñÝðåé ðñþôá ôá ìüñéá ðïõ âñßóêïíôáé äéáëõìÝíá íá óõãêñïõóèïýí ìå ôçí åðéöÜíåéá ôïõ êñõóôÜëëïõ. Êáé ðÜëé éó÷ýåé ôï ãåãïíüò üôé üóï ìåãáëýôåñç åßíáé ç åðéöÜíåéá, ôüóï ðéï óõ÷íÜ Ýñ÷ïíôáé óå åðáöÞ ôá äéáëõìÝíá ìüñéá ìå Ýíáí êñýóôáëëï. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ç ôá÷ýôçôá êáèéæÞóåùò åßíáé áíÜëïãç ðñïò ôçí åðéöÜíåéá Á. Åðß ðëÝïí, ç ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá ôá ìüñéá óõãêñïýïíôáé óôçí åðéöÜíåéá åîáñôÜôáé áðü ôï ðëÞèïò ôùí ìïñßùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôç ìïíÜäá üãêïõ ôïõ äéáëýìáôïò. Êáèþò áõîÜíåôáé áõôÞ ç óõãêÝíôñùóç, üëï êáé ðåñéóóüôåñá ìüñéá óõãêñïýïíôáé óôçí åðéöÜíåéá, óôç ìïíÜäá ôïõ ÷ñüíïõ. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ç ôá÷ýôçôá êáèéæÞóåùò åßíáé áíÜëïãç êáé ðñïò ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ éùäßïõ, [É2]. Êáé ðÜëé, ï ôåëéêüò ðáñÜãïíôáò åßíáé ç ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá ôá ìüñéá ìðïñïýí íá ðåñÜóïõí ðÜíù áðü ôï åíåñãåéáêü öñÜãìá, ôï ïðïßï óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç åßíáé ôï åíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï ôçò êáèéæÞóåùò. Ç óôáèåñÜ áõôÞ ôçò ôá÷ýôçôáò, kp, êáèïñßæåôáé áðü ôç èåñìïêñáóßá êáé ôï ýøïò ôïõ åíåñãåéáêïý öñÜãìáôïò ôçò êáèéæÞóåùò. ~Ïðùò âëÝðåôå, ôñåéò ðáñÜãïíôåò ðñïóäéïñßæïõí ôçí ôá÷ýôçôá ôçò êáèéæÞóåùò. Ïé ðáñÜãïíôåò áõôïß áíáöÝñïíôáé óôï ó÷Þìá 22.14.

= (Á) x [É2] x (kp)

(43)

Óôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò ïé åîéóþóåéò (42) êáé (43) åîéóþíïíôáé: ôá÷ýôçôá äéáëýóåùò = ôá÷ýôçôá êáèéæÞóåùò (44) A x kä = Á x [I2] x kp

Ôï åìâáäüí åðáöÞò, Á, åìöáíßæåôáé ôüóï óôï áñéóôåñü üóï êáé óôï äåîéü ìÝñïò ôçò ó÷Ýóåùò (44). ~Áñá, åßíáé äõíáôüí íá ðáñáëåéöèåß. Áí äéáéñåèïýí êáé ôá äýï ìÝñç ôçò (44) ìå ôï kp, ëáìâÜíåôáé ç åðüìåíç åîßóùóç: *

kä/kp = [I2]

ÅðåéäÞ ôï kä êáé ôï kp åîáñôþíôáé áðü ôç èåñìïêñáóßá, èá åîáñôÜôáé êáé ï ëüãïò ôïõò áðü ôç èåñìïêñáóßá. ÊáôÜ ôá Üëëá, åßíáé óôáèåñÜ. Óôçí åîßóùóç (46) Ý÷åé áíôéêáôáóôáèåß ï ëüãïò kä/kp ìå ôï Ê. Ê = [É2]

(46)

H äõíáìéêÞ éóïññïðßá áíÜìåóá óôéò ôá÷ýôçôåò äéáëýóåùò êáé êáèéæÞóåùò, åêöñÜæåôáé ìå ôçí åîßóùóç (46). Ç óõãêÝíôñùóç ôïõ É2 óôçí éóïññïðßá åßíáé óôáèåñÜ êáé êáèïñßæåôáé áðü ôç èåñìïêñáóßá. Ç óôáèåñÜ áõôÞ éóïýôáé ìå ôç äéáëõôüôçôá ôïõ É2, üôáí åêöñÜæåôáé óå moles áíÜ ëßôñï.

22.22ÐáñÜãïíôåò ïé ïðïßïé ðñïóäéïñßæïõí ôçí éóïññïðßá. ~Å÷ïìå Þäç åîåôÜóåé åêôåôáìÝíá ôï èÝìá ôçò éóïññïðßáò. Áíáêáëýøáìå üôé, åíþ áõôÞ ÷áñáêôçñßæåôáé áðü óôáèåñüôçôá ôùí ìáêñïóêïðéêþí éäéïôÞôùí, ïé ìïñéáêÝò äéáäéêáóßåò åîáêïëïõèïýí íá ðñáãìáôïðïéïýíôáé êáôÜ ôÝôïéï ôñüðï, þóôå íá äéáôçñåßôáé ç éóïññïðßá. ~Ïðùò Ýãéíå ãíùóôü, óôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò ç êÜèå áíôßäñáóç ðñáãìáôïðïéåßôáé ìå ôçí ßäéá ôá÷ýôçôá, ìå ôçí ïðïßá ðñáãìáôïðïéåßôáé êáé ç áíôßóôñïöÞ ôçò. Ðñï÷ùñÞóáìå üìùò áêüìç ðåñéóóüôåñï êáé áíáêáëýøáìå üôé ïé óõíèÞêåò éóïññïðßáò óõíåðÜãïíôáé óôáèåñÞ ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò óõãêåíôñþóåéò ôùí áíôéäñþíôùí êáé ôùí ðñïúüíôùí. Ç ó÷Ýóç áõôÞ ïíïìÜæåôáé Íüìïò ôçò ×çìéêÞò Éóïññïðßáò. Óýìöùíá ìå ôï íüìï áõôü, ïé óõíèÞêåò óôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò åßíáé äõíáôüí íá åêöñáóèïýí ìå ôç âïÞèåéá ôçò óôáèåñÜò éóïññïðßáò, Ê. ÐáñÜ ôç ìåãÜëç åîïéêåßùóÞ óáò ìå ôá ðñïâëÞìáôá éóïññïðßáò, õðÜñ÷åé Ýíá èÝìá, ôï ïðïßï äåí åîåôÜóèçêå êáèüëïõ. Ôé ðñïóäéïñßæåé ôç óôáèåñÜ ôçò éóïññïðßáò; Ãéáôß óå ìéá áíôßäñáóç åõíïåßôáé ï ó÷çìáôéóìüò ôùí ðñïúüíôùí, åíþ óå ìéá Üëëç åõíïåßôáé ï åðáíáó÷çìáôéóìüò ôùí áíôéäñþíôùí*; Ðïéïé åßíáé ïé ðáñÜãïíôåò, åî áéôßáò ôùí ïðïßùí ôï ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï Ý÷åé ìåãÜëç äéáëõôüôçôá óôï íåñü; Ãéáôß ç éóïññïðßá åõíïåß ôçí áíôßäñáóç ôïõ ïîõãüíïõ ìå ôï óßäçñï, ìå áðïôÝëåóìá ôï

Ó.ô.Ì. ÄçëáäÞ ç éóïññïðßá åßíáé ìåôáôïðéóìÝíç ðñïò ôá áñéóôåñÜ Þ ðñïò ôá äåîéÜ.

622

Ó×ÇÌÁ 22-15. Ïé ìðÜëåò ôïõ ãêïëö ðÜíù óôï ðÜôùìá åíüò áõôïêéíÞôïõ äßíïõí Ýíá ÷ñÞóéìï ðáñÜäåéãìá ãéá ôçí êáôáíüçóç ôùí áõèïñìÞôùí åîùèÝñìùí áíôéäñÜóåùí. Ïé ìðÜëåò ðïõ âñßóêïíôáé óôçí õøçëüôåñç åðéöÜíåéá êáôñáêõëïýí óôçí åðéöÜíåéá ôçò ÷áìçëüôåñçò äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò. Ôï ãåãïíüò áõôü åßíáé áíÜëïãï ìå ôá áíôéäñþíôá ðïõ ó÷çìáôßæïõí ðñïúüíôá ìå ÷áìçëüôåñç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá.

ó÷çìáôéóìü Fe2O3 (óêïõñéÜò), áëëÜ äåí åõíïåß ôçí áíôßäñáóç ôïõ ïîõãüíïõ ìå ôï ÷ñõóü; Ïé åðéóôÞìïíåò äåí ìðïñïýí íá áíôéóôáèïýí óôïí ðåéñáóìü ôçò áíáæçôÞóåùò ôùí ðáñáãüíôùí ðïõ êáèïñßæïõí üëåò ôéò óõíèÞêåò ðïõ éó÷ýïõí êáôÜ ôçí éóïññïðßá. ~Ïðùò ôïíßóèçêå óôï êåöÜëáéï 1, åðéóôÞìç äåí åßíáé áðëÜ ç óõëëïãÞ óõìâÜíôùí êáé ç äéåñåýíçóç ôùí ó÷Ýóåùí áíÜìåóá óôá óõìâÜíôá. Åßíáé êõñßùò –êáé áõôü êáôÜ êÜðïéï ôñüðï áðïôåëåß ôç ìåãáëýôåñç áðüëáõóç ãéá ôïõò åðéóôÞìïíåò– ç áíáæÞôçóç ôçò åñìçíåßáò ôùí óõìâÜíôùí, áëëÜ êáé ç áíáêÜëõøç ôùí ðïéêßëùí ìç÷áíéóìþí êáé ôùí ó÷Ýóåùí ðïõ ðáñáôçñïýíôáé. Ç åñìçíåßá óõíßóôáôáé óôçí áíåýñåóç ìéáò ïìïéüôçôáò, ç ïðïßá óõíäÝåé ôï åîåôáæüìåíï óýóôçìá ìå êÜðïéï ðñüôõðï, äçëáäÞ ìå Ýíá óýóôçìá ðåñéóóüôåñï ïéêåßï. Áò åîåôÜóïìå ãéá ðáñÜäåéãìá ôï ó÷Þìá 22-15. ÂëÝðïìå ìéá ôóÜíôá ôïõ ãêïëö ôïðïèåôçìÝíç óôï ðßóù ìÝñïò åíüò áõôïêéíÞôïõ. Ç èÞêç ìå ôéò ìðÜëåò Þôáí áíïéêôÞ êáé Ýôóé üëåò ïé ìðÜëåò ôïõ ãêïëö êýëçóáí Ýîù, ðÜíù óôï ðÜôùìá ôïõ áõôïêéíÞôïõ. ÅðåéäÞ ôï ðÜôùìá Ý÷åé Ýíá óêáëïðÜôé, ïé ìðÜëåò ðïõ âñßóêïíôáé óôï õøçëüôåñï óçìåßï ôïõ ðáôþìáôïò äéáèÝôïõí êÜðïéá äõíáìéêÞ åíÝñãåéá, åíÝñãåéá èÝóåùò, êáé ôåßíïõí íá êáôñáêõëÞóïõí áõôüìáôá óôï ÷áìçëüôåñï óçìåßï, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 22-16. ~Ïôáí óõìâåß áõôü, ç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá ìéáò ìðÜëáò ìåôáôñÝðåôáé óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, åíÝñãåéá êéíÞóåùò. ÔåëéêÜ, áõôÞ ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá ìåôáôñÝðåôáé óå èåñìüôçôá êáé äéáóêïñðßæåôáé. Ôþñá ïé ìðÜëåò ôïõ ãêïëö âñßóêïíôáé óå êáôÜóôáóç çñåìßáò óôï ÷áìçëüôåñï åðßðåäï ôïõ ðáôþìáôïò.

Ç êáôÜóôáóç áõôÞ åßíáé üìïéá ìå ôç ÷çìéêÞ ìåôáâïëÞ óå ìéá áõèüñìçôç, åîþèåñìç áíôßäñáóç. Ôá áíôéäñþíôá ìå ôï õøçëü èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï áíôéäñïýí áõèüñìçôá, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ðñïúüíôá ìå ÷áìçëüôåñï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï. Êáèþò ðñáãìáôïðïéåßôáé ç êÜèå ìïñéáêÞ áíôßäñáóç, ç ðåñßóóåéá ôïõ èåñìéêïý ðåñéå÷ïìÝíïõ ìåôáôñÝðåôáé óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. Ôá ìüñéá ôùí ðñïúüíôùí áðïìáêñýíïíôáé ìåôáîý ôïõò ìå ìåãÜëç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá. ~Ïôáí óõãêñïýïíôáé ìå Üëëá ìüñéá, áõôÞ ç åíÝñãåéá äéáóêïñðßæåôáé õðü ìïñöÞ èåñìüôçôáò. Óôï ó÷Þìá 22-16 óõãêñßíåôáé ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç ìå ôçí êáôÜóôáóç ìéáò ìðÜëáò ôïõ ãêïëö. ÐáñáêÜôù óõíïøßæïíôáé ôá áðïôåëÝóìáôá áõôÞò ôçò óõãêñßóåùò. 1. Ôï êÜèå óýóôçìá Ý÷åé äýï êáôáóôÜóåéò: Añ÷éêÞ ÔåëéêÞ êáôÜóôáóç êáôÜóôáóç ÌðÜëåò ãêïëö óôï ðÜíù åðßðåäï Õ óôï êÜôù åðßðåäï Aíôßäñáóç áíôéäñþíôá Õ ðñïúüíôá

2. Ç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá óôçí áñ÷éêÞ êáôÜóôáóç åßíáé õøçëüôåñç áðü ôç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá óôçí ôåëéêÞ êáôÜóôáóç: Añ÷éêÞ êáôÜóôáóç ÌðÜëåò ãêïëö õøçëÞ äõíáìéêÞ åíÝñãåéá Áíôßäñáóç õøçëü èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï

ÔåëéêÞ êáôÜóôáóç Õ ÷áìçëÞ äõíáìéêÞ åíÝñãåéá Õ ÷áìçëü èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï

3. Êáèþò ðñï÷ùñåß ç áëëáãÞ áðü ôçí áñ÷éêÞ óôçí ôåëéêÞ êáôÜóôáóç, ç ìïñöÞ åíÝñãåéáò áëëÜæåé:

623

Õøçëü èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï

×áìçëü èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï

Ó×ÇÌÁ 22-16. Ôï ðñüôõðï ìå ôéò ìðÜëåò ôïõ ãêïëö Ý÷åé ðïëëÝò ïìïéüôçôåò ìå ôá äéáãñÜììáôá ôçò èåñìüôçôáò ôùí áõèïñìÞôùí áíôéäñÜóåùí. Áñ÷éêÜ, ïé ìðÜëåò äéáèÝôïõí õøçëÞ äõíáìéêÞ åíÝñãåéá^ áíáëüãùò, êáé ôá áíôéäñþíôá Ý÷ïõí õøçëü èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï. Êáé óôéò äýï ðåñéðôþóåéò, ç (áíôéóôïß÷ùò äõíáìéêÞ êáé èåñìéêÞ) åíÝñãåéá ìåôáôñÝðåôáé óå êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, êáé óôç óõíÝ÷åéá óå èåñìüôçôá, ìÝ÷ñé íá äéáìïñöùèåß ç ôåëéêÞ êáôÜóôáóç. Êáé ïé äýï ìåôáâïëÝò

Añ÷éêÞ ÔåëéêÞ êáôÜóôáóç êáôÜóôáóç ÌðÜëåò ãêïëö äõíáìéêÞ åíÝñãåéá Õ êéíçôéêÞ åíÝñãåéá Áíôßäñáóç èåñìéêü Õ ìïñéáêÞ êéíçôéêÞ ðåñéå÷üìåíï åíÝñãåéá êáé ìåôÜ èåñìüôçôá

4. Ïé áëëáãÝò áðü ôçí áñ÷éêÞ óôçí ôåëéêÞ êáôÜóôáóç ðñï÷ùñïýí áõèüñìçôá ðñïò ôç ÷áìçëüôåñç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá, äçëáäÞ ðñïò ôçí êáôåýèõíóç ðïõ áíôéóôïé÷åß ìå “ôï êáôñáêýëéóìá ðñïò ôá êÜôù”: Añ÷éêÞ êáôÜóôáóç Õ ÔåëéêÞ êáôÜóôáóç ÌðÜëåò ãêïëö áõèüñìçôá Áíôßäñáóç áõèüñìçôá

Áöïý êáèïñßóáìå áõôÝò ôéò ïìïéüôçôåò, ìðïñïýìå íá ðñïôåßíïìå Ýíá ãåíéêü êáíüíá: Åö' üóïí ïé ìðÜëåò ôïõ ãêïëö êáôñáêõëïýí áõèüñìçôá ðÜíôá ðñïò ôá êÜôù åßíáé ðéèáíü ïé áíôéäñÜóåéò íá ðñáãìáôïðïéïýíôáé áõèüñìçôá ðÜíôá ðñïò ôçí êáôåýèõíóç ôçò åëÜ÷éóôçò åíÝñãåéáò. Áðü áõôüí ôï ãåíéêü êáíüíá åßíáé ðéèáíüí íá öáíôáóèåß êÜðïéïò üôé ìéá áíôßäñáóç ôåßíåé íá ðñáãìáôïðïéçèåß áõèüñìçôá, ìüíï áí ôá

ðñïúüíôá Ý÷ïõí ëéãüôåñç åíÝñãåéá áðü ôá áíôéäñþíôá. Áõôüò ï óõëëïãéóìüò óõìöùíåß ìå ìåñéêÝò ðåéñáìáôéêÝò åíäåßîåéò, éäéáßôåñá üôáí ðñüêåéôáé ãéá åêåßíåò ôéò åîþèåñìåò áíôéäñÜóåéò ïé ïðïßåò åëåõèåñþíïõí ìåãÜëç ðïóüôçôá åíÝñãåéáò. ~Ïìùò, ìå áõôÞí ôçí åñìçíåßá ðïõ äüèçêå õðÜñ÷ïõí äýï âáóéêÝò êáé óïâáñÝò äõóêïëßåò. Ðñþôïí, ìåñéêÝò åíäüèåñìåò áíôéäñÜóåéò ðñáãìáôïðïéïýíôáé áõèüñìçôá. ÐáñÜäåéãìá áðïôåëåß ç åîÜôìéóç åíüò õãñïý. Ôï íåñü åîáôìßæåôáé áõèüñìçôá êáé êáôÜ ôçí åîÜôìéóÞ ôïõ áðïññïöÜ èåñìüôçôá. ~Ïôáí äéáëõèåß óôï íåñü ÷ëùñéïý÷ï áììþíéï, ôï äéÜëõìá ãßíåôáé øõ÷ñüôåñï. ÁðïññïöÜôáé êáé ðÜëé èåñìüôçôá, åíþ ôï ÷ëùñéïý÷ï áììþíéï äéáëýåôáé. H äåýôåñç äõóêïëßá åßíáé üôé ïé áõèüñìçôåò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò äåí ïëïêëçñþíïíôáé. Ìéá áõèüñìçôç áíôßäñáóç, Ýóôù êáé áí åßíáé åîþèåñìç, ðñï÷ùñåß ìüíï ìÝ÷ñé íá öèÜóåé óôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò. Óôçí ðåñßðôùóç ôïõ áíÜëïãïõ ðáñáäåßãìáôïò ìå ôéò ìðÜëåò ôïõ ãêïëö, áðïêáèßóôáôáé éóïññïðßá, üôáí üëåò ïé ìðÜëåò âñåèïýí óôï ÷áìçëüôåñï åðßðåäï. ÊáôÜ óõíÝðåéá, èá áíáìåíüôáí üôé ìéá åîþèåñìç áíôßäñáóç èá ðñï÷ùñïýóå ìÝ÷ñé íá ìåôáôñáðïýí üëá ôá áíôéäñþíôá óå ðñïúüíôá êáé ü÷é ìÝ÷ñé íá

624

Õøçëü èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï

×áìçëü èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï

Ó×ÇÌÁ 22-17. Ôï ðáñÜäåéãìá ìå ôéò ìðÜëåò ôïõ ãêïëö, áí õðïôåèåß üôé ôï áõôïêßíçôï êéíåßôáé óå Ýíáí ðïëý áíþìáëï äñüìï, ìáò äßíåé åðß ðëÝïí ðëçñïöïñßåò: Ìå ôéò óõãêñïýóåéò, ïé ìðÜëåò ìðïñïýí íá öèÜóïõí óôçí õøçëüôåñç äõíáìéêÞ åíÝñãåéá ôçò õðåñõøùìÝíçò åðéöÜíåéáò. Ìüëéò ïé ìðÜëåò ðïõ áíåâáßíïõí øçëÜ åîéóùèïýí ìå ôéò ìðÜëåò ðïõ êáôñáêõëïýí, äçìéïõñãåßôáé éóïññïðßá.

åðéêñáôÞóåé äõíáìéêÞ éóïññïðßá. Ïé ðéï ðÜíù äõóêïëßåò äåß÷íïõí üôé ïé åñìçíåßåò ôéò ïðïßåò ðñïôåßíáìå Ý÷ïõí áíÜãêç ôñïðïðïéÞóåùò, ðñÝðåé äçëáäÞ íá ðñïôáèåß êÜðïéá Üëëç áíáëïãßá. Ç áíáëïãßá áõôÞ èá ðñÝðåé íá óõìöùíåß ðåñéóóüôåñï ìå ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. Ðþò èá ìðïñïýóå íá ôñïðïðïéçèåß ôï ðáñÜäåéãìá ìå ôéò ìðÜëåò ôïõ ãêïëö, þóôå íá óõìöùíåß êáëýôåñá ìå ôéò ðåéñáìáôéêÝò åíäåßîåéò; ÐñÝðåé íá åéóá÷èåß Ýíáò Üëëïò óõíôåëåóôÞò. Áò åîåôÜóïìå ðþò èá áëëÜîåé ç èÝóç ôçí ïðïßá êáôÝ÷ïõí ïé ìðÜëåò ôïõ ó÷Þìáôïò 22-16á, üôáí ôï áõôïêßíçôï ïäçãçèåß óå Ýíáí áíþìáëï äñüìï. Ïé ìðÜëåò óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ êéíïýíôáé ôñéãýñù êáé óõãêñïýïíôáé ìåôáîý ôïõò. Áðü ôç ìéá óôéãìÞ óôçí Üëëç üëï êáé êÜðïéá áðü ôéò ìðÜëåò óõãêåíôñþíåé áñêåôÞ åíÝñãåéá áðü ôéò óõãêñïýóåéò, þóôå íá åðéóôñÝøåé óôï õøçëüôåñï åðßðåäï ôïõ ðáôþìáôïò ôïõ áõôïêéíÞôïõ. ÂÝâáéá, ç êÜèå ìðÜëá ðïõ áíåâáßíåé Ý÷åé ôçí ôÜóç íá åðéóôñÝöåé ëßãï áñãüôåñá ðßóù, óôï ÷áìçëü åðßðåäï. ~Ïóï üìùò ôï áõôïêßíçôï óõíå÷ßæåé íá êéíåßôáé óôïí áíþìáëï äñüìï, äçìéïõñãåßôáé ìéá êáôÜóôáóç, üðïõ ïé ìðÜëåò ôïõ ãêïëö áíåâáßíïõí óôï õøçëüôåñï åðßðåäï ìå ôçí ßäéá ôá÷ýôçôá ðïõ êáôñáêõëïýí óôï ÷áìçëüôåñï. Áöïý ç ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá áíåâáßíïõí êáé åêåßíç ìå ôçí ïðïßá

êáôñáêõëïýí åßíáé ßóåò, óçìáßíåé üôé õðÜñ÷åé ìéá äõíáìéêÞ éóïññïðßá (ó÷. 22-17). Ç áíáëïãßá áõôÞ ëýíåé ôï ðñüâëçìá. Ôï áíþìáëï Ýäáöïò ðåñéÝ÷åé Ýíá íÝï ÷áñáêôçñéóôéêü ðïõ ðñïóöÝñåé ìéá âÜóç þóôå íá áíáìÝíåôáé ìßá “áíôßäñáóç” ðñïò ôçí åíäüèåñìç êáôåýèõíóç. ÌåñéêÝò ìðÜëåò, áí äïíçèïýí áñêåôÜ äõíáôÜ, êõëïýí áíåâáßíïíôáò ðñïò ôá ðÜíù. Ëüãù ôçò ôÜóåùò ôçí ïðïßá Ý÷ïõí üìùò íá êáôñáêõëïýí ðÜëé ðßóù, óõíå÷þò åðéóôñÝöïõí óôï ÷áìçëü åðßðåäï. ÔåëéêÜ, üôáí ç ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá êáôñáêõëïýí åîéóþíåôáé ìå åêåßíç ìå ôçí ïðïßá áíåâáßíïõí øçëÜ, áðïêáèßóôáôáé éóïññïðßá. Ôé óõìâáßíåé üìùò üôáí ï äñüìïò ãßíåôáé ïìáëüò; Ç áíôßäñáóç ìå ôçí ïðïßá áíåâáßíïõí øçëÜ åõíïåßôáé ëéãüôåñï. Ïé óõíèÞêåò éóïññïðßáò áëëÜæïõí êáôÜ ôñüðï, ï ïðïßïò åõíïåß ôéò ìðÜëåò ðïõ âñßóêïíôáé óôï ÷áìçëü åðßðåäï. Áí åðéóôñÝøïìå óôç ÷çìéêÞ áíôßäñáóç, ðïéï åßíáé êáô' áíáëïãßá ôï ÷áñáêôçñéóôéêü ôïõ ÷çìéêïý óõóôÞìáôïò ðïõ èá áíôéäñÜóåé êáé ôï ïðïßï áíôéóôïé÷åß óôïí áíþìáëï äñüìï; Åßíáé ç èåñìïêñáóßá. Óå êÜèå èåñìïêñáóßá, ìå åîáßñåóç ôï áðüëõôï ìçäÝí, õðÜñ÷åé ìéá óôáèåñÜ ôõ÷áßùí óõãêñïýóåùí ôùí ìïñßùí. ÊÜðïéá ìüñéá Ý÷ïõí ÷áìçëÝò êáé êÜðïéá Üëëá õøçëÝò êéíçôéêÝò

625

Ó×ÇÌÁ 22-18. ~Ïôáí áðïìáêñõíèåß ç ôóÜíôá ôïõ ãêïëö, äçìéïõñãåßôáé ìåãáëýôåñïò ÷þñïò óôï õøçëüôåñï åðßðåäï, Üñá ðåñéóóüôåñåò ìðÜëåò ìðïñïýí íá ðáñáìÝíïõí óå õøçëüôåñç åíÝñãåéá. Áõôüò ï “äéáèÝóéìïò ÷þñïò” åßíáé áíÜëïãïò ìå ôçí áÝñéá öÜóç, óôçí ïðïßá ôá ìüñéá éóïññïðïýí ðáñÜ ôçí õøçëüôåñç êéíçôéêÞ ôïõò åíÝñãåéá.

åíÝñãåéåò, óýìöùíá êáé ìå üóá ðåñéåãñÜöçóáí óôçí ðáñÜãñáöï 21.7. ÌåñéêÜ áðü ôá ìüñéá èá Ý÷ïõí åõêáéñéáêÜ áñêåôÞ åíÝñãåéá, ãéá íá “ìåôáôïðéóèïýí ðñïò ôá ðÜíù” óå Üëëåò ëéãüôåñï óôáèåñÝò ìïñöÝò. ~Ïóï ìåãáëýôåñç åßíáé ç êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, ôüóï ìåãáëýôåñïò èá åßíáé ï áñéèìüò ôùí ìïñßùí ðïõ èá “ìåôáôïðßæïíôáé ðñïò ôá ðÜíù”. Áö' åíüò, ïé ìïñéáêÝò ìåôáâïëÝò ðñáãìáôïðïéïýíôáé êáôÜ ôçí êáôåýèõíóç ôçò åëÜ÷éóôçò åíÝãåéáò. Áö' åôÝñïõ, ôõ÷áßåò óõãêñïýóåéò Þ ìåôáöïñÝò åíÝñãåéáò ìåôáèÝôïõí ôá ìüñéá óå êáôáóôÜóåéò õøçëüôåñçò åíÝñãåéáò. ~Ïôáí áõôÝò ïé áíôßèåôåò äéáäéêáóßåò ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìå ôçí ßäéá ôá÷ýôçôá, õðÜñ÷åé ìéá êáôÜóôáóç äõíáìéêÞò éóïññïðßáò. Ç áíáëïãßá ðïõ áíáöÝñèçêå èá ðñÝðåé íá âïçèÞóåé óôçí êáôáíüçóç ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí êáé ôçò éóïññïðßáò. Ôþñá ðéá, åßíáé óáöÞ ôá åðüìåíá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. 1. Ïé ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ïäåýïõí áõôüìáôá ðñïò ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò. 2. ~Åíáò ðáñÜãïíôáò ðïõ êáèïñßæåé ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò åßíáé ç åíÝñãåéá. Ç éóïññïðßá Ý÷åé ôçí ôÜóç íá åõíïåß ôçí êáôÜóôáóç ìå ôç ÷áìçëüôåñç åíÝñãåéá. 3. Ï Üëëïò ðáñÜãïíôáò ðïõ êáèïñßæåé ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò åßíáé ç áôáîßá ðïõ ðñïêáëåßôáé áðü ôç èåñìïêñáóßá. Ç éóïññïðßá Ý÷åé ôçí ôÜóç íá åõíïåß ôçí êáôÜóôáóç ìå ôç ìåãáëýôåñç áôáîßá. 4. Ç êáôÜóôáóç éóïññïðßáò åßíáé Ýíáò

óõìâéâáóìüò áíÜìåóá óå áõôïýò ôïõò äýï ðáñÜãïíôåò, ôçí åëÜ÷éóôç åíÝñãåéá êáé ôç ìÝãéóôç áôáîßá. Óå ðïëý ÷áìçëÝò èåñìïêñáóßåò, ç åíÝñãåéá ôåßíåé íá åßíáé ï óçìáíôéêüôåñïò ðáñÜãïíôáò. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ç éóïññïðßá åõíïåß ôï ó÷çìáôéóìü ìïñßùí ìå ôï ÷áìçëüôåñï èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï. Óôéò ðïëý õøçëÝò èåñìïêñáóßåò, ç ôõ÷áßá äéÜôáîç êáèßóôáôáé ðéï óçìáíôéêÞ. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç ç éóïññïðßá åõíïåß ìéá ôõ÷áßá êáôáíïìÞ áíÜìåóá óôá áíôéäñþíôá êáé ôá ðñïúüíôá ÷ùñßò íá ëáìâÜíïíôáé õðüøç ïé åíåñãåéáêÝò äéáöïñÝò. Ôï ðñïçãïýìåíï ðáñÜäåéãìá åßíáé äõíáôüí íá åðåêôáèåß ùò ðñïò Ýíá áêüìç óçìåßï. Åßíáé ðéèáíüí íá äçìéïõñãÞèçêå ç åîÞò áðïñßá: ÊáôÜ ðüóï ìðïñåß ôï ó÷åôéêü åìâáäüí ôïõ õðåñõøùìÝíïõ åðéðÝäïõ ùò ðñïò åêåßíï ôïõ ÷áìçëïý åðéðÝäïõ íá êáèïñßóåé ôçí êáôáíïìÞ ðïõ èá Ý÷ïõí ïé ìðÜëåò ôïõ ãêïëö; ÔåëéêÜ, öáßíåôáé üôé, áí ï “äéáèÝóéìïò ÷þñïò” ôïõ õðåñõøùìÝíïõ åðéðÝäïõ åßíáé ìéêñüò, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 22-15, èá ðáñáìÝíïõí óå áõôüí ëßãåò ìðÜëåò ôïõ ãêïëö. Áíôßèåôá, ôï ó÷Þìá 22-18 äåß÷íåé üôé, üôáí áðïìáêñõíèåß ç ôóÜíôá ôïõ ãêïëö, ôüôå óôï õðåñõøùìÝíï åðßðåäï õðÜñ÷åé ðïëý ìåãáëýôåñç åëåýèåñç åðéöÜíåéá. Ïé ìðÜëåò ðïõ öèÜíïõí óôï åðÜíù åðßðåäï Ý÷ïõí ìåãáëýôåñá ðåñéèþñéá êéíÞóåùí. Ìðïñïýí íá êõëïýí ðåñéóóüôåñç þñá ðÜíù óå áõôü ôï åðßðåäï, ðñéí íá åðéóôñÝøïõí óôï ðéï ÷áìçëü. Áí åëåõèåñùèåß ôï õðåñõøùìÝíï åðßðåäï, ôüôå ôï ðïóïóôü áðü ôéò ìðÜëåò ðïõ âñßóêïíôáé óå áõôü

626

êáôÜ ôçí “éóïññïðßá” áõîÜíåôáé. Ç ôñïðïðïßçóç áõôÞ ôïõ ðñïôýðïõ ìáò âïçèÜ íá êáôáíïÞóïìå åõêïëüôåñá ôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò èåùñÞóïìå ôçí åîÜôìéóç åíüò õãñïý. Åßíáé áëÞèåéá üôé ôá ìüñéá, üôáí ðëçóéÜæïõí ðïëý êïíôÜ, üðùò óôçí õãñÞ öÜóç, Ý÷ïõí ÷áìçëüôåñç åíÝñãåéá. Åðßóçò, óôçí áÝñéá êáôÜóôáóç õðÜñ÷åé äéáèÝóéìï Ýíá åõñýôåñï õðåñõøùìÝíï åðßðåäï. Ôï êÜèå ìüñéï ðïõ åîáôìßæåôáé äéáèÝôåé ðïëý ìåãáëýôåñï ÷þñï áðü üóï åß÷å ìÝóá óôï õãñü üðïõ ï “óõíùóôéóìüò” Þôáí Ýíôïíïò. Áõôüò ï ðáñÜãïíôáò ôïõ “äéáèÝóéìïõ ÷þñïõ” êáé ïé ôõ÷áßåò óõãêñïýóåéò åî áéôßáò ôçò èåñìïêñáóßáò, ðïõ Ý÷ïõí ùò óõíÝðåéá ôçí õðåñêÜëõøç ôçò äéáöïñÜò ôçò äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò, âïçèïýí ôçí åîÜôìéóç. Áò èõìçèïýìå ðÜëé ôé óõìâáßíåé, üôáí ìéá óôåñåÜ ïõóßá èåñìáßíåôáé áñ÷éêÜ ëéãüôåñï êáé óôç óõíÝ÷åéá ðïëý ðåñéóóüôåñï. Êáèþò áõîÜíåôáé ç èåñìïêñáóßá ôïõ óôåñåïý,

ç ÷áìçëüôåñç åíÝñãåéá ôïõ êáíïíéêïý óôåñåïý ãßíåôáé áóÞìáíôç óå ó÷Ýóç ìå ôç èåñìéêÞ åíÝñãåéá. Ôï óôåñåü ôÞêåôáé åãêáôáëåßðïíôáò ôçí åíåñãåéáêÞ ôïõ óôáèåñüôçôá êáé ìåôáðßðôåé óôçí áôáîßá ôçò õãñÞò êáôáóôÜóåùò. Áí áíõøùèåß áêüìç ðåñéóóüôåñï ç èåñìïêñáóßá, ïé åíÝñãåéåò Ýëîåùò áíÜìåóá óôá ìüñéá ãßíïíôáé áóÞìáíôåò óå óýãêñéóç ìå ôéò èåñìéêÝò åíÝñãåéåò ôçò ìåãáëýôåñçò áôáîßáò. Ôüôå ôï õãñü åîáôìßæåôáé, ðáñá÷ùñþíôáò ôç èÝóç ôçò ÷áìçëÞò äõíáìéêÞò åíÝñãåéáò óôçí áêüìç ìåãáëýôåñç áêáôáóôáóßá ôçò áÝñéáò öÜóåùò. Áí ç èåñìïêñáóßá áõîçèåß áêüìç ðåñéóóüôåñï, ïé åíÝñãåéåò ðïõ óõãêñáôïýí ìåôáîý ôïõò ôá ìüñéá áñ÷ßæïõí íá ãßíïíôáé áóÞìáíôåò óå ó÷Ýóç ìå ôéò ôõ÷áßåò èåñìéêÝò åíÝñãåéåò. ÔÝëïò, óå åîáéñåôéêÜ õøçëÝò åíÝñãåéåò, ôá ìüñéá äåí õößóôáíôáé ðëÝïí. ~Ïëá ôåßíïõí ðñïò ôï ÷Üïò. Ðñüêåéôáé ãéá ìéá ÷çìéêÞ êáôÜóôáóç, ç ïðïßá õðÜñ÷åé óôéò ðïëý õøçëÝò èåñìïêñáóßåò ìÝóá óôïí Þëéï*.

Ðåñßëçøç. Ç êáôÜóôáóç éóïññïðßáò óå ïðïéáäÞðïôå êáèïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá ïñßæåôáé ðïóïôéêÜ áðü ôï Íüìï ôçò ×çìéêÞò Éóïññïðßáò. Ï íüìïò áõôüò óõíäÝåé ôéò óõãêåíôñþóåéò ôùí ðñïúüíôùí ìå åêåßíåò ôùí áíôéäñþíôùí. Ï áñéèìçôÞò áõôÞò ôçò ó÷Ýóåùò åßíáé ôï ãéíüìåíï ôùí óõãêåíôñþóåùí ôùí ïõóéþí ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé óå ìéá áíôßäñáóç, åê ôùí ïðïßùí ç êÜèå óõãêÝíôñùóç Ý÷åé õøùèåß óôç êáôÜëëçëç äýíáìç. Óôïí ðáñïíïìáóôÞ ôïðïèåôïýíôáé êáô' áíÜëïãï ôñüðï üëåò ïé ïõóßåò ðïõ åìöáíßæïíôáé óôï áñéóôåñü ìÝñïò ôçò áíôéäñÜóåùò. Ï Íüìïò ôçò ×çìéêÞò Éóïññïðßáò ïñßæåé üôé ôï ó÷çìáôéæüìåíï ðçëßêï åßíáé óôáèåñü ãéá êÜèå óõãêåêñéìÝíç èåñìïêñáóßá. Ï Íüìïò ôçò ×çìéêÞò Éóïññïðßáò åöáñìüæåôáé åðßóçò óôçí éóïññïðßá äéáëýóåùò, üðùò êáé óôçí éóïññïðßá ôùí áíôéäñÜóåùí. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá

äéáëýìáôá çëåêôñïëõôþí, ç óôáèåñÜ ôçò éóïññïðßáò äéáëýóåùò ïíïìÜæåôáé ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò. ×ñçóéìïðïéåßôáé, ãéá íá õðïëïãßæïìå áí ìéá ïõóßá èá ó÷çìáôßóåé ßæçìá, üôáí áíáìé÷èïýí äéáëýìáôá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôá éüíôá ðïõ ôç óõíéóôïýí.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íá ïñßóåôå ôï Íüìï ôçò ×çìéêÞò Éóïññïðßáò. 2. Íá ãñÜøåôå ôïõò ôýðïõò ãéá ôéò óôáèåñÝò ÷çìéêÞò éóïññïðßáò ôùí åðïìÝíùí áíôéäñÜóåùí: (á) Cu(óô) + 2Ag+(õä) Cu2+(õä) + 2Ag(óô) (â) Ç2Ï2(a) Ç2Ï2(á) + ½ Ï2(á)

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ ~Ïëåò ïé äéáäéêáóßåò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìÝóá óå Ýíá êëåéóôü óýóôçìá, óå ïìïéüìïñöç èåñìïêñáóßá, óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ôåßíïõí ðñïò ìßá êáôÜóôáóç éóïññïðßáò. Ç êáôÜóôáóç *

Ó.ô.Ì. ÏíïìÜæåôáé êáôÜóôáóç ðëÜóìáôïò.

áõôÞ ÷áñáêôçñßæåôáé áðü óôáèåñüôçôá ôùí ìáêñïóêïðéêþí éäéïôÞôùí ôïõ óõóôÞìáôïò. Ç éóïññïðßá üìùò åßíáé äõíáìéêÞ, ãéáôß óå ìïñéáêü åðßðåäï åîáêïëïõèïýí íá ãßíïíôáé ìåôáâïëÝò. Ïé

627

ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéóôñüöùí áíôéäñÜóåùí Þ äéáäéêáóéþí åßíáé ßóåò êáé ãé' áõôü áëëçëïåîïõäåôåñþíïíôáé. ~Åôóé, óå Ýíá êëåéóôü óýóôçìá, óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ðïôÝ êáììßá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç äåí ïëïêëçñþíåôáé. Áí êáé ìéêñÝò, êÜðïéåò êáèïñéóìÝíåò óõãêåíôñþóåéò ôïõ êáèåíüò áðü ôá áíôéäñþíôá ðñÝðåé íá ðáñáìÝíïõí ðÜíôá, üôáí áðïêáèßóôáôáé éóïññïðßá. Óå Ýíá áíïéêôü óýóôçìá ìéá áíôßäñáóç ìðïñåß íá ïëïêëçñùèåß åî áéôßáò ôçò äéáöõãÞò Þ ôçò áðïìáêñýíóåùò åíüò Þ ðåñéóóïôÝñùí áðü ôá ðñïúüíôá. Ç ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá ïé äéÜöïñåò áíôéäñÜóåéò Þ óõóôÞìáôá éóïññïðïýí ðïéêßëëåé óçìáíôéêÜ. ~Åíáò êáôáëýôçò åðéôá÷ýíåé ôüóï ôçí êáíïíéêÞ áíôßäñáóç üóï êáé ôçí áíôßóôñïöÞ ôçò êáôÜ ôïí ßäéï âáèìü. Ãé' áõôü áðëÜ êáé ìüíï áõîÜíåé ôçí ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá ìéá áíôßäñáóç öèÜíåé óôçí éóïññïðßá. Äåí åðçñåÜæåé ôç èÝóç áõôÞò ôçò éóïññïðßáò. Ôá ðïéïôéêÜ áðïôåëÝóìáôá ðïõ Ý÷ïõí ïé áëëáãÝò ôçò ðéÝóåùò, ôçò èåñìïêñáóßáò êáé ôçò óõãêåíôñþóåùò ðÜíù óôç èÝóç ôçò éóïññïðßáò ðñïâëÝðïíôáé áðü ôçí Áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier. Ç

áñ÷Þ áõôÞ ïñßæåé üôé, üôáí Ýíá óýóôçìá âñßóêåôáé óå éóïññïðßá, ðñáãìáôïðïéïýíôáé óå áõôü ôÝôïéåò äéáäéêáóßåò ðïõ ôåßíïõí íá áíáéñÝóïõí ïðïéáäÞðïôå áëëáãÞ óôç èåñìïêñáóßá, ôçí ðßåóç Þ ôç óõãêÝíôñùóç. Ç èÝóç ôçò éóïññïðßáò êáèïñßæåôáé ðïóïôéêÜ ãéá ìéá ïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá áðü ôçí áñéèìçôéêÞ ôéìÞ ôçò óôáèåñÜò éóïññïðßáò ôçò áíôéäñÜóåùò. ÐñïêåéìÝíïõ ãéá ôçí áíôßäñáóç áÁ + â + ãà = äÄ + åÅ + æÆ

ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò åßíáé ç áêüëïõèç:

Ðñüêåéôáé ãéá ôï Íüìï ×çìéêÞò Éóïññïðßáò. Óå áõôüí ôï íüìï õðáêïýåé åðßóçò ç éóïññïðßá äéáëõôüôçôáò. Ãéá áðëÜ ìïñéáêÜ äéáëýìáôá ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò åßíáé üìïéá ìå ôç äéáëõôüôçôá óå moles áíÜ ëßôñï. Ãéá éïíôéêÜ äéáëýìáôá, ï ôýðïò ôçò éóïññïðßáò ïíïìÜæåôáé ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Ðüôå ëÝãåôáé üôé Ýíá õãñü âñßóêåôáé óå éóïññïðßá ìå ôïõò áôìïýò ôïõ; 2. Íá äþóåôå Ýíá ðáñÜäåéãìá ðïõ íá êáèéóôÜ óáöÞ ôçí åîÞò äéáôýðùóç: “Ç éóïññïðßá ÷áñáêôçñßæåôáé áðü óôáèåñüôçôá ìáêñïóêïðéêþí éäéïôÞôùí”. 3. Ôé óçìáßíåé áêñéâþò ç Ýííïéá ôçò “éóüôçôáò” óå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç ðïõ âñßóêåôáé óå êáôÜóôáóç éóïññïðßáò; 4. Ôé åííïïýìå ëÝãïíôáò üôé ìéá áíôßäñáóç “ïäçãåßôáé óå ïëïêëÞñùóç”; Íïìßæåôå üôé áõôü óõìâáßíåé óå Ýíá êëåéóôü Þ óå Ýíá áíïéêôü óýóôçìá; Íá äéêáéïëïãÞóåôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. 5. Ìðïñåß ìéá óôáãüíá íåñïý, üôáí ôïðïèåôçèåß ìÝóá óå Ýíá êëåéóôü äï÷åßï, íá äçìéïõñãÞóåé ìéá êáôÜóôáóç éóïññïðßáò ëüãù ôçò ôÜóåùò ôùí áôìþí ôïõ; Íá äéêáéïëïãÞóåôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. 6. Ãéáôß áíáöÝñïíôáé ïé ÷çìéêÝò éóïññïðßåò ùò äõíáìéêÝò; 7. Ôé åðßäñáóç Ý÷åé Ýíáò êáôáëýôçò óôéò óõíèÞêåò éóïññïðßáò åíüò ÷çìéêïý óõóôÞìáôïò;

8. Óå ðïéá óõìðåñÜóìáôá ó÷åôéêÜ ìå ôçí éóïññïðßá ìáò ïäçãïýí ôá ðåéñÜìáôá ðïõ áêïëïõèïýí êáé ôá ïðïßá ðñáãìáôïðïéÞèçêáí óôïõò 25°C; (á) Óå Ýíá êéëü áëÜôé ðñïóôßèåôáé óôáäéáêÜ Ýíá ëßôñï íåñü (ëßãá êõâéêÜ åêáôïóôÜ êÜèå öïñÜ). Ìüíï ìÝñïò ôïõ áëáôéïý äéáëýåôáé. (â) ~Åíá ìåãÜëï äï÷åßï ðåñéÝ÷åé Ýíá êéëü áëÜôé, ôï ïðïßï ñß÷íïìå óôáäéáêÜ ìÝóá óå Ýíá ëßôñï íåñïý. Äéáëýåôáé ç ßäéá ðïóüôçôá áëáôéïý ðïõ äéáëýèçêå êáé óôï ðåßñáìá (á). 9. Ãéáôß óå üëåò ôéò áíáöïñÝò ðïõ Ýãéíáí ó÷åôéêÜ ìå ôç ÷çìéêÞ éóïññïðßá ïé óõãêåíôñþóåéò åêöñÜóèçêáí ðÜíôá óå moles áíÜ ìïíÜäá üãêïõ êáé ü÷é óå ãñáììÜñéá áíÜ ìïíÜäá üãêïõ; 10. Ç åðüìåíç ÷çìéêÞ åîßóùóç ðáñéóôÜíåé ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óå õäñïãüíï êáé ÷ëþñéï ìå ó÷çìáôéóìü õäñï÷ëùñßïõ: Ç2(á) + Cl2(á) (á)

Íá

2ÇCl(á) + 44,0 kcal

áíáöÝñåôå

ôÝóóåñá

óçìáíôéêÜ

628

óõìâÜíôá ðïõ åêöñÜæïíôáé ìå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç. (â) Ðïéïé åßíáé ôñåéò óçìáíôéêïß ðáñÜãïíôåò ðïõ åíäéáöÝñïõí üóïí áöïñÜ óôçí åîÝëéîç áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò êáé ãéá ôïõò ïðïßïõò äåí äßíåôáé êÜðïéá ðëçñïöïñßá; 11. ÐñïóÝîôå ôçí áëëáãÞ öÜóåùò ðïõ ðåñéãñÜöåôáé áðü ôçí åðüìåíç åîßóùóç: èåñìüôçôá + Ç2Ï(õã)

Ç2Ï(á)

(á) Ôé áðïôÝëåóìá èá Ý÷åé ç ìåßùóç ôïõ üãêïõ ðïõ ðñïêáëåßôáé ìå áýîçóç ôçò ðéÝóåùò; (â) Ôé áðïôÝëåóìá èá Ý÷åé áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò; (ã) Ôé áðïôÝëåóìá èá Ý÷åé ç åéóáãùãÞ ðïóüôçôáò áôìïý óôï êëåéóôü óýóôçìá; 12. ÐñïóÝîôå ôçí áêüëïõèç áíôßäñáóç: 4HCl(á) + Ï2(á)

2Ç2Ï(á) + 2Cl2(á) + 27 kcal

Ðïéá åðßäñáóç èá Ý÷ïõí ïé åðüìåíåò áëëáãÝò óôç óõãêÝíôñùóç ôïõ Cl2; Íá äéêáéïëïãÞóåôå ôéò áðáíôÞóåéò óáò. (á) Áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò. (â) Ìåßùóç ôçò óõíïëéêÞò ðéÝóåùò. (ã) Áýîçóç ôçò óõãêåíôñþóåùò ôïõ Ï2. (ä) Áýîçóç ôïõ üãêïõ ôïõ äï÷åßïõ ôçò áíôéäñÜóåùò. (å) ÐñïóèÞêç åíüò êáôáëýôç. 13. Íá ãñÜøåôå ôçí åîßóùóç äéáóðÜóåùò ôïõ ÇÉ(á) óôá óôïé÷åßá ðïõ ôï áðïôåëïýí. (á) Êáèþò áõîÜíåôáé ç èåñìïêñáóßá, ôï ÇÉ èá äéáóðÜôáé ðåñéóóüôåñï Þ ëéãüôåñï; ÄÇ = –6,2 kcal/mole ÇÉ(á). (â) Áí äéáóðáóèïýí 0,050 moles ÇÉ, ðüóá ãñáììÜñéá éùäßïõ èá õðÜñ÷ïõí êáôÜ ôçí éóïññïðßá; 14. ÐáñáôçñÞóôå ôá åðüìåíá äýï îå÷ùñéóôÜ êëåéóôÜ óõóôÞìáôá êáôÜ ôçí éóïññïðßá. (á) ÇÉ êáé ôá óôïé÷åßá áðü ôá ïðïßá ó÷çìáôßóèçêå. (â) Ç2S êáé ôá óôïé÷åßá áðü ôá ïðïßá ó÷çìáôßóèçêå. Ôé èá óõìâåß óôï êÜèå óýóôçìá, áí áõîçèåß ç óõíïëéêÞ ðßåóç; Íá õðïôåèåß üôé üëá ôá áíôéäñþíôá êáé ôá ðñïúüíôá åßíáé áÝñéá. 15. Ôï êáèÝíá áðü ôá åðüìåíá óõóôÞìáôá âñßóêåôáé óå éóïññïðßá. ~Ïôáí ðñïóôåèåß óôï êÜèå óýóôçìá ôï áíôéäñþí ðïõ áíáöÝñåôáé óôç óõíÝ÷åéá, íïìßæåôå üôé ç óõãêÝíôñùóç éóïññïðßáò ôçò êÜèå ïõóßáò èá áõîçèåß, èá

ìåéùèåß Þ äåí èá äåßîåé íá ìåôáâÜëåôáé; (á) Áíôßäñáóç: C2H6(á) Ç2(á) + C2H4(á) Aíôéäñþí ðïõ ðñïóôßèåôáé: Ç2(á) (â) Áíôßäñáóç: Cu2+(õä) + 4ÍÇ3(á) Cu(NH3)42+(õä) Aíôéäñþí ðïõ ðñïóôßèåôáé: CuSO4(óô) (ã) Áíôßäñáóç: Ag+(õä) + Cl–(õä) AgCl(óô) Áíôéäñþí ðïõ ðñïóôßèåôáé: AgCl(óô) (ä) Áíôßäñáóç: PbSO4(óô) + Ç+(õä) Pb2+(õä) + (HSO4–(õä) Aíôéäñþí ðïõ ðñïóôßèåôáé: Pb(NO3)2(óô) 16.ÐñïóÝîôå ôçí åðüìåíç éóïññïðßá: SO2(á) + ½O2(á)

SO3(á) + 23 kcal

(á) Ðïéåò óõíèÞêåò åõíïïýí õøçëÞ óõãêÝíôñùóç éóïññïðßáò ôïõ SO3; (â) Ðüóá ãñáììÜñéá áåñßïõ ïîõãüíïõ ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá ó÷çìáôéóèåß 1,00 ãñáììÜñéï SO3; 17. Ç åðüìåíç áíôßäñáóç ðñáãìáôïðïéåßôáé óå Ýíá êëåéóôü óýóôçìá óå èåñìïêñáóßá 450°C. Ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò ôçò óôç óõãêåêñéìÝíç èåñìïêñáóßá åßíáé 50,0. Ç2(á) + É2(á)

2ÇÉ(á)

Ðïéá åßíáé ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò ôçò áíôßóôñïöçò áíôéäñÜóåùò óôïõò 450°C; 18. Íá ãñÜøåôå ôç ó÷Ýóç ôïõ íüìïõ éóïññïðßáò ãéá êáèåìéÜ áðü ôéò åðüìåíåò áíôéäñÜóåéò: (á) Í2(á) + 3Ç2(á) (â) CO(á) + NO2(á)

2ÍÇ3(á) CO2(á) + NO(á)

Zn2+(õä) + 2Ag(óô) 2+ – Pb (õä) + 2I (õä)

(ã) Zn(óô) + 2Ag+(õä) (ä) PbI2(óô)

(å) CN–(õä) + H2O(õã)

HCN(õä) + OH–(õä) 19. Ìå ôç âïÞèåéá ôùí óôáèåñþí éóïññïðßáò, ïé ïðïßåò äßíïíôáé, íá ïñßóåôå ðïéá áðü ôéò åðüìåíåò áíôéäñÜóåéò ðëçóéÜæåé ðåñéóóüôåñï óôçí ïëïêëÞñùóÞ ôçò. Íá äéêáéïëïãÞóåôå ôéò áðáíôÞóåéò óáò. (á) CH3COOH(õä) Ç+(õä) CH3COO–(õä) K = 1,8 x 10–5 (â) CdS(óô) Cd2+(õä) + S2–(õä) –28 K = 7,1 x 10 (ã) Ç+(õä) + HS–(õä) H2S(õä)

+

629

K = 1,0 x 107 20. ÐáñáôçñÞóôå ôçí åðüìåíç áíôßäñáóç: 2ÇÉ(á)

(á) BaSO4(óô) (â) Zn(OH)2 (ã) Ca3(PO4)2 (óô)

Ç2(á) + É2(á)

Ïé ìåñéêÝò ðéÝóåéò ôùí áåñßùí óå éóïññïðßá, óôïõò 448°C, åßíáé ïé áêüëïõèåò: ÇÉ = 4 x 10–3 atm H2 = 7,5 x 10–3atm I2 = 4,3 x 10–5atm Ðïéá åßíáé ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò; 21. Óå Ýíá öëõôæÜíé ôïõ êáöÝ ðñïóôßèåôáé æÜ÷áñç, ìÝ÷ñéò üôïõ íá ìçí äéáëýåôáé Üëëç ðïóüôçôá. Ç ðñïóèÞêç ìéáò åðß ðëÝïí êïõôáëéÜò æÜ÷áñçò èá áõîÞóåé Üñáãå ôçí ôá÷ýôçôá ìå ôçí ïðïßá ôá ìüñéá ôçò æÜ÷áñçò åãêáôáëåßðïõí ôçí êñõóôáëëéêÞ öÜóç êáé åéóÝñ÷ïíôáé óôçí õãñÞ; Ìå ôçí ôåëåõôáßá ðñïóèÞêç æÜ÷áñçò èá áõîçèåß ç ãëõêéÜ ãåýóç ôïõ õãñïý; ÄéêáéïëïãÞóôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò. 22. Ùò ðñïò ôé äéáöÝñåé Ýíá õäáôéêü äéÜëõìá éùäßïõ áðü Ýíá õäáôéêü äéÜëõìá Üëáôïò; 23. Áò õðïôåèåß üôé ïé áêüëïõèåò åíþóåéò äéáëýïíôáé óå íåñü êáé ó÷çìáôßæïõí óôï äéÜëõìá ÷ùñéóôÜ éüíôá. Íá ãñÜøåôå ôïõò ôýðïõò êáé ôá ïíüìáôá ôùí éüíôùí, ôá ïðïßá áíáìÝíåôå íá ó÷çìáôéóèïýí. (á) ÇÉ (ä) Ba(OH)2 (â) CaCl2 (å) KNO3 (ã) Na2CO3 (óô) NH4Cl 24. Íá ãñÜøåôå ôïí ôýðï ôïõ ãéíïìÝíïõ äéáëõôüôçôáò åíüò õäáôéêïý äéáëýìáôïò ôçò êÜèå ìéáò áðü ôéò åðüìåíåò åíþóåéò: (á) áíèñáêéêïý áóâåóôßïõ, (â) èåéïý÷ïõ áñãýñïõ, (ã) õäñïîåéäßïõ ôïõ áñãéëßïõ. 25. Ôï ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò ôïõ AgCl óôïõò 100°C åßíáé 1,4 x 10–4. Ná õðïëïãßóåôå ôç äéáëõôüôçôá ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ áñãýñïõ óå âñáóôü íåñü, óå moles áíÜ ëßôñï. 26. ÐåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé 0,0059 ãñáììÜñéá ôïõ SrCO3 äéáëýïíôáé óå 1,0 ëßôñï íåñïý óôïõò 25°C. Ðïéá åßíáé ç Êãä ôïõ SrCO3; 27. Íá ãñÜøåôå ôïí ôýðï ôïõ ãéíïìÝíïõ äéáëõôüôçôáò ãéá êÜèå ìßá áðü ôéò åðüìåíåò áíôéäñÜóåéò:

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

Ba2+(õä) + SO42–(õä) Zn2+(õä) + 2OH–(õä) 3Ca2+(õä) + 2PO43–(õä) Ðüóá ÷éëéïóôÜ ôïõ ãñáììáñßïõ âñùìéïý÷ïõ áñãýñïõ äéáëýïíôáé óå 20 ëßôñá íåñïý, óôïõò 25°C; Íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôá óôïé÷åßá ôïõ ðßíáêá 22.5. Óå Ýíá ëßôñï 0,001 Ì H2SO4 ðñïóôßèåíôáé 0,002 moles óôåñåïý Pb(NO3)2. ~Ïôáí äéáëýåôáé ï íéôñéêüò ìüëõâäïò, íïìßæåôå üôé èá êáôáâõèéóèåß èåééêüò ìüëõâäïò; Íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôá óôïé÷åßá ôïõ ðßíáêá 22.5. Áò õðïôåèåß üôé 10 ml ÁgNO3 1,0 M áñáéþíïíôáé óå Ýíá ëßôñï ìå íåñü ôçò âñýóçò. Áí ç óõãêÝíôñùóç ÷ëùñéþíôùí (Cl–) óôï íåñü åßíáé ðåñßðïõ 10–5 Ì, èá ó÷çìáôéóôåß ßæçìá ÷ëùñéïý÷ïõ áñãýñïõ; Íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôá óôïé÷åßá ôïõ ðßíáêá 22.5. Áí áíáìé÷èïýí 0,5 ëßôñá äéáëýìáôïò 2 x 10–3 M AlCl3 êáé 0,5 ëßôñá äéáëýìáôïò 4 x 10–2 M ÍaOH êáé áñáéùèïýí óôá 103 ëßôñá ìå íåñü, óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ, èá ðñïêýøåé Ýíá ßæçìá óå éóïññïðßá; Ç Êãä ãéá ôï Al(OH)3 åßíáé 5 x 10–33. Ç äéáëõôüôçôá ôïõ ÷ëùñéïý÷ïõ áñãýñïõ åßíáé ôüóï ÷áìçëÞ, þóôå, üôáí ðñïóôåèåß ðåñßóóåéá äéáëýìáôïò ÷ëùñéïý÷ïõ íáôñßïõ óå äéÜëõìá íéôñéêïý áñãýñïõ, ó÷åäüí üëïò (åêôüò áðü ìéá åëÜ÷éóôç ðïóüôçôÜ ôïõ) êáèéæÜíåé. Ðüóï ßæçìá èá ó÷çìáôéóèåß, üôáí ðñïóôåèïýí 100 ml 0,5 M NaCl óå 50 ml 0,1 M AgNO3; ÁíáöÝñáôå ôïõò ðáñÜãïíôåò ðïõ ðñïóäéïñßæïõí ôçí ôá÷ýôçôá äéáëýóåùò. Íá ðñïôåßíåôå äýï ìåèüäïõò, ãéá íá áõîÞóåôå ôçí ôá÷ýôçôá äéáëýóåùò ôïõ éùäßïõ óôï íåñü. Íá óõãêñßíåôå ôçí ôá÷ýôçôá äéáëýóåùò óôï íåñü åíüò ìüíï êñõóôÜëëïõ Üëáôïò ìå ìÜæá åíüò ãñáììáñßïõ, ìå åêåßíç ëåðôþí êüêêùí Üëáôïò ìå óõíïëéêÞ ìÜæá åðßóçò åíüò ãñáììáñßïõ. Ðïéïò åßíáé ï óõíôåëåóôÞò, ï ïðïßïò, áí êáé äåí õðåéóÝñ÷åôáé óôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò

KÅÖÁËÁÉÏ ÅÉÊÏÓÔÏ ÔÑÉÔÏ

ÏîÝá êáé âÜóåéò

Ôï ïîý Þ ç âÜóç ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óå Ýíá äéÜëõìá åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèåß åýêïëá ìå ôçí áðëÞ äéÜôáîç ðïõ åéêïíßæåôáé óôçí öùôïãñáößá.

631

Ôá ïîÝá êáé ïé âÜóåéò Ý÷ïõí “÷çìéêÝò éäéüôçôåò”, ðïõ ôéò ãíùñßæåôå áðü ôçí êáèçìåñéíÞ óáò åìðåéñßá. Ïé éäéüôçôåò áõôÝò âïçèïýí ãåíéêÜ óôïí ðñïóäéïñéóìü åíüò ïîÝïò Þ ìéáò âÜóåùò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ôá ïîÝá äéáâñþíïõí ôï ìÝôáëëï êáé Ý÷ïõí üîéíç ãåýóç. Ôüóï ôï îýäé üóï êáé ï ÷õìüò ôïõ ëåìïíéïý ðåñéÝ÷ïõí ïîÝá. Ç ãíùóôÞ äéÜâñùóç ðïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé ãýñù áðü ôïõò ðüëïõò åíüò óõóóùñåõôÞ áõôïêéíÞôïõ åßíáé áðïôÝëåóìá ôçò äñÜóåùò ôïõ èåééêïý ïîÝïò, ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óôï óõóóùñåõôÞ. Êáé ïé âÜóåéò,* (ç óôÜêôç, ç áììùíßá êáé ç óüäá ôïõ åìðïñßïõ) ðñïêáëïýí äéÜâñùóç. ~Oôáí ôñßøïìå ìå ôá äÜêôõëÜ ìáò Ýóôù êáé Ýíá áñáéü äéÜëõìá êÜðïéáò âÜóåùò, ôï

áéóèáíüìáóèå íá ãëéóôñÜ. Ôüóï ôá ïîÝá üóï êáé ïé âÜóåéò** åßíáé ÷çìéêÝò ïõóßåò–êëåéäéÜ ãéá üëåò ôéò ÷çìéêÝò äéáäéêáóßåò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé êõñßùò óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá. ÐïëëÝò åßíáé ïé åíäéáöÝñïõóåò êáé âáóéêÝò åñùôÞóåéò ðïõ ðñïâÜëëïõí áðü ôç óôéãìÞ ðïõ áñ÷ßæåé êÜðïéïò íá äéåñåõíÜ áõôïýò ôïõò äýï îå÷ùñéóôïýò ôýðïõò åíþóåùí. Ðïéá ó÷Ýóç Ý÷ïõí ôá ïîÝá êáé ïé âÜóåéò ìå ôï íåñü; ÕðÜñ÷ïõí êÜðïéá Üôïìá Þ ïìÜäåò áôüìùí êïéíÜ óå üëá, Þ ôïõëÜ÷éóôïí óôá ðåñéóóüôåñá ïîÝá Þ âÜóåéò, ôá ïðïßá åßíáé õðåýèõíá ãé' áõôÝò ôéò ãåíéêÝò ïìïéüôçôÝò ôïõò; Ôá ïîÝá êáé ïé âÜóåéò åíéó÷ýïõí Þ åîïõäåôåñþíïõí ôï Ýíá ôéò éäéüôçôåò ôïõ Üëëïõ; Óôï êåöÜëáéï ðïõ

Áêüìá êáé ôï íåñü åßíáé Ýíáò çëåêôñïëýôçò 23.1 Éó÷õñïß êáé áóèåíåßò çëåêôñïëýôåò. Ïé çëåêôñïëýôåò åîåôÜóèçêáí óôá êåöÜëáéá 17 êáé 22. Ðñüêåéôáé ãéá ïõóßåò, ïé ïðïßåò äéáëýïíôáé óôï íåñü êáé äßíïõí äéáëýìáôá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí éüíôá. Äéáëýìáôá áõôïý ôïõ åßäïõò åßíáé áãþãéìá. Ðáñáäåßãìáôá áðïôåëïýí ôá äéáëýìáôá ôùí çëåêôñïëõôþí HCl(á) êáé NaOH(óô). HCl(á) + íåñü Õ Ç+(õä) + Cl–(õä) NaOH(óô) + íåñü Õ Na+(õä) + ÏÇ–(õä)

(1) (2)

Óýìöùíá ìå ôçí áíôßäñáóç (1), üôáí äéáëýåôáé áÝñéï ÇCl óå íåñü, üëá ôá ìüñéá ôïõ HCl äéáóðþíôáé Þ äéßóôáíôáé óå éüíôá Ç+(õä) êáé Cl–(õä). Äåí õðÜñ÷åé ðåéñáìáôéêÞ Ýíäåéîç ôçò ðáñïõóßáò ìïñßùí HCl óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá õäñï÷ëùñéêïý ïîÝïò. Ãéá ôï ëüãï áõôü ïé ÷çìéêïß èåùñïýí üôé ç äéÜóôáóç ôïõ HCl åßíáé ðëÞñçò. ÊáôÜ áíÜëïãï ôñüðï, äåí õðÜñ÷åé Ýíäåéîç ãéá ôçí ðáñïõóßá ìïñßùí NaOH óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá. Åßíáé ðñïöáíÝò üôé ïé êñýóôáëëïé ôïõ õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ äéáóðþíôáé ôåëåßùò óå éüíôá íáôñßïõ, Na+(õä), êáé õäñïîõëéüíôá, ÏÇ–(õä). Ìéá ïõóßá, ç ïðïßá äéáëýåôáé êáé äéßóôáôáé ðëÞñùò óå éüíôá, ïíïìÜæåôáé éó÷õñüò çëåêôñïëýôçò. ~Ïëåò ïé ïõóßåò ïé ïðïßåò ó÷çìáôßæïõí áãþãéìá äéáëýìáôá äåí äéáóðþíôáé åî ßóïõ ôÝëåéá. Ãéá

ðáñÜäåéãìá ôï îýäé åßíáé õäáôéêü äéÜëõìá ôïõ ïîéêïý ïîÝïò. ~Åíá äéÜëõìá áõôïý ôïõ åßäïõò Üãåé ôï çëåêôñéêü ñåýìá, ðñÜãìá ðïõ ïäçãåß óôï óõìðÝñáóìá üôé õðÜñ÷ïõí óå áõôü éüíôá: CH3COOH(õä)

Ç+(õä) + CH3COO–(õä) (3)

~Ïìùò, ç áãùãéìüôçôá åíüò äéáëýìáôïò 0,1 Ì ïîéêïý ïîÝïò åßíáé ðïëý ìéêñüôåñç áðü áõôÞí åíüò äéáëýìáôïò 0,1 Ì õäñï÷ëùñéêïý ïîÝïò. Áõôü ìáæß ìå Üëëá ðáñáäåßãìáôá äåß÷íïõí üôé ìüíï Ýíá ìéêñü ìÝñïò ôïõ äéáëõìÝíïõ ïîéêïý ïîÝïò ó÷çìÜôéóå éüíôá. Ìéá ïõóßá áõôïý ôïõ åßäïõò, ðïõ äéáëýåôáé áëëÜ äéßóôáôáé ìåñéêþò óå éüíôá, ïíïìÜæåôáé áóèåíÞò çëåêôñïëýôçò.

23.2 Ôï íåñü åßíáé Ýíáò áóèåíÞò çëåêôñïëýôçò. Ôï êáèáñü íåñü äåí Üãåé åýêïëá ôï çëåêôñéêü ñåýìá. ~Ïìùò, Ýíá åõáßóèçôï üñãáíï ìåôñÞóåùò äåß÷íåé üôé áêüìç êáé ôï ðéï êáèáñü íåñü ÷áñáêôçñßæåôáé áðü ìßá, Ýóôù ðïëý ìéêñÞ, áãùãéìüôçôá. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ôï íåñü èá ðñÝðåé íá äéßóôáôáé óå ðïëý ìéêñü âáèìü êáé íá ó÷çìáôßæåé éüíôá. Ðñüêåéôáé ãéá ôá éüíôá õäñïãüíïõ, Ç+(õä), êáé ôá õäñïîõëéüíôá, ÏÇ–(õä).

* Ó.ô.Ì. Ïé âÜóåéò ïíïìÜæïíôáé êáé áëêÜëéá, åðåéäÞ ïé éó÷õñüôåñåò âÜóåéò ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôá ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí. ** Ó.ô.Ì. Åííïåß ôá áíüñãáíá ïîÝá êáé ôéò âÜóåéò.

632

Ç2Ï(õã)

Ç+(õä) + ÏÇ–(õä)

(4)

Åßíáé ìéá éóïññïðßá, ç ïðïßá ðåñéëáìâÜíåé ôñßá åßäç óôçí õãñÞ öÜóç, ôï Ç2Ï(õä), ôï Ç+(õä) êáé ôï ÏÇ–(õä). Ç ó÷Ýóç ôï íüìïõ éóïññïðßáò ãéá ôçí åîßóùóç (4) åßíáé ç ðáñáêÜôù: (5)

Ç óõãêÝíôñùóç ôùí moles ôïõ Ç2Ï ìÝóá óôá õäáôéêÜ äéáëýìáôá, óôçí ðñáãìáôéêüôçôá åßíáé 55,5 Ì. ÅðåéäÞ Ýíá ëßôñï íåñïý óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ Ý÷åé ìÜæá 1000 g, óå Ýíá ëßôñï íåñïý èá õðÜñ÷ïõí

ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí ãéá ôïõò õðïëïãéóìïýò ôçò äéáëõôüôçôáò. Óôçí áíôßäñáóç (4), ãéá êÜèå éüí ÏÇ–(õä) ó÷çìáôßóèçêå Ýíá éüí Ç+(õä). ~Áñá, óôï êáèáñü íåñü, üðïõ ç ìüíç ðçãÞ éüíôùí åßíáé ç áíôßäñáóç (4), ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí éüíôùí Ç+(õä) êáé ÏÇ–(õä) èá ðñÝðåé íá åßíáé ßóåò. [ÏÇ–] = [Ç+]

(8)

Áí áíôéêáôáóôáèåß ç åîßóùóç (8) óôïí ôýðï ôçò éóïññïðßáò (6), õðïëïãßæïíôáé ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí äýï åéäþí éüíôùí.

Þ 55,5 moles íåñïý. (9)

Áöïý ó÷çìáôßæïíôáé ôüóï ëßãá éüíôá, ç óõãêÝíôñùóç ôùí ìç äééóôáìÝíùí ìïñßùí ôïõ Ç2Ï èåùñåßôáé åîáéñåôéêÜ óôáèåñÞ. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ï ôýðïò (5) áðëïðïéåßôáé, óõíÞèùò åíóùìáôþíïíôáò ôï óõíôåëåóôÞ 55,5 ìÝóá óôç óôáèåñÜ. ~Ïôáí óõìâáßíåé êÜôé ôÝôïéï, ïé ÷çìéêïß óõíçèßæïõí íá óõìâïëßæïõí ôç óôáèåñÜ ìå ôï Êw, ãéá íá äçëþíïõí üôé ðåñéëáìâÜíåôáé óôï óõíôåëåóôÞ êáé ç óõãêÝíôñùóç ôïõ íåñïý, [Ç2Ï]. ~Åôóé, Êw ïñßæåôáé ùò ôï ãéíüìåíï [Ç+] åðß [ÏÇ–]: Êw = [Ç+] [ÏÇ–]

(6)

Åýêïëá äéáðéóôþíåôå ôç ó÷Ýóç ðïõ Ý÷åé áõôü ôï ãéíüìåíï ìå ôï Ê. Áí ðïëëáðëáóéáóèïýí êáé ôá äýï ìÝëç ôçò åîéóþóåùò (5) ìå ôï [Ç2Ï], ëáìâÜíåôáé ç åîÞò ó÷Ýóç: [Ç2Ï] x Ê = [ Ç+] [ÏÇ–]. Áðü ôçí åîßóùóç áõôÞ áðïäåéêíýåôáé åýêïëá ç åðüìåíç ó÷Ýóç: Kw = [Ç+] [ÏÇ–] = 55,5 x Ê

(6á)

Ç Êw ïíïìÜæåôáé óôáèåñÜ äéáóôÜóåùò (Þ éïíôéóìïý). Ôï ìÝãåèïò ôçò Êw óôïõò 25°C åßíáé: Êw = 1,00 x 10–14 mole2/ëßôñï2

(7)

~Ïðùò üëåò ïé óôáèåñÝò éóïññïðßáò, ç ôéìÞ ôçò ðïéêßëëåé ìå ôç èåñìïêñáóßá. Ó÷åäüí üëïé üìùò ïé õðïëïãéóìïß óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá Ý÷ïõí ãßíåé óôïõò 25°C. Óôï âéâëßï áõôü èá áó÷ïëçèïýìå ìå ôçí Êw ìüíï óå áõôÞí ôç èåñìïêñáóßá. Ç ôéìÞ ôçò Êw, 10–14, åßíáé êÜôé ðïõ ðñÝðåé êÜðïéïò íá ôï èõìÜôáé, åðåéäÞ ôï íåñü áðïôåëåß ôïí ðéï óçìáíôéêü äéáëýôç. Áí åßíáé ãíùóôÞ ç ôéìÞ ôçò Êw, ôüôå ìðïñïýí íá õðïëïãéóèïýí ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí éüíôùí. Åöáñìüæïíôáé ïé ßäéåò ìÝèïäïé

Ìå ôç âïÞèåéá ôçò åîéóþóåùò (8), ãñÜöåôáé êáé ç ðáñáêÜôù ó÷Ýóç: [ÏÇ–] = [Ç+] = 1,00 x 10–7 Ì

(10)

Ôþñá ãßíåôáé êáôáíïçôÞ ç ìéêñÞ áãùãéìüôçôá ôïõ êáèáñïý íåñïý. Áí êáé ôï íåñü äéßóôáôáé óå éüíôá Ç+(õä) êáé ÏÇ–(õä), áõôü óõìâáßíåé óå ðïëý ìéêñü âáèìü. Óôçí éóïññïðßá, ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí éüíôùí åßíáé ìüíï 10–7 Ì. Ãé' áõôü ôï íåñü åßíáé Ýíáò ðïëý áóèåíÞò çëåêôñïëýôçò.

23.3 ÁëëáãÞ ôùí óõãêåíôñþóåùí ôùí éüíôùí Ç+ êáé ÏÇ–. ÌÜèáìå üôé ç êÜèå ìßá áðü ôéò óõãêåíôñþóåéò ôùí éüíôùí Ç+ êáé ÏÇ– óôï êáèáñü íåñü êáé óôïõò 25°C åßíáé ßóç ìå 10–7 Ì. Áò õðïôåèåß üôé ðñïóôßèåôáé óôï íåñü êÜðïéïò çëåêôñïëýôçò ï ïðïßïò äçìéïõñãåß éüíôá Ç+ Þ ÏÇ–. Ðþò èá åðçñåÜóåé áõôÞ ç ðñïóèÞêç ôéò óõãêåíôñþóåéò ôùí äýï éüíôùí; Áò õðïôåèåß ãéá ðáñÜäåéãìá üôé ðñïóôßèåôáé ëßãï ÇCl. Ôï HCl åßíáé Ýíáò éó÷õñüò çëåêôñïëýôçò^ üôáí äéáëýåôáé, äßíåé éüíôá Ç+(õä) êáé Cl–(õä). Ôï õäñï÷ëþñéï ðñïóèÝôåé óôï äéÜëõìá éüíôá Ç+(õä) áëëÜ ü÷é éüíôá ÏÇ–(õä). Áðü áõôÞí ôç óôéãìÞ êáé åöåîÞò, ïé óõãêåíôñþóåéò [Ç+] êáé [ÏÇ–] äåí åßíáé ðéá ßóåò. Åîáêïëïõèïýí üìùò íá óõíäÝïíôáé ìå ôç ó÷Ýóç éóïññïðßáò (6).

633

Êw = [Ç+] [ÏÇ–] Þ

(6) (11)

Ï ôýðïò (11) äåß÷íåé üôé üóï áõîÜíåôáé ç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç+, ôüóï ìåéþíåôáé ç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí ÏÇ–. Áò õðïôåèåß åðßóçò üôé óå êáèáñü íåñü ðñïóôßèåôáé õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ, NaOH. Ôï õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ åßíáé êáé áõôü Ýíáò éó÷õñüò çëåêôñïëýôçò, ï ïðïßïò ðñïóèÝôåé óôï äéÜëõìá éüíôá ÏÇ–. Ôþñá ç åîßóùóç (6) ìðïñåß íá îáíáãñáöåß ìå ôïí åðüìåíï ôñüðï:

Ç+ áíÜ ëßôñï. Ìéá óõãêÝíôñùóç ôçò ôÜîåùò ôïõ 10–7 (0,0000001 Ì) åßíáé ôüóï ìéêñÞ, óå óýãêñéóç ìå ôçí 0,10 Ì, þóôå åßíáé äõíáôüí íá áãíïçèåß. Áðïôåëåß ìüíï ôï 0,0001 ôoéò åêáôü ôïõ óõíüëïõ. Ìðïñåß Ýôóé íá ëå÷èåß üôé óå Ýíá äéÜëõìá 0,10 Ì HCl, ç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç+ åßíáé 0,10 Ì. Áí ôï [Ç+] åßíáé 0,10 Ì, ï ôýðïò (11) åðéôñÝðåé ôïí õðïëïãéóìü ôïõ [ÏÇ–].

(12) Åßíáé åìöáíÝò üôé áýîçóç ôçò óõãêåíôñþóåùò ôùí ÏÇ– ìåéþíåé ôç óõãêÝíôñùóç ôùí Ç+. Áõôü ðïõ Ý÷åé óçìáóßá íá êáôáíïÞóåôå åßíáé üôé ðñÝðåé ðÜíôá íá äéáôçñåßôáé ç åîßóùóç éóïññïðßáò (6). Ç óõãêÝíôñùóç ôïõ êáèåíüò áðü ôá éüíôá, Ç+ Þ ÏÇ–, ìðïñåß íá áõîçèåß ìüíï áí ôáõôü÷ñïíá ìåéùèåß ç óõãêÝíôñùóç ôïõ Üëëïõ. Åðß ðëÝïí, õðÜñ÷åé ìéá áêñéâÞò ðïóïôéêÞ ó÷Ýóç. Ôï ãéíüìåíï ôùí äõï óõãêåíôñþóåùí èá ðñÝðåé ðÜíôá íá Ý÷åé ôçí ßäéá ôéìÞ, ôçí ôéìÞ ôçò óôáèåñÜò Êw, áíåîÜñôçôá áðü ôçí ðïóüôçôá ôïõ åíüò Þ ôïõ Üëëïõ éüíôïò ðïõ Ý÷åé ðñïóôåèåß óôï äéÜëõìá. Áò äïýìå Ýíá ðáñÜäåéãìá. ÕðïèÝôïìå üôé 0,10 moles õäñï÷ëùñßïõ äéáëýïíôáé óå 1,0 ëßôñï íåñïý. ÅðåéäÞ ôï HCl åßíáé éó÷õñüò çëåêôñïëýôçò, ôá 0,10 moles ôïõ õäñï÷ëùñßïõ ó÷çìáôßæïõí óôïí üãêï ôïõ åíüò ëßôñïõ 0,10 moles éüíôùí Ç+(õä) êáé 0,10 moles éüíôùí Cl–(õä). O óõíïëéêüò áñéèìüò ôùí éüíôùí Ç+ ðïõ õðÜñ÷ïõí èá åßíáé ìåãáëýôåñïò áðü 0,10 moles ãéáôß ç äéÜóôáóç ôïõ íåñïý ðáñÝ÷åé åðßóçò áõôÜ ôá éüíôá, H+. ÃñÞãïñá üìùò êáôáëáâáßíåôå üôé ç óõìâïëÞ áõôÞ åßíáé ôüóï ìéêñÞ, óå ó÷Ýóç ìå ôçí ðïóüôçôá ðïõ ðáñÝ÷åôáé áðü ôï HCl, þóôå ìðïñåß íá áãíïçèåß. ÐñïêåéìÝíïõ íá ãßíåé êáôáíïçôü áõôü, áò èõìçèïýìå üôé óôï êáèáñü íåñü ç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç+ ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôç äéÜóôáóç ôùí ìïñßùí ôïõ íåñïý åßíáé ìüíï 10–7 Ì. Ç ôåñÜóôéá óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç+ ðïõ ðñïêëÞèçêå ìå ôçí ðñïóèÞêç ôïõ HCl óçìáßíåé üôé ç [ÏÇ–] èá ðñÝðåé íá ìåéùèåß, þóôå íá äéáôçñçèåß ôï ãéíüìåíï [Ç+] [ÏÇ–] = Êw. Ìå áõôÞí ôçí ðñïóèÞêç ôïõ HCl äéßóôáíôáé áêüìç ëéãüôåñá ìüñéá íåñïý. Ãé' áõôü ôï ßäéï ôï íåñü èá ó÷çìáôßóåé áêüìá ëéãüôåñá áðü 10–7 moles éüíôá

Ç ðñïóèÞêç ôùí 0,10 moles ôïõ HCl óôï 1,0 ëßôñï ôïõ íåñïý åëáôôþíåé ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí ÏÇ– áðü 10–7 Ì ðïõ åßíáé ç ôéìÞ ôïõò óôï êáèáñü íåñü óå 10–13 Ì. ÄçëáäÞ ç [ÏÇ–] áëëÜæåé êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ ôçò ôÜîåùò ôïõ åíüò åêáôïììõñßïõ (106). Åßíáé óáöÝò üôé áí äéáëõèïýí óå Ýíá ëßôñï íåñïý 0,10 moles NaOH, ç [ÏÇ–] éóïýôáé ìå 0,10 Ì êáé ç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç+ èá ìåéùèåß êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ ôçò ôÜîåùò ôïõ åíüò åêáôïììõñßïõ, óôçí ôéìÞ 1,0 x 10–13 Ì.

H åõêïëßá ìå ôçí ïðïßá ìðïñïýí ïé ÷çìéêïß íá åëÝãîïõí êáé íá ìåôáâÜëïõí ôéò óõãêåíôñþóåéò ôùí Ç+(õä) êáé ÏÇ–(õä) Ý÷åé ìåãÜëç óçìáóßá. Ôá éüíôá Ç+(õä) êáé ÏÇ–(õä) óõììåôÝ÷ïõí óå ðïëëÝò óçìáíôéêÝò áíôéäñÜóåéò ïé ïðïßåò ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìÝóá óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá. ~Åôóé, áí ôá éüíôá Ç+(õä) åßíáé ôá áíôéäñþíôá Þ ôá ðñïúüíôá ìéáò áíôéäñÜóåùò ç ìåôáâïëÞ ôçò óõãêåíôñþóåùò ôïõ éüíôïò õäñïãüíïõ êáôÜ Ýíá óõíôåëåóôÞ ôçò ôÜîåùò ôïõ 106 ìðïñåß íá Ý÷åé ôåñÜóôéåò óõíÝðåéåò. Ìéá áëëáãÞ áõôïý ôïõ åßäïõò óå ìéá áíôßäñáóç ðïõ âñßóêåôáé óå éóïññïðßá áðáéôåß óçìáíôéêÞ áëëáãÞ óôéò óõãêåíôñþóåéò üëùí ôùí Üëëùí áíôéäñþíôùí êáé ðñïúüíôùí, þóôå íá åîáêïëïõèÞóåé íá éó÷ýåé ï íüìïò ôçò éóïññïðßáò. Åðß ðëÝïí, õðÜñ÷ïõí ðïëëÝò áíôéäñÜóåéò ãéá ôéò ïðïßåò Þ ôï éüí ôïõ õäñïãüíïõ Þ ôï õäñïîõëéüí äñá ùò êáôáëýôçò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç êáôÜëõóç ôçò áðïóõíèÝóåùò ôïõ ìõñìçêéêïý ïîÝïò áðü ôï èåééêü ïîý áíáöÝñèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 21.10. Ôï ìõñìçêéêü ïîý åßíáé áñêåôÜ óôáèåñü, ìÝ÷ñé íá

634

áõîçèåß ç óõãêÝíôñùóç ôïõ éüíôïò õäñïãüíïõ. Ôüôå, ç ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò áðïóõíèÝóåþò ôïõ ãßíåôáé ðïëý ôá÷åßá, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 23-1. Åðéäñþíôáò óôéò óõíèÞêåò éóïññïðßáò êáé áëëÜæïíôáò ôéò ôá÷ýôçôåò áíôéäñÜóåùò, ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí éüíôùí Ç+(õä) êáé ÏÇ–(õä) âïçèïýí ôïõò ÷çìéêïýò íá åëÝã÷ïõí áíôéäñÜóåéò ìÝóá óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá.

23.4 ¼îéíá, âáóéêÜ êáé ïõäÝôåñá äéáëýìáôá. Ðñïóäéïñéóìüò ôïõ pH. Óôï êáèáñü íåñü éó÷ýåé ç ó÷Ýóç [Ç+] =[ ÏÇ–]. Ïé óõãêåíôñþóåéò áõôþí ôùí äýï éüíôùí èá ðáñáìåßíïõí ßóåò, Ýóôù êáé áí äéáëõèåß êÜðïéá ïõóßá óôï íåñü, ìå ôçí ðñïûðüèåóç üôé ç ïõóßá áõôÞ äå ó÷çìáôßæåé ïýôå éüíôá Ç+ áëëÜ ïýôå êáé éüíôá ÏÇ–, Þ äåí áíôéäñÜ ìå áõôÜ ôá éüíôá. Ôï óêÝôï êáèáñü íåñü Þ êÜèå äéÜëõìá ìÝóá, óôï ïðïßï éó÷ýåé ç ó÷Ýóç [Ç+] = [ÏÇ–], ëÝãåôáé üôé åßíáé ïõäÝôåñï. ~Ïîéíï åßíáé Ýíá äéÜëõìá, óôï ïðïßï ç [Ç+] åßíáé ìåãáëýôåñç áðü ôçí [ÏÇ–]. Óå Ýíá üîéíï äéÜëõìá óôïõò 25°C, ç [Ç+] åßíáé ìåãáëýôåñç áðü 10–7 Ì êáé ç [ÏÇ–] åßíáé ìéêñüôåñç áðü 10–7 M. Âáóéêü åßíáé åêåßíï ôï äéÜëõìá, óôï ïðïßï ç [ÏÇ–] åßíáé ìåãáëýôåñç áðü ôçí [Ç+]. Óå Ýíá âáóéêü äéÜëõìá óôïõò 25°C, ç [ÏÇ–] åßíáé ìåãáëýôåñç áðü 10–7 Ì, åíþ ç [Ç+] åßíáé ìéêñüôåñç áðü 10–7 Ì. Ç ïîýôçôá ôùí äéáëõìÜôùí åßíáé áðáñáßôçôï íá áíáöÝñåôáé ðïëý óõ÷íÜ. Ãé' áõôü, åßíáé ÷ñÞóéìï íá õðÜñ÷åé êÜðïéïò ôñüðïò åêöñÜóåùò ôçò ïîýôçôáò ðéï áðëüò áðü ôçí áñéèìçôéêÞ Ýêöñáóç ôçò [Ç+], ç ïðïßá óõíÞèùò åßíáé ìéá ðáñÜóôáóç ôïõ ôýðïõ 1,00 x 10–4 mole/ëßôñï. Óå áõôü ìáò âïçèÜ ç êëßìáêá ôïõ pH. Ï ôýðïò ôïõ pH äßíåôáé áðü ôçí áêüëïõèç åîßóùóç: pH = – log10[H+]

Ó×ÇÌÁ 23-1. Ìõñìçêéêü ïîý óôï ïðïßï äåí ðñïóåôÝèçóáí åðß ðëÝïí éüíôá Ç+ (áñéóôåñÜ). Ç ðñïóèÞêç ìéêñÞò ðïóüôçôáò èåééêïý ïîÝïò ðñïêáëåß ôá÷åßá áðïóýíèåóç ôïõ ìõñìçêéêïý ïîÝïò (äåîéÜ).

Ì HCl Ý÷åé [Ç+] = 10–3 mole áíÜ ëßôñï. Ôï pH ôïõ õðïëïãßæåôáé ìå ôïí ðáñáêÜôù ôñüðï: pH = –log10[10–3] = –(–3) = 3

Eî Üëëïõ, Ýíá âáóéêü äéÜëõìá Ý÷åé pH ìåãáëýôåñï ôïõ 7. Ãéá ðáñÜäåéãìá, Ýíá äéÜëõìá 0,001 Ì NaOH Ý÷åé pH, ôï ïðïßï õðïëïãßæåôáé áðü ôéò åðüìåíåò åîéóþóåéò: (12)

(13)

Tï êáèáñü íåñü óôïõò 25°C Ý÷åé [Ç+] = 1,00 x 10 mole/ëßôñï. ~Åôóé, ç ôéìÞ ôïõ pH åíüò ïõäÝôåñïõ äéáëýìáôïò éóïýôáé ìå: –7

–log10(1,00 x 10–7) = –log10(1,00) – log1010–7. ÅðåéäÞ –log10(1,00) = 0 pH = –log10[10–7] = –(–7) = 7

~Eíá äéÜëõìá ôï ïðïßï Ý÷åé pH ìéêñüôåñï áðü 7, åßíáé üîéíï. Ãéá ðáñÜäåéãìá, Ýíá äéÜëõìá 0,001

Tï óýìâïëï pH ÷ñçóéìïðïéÞèçêå ðñþôá áðü ôïí Äáíü ÷çìéêü Sïrenson. Ôï p ðñïêýðôåé áðü ôç äáíÝæéêç ëÝîç potenz (äýíáìç) êáé ôï H áðü ôï éüí õäñïãüíïõ. Ìéá êïéíÞ ìÝèïäïò åõñÝóåùò ôïõ pH åíüò äéáëýìáôïò åßíáé ç ÷ñÞóç åíüò pH-ìÝôñïõ (ðå÷áìÝôñïõ), üðùò áõôü ðïõ åéêïíßæåôáé óôï ó÷Þìá 23-2.

635

åíÝñãåéá: H2O(õã) + 13,68 kcal Õ H+(õä) + OH–(õä) (14) Þ H2O(õã) Õ H+(õä) + OH–(õä) ÄH = 13,68 kcal (15)

~Oðùò öáßíåôáé êáé áðü ôéò åîéóþóåéò (14) êáé (15), ÷ñåéÜæïíôáé 13,68 kcal, ãéá íá äéáóðáóèåß Ýíá mole íåñïý óôá óõóôáôéêÜ ôïõ. Ç åðßäñáóç áõôÞò ôçò èåñìüôçôáò ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôçí ðñüâëåøç ôçò áëëáãÞò ðïõ èá åìöáíßæåé ç Kw ìå ôéò ìåôáâïëÝò ôçò èåñìïêñáóßáò. Ç áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier ðñïâëÝðåé üôé ç áýîçóç ôçò èåñìïêñáóßáò èá ìåôáôïðßæåé ôçí êáôÜóôáóç éóïññïðßáò ðñïò ìåãáëýôåñåò óõãêåíôñþóåéò éüíôùí (Ýôóé þóôå íá áðïññïöÜôáé ç èåñìüôçôá). ÊáôÜ óõíÝðåéá, ç Êw áõîÜíåôáé, üôáí áõîÜíåôáé ç èåñìïêñáóßá. Óôïí ðßíáêá 23.1 åìöáíßæïíôáé ðåéñáìáôéêÝò ôéìÝò ãéá ôçí Kw óå äéÜöïñåò èåñìïêñáóßåò. Ó×ÇÌÁ 23-2. Óõ÷íÜ, ãéá íá âñåèåß ç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ åíüò äéáëýìáôïò (pH) ÷ñçóéìïðïéåßôáé Ýíá pH-ìåôñï, üðùò áõôü ðïõ

ÐÉÍÁÊÁÓ 23.1. ÔéìÝò ôçò Kw óå äéÜöïñåò èåñìïêñáóßåò. Èåñìïêñáóßá (ïC)

Êw

0

0,114 x 10–14

23.5 H ìåôáâïëÞ ôçò Kw ìå ôç èåñìïêñáóßá.

10

0,295 x 10–14

20

0,676 x 10–14

ÐåéñÜìáôá äåß÷íïõí üôé ç áíôßäñáóç (4), óýìöùíá êáé ìå ôçí åðüìåíç åîßóùóç, áðïññïöÜ

25

1,00 x 10–14

60

9,55 x 10–14

Ðåñßëçøç. ÕðÜñ÷ïõí äýï êáôçãïñßåò çëåêôñïëõôþí. Ïé éó÷õñïß ìÝóá óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá äéßóôáíôáé ôåëåßùò óå éüíôá åíþ ïé áóèåíåßò ìåñéêþò. Ôï íåñü åßíáé Ýíáò áóèåíÞò çëåêôñïëýôçò. Óôïõò 25°C ç óôáèåñÜ éïíôéóìïý Kw éóïýôáé ìå 1,00 x 10–14 mole2/ëßôñï2. Áí êáé ï éïíôéóìüò áõôüò åßíáé åëÜ÷éóôïò Ý÷åé ôåñÜóôéá åðßäñáóç óå ðïëëÝò ÷çìéêÝò äéáäéêáóßåò ìÝóá óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá. Êáé ìéá ìéêñÞ áêüìç óõãêÝíôñùóç ïõóßáò ðïõ ðåñéÝ÷åé éüíôá Ç+ ìåôáâÜëëåé ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ éüíôïò ÏÇ– åêèåôéêÜ. Ç ðñïóèÞêç éüíôùí ÏÇ– Ý÷åé åî ßóïõ ìåãÜëç åðßäñáóç óôç óõãêÝíôñùóç ôïõ éüíôïò Ç+. Ôï êáèáñü íåñü êáé üëá ôá äéáëýìáôá óôá ïðïßá éó÷ýåé ç ó÷Ýóç [Ç+] = [OH–] ïíïìÜæïíôáé ïõäÝôåñá êáé Ý÷ïõí pH = 7. Äéáëýìáôá óôá ïðïßá ç [Ç+] åßíáé ìåãáëýôåñç ôçò [ÏÇ–] ïíïìÜæïíôáé üîéíá êáé Ý÷ïõí pH ìéêñüôåñï ôïõ 7. Äéáëýìáôá óôá ïðïßá ç [ÏÇ–] åßíáé ìåãáëýôåñç ôçò [Ç+]

ïíïìÜæïíôáé âáóéêÜ êáé Ý÷ïõí pH ìåãáëýôåñï ôïõ 7.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Óå ôé äéáöÝñïõí ïé éó÷õñïß çëåêôñïëýôåò áðü ôïõò áóèåíåßò; 2. Ðïéï åßíáé ôï áðïôÝëåóìá ðïõ ðñïêýðôåé ðÜíôá áðü ôï ãéíüìåíï ôçò [Ç+] åðß ôçí [ÏÇ–] ïðïéïõäÞðïôå õäáôéêïý äéáëýìáôïò óôïõò 25°C; 3. Ôé óõìâáßíåé óôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç+ åíüò õäáôéêïý äéáëýìáôïò, üôáí ðñïóôåèåß ìéá åðß ðëÝïí ðçãÞ éüíôùí ÏÇ–; 4. Ðïéá åßíáé ç ôéìÞ ôïõ pH óôïõò 25°C ôùí äéáëõìÜôùí ìå ôéò ðáñáêÜôù óõãêåíôñþóåéò; (á) [Ç+] = 10–3 Ì (â) [ÏÇ–] = 10–4 Ì

636

Ôá ïîÝá êáé ïé âÜóåéò Ý÷ïõí ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò 23.6

Éäéüôçôåò ôùí õäáôéêþí äéáëõìÜôùí ôùí ïîÝùí.

Ïé ÷çìéêïß áðü ðïëý ðáëéÜ Ý÷ïõí áíáãíùñßóåé ôç óçìáíôéêÞ åðßäñáóç ðïõ åß÷áí ôá Ç+(õä) êáé ÏÇ–(õä) óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá. ÊáôÜ óõíÝðåéá, åß÷áí áðü êáéñü ÷áñáêôçñßóåé áõôÝò ôéò êáôçãïñßåò ïõóéþí ðïõ áëëÜæïõí ôç óõãêÝíôñùóç áõôþí ôùí äýï éüíôùí ìå ôá ïíüìáôá “ïîÝá” êáé “âÜóåéò” áíôßóôïé÷á. Áò åîåôÜóïìå ôéò åðüìåíåò åíþóåéò: HCl ÇÍÏ3 CH3COOH H2SO4 H3PO4

õäñï÷ëùñéêü ïîý Þ õäñï÷ëþñéï íéôñéêü ïîý ïîéêü ïîý èåééêü ïîý öùóöïñéêü ïîý

Ç êÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò ðÝíôå ïõóßåò ïíïìÜæåôáé ïîý. ~Å÷ïõí üëåò ôï ßäéï üíïìá, ãéáôß ÷áñáêôçñßæïíôáé áðü ôéò ðáñáêÜôù óçìáíôéêÝò êïéíÝò éäéüôçôåò: ÐåñéÝ÷ïõí õäñïãüíï. Ç êÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò åíþóåéò ðåñéÝ÷åé õäñïãüíï. ÇëåêôñéêÞ áãùãéìüôçôá. Ç êÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò åíþóåéò äéáëýåôáé óôï íåñü êáé ó÷çìáôßæåé äéáëýìáôá, ðïõ Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü. Óôá õäáôéêÜ ôïõò äéáëýìáôá õðÜñ÷ïõí éüíôá. ÁðåëåõèÝñùóç áåñßïõ õäñïãüíïõ. ~Ïôáí ðñïóôåèåß ìåôáëëéêüò øåõäÜñãõñïò óôá õäáôéêÜ äéáëýìáôá ôçò êáèåìéÜò áðü ôéò ðáñáðÜíù åíþóåéò, ðáñÜãåôáé áÝñéï õäñïãüíï, Ç2. ×ñùìáôßæïõí ôï ÷Üñôç ôïõ çëéïôñïðßïõ. Ôï çëéïôñüðéï, åßíáé ìéá ÷ñùóôéêÞ ðïõ Ý÷åé ôçí éäéüôçôá íá áëëÜæåé ôï ÷ñþìá ôçò óå êüêêéíï ðáñïõóßá õäáôéêþí äéáëõìÜôùí ïîÝùí. Ãåýóç. Tá áñáéÜ õäáôéêÜ äéáëýìáôá ôçò êáèåìéÜò áðü ôéò ðáñáðÜíù ïõóßåò Ý÷ïõí üîéíç ãåýóç. ÐÜíôùò, åðåéäÞ (üðùò ðïëëÝò Üëëåò ÷çìéêÝò ïõóßåò) êÜðïéá ïîÝá êáé âÜóåéò åßíáé äçëçôÞñéá, äåí èá ðñÝðåé íá äïêéìÜóåôå ðïôÝ êÜðïéï Üãíùóôï äéÜëõìá, èÝëïíôáò íá áðïöáíèåßôå êáôÜ ðüóï åßíáé üîéíï Þ âáóéêü. *

ÅðåéäÞ ãéá õäáôéêÜ äéáëýìáôá áõôþí ôùí åíþóåùí ïé ðñïçãïýìåíåò éäéüôçôåò åßíáé êïéíÝò, åßíáé åõíüçôï üôé ïé åíþóåéò áõôÝò êáôáôÜóóïíôáé óôçí ßäéá êáôçãïñßá êáé ÷áñáêôçñßæïíôáé ùò ïîÝá. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá ôï óýíïëï áõôþí ôùí éäéïôÞôùí áðïôåëåß êáé ôçí áðëïýóôåñç ðåñéãñáöÞ åíüò ïîÝïò. Äßíïõí ôç äõíáôüôçôá íá áðïöáóßóåé êÜðïéïò áí ìéá Ýíùóç èá ðñÝðåé íá ÷áñáêôçñéóèåß ùò ïîý. ÌåñéêÜ áðü ôá ãíùóôÜ ïîÝá áíáöÝñïíôáé óôï ó÷Þìá 23-3. Ðïéïò åßíáé ï êïéíüò ðáñÜãïíôáò, åî áéôßáò ôïõ ïðïßïõ áõôÝò ïé äéáöïñåôéêÝò ïõóßåò óõìðåñéöÝñïíôáé êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï; Óôï íåñü ó÷çìáôßæïõí üëåò áãþãéìá äéáëýìáôá. ~Áñá, üëåò óôï íåñü ó÷çìáôßæïõí éüíôá. Ç êÜèå ïõóßá ðåñéÝ÷åé õäñïãüíï êáé áíôéäñÜ ìå ìåôáëëéêü øåõäÜñãõñï ðáñÜãïíôáò áÝñéï õäñïãüíï. ~Éóùò üëá áõôÜ ôá õäáôéêÜ äéáëýìáôá íá ðåñéÝ÷ïõí ôï ßäéï éüí êáé áõôü ôï éüí íá åõèýíåôáé ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ Ç 2(á). Ìå âÜóç ôéò éäéüôçôåò ôùí ïîÝùí, åßíáé ëïãéêÞ ç ðñüôáóç üôé ôï êïéíü éüí åßíáé ôï Ç+(õä). Ðñïêýðôåé üôé Ýíáò ïñéóìüò ôùí ïîÝùí èá ìðïñïýóå íá åßíáé ï åîÞò: Ìéá ïõóßá Ý÷åé ôéò éäéüôçôåò ôïõ ïîÝïò, áí äéßóôáôáé óå éüíôá õäñïãüíïõ.

23.7

Éäéüôçôåò ôùí õäáôéêþí äéáëõìÜôùí ôùí âÜóåùí.

Áò ðáñáôçñÞóïìå ôéò åðüìåíåò åíþóåéò: NaOH KOH Mg(OH)2 Na2CO3 NH3

õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ õäñïîåßäéï ôïõ êáëßïõ õäñïîåßäéï ôïõ ìáãíçóßïõ áíèñáêéêü íÜôñéï* áììùíßá

Ç êÜèå ìßá áðü áõôÝò ôéò ðÝíôå åíþóåéò ïíïìÜæåôáé âÜóç. ~Å÷ïõí üëåò ôï ßäéï üíïìá, ãéáôß ÷áñáêôçñßæïíôáé áðü ôéò áêüëïõèåò óçìáíôéêÝò éäéüôçôåò (êïéíÝò êáé ãéá ôéò ðÝíôå): ÇëåêôñéêÞ áãùãéìüôçôá. ~Ïðùò êáé ôá ïîÝá, ïé åíþóåéò áõôÝò äéáëýïíôáé óôï íåñü êáé

Ó.ô.Ì. Ãéá ôá ïîÝá êáé ôéò âÜóåéò õðÜñ÷ïõí äéÜöïñïé ïñéóìïß^ ïé ðéï óõíçèéóìÝíïé åßíáé ï ðáëáéüôåñïò ïñéóìüò ôïõ Arrhenius êáé ïé íåüôåñïé ôïõ Lewis, ôùí Brönsted–Lowry êáé ôùí Lux–Flood. ~Åôóé, êÜðïéá ïõóßá ìðïñåß íá åßíáé âÜóç êáôÜ Ýíáí ïñéóìü êáé êáôÜ Ýíáí Üëëï íá ìçí åßíáé. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç ÍÇ3, êáôÜ ôç èåùñßá ôïõ Arrhenius, äåí ìðïñåß íá èåùñçèåß âÜóç, ãéáôß äåí ðåñéÝ÷åé óôï ìüñéü ôçò ÏÇ. ~Ïìùò ç ÍÇ3 Ý÷åé ôéò éäéüôçôåò âÜóåùò. Ãéá íá óõìðåñéëçöèåß ëïéðüí êáé ç ÍÇ3 óôéò âÜóåéò êáôÜ Árrhenius, óõíçèßæåôáé íá ôç ãñÜöïìå óõìâáôéêÜ êáé ÍÇ4OH (÷ñçóéìïðïéïýìå äçëáäÞ ôï ÷çìéêü ôýðï ïõóßáò ðïõ äåí õðÜñ÷åé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá). ÊÜôé áíÜëïãï óõìâáßíåé êáé ìå ôï Ía2CO3, ðïõ óôçí õðÜñ÷ïõóá åëëçíéêÞ âéâëéïãñáößá ÷áñáêôçñßæåôáé ùò Üëáò.

637

Ó×ÇÌÁ 23-3. ÌåñéêÝò áðü ôéò ãíùóôÝò ïõóßåò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé óôçí êáèçìåñéíÞ æùÞ, üðùò áõôÝò ðïõ åéêïíßæïíôáé, Ý÷ïõí êÜðïéåò éäéüôçôåò, ïé ïðïßåò åßíáé êïéíÝò óå üëá ôá ïîÝá.

ó÷çìáôßæïõí áãþãéìá äéáëýìáôá. Óôï õäáôéêü äéÜëõìá ìéáò âÜóåùò õðÜñ÷ïõí éüíôá. Áíôßäñáóç ìå ïîÝá. ~Ïôáí åíùèïýí ßóåò ðïóüôçôåò ïîÝùí êáé âÜóåùí, áíáéñïýíôáé üëåò ïé ðñïáíáöåñèåßóåò éäéüôçôåò åíüò üîéíïõ äéáëýìáôïò, åêôüò áðü ôçí çëåêôñéêÞ áãùãéìüôçôá. ÂÝâáéá, åßíáé äõíáôüí íá ëå÷èåß ôï ßäéï êáé ãéá ôá ïîÝá, üôé äçëáäÞ ðáýïõí íá éó÷ýïõí üëåò ïé ðñïáíáöåñèåßóåò éäéüôçôåò ôïõ âáóéêïý äéáëýìáôïò åêôüò áðü ôçí çëåêôñéêÞ áãùãéìüôçôá. ×ñùìáôßæïõí ôï çëéïôñüðéï. Ôï ÷ñþìá ôïõ çëéïôñïðßïõ ãßíåôáé êõáíü áí ðñïóôåèåß óå õäáôéêü äéÜëõìá ïðïéáäÞðïôå áðü ôéò ðáñáðÜíù âáóéêÝò åíþóåéò. Ãåýóç. Ôá áñáéÜ õäáôéêÜ äéáëýìáôá ôùí âÜóåùí Ý÷ïõí ðéêñÞ ãåýóç. Èõìçèåßôå üôé äåí ðñÝðåé íá áðïðåéñáèåßôå íá ðñïóäéïñßóåôå ìå ôç ãåýóç ôç öýóç êÜðïéïõ äéáëýìáôïò. ÁöÞ. Ôá õäáôéêÜ äéáëýìáôá ôá áéóèÜíåôáé êÜðïéïò (äéÜ ôçò áöÞò) íá ãëéóôñïýí. Êáé ðÜëé ôï óýíïëï áõôþí ôùí éäéïôÞôùí áðïôåëåß êáé ôçí áðëïýóôåñç ðåñéãñáöÞ ìéáò âÜóåùò. ÂïçèÜ êÜðïéïí íá áðïöáóßóåé áí ìéá ïõóßá ðñÝðåé íá êáôáôáãåß óôéò âÜóåéò. Óôï ó÷Þìá 23-4 äßíïíôáé ìåñéêÝò áðü ôéò ãíùóôÝò âÜóåéò.

23.8 Ìéá åñìçíåßá ôùí éäéïôÞôùí ôùí âÜóåùí. Áí áêïëïõèÞóïìå ôçí ßäéá óõëëïãéóôéêÞ ðïñåßá üðùò óôçí ðåñßðôùóç ôùí ïîÝùí, èá

Ó×ÇÌÁ 23-4. Ïõóßåò êáèçìåñéíÞò ÷ñÞóåùò, üðùò áõôÝò ðïõ åéêïíßæïíôáé åäþ, ÷áñáêôçñßæïíôáé áðü ôéò êýñéåò âáóéêÝò éäéüôçôåò ôùí âÜóåùí.

ðñÝðåé íá èåùñçèåß üôé êáé óôéò âÜóåéò èá õðÜñ÷åé êÜðïéïò êïéíüò ðáñÜãïíôáò ðïõ åõèýíåôáé ãéá ôéò ïìïéüôçôÝò ôïõò. Ãéá ôçí áãùãéìüôçôá ßóùò íá áíáæçôçèåß êÜðïéï éüí. Ãéá ôçí éêáíüôçôá íá åîïõäåôåñþíïõí ôéò éäéüôçôåò ôùí ïîÝùí èá ðñÝðåé íá åõèýíåôáé êÜðïéï éüí, ôï ïðïßï ìðïñåß íá áðïìáêñýíåé ôï éüí Ç+(õä) áðü ôï äéÜëõìá. Õðåíèõìßæåôáé üôé ôï Ç+(õä) åõèýíåôáé ãéá ôéò éäéüôçôåò ôùí ïîÝùí. Ôï õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ (êáõóôéêü íÜôñéï), üôáí äéáëõèåß óå íåñü, äßíåé Ýíá äéÜëõìá ìå ôéò éäéüôçôåò ìéáò âÜóåùò. Ôá õäñïîåßäéá ôùí Üëëùí óôïé÷åßùí, áðü ôá áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ ôïõ ðåñéïäéêïý ðßíáêá, óõìðåñéöÝñïíôáé êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï. Åßíáé ðéèáíüí íá äéáëýïíôáé êáé íá ó÷çìáôßæïõí éüíôá óýìöùíá ìå ôçí ðáñáêÜôù åîßóùóç: NaOH(óô) Õ Ía+(õä) + ÏÇ–(õä) ÊÏÇ(óô) Õ Ê+(õä) + ÏÇ–(õä) Mg2+(õä) + 2ÏÇ–(õä) Mg(OH)2(óô) Ca2+(õä) + 2ÏÇ–(õä) Ca(OH)2(óô)

(16) (17) (18) (19)

Ôï õäñïîõëéüí, ÏÇ–(õä), èá ìðïñïýóå íá áíôéäñÜóåé ìå ôï õäñïãüíï êáé Ýôóé íá äéêáéïëïãçèåß ç äåýôåñç éäéüôçôá ôùí âÜóåùí, ç áðïìÜêñõíóç ôùí ïîßíùí éäéïôÞôùí, óýìöùíá ìå ôçí åîßóùóç (20):

638

ÏÇ–(õä) + Ç+(õä)

Ç2Ï

(20)

Oé ïìïéüôçôåò áíÜìåóá óôá äéÜöïñá õäñïîåßäéá åßíáé ðñïöáíåßò. Áò óõãêñéèåß ôþñá ôï áíèñáêéêü íÜôñéï êáé ç áììùíßá. Ôï áíèñáêéêü íÜôñéï äéáëýåôáé óôï íåñü êáé äßíåé Ýíá äéÜëõìá ìå ôéò éäéüôçôåò ðïõ ÷áñáêôçñßæïõí ìéá âÜóç. ÐïóïôéêÝò ìåëÝôåò ôçò äéáëõôüôçôáò ôùí áíèñáêéêþí äåß÷íïõí üôé ôï áíèñáêéêü éüí, CO32–, áíôéäñÜ ìå ôï íåñü êáôÜ ôïí áêüëïõèï ôñüðï: Na2CO3(óô) Õ 2Na+(õä) + CO32–(õä) HCO3–(õä) + ÏÇ–(õä) CO32–(õä) + H2O

(21) (22)

Ç áíôßäñáóç (22) äåß÷íåé üôé ç ðáñïõóßá ôïõ áíèñáêéêïý éüíôïò óôï íåñü áõîÜíåé ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ ÏÇ–. Ôï éüí ÏÇ– õðÜñ÷åé óôá äéáëýìáôá ôùí NaOH, KOH, Mg(OH)2 êáé Ca(OH)2: H áíôßäñáóç (22) äéåõêïëýíåé åðßóçò ôçí êáôáíüçóç ôçò áíáéñÝóåùò ôùí éäéïôÞôùí ôùí ïîÝùí. Áí ôï CO32– ó÷çìáôßæåé åýêïëá üîéíï áíèñáêéêü éüí, HCO3–, öáßíåôáé üôé ðñáãìáôïðïéåßôáé ç åðüìåíç áíôßäñáóç: CO32–(õä) + Ç+(õä)

HCO3–(õä)

(23)

H ðáñáãùãÞ ôïõ HCO3–(õä) áõîÜíåé ôç [ÏÇ–], åðåéäÞ êáôÜ ôç äéáäéêáóßá ìåéþíåôáé ç [Ç+]. Èá ðñÝðåé ðëÝïí íá ëáìâÜíåôáé ùò äåäïìÝíï üôé ãéá ôç ãëéóôåñÞ áßóèçóç êáé ôçí õðüðéêñç ãåýóç ôùí âáóéêþí äéáëõìÜôùí, åõèýíïíôáé ôá ÏÇ –(õä). Ç óôáèåñüôçôá ôùí ïîßíùí áíèñáêéêþí éüíôùí ôçò áíôéäñÜóåùò (23) åîçãåß åðßóçò ôçí áíáßñåóç ôùí éäéïôÞôùí ôùí ïîÝùí, ãéáôß áðïìáêñýíïíôáé áðü ôï äéÜëõìá éüíôá Ç+(õä). Óôçí ðáñÜãñáöï 23.7, ç ðÝìðôç ïõóßá ðïõ áíáöÝñåôáé ùò âÜóç åßíáé ç áììùíßá, ÍÇ3. Ç áììùíßá ó÷çìáôßæåé åýêïëá ôï éüí ôïõ áììùíßïõ, ÍÇ4+ êáé áíôéäñÜ ìå ôï íåñü, áëëÜ êáé ìå ôï éüí ôïõ õäñïãüíïõ.

ÍÇ3(õä) + Ç2Ï ÍÇ4+(õä) + ÏÇ–(õä)(24) ÍÇ4+(õä) (25) ÍÇ3(õä) + Ç+(õä)

Ï ó÷çìáôéóìüò ôïõ ÍÇ4+ åõèýíåôáé ãéá ôéò éäéüôçôåò ôùí âÜóåùí, ôéò ïðïßåò Ý÷åé ç áììùíßá. ÊáôÜ ôçí áíôßäñáóç (24) ðáñÜãåôáé õäñïîõëéüí. Óýìöùíá ìå ôçí ðñïçãïýìåíç âáóéêÞ áñ÷Þ, ôï éüí áõôü åßíáé õðåýèõíï ãéá ôçí ðéêñÞ ãåýóç êáé ôç ãëéóôåñÞ áßóèçóç óôçí áöÞ ôùí äéáëõìÜôùí ôùí âÜóåùí. Ç áíôßäñáóç (25) äåß÷íåé ðþò äñá ç áììùíßá, ðñïêåéìÝíïõ íá áíáéñÝóåé ôéò üîéíåò éäéüôçôåò åíüò äéáëýìáôïò, ôï ïðïßï ðåñéÝ÷åé éüíôá õäñïãüíïõ, Ç+(õä). Ç äéåñåýíçóç ôùí éäéïôÞôùí êáé Üëëùí åíþóåùí, ïé ïðïßåò åìöáíßæïõí ôéò éäéüôçôåò ôùí âÜóåùí, äåß÷íåé üôé êÜèå ôÝôïéá Ýíùóç ìðïñåß íá ó÷çìáôßóåé óôï íåñü éüíôá õäñïîõëßïõ. Ôá éüíôá ÏÇ – åßíáé äõíáôüí íá ó÷çìáôéóèïýí áð' åõèåßáò, üðùò óôéò åîéóþóåéò (16) êáé (19). Ìðïñïýí üìùò íá ó÷çìáôéóèïýí êáé Ýììåóá, äéÜ áíôéäñÜóåùí ìå ôï íåñü, üðùò óôçí ðåñßðôùóç ôùí åîéóþóåùí (22) êáé (24). Ç êÜèå ïõóßá, ç ïðïßá ìðïñåß íá ó÷çìáôßóåé óôï íåñü õäñïîõëéüíôá, ìðïñåß åðßóçò íá áíôéäñÜóåé êáé ìå éüíôá õäñïãüíïõ. ÏÇ–(õä) + Ç+(õä) CO32–(õä) + Ç+(õä) ÍÇ3(õä) + Ç+(õä)

Ç2Ï ÇCO3–(õä) ÍÇ4+(õä)

(20) (23) (25)

Ç ðáñáãùãÞ ôùí éüíôùí ÏÇ–(õä) êáé ç áíôßäñáóç ìå ôá éüíôá Ç+(õä) ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìáæß ìÝóá óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá. Ãé' áõôü, ìéá âÜóç åßíáé äõíáôüí íá oñéóèåß Þ ùò ìéá ïõóßá ðïõ ó÷çìáôßæåé éüíôá ÏÇ–(õä) Þ ùò ìéá ïõóßá ç ïðïßá ìðïñåß íá áíôéäñÜóåé ìå éüíôá Ç+(õä). Óå äéáëýôåò äéáöïñåôéêïýò áðü ôï íåñü, o äåýôåñïò ïñéóìüò åßíáé êáôÜ âÜóç ðéï ÷ñÞóéìïò. ÃåíéêÜ, ìéá ïõóßá Ý÷åé ôéò éäéüôçôåò ôùí âÜóåùí, áí ìðïñåß íá óõíäåèåß ìå éüíôá õäñïãüíïõ.

Ðåñßëçøç. ÏîÝá åßíáé ïõóßåò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí õäñïãüíï êáé ïé ïðïßåò, üôáí äéáëõèïýí óôï íåñü, ÷áñáêôçñßæïíôáé áðü ôéò ðáñáêÜôù éäéüôçôåò: Åßíáé áãùãïß ôïõ çëåêôñéóìïý, áíôéäñïýí ìå ìåôáëëéêü øåõäÜñãõñï êáé äßíïõí Ç2(á), ÷ñùìáôßæïõí ôï çëéïôñüðéï êüêêéíï êáé Ý÷ïõí üîéíç ãåýóç. ~Ïëåò áõôÝò ïé éäéüôçôåò ïöåßëïíôáé óôï ãåãïíüò üôé Ýíá ïîý ó÷çìáôßæåé éüíôá Ç+. ÂÜóåéò åßíáé ïõóßåò ïé ïðïßåò, üôáí äéáëýïíôáé óôï íåñü, åìöáíßæïõí ôéò åðüìåíåò éäéüôçôåò:

¢ãïõí ôïí çëåêôñéóìü, áíôéäñïýí ìå ôá ïîÝá êáé áíáéñïýí ôéò üîéíåò éäéüôçôÝò ôïõò, ÷ñùìáôßæïõí ôï çëéïôñüðéï êõáíü, Ý÷ïõí ðéêñÞ ãåýóç êáé åßíáé ãëéóôåñÝò óôçí áöÞ. Ìéá ïõóßá åßíáé âÜóç, áí ìðïñåß íá åíùèåß ìå éüíôá õäñïãüíïõ.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðïéï åßíáé ôï ÷áñáêôçñéóôéêü éüí ôùí ïîÝùí; 2. Ðïéï åßíáé ôï ÷áñáêôçñéóôéêü éüí ôùí âÜóåùí;

639

Ðñïóäéïñéóìüò ðïóïôÞôùí ïîÝùí êáé âÜóåùí ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

23.9

Ðñïóäéïñéóìüò ôçò óõãêåíôñþóåùò ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ åíüò äéáëýìáôïò ìå ôç âïÞèåéá äåéêôþí.

ÐïëëÝò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò áðáéôïýí áêñéâÞ ìÝôñçóç êáé ðñïóåêôéêü Ýëåã÷ï ôçò óõãêåíôñþóåùò ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ óôá äéáëýìáôÜ ôïõò ðñïêåéìÝíïõ íá äéåîá÷èïýí óùóôÜ. ÌåñéêÜ öõôÜ áíáðôýóóïíôáé êáëÜ óå åäÜöç ôá ïðïßá åßíáé åëáöñþò üîéíá, åíþ Üëëá áíáðôýóóïíôáé óå åëáöñþò âáóéêÜ (áëêáëéêÜ) åäÜöç. Áí Ý÷ïìå ôç äõíáôüôçôá íá ìåôñÞóïìå ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ ìÝóá óôï õãñü Ýäáöïò, ìðïñïýìå íá ðñïóäéïñßóïìå ðïéåò ÷çìéêÝò ïõóßåò ðñÝðåé íá ðñïóèÝóïìå óôï Ýäáöïò, ãéá íá åîáóöáëßóïìå ôéò êáëýôåñåò óõíèÞêåò áíáðôýîåùò. Ãéá íá ðñïóäéïñßóïìå ìå ìåãÜëç áêñßâåéá ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ äéáöüñùí äéáëõìÜôùí, ÷ñçóéìïðïéïýìå çëåêôñïíéêÜ pH-ìåôñá (ó÷. 23-2.). Áí äåí õðÜñ÷ïõí ôÝôïéá üñãáíá, ìðïñïýìå íá ÷ñçóéìïðïéÞóïìå äåßêôåò ïîÝùí-âÜóåùí, þóôå íá ëÜâïìå ìéá êáëÞ Ýíäåéîç ãéá ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ. Ïé äåßêôåò ïîÝùí-âÜóåùí åßíáé ÷ñùóôéêÝò ïõóßåò. Ôï ÷ñþìá ôïõò åîáñôÜôáé áðü ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ, [Ç +], ôïõ äéáëýìáôïò. ÕðÜñ÷ïõí ðïëëÝò êáôÜëëçëåò ÷ñùóôéêÝò ïõóßåò. êáèåìßá áðü áõôÝò áëëÜæåé ÷ñþìá óå ìéá éäéáßôåñç ðåñéï÷Þ óõãêåíôñþóåùí éüíôùí õäñïãüíïõ, üðùò öáßíåôáé êáé óôï ó÷Þìá 23-5. Ãíùñßæåôå Þäç üôé ôï çëéïôñüðéï ãßíåôáé êüêêéíï üôáí [Ç +]= 10–6 Ì Þ ìåãáëýôåñç, åíþ ãßíåôáé êõáíü, üôáí [Ç+] =10–8 Ì Þ ìéêñüôåñç. Ãéá ôï ðåßñáìá èá ÷ñçóéìïðïéçèïýí äýï äåßêôåò, ïé ïðïßïé åìöáíßæïõí áëëáãÞ ÷ñþìáôïò óôçí üîéíç ðåñéï÷Þ, ç çëéáíèßíç êáé ôï ðïñôïêáëü÷ñùìï ÉV, êáé äýï äåßêôåò ãéá ôçí ðåñéï÷Þ ôùí âÜóåùí, ç éíäéêïêáñìßíç êáé ôï êßôñéíï ôçò áëéæáñßíçò R. ÓÊÏÐÏÓ

Ìå ôç âïÞèåéá ìéáò óåéñÜò åôïßìùí äéáëõìÜôùí ãíùóôÞò óõãêåíôñþóåùò, ôá ïðïßá èá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ùò ðñüôõðá äéáëýìáôá áíáöïñÜò üóïí áöïñÜ óôï ÷ñþìá ôïõò, èá ðñïóäéïñßóåôå ôçí [Ç+] åíüò áãíþóôïõ äéáëýìáôïò, áöïý óõãêñßíåôå ôï ÷ñþìá ôïõ ìå ôá ÷ñþìáôá ôùí äéáëõìÜôùí áíáöïñÜò. Èá ðñïóäéïñßóåôå åðßóçò ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ åíüò äéáëýìáôïò áóèåíïýò ïîÝïò êáé èá õðïëïãßóåôå ôç óôáèåñÜ éóïññïðßáò ôïõ. ÐáñÜëëçëá, ìå ôç âïÞèåéá åíüò äåßêôç, èá óõãêñßíåôå ôïí üãêï ôïõ 0,1 Ì NaOH ðïõ ÷ñåéÜæåôáé, ãéá íá áíôéäñÜóåé ìå ßóïõò üãêïõò 0,1 Ì HCl êáé 0,1 Ì ïîéêïý ïîÝïò, CH3COOH. ÕËÉÊÁ

×áñôß çëéïôñïðßïõ, åñõèñü êáé êõáíü ÁðåóôáãìÝíï íåñü Äéáëýìáôá äåéêôþí ìÝóá 6 ml 0,1 M HCl óôáãïíïìåôñéêÜ öéáëßäéá 7 ml 0,1 M NaOH Ðïñôïêáëü÷ñùìï IV 5 ml “áãíþóôïõ” äéáëýìáôïò Çëéáíèßíç (= ðïñôïêáëß 6 ml 0,1 M ïîéêü ïîý ìåèõëßïõ) 5 ml 0,1 Ì ïîéêü ïîý Iíäéêïêáñìßíç Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò, 10 ml 22 äïêéìáóôéêïß óùëÞíåò, 13 x 100 mm Êßôñéíï ôçò áëéæáñßíçò R ÖáéíïëoöèáëåÀíç Óôáãïíüìåôñï Ìáñêáäüñïé

óå ôïõ

640

Ó×ÇÌÁ 23-5. Ïé äåßêôåò ðáßñíïõí ÷áñáêôçñéóôéêÝò áðï÷ñþóåéò, üôáí áëëÜæïõí ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ. Áðü åðÜíù ðñïò ôá êÜôù ïé äåßêôåò áõôïß åßíáé: Ðïñôïêáëü÷ñùìï ÉV, çëéáíèßíç, åñõèñü ôïõ ìåèõëßïõ, êõáíü ôçò âñùìïèõìüëçò, öáéíïëïöèáëåÀíç, êßôñéíï ôçò áëéæáñßíçò R êáé éíäéêïêáñìßíç.

ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÐñïêåéìÝíïõ íá ãßíåé áõôü ôï ðåßñáìá, èá ðñÝðåé íá åñãáóèåßôå áíÜ äýï. Ï Ýíáò óðïõäáóôÞò èá åôïéìÜóåé ôá ðñüôõðá äéáëýìáôá áíáöïñÜò ãéá ôçí üîéíç ðåñéï÷Þ. Ï Üëëïò èá åðáíáëÜâåé ôï ßäéï, áëëÜ ãéá ôçí ðåñéï÷Þ ôùí âÜóåùí. Íá óçìåéþóåôå ôïõò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò, êáôÜ ôñüðï ðïõ ï êáèÝíáò óáò íá åßíáé óå èÝóç íá ÷ñçóéìïðïéÞóåé ôá ðñüôõðá äéáëýìáôá áíáöïñÜò ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò [Ç+] åíüò “áãíþóôïõ” äéáëýìáôïò óôï à ìÝñïò ôïõ ðåéñÜìáôïò. Óôá ìÝñç Ä êáé Å èá ðñÝðåé íá óõíåñãáóèåßôå áëëÜ ï êáèÝíáò óáò íá êñáôÜ îå÷ùñéóôÝò óçìåéþóåéò.

ÌÝñïò Á. ÐáñáóêåõÞ ðñïôýðùí äéáëõìÜôùí (äéáëõìÜôùí áíáöïñÜò) óôçí üîéíç ðåñéï÷Þ: [Ç+] = 10–1 Ì ìÝ÷ñé 10–4 Ì 1. ÌÝóá óå Ýíá êáèáñü, óôåãíü äïêéìáóôéêü óùëÞíá äéáóôÜóåùí 13 x 100 mm ôïðïèåôïýíôáé ðåñßðïõ 5 ml 0,1 Ì ÇCl. Áõôüò ï äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò ÷áñáêôçñßæåôáé ùò [Ç+] = 0,1 Ì. ÅðåéäÞ ôï õäñï÷ëùñéêü ïîý åßíáé Ýíá éó÷õñü ïîý, åßíáé äõíáôüí íá õðïôåèåß üôé ìÝóá óå áõôü, ôï áñáéü äéÜëõìá èá åßíáé ðëÞñùò éïíôéóìÝíï.

641

Ó×ÇÌÁ 23-6. Óå ïñéóìÝíá äéáëýìáôá áíáöïñÜò ðñïóôßèåôáé ï äåßêôçò çëéáíèßíç. Ôá ÷ñþìáôá áõôþí ôùí äéáëõìÜôùí ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá õðïëïãéóìü ôçò [Ç+] Üëëùí äéáëõìÜôùí, ôá ïðïßá ðåñéÝ÷ïõí åðßóçò çëéáíèßíç êáé Ý÷ïõí [Ç+], ç ïðïßá âñßóêåôáé ìÝóá óôçí ßäéá ðåñéï÷Þ.

2. Íá ðáñáóêåõÜóåôå äéÜëõìá 0,01 Ì HCl áñáéþíïíôáò Ýíáí üãêï 0,1 Ì HCl ìå åííÝá üãêïõò áðåóôáãìÝíïõ íåñïý, ìå ôç âïÞèåéá åíüò âáèìïíïìçìÝíïõ óéöùíßïõ Þ åíüò óôáãïíüìåôñïõ. ÅðåéäÞ ï üãêïò ðïõ ÷ñåéÜæåôáé ôåëéêÜ åßíáé 5 ml, íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå 0,5 ml ôïõ 0,1 Ì HCl êáé 4,5 ml áðåóôáãìÝíïõ íåñïý. Áíáìßîåôå ôï äéÜëõìá ðñïóåêôéêÜ êáé ÷áñáêôçñßóôå ôï ùò [Ç+] = 0,01 Ì Þ 10–2 Ì. 3. ÐáñáóêåõÜóôå ìå áíÜëïãï ôñüðï 5 ml 0,001 Ì HCl áñáéþíïíôáò ëßãï áðü ôï äéÜëõìá áíáöïñÜò ðïõ ðáñáóêåõÜóèçêå óôï óôÜäéï 2. Áíáìßîåôå êáé áõôü ôï äéÜëõìá ðñïóåêôéêÜ êáé ÷áñáêôçñßóôå ôï ùò [Ç+]=0,001 Ì Þ 10–3 Ì. 4. ÔÝëïò, ðáñáóêåõÜóôå 5 ml 0,0001 Ì HCl ìå áñáßùóç ëßãïõ äéáëýìáôïò áíáöïñÜò ðïõ ðáñáóêåõÜóèçêå óôï óôÜäéï 3. Áíáäåýóôå ôï ðñïóåêôéêÜ êáé ÷áñáêôçñßóôå ôï ùò [Ç+] = 0,0001 Ì Þ 10–4 Ì. 5. ÁäåéÜóôå ôï ìéóü áðü ôï êÜèå äéÜëõìá áíáöïñÜò ìÝóá óå êáèáñïýò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò, þóôå íá Ý÷åôå äýï óåéñÝò äåéãìÜôùí áíáöïñÜò. ÔïðïèåôÞóôå åôéêÝôåò êáé óôïõò íÝïõò óùëÞíåò áíáãñÜöïíôáò ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ åêåßíùí áðü ôïõò ïðïßïõò ðñïÞëèáí. Óôïí êáèÝíá áðü ôïõò ôÝóóåñéò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò ôçò ìéáò óåéñÜò ðñïóèÝóôå áðü ìéá óôáãüíá äéáëýìáôïò ôïõ äåßêôç ðïñôïêáëü÷ñùìï IV. Óôïí êáèÝíá áðü ôïõò ôÝóóåñéò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò ôçò Üëëçò óåéñÜò ðñïóèÝóôå ìéá óôáãüíá äéáëýìáôïò ôïõ äåßêôç çëéáíèßíç (ó÷. 23-6). 6. Íá êáôáãñÜøåôå ôá ÷ñþìáôá ðïõ åìöáíßæïíôáé óôï êÜèå äéÜëõìá ìå ôéò äéáöïñåôéêÝò óõãêåíôñþóåéò éüíôùí Ç +. ÖõëÜîôå áõôÜ ôá äéáëýìáôá (èá áíáöåñèïýí óôá ìÝñç à êáé Ä).

ÌÝñïò Â. ÐáñáóêåõÞ ðñoôýðùí äéáëõìÜôùí áíáöïñÜò óôçí ðåñéï÷Þ ôùí âÜóåùí: [ÏÇ–] = 10–1 Ì ìÝ÷ñé 10–4 Ì Ãéá íá ðáñáóêåõÜóåôå äéáëýìáôá áíáöïñÜò óôçí ðåñéï÷Þ ôùí âÜóåùí,

642

áêïëïõèÞóôå ôéò ïäçãßåò ôïõ ìÝñïõò Á (óôÜäéá 1-4), áëëÜ áíôß ãéá 0,1 Ì HCl, íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå 0,1 Ì NaOH. ÅðåéäÞ ôï õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ åßíáé éó÷õñüò çëåêôñïëýôçò, ìðïñïýìå íá õðïèÝóïìå üôé ôï áñáéü äéÜëõìá ôïõ NaOH Ý÷åé éïíéóèåß ðëÞñùò. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ç óõãêÝíôñùóç ôïõ õäñïîõëéüíôïò ôïõ 0,1 Ì NaOH åßíáé 0,1 Ì Þ 10–1 Ì. Íá ÷áñáêôçñßóåôå ôá äéáëýìáôá ðïõ ðáñáóêåõÜóáôå ùò [ÏÇ–] = 10–2 Ì, [ÏÇ–] = 10–3 Ì êáé [ÏÇ–] = 10–4 Ì áíôßóôïé÷á. 1. ×ùñßóôå ôá äéáëýìáôá óå äõï óåéñÝò, ç êÜèå ìßá áðü ôéò ïðïßåò íá ðåñéÝ÷åé áðü ôÝóóåñá äéáëýìáôá áíáöïñÜò, üðùò áêñéâþò êÜíáôå êáé óôï Á ìÝñïò, (óôÜäéï 5). Óôïí êÜèå äïêéìáóôéêü óùëÞíá ôçò ìéáò óåéñÜò, íá ðñïóèÝóåôå áðü ìéá óôáãüíá äéáëýìáôïò äåßêôç éíäéêïêáñìßíçò. Óôïí êÜèå äïêéìáóôéêü óùëÞíá ôçò Üëëçò óåéñÜò íá ðñïóèÝóôå áðü ìéá óôáãüíá êßôñéíï ôçò áëéæáñßíçò R. 2. ÊáôáãñÜøôå ôá ÷ñþìáôá ôïõ êÜèå äéáëýìáôïò ìå ôéò äéáöïñåôéêÝò óõãêåíôñþóåéò ôùí éüíôùí ÏÇ– êáé öõëÜîôå ôá äéáëýìáôá áõôÜ (èá áíáöåñèïýí óôï à ìÝñïò).

ÌÝñïò Ã. Ðñïóäéïñéóìüò ôçò óõãêåíôñþóåùò éüíôùí õäñïãüíïõ åíüò “áãíþóôïõ” õäáôéêïý äéáëýìáôïò (íá ãßíåé áðü ôïí êáèÝíá îå÷ùñéóôÜ).

Ó×ÇÌÁ 23-7.

1. ÐÜñôå áðü ôïí êáèçãçôÞ óáò ðåñßðïõ 5 ml ôïõ “áãíþóôïõ” äéáëýìáôïò, ìÝóá óå Ýíáí êáèáñü, óôåãíü äïêéìáóôéêü óùëÞíá. ÄïêéìÜóôå ìå ÷áñôß ôïõ çëéïôñïðßïõ, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 23-7, ãéá íá ðñïóäéïñßóåôå áí ç [Ç+] âñßóêåôáé óôçí ðåñéï÷Þ åðÜíù Þ êÜôù áðü 10–7 Ì. 2. ÔïðïèåôÞóôå áðü 2 ml ðåñßðïõ ôïõ “áãíþóôïõ” äéáëýìáôïò ìÝóá óå äýï ìéêñïýò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò. Áí ôï äéÜëõìá âñßóêåôáé óôçí üîéíç ðåñéï÷Þ, ðñïóèÝóôå ìéá óôáãüíá äéáëýìáôïò ôïõ äåßêôç ðïñôïêáëü÷ñùìï IV óôïí Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá êáé ìéá óôáãüíá çëéáíèßíç óôïí Üëëï. Áí ôï äéÜëõìá âñßóêåôáé óôçí ðåñéï÷Þ ôùí âÜóåùí, ÷ñçóéìïðïéÞóôå ôïõò äåßêôåò éíäéêïêáñìßíç êáé êßôñéíï ôçò áëéæáñßíçò R. 3. Óõãêñßíáôå ôá ÷ñþìáôá ìå åêåßíá ôùí äéáëõìÜôùí áíáöïñÜò ðïõ ðáñáóêåõÜóáôå åóåßò Þ ï óõíåñãÜôçò óáò. Íá êáôáãñÜøåôå ôç óõãêÝíôñùóç ôïõ éüíôïò õäñïãüíïõ ôïõ “áãíþóôïõ” äéáëýìáôïò.

ÌÝñïò Ä. Ðñïóäéïñéóìüò ôçò óõãêåíôñþóåùò ôïõ éüíôïò õäñïãüíïõ åíüò äéáëýìáôïò áóèåíïýò ïîÝïò: Áéèáíéêü Þ ïîéêü ïîý, CH3COOH. 1. ÌÝóá óå Ýíá ìéêñü, êáèáñü, óôåãíü äïêéìáóôéêü óùëÞíá ôïðïèåôïýíôáé 5 ml äéáëýìáôïò ïîéêïý ïîÝïò. ÐáñáôçñÞóôå êáé êáôáãñÜøôå ôç óõãêÝíôñùóç. ÏñéóìÝíïé ìáèçôÝò èá ÷ñçóéìïðïéÞóïõí äéÜëõìá 0,1 Ì, åíþ Üëëïé 1,0 Ì. 2. ÔïðïèåôÞóôå ðåñßðïõ áðü 2 ml ôïõ ïîéêïý ïîÝïò ðïõ óáò Ý÷åé äïèåß ìÝóá óå äõï ìéêñïýò, êáèáñïýò äïêéìáóôéêïýò óùëÞíåò. ÐñïóèÝóôå óôïí Ýíá óùëÞíá ìéá óôáãüíá äéáëýìáôïò ôïõ äåßêôç ðïñôïêáëü÷ñùìï IV êáé óôïí Üëëï ìéá óôáãüíá äéáëýìáôïò ôïõ äåßêôç çëéáíèßíç. 3. Íá óõãêñßíåôå ôá ÷ñþìáôá ðïõ ó÷çìáôßóèçêáí ìå ôá ÷ñþìáôá ôùí äéáëõìÜôùí áíáöïñÜò. Íá õðïëïãßóåôå ôç óõãêÝíôñùóç [Ç +] ôïõ äéáëýìáôïò ôïõ ïîéêïý ïîÝïò, ìå üóï ôï äõíáôüí ìåãáëýôåñç áêñßâåéá.

643

ÊáôáãñÜøôå ôç óõãêÝíôñùóç Ç+(õä). Èá óáò ÷ñçóéìåýóåé ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôçò óôáèåñÜò éóïññïðßáò ôçò äéáóðÜóåùò ôïõ ïîéêïý ïîÝïò.

ÌÝñïò Å. Ðñïóäéïñéóìüò ôïõ üãêïõ ôïõ 0,1 Ì NaOH ðïõ èá áíôéäñÜóåé ìå ßóïõò üãêïõò 0,1 Ì HCl êáé 0,1 Ì CH3COOH 1. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò êáèáñïý, âáèìïíïìçìÝíïõ óôáãïíüìåôñïõ, ìåôñÞóôå ìÝóá óå Ýíáí êáèáñü, ìéêñü äïêéìáóôéêü óùëÞíá, 1,0 ml 0,1 Ì HCl. Ãéá íá âáèìïíïìÞóåôå Ýíá óôáãïíüìåôñï, ãåìßóôå ôï ìå íåñü êáé óôç óõíÝ÷åéá ìåôñÞóôå ôïí áñéèìü ôùí óôáãüíùí ðïõ ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá óõìðëçñùèåß 1,0 ml õãñïý ìÝóá óå Ýíá êáèáñü, óôåãíü ïãêïìåôñéêü êýëéíäñï ôùí 10 ml. Âåâáéùèåßôå üôé ï ðõèìÝíáò ôïõ ìçíßóêïõ ìÝóá óôïí êýëéíäñï óõìðßðôåé áêñéâþò ìå ôçí Ýíäåéîç 1,0 ml. Íá ãñÜøåôå ôïí áñéèìü ôùí óôáãüíùí áíÜ êõâéêü åêáôïóôü ôïõ óôáãïíüìåôñïõ. 2. Îåðëýíáôå ðñïóåêôéêÜ ôï óôáãïíüìåôñï êáé ìåôñÞóôå ìÝóá óå Ýíáí Üëëï äïêéìáóôéêü óùëÞíá 1, 0 ml 0,1 Ì CH3COOH. 3. ÐñïóèÝóôå ìßá óôáãüíá äéáëýìáôïò öáéíïëïöèáëåÀíçò óôïí êÜèå äïêéìáóôéêü óùëÞíá. Ç öáéíïëïöèáëåÀíç åßíáé ìéá ÷ñùóôéêÞ, ç ïðïßá óôçí êëßìáêá áðü [Ç+] = 10–1 Ì ìÝ÷ñé [Ç+] = 10–9 Ì åßíáé Ü÷ñùìç. ~Ïôáí ç [Ç+] ãßíåôáé ðåñßðïõ 10–9 Ì, ðáßñíåé ñüäéíï ÷ñþìá, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 23-5. 4. Îåðëýíáôå ôï óôáãïíüìåôñï ðñïóåêôéêÜ êáé ãåìßóôå ôï ìå 0,1 Ì NaOH. ÐñïóèÝóôå áõôü ôï äéÜëõìá ôçò âÜóåùò, óôáãüíá-óôáãüíá, óôï êÜèå üîéíï äéÜëõìá, ìÝ÷ñé íá áðïêôÞóåé ï äåßêôçò ñüäéíï ÷ñþìá, ôï ïðïßï íá ìçí åîáöáíßæåôáé êáôÜ ôçí áíÜäåõóç. ÊáôáãñÜøôå ôïí áñéèìü ôùí óôáãüíùí ðïõ ÷ñåéÜóèçêáí óôçí êÜèå ðåñßðôùóç. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Yðïëïãéóìïß. Íá õðïëïãéóèåß ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò ãéá ôçí éóïññïðßá ðïõ õößóôáôáé óôï õäáôéêü äéÜëõìá ôïõ ïîéêïý ïîÝïò. CH3COOH Ç+(õä) + CH3COO–(õä) Ná ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôçí ôéìÞ ôïõ [Ç+] ðïõ ðñïóäéïñßóèçêå óôï óôÜäéï 3 ôïõ Ä ìÝñïõò. Èá ðñÝðåé íá õðïèÝóåôå üôé ç óõãêÝíôñùóç ôïõ ïîéêïý éüíôïò åßíáé ßóç ìå ôç óõãêÝíôñùóç [Ç+] êáé üôé ç óõãêÝíôñùóç ôïõ ïîéêïý ïîÝïò, CH3COOH, åßíáé áêñéâþò ç óõãêÝíôñùóç ôïõ äéáëýìáôïò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå, 0,1 Ì Þ 1,0 Ì. Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. Íá ðñïâëÝøåôå ðïéïôéêÜ ôçí åðßäñáóç ðïõ èá Ý÷åé ôï êáèÝíá áðü ôá åðüìåíá ðåéñÜìáôá óôçí éóïññïðßá ôïõ ïîéêïý ïîÝïò. Ç [Ç+] áõîÜíåôáé Þ ìåéþíåôáé; (á) ÌÝóá óôï äéÜëõìá ôïõ 0,1 Ì ïîéêïý ïîÝïò äéáëýåôáé ëßãï Üëáò ïîéêïý íáôñßïõ, ôï ïðïßï ó÷çìáôßæåé éüíôá Na+(õä) êáé CH3COO–(õä). (â) Óôï 0,1 Ì CH3COOH ðñïóôßèåôáé óôáãüíá-óôáãüíá ëßãï äéÜëõìá õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ. 2. Ðþò äéêáéïëïãåßôå ôá áðïôåëÝóìáôá ðïõ óçìåéþèçêáí óôï Å ìÝñïò, üðïõ

644

óõãêñßíáôå ôïí üãêï ôïõ 0,1 Ì NaOH, ï ïðïßïò ÷ñåéÜóèçêå íá áíôéäñÜóåé ìå ßóïõò üãêïõò 0,1 Ì HCl êáé 0,1 Ì CH3COOH; 3. Ç óõãêÝíôñùóç Ç+(õä) åíüò äéáëýìáôïò 1 Ì âåíæïúêïý ïîÝïò åßíáé 8 x 10–3 Ì. (á) Ðïéï ðïóïóôü âåíæïúêïý ïîÝïò, C6H5COOH, éïíôßæåôáé ìÝóá óå áõôü ôï õäáôéêü äéÜëõìá; (â) Íá ðñïâëÝøåôå ôïí üãêï ôïõ 1 Ì NaOH ðïõ èá ÷ñåéáóèåß íá áíôéäñÜóåé ìå 10 ml 1 Ì C6H5COOH. ÈåùñÞóôå üôé ç áíôßäñáóç óõíå÷ßæåôáé ìÝ÷ñé ôïõ óçìåßïõ üðïõ ç öáéíïëïöèáëåÀíç áðïêôÜ ñüäéíï ÷ñþìá, üðùò óôï Å ìÝñïò. 4. Íá õðïëïãéóèåß ç óõãêÝíôñùóç Ç+(õä) óå êáèÝíá áðü ôá äéáëýìáôá ðïõ ðáñáóêåõÜóèçêáí óôï  ìÝñïò. Íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôçí åðüìåíç ó÷Ýóç: [Ç+] [ÏÇ–] = 10–14

23.10 HCl êáé NaOH óôï ßäéï äéÜëõìá. ÐñïçãïõìÝíùò äåí åîåôÜóèçêå ôé óõìâáßíåé üôáí óôï ßäéï äéÜëõìá äéáëõèåß HCl ìáæß ìå ÍaÏÇ. Ðñïôïý íá ôï åîåôÜóïìå, èá ðñÝðåé íá õðåíèõìßóïìå ôé óõìâáßíåé, üôáí ôï HCl êáé ôï NaOH äéáëýïíôáé óå îå÷ùñéóôÜ äéáëýìáôá. Áí ãéá ðáñÜäåéãìá óå Ýíá ëßôñï íåñü ðñïóôåèïýí 0,10 moles HCl, ó÷çìáôßæåôáé Ýíá äéÜëõìá, óôï ïðïßï ç [Ç+] åßíáé 0,10 Ì. Èá ðñÝðåé üìùò íá åîáêïëïõèåß íá éó÷ýåé ç ó÷Ýóç, ðïõ äßíåôáé áðü ôçí åîßóùóç (6). Êw = 10–14 = [Ç+] [ ÏÇ–]

(6)

Ìå âÜóç áõôÞí ôç ó÷Ýóç, ç ôéìÞ ôçò [ÏÇ–] ðåñéïñßæåôáé óå 10–13 Ì. Ìðïñåß íá áíáñùôçèåßôå ôé ãßíïíôáé ôá éüíôá ÏÇ–, ôá ïðïßá ÷Üíïíôáé, þóôå íá ìåéùèåß ç [ÏÇ–] áðü 10–7 Ì óå 10–13 Ì. Ç áðÜíôçóç åßíáé üôé óõíäÝïíôáé ìå éüíôá Ç+ êáé ó÷çìáôßæïõí ìüñéá íåñïý. Óôç óõíÝ÷åéá üìùò èá õðïâÜëåôå ìéá Üëëç åñþôçóç. Áí ìåñéêÜ éüíôá Ç+ êáôáíáëùèïýí, ãéá íá áíôéäñÜóïõí ìå éüíôá ÏÇ– êáé íá ó÷çìáôßóïõí ìüñéá íåñïý, äåí áðïìÝíïõí ëéãüôåñá éüíôá Ç+ áðü 0,10 moles óôï ëßôñï; Ç áðÜíôçóç åßíáé ü÷é! ÊáôÜ ôç ìåßùóç ôçò [ÏÇ–] áðü 10–7 Ì óå 10–13 Ì, ïõóéáóôéêÜ üëá ôá áñ÷éêÜ 10–7 moles/ëßôñï ôùí éüíôùí ÏÇ–(õä) óõíäÝïíôáé ìå éüíôá Ç+(õä) êáé ó÷çìáôßæïõí íåñü. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ôá 10–13 åßíáé ìüíï ôï Ýíá åêáôïììõñéïóôü ôïõ 10–7 êáé ãé' áõôü èåùñåßôáé óõãêñéôéêÜ áìåëçôÝï. Áñ÷éêÜ, áðü ôç äéÜóôáóç ôïõ íåñïý õðÜñ÷ïõí åðßóçò 10–7 moles éüíôùí Ç+ óôï ëßôñï. Ùò ãíùóôüí, ãéá íá ó÷çìáôéóèïýí ìüñéá íåñïý, èá ðñÝðåé íá óõíäåèïýí ßóïé áñéèìïß éüíôùí Ç+ êáé ÏÇ–. Áõôü óçìáßíåé üôé ç óõãêÝíôñùóç ôùí

éüíôùí Ç+ ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ôç äéÜóôáóç ôïõ íåñïý åëáôôþíåôáé áðü 10–7 Ì óå 10–13 Ì, üðùò óõìâáßíåé êáé ìå ôç óõãêÝíôñùóç ôùí ÏÇ–. Ôá õðüëïéðá åëåýèåñá éüíôá Ç+ áðü ôç äéÜóôáóç ôïõ íåñïý åßíáé áìåëçôÝá. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ç ðñáãìáôéêÞ óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç+ ìåôÜ ôçí áðïêáôÜóôáóç ôçò éóïññïðßáò åßíáé, ìå ðïëý ìåãÜëç áêñßâåéá, ßóç ìå ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç+ ðïõ ðñïÞëèáí áðü ôç äéÜóôáóç ôïõ HCl. Ç óõãêÝíôñùóç áõôÞ åßíáé 0,10 Ì (âÝâáéá, äåí õðÜñ÷åé äéáöïñÜ áíÜìåóá óôá éüíôá Ç+ ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ôç äéÜóôáóç ôïõ íåñïý êáé óå áõôÜ ôçò äéáóôÜóåùò ôïõ HCl^ áíáöÝñïíôáé óáí íá åßíáé äéáöïñåôéêÜ, ìüíï êáé ìüíï ãéá íá ãßíåé ç ðñïçãïýìåíç åñìçíåßá óáöÝóôåñç). Êáô' áíÜëïãï ôñüðï, áí óå Ýíá ëßôñï íåñïý ðñïóôåèïýí 0,10 moles NaOH, ç [ÏÇ–] ãßíåôáé 0,10 Ì ìå ðïëý ìåãÜëï âáèìü áêñéâåßáò. Ç ôéìÞ ôçò [Ç+] ìåéþíåôáé óå 10–13 Ì.

Áò õðïôåèåß ôþñá üôé ôï HCl êáé ôï NaOH ðñïóôßèåíôáé óôï ßäéï äéÜëõìá. Ãéá ôçí áêñßâåéá, áò õðïôåèåß üôé 0,10 moles HCl êáé 0,10 moles NaOH ðñïóôßèåíôáé óå Ýíá ëßôñï íåñïý. Åßíáé óáöÝò üôé áí ç êÜèå äéáëõìÝíç ïõóßá óõìðåñéöÝñåôáé üðùò áí Þôáí ìüíç ôçò, ç [Ç+] èá éóïýôáé ìå 0,10 Ì^ êáé ç [ÏÇ–] èá éóïýôáé ìå 0,10 Ì. Ãé' áõôü èá åðáëçèåýåôáé ç åðüìåíç åîßóùóç: [Ç+] [ÏÇ–] = (0,10)(0,10) = 10–2

ÊÜôé ôÝôïéï üìùò äåí åßíáé äõíáôüí íá éó÷ýåé, ãéáôß áíôéâáßíåé óôï íüìï ôçò éóïññïðßáò. Ôï ãéíüìåíï [Ç+] [ÏÇ–] ðñÝðåé íá åßíáé ßóï êáé ü÷é

645

Ç ÷çìåßá êáé ôï ðåñéâÜëëïí ìáò. ÏÎÉÍÇ ÂÑÏ×Ç ÊÁÉ ×ÉÏÍÉ Èá Ý÷åôå áêïýóåé ðéèáíüôáôá ôçí Ýêöñáóç “êáèáñüò óáí ôï öñÝóêï ÷éüíé”. Ìå ëýðç ìáò üìùò èá óáò ðëçñïöïñÞóïìå üôé èá ðÜøåé ðéá íá éó÷ýåé áõôÞ ç êáëÞ ðáñïìïßùóç. ÕðÜñ÷ïõí ðïëëÝò åíäåßîåéò üôé ôï ÷éüíé –êáé ç âñï÷Þ–äåí åßíáé ðéá ðïëý êáèáñÜ. Ôéò ôåëåõôáßåò äåêáåôßåò ç âñï÷Þ ãßíåôáé üëï êáé ðåñéóóüôåñï üîéíç. Ç ôÜóç áõôÞ öáßíåôáé íá óõíäÝåôáé ìå ôéò áõîáíüìåíåò ðïóüôçôåò ôùí áåñßùí ñõðáíôþí êáé êõñßùò ôùí ðñïúüíôùí ôïõ èåßïõ êáé ôïõ áæþôïõ. Ùò ãíùóôüí, ôï êáèáñü íåñü óôïõò 25°C Ý÷åé pH = 7,0. Ç óõãêÝíôñùóç ôüóï ôïõ Ç+ üóï êáé ôïõ ÏÇ– åßíáé ßóåò ìå 10–7 Ì. Ôï íåñü ôçò âñï÷Þò Þôáí ðÜíôá åëáöñþò ðéï üîéíï åî áéôßáò ôïõ äéïîåéäßïõ ôïõ Üíèñáêá ôçò áôìüóöáéñáò. ~Ïôáí äåí õðÜñ÷åé ñýðáíóç, Ýíá pH ãýñù óôï 5,7 èåùñåßôáé êáíïíéêü ãéá ôï íåñü ôçò âñï÷Þò. Ðñüóöáôåò ìåëÝôåò, éäéáßôåñá óôçí Åõñþðç, Ýäåéîáí üôé óôá ÷ñüíéá ìáò ôï ÷éüíé êáé ç âñï÷Þ Ý÷ïõí óõíÞèùò pH áíÜìåóá óôï 5 êáé óôï 3. ~Å÷ïõí ðñïóäéïñéóèåß êáé ôéìÝò ôüóï ÷áìçëÝò, üóï ôï 2,8. Õðåíèõìßæåôáé üôé pH = 3 óçìáßíåé 0,001 Ì äéáëýìáôïò éüíôùí õäñïãüíïõ. Ïé ðåñéóóüôåñïé èá ôï ïíüìáæáí áñáéü ïîý. Áéôßåò áõôÞò ôçò áõîçìÝíçò ïîýôçôáò åßíáé êõñßùò ôï èåééêü êáé ôï íéôñéêü ïîý, H2SO4 êáé ÇÍÏ3, ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óôç âñï÷Þ êáé ôï ÷éüíé. Ôá ïîÝá áõôÜ åßíáé ôá ôåëéêÜ õäáôïäéáëõôÜ ðñïúüíôá ôïõ SO2 êáé ôùí ïîåéäßùí ôïõ áæþôïõ, ÍÏ êáé ÍÏ2, ôá ïðïßá åéóÝñ÷ïíôáé óôçí áôìüóöáéñá óå ìåãÜëåò ðïóüôçôåò áðü óôáèìïýò ðáñáãùãÞò åíÝñãåéáò, åîáôìßóåéò áõôïêéíÞôùí Þ áåñïðëÜíùí êáé äéÜöïñá âéïìç÷áíéêÜ áÝñéá õðïðñïúüíôá. Ìüíï óôéò ÇíùìÝíåò Ðïëéôåßåò åß÷å õðïëïãéóèåß üôé ðñéí áðü ìåñéêÜ ÷ñüíéá åêðÝìðïíôáí óôïí áÝñá ôï ÷ñüíï, ðåñßðïõ 32 åêáôïììýñéá ôüíïé äéïîåéäßïõ ôïõ èåßïõ êáé Üëëïé ôüóïé ïîåéäßùí ôïõ áæþôïõ. Ï õðüëïéðïò êüóìïò èá ðñÝðåé íá èåùñçèåß üôé åßíáé õðåýèõíïò ãéá ôçí åêðïìðÞ Üëëùí ôüóùí ðïóïôÞôùí. Ôá áðïôåëÝóìáôá áõôÞò ôçò áôìïóöáéñéêÞò ñõðÜíóåùò åßíáé ðñïöáíÞ (áéèáëïìß÷ëç êáé Üëëåò Üìåóåò óõíÝðåéåò). Åßíáé åíôõðùóéáêü êáé óçìáíôéêü íá óõíåéäçôïðïéÞóïìå üôé áõôïý ôïõ åßäïõò ç ñýðáíóç åßíáé äõíáôüí íá ìáò äçìéïõñãÞóåé óùñåßá ðñïâëçìÜôùí ìÝóù ôçò üîéíçò âñï÷Þò. Ç üîéíç âñï÷Þ äåí åßíáé êáèáñü íåñü ðïõ ðåñéÝ÷åé ìéêñÞ ðïóüôçôá äéáëõìÝíïõ CO2, áëëÜ áíôßèåôá åßíáé Ýíá (ü÷é êáé ðïëý áñáéü)

äéÜëõìá èåééêïý ïîÝïò êáé íéôñéêþí ïîÝùí. Ôé óõíÝðåéåò Ý÷åé ç üîéíç âñï÷Þ; Ìüëéò ðñéí áðü ìåñéêÜ ÷ñüíéá áñ÷ßóáìå íá êáôáíïïýìå áêñéâþò ôéò ðåñéâáëëïíôéêÝò åðéðôþóåéò, ïé ïðïßåò åßíáé óáöÝò üôé äåí ìðïñåß íá åßíáé êáëÝò. Äåí ÷ùñåß áìöéâïëßá üôé êôÞñéá, åñãïóôÜóéá êáé äéÜöïñá êáëëéôå÷íéêÜ äçìéïõñãÞìáôá õðïöÝñïõí áðü êÜðïéï åßäïò äéáâñþóåùò, ç ïðïßá åßíáé áðïôÝëåóìá ìáêñÜò åêèÝóåùò óôá áñáéÜ ïîÝá. Ìåãáëýôåñç óçìáóßá üìùò Ý÷ïõí äéÜöïñåò ðïëýðëïêåò, åõñåßáò êëßìáêáò åðéäñÜóåéò óôç öýóç. Áýîçóç ôùí ïîÝùí óôï Ýäáöïò ïäçãåß ìå âåâáéüôçôá óå áõîçìÝíåò ôá÷ýôçôåò äéá÷ùñéóìïý ïõóéþí æùôéêÞò óçìáóßáò ãéá ôç äéáôñïöÞ, üðùò åßíáé ôï áóâÝóôéï. Åðßóçò, öáßíåôáé íá Ý÷ïìå Üìåóá áñíçôéêÝò åðéðôþóåéò óôç âëÜóôçóç, áëëÜ ìÝ÷ñé óÞìåñá äåí õðÜñ÷ïõí óõóôçìáôéêÝò ìåëÝôåò ðñïêåéìÝíïõ íá åêôéìçèïýí ïé åðéðôþóåéò áõôÝò. Åßíáé üìùò ãíùóôüí üôé ðïëý óïâáñÝò åßíáé ïé åðéðôþóåéò ôçò áõîáíüìåíçò ïîýôçôáò ôùí õðïãåßùí õäÜôùí óôçí õäñüâéá æùÞ. Ìéá ìåëÝôç ðïõ Ýãéíå óôç Íïñâçãßá Ýäåéîå üôé ç üîéíç âñï÷Þ Ý÷åé ìåôáâÜëåé ôüóï ðïëý ôï pH ïñéóìÝíùí ðïôáìþí, þóôå íá ìçí ìðïñïýí íá áíáðôõ÷èïýí ðéá åêåß ôá áõãÜ ôùí óïëïìþí. Ç æùÞ ôùí óïëïìþí Ý÷åé ðåñéïñéóèåß óå ìåñéêÜ ðïôÜìéá ôçò íüôéáò Íïñâçãßáò. Ôï ðñüâëçìá ôçò üîéíçò âñï÷Þò åßíáé Ýíá éäéáßôåñá êáëü ðáñÜäåéãìá ôïõ ðáãêüóìéïõ ÷áñáêôÞñá ôùí ðåñéâáëëïíôéêþí ðñïâëçìÜôùí. Ç áôìïóöáéñéêÞ ñýðáíóç êáé ïé äéÜöïñåò óõíÝðåéÝò ôçò, üðùò åßíáé ç üîéíç âñï÷Þ êáé ôï üîéíï ÷éüíé, éóïäõíáìïýí êáôÜ êÜðïéïí ôñüðïí ìå Ýíáí áèÝìéôï ÷çìéêü ðüëåìï.

646

íá õðåñâáßíåé ôçí ôéìÞ 10–14. Ôï áßôçìá áõôü éêáíïðïéåßôáé, ìüíï áí óõíäåèïýí áñêåôÜ æåýãç éüíôùí Ç+ êáé ÏÇ–, êáé ó÷çìáôßóïõí ìüñéá Ç2Ï. ÐñïêåéìÝíïõ íá ó÷çìáôéóèåß Ç2Ï, ðñÝðåé íá óõíäåèåß ßóïò áñéèìüò éüíôùí Ç+ êáé ÏÇ–. Ãé' áõôü, ç [Ç+] êáé ç [ÏÇ–] ðáñáìÝíïõí ßóåò, áöïý ó÷çìáôßæïíôáé ìüñéá Ç2Ï. Èá ðáñáìåßíïõí ßóåò, êáé üôáí áðïêáôáóôáèåß éóïññïðßá. Áõôü óçìáßíåé üôé ç óõãêÝíôñùóç ôïõ êÜèå éüíôïò èá éóïýôáé ìå 10–7. ÁõôÞ åßíáé âÝâáéá êáé ç ôéìÞ ôçò óõãêåíôñþóåùò ôïõ êÜèå éüíôïò ìÝóá óôï êáèáñü íåñü. ~Åôóé, éó÷ýåé ç åîßóùóç (10). [ÏÇ–] = [Ç+] = 1,00 x 10–7 M

(10)

Ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí äõï éüíôùí åßíáé ßäéåò ðñéí êáé ìåôÜ ôçí ðñïóèÞêç éóïôüðùí óå moles äéáëõìÜôùí ôïõ HCl êáé ôïõ NaOH. Áõôü óçìáßíåé üôé üëá ôá éüíôá Ç + êáé ÏÇ– ðïõ ðñïÝñ÷ïíôáé áðü áõôÝò ôéò ïõóßåò ðñÝðåé íá óõíäÝïíôáé êáé íá ó÷çìáôßæïõí Ç2Ï. Áðü ôçí áíôßäñáóç (20) ðñïêýðôåé üôé 0,10 moles éüíôùí Ç+(õä) êáé 0,10 moles éüíôùí ÏÇ–(õä) ó÷çìáôßæïõí 0,10 moles íåñïý. Ç+(õä) + ÏÇ–(õä)

Ç2Ï(õã)

(20)

Áò õðïôåèåß ôþñá üôé óå Ýíá ëßôñï íåñïý ðñïóôßèåíôáé 0,20 moles HCl êáé 0,10 moles NaOH. Êáé ðÜëé, áí ç êÜèå äéáëõìÝíç ïõóßá óõìðåñéöåñüôáí áíåîÜñôçôá áðü ôçí Üëëç, èá ðáñáâéáæüôáí ï íüìïò ôçò éóïññïðßáò, åðåéäÞ èá ßó÷õå ç åðüìåíç ó÷Ýóç: [Ç+] [ÏÇ–] = (0,20)(0,10) = 2 x 10–2

Ï ìüíïò ôñüðïò, ãéá íá äéáôçñçèåß ï íüìïò ôçò éóïññïðßáò åßíáé íá áíôéäñÜóïõí áñêåôÜ æåýãç éüíôùí Ç+(õä) êáé ÏÇ–(õä) êáé íá ó÷çìáôßóïõí ìüñéá Ç2Ï. ~Åôóé, ôï ãéíüìåíï ôùí õðïëïßðùí éüíôùí Ç+ êáé ÏÇ– ðïõ äåí áíôÝäñáóáí, èá éóïýôáé ìå 10–14. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé óôï äéÜëõìá õðÜñ÷ïõí ðåñéóóüôåñá éüíôá Ç+ áðü üóá éüíôá ÏÇ–. Óýìöùíá ìå ôçí áíôßäñáóç (20), ãéá ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ Ç2Ï êáôáíáëþíïíôáé ó÷åäüí üëá ôá 0,10 moles ôùí ÏÇ– ôïõ NaOH. Åéäéêüôåñá, 0,10 moles éüíôùí Ç+ áðü ôï HCl óõíäÝïíôáé ìå 0,10 moles éüíôùí ÏÇ– êáé ó÷çìáôßæïõí 0,10 moles Ç2Ï. Áõôü óçìáßíåé üôé ðáñáìÝíïõí åëåýèåñá 0,10 moles éüíôùí Ç+ áðü ôï HCl. ~Åôóé, [ÏÇ–] = 1,0 x 10–13.

Áí êáé ðñïêåéìÝíïõ íá ôçñçèåß ï íüìïò ôçò éóïññïðßáò ðáñáìÝíïõí 10 –13 moles éüíôùí ÏÇ –, áõôÜ áðïôåëïýí ìüíï ôï Ýíá åêáôïììõñéïóôü ôïõ åêáôïììõñéïóôïý ôùí 0,10 moles ðïõ åß÷áí áñ÷éêÜ ðñïóôåèåß. Ïé ÷çìéêïß óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç ëÝíå üôé ç âÜóç Ý÷åé, ãéá ðñáêôéêïýò óêïðïýò, åîïõäåôåñùèåß åíôåëþò áðü ôçí ðåñßóóåéá ôïõ ïîÝïò. Óôçí ðåñßðôùóç üðïõ èá ðñïóôåèåß êÜðïéï ïîý óå ðåñßóóåéá êÜðïéáò âÜóåùò, èá åîïõäåôåñùèåß åíôåëþò ôï ïîý áðü ôç âÜóç. Áí êáé ç óõíÝíùóç ôùí éüíôùí Ç+(õä) êáé ÏÇ–(õä) ìå ó÷çìáôéóìü Ç2Ï åßíáé ç ìüíç áíôßäñáóç ðïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé, èá ðñÝðåé íá óõìâáßíåé êáé êÜôé Üëëï, üôáí Ýíá ïîý áíôéäñÜ ìå ìéá âÜóç. Ôï ïîý ðåñéÝ÷åé êÜðïéï áñíçôéêü éüí, ôï ïðïßï åéóÝñ÷åôáé óôï äéÜëõìá ìáæß ìå ôá éüíôá ôïõ Ç+, åíþ ôá éüíôá ÏÇ– ôçò âÜóåùò óõíïäåýïíôáé áðü êÜðïéï èåôéêü éüí. ÌåôÜ ôçí áìïéâáßá åîïõäåôÝñùóç ôùí éüíôùí Ç+ êáé ÏÇ–, áõôÜ ôá Üëëá éüíôá ðáñáìÝíïõí óôï äéÜëõìá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, ç ðëÞñçò áíôßäñáóç ãéá ôçí åîïõäåôÝñùóç ôïõ äéáëýìáôïò HCl áðü ôï äéÜëõìá NaOH åßíáé ç ðáñáêÜôù: Na+(õä) + ÏÇ–(õä) + Ç+(õä) + Cl–(õä) Ç2Ï + Na+(õä) + Cl–(õä)

Áí áõôü ôï äéÜëõìá åîáôìéæüôáí, èá óõëëåãüôáí êñõóôáëëéêü ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï, NaCl (ó÷. 23-8). Ôï NaCl åßíáé âÝâáéá ç ïõóßá ìå ôï ãíùóôü üíïìá Üëáò. Ðéï óõãêåêñéìÝíá, ôï NaCl åßíáé Ýíá ìüíï áðü ôá ðïëëÜ Üëáôá. ¢ëáôá åßíáé åíþóåéò ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé, üôáí Ýíá ïîý êáé ìßá âÜóç åîïõäåôåñþíïíôáé ìåôáîý ôïõò. Ôï ó÷çìáôéæüìåíï Üëáò ðåñéÝ÷åé ôï èåôéêü éüí ôçò âÜóåùò êáé ôï áñíçôéêü éüí ôïõ ïîÝïò. ~Áëëï ðáñÜäåéãìá ó÷çìáôéóìïý Üëáôïò áðü åîïõäåôÝñùóç åßíáé ç áíôßäñáóç áíÜìåóá óå èåééêü ïîý, Ç2SO4, êáé õäñïîåßäéï ôïõ áóâåóôßïõ, Ca(OH)2. Ðñïúüí ôçò áíôéäñÜóåùò åßíáé Ýíá äéÜëõìá ôïõ Üëáôïò èåééêü áóâÝóôéï, CaSO4, óýìöùíá êáé ìå ôçí áíôßäñáóç ðïõ áêïëïõèåß: 2Ç+ + SO42–(õä) + Ca2+(õä) + 2ÏÇ–(õä) Õ Õ 2Ç2Ï + Ca2+(õä) + SO42–(õä)

Ìå âÜóç ôá ðáñáðÜíù äßíåôáé ï ïñéóìüò ôçò åîïõäåôåñþóåùò: ÅîïõäåôÝñùóç êáëåßôáé ç áíôßäñáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá ôá éüíôá Ç+ åíüò ïîÝïò êáé ôá éüíôá ÏÇ– ìéáò âÜóåùò åíþíïíôáé êáé ó÷çìáôßæïõí íåñü. Ôá Üëëá éüíôá ðïõ áðïìÝíïõí åßíáé ßäéá ìå ôá éüíôá ôïõ äéáëýìáôïò

647

23.11Ç äéáäéêáóßá ôçò ôéôëïäïôÞóåùò aðü èåùñçôéêÞò áðüøåùò.

Ó×ÇÌÁ 23-8. ~Ïôáí áíáìé÷èåß NaOH(õä) êáé HCl(õä), ðñáãìáôïðïéåßôáé åîïõäåôÝñùóç (åðÜíù). ~Åíá áðü ôá ðñïúüíôá ôçò áíôéäñÜóåùò åßíáé ôï ÷ëùñéïý÷ï íÜôñéï, NaCl, ôï ïðïßï ðáñáìÝíåé ùò óôåñåü ìåôÜ ôçí åîÜôìéóç ôïõ íåñïý (êÜôù).

åíüò Üëáôïò. Èá ðñÝðåé íá óõãêñáôÞóåôå åðßóçò ôçí åîïõäåôÝñùóç êáé ìå ôç ìïñöÞ ôçò åðüìåíçò ãåíéêÞò áíôéäñÜóåùò: ïîý + âÜóç

Üëáò + íåñü

Ôéôëïäüôçóç åßíáé ôï üíïìá ðïõ äßíåôáé óôç äéáäéêáóßá, êáôÜ ôçí ïðïßá ðñïóäéïñßæåôáé ï üãêïò ôïõ äéáëýìáôïò ðïõ ÷ñåéÜæåôáé íá áíôéäñÜóåé ìå ïñéóìÝíç ìÜæá Þ üãêï êÜðïéïõ äåßãìáôïò. Ç äéáäéêáóßá áõôÞ åöáñìüæåôáé åêôåôáìÝíá óôçí ðïóïôéêÞ ìåëÝôç ôùí áíôéäñÜóåùí ïîÝùí-âÜóåùí. ÊáôÜ ôçí ôéôëïäüôçóç åíüò ïîÝïò ìå ìéá âÜóç, Þ áíôßóôñïöá, êÜðïéï äéÜëõìá ôïõ åíüò ðñïóôßèåôáé ëßãï ëßãï óå Ýíá äéÜëõìá ôïõ Üëëïõ, ìÝ÷ñé íá åîéóùèïýí ïé ðïóüôçôåò ôùí Ç+(õä) êáé ôùí ÏÇ–(õä). Áò åîåôÜóïìå ãéá ðáñÜäåéãìá ôçí ôéôëïäüôçóç ôùí äéáëõìÜôùí HCl êáé NaOH. Ãéá ôï äéÜëõìá ðïõ ðñïêýðôåé, üôáí áíáìé÷èïýí ßóåò ðïóüôçôåò ïîÝïò êáé âÜóåùò, èá éó÷ýåé ç ó÷Ýóç [Ç+]= [ÏÇ–]=10–7 Ì. Áõôü áðïôåëåß ôï éóïäýíáìï óçìåßï Þ ôï ôåëéêü óçìåßï ôçò ôéôëïäïôÞóåùò. Ðþò äéáðéóôþíïìå üôé öèÜóáìå óôï éóïäýíáìï óçìåßï; ~Åíáò áðü ôïõò ðéï áðëïýò ôñüðïõò åßíáé ç ðñïóèÞêç çëéïôñïðßïõ Þ êÜðïéïõ Üëëïõ äåßêôç ïîÝùí-âÜóåùí. Ôï çëéïôñüðéï Ý÷åé êüêêéíï ÷ñþìá ìÝóá óôï äéÜëõìá åíüò ïîÝïò êáé ìåôáôñÝðåôáé óå êõáíü, üôáí ôï äéÜëõìá åßíáé âáóéêü. Áí îåêéíÞóåôå ìå Ýíá üîéíï äéÜëõìá ðïõ ðåñéÝ÷åé çëéïôñüðéï, ôï äéÜëõìá èá åßíáé êüêêéíï. Êáèþò ðñïóôßèåôáé áñãÜ NaOÇ, ôï ÷ñþìá èá ðáñáìÝíåé êüêêéíï, ìÝ÷ñé íá ðñïóôåèåß áêñéâþò ôüóç âÜóç, þóôå íá åîïõäåôåñùèåß üëï ôï ïîý. Ìüëéò ðñïóôåèåß åëÜ÷éóôç åðß ðëÝïí ðïóüôçôá âÜóåùò, ôï ÷ñþìá èá ìåôáôñáðåß óå êõáíü. Áí ðáñáôçñÞóïìå ðñïóåêôéêÜ, åßíáé äõíáôüí íá äéáêñßíïìå áõôÞí ôçí áëëáãÞ ôïõ ÷ñþìáôïò, ìå áêñßâåéá ìéáò óôáãüíáò âÜóåùò. Ç äéáäéêáóßá ôçò ôéôëïäïôÞóåùò åöáñìüæåôáé ãéá ôç óýãêñéóç ôùí óõãêåíôñþóåùí ïîÝùí êáé âÜóåùí. Áò õðïôåèåß üôé Ý÷åôå Ýíá äéÜëõìá NaOH óõãêåíôñþóåùò 0,100 Ì êáé Ýíá äéÜëõìá HCl Üãíùóôçò óõãêåíôñþóåùò. Áò õðïôåèåß áêüìç üôé, üôáí ôéôëïäïôÞóáôå 100,0 ml ôïõ üîéíïõ äéáëýìáôïò ìå ôç âÜóç, âñÞêáôå üôé ãéá íá åîïõäåôåñùèïýí ôá 100,0 ml, ÷ñåéÜóèçêáí 75,0 ml äéáëýìáôïò ôïõ NaOH. Áõôü óçìáßíåé üôé ôá 75,0 ml äéáëýìáôïò NaOH ðåñéÝ÷ïõí ôüóá moles ÏÇ–(õä), üóá åßíáé ôá moles ôïõ Ç+(õä) ìÝóá óôá 100,0 ml ôïõ äéáëýìáôïò ôïõ HCl. ÅðåéäÞ õðÜñ÷ïõí 0,100 moles NaOH ìÝóá óå Ýíá ëßôñï äéáëýìáôïò 0,100 Ì NaOH, èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí 0,00750 moles ôïõ NaOH ìÝóá óôá 75,0 ml ôïõ äéáëýìáôïò 0,100 Ì NaOH.

648

äéáëýìáôïò HCl èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí 7,5 x 10–2 moles HCl. Ãé' áõôü, èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷ïõí êáé 0,00750 Þ 7,5 x 10–3, moles HCl ìÝóá óå 100,0ml ôïõ äéáëýìáôïò HCl. ÓõíÜãåôáé üôé ìÝóá óå Ýíá ëßôñï

~Áñá, ç óõãêÝíôñùóç ôïõ äéáëýìáôïò ÇCl åßíáé 0,0750 Ì.

ÓõíôÞñçóç ôùí ðñï÷ïÀäùí. 1. Êáèáñéóìüò. ÌÝóá óôçí ðñï÷ïÀäá ðñïóèÝóôå ëßãá êõâéêÜ åêáôïóôÜ äéáëýìáôïò áðïññõðáíôéêïý êáé óôç óõíÝ÷åéá ìå ôç âïÞèåéá ìéáò åéäéêÞò âïýñôóáò ãéá ðñï÷ïÀäåò êáèáñßóôå ôçí åóùôåñéêÞ åðéöÜíåéá, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 23-9. Óôç óõíÝ÷åéá, îåðëýíôå ôçí êáëÜ ìå íåñü ôçò âñýóçò êáé êáôüðéí ìå áðåóôáãìÝíï íåñü. Áöïý óôåãíþóåé, åëÝãîôå ìÞðùò Ý÷ïõí áðïìåßíåé ìåñéêÝò áêüìç óôáãüíåò óôá åóùôåñéêÜ ôïé÷þìáôá. Áí ðñÜãìáôé õðÜñ÷ïõí, óçìáßíåé üôé äåí Ý÷åé ðëõèåß êáëÜ êáé ðñÝðåé íá îáíáðëõèåß. ~Ïôáí ôï ãõáëß åßíáé êáèáñü, ôï íåñü öåýãåé áìÝóùò. 2. Ðñïåôïéìáóßá ãéá ÷ñÞóç. Áöïý êáèáñßóåôå ôçí ðñï÷ïÀäá, ðñïóèÝóôå 5–10 ml ôïõ äéáëýìáôïò ðïõ ðñüêåéôáé íá ìåôñçèåß. ÁöÞóôå ìåñéêÜ êõâéêÜ åêáôïóôÜ íá ôñÝîïõí Ýîù. ÔïðïèåôÞóôå ôçí ðñï÷ïÀäá óå ïñéæüíôéá èÝóç êáé ìå ìéá ðåñéóôñïöéêÞ êßíçóç áäåéÜóôå áðü ôï åðÜíù ìÝñïò ôçò ôï õðüëïéðï ôïõ äéáëýìáôïò. ÐñÝðåé íá âåâáéùèåßôå üôé ôï äéÜëõìá Ýâñåîå ôåëåßùò ôï åóùôåñéêü ôçò. Ãéá íá îåðëõèåß êáëýôåñá èá ðñÝðåé íá åðáíáëçöèåß ç üëç äéáäéêáóßá. Ç ðñï÷ïÀäá óõìðëçñþíåôáé ìÝ÷ñé åðÜíù ìå ôï äéÜëõìá ðïõ èá ÷ñçóéìïðïéçèåß. Ïé öõóáëßäåò ôïõ áÝñá ðïõ âñßóêïíôáé óôï êÜôù Üêñï ôçò, áðïìáêñýíïíôáé ãõñßæïíôÜò ôï ðñïò ôá åðÜíù, üðùò óôï ó÷Þìá 23-10. ÑÝåé ôï äéÜëõìá áðü ôç óôñüöéããá, ìÝ÷ñé íá öèÜóåé ï ðõèìÝíáò ôïõ ìçíßóêïõ óôï óçìåßï ìçäÝí Þ êáé ðéï êÜôù. Áí óôçí Üêñç ôçò, ðñéí áñ÷ßóåé ç ôéôëïäüôçóç, êñÝìåôáé ìéá óôáãüíá, ôçí áðïìáêñýíåôå ìåôáöÝñïíôÜò ôçí óå Ýíá ðïôÞñé. Áíôßèåôá, ìéá óôáãüíá ðïõ ó÷çìáôßæåôáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò ôéôëïäïôÞóåùò, óõëëÝãåôáé óôï äï÷åßï ôçò ôéôëïäïôÞóåùò áêïõìðþíôáò ôçí ðñï÷ïÀäá óôá ôïé÷þìáôÜ ôïõ êáé ðáñáóýñåôáé ðñïò ôá êÜôù ìå áðåóôáãìÝíï íåñü. 3. ÁíÜãíùóç ôïõ üãêïõ. ~Ïôáí äéáâÜæåôå ôïí üãêï åðÜíù óôçí

Ó×ÇÌÁ 23-9.

Ó×ÇÌÁ 23-10.

649

ðñï÷ïÀäá, âåâáéùèåßôå üôé ôï åðßðåäï ôïõ ìáôéïý óáò óõìðßðôåé ìå ôï êÜôù ìÝñïò ôïõ ìçíßóêïõ^ äéáâÜóôå ðñïóåêôéêÜ ôçí Ýíäåéîç ðïõ áíôéóôïé÷åß óå áõôü ôï êÜôù ìÝñïò ôçò êáìðýëçò ôïõ. Óå êÜèå ôéôëïäüôçóç öñïíôßóôå íá Ý÷åôå ðÜíôá Ýíáí üãêï ôïõëÜ÷éóôïí 10 ml áðü ôï êÜèå äéÜëõìá, þóôå íá åðéôõã÷Üíåôå áêñßâåéá 1%. 4. Öñïíôßäá ìåôÜ ôç ÷ñÞóç. Îåðëýíôå ôçí ðñï÷ïÀäá áñêåôÝò öïñÝò ìå

ÄÉÅÑÅÕÍÇÓH

23.12

íåñü ôçò âñýóçò, êáé êáôÜ ôçí ôåëåõôáßá Ýêðëõóç ÷ñçóéìïðïéÞóôå áðåóôáãìÝíï íåñü. ÅðåéäÞ ôï ãõáëß áíôéäñÜ ìå äéáëýìáôá âÜóåùò, èá ðñÝðåé ç ðñï÷ïÀäá íá ðëÝíåôáé ìå éäéáßôåñç ðñïóï÷Þ, üôáí Ý÷ïõí ÷ñçóéìïðïéçèåß äéáëýìáôá áõôïý ôïõ åßäïõò. Ìéá Ýêðëõóç ìå áñáéü ïîý ìåôÜ áðü Ýêðëõóç ìå íåñü åîáóöáëßæåé ôçí ðëÞñç áðïìÜêñõíóç ôçò âÜóåùò. ÌåôÜ áðü áõôü èá áêïëïõèÞóïõí ðÜëé åêðëýóåéò ìå íåñü.

Ç äéáäéêáóßá ôçò ôéôëïäïôÞóåùò óôçí ðñÜîç.

Ç äéáäéêáóßá ôçò ôéôëïäïôÞóåùò áðïôåëåß ìéá áðü ôéò ðéï ÷ñÞóéìåò ôå÷íéêÝò ðïõ äéáèÝôåé Ýíáò áíáëõôéêüò ÷çìéêüò. Áöïý ðáñáóêåõáóèïýí “ðñüôõðá äéáëýìáôá áíáöïñÜò”, ç ìÝèïäïò áõôÞ ÷ñçóéìåýåé ãéá ôïí ôá÷ý êáé áêñéâÞ ðñïóäéïñéóìü ôçò óõóôÜóåùò ðïëëþí äéáöïñåôéêþí ôýðùí õãñþí êáé óôåñåþí. Ç ôéôëïäüôçóç åßíáé Ýíá åßäïò ïãêïìåôñéêÞò áíáëýóåùò. Ìåôñþíôáò ôïõò üãêïõò (êáé ôéò óõãêåíôñþóåéò) ôùí áíôéäñáóôçñßùí, âñßóêïìå ôéò ó÷åôéêÝò ðïóüôçôåò ôùí ïõóéþí ðïõ áíôéäñïýí êáé ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé. Óôç óôáèìéêÞ áíÜëõóç ìåôñÜìå âÜñç. Ìå ôç ìÝôñçóç ôçò ìÜæáò ôùí áñ÷éêþí ïõóéþí êáé ôùí ðñïúüíôùí ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé âñßóêïìå ìéá ðïóïôéêÞ ó÷Ýóç áíÜìåóá óôéò ìÜæåò ôùí ðñïúüíôùí êáé ôéò ìÜæåò ôùí ïõóéþí ðïõ áíôéäñïýí. Ãéá íá ðåôý÷åé ìéá ôéôëïäüôçóç, èá ðñÝðåé ç áíôßäñáóç áíÜìåóá óôéò ïõóßåò ðïõ ðñüêåéôáé íá ìåôñçèïýí íá ðñáãìáôïðïéåßôáé ìå ìåãÜëç ôá÷ýôçôá. Åðßóçò, üôáí áíáìé÷èïýí éóïäýíáìåò ðïóüôçôåò áíôéäñþíôùí, äçëáäÞ êáôÜ ôï ôåëéêü óçìåßï, èá ðñÝðåé ïé éäéüôçôåò ôïõ ìßãìáôïò íá ìåôáâÜëëïíôáé áðüôïìá êáé êáôÜ åõäéÜêñéôï ôñüðï. Áõôü ôï ôåëéêü óçìåßï ðñïóäéïñßæåôáé óõíÞèùò ìå ôç âïÞèåéá åíüò êáôÜëëçëïõ äåßêôç. Óå ìåñéêÝò ôéôëïäïôÞóåéò ï åíôïðéóìüò ôïõ ôåëéêïý óçìåßïõ åîáñôÜôáé áðü ìéá ìåôáâïëÞ óôï ÷ñþìá Þ ôç äéáýãåéá ôïõ éäßïõ ôïõ ìßãìáôïò Þ óå ìéá îáöíéêÞ ìåôáâïëÞ ôçò çëåêôñéêÞò áãùãéìüôçôÜò ôïõ. ÓÊÏÐÏÓ

Èá ðáñáóêåõÜóåôå ðñþôá Ýíá äéÜëõìá áíáöïñÜò õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ ôéôëïäïôþíôáò ôï ìå õäñï÷ëùñéêü ïîý ãíùóôÞò óõãêåíôñþóåùò. Óôç óõíÝ÷åéá, èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå áõôü ôï ôõðïðïéçìÝíï äéÜëõìá ôçò âÜóåùò, ãéá íá ôéôëïäïôÞóåôå ãíùóôÞ ìÜæá Üãíùóôïõ óôåñåïý ïîÝïò. Êáé óôéò äýï ðåñéðôþóåéò, èá ÷ñçóéìïðïéçèåß ùò äåßêôçò ç öáéíïëïöèáëåÀíç. ÕËÉÊÁ

ÕäñïâïëÝáò ìå áðåóôáãìÝíï íåñü ÓôÞñéãìá äáêôõëßùí 2 ðñï÷ïÀäåò ôùí 50 ml (Þ ìßá ðñï÷ïÀäá Âïýñôóåò ðñï÷ïÀäùí ÊùíéêÞ öéÜëç Erlenmeyer ôùí 250 ml êáé Ýíá âáèìïíïìçìÝíï óéöþíéï ôùí 10 ml) Áðïññõðáíôéêü 2 áðëÝò Þ 1 äéðëÞ ëáâßäá ãéá ðñï÷ïÀäåò 2 ðïôÞñéá âñáóìïý ôùí 250 ml (Þ 1 ôùí 250– êáé 1 ôùí 400 ml) ÌåñéêÝò óôáãüíåò äéáëýìáôïò öáéíïëïöèáëåÀíçò 75-100 ml ôõðïðïéçìÝíïõ ïîÝïò (=ãíùóôÞò óõãêåíôñþóåùò)

650

100-150 ml âÜóåùò Üãíùóôçò óõãêåíôñþóåùò 1-2 ãñáììÜñéá Üãíùóôïõ óôåñåïý ïîÝïò ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á. Ôõðïðïßçóç ôïõ äéáëýìáôïò ôçò âÜóåùò.

Ó×ÇÌÁ 23-11.

Ó×ÇÌÁ 23-12.

1. ÐÜñôå äýï ðñï÷ïÀäåò. Óõìâïõëåõèåßôå ôçí ðáñÜãñáöï ðïõ áíáöÝñåôáé óôç öñïíôßäá ôùí ðñï÷ïÀäùí. Êáèáñßóôå ôåò êáé îåðëýíôå ôç ìßá ìå 10 ml õäñï÷ëùñéêïý ïîÝïò ãíùóôÞò óõãêåíôñþóåùò (= ôõðïðïéçìÝíï). Ãåìßóôå ôç ìå ôï ôõðïðïéçìÝíï õäñï÷ëùñéêü ïîý. Îåðëýíôå ôçí Üëëç ìå 10 ml äéáëýìáôïò õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ ðïõ ðñüêåéôáé íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå. Ãåìßóôå ôç ìå ôç âÜóç. Áí äåí õðÜñ÷ïõí áñêåôÝò ðñï÷ïÀäåò, èá óáò äåßîåé ï êáèçãçôÞò óáò ðþò íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå Ýíá âáèìïíïìçìÝíï óéöþíéï, ãéá íá ìåôñÞóåôå ôïí üãêï ôïõ ïîÝïò. 2. Óçìåéþóôå ôïí üãêï ôïõ õãñïý ìÝóá óôçí êÜèå ðñï÷ïÀäá äéáâÜæïíôáò ôï êÜôù ìÝñïò ôïõ ìçíßóêïõ ìå áêñßâåéá 0,1 ml. ÁöÞóôå íá ðåñÜóïõí ðåñßðïõ 10 ml õäñï÷ëùñéêïý ïîÝïò ìÝóá óå ìéá êùíéêÞ öéÜëç Erlenmeyer, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 23-11. ÐñïóèÝóôå ðåñßðïõ 15 ml áðåóôáãìÝíï íåñü êáé ôñåéò óôáãüíåò öáéíïëïöèáëåÀíçò. 3. ÊñáôÞóôå ôç öéÜëç Erlenmeyer ìå ôï Ýíá ÷Ýñé, þóôå ìå ôï Üëëï íá ÷åéñßæåóôå ôçí ðñï÷ïÀäá. Êáèþò ðñïóèÝôåôå ôï õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ, ðñÝðåé íá áíáêéíåßôå åëáöñÜ ôç öéÜëç, þóôå íá áíáìéãíýïíôáé ôá äéáëýìáôá (ó÷. 2312). ÅîáêïëïõèÞóôå íá ðñïóèÝôåôå õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ, ìÝ÷ñé íá åìöáíéóèåß ôï ðñþôï áìõäñü ñüäéíï ÷ñþìá. Áí åîáöáíéóèåß ôï ÷ñþìá êáôÜ ôçí áíÜìéîç ôùí äéáëõìÜôùí, ðñïóèÝóôå óôáãüíá-óôáãüíá åðß ðëÝïí õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ, ìÝ÷ñé íá äçìéïõñãçèåß Ýíá ìüíéìï ñüäéíï ÷ñþìá. Áí îåðåñÜóåôå áõôü ôï ôåëéêü óçìåßï, ìðïñåßôå íá ðñïóèÝóåôå ìåñéêÝò áêüìç óôáãüíåò ïîÝïò êáé óôç óõíÝ÷åéá íá óõìðëçñþóåôå ôçí ôéôëïäüôçóç ìå ìåñéêÝò áêüìá óôáãüíåò õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ (ðñïóÝîôå íá ìçí îåðåñÜóåôå ôçí ôåëåõôáßá Ýíäåéîç ôçò ðñï÷ïÀäáò). Óçìåéþóôå ôçí Ýíäåéîç ôïõ üãêïõ óôï êÜôù ìÝñïò ôïõ ìçíßóêïõ ôçò êÜèå ðñï÷ïÀäáò. Ðñïôïý íá åðáíáëÜâåôå ôçí ôéôëïäüôçóç, îåðëýíôå ôç öéÜëç Erlenmeyer ìå áðåóôáãìÝíï íåñü. 4. ÐñáãìáôïðïéÞóôå ôïõëÜ÷éóôïí ìéá áêüìç ôéôëïäüôçóç. Áí ÷ñåéÜæåôáé, îáíáãåìßóôå ôéò ðñï÷ïÀäåò. Óõíå÷ßóôå, áí óõìöùíåß êáé ï êáèçãçôÞò óáò, ìÝ÷ñéò üôïõ ïé ëüãïé ôùí üãêùí ôïõ ïîÝïò ùò ðñïò ôïõò üãêïõò ôçò âÜóåùò íá äéáöÝñïõí ìüíï êáôÜ 1 Þ 2%.

ÌÝñïò Â. Ôéôëïäüôçóç Üãíùóôïõ ïîÝïò. 1. Ï êáèçãçôÞò óáò èá óáò äþóåé Ýíá óôåñåü Üãíùóôï ïîý. Íá âñåßôå ôç ìÜæá ôïõ öéáëéäßïõ Þ ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá ìáæß ìå ôï äåßãìá ðïõ ðåñéÝ÷åé, ìå áêñßâåéá 0,01 g (ó÷. 23-13). ÌÝóá óå ìéá êáèáñÞ öéÜëç ôïðïèåôÞóôå ôçí ðïóüôçôá ôïõ óôåñåïý ïîÝïò ðïõ èá óáò õðïäåßîåé ï êáèçãçôÞò óáò. Ç ìåôáöïñÜ ìðïñåß íá ãßíåé ìå åëáöñü êôýðçìá ôïõ äïêéìáóôéêïý óùëÞíá åðÜíù óôç öéÜëç, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 23-14. Óôç óõíÝ÷åéá, õðïëïãßóôå ðÜëé ôç ìÜæá ôïõ öéáëéäßïõ êáé ôïõ ðåñéå÷ïìÝíïõ ôïõ. Äéáëýóôå ôï äåßãìá ìå 50 ml áðåóôáãìÝíï íåñü êáé ðñïóèÝóôå 3 óôáãüíåò öáéíïëïöèáëåÀíçò. Áí ôï ïîý äåí äéáëõèåß áðü ôçí ðñþôç óôéãìÞ, èá äéáëõèåß áñãüôåñá, êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò ôéôëïäïôÞóåùò üôáí ôï ïîý èá ìåôáôñáðåß óå Üëáò ôïõ íáôñßïõ, ðïõ åßíáé ðéï åõäéÜëõôï. 2. Ãåìßóôå ðÜëé ôçí êáôÜëëçëç ðñï÷ïÀäá ìå ëßãï áðü ôï äéÜëõìá ôçò âÜóåùò

651

Ó×ÇÌÁ 23-13.

ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞóáôå ðñïçãïõìÝíùò êáé óçìåéþóôå ôçí áñ÷éêÞ Ýíäåéîç. ÐñïóèÝóôå ôç âÜóç óôï äéÜëõìá ôïõ ïîÝïò, ìÝ÷ñé íá åìöáíéóèåß óôáèåñü ñüäéíï ÷ñþìá. ÐñïóÝîôå íá ìçí õðåñâåßôå ôï ôåëéêü óçìåßï. Áí áõôü óõìâåß, ðñïóèÝóôå ëßãï áêüìç áðü ôï óôåñåü ïîý êáé îáíáæõãßóôå ôï öéáëßäéï ðñéí êáé ìåôÜ ôçí ðñïóèÞêç ôïõ åðß ðëÝïí ïîÝïò. Âåâáéùèåßôå üôé óõìðåñéëÜâáôå óôç ìÜæá ôïõ äåßãìáôüò óáò êáé ôç ìÜæá ôïõ êÜèå åðß ðëÝïí óôåñåïý ïîÝïò ðïõ ðñïóèÝóáôå. ÅðáíáëÜâáôå ôçí ôéôëïäüôçóç ìÝ÷ñé ôï ôåëéêü óçìåßï êáé óçìåéþóôå ôçí Ýíäåéîç ôçò ðñï÷ïÀäáò. 3. ÅðáíáëÜâáôå ôçí ôéôëïäüôçóç ìå Ýíá üìïéï äåßãìá. Íá áîéïðïéÞóåôå ôéò ãíþóåéò ðïõ áðïêôÞóáôå êáôÜ ôçí ðñþôç ôéôëïäüôçóç. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò õðïôåèåß üôé ÷ñçóéìïðïéÞóáôå 40 ml âÜóåùò ãéá íá ôéôëïäïôÞóåôå êÜðïéá ìÜæá ïîÝïò, êáé üôé êáôÜ ôç äåýôåñç äïêéìÞ ÷ñåéáóèÞêáôå ðåñßðïõ ôçí ßäéá ìÜæá ïîÝïò. Ìðïñåßôå íá ðñïóèÝóåôå 35 ml âÜóåùò ìÝóá óôç öéÜëç êáé ìåôÜ íá ïëïêëçñþóåôå ôçí ôéôëïäüôçóç ðñïóåêôéêÜ êáé ãñÞãïñá.

ÌÝñïò Ã. ÐñïáéñåôéêÞ ôéôëïäüôçóç.

Ó×ÇÌÁ 23-14.

Áí ï ÷ñüíïò óáò ôï åðéôñÝðåé, ìðïñåßôå íá öÝñåôå áðü ôï óðßôé óáò üîéíåò Þ âáóéêÝò ïõóßåò êáèçìåñéíÞò ÷ñÞóåùò, êáé íá ôéò ôéôëïäïôÞóåôå ìå ôá ôõðïðïéçìÝíá äéáëýìáôá ôùí ïîÝùí Þ ôùí âÜóåùí. Ðáñáäåßãìáôá ôÝôïéùí óõíçèéóìÝíùí ïõóéþí åßíáé ï ÷õìüò ôïõ ëåìïíéïý, ôï îýäé, ç ïéêéáêÞ áììùíßá êáé ôá áðïññõðáíôéêÜ. Ðñïóäéïñéóìïß ðïõ ìðïñïýí íá ãßíïõí åßíáé ç åêáôïóôéáßá áíáëïãßá ôïõ ïîéêïý ïîÝïò, CH3COOH, óôï îýäé, ç åêáôïóôéáßá áíáëïãßá ôïõ êéôñéêïý ïîÝïò, C6H8O7, óôï ÷õìü ôïõ ëåìïíéïý êáé ç åêáôïóôéáßá áíáëïãßá ôçò áììùíßáò, ÍÇ3, óôçí ïéêéáêÞ áììùíßá*. Ï êáèçãçôÞò óáò èá ïñßóåé ôçí ðïóüôçôá ôïõ êÜèå äåßãìáôïò ðïõ èá ðñÝðåé íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå, üðùò êáé ôïí êáôÜëëçëï äåßêôç. Ôá äéóêßá áóðéñßíçò ðåñéÝ÷ïõí ùò äñáóôéêü óõóôáôéêü áêåôõëïóáëéêõëéêü ïîý êáé, åðß ðëÝïí, êÜðïéá áäñáíÞ õëéêÜ. Ìðïñåßôå íá âñåßôå ôçí ðïóüôçôá ôïõ áêåôõëïóáëéêõëéêïý ïîÝïò ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óå Ýíá äéóêßï áóðéñßíçò. Ãéá ôï óêïðü áõôü äéáëýåôå ôï äéóêßï ôçò áóðéñßíçò ìÝóá óå Ýíá ìßãìá íåñïý êáé èåñìÞò áëêïüëçò** êáé ôéôëïäïôåßôáé ìå ðñüôõðï äéÜëõìá õäñïîåéäßïõ ôïõ íáôñßïõ, ÷ñçóéìïðïéþíôáò ùò äåßêôç ôç öáéíïëïöèáëåÀíç. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Õðïëïãéóìïß. 1. Áðü ôç äïèåßóá óõãêÝíôñùóç êáé ôïí üãêï ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå, õðïëïãßæåôáé ï áñéèìüò ôùí moles ôïõ õäñï÷ëùñéêïý ïîÝïò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå êáôÜ ôçí ôéôëïäüôçóç ôïõ Á ÌÝñïõò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áí ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí 10 ml 0,05 Ì HCl, ï áñéèìüò ôùí moles ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí êáôÜ ôçí áíôßäñáóç õðïëïãßæåôáé ùò áêïëïýèùò:

2. Áðü ôçí åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò íá õðïëïãéóèïýí ôá moles ôçò âÜóåùò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí áíÜ mole ïîÝïò êáôÜ ôï Á ÌÝñïò. 3. Íá âñåèïýí ôá moles ôçò âÜóåùò ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí êáôÜ ôçí * Ó.ô.Ì. Åííïåßôáé åäþ ôï ÍÇ4ÏÇ, ãéáôß ðñüêåéôáé ãéá õäáôéêü äéÜëõìá. ** Ó.ô.Ì. Ç áëêoüëç ðñÝðåé íá èåñìáíèåß óå õäñüëïõôñï ÷ùñßò öëüãá.

652

ôéôëïäüôçóç, ìå ôç âïÞèåéá ôçò ó÷Ýóåùò ðïõ ðñïêýðôåé êáôÜ ôïí õðïëïãéóìü 2. 4. Íá õðïëïãéóèåß ç ìïñéáêüôçôá (molarity) ôçò âÜóåùò. 5. Aðü ôç ìÜæá ôïõ óôåñåïý ïîÝïò êáé ôïõò üãêïõò ôùí ÷ñçóéìïðïéçèÝíôùí êáôÜ ôçí ôéôëïäüôçóç äéáëõìÜôùí, íá õðïëïãéóèåß ç ìÜæá ôïõ Üãíùóôïõ óôåñåïý ïîÝïò ðïõ èá áíôéäñÜóåé ìå Ýíá mole ôçò âÜóåùò. 6. Ï ôýðïò ôïõ ïîÝïò êáé ç åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåþò ôïõ èá óáò äïèïýí áðü ôïí êáèçãçôÞ óáò. Íá õðïëïãéóèåß ç èåùñçôéêÞ ôéìÞ ôçò ìÜæáò ôïõ ïîÝïò ðïõ èá áíôéäñÜóåé ìå Ýíá mole ôçò âÜóåùò. 7. Íá ðñïóäéïñéóèåß ôï åêáôïóôéáßï óöÜëìá ìå ôç âïÞèåéá ôçò èåùñçôéêÞò ôéìÞò ðïõ âñÝèçêå êáôÜ ôïí õðïëïãéóìü 6.

Ðåñßëçøç. ~Ïôáí óôï ßäéï äéÜëõìá ðñïóôåèïýí éüíôá Ç+ êáé éüíôá ÏÇ–, èá ðñÝðåé íá áíôéäñÜóïõí ìåôáîý ôïõò êáé íá ó÷çìáôßóïõí Ç2Ï, ìÝ÷ñé ç óõãêÝíôñùóÞ ôïõò íá åëáôôùèåß ôüóï, þóôå íá éêáíïðïéåßôáé ï íüìïò ôçò éóïññïðßáò ôïõ íåñïý, äçëáäÞ, Êõä = 10–14 = [Ç+][ÏÇ–]. ÅîïõäåôÝñùóç åßíáé ìéá áíôßäñáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá Ýíá ïîý êáé ìéá âÜóç áíôéäñïýí êáé ó÷çìáôßæïõí Üëáò êáé íåñü. Ç äéáäéêáóßá êáôÜ ôçí ïðïßá Ýíá ïîý (Þ âÜóç) ðñïóôßèåôáé óå Ýíá äéÜëõìá âÜóåùò (Þ ïîÝïò), ìÝ÷ñé íá ó÷çìáôéóèåß Ýíá ïõäÝôåñï äéÜëõìá, ïíïìÜæåôáé ôéôëïäüôçóç. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò ôéôëïäïôÞóåùò, åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèåß ç óõãêÝíôñùóç åíüò äéáëýìáôïò, áí åßíáé ãíùóôÞ ç

óõãêÝíôñùóç ôïõ Üëëïõ. Ôï óçìåßï óôï ïðïßï [Ç+]= [ÏÇ–] ãßíåôáé áíôéëçðôü áðü ôç ìåôáâïëÞ ôïõ ÷ñþìáôïò åíüò äåßêôç ãéá ïîÝá–âÜóåéò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íá áðïäåé÷ôåß üôé, áí ðñïóôåèåß Ýíá ëßôñï äéáëýìáôïò 0,120 Ì HCl óå Ýíá ëßôñï äéáëýìáôïò 0,140 Ì NaOH, ç [ÏÇ–] ôïõ ôåëéêïý äéáëýìáôïò èá åßíáé 0,01 Ì. 2. Ðüóá ml äéáëýìáôïò 0,05 Ì HCl ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá åîïõäåôåñùèïýí 100 ml äéáëýìáôïò 0,15 Ì NaOH;

Ç éó÷ýò ôùí ïîÝùí äéáöÝñåé 23.13 ÁóèåíÞ ïîÝá. Óôçí ðáñÜãñáöï 23.1 ìÜèáôå üôé ïé çëåêôñïëýôåò èá ìðïñïýóáí íá ÷áñáêôçñéóèïýí ùò éó÷õñïß, áí ìÝóá óôá äéáëýìáôá äéßóôáíôáé ôåëåßùò óå éüíôá, åíþ ùò áóèåíåßò, áí äéßóôáíôáé ìåñéêþò. ÅðåéäÞ ôá ïîÝá åßíáé çëåêôñïëýôåò, ìðïñïýí íá ÷áñáêôçñéóèïýí êáé áõôÜ ìå ôïõò üñïõò éó÷õñüò êáé áóèåíÞò. ÊáôÜ óõíÝðåéá õðÜñ÷ïõí éó÷õñÜ ïîÝá, üðùò åßíáé ôï HCl êáé ôï ÇÍÏ3, ôá ïðïßá äéßóôáíôáé ðëÞñùò óå éüíôá. Ó÷çìáôßæïõí Ýíá mole Ç+(õä) áíÜ mole ïîÝïò. Ç áðëÞ áõôÞ óõìðåñéöïñÜ äåí ÷ñåéÜæåôáé Üëëá ó÷üëéá. ~Oìùò ðïëëÜ áóèåíÞ ïîÝá, üðùò åßíáé ôï ïîéêü ïîý, CH3COOH, Þ ôï õäñïöèïñéêü ïîý, HF, äéßóôáíôáé óå ðåñéïñéóìÝíï âáèìü. Ç äéÜóôáóç ôùí áóèåíþí ïîÝùí åßíáé äõíáôüí íá åîåôáóèåß êáé ìå ôç âïÞèåéá ôùí ôýðùí ôùí

óôáèåñþí éóïññïðßáò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò åîåôÜóïìå ôç äéáöïñåôéêÞ óõìðåñéöïñÜ äýï áóèåíþí ïîÝùí, üðùò åßíáé ôï ïîéêü ïîý êáé ôï õäñïöèïñéêü ïîý. CH3COOH(õä) HF(õä)

Ç+(õä) + CH3COO–(õä) (26)

H+ (õä) + F–(õä)

(27)

ÌåôñÞóåéò ôçò çëåêôñéêÞò áãùãéìüôçôáò äéáëõìÜôùí ôùí äýï áõôþí ïîÝùí äåß÷íïõí üôé óôï äéÜëõìá ôïõ HF õðÜñ÷ïõí ðåñéóóüôåñá éüíôá áðü üóá óôï äéÜëõìá ôïõ ïîéêïý ïîÝïò. ÊáôÜ óõíÝðåéá ôï ïîéêü ïîý åßíáé áóèåíÝóôåñï ïîý áðü ü,ôé ôï HF. Ôï ßäéï åêöñÜæåôáé ðïóïôéêÜ ìå ôéò óôáèåñÝò éóïññïðßáò ðïõ äßíïíôáé áðü ôéò åîéóþóåéò (28) êáé (29) ïé ïðïßåò áíôéóôïé÷ïýí óôéò áíôéäñÜóåéò (26) êáé (27).

653

(31) (28)

(29)

ÅðåéäÞ ç ÊÇF Ý÷åé ìåãáëýôåñç ôéìÞ áðü ôçí ÊCH3COOH, ôï õäñïöèoñéêü ïîý äéßóôáôáé (éïíôßæåôáé) óôï íåñü ðåñéóóüôåñï áðü ü,ôé ôï ïîéêü ïîý. Áí êáé ôï HF åßíáé áóèåíÝò ïîý (äéßóôáôáé ìüíï ìåñéêþò), åßíáé éó÷õñüôåñï ïîý áðü ôï ïîéêü ïîý. Ïé Ýííïéåò áõôÝò ðåñéãñÜöïíôáé ìå ôç âïÞèåéá åíüò ïîÝïò, Ýóôù ôïõ ôýðïõ ÇÂ. Ç üîéíç öýóç ôïõ Ç åßíáé áðïôÝëåóìá ôçò éêáíüôçôÜò ôïõ íá åëåõèåñþíåé éüíôá õäñïãüíïõ. ÇÂ(õä)

Ç+(õä) + –(õä)

(30)

Ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò ôçò áíôéäñÜóåùò (30), ÊÁ, åêöñÜæåé ôï ðüóï åýêïëá ôï Ç åëåõèåñþíåé éüíôá Ç+. Ãéá ôç óôáèåñÜ éóïññïðßáò ôïõ ïîÝïò ÷ñçóéìïðïéåßôáé ôï óýìâïëï ÊA.

Óôïí ðßíáêá 23.2 äßíïíôáé ïé ôéìÝò ôçò ÊÁ äéáöüñùí ïîÝùí (ðñïóäéïñßæåôáé ç éó÷ýò ôùí ïîÝùí, óôïé÷åßï ÷ñÞóéìï ãéá ôç óýãêñéóç äéáöüñùí ïîÝùí êáé ôçí ðñüâëåøç ôùí éäéïôÞôùí ôïõò). Óôïí ðßíáêá 23.2 åßíáé ðñïöáíÝò üôé ç éó÷ýò ôùí ïîÝùí áðü ðëåõñÜò éóïññïðßáò äåß÷íåé üôé êáé ôï íåñü ôï ßäéï åßíáé Ýíá áóèåíÝò ïîý. Åëåõèåñþíåé éüíôá õäñïãüíïõ. Ç Ýêôáóç ìå ôçí ïðïßá óõìâáßíåé áõôü äßíåôáé áðü ôç óôáèåñÜ éóïññïðßáò ôïõ, áêñéâþò üðùò êáé óôá Üëëá ïîÝá. ÅðåéäÞ ç ïîýôçôá åíüò äéáëýìáôïò åðçñåÜæåé óçìáíôéêÜ ôéò ÷çìéêÝò ôïõ éäéüôçôåò, åßíáé óçìáíôéêü íá ìðïñïýìå íá ðñïóäéïñßæïìå êáé íá åëÝã÷ïìå ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ. Ï Ýëåã÷ïò áõôüò ãßíåôáé ìå åöáñìïãÞ ôïõ íüìïõ ôçò éóïññïðßáò. ~Å÷ïíôáò ðáñÜäåéãìá ôï âåíæïúêü ïîý, C6H5COOH, èá äïèïýí äýï ôñüðïé õðïëïãéóìïý âáóéóìÝíïé óå áõôüí ôï íüìï. ÊáôÜ ôïí ðñþôï ôñüðï, ç ÊÁ èá ðñïóäéïñéóèåß áðü ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá. ÊáôÜ ôï äåýôåñï ôñüðï, ç [Ç+] èá õðïëïãéóèåß ìå ôç âïÞèåéá ôçò ÊÁ.

ÐÉÍÁÊÁÓ 23.2. Ó÷åôéêÞ éó÷ýò ïîÝùí óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá, óå èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ.

Ïîý

Éó÷ýò

HCI HNO3 H2SO4 HSO4– HF C6H5COOH CH3COOH HNO2 H2CO3(CO2 + H2O) H2S NH4+ HCO3– H2O

ðïëý éó÷õñü ðïëý éó÷õñü éó÷õñü áóèåíÝò

áóèåíÝò

ðïëý áóèåíÝò

Áíôßäñáóç HCI(õä) ® H+(õä) + CI–(õä) HNO3(õä) ® H+(õä) + NO3–(õä) Ç2SO4(õä) ® H+(õä) + HSO4–(õä) HSO4–(õä) H+(õä) + SO42–(õä) ÇF(õä) + H+(õä) + F–(õä) C6H5COOH(õä) H+(õä) + C6H5COO–(õä) CH3COOH(õä) H+(õä) +CH3COO–(õä) HNO2(õä) H+(õä) + NO2–(õä) H2CO3(õä) H+(õä) + HCO3–(õä) Ç2S(õä) H+(õä) + HS–(õä) + NH4 (õä) H+(õä) + NH3 (õä) – HCO3 (õä) H+(õä) + CO32–(õä) Ç2Ï(õä) H+(õä) + OH–(õä)

* Ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò, ÊÁ, ôïõ íåñïý, áí áõôü èåùñçèåß ùò ïîý, éóïýôáé ìå

ÊÁ ðïëý ìåãÜëç ðïëý ìåãÜëç ìåãÜëç 1,3 x 10–2 6,7 x 10–4 6,6 x 10–5 1,8 x 10–5 6,0 x 10–6 4,4 x 10–7 1,0 x 10–7 5,7 x 10–10 4,7 x 10–11 1,8 x 10–16 *

654

23.14 Ðñïóäéïñéóìüò ôçò Ê . Á

Ãéá íá åöáñìüóåé Ýíáò ÷çìéêüò ôï íüìï ôçò éóïññïðßáò óôá äéáëýìáôá ôùí ïîÝùí, ðñÝðåé íá ãíùñßæåé ôçí ôéìÞ ôçò óôáèåñÜò éóïññïðßáò, ÊÁ ôïõ ïîÝïò. ÐåéñÜìáôá ðïõ ðáñÝ÷ïõí áõôÞí ôçí ðëçñïöïñßá ðñïûðïèÝôïõí ôç ìÝôñçóç ôçò óõãêåíôñþóåùò ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ. Äåßêôåò åõáßóèçôïé óôá ïîÝá, üðùò åßíáé ôï çëéïôñüðéï, ìáò âïçèïýí íá åêôéìÞóïìå êáôÜ ôïí ðéï åýêïëï ôñüðï ôçí [Ç+]. Áêïëïõèåß Ýíá ÷áñáêôçñéóôéêü ðáñÜäåéãìá. Ôï âåíæïúêü ïîý, C6H5COOH, åßíáé ìéá óôåñåÜ ïõóßá, åëÜ÷éóôá äéáëõôÞ óôï íåñü. Ôï õäáôéêü äéÜëõìÜ ôïõ Üãåé ôïí çëåêôñéóìü êáé Ý÷åé ôéò Üëëåò éäéüôçôåò ôùí ïîÝùí ðïõ áíáöÝñïíôáé óôçí ðáñÜãñáöï 23.6. Ç üîéíç óõìðåñéöïñÜ ôïõ êáé ç ó÷Ýóç ôçò éóïññïðßáò ôïõ äßíïíôáé áíôßóôïé÷á áðü ôéò åîéóþóåéò (32) êáé (33): C6H5COOH(õä)

Ç+(õä) + C6H5COO–(õä) (32)

(33)

Tï åðüìåíï ðåßñáìá åêôåëåßôáé, ãéá íá ðñïóäéïñéóèåß ç óôáèåñÜ éóïññïðßáò ôïõ ïîÝïò áðü ôçí åîßóùóç (33). ~Åíá äåßãìá 1,22 g âåíæïúêïý ïîÝïò äéáëýåôáé óå 1,00 ëßôñï íåñïý óôïõò 25°C. Ìå ôç âïÞèåéá êáôáëëÞëùí äåéêôþí õðïëïãßæåôáé üôé ç óõãêÝíôñùóç ôïõ Ç+(õä) åßíáé 8 x 10–4 Ì. Ãéá íá ÷ñçóéìïðïéçèåß áõôü ôï óôïé÷åßï, èá ðñÝðåé áñ÷éêÜ íá ìåôáôñáðïýí üëåò ïé ðïóüôçôåò óå moles. ~Åíá mole âåíæïúêïý ïîÝïò C6H5COOH Ý÷åé ìÜæá 122 g. ~Åôóé ðñïêýðôåé ç ðáñáêÜôù ó÷Ýóç:

ÔåëéêÜ, åðåéäÞ ï áñéèìüò áõôþí ôùí moles äéáëýèçêå óå Ýíá ëßôñï, ç óõãêÝíôñùóç åßíáé 0,010 moles áíÜ ëßôñï Þ 1,00 x 10–2 Ì. ÂÝâáéá, ç óõãêÝíôñùóç ôùí ïëïêëÞñùí ìïñßùí ôïõ C6H5COOH äåí ìðïñåß íá åßíáé ôüóï ìåãÜëç, ãéáôß Ýíá ìÝñïò ôïõ äéßóôáôáé. Åßíáé ãíùóôü üôé ôï âåíæïúêü ïîý ðïéïôéêþò åßíáé Ýíá åîáéñåôéêÜ áóèåíÝò ïîý. Ãé' áõôü, ìðïñåßôå íá äå÷èåßôå (Þ íá èåùñÞóåôå êáôÜ ðñïóÝããéóç) üôé ôï êëÜóìá ðïõ äéßóôáôáé åßíáé ìéêñü. ~Åôóé, ç ðñáãìáôéêÞ

óõãêÝíôñùóç èá äßíåôáé ìå áñêåôÞ áêñßâåéá áðü ôçí åîßóùóç (34): [C6H5COOH] = 1,00 x 10–2

(34)

ÐñïóåêôéêÞ ìÝôñçóç äåß÷íåé üôé [Ç+] = 8 x 10–4Ì

(35)

ÅðåéäÞ ìüíï ðåñßðïõ 8 % ôïõ ïîÝïò äéßóôáôáé, áõôÞ ç ðñïóÝããéóç èåùñåßôáé áñêåôÜ éêáíïðïéçôéêÞ. Ôþñá ðéá åßíáé ãíùóôÝò äýï áðü ôéò óõãêåíôñþóåéò ôçò ó÷Ýóåùò (33). Ãéá íá óõìðëçñùèïýí ïé õðïëïãéóìïß, èá ðñÝðåé íá âñåèåß ç óõãêÝíôñùóç ôïõ âåíæïúêïý éüíôïò, [C6H5COO–]. ÅðåéäÞ ôï âåíæïúêü ïîý äéáëýèçêå ìÝóá óå êáèáñü íåñü, ç ìüíç ðçãÞ éüíôùí C6H5COO– åßíáé áõôÞ ðïõ äßíåôáé áðü ôçí áíôßäñáóç (32). Ç ßäéá áíôßäñáóç åßíáé åðßóçò ç ðçãÞ ôùí éüíôùí Ç+(õä). Êáé ôá äýï áõôÜ éüíôá üìùò ðáñÜãïíôáé ìüíï êáôÜ ôçí áíôßäñáóç (32), ãé' áõôü êáé ïé óõãêåíôñþóåéò ôïõò ìÝóá óôï äéÜëõìá èá åßíáé ßóåò. [Ç+] = [C6H5COO–]

Áöïý [Ç+]= 8 x 10–4, èá éó÷ýåé êáé ç åðüìåíç åîßóùóç: [C6H5COO–] = 8 x 10–4

(36)

Áí óõíäõáóèïýí ôþñá ïé åîéóþóåéò (34), (35) êáé (36) ìå ôç ó÷Ýóç (33), óõìðëçñþíïíôáé ïé õðïëïãéóìïß.

Áí êáé ç ôéìÞ ôçò [C6H5COOH] õðïëïãßóèçêå êáôÜ ðñïóÝããéóç, ç õðïëïãéóèåßóá ôéìÞ ôçò ÊÁ âñßóêåôáé ðïëý êïíôÜ óå áõôÞí ðïõ äßíåé ï ðßíáêáò 23.2.

23.15 Õðïëïãéóìüò ôçò [Ç+]. Óõ÷íÜ, üôáí ïé ÷çìéêïß åñãÜæïíôáé ìå ïîÝá êáé ìå ôá ÜëáôÜ ôïõò, ðñÝðåé íá õðïëïãßóïõí ìå ôç âïÞèåéá ôçò ÊÁ ôçí [Ç+] åíüò üîéíïõ äéáëýìáôïò. Óôï ðáñÜäåéãìá ðïõ áêïëïõèåß ðåñéãñÜöåôáé

655

Ýíáò õðïëïãéóìüò áõôïý ôïõ åßäïõò. Áò õðïôåèåß üôé èÝëåôå íá ìÜèåôå ôçí [Ç+] ìÝóá óå Ýíá äéÜëõìá ðïõ ðåñéÝ÷åé 0,010 Ì âåíæïúêü ïîý, C6H5COOH, êáé 0,030 Ì âåíæïúêü íÜôñéï, C6H5COONa. Èá ìðïñïýóáôå âÝâáéá íá áêïëïõèÞóåôå ôçí ðåéñáìáôéêÞ ïäü êáé íá ìåëåôÞóåôå ôá ÷ñþìáôá äéáöüñùí äåéêôþí, ôïõò ïðïßïõò èá ðñïóèÝôáôå óôï äéÜëõìá. Åßíáé üìùò äõíáôüí (êáé åõêïëüôåñï) íá õðïëïãßóåôå ôçí [Ç+] ìå ôç âïÞèåéá ôçò ôéìÞò ôçò ÊÁ ôïõ âåíæïúêïý ïîÝïò. Ãéá ôç ëýóç áõôïý ôïõ ðñïâëÞìáôïò åßíáé êáëýôåñï íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôçí áêñéâÞ ôéìÞ ôçò ÊÁ ðïõ äßíåé ï ðßíáêáò 23.2 êáé ü÷é áõôÞí ðïõ õðïëïãßóáôå óôçí ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï. Ôï âåíæïúêü íÜôñéï åßíáé éó÷õñüò çëåêôñïëýôçò. Ôá õäáôéêÜ ôïõ äéáëýìáôá âñßóêåôáé üôé ðåñéÝ÷ïõí éüíôá íáôñßïõ, Na +(õä) êáé âåíæïúêÜ éüíôá, C6H5COO–(õä). Êáé óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç, ç éóïññïðßá ðåñéãñÜöåôáé, üðùò êáé ðñïçãïõìÝíùò: C6H5COOH(õä)

Ç+(õä) + C6H5COO–(õä) (32)

ÊáôÜ ôçí éóïññïðßá, ïé óõãêåíôñþóåéò èá ðñÝðåé íá ðëçñïýí ôç ó÷Ýóç éóïññïðßáò. (37) H ìéêñÞ ôéìÞ áõôÞò ôçò óôáèåñÜò äåß÷íåé üôé ç ðïóüôçôá ôïõ âåíæïúêïý ïîÝïò ðïõ äéáëýåôáé åßíáé ìéêñÞ. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ç óõãêÝíôñùóç ôïõ ìç éïíôéóìÝíïõ ïîÝïò åßíáé ðåñßðïõ ßóç ìå áõôÞí ôïõ éïíôéóìÝíïõ ïîÝïò. Ãé' áõôü èåùñïýìå üôé [C 6H5COOH] = 0,010 M, üðùò ðñïêýðôåé êáé áðü ôçí åîßóùóç (34). Áêüìç, ç ðïóüôçôá ôùí éüíôùí C6H5COO– ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé áðü ôç äéÜóôáóç åßíáé ìéêñÞ óå ó÷Ýóç ìå ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí C6H5COO– ðïõ ïöåßëïíôáé óôï C6H5COONa. Áõôüò åßíáé ï ëüãïò ðïõ åßíáé äõíáôüí íá èåùñçèåß üôé [C6H5COO–] = 0,030 M. Aðü ôçí åîßóùóç (38) õðïëïãßæåôáé ôþñá ç [Ç+].

(38)

O õðïëïãéóìüò áõôüò äåí ìðïñåß íá èåùñçèåß ðëÞñçò, áí äåí åëåã÷èïýí üëåò ïé õðïèÝóåéò. Åßíáé äéêáéïëïãçìÝíç ç õðüèåóç üôé ïé óõãêåíôñþóåéò ôùí âåíæïúêþí éüíôùí êáé ôïõ âåíæïúêïý ïîÝïò äåí ìåôáâÜëëïíôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç (32); Ãéá íá åðéâåâáéùèåß áõôü, ðñÝðåé íá óõãêñßíïìå ôï ìÝãåèïò ôçò [Ç +], 2,2 x 10–5 Ì, ìå ôéò óõãêåíôñþóåéò ôïõ âåíæïúêïý éüíôïò êáé ôïõ âåíæïúêïý ïîÝïò. Ç óýãêñéóç áõôÞ äåß÷íåé üôé ç [C6H5COOH] = 0,010 M åßíáé ðåñßðïõ 500 öïñÝò ìåãáëýôåñç áðü ôç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç+, 2,2 x 10–5 Ì. Ôï ßäéï åðé÷åßñçìá éó÷ýåé êáé ãéá ôçí [C6H5COO–]. Áõôü óçìáßíåé üôé ïé õðïèÝóåéò Þôáí ïñèÝò.

23.16Áíôáãùíéóìüò ãéá Ç+ áíÜìåóá óå áóèåíÞ ïîÝá. Ïé éäéüôçôåò ôùí ïîÝùí åñìçíåýèçêáí ìå âÜóç ôçí éêáíüôçôÜ ôïõò íá åëåõèåñþíïõí éüíôá õäñïãüíïõ, Ç+(õä). Óýìöùíá ìå áõôÞí ôçí åñìçíåßá, ôï ïîéêü ïîý åßíáé Ýíá áóèåíÝò ïîý åî áéôßáò ôïõ ðåñéïñéóìÝíïõ éïíôéóìïý ôïõ óýìöùíá ìå ôçí áíôßäñáóç (26). CH3COOH(õä)

Ç+(õä) + CH3COO–(õä) (26)

Oé éäéüôçôåò ôùí âÜóåùí åñìçíåýèçêáí ìå âÜóç ôçí éêáíüôçôÜ ôïõò íá áíôéäñïýí ìå éüíôá õäñïãüíïõ. ~Åôóé, ç áììùíßá åßíáé âÜóç, ãéáôß áíôéäñÜ óýìöùíá ìå ôçí åîßóùóç (25). ÍÇ3(õä) + Ç+(õä)

ÍÇ4+(õä)

(25)

Áò åîåôÜóïìå ôþñá ôï áðïôÝëåóìá ôçò áíáìßîåùò õäáôéêþí äéáëõìÜôùí ïîéêïý ïîÝïò êáé áììùíßáò. Ç áíôßäñáóç ðïõ èá ðñáãìáôïðïéçèåß ìðïñåß íá èåùñçèåß ùò ôï áðïôÝëåóìá ôçò åðüìåíçò óåéñÜò ôùí áíôéäñÜóåùí: CH3COOH(õä) ÍÇ3(õä)

Ç+(õä) + CH3COO–(õä) ÍÇ4+(õä)

Ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç åßíáé ç áíôßäñáóç (39). Áí ìåôáó÷çìáôéóèåß ç åîßóùóç ëáìâÜíåôáé ôï ðáñáêÜôù áðïôÝëåóìá:

(38),

CH3COOH(õä) + NH3(õä) CH3COO–(õä) + ÍÇ4+(õä)

(39)

656

Gilbert Newton Lewis (1875 – 1946)

Ìéá áðü ôéò ðñþôåò èÝóåéò ôïõ Gilbert Lewis, áöïý Ýëáâå ôï äéäáêôïñéêü ôïõ äßðëùìá áðü ôï ðáíåðéóôÞìéï ôïõ Harvard ôùí ÇÐÁ, Þôáí ç èÝóç ôïõ ðñïúóôáìÝíïõ ÷çìéêïý ôïõ ôïìÝá ìÝôñùí êáé óôáèìþí, óôï Ãñáöåßï Åðéóôçìþí ôùí Öéëéððßíùí. Áñãüôåñá, õðçñÝôçóå åðôÜ ÷ñüíéá óôï Éíóôéôïýôï Ôå÷íïëïãßáò ôçò Ìáóóá÷ïõóÝôçò, üðïõ êáé áíáãïñåýèçêå êáèçãçôÞò. Áðü åêåß ðÞãå óôï ðáíåðéóôÞìéï ôçò Êáëéöüñíéá, óôï Berkley. Eêåß Ýãéíå ôåëéêÜ ðñüåäñïò ôïõ ôìÞìáôïò ÷çìåßáò, ãåãïíüò ðïõ óõíÝâáëå óôï íá áðïêôÞóåé åîÝ÷ïõóá öÞìç. Ôï 1916, äéåôýðùóå ôçí Üðïøç üôé ïé ïìïéïðïëéêïß äåóìïß ó÷çìáôßæïíôáé áðü æåýãç çëåêôñïíßùí, ôá ïðïßá ìïéñÜæïíôáé áíÜìåóá óôá óõíäåüìåíá Üôïìá. Ç Üðïøç áõôÞ ïäÞãçóå óôç ÷ñÞóç ôçò ãíùóôÞò óÞìåñá áðåéêïíßóåùò ôùí äåóìþí ôùí åíþóåùí ìå ôç âïÞèåéá ôùí çëåêôñïíéêþí ôýðùí. Åðß ðïëëÜ ÷ñüíéá ïé ÷çìéêïß ðñïóðáèïýóáí íá âñïõí Ýíáí éêáíïðïéçôéêü ôñüðï ïñéóìïý ôùí ïîÝùí êáé ôùí âÜóåùí. Ï Arrhenius ôï 1884 åß÷å ïñßóåé ùò ïîÝá ôéò åíþóåéò, ïé ïðïßåò óå äéÜëõìá ó÷çìáôßæïõí éüíôá õäñïãüíïõ, åíþ ùò âÜóåéò, áíôßóôïé÷á, ôéò åíþóåéò ðïõ ó÷çìáôßæïõí õäñïîõëéüíôá. Ðïëëïß, åðéóôÞìïíåò üìùò åß÷áí ôçí åíôýðùóç üôé Þôáí áðáñáßôçôï íá äïèåß Ýíáò åõñýôåñïò ïñéóìüò.

Ôï 1923, ï J. M. Brønsted êáé ï T.M. Lowry åñãáæüìåíïé áíåîÜñôçôá äéåôýðùóáí ôçí Üðïøç üôé ôá ïîÝá åßíáé åíþóåéò, ïé ïðïßåò êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò áíôéäñÜóåùò ìðïñïýí íá ðáñá÷ùñÞóïõí Ýíá ðñùôüíéï, åíþ ïé âÜóåéò åßíáé åíþóåéò ðïõ äÝ÷ïíôáé Ýíá ðñùôüíéï. Ï Lewis åß÷å ìéá äéáöïñåôéêÞ Üðïøç. ÐñïêåéìÝíïõ íá óõìðåñéëÜâåé ìåãáëýôåñç ðïéêéëßá åíþóåùí óôçí ðïëý åõñåßá èåùñßá ôïõ, õðïóôÞñéîå üôé ïîý åßíáé ìéá ïõóßá éêáíÞ íá äå÷èåß Ýíá æåýãïò çëåêôñïíßùí êáé íá ó÷çìáôßóåé Ýíá äåóìü, åíþ âÜóç åßíáé ìéá ïõóßá, ç ïðïßá ìðïñåß íá ðñïóöÝñåé Ýíá æåýãïò çëåêôñïíßùí ãéá ôï ó÷çìáôéóìü åíüò äåóìïý. Ç èåùñßá ôïõ Lewis äåí áðÝêëåéå ôéò åíþóåéò åêåßíåò ïé ïðïßåò ðåñéëáìâÜíïíôáí óôéò èåùñßåò ôïõ Arrhenius êáé ôùí Brønsted êáé Lowry, áëëÜ äéçýñõíå ôçí Ýííïéá ôùí ïîÝùí êáé ôùí âÜóåùí, þóôå íá ðåñéëçöèïýí ðïëëÝò åíþóåéò, ïé ïðïßåò äåí ðåñéåß÷áí éüíôá õäñïãüíïõ Þ ôçí ïìÜäá ôïõ õäñïîõëßïõ. ~Åíá êëáóéêü ðáñÜäåéãìá ôçò èåùñßáò ôïõ Lewis åßíáé ï óõíäõáóìüò ôïõ ÂF 3 êáé ôçò NH3 ðñïò ó÷çìáôéóìü F3BNH3. H åîÝôáóç ôïõ BF3 äåß÷íåé, üôé äéáèÝôåé Ýíá êåíü ôñï÷éáêü, ôï ïðïßï ìðïñåß íá äå÷èåß äýï áêüìç çëåêôñüíéá óôç óôïéâÜäá ôïõ óèÝíïõò ôïõ, åíþ ôï ìüñéï ôçò ÍÇ 3 äéáèÝôåé Ýíá áóýæåõêôï æåýãïò çëåêôñïíßùí, ôï ïðïßï ìðïñåß íá ðáñá÷ùñÞóåé óôï ìüñéï ôïõ BF3. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ, ôï ìüñéï ôïõ BF3 ÷áñáêôçñßæåôáé ùò ïîý, åíþ ôï ìüñéï ôçò ÍÇ3 èåùñåßôáé ùò âÜóç. Ìå ôç âïÞèåéá áõôÞò ôçò èåùñßáò ï Lewis Þôáí ï ðñþôïò åðéóôÞìïíáò ðïõ êáôüñèùóå íá óõíèÝóåé âáñý íåñü. Äéåôýðùóå åðßóçò ìéá èåùñßá ãéá ôéò êáôáóôÜóåéò äéåãåñìÝíùí çëåêôñïíßùí, ç ïðïßá âïçèÜ óôçí åñìçíåßá öáéíïìÝíùí, üðùò åßíáé ôï ÷ñþìá, ï öèïñéóìüò êáé ï öùóöïñéóìüò ôùí ïñãáíéêþí åíþóåùí. Áí êáé ï Lewis äåí ôéìÞèçêå ðïôÝ ãéá ôï Ýñãï ôïõ ìå ôï âñáâåßï Íüìðåë, ðïëëïß áðü ôïõò ÷çìéêïýò ðïõ öïßôçóáí óôï ðáíåðéóôÞìéï ôçò Êáëéöüñíéá Ý÷ïíôÜò ôïí êáèçãçôÞ, ìåôáîý ôùí åôþí 1912 êáé 1942, Ýëáâáí áõôü ôï ìåãÜëï âñáâåßï.

657

Ðñáêôéêþò, ôï áðïôÝëåóìá ôùí áíôéäñÜóåùí (26) êáé (25) åßíáé ç áíôßäñáóç (39). Óôçí áíôßäñáóç (26) ôï ïîéêü ïîý åëåõèåñþíåé éüíôá õäñïãüíïõ êáé ó÷çìáôßæïíôáé Ç+(õä), åíþ óôçí áíôßäñáóç (39) ôá éüíôá õäñïãüíïõ ðïõ åëåõèåñþíïíôáé äåóìåýïíôáé áðü ôçí áììùíßá êáé ó÷çìáôßæïíôáé ÍÇ4+. Ìå Üëëá ëüãéá, ç áììùíßá óôçí áíôßäñáóç (39) ðáßæåé ôï ñüëï ôçò âÜóåùò êáé áíôéäñÜ ìå ôá éüíôá õäñïãüíïõ, ðïõ åëåõèåñþíïíôáé áðü ôï ïîéêü ïîý. Ç áíôßäñáóç (39) èåùñåßôáé Ýôóé ùò ìéá áíôßäñáóç ïîÝïòâÜóåùò, áí êáé ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç äåí äåß÷íåé ìå óáöÞíåéá ôçí ðáñïõóßá Ç+(õä). Áí ðñï÷ùñÞóïìå áêüìç Ýíá âÞìá, ìðïñïýìå íá èåùñÞóïìå ôéò áíôéäñÜóåéò ïîÝïò-âÜóåùò ìå ìéá åõñýôåñç Ýííïéá. ÕðïèÝôïìå üôé áíáìéãíýïíôáé õäáôéêÜ äéáëýìáôá ÷ëùñéïý÷ïõ áììùíßïõ, ÍÇ4Cl, êáé ïîéêïý íáôñßïõ, CH3COONa. Áðü ôç ìõñùäéÜ äéáðéóôþíåôå üôé ó÷çìáôßæåôáé áììùíßá. Ç áíôßäñáóç ðïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé åßíáé ç ðáñáêÜôù: ÍÇ4+(õä) + CH3COO–(õä) CH3COOH(õä) + ÍÇ3(õä)

(40)

Ç áíôßäñáóç (40) äåí åßíáé ôßðïôá Üëëï ðáñÜ ç áíôßóôñïöç ôçò áíôéäñÜóåùò (39). Áí ôçí ðáñáôçñÞóïìå, áíáêáëýðôïìå üôé ç áíôßäñáóç (40) åßíáé åðßóçò ìéá áíôßäñáóç ïîÝïò-âÜóåùò. Ãéá Üëëç ìéá öïñÜ õðÜñ÷åé Ýíá ïîý ðïõ åëåõèåñþíåé éüíôá Ç+, êáé ìéá âÜóç ðïõ äÝ÷åôáé éüíôá Ç+. Ôï ôåëéêü áðïôÝëåóìá ôçò áíôéäñÜóåùò åßíáé êáé ðÜëé ç ìåôáöïñÜ åíüò éüíôïò õäñïãüíïõ áðü ôï Ýíá åßäïò óôï Üëëï. Ç áíôßäñáóç ïîÝïòâÜóåùò áíÜìåóá óôï ïîéêü ïîý êáé ôçí áììùíßá Ýäùóå äýï ðñïúüíôá, Ýíá ðïõ åßíáé ïîý, ÍÇ4+, êáé Ýíá ðïõ åßíáé âÜóç, CH3COO–. Ìå ëßãç óêÝøç áíôéëáìâáíüìáóôå üôé êÜèå áíôßäñáóç ïîÝïòâÜóåùò Ý÷åé ôï ßäéï áðïôÝëåóìá. Ç ìåôáöïñÜ åíüò éüíôïò õäñïãüíïõ áðü Ýíá ïîý óå ìéá âÜóç óçìáßíåé êáô' áíÜãêçí üôé ßóùò ìåôáöåñèåß êáé ðÜëé ðßóù. Ç ìåôáöïñÜ êáôÜ ôçí áíôßóôñïöç ðïñåßá (ç áíôßóôñïöç áíôßäñáóç), åßíáé åðßóçò ìéá ìåôáöïñÜ õäñïãüíïõ (Ýôóé äéêáéïëïãåßôáé ôï üíïìá áíôßäñáóç ïîÝïò-âÜóåùò), áêñéâþò üìïéá ìå ôçí áñ÷éêÞ ìåôáöïñÜ. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé êáôÜ ôéò ðñïçãïýìåíåò áíôéäñÜóåéò ìåôáöÝñïíôáí éüíôá õäñïãüíïõ áðü Ýíá ïîý óå ìéá âÜóç ÷ùñßò íá ëáìâÜíïíôáé õðüøç ôá éüíôá Ç+ ôïõ éïíéóìÝíïõ íåñïý. ~Åíá éüí Ç+ äåí åßíáé ôßðïôá Üëëï áðü Ýíá ðñùôüíéï. ÊáôÜ óõíÝðåéá, åßíáé ôþñá äõíáôüí íá äïèåß Ýíáò ãåíéêüôåñïò ïñéóìüò ôùí áíôéäñÜóåùí

ïîÝùí-âÜóåùí, ï ïðïßïò ìðïñåß íá âáóßæåôáé óôç ìåôáöïñÜ ðñùôïíßùí. Ç ìåãáëýôåñç óçìáóßá áõôïý ôïõ ïñéóìïý åßíáé üôé åöáñìüæåôáé óå ìåãáëýôåño áñéèìü ÷çìéêþí óõóôçìÜôùí, óõìðåñéëáìâáíïìÝíùí êáé óõóôçìÜôùí ìç õäáôéêþí. Ìå âÜóç áõôüí ôïí ïñéóìü, ç áíôßäñáóç ôïõ ôýðïõ ïîý-âÜóç ãåíéêåýåôáé êáôÜ ôïí áêüëïõèï ôñüðï: CH3COOH + NH3 ïîý

âÜóç

NH4+ + CH3COO– ïîý

(39)

âÜóç

Ôï ïîéêü ïîý áíôéäñÜ ùò ïîý êáé åëåõèåñþíåé ôï ðñùôüíéü ôïõ, åíþ ó÷çìáôßæåé ôï ïîéêü éüí, CH3COO–, ïõóßá ç ïðïßá ìðïñåß íá äñÜóåé ùò âÜóç. Ç ãåíéêÞ ìïñöÞ ôçò åîéóþóåùò (39) åßíáé ç åîÞò: ÇÂ1 + Â2 ïîý1 + âÜóç2

ÇÂ2 + Â1 ïîý2 + âÜóç1

(41)

ÂëÝðïìå üôé Ýíá ïîý êáé ìéá âÜóç áíôéäñïýí äéÜ ìåôáöïñÜò ðñùôïíßùí êáé ó÷çìáôßæïõí Ýíá Üëëï ïîý êáé ìéá Üëëç âÜóç. Ïé ÷çìéêïß ÷ñçóéìïðïéïýí áõôüí ôï ãåíéêüôåñï ïñéóìü, ãéá íá åîåôÜóïõí ôçí éó÷ý ôùí ïîÝùí. ÊáôÜ ôçí áíôßäñáóç (41), ç ìåôáöïñÜ ôïõ ðñùôïíßïõ óçìáßíåé üôé ï ÷çìéêüò äåóìüò óôï ÇÂ1 èá ðñÝðåé íá óðÜóåé êáé íá ó÷çìáôéóèåß ï äåóìüò óôï ÇÂ2. Áí ï äåóìüò óôï ÇÂ1 óðÜæåé åýêïëá, ôüôå ôï ÇÂ1 èá åßíáé éó÷õñü ïîý. ~Åôóé, ç éóïññïðßá Ý÷åé ôçí ôÜóç íá åõíïåß ôç ìåôáöïñÜ åíüò ðñùôïíßïõ áðü ôç âÜóç Â1 óå ìéá Üëëç âÜóç Â2. Áí åîÜëëïõ ï äåóìüò óôï ÇÂ1 åßíáé åîáéñåôéêÜ óôáèåñüò, ôüôå áõôÞ ç ïõóßá èá åßíáé áóèåíÝò ïîý. Ç éóïññïðßá Ý÷åé ôçí ôÜóç íá åõíïåß ôç ìåôáöïñÜ åíüò ðñùôïíßïõ áðü êÜðïéï Üëëï ïîý ÇÂ2, óôç âÜóç Â1, ìå áðïôÝëåóìá ôï ó÷çìáôéóìü ôïõ óôáèåñïý äåóìïý ÇÂ1.

23.17Ôï éüí õäñïãüíïõ óôç èåùñßá ìåôáöïñÜò ðñùôïíßïõ áðü ôá ïîÝá. Óýìöùíá ìå ôç èåùñßá ôçò ìåôáöïñÜò ðñùôïíßïõ êáôÜ ôéò áíôéäñÜóåéò ïîÝùí-âÜóåùí, Ýíá ïîý êáé ìéá âÜóç áíôéäñïýí êáé ó÷çìáôßæïõí Ýíá Üëëï ïîý êáé ìéá Üëëç âÜóç. Áò åîåôÜóïìå ðþò åöáñìüæåôáé áõôÞ ç èåùñßá óôçí ðåñßðôùóç ôçò áðëÞò áíôéäñÜóåùò áíÜìåóá óå éüíôá Ç+(õä) êáé éüíôá ÏÇ–(õä) üðùò êáé êáôÜ ôïí éïíôéóìü ôïõ ïîéêïý ïîÝïò.

658

Ç+(õä) + ÏÇ–(õä) Ç2Ï + CH3COOH(õä) H (õä) + CH3COO–(õä)

Ç åöáñìïãÞ ôçò ðñïçãïýìåíçò èåùñßáò åðéôõã÷Üíåôáé êÜíïíôáò ìéá õðüèåóç ó÷åôéêÜ ìå ôç öýóç ôùí óùìáôéäßùí Ç+(õä). Èåùñïýìå üôé Ý÷ïõí ôï ìïñéáêü ôýðï Ç3Ï+(õä). ÊáôÜ óõíÝðåéá, ç áíôßäñáóç äéáëýóåùò ôïõ HCl óôï íåñü ãñÜöåôáé ùò áêïëïýèùò: HCl(á) + Ç2Ï

Ç3Ï+(õä) + Cl–(õä)

~Ïôáí åìöáíßæåôáé Ýíá Ç+(õä) óôçí åîßóùóç ìéáò áíôéäñÜóåùò, áíôéêáèßóôáôáé áðü ôï éüí ôïõ ïîùíßïõ, Ç3Ï+, êáé óôï Üëëï óêÝëïò ôçò åîéóþóåùò ðñïóôßèåôáé Ýíá ìüñéï íåñïý. Óýìöùíá ìå áõôÜ, ï éïíôéóìüò ôïõ ïîéêïý ïîÝïò ãñÜöåôáé ìå ôïí ðáñáêÜôù ôñüðï: CH3COOH(õä) + H2O CH3COO–(õä)

H3O+(õä) +

Ôþñá ðéá ç äéÜóðáóç ôïõ ïîéêïý ïîÝïò ìðïñåß íá èåùñçèåß ùò ìéá áíôßäñáóç ïîÝïò-âÜóåùò. Ôï ïîý CH3COOH ìåôáöÝñåé Ýíá ðñùôüíéï óôç âÜóç Ç2Ï ó÷çìáôßæïíôáò ôï ïîý Ç3Ï+ êáé ôç

âÜóç CH3COO–. O ó÷çìáôéóìüò ôïõ íåñïý áðü ôá éüíôá ôïõ ãñÜöåôáé ùò áêïëïýèùò: Ç3Ï+(õä) + ÏÇ–(õä)

Ç2Ï + Ç2Ï

Óôçí ðñïçãïýìåíç áíôßäñáóç ôï ïîý Ç3Ï+ ìåôáöÝñåé Ýíá ðñùôüíéï óôç âÜóç ÏÇ– êáé ó÷çìáôßæåé Ýíá ïîý, Ç2Ï, êáé ìéá âÜóç, Ç2Ï. Óôá ðëáßóéá ôçò èåùñßáò ìåôáöïñÜò ðñùôïíßïõ, ôï ìüñéï ôïõ íåñïý Ý÷åé ôéò éäéüôçôåò åíüò ïîÝïò, áëëÜ êáé ôéò éäéüôçôåò ìéáò âÜóåùò. Ï ÷áñáêôçñéóìüò ôùí éüíôùí Ç+(õä) ùò éüíôùí ïîùíßïõ, Ç3Ï+, äåí åðéâÜëëåôáé áðü ðåéñáìáôéêÝò åíäåßîåéò. Äåí õðÜñ÷åé Ýíäåéîç ãéá ôç ìïíáäéêÞ ýðáñîç áõôïý ôïõ éüíôïò, Ç3Ï+, ìÝóá óå áñáéÜ õäáôéêÜ äéáëýìáôá. Ôï ãåãïíüò üìùò üôé ôï íåñü åßíáé Ýíá ðïëéêü ìüñéï, äýóêïëá ìáò ðåßèåé üôé ìðïñåß íá õðÜñîåé Ýíá èåôéêÜ öïñôéóìÝíï ðñùôüíéï ìÝóá óå Ýíá õäáôéêü äéÜëõìá ÷ùñßò íá ðñïóêïëëÜôáé óôï áñíçôéêÜ öïñôéóìÝíï Üêñï ôïõ ìïñßïõ ôïõ íåñïý. Ç õðüèåóç áõôÞ åßíáé áñêåôÞ, ãéá íá äéêáéïëïãÞóåé ôç ÷ñÞóç ôçò ùò ìÝóïõ óõó÷åôßóåùò ôçò óõìðåñéöïñÜò ïîÝùí-âÜóåùí.

Ðåñßëçøç. Ôá ïîÝá, ôá ïðïßá äåí äéßóôáíôáé ðëÞñùò üôáí âñßóêïíôáé õðü ìïñöÞ äéáëýìáôïò, ïíïìÜæïíôáé áóèåíÞ ïîÝá. Ðñüêåéôáé âÝâáéá ãéá Ýíá åßäïò áóèåíïýò çëåêôñïëýôç. Ï ðïóïôéêüò ðñïóäéïñéóìüò áõôþí åðéôõã÷Üíåôáé ìå ôç âïÞèåéá ôçò óôáèåñÜò éóïññïðßáò ôùí ïîÝùí, ÊÁ. Ç ó÷åôéêÞ éó÷ýò ïñéóìÝíùí ïîÝùí äßíåôáé óôïí ðßíáêá ï ïðïßïò ðåñéÝ÷åé ôéò ôéìÝò ôùí ÊÁ. Ùò éó÷ýò ïîÝïò ïñßæåôáé ç éêáíüôçôÜ ôïõ íá åëåõèåñþíåé éüíôá Ç+. Ç ÊÁ ðñïóäéïñßæåôáé áðü ðåéñáìáôéêÜ äåäïìÝíá. ~Ïôáí åßíáé ãíùóôÞ ç ÊÁ êÜðïéïõ ïîÝïò, åßíáé äõíáôüí íá õðïëïãéóèåß ç [Ç+] ïðïéïõäÞðïôå äéáëýìáôïò ðåñéÝ÷åé áõôü ôï ïîý.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò.

1. Ðïéï áðü ôá ðáñáêÜôù ïîÝá åßíáé ôï éó÷õñüôåñï êáé ðïéï ôï áóèåíÝóôåñï; (á) Íéôñþäåò ïîý, ÇÍÏ2 (â) Èåéþäåò ïîý, Ç2SO3 (ã) Öùóöïñéêü ïîý, Ç3PO4

2. Ná õðïëïãéóèåß ç [Ç+], üôáí Ýíá äéÜëõìá íéôñþäïõò ïîÝïò ðåñéÝ÷åé ßóåò óõãêåíôñþóåéò ôùí ÇÍÏ2 êáé ÍÏ2–. 3. Íá ãñÜøåôå ìéá åîßóùóç, ç ïðïßá íá äåß÷íåé ôïí éïíôéóìü ôïõ ìõñìçêéêïý ïîÝïò, ÇCOOH, ìÝóá óå õäáôéêü äéÜëõìá, êÜíïíôáò ôçí õðüèåóç üôé õðÜñ÷ïõí éüíôá ïîùíßïõ.

659

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ ÕðÜñ÷ïõí äýï ôñüðïé ãéá ôïí ïñéóìü åíüò ïîÝïò ìÝóá óå õäáôéêü äéÜëõìá. Ï Ýíáò åßíáé Üìåóïò, ìå ôç âïÞèåéá ôùí éäéïôÞôùí, ôéò ïðïßåò ìðïñïýìå íá ðáñáôçñÞóïìå: (1) Ôï ïîý ðåñéÝ÷åé õäñïãïíïúüíôá. (2) Ôá äéáëýìáôÜ ôïõ Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü. (3) ÄéÜöïñá ìÝôáëëá, üðùò ï øåõäÜñãõñïò, áíôéäñïýí ìáæß ôïõ êáé åëåõèåñþíïõí õäñïãüíï. (4) ×ñùìáôßæåé ôï çëéïôñüðéï êüêêéíï. (5) ~Å÷åé îéíÞ ãåýóç. Áðü ðåéñÜìáôá ãíùñßæïìå üôé üëåò áõôÝò ïé éäéüôçôåò ïöåßëïíôáé óôçí ðáñïõóßá ôùí éüíôùí Ç+ ìÝóá óôï äéÜëõìá. Ãé' áõôü, Ýíáò äåýôåñïò ôñüðïò ïñéóìïý åßíáé ï åîÞò: Ïîý åßíáé ìéá ïõóßá, ç ïðïßá üôáí äéáëõèåß óôï íåñü ðáñÝ÷åé éüíôá Ç+(õä). Ùò âÜóç ìðïñåß íá ïñéóèåß ç ïõóßá, ç ïðïßá åîïõäåôåñþíåé Ýíá ïîý. ÄçëáäÞ, áíôéäñÜ ìå éüíôá Ç+(õä) êáé ôá áðïìáêñýíåé áðü ôá üîéíá äéáëýìáôá. Ôï ðéï óõ÷íü êáé ÷áñáêôçñéóôéêü éüí Ïé ôùí âÜóåùí åßíáé ôï ÏÇ–(õä). âÜóåéò ÷áñáêôçñßæïíôáé åðßóçò áðü ôéò åðüìåíåò éäéüôçôåò: (1) Ôá äéáëýìáôÜ ôïõò Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü. (2) ×ñùìáôßæïõí ôï çëéïôñüðéï êõáíü. (3) ~Å÷ïõí ðéêñÞ ãåýóç. (4) Ôá õäáôéêÜ ôïõò äéáëýìáôá äßíïõí ìéá ãëéóôåñÞ áßóèçóç êáôÜ ôçí áöÞ. ÐñïêåéìÝíïõ íá êáôáíïÞóïìå ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí ïîÝùí êáé ôùí âÜóåùí óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá, áò ðñïóÝîïìå ôçí åðüìåíç éóïññïðßá:

Ç2Ï(õã) Ç+(õä) + ÏÇ–(õä) –14 Êw = 10 óôïõò 25°C

~Ïôáí óôï ßäéï äéÜëõìá ðñïóôßèåôáé Ýíá ïîý êáé ìéá âÜóç, ôï áðïôÝëåóìá êáèïñßæåôáé áðü ôçí éóïññïðßá. Ôá éüíôá Ç+ êáé ÏÇ– èá áíôéäñÜóïõí ìåôáîý ôïõò, ìÝ÷ñé ôï ãéíüìåíï ôùí óõãêåíôñþóåþí ôïõò íá ðÜñåé ôÝôïéåò ôéìÝò, þóôå íá éêáíïðïéåß ôç óôáèåñÜ éóïññïðßáò. Ç áíôßäñáóç åíüò ïîÝïò ìå ìéá âÜóç êáé ï ó÷çìáôéóìüò åî áõôÞò íåñïý êáé åíüò Üëáôïò ïíïìÜæåôáé åîïõäåôÝñùóç. Ç äéáäéêáóßá êáôÜ ôçí ïðïßá Ýíá ïîý (Þ ìéá âÜóç) ðñïóôßèåôáé ðñïóåêôéêÜ óå Ýíá äéÜëõìá âÜóåùò (Þ ïîÝïò), ìÝ÷ñé íá ðñáãìáôïðïéçèåß åîïõäåôÝñùóç, ïíïìÜæåôáé ôéôëïäüôçóç. Ôï pH åßíáé Ýíáò åý÷ñçóôïò ôñüðïò ãéá ôçí Ýêöñáóç ôçò ïîýôçôáò åíüò äéáëýìáôïò. Ïñßæåôáé ùò –log10[H+]. Ôá üîéíá äéáëýìáôá Ý÷ïõí pH ìéêñüôåñï áðü ôï åðôÜ. Ôá âáóéêÜ äéáëýìáôá Ý÷ïõí pH ìåãáëýôåñï áðü ôï åðôÜ. ÐïëëÜ ïîÝá åßíáé áóèåíÞ. Äåí äéßóôáíôáé ðëÞñùò óå Ç+(õä) êáé áñíçôéêÜ éüíôá. Ç óõìðåñéöïñÜ ôùí äéáëõìÜôùí ôïõò åëÝã÷åôáé áðü ìéá óôáèåñÜ éóïññïðßáò. Ãéá ôçí ðåñßðôùóç åíüò ïîÝïò ÇÂ, ï íüìïò ôçò éóïññïðßáò ëáìâÜíåé ôçí ðáñáêÜôù ìïñöÞ:

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Íá ãñÜøåôå ôá ïíüìáôá êáé ôïõò ôýðïõò ôñéþí óçìáíôéêþí ïîÝùí. 2. Ãéáôß Ýíá ïîý áðïêáëåßôáé äüôçò çëåêôñïíßùí; 3. Íá åîçãÞóåôå ìå óõíôïìßá ãéáôß ç êëßìáêá ôïõ pH åßíáé Ýíáò ôñüðïò åêöñÜóåùò ôçò ïîýôçôáò Þ ôçò âáóéêüôçôáò åíüò õäáôéêïý äéáëýìáôïò. 4. Áí ôï pH åíüò äéáëýìáôïò åßíáé 5, ðïéá èá åßíáé ç [Ç+]; Ôï äéÜëõìá èá åßíáé üîéíï Þ âáóéêü; 5. Ðïéï åßíáé ôï pH åíüò äéáëýìáôïò, óôï ïðïßï [Ç+] =10–8; Ôï äéÜëõìá åßíáé üîéíï Þ âáóéêü; 6. Ôï îýäé, ï ÷õìüò ëåìïíéïý êáé ôï ÷áëáóìÝíï ãÜëá Ý÷ïõí üëá îéíÞ ãåýóç. Ðïéåò Üëëåò êïéíÝò éäéüôçôåò íïìßæåôå üôé Ý÷ïõí; 7. (á) Äßíïíôáé ôá áêüëïõèá ïîÝá: éüíôá áììùíßïõ, ÍÇ4+ (óå äéÜëõìá ÷ëùñéïý÷ïõ

8. 9. 10. 11.

áììùíßïõ), üîéíï èåééêü éüí, ÇSO4– (óå äéÜëõìá KHSO4) êáé õäñüèåéï, Ç2S. Ðïéï åßíáé ôï éó÷õñüôåñï ïîý; Ðïéï åßíáé ôï áóèåíÝóôåñï; (â) Áí ðáñáóêåõáóèïýí äéáëýìáôá 0,1 Ì áðü ôï ÍÇ4Cl, ôï KHSO4 êáé ôï Ç2S, óå ðïéï èá åßíáé ç [Ç+] ìåãáëýôåñç êáé óå ðïéï èá åßíáé ìéêñüôåñç; Ôé óçìáßíåé åîïõäåôÝñùóç; Íá ôçí åêöñÜóåôå ìå ìéá åîßóùóç. Ðïéá åßíáé ôá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ðïõ êáèéóôïýí Ýíá ïîý éó÷õñü Þ áóèåíÝò; Íá ðñïóäéïñßóåôå Ýíá éó÷õñü ïîý êáé íá ôï ïíïìÜóåôå. Íá ðåñéãñÜøåôå ôç äéáäéêáóßá ôçò ôéôëïäïôÞóåùò. Ãéá ðïéï óêïðü ÷ñçóéìïðïéåßôáé; Íá äþóåôå ôá ïíüìáôá êáé ôïõò ôýðïõò ôùí

660

ôñéþí åíþóåùí ðïõ ðåñéÝ÷ïõí õäñïãüíï êáé äåí êáôáôÜóóïíôáé óôá ïîÝá. Ãéá ôçí êÜèå ìßá Ýíùóç, íá áíáöÝñåôå ìßá Þ ðåñéóóüôåñåò áðü ôéò ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò ôùí ïîÝùí, ôéò ïðïßåò äåí äéáèÝôïõí. 12. ~Ïôáí Ýíá äéÜëõìá õäñïîåéäßïõ ôïõ âáñßïõ áíáìéãíýåôáé ìå äéÜëõìá èåééêïý ïîÝïò, ó÷çìáôßæåôáé ëåõêü ßæçìá êáé ç çëåêôñéêÞ áãùãéìüôçôá ðåñéïñßæåôáé óçìáíôéêÜ. Íá ãñÜøåôå ôéò åîéóþóåéò ãéá ôéò áíôéäñÜóåéò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé êáé åõèýíïíôáé ãéá ôçí áëëáãÞ ôçò áãùãéìüôçôáò. 13. ~Åíá ïîý åßíáé ìéá ïõóßá, ÇÂ, ç ïðïßá ìðïñåß íá ó÷çìáôßóåé éüíôá Ç+(õä) óýìöùíá ìå ôçí åîßóùóç éóïññïðßáò: ÇÂ(õä)

Ç+(õä) + –(õä).

(á) Áí ðñüêåéôáé ãéá éó÷õñü ïîý, ç éóïññïðßá èá åõíïåß ôá áíôéäñþíôá Þ ôá ðñïúüíôá; (â) Áí ðñüêåéôáé ãéá áóèåíÝò ïîý, ç éóïññïðßá èá åõíïåß ôá áíôéäñþíôá Þ ôá ðñïúüíôá; (ã) Áí ôï ïîý ÇÂ1 åßíáé éó÷õñüôåñï áðü ôï ïîý ÇÂ2, ç Ê1 èá åßíáé ìåãáëýôåñç Þ ìéêñüôåñç áðü ôçí Ê2;

14. Ðïéá åßíáé ç óõíïëéêÞ éïíôéêÞ åîßóùóç ãéá ôçí áíôßäñáóç åîïõäåôåñþóåùò; 15. Ðïéá åßíáé ç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç+(õä) ìÝóá óå Ýíá õäáôéêü äéÜëõìá, üðïõ [ÏÇ–] = 1,0 x 10–13 Ì; 16. Ôï íéôñéêü ïîý åßíáé Ýíá ðïëý éó÷õñü ïîý. Ðïéá åßíáé ç [Ç+] óå Ýíá äéÜëõìá 0,050 Ì ÇÍÏ3; 17. Áí óå 10,0 ëßôñá íåñïý èåñìïêñáóßáò 20°C äéáëõèïýí 23 ãñáììÜñéá ìõñìçêéêïý ïîÝïò, HCOOH, ç [Ç+] õðïëïãßæåôáé üôé åßíáé 3,0 x 10–3 Ì. Íá õðïëïãßóåôå ôçí ÊÁ. 18. ~Åíáò ÷çìéêüò äéáëýåé 25 ãñáììÜñéá CH3COOH óå áñêåôü íåñü, þóôå íá ðáñáóêåõÜóåé Ýíá ëßôñï äéáëýìáôïò. Ðïéá åßíáé ç óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç +(õä); Íá áíáôñÝîåôå óôïí ðßíáêá 23.2, êáé íá èåùñÞóåôå üôé ç ìåôáâïëÞ ôïõ CH3COOH ðïõ ïöåßëåôáé óå äéÜóôáóç åßíáé áìåëçôÝá. 19. Íá äåßîåôå üôé ç ðñïóèÞêç 0,010 moles óôåñåïý NaOH óå 1,0 ëßôñï íåñïý ðåñéïñßæåé ôç óõãêÝíôñùóç ôùí Ç+(õä) óå 1,0 x 10–12 Ì.

20. Áò õðïôåèåß üôé óå 10,0 ëßôñá íåñïý äéáëýïíôáé 3,65 ãñáììÜñéá HCl. Ðïéá åßíáé ç [Ç+]; Íá äåßîåôå üôé [ÏÇ–] = 1,00 x 10–12 Ì. 21. ÕðïèÝóôå üôé ðñïóôßèåíôáé 0,099 moles óôåñåïý NaOH óå 0,100 ëßôñá 1,00 Ì HCl. (á) Ðüóá ðáñáðÜíù moles HCl õðÜñ÷ïõí óôï äéÜëõìá áðü ôá moles ôïõ NaOH; (â) Áðü ôïí áñéèìü ôùí åðß ðëÝïí moles êáé ôïí üãêï, íá õðïëïãßóåôå ôç óõãêÝíôñùóç ôçò ðåñßóóåéáò ôùí éüíôùí Ç+(õä). (ã) Íá õðïëïãßóåôå ôçí åðß ðëÝïí óõãêÝíôñùóç ôùí éüíôùí Ç+(õä) áðü ôç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôéò áñ÷éêÝò óõãêåíôñþóåéò ôïõ HCl êáé ôïõ NaOH. (ä) Íá õðïëïãßóåôå ôç óõãêÝíôñùóç ôùí ÏÇ–(õä) êáôÜ ôçí éóïññïðßá. 22. 100 ml ôïõ äéáëýìáôïò HCl ðïõ åîåôÜóèçêå óôçí Üóêçóç 21 áñáéþíïíôáé ìå íåñü óôï 1,00 ëßôñï. Ðïéá èá åßíáé ç óõãêÝíôñùóç ôùí Ç+(õä); Ðïéá èá åßíáé ç [ÏÇ–] ìÝóá óå áõôü ôï äéÜëõìá; 23. ~Åíá óôáãïíüìåôñï âáèìïíïìåßôáé ìåôñþíôáò ôïí áñéèìü ôùí óôáãüíùí ðïõ ÷ñåéÜæïíôáé ãéá íá óõìðëçñùèåß 1,0 ml. Õðïëïãßæåôáé üôé áðáéôïýíôáé åßêïóé óôáãüíåò. (á) Ðïéïò åßíáé ï üãêïò ôçò óôáãüíáò; (â) Áò õðïôåèåß üôé ìéá ôÝôïéá óôáãüíá äéáëýìáôïò 0,20 Ì HCl ðñïóôßèåôáé óå 100 ml íåñïý. Ðïéá åßíáé ç [Ç+]; (ã) Ðüóåò öïñÝò ìåôáâëÞèçêå ç [Ç+], üôáí ðñïóåôÝèç ç ìéá óôáãüíá; 24. Áò õðïôåèåß üôé ðñïóôßèåíôáé óôáãüíåò (áðü ôï ßäéï óôáãïíüìåôñï) äéáëýìáôïò 0,10 Ì NaOH, ìßá êÜèå öïñÜ, óôá 100 ml ôïõ HCl ôçò áóêÞóåùò 23â. (á) Ðïéá èá åßíáé ç [Ç+], ìåôÜ ôçí ðñïóèÞêç ìéáò óôáãüíáò; (â) Ðïéá èá åßíáé ç [Ç+], ìåôÜ ôçí ðñïóèÞêç äýï óôáãüíùí; (ã) Ðïéá èá åßíáé ç [Ç+], ìåôÜ ôçí ðñïóèÞêç ôñéþí óôáãüíùí; 25. Íá õðïëïãßóåôå ôçí [Ç+] êáé ôçí [ÏÇ–] óå äéÜëõìá ðïõ ó÷çìáôßæåôáé áðü ôçí áíÜìéîç 50,0 ml 0,200 Ì HCl êáé 49,0 ml 0,200 Ì NaOH. 26. Íá õðïëïãßóåôå ôçí [Ç+] êáé ôçí [ÏÇ–] äéáëýìáôïò ðïõ ó÷çìáôßæåôáé áðü áíÜìéîç 50,0 ml 0,200 M HCl êáé 49,9 ml 0,200 M ÍaÏÇ. 27. Ðüóï åðß ðëÝïí äéÜëõìá 0,200 Ì NaOH ðñÝðåé íá ðñïóôåèåß óôï äéÜëõìá ôçò

661

áóêÞóåùò 26, þóôå íá ìåôáâëçèåß ç [Ç+] óå 10–7 Ì; 28. ~Åíá äéÜëõìá 0,25 Ì âåíæïúêïý ïîÝïò (áò ôï ïíïìÜóïìå ÇÂ) õðïëïãßæåôáé üôé Ý÷åé óõãêÝíôñùóç õäñïãüíïõ [Ç+] = 4 x 10–3 Ì. (á) Áí äå÷èïýìå ôçí áðëÞ áíôßäñáóç ÇÂ(õä) Ç+(õä) + –(õä), íá õðïëïãéóôåß ç KÁ ôïõ âåíæïúêïý ïîÝïò. (â) Íá óõãêñéèïýí ïé ôéìÝò ôùí [ÇÂ], [Ç+], [–] êáé ç ÊÁ ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå óå áõôü ôï ðåßñáìá ìå ôéò áíôßóôïé÷åò ðïóüôçôåò ðïõ õðÞñ÷áí êáôÜ ôïí õðïëïãéóìü ôïõ âåíæïúêïý ïîÝïò ðïõ ðáñïõóéÜóôçêå óôï êåßìåíï ôïõ ìáèÞìáôïò. 29. ÊáôÜ ôçí ðáñáóêåõÞ ïñéóìÝíùí ÷ñùìÜôùí, åßíáé áðáñáßôçôï íá ãíùñßæïìå ôçí ðïóüôçôá ôïõ õäñï÷ëùñéêïý ïîÝïò ìÝóá óôï ìßãìá ôçò áíôéäñÜóåùò, óå üëá ôá óôÜäéá ôçò äéáäéêáóßáò. Áí Ýíá äåßãìá ôïõ ìßãìáôïò âÜñïõò 2,00 ãñáììáñßùí, åîïõäåôåñùèåß üôáí ôéôëïäïôçèåß ìå 22,0 moles 0,1 Ì NaOH, ðïéo èá åßíáé ôï ðïóïóôü –åðß ôïéò åêáôü– ôïõ õäñï÷ëùñéêïý ïîÝïò óôï äåßãìá; 30. ~Åíá äåßãìá 0,150 ãñáììáñßùí êáèáñïý ïîÝïò åîïõäåôåñþíåôáé, üôáí ôéôëïäïôçèåß ìå 9,85 ml 0,200 Ì NaOH. Ðüóá ãñáììÜñéá õðÜñ÷ïõí óå Ýíá mole ôïõ ïîÝïò; 31. Ôé åßíáé ôï éüí ïîùíßïõ; Ðïéá åßíáé ç óçìáóßá ôïõ êáôÜ ôçí ðåñéãñáöÞ ôçò äéáóôÜóåùò ôïõ ïîéêïý ïîÝïò ùò áíôéäñÜóåùò ïîÝïò-âÜóåùò; 32. ~Ïôáí óå õäáôéêü äéÜëõìá õäñïöèïñßïõ, HF,

ðñïóôåèåß ïîéêü íÜôñéï, CH3COONa, ðñáãìáôïðïéåßôáé ìéá áíôßäñáóç, üðïõ ôï áóèåíÝò ïîý HF ÷Üíåé Ç+. (á) Íá ãñÜøåôå ôçí åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò. (â) Ðïéá áóèåíÞò âÜóç áíôáãùíßæåôáé ìå ôï F– ãéá ôçí áðüêôçóç ôùí Ç+; 33. (á) Íá ãñÜøåôå ôçí åîßóùóç, ç ïðïßá äåß÷íåé ôçí áíôßäñáóç ïîÝïò-âÜóåùò áíÜìåóá óôï õäñüèåéï, Ç2S, êáé ôï áíèñáêéêü éüí, CO32–. (â) Ðïéåò åßíáé ïé äýï âÜóåéò ðïõ áíôáãùíßæïíôáé ãéá ôï Ç+; (ã) Áðü ôçí ôéìÞ ôçò ÊÁ ðïõ äßíåôáé óôïí ðßíáêá 23.2 ãéá ôá äõï áíôßóôïé÷á ïîÝá, íá ðñïâëÝøåôå áí ç éóïññïðßá åõíïåß ôá áíôéäñþíôá Þ ôá ðñïúüíôá. 34. Íá ãñÜøåôå ôçí åîßóùóç ãéá ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óå êÜèå Ýíá áðü ôá ðáñáêÜôù æåýãç ïîÝïò-âÜóåùò: (á) ÇÍÏ2(õä) + ÍÇ3(õä) (â) ÍÇ4+(õä) + F–(õä) (ã) C6H5COOH(õä) + CH3COO–(õä) 35. Ãéá êÜèå ìßá áðü ôéò áíôéäñÜóåéò ôçò áóêÞóåùò 34, íá ðñïâëÝøåôå áí åõíïïýíôáé ôá áíôéäñþíôá Þ ôá ðñïúüíôá (÷ñçóéìïðïéÞóôå ôçí ôéìÞ ôçò ÊÁ ðïõ äßíåôáé óôï ðßíáêá 23.2). 36. Íá ãñÜøåôå ôéò åîéóþóåéò ãéá ôéò áíôéäñÜóåéò áíÜìåóá óå êáèÝíá áðü ôá ðáñáêÜôù æåýãç ïîÝïò-âÜóåùò: (á) ÇÍÏ2(õä) + ÇCO3–(õä) (â) H2CO3(õä) + ÍÏ2–(õä) (ã) H2CO3(õä) + CO32–(õä)

KÅÖÁËÁÉÏ EIKOÓÔÏ ÔÅÔÁÑÔÏ

ÁíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò

Ïé åðéóôÞìïíåò áõôïß óõíáñìïëïãïýí Ýíá çëåêôñï÷çìéêü óôïé÷åßï ëéèßïõ/óåëéíßïõ. Ç åíÝñãåéá ðïõ ðáñÜãåôáé áðü ôá çëåêôñï÷çìéêÜ óôïé÷åßá ðñïÝñ÷åôáé áðü áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò.

663

Ôéò áíôéäñÜóåéò (áðü ôéò ðëÝïí óçìáíôéêÝò) ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé êÜèå öïñÜ ðïõ áíáâïóâÞíåôå Ýíáí çëåêôñéêü öáíü ïé ÷çìéêïß ôéò ïíïìÜæïõí áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò. Ìéá ðñïóåêôéêÞ ðñïóÝããéóç ôùí áíôéäñÜóåùí ïîåéäïáíáãùãÞò èá óáò âïçèÞóåé íá êáôáíïÞóåôå äéáôÜîåéò, üðùò åßíáé ïé óõóóùñåõôÝò (ìðáôáñßåò). Ðþò ëåéôïõñãåß Ýíáò óõóóùñåõôÞò; Ãéáôß ðáñÜãåé çëåêôñéêü ñåýìá; Ãéáôß áäåéÜæåé Ýíáò óõóóùñåõôÞò; Óå áõôü ôï êåöÜëáéï èá áðáíôçèïýí áõôÜ ôá åñùôÞìáôá. Èá êáôáíïÞóåôå åðßóçò ìåãÜëï áñéèìü

Üëëùí ÷çìéêþí äéáäéêáóéþí, ïé ïðïßåò åßíáé üìïéåò ìå áõôÝò ôùí óõóóùñåõôþí. ×áñáêôçñéóôéêü áõôþí ôùí áíôéäñÜóåùí åßíáé ç ìåôáöïñÜ çëåêôñïíßùí áðü ìüñéá Þ éüíôá óå Üëëá ìüñéá Þ éüíôá. Ç ìåôáöïñÜ ôùí çëåêôñïíßùí âñßóêåôáé óôçí êáñäéÜ ôùí ïîåéäïáíáãùãéêþí áíôéäñÜóåùí. ÅðåéäÞ ç äéåñåýíçóç ìéáò ÷çìéêÞò äéáäéêáóßáò åßíáé ï êáëýôåñïò ôñüðïò ãéá íá ôç ãíùñßóåéò, ôï êåöÜëáéï áõôü îåêéíÜ ìå Ýíá ðåßñáìá, êáôÜ ôï ïðïßï åîåôÜæåôáé ìéá çëåêôñï÷çìéêÞ áíôßäñáóç. Ðñüêåéôáé ãéá ìéá áíôßäñáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá ðñáãìáôïðïéïýíôáé

Êáôáíüçóç ôùí áíôéäñÜóåùí ïîåéäïáíáãùãÞò ÄÉÅÑÅÕÍÇÓÇ

24.1 H ÷çìåßá åíüò çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ. Ôï 1807 ï Sir Humphry Davy áðïìüíùóå, ìå çëåêôñï÷çìéêü ôñüðï, ôï óôïé÷åßï êÜëéï áðü ìßá ÝíùóÞ ôïõ. Äéáâßâáóå çëåêôñéêü ñåýìá ìÝóá áðü õäñïîåßäéï ôïõ êáëßïõ. Áðü ôüôå, ç çëåêôñï÷çìåßá ÷ñçóéìïðïéÞèçêå óå ðëÞèïò åöáñìïãþí, ðïëëÝò åê ôùí ïðïßùí åîáñôþíôáé áðü ôç ÷ñÞóç åíüò áðëïý çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ. ÓÊÏÐÏÓ

Óôï ðåßñáìá ðïõ áêïëïõèåß èá êáôáóêåõÜóåôå êáé èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå Ýíá çëåêôñï÷çìéêü óôïé÷åßï. Óôç óõíÝ÷åéá, èá ðñïóäéïñßóåôå ôá ðñïúüíôá ôçò áíôéäñÜóåùò, ç ïðïßá ðñáãìáôïðïéåßôáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ôçò ëåéôïõñãßáò ôïõ, êáé èá õðïëïãßóåôå ôï ëüãï ôçò ðïóïôéêÞò áíáëïãßáò áõôþí ôùí ðñïúüíôùí. ÕËÉÊÁ

200 ml 0,5 M AgNO3(õä) 30 ml áðåóôáãìÝíï íåñü ÊùíéêÞ öéÜëç Erlenmeyer 125 ml 2 ðïôÞñéá æÝóåùò, 250 ml Äéçèçôéêü ÷áñôß 200 ml 0,5 M CuSO4(õä) Äáêôýëéïò êáé ïñèïóôÜôçò Áìðåñüìåôñï ×ùíß 50 ml 0,5 M NH4NO3(õä) Æõãüò, óôáèìÜ Ðïñþäçò õáëïâÜìâáêáò ÓùëÞíáò ó÷Þìáôïò U, ôïõ ïðïßïõ ç Ëåðôü Ýëáóìá Ag, 2# x 10# cm Óýñìá êáèáñéóìïý ïéêéáêþí óêåõþí êÜèå ðëåõñÜ íá åßíáé ðåñßðïõ 8-10 cm Hèìüò äéçèÞóåùò Ëåðôü Ýëáóìá Cu, 2# x 10# cm ÕäñïâïëÝáò 2 êïììÜôéá ìÞêïõò 46 cm áðü ìïíùìÝíá êáëþäéá óôéò Üêñåò ôùí ïðïßùí Ý÷ïõí êïëëçèåß êñïêïäåéëÜêéá (ëáâßäåò ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýí óõíÞèùò ïé çëåêôñïíéêïß). ÅéäéêÝò ðñïöõëÜîåéò. ~Ïôáí èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôïí õáëïâÜìâáêá, öïñÝóôå ãÜíôéá, ãéá íá ìçí ìðïõí óôï äÝñìá óáò ìéêñÜ êïììÜôéá õÜëïõ. Íá ðñïóÝîåôå íá ìçí Ýñèåé óå åðáöÞ ìå ôá ÷Ýñéá óáò ï íéôñéêüò Üñãõñïò, ãéáôß èá äçìéïõñãÞóåé ìáýñåò êçëßäåò ðïõ öåýãïõí ðïëý äýóêïëá. Áí üìùò ôï äéÜëõìá Ýñèåé óå åðáöÞ ìå ôá ÷Ýñéá óáò, îåðëýíåôÝ ôá áìÝóùò ìå Üöèïíï

664

Ó×ÇÌÁ 24-1.

íåñü. Ãéá íá ìçí ãßíïõí ëåêÝäåò óôïí ðÜãêï åñãáóßáò êáé óôï ðÜôùìá, óêïõðßóôå áìÝóùò êÜèå óôáãüíá êáé îåðëýíôå ôá ìå íåñü. ÄÉÁÄÉÊÁÓÉÁ

ÌÝñïò Á. ÊáôáóêåõÞ êáé ëåéôïõñãßá ôïõ çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ.

Ó×ÇÌÁ 24-2.

*

1. Ãåìßóôå Ýíá ðïôÞñé êáôÜ ôá äýï ôñßôá ðåñßðïõ ìå äéÜëõìá AgNO3. Ðñïóäéïñßóôå ðñïóåêôéêÜ ôç ìÜæá ôïõ åëÜóìáôïò ôïõ áñãýñïõ, ìå áêñßâåéá 0,01 g. ÔïðïèåôÞóôå ôï Ýëáóìá áñãýñïõ ìÝóá óôï ðïôÞñé Ýôóé, þóôå ôï êÜôù Üêñï ôïõ íá åßíáé êáëÜ âõèéóìÝíï ìÝóá óôï äéÜëõìá (ó÷. 241). 2. Ãåìßóôå êáé ôï Üëëï ðïôÞñé êáôÜ ôá äýï ôñßôá ðåñßðïõ ìå ôï äéÜëõìá CuSO4. Êáèáñßóôå ôçí åðéöÜíåéá ôïõ åëÜóìáôïò ôïõ ÷áëêïý ìå Ýíá êïììÜôé óýñìá êáèáñéóìïý. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ åëÜóìáôïò, ìå áêñßâåéá 0,01g. Âõèßóôå ôï Ýëáóìá ôïõ ÷áëêïý ìÝóá óôï ðïôÞñé ôïõ CuSO4 êáé óôåñåþóôå ôï, üðùò êÜíáôå êáé ìå ôï Ýëáóìá ôïõ áñãýñïõ óôï ðñþôï ðïôÞñé. 3. Ìå ôï êáëþäéï ðïõ Ý÷åé óôéò Üêñåò ôïõ ôá êñïêïäåéëÜêéá óõíäÝóôå ôï Ýëáóìá ôïõ áñãýñïõ ìå ôï áìðåñüìåôñï*. ×ñçóéìïðïéþíôáò ôï Üëëï êáëþäéï (ìå ôá êñïêïäåéëÜêéá ôïõ) óõíäÝóôå ôï Ýëáóìá ôïõ ÷áëêïý ìå ôï Üëëï Üêñï ôïõ áìðåñüìåôñïõ (ó÷. 24-1). Óçìåéþóôå óôï ôåôñÜäéü óáò ü,ôé äåß÷íåé ç âåëüíá ôïõ áìðåñüìåôñïõ. 4. Ìå ôç âïÞèåéá ôçò öéÜëçò Erlenmeyer êé åíüò ÷ùíéïý, ãåìßóôå ôï óùëÞíá ó÷Þìáôïò U ìå äéÜëõìá ÍÇ4ÍÏ3 (ó÷. 24-2). Êëåßóôå ôá Üêñá ôïõ óùëÞíá ìå ðïñþäç õáëïâÜìâáêá. ×ñçóéìïðïéÞóôå áõôÞí ôç äéÜôáîç, ãíùóôÞ ìå ôï üíïìá “ãÝöõñá Üëáôïò”, ãéá íá óõíäÝóåôå ôá ðïôÞñéá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôá äýï äéáëýìáôá, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 24-3. ÐñïóÝîôå ôç âåëüíá ôïõ áìðåñüìåôñïõ êáé êáôáãñÜøôå ôéò ðáñáôçñÞóåéò óáò. 5. Áðïìáêñýíáôå ôá êñïêïäåéëÜêéá áðü ôïõò áêñïäÝêôåò ôïõ ïñãÜíïõ. ÁíôéóôñÝøôå ôç óõíäåóìïëïãßá, ôïðïèåôþíôáò ôï êáëþäéï ôïõ åëÜóìáôïò ÷áëêïý óôïí áêñïäÝêôç ðïõ ðñïçãïõìÝíùò óõíäåüôáí ìå ôï Ýëáóìá ôïõ áñãýñïõ êáé áíôßóôñïöá. ÐñïóÝîôå ôéò åíäåßîåéò óôï üñãáíï êáé óçìåéþóôå ôéò ðáñáôçñÞóåéò óáò.

Ó.ô.Ì. Ôï áìðåñüìåôñï ìåôñÜ ôá Ambère. Ambère åßíáé ç ìïíÜäá åíôÜóåùò çëåêôñéêïý ñåýìáôïò êáé äçëþíåé ôï áñéèìü çëåêôñoíßùí ðïõ äéÝñ÷ïíôáé áðü ôç äéáôïìÞ åíüò áãùãïý áíÜ äåõôåñüëåðôï).

665

6. ~Ïôáí ôï óôïé÷åßï âñßóêåôáé óå ëåéôïõñãßá, íá ðáñáôçñÞóåôå ôé óõìâáßíåé óôéò åðéöÜíåéåò ôùí ìåôÜëëùí ðïõ âñßóêïíôáé âõèéóìÝíá ìÝóá óôá äéáëýìáôá. ÁöÞóôå ôï óôïé÷åßï íá ëåéôïõñãÞóåé ãéá äÝêá Ýùò äåêáðÝíôå ëåðôÜ.

ÌÝñïò Â. ÌÝôñçóç ôùí ðñïúüíôùí ôçò çëåêôñï÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò.

Ó×ÇÌÁ 24-3.

1. Áðïìáêñýíáôå ôç ãÝöõñá Üëáôïò êáé áðïóõíäÝóôå ôá êáëþäéá áðü ôá åëÜóìáôá ôïõ áñãýñïõ êáé ôïõ ÷áëêïý. ÅîåôÜóôå ôá ìåôáëëéêÜ åëÜóìáôá êáé êáôáãñÜøôå ïðïéáäÞðïôå áëëáãÞ ðáñáôçñåßôå óå áõôÜ. 2. Áðïìáêñýíáôå ôï Ýëáóìá ôïõ ÷áëêïý áðü ôï äéÜëõìá ôïõ CuSO4 êáé îåðëýíôå ôï ìå áðåóôáãìÝíï íåñü, ìå ôç âïÞèåéá åíüò õäñïâïëÝá. 3. Áðïìáêñýíáôå ðñïóåêôéêÜ ôï Ýëáóìá ôïõ áñãýñïõ áðü ôï äéÜëõìá ôïõ AgÍÏ3. Ìå ôç âïÞèåéá áðåóôáãìÝíïõ íåñïý, îåðëýíôå ìÝóá óôï äéÜëõìá êÜèå åëåýèåñï êïììáôÜêé ôïõ åëÜóìáôïò. 4. ÌåôñÞóôå ôç ìÜæá åíüò ÷Üñôéíïõ çèìïý ìå áêñßâåéá 0,01 g. Ìå ôçí ôå÷íéêÞ ôïõ ó÷Þìáôïò 19-7, äéçèÞóôå ôï äéÜëõìá ôïõ AgNO3 ìÝóá áðü ôï ÷Üñôéíï çèìü. Îåðëýíôå ôï õðüëåéììá ðÜíù óôï ÷Üñôéíï çèìü ìå áðåóôáãìÝíï íåñü, þóôå íá áðïìáêñõíèåß êÜèå ß÷íïò äéáëýìáôïò áðü ôïí çèìü êáé áðü ôï óôåñåü õðüëåéììÜ ôïõ. ÔïðïèåôÞóôå ôá åëÜóìáôá áñãýñïõ êáé ÷áëêïý ìáæß ìå ôï ÷Üñôéíï çèìü êáé ôï óôåñåü õðüëåéììÜ ôïõ ðÜíù óå Ýíá êáèáñü êïììÜôé ÷áñôïðåôóÝôáò. ÖõëÜîôå ôá üëá ìáæß óå Ýíá áóöáëÝò ìÝñïò, ãéá íá óôåãíþóïõí. 5. ~Ïôáí üëá ôá êïììÜôéá ôùí åëáóìÜôùí êáé ï çèìüò óôåãíþóïõí åíôåëþò, ðñïóäéïñßóôå ôç ìÜæá ôïõ åëÜóìáôïò ôïõ ÷áëêïý êáé óçìåéþóôå ôï áðïôÝëåóìá óôï ôåôñÜäéü óáò. Óôç óõíÝ÷åéá, ôïðïèåôÞóôå ðÜíù óôï æõãü ôï Ýëáóìá ôïõ áñãýñïõ, ìáæß ìå ôï ÷Üñôéíï çèìü êáé ôï ðåñéå÷üìåíï óå áõôüí õðüëåéììá, êáé ðñïóäéïñßóôå ôç óõíïëéêÞ ìÜæá ôïõò. Áöáéñþíôáò áðü ôï áðïôÝëåóìá ôç ìÜæá ôïõ ÷Üñôéíïõ çèìïý, õðïëïãßóôå ôç ìÜæá ôïõ áñãýñïõ. ÄÅÄÏÌÅÍÁ ÊÁÉ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Âåâáéùèåßôå üôé óôï ôåôñÜäéü óáò Ý÷åôå êáôáãñÜøåé ôéò áêüëïõèåò ìåôñÞóåéò: Áñ÷éêÞ ìÜæá åëÜóìáôïò ÷áëêïý ÔåëéêÞ ìÜæá åëÜóìáôïò ÷áëêïý Áñ÷éêÞ ìÜæá åëÜóìáôïò áñãýñïõ ÔåëéêÞ ìÜæá åëÜóìáôïò áñãýñïõ, ÷Üñôéíïõ çèìïý êáé õðïëåßììáôïò ÌÜæá ÷Üñôéíïõ çèìïý

Õðïëïãéóìïß. 1. Ðñïóäéïñßóôå ôç ìåôáâïëÞ ôçò ìÜæáò, óå ãñáììÜñéá, ôïõ åëÜóìáôïò ôïõ ÷áëêïý. Íá ôç ÷áñáêôçñßóåôå ùò áðïêôçèåßóá Þ áðïëåóèåßóá ìÜæá. 2. Íá åðáíáëÜâåôå ôïí õðïëïãéóìü 1 ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôçò ìåôáâïëÞò ôçò ìÜæáò ôïõ áñãýñïõ. 3. ÌåôáôñÝøôå ôçí áðïêôçèåßóá Þ áðïëåóèåßóá êáôÜ ôç äéÜñêåéá áõôïý ôïõ ðåéñÜìáôïò ìÜæá ôïõ êÜèå ìåôÜëëïõ, óå áðïêôçèÝíôá Þ áðùëåóèÝíôá moles. 4. Ðñïóäéïñßóôå ôç ó÷Ýóç ôïõ áñéèìïý ôùí moles ôïõ áðïêôçèÝíôïò Þ áðùëåóèÝíôïò áñãýñïõ ìå ôïí áñéèìü ôùí moles ôïõ áðïêôçèÝíôïò Þ áðùëåóèÝíôïò ÷áëêïý, áíôßóôïé÷á.

666

Ó×ÅÔÉÊÁ ÐÑÏÂËÇÌÁÔÁ

1. ~Ïôáí óôç äéÜôáîç ôïõ óôïé÷åßïõ óõìðåñéåëÞöèç ç ãÝöõñá Üëáôïò, ç Ýíäåéîç ôïõ áìðåñüìåôñïõ Üëëáîå; 2. Ôé ñüëï ðáßæåé ç ãÝöõñá Üëáôïò óôç ëåéôïõñãßá áõôïý ôïõ çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ; 3. ÐáñáôçñÞèçêáí êáé ðïéåò ìåôáâïëÝò, êáôÜ ôçí áíôéóôñïöÞ ôçò óõíäÝóåùò ìå ôïõò áêñïäÝêôåò ôïõ áìðåñüìåôñïõ; Ôé óõìðåñáßíåôå áðü áõôÝò ôéò ðáñáôçñÞóåéò; 4. Áöïý ëåéôïýñãçóå ãéá ëßãç þñá ôï óôïé÷åßï, ðïéåò ìåôáâïëÝò ðñáãìáôïðïéÞèçêáí ðÜíù óôçí åðéöÜíåéá ôùí äýï ìåôÜëëùí; Íá ðåñéãñÜøåôå ìå äéêÜ óáò ëüãéá ôéò äéáäéêáóßåò ðïõ ïäÞãçóáí óå áõôÝò ôéò ìåôáâïëÝò ôïõ óôïé÷åßïõ. 5. Íá åîçãÞóåôå ôç ó÷Ýóç ðïõ ðñïóäéïñßóáôå ìå ôïõò õðïëïãéóìïýò ðïõ êÜíáôå óôçí õð' áñéèìüí 4 Üóêçóç ôçò ðáñáãñÜöïõ õðü ôïí ôßôëï “õðïëïãéóìïß”.

24.2

ÅîÝôáóç ôïõ çëåêôñï÷çìéêïý ðåéñÜìáôïò.

Ðñéí áðü ëßãï ïëïêëçñþóáôå Ýíá ÷áñáêôçñéóôéêü çëåêôñï÷çìéêü ðåßñáìá. Ôþñá èá ôï ìåëåôÞóïìå ìå êÜèå ëåðôïìÝñåéá. Áò õðïôåèåß üôé ðñïóäéïñßóáôå üôé ôï Ýëáóìá ôïõ ÷áëêïý Ý÷áóå 1,27 ãñáììÜñéá, åíþ ôïõ áñãýñïõ áðÝêôçóå 4,32 ãñáììÜñéá åðß ðëÝïí. Áí ìåôáôñÝøåôå ôç ìÜæá ðïõ ÷Üèçêå Þ ðïõ áðïêôÞèçêå áðü ôï êÜèå ìÝôáëëï óå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç, óå moles ìåôÜëëùí ðïõ ÷Üèçêáí Þ áðïêôÞèçêáí, ðñïêýðôåé ç áêüëïõèç åíäéáöÝñïõóá ó÷Ýóç:

Åßíáé óáöÝò üôé ãéá êÜèå mole Cu ðïõ äéáëýåôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç, åíáðïôßèåíôáé äýï moles Ag ðÜíù óôï Ýëáóìá ôïõ Ag. Åßíáé äõíáôüí ãéá ôéò äéáäéêáóßåò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìÝóá óôï êÜèå ðïôÞñé íá ãñáöïýí ÷çìéêÝò åîéóþóåéò. Óôï ðïôÞñé ðïõ ðåñéÝ÷åé ôï Ýëáóìá ôïõ Cu, Üôïìá Cu, ôá ïðïßá óõìâïëßæïíôáé ùò Cu(óô), åãêáôáëåßðïõí ôçí åðéöÜíåéá ôïõ åëÜóìáôïò êáé åéóÝñ÷ïíôáé óôï äéÜëõìá. Óôï äéÜëõìá õðÜñ÷ïõí ùò éüíôá, Cu2+(õä), ôá ïðïßá ðåñéâÜëëïíôáé áðü ìüñéá íåñïý. Äýï çëåêôñüíéá, ðïõ óõìâïëßæïíôáé 2e–, Ý÷ïõí ðáñáìåßíåé óôï óôåñåü ÷áëêü. Áõôü

ðåñéãñÜöåôáé ìå ôçí åðüìåíç ÷çìéêÞ åîßóùóç: Cu(óô)

Cu2+(õä) + 2e–

(1)

Tá çëåêôñüíéá ðåñíïýí äéÜ ìÝóïõ ôïõ åëÜóìáôïò ôïõ ÷áëêïý êáé ôïõ áìðåñüìåôñïõ êáé óôï Ýëáóìá ôïõ áñãýñïõ. Åêåß óõíäÝïíôáé ìå ôá éüíôá ôïõ Ag+ ôïõ äéáëýìáôïò ôïõ AgÍÏ3, ôá ïðïßá âñßóêïíôáé óôçí åðéöÜíåéá ôïõ ìåôÜëëïõ, êáé ó÷çìáôßæïõí ïõäÝôåñá Üôïìá Ag, ôá ïðïßá ôåëéêÜ åíáðïôßèåíôáé ðÜíù óôï Ýëáóìá ôïõ Ag. Ag+(õä) + e–

Ag(óô)

(2)

Ôï êÜèå Üôïìï Cu ðïõ äéáëýåôáé, ó÷çìáôßæåé Ýíá éüí Cu2+ êáé åëåõèåñþíåé äýï çëåêôñüíéá. ~Åôóé, ôï êÜèå Üôïìï ôïõ Cu, üôáí äéáëýåôáé, ðáñÝ÷åé áñêåôÜ çëåêôñüíéá, þóôå íá áðïôåèïýí äýï éüíôá Ág+ áðü ôï äéÜëõìá ùò Üôïìá Ag. ÄçëáäÞ, áðü êÜèå mole Cu, ôï ïðïßï äéáëýåôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç, åíáðïôßèåíôáé ðÜíù óôï Ýëáóìá ôïõ Ag äýï moles Ag. Áîßæåé íá óçìåéùèåß üôé ïé áíôéäñÜóåéò (1) êáé (2) äéáöÝñïõí ëßãï áðü åêåßíåò ðïõ áíáöÝñèçêáí óôá ðñïçãïýìåíá êåöÜëáéá, äéüôé åêôüò áðü ôá Üôïìá, ôá ìüñéá êáé ôá éüíôá, åìöáíßæïíôáé óå áõôÝò êáé çëåêôñüíéá. Ôï ðåßñáìá ðïõ ìüëéò ðåñéãñÜøáìå Ý÷åé ôá êýñéá ÷áñáêôçñéóôéêÜ åíüò çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ. Ôá âáóéêÜ ôìÞìáôá åíüò ôÝôïéïõ óôïé÷åßïõ åßíáé ôá ðáñáêÜôù: 1. Ìéá áíôßäñáóç, ç ïðïßá ðáñÝ÷åé çëåêôñüíéá. 2. Ìéá áíôßäñáóç, ç ïðïßá äÝ÷åôáé çëåêôñüíéá. ÅðåéäÞ ç óõíïëéêÞ ÷çìéêÞ äéáäéêáóßá ìÝóá óå Ýíá çëåêôñï÷çìéêü óôïé÷åßï Ý÷åé äýï îå÷ùñéóôÜ ôìÞìáôá, ôï êÜèå ôìÞìá Þ áíôßäñáóç ïíïìÜæåôáé áíôßäñáóç çìéóôïé÷åßïõ.

667

Ç áíôßäñáóç çìéóôïé÷åßïõ ðïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé óôï ðïôÞñé ôùí Cu–CuSO4 åßíáé ç áíôßäñáóç (1). Cu(óô)

Cu2+(õä) + 2e–

H áíôßäñáóç çìéóôïé÷åßïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé ìÝóá óôï ðïôÞñé Ag–AgNO3 åßíáé ç áíôßäñáóç (2). 2Ag+(õä) + 2e–

2Ág(óô)

(1)

ðïõ ôùí (2á)

Ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç âñßóêåôáé ìå ðñüóèåóç ôùí åîéóþóåùí ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí çìéóôïé÷åßùí. Cu(óô) 2Ag (õä) + 2e +

–

Cu(óô) + 2Ag (õä) +

Cu2+(õä) + 2e– 2Ag(óô)

(1) (2á)

Cu (õä) + 2Ag(óô) (3) 2+

Óôçí åîßóùóç ôçò óõíïëéêÞò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò áõôïý ôïõ óôïé÷åßïõ äåí åìöáíßæïíôáé çëåêôñüíéá. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ôá éüíôá Ag+ ÷ñçóéìïðïßçóáí ôüóá çëåêôñüíéá, üóá ðáñÞ÷èçóáí áðü ôá Üôïìá ôïõ Cu, ôá ïðïßá äéáëýèçêáí. Ðñïôïý íá ðñïóôåèïýí ïé áíôéäñÜóåéò ôùí çìéóôïé÷åßùí, èá ðñÝðåé íá õðïëïãéóèïýí ïé óõíôåëåóôÝò ôïõò êáôÜ ôñüðï, ï ïðïßïò íá åðáëçèåýåé áõôÞí ôç äéáðßóôùóç. ÅðåéäÞ ôï êÜèå Üôïìï Cu, üôáí äéáëýåôáé ãéá íá ó÷çìáôßóåé éüíôá Cu2+ åëåõèåñþíåé äýï çëåêôñüíéá, èá ðñÝðåé ç åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò ôïõ çìéóôïé÷åßïõ ôùí Ag–AgNO3 íá ãñáöåß üðùò ç åîßóùóç (2á). ~Ïôáí óõíäõÜæïíôáé ïé äýï áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí, ç áðþëåéá ôùí çëåêôñïíßùí åîéóþíåôáé ìå ôçí ðñüóëçøç ôùí çëåêôñïíßùí. Áõôü ïäçãåß óôçí åîßóùóç ôçò óõíïëéêÞò áíôéäñÜóåùò, ôçí åîßóùóç (3), óôçí ïðïßá äåí åìöáíßæïíôáé çëåêôñüíéá. Èá ðñÝðåé íá áêïëïõèçèåß ôþñá êÜðïéá ðïëý ÷ñÞóéìç ïñïëïãßá ãéá ôçí ðåñéãñáöÞ ôùí áíôéäñÜóåùí ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìÝóá óôá çëåêôñï÷çìéêÜ óôïé÷åßá. 1. Ç áíôßäñáóç çìéóôïé÷åßïõ êáôÜ ôçí ïðïßá åëåõèåñþíïíôáé çëåêôñüíéá ïíïìÜæåôáé ïîåßäùóç. Ïîåßäùóç ðñáãìáôïðïéÞèçêå óôï ðïôÞñé ôùí Cu–CuSO4, üðïõ äéáëýèçêáí Üôïìá Cu êáé åëåõèåñþèçêáí äýï çëåêôñüíéá. Cu(óô)

Cu2+(õä) + 2e–

(1)

Ôá Üôïìá ôïõ Cu ëÝãåôáé üôé ïîåéäþèçêáí. 2. Ç áíôßäñáóç ôïõ çìéóôïé÷åßïõ êáôÜ ôçí ïðïßá ðñïóëáìâÜíïíôáé çëåêôñüíéá ïíïìÜæåôáé áíáãùãÞ. ÁíáãùãÞ ðñáãìáôïðïéÞèçêå ìÝóá óôï ðïôÞñé ôùí Ag–AgNO3 üðïõ éüíôá Ag+

Ó×ÇÌÁ 24-4. ~Ïôáí Ýíá ÷Üëêéíï åëáôÞñéï âõèéóôåß ìÝóá óå äéÜëõìá íéôñéêïý áñãýñïõ, åðéêáëýðôåôáé áðü êñõóôÜëëïõò áñãýñïõ.

ðñïóÝëáâáí çëåêôñüíéá êáé Ýãéíáí Üôïìá Ag. 2Ag+(õä) + 2e–

2Ag(óô)

(2á)

Ôá éüíôá ôïõ Ag+ ëÝãåôáé üôé Ý÷ïõí áíá÷èåß. 3. Ç ïõóßá ç ïðïßá ðñïêáëåß áíáãùãÞ óå êÜðïéá Üëëç ëÝãåôáé áíáãùãéêü ìÝóï. Ç ïõóßá ç ïðïßá ðñïêáëåß ïîåßäùóç óå ìéá Üëëç, ëÝãåôáé ïîåéäùôéêü ìÝóï. Óôï ðåßñáìá ðïõ åîåôÜæåôáé ôþñá, ï Cu(óô) åßíáé ôï áíáãùãéêü ìÝóï åíþ ï Ag+(õä) åßíáé ôï ïîåéäùôéêü ìÝóï. Èá ðñÝðåé íá óçìåéùèåß üôé Ýíá áíáãùãéêü ìÝóï ïîåéäþíåôáé êáé Ýíá ïîåéäùôéêü ìÝóï áíÜãåôáé. Ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç ðïõ ðñïêýðôåé áðü óõíäõáóìü ôùí äýï åðéìÝñïõò áíôéäñÜóåùí çìéóôïé÷åßùí ïíïìÜæåôáé áíôßäñáóç ïîåéäïáíáãùãÞò Þ redox. O üñïò “redox” åßíáé ç óõíôïìïãñáößá ôçò ïíïìáóßáò áõôÞò êáé ðñïêýðôåé áðü ôo óõíäõáóìü ôùí áñ÷éêþí óõëëáâþí ôùí áããëéêþí ëÝîåùí reduction–ïxidation.

24.3 ÁíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé. Áí Ýíá êïììÜôé ìåôáëëéêïý Cu âõèéóèåß ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé ðïõ ðåñéÝ÷åé äéÜëõìá AgNO3, ðáñáôçñåßôáé Ýíá åíäéáöÝñïí öáéíüìåíï. Ï ÷áëêüò áñ÷ßæåé íá åðéêáëýðôåôáé áðü ëåðôïýò êñõóôÜëëïõò ìåôáëëéêïý áñãýñïõ, ïé ïðïßïé åðéêÜèçíôáé óôçí åðéöÜíåéÜ ôïõ, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 24-4. Ôï Ü÷ñùìï äéáõãÝò äéÜëõìá ôïõ AgNO3 áñ÷ßæåé íá ãßíåôáé ãáëÜæéï, äçëþíïíôáò

668

ôçí ðáñïõóßá ôùí äéáëõèÝíôùí éüíôùí Cu2+. Ðáñáôçñþíôáò ðñïóåêôéêüôåñá óõìðåñáßíïìå üôé ïé áíôéäñÜóåéò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé åäþ åßíáé üìïéåò ìå åêåßíåò ðïõ ðåñéåãñÜöçóáí óôçí ðáñÜãñáöï 24.2. Öáßíåôáé üôé ôá êáëþäéá, ç ãÝöõñá Üëáôïò êáé ôï áìðåñüìåôñï äåí åßíáé áðáñáßôçôá ãéá ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ Cu êáé óôá éüíôá ôïõ Ag+. Káé óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç, áêñéâþò üðùò êáé óôçí ðåñßðôùóç ôïõ ðåéñÜìáôïò ôïõ çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ, ôá Üôïìá óôåñåïý ÷áëêïý äéáëýïíôáé êáé ó÷çìáôßæïõí éüíôá Cu2+, åíþ ðáñÜëëçëá åëåõèåñþíïõí äýï çëåêôñüíéá áíÜ Üôïìï. Cu(óô)

Cu2+(õä) + 2e–

Ôá éüíôá Ag+ ôïõ äéáëýìáôïò óõíäÝïíôáé ìå áõôÜ ôá çëåêôñüíéá êáé åíáðïôßèåíôáé ùò ïõäÝôåñá Üôïìá Ag. 2Ag+(õä) + 2e–

2Ag(óô)

Áò õðïôåèåß üôé ðñïóäéïñßæåôå ôçí áðþëåéá ôçò ìÜæáò ôïõ ÷áëêïý êáé ôçí åíáðüèåóç ôïõ áñãýñïõ ðÜíù óôï ÷áëêü, üðùò êÜíáôå êáé óôï ðñïçãïýìåíï ðåßñáìá. Èá âñåßôå üôé ï ëüãïò åíüò mole ôïõ ÷áëêïý ðïõ äéáëýèçêå ðñïò ôá äýï moles ôïõ áñãýñïõ ðïõ åíáðïôÝèçêå åîáêïëïõèåß íá éó÷ýåé. Åßíáé ðñïöáíÝò üôé ç ìåôáöïñÜ ôùí çëåêôñïíßùí ìðïñåß êáé ðñáãìáôïðïéåßôáé êáô' åõèåßáí áíÜìåóá óôï ìÝôáëëï êáé óôá åëåýèåñá êéíïýìåíá éüíôá óôï äéÜëõìá óôï ïðïßï âñßóêïíôáé.

24.4

Ï ñüëïò ôçò ãÝöõñáò Üëáôïò.

Óôçí ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï ìÜèáôå üôé äåí åßíáé áðáñáßôçôç ç ýðáñîç ìéáò ãÝöõñáò Üëáôïò ãéá ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá ôá Üôïìá ôïõ Cu êáé ôá éüíôá ôïõ Ag +. Ãéáôß Þôáí üìùò ìéá áðáßôçóç ôïõ ðåéñÜìáôïò ôçò ðáñáãñÜöïõ 24.1; Ç áðÜíôçóç Ý÷åé ó÷Ýóç ìå ôá öïñôßá áõôþí ôùí äéáëõìÜôùí. Êáèþò åéóÝñ÷ïíôáé íÝá éüíôá Cu 2+ áðü ôï Ýëáóìá ôïõ ÷áëêïý óôï äéÜëõìá ôïõ èåééêïý ÷áëêïý, ôï äéÜëõìá áñ÷ßæåé íá áðïêôÜ ðåñßóóåéá èåôéêþí öïñôßùí. Ôáõôü÷ñïíá, ôá çëåêôñüíéá ðïõ öèÜíïõí óôï äéÜëõìá ôïõ íéôñéêïý áñãýñïõ áðïìáêñýíïõí áðü áõôü éüíôá Ag +. ÕðÜñ÷åé åäþ ìéá ôÜóç äçìéïõñãßáò ðåñßóóåéáò áñíçôéêþí éüíôùí. Ï ó÷çìáôéóìüò ôçò ðåñßóóåéáò èåôéêþí êáé áñíçôéêþí öïñôßùí äåí ìðïñåß íá äéáñêÝóåé ãéá ðïëý. ÐñÜãìáôé,

ìüíï ìéêñÞ ðïóüôçôá ñåýìáôïò åßíáé äõíáôüí íá äéÝëèåé, ðñïôïý íá åîïõäåôåñùèåß ç áñ÷éêÞ äéÜèåóç ãéá ðñáãìáôïðïßçóç áõôÞò ôçò äéáäéêáóßáò áðü ôç óõóóþñåõóç ðåñßóóåéáò öïñôßùí, ç ïðïßá Ý÷åé áíôßèåôá áðïôåëÝóìáôá. Ãéá íá óõíå÷éóèåß ç äéáäéêáóßá èá ðñÝðåé ôá áñíçôéêÜ êáé ôá èåôéêÜ öïñôßá ìÝóá óôá äýï äéáëýìáôá íá ðáñáìÝíïõí åîéóïññïðçìÝíá. Êáôüðéí áõôïý, ôá éüíôá èá ðñÝðåé íá ìðïñïýí íá êõêëïöïñïýí áðü ôï Ýíá ðïôÞñé óôï Üëëï, ÷ùñßò ôáõôü÷ñïíá íá Ýñ÷ïíôáé óå åðáöÞ ôá éüíôá ôïõ Ag + ìå ôï Ýëáóìá ôïõ Cu. Ç ãÝöõñá Üëáôïò åðéôñÝðåé óôá éüíôá ôïõ ÍÏ 3– íá áðïìáêñýíïíôáé áðü ôï äéÜëõìá ôïõ AgNO3 êáé íá åéóÝñ÷ïíôáé óôï äéÜëõìá ôïõ CuSO4. ÊÜôé ôÝôïéï áðïôñÝðåé ôç óõóóþñåõóç õðåñâïëéêïý áñéèìïý éüíôùí óôï äéÜëõìá ôïõ AgNO3. Åîáóöáëßæåé åðßóçò ôá áðáñáßôçôá áñíçôéêÜ éüíôá ãéá ôçí åîéóïññüðçóç ôùí öïñôßùí ôùí íÝùí éüíôùí Cu2+ ìÝóá óôï ðïôÞñé ôïõ CuSO4. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ìå ôç ìåôáöïñÜ éüíôùí, êáé êõñßùò éüíôùí ÍÏ3–, ôá äéáëýìáôá êáé óôá äýï ðïôÞñéá ðáñáìÝíïõí çëåêôñéêþò ïõäÝôåñá. Ôá éüíôá áõôÜ äåí óõììåôÝ÷ïõí óôçí áíôßäñáóç ïîåéäïáíáãùãÞò ðïõ ðñïêáëåß ôï ñåýìá. Ùò ãíùóôüí, ïé áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò ìðïñïýí íá ðñáãìáôïðïéçèïýí ðÜíôá åî ßóïõ åýêïëá üóï êáé ïé êáèáñÜ ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò. Ãéá íá ãßíåé áõôü, Ýñ÷åôáé áðëÜ óå Üìåóç åðáöÞ ç ïõóßá ðïõ èá ïîåéäùèåß (ãéá ðáñÜäåéãìá ìåôáëëéêüò Cu) ìå ôçí ïõóßá ðïõ èá áíá÷èåß (ãéá ðáñÜäåéãìá ôá éüíôá Ág +). Óôç óõíÝ÷åéá, äéÝñ÷ïíôáé “äéÜ åðáöÞò” çëåêôñüíéá êáô' åõèåßáí áðü ôï Ýíá õëéêü óôï Üëëï. Áí ç áíôßäñáóç ðñüêåéôáé íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ãéá ôçí ðáñáãùãÞ çëåêôñéêïý ñåýìáôïò, èá ðñÝðåé íá åìðïäéóèåß áõôÞ ç Üìåóç åðáöÞ. Ãéá ôï óêïðü áõôüí, ôï êÜèå ìÝôáëëï ðñÝðåé íá âõèéóèåß óå Ýíá äéÜëõìá ôùí äéêþí ôïõ éüíôùí êáé íá ôïðïèåôçèåß óå îå÷ùñéóôü ðïôÞñé. ÐñïêåéìÝíïõ ôþñá ôá çëåêôñüíéá íá ìåôáâïýí áðü ôï ìÝôáëëï ðïõ ïîåéäþíåôáé óôá éüíôá ôïõ Üëëïõ ðïõ áíÜãåôáé, ðñÝðåé íá óõíäåèïýí ôá äýï åëÜóìáôá ôùí ìåôÜëëùí ìå Ýíáí áãùãü ôùí çëåêôñïíßùí, äçëáäÞ ìå Ýíá êáëþäéï. Ãéá ôïí ßäéï óêïðü, äçëáäÞ ãéá íá äéáôçñçèåß ç ñïÞ êÜðïéïõ éüíôïò Þ éüíôùí áðü ôï Ýíá ðïôÞñé óôï Üëëï, þóôå íá êñáôçèïýí åîéóïññïðçìÝíá ôá áñíçôéêÜ ìå ôá èåôéêÜ éüíôá, ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïéçèåß ç ãÝöõñá Üëáôïò.

669

24.5

ÌåñéêÝò áêüìá áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò.

Óôï êåöÜëáéï ôùí ïîÝùí êáé ôùí âÜóåùí áíáöÝñèçêå üôé ç áíôßäñáóç äéáëõìÜôùí ïîÝùí ìå êÜðïéá ìÝôáëëá, üðùò åßíáé ï øåõäÜñãõñïò, áðïôåëåß ÷áñáêôçñéóôéêÞ éäéüôçôá ôùí ïîÝùí. Áò åîåôÜóïìå ôþñá áõôü ôï åßäïò ôçò áíôéäñÜóåùò ðéï ðñïóåêôéêÜ. Áí ðñïóôåèåß óå èåééêü ïîý ìåôáëëéêüò øåõäÜñãõñïò, ï øåõäÜñãõñïò äéáëýåôáé êáé áðåëåõèåñþíåé áÝñéï õäñïãüíï. Áõôü öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 24-5. ~Åíáò áñ÷Üñéïò óðïõäáóôÞò èá ìðïñïýóå íá ãñÜøåé ôçí ðáñáêÜôù áíôßäñáóç: Zn(óô) + H2SO4(õä)

ZnSO4(õä) + H2(á)

Eßíáé üìùò áõôü ðïõ ðñáãìáôéêÜ óõìâáßíåé óå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç; ~Ïðùò ãíùñßæåôå, ï Zn áíôéäñÜ ìå êÜèå äéÜëõìá ïîÝïò êáé åëåõèåñþíåé õäñïãüíï. Åßíáé åðßóçò ãíùóôüí üôé óôá äéáëýìáôá ôùí ïîÝùí õðÜñ÷ïõí éüíôá Ç+(õä), êáé üôé áõôÜ åõèýíïíôáé ãéá ôéò üîéíåò éäéüôçôåò ôùí äéáëõìÜôùí. Óýìöùíá ìå áõôÜ, ç ðñïçãïýìåíç áíôßäñáóç ìðïñåß íá ãñáöåß êáé ùò åîÞò: Zn(óô) + 2H+(õä)

Zn2+(õä) + H2(á)

Åßíáé ðñïöáíÝò üôé ôá Üôïìá ôïõ Zn äéáëýïíôáé óôá üîéíá äéáëýìáôá êáé åëåõèåñþíïõí çëåêôñüíéá. Ôá éüíôá Ç+ ðñïóëáìâÜíïõí áõôÜ ôá çëåêôñüíéá êáé ìåôáôñÝðïíôáé óå ïõäÝôåñá Üôïìá Ç. ÁõôÜ ôá Üôïìá óõíäÝïíôáé Üìåóá ðñïò ìüñéá Ç2 êáé äéáöåýãïõí ùò öõóáëßäåò áåñßïõ õäñïãüíïõ. Áõôü áðïôåëåß Ýíá åðß ðëÝïí ðáñÜäåéãìá áíôéäñÜóåùò ïîåéäïáíáãùãÞò. Çëåêôñüíéá ÷Üíïíôáé áðü ôï ìÝôáëëï Zn (ïîåßäùóç) êáé çëåêôñüíéá ðñïóëáìâÜíïíôáé áðü ôá éüíôá Ç+ (áíáãùãÞ). Ïé åîéóþóåéò ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí çìéóôïé÷åßùí ãñÜöïíôáé üðùò ïé ðáñáêÜôù: Zn(óô) 2H+(õä) + 2e–

Zn2+(õä) + 2e– Ç2(á)

Aí ôéò ðñïóèÝóïìå, ëáìâÜíïìå ôçí åðüìåíç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç: Zn(óô) + 2H+(õä)

Zn2+(õä) + H2(á)

ÐñïçãïõìÝíùò áíáöÝñáìå üôé ôá ïîÝá áíôéäñïýí ìå ìåñéêÜ ìÝôáëëá, üðùò ï Zn, êáé åëåõèåñþíïõí õäñïãüíï. Åðß ðëÝïí ìåëÝôåò Ýäåéîáí üôé ðïëëÜ Üëëá ìÝôáëëá áíôéäñïýí ìå ôá ïîÝá, áêñéâþò üðùò ï øåõäÜñãõñïò. ÁíÜìåóá óå

Ó×ÇÌÁ 24-5. ~Ïôáí ðñïóôåèåß ìåôáëëéêüò øåõäÜñãõñïò óå èåééêü ïîý, ï øåõäÜñãõñïò äéáëýåôáé êáé ðáñÜãåôáé áÝñéï õäñïãüíï.

áõôÜ åßíáé ï óßäçñïò, ôï íéêÝëéï, ôï áñãßëéï êáé ôï ìáãíÞóéï. ÐïëëÜ Üëëá üìùò äåí áíôéäñïýí ìå ïîÝá. ÁíÜìåóÜ ôïõò åßíáé ï ÷áëêüò, ï ÷ñõóüò, ï Üñãõñïò êáé ï õäñÜñãõñïò. Óôçí åðüìåíç ðáñÜãñáöï èá áñ÷ßóåôå íá êáôáíïåßôå ðþò åßíáé äõíáôüí íá ðñïâëÝøåôå áí áõôÝò áëëÜ êáé Üëëïõ ôýðïõ áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò åßíáé äõíáôüí íá ðñáãìáôïðïéçèïýí.

24.6 Áíôáãùíéóìüò çëåêôñïíßùí. Áí Ýíá Ýëáóìá øåõäáñãýñïõ åìâáðôéóèåß óå äéÜëõìá íéôñéêïý ÷áëêïý, ó÷çìáôßæåôáé ðÜíù óôïí øåõäÜñãõñï Ýíá êïêêéíùðü ìåôáëëéêü óôñþìá ÷áëêïý. Öáßíåôáé üôé ðñüêåéôáé ãéá áíôßäñáóç ïîåéäïáíáãùãÞò, êáôÜ ôçí ïðïßá ï øåõäÜñãõñïò ÷Üíåé åíþ ôá éüíôá ÷áëêïý ðñïóëáìâÜíïõí çëåêôñüíéá. Zn(óô) + Cu2+(õä) Õ Cu(óô) + Zn2+(õä)

Ôï ãáëÜæéï ÷ñþìá ôïõ äéáëýìáôïò (ðïõ ïöåßëåôáé óôçí ðáñïõóßá éüíôùí Cu2+) âáèìéáßá åîáóèåíåß, ãåãïíüò ðïõ óçìáßíåé üôé ôá éüíôá ôïõ Cu2+ åîáíôëïýíôáé üóï ðñï÷ùñåß ç áíôßäñáóç áõôÞ. Åðßóçò, áðëÜ ÷çìéêÜ ðåéñÜìáôá äåß÷íïõí ôçí ðáñïõóßá éüíôùí Zn2+ ìÝóá óôï äéÜëõìá. Ôá éüíôá áõôÜ äåí õðÞñ÷áí óôï äéÜëõìá ðñéí áðü ôçí Ýíáñîç ôçò áíôéäñÜóåùò. Ç ïîåßäùóç óå áõôü ôï ðáñÜäåéãìá óõíßóôáôáé óôçí áðþëåéá çëåêôñïíßùí áðü ôï ìåôáëëéêü Zn êáé óôï ó÷çìáôéóìü éüíôùí Zn2+. Zn(óô) Õ Zn2+(õä) + 2e–

670

H áíáãùãÞ åßíáé ç ðñüóëçøç çëåêôñïíßùí áðü ôá éüíôá ôïõ Cu2+ êáé ï ó÷çìáôéóìüò êáèáñïý Cu(óô). Cu (õä) + 2e Õ Cu(óô) 2+

–

Óýìöùíá ìå üóá áíáöÝñèçêáí óôçí ðáñÜãñáöï 24.2, áíôéäñÜóåéò áõôïý ôïõ åßäïõò äåí ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìåìïíùìÝíåò êáé ïíïìÜæïíôáé áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí. Óôï êýêëùìá ôïõ óôïé÷åßïõ ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêå êáôÜ ôï çëåêôñï÷çìéêü ðåßñáìá, äåí êõêëïöïñïýóå ñåýìá ìÝ÷ñé ôç óôéãìÞ ðïõ ôá äýï çìéóôïé÷åßá óõíäÝèçêáí ìå ôç âïÞèåéá ôùí êáëùäßùí êáé ôçò ãÝöõñáò Üëáôïò. Áîßæåé íá óçìåéùèåß êáé ôï ãåãïíüò üôé, áí ìÝóá óå Ýíá äéÜëõìá íéôñéêïý øåõäáñãýñïõ ôïðïèåôçèåß Ýíá Ýëáóìá ìåôáëëéêïý ÷áëêïý, äåí ðáñáôçñåßôáé êÜðïéá áíôßäñáóç. Åßíáé öáíåñü üôé ïé óõíèÞêåò éóïññïðßáò åõíïïýí óå áõôÞí ôçí áíôßäñáóç ôï ó÷çìáôéóìü ôùí ðñïúüíôùí, äçëáäÞ ôïõ Cu(óô) êáé ôïõ Zn2+(õä). Aí óõíå÷éóèåß ç äéåñåýíçóç ôùí áíôéäñÜóåùí áíÜìåóá óå äéÜöïñá ìÝôáëëá êáé óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá Üëëùí ìåôáëëéêþí éüíôùí, èá êáôáëÞîïìå êáé óå Üëëá ðáñüìïéá áðïôåëÝóìáôá ìå áõôÜ ôùí ðñïçãïõìÝíùí áíôéäñÜóåùí. Åßäáìå üôé ï ÷áëêüò Ý÷åé ôçí ôÜóç, üôáí Ýëèåé óå åðáöÞ ìå éüíôá Ag+, íá äßíåé çëåêôñüíéá êáé íá äéáëýåôáé ìå ôç ìïñöÞ ôùí éüíôùí Cu2+. Äåí Ý÷åé üìùò ôçí ôÜóç íá äßíåé çëåêôñüíéá, üôáí Ýëèåé óå åðáöÞ ìå éüíôá Zn2+. Aíôßèåôá, ôá éüíôá Cu2+, üôáí Ýëèïõí óå åðáöÞ ìå Zn(óô), áíÜãïíôáé óå Cu(óô). Åßíáé öáíåñü üôé êáôÜ ôéò áíôéäñÜóåéò áõôÝò óçìåéþíåôáé Ýíáò ðñáãìáôéêüò áíôáãùíéóìüò çëåêôñïíßùí êáé êÜðïéá áíôéäñþíôá áíôáãùíßæïíôáé ìå ìåãáëýôåñç åðéôõ÷ßá êÜðïéá Üëëá. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ïé áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí ðïõ åîåôÜóèçêáí ìÝ÷ñé åäþ åßíáé äõíáôüí íá êáôáôáãïýí êáôÜ ôç öèßíïõóá óåéñÜ ôçò ôÜóåùò ãéá ðñüóëçøç çëåêôñïíßùí. Õðåíèõìßæåôáé üôé óôï ðåßñáìá ôçò ðáñáãñÜöïõ 24.1, ôï éüí Ag+ äÝ÷åôáé Ýíá çëåêôñüíéï áðü ôï Cu. Ãé' áõôü, ôï éüí Ag+ Ý÷åé ìåãáëýôåñç ôÜóç ðñïóëÞøåùò çëåêôñïíßùí áðü ü,ôé ôá éüíôá Cu2+. Ïé äýï åîéóþóåéò ðïõ ðáñéóôÜíïõí ôéò áíôéäñÜóåéò ôïõ çìéóôïé÷åßïõ óôï ðåßñáìá, ìðïñïýí íá ãñáöïýí ìå ôï éüí Ag+, ðïõ ðñïóëáìâÜíåé åõêïëüôåñá çëåêôñüíéá, ðÜíù áðü ôï éüí Cu2+.

Ag+(õä) + e– Õ Ag(óô) Cu2+(õä) + 2e– Õ Cu(óô)

EðåéäÞ ôï éüí Cu2+ äÝ÷åôáé åýêïëá çëåêôñüíéá áðü ôïí øåõäÜñãõñï , ôï éüí Zn2+ ôïðïèåôåßôáé êÜôù áðü ôï éüí Cu2+. Ag+(õä) + e– Õ Ag(óô) Cu2+(õä) + 2e– Õ Cu(óô) Zn2+(õä) + 2e– Õ Zn(óô)

Ç êáôÜôáîç áõôÞ âïçèÜ íá ðñïâëÝðïìå üôé, áöïý ôï éüí Cu2+ Ý÷åé ìåãáëýôåñç ôÜóç íá ðñïóëáìâÜíåé çëåêôñüíéá áðü ôï éüí Zn2+, ôï éüí Ag+ èá ðñÝðåé íá äÝ÷åôáé Ýíá çëåêôñüíéï áðü ôïí øåõäÜñãõñï. Ãéá íá åëåã÷èåß áõôÞ ç ðñüâëåøç, ôïðïèåôåßôáé Ýíá Ýëáóìá ìåôáëëéêïý øåõäáñãýñïõ ìÝóá óå äéÜëõìá íéôñéêïý áñãýñïõ. Óå áõôÞí ôçí ðåñßðôùóç äéáðéóôþíïìå üôé åíáðïôßèåôáé ìåôáëëéêüò Üñãõñïò ðÜíù óôïí øåõäÜñãõñï êáé üôé óôï äéÜëõìá åìöáíßæïíôáé éüíôá øåõäáñãýñïõ. Õðåíèõìßæåôáé üôé ï øåõäÜñãõñïò áíôéäñÜ åýêïëá ìå ôá ïîÝá, åëåõèåñþíïíôáò áÝñéï õäñïãüíï, åíþ ï ÷áëêüò äåí áíôéäñÜ ìå ôá ïîÝá êáôÜ áíÜëïãï ôñüðï. Áõôü óçìáßíåé üôé ôï éüí Ç+ äÝ÷åôáé åõêïëüôåñá çëåêôñüíéá áðü ü,ôé ôï éüí Zn2+, áëëÜ ü÷é ôüóï åýêïëá üóï ôï éüí Cu2+. ~Åôóé, ôï éüí Ç+ ôïðïèåôåßôáé ðÜíù áðü ôï éüí Zn2+ êáé êÜôù áðü ôï éüí Cu2+. Ìå áõôÞí ôçí ðñïóèÞêç, ç êáôÜôáîç äåß÷íåé ôþñá ôçí ôÜóç ðñïóëÞøåùò çëåêôñïíßùí ãéá üëåò ôéò ðåñéðôþóåéò ôùí áíôéäñÜóåùí ðïõ åîåôÜóèçêáí. Ag+(õä) + e– Õ Ag(óô) Cu2+(õä) + 2e– Õ Cu(óô) 2Ç+(õä) + 2e– Õ Ç2(á) Zn2+(õä) + 2e– Õ Zn(óô)

Må ðñïóåêôéêÞ åñãáóôçñéáêÞ äéåñåýíçóç, åßíáé äõíáôüí íá åðåêôáèåß áõôÞ ç êáôÜôáîç, þóôå íá ðåñéëçöèïýí óå áõôÞí ðïëëÝò áíôéäñÜóåéò áíáãùãÞò çìéóôïé÷åßùí. Óçìåéþíåôáé üôé ç êÜèå ìßá áíôßäñáóç çìéóôïé÷åßïõ óå ìéá ôÝôïéá êáôÜôáîç åßíáé äõíáôüí íá óõíäõáóèåß ìå ôçí áíôßóôñïöç êÜðïéáò Üëëçò áíôéäñÜóåùò çìéóôïé÷åßïõ êáé íá ó÷çìáôßóåé ìéá ðéèáíÞ ÷çìéêÞ áíôßäñáóç. Åðß ðëÝïí ìåëÝôç ôùí äåäïìÝíùí ôùí çëåêôñï÷çìéêþí óôïé÷åßùí äßíåé ðïóïôéêÝò ðëçñïöïñßåò ó÷åôéêÜ ìå áõôÝò ôéò áíôéäñÜóåéò.

671

Ðåñßëçøç. ÁíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò (redox) åßíáé åêåßíåò, êáôÜ ôéò ïðïßåò ìéá ïõóßá ÷Üíåé çëåêôñüíéá (ïîåéäþíåôáé), åíþ ìéá Üëëç ðñïóëáìâÜíåé çëåêôñüíéá (áíÜãåôáé). Ïé áíôéäñÜóåéò áõôÝò Þ ðñáãìáôïðïéïýíôáé Üìåóá (ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé) Þ Ýììåóá (ìå ôç ìïñöÞ åíüò çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ, ôï ïðïßï äçìéïõñãåß çëåêôñéêü ñåýìá). ÊáôÜ ôçí Üìåóç áíôßäñáóç, ïé ïõóßåò ðïõ ðñüêåéôáé íá ïîåéäùèïýí êáé íá áíá÷èïýí Ýñ÷ïíôáé óå Üìåóç åðáöÞ êáé äéÝñ÷ïíôáé çëåêôñüíéá áðü ôç ìéá óôçí Üëëç. Óôï çëåêôñï÷çìéêü óôïé÷åßï, ôá çëåêôñüíéá ðåñíïýí áðü ôï Ýíá áíôéäñþí óôï Üëëï ìÝóá áðü Ýíáí áãùãü, Ýíá êáëþäéï. ÐñïêåéìÝíïõ íá äéáôçñçèïýí ïõäÝôåñá ôá äýï äéáëýìáôá, ìÝóá óôá ïðïßá ó÷çìáôßæïíôáé Þ êáôáíáëþíïíôáé éüíôá, èá ðñÝðåé ôá äéáëýìáôá íá óõíäåèïýí ìå ãÝöõñá Üëáôïò. Ç ãÝöõñá Üëáôïò åðéôñÝðåé óôá éüíôá ðïõ äåí óõìììåôÝ÷ïõí Üìåóá óôçí áíôßäñáóç ôçò ïîåéäïáíáãùãÞò íá ðåñíïýí áðü ôï Ýíá äï÷åßï ôçò áíôéäñÜóåùò óôï Üëëï. Ôá

ôìÞìáôá ïîåéäþóåùò êáé áíáãùãÞò ôçò óõíïëéêÞò áíôéäñÜóåùò ìðïñïýí íá ãñáöïýí îå÷ùñéóôÜ êáé íá áðïôåëÝóïõí ôéò áíôéäñÜóåéò ôùí çìéóôïé÷åßùí. Oé áíôéäñÜóåéò ôùí çìéóôïé÷åßùí êáôáôÜóóïíôáé ìå âÜóç ôçí åõ÷Ýñåéá äéåîáãùãÞò ôïõò. Êáôüðéí áõôïý, ïðïéïäÞðïôå æåýãïò áðü áõôÝò (ç ìéá ãñáììÝíç áíôßóôñïöá) ìðïñåß íá óõíäõáóèåß êáé íá äþóåé ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Ðüôå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç èåùñåßôáé üôé åßíáé áíôßäñáóç ïîåéäïáíáãùãÞò; 2. Óå ìéá áíôßäñáóç ïîåéäïáíáãùãÞò ðïéåò ïõóßåò ïîåéäþíïíôáé êáé ðïéåò áíÜãïíôáé; 3. Íá îáíáãñÜøåôå ôçí åðüìåíç áíôßäñáóç, ãéá íá äåßîåôå ôé óõìâáßíåé óôçí ðñáãìáôéêüôçôá áíÜìåóá óôïõò çëåêôñïëýôåò êáé íá ïñßóåôå ôé ïîåéäþíåôáé êáé ôé áíÜãåôáé. Mg(óô) + 2HCl(õä) Õ MgCl2(õä) + Ç2(á)

Ðþò ãßíåôáé ç ðñüâëåøç ôùí áíôéäñÜóåùí ïîåéäïáíáãùãÞò; 24.7 ÌÝôñçóç ôùí äõíáìéêþí ôùí óôïé÷åßùí. Áðü áðëÜ ðåéñÜìáôá ðñïêýðôïõí ðëçñïöïñßåò, ïé ïðïßåò ìáò âïçèïýí íá ðñïâëÝøïìå áí åßíáé äõíáôüí íá ðñáãìáôïðïéçèåß êÜðïéá áíôßäñáóç ïîåéäïáíáãùãÞò. Óôá ðåéñÜìáôá áõôÜ ÷ñçóéìïðïéåßôáé Ýíá üñãáíï ðïõ ëÝãåôáé âïëôüìåôñï. Óôï ðåßñáìá ôçò ðáñáãñÜöïõ 24.1 ÷ñçóéìïðïéÞóáôå Ýíáí Üëëï ôýðï ïñãÜíïõ, Ýíá áìðåñüìåôñï. ~Åíá áìðåñüìåôñï ìåôñÜ ôçí ðïóüôçôá ôïõ çëåêôñéêïý ñåýìáôïò óå êÜðïéï êýêëùìá. ~Åíá âïëôüìåôñï ìåôñÜ ôçí éêáíüôçôá Þ ôï äõíáìéêü ôïõ óôïé÷åßïõ íá ðñïùèåß çëåêôñüíéá, ìå ôç âïÞèåéá åíüò åîùôåñéêïý êõêëþìáôïò. Ôá çëåêôñüíéá áõôÜ óõíÞèùò åðéôåëïýí êÜðïéï Ýñãï êáé ãé' áõôü ç äõíáìéêÞ ôïõò åíÝñãåéá, üôáí äéÝñ÷ïíôáé áðü ôï êýêëùìá, åëáôôþíåôáé. Ôï âïëôüìåôñï ìåôñÜ ôï äõíáìéêü ôïõ óôïé÷åßïõ, ôï ïðïßï åêöñÜæåôáé ìå ôç ãíùóôÞ ìïíÜäá âïëô. Áí ôïðïèåôÞóåôå ôï âïëôüìåôñï óôïõò ðüëïõò

(Üêñá) êáèåíüò áðü ìåñéêÜ äéáöïñåôéêÜ çëåêôñï÷çìéêÜ óôïé÷åßá, ìðïñåßôå íá äéáâÜóåôå ôá äõíáìéêÜ ôùí óôïé÷åßùí óôïí ðßíáêá ôïõ ïñãÜíïõ. Ïé ìåôñÞóåéò áõôÝò äåß÷íïõí üôé ôï äõíáìéêü ðïéêßëëåé áðü óôïé÷åßï óå óôïé÷åßï. Åßíáé ëïéðüí öáíåñü üôé ç éêáíüôçôá ôùí äéáöüñùí óôïé÷åßùí íá ðáñÜãïõí çëåêôñéóìü ðïéêßëëåé óçìáíôéêÜ. Áò åîåôÜóïìå ôþñá ìåñéêÝò áðü ôéò ôÜóåéò äéáöüñùí óôïé÷åßùí, áíÜìåóá óôá ïðïßá åßíáé êáé ìåñéêÜ áðü áõôÜ ðïõ ðåñéãñÜøáìå ðñïçãïõìÝíùò. ÅðåéäÞ ç óõãêÝíôñùóç åðçñåÜæåé ôéò óõíèÞêåò éóïññïðßáò ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò, ç óõãêÝíôñùóç üëùí ôùí äéáëõìÜôùí ðïõ èá ÷ñçóéìïðïéçèïýí óôá óôïé÷åßá èá åßíáé ßóåò ìå 1,0 Ì . Áí êáôáóêåõÜóåôå Ýíá óôïé÷åßï áðïôåëïýìåíï áðü Ýíá çìéóôïé÷åßï Zn2+–Zn óõíäåäåìÝíï, ìå ìéá ãÝöõñá Üëáôïò, ìå Ýíá çìéóôïé÷åßï Ni2+–Ni, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 24-6á, ôï âïëôüìåôñï èá äåßîåé üôé õðÜñ÷åé ñïÞ çëåêôñïíßùí áðü ôï çìéóôïé÷åßï ôùí Zn2+–Zn (Üêñï õøçëïý äõíáìéêïý) ðñïò ôï çìéóôïé÷åßï ôùí Ni2+–Ni

672

Ó×ÇÌÁ 24-6. ~Ïôáí äýï óôïé÷åßá (åðÜíù) ìå áíôßèåôï äõíáìéêü óõíäåèïýí (êÜôù), ôï óõíïëéêü äõíáìéêü éóïýôáé ìå ôç äéáöïñÜ ôïõò êáé Ý÷åé ôçí êáôåýèõíóç ôïõ ìåãáëýôåñïõ äõíáìéêïý.

(Üêñï ÷áìçëïý äõíáìéêïý). Ç ôÜóç ðïõ ðáñÜãåôáé áðü Ýíá ôÝôïéï óôïé÷åßï åßíáé 0,5 âïëô. Áí óõíäÝóåôå Ýíá çìéóôïé÷åßï Zn2+–Zn ìå Ýíá çìéóôïé÷åßï Ag+–Ag, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷Þìá 24-6â, ôï âïëôüìåôñï èá äåßîåé üôé ñÝïõí çëåêôñüíéá áðü ôï çìéóôïé÷åßï ôùí Zn2+–Zn óå áõôü ôùí Ag+–Ag^ ôï äõíáìéêü èá åßíáé 1,5 âïëô. Ç âåëüíá ôïõ âïëôüìåôñïõ óôñÝöåôáé ðñïò ôçí áíôßèåôç êáôåýèõíóç áðü åêåßíç êáôÜ ôçí ïðïßá åóôñÜöç óôï óôïé÷åßï ôùí Ni–Zn. Óôï ðñþôï óôïé÷åßï ôá çëåêôñüíéá åß÷áí ìéá ôÜóç íá êõêëïöïñïýí ìÝóá óôï êýêëùìá êáôÜ ôç ìßá êáôåýèõíóç, ðñïùèïýìåíá ìå äýíáìç 0,5 âïëô. Óôï äåýôåñï óôïé÷åßï ôá çëåêôñüíéá ùèïýíôáé ðñïò ôçí áíôßèåôç êáôåýèõíóç ìå ìßá äýíáìç ôùí 1,5 âïëô.

Ðñïêýðôåé ôþñá ôï åîÞò åñþôçìá: Ôé èá óõìâåß áí ôá äýï óôïé÷åßá óõíäåèïýí áíôßèåôá ìåôáîý ôïõò, üðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 24-6ã; Áí ðñÜãìáôé óõíäåèïýí Ýôóé, ôüôå ôï âïëôüìåôñï èá äåßîåé ôçí ôÜóç ôùí çëåêôñïíßùí íá êõêëïöïñÞóïõí ðñïò ôçí ßäéá êáôåýèõíóç ìå ôï óôïé÷åßï ðïõ Ý÷åé ôï õøçëüôåñï äõíáìéêü. Åðßóçò, ôï óõíïëéêü ôåëéêü äõíáìéêü èá åßíáé 1,0 âïëô. Tï äõíáìéêü áõôü éóïýôáé ìå 1,5 âüëô ôïõ áñ÷éêïý óôïé÷åßïõ ôùí Ag–Zn, ìåßïí 0,5 âïëô ôïõ áñ÷éêïý óôïé÷åßïõ ôùí Ni–Zn. Ç áíôßäñáóç ç ïðïßá ðáñÜãåé ôï õøçëüôåñï äõíáìéêü èá åðéêñáôÞóåé êáé ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç èá ðñáãìáôïðïéçèåß êáôÜ ôçí êáôåýèõíóç ôçò åðéêñáôÝóôåñçò áíôéäñÜóåùò. Ïé ÷çìéêïß ÷ñçóéìïðïéïýí ôï óýìâïëï Å ãéá íá

673

ðáñáóôÞóïõí ôï äõíáìéêü åíüò çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ. ~Åôóé, ôï äõíáìéêü ôïõ óôïé÷åßïõ ôùí Ni–Zn åêöñÜæåôáé ùò Å(Ni–Zn) êáé áõôü ôïõ óôïé÷åßïõ ôùí Ag–Zn ùò Å(Ag–Zn). Ôá óýìâïëá áõôÜ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé êáé ãéá ôéò áíôéäñÜóåéò ðïõ ðåñéãñÜøáìå ðñïçãïõìÝíùò. Å(óõíïëéêÞò áíôéäñÜóåùò) = Å(Ag–Zn) – E(Ni–Zn) = 1,5 âïëô – 0,5 âïëô = 1,0 âïëô

~Åíá Üëëï åíäéáöÝñïí ðåßñáìá áðïôåëåß ç äéåñåýíçóç ôçò ôÜóåùò ôïõ óôïé÷åßïõ ôùí Ag–Ni. Ç ôÜóç ãßíåôáé 1,0 âïëô, áêñéâþò ßäéá ìå åêåßíç ðïõ åß÷å óçìåéùèåß, üôáí ôá ðñïçãïýìåíá äýï óôïé÷åßá åß÷áí óõíäåèåß áíôßèåôá ìåôáîý ôïõò. Áõôü ìáò åðéôñÝðåé íá öáíôáóèïýìå ôï êÜèå çëåêôñï÷çìéêü óôïé÷åßï ùò áðïôåëïýìåíï áðü äýï óêÝëç: Ôï Ýíá óêÝëïò åßíáé ôï ÷áñáêôçñéóôéêü äõíáìéêü ôçò áíôéäñÜóåùò ôïõ åíüò áðü ôá äýï çìéóôïé÷åßá êáé ôï Üëëï åßíáé ôï ÷áñáêôçñéóôéêü äõíáìéêü ôçò áíôéäñÜóåùò ôïõ Üëëïõ çìéóôïé÷åßïõ ôïõ éäßïõ óõóôÞìáôïò. Ãéá ðáñÜäåéãìá, óôï óôïé÷åßï ôïõ Ag–Zn, åßíáé äõíáôüí íá ãñáöåß ç áêüëïõèç ó÷Ýóç: Å(óôïé÷åßïõ Ag–Zn) = Å( Ag+–Ag) – E(Æn2+–Zn) = 1,5 âïëô

Ôï äõíáìéêü ïëüêëçñïõ ôïõ óõóôÞìáôïò ôùí äýï çìéóôïé÷åßùí éóïýôáé ìå ôï ÷áñáêôçñéóôéêü äõíáìéêü ôïõ çìéóôïé÷åßïõ ôùí Ag+–Ag ìåßïí ôï ÷áñáêôçñéóôéêü äõíáìéêü ôïõ çìéóôïé÷åßïõ ôùí Zn2+–Zn. Ôï ßäéï éó÷ýåé êáé ãéá ôï óôïé÷åßï Ni–Zn. Áêïëïõèåß ç åîßóùóç: Å(óôïé÷åßïõ Ni–Zn) = Å(Ni2+–Ni) – E(Zn2+–Zn) = 0,5 âïëô

Áí ôá äýï ðñïçãïýìåíá çëåêôñï÷çìéêÜ óôïé÷åßá óõíäåèïýí áíôéèÝôùò, ôï äõíáìéêü ôïõ óôïé÷åßïõ ðïõ ðñïêýðôåé õðïëïãßæåôáé ùò áêïëïýèùò: Å(óõíäåäåìÝíïõ óôïé÷åßïõ) = = E(óôïé÷åßïõ Ag–Zn) –E(óôïé÷åßïõ Ni–Zn) =[E(Ág+–Ág) –Å(Æn2+–Æn)] –[E(Ni2+–Ni)–E(Zn2+–Zn)] = E(Ag+–Ag) –E(Ni2+–Ni) = 1,0 volt

ÐñïóÝîôå üôé ôï Å ôçò áíôéäñÜóåùò ôïõ çìéóôïé÷åßïõ ôùí Zn2+–Zn áðáëåßöåôáé êáé ôï óõíïëéêü áðïôÝëåóìá åßíáé ôï óýíïëï ôùí äõíáìéêþí ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí çìéóôïé÷åßùí ôïõ óôïé÷åßïõ Ag–Ni.

24.8 ÌÝôñçóç ôùí äõíáìéêþí ôùí çìéóôïé÷åßùí. Ôá äõíáìéêÜ ôùí óôïé÷åßùí ðïõ ìüëéò åîåôÜóèçêáí äåß÷íïõí üôé èá Þôáí ðñïôéìüôåñï íá ãíùñßæïìå ôçí ðñáãìáôéêÞ óõììåôï÷Þ ôïõ êáèåíüò áðü ôá çìéóôïé÷åßá óôï óõíïëéêü äõíáìéêü ôïõ óôïé÷åßïõ. ~Ïìùò, ç ôÜóç ç ïðïßá ìðïñåß íá ìåôñçèåß åßíáé ðÜíôá ç äéáöïñÜ áíÜìåóá óôá äõíáìéêÜ ôùí äýï çìéóôïé÷åßùí. Äåí åßíáé ðïôÝ äõíáôüí íá áðïìïíùèåß ìüíï ôï Ýíá çìéóôïé÷åßï êáé íá ìåôñçèåß ôï äõíáìéêü ôïõ. Ïé åðéóôÞìïíåò åðéëýïõí áõôü ôï ðñüâëçìá åðéëÝãïíôáò Ýíá éäéáßôåñï çìéóôïé÷åßï, ôïõ ïðïßïõ ÷áñáêôÞñéóáí áõèáßñåôá ôï äõíáìéêü áíôéäñÜóåùò ùò 0,00 (ìçäÝí ìå üóá äåêáäéêÜ øçößá èÝëåôå). ÏíïìÜæåôáé óôáèåñü Þ çìéóôïé÷åßï áíáöïñÜò. Ç ôÜóç ïðïéïõäÞðïôå çìéóôïé÷åßïõ ìðïñåß íá ìåôñçèåß, üôáí ôï çìéóôïé÷åßï áõôü óõíäåèåß ìå ôï çìéóôïé÷åßï áíáöïñÜò. Ùò áíáöïñÜ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ç áíôßäñáóç ôïõ çìéóôïé÷åßïõ ôùí 2Ç+–Ç2. Ôï äõíáìéêü ôçò Ý÷åé åî ïñéóìïý ôçí ôéìÞ 0,00 âïëô. 2Ç+(õä) + 2e– Õ Ç2(á) Åï = 0,00 âïëô

ÁíáöÝñèçêå ðñïçãïõìÝíùò üôé, áí ç óõãêÝíôñùóç ôïõ äéáëýìáôïò ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç ôïõ çìéóôïé÷åßïõ ðïéêßëëåé, ðïéêßëëåé êáé ç ôÜóç ôïõ óôïé÷åßïõ. ÅðåéäÞ ç ôÜóç ôïõ óôïé÷åßïõ áðïôåëåß ìÝôñï ôçò åõêïëßáò ìå ôçí ïðïßá ðñáãìáôïðïéåßôáé ç áíôßäñáóç, åßíáé öõóéêü íá ðåñéìÝíåé êáíåßò üôé ç éóïññïðßá èá åðçñåÜæåôáé áðü ìéá ìåôáâïëÞ óôç óõãêÝíôñùóç ôùí ðñïúüíôùí Þ ôùí áíôéäñþíôùí (áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier). Áí ïé ìåôñÞóåéò ôïõ äõíáìéêïý ôùí çìéóôïé÷åßùí ðñüêåéôáé íá ìáò äþóïõí êÜðïéá ðñáãìáôéêÞ ôéìÞ, èá ðñÝðåé íá ãßíïõí õðü ïñéóìÝíåò óôáèåñÝò óõíèÞêåò. Óôçí ðñáãìáôéêüôçôá, ï åêèÝôçò ìçäÝí óôï óýìâïëï Åï áíáöÝñåôáé óå êÜðïéá óôáèåñÞ êáôÜóôáóç. Ôï óýìâïëï áõôü äåß÷íåé üôé áõôÞ ç ôÜóç äçìéïõñãåßôáé, üôáí üëá ôá áíôéäñþíôá âñßóêïíôáé óôéò óôáèåñÝò êáôáóôÜóåéò ôïõò. ~Åôóé, ç ôéìÞ Åï åßíáé ôï äõíáìéêü áíôéäñÜóåùò ïðïéïõäÞðïôå çìéóôïé÷åßïõ, ôï ïðïßï ó÷çìáôßæåôáé áðü ïõóßåò ðïõ âñßóêïíôáé óôéò êáíïíéêÝò (Þ óôáèåñÝò) ôïõò êáôáóôÜóåéò. Ç óôáèåñÞ êáôÜóôáóç, ðñïêåéìÝíïõ ãéá ôá áÝñéá, åßíáé ðßåóç ßóç ìå 760 Torr (ìéá áôìüóöáéñá) êáé èåñìïêñáóßá ßóç ìå 25°C. Ùò

674

Ó×ÇÌÁ 24-7. ¼ðùò äåß÷íåé êáé áõôü ôï ðåßñáìá, åßíáé äõíáôüí íá ìåôñçèåß Üìåóá ôï äõíáìéêü ôïõ çìéóôïé÷åßïõ Zn2+ -Zn óå ó÷Ýóç ìå áõôü ôïõ 2Ç+ -Ç2 ôï ïðïßï ëáìâÜíåôáé ùò ìçäÝí.

êáíïíéêÞ (Þ óôáèåñÞ) êáôÜóôáóç ôùí éüíôùí ðïõ âñßóêïíôáé ìÝóá óå Ýíá äéÜëõìá èåùñåßôáé ç óõãêÝíôñùóç 1 Ì. Ùò óôáèåñÞ êáôÜóôáóç ôùí êáèáñþí ïõóéþí èåùñåßôáé ç ìïñöÞ ôçí ïðïßá Ý÷ïõí óôïõò 25°C. ~Ïôáí ùò çìéóôïé÷åßï áíáöïñÜò ëáìâÜíåôáé ôï 2Ç+–Ç2 êáé ôï äõíáìéêü áíáöïñÜò, ôï Åo, åßíáé 0,00 âïëô, ôüôå ìðïñïýí íá ìåôñçèïýí ôá äõíáìéêÜ ðïëëþí çìéóôïé÷åßùí (ó÷. 24-7). Ïé ÷çìéêïß Ý÷ïõí Þäç ìåôñÞóåé ôá äõíáìéêÜ áõôÜ êáé óýìöùíá ìå áõôÝò ôéò ìåôñÞóåéò åõñÝèçóáí ãéá ôá äéÜöïñá çìéóôïé÷åßá óôïõò 25°C êáé óõãêñéôéêÜ ìå óôáèåñü çìéóôïé÷åßï áíáöïñÜò ôá åðüìåíá äõíáìéêÜ: Zn2+(õä, 1 M) + 2e– Õ Zn(óô) Eo = –0,76 âïëô 2+ Cu (õä, 1 M) + 2e– Õ Cu(óô) Eo = +0,34 âïëô

~Oðùò ïñßóèçêå ðñïçãïõìÝíùò, ôï Åo ãéá êÜèå çìéóôïé÷åßï õðïëïãßæåôáé áðü ôçí åõêïëßá ìå ôçí ïðïßá ðñïóëáìâÜíåé çëåêôñüíéá õðü êáíïíéêÝò óõíèÞêåò êáé óõãêñéôéêÜ ìå ôçí áíÜëïãç åõêïëßá ôïõ óôáèåñïý çìéóôïé÷åßïõ (2Ç+–Ç2). Èåôéêü ðñüóçìï ôßèåôáé óôá äõíáìéêÜ ôùí çìéóôïé÷åßùí ðïõ ðñïóëáìâÜíïõí çëåêôñüíéá ðéï åýêïëá áðü

ôï óôáèåñü çìéóôïé÷åßï. Áñíçôéêü ðñüóçìï ôßèåôáé óôá äõíáìéêÜ ôùí çìéóôïé÷åßùí ðïõ ðñïóëáìâÜíïõí çëåêôñüíéá äõóêïëüôåñá áðü ôï óôáèåñü çìéóôïé÷åßï. ÁõôÜ ôá äõíáìéêÜ ôùí çìéóôïé÷åßùí ïíïìÜæïíôáé äõíáìéêÜ áíáãùãÞò, åðåéäÞ åßíáé åíäåéêôéêÜ ôçò åõêïëßáò ìå ôçí ïðïßá ðñïóëáìâÜíïõí çëåêôñüíéá.

24.9 ×ñÞóç ôùí ðéíÜêùí ìå ôá äõíáìéêÜ áíáãùãÞò. Óôïí ðßíáêá 24.1 äßíïíôáé ìåñéêÜ óçìáíôéêÜ êáé ÷ñÞóéìá äõíáìéêÜ áíáãùãÞò. ÂÝâáéá, óôïí ðßíáêá áõôüí äåí áíáöÝñïíôáé üëá ôá äõíáìéêÜ áíáãùãÞò, ôá ïðïßá Ý÷ïõí ìåôñçèåß ðñïóåêôéêÜ êáé ìå áêñßâåéá. ~Ïëåò ïé ôéìÝò áíáöÝñïíôáé óå êáíïíéêÝò óõíèÞêåò áíôéäñÜóåùò. Áò óõãêñßíïìå ôþñá ôç óåéñÜ ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí çìéóôïé÷åßùí áõôïý ôïõ ðßíáêá ìå ôç óåéñÜ ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí çìéóôïé÷åßùí ðïõ åß÷å ðñïêýøåé óôçí ðáñÜãñáöï 24.6. Èá äéáðéóôþóïìå üôé ïé åîéóþóåéò êáé óôéò äýï êáôáôÜîåéò Ý÷ïõí ôçí ßäéá óåéñÜ. ~Ïóï ìåãáëýôåñç (ðéï èåôéêÞ) åßíáé ç ôéìÞ ôïõ o Å ãéá ôçí áíôßäñáóç êÜðïéïõ çìéóôïé÷åßïõ, ôüóï

675

ìåãáëýôåñç èá åßíáé ç ôÜóç áõôïý íá ðñïóëÜâåé çëåêôñüíéá. Ãé' áõôü, êáôÜ ôçí áíôßäñáóç áíÜìåóá óå ïðïéáäÞðïôå çìéóôïé÷åßá, åßíáé äõíáôüí íá ðñïâëÝøïìå üôé èá ìåôáôåèïýí çëåêôñüíéá áðü ôï çìéóôïé÷åßï ìå ôï ÷áìçëüôåñï Åo ðñïò ôï çìéóôïé÷åßï ìå ôï õøçëüôåñï Åo. Åðßóçò, ìðïñïýìå íá õðïëïãßóïìå ôï óõíïëéêü Åo ãéá ôçí áíôßäñáóç ïðïéïõäÞðïôå çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ, áöïý áöáéñÝóïìå ôï ÷áìçëüôåñï Åo áðü ôï õøçëüôåñï Åo ôùí çìé– óôïé÷åßùí ðïõ ôï áðïôåëïýí. Ïé Ýííïéåò ðïõ áíáðôý÷èçêáí ïé ó÷åôéêÝò ìå ôéò çëåêôñï÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò åßíáé äõíáôüí íá åöáñìïóèïýí óå áíôéäñÜóåéò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé. Ãé' áõôü, ïé ÷çìéêïß ÷ñçóéìïðïéïýí ôá äõíáìéêÜ ôùí çìéóôïé÷åßùí, ãéá íá ðñïâëÝðïõí ðïéåò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ðñáãìáôïðïéïýíôáé áõèüñìçôá. Áò õðïôåèåß üôé Ýíáò ÷çìéêüò èÝëåé íá îÝñåé áí ï Zn, üôáí Ýëèåé óå åðáöÞ ìå Ýíá äéÜëõìá èåééêïý íéêåëßïõ, èá ïîåéäùèåß. Ãéá íá áðáíôÞóåé óå áõôÞí ôçí åñþôçóç, ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïéÞóåé ôéò ôéìÝò ôïõ Åo. Ôï äõíáìéêü ôïõ çìéóôïé÷åßïõ ãéá ôï Zn2+– Zn åßíáé –0,76 âïëô, êáé åßíáé ìéêñüôåñï áðü åêåßíï ôïõ Ni2+– Ni (–0,25 âïëô). EðåéäÞ ôï Ni2+–Ni Ý÷åé õøçëüôåñç ôéìÞ áðü ôï Zn2+–Zn, ôï Ni2+ èá Ý÷åé ìåãáëýôåñç ôÜóç íá ðñïóëÜâåé çëåêôñüíéá áðü ü,ôé ï Zn2+. Ãé' áõôü ï Zn ìðïñåß íá ìåôáöÝñåé çëåêôñüíéá óôï Ni2+. O ÷çìéêüò ðñïâëÝðåé: Ï Zn èá áíôéäñÜóåé ìå ôï Ni2+, o Æn èá ïîåéäùèåß êáé ôï Ni2+ èá áíá÷èåß. Áò õðïèÝóïìå üôé ç åñþôçóç åßíáé áí ï Üñãõñïò èá ïîåéäùèåß, üôáí âõèéóèåß óå èåééêü ÷áëêü. Ôï äõíáìéêü ôïõ çìéóôïé÷åßïõ ôïõ Ag+–Ag åßíáé +0,80 âïëô. Ç ðñþôç ôéìÞ, +0,80 âïëô, åßíáé èåôéêüôåñç áðü ôç äåýôåñç, +0,34 âïëô. Ç õøçëüôåñç ôéìÞ ôïõ Åo ãéá ôï Ag+–Ag äåß÷íåé üôé Ý÷åé ìåãáëýôåñç ôÜóç íá ðñïóëÜâåé çëåêôñüíéá áðü ü,ôé ï Cu2+. Ç ïîåßäùóç ôïõ áñãýñïõ äåí Ý÷åé ôçí ôÜóç íá ðñáãìáôïðïéçèåß áõèüñìçôá. Ï Üñãõñïò äåí èá ïîåéäùèåß óå áîéïóçìåßùôï âáèìü ìÝóá óôï äéÜëõìá ôïõ èåééêïý ÷áëêïý. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðßíáêá 24.1, ìðïñåßôå íá êÜíåôå êáé Üëëåò ãåíéêåýóåéò. Ìéá ïõóßá óôá áñéóôåñÜ ôïõ âÝëïõò áíôéäñÜ ðñïóëáìâÜíïíôáò çëåêôñüíéá. Ìéá ïõóßá óôá äåîéÜ ôïõ âÝëïõò áíôéäñÜ ÷Üíïíôáò çëåêôñüíéá. ~Åôóé, äéáôõðþíïíôáé ïé åðüìåíïé êáíüíåò: 1. Ìéá áíôßäñáóç ïîåéäïáíáãùãÞò èá ðåñéëáìâÜíåé ìéá ïõóßá áðü ôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ ôïõ ðßíáêá ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí

ÐÉÍÁÊÁÓ 24.1. ÌåñéêÜ êáíïíéêÜ äõíáìéêÜ áíáãùãÞò. Áíôßäñáóç çìéóôïé÷åßïõ

Åï Âïëô

MnO4– + 8H+ + 5e–® Mn2+ + 4H2O

+1,52

CI2(á) + 2e ® 2CI –

–

+1,36

MnO2(óô) + 4H + 2e ® +

–

Mn2+ + 2H2O

+1,28

Br2(õã) + 2e ® 2Br –

–

Ag + e ® Ag(óô) +

–

I2(óô) + 2e ® 2I –

Cu

2+

–

+ 2e ® Cu(óô) –

2H + 2e ® H2(á) +

Ni

2+

–

+ 2e ® Ni(óô) –

+1,06 +0,80 +0,53 +0,34 0,00 –0,25

Co

+2e ® Co(óô)

–0,28

Zn

+ 2e ® Zn(óô)

–0,76

2+ 2+

–

–

çìéóôïé÷åßùí (äçëáäÞ êÜôé ðïõ ìðïñåß íá áíá÷èåß) êáé ìéá ïõóßá áðü ôç äåîéÜ ðëåõñÜ (êÜôé ðïõ ìðïñåß íá ïîåéäùèåß). 2. Ìéá ïõóßá áðü ôï áñéóôåñü ìÝñïò ôïõ ðßíáêá ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí çìéóôïé÷åßùí Ý÷åé ôçí ôÜóç íá áíôéäñÜ áõèüñìçôá ìå ïðïéáäÞðïôå ïõóßá óôï äåîéü ìÝñïò, ç ïðïßá âñßóêåôáé óå ÷áìçëüôåñç èÝóç óôïí ðßíáêá. Åöáñìüæïíôáò áõôïýò ôïõò êáíüíåò, ìðïñåßôå ìåôáîý Üëëùí íá ðñïâëÝøåôå êáé ôá åðüìåíá áðïôåëÝóìáôá. Ôï éüí ôïõ Cu2+ áíÜãåôáé óå Cu(óô) áðü ôï Ni(óô) Þ ôïí Zn(óô), áëëÜ ü÷é áðü ôï éüí ôïõ âñùìßïõ, Br–. Èá ðñÝðåé ðÜíôá íá èõìÜóôå üôé ç åöáñìïãÞ ôùí ðñïâëÝøåùí áõôþí ðïõ âáóßæïíôáé óôïí ðßíáêá 24.1 (Þ óå Üëëïõò áíÜëïãïõò) åîáñôÜôáé áðü ôï áí éó÷ýïõí ïé êáíïíéêÝò óõíèÞêåò. Áí ôï Åo ôçò óõíïëéêÞò áíôéäñÜóåùò ðïõ åîåôÜæåôáé åßíáé ðïëý ìéêñü, êáé áí äåí ëçöèïýí õðüøç áêüìç êáé ìéêñÝò áðïêëßóåéò áðü ôéò êáíïíéêÝò óõíèÞêåò, åßíáé äõíáôüí íá ïäçãçèïýìå óå ëáíèáóìÝíç ðñüâëåøç. Åðßóçò, ìå ìüíá ôá äåäïìÝíá ôïõ ðßíáêá äåí ìðïñåß íá ãßíåé ðñüâëåøç ãéá ôï áí ìéá áíôßäñáóç ãßíåôáé ãñÞãïñá Þ áñãÜ. ~Åôóé, ç ÷ñÞóç åíüò ðßíáêá äõíáìéêþí áíáãùãÞò äåí áðïêëåßåé ôçí áíÜãêç ãéá åðß ðëÝïí ðåéñáìáôéóìïýò. Ç óõìâïëÞ ôïõ üìùò åßíáé óçìáíôéêÞ, äéüôé âÜóåé áõôïý áðïêëåßïíôáé ïé áíôéäñÜóåéò ïé ïðïßåò äåí ìðïñïýí íá ðñáãìáôïðïéçèïýí.

676

Ðåñßëçøç. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò ðßíáêá ðïõ ðáñïõóéÜæåé ôá äõíáìéêÜ ïñéóìÝíùí çìéóôïé÷åßùí, üðùò åßíáé ï ðßíáêáò 24.1 Þ ï åêôåíÝóôåñïò ðïõ õðÜñ÷åé óôï ðáñÜñôçìá 2, ìðïñïýìå íá ðñïâëÝøïìå áí ìéá áíôßäñáóç ïîåéäïáíáãùãÞò èá ðñáãìáôïðïéçèåß (êáé áí íáé, ðñïò ðïéá êáôåýèõíóç). Ôá äõíáìéêÜ áõôÜ ðñïêýðôïõí áðü ìÝôñçóç ôùí äõíáìéêþí ôùí çëåêôñï÷çìéêþí óôïé÷åßùí, êáèÝíá áðü ôá ïðïßá áðïôåëåßôáé áðü äýï çìéóôïé÷åßá. Óôç óõíÝ÷åéá, ïñßæïíôáò áõèáßñåôá ùò ôÜóç ßóç ìå ìçäÝí ôçí ôÜóç åíüò ôÝôïéïõ çìéóôïé÷åßïõ, êáé óõãêåêñéìÝíá ôïõ çìéóôïé÷åßïõ 2Ç+–Ç2, õðïëïãßæïíôáé ïé ôéìÝò üëùí ôùí Üëëùí. Åêåßíá ìå ôéò èåôéêÝò ôéìÝò Ý÷ïõí ìåãáëýôåñç ôÜóç íá äÝ÷ïíôáé çëåêôñüíéá áðü ôï çìéóôïé÷åßï ôïõ 2Ç+–Ç2, åíþ áõôÜ ìå ôéò áñíçôéêÝò ôéìÝò Ý÷ïõí ìéêñüôåñç ôÝôïéá ôÜóç. Ïé õðïëïãéóèåßóåò ôéìÝò

ïíïìÜæïíôáé ôéìÝò Åo. Ï åêèÝôçò ìçäÝí óçìáßíåé üôé éó÷ýåé ãéá êáíïíéêÝò óõíèÞêåò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íá ðñïâëÝøåôå ìå âÜóç ôçí ôéìÞ ôïõ Åo áí ôï ìåôáëëéêü êïâÜëôéï ìðïñåß íá äéáëõèåß ìÝóá óå Ýíá äéÜëõìá 1 Ì ïîÝïò, Ç+. Êáôüðéí ðñïâëÝøôå áí ôï ìåôáëëéêü êïâÜëôéï ìðïñåß íá äéáëõèåß ìÝóá óå Ýíá äéÜëõìá 1 Ì èåééêïý øåõäáñãýñïõ. 2. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðßíáêá 24.1, ðñïâëÝøôå ðïéá áðü ôéò åðüìåíåò ïõóßåò ìðïñåß íá ïîåéäþóåé ôï éüí ôïõ âñùìßïõ: Cl2(á), Ç+, Íi2+; 3. Må ôç âïÞèåéá ôïõ éäßïõ ðßíáêá ðïéá áðü ôéò åðüìåíåò ïõóßåò íïìßæåôå üôé ìðïñåß íá áíáãÜãåé ôï Br2(õã): Cl–, Ç2(á), Ni(óô), Mn2+;

Åýñåóç óõíôåëåóôþí óôéò áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò 24.10 Áñéèìïß ïîåéäþóåùò. Óôéò áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò, üðùò áõôÝò ðïõ ìåëåôÞèçêáí ðñïçãïõìÝíùò, óçìåéþíåôáé ðÜíôá ìéá ìåôáöïñÜ çëåêôñïíßùí. Ï áñéèìüò ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ åëåõèåñþíïíôáé êáôÜ ôçí áíôßäñáóç ôçò ïîåéäþóåùò èá ðñÝðåé âåâáßùò ðÜíôá íá åßíáé ßóïò ìå ôïí áñéèìü áõôþí ðïõ ðñïóëáìâÜíïíôáé êáôÜ ôçí áíáãùãÞ ðïõ ðñïêáëåßôáé. Ãéá íá ãñáöåß óùóôÜ ìéá åîßóùóç ðïõ ðáñéóôÜíåé áõôü ôï åßäïò ôçò áíôéäñÜóåùò, èá ðñÝðåé íá åðéâåâáéùèåß üôé êáé ïé äýï ðëåõñÝò ôçò åîéóþóåùò åßíáé óùóôÜ ãñáììÝíåò üóïí áöïñÜ óôá öïñôßá, áëëÜ êáé üóïí áöïñÜ óôïõò áñéèìïýò ôùí äéáöüñùí áôüìùí. Ùò ãíùóôüí, üôáí ïé áñéèìïß ôùí áôüìùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôéò äýï ðëåõñÝò ìéáò ÷çìéêÞò åîéóþóåùò åßíáé Üíéóïé, ìðïñåß íá åîéóùèïýí, áí ÷ñçóéìïðïéçèïýí êáôÜëëçëïé áñéèìïß ùò óõíôåëåóôÝò ôüóï ãéá ôá áíôéäñþíôá üóï êáé ãéá ôá ðñïúüíôá. Õðåíèõìßæåôáé üôé êáôÜ ôç ìåëÝôç ôçò áíôéäñÜóåùò áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ Cu êáé óôá éüíôá ôïõ Ag+, üôáí ïîåéäþíåôáé Ýíá Üôïìï ôïõ ÷áëêïý ðñïò éüí Cu2+, åëåõèåñþíïíôáé äýï çëåêôñüíéá (âë. ðáñÜãñ. 24.2).

Cu(óô) Õ Cu2+(õä) + 2e–

Áíôßóôïé÷á, ãéá ôçí áíáãùãÞ ôïõ êÜèå éüíôïò áñãýñïõ ðñïò Üôïìï áñãýñïõ, ðñïóëáìâÜíåôáé Ýíá çëåêôñüíéï. Ag+(õä) + e– Õ Ag(óô)

Åßíáé öáíåñü üôé êÜèå Üôïìï Cu, üôáí ïîåéäþíåôáé, åëåõèåñþíåé ôüóá çëåêôñüíéá, üóá ÷ñåéÜæïíôáé ãéá íá áíá÷èïýí äýï éüíôá Ag+, áöïý ôï êÜèå éüí ôïõ Ag+ Ý÷åé öïñôßï 1+ êáé ÷ñåéÜæåôáé ìüíï Ýíá çëåêôñüíéï ãéá íá áíá÷èåß óå ïõäÝôåñï Üôïìï áñãýñïõ. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï, ç áíôßäñáóç áíÜìåóá óå Cu êáé éüíôá Ag+, ç ïðïßá åß÷å áñ÷éêÜ ôçí ðáñáêÜôù ìïñöÞ Cu(óô) + Ag+(õä) Õ Cu2+(õä) + Ag(óô)

äåí åßíáé óùóôÜ éóïóôáèìéóìÝíç óå ó÷Ýóç ìå ôá öïñôßá ôçò, åðåéäÞ, óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ ôçò õðÜñ÷åé Ýíá ìïíáäéêü óõíïëéêü öïñôßï, åíþ óôç äåîéÜ ðëåõñÜ ôçò õðÜñ÷ïõí óõíïëéêÜ äýï öïñôßá. Ç åîßóùóç áõôÞ äéïñèþíåôáé, áí ãñáöïýí ïé êáôÜëëçëïé óõíôåëåóôÝò. Cu(óô) + 2Ag+(õä) Õ Cu2+(õä) + 2Ag(óô)

677

Ìå ôçí áíáãñáöÞ ôïõ óõíôåëåóôÞ “2” ìðñïóôÜ ôüóï áðü ôï éüí Ag+ üóï êáé áðü ôï Üôïìï Ag ãñÜöåôáé ðëÝïí ïñèÜ ç åîßóùóç ùò ðñïò ôïí áñéèìü ôùí áôüìùí êáé ôùí öïñôßùí. Ç ðñüóëçøç êáé ç áðþëåéá ôùí çëåêôñïíßùí êáé, êáôÜ óõíÝðåéá, ïé óõíôåëåóôÝò ðïõ ðñÝðåé íá ôåèïýí, ãéá íá ãñáöåß óùóôÜ ç åîßóùóç, âñßóêïíôáé åýêïëá óå ìéá ó÷åôéêÜ áðëÞ åîßóùóç ïîåéäïáíáãùãÞò, üðùò áõôÞ ðïõ áíáöÝñèçêå ëßãï ðéï ðñéí. ~Ïìùò, ðïëëÝò áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò åßíáé áñêåôÜ ðéï ðïëýðëïêåò áðü ü,ôé åßíáé ç ó÷åôéêÜ Üìåóç áíôáëëáãÞ çëåêôñïíßùí áíÜìåóá óôï Üôïìï ôïõ åíüò óôïé÷åßïõ êáé óôï éüí ôïõ Üëëïõ. Ãéá ðáñÜäåéãìá, óå áíôéäñÜóåéò ðïõ áöïñïýí ðïëõáôïìéêÜ éüíôá, ôá ïðïßá ðåñéÝ÷ïõí Üôïìá äýï Þ êáé ðåñéóóïôÝñùí óôïé÷åßùí, åßíáé äõíáôüí íá èåùñçèåß áõèáßñåôá üôé ôá öïñôßá ôùí áôüìùí ôïõ õäñïãüíïõ êáé ôïõ ïîõãüíïõ ðïõ ðåñéëáìâÜíïíôáé óå êÜèå ôÝôïéïõ åßäïõò éüí åßíáé 1+ êáé 2– áíôßóôïé÷á. Óôç óõíÝ÷åéá, áðïäßäåôáé êÜðïéï öïñôßï óôï õðïëåéðüìåíï Üôïìï Þ Üôïìá, þóôå ôï óýíïëï üëùí ôùí öïñôßùí ðïõ áíôéóôïé÷ïýí íá éóïäõíáìåß ìå ôï óõíïëéêü öïñôßï ôïõ ðïëõáôïìéêïý éüíôïò. Ôï éüí ôïõ ÌnO4– (õðåñìáããáíéêïý) ãéá ðáñÜäåéãìá, Ý÷åé óõíïëéêü öïñôßï 1–, üðùò óçìåéþíåôáé. Áí äå÷èïýìå üôé ôï êÜèå Üôïìï ôïõ ïîõãüíïõ Ý÷åé ÷áñáêôçñéóôéêü öïñôßï 2–, ôï óõíïëéêü öïñôßï ôùí ôåóóÜñùí áôüìùí ïîõãüíïõ ìÝóá óå áõôü ôï éüí èá åßíáé 8–. Óôç óõíÝ÷åéá, áðïäßäïìå Ýíá öïñôßï 7+ óôï Üôïìï ôïõ Mn êáé ôï óõíïëéêü öïñôßï ôïõ éüíôïò ãßíåôáé (8–) + (7+), Þ 1–. Ôï öïñôßï ðïõ áðåäüèç óôï Üôïìï ôïõ Ìn ìå áõôÞí ôç ìÝèïäï ïíïìÜæåôáé áñéèìüò ïîåéäþóåùò. Ðñüêåéôáé ãéá Ýíá áõèáßñåôï öïñôßï, üðùò åßíáé üëïé ïé áñéèìïß ïîåéäþóåùò ðïõ áðïäßäïíôáé óå üëá ôá Üôïìá êáé éüíôá ìå ôç ìÝèïäï áõôÞ. ÐáñÜ ôáýôá åßíáé ÷ñÞóéìïé, ãéáôß âïçèïýí óôçí ðñüâëåøç ôçò ðñïóëÞøåùò Þ ôçò áðþëåéáò ôùí çëåêôñïíßùí. Ïé áñéèìïß ïîåéäþóåùò õðïëïãßæïíôáé óôá Üôïìá ôùí ðïëõáôïìéêþí ìïñßùí êáôÜ ôïí ßäéï ôñüðï ðïõ õðïëïãßæïíôáé êáé óôá Üôïìá ôùí ðïëõáôïìéêþí éüíôùí. Áò ìåëåôÞóïìå ãéá ðáñÜäåéãìá ìéá åîßóùóç, ç ïðïßá ðáñéóôÜíåé ôçí áíôßäñáóç ïîåéäïáíáãùãÞò ðïõ óõíáíôÞóáìå óôï êåöÜëáéï 19. 2SO2(á) + O2(á)

2SO3(á)

Ðñüêåéôáé ãéá Üëëï ðáñÜäåéãìá áíôéäñÜóåùò *

ïîåéäïáíáãùãÞò, êáôÜ ôçí ïðïßá ç ìåôáöïñÜ ôùí çëåêôñïíßùí äåí åßíáé Üìåóá åìöáíÞò, üðùò Þôáí óå êÜðïéåò áðü ôéò áíôéäñÜóåéò ôùí çìéóôïé÷åßùí. Áí ãßíåé ç ßäéá õðüèåóç ðïõ Ýãéíå êáé ðñïçãïõìÝíùò, ôüôå ìðïñåß íá èåùñçèåß üôé ôï öïñôßï ôïõ êÜèå áôüìïõ ïîõãüíïõ óå áõôÜ ôá ìüñéá åßíáé 2–. ÌåôÜ áðü áõôü õðïëïãßæïíôáé åýêïëá ïé áñéèìïß ïîåéäþóåùò 4+ êáé 6+ ãéá ôá Üôïìá ôïõ èåßïõ óôá SO2 êáé SO3 áíôßóôïé÷á.

24.11 ×ñÞóç ôùí áñéèìþí ïîåéäþóåùò. Ïé áñéèìïß ïîåéäþóåùò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ùò ìÝóï ãéá ôïí êáèïñéóìü åíüò áõèáßñåôïõ öïñôßïõ óå êÜðïéï Üôïìï, Ýíá éüí Þ Ýíá ìüñéï. ÂÜóåé áõôïý, üëåò ïé áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò áöïñïýí áëëáãÝò óôïõò áñéèìïýò ïîåéäþóåùò. ÐñïêåéìÝíïõ íá äéáôçñçèåß ôï öïñôßï, èá ðñÝðåé íá õðÜñ÷åé ìéá éóïññïðßá áíÜìåóá óôéò ìåôáâïëÝò ôùí áñéèìþí ïîåéäþóåùò. Ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá üëùí ôùí öïñôßùí ôùí áíôéäñþíôùí êáé ôùí ðñïúüíôùí èá ðñÝðåé íá éóïýôáé ìå ìçäÝí. ÊáôÜ óõíÝðåéá, ïé áñéèìïß ïîåéäþóåùò âïçèïýí óôçí éóïóôÜèìéóç (åýñåóç ôùí óùóôþí óõíôåëåóôþí) ôùí åîéóþóåùí ïîåéäïáíáãùãÞò. Ðñïò ôï ðáñüí, èá ðåñéïñéóèïýìå óôçí åîÝôáóç ìüíï ôùí ìïíïáôïìéêþí éüíôùí êáé ôùí ðïëõáôïìéêþí éüíôùí êáé ìïñßùí ðïõ ðåñéÝ÷ïõí õäñïãüíï êáé/Þ ïîõãüíï ìáæß ìå ôï óôïé÷åßï ôïõ ïðïßïõ êáèïñßæåôáé ï áñéèìüò ïîåéäþóåùò. Áêïëïõèïýí ïé êáíüíåò ðïõ èá ÷ñçóéìïðïéçèïýí: 1. Ï áñéèìüò ïîåéäþóåùò åíüò ìïíïáôïìéêïý éüíôïò éóïýôáé ìå ôï öïñôßï ôïõ éüíôïò. 2. Ï áñéèìüò ïîåéäþóåùò ïðïéoõäÞðïôå óôïé÷åßïõ üôáí åßíáé åëåýèåñï, üôáí äçëáäÞ äåí óõììåôÝ÷åé óå ÷çìéêÞ Ýíùóç åßíáé ìçäÝí. 3. Ï áñéèìüò ïîåéäþóåùò ôïõ õäñïãüíïõ èåùñåßôáé ßóïò ìå 1+ (åêôüò áðü ôçí ðåñßðôùóç ôïõ Ç2, ôï ïðïßï âñßóêåôáé óôç óôïé÷åéáêÞ êáôÜóôáóç*, êáé ôùí õäñéäßùí, ôá ïðïßá åßíáé åíþóåéò üðùò ôï ÍaH, ðïõ ðåñéÝ÷ïõí õäñïãüíï êáé Ýíá ìÝôáëëï). 4. Ï áñéèìüò ïîåéäþóåùò ôïõ ïîõãüíïõ èåùñåßôáé ßóïò ìå 2– (åêôüò áðü ôçí ðåñßðôùóç ôïõ Ï2, ôïõ Ï3 êáé ôùí õðåñïîåéäßùí, üðùò åßíáé ôï Ç2Ï2 êáé ôï Ía2Ï2). 5. Ïé Üëëïé áñéèìïß ïîåéäþóåùò åðéëÝãïíôáé Ýôóé, þóôå ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá ôùí

Ó.ô.Ì. Ôï õäñïãüíï óôç óôïé÷åéáêÞ ôïõ ìïñöÞ, Ç2, Ý÷åé áñéèìü ïîåéäþóåùò 0 åíþ óôá õäñßäéá –1.

678

áñéèìþí ïîåéäþóåùò íá éóïýôáé ìå ôï óõíïëéêü öïñôßï ðïõ öÝñåé ôï ìüñéï Þ ôï éüí. 6. Ïé áíôéäñÜóåéò èá ðñÝðåé íá éóïóôáèìßæïíôáé, þóôå ç óõíïëéêÞ ìåôáâïëÞ ôùí áñéèìþí ïîåéäþóåùò íá åßíáé ìçäÝí (ï ôåëåõôáßïò áõôüò êáíüíáò åßíáé áðïôÝëåóìá ôçò áñ÷Þò äéáôçñÞóåùò ôïõ öïñôßïõ). Ôï ðñþôï ðïõ ðñÝðåé íá ãßíåé êáôÜ ôçí éóïóôÜèìéóç ìéáò áíôéäñÜóåùò ìå ôç ìÝèïäï ôùí áñéèìþí ïîåéäþóåùò (Þ ìå ïðïéáäÞðïôå Üëëç ìÝèïäï) åßíáé íá ðñïóäéïñéóèïýí ôá ðñïúüíôá. ~Ïðùò åßíáé öõóéêü, ç áðÜíôçóç ðáñÝ÷åôáé áðü ôï ðåßñáìá. Ãéá ðáñÜäåéãìá, Ç2S(á) áíôéäñÜ ìå MnO4–(õä) êáé ó÷çìáôßæåôáé S(óô) êáé Mn2+(õä). ÌnO4–(õä) + Ç2S(á) äßíïõí S(óô) + Ìn2+(õä) 7+ 2– 0 2+

Õðïëïãßæïíôáé ïé ìåôáâïëÝò óôïõò áñéèìïýò ïîåéäþóåùò.

Ç åîßóùóç åîáêïëïõèåß íá ìçí åßíáé áêüìç óùóôÜ éóïóôáèìéóìÝíç. Ãé' áõôü ðñÝðåé íá åðéâåâáéþóïìå ôç äéáôÞñçóç ôùí áôüìùí õäñïãüíïõ. Óôï áñéóôåñü ôìÞìá õðÜñ÷ïõí 10 Üôïìá õäñïãüíïõ (óå 5Ç2S) êáé óôï äåîéü 16 (óå 8Ç2Ï). Áò õðïôåèåß üôé ôï õðü ìåëÝôç äéÜëõìá åßíáé åßôå ïõäÝôåñï åßôå üîéíï. Óå Ýíá ôÝôïéï äéÜëõìá ïé ÷çìéêïß äÝ÷ïíôáé üôé ôá Üôïìá õäñïãüíïõ ðïõ ÷ñåéÜæïíôáé ãéá ôçí éóïóôÜèìéóç ôçò åîéóþóåùò ðñïÝñ÷ïíôáé áðü ôá Ç+ (áí ôï äéÜëõìá Þôáí âáóéêü, ïé ÷çìéêïß èá äÝ÷ïíôáí ôçí ðáñïõóßá éüíôùí ÏÇ–). ÌnO4–(õä) + 5Ç2S(á) + 6Ç+(õä) 2Ìn2+(õä) + 5S(óô) +8Ç2Ï(õã)

Ç åîßóùóç ðñÝðåé íá åßíáé ôþñá óùóôÜ éóïóôáèìéóìÝíç, áëëÜ ç åìðåéñßá äåß÷íåé üôé ðÜíôá èá ðñÝðåé íá ãßíåôáé Ýíáò Ýëåã÷ïò ìå âÜóç ôçí éóïóôÜèìéóç ôùí öïñôßùí. Áí ç áíôßäñáóç åßíáé ðñÜãìáôé óùóôÜ ãñáììÝíç, ôá óõíïëéêÜ öïñôßá óôï êÜèå ôìÞìá ôçò èá ðñÝðåé íá åßíáé ßóá.

Áí åßíáé áðáñáßôçôï ç áýîçóç ôïõ áñéèìïý ïîåéäþóåùò ôïõ èåßïõ íá éóïýôáé ìå ôçí áðþëåéá áõôïý ôïõ ìáããáíßïõ, ôüôå èá ðñÝðåé ðÝíôå Üôïìá èåßïõ íá áíôéäñÜóïõí ìå äýï Üôïìá ìáããáíßïõ. 2ÌnO4(õä) + 5Ç2S(á) äßíïõí 5S(óô) + 2Ìn2+(õä)

Áðü áõôü ôï óçìåßï êáé åîÞò åöáñìüæåôáé ç äéáäéêáóßá ãéá ôç óùóôÞ ãñáöÞ ôçò åîéóþóåùò ðïõ áíáöÝñèçêå óôï êåöÜëáéï 19. Áöïý âñåèåß ï ëüãïò áíÜìåóá óôá Üôïìá ðïõ óõììåôÝ÷ïõí Üìåóá óôç äéáäéêáóßá ôçò ïîåéäïáíáãùãÞò, èá ðñÝðåé íá ôñïðïðïéçèåß áíáëüãùò êáé ç åîßóùóç. Óôç óõíÝ÷åéá, ðñÝðåé íá åðéâåâáéùèåß ç áñ÷Þ ôçò äéáôçñÞóåùò ôùí áôüìùí ïîõãüíïõ. Ïêôþ Üôïìá ïîõãüíïõ õðÜñ÷ïõí óôï áñéóôåñü ôìÞìá. ~Åôóé, èá ðñÝðåé íá ðñïóôåèïýí ïêôþ ìüñéá Ç2Ï êáé óôï äåîéü ôìÞìá. Ç ðñïóèÞêç ìïñßùí íåñïý óå ïðïéïäÞðïôå ôìÞìá ôçò åîéóþóåùò åðéôñÝðåôáé, ãéáôß ç áíôßäñáóç ðñáãìáôïðïéåßôáé óå õäáôéêü äéÜëõìá. ~Ïôáí åîáóöáëéóèåß ç áñ÷Þ äéáôçñÞóåùò ôùí áôüìùí ïîõãüíïõ, ëáìâÜíåôáé ç åðüìåíç áíôßäñáóç: 2ÌnO4–(õä) + 5Ç2S(á) äßíïõí 5S(óô) + 2Ìn2+(õä) + 8Ç2Ï(õã)

24.12Áîéïðïßçóç ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí çìéóôïé÷åßùí ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôùí óõíôåëåóôþí óôéò ÷çìéêÝò åîéóþóåéò. Ç ôå÷íéêÞ áõôÞ âáóßæåôáé óôçí åðéëïãÞ äýï óùóôÜ ãñáììÝíùí áíôéäñÜóåùí çìéóôïé÷åßùí, ïé ïðïßåò åßíáé äõíáôüí íá ðñïóôåèïýí êáé íá äþóïõí ôçí ðëÞñç áíôßäñáóç ðïõ ìåëåôÜôáé. Áí ïé äýï áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí ðåñéëáìâÜíïõí äéáöïñåôéêïýò áñéèìïýò çëåêôñïíßùí, åßíáé áðáñáßôçôï íá ðïëëáðëáóéáóèåß ç êÜèå áíôßäñáóç ìå êÜðïéï êáôÜëëçëï óõíôåëåóôÞ, þóôå üëåò íá ðåñéëáìâÜíïõí ôïí ßäéï áñéèìü çëåêôñïíßùí. Óôç óõíÝ÷åéá, üôáí èá ðñïóôåèïýí ìåôáîý ôïõò, ç ìéá ùò ïîåßäùóç êáé ç Üëëç ùò áíáãùãÞ, èá åìöáíéóèïýí êáé óôéò äýï ðëåõñÝò ïé ßäéïé áñéèìïß çëåêôñïíßùí, ïé ïðïßïé êáé èá áëëçëïåîïõäåôåñùèïýí. Ãéá ðáñÜäåéãìá, áò åîåôÜóïìå ôçí ßäéá áíôßäñáóç, ôçí ïðïßá ìåëåôÞóáìå óôçí ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï:

679

ÌnÏ4–(õä) + Ç2S(á) äßíïõí S(õã) + Mn2+(õä) (4)

Ïé äýï áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí ðïõ ÷ñåéÜæïíôáé åßíáé ïé åðüìåíåò: ÌnÏ4–(õä) + 8Ç+(õä) + 5e– Õ Ìn2+(õä) + 4Ç2Ï S(óô) + 2Ç+(õä) + 2e–Õ Ç2S(á)

Êáé ïé äýï áõôÝò áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí âñßóêïíôáé óùóôÜ ãñáììÝíåò (éóïóôáèìéóìÝíåò), óôïí ðßíáêá ôùí äõíáìéêþí ôùí çìéóôïé÷åßùí ðïõ áíáöÝñåôáé óôï ðáñÜñôçìá 2. Áí äåí õðÞñ÷å üìùò ôÝôïéïò ðßíáêáò, áõôÝò ïé äýï áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí èá ìðïñïýóáí íá éóïóôáèìéóèïýí ìå ôç âïÞèåéá ìéáò åëáöñÜ ôñïðïðïéçìÝíçò ìïñöÞò ôçò ôå÷íéêÞò ôùí áñéèìþí ïîåéäþóåùò ðïõ ðåñéãñÜøáìå óôçí ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï. Áò õðïôåèåß ãéá ðáñÜäåéãìá üôé îåêéíÜìå ìå ôçí åðüìåíç äéáôýðùóç: ÌnO4– ìåôáôñÝðåôáé óå Ìn2+ 7+ 2+

üðïõ êÜôù áðü ôá óýìâïëá ôïõ Mn Ý÷ïõí ãñáöåß ïé áñéèìïß ïîåéäþóåùò. Ç ðéï åýêïëç äéáäéêáóßá åßíáé ôþñá ï õðïëïãéóìüò éóïóôáèìßóåùò ôùí çëåêôñïíßùí. ÅðåéäÞ ôï Ìn ìå áñéèìü ïîåéäþóåùò 7+ äéáèÝôåé ðÝíôå çëåêôñüíéá ëéãüôåñá áðü ôï Ìn2+, ðñÝðåé íá ðñïóôåèïýí ðÝíôå çëåêôñüíéá óôçí ðëåõñÜ ôçò åîéóþóåùò ðïõ åìöáíßæåôáé ôï ÌnÏ4)–.

ó÷çìáôéóìü ìéáò óùóôÜ (éóïóôáèìéóìÝíçò) åîéóþóåùò. 5e– + MnO4–(õä) + 8Ç+(õä)

ãñáììÝíçò

Ìn2+(õä) + 4Ç2O

ÅëÝã÷åôáé êáé ðÜëé ðñïóåêôéêÜ ç äéáôÞñçóç ôùí öïñôßùí. 5(1–) + (1–) + 8(1+) 5– 1– 8+ 2+ = 2+

? = ? =

(2+) + 4(0) 2+

~Ïôáí Ý÷ïìå óôç äéÜèåóÞ ìáò äýï óùóôÜ ãñáììÝíåò áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí (åßôå ìå ôç âïÞèåéá êÜðïéïõ ðßíáêá åßôå êáôüðéí õðïëïãéóìþí), èåùñåßôáé ó÷åäüí ëõìÝíï ôï ðñüâëçìá ôçò óùóôÞò ãñáöÞò ôçò åîéóþóåùò ãéá ôç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç. Óôçí ðñïêåéìÝíç ðåñßðôùóç, ç ìéá áðü ôéò çìéáíôéäñÜóåéò ðåñéëáìâÜíåé ðÝíôå çëåêôñüíéá, åíþ ç Üëëç ðåñéëáìâÜíåé äýï çëåêôñüíéá. Ãé' áõôü, ðñÝðåé íá ðïëëáðëáóéáóèåß ç ðñþôç åðß äýï êáé ç äåýôåñç åðß ðÝíôå. 2ÌnÏ4–(õä) + 16Ç+(õä) + 10e–Õ 2Ìn2+(õä) + 8Ç2Ï 5S(óô) + 10Ç+(õä) + 10e– Õ 5Ç2S(á)

(5) (6)

Ãéá íá ó÷çìáôéóèåß ìéá åîßóùóç ðïõ íá âáóßæåôáé óôçí áíôßäñáóç (4), ðñÝðåé íá áêïëïõèçèïýí ôá åðüìåíá óôÜäéá: 1. ÐáñáìÝíåé ç áíôßäñáóç (5) ùò Ý÷åé. 2. ÃñÜöåôáé ç áíôßóôñïöç ôçò áíôéäñÜóåùò (6). 5e– + ÌnÏ4–(õä) ìåôåôñÝðåôáé óå Ìn2+ 3. Ðñïóôßèåíôáé ïé åîéóþóåéò (5) êáé (6). Ióïóôáèìßæïíôáé ôþñá ôá Üôïìá ôïõ ïîõãüíïõ 4. Áðáëåßöïíôáé ôá éüíôá õäñïãüíïõ, ôá ìå ôçí ðñïóèÞêç 4Ç2Ï óôç äåîéÜ ðëåõñÜ. çëåêôñüíéá êáé ôá ìüñéá ôïõ íåñïý ðïõ Êáôüðéí áõôïý, ðñïóôßèåíôáé 8 Ç+ óôçí áñéóôåñÞ åìöáíßæïíôáé êáé óôéò äýï ðëåõñÝò ôçò ðëåõñÜ ãéá ôçí éóïóôÜèìéóç ôùí áôüìùí åîéóþóåùò. õäñïãüíïõ. Áõôü óõíåðÜãåôáé ôçí áñ÷Þ ôçò Ôá óôÜäéá áõôÜ, ôá ïðïßá ðåñéãñÜöïíôáé ëßãï äéáôçñÞóåùò üëùí ôùí áôüìùí êáé ôùí ðéï êÜôù, äßíïõí ìéá óùóôÜ ãñáììÝíç åîßóùóç, üìïéá ìå ôçí åîßóùóç ðïõ ðñïÞëèå áðü ôçí çëåêôñïíßùí êáé Ý÷åé ùò áðïôÝëåóìá ôï ðñïçãïýìåíç ðáñÜãñáöï, üðïõ åöáñìüóèçêå êáô' åõèåßáí óôç óõíïëéêÞ åîßóùóç ç ôå÷íéêÞ ôùí áñéèìþí ïîåéäþóåùò. 1. 2ÌnO4– (õä) + 16Ç+(õä) + 10e– Õ 2Ìn 2+(õä) + 8Ç2Ï 2. 5Ç2S(á) Õ 5S(óô) + 10Ç+(õä) + 10e– 3. 2ÌnÏ4– (õä) + 5Ç2S(á) + 16Ç+(õä) + 10e– Õ 2Ìn2+(õä) + 5S(óô)+8Ç2Ï(óô) + 10Ç+(õä) + 10e– 4. 2ÌnÏ4–(õä) + 5Ç2S(á) + 6Ç+(õä) Õ 2Ìn2+(õä) + 5S(óô) + 8Ç2O

Ðåñßëçøç. Ïé áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò ãñÜöïíôáé óùóôÜ ìå äýï ìåèüäïõò. Ç ðñþôç ìÝèïäïò åßíáé ç áêüëïõèç. (1) Áöïý äéáôõðùèåß ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç, êáèïñßæïíôáé ãéá üëá ôá Üôïìá ïé

áñéèìïß ïîåéäþóåùò. (2) Óôá Üôïìá ôùí ïðïßùí ìåôáâÜëëïíôáé ïé áñéèìïß ïîåéäþóåùò, ðñïóôßèåíôáé óõíôåëåóôÝò, þóôå ç óõíïëéêÞ áýîçóç óôïí áñéèìü ïîåéäþóåùò åíüò åßäïõò áôüìïõ íá éóïýôáé ìå ôç óõíïëéêÞ ìåßùóç ôïõ

680

áñéèìïý ïîåéäþóåùò åíüò Üëëïõ åßäïõò. (3) Äéáôçñþíôáò áõôïýò ôïõò áñéèìïýò Þ ôï ëüãï ôïõò óôáèåñü, ãßíïíôáé õðïëïãéóìïß ãéá ôçí õðüëïéðç åîßóùóç êáôÜ ôá ãíùóôÜ. Áí ÷ñåéáóèåß êáé áí ç áíôßäñáóç ðñáãìáôïðïéåßôáé ìÝóá óå õäáôéêü äéÜëõìá, åßíáé äõíáôüí íá ðñïóôåèåß Ç 2Ï, Ç+(õä) Þ ÏÇ–(õä), óå êÜðïéá áðü ôéò ðëåõñÝò ôçò åîéóþóåùò. ÔÝëïò, åëÝã÷åôáé áí oé õðïëïãéóìïß ãéá ôçí åîßóùóç ôùí öïñôßùí Ý÷ïõí ãßíåé óùóôÜ. ÊáôÜ ôç äåýôåñç ìÝèïäï áêïëïõèïýíôáé ôá åðüìåíá óôÜäéá. (1) Äýï óùóôÜ ãñáììÝíåò áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí, áöïý ðïëëáðëáóéáóèïýí ìå ôïí êáôÜëëçëï óõíôåëåóôÞ þóôå íá åîéóùèïýí ïé áñéèìïß ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ ðåñéëáìâÜíïíôáé óôçí êÜèå ìéá,

ðñïóôßèåíôáé. (2) ÔÝëïò, áðáëåßöïíôáé ôá çëåêôñüíéá, ôá éüíôá õäñïãüíïõ êáé ôá ìüñéá ôïõ íåñïý, ôá ïðïßá åìöáíßæïíôáé êáé óôéò äõï ðëåõñÝò ôçò åîéóþóåùò.

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íá áðïäåßîåôå üôé ôüóï óôï ÍO3– üóï êáé óôï Í2Ï5, ï áñéèìüò ïîåéäþóåùò ôïõ áæþôïõ åßíáé 5+. 2. Íá åîçãÞóåôå ìå ðïéï ôñüðï âïçèïýí ïé áñéèìïß ïîåéäþóåùò ôïõò ÷çìéêïýò êáôÜ ôçí éóïóôÜèìéóç ôùí áíôéäñÜóåùí ïîåéäïáíáãùãÞò (redox).

×ñÞóéìç Çëåêôñï÷çìåßá 24.13 ÓõóóùñåõôÝò (ìðáôáñßåò). Åêôåëþíôáò ôï ðåßñáìá ôçò ðáñáãñÜöïõ 24.1, åßäáìå üôé áðü äýï áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí äçìéïõñãÞèçêå êÜðïéï çëåêôñéêü ñåýìá. Åßäáìå åðßóçò üôé ÷ñçóéìïðïéÞèçêå Ýíá åîùôåñéêü êýêëùìá, ôï ïðïßï ðåñéåëÜìâáíå Ýíá êáëþäéï êáé Ýíá áìðåñüìåôñï. ~Åíá åîùôåñéêü êýêëùìá áõôïý ôïõ åßäïõò èá ìðïñïýóå, ãéá ðáñÜäåéãìá, íá ðåñéëáìâÜíåé Ýíá ëáìðÜêé, Ýíáí çëåêôñïêéíçôÞñá, Ýíá ñáäéüöùíï ìå ôñáíóßóôïñ Þ ôï êýêëùìá áíáöëÝîåùò åíüò áõôïêéíÞôïõ. Ôá çëåêôñï÷çìéêÜ óôïé÷åßá ðïõ ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá ôçí ðáñáãùãÞ çëåêôñéóìïý ï ïðïßïò êáôáíáëþíåôáé áðü ôÝôïéåò äéáôÜîåéò ïíïìÜæïíôáé óõóóùñåõôÝò Þ ìðáôáñßåò. Óôïõò óõóóùñåõôÝò ðïõ Ý÷ïõí ðñáêôéêÞ åöáñìïãÞ óÞìåñá ðñáãìáôïðïéïýíôáé äéáöïñåôéêÝò áíôéäñÜóåéò áðü áõôÝò ðïõ Ý÷ïìå åîåôÜóåé, áëëÜ âáóßæïíôáé óôéò ßäéåò áêñéâþò áñ÷Ýò. Ìðïñïýìå ëïéðüí íá åîåôÜóïìå ôá äýï ðéï êïéíÜ åßäç óõóóùñåõôþí êáé íá êáôáíïÞóïìå ôïí ôñüðï ëåéôïõñãßáò ôïõò. Ôï Ýíá åßäïò óõóóùñåõôÞ åßíáé ôï êïéíü îçñü óôïé÷åßï. Ðñüêåéôáé ãéá ôï ãíùóôü ôýðï óõóóùñåõôÞ ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé óôïõò öáíïýò ôóÝðçò, óå ðïëëÜ ñáäéüöùíá ìå ôñáíóßóôïñ, êáèþò êáé óå Üëëåò äéáôÜîåéò, ïé ïðïßåò áðáéôïýí ó÷åôéêÜ ìéêñÞò åíôÜóåùò êáé ôÜóåùò çëåêôñéêÜ ñåýìáôá. Ï óõóóùñåõôÞò áõôïý ôïõ ôýðïõ áðïöïñôßæåôáé ÷ùñßò íá ìðïñåß íá åðáíáöïñôéóèåß. Åßíáé äéáöïñåôéêüò áðü ôïí

åðáíáöïñôéæüìåíï óõóóùñåõôÞ ðïõ õðÜñ÷åé óôá áõôïêßíçôá. ~Ïðùò äåß÷íåé ôï ó÷Þìá 24-8, ôï îçñü óôïé÷åßï ðåñéâÜëëåôáé áðü Ýíáí êýëéíäñï øåõäáñãýñïõ, åíþ óôï êÝíôñï ôïõ õðÜñ÷åé ìéá ñÜâäïò áðü Üíèñáêá. Ç áíôßäñáóç ðïõ ðáñÜãåé çëåêôñüíéá ðñáãìáôïðïéåßôáé óôï çëåêôñüäéï ôïõ øåõäáñãýñïõ, ôï ïðïßï ðåñéâÜëëåé ïëüêëçñï ôï óôïé÷åßï.

Ó×ÇÌÁ 24-8. Óôï ó÷åäéÜãñáììá áõôü (ôïìÞ) ðáñïõóéÜæåôáé ç äïìÞ åíüò êïéíïý óõóóùñåõôÞ ôïõ ôýðïõ “îçñïý óôïé÷åßïõ”.

681

Zn(óô) Õ Zn2+(õä) + 2e–

Ç áíôßäñáóç ðïõ ðñïóëáìâÜíåé çëåêôñüíéá ðñáãìáôïðïéåßôáé óôç ñÜâäï ôïõ Üíèñáêá êáé ðåñéãñÜöåôáé áðü ôçí áêüëïõèç åîßóùóç: 2ÍÇ4+(õä) + 2ÌnÏ2(óô) + 2e– Õ 2ÌnÏ(ÏÇ)(óô) + 2ÍÇ3(õä)

Ï çëåêôñïëýôçò ìÝóá óôï óôïé÷åßï åßíáé Ýíáò Ýöõãñïò áëëÜ ü÷é ðñáãìáôéêÜ ñåõóôüò ðïëôüò áðü ÷ëùñéïý÷ï áììþíéï, íåñü êáé ìéá áäñáíÞ ïõóßá. Åî áéôßáò ôçò ðïëôþäïõò öýóåùò ôïõ çëåêôñïëýôç, ôçò ðáñïõóßáò åíüò ðïñþäïõò öýëëïõ êáé ôçò ìç äéáëõôüôçôáò ôïõ ÌnÏ2, äåí ðñáãìáôïðïéåßôáé êáô' åõèåßáí ÷çìéêÞ áíôßäñáóç áíÜìåóá óå Zn êáé ÌnÏ2. Ï Üëëïò ãíùóôüò ôýðïò óõóóùñåõôÞ åßíáé ï óõóóùñåõôÞò ìïëýâäïõ–èåééêïý ïîÝïò, ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé óôá áõôïêßíçôá. Áõôïý ôïõ åßäïõò ïé óõóóùñåõôÝò ïíïìÜæïíôáé óôïé÷åßá áðïèçêåýóåùò Þ óõóóùñåõôÝò äéáñêåßáò, ãéáôß, üôáí êáôáíáëùèåß üëï ôï ñåýìá ôïõò, åßíáé äõíáôüí ìå åðáíáöüñôéóç íá åðáíÝëèïõí óôçí áñ÷éêÞ ôïõò êáôÜóôáóç. Áõôü åðéôõã÷Üíåôáé åöáñìüæïíôáò ìéá ôÜóç óôá çëåêôñüäéÜ ôïõò, êáôÜ ôçí áíôßèåôç êáôåýèõíóç, äçëáäÞ åðáíáöïñôßæïíôÜò ôïõò (óôçí ðáñÜãñáöï 24.14 ðåñéãñÜöåôáé áõôÞ ç äéáäéêáóßá, ç ïðïßá ïíïìÜæåôáé çëåêôñüëõóç). Ôá çëåêôñüäéá óå áõôüí ôï óõóóùñåõôÞ åßíáé áðü ìüëõâäï êáé äéïîåßäéï ôïõ ìïëýâäïõ åìâáðôéóìÝíá óå èåééêü ïîý ðïõ äñá ùò çëåêôñïëýôçò. Óôï óõóóùñåõôÞ ìïëýâäïõ, ïé äýï áíôéäñÜóåéò, êáôÜ ôéò ïðïßåò ðáñÜãïíôáé êáé êáôáíáëþíïíôáé çëåêôñüíéá, åßíáé áíôßóôïé÷á ïé áêüëïõèåò: Pb(óô) + SO42–(õä) Õ PbSO4(óô) + 2e– PbO2(óô) + SO42–(õä) + 4H+(õä) + 2e– Õ PbSO4(óô) + 2H2O(õã)

H êÜèå ìéá áðü áõôÝò ôéò áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí ðáñÜãåé ôçí ßäéá áäéÜëõôç ïõóßá, ôïí PbSO4(óô), ï ïðïßïò ðñïóêïëëÜôáé óôéò ðëÜêåò. Êáèþò åêöïñôßæåôáé ôï óôïé÷åßï êáé äçìéïõñãåß ñåýìá, êáôáíáëþíåôáé ïîý êáé ðáñÜãåôáé íåñü. Ç äéÜñêåéá åêöïñôßóåùò åíüò óõóóùñåõôÞ ìðïñåß íá ìåôñçèåß ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðõêíïìÝôñïõ ðïõ áíáöÝñèçêå óôçí ðáñÜãñáöï 4.4. ~Ïóï áñáéüôåñï ãßíåôáé ôï ïîý, ôüóï ìéêñüôåñç åßíáé ç ðõêíüôçôá ôïõ õãñïý*.

24.14Ðñáãìáôïðïßçóç ìéáò áíôéäñÜóåùò ìå ôç âïÞèåéá êÜðïéáò ôÜóåùò. ÌÝ÷ñé åäþ, óôï êåöÜëáéï áõôü áó÷ïëçèÞêáìå ìå áíôéäñÜóåéò ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé áõèüñìçôá. Ïé ßäéåò Ýííïéåò üìùò êáé ç ßäéá ïíïìáôïëïãßá åöáñìüæïíôáé êáé óå áíôéäñÜóåéò, ïé ïðïßåò ãßíïíôáé êáôüðéí “ðéÝóåùò” ðáñÜ ôç öõóéêÞ ôïõò ôÜóç íá ìçí ðñáãìáôïðïéïýíôáé. ÊáôÜ ôéò áíôéäñÜóåéò áõôÝò ç åíÝñãåéá** ðñïóöÝñåôáé áðü êÜðïéï åîùôåñéêÜ ðáñå÷üìåíï çëåêôñéêü ñåýìá. Ìéá äéáäéêáóßá áõôïý ôïõ ôýðïõ ïíïìÜæåôáé çëåêôñüëõóç. Ìïëïíüôé ðéèáíüí íá ìçí ôï Ý÷åôå óõíåéäçôïðïéÞóåé, Ý÷åôå Þäç áó÷ïëçèåß ìå ôçí çëåêôñüëõóç, êáôÜ ôçí åîÝôáóç ôçò çëåêôñéêÞò áãùãéìüôçôáò åíüò éïíôéêïý äéáëýìáôïò. Ìéá ÷áñáêôçñéóôéêÞ éäéüôçôá ôùí éïíôéêþí äéáëõìÜôùí åßíáé ç çëåêôñéêÞ áãùãéìüôçôá, áêñéâþò üðùò êáé óôá ìåôÜëëá. ~Ïìùò, ï ìç÷áíéóìüò ìåôáöïñÜò ôïõ ñåýìáôïò óôá éïíôéêÜ äéáëýìáôá äéáöÝñåé áðü áõôüí ôùí ìåôÜëëùí. Óôá ìÝôáëëá ôá çëåêôñüíéá äéáññÝïõí Ýíá ìåôáëëéêü óýñìá ÷ùñßò íá ìåôáâÜëëåôáé ÷çìéêÜ ôï ìÝôáëëï. Áíôßèåôá, ç êßíçóç ôïõ çëåêôñéêïý ñåýìáôïò ìÝóá áðü Ýíá õäáôéêü äéÜëõìá åíüò çëåêôñïëýôç ðñïêáëåß óçìáíôéêÝò ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò. Áò åîåôÜóïìå ãéá ðáñÜäåéãìá ôç óõìðåñéöïñÜ åíüò õäáôéêïý äéáëýìáôïò õäñïúùäßïõ, üôáí áõôü äéáññÝåôáé áðü ñåýìá (ó÷. 24-9). Ôá äýï çëåêôñüäéá áðü Üíèñáêá, Þ ïé ñÜâäïé, óõíäÝïíôáé ìå óýñìáôá óôïõò ðüëïõò åíüò óõóóùñåõôÞ ôùí äýï âïëô. Çëåêôñüíéá ñÝïõí áðü ôï óõóóùñåõôÞ ìÝóá áðü ôï áñéóôåñü çëåêôñüäéï ôïõ Üíèñáêá êáé åéóÝñ÷ïíôáé óôï äéÜëõìá. Çëåêôñüíéá, ßóá ôïí áñéèìü, åãêáôáëåßðïõí ôï äéÜëõìá ìÝóá áðü ôï äåîéü çëåêôñüäéï ôïõ Üíèñáêá êáé åðéóôñÝöïõí óôï óõóóùñåõôÞ. Ôï éüí õäñïãüíïõ, Ç+, äéáèÝôåé ôçí éêáíüôçôá íá ðñïóëáìâÜíåé Ýíá çëåêôñüíéï áðü ôï áñéóôåñü çëåêôñüäéï, üðïõ õðÜñ÷åé ðåñßóóåéá + çëåêôñïíßùí. Ôï éüí Ç ìåôáâÜëëåôáé ÷çìéêÜ ðñïò ïõäÝôåñï Üôïìï õäñïãüíïõ. ~Åíá éüí éùäßïõ, É–, Ý÷åé Ýíá åðß ðëÝïí çëåêôñüíéï, ôï ïðïßï ìðïñåß íá ôï äþóåé óôï äåîéü çëåêôñüäéï. Ôï éüí É– ìåôáâÜëëåôáé ÷çìéêÜ ðñïò ïõäÝôåñï Üôïìï éùäßïõ. Ôï ôåëéêü áðïôÝëåóìá áõôþí ôùí äýï ÷çìéêþí ìåôáâïëþí åßíáé ç äéáäéêáóßá ðïõ ïíïìÜæåôáé çëåêôñüëõóç.

* Ó.ô.Ì. Êáé áíôßóôïé÷á ôï öïñôßï ôïõ óõóóùñåõôÞ. ** Ó.ô.Ì. Ðïõ áðáéôåßôáé ãéá íá áêïëïõèÞóåé ç áíôßäñáóç ôçí ìç áõèüñìçôç ðïñåßá.

682

Ó×ÇÌÁ 24-9. Ç åíÝñãåéá ðïõ ðáñÝ÷åôáé áðü Ýíá îçñü óôïé÷åßï äéï÷åôåýåé ñåýìá ìÝóá áðü ôï äéÜëõìá ôùí éüíôùí Ç+ êáé É– êáé äçìéïõñãåß ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò, ïé ïðïßåò äåí åßíáé äõíáôüí íá ðñáãìáôïðïéçèïýí áõèüñìçôá. Ç äéáäéêáóßá áõôÞ ïíïìÜæåôáé çëåêôñüëõóç.

Óôç óõíÝ÷åéá, ðåñéãñÜöåôáé ðëÞñùò ç äéáäéêáóßá ðïõ ëáìâÜíåé ÷þñá êáôÜ ôçí êßíçóç åíüò çëåêôñïíßïõ äéÜ ìÝóïõ ïëüêëçñïõ ôïõ êõêëþìáôïò ôïõ ó÷Þìáôïò 24-9. 1. ~Åíá çëåêôñüíéï åãêáôáëåßðåé ôçí áñéóôåñÞ ñÜâäï ôïõ Üíèñáêá. ~Åíá Üëëï çëåêôñüíéï åìöáíßæåôáé óôç äåîéÜ ñÜâäï ôïõ Üíèñáêá. 2. Åîáöáíßæåôáé Ýíá éüí Ç+(õä) êáé Ýíá éüí É–(õä) åíþ ó÷çìáôßæåôáé Ýíá Üôïìï Ç êáé Ýíá Üôïìï É. 3. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá áõôÞò ôçò äéáäéêáóßáò êáôáíáëþíïíôáé äéáñêþò ôá éüíôá Ç+ êéíïýìåíá ðñïò ôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ ôïõ äéáëýìáôïò, êáé ôá éüíôá É– êéíïýìåíá ðñïò ôç äåîéÜ. ÅðåéäÞ óôçí áñéóôåñÞ ðëåõñÜ êáôáíáëþíïíôáé ìüíï èåôéêÜ éüíôá, ôá õðüëïéðá áñíçôéêÜ éüíôá áðùèïýíôáé áðü áõôÞí ôçí ðåñéï÷Þ êáé Ýëêïíôáé ðñïò ôç äåîéÜ ðëåõñÜ ôïõ äéáëýìáôïò, üðïõ õðåñôåñïýí ôá èåôéêÜ éüíôá. Åêåß êáôáíáëþíïíôáé ôá áñíçôéêÜ éüíôá êáé êáôÜ óõíÝðåéá ôá èåôéêÜ éüíôá áðùèïýíôáé áðü ôç äåîéÜ êáé Ýëêïíôáé ðñïò ôçí áñéóôåñÞ ðåñéï÷Þ üðïõ êáé

õðåñôåñïýí ôá áñíçôéêÜ éüíôá. Ôá éüíôá ôïõ éùäßïõ, É–, êéíïýíôáé áðü ôá áñéóôåñÜ ðñïò ôá äåîéÜ äéÜ ìÝóïõ ôïõ äéáëýìáôïò, ìåôáöÝñïíôáò áñíçôéêÜ öïñôßá. Ôáõôü÷ñïíá, ôá éüíôá ôïõ õäñïãüíïõ, Ç+, êéíïýíôáé áðü ôá äåîéÜ ðñïò ôá áñéóôåñÜ ìÝóá áðü ôï äéÜëõìá, ìåôáöÝñïíôáò èåôéêÜ öïñôßá. ÁõôÞ ç äéáñêÞò êßíçóç ôùí éüíôùí äéÜ ìÝóïõ ôïõ äéáëýìáôïò, ôùí èåôéêþí éüíôùí ðñïò ôç ìéá ðëåõñÜ êáé ôùí áñíçôéêþí ðñïò ôçí Üëëç, åñìçíåýåé ôçí áãùãéìüôçôá ôùí õäáôéêþí äéáëõìÜôùí ôùí çëåêôñïëõôþí. 4. Ï óõóóùñåõôÞò åîáíáãêÜæåé ôï ñåýìá íá êõêëïöïñÞóåé äéÜ ìÝóïõ ôïõ äéáëýìáôïò êáé ðñïêáëåß ôéò ÷çìéêÝò ìåôáâïëÝò, ïé ïðïßåò äåí ìðïñïýí íá ðñáãìáôïðïéçèïýí áõèüñìçôá. Áêïëïõèåß ç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç: 2Ç+(õä) + 2É–(õä) Õ Ç2(á) + É2(óô)

Ðñüêåéôáé ãéá ìéá áíôßäñáóç ïîåéäïáíáãùãÞò, ç ïðïßá ìå åõêïëßá äéá÷ùñßæåôáé óå äõï áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí.

683

Áíôßäñáóç 2Ç (õä) + 2e– = Ç2(á) 2É–(õä) = É2(óô) + 2e– + 2Ç (õä) + 2É–(õä) = Ç2(á) + É2(óô) +

Åo(V) 0,00 –0,53 –0,53

Ç áñíçôéêÞ ôéìÞ ôïõ Å = –0,53 âïëô äçëþíåé üôé ç áíôßäñáóç êáôÜ ôïí ôñüðï ðïõ åßíáé ãñáììÝíç äåí ðñáãìáôïðïéåßôáé áõèüñìçôá. Ç ôÜóç áõôÞ äåß÷íåé åðßóçò üôé ç çëåêôñüëõóç ðñáãìáôïðïéåßôáé ìüíï áí ôïðïèåôçèåß óôï åîùôåñéêü êýêëùìá êÜðïéï çëåêôñéêü óôïé÷åßï ìå ôÜóç ç ïðïßá õðåñâáßíåé ôá 0,53 âïëô. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ, ôï ñåýìá åîáíáãêÜæåôáé íá êõêëïöïñÞóåé áíôßèåôá ðñïò ôçí êáôåýèõíóç ôçò áõèüñìçôçò áíôéäñÜóåùò. Ãéá íá ðñáãìáôïðïéçèåß çëåêôñüëõóç, åöáñìüæïìå ìéá ôÜóç óå êÜðïéï äéÜëõìá óõíäÝïíôáò äýï çëåêôñüäéá, Ýíá óôï èåôéêü êáé Ýíá óôïí áñíçôéêü ðüëï ìéáò åîùôåñéêÞò ðçãÞò ñåýìáôïò, üðùò ãéá ðáñÜäåéãìá åíüò óõóóùñåõôÞ. Ôï çëåêôñüäéï ðïõ óõíäÝåôáé ìå ôï èåôéêü ðüëï åßíáé åêåßíï óôï ïðïßï êÜðïéï óõóôáôéêü ôïõ äéáëýìáôïò ïîåéäþíåôáé. ÏíïìÜæåôáé Üíïäïò (Ýëêåé áíéüíôá). Ôï áñíçôéêü çëåêôñüäéï, óôï ïðïßï ðñáãìáôïðïéåßôáé áíáãùãÞ, ïíïìÜæåôáé êÜèïäïò (Ýëêåé êáôéüíôá).

_

+

_

e

ÓõóóùñåõôÞò

o

24.15 Ç äéáäéêáóßá ôçò åðéìåôáëëþóåùò. Ìéá ðïëý óçìáíôéêÞ åöáñìïãÞ ôùí áíôéäñÜóåùí çëåêôñïëýóåùò åßíáé ç åðéìåôÜëëùóç (ãáëâáíéóìüò). Ðñüêåéôáé ãéá ôç äéáäéêáóßá êáôÜ ôçí ïðïßá Ýíá ìåôáëëéêü áíôéêåßìåíï âõèßæåôáé ìÝóá óôï äéÜëõìá ôùí éüíôùí åíüò Üëëïõ ìåôÜëëïõ ìå áðïôÝëåóìá ôç äçìéïõñãßá ìéáò ëåðôÞò åðéóôñþóåùò ôïõ åí äéáëýóåé ìåôÜëëïõ åðÜíù óôçí åðéöÜíåéá ôïõ áíôéêåéìÝíïõ. ÓõíçèéóìÝíï ðáñÜäåéãìá áðïôåëåß ç åðé÷Üëêùóç. Ôï äéÜëõìá ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé óõíÞèùò ðåñéÝ÷åé èåééêü ÷áëêü, äçëáäÞ éüíôá Cu2+ êáé éüíôá SO42–. Ôï áíôéêåßìåíï åðß ôïõ ïðïßïõ èá åíáðïôåèåß ç åðéêÜëõøç ôïõ ÷áëêïý óôåñåþíåôáé ìÝóá óôï äéÜëõìá êáé óõíäÝåôáé ìå ôïí áñíçôéêü ðüëï åíüò óõóóùñåõôÞ Þ êÜðïéáò Üëëçò áíÜëïãçò ðçãÞò åíÝñãåéáò. Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ôï áíôéêåßìåíï ëåéôïõñãåß ùò êÜèïäïò. Ç Üíïäïò áðïôåëåßôáé áðü ìéá ñÜâäï êáèáñïý ÷áëêïý. Óôçí ðåñßðôùóç áõôÞ ëáìâÜíåé ÷þñá ç åðüìåíç áíôßäñáóç: Óôçí Üíïäï Cu(óô) Õ Cu2+(õä) + 2e– Óôçí êÜèïäï Cu2+(õä) + 2e– Õ Cu(óô)

¢íïäïò ÷áëêïý

e

_

ÊÜèïäïò (üðïõ ãßíåôáé ç åðéêÜëõøç)

_

+

Cu2+ 2_

SO4

_

H+, OH (áðü ôï H2O)

Cu2+

Ó×ÇÌÁ 24-10. Ìéá ðçãÞ ñåýìáôïò, ãéá ðáñÜäåéãìá Ýíáò óõóóùñåõôÞò, áíáãêÜæåé ôï ÷áëêü ôçò áíüäïõ íá åéóÝñ÷åôáé óôï äéÜëõìá ìå ôç ìïñöÞ ôùí éüíôùí Cu2+, åíþ ç êÜèïäïò åðéìåôáëëþíåôáé áðü éüíôá Cu2+ ôïõ äéáëýìáôïò.

Êáô' áõôüí ôïí ôñüðï ï ÷áëêüò åéóÝñ÷åôáé óôï äéÜëõìá áðü ôçí Üíïäï êáé åðéêÜèåôáé óôçí êÜèïäï, üðùò äåß÷íåé êáé ôï ó÷Þìá 24-10. Ôï “ëïõôñü ôçò åðéêáëýøåùò” ÷ñçóéìåýåé áðëÜ ãéá ôç ìåôáöïñÜ ôïõ ÷áëêïý áðü ôç ñÜâäï ôïõ êáèáñïý ìåôÜëëïõ óôçí åðéöÜíåéá ôïõ áíôéêåéìÝíïõ ðïõ ðñüêåéôáé íá åðéìåôáëëùèåß. Ç åðéìåôÜëëùóç ìå ÷ñþìéï äéáöÝñåé êáôÜ ôé. Óôçí ðñïêåéìÝíç ðåñßðôùóç ôï “ëïõôñü” åßíáé Ýíá åîáéñåôéêÜ éïíôéóìÝíï äéÜëõìá ðïõ ðåñéÝ÷åé ÷ñùìéêÜ éüíôá, CrO42–. Ôï ðñïò åðéìåôÜëëùóç áíôéêåßìåíï ôïðïèåôåßôáé êáé ëåéôïõñãåß ùò êÜèïäïò, åíþ ôï ìåôáëëéêü ÷ñþìéï åíáðïôßèåôáé óýìöùíá ìå ôçí åðüìåíç áíôßäñáóç: CrO42–(õä) + 8H+(õä) + 6e– Õ Cr(óô) + 4H2O

H áíôßäñáóç ïîåéäþóåùò ðïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé óôçí Üíïäï åßíáé ç áêüëïõèç: 2Ç2Ï Õ Ï2(á) + 4Ç+(õä) + 4e–

Ç ôñïöïäïóßá ôïõ ëïõôñïý ìå ÷ñþìéï ãßíåôáé äéÜ ðñïóèÞêçò CrO3, ôï ïðïßï äéáëýåôáé óýìöùíá ìå ôçí åðüìåíç áíôßäñáóç: CrO3(óô) + H2O = 2Ç+(õä) + CrO42–(õä)

684

Svante August Arrhenius (1859 ‐ 1927)

Ôé óõìâáßíåé ìÝóá óå Ýíá äéÜëõìá, üôáí äéáññÝåôáé áðü ñåýìá; ~Ïôáí ï Svante Arrhenius åðÝëåîå áõôü ôï ðñüâëçìá ùò èÝìá ôçò äéäáêôïñéêÞò äéáôñéâÞò ôïõ óôï ðáíåðéóôÞìéï ôçò ÏõøÜëá óôç Óïõçäßá, ïé êáèçãçôÝò ôïõ ðßóôåøáí üôé Þôáí ðïëý äýóêïëï êáé ðñïóðÜèçóáí íá ôïí áðïôñÝøïõí. Åêåßíïò üìùò ðïõ äýóêïëá Üëëáæå ãíþìç, ðñï÷þñçóå óôç ìåëÝôç ìåãÜëïõ áñéèìïý äéáëõìÜôùí, ðñïêåéìÝíïõ íá ðñïóäéïñßóåé ôçí åðßäñáóç ôçò èåñìïêñáóßáò êáé ôçò óõãêåíôñþóåùò óôçí éêáíüôçôÜ ôïõò íá Üãïõí ôïí çëåêôñéóìü. Äåí õðÞñ÷å ôßðïôá ôï éäéáßôåñá èåáìáôéêü óôá ðåéñÜìáôá ôïõ Arrhenius. ×ñçóéìïðïßçóå áðëÝò óõóêåõÝò, Ýêáíå áêñéâåßò ìåôñÞóåéò êáé êáôÝãñáøå ðñïóåêôéêÜ ôá áðïôåëÝóìáôÜ ôïõ. Ç åõöõßá ôïõ äéåöÜíç óôï ôñüðï ìå ôïí ïðïßï ó÷åäßáæå ôá ðåéñÜìáôá ôïõ, åðåîåñãáæüôáí ôá

äåäïìÝíá ôïõ êáé óõó÷Ýôéæå ôï Ýñãï ôïõ ìå åêåßíï Üëëùí åðéóôçìüíùí. Ãíþñéæå üôé ç èåñìüôçôá ôÞò åîïõäåôåñþóåùò ôùí éó÷õñþí ïîÝùí ìå éó÷õñÝò âÜóåéò Þôáí ó÷åäüí ç ßäéá ãéá üëá ôá ïîÝá êáé ôéò âÜóåéò ðïõ âñßóêïíôáé óå éóïäýíáìåò ðïóüôçôåò. Ïé ìåôñÞóåéò ôïõ Ýäåéîáí üôé áõôÝò ïé åíþóåéò Þôáí êáëïß áãùãïß ôïõ çëåêôñéóìïý, áí âñßóêïíôáí äéáëõìÝíåò ìÝóá óå íåñü. ÁíáêÜëõøå åðßóçò üôé ïîÝá êáé âÜóåéò, ôùí ïðïßùí ôá ðõêíÜ äéáëýìáôá Üãïõí åëÜ÷éóôá ôïí çëåêôñéóìü, ãßíïíôáé êáëýôåñïé áãùãïß, áí áñáéùèïýí. Ùò áðïôÝëåóìá ôùí ðåéñáìÜôùí ôïõ äéåôýðùóå ôçí áðüøç üôé ôá ìüñéá ôùí äéáëõìÝíùí ïõóéþí äéßóôáíôáé óå ìéêñïóêïðéêÜ óùìáôßäéá, ôá ïðïßá ïíïìÜæïíôáé éüíôá êáé ôá ïðïßá ìåôáöÝñïõí çëåêôñéêü ñåýìá äéÜ ìÝóïõ ôïõ äéáëýìáôïò. Äéêáéïëüãçóå ôçí ïìïéüôçôá óôéò èåñìïêñáóßåò åîïõäåôåñþóåùò ôùí ïîÝùí êáé ôùí âÜóåùí, êáôÜ ôñüðï ï ïðïßïò íá äåß÷íåé ðùò üëá ôá ïîÝá ðñÝðåé íá ðåñéÝ÷ïõí éüíôá õäñïãüíïõ, åíþ üëåò ïé âÜóåéò õäñïîõëéüíôá. ÐñïÝâëåøå üôé ç ÷çìéêÞ äñáóôéêüôçôá ôùí õäáôéêþí äéáëõìÜôùí ôùí ïîÝùí êáé ôùí âÜóåùí ðñÝðåé íá åßíáé áíÜëïãç ìå ôçí áãùãéìüôçôÜ ôïõò. Ôá óõìðåñÜóìáôá ôïõ Árrhenius õðÞñîáí ôüóï ñéæïóðáóôéêÜ, þóôå ïé êáèçãçôÝò ôïõ Ýêáíáí áðïäåêôÞ ôç äéáôñéâÞ ôïõ ìå ìåãÜëï äéóôáãìü. ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá ôùí åðïìÝíùí åôþí äéåîÞãáãå ðïëëÜ ðåéñÜìáôá, ãéá íá ðéóôïðïéÞóåé ôçí åãêõñüôçôá ôùí èåùñéþí ôïõ, áëëÜ ç áìöéâïëßá åîáêïëïõèïýóå íá õðÜñ÷åé. ÔåëéêÜ, ôá ðåéñÜìáôá êáé ôá óõìðåñÜóìáôÜ ôïõ åðéâåâáéþèçêáí áðü Üëëïõò áîéüëïãïõò åðéóôÞìïíåò, êáé ôï 1903 ôéìÞèçêå ìå ôï âñáâåßï Íüìðåë ãéá ôç ×çìåßá.

685

Ðåñßëçøç. Ïé áõèüñìçôåò áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò ÷ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá ôçí ðáñáãùãÞ çëåêôñéêïý ñåýìáôïò, ôï ïðïßï ìðïñåß íá Ý÷åé äéÜöïñåò åöáñìïãÝò. Ïé äéáôÜîåéò ìå ôéò ïðïßåò åðéôõã÷Üíåôáé áõôü ïíïìÜæïíôáé óõóóùñåõôÝò (ìðáôáñßåò). Óôá ãíùóôÜ óå üëïõò îçñÜ óôïé÷åßá, ç áíôßäñáóç ç ïðïßá ðáñÜãåé çëåêôñüíéá ðñáãìáôïðïéåßôáé óôï çëåêôñüäéï ôïõ øåõäáñãýñïõ. Ç áíôßäñáóç êáôÜ ôçí ïðïßá ðñïóëáìâÜíïíôáé çëåêôñüíéá ðñáãìáôïðïéåßôáé óôï çëåêôñüäéï ôïõ Üíèñáêá. Óå Ýíá óõóóùñåõôÞ ôïõ ôýðïõ ìïëýâäïõ–èåééêïý ïîÝïò ðñáãìáôïðïéåßôáé ìéá áíôßäñáóç ìå ìåôáëëéêü ìüëõâäï ðïõ ðáñÜãåé çëåêôñüíéá êáé ìßá ìå PbO2 ðïõ êáôáíáëþíåé çëåêôñüíéá. ÐïëëÝò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò äåí ðñáãìáôïðïéïýíôáé áõèüñìçôá, áëëÜ áðáéôïýí ôçí åöáñìïãÞ êÜðïéáò åîùôåñéêÞò åíÝñãåéáò ðñïêåéìÝíïõ íá ãßíåé äõíáôÞ ç Ýíáñîç ôçò áíôéäñÜóåùò. Óôçí ðåñßðôùóç üðïõ áõôÞ ç åîùôåñéêÞ åíÝñãåéá åßíáé êÜðïéï çëåêôñéêü ñåýìá, ç ðñáãìáôïðïéïýìåíç áíôßäñáóç áðïôåëåß

ôìÞìá ôçò äéáäéêáóßáò ðïõ ïíïìÜæåôáé çëåêôñüëõóç. Ç çëåêôñüëõóç ìðïñåß íá åöáñìïóèåß ãéá ôçí ðáñáãùãÞ ðïëëþí ïõóéþí, éäéáßôåñá ôùí ìåôÜëëùí. Áí ç äéáäéêáóßá ôçò çëåêôñïëýóåùò åöáñìüæåôáé åéäéêÜ ãéá ôçí åíáðüèåóç åíüò ìåôÜëëïõ áðü êÜðïéï äéÜëõìá, óôï ïðïßï ðåñéÝ÷ïíôáé ôá éüíôá ôïõ, ðÜíù óå êÜðïéï Üëëï ìåôáëëéêü áíôéêåßìåíï, ôüôå ç äéáäéêáóßá áõôÞ ïíïìÜæåôáé åðéìåôÜëëùóç (ãáëâáíéóìüò).

ÅëÝãîôå ôéò ãíþóåéò óáò. 1. Íá ãñÜøåôå ôéò ÷çìéêÝò åîéóþóåéò ãéá ôéò áíôéäñÜóåéò ôùí çìéóôïé÷åßùí ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé êáôÜ ôçí åêöüñôéóç åíüò óõóóùñåõôÞ ìïëýâäïõ–èåééêïý ïîÝïò (ðáñáãùãÞ ñåýìáôïò). Íá ãñÜøåôå ôéò áíôéäñÜóåéò ðïõ ðáñáãìáôïðïéïýíôáé êáôÜ ôçí åðáíáöüñôéóç. 2. Óå ôé äéáöÝñåé Ýíá êïéíü îçñü óôïé÷åßï áðü Ýíá óõóóùñåõôÞ ìïëýâäïõ–èåééêïý ïîÝïò;

Ðåñßëçøç êåöáëáßïõ Ïé áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò (redox) åßíáé áíôéäñÜóåéò ðïõ ó÷åôßæïíôáé ìå ôçí ðñüóëçøç êáé áðþëåéá çëåêôñïíßùí. Ôï ôìÞìá ôùí áíôéäñÜóåùí áõôþí ðïõ áöïñÜ óôçí áðþëåéá çëåêôñïíßùí ïíïìÜæåôáé ïîåßäùóç. Ôï ôìÞìá ðïõ áöïñÜ óôçí ðñüóëçøç ôùí çëåêôñïíßùí ïíïìÜæåôáé áíáãùãÞ. Ïé áíôéäñÜóåéò ïîåéäïáíáãùãÞò ìðïñïýí íá ðñáãìáôïðïéçèïýí åßôå áõèüñìçôá, êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò áíôéäñÜóåùò, åßôå Ýììåóá, ìå ôç ëåéôïõñãßá åíüò çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ, ôï ïðïßï ðáñÜãåé êÜðïéï çëåêôñéêü ñåýìá. Ìå ôç âïÞèåéá åíüò ðßíáêá ï ïðïßïò ðåñéÝ÷åé ôá äõíáìéêÜ ôùí çìéóôïé÷åßùí, åßíáé äõíáôüí íá ðñïâëÝøïìå áí êÜðïéá áíôßäñáóç ïîåéäïáíáãùãÞò ìðïñåß íá ðñáãìáôïðïéçèåß êáé ðñïò ðïéá êáôåýèõíóç èá ðñï÷ùñÞóåé. Õðü êáíïíéêÝò óõíèÞêåò, ïé ôéìÝò ôïõ ðßíáêá áõôïý

ïíïìÜæïíôáé ôéìÝò êáíïíéêþí äõíáìéêþí áíáãùãÞò êáé óõìâïëßæïíôáé ìå ôï ãñÜììá Åï. Îåêéíïýí áðü ìéá ìçäåíéêÞ ôéìÞ, ç ïðïßá Ý÷åé ïñéóèåß áõèáßñåôá ùò ç áíôßóôïé÷ç ôéìÞ Åï ôïõ çìéóôïé÷åßïõ 2Ç+ – Ç2. Ç óùóôÞ ãñáöÞ ôùí ÷çìéêþí åîéóþóåùí ôùí áíôéäñÜóåùí ïîåéäïáíáãùãÞò åðéôõã÷Üíåôáé ìå äýï äéáöïñåôéêÝò ìåèüäïõò. Ïé ìÝèïäïé áõôïß ðåñéëáìâÜíïõí (1) ôç äéáôýðùóç ôçò óõíïëéêÞò áíôéäñÜóåùò Þ (2) ôç óùóôÞ ãñáöÞ ôùí ÷çìéêþí åîéóþóåùí ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí çìéóôïé÷åßùí êáé, óôç óõíÝ÷åéá, ôïí õðïëïãéóìü ôùí çëåêôñïíßùí, ôùí éüíôùí õäñïãüíïõ êáé ôùí ìïñßùí ôïõ íåñïý ðïõ åìöáíßæïíôáé êáé óôéò äýï ðëåõñÝò ôçò óõíïëéêÞò áíôéäñÜóåùò ðïõ ðñïêýðôåé áðü ôçí ðñüóèåóç ôùí áíôéäñÜóåùí ôùí çìéóôïé÷åßùí.

ÅñùôÞóåéò êáé ðñïâëÞìáôá. 1. Íá ïñßóåôå ìå óõíôïìßá ôïõò üñïõò ïîåßäùóç êáé áíáãùãÞ. 2. Ôé óõìâáßíåé óå ìéá ïîåéäùôéêÞ ïõóßá, üôáí ïîåéäþíåé ìéáí Üëëç ïõóßá; 3. Áí Ýíá ïõäÝôåñï Üôïìï áðïêôÞóåé èåôéêü

öïñôßï, èá Ý÷åé ïîåéäùèåß Þ áíá÷èåß; Íá ãñÜøåôå ìéá ãåíéêÞ åîßóùóç áõôÞò ôçò ìåôáâïëÞò, ÷áñáêôçñßæïíôáò ôï ïõäÝôåñï Üôïìï ìå Ì. 4. ~Ïôáí Ýíá éüí ×– áðïêôÞóåé öïñôßï 2–, èá Ý÷åé

686

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

ïîåéäùèåß Þ áíá÷èåß; Íá ãñÜøåôå ìéá ãåíéêÞ åîßóùóç, ç ïðïßá íá ðáñéóôÜ ôç ìåôáâïëÞ. Ìéá ìÝèïäïò ãéá íá ó÷çìáôéóèåß ìåôáëëéêüò ÷áëêüò åßíáé íá áöåèåß Ýíá äéÜëõìá, ôï ïðïßï ðåñéÝ÷åé éüíôá Cu2+, íá óôÜæåé ðÜíù óå óßäçñï. ÃñÜøôå ôéò åîéóþóåéò ôùí äýï áíôéäñÜóåùí ôùí çìéóôïé÷åßùí ðïõ ðñáãìáôïðïéïýíôáé. Íá õðïôåèåß üôé ï óßäçñïò ãßíåôáé Fe2+. Óå ðïéá áíôßäñáóç çìéóôïé÷åßïõ èá ãßíåôáé ïîåßäùóç; Ôï ìåôáëëéêü íéêÝëéï áíôéäñÜ ìå éüíôá ÷áëêïý, Cu2+, êáé éüíôá õäñïãüíïõ, Ç+, áëëÜ ü÷é êáé ìå éüíôá Zn2+. Óôçí êáèåìéÜ áðü áõôÝò ôéò áíôéäñÜóåéò ó÷çìáôßæïíôáé éüíôá ìå öïñôßï 2+. Ìå áõôÜ ôá äåäïìÝíá íá åðåêôåßíåôå ôçí ôåëåõôáßá êáôÜôáîç ðïõ áíáöÝñåôáé óôçí ðáñáãñÜöï 24.6. Ðïéá èåñìïêñáóßá, óõãêÝíôñùóç êáé ðßåóç èá ðñÝðåé íá äéáôçñçèåß, áí ðñüêåéôáé íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ôá êáíïíéêÜ äõíáìéêÜ áíáãùãÞò ôùí áíôéäñÜóåùí çìéóôïé÷åßùí; Öáíôáóèåßôå Ýíá çëåêôñï÷çìéêü óôïé÷åßï, ôï ïðïßï áðïôåëåßôáé áðü Ýíá ðïôÞñé ðïõ ðåñéÝ÷åé äéÜëõìá èåééêïý ÷áëêïý êáé Ýíá çëåêôñüäéï ÷áëêïý óõíäåäåìÝíï ìå êÜðïéï Üëëï ðïôÞñé ðïõ ðåñéÝ÷åé äéÜëõìá íéôñéêïý áñãýñïõ êáé Ýíá çëåêôñüäéï áñãýñïõ. Óôï ðïôÞñé ìå ôï äéÜëõìá ôïõ èåééêïý ÷áëêïý ðñïóôßèåôáé íåñü. Ðïéåò áëëáãÝò èá ëÜâïõí ÷þñá óôï ñåýìá ôïõ óôïé÷åßïõ ìåôÜ ôçí ðñïóèÞêç ôïõ íåñïý; Ôé èá óõìâåß, áí âõèéóèåß Ýíá êïììÜôé ìåôáëëéêïý ÷áëêïý ìÝóá óå Ýíá äéÜëõìá éüíôùí Cr3+; Íá ôï åîçãÞóåôå ìå ôç âïÞèåéá ôùí äõíáìéêþí ôùí çìéóôïé÷åßùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óôï ðáñÜñôçìá 2. Ôé èá óõíÝâáéíå, áí ÷ñçóéìïðïéïýíôáí Ýíá êïõôÜëé áðü áëïõìßíéï ãéá ôçí áíÜäåõóç äéáëýìáôïò Fe(NO3)2; Ôé èá óõíÝâáéíå, áí Ýíá óéäåñÝíéï êïõôÜëé ÷ñçóéìïðïéïýíôáí ãéá ôçí áíÜäåõóç äéáëýìáôïò AlCl3; Áíáöåñèåßôå óôï ðáñÜñôçìá 2. Åßíáé äõíáôüí íá öõëá÷èåß äéÜëõìá 1M Fe2(SO4)3 ìÝóá óå Ýíá äï÷åßï áðü íéêÝëéï; Íá äéêáéïëïãÞóåôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðáñáñôÞìáôïò 2. Óõìðëçñþóôå ôéò åðüìåíåò åîéóþóåéò. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðáñáñôÞìáôïò 2, ðñïóäéïñßóôå ôï óõíïëéêü äõíáìéêü ôïõ êÜèå óôïé÷åßïõ êáé ðñïâëÝøôå áí ìðïñåß íá ðñáãìáôïðïéçèåß ç áíôßäñáóç.

13.

14.

15. 16. 17.

18.

19.

(á) Zn(óô) + Ag+ Õ (â) Cu(óô) + Ag+ Õ (ã) Sn(óô) + Fe2+ Õ (ä) Hg(õã) + H+ Õ Ná ãñÜøåôå ôéò áíôéäñÜóåéò ôùí çìéóôïé÷åßùí ãéá ôéò åðüìåíåò áíôéäñÜóåéò êáé íá ðñïóäéïñßóåôå ôç óõíïëéêÞ áíôßäñáóç. Ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ðáñáñôÞìáôïò 2, íá ðñïâëÝøåôå áí åßíáé äõíáôüí íá ðñáãìáôïðïéçèåß êÜðïéá áíôßäñáóç. AíáöÝñáôå ðïý âáóéóèÞêáôå ãéá ôéò ðñïâëÝøåéò óáò. (á) Mg(óô) + Sn2+Õ (â) Mn(óô) + Cs+ Õ (ã) Cu(óô) + Cl2 Õ (ä) Zn(óô) + Fe2+Õ (å) Fe(óô)+ Fe3+ Õ Aò õðïôåèåß üôé ïé ÷çìéêïß Ý÷ïõí óõìöùíÞóåé íá óõìâïëßæïõí ìå ìçäÝí ôçí ôéìÞ ôçò ðáñáêÜôù áíôéäñÜóåùò çìéóôïé÷åßïõ: É2(óô) + 2e– Õ 2É–(õä) (á) Ðïéá èá åßíáé ç ôéìÞ ôïõ Åo ôçò åðüìåíçò áíôéäñÜóåùò çìéóôïé÷åßïõ (÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôï ðáñÜñôçìá 2); Ía+(õä) + e– Õ Na(óô) (â) ÊáôÜ ðüóï èá ìåôáâëçèåß ôï óõíïëéêü äõíáìéêü ôçò åðüìåíçò áíôéäñÜóåùò; 2Ía(óô) + É2(óô) Õ 2Ía+(õä) + 2É–(õä) Ôé áñéèìü ïîåéäþóåùò Ý÷åé ï Üíèñáêáò á) óôï ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, â) óôï äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá, ã) óôï äéáìÜíôé; Íá ðñïóäéïñßóåôå ôïõò áñéèìïýò ïîåéäþóåùò ôïõ ïõñáíßïõ óôá UO3, U3O8, UO2 êáé UO. ~Ïôáí ôïðïèåôçèåß ÷áëêüò ìÝóá óå ðõêíü íéôñéêü ïîý, ÇÍÏ3, ó÷çìáôßæåôáé Ýíôïíïò áöñéóìüò, åðåéäÞ åêëýåôáé Ýíá êáóôáíÝñõèñï áÝñéï, ôï ïðïßï åßíáé ôï äéïîåßäéï ôïõ áæþôïõ, ÍÏ2. Ï ÷áëêüò åîáöáíßæåôáé êáé ôï Ü÷ñùìï äéÜëõìá ìåôáôñÝðåôáé óå ãáëáæïðñÜóéíï åî áéôßáò ôïõ ó÷çìáôéóìïý éüíôùí ÷áëêïý, Cu2+. Íá ãñÜøåôå ôç óõíïëéêÞ éïíôéêÞ åîßóùóç áõôÞò ôçò áíôéäñÜóåùò ÷ñçóéìïðïéþíôáò ôéò áíôéäñÜóåéò ôùí çìéóôïé÷åßùí. ×ñçóéìïðïéÞóôå ôïõò áñéèìïýò ïîåéäþóåùò, ãéá íá ãñÜøåôå óùóôÜ ôç ÷çìéêÞ åîßóùóç ôçò áíôéäñÜóåùò ðïõ ðñáãìáôïðïéåßôáé óå üîéíï äéÜëõìá, áíÜìåóá óå éüíôá äéóèåíïýò óéäÞñïõ, Fe2+, êáé õðåñìáããáíéêÜ éüíôá, MnO4–, ãéá ôï ó÷çìáôéóìü éüíôùí ôñéóèåíïýò óéäÞñïõ, Fe3+, êáé éüíôùí ìáããáíßïõ, Mn2+. Ìå ôç âïÞèåéá ôùí áñéèìþí ïîåéäþóåùò, íá

687

ãñÜøåôå óùóôÜ ìéá ÷çìéêÞ åîßóùóç ãéá êÜèå ìéá áðü ôéò åðüìåíåò áíôéäñÜóåéò: (á) HBr + H2SO4 äßíåé SO2 + Br2 + H2O (â) ÍÏ3– + Cl– + H+ äßíåé ÍÏ + Cl2 + H2O (ã) Zn + NO3– + H+ äßíåé Zn2+ + NO2 + H2O (ä) BrO– äßíåé Br– + BrO3– 20. Äåßîôå üôé åêôüò áðü ôïõò ãíùóôïýò áñéèìïýò ïîåéäþóåùò åßíáé äõíáôüí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí êáé Üëëïé áñéèìïß ãéá ôç óùóôÞ ãñáöÞ ôçò ÷çìéêÞò åîéóþóåùò ôçò áíôéäñÜóåùò ôçò áóêÞóåùò 18. Ãéá ôï óêïðü áõôü õðïèÝóôå üôé ï áñéèìüò ïîåéäþóåùò ôïõ ìáããáíßïõ óôï MnO4– åßíáé 2+. Óõãêñßíáôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò ìå áõôÞí ðïõ äþóáôå óôçí Üóêçóç 18. 21. Íá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ôéò áíôéäñÜóåéò ôùí çìéóôïé÷åßùí ôïõ ðáñáñôÞìáôïò 2 ãéá íá ãñÜøåôå óùóôÜ ÷çìéêÝò åîéóþóåéò ãéá êÜèå ìéá áðü ôéò åðüìåíåò áíôéäñÜóåéò:

(á) Ç2Ï2 + É– + Ç+ äßíåé Ç2Ï + É2 (â) Cr2O72– + Fe2+ + H+ äßíåé Cr3+ + Fe3+ + H2O (ã) Cu + NO3– + H+ äßíåé Cu2+ + NO + H2O (ä) MnO4– + Sn2+ + H+ äßíåé Mn2+ + Sn4+ + H2O 22. Áí èÝëåôå íá åðáñãõñþóåôå åê íÝïõ Ýíá áóçìÝíéï êïõôáëÜêé, èá ôï ôïðïèåôÞóåôå ùò Üíïäï Þ ùò êÜèïäï óå êÜðïéï óôïé÷åßï; Ãéá íá äéêáéïëïãÞóåôå ôçí áðÜíôçóÞ óáò ÷ñçóéìïðïéÞóôå áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí. Ðüóá moles çëåêôñïíßùí ÷ñåéÜæïíôáé, ãéá íá åðéêáèÞóåé Ýíá ãñáììÜñéï Ag; 23. ÊáôÜ ôçí çëåêôñüëõóç õäáôéêïý âñùìéïý÷ïõ ÷áëêïý, óôï Ýíá çëåêôñüäéï áðïôßèåíôáé 0,500 ãñáììÜñéá ÷áëêïý. Ðüóá ãñáììÜñéá âñùìßïõ ó÷çìáôßæïíôáé óôï Üëëï çëåêôñüäéï; Íá ãñÜøåôå ôéò áíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí ôçò áíüäïõ êáé ôçò êáèüäïõ.

ÐÁÑÁÑÔÇÌÁÔÁ

690

ÐÁÑÁÑÔÇÌÁ 1 Ó÷åôéêÞ éó÷ýò ôùí ïîÝùí Óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá êáé èåñìïêñáóßá äùìáôßïõ

(õä)

Ïîý õðåñ÷ëùñéêü ïîý õäñïúùäéêü ïîý (õäñïúþäéï) õäñïâñùìéêü ïîý (õäñïâñþìéï) õäñï÷ëùñéêü ïîý (õäñï÷ëþñéï) íéôñéêü ïîý èåééêü ïîý ïîáëéêü ïîý èåéþäåò ïîý (SO2 + H2O) üîéíï èåééêü éüí öùóöïñéêü ïîý õäñïôåëëïýñéï õäñïöèïñéêü ïîý (õäñïöèüñéï) íéôñþäåò ïîý õäñïóåëÞíéï âåíæïúêü ïîý üîéíï ïîáëéêü éüí ïîéêü ïîý éüí õäñïôåëëïõñßïõ áíèñáêéêü ïîý (CO2 + H2O) õäñüèåéï äéóüîéíï öùóöïñéêü éüí üîéíï èåéþäåò éüí éüí áììùíßïõ üîéíï áíèñáêéêü éüí õðåñïîåßäéï ôïõ õäñïãüíïõ ìïíï‐üîéíï öùóöïñéêü éüí üîéíï èåéïý÷ï éüí íåñü õäñïîýëéï áììùíßá

Éó÷ýò ðïëý éó÷õñü

(õä)

Áíôßäñáóç

ÊÁ ðïëý ìåãÜëç ðïëý ìåãÜëç ðïëý ìåãÜëç ðïëý ìåãÜëç ðïëý ìåãÜëç

ðïëý éó÷õñü éó÷õñü

ìåãÜëç

-

éó÷õñü áóèåíÝò

áóèåíÝò ðïëý áóèåíÝò

ðïëý áóèåíÝò

ðïëý ìéêñÞ

691

ÐÁÑÁÑÔÇÌÁ 2 ÊáíïíéêÜ äõíáìéêÜ áíáãùãÞò ôùí çìé-áíôéäñÜóåùí ÉïíôéêÝò óõãêåíôñþóåéò = 1 Ì óå íåñü, èåñìïêñáóßá = 25 ïC

Åï (volts)

Çìé-áíôßäñáóç

Éó÷ýò üôáí áíôéäñïýí ùò ïîåéäùôéêÜ ìÝóá ðïëý éó÷õñÜ ïîåéäùôéêÜ ìÝóá

Éó÷ýò üôáí áíôéäñïýí ùò áíáãùãéêÜ ìÝóá ðïëý áóèåíÞ áíáãùãéêÜ ìÝóá

(á)

(óô) (á)

áõîáíüìåíç éó÷ýò áíáãùãéêþí ìÝóùí

(óô) (á) (á) (á) (óô)

(óô) (á) (óô)

áõîáíüìåíç éó÷ýò ïîåéäùôé‐ êþí ìÝóùí

áóèåíÞ ïîåéäùôéêÜ ìÝóá

(óô) (óô) (á)

(á) (á) (óô) (óô) (óô) (óô) (á) (á) (óô) (óô) (á) (óô) (óô) (á)

ðïëý áóèåíÞ ïîåéäùôéêÜ ìÝóá

(óô) (óô) (óô) (óô) (óô) (óô) (óô) (óô) (óô) (óô) (óô)

ðïëý éó÷õñÜ áíáãùãéêÜ ìÝóá

692

ÐÁÑÁÑÔÇÌÁ 3 ÁôïìéêÝò ìÜæåò ôùí óôïé÷åßùí

Óôïé÷åßï Áêôßíéï Áñãßëéï Áìåñßêéï Áíôéìüíéï Áñãü Áñóåíéêü ¢óôáôï ÂÜñéï ÌðåñêÝëéï Âçñýëëéï Âéóìïýèéï Âüñéï Âñþìéï ÊÜäìéï ÁóâÝóôéï Êáëéöüñíéï ¢íèñáêáò ÄçìÞôñéï Êáßóéï ×ëþñéï ×ñþìéï ÊïâÜëôéï ×áëêüò Êéïýñéï Äõóðñüóéï ÁúíóôÜúíéï ¸ñâéï Åõñþðéï ÖÝñìéï Öèüñéï ÖñÜãêéï Ãáäïëßíéï ÃÜëëéï ÃåñìÜíéï ×ñõóüò ¢öíéï ¹ëéï ¼ëìéï Õäñïãüíï ºíäéï Éþäéï Éñßäéï Óßäçñïò Êñõðôü ËáíèÜíéï ËùñÝíóéï Ìüëõâäïò Ëßèéï

Óýìâïëï

Áôïìéêüò áñéèìüò

ÁôïìéêÞ ìÜæá

693

Óôïé÷åßï

Óýìâïëï

Áôïìéêü áñéèìüò

ÁôïìéêÞ ìÜæá

ËïõôÞôéï ÌáãíÞóéï ÌáããÜíéï ÌåíôåëÝâéï ÕäñÜñãõñïò ÌïëõâäÝíéï Íåïäýìéï ÍÝï Ðïóåéäþíéï ÍéêÝëéï Íéüâéï ¢æùôï ÍïìðÝëéï ¼óìéï Ïîõãüíï ÐáëëÜäéï Öþóöïñïò Ëåõêü÷ñõóïò Ðëïõôþíéï Ðïëþíéï ÊÜëéï Ðñáóåïäýìéï ÐñïìÞèåéï Ðñùôáêôßíéï ÑÜäéï Ñáäüíéï ÑÞíéï Ñüäéï Ñïõâßäéï ÑïõèÞíéï ÓáìÜñéï ÓêÜíäéï ÓåëÞíéï Ðõñßôéï ¢ñãõñïò ÍÜôñéï Óôñüíôéï Èåßï ÔáíôÜëéï Ôå÷íÞôéï Ôåëëïýñéï ÔÝñâéï ÈÜëëéï Èüñéï Èïýëéï Êáóóßôåñïò ÔéôÜíéï ÂïëöñÜìéï Þ ÔïíãêóôÝíéï ÏõñÜíéï ÂáíÜäéï ÎÝíï ÕôôÝñâéï ¾ôôñéï ØåõäÜñãõñïò Æéñêüíéï

Ìå âÜóç ôçí áôïìéêÞ ìÜæá ôïõ C12 12.000. Ïé ôéìÝò óôéò ðáñåíèÝóåéò áíôéóôïé÷ïýí óôá ðéï óôáèåñÜ ãíùóôÜ éóüôïðá ôùí óôïé÷åßùí, ôá ïðïßá äåí õðÜñ÷ïõí óôç öýóç.

694

ÐÁÑÁÑÔÇÌÁ 4 ÇëåêôñïíéáêÞ äéÜôáîç ôùí óôïé÷åßùí Ôñï÷éáêÜ Õäñïãüíï ¹ëéï Ëßèéï Âçñýëëéï Âüñéï ¢íèñáêáò ¢æùôï ¼îïãïíï Öèüñéï ÍÝï ÍÜôñéï ÌáãíÞóéï Áñãßëéï Ðõñßôéï Öþóöïñïò Èåßï ×ëþñéï Áñãü ÊÜëéï ÁóâÝóôéï ÓêÜíäéï ÔéôÜíéï ÂáíÜäéï ×ñþìéï ÌáããÜíéï Óßäçñïò ÊïâÜëôéï ÍéêÝëéï ×áëêüò ØåõäÜñãõñïò ÃÜëëéï ÃåñìÜíéï Áñóåíéêü ÓåëÞíéï Âñþìéï Êñõðôü Ñïõâßäéï Óôñüíôéï ¾ôôñéï Æéñêüíéï Íéüâéï ÌïëõâäÝíéï Ôå÷íÞôéï ÑïõèÞíéï Ñüäéï ÐáëëÜäéï ¢ñãõñïò ÊÜäìéï ºíäéï

695

Ôñï÷éáêÜ Êáóóßôåñïò Áíôéìüíéï Ôåëëïýñéï Éþäéï ÎÝíï Êáßóéï ÂÜñéï ËáíèÜíéï ÄçìÞôñéï Ðñáóåïäýìéï Íåïäýìéï ÐñïìÞèåéï ÓáìÜñéï Åõñþðéï Ãáäïëßíéï ÔÝñâéï Äõóðñüóéï ¼ëìéï ¸ñâéï Èïýëéï ÕôôÝñâéï ËïõôÞôéï ¢öíéï ÔáíôÜëéï ÂïëöñÜìéï ÑÞíéï ¼óìéï Éñßäéï Ëåõêü÷ñõóïò ×ñõóüò ÕäñÜñãõñïò ÈÜëëéï Ìüëõâäïò Âéóìïýèéï Ðïëþíéï ¢óôáôï Ñáäüíéï ÖñÜãêéï ÑÜäéï Áêôßíéï Èüñéï Ðñùôáêôßíéï ÏõñÜíéï Ðïóåéäþíéï Ðëïõôþíéï Áìåñßêéï Êéïýñéï ÌðåñêÝëéï Êáëéöüñíéï ÁúíóôÜúíéï ÖÝñìéï ÌåíôåëÝâéï ÍïìðÝëéï ËùñÝíóéï

696

ÐÁÑÁÑÔÇÌÁ 5 Ïíüìáôá, ôýðïé êáé öïñôßá ìåñéêþí áðü ôá êïéíÜ éüíôá

ÈåôéêÜ éüíôá (êáôéüíôá) Áñãßëéï Áììþíéï ÂÜñéï ÁóâÝóôéï ×ñþìéï (ÉÉ) ×ñþìéï (ÉÉÉ) ×áëêüò (É)* ×áëêüò (ÉÉ) Õäñïãüíï Óßäçñïò (ÉÉ)* Óßäçñïò (ÉÉÉ) Ìüëõâäïò Ëßèéï ÌáãíÞóéï ÌáããÜíéï (ÉÉ) ÕäñÜñãõñïò (É)* ÕäñÜñãõñïò (ÉÉ) ÊÜëéï ¢ñãõñïò ÍÜôñéï Êáóóßôåñïò (ÉÉ)* Êáóóßôåñïò (IV) ØåõäÜñãõñïò

ÁñíçôéêÜ éüíôá (áíéüíôá) Ïîéêü Âñùìéïý÷ï Áíèñáêéêü ¼îéíï áíèñáêéêü ×ëùñéêü ×ëùñéïý÷ï ×ëùñéþäåò ×ñùìéêü Äé÷ñùìéêü Öèïñéïý÷ï Õäñïîåßäéï Õðï÷ëùñéþäåò Éùäéïý÷ï Íéôñéêü Íéôñþäåò Ïîáëéêü ¼îéíï ïîáëéêü Õðåñ÷ëùñéêü Õðåñìáããáíéêü Öùóöïñéêü Ìïíï‐üîéíï öùóöïñéêü Èåééêü ¼îéíï èåééêü Èåéïý÷ï ¼îéíï èåéïý÷ï Èåéþäåò ¼îéíï èåéþäåò

* Óôá õäáôéêÜ ôïõò äéáëýìáôá ïîåéäþíïíôáé åýêïëá áðü ôïí áÝñá. Óçìåßùóç: Óôéò éïíôéêÝò åíþóåéò ï ó÷åôéêü áñéèìüò ôùí èåôéêþí êáé ôùí áñíçôéêþí éüíôùí åßíáé ôÝôïéïò, þóôå ôï óýíïëï ôùí çëåêôñéêþí öïñôßùí ôïõò íá éóïýôáé ìå ìçäÝí.

697

ÐÁÑÁÑÔÇÌÁ 6 Äéáëõôüôçôá ãíùóôþí ÷çìéêþí åíþóåùí óôï íåñü

ÈåôéêÜ éüíôá (êáôéüíôá)

+

ÁñíçôéêÜ éüíôá (áíéüíôá)

Éüíôá ôùí áëêáëßùí

¼ëá

Ó÷çìáôßæïõí

Åíþóåéò ìå äéáëõôüôçôá ÄéáëõôÜ

Li+, Na+ K+, Rb+, Cs+, Fr+

¼ëá

Éüí õäñïãüíïõ Ç+(õä)

ÄéáëõôÜ

¼ëá

Éüí áììùíßïõ ÍÇ4+

ÄéáëõôÜ

ÍéôñéêÜ ÍÏ3-

¼ëá

ÄéáëõôÜ

ÏîéêÜ CH3COO-

¼ëá

ÄéáëõôÜ

×ëùñéïý÷á, CIÂñùìéïý÷á, ÂrÉùäéïý÷á, É-

}

Ág+, Pb+2, Hg2 2+, Cu+ ¼ëá ôá õðüëïéðá Ág+, Pb+2, Hg2 2+, Pb2+

ÈåééêÜ SO42-

2-

Èåéïý÷á S

Éüíôá ôùí áëêáëßùí Ç+(õä), NH4+, Be2+ Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+

ÄéáëõôÜ

Éüíôá ôùí áëêáëßùí Ç+(õä), NH4+, Sr2+, Ba2+

}

ÌéêñÞ äéáëõôüôçôá ÄéáëõôÜ

¼ëá ôá õðüëïéðá ÖùóöïñéêÜ ÑÏ43ÁíèñáêéêÜ CO32Èåéþäç SO32-

ÄéáëõôÜ

¼ëá ôá õðüëïéðá

¼ëá ôá õðüëïéðá Õäñïîåßäéá ÏÇ-

ÌéêñÞ äéáëõôüôçôá

Éüíôá ôùí áëêáëßùí Ç+ (õä), NH4+ ¼ëá ôá õðüëïéðá

ÄéáëõôÜ ÌéêñÞ äéáëõôüôçôá ÄéáëõôÜ ÌéêñÞ äéáëõôüôçôá ÄéáëõôÜ ÌéêñÞ äéáëõôüôçôá

698

ÐÁÑÁÑÔÇÌÁ 7 Ðßíáêáò ìïíÜäùí ìåôñÞóåùò

ÌÞêïò

ÌÜæá

¼ãêïò

ÌïíÜäá

ÔéìÞ

Óýìâïëï

ÔÜîç ìåãÝèïõò

÷éëéüìåôñï

1000 m

km

8 ïéêïäïìéêÜ ôåôñÜãùíá

ìÝôñï

ìïíÜäá

m

ýøïò åíüò øÞêôç íåñïý

åêáôïóôüìåôñï

0,01 m

cm

áêôßíá êÝñìáôïò äÝêá äñá÷ìþí

÷éëéïóôüìåôñï

0,001 m

mm

ðÜ÷ïò ëåðôïý íïìßóìáôïò

÷éëéüãñáììï

ìïíÜäá

kg

ìÜæá äï÷åßïõ ðïõ åßíáé ãåìÜôï ìå ëÜäé áõôïêéíÞôïõ

ãñáììÜñéï

0,001 kg

g

ìÜæá äï÷åßïõ ðïõ åßíáé ãåìÜôï ìå ëÜäé áõôïêéíÞôïõ

÷éëéïóôüãñáììï

0,001 g

mg

ìÜæá äÝêá êüêêùí áëáôéïý

êõâéêü ìÝôñï ëßôñï

ìïíÜäá 0,001 m3

m3 l

üãêïò ôñéþí ëïõôÞñùí üãêïò åíüò äï÷åßïõ ëáäéïý áõôïêéíÞôïõ

êõâéêü åêáôïóôüìåôñï

0,000001 m3

cm3

÷éëéïóôüëéôñï

0,001 l

ml cm3 =ml

ÅíÝñãåéá

Joule

ìïíÜäá

J

}

üãêïò äýï êåñìÜôùí äÝêá äñá÷ìþí

åíÝñãåéá ðïõ áðáéôåßôáé ãéá ôçí áíýøùóç ôçò èåñìïêñáóßáò ìéáò óôáãüíáò íåñïý êáôÜ 5 ïC

Oñéóìïß ïñéóìÝíùí èåìåëéùäþí ìïíÜäùí ÌÞêïò: ìÝôñï Ôï ìÝôñï (m) åßíáé ìïíÜäá ìÞêïõò êáé éóïýôáé ìå 1.650.763.73 ìÞêç êýìáôïò ôïõ ðïñôïêáëÝñõèñïõ öùôüò ôçò ðïñôïêáëÝñõèñçò áêôéíïâïëßáò ðïõ åêðÝìðåôáé áðü êñõðôü‐ 86, óå êåíü.

×ñüíïò: äåõôåñüëåðôï Ôï äåõôåñüëåðôï (s) åßíáé ßóï ìå ôç äéÜñêåéá 9.192.631.770 ðåñéüäùí ôçò áêôéíïâïëßáò ðïõ áíôéóôïé÷åß óôç ìåôÜðôùóç ìåôáîý äýï õðåñëÝðôùí åðéðÝäùí ôçò âáóéêÞò êáôáóôÜóåùò ôïõ áôüìïõ ôïõ êåóßïõ‐133.

ÌÜæá: ÷éëéüãñáììï Ôï ÷éëéüãñáììo (kg) åßíáé ìïíÜäá ìÜæáò ßóç ìå ôç ìÜæá ôïõ äéåèíïýò ðñùôïôýðïõ ôïõ ÷éëéïãñÜììïõ (ðïõ âñßóêåôáé óôéò ÓÝâñåò ôçò Ãáëëßáò).

Ðïóüôçôá ïõóßáò: mole Ôï mole (mol) åßíáé ç ðïóüôçôá ïõóßáò åíüò óõóôÞìáôïò ðïõ ðåñéÝ÷åé ôüóá óùìáôßäéá üóá Üôïìá õðÜñ÷ïõí óå 0,012 ÷éëéüãñáììá Üíèñáêá‐12.

ÈåñìïäõíáìéêÞ èåñìïêñáóßá: Kelvin To Kelvin åßíáé ßóï ìå ôï 1/273,16 ôçò èåñìïäõíáìéêÞò èåñìïêñáóßáò ôïõ ôñéðëïý óçìåßïõ ôïõ íåñïý.

699

ÐÁÑÁÑÔÇÌÁ 8 ÅéóáãùãÞ óôï åñãáóôÞñéï Èá ðñÝðåé íá ìåëåôÞóåôå êáé íá áöïìïéþóåôå ôéò ïäçãßåò ó÷åôéêÜ ìå ôï åñãáóôÞñéï ðïõ áíáöÝñïíôáé ðáñáêÜôù, ðñïêåéìÝíïõ íá åîáóöáëßóåôå ôçí êáëýôåñç êáé áóöáëÝóôåñç áîéïðïßçóç ôïõ ÷ñüíïõ ðïõ èá äéáèÝóåôå ãéá åñãáóôçñéáêÞ ìÝëåôç. ÌåôÜ áðü ôéò ïäçãßåò ãéá ôï åñãáóôÞñéï áêïëïõèïýí öùôïãñáößåò ôùí ðåñéóóïôÝñùí áðü ôá üñãáíá êáé ôéò óõóêåõÝò ðïõ èá ÷ñçóéìïðïéÞóåôå.

Ïäçãßåò ãéá ôï åñãáóôÞñéï. 1. Åßíáé óçìáíôéêü íá Ý÷åôå ðÜíôá óôï íïõ óáò üôé ôï åñãáóôÞñéï åßíáé ÷þñïò ãéá óïâáñÞ åñãáóßá. 2. ÌÝóá óôï åñãáóôÞñéï äåí åðéôñÝðåôáé íá êÜíåôå ïðïéïõäÞðïôå åßäïõò ÷ïíäñïåéäÞ áóôåßá Þ ÷åéñïíïìßåò. Ìßá öÜñóá åýêïëá ìðïñåß íá êáôáëÞîåé óå ôñáõìáôéóìïýò Þ åãêáýìáôá. 3. Íá öïñÜôå ðñïóôáôåõôéêÜ ãõáëéÜ, üðïôå õðÜñ÷åé ðåñßðôùóç íá ðÝóåé êÜðïéá èåñìÞ Þ êáõóôéêÞ ÷çìéêÞ ïõóßá óôá ìÜôéá óáò. ~Åóôù êáé áí åóåßò äåí êÜíåôå êÜôé åðéêßíäõíï, íá ðñïóÝ÷åôå ôé êÜíïõí ïé óõììáèçôÝò óáò óå êïíôéêÝò èÝóåéò. ÌåñéêÝò öïñÝò áðü Ýíá äïêéìáóôéêü óùëÞíá ðïõ õðåñèåñìáßíåôáé, ìðïñåß íá åêôïîåõèåß êáõôü õëéêü, áêüìç êáé óå áðüóôáóç äýï–ôñéþí ìÝôñùí. Óå ïñéóìÝíá êñÜôç ï íüìïò åðéâÜëëåé íá öïñïýí ïé ìáèçôÝò ãõáëéÜ êáè’ üëç ôç äéÜñêåéá ôùí åñãáóôçñéáêþí áóêÞóåùí. 4. Íá ðñïåôïéìÜæåóôå ðÜíôá ãéá ôçí åñãáóôçñéáêÞ óáò áðáó÷üëçóç äéáâÜæïíôáò ôéò ïäçãßåò ôïõ ðåéñÜìáôïò ðñéí ðÜôå óôï åñãáóôÞñéï. Ãéá íá åîïéêïíïìÞóåôå ÷ñüíï óôï åñãáóôÞñéï, êáëüí åßíáé íá Ý÷åôå åê ôùí ðñïôÝñùí êáôáñôßóåé ôïõ ðßíáêåò ãéá ôçí êáôáãñáöÞ ôùí áðïôåëåóìÜôùí óôï ôåôñÜäéü óáò. 5. Âåâáéùèåßôå üôé êáôáíïÞóáôå ôï óêïðü ôïõ ðåéñÜìáôïò, áëëÜ êáé ïðïéáäÞðïôå åéäéêÞ ðñïåéäïðïßçóç, ðñéí áñ÷ßóåôå íá åñãÜæåóôå. Áêïëïõèåßôå ôéò ïäçãßåò ðïëý ðñïóåêôéêÜ. Áí èÝëåôå íá ôñïðïðïéÞóåôå êÜðïéá ïäçãßá âåâáéùèåßôå üôé, ðñïôïý ðñï÷ùñÞóåôå, ðÞñáôå ôçí Ýãêñéóç ôïõ êáèçãçôÞ óáò. 6. Áðáãïñåýïíôáé ôá ðåéñÜìáôá ÷ùñßò ðñïçãïýìåíç Ýãêñéóç. ÐïôÝ íá ìçí áíáìéãíýåôå äéÜöïñá õëéêÜ, ãéá íá äåßôå ôé èá óõìâåß. Ïé óõíÝðåéåò ìðïñåß íá åßíáé ôñáãéêÝò. ÐñÝðåé íá Ý÷åôå ôï èÜññïò íá ðñïôåßíåôå êáé íá åêôåëåßôå íÝá ðåéñÜìáôá, áëëÜ ðñéí áðü ôçí åêôÝëåóÞ ôïõò ðñÝðåé íá êÜíåôå óáöÞ ôá ó÷ÝäéÜ óáò êáé íá óõíåñãÜæåóôå ìå ôïí êáèçãçôÞ óáò. 7. Ìéá êáëÞ éäÝá åßíáé íá öïñÜôå óôï åñãáóôÞñéï ìßá ëáóôé÷Ýíéá Þ ðëáóôéêÞ ðïäéÜ, ãéá íá ðñïóôáôåýåôå ôá ñïý÷á óáò. 8. Áí ðÝóåé ïîý Þ êÜðïéï Üëëï êáõóôéêü õãñü ðÜíù óôï äÝñìá óáò, ìçí

700

ðáíéêïâëçèåßôå. ÓôáìáôÞóôå ïôéäÞðïôå êÜíåôå êáé ðëýíôå ôï äÝñìá óáò áìÝóùò ìå ðïëý íåñü. Ðçãáßíåôå ãñÞãïñá, ÷ùñßò íá ôñÝîåôå, ðñïò ôç âñýóç. 9. Áí óôï åñãáóôÞñéï öïñÜôå ôá ãõáëéÜ óáò, õðÜñ÷ïõí ëßãåò ðéèáíüôçôåò íá ðÝóïõí óôá ìÜôéá óáò ÷çìéêÝò ïõóßåò. Áí ðáñ’ üëá áõôÜ ðÝóåé êÜðïéá ÷çìéêÞ ïõóßá óôá ìÜôéá óáò, îåðëýíôå ôá áìÝóùò ìå Üöèïíï íåñü. Åßôå óêýøôå ôï êåöÜëé óáò, þóôå ôï íåñü íá ðÝöôåé êáô’ åõèåßáí óôá ìÜôéá óáò, åßôå ñßîôå åðáíåéëçììÝíùò íåñü óå áõôÜ. 10. Ná ìçí äïêéìÜæåôå êáé íá ìçí áããßæåôå ÷çìéêÝò ïõóßåò Þ äéáëýìáôÜ ôïõò, ðáñÜ ìüíï áí óáò æçôÞóïõí íá ôï êÜíåôå. ÊÜðïéåò öáéíïìåíéêÜ áèþåò ÷çìéêÝò ïõóßåò ìðïñåß íá åßíáé åîáéñåôéêÜ åñåèéóôéêÝò ãéá ïñéóìÝíá Üôïìá. 11. Áí èÝëåôå íá åîáêñéâþóåôå ôçí ïóìÞ ìéáò ïõóßáò, ìçí åéóðíåýóåôå êáô’ åõèåßáí ôïõò áôìïýò ôçò. Áíïßîôå ðñïóåêôéêÜ ôï äï÷åßï êáé ìå ôç âïÞèåéá ôïõ ÷åñéïý óáò óðñþîôå ðñïò ôç ìýôç óáò áðü ôï ðÜíù ìÝñïò ôïõ äï÷åßïõ ëßãïõò áðü ôïõò áôìïýò ôçò ïõóßáò. 12. Áí èåñìÜíáôå ãõÜëéíá óêåýç, áöÞóôå ôá áñêåôÞ þñá íá êñõþóïõí ðñéí íá ôá ðéÜóåôå. Ç ßäéá óõìâïõëÞ éó÷ýåé êáé ãéá ëý÷íïõò Þ ìåôáëëéêïýò äáêôõëßïõò ôïðïèåôçìÝíïõò åðÜíù óå ïñèïóôÜôåò. Íá ðåñéìÝíåôå ðÜíôá íá êñõþóåé Ýíáò äáêôýëéïò, ãéá íá ñõèìßóåôå ôç èÝóç ôïõ åðÜíù óôïí ïñèïóôÜôç. 13. Ìçí ÷ñçóéìïðïéåßôå åýöëåêôá õëéêÜ êïíôÜ óå öëüãá. Áí áíáöëåãåß ìéêñÞ ðïóüôçôá êÜðïéáò åýöëåêôçò ïõóßáò ôïðïèåôçìÝíçò ìÝóá óå äïêéìáóôéêü óùëÞíá Þ ðïôÞñé, èá ðñÝðåé Þ íá ôçí áöÞóåôå íá êáåß Þ íá óêåðÜóôå ôï äï÷åßï ìå Ýíá ãõÜëéíï äßóêï Þ ìå Ýíá êïììÜôé ÷áñôüíé. Áí ðñüêåéôáé ãéá êÜôé ðïõ äåí åßíáé åýêïëï íá ôï áíôéìåôùðßóåôå êáô’ áõôüí ôïí ôñüðï, áðïìáêñõíèåßôå áìÝóùò êáé öÝñôå Ýíáí ðõñïóâåóôÞñá. 14. Áí êÜðïéåò ïõóßåò Ý÷ïõí äõóÜñåóôç ïóìÞ Þ åêðÝìðïõí äçëçôçñéþäåéò Þ êáõóôéêïýò áôìïýò, èá ðñÝðåé íá ôéò ÷ñçóéìïðïéÞóåôå ìÝóá óå åéäéêÞ åóôßá. 15. Íá äéáâÜæåôå ðñïóåêôéêÜ ôéò åôéêÝôåò óôéò öéÜëåò ôùí áíôéäñáóôçñßùí

ðñéí êÜíåôå ÷ñÞóç ôïõ ðåñéå÷ïìÝíïõ ôïõò. 16. ÐïôÝ íá ìçí áäåéÜæåôå ðßóù óôéò öéÜëåò ïðïéåóäÞðïôå ÷çìéêÝò ïõóßåò ðïõ ðåñßóóåøáí. Áí êáôÜ ôý÷ç ìåôáããßóáôå ðåñéóóüôåñç ïõóßá áðü üóç ÷ñåéÜæåóôå, ÷ñçóéìïðïéÞóôå üóç èÝëåôå êáé ôçí õðüëïéðç ðåôÜîôå ôçí óôï íåñï÷ýôç Þ ñßîôå ôçí ìÝóá óå êÜðïéï âÜæï üðïõ óõëëÝãåôå ôá Ü÷ñçóôá. Áêüìç êáé áí åßóôå óßãïõñïé üôé ðñüêåéôáé ãéá ôçí åðß ðëÝïí áñ÷éêÞ êáèáñÞ ÷çìéêÞ ïõóßá óáò, ìðïñåß íá ìçí åßíáé êáèáñü ôï äï÷åßï üðïõ ôç ìåôáããßóáôå. Óôïé÷ßæåé ðïëý ëéãüôåñï íá ðåôÜîåôå ôçí åðß ðëåüí ðïóüôçôá ðáñÜ íá ôçí îáíáñßîåôå óôï äï÷åßï, ìå êßíäõíï íá ñõðÜíåôå ïëüêëçñï ôï ðåñéå÷üìåíï ôïõ äï÷åßïõ. 17. ÐïôÝ íá ìçí ðåôÜôå ïðïéáäÞðïôå óôåñåÜ ïõóßá (÷áñôß, óðßñôá, êïììÜôéá áðü ìÝôáëëï Þ ãõáëß, Þ êáé êÜèå Üëëç áäéÜëõôç Þ äõóäõÜëõôç ïõóßá) ìÝóá óôï íåñï÷ýôç. ~Åôóé öñÜóóåé ç áðï÷Ýôåõóç êáé èá ðñÝðåé êÜðïéïò íá ôçí áðïöñÜîåé. 18. Ìßá êáèáñÞ èÝóç åñãáóßáò åßíáé ðéï áóöáëÞò áðü Ýíá âñþìéêï êáé áêáôÜóôáôï ðÜãêï. Áí ÷ýóåôå êÜôé ðÜíù óôïí ðÜãêï óáò Þ óå ïðïéïíäÞðïôå ðÜãêï óêïõðßóôå ôï áìÝóùò. Áí ðñüêåéôáé ãéá êáõóôéêÞ ïõóßá óõìâïõëåõèåßôå ðñþôá ôïí êáèçãçôÞ óáò.

701

19. ~Ïôáí îåêéíÜ Ýíáò êýêëïò åñãáóôçñéáêþí ìåëåôþí, óáò äßíïíôáé êáèáñÜ óêåýç (üñãáíá). Óôï ôÝëïò ôïõ êýêëïõ âåâáéùèåßôå üôé åðéóôñÝøáôå üëá ôá óêåýç üóï ôï äõíáôüí ðéï êáèáñÜ óôçí áñ÷éêÞ ôïõò èÝóç, þóôå áõôüò ðïõ èá åñãáóèåß ìåôÜ áðü åóÜò, íá âñåé êáèáñü ôïí åîïðëéóìü ôïõ. Êáèáñßóôå ôï íåñï÷ýôç óáò êáé áöÞóôå ôïí ðÜãêï åñãáóßáò Ýôïéìï ãéá ôçí åðüìåíç ïìÜäá. 20. Íá ÷ñçóéìïðïéåßôå äåñìÜôéíá ãÜíôéá, üôáí ðñüêåéôáé íá êüøåôå ãõÜëéíïõò óùëÞíåò Þ íá ðåñÜóåôå ãõÜëéíïõò óùëÞíåò ìÝóá áðü êÜðïéï åëáóôéêü ðþìá. ~Ïôáí êáôáóêåõÜæåôå äéÜöïñåò óõíäÝóåéò ìå ãõáëß êáé ëÜóôé÷ï, íá âñÝ÷åôå ôüóï ôï ãõáëß üóï êáé ôï ëÜóôé÷ï ãéá íá ìçí êïëëÞóïõí. 21. Ôï èåñìüìåôñï åßíáé áðü ôá ðéï åýèñáóôá áíôéêåßìåíá ôïõ åñãáóôçñéáêïý åîïðëéóìïý. Ãéá ôçí áíÜäåõóç íá ÷ñçóéìïðïéåßôå ìéá ãõÜëéíç ñÜâäï êáé ü÷é Ýíá èåñìüìåôñï. Íá ìçí áöÞíåôå Ýíá èåñìüìåôñï åëåýèåñï ìÝóá óå Ýíá ðïôÞñé Þ óå ìéá öéÜëç, ãéáôß ìðïñåß áðü ôï âÜñïò ôïõ íá ãýñïõí, ìå áðïôÝëåóìá íá ðÝóåé ôï èåñìüìåôñï êáé íá óðÜóåé. 22. Íá áíáöÝñåôå ðÜíôá ïðïéáäÞðïôå æçìéÜ áìÝóùò óôïí êáèçãçôÞ óáò, Ýóôù êáé áí åßíáé áóÞìáíôç.

702

Ïíüìáôá áñéèìçìÝíùí áíôéêåéìÝíùí: 1. ïñèïóôÜôçò, 2. ëáâßäá ðñï÷ïÀäùí, 3. ôñßãùíï ðõñáêôþóåùò, 4. äáêôýëéïò, 5. óôÞñéãìá çèìþí, 6. ìåôáëëéêü ðëÝãìá (ìå áìßáíôï óôï êÝíôñï), 7. ôñßðïäï, 8. ëý÷íïò, 9. âÜóç óôçñßãìáôïò äáêôõëßùí, 10. ôñéãùíéêÞ ëßìá, 11. åîïìáëõíôÞò öëüãáò, 12. âïýñôóåò äïêéìáóôéêþí óùëÞíùí, 13. åëáóôéêÜ ðþìáôá, 14. ëáâßäá ÷ùíåõôçñßùí, 15. âéäùôüò óöéãêôÞñáò, 16. ëáâßäá äïêéìáóôéêþí óùëÞíùí, 17. äïêéìáóôéêüò óùëÞíáò.

703

Ïíüìáôá áñéèìçìÝíùí áíôéêåéìÝíùí: 1. ïãêïìåôñéêïß êýëéíäñïé, 2. öéÜëç ìå ãõÜëéíï ðþìá, 3. öéÜëåò êùíéêÝò (Erlenmeyer), 4. ðëáóôéêüò õäñïâïëÝáò, 5. ðñï÷ïÀäá, 6. ãõÜëéíç ñÜâäïò áíáäåýóåùò, 7. áóöáëéóôéêü ÷ùíß, 8. èåñìüìåôñï, 9. ÷ùíéÜ, 10. óöáéñéêÞ öéÜëç, 11. óôáãïíïìåôñéêÞ öéÜëç, 12. ôñõâëßá ðåôñß, 13. ãõáëéÜ ñïëïãéïý, 14. ðïôÞñéá æÝóåùò, 15. ãõÜëéíá ðëáêßäéá, 16. êÜøá ðïñóåëÜíçò, 17. óôáãïíüìåôñï, 18. óùëÞíáò óå ó÷Þìá U, 19. äïêéìáóôéêïß óùëÞíåò, 20. ÷ùíåõôÞñéï, 21. ãïõäß êáé ãïõäï÷Ýñé.

704

ËÅÎÉËÏÃÉÏ Á Áêüñåóôïò: åðßèåôï ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ïñãáíéêÝò åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí äéðëïýò Þ ôñéðëïýò äåóìïýò. Áêôßíåò ãÜìá (ã): Ýíá åßäïò âñá÷Ýùí êõìÜôùí ïìïßùí, áëëÜ ìå ðåñéóóüôåñç åíÝñãåéá áðü ôéò áêôßíåò ×, ôá ïðïßá åêðÝìðïíôáé áðü ðïëëïýò ñáäéåíåñãïýò ðõñÞíåò. Áêôßíåò ×: ìéá ìïñöÞ áêôéíïâïëßáò õøçëÞò åíÝñãåéáò. Ôï ìÞêïò êýìáôïò ôùí áêôßíùí × âñßóêåôáé óôçí êáôçãïñßá ìåñéêþí ångströms. Ãéá ôï ëüãï áõôü ç ðåñßèëáóç ôùí áêôßíùí × áðü ôá ìüñéá (óôá ïðïßá ôá Üôïìá áðÝ÷ïõí ôÝôïéåò áðïóôÜóåéò) áðïôåëåß ìÝèïäï äéåñåõíÞóåùò ôçò ìïñéáêÞò äïìÞò. ¢ëáò: ôï êïéíü üíïìá ôïõ NaCl (1). Ôï ãåíéêü üíïìá ãéá êÜèå éïíôéêÞ Ýíùóç ðïõ ó÷çìáôßæåôáé êáôÜ ôçí åîïõäåôÝñùóç åíüò ïîÝïò áðü ìéá âÜóç (2). Áëäåàäåò: ïñãáíéêÝò åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôçí ïìÜäá –CHO. ÁëêÜëéá: ôá óôïé÷åßá ôçò ïìÜäáò É: Li, Na, K, Rb, Cs (ïíïìÜæïíôáé åðßóçò ìÝôáëëá ôùí áëêáëßùí). ÁëêáëéêÝò ãáßåò: ôá óôïé÷åßá ôçò ïìÜäáò ÉÉ: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra (ïíïìÜæïíôáé åðßóçò ìÝôáëëá ôùí áëêáëéêþí ãáéþí). ÁëêÜíéá: êïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò^ ïíïìÜæïíôáé åðßóçò ðáñáößíåò. ÁëêÝíéá: õäñïãïíÜíèñáêåò, óôïõò ïðïßïõò äýï Üôïìá Üíèñáêá óõíäÝïíôáé ìå äéðëü äåóìü. Áëêßíéá: õäñïãïíÜíèñáêåò, óôïõò ïðïßïõò äýï Üôïìá Üíèñáêá óõíäÝïíôáé ìå ôñéðëü äåóìü. Áëêïüëåò: ïñãáíéêÝò åíþóåéò ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôçí ïìÜäá –ÏÇ (õäñïîýëéï). Ç áéèáíüëç C2H5OH, ïíïìÜæåôáé óõíÞèùò “áëêïüëç”, üìùò åßíáé ìüíï Ýíá áðü ôá ìÝëç ôçò óåéñÜò áõôÞò. Áëïãüíá: ôá óôïé÷åßá ôçò ïìÜäáò VII: F, Cl, Br, I, At. Áìßäéá: åíþóåéò ôïõ ôýðïõ RCONH2, üðïõ ôï R åßíáé ìéá ïìÜäá õäñïãïíÜíèñáêá. Áìßíåò: åíþóåéò ôïõ ôýðïõ RNH2, üðïõ ôï R åßíáé ìéá ïìÜäá õäñïãïíÜíèñáêá. ÁìéíïîÝá: åíþóåéò ôïõ ôýðïõ R 

H2NCCOOH 

H ïé ïðïßåò ðïëõìåñßæïíôáé êáé ó÷çìáôßæïõí ðñùôåÀíåò.

¢ìõëï: ìåßãìá ðïëõìåñþí ôïõ óáê÷Üñïõ ãëõêüæç. ÁíáãùãÞ: áýîçóç çëåêôñïíßùí (1). Äéáäéêáóßá, êáôÜ ôçí ïðïßá ìåéþíåôáé ç êáôÜóôáóç (áñéèìüò) ïîåéäþóåùò êáé ãßíåôáé ëéãüôåñï èåôéêÞ (2). Aíáãùãéêü ìÝóï: ÷çìéêÞ Ýíùóç Þ éüí ìå ôÜóç íá åëåõèåñþíåé çëåêôñüíéá. Áíéüí: Ýíá áñíçôéêü éüí. ¢íïäïò: ôï çëåêôñüäéï çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ óôï ïðïßï ãßíåôáé ïîåßäùóç. ÊáôÜ ôçí çëåêôñüëõóç ôá áíéüíôá êéíïýíôáé ðñïò ôçí Üíïäï. Áíôéäñþíôá: ïõóßåò ïé ïðïßåò åéóÝñ÷ïíôáé óôç ÷çìéêÞ áíôßäñáóç. ÓõíÞèùò áíáãñÜöïíôáé óôï áñéóôåñü ôìÞìá ìéáò ÷çìéêÞò åîéóþóåùò. ÁíôéóôñÝøéìç áíôßäñáóç: ç áíôßäñáóç ðïõ ìðïñåß íá ðñï÷ùñÞóåé êáé ðñïò ôéò äõï êáôåõèýíóåéò, áíÜëïãá ìå ôéò óõíèÞêåò, ð.÷. áíÜëïãá ìå ôç óõãêÝíôñùóç, ôç èåñìïêñáóßá Þ ôçí ðßåóç. ÁðáãïñåõôéêÞ áñ÷Þ ôïõ Pauli: ôï áîßùìá ðïõ ðñïêýðôåé áðü ðåéñáìáôéêÜ óôïé÷åßá^ óýìöùíá ìå áõôü äåí åßíáé äõíáôüí óôï ßäéï ôñï÷éáêü íá õðÜñ÷ïõí ðåñéóóüôåñá áðü äýï çëåêôñüíéá. Áðüëõôï ìçäÝí: –273, 16 °C (–459, 49°F). H èåñìïêñáóßá åêåßíç, óôçí ïðïßá, áí åîáêïëïõèïýóå íá éó÷ýåé ï íüìïò ôïõ Charles, üëá ôá áÝñéá èá óõóôÝëëïíôáí èåùñçôéêÜ ôüóï, þóôå ï üãêïò ôïõò èá ìçäåíéæüôáí. Áñéèìüò ïîåéäþóåùò: ï áñéèìüò ðïõ äåß÷íåé ôá çëåêôñüíéá ðïõ Ý÷áóå (+) Þ ðïõ ðñïóÝëáâå (–) Ýíá ïõäÝôåñï Üôïìï, ðñïêåéìÝíïõ áõôü íá ó÷çìáôßóåé ìéá ÷çìéêÞ Ýíùóç ìå êÜðïéï Üëëï óôïé÷åßï. Áõôïß ïé áñéèìïß åßíáé áõèáßñåôïé êáé äåí áíôéðñïóùðåýïõí ðñáãìáôéêÝò áëëáãÝò. Áñéèìüò ôïõ Avogadro: ï áñéèìüò ôùí áôüìùí, ôùí ìïñßùí Þ ôùí Üëëùí óùìáôéäßùí ðïõ ðåñéÝ÷ïíôáé óå Ýíá ãñáììïìüñéï (6,02252 x 1023 óùìáôßäéá). ÁóèåíÝò ïîý: åêåßíï ôï ïîý ôï ïðïßï äéßóôáôáé åí ìÝñåé ìÝóá óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá. ÁóèåíÞò âÜóç: ç âÜóç, ç ïðïßá äå äéáóðÜôáé åíôåëþò óå õäñïîõëéüíôá (ÏÇ–) êáé êáôéüíôá. ÁóèåíÞò çëåêôñïëýôçò: ï çëåêôñïëýôçò åêåßíïò, ï ïðïßïò óå õäáôéêÜ äéáëýìáôá äéßóôáôáé ìüíï êáôÜ Ýíá ìÝñïò óå éüíôá. Áôìïß: ç áÝñéá ìïñöÞ ìéáò ïõóßáò, ç ïðïßá óå

705

óõíÞèç èåñìïêñáóßá êáé ðßåóç åßíáé õãñÞ. Áôìüóöáéñá: ìïíÜäá ðéÝóåùò, ç ïðïßá éóïýôáé ìå ôçí ðßåóç ðïõ áóêåßôáé áðü ìéá óôÞëç õäñáñãýñïõ ýøïõò áêñéâþò 760 mm, óôïõò 0°C. Áôïìéêüò áñéèìüò: o áñéèìüò ôùí ðñùôïíßùí ôïõ ðõñÞíá åíüò áôüìïõ. ¢ôïìï: ôï ìéêñüôåñï óùìáôßäéï åíüò óôïé÷åßïõ, ôï ïðïßï ìðïñåß íá õðÜñîåé ìüíï ôïõ Þ óå óõíäõáóìü ìå Üëëá Üôïìá. Ångström (A): ìïíÜäá ìÞêïõò ßóç ìå 10–8 cm.

B Âáñüìåôñï: åßäïò ìáíïìÝôñïõ ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò ðéÝóåùò ôçò áôìüóöáéñáò ôçò ãçò. ÂÜñïò: Ç éäéüôçôá ðïõ ðñïóäéïñßæåôáé óå Ýíá óþìá áðü ôçí Üóêçóç åðÜíù óå áõôü ôçò äõíÜìåùò ôçò âáñýôçôáò. Ç äýíáìç áõôÞ åßíáé áíÜëïãç ðñïò ôçí ðïóüôçôá ôçò ýëçò ôïõ óþìáôïò (ôçò ìÜæáò ôïõ) êáé, êÜôù áðü ïñéóìÝíåò óõíèÞêåò, éóïýôáé ìå ôç ìÜæá ôïõ óþìáôïò. ÐÜíù óôçí åðéöÜíåéá ôçò ãçò ôï âÜñïò êáé ç ìÜæá Ý÷ïõí ðñáêôéêÜ ôçí ßäéá áñéèìçôéêÞ ôéìÞ. ÂÜóç: ìéá ïõóßá, ç ïðïßá ìðïñåß íá åíùèåß ìå éüíôá õäñïãüíïõ. ÂáóéêÞ êáôÜóôáóç: ç ðéï óôáèåñÞ (êáíïíéêÞ) êáôÜóôáóç åíüò áôüìïõ Þ ìïñßïõ ìå âÜóç ôçí çëåêôñïíéáêÞ ôïõ êáôáíïìÞ. Âïëô: ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ôçò çëåêôñéêÞò ôÜóåùò.

à ÃåùìåôñéêÜ éóïìåñÞ: ìüñéá ìå ôá ßäéá åßäç êáé áñéèìü áôüìùí êáé äåóìþí, óôçí ßäéá óåéñÜ, áëëÜ ìå Üôïìá ôá ïðïßá Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÞ äéÜôáîç óôï ÷þñï (ãíùóôÜ åðßóçò ùò cis–trans éóïìåñÞ). Ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò: ï ôýðïò ôçò óôáèåñÜò ÷çìéêÞò éóïññïðßáò ìå åöáñìïãÞ óôç äéáëõôüôçôá ôùí çëåêôñïëõôþí. ÅêöñÜæåôáé ìå ôï ãéíüìåíï ôùí óõãêåíôñþóåùí üëùí ôùí éüíôùí ðïõ ó÷çìáôßæïíôáé ìå ôçí êÜèå ìßá óõãêÝíôñùóç õøùìÝíç óôçí êáôÜëëçëç äýíáìç. ÃñáììÜñéï: ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ôçò ìÜæáò ßóç ìå Ýíá ÷éëéïóôü ôïõ ÷éëéïãñÜììïõ (êéëïý). ÃñáììïÜôïìï (g-at): ëÝãåôáé ç ìÜæá åíüò mole áôüìùí, ìåôñçìÝíç óå ãñáììÜñéá. Ãñáììïáôïìéêüò üãêïò: ëÝãåôáé ï üãêïò ðïõ êáôáëáìâÜíåé Ýíá ãñáììïÜôïìï (6,02 x 1023 Üôïìá) ìéáò ïõóßáò óå ïñéóìÝíåò óõíèÞêåò

èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò. Ãñáììïúüí (g-ion): ëÝãåôáé ç ìÜæá åíüò mole áôüìùí, ìåôñçìÝíç óå ãñáììÜñéá. Ãñáììïìïñéáêüò Þ ìïñéáêüò üãêïò: ëÝãåôáé ï üãêïò ðïõ êáôáëáìâÜíåé Ýíá ãñáììïìüñéï (6,02 x 1023 ìüñéá) ìéáò ïõóßáò óå ïñéóìÝíåò óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò êáé ðéÝóåùò. Ãñáììïìüñéï: ëÝãåôáé ç ìÜæá åíüò mole ìïñßùí, ìåôñçìÝíç óå ãñáììÜñéá. Centi–: ðñüèåìá, ôï ïðïßï óçìáßíåé åêáôïóôü. Ãéá ðáñÜäåéãìá ôï centimeter óçìáßíåé åêáôïóôü ôïõ ìÝôñïõ (0,01 ôïõ ìÝôñïõ). Cis: ðñïò ôçí ßäéá ðëåõñÜ. ×ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôïí ðñïóäéïñéóìü ôùí ãåùìåôñéêþí éóïìåñþí (âëÝðå trans).

Ä Äåßãìá áíáöïñÜò: Ýíá ðåßñáìá üìïéï ìå áõôü ðïõ åîåôÜæåôáé ùò ðñïò üëåò ôéò ðáñáìÝôñïõò åêôüò áðü ìßá. Äåßêôåò (ïîÝïò–âÜóåùò): ïõóßåò, üðùò ôï çëéïôñüðéï Þ ç öáéíïëïöèáëåÀíç ôùí ïðïßùí ôï ÷ñþìá åîáñôÜôáé áðü ôç óõãêÝíôñùóç ôùí Ç+ ìÝóá óôï äéÜëõìá óôï ïðïßï ðñïóôßèåíôáé. Äåóìüò õäñïãüíïõ: ç åðß ðëÝïí Ýëîç (2 Ýùò 10 kcal/mol), ç ïðïßá áíáðôýóóåôáé óõ÷íÜ áíÜìåóá óôá Üôïìá ôïõ Ç, óôéò ïìÜäåò Ï–Ç, Í–Ç, F–Ç êáé óå Üëëá Üôïìá Ï, Í Þ F. ÄåõôÝñéï: ôï éóüôïðï ôïõ õäñïãüíïõ ìå ìáæéêü áñéèìü 2. ÄéÜèëáóç: ç áëëáãÞ äéåõèýíóåùò (= èëÜóç) ôçò ðïñåßáò öùôåéíþí áêôßíùí, üðùò óõìâáßíåé üôáí äéÝñ÷ïíôáé ìÝóá áðü Ýíá ãùíéáêü ðñßóìá. ÖùôåéíÝò áêôßíåò ìå äéáöïñåôéêÝò óõ÷íüôçôåò èëþíôáé êáôÜ äéáöïñåôéêÝò ãùíßåò. ÄéÜëõìá: ìåßãìá, óå ìïñéáêü åðßðåäï, äýï Þ ðåñéóóïôÝñùí ïõóéþí. ÄéáëõìÝíç ïõóßá: ôï óõóôáôéêü åíüò äéáëýìáôïò, ôï ïðïßï âñßóêåôáé óå ìéêñüôåñç ðïóüôçôá êáé èåùñåßôáé üôé åßíáé äéáëõìÝíï óôï Üëëï óõóôáôéêü ðïõ õðÜñ÷åé óå ìåãáëýôåñç ðïóüôçôá. Äéáëýôçò: åêåßíï ôï óõóôáôéêü åíüò äéáëýìáôïò (óõíÞèùò õãñü), ôï ïðïßï âñßóêåôáé óå ìåãáëýôåñç ðïóüôçôá. ÄéÜôáîç (ôùí çëåêôñïíßùí): ôï ðëÞèïò ôùí çëåêôñïíßùí ðïõ âñßóêïíôáé óå êÜèå ôñï÷éáêü. Ôá êåíÜ ôñï÷éáêÜ äåí áíáöÝñïíôáé. ~Åíá ôñï÷éáêü êáôåéëçììÝíï áðü Ýíá ìüíï çëåêôñüíéï ðåñéãñÜöåôáé ìå ôïí êâáíôéêü áñéèìü êáé ôï óýìâïëï ôïõ ôñï÷éáêïý. ~Åíá

706

ôñï÷éáêü êáôåéëçììÝíï áðü äýï çëåêôñüíéá ðåñéãñÜöåôáé áíÜëïãá, áëëÜ Ý÷åé åðß ðëÝïí ôïí åêèÝôç äýï. ÐáñÜäåéãìá: 1s22p. Äéáôïìéêü ìüñéï: Ýíá ìüñéï ðïõ áðïôåëåßôáé áðü äýï Üôïìá. ÄéçãåñìÝíç êáôÜóôáóç: ç êáôÜóôáóç åíüò áôüìïõ Þ ìïñßïõ, êáôÜ ôçí ïðïßá ç êáôáíïìÞ ôùí çëåêôñïíßùí åßíáé ëéãüôåñï óôáèåñÞ (ðéï äñáóôçñéïðïéçìÝíç) áðü ü,ôé óôçí êáíïíéêÞ (âáóéêÞ) êáôÜóôáóç. ÄéðïëéêÞ ñïðÞ: ùò äéðïëéêÞ ñïðÞ ïñßæåôáé ôï ìÝãåèïò q.d ðïõ ÷áñáêôçñßæåé Ýíá óýóôçìá äýï ßóùí çëåêôñéêþí öïñôßùí q áíôéèÝôïõ ðñïóÞìïõ, ôá ïðïßá âñßóêïíôáé óå áðüóôáóç d ìåôáîý ôïõò. ÄéóèåíÝò: áõôü ðïõ Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ó÷çìáôßæåé äýï äåóìïýò (ðñïêåéìÝíïõ ãéá Ýíá Üôïìï). Äéóôïé÷åéáêÞ Ýíùóç: Ýíùóç, ç ïðïßá ðåñéÝ÷åé ìüíï äýï åßäç óôïé÷åßùí. Ðáñáäåßãìáôá: HCl, CaCl 2, SO3. ÄõíÜìåéò van der Waals: ðïëý áóèåíåßò äõíÜìåéò (ðåñßðïõ Ýíá kcal/mol) áíÜìåóá óå Üôïìá Þ ìüñéá ìå óõìðëçñùìÝíá ôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò. ÄõíáìéêÞ åíÝñãåéá: ç åíÝñãåéá ðïõ áðïèçêåýåôáé óå Ýíá óýóôçìá (ãéá ðáñÜäåéãìá óå Ýíá ìüñéï) êáé ìðïñåß íá åëåõèåñùèåß ùò êéíçôéêÞ åíÝñãåéá, çëåêôñéêÞ åíÝñãåéá, èåñìüôçôá, öùò êëð. Äõíáìéêü áíáãùãÞò: ôï äõíáìéêü ôïõ çìéóôïé÷åßïõ ôï ïðïßï áðïôåëåß ìÝôñï ôçò ôÜóåùò ðñïóëÞøåùò çëåêôñïíßùí.

E ÅëáóôéêÞ óýãêñïõóç: ç óýãêñïõóç, êáôÜ ôçí ïðïßá ôá óõãêñïõüìåíá áíôéêåßìåíá åßíáé äõíáôüí íá áëëÜîïõí êáôåýèõíóç, áëëÜ äåí ìåôáâÜëïõí ôç óõíïëéêÞ êéíçôéêÞ ôïõò åíÝñãåéá. Åìðåéñéêüò ôýðïò: ï áðëïýóôåñïò ôýðïò, ï ïðïßïò äåß÷íåé ôéò óùóôÝò áíáëïãßåò ôùí äéáöüñùí áôüìùí óå Ýíá ìüñéï. Åßíáé äõíáôüí íá áðïôåëåß ìÝñïò ìüíï ôïõ ìïñéáêïý ôýðïõ. ÐáñÜäåéãìá: ç ãëõêüæç Ý÷åé ôï ìïñéáêü ôýðï C6H12O6. O åìðåéñéêüò ôçò ôýðïò åßíáé CH2O. Åíäüèåñìç áíôßäñáóç: ç áíôßäñáóç êáôÜ ôçí ïðïßá áðïññïöÜôáé èåñìüôçôá. ÅíÝñãåéá äåóìïý: ç áíáãêáßá ðïóüôçôá åíÝñãåéáò, ãéá íá äéáóðáóèïýí ïé ÷çìéêïß äåóìïß åíüò ãñáììïìïñßïõ (mole) ìéáò ïõóßáò. ÅíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò: ôï êáôþöëé åíÝñãåéáò äçëáäÞ ç åëÜ÷éóôç åíÝñãåéá ðïõ áðáéôåßôáé

ãéá íá ðñáãìáôïðïéçèåß ìéá áíôßäñáóç. Éóïýôáé ìå ôçí åíÝñãåéá ôïõ åíåñãïðïéçìÝíïõ óõìðëüêïõ ìåßoí ôçí åíÝñãåéá ôùí áíôéäñþíôùí ìïñßùí. ÅíÝñãåéá éïíôéóìïý: ç åíÝñãåéá ðïõ áðáéôåßôáé, ãéá íá ìåôáêéíçèåß ôï ëéãüôåñï óôáèåñü çëåêôñüíéï áðü Ýíá Üôïìï, ìüñéï Þ éüí. Åíåñãåéáêü åðßðåäï: åðéôñåðüìåíç ôéìÞ åíÝñãåéáò åíüò áôüìïõ Þ ìïñßïõ Þ êáé åíüò çëåêôñïíßïõ ìÝóá óå Ýíá Üôïìï Þ ìüñéï. ÅíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï: ç åëÜ÷éóôá óôáèåñÞ åíäéÜìåóç äéÜôáîç, áðü ôçí ïðïßá äéÝñ÷ïíôáé ôá Üôïìá ôùí äéáöüñùí ïõóéþí óå ìéá áíôßäñáóç. ¸íæõìá: ìüñéá ðñùôåÀíçò, ôá ïðïßá Ý÷ïõí ôçí éêáíüôçôá (óõíÞèùò êáôÜ ôñüðï ðïëý åìöáíÞ êáé åîåéäéêåõìÝíï) íá êáôáëýïõí ìéá éäéáßôåñç áíôßäñáóç óõíÞèùò âéïëïãéêïý åíäéáöÝñïíôïò. ÅíõäÜôùóç Þ åöõäÜôùóç: ç óõãêÝíôñùóç ôùí ìïñßùí ôïõ íåñïý ãýñù áðü ôá éüíôá, ìå áðïôÝëåóìá ôç äéáôÞñçóç ôùí éüíôùí óôï äéÜëõìá. ÅîïõäåôÝñùóç: ç áíôßäñáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá åíþíïíôáé éüíôá ÏÇ– êáé Ç+ êáé ó÷çìáôßæïõí Ç2O. Ôá ïîÝá ìðïñïýí íá åîïõäåôåñþóïõí âÜóåéò êáé áíôßóôñïöá. Åîþèåñìç áíôßäñáóç: ç áíôßäñáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá ðáñÜãåôáé (åêëýåôáé) èåñìüôçôá. ¸ñãï: ôï áðïôÝëåóìá ðïõ ðñïêýðôåé áðü ôçí åíÝñãåéá ðïõ äáðáíÜôáé ðñïêåéìÝíïõ áõôü íá åðéôåõ÷èåß. Ç äýíáìç ðïõ áóêåßôáé óå Ýíá óþìá åðß ôçí áðüóôáóç êáôÜ ôçí ïðïßá ôï ìåôáêéíåß, åêöñáæüìåíç óå èåñìßäåò Þ joules. ÅóôÝñåò: åíþóåéò ôïõ ôýðïõ RCOOR~, üðïõ R~ êáé R åßíáé ïìÜäåò õäñïãïíáíèñÜêùí. ÅôåñïãåíÝò óýóôçìá: åêåßíï ôï óýóôçìá ôïõ ïðïßïõ üëá ôá óõóôáôéêÜ âñßóêïíôáé óå äýï Þ ðåñéóóüôåñåò äéáöïñåôéêÝò öÜóåéò. ÅõãåíÞ áÝñéá: ïìÜäá ìïíïáôïìéêþí áåñßùí óôïé÷åßùí (Çe, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), ôá ïðïßá åßôå äåí åìöáíßæïõí ÷çìéêÞ äñáóôéêüôçôá (He, Ne, Ar) åßôå Ý÷ïõí ðïëý ÷áìçëÞ äñáóôéêüôçôá (Kr, Xe, Rn).

Æ Joule (J): ç äéåèíÞò ìïíÜäá ìåôñÞóåùò ôçò åíÝñãåéáò. Ìßá èåñìßäá éóïäõíáìåß ìå 4,184 joules.

H Ç áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier: Ýíá óýóôçìá ôï ïðïßï

707

âñßóêåôáé óå êáôÜóôáóç éóïññïðßáò, óå ðåñßðôùóç ðïõ ìåôáâëçèïýí ïé óõíèÞêåò èåñìïêñáóßáò, ðéÝóåùò Þ óõãêåíôñþóåùò, áíôéäñÜ Ýôóé, þóôå íá ôéò åîïõäåôåñþíåé. Çëåêôñïëýôçò: ïõóßá, ç ïðïßá äéáëýåôáé óôï íåñü Þ óå Üëëï äéáëýôç êáé äßíåé áãþãéìï äéÜëõìá. Çëåêôñüíéá óèÝíïõò: ôá çëåêôñüíéá åíüò áôüìïõ ðïõ óõãêñáôïýíôáé ëéãüôåñï éó÷õñÜ êáé ãé’ áõôü óõììåôÝ÷ïõí óôï ó÷çìáôéóìü ÷çìéêþí äåóìþí. Çëåêôñüíéá ðïõ êáôáëáìâÜíïõí ôá ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò. Çëåêôñüíéï: ôï åëÜ÷éóôï áñíçôéêü óùìáôßäéï ðïõ õðÜñ÷åé óôá Üôïìá. Ôá çëåêôñüíéá ðåñéâÜëëïõí ôïí ðõñÞíá åíüò áôüìïõ êáé åõèýíïíôáé ó÷åäüí ãéá üëï ôïí üãêï ôïõ áôüìïõ. Çëåêôñï÷çìéêü óôïé÷åßï: äéÜôáîç, óôçí ïðïßá ðñáãìáôïðïéåßôáé ÷çìéêÞ ïîåßäùóç êáé áíáãùãÞ êáé ðáñÜãåôáé Þ êáôáíáëþíåôáé çëåêôñéêü ñåýìá. Çìéóôïé÷åßï: Ýíá óôïé÷åßï ðïõ ðåñéÝ÷åé Ýíá ìüíï çëåêôñüäéï, óôï ïðïßï ìðïñåß íá ðñáãìáôïðïéçèåß ìüíï ìßá áíôßäñáóç ïîåéäþóåùò Þ áíáãùãÞò, üôáí óõíäåèåß ìå êÜðïéï Üëëï çìéóôïé÷åßï.

È Èåñìßäá: ìïíÜäá èåñìüôçôá Þ åíÝñãåéáò. Ï áêñéâÞò ðñïóäéïñéóìüò ôçò ãßíåôáé ìå ôç âïÞèåéá çëåêôñéêþí ìïíÜäùí, áëëÜ ðñüêåéôáé, êáôÜ ðñïóÝããéóç, ãéá ôçí ðïóüôçôá ôçò èåñìüôçôáò ðïõ áðáéôåßôáé, ãéá íá áíõøùèåß ç èåñìïêñáóßá åíüò ãñáììáñßïõ íåñïý êáôÜ Ýíá âáèìü Êåëóßïõ êáé óôçí ðåñéï÷Þ ãýñù áðü ôïõò 15°C. Èåñìéäïìåôñßá: ç ìÝôñçóç ôùí èåñìïôÞôùí ôùí ÷çìéêþí áíôéäñÜóåùí. Èåñìéäüìåôñï: äéÜôáîç ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò ðïóüôçôáò ôçò èåñìüôçôáò ðïõ åêëýåôáé Þ áðïññïöÜôáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò Þ ìéáò áëëáãÞò öÜóåùò. Èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï: ç èåñìéêÞ åíÝñãåéá ðïõ åíáðïèçêåýåôáé ìÝóá óå êÜðïéá ïõóßá êáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü ôçò. Èåñìïêñáóßá Êåëóßïõ (°C): ç èåñìïêñáóßá ðÜíù óå ìéá êëßìáêá, óôçí ïðïßá Ý÷åé ïñéóèåß ùò 0°C ôï óçìåßï ðÞîåùò ôïõ íåñïý êáé ùò 100°C ôï óçìåßï âñáóìïý (æÝóåùò) ôïõ íåñïý. Èåñìïêñáóßá ôçò êëßìáêáò Kelvin (kelvin, K): ç èåñìïêñáóßá óå ìßá êëßìáêá, ôçò ïðïßáò ôï ìçäÝí áíôéóôïé÷åß óôï óçìåßï ôïõ áðüëõôïõ ìçäåíüò (–273, 16°C) êáé åßíáé äéáâáèìéóìÝíç

óå âáèìïýò ìåãÝèïõò üìïéïõ ìå ôïõò âáèìïýò ôçò êëßìáêáò Êåëóßïõ. Èåñìüôçôá áíôéäñÜóåùò: ç èåñìüôçôá ðïõ åëåõèåñþíåôáé Þ êáôáíáëþíåôáé êáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò áíôéäñÜóåùò. Èåñìüôçôá äéáëýóåùò: ç èåñìüôçôá ðïõ åëåõèåñþíåôáé Þ êáôáíáëþíåôáé êáôÜ ôç äéÜëõóç ìéáò ïõóßáò. Èåñìüôçôá ó÷çìáôéóìïý: ç èåñìüôçôá ðïõ åëåõèåñþíåôáé Þ êáôáíáëþíåôáé êáôÜ ôï ó÷çìáôéóìü åíüò ãñáììïìïñßïõ ìéáò åíþóåùò áðü ôá óôïé÷åßá ðïõ ôçí áðïôåëïýí. Èåñìüôçôá: ìéá ìïñöÞ åíÝñãåéáò.

É Éäáíéêü áÝñéï: áÝñéï, ãéá ôï ïðïßï éó÷ýåé áõóôçñÜ ï íüìïò PV = nRT óå üëåò ôéò èåñìïêñáóßåò êáé ðéÝóåéò. ºæçìá: ç óôåñåÜ ïõóßá ðïõ ó÷çìáôßæåôáé óå ìéá áíôßäñáóç, ç ïðïßá ðñáãìáôïðïéåßôáé ìÝóá óå äéÜëõìá^ åðåéäÞ åßíáé áäéÜëõôç, áðï÷ùñßæåôáé áðü ôï äéÜëõìá. Éüí õäñïíßïõ: åíõäáôùìÝíï éüí õäñïãüíïõ, [Ç(Ç2O)n]+. Éüí: Ýíá Üôïìï ç ïìÜäá áôüìùí ðïõ áðÝêôçóáí èåôéêü öïñôßï ÷Üíïíôáò Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá çëåêôñüíéá (êáôéüí) Þ áðÝêôçóáí áñíçôéêü öïñôßï ðñïóëáìâÜíïíôáò Ýíá Þ ðåñéóóüôåñá çëåêôñüíéá (áíéüí). Éïíôéêüò äåóìüò: Ýíáò äåóìüò, óôïí ïðïßï ïé åëêôéêÝò äõíÜìåéò ïöåßëïíôáé åî ïëïêëÞñïõ (Þ ó÷åäüí åî ïëïêëÞñïõ) óå çëåêôñïóôáôéêÝò Ýëîåéò áíÜìåóá óôá äýï éüíôá. ÉóïìåñÞ: äýï Þ ðåñéóóüôåñåò ïõóßåò ìå ôïí ßäéï ìïñéáêü ôýðï, áëëÜ ìå äéáöïñåôéêïýò óõíôáêôéêïýò ôýðïõò êáé äéáöïñåôéêÝò öõóéêÝò êáé ÷çìéêÝò éäéüôçôåò. Éóïññïðßá ÷çìéêÞ: ç êáôÜóôáóç, êáôÜ ôçí ïðïßá äåí ðñáãìáôïðïéåßôáé óõíïëéêÞ Þ ìáêñïóêïðéêÞ ìåôáâïëÞ óå êÜðïéï êëåéóôü ÷çìéêü óýóôçìá, óå ïìïéüìïñöç èåñìïêñáóßá, ìïëïíüôé õðÜñ÷åé äñáóôçñéüôçôá óå ìïñéáêü åðßðåäï. Éóüôïðá: Üôïìá ìå ôïí ßäéï áôïìéêü áñéèìü (ßäéï áñéèìü ðñùôïíßùí), áëëÜ äéáöïñåôéêïýò ìáæéêïýò áñéèìïýò (äéáöïñåôéêïýò áñéèìïýò íåôñïíßùí). Éó÷õñüò çëåêôñïëýôçò: ìéá ïõóßá, ç ïðïßá üôáí äéáëõèåß ìåôáôñÝðåôáé êáè’ ïëïêëçñßáí óå éüíôá.

708

Ê ÊÜèïäïò: ôï çëåêôñüäéï çëåêôñï÷çìéêïý óôïé÷åßïõ óôï ïðïßï ðñáãìáôïðïéåßôáé áíáãùãÞ. ÊáôÜ ôçí çëåêôñüëõóç åíüò çëåêôñïëýôç ôá êáôéüíôá êéíïýíôáé ðñïò ôçí êÜèïäï. ÊáíïíéêÞ ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá (Ê.Ó.): ùò êáíïíéêÝò óõíèÞêåò ÷áñáêôçñßæïíôáé ïé ìçäÝí âáèìïß Êåëóßïõ (273 Ê) êáé ðßåóç ìéáò áôìüóöáéñáò (760 Torr). Êáíïíéêüôçôá: ôÜóç Þ äÝóìç áíáëüãùí (ðáñïìïßùí) éäéïôÞôùí ðïõ ðáñáôçñåßôáé óôç äéáôýðùóç ôùí ðåéñáìáôéêþí äåäïìÝíùí. ÊáñâïîõëéêÜ ïîÝá: ôá áðïêáëïýìåíá êáé “ïñãáíéêÜ ïîÝá”. ÐåñéÝ÷ïõí ôçí êáñâïîõëïìÜäá –COOH. Êáôáëýôçò: ïõóßá, ç ïðïßá ðñïóôßèåôáé óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò ìå óêïðü íá ìåôáâÜëåé (óõíÞèùò íá áõîÞóåé) ôçí ôá÷ýôçôá ôçò áíôéäñÜóåùò. Ï ßäéïò ï êáôáëýôçò äåí ìåôáâÜëëåôáé ïýôå ìåôáâÜëëåé ôç öýóç ôùí ðñïúüíôùí. ÌåôáâÜëëåé ìüíï ôçí ôá÷ýôçôá. Êáôéüí: Ýíá èåôéêü éüí. Káýóç: ç äéáäéêáóßá ôçò êáýóåùò, äçëáäÞ ç âßáéç áíôßäñáóç ìéáò ïõóßáò ìå ôï ïîõãüíï, êáôÜ ôçí ïðïßá åêëýåôáé èåñìüôçôá êáé öùò. ÊâÜíôá: ïé óôïé÷åéþäåéò ìïíÜäåò åíÝñãåéáò óôçí çëåêôñïìáãíçôéêÞ áêôéíïâïëßá (ïíïìÜæïíôáé åðßóçò öùôüíéá). Êâáíôéêüò áñéèìüò: ï áñéèìüò ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá íá êáèïñßóåé êÜðïéï óõãêåêñéìÝíï åíåñãåéáêü åðßðåäï åíüò áôüìïõ. ×ñçóéìïðïéåßôáé åðßóçò óå áëãåâñéêÝò ðñÜîåéò ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôïõ ìåãÝèïõò ôçò åíÝñãåéáò áõôïý ôïõ åðéðÝäïõ. Êâáíôïìç÷áíéêÞ: óýíïëï öõóéêþí íüìùí êáé áîéùìÜôùí ìå åöáñìïãÞ óôç óõìðåñéöïñÜ ôùí çëåêôñïíßùí, ôùí áôüìùí êáé ôùí ìïñßùí. Êåôüíåò: åíþóåéò ôïõ ãåíéêïý ôýðïõ O 

R–C–R~, üðïõ R êáé R´ åßíáé ïìÜäåò õäñïãïíáíèñÜêùí. ÊéíçôéêÞ åíÝñãåéá: åíÝñãåéá êéíÞóåùò. Ïñßæåôáé ùò ôï Þìéóõ ôïõ ãéíïìÝíïõ ôçò ìÜæáò åðß ôï ôåôñÜãùíï ôçò ôá÷ýôçôáò åíüò óþìáôïò (Þ óùìáôéäßïõ), 1/2 mv2. ÊïñåóìÝíï äéÜëõìá: Ýíá äéÜëõìá, ôï ïðïßï ðåñéÝ÷åé ðïóüôçôá äéáëõìÝíçò ïõóßáò ßóç ìå ôç ìÝãéóôç ðïóüôçôá ðïõ ìðïñåß íá äéáëõèåß óå ìéá ïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá. ~Åíá äéÜëõìá áõôïý ôïõ ôýðïõ åßíáé äõíáôüí íá ðáñáìåßíåé

óå éóïññïðßá ìå ðåñßóóåéá êáèáñÞò áäéÜëõôçò ïõóßáò. ÊñÜìá: ìßãìá äýï Þ ðåñéóóïôÝñùí ìåôÜëëùí. ÊñõóôáëëéêÞ êáôÜóôáóç (êñýóôáëëïò): ç óôåñåÜ ìïñöÞ ôçò ýëçò, óôçí ïðïßá Üôïìá, ìüñéá Þ éüíôá âñßóêïíôáé ôïðïèåôçìÝíá óå êáíïíéêÞ åðáíáëáìâáíüìåíç äéÜôáîç. Êõôôáñßíç: Ýíá ðïëõìåñÝò ôçò ãëõêüæçò ìå ðïëý ìåãÜëï ìïñéáêü âÜñïò, ôï ïðïßï ðåñéÝ÷åé Ýíá åßäïò äåóìïý ìåôáîý ôùí ìïñßùí ôçò ãëõêüæçò ðïõ äåí äéáóðÜôáé åýêïëá ìå õäñüëõóç.

Ë Ëßðç: åóôÝñåò ôçò ãëõêåñßíçò, ìå ëéðáñÜ ïîÝá. Ëßôñï: ç ìåôñéêÞ ìïíÜäá ôïõ üãêïõ (ßóç ìå 1000 ml).

Ì ÌÜæá: ç ðïóüôçôá ôçò ýëçò ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óå Ýíá áíôéêåßìåíï. Ìáæéêüò áñéèìüò (åíüò áôüìïõ): ï óõíïëéêüò áñéèìüò ôùí íåôñïíßùí êáé ðñùôïíßùí ðïõ õðÜñ÷ïõí óå Ýíáí ðõñÞíá. Ìáíüìåôñï: óõóêåõÞ ãéá ôç ìÝôñçóç ôçò ðéÝóåùò ðïõ óõíÞèùò ãßíåôáé ìå ôçí ðáñáôÞñçóç ôïõ ýøïõò óôÞëçò õäñáñãýñïõ Þ Üëëïõ õãñïý ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óå ëåðôü ãõÜëéíï áåñüêåíï óùëÞíá ôçò óõóêåõÞò. ÌåñéêÞ ðßåóç: ç óõíåéóöïñÜ åíüò áåñßïõ óôç óõíïëéêÞ ðßåóç åíüò ìåßãìáôïò áåñßùí. ÌÝôáëëï: ïõóßá ìå ÷áñáêôçñéóôéêÝò éäéüôçôåò ôç óôéëðíüôçôá êáé ôçí êáëÞ áãùãéìüôçôá ôçò èåñìüôçôáò êáé ôïõ çëåêôñéóìïý (äéáèÝôïõí Ýíá íÝöïò åõêéíÞôùí çëåêôñïíßùí ìå ôá ïðïßá ìðïñïýí íá ó÷çìáôßóïõí äåóìïýò). ÌÝôñï (m): ç ìåôñéêÞ ìïíÜäá ìÞêïõò (ßóç ìå 100 cm). ÌÞêïò êýìáôïò (öùôüò): ç áðüóôáóç (ìåôñïýìåíç óå cm Þ ångströms) áíÜìåóá óå äýï äéáäï÷éêÜ ìÝãéóôá (êïñõöÝò) ôçò çëåêôñïìáãíçôéêÞò ôáëáíôþóåùò. Ìç÷áíéóìüò (ìéáò áíôéäñÜóåùò): ç óåéñÜ ôùí óôáäßùí, êáèÝíá áðü ôá ïðïßá ðåñéëáìâÜíåé ôç óýãêñïõóç ìüíï ëßãùí (äýï Þ ôñéþí) ìïñßùí, êáé ôá ïðïßá óõíéóôïýí ìéá óõíïëéêÞ áíôßäñáóç. Ìç÷áíéóìüò áíôéäñÜóåùò: âëÝðå ìç÷áíéóìüò. Ìçíßóêïò: ç êáìðýëç åðéöÜíåéá åíüò õãñïý ìÝóá óå Ýíáí êýëéíäñï ðïõ äçìéïõñãåßôáé áðü ôçí Ýëîç áíÜìåóá óôï õãñü êáé ôá ôïé÷þìáôá ôïõ êõëßíäñïõ.

709

Ìïë (mole): ðëÞèïò 6,02252 x 1023 óùìáôéäßùí (áôüìùí, ìïñßùí, éüíôùí, çëåêôñïíßùí Þ ïðïéùíäÞðïôå Üëëùí óùìáôéäßùí). Óõìâïëßæåôáé ìå Í. Ç ìÜæá Í áôüìùí ÷áñáêôçñßæåôáé êáé ùò ãñáììïÜôïìï, ç ìÜæá Í ìïñßùí ùò ãñáììïìüñéï êáé ç ìÜæá Í éüíôùí ùò ãñáììïúüí. ÌïëÜëéôõ (molality): åßíáé ï áñéèìüò ôùí moles äéáëõìÝíçò ïõóßáò ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óå Ýíá ÷éëéüãñáììï äéáëýôç. ËÝãåôáé êáé ìïñéáêÞ (Þ ãñáììïìïñéáêÞ) óõãêÝíôñùóç êáôÜ âÜñïò. ÌïëáñéêÞ ìÜæá: ç ìÜæá åíüò mole óùìáôéäßùí (áôüìùí, ìïñßùí êëð.)^ áí ôá óùìáôßäéá åßíáé Üôïìá, ÷áñáêôçñßæåôáé êáé ùò áôïìéêÞ ìÜæá, åíþ üôáí åßíáé ìüñéá, ùò ìïñéáêÞ ìÜæá. Ìïëáñéêüò –Þ–ü (molar: åðßèåôï, ðñïåñ÷üìåíï áðü ôï mole): êÜôé ðïõ áíáöÝñåôáé óôï mole. ËÝãåôáé êáé ìïñéáêüò (–Þ–ü) Þ ãñáììïìïñéáêüò (- Þ - ü), éäéáßôåñá üôáí áíáöÝñåôáé óå moles ìïñßùí, êáé áôïìéêüò (- Þ - ü) Þ ãñáììïáôïìéêüò (–Þ–ü), üôáí áíáöÝñåôáé óå moles áôüìùí. ÌïëÜñéôõ (molarity): åßíáé ï áñéèìüò ôùí moles äéáëõìÝíçò ïõóßáò ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óå 1 ëßôñï äéáëýìáôïò. ËÝãåôáé êáé ìïñéáêÞ Þ ãñáììïìïñéáêÞ óõãêÝíôñùóç êáô’ üãêï. ÌïíïìåñÝò: ìéá ìéêñÞ ìïíÜäá ðïõ áí åðáíáëçöèåß ðïëëÝò öïñÝò äçìéïõñãåß Ýíá ðïëõìåñÝò. ÌïíïóèåíÞò: åêåßíïò ðïõ Ý÷åé äõíáôüôçôá ó÷çìáôéóìïý ìüíï åíüò äåóìïý (ëÝãåôáé ãéá ôá Üôïìá, óôïé÷åßá, ñßæåò, éüíôá). Ìïñéáêü ðñüôõðï Þ ìïíôÝëï: ç ðáñÜóôáóç åíüò ìïñßïõ (ìå ôç âïÞèåéá óöáéñþí, ñáâäþí Þ ðñïóïìïßùìá åëáôçñßùí ê.á.), ç ïðïßá äåß÷íåé ôï ó÷Þìá ðïõ èá åß÷åé ôï ìüñéï, áí ìðïñïýóå íá ìåãåèõíèåß 10 10 ðåñßðïõ öïñÝò. Ìïñéáêïß êñýóôáëëïé: êñýóôáëëïé ìå ÷áìçëü óçìåßo ôÞîåùò. Ïé ìéêñüôåñåò ìïíÜäåò óôï êñõóôáëëéêü ðëÝãìá åßíáé ôá ìüñéá, ôá ïðïßá Ýëêïíôáé ìåôáîý ôïõò ìå äõíÜìåéò van der Waals. Ìïñéáêüò ôýðïò: ï ôýðïò ðïõ äåß÷íåé, ðüóåò öïñÝò Ýíá åßäïò áôüìïõ åðáíáëáìâÜíåôáé óå Ýíá ìüñéï, áëëÜ äåí äåß÷íåé ôïí ôñüðï ìå ôïí ïðïßï óõíäÝïíôáé ôá Üôïìá ìåôáîý ôïõò. Ãéá ðáñÜäåéãìá: C2H6 ðñïêåéìÝíïõ ãéá ôï áéèÜíéï. Ìüñéï: ç ìéêñüôåñç ìïíÜäá ìéáò ïõóßáò ðïõ ìðïñåß íá õðÜñîåé áõôïäýíáìá.

Í

Íåôñüíéï: ïõäÝôåñï óùìáôßäéï ìå ìÜæá ðåñßðïõ ßóç ìå ôç ìÜæá ôïõ ðñùôïíßïõ. ~Ïðùò êáé ôï ðñùôüíéï, õðÜñ÷åé óôïí áôïìéêü ðõñÞíá. Íüìïò ôçò äéáôçñÞóåùò ôçò åíÝñãåéáò: ÊáôÜ ôç äéÜñêåéá ìéáò ÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò ïýôå äçìéïõñãåßôáé ïýôå êáôáóôñÝöåôáé åíÝñãåéá. Íüìïò ôçò ðñïóèåôéêüôçôáò ôùí èåñìïôÞôùí ôùí áíôéäñÜóåùí: üôáí ìéá áíôßäñáóç ìðïñåß íá åêöñáóèåß ùò ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá äýï ç ðåñéóóïôÝñùí Üëëùí áíôéäñÜóåùí, ôüôå ç èåñìüôçôÜ ôçò éóïýôáé ìå ôï áëãåâñéêü Üèñïéóìá ôùí èåñìïôÞôùí áõôþí ôùí áíôéäñÜóåùí, (ãíùóôüò åðßóçò êáé ùò íüìïò ôïõ Çess). Íüìïò ôïõ Boyle: ç ðßåóç ïñéóìÝíçò ìÜæáò áåñßïõ, üôáí ç èåñìïêñáóßá äéáôçñåßôáé óôáèåñÞ, åßíáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãç ôïõ üãêïõ ôïõ (PV = óôáèåñÞ). Íüìïò ôïõ Charles: üëá ôá áÝñéá, üôáí èåñìáíèïýí (óôçí ßäéá ðåñéï÷Þ èåñìïêñáóéþí), äéáóôÝëëïíôáé êáôÜ ôï ßäéï ðïóïóôü ôïõ áñ÷éêïý ôïõò üãêïõ. Íüìïò ôïõ Coulomb: ç äýíáìç áíÜìåóá óå äýï öïñôéóìÝíá óþìáôá åßíáé áíÜëïãç ðñïò ôï ãéíüìåíï ôùí öïñôßùí ôïõò êáé áíôéóôñüöùò áíÜëïãç ðñïò ôï ôåôñÜãùíï ôçò ìåôáîý ôïõò áðïóôÜóåùò. Íüìïò ôùí óôáèåñþí áíáëïãéþí: ïé ìÜæåò ôùí óôïé÷åßùí óå ìéá êáèáñÞ ïõóßá âñßóêïíôáé ðÜíôá óå êáèïñéóìÝíç áíáëïãßá.

Ï ÏìïãåíÝò Þ ïìïéïãåíÝò óýóôçìá: åêåßíï ôï óýóôçìá ôïõ ïðïßïõ üëá ôá óõóôáôéêÜ âñßóêïíôáé óôçí ßäéá öÜóç. Ïìïéïðïëéêüò äåóìüò: ìéá óýíäåóç áíÜìåóá óå äýï Üôïìá, ç ïðïßá ïöåßëåôáé êõñßùò óôçí áìïéâáßá êáé ðåñéóóüôåñï Þ ëéãüôåñï éóüôéìç óõíåéóöïñÜ ôùí çëåêôñïíßùí ìåôáîý ôïõò. Ïîåßäùóç: ãåíéêÜ ç áðþëåéá çëåêôñïíßùí (1). Ç áíôßäñáóç ìéáò ïõóßáò ìå ïîõãüíï Þ ìå êÜðïéï Üëëï ïîåéäùôéêü ìÝóï (2). Ïîåéäùôéêü ìÝóï: ìéá Ýíùóç Þ éüí ðïõ Ý÷åé ôçí ôÜóç íá äÝ÷åôáé Þ íá ðñïóëáìâÜíåé çëåêôñüíéá. Ïîý: ìéá ïõóßá, ç ïðïßá üôáí äéáëýåôáé óôï íåñü åëåõèåñþíåé éüíôá õäñïãüíïõ. Ïñáôü öùò (Þ öÜóìá): ôï öùò ðïõ ãßíåôáé áíôéëçðôü áðü ôïí áíèñþðéíï ïöèáëìü. ÐåñéëáìâÜíåé ôï åñõèñü (óõ÷íüôçôá 4,3 x 1014 sec–1), ôï ðïñôïêáëëü÷ñùìï, ôï êßôñéíï, ôï

710

ðñÜóéíï, ôï êõáíü, ôï éþäåò (óõ÷íüôçôá 7,5 x 1014 sec–1). ÏñãáíéêÞ ÷çìåßá: o êëÜäïò ôçò ÷çìåßáò ðïõ ìåëåôÜ ôéò åíþóåéò ôïõ Üíèñáêá, åêôüò ôùí ðïëý áðëþí åíþóåùí üðùò åßíáé ôï CO2 êáé ôï Ía2CO3.

Ð Ðåäßï: ç ðåñéï÷Þ ôïõ ÷þñïõ óôçí ïðïßá áóêåßôáé êÜðïéá äýíáìç (ãéá ðáñÜäåéãìá ìáãíçôéêÞ Þ çëåêôñéêÞ). Ðåñßèëáóç: ç áðüêëéóç ôùí çëåêôñïìáãíçôéêþí êõìÜôùí áðü ôçí åõèåßá ðïñåßá ôïõò, üôáí áõôÜ äéÝñ÷ïíôáé ìÝóá áðü Ýíá ìéêñü Üíïéãìá. Ìéá åõèåßá äÝóìç ðáñáëëÞëùí êõìÜôùí üôáí ðåñíÜåé ìÝóá áðü ðïëý ìéêñÞ ïðÞ, åîÝñ÷åôáé ìå êõêëéêü ó÷Þìá êáé äéáóêïñðßæåôáé ôñéãýñù. ÐåôñÝëáéï: ìåßãìá öõóéêÞò ðñïåëåýóåùò ðïõ áðïôåëåßôáé áðü ïñãáíéêÝò åíþóåéò (êõñßùò õäñïãïíÜíèñáêåò), óôéò ïðïßåò óõãêáôáëÝãïíôáé áðü ðïëý ðôçôéêÜ õãñÜ ìÝ÷ñé âáñéÝò, ðá÷ýññåõóôåò ðßóóåò. ÏíïìÜæåôáé êáé áñãü ðåôñÝëáéï. Ðßåóç: ç äýíáìç óôç ìïíÜäá åðéöÜíåéáò (ìïíÜäåò: áôìüóöáéñåò Þ Torr). Ðïëéêü (ðïëùìÝíï) ìüñéï: åêåßíï ôï ìüñéï ôï ïðïßï äéáèÝôåé çëåêôñéêÞ äéðïëéêÞ ñïðÞ, åî áéôßáò ôçò áíïìïéüìïñöçò êáôáíïìÞò ôùí çëåêôñïíßùí óôïõò äéÜöïñïõò ðõñÞíåò. ÐïëõìåñÝò: Ýíá ðïëý ìåãÜëï ìüñéï ðïõ áðïôåëåßôáé áðü ìéêñÝò ìïíÜäåò (ôá ìïíïìåñÞ) åðáíáëáìâáíüìåíåò ðïëëÝò öïñÝò óå ìéá åêôåôáìÝíç áëëçëïõ÷ßá. Ðïëõìåñéóìüò: ç äéáäéêáóßá Þ ç áíôßäñáóç êáôÜ ôçí ïðïßá óõíäÝïíôáé ôá ìïíïìåñÞ êáé ó÷çìáôßæïõí ðïëõìåñÞ. Ðñïúüíôá: ïõóßåò ðïõ ðáñÜãïíôáé óå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç. ÊáíïíéêÜ ãñÜöïíôáé óôï äåîéü ìÝñïò ôùí ÷çìéêþí åîéóþóåùí. ÐñùôåÀíåò: åßäïò ìïñßùí, óçìáíôéêþí ãéá ôç æùÞ, ôá ïðïßá áðïôåëïýíôáé áðü ìßá Þ ðåñéóóüôåñåò ìáêñÝò áëõóßäåò áìéíïîÝùí óõíäåïìÝíùí ìåôáîý ôïõò ìå áìéäéêïýò äåóìïýò. Ðñùôüíéá: ôá èåôéêþò öïñôéóìÝíá óùìáôßäéá ôïõ áôïìéêïý ðõñÞíá. Ðôçôéêüò: áõôüò ðïõ ìåôáó÷çìáôßæåôáé åýêïëá óå áÝñéï (äçëáäÞ óå ó÷åôéêÜ ÷áìçëÞ èåñìïêñáóßá). Ðõêíüôçôá: ìÜæá áíÜ ìïíÜäá üãêïõ. ÅêöñÜæåôáé óõíÞèùò óå ãñáììÜñéá áíÜ ÷éëéïóôüëéôñï, g/ml. ÐõñÞíáò: ôï èåôéêÜ öïñôéóìÝíï êåíôñéêü ôìÞìá

åíüò áôüìïõ. ÐåñéÝ÷åé ôï ìåãáëýôåñï ìÝñïò ôçò ìÜæáò ôïõ áôüìïõ, áëëÜ êáôáëáìâÜíåé ìüíï Ýíá ìéêñü ìÝñïò ôïõ áôïìéêïý üãêïõ.

Ñ ÑáäéåíÝñãåéá: ç åêðïìðÞ áêôéíïâïëßáò (çëåêôñüíéá, ðõñÞíåò çëßïõ, çëåêôñïìáãíçôéêÞ åíÝñãåéá) áðü áóôáèåßò áôïìéêïýò ðõñÞíåò. Ñßæá: ìéá ìïíÜäá áôüìùí ðïõ ðáñáìÝíïõí åíùìÝíá ùò ìïíÜäá ìÝóá áðü ðïëëÝò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò (áí êáé ü÷é üëåò) êáé äåí Ý÷ïõí çëåêôñéêü öïñôßï. Ðáñáäåßãìáôá: SO4 (èåééêÞ), NO3 (íéôñéêÞ). Oé ñßæåò ðïõ Ý÷ïõí çëåêôñéêü öïñôßï ÷áñáêôçñßæïíôáé ùò éüíôá êáé óõìâïëßæïíôáé ùò åîÞò: SO42– (èåééêü éüí), ÍÏ3– (íéôñéêü éüí). Ñõèìßæù: êáèïñßæù óõóôçìáôéêÜ ôéò äéáâáèìßóåéò ðÜíù óå Ýíá üñãáíï ðïóïôéêþí ìåôñÞóåùí. Redox: äéåèíÞò óõíôïìïãñáößá ôïõ üñïõ ïîåéäïáíáãùãÞ.

Ó ÓÜê÷áñá: êáôçãïñßåò õäáôáíèñÜêùí. ÓÜðùíåò: ìåôáëëéêÜ Üëáôá (óõíÞèùò ôïõ íáôñßïõ) êáñâïîõëéêþí ïîÝùí ìå ìáêñéÜ áëõóßäá áôüìùí Üíèñáêá (ð.÷. C17). ÓçìáíôéêÜ øçößá: ôá øçößá ìéáò ìåôñÞóåùò, ôá ïðïßá åßíáé áðïëýôùò âÝâáéá, êáé Ýíá åðß ðëÝïí ôï ïðïßï åìðåñéÝ÷åé êÜðïéá áâåâáéüôçôá. Óçìåßï âñáóìïý (æÝóåùò): ç èåñìïêñáóßá, óôçí ïðïßá ç ôÜóç áôìþí åíüò õãñïý éóïýôáé ìå ôçí ðßåóç ç ïðïßá áóêåßôáé áðü ôçí áôìüóöáéñá ðÜíù óôï õãñü. Êáíïíéêü óçìåßï âñáóìïý åßíáé ç èåñìïêñáóßá óôçí ïðïßá ç ôÜóç ôùí áôìþí åßíáé 760 Ôorr. ÓèÝíïò: ç éêáíüôçôá åíüò áôüìïõ íá ó÷çìáôßæåé ÷çìéêïýò äåóìïýò. Åðßóçò, ï áñéèìüò ôùí äåóìþí ðïõ ìðïñåß Ýíá Üôïìï íá ó÷çìáôßóåé. ÐáñÜäåéãìá: ôï ïîõãüíï Ý÷åé óèÝíïò äýï. Óêïýñéáóìá: åéäéêÞ ìïñöÞ äéáâñþóåùò, êáôÜ ôçí ïðïßá ï óßäçñïò ìå ôç äñÜóç ôïõ áôìïóöáéñéêïý ïîõãüíïõ êáé íåñïý ìåôáôñÝðåôáé óå åíõäáôùìÝíï Fe2O3. ÓôÜäéï êáèïñéóôéêü ôçò ôá÷ýôçôáò (÷çìéêÞò áíôéäñÜóåùò): ç âñáäýôåñç áíôßäñáóç êáôÜ ôï ìç÷áíéóìü ìéáò áíôéäñÜóåùò. ÓôáèåñÜ ôïõ Plank: ï áñéèìüò h ìå ôïí ïðïßï ðïëëáðëáóéÜæåôáé ç óõ÷íüôçôá v ôçò öùôåéíÞò áêôéíïâïëßáò êáé äßíåé ôçí åíÝñãåéá ðïõ

711

õðÜñ÷åé óå áõôÞí ôçí áêôéíïâïëßá. Óôåñåü ðëÝãìá: ç ëåðôïäïìÞ óôåñåïý óþìáôïò ðïõ äéáìïñöþíåôáé, üôáí êÜðïéï óôïé÷åßï (üðùò ôá Si, C) Þ ÷çìéêÞ Ýíùóç (üðùò ôá SiO2, As2O3), ôùí ïðïßùí ôá Üôïìá óõíäÝïíôáé ìå ïìïéïðïëéêïýò äåóìïýò (áíáðôýóóïíôáé óôï ÷þñï), êáôÜ ìßá áôÝñìïíç äéóäéÜóôáóç Þ ôñéóäéÜóôáóç äéÜôáîç. ÓôåñåïúóïìåñÞ: ìüñéá ðïõ ðåñéÝ÷ïõí ôïí ßäéï áñéèìü êáé åßäïò áôüìùí, áëëÜ Ý÷ïõí äéáöïñåôéêÞ äéÜôáîç äåóìþí. ÓôïéâÜäá (çëåêôñïíßïõ): äéÜöïñá óõãêåêñéìÝíá åíåñãåéáêÜ åðßðåäá (Þ ÷þñïé) óôá Üôïìá ðïõ ïñßæïíôáé áðü ïñéóìÝíïõò êýñéïõò êâáíôéêïýò áñéèìïýò êáé Ýíá ãñÜììá. ÐáñÜäåéãìá: Ç óôïéâÜäá 2p Þ ç óôïéâÜäá 3d. Óôïé÷åßï: ìéá ïõóßá ðïõ áðïôåëåßôáé ìüíï áðü Üôïìá, ôá ïðïßá Ý÷ïõí ôïí ßäéï áôïìéêü áñéèìü. Óôïé÷åéïìåôñßá: ïé ðïóïôéêÝò ó÷Ýóåéò óå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç. ÓõìâïëÞ: ôï öáéíüìåíï ðïõ ëáìâÜíåé ÷þñá, üôáí äýï óåéñÝò êõìÜôùí óõã÷ùíåýïíôáé. Öáéíüìåíá óõìâïëÞò ðïõ ðáñÜãïíôáé áðü óõã÷þíåõóç öùôåéíþí áêôéíïâïëéþí öáíåñþíïõí ôéò êõìáôéêÝò éäéüôçôåò ôïõ öùôüò. Óõíôáêôéêüò ôýðïò: ï ôýðïò ðïõ äåß÷íåé ðþò óõíäÝïíôáé ôá Üôïìá ìÝóá óå Ýíá ìüñéï (ßóùò áêüìç êáé ôç äéÜôáîÞ ôïõò óôï åðßðåäï). Óõíôïíéóìüò: öáéíüìåíï ðïõ ðáñáôçñåßôáé óå Ýíá ìüñéï Þ éüí üôáí ìðïñåß íá ðáñáóôáèåß ìå äýï Þ ðåñéóóüôåñåò äïìÝò (áðåéêïíßóåéò) ðïõ äéáöÝñïõí ìåôáîý ôïõò ìüíï óôçí êáôáíïìÞ ôùí çëåêôñïíßùí. ÁõôÝò ïé äïìÝò ëÝìå üôé âñßóêïíôáé óå óõíôïíéóìü. Óýóôçìá: êÜèå ðåñéï÷Þ ðïõ åîåôÜæåôáé êáé ç ýëç ðïõ ðåñéÝ÷åôáé óå áõôÞí. Óõ÷íüôçôá (ôïõ öùôüò): ï áñéèìüò ôùí êõìÜôùí ðïõ äéÝñ÷ïíôáé áðü êÜðïéï óçìåßï óå Ýíá äåõôåñüëåðôï. Ïñßæåôáé åðßóçò ùò ï áñéèìüò ôùí êýêëùí áíÜ äåõôåñüëåðôï. ÌïíÜäá: sec Þ hertz, Hz. Ó÷Üóç: ç äéáäéêáóßá êáôÜ ôçí ïðïßá Ýíáò ðõñÞíáò ÷ùñßæåôáé óå äýï âáñéÜ êëÜóìáôá êáé óå ìåñéêÜ íåôñüíéá. Óùìáôßäéï Üëöá (á): óùìáôßäéï ðïõ áðïôåëåßôáé áðü äýï ðñùôüíéá êáé äýï íåôñüíéá. Ôá óùìáôßäéá á åêðÝìðïíôáé áðü êÜðïéïõò ñáäéåíåñãïýò ðõñÞíåò. Óùìáôßäéï âÞôá (â): çëåêôñüíéï, ôï ïðïßï åîÝðåìøå êÜðïéïò ñáäéåíåñãüò ðõñÞíáò.

Ô Ôrans: äéáãþíéá Þ óå áíôßèåôåò ðëåõñÝò. ×ñçóéìïðïéåßôáé ðñïêåéìÝíïõ íá ðñïóäéïñßæïíôáé ôá ãåùìåôñéêÜ éóïìåñÞ (âë. cis). ÔÜóç áôìþí: ç ðßåóç éóïññïðßáò ðïõ áóêåßôáé áðü ôïõò áôìïýò ðÜíù óå Ýíá õãñü, óå êáèïñéóìÝíç èåñìïêñáóßá. Ôá÷ýôçôá (áíôéäñÜóåùò): ìåôñåßôáé ìå ôçí ðïóüôçôá (óõíÞèùò óå ãñáììïìüñéá) ôùí áíôéäñþíôùí ðïõ êáôáíáëþíïíôáé Þ ôùí ðñïúüíôùí ðïõ ðáñÜãïíôáé óå ìéá ÷çìéêÞ áíôßäñáóç óôç ìïíÜäá ôïõ ÷ñüíïõ. ÔåôñáåäñéêÞ ãùíßá: 109° 28´. ÓõíÞèùò Ýôóé ÷áñáêôçñßæåôáé ç ãùíßá áíÜìåóá óå äýï ãñáììÝò ðïõ Üãïíôáé áðü ôéò êïñõöÝò åíüò êáíïíéêïý ôåôñáÝäñïõ ðñïò ôï êÝíôñï ôïõ. ÔåôñÜåäñï: ôï êáíïíéêü ðïëýåäñï ìå ðëåõñÝò ôÝóóåñá üìïéá éóïäýíáìá ôñßãùíá. Ôéôëïäüôçóç: ç ìÝôñçóç ðïõ ðñïêýðôåé áðü ôç äéáäéêáóßá êáôÜ ôçí ïðïßá ðñïóôßèåôáé ðñïóåêôéêÜ Ýíá áíôéäñüí óå Ýíá Üëëï, ìÝ÷ñé êáé ôá äýï íá óõíõðÜñ÷ïõí óå áêñéâþò éóïäýíáìåò ðïóüôçôåò. ÔñéóèåíÞò: åêåßíïò ðïõ Ý÷åé ôç äõíáôüôçôá íá ó÷çìáôßæåé ôñåéò äåóìïýò (ëÝãåôáé ãéá Üôïìá, óôïé÷åßá, ñßæåò, éüíôá). Ôñï÷éáêÜ óèÝíïõò: ôñï÷éáêÜ ôçò åíåñãåéáêÞò ðåñéï÷Þò ðïõ ðåñéÝ÷åé ìåñéêþò óõìðëçñùìÝíá ôñï÷éáêÜ. Ôñï÷éáêü: ìéá ðåñéï÷Þ ôïõ ÷þñïõ ãýñù áðü ôïí áôïìéêü ðõñÞíá, óôçí ïðïßá õðÜñ÷åé ìåãÜëç ðéèáíüôçôá íá âñåèïýí ôá çëåêôñüíéá. Ôá êýñéá åßäç ôùí ôñï÷éáêþí åßíáé ôá s (óöáéñéêÜ), ôá p (ðïõ áíáðôýóóïíôáé êáôÜ ìÞêïò åíüò åê ôùí ôñéþí êáèÝôùí êáñôåóéáíþí áîüíùí), ôá d êáé ôá f. Ôýðïò ÷çìéêüò: ç êùäéêÞ áðåéêüíéóç åíüò ìïñßïõ, ç ïðïßá áðïôåëåßôáé áðü óýìâïëá ãéá ôá óôïé÷åßá êáé áñéèìçôéêïýò äåßêôåò ãéá ôïí áñéèìü ôùí áôüìùí ôïõ êÜèå óôïé÷åßïõ. Torr: ìéêñÞ ìïíÜäá ðéÝóåùò ßóç ìå ôï 1/760 ôçò áôìüóöáéñáò Þ ßóç ðåñßðïõ ìå ôçí ðßåóç ðïõ áóêåßôáé áðü ìéá óôÞëç õäñáñãýñïõ ýøïõò åíüò ÷éëéïóôïìÝôñïõ óôï åðßðåäï ôçò èÜëáóóáò.

Õ Õâñßäéï óõíôïíéóìïý: ï ìÝóïò üñïò Þ ôï ìåßãìá ôùí äéáöïñåôéêþí äïìþí åíüò ìïñßïõ Þ éüíôïò ðïõ áíôéóôïé÷åß óôçí ðñáãìáôéêÞ çëåêôñïíéáêÞ êáôáíïìÞ. ÕâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ: ôá ôñï÷éáêÜ ðïõ

712

ðñïÝñ÷ïíôáé áðü áíÜìéîç äéáöüñùí êáèáñþí ôñï÷éáêþí (üðùò ôá s êáé ôá p ôñï÷éáêÜ). Õãñü: ç öÜóç, óôçí ïðïßá ôá ìüñéá âñßóêïíôáé êïíôÜ ôï Ýíá ìå ôï Üëëï, Ý÷ïõí üìùò áñêåôÞ åíÝñãåéá, ðïõ ôïõò åðéôñÝðåé íá êéíïýíôáé êáé íá ïëéóèáßíïõí áðïìáêñõíüìåíá ôï Ýíá áðü ôï Üëëï. Ãé’ áõôü ôá õãñÜ ìðïñïýí íá ñÝïõí. Äåí äéáèÝôïõí ôç ó÷åäüí ôÝëåéá äïìÞ ôùí êñõóôáëëéêþí óôåñåþí. ÕäáôÜíèñáêåò: ìüñéá ïñãáíéêþí åíþóåùí, ôá ïðïßá áðïôåëïýíôáé ìüíï áðü Üôïìá C, Ç êáé Ï∙ óå áõôÜ ç áíáëïãßá ôùí áôüìùí Ç êáé Ï åßíáé 2:1. Õäáôéêü äéÜëõìá: Ýíá äéÜëõìá, óôï ïðïßï ï äéáëýôçò åßíáé íåñü. ÕäñïãïíÜíèñáêåò: ìéá Ýíùóç, ç ïðïßá ðåñéÝ÷åé ìüíï Üôïìá õäñïãüíïõ êáé Üíèñáêá. Ìðïñåß íá åßíáé êïñåóìÝíç (÷ùñßò äéðëïýò Þ ôñéðëïýò äåóìïýò), áêüñåóôç (ìå äéðëïýò Þ êáé ôñéðëïýò äåóìïýò), áñùìáôéêÞ (ìå âåíæïëéêü Þ ðáñüìïéï ìå ôïí âåíæïëéêü äáêôýëéï) Þ êõêëéêÞ (êïñåóìÝíç Þ áêüñåóôç, áëëÜ ðåñéÝ÷ïõóá Ýíáí ôïõëÜ÷éóôïí äáêôýëéï ìå Üôïìá Üíèñáêá). Yðåñéþäåò öùò: áêôéíïâïëßá ìå óõ÷íüôçôá ìåãáëýôåñç áðü åêåßíç ôïõ öùôüò óôï éþäåò Üêñï ôïõ ïñáôïý öÜóìáôïò (ìåãáëýôåñç áðü 7,5 x 1014 sec-1). ÕðÝñõèñç áêôéíïâïëßá: áêôéíïâïëßá ìå ìéêñüôåñåò óõ÷íüôçôåò áðü ôï åñõèñü öùò (ìéêñüôåñåò áðü 4,3 x 1014 sec–1). Õðüèåóç ôïõ Ávogadro: ßóïé üãêïé áåñßùí, õðü ôçí ßäéá ðßåóç êáé èåñìïêñáóßá, ðåñéÝ÷ïõí ßóïõò áñéèìïýò ìïñßùí.

Ö ÖÜóç: ìÝñïò åíüò óõóôÞìáôïò ôï ïðïßï ÷áñáêôçñßæåôáé áðü ôéò ßäéåò éäéüôçôåò. ÔÝôïéåò åßíáé ç óôåñåÜ, ç õãñÞ Þ áÝñéá öÜóç. ÖÜóìá: âëÝðå ôï ïñáôü öÜóìá. ÖáóìáôïãñÜöïò ìÜæáò: üñãáíï ðïõ ÷ñçóéìïðïéåßôáé ãéá ôç ìÝôñçóç ôùí ìáæþí ôùí èåôéêþí éüíôùí ôùí áåñßùí. Öáóìáôïóêüðéï (Þ öáóìáôïãñÜöïò): ïðôéêÞ äéÜôáîç, ç ïðïßá äçìéïõñãåß öÜóìá ôïõ öùôüò êáé ìðïñïýìå åßôå íá ôï äïýìå

(öáóìáôïóêüðéï) åßôå íá ôï êáôáãñÜøïìå (öáóìáôïãñÜöïò). Öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï (Þ óùóôüôåñá öùôïçëåêôñïíéêü): ç åêðïìðÞ çëåêôñïíßùí áðü ìéá ïõóßá üôáí ðñïóðÝóåé åð’ áõôÞò öùôåéíÞ áêôéíïâïëßá, ôçò ïðïßáò ôá öùôüíéá Ý÷ïõí áñêåôÞ åíÝñãåéá. Öùôüíéï: ìéá óôïé÷åéþäçò ìïíÜäá åíÝñãåéáò ðïõ óõíéóôÜ ôçí çëåêôñïìáãíçôéêÞ áêôéíïâïëßá (ïíïìÜæåôáé êáé êâÜíôïõì). Ç åíÝñãåéá Å ôïõ êÜèå öùôïíßïõ óõ÷íüôçôáò v äßíåôáé áðü ôïí ôýðï Å = hv, üðïõ h åßíáé ç óôáèåñÜ ôïõ Plank. Öùôïóýíèåóç: ç äéáäéêáóßá ìå ôçí ïðïßá ôá öõôÜ óõíèÝôïõí áðü CO2 êáé H2O ãëõêüæç, Üìõëï êáé êõôôáñßíç ÷ñçóéìïðïéþíôáò ùò ðçãÞ ôçò áðáéôïýìåíçò åíÝñãåéáò ôï çëéáêü öùò.

× ×áñáêôçñéóôéêÞ ïìÜäá: ìéá ó÷åôéêÜ äñáóôéêÞ ïìÜäá (üðùò ç –COOH, ç –ÏÇ êáé ç –ÍÇ2) ç ïðïßá ìðïñåß íá åßíáé óõíäåäåìÝíç ìå ìéá ó÷åôéêÜ áäñáíÞ ïìÜäá õäñïãïíÜíèñáêá. Ïé áíôéäñÜóåéò ðñáãìáôïðïéïýíôáé êõñßùò óôéò èÝóåéò ôùí ÷áñáêôçñéóôéêþí ïìÜäùí. ×çìéêÞ áíôßäñáóç: ï ìåôáó÷çìáôéóìüò ìéáò Þ ðåñéóóïôÝñùí ïõóéþí (ôùí áíôéäñþíôùí) óå ìßá Þ ðåñéóóüôåñåò äéáöïñåôéêÝò ïõóßåò (ôá ðñïúüíôá). XçìéêÞ Ýíùóç: ìéá êáèáñÞ ïõóßá ðïõ áðïôåëåßôáé áðü äýï Þ ðåñéóóüôåñá äéáöïñåôéêÜ åßäç áôüìùí (äéáöïñåôéêþí óôïé÷åßùí). ×çìéêÞ åîßóùóç: ìéá ïìÜäá ôýðùí êáé óõìâüëùí, ôá ïðïßá äåß÷íïõí ðïéá áíôéäñþíôá åíþíïíôáé êáé óå ðïéåò áíáëïãßåò, ãéá íá ó÷çìáôßóïõí ðïéá ðñïúüíôá êáé óå ðïéåò áíáëïãßåò (âëÝðå ÷çìéêÞ áíôßäñáóç). ÷éëéï–: Ýíá ðñüèåìá ðïõ óçìáßíåé ÷ßëéá, üðùò óôçí ðåñßðôùóç ôïõ ÷éëéïãñÜììïõ (÷ßëéá ãñáììÜñéá). ×éëéüãñáììï (kg): ç ðñüôõðç äéåèíÞò åðéóôçìïíéêÞ ìïíÜäá ìÜæáò. ×éëéïóôü–: Ýíá ðñüèåìá ðïõ óçìáßíåé ôï Ýíá ÷éëéïóôü, üðùò óôï ÷éëéïóôüãñáììï (0,001 ôïõ ãñáììáñßïõ).

713

ÅÕÑÅÔÇÑÉÏ A Áâåâáéüôçôá: åêáôïóôéáßá 87 óôá ðáñÜãùãá ìåãÝèç 79-81, 87-89 óôéò ìåôñÞóåéò 78 Áâåâáéüôçôáò áñ÷Þ 299-301 Áãùãéìüôçôá: åíþóåùí 350-352, 467 ìåôÜëëùí 454 Áãùãïß 205 Áäåíßíç 500 Áäéðéêü ïîý, óõìðýêíùóÞ ôïõ 485 Áäñåíáëßíç 581 ÁÝñá ñýðáíóç 132-133, 497 ÁÝñáò, óýóôáóÞ ôïõ 134-135 âë. åðßóçò áôìüóöáéñá ÁÝñéá: âë. åðßóçò åõãåíÞ áÝñéá äéåñåýíçóç ìáæþí ßóùí üãêùí 109-113 ðßåóç 98-109, 128-131 óùìáôéäéáêü ðñüôõðï 106-108 õãñïðïßçóç 149-152, 444 ÁÝñéï íåöÝëùìá 97 ¢æùôï: éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìþí 342 ðáñáãùãÞ ÷çìéêþí åíþóåùí 602 ôñüðïò ó÷çìáôéóìïý äåóìþí óôá ìüñéá 376 õãñü 444 Áèñïéóéìüôçôá ôùí èåñìïôÞôùí áíôéäñÜóåùí, íüìïé ôçò 545 ÁéèÜëç 133 Áéèáëïìß÷ëç 132-133 áõôïêéíÞôùí 530-531 ÁéèÜíéï, ðñïóäéïñéóìüò ôïõ ôýðïõ 403-404 Áéèáíüëç 164, 167 äïìÞ 383-385 öõóéêÝò éäéüôçôåò 385 ÁéèõëÝíéï 374-375, 393 äïìÞ áíáëüãùí ìïñßùí 387-388 ðñüôõðï êáé ôýðïò 412 Áéèõëï-ïìÜäá 420 Áêåôáëäåàäç, ðñüôõðï êáé ôýðïò 427 Áêåôüíç: äéáëýôçò 470 æþíåò áðïññïöÞóåùò 284 ðñüôõðï êáé ôýðïò 471 ÁêåôõëÝíéï 376, 413

Áêüñåóôïé õäñïãïíÜèñáêåò 412-414 Áêôßíåò ãÜììá (ã) 241 Áêôéíïâïëßá: áêôßíùí × 248, 324-325 ãÜììá 243 õðåñéþäçò 266, 603 õðÝñõèñç 266 ¢ëáôá 646 äéåñåýíçóç äéáëõôüôçôáò 318-320 ó÷çìáôéóìüò 646 Áëäåàäåò 427 Áëéæáñßíçò êßôñéíï R 639-640 Áëêáëéêþí ãáéþí ìÝôáëëá 322 Áëêáëßùí ìÝôáëëá 183-184, 320-321 éäéüôçôÝò ôïõò 192 ÁëêÜíéá 405-408 éäéüôçôÝò ôïõò, 408 ðñüôõðá êáé ôýðïé 406, 407 ÁëêÝíéá 412-414 Áëêßíéá 412-414 Áëêïüëåò 421-422 äéåñåýíçóç 423-427 ïîåßäùóÞ ôïõò 422 Áëëçëåðßäñáóç, áíÜìåóá óå Üôïìá 336-337 Áëïãüíá 184-185, 192, 320-322 éäéüôçôåò 460 Áëïãïíßäéá 322 áëêáëéìåôÜëëùí 464-465, 468-469 äéåñåýíçóç 318-320 Áëïõìßíéï 179 Áëïõìéíßïõ ïîåßäéï 179 ¢ëöá (á) – äéÜóðáóç ðõñÞíá 241-243 ¢ëöá (á) óùìáôßäéá 228, 241 åêôñïðÞ áðü Üôïìá 228-233 Áë÷çìéóôÝò 161 Áìßáíôïò 506-507 óôåñåü ðëÝãìá, 462 Áìßäéá 433 Áìéäéêþí äåóìþí óýíäåóç 485 Áìßíåò 432-433 ÁìéíïìÜäá 432 ÁìéíïîÝá 438-439, 493-494 êþäéêÝò ôïõò, 500-502 Áììùíßá 114-115 äïìÞ 342 ìïñéáêü ó÷Þìá 363-364, 367 ó÷çìáôéóìüò 601-602

714

Áìðåñüìåôñï 664, 671 ¢ìõëï 494-495 ÁíáãùãÞ 667, 669 âë. ïîåéäïáíáãùãÞ ÁíáãùãÞò äõíáìéêÜ 674-675, 691 Áíáãùãéêü ìÝóï 667, 691 Áíáäéðëïýìåíá öýëëá 494-495 Áíáêýêëùóç 354 ÷áñôéïý 497-498 Áíáëïãßá ìå ìßá êëßìáêá 275-278 Áíáëïãßáò, óôáèåñÜ 566 ÁíÜëïãï ìðÜëáò ôïõ ãêïëö 621-626 ÁíÜëõóç 157 ïãêïìåôñéêÞ 649 ðïéïôéêÞ 157 ðïóïôéêÞ 157 óôáèìéêÞ 649 ÷ñùìáôïìåôñéêÞ, 607, 610 ÁíáðíïÞ 582 ÁíáöïñÜò çìéóôïé÷åßï 673-674 ÁíåëáóôéêÝò êñïýóåéò 52 ¢íèñáêá Üôïìá áóýììåôñá 438 éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìïý 342 ìïíáäéêÞ éäéüôçôá 402 óôñþìáôá ôùí áôüìùí 90 ¢íèñáêá åíþóåéò 399-439 äïìÞ ôïõò 402-404 ïíïìáôïëïãßá 405, 414, 415, 434 ðçãÝò ôïõò 400-402 ¢íèñáêáò-12 117 ÁíèñáêéêÞ áöõäáôÜóç 582 Áíèñáêéêü áóâÝóôéï 133 áðïóýíèåóÞ ôïõ 591 Áíéüíôá 222 ïíüìáôá êáé ôýðïé 696 óéëéêüíçò, 505-506 ¢íïäïò 205-206, 216, 683 Áíïéêôü óýóôçìá 592, 598 Áíüñãáíç ÷çìåßá 402 äõíÜìåéò ìåôáîý ôùí áôüìùí 451-452 åíôïìïêôüíá 436-437 ÁíôéäñÜóåéò 167 áåñßùí 119-122 áõèüñìçôåò 61-62, 674-675 åíäïèåñìéêÝò 541, 574, 576 åîþèåñìåò, 541, 574, 576 çìéóôïé÷åßïõ 667, 669-670, 673-675 êáýóåùò 20-22, 81-84, 177-178, 245 ìåôÜëëùí ìå íåñü 180-183 ìåôÜëëùí ìå ïîÝá 137-140

ïëïêëÞñùóÞ ôïõò 598-599 ïîåéäï-áíáãùãÞò 662, 667, 669-684 ïñãáíéêÝò 532-533 ðïëõìåñéóìïý óõìðõêíþóåùò 484-486 ðñïóèÞêçò 414 óõíèÝóåùò ìåôáëëéêþí ïîåéäßùí 158-159 ôá÷ýôçôÝò ôïõò, âë. ôá÷ýôçôåò áíôéäñÜóåùí õðïêáôáóôÜóåùò 413-414 ÁíôéäñÜóåéò çìéóôïé÷åßùí 667 áîéïðïßçóÞ ôïõò ãéá ôïí õðïëïãéóìü ôùí óõíôåëåóôþí óôéò ÷çìéêÝò åîéóþóåéò, 676-679 äõíáìéêÜ 673-674, 691 ôÜóç ðñïò ðñáãìáôïðïßçóç 669-670 ÁíôéäñÜóåùò ìç÷áíéóìüò 564-566, 576-580, 605 ÁíôéäñÜóåùò óõíôåôáãìÝíç 572 ÁíôéäñÜóåùò ôá÷ýôçôá 556-584 âë. åðßóçò êáôáëýôåò äéåñåýíçóç 559-562 åîÜñôçóç áðü ôá áíôéäñþíôá 558-559 åðßäñáóç ôçò èåñìïêñáóßáò 561, 566-568 åðßäñáóç ôçò óõãêåíôñþóåùò 560-564, 565-566 ÁíôéäñáóôÞñåò, ðõñçíéêïß 243, 245-247 èÝóåéò ôïõò 246 Áíôéäñþíôá, 167, 518 êáèïñéóôéêÜ 524 Áíôßóôñïöç áíáëïãßá 106 Áíýøùóç óçìåßïõ âñáóìïý 472, 474-475, Áíþóåùò äéüñèùóç 36, 41-42, 92, 112 Áíþóåùò öáéíüìåíï 74-75 äéåñåýíçóç 36-40 ¢íùóç 36-42 ÁðáãïñåõôéêÞ áñ÷Þ ôïõ Pauli 311-312 Áðåéêüíéóç ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý ìå ãñáììÝò 337 Áðåéêüíéóç ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý ìå ôç âïÞèåéá ôùí ôñï÷éáêþí 337 Áðüëõôåò ôá÷ýôçôåò áíôéäñÜóåùí, èåùñßá 575 Áðüëõôçò èåñìïêñáóßáò êëßìáêá 136-137 Áðüëõôï ìçäÝí 137 ÁðïññïöÞóåùò æþíç 285-286 ÁðïññõðáíôéêÜ 431-432 ÁðïôÝöñùóç (=êáýóç) 20-22, 177-178, 245 äéåñåýíçóç 81-84 ìÝôñçóç èåñìüôçôáò 81-84 õäáôáíèñÜêùí 178 ¢ðùóç, öïñôéóìÝíùí óùìáôéäßùí 199-201 Áñáéüìåôñï 73, 74-77 Áñáéüò 474 Áñãüí 194 áíáêÜëõøÞ ôïõ 191

715

äéÜôáîç çëåêôñïíßùí 338-339 éäéüôçôåò, 192-460 ¢ñãõñïò, áíáãùãÞ ôïõ 663-668 Áñ÷Þ ôïõ Le Chatelier 600-602 Áñ÷éêÞ åíÝñãåéá éïíéóìïý 321 Áñ÷éìÞäç áñ÷Þ 72 Áñùìáôéêïß õäñïãïíÜèñáêåò 415-418 Áóèåíåßò çëåêôñïëýôåò 631-632 ÁóèåíÞ ïîÝá 652-653 áíôáãùíéóìïß ãéá éüíôá õäñïãüíïõ 654-657 Áóýììåôñï Üôïìï Üíèñáêá 438 -éêü, óçìáóßá ôçò êáôáëÞîåùò 514 Áôáîßá, âë. ôõ÷áßá äéÜôáîç Áôìüóöáéñá (atm) 100 Áôìüóöáéñá, õäñáôìïß óôç 130-131 ÁôìïóöáéñéêÞ ðßåóç 100-101, 130-131 Áôìþí ôÜóç 596 áéèáíüëçò 590 íåñïý 140, 590 ¢ôïìá 3, 96, 98, 116 äéÜìåôñïé 233-235 äéÜóðáóÞ ôïõò 241, 243 äéÜôáîÞ ôïõò 448-449 äïìÞ 228-235, 238-240, 279-282, 298-299 ðñüôõðï ôïõ Bohr 265, 279-282, 292, 295-296 ðñüôõðï ôïõ Rutherford 230 ðñüôõðï ôïõ Thomson 228, 229-230 ÁôïìéêÜ öÜóìáôá 272-275 ÁôïìéêÝò ôá÷ýôçôåò, êáôáíïìÞ ôïõò 568-571 ÁôïìéêÞ èåùñßá 159-160, 162, 283 ÁôïìéêÞ ìÜæá, âë. ìïñéáêÞ Áôïìéêïß áñéèìïß 191-193, 233, 692-693 âÜóç ãéá ôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá 316-317 ðñïóäéïñéóìüò ôïõò 324-325 Áôïìéêïß äåóìïß 243-244 Áôïìéêüò áíôéäñáóôÞñáò 4-5 Áõèüñìçôåò áíôéäñÜóåéò 61-62 ðñüâëåøç 674-675 ÁõôïêéíÞôùí íÝöïò 530-531 Ampere (ÁìðÝñ) 216 Ångström, 235 Arrheuius, Svante August 386, 656, 684 Aston, F. W. 242 Avogadro, ç õðüèåóÞ ôïõ 115-116, 118-120, 122, 141, 143-144 Avogadro, ï áñéèìüò ôïõ 118

B Âáèìïß åëåõèåñßáò 614

Âáíáäßïõ ðåíôïîåßäéï, ùò êáôáëýôçò 529 Âáñüìåôñï 102-103 ÂÜñïò 26 êáé ìÜæá 27-28, 35, 36-43 Âáñý ýäùñ 240 óýíèåóÞ ôïõ 656 Âáñýôçôá 26-28, 37 ÂÜóåéò 630, 684 âë. åðßóçò éüíôá õäñïîõëßïõ åîïõäåôÝñùóç 644-646 éäéüôçôÝò ôïõò 636-638 ìåôáöïñÜ ðñùôïíßïõ 657 óôá íïõêëåúíéêÜ ïîÝá 500-501, 502-503 ó÷çìáôéóìüò ôïõò 180-183 ôéôëïäüôçóç 647-652 ôõðïðïßçóç äéáëýìáôïò 649-651 ÂáóéêÜ äéáëýìáôá 634 ôõðïðïßçóÞ ôïõò 649-651 ÂáóéêÞ óôÜèìç åíÝñãåéáò 278 Âåíæïúêü ïîý ðñïóäéïñéóìüò óôáèåñÜò éóïññïðßáò 654 Âåíæüëéï 415-417 áíôéäñÜóåéò õðïêáôáóôÜóåùò 417 äáêôýëéïò 415 ðáñÜãùãá 418 Âçñýëëéï, éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìþí 343-344 ÂÞôá (â) – äéÜóðáóç 241-243 ÂÞôá (â) – óùìáôßäéá 241 Âéïáðïéêïäïìïýìåíï 353 Âïëô 671 Âïëôüìåôñï 671 Âüñéï, éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìïý 343 Âïõëêáíéóìüò 495 Âñáóìïý óçìåßï 590 ôÜóåéò ôïõ 193 ôùí õäñïãïíïåíþóåùí 476 Âñùìßùóç 417 Balmer 249 Barkla 323 Bartlett, Neil 190 Becquerel 248 Bohr, Niels 249, 274, 279-282, 283 Bohr, áôïìéêü ðñüôõðï 265, 279-282, 283, 292, 295-296 Boyle, Robert 107 Bravais 447 Bronowski, Jacob 19 Brønsted, J. M. 656

716

à ÃáéÜíèñáêáò 400-401 Ãáëáîßáò 90 Ãáëéëáßïò 54-55 Ãåíåôéêüò êþäéêáò 500-501 ÃåñìÜíéï, éäéüôçôÝò ôïõ 188 ÃÝöõñá Üëáôïò 664-665, 668 ÃåùìåôñéêÜ éóïìåñÞ 387-388 Ãéãáíôéáßá ìüñéá 483-507 Ãëõêåñßäéá 430, 431-432 Ãëõêåñßíç 422 Ãëõêüæç 495 äïìÞ ôçò 439 Ãïõáíßíç 500 ÃñáììÜñéï 29 ÃñáììéêÜ ìüñéá 370 ÃñáöéêÞ ðáñÜóôáóç 12-14 Ãñáößôçò, äïìÞ 452-453 Ãõáëß 506 Carothers, Wallace Hume 499 Carson, Rachel 436 Cavendish, Henry 191 Celsius, Anders 55 Chandwick 250 Charles, Jacques 134 Cis-trans éóïìåñÞ 387-388 Commoner, Barry 18 Curie, Irène 250 Curie, Marie êáé Pierre 248 Gerlach, Walter 366 Germer, Lester, H. 293 Gibbs, Josiah Willard 614 Goldstein, E. 213

Ä Äåßêôåò 639-640 ÄÝëôá, Ä 58 Äåóìïß óßãìá 393-395 Äåóìïß: áðåéêïíßóåéò ôïõò 335, 337-339 äéðëïß äåóìïß 374-375, 393-395 éïíôéêïß 345-349 ïìïéïðïëéêïß 332-336, 345-347 ðé (ð)-äåóìïß 393-395 óßãìá (ó) äåóìïß 393-395 ôñéðëïß äåóìïß 375-376, 393-395 õäñïãüíïõ 476 Äåóìüò õäñïãüíïõ 476 óôéò ðñùôåÀíåò 494 óôï íÜûëïí 486

ôïõ íåñïý 478 ôïõ õäñïöèïñßïõ 478 Äåóìïý åíÝñãåéá 376 Äåóìþí ãùíßåò, ðñüâëåøç 363-364, 367-372 Äåóïîõ, óçìáóßá ôïõ ðñïèÝìáôïò 502-503 Äåóïîõñéâüæçò óÜê÷áñï 502 ÄåõôÝñéï 238-242 ÄÇ 540-541 ÄLJ 574-576 ÄçëçôÞñéá 355 ÄéÜãñáììá ôïõ Moseley 326 ÄéáãñÜììáôá ðëçñüôçôáò ôñï÷éáêþí 337 ÄéÜèëáóç 262 Äéáêëáäéæüìåíåò áëõóßäåò 489 Äéáëýìáôá 446, 470, 684 âáóéêÜ 636-638 êïñåóìÝíá 617, 618-619 üîéíá 636 ïõäÝôåñá 634 ðáñáóêåõÞ ðñïôýðùí, âÜóåùí 650 ðñüôõðá 640-641 pH 634 õäáôéêÜ 518-519 ÄéáëõìÝíç ïõóßá 470 Äéáëýôåò 470-472 Äéáëõôüôçôá 318 áåñßùí 115-116 áëÜôùí 318-319 âë. åðßóçò äéáëýìáôá åíþóåùí óôï íåñü 697 éóïññïðßá 591, 596-597, 616-619 õðïëïãéóìüò 617 Äéáëõôüôçôáò, ãéíüìåíï 617-619 ðñïóäéïñéóìüò 613-616 ÄéáìÜíôé 453 ÄéÜíõóìá 366 ÄéÜóðáóç 243-245 ÄéáóôÜóåùò, óôáèåñÜ 632 åðßäñáóç èåñìïêñáóßáò 634-635 íåñïý 632-634 ÄéÜóôáóç 518 äéáëõìÝíçò ïõóßáò 684 ÄéÜôáîç óõìðëçñùìÝíçò óôïéâÜäáò 312-313 áðïêáôÜóôáóÞ ôçò 314-315 ÄéáôÞñçóç ìÜæáò êáé åíÝñãåéáò, íüìïò 62-64 ÄéáôÞñçóç ìÜæáò, íüìïò 44-46 ÄéáôÞñçóç ôçò åíÝñãåéáò, íüìïò 59-60, 62-64, 545 ÄéáôïìéêÜ ìüñéá 165 ÄéâïñÜíéï, 343 ÄéåèíÝò óýóôçìá ìïíÜäùí 54 ÄéÞèçìá 522-523

717

ÄéÞèçóç 522-523 ÄéìåèõëïáéèÝñáò 166, 385-387 Äéïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá 375-376 óôçí áôìüóöáéñá 549-550 Äéïîåßäéï ôïõ èåßïõ 131-132 ÄéðëÝò åíþóåéò (äéóôïé÷åéáêÝò) 514 ÄéðëÞ Ýëéêá 548 Äéðëïß äåóìïß 374-375, 393-395 ÄéðïëéêÞ ñïðÞ 381-383, 386 Äßðïëï (á) 381-384, 470-472 ôáëáíôïõìÝíá 451-452 ÄéóèåíÝò 341 ÄïìÞ 116, 362 ÄïìÞ õðåñïîåéäßïõ ôïõ õäñïãüíïõ 341 Äïñõöüñïò ôçëåðéêïéíùíéáêüò 4 ÄñáóôéêÝò ïìÜäåò 408, 420-433 ìåôáöïñÜ ôïõò 581-582 ðåñéÝ÷ïõóåò Üæùôï 432-433 ÄõíÜìåéò ôïõ äÝêá 88-89 ÄõíáìéêÞ åíÝñãåéá 51, 60-61 ÄõíáìéêÞ éóïññïðßá 594-597 áðüäåéîÞ ôçò 597-598 Äõíáìéêü (Å) 671 åíüò çìéóôïé÷åßïõ 673-675 åíüò óôïé÷åßïõ 671-673 Äõíáìüìåôñá 31-32 Äõíáôüôçôá áðïéêïäïìÞóåùò 353 Äýóôçêôá 266 d ôñï÷éáêÜ 302-303 Dali, Salvador 443 Dalton, John 82, 160, 162, 283 Davisson, Clinton J. 292-295 Davy, Sir Humphry 180, 216, 218, 663 DDT 436-437 De Broglie, Louis Victor 292-295 De Laplace, P. S. 545 Debye, Peter J. W. 386 DNA 483, 500-502 Döbereiner, Johann 186 Ät 79

Å ¸äáöïò, óõíÝðåéá üîéíçò âñï÷Þò 645 ÅäñïêåíôñùìÝíç åîáãùíéêÞ äïìÞ 448-449 ÅéäéêÞ èåñìüôçôá 56-59 íåñïý 81, 83-86 Åéäéêü âÜñïò 73 Åêèåôéêïß áñéèìïß 88-89 Åêëåêôéêüôçôá, åíæýìùí 580-584 ÅêñÞîåéò 556

Åêôüíùóç ðñïêáëïýìåíç áðü ôç ìåôáêßíçóç åíüò åìâüëïõ 150-152 Åëáúêü ïîý, ìÝãåèïò ôïõ ìïñßïõ 235-237 ÅëáóôéêÝò êñïýóåéò 52, 142-143 ÅëáôÜ (ìÝôáëëá) 454 ´Åëéêá 494 ¸ëîç 149-152 äéðüëïõ ìå äßðïëï 451-452 óôéò óõìðõêíùìÝíåò öÜóåéò 444-455 öïñôéóìÝíùí óùìáôéäßùí 199-202 ¸ëîç äéðüëïõ áðü äßðïëï 452 ÅììïíÞ ôçò ìíÞìçò 443 Åíäüèåñìåò áíôéäñÜóåéò 541, 576-577 ÅíÝñãåéá 49-66 áöèïíßá ôçò 3 âë. åðßóçò èåñìüôçôá êáé öùò äéáóêïñðéóìüò 61 äéáôÞñçóç 59-60, 62-64 äõíáìéêÞ 51-52, 61 åíåñãïðïéÞóåùò 571-574 çëéáêÞ 269-271 èåñìéêÞ 50, 52 éïíéóìïý 283, 320-321, 347, 453 êéíçôéêÞ 50-52, 61 ìïíÜäåò 52, 54 ìïñéáêÞ 551 ìïñöÝò 50-52 ðñïùèÞóåùò 342 ðõñçíéêÞ 243-247 ÅíÝñãåéá éïíéóìïý 283, 320-324, 347 áñ÷éêÞ 321 ìåôÜëëùí 453 ÅíåñãåéáêÜ åðßðåäá 275-276, 278-279 Åíåñãü Üêñï 584 ÅíåñãïðïéçìÝíï óýìðëïêï 572-573, 577-580 ÅíåñãïðïéÞóåùò åíÝñãåéá 571-572, 577-580 êáé èåñìüôçôåò áíôéäñÜóåùí 574-576 ¸íæõìá 580-584 -Ýíéï, óçìáóßá ôçò êáôáëÞîåùò 412 Åíôïìïêôüíá ìç áðïéêïäïìïýìåíá 436-437 ÅíõäÜôùóç 472 Åíþóåéò 154 áãùãéìüôçôÜ ôïõò 350-355, 467 Üíèñáêá 399-439 äéáëõôüôçôá óôï íåñü 697 äéóôïé÷åéáêÝò 514 ïíïìáôïëïãßá, 514-515 ÅîÜ÷íùóç 412, 413 ÅîéóïññïðçìÝíç áíôßäñáóç 168-169 ìå áñéèìïýò ïîåéäþóåùò 677-678 ìå çìéáíôéäñÜóåéò 678-679

718

Åîéóþóåéò 120, 167 ãñáöÞ ôïõò 518-519 éóïóôáèìéóìÝíåò 167-170, 676-679 ÅîïõäåôÝñùóç 644-646 öïñôßùí 201 Åîþèåñìåò áíôéäñÜóåéò 541, 574 Åðáíáöüñôéóç 681 Åðß ôïéò åêáôü óöÜëìá (åêáôïóôéáßá áâåâáéüôçôá) 87 Åðßäñáóç ôçò èåñìïêñáóßáò 599-600 Åðßäñáóç ôçò óõãêåíôñþóåùò 599-600 ÅðéìåôÜëëùóç 683 Åðéíåöñßäéá 581 Åðßðåäá ìüñéá 368-370 Åðßðåäá ðïëùìÝíï öùò 435-439 ÅðéóôçìïíéêÞ ìÝèïäïò 14-15, 18-19 Åðéôá÷õíôÞò óùìáôéäßùí 163 Åðé÷Üëêùóç 683-685 Åðé÷ñùìßùóç 683 ¸ñãï 60 ÅóôåñÜóåò 582 ÅóôÝñåò 427, 430, 431 õäñüëõóÞ ôïõò 582 ÅôåñïãåíÝò óýóôçìá 563 ÅõãåíÞ áÝñéá 116, 190-191, 320-324 äéáìüñöùóç 338-339 éäéüôçôåò 192, 460 ÷ñÞóåéò 193-194 Einstein, Albert, 64, 265, 271 Eyring, Henry 575

Æ Æýãéóç, ðçãÝò óöÜëìáôïò 36-43 Æõãïß 29-30, 31-34 öñïíôßäá ôïõò 33 Johnston, Harold S. 603-605 Joliot Frederic 250 Joule 54 Joule James Prescott 82 Joule -Thomson åðßäñáóç 150-152 Julian, Percy lavon 419, 581 Zeeman, Pieter 366

Ç ÇëåêôñéêÜ öïñôßá 199-204, 233 Çëåêôñéêü äßðïëï 346-347 Çëåêôñüëõóç 681-683 éüíôùí ìÝóá óå äéÜëõìá 216-221 óôï íåñü 154 Çëåêôñïëýôåò 467, 616-617

äéáëõôüôçôá óôï íåñü 472 éó÷õñïß êáé áóèåíåßò 631 ÇëåêôñïìáãíçôéêÞ áêôéíïâïëßá 254, 256, 264 Çëåêôñïìáãíçôéêü öÜóìá 262-266 Çëåêôñïíéáêïß ôýðïé áðåéêïíßóåùò ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý 337 ÇëåêôñïíéêÜ öÜóìáôá 284 Çëåêôñïíéêü íÝöïò 298-299 ìÝãåèüò ôïõ 368 Çëåêôñüíéï (á) 233-235 áíôáãùíéóìüò ãéá 669-670 äéáôÜîåéò 310-311, 694-695 åíäåßîåéò ãéá 204-209 åíåñãåéáêÜ åðßðåäá 275-278 êõìáôéêÞ öýóç 292-294 ëüãïò öïñôßï/ìÜæá 209-213 ìáãíçôéêü ðåäßï 364-367 ìÜæá 209-211, 238 óôñïöïñìÞ 364-367 óõìðåñéöïñÜ óôá ìÝôáëëá 454-458 óùìáôßäéá âÞôá 241 ôÜóç ðñïò ó÷çìáôéóìü æåõãþí 364-367 öïñôßï 209-211 Çëåêôñï÷çìéêÜ óôïé÷åßá 662, 666-667, 680-681 äéåñåýíçóç 663-666 äõíáìéêÜ 671-673 ÇëéáêÞ åíÝñãåéá 269-271 ¹ëéï 193-194 Üôïìá 310-311 Çëéïôñüðéï 636-637, 647 Hahn, Otto 250 Hench, P. S. 581 Hertz 262 Hess, Germain Henri 545, 614

È ÈÜëáìïò íåöþóåùò 249-250 Èåééêü ïîý 132-133, 158 ðáñáãùãÞ ôïõ 526-528 óôïí áÝñá 645 óõóóùñåõôÝò 681 Èåééêüò ÷áëêüò, áíôßäñáóç ìå óßäçñï 515-518 Èåéïý÷ïò øåõäÜñãõñïò, ðëÝãìá 450 Èåìåëéþäçò êáôÜóôáóç 310 Èåñìßäá 54 Èåñìéäïìåôñßá 547 Èåñìéäüìåôñï 541, 547-548 ÈåñìéêÞ åíÝñãåéá 50, 52 ÈåñìéêÞ ñýðáíóç 62-63 Èåñìéêü ðåñéå÷üìåíï 540

719

ìïñéáêü 551 ÈåñìïäõíáìéêÞ 614 Èåñìïêñáóßá: áíáóôñïöÞ 549 áðüëõôï ìçäÝí 137 åðßäñáóç óôéò ôá÷ýôçôåò ôùí áôüìùí 570-571 åðßäñáóç óôçí éóïññïðßá 599-600 åðßäñáóç óôçí ôÜóç áôìþí 590-591 åðßäñáóç óôéò ôá÷ýôçôåò áíôéäñÜóåùí 561-562 êëßìáêåò 136-137 ìïíÜäåò 52, 54-55 Èåñìüìåôñá 54-55 ÈåñìïðõñçíéêÞ åñåõíçôéêÞ äéÜôáîç 244 Èåñìüôçôá 50, 52 Èåñìüôçôåò áíôéäñÜóåùò 541 ìåôñÞóåéò 83-86, 541-544 õðïëïãéóìïß 539-541, 545-547 Èåñìüôçôåò ó÷çìáôéóìïý 545-546 Èåùñßá áðùèÞóåùò æåõãþí çëåêôñïíßùí 367-370 Èåùñßá ôùí óõãêñïýóåùí 52, 562-568, 571 Èõìßíç 500, 504 Èõñïîßíç 581

É ºæçìá 518-519 ðñüâëåøç 618-619 Éêáíüôçôá ó÷çìáôéóìïý äåóìïý 340-345 äåóìïý ìÞêïò 333 Éíäéêïêáñìßíç 639 -ßíéï, óçìáóßá ôçò êáôáëÞîåùò 412 Éîþäç õãñÜ 445 Éüíôá 213, 221 áíéüíôá 222 ãíùóôÜ (êïéíÜ) 697 êáôéüíôá 222 ÉïíôéêÜ óôåñåÜ 464-469 äïìÞ 465-466 éäéüôçôåò 466-467 Éïíôéêüò äåóìüò 433-439 ÉóïìåñÞ 166 ãåùìåôñéêÜ 387-388 cis-trans 387-388 éóï- 406 êáíïíéêÜ 406 ïðôéêÜ 433-435 óõíôáêôéêÜ 383-387 ÉóïìåñÞ ðåíôáíßïõ, öõóéêÝò éäéüôçôåò 461-462 Éóïññïðßá 589-592, 594-626

áëëáãÞ 598-602 äõíáìéêÞ öýóç 594-597 ïîÝïò-âÜóåùò 632-634, 644-646 óõãêåíôñþóåéò 610-612, 613-616 Éóüôïðá 117, 215, 238-242 Éóïôüðùí áíé÷íåõôÝò 597 Éóïûøåßò êáìðýëåò 355-358 äýï áôüìùí çëßïõ 357 ìïñßïõ ëéèßïõ 357 ìïñßïõ õäñïãüíïõ 357 Éó÷õñÜ ïîÝá 652 Éó÷õñïß çëåêôñïëýôåò 631 ic,- óçìáóßá ôçò êáôáëÞîåùò 515

Ê Ê.Ó. 134 ÊáèáñÞ ïõóßá 153-154 ÊáèïäéêÞò áêôéíïâïëßáò óùëÞíáò 208, 209 ÊÜèïäïò 206, 217, 305, 683 Êáèüäïõ, èåñìáéíüìåíç áíôßóôáóç 205-206 ÊáèïñéóìÝíåò áíáëïãßåò, íüìïò 159-160 ÊáèïñéóìÝíç ìïíÜäá 29 Êáèïñéóôéêü áíôéäñáóôÞñéï (áíôéäñþí) 524 Êáìðýëåò 12 ÊáíïíéêÜ éóïìåñÞ 406 Êáíïíéêü óçìåßï âñáóìïý 590 Êáïõôóïýê 495-496, 500 ÊáñâïíõëéêÞ ïìÜäá 430 ÊáñâïîõëéêÜ ïîÝá 429 ÊáñâïîõëïìÜäá 429 Êáñêéíïãüíåò ïõóßåò 133 ÊáôÜëõóç 575-580 Êáôáëýôåò 527, 528-529, 575-584, 600, 605 ãéá áõôïêßíçôá 531 Ýíæõìá 580-584 ëåõêü÷ñõóïò 529-530 õäñïãïíïúüíôá 578-579, 633 õäñïîõëéüíôá 633 ïîåßäéá ôïõ áæþôïõ 527, 529-530, 603 -604 Êáôáëýôåò êáýóåùí 531 Êáôéüíôá 222 ïíüìáôá êáé ôýðïé 695 Êáôþöëé åíÝñãåéáò, âë. åíÝñãåéá åíåñãïðïéÞóåùò Êáýóç 6, 20-22 ÊâÜíôá 265, 268 ÊâáíôéêÞ èåùñßá 265, 283 Êâáíôéêïß áñéèìïß 298-299 Êâáíôïìç÷áíéêÞ 226, 279, 291, 298-299, 304-307 Êåëóßïõ, êëßìáêá èåñìïêñáóßáò 54, 55, 137 Êåíü 36

720

Êåíüò óùëÞíáò 206 ÊÝíôñï ìÜæáò 26-27 Êåñß, äéåñåýíçóç 5-8, 20 -22 Êåôüíåò 429-430 ÊéíçôéêÞ åíÝñãåéá 50-52, 60-61, 142-143 åßäç 552 êáôáíïìÞ ôïõò 568-571 Êéíßíç, óýíèåóç 428 ÊëáóìáôéêÞ áðüóôáîç 402 åöáñìïãÝò ôïõ 473-474 óçìåßïõ ðÞîåùò 472 ÊëåéóôÜ óõóôÞìáôá 592-600 ÊëéìáôïëïãéêÝò ìåôáâïëÝò 549-550 Êïßôáóìá Üëáôïò 161 ÊïñåóìÝíï äéÜëõìá 617, 618-619 ÊïñåóìÝíïé õäñïãïíÜíèñáêåò 405-408 Êïñôéæüíç 581 ÊñÜìá 446 ÊñõïóôÜôçò 151 Êñõðôüí 69 ÊñõóôáëëéêÜ óôåñåÜ 445, 464-469 Êñõóôáëëéêü ðëÝãìá 447 Êñýóôáëëïé 445 äéÜôáîÞ ôïõò 466-469 ìïñéáêïß 457 ÊõâéêÞ äïìÞ ðõêíüôáôçò äéáôÜîåùò 448-449 Êõêëï-, óçìáóßá ôïõ ðñïèÝìáôïò 408 Êýêëïôñï 250 Êõêëþìáôá 205-206 Êõìáéíüìåíá äßðïëá 451-452 ÊõìáôéêÝò óõíáñôÞóåéò 305-306 Êýñéïò êâáíôéêüò áñéèìüò (n) 298-299 Êõôïóßíç 500 Êõôôáñßíç 494-495 Êùê 401 Kekule, Friedrich A. 416 Kelvin 54, 137 Kelvin, Ëüñäïò (William Thomson) 55 Kendall, Edward Calvin 581

Ë ËÜìâäá 256 Ëåõêü÷ñõóïò, ëåðôüêïêêïò 529-532 Ëéãíßíç 497 Ëßèéï 311 éêáíüôçôá ôùí áôüìùí ôïõ ãéá äçìéïõñãßá äåóìþí 344 Ëßðç 428, 430, 431-432 Ëßôñï 70-71 Ëüãïò öïñôßï/ìÜæá:

èåôéêþí éüíôùí 214 çëåêôñïíßùí 209, 213 Ëõóïæýìç 583 Ëý÷íïò, ñýèìéóÞ ôïõ 8 öëüãá, 592 Laser, áêôßíåò 266 Lavoisier, Antoine 53, 545 Lawrence, Ernest O. 250 Le Chatelier, Henry Louis 600 Lewis, Gilbert Newton 656 Li, Choh Hao 492 Livingston, M. S. 249-250 Lowry, T. M. 656

Ì ÌáãíÞóéï 137-141 êáýóç ôïõ 177-178 Ìáãíçôéêü ðåäßï, çëåêôñïíßùí 364-367 ÌÜæá 27 äéáôÞñçóÞ ôçò 44-46 çëåêôñïíßïõ 209-211 èåôéêþí éüíôùí 214-215 êáé âÜñïò 27-28, 35-43 êÝíôñï ôçò 27 ìÝôñçóç 29-35 ìïíÜäåò 28-29 ÌÜæáò-ìÜæáò ÷çìéêïß õðïëïãéóìïß 526-528 ÌÜæáò-üãêïõ õðïëïãéóìïß 528-529 Ìáæéêüò áñéèìüò 238 Ìáíüìåôñï 102-103 ÌÜñôõñáò 21 ÌåèÜíéï 401-402 äïìÞ 342-343 ìïñéáêü ó÷Þìá 367-369 Ìåèáíüëç, ðñüôõðï êáé ôýðïò 420-421 ÌÝèïäïò åðáöÞò 527-528, 529-532 ÌÝèïäïò ôïõ Haber 602, 606 Ìåèõëï-ïìÜäá 421 ÌåñéêÞ ðßåóç 128-131 ÌåôÜããéóç åíüò õãñïý 516-517 ÌÝôáëëá: áíôáãùíéóìüò çëåêôñïíßùí 669-670 áíôßäñáóç ìå íåñü 180-182 äåóìïß 453-458 èåñìüôçôåò åîáôìÞóåùò 457 èÝóç óôïí ðåñéïäéêü ðßíáêá 454 éäéüôçôåò 453-455, 457-458 óýíèåóç ïîåéäßùí 158-159 ÌåôáôñïðÞò óõíôåëåóôÝò 525-526 ÌåôåùñïëïãéêÜ ìðáëüíéá 126

721

ÌÝôñçóç, ìïíÜäåò 68-72 ÌåôñçôÞò Geiger 249 Ìåôñéêü óýóôçìá 68-71 ÌÝôñï 68-70 ÌÞêïò êýìáôïò 254 êõìÜôùí ôïõ íåñïý 256 öùôüò 254 Ìçíßóêïò 58 Ìßêá 506 óôåñåü ðëÝãìá 462-464 Ìéêñïóêüðéï ðåäßïõ éüíôùí 148, 149 Ìïë (ãñáììïìüñéï-mole) 117-118, 119-120 ìÝèïäïò õðïëïãéóìïý 524-525 Ìïëõâäßíùí èáëÜìùí, ìÝèïäïò 526-528, 529-532 Ìïëýâäïõ - èåééêïý ïîÝïò, óõóóùñåõôÞò 681 ÌïíÜäá Debye 382, 386 ÌïíÜäåò 28 åíÝñãåéáò 52, 54 èåñìïêñáóßáò 52, 54 êáèïñéóìÝíåò 29 ìÜæáò 28-29 ìåôñÞóåùò 68-71 ðáñÜãùãåò Þ äåõôåñïãåíåßò 70, 78 ÌïíïìåñÞ 484 Ìïíïîåßäéï ôïõ Üíèñáêá 131, 530 ÌïíïóèåíÞò 338 Ìüñéá 3, 96, 98, 116, 152 ãéãáíôéáßá 483-507 ãñáììéêÜ 370, 371 äéáôïìéêÜ 165 äéðïëéêÝò ñïðÝò 381-382 äïìÞ 362 åíÝñãåéá 551, 552 åðßðåäá 368-370 ìÜæá, âë. ìïñéáêÞ ìÜæá ìÝãåèïò 235-237 ðïëéêüôçôá 346-347 ðïëõáôïìéêÜ 164-165, 677 ó÷Þìá 381-384, 367-372, 363-364 ôáëáíôþóåéò 284-286 ôýðïé 164-165, 403-404 öÜóìáôá 284-288 ÷åéñüìïñöá 433-439 ÌïñéáêÜ ðñüôõðá 166-169 áðü äéïãêùìÝíç ðïëõóôåñßíç 389-392 ÌïñéáêÜ óôåñåÜ 451-452, 459-461 ÌïñéáêÜ ôñï÷éáêÜ 378-381 âåíæïëßïõ 415 ÌïñéáêÝò ìÜæåò 127-128, 186-187, 403 ðñïóäéïñéóìüò ôïõò 473-474 óôïé÷åßùí 692-693

ÌïñéáêÞ óõãêÝíôñùóç êáô’ üãêïí (molarity) 475 Ìïñéáêü ðñüôõðï ôùí áåñßùí 127, 129, 142-143 âë. åðßóçò óùìáôéäéáêü ðñüôõðï Ìïñéáêïß êñýóôáëëïé 452 ÌðÜëá ôïõ ìðéëéÜñäïõ áíÜëïãü ôçò 99-100 Ìõñìçêéêü ïîý, áðïóýíèåóÞ ôïõ 577-579 Meitner, Lise 250 Mendeleev, Dimitris Ivanovich 186-189, 193, 195 Millikan, Robert 210, 212, 248, 271, 295 Moseley, Henry G. J. 316, 323, 324 Muller, Paul Hermann 436 Mulliken, Robert S. 379

Í ÍÜûëïí 484-486, 499 Íáöèáëßíéï 361 ÍÝïí 193-194 ÍÝïí, ÷ñþìá áêôéíïâïëßáò 206 Íåñü: âáñý 240 äåóìïß õäñïãüíïõ 478 äéáëýôçò 471-472, 697 åéäéêÞ èåñìüôçôá 81-83 çëåêôñüëõóç 154 éäéüôçôåò 154 éïíéóìüò 631-632 ìïñéáêü ó÷Þìá 363, 367-368 ìïñéáêüò ôýðïò 121-122 ðåñéóôñïöéêÝò êéíÞóåéò 286-288 ñýðáíóç 355, 497-498 óôáèåñÜ äéáóôÜóåùò 632-636 óôçí áôìüóöáéñá 130 ôÜóç áôìþí 140 ôñüðïé ôáëáíôþóåùò 285-286 öÜóìá ôáëáíôþóåùò 286 Íåôñüíéá 238-240 áíáêÜëõøç 250 ìÜæá 238, 244 Íéôñéêü éüí 465 ìïñéáêÜ ôñï÷éáêÜ 378, 380 õâñßäéï óõíôïíéóìïý 376-378 Íéôñéêü ïîý 521, 645 Íéôñéêüò Üñãõñïò, 350-351 ðáñáóêåõÞ ôïõ 521-522 Íßôñùóç 417 Íüìïé: áèñïéóéìüôçôáò ôùí èåñìïôÞôùí áíôéäñÜóåùí 545 âáñýôçôáò 26-28 äéáôçñÞóåùò ôçò åíÝñãåéáò 59-60, 545

722

äéáôçñÞóåùò ôçò ìÜæáò 44-46 äéáôçñÞóåùò ôçò ìÜæáò êáé ôçò åíÝñãåéáò 60, 62-64 óôáèåñïý áèñïßóìáôïò èåñìïôÞôùí 545 óôáèåñþí áíáëïãéþí 159 ôïõ Boyle 103-106, 113-114, 134, 141, 143 ôïõ Charles 141, 143, 134-136619 ôïõ Coulomb 201 ÷çìéêÞò éóïññïðßáò 612-613, 616, Íüìïé ôùí áåñßùí 103-106, 113-114, 134-136, 141-143, áðïêëßóåéò áðü 149-151 Íüìïò éäáíéêþí áåñßùí 142-144, 149-152 Íüìïò ôïõ Boyle 103-106, 113-114, 134,141,143 Íüìïò ôïõ Charles 134-136, 141, 144 Íüìïò ôïõ Coulomb 201 Íüìïò ôïõ Faraday 218 äéåñåýíçóç 216-221 Íüìïò ôïõ Hess, ðåñß óôáèåñïý áèñïßóìáôïò èåñìïôÞôùí 545 ÍïìïôÝëåéá 16, 18-19 Íüóïò ôùí äõôþí 193 ÍïõêëåúíéêÜ ïîÝá 500-501 íôá Âßíôóé, ËåïíÜñíôï 4 ÍôÜêñïí 486-487 Newlands, John 186 Newton, Isaac 26-28 Ni, í 254 Nieuwland, Julius A. 499 Noddack, Ida Tacke 195

Î ÎÝíïí, åíþóåéò ôïõ 194 ÎçñÜ óôïé÷åßá 680-681 ÎçñÞ áðüóôáîç 400 Îýäé 429

Ï ÏãêïìåôñéêÞ áíÜëõóç 649 Ïãêïìåôñéêüò êýëéíäñïò 57-58 ¼ãêïõ-üãêïõ, õðïëïãéóìïß 532 ¼æïí 603-605 êßíäõíïé áðü ôï 530-531 ÏéêïãÝíåéåò 183-186 ÏêôÜäùí, íüìïò 186 ÏìÜäåò 191 ÏìïéïãåíÝò óýóôçìá 563 Ïìïéïðïëéêüò äåóìüò 334 ðñïóáíáôïëéóìÝíïò ÷áñáêôÞñáò 455 Ïíïìáôïëïãßá:

áíïñãÜíùí åíþóåùí 514-515 ïñãáíéêþí åíþóåùí 405, 414, 434 Ïîåßäéá ôïõ áæþôïõ 130-131 éóïññïðßá ôïõò 594-595, 602 êáôáëýôåò 527, 529-532, 603-604 ðñïöõëÜîåéò 122, 521 ñõðáíôÝò 530 Ïîåßäéá, ó÷çìáôéóìüò ôïõò 177-179 Ïîåßäéï ôïõ ÷áëêïý, óýíèåóÞ ôïõ 158-159 ÏîåéäïáíáãùãÞ 662-667, 667-685 åýñåóç óõíôåëåóôþí óôéò áíôéäñÜóåéò 676-679 ìåôÜëëùí êáé ïîÝùí 669 ðñüâëåøÞ ôçò 671-675 óå Ýíá ðïôÞñé 667 Ïîåéäþóåùò áñéèìüò 676-679 Ïîåßäùóç 667, 669 ÏîåéäùôéêÜ ìÝóá 667, 691 ÏîÝùí – âÜóåùí äåßêôåò 636-637, 642-643, 647 ÏîÝùí óôáèåñÜ éóïññïðßáò 653 ðñïóäéïñéóìüò ôçò 654 Ïîéêü ïîý: äéÜóôáóÞ ôïõ 652-653, 657-658 ðñüôõðï êáé ôýðïò 429 óõãêÝíôñùóç éüíôùí õäñïãüíïõ 642 Ïîéêüò Üñãõñïò, ãéíüìåíï äéáëõôüôçôáò 613-616 ¼îéíá äéáëýìáôá 634 ¼îéíç âñï÷Þ 645 ¼îéíï áíèñáêéêü íÜôñéï, áðïóýíèåóÞ ôïõ 155-157 Ïîý (-Ýá) 631, 684 áìéíï 432-433, 491-493, 500-501, áóèåíÝò 652-653, 654-657 åîïõäåôÝñùóç 644-647 éäéüôçôåò 636 éó÷õñü 652 êáñâïîõëéêü 429-430 ìÝôáëëá, áíôéäñÜóåéò ìå 137-140 ìåôáöïñÜ ðñùôïíßïõ 655-656 íïõêëåúíéêü 500-504 ó÷åôéêÞ éó÷ýò 652-653 ôéôëïäüôçóÞ ôïõ 647-652 Ïîõãüíï 114-115 éêáíüôçôá äçìéïõñãßáò äåóìþí 340-341 ìïñéáêüò ôýðïò 121 Ïîþíéï 658 ÏðôéêÜ éóïìåñÞ 433-439 ÏðôéêÜ éóïìåñÞ ìüñéá 433-435 ÏñãáíéêÝò áíôéäñÜóåéò, óôïé÷åéïìåôñßá 532-533 ÏñãáíéêÝò åíþóåéò 400-439 âë. åðßóçò Üôïìá Üíèñáêá

723

äïìÞ ôïõò 402-404 ïíïìáôïëïãßá 405, 414, 415, 434 ðçãÝò ôïõò 400-402 ÏñìÞ 142-143 Ïñìüíåò 492, 581 ÏñõêôÜ êáýóéìá 245 ÏõäÝôåñá äéáëýìáôá 634 Ïõñáêßëç 503 Ïõñáíßïõ éóüôïðá 239 -ïý÷ï, óçìáóßá ôçò êáôáëÞîåùò 514

Ð ÐÜãïò, äïìÞ êñõóôÜëëïõ 476-477 ÐáñÜãïíôåò ðïõ ðñïóäéïñßæïõí 621-626 áíáãíþñéóç 591-592 áñ÷Þ ôïõ «Le Chatelier» 600-602 äéåñåýíçóç 606-610, 613-616 óôá äéáëýìáôá 591, 596, 616-617 óôéò áëëáãÝò öÜóåùò 589-590, 595-596 óôéò ÷çìéêÝò áíôéäñÜóåéò 589, 594-595 ÐáñÜãùãá 421 ÐáñÜãùãïò ìïíÜäá 70-71, 78 áâåâáéüôçôá óôçí 78-79, 87-88 Ðáñáäé÷ëùñïâåíæüëéï 9-14 ÐáñÜëëçëçò ìåôáôïðßóåùò, êéíçôéêÞ åíÝñãåéá 552 ÐáñáôÞñçóç 5-6, 15-16 ÐáñáöéíéêÝò óåéñÝò âë. áëêÜíéá Ðåäßï 207 Ðåßñáìá óôáãïíéäßùí ëáäéïý 209-211 ÐåéñÜìáôá, óçìáóßá ôïõò 4-5 ÐåðôéäÜóåò 582 Ðåñßèëáóç 256, 258 êõìÜôùí ôïõ íåñïý 257 öùôüò 257 Ðåñéïäéêüò ðßíáêáò 186-188 âáóéóìÝíïò óå áôïìéêïýò áñéèìïýò 315-316 óýã÷ñïíç äéáôýðùóç 190 ÐåñéóôñïöÞò êéíçôéêÞ åíÝñãåéá 552 ÐåñéóôñïöÞò öÜóìáôá 286-287 ÐåôñÝëáéï 401-402 Ðé äåóìïß 393-395 Ðßåóç 100-102, 143 åðßäñáóç åðß ôçò éóïññïðßáò 600-602 ìåñéêÞ 128-131 Ðéèáíüôçôá, äéåñåýíçóç 296-297 ÐïéïôéêÞ áíÜëõóç 157 Ðïëéêü ìüñéï 347 Ðïëéêüôçôá, åðßäñáóç óôç äéáëõôüôçôá 470-472 Ðïëëáðëïß äåóìïß 375-376, 393-395 ÐïëõáéèõëÝíéï 486-487

Ðïëõáìßäéá, ó÷çìáôéóìüò ôïõò 484-486 ÐïëõáôïìéêÜ éüíôá 465 áñéèìïß ïîåéäþóåùò 676 óèÝíç 513 ÐïëõáôïìéêÜ ìüñéá 164-165 áñéèìïß ïîåéäþóåùò 677 ÐïëõåóôÝñáò 486 ÐïëõìåñÞ 484-487, 493-500, 506-507 ðáñáóêåõÞ ôïõò 487-491 Ðïëõóôåñßíçò ðñüôõðá, ìïñßùí 389-392 Ðïëþíéï, áíáêÜëõøÞ ôïõ 248 Ðïñôïêáëü÷ñïõí IV 639-640 Ðïñôïêáëü÷ñïõí ôïõ ìåèõëßïõ 639-641 ÐïóïôéêÞ áíÜëõóç 157 Ðñïúüíôá 167, 518 Ðñïðáíüëç, ðñüôõðá êáé ôýðïé 423 Ðñïóäéïñéóìüò åìðåéñéêþí ôýðùí 403-404 Ðñïóäéïñéóìüò óõãêåíôñþóåùò 639-644 óôá ïîÝá 636, 654-657 Ðñïóäéïñéóìüò ôïõ áñéèìïý ôïõò óå äéÜëõìá 472-474 áåñßùí 213-215 óèÝíç 512 óôï äéÜëõìá 215-221 ó÷åôéêÜ ìåãÝèç 467-468 ó÷çìáôéóìüò ôïõò 320 ôïðïèÝôçóç óôïõò êñõóôÜëëïõò 467-469 ÐñïóèÞêçò áíôéäñÜóåéò 414 ÐñïóèÞêçò ðïëõìåñéóìüò 486-487 Ðñüôõðá 98-100, 114 áðü äéïãêùìÝíï ðïëõóôõñÝíéï 389-392 ìïñéáêÜ 166-167 óùìáôéäßïõ 106-108, 149-150, 202-204 Ðñüôõðá äéáëýìáôá, ðáñáóêåõÞ ôïõò 641 Ðñüôõðï (Þ öùôïáíôßãñáöï) ìïñßïõ 502 Ðñï÷ïÀäåò, ÷ñÞóç êáé öñïíôßäá 648-649 ÐñïùèÞóåùò åíÝñãåéá 342 ÐñùôåÀíåò 493-495, 580-584 óöáéñéêÝò 583 õäñüëõóÞ ôïõò 582 Ðñùôüíéá 202, 233 ìÜæá ôïõò 238 Ðñùôïíßïõ ìåôáöïñÜ 657 Ðñþôïò íüìïò ôçò èåñìïäõíáìéêÞò 59-61 Ðõêíüôçôá 71 ìÝôñçóÞ ôçò 72 ÐõñÞíáò 230-233 äéÜìåôñïò 234 óôáèåñüôçôá 238

724

ÐõñçíéêÝò áíôéäñÜóåéò 243-244 óýíôçîç 244-246 ó÷Üóç 244-246 ÐõñçíéêÞ åíÝñãåéá 244-247 ÐõñéôéêÜ ïñõêôÜ 504-507, 462 Pauling, Linus C. 348 Perkin, William 428 PH 634 âë. åðßóçò éüí õäñïãüíïõ PHìåôñï 634, 639 Pioneer 9, 49 Planck, Max 265, 283 Plunkett, Roy J. 47 p-ôñï÷éáêÜ 302

Ñ ÑáäéåíÝñãåéá 241, 243-244 áíáêÜëõøÞ ôçò 248 êßíäõíïé áðü 246-247 ÑÜäéï 248 Ñáäüíéï 194 ÑÞíéïí, áíáêÜëõøç 195 Ñéâüæç (óÜê÷áñï) 502 ÑïðÞ 381 Ñýèìéóç 31 ÑõðáíôÝò 497-498 áÝñá 132-133, 497, 645 èåñìéêïß 62-63 ýäáôïò 355, 497-498 Ramsay, William 191 Rayleigh, J. W. S. 191 Redox- âë. ïîåéäïáíáãùãÞ-Redox Reichstein, T. 581 Rillieux, Norbert 593 RNA 502-504 Roentgen, William 248, 323 Rumford, Count (Benjamin Thompson) 53, 82 Rutherford, Ernest 227, 232, 248-250, 283, 323 áôïìéêü ðñüôõðï 230 óêåäÜóåùò ðåéñÜìáôá 228-233, 250

Ó Óáê÷áñïêÜëáìï, ìåôáôñïðÞ ôïõ 593 ÓÜðùíåò 431-432 ÓçìáíôéêÜ øçößá 79, 88 Óçìåßá ôÞîåùò: äéåñåýíçóç 9-14 åðßäñáóç ôïõ ìïñéáêïý ó÷Þìáôïò 460-461 ìåôáâïëÝò 193 Óçìåßï éóïññïðßáò 647, 649-650

ÓèÝíïò 344-345, 512-513 çëåêôñüíéá 338-345 ðßíáêáò 513 ôñï÷éáêÜ 338-345 Óßäçñïò, áíôßäñáóç ìå èåééêü ÷áëêü 515-518 ÓéäÞñïõ, ïîåßäéï 179 ÓéùðçëÞ Üíïéîç 436 Óêüíçò óùìáôßäéá, óôçí áôìüóöáéñá 549-550 Óêïñïáðùèçôéêü (êáôáðïëÝìçóç ôïõ óêüñïõ) 9-14 ÓêïõñéÜ 179 Óïëùìüò, óõíÝðåéá üîéíçò âñï÷Þò 645 ÓðïíäõëéêÞ óôÞëç, íïõêëåúíéêþí ïîÝùí 500-501 ÓôáèåñÜ éóïññïðßáò 610-613, 613-616, 617 âë. åðßóçò óôáèåñÜ äéáóôÜóåùò ïîÝïò 652-653 ÓôáèåñÜ ôïõ Planck 265, 266 ÓôáèåñÝò: äéáóôÜóåùò 632-635 éóïññïðßáò 610-613, 615 ôá÷ýôçôáò 566 ôïõ Planck 265-266 ÓôáèåñÞ êáôÜóôáóç 673 Óôáèåñü çìéóôïé÷åßï 673-674 ÓôáèìéêÞ áíÜëõóç 649 ÓôÜóéìá êýìáôá 294 ÓôåñåÜ: èåñìüôçôá óôåñåïðïéÞóåùò 83-86 éïíôéêÜ 464-469 êñõóôáëëéêÜ 445 ìåôáëëéêÜ 453-458 ìïñéáêÜ 451-452, 459-461 ðëÝãìáôá 453, 462-464 ðõêíüôçôá 74-75 ôå÷íéêÝò ìåôáöïñÜò 515-516 ôÞîç ôïõò 6-9 ÓôåñåÜ áðüâëçôá 353-355 ÓôåñåÜ ðëÝãìáôá 452-453, 462-464 Óôïé÷åßá 152, 160 áëêáëéêþí ãáéþí 322 áôïìéêïß áñéèìïß 692-693 âë. åðßóçò áëïãüíá êáé åõãåíÞ áÝñéá äéáôÜîåéò çëåêôñïíßùí 694-695 ìåôáëëéêÜ 454-458 ìïñéáêÝò ìÜæåò 692-693 ðåñéïäéêüò ðßíáêáò 190 ðïõ ó÷çìáôßæïõí óôåñåÜ ðëÝãìáôá 453-454 ðïõ ó÷çìáôßæïõí ìïñéáêÜ óôåñåÜ 452-453 óýìâïëá 161-164, 692-693 ôå÷íçôÜ 161

725

Óôïé÷åßá áðïèçêåýóåùò (=óõóóùñåõôÝò äéáñêåßáò) 681 Óôïé÷åéïìåôñßá 512, 523, 533 Óôïé÷åßùí äõíáìéêÜ 671 ìÝôñçóç 671-673 ÓôñïöïñìÞ 364-367 ÓõãêÝíôñùóç 409, 474 áíáãñáöÞ ìå áãêýëåò 609-610 åðßäñáóç óôçí éóïññïðßá 599-600 åðßäñáóç óôéò ôá÷ýôçôåò ôùí áíôéäñÜóåùí 560-564, 565-566 ÷ñùìáôïìåôñéêüò ðñïóäéïñéóìüò 606-610 Óýìâïëá 161-164 ðëÞñçò ëßóôá 692-693 ÓõìâïëÞ ôïõ öùôüò 256 õäáôßíùí êõìÜíóåùí 258 öùôåéíþí êõìÜíóåùí 259 Óõìðõêíþóåùò ðïëõìåñéóìüò 484-486 áìéíïîÝùí 493 ãëõêüæçò 465 éóïðñåíßïõ 469 Óõìðýêíùóç áåñßùí 149-152, 444 ÓõìðõêíùôÞò 593 Óõíå÷Þ öÜóìáôá 282-284 Óýíèåóç 157-158 ìåôáëëéêþí ïîåéäßùí 158-159 ÓõíèåôÜóåò 582 ÓõíèåôéêÜ ðïëõìåñÞ 499 ÓõíèåôéêÝò ßíåò 484-487 Óõíèåôéêü êáïõôóïýê 496 ÓõíôáêôéêÜ éóïìåñÞ 383-387 Óõíôáêôéêïß ôýðïé 165-167 ÓõíôÜîåùò áñéèìüò 447 Óýíôçîç 244-245 Óõíôïíéóìüò 377-378 âåíæïëßïõ 415 Óõíôïíéóìïý õâñßäéá 377-378 ÓõóóùñåõôÝò 680-681 Óýóôçìá 592 Óõóôçìáôéêü óöÜëìá 89-91 Óõ÷íüôçôá 254 êõìÜôùí íåñïý 255 öùôüò 262 ÓöáéñéêÝò ðñùôåÀíåò 583 Óöáëåñßôçò ðëÝãìá 450 ÓöÜëìáôá 89-92 Ó÷Ýóåéò áíÜìåóá óå ìÜæåò, äéåñåýíçóç 520-523 Ó÷Ýóç ðéÝóåùò-üãêïõ 103-106, 113-114 Ó÷Ýóç ôïõ íüìïõ éóïññïðßáò ðñïåñ÷üìåíç 612-613, 616

áðü ôéò ôá÷ýôçôåò éóïññïðßáò 619-621 Ó÷åôéêüôçôá 64-65 Ó÷çìáôéóìüò ïìïéïðïëéêþí äåóìþí 332-337, 345-346, 656 êáé óôåñåþí ðëåãìÜôùí 452-453, 462-464 Ó÷çìáôéóìüò õäñïîåéäßùí 180-183 ÓùëÞíáò ôïõ Crooke 262-263 ÓùëÞíåò åêêåíþóåùò 205-209, 213, 274 Óùìáôéäéáêü ðñüôõðï 106-108, 149, 202-204 s ôñï÷éáêÜ 301 S.I. 54 Sanger, Frederick 492 Soddy, Frederick 232, 242 Sörenson 634 sp õâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ 371 sp2 õâñßäéá 371-372 sp3 õâñßäéá 371-372 Stark, Johannes 366 Stern, Otto 366

Ô Ôáëáíôþóåùí êéíçôéêÞ åíÝñãåéá 552 Ôá÷ýôçôá öùôüò 262 Ôá÷ýôçôáò óôáèåñÜ 566 Ôá÷ýôçôáò, óôÜäéï êáèïñéóìïý 565 Ôåëéêü óçìåßï 647, 649-650 Ôåëëïýñéï, öõóéêÞò ðñïåëåýóåùò: éóüôïðá 317 ÔåôñÜåäñá ðõñéôßïõ 504-507 ó÷çìáôßæïõí áëõóßäåò áíéüíôùí 505-506 ó÷çìáôßæïõí ôáéíßåò áíéüíôùí 505-506 ó÷çìáôßæïõí öýëëá áíéüíôùí 506-507 ÔåôñÜåäñï 367-370 ÔåôñáóèåíÞò 343 TåôñáöèïñÜíèñáêáò, äïìÞ ôïõ 342-343 Ôåôñá÷ëùñÜíèñáêáò, ùò äéáëýôçò 471 Ôåöëüí 47, 487 Ôå÷íçôÜ óôïé÷åßá 161 Ôå÷íçôÞ êáñäéÜ 3 Ôéôëïäüôçóç 630, 647-652 ÔïðïèÝôçóç ôùí áôüìùí Þ ôùí éüíôùí óôïõò êñõóôÜëëïõò 467-469 äéåñåýíçóç 447-450 ÔñáíóöåñÜóåò 582 ÔñéÜäåò 185-186 ÔñéáôïìéêÜ ìüñéá 164-165 Ôñéðëüò äåóìüò 376, 393-395 ÔñéóèåíÞò 341 Ôñßôéï 244 Ôñéöèïñéïý÷ï âüñéï 343

726

TñïöéêÞ áëõóßäá 269, 436 Ôñï÷éáêü (á) 298-299 d 302-304 ìïñéáêü 378-380 p 302-306 ó÷åôéêÝò åíÝñãåéåò 311, 313 ó÷Þìáôá 301-305 s 301 õâñéäïðïéçìÝíï 370-373 f 302-304 Ôýðïé, 120, 164-167 ðñïóäéïñéóìüò 402-404 ãñáöÞ 513-514 Ôõðïðïßçóç ôïõ äéáëýìáôïò ìéáò âÜóåùò 650 Ôõ÷áßá äéÜôáîç (áôáîßá) 61-63 Ôõ÷áßá óöÜëìáôá 89-92, 624-626 Thomson, J. J. 210, 212, 228, 232, 249, 283, 295 áôïìéêü ðñüôõðï 228-230 Torr 101 Torricelli, Evangelista 102

Õ Õáëþäçò ïõóßá 446 Õâñéäéóìüò 371 ÕâñéäïðïéçìÝíá ôñï÷éáêÜ 370-372 ÕãñÜ 445-446 âë. åðßóçò äéáëýìáôá ìåôÜããéóç 516-517 ìÝôñçóç ðõêíüôçôáò 75-77 Õãñü Üæùôï 444 Õãñïðïßçóç áåñßùí 149-152 ÕäáôÜíèñáêåò 178, 269 êáýóç ôïõò 178 ÕäáôéêÜ äéáëýìáôá 518-519 ÕäñáÝñéï 539-540 ÕäñÜñãõñïò, ôïîéêÞ Ýíùóç 355 ÕäñïãïíÜíèñáêåò 178, 405 áêüñåóôïé 412-414 áñùìáôéêïß 415-417 äéåñåýíçóç 409-411 êáýóç ôïõò 178 êïñåóìÝíïé 405-408 ñõðáíôÝò 530-531 Õäñïãüíï: åíÝñãåéá éïíéóìïý 347-349 åíåñãåéáêÝò óôÜèìåò 278-279 éóüôïðá 238-240, 244 ðáñáóêåõÞ ôïõ 137-141, 180-182 ôñüðïò óõíäÝóåùò ôïõ ìïñßïõ 332-334 öÜóìá 273-278

Õäñïãïíïâüìâá 247 Õäñïãïíïúüí 631-632 óõãêÝíôñùóÞ ôïõ 631-634 ùò êáôáëýôçò 576-580, 633 Õäñüëõóç 582 Õäñïîåßäéï ôïõ íáôñßïõ 542-543 åîïõäåôÝñùóç 644-648 èåñìüôçôá äéáëýóåùò 542-543 Õäñïîõëéüíôá 631-632 Ýëåã÷ïò ãéá 350-351 óõãêÝíôñùóÞ ôïõò 632-634 óôéò âÜóåéò 637-638 ùò êáôáëýôåò 633-634 ÕäñïîõëïìÜäá 420-422 Õäñïöèïñéêü ïîý, äéÜóôáóÞ ôïõ 652-653 Õäñï÷ëùñéêü ïîý, åîïõäåôÝñùóç 644-649 Õäñï÷ëþñéï, 114-115 áíôßäñáóç ìå ìáãíÞóéï 137-141 ¾ëç 3 âáóéêÝò éäéüôçôåò 26, 202-203 êõìáôéêÝò éäéüôçôåò 292-294 óõìðõêíùìÝíåò öÜóåéò 444-507 Õðåñç÷çôéêÝò ìåôáöïñÝò 604 Õðåñéþäçò áêôéíïâïëßá 266, 603-604 ÕðÝñõèñç áêôéíïâïëßá 266 öÜóìá 286-287 Õðüèåóç 116 ÕðïêáôáóôÜóåùò, áíôéäñÜóåéò 414 Õðïëïãéóìïß, âë. óôïé÷åéïìåôñßá Õðïëïãéóìüò óõãêåíôñþóåùò 654-655 Õðïóôñþìáôïò, óýíäåóç 583 Õðïöýóåùò ïñìüíåò 492 Urey, Harold 242, 240

Ö ÖáéíïëïöèáëåÀíç 642-643 Öáéíüìåíï «Edison» 249 ÖÜóåéò 149 ÖÜóåùò áëëáãÞ 81-83 éóïññïðßá 589-590, 595-596 ÖÜóìáôá 253, 262, 266, 272, 282-288 áôïìéêÜ 272-275 çëåêôñïíéêÜ 284 ðåñéóôñïöÞò 286 óõíå÷Þ 282-284 õäñïãüíïõ 273-278 ÖáóìáôïãñÜöïò 262-263, 266, 272-273 ÖáóìáôïãñÜöïò ìÜæáò 214 Öáóìáôüìåôñï 286 Öèïñßæïõóá ïèüíç 229

727

Öèüñéï, ôñüðïò äçìéïõñãßáò äåóìþí 337-339, 347 Öèïñéïý÷åò åíþóåéò, éäéüôçôåò 344 Öèïñéïý÷ï ëßèéï, äåóìïß óôï ìüñéï 345-347 Öëüãá, èåñìüôåñï ôìÞìá 8 Öïñìáëäåàäç 375, 426 Öýëëï ÷ñõóïý, âïìâáñäéóìüò ôïõ 228 Öýóç ôïõ ÷çìéêïý äåóìïý, Ç 348 Öõóéêü áÝñéï 401-402 Öõóïóôéãìßíç, óýíèåóÞ ôçò 419 Öùò 253-272 äéåñåýíçóç ôçò äéáäüóåùò ôùí êõìÜôùí 259-261 äéðëÞ öýóç 266, 267 Ýíäåéîç ãéá ôçí ýðáñîç óùìáôéäßùí 267-268 ìÞêïò êýìáôïò 254 óõ÷íüôçôá 262 ôá÷ýôçôá 262 ðåñßèëáóç 257 ðïëùìÝíï 435-439 öáéíüìåíï óõìâïëÞò 259 Öùóöüñïò, êáýóç ôïõ 178 Öùôïçëåêôñéêü öáéíüìåíï 265, 267-268 Öùôüíéï 266, 268 Öùôïóýíèåóç 269 Fahrenheit, Gabriel D. 54-55 Faraday, Michael 216, 218 ƒ ôñï÷éáêÜ 302-304

X ×-áêôßíåò 324-325 áíáêÜëõøç 248 ×-áêôßíåò ðåñßèëáóç 362-363, 386 áðü ôïí ðÜãï 477 ×áëáæßáò (quartz), óôåñåü ðëÝãìá 462-464 ×áëêüò, ïîåßäùóÞ ôïõ 663-668 ×Üñôåò çëåêôñïíéáêÞò ðõêíüôçôáò 355-358 íáöèáëéíßïõ 361 ×áñôß 497-498

×áñôéïý âéïìç÷áíßá 498 ×áñôïðïëôüò 497 ×çìåßá 1-4 áíüñãáíç 402 êáé ðåñéâÜëëïí 17-18 ïñãáíéêÞ 400-439 ×çìéêÝò áíôéäñÜóåéò, âë. áíôéäñÜóåéò ×çìéêÞ åîßóùóç, âë. åîéóþóåéò ×çìéêÞ êéíçôéêÞ 557-584 ×çìéêÞ ìåôáâïëÞ 83 ×éëéüãñáììï 29 ×ëùñéïý÷á éüíôá, áíß÷íåõóÞ ôïõò 350-352 ×ëùñéïý÷ï êÝóéï, ãåùìåôñßá ôïõ 468 ×ëùñéïý÷ï íÜôñéï: ãåùìåôñßá 469 êñõóôáëëéêü ðëÝãìá 448-450 êñýóôáëëïé 445-446 ×ëùñéïý÷ïò Üñãõñïò, êáôáâýèéóÞ ôïõ 522-523 ×ëùñéïý÷ïò óßäçñïò (ÉÉÉ), Ýëåã÷ïò õäñïîõëéüíôùí 350-351 ×ëùñïöüñìéï 470 ×ñïíïìåôñÞóéìåò áíôéäñÜóåéò 559-560 ×ñùìáôïìåôñéêÞ áíÜëõóç 607, 610 ×õìïèñõðóßíç 582 ×ùñïêåíôñùìÝíç êõâéêÞ äéÜôáîç 449

Ø Øõãåßá 152 van dan Broek 354 Van de Graaff ãåííÞôñéá 203-204, 250 van der Waals äõíÜìåéò 452, 456, 459-460 êáé áñéèìüò çëåêôñïíßùí 459 êáé ìïñéáêÜ ó÷Þìáôá 460-461 êáé ìÝãåèïò ìïñßïõ 459 van der Waals, Johannes D. 456 von Guericke, Otto 107 Weber, Joseph 37 Wilson, C. T. R. 249 Woodward, Robert Burns 428

728