ΧΗΜΙΚΟΙ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΙ ΟΡΟΙ

Οι κυριότεροι όροι Χημείας και Φυσικής που χρησιμοποιούνται στο βασικό κείμενο, με την «κλασική» τους σημασία, έχουν ως εξής:

1. Γραμμομοριακός όγκος: ο όγκος που αναφέρεται στη μονάδα «ποσότητας της ύλης», δηλαδή στο γραμμομόριο (σε αντιδιαστολή με τον ειδικό όγκο που αναφέρεται στο γραμμάριο ή σε παράγωγα του).
2. Γραμμομόριο στοιχείου ή χημικής ένωσης (mole): η μάζα τόσων γραμμαρίων τους, όσο είναι το μοριακό τους βάρος (μ.β.) — όπου μ.β. ένας αριθμός που καθορίζει πόσες φορές είναι βαρύτερο το μόριο του στοιχείου ή της χημικής ένωσης από το βάρος του ατόμου άνθρακα — 12 (C12)-
3. Ειδικός όγκος: ο όγκος 1 γραμμάριου ύλης (βλ. και επεξήγηση πρώτου όρου, πιο πριν). Γενικότερα, ο ειδικός όγκος (ε.ο.) είναι ο λόγος του όγκου (V) που κατέχει «να σύστημα, προς τη μάζα (m) του συστήματος, δηλ. είναι ε.o. = V/m.
4. Πίεση: ο λόγος της δύναμης προς την επιφάνεια πάνω στην οποία (η δύναμη) αυτή εξασκείται κάθετα.
5. Πυκνότητα (ρ): ο λόγος της μάζας (m) προς τον όγκο (V) που η μάζα αυτή κατέχει, δηλ. είναι ρ = m/V. Κατά συνέπεια πυκνότητα και ειδικός όγκος είναι δύο μεγέθη αντίστροφα.
6. Σθένος: το πηλίκο του ατομικού βάρους στοιχείου προς το χημικό του ισοδύναμο (Χ.1) — όπου Χ.1. στοιχείου ονομάζεται ο αριθμός που καθορίζει πόσα μέρη βάρους στοιχείου ισοδυναμούν χημικώς με 8 μέρη βάρους οξυγόνου ή 1 μέρος βάρους υδρογόνου (ή ισοδύναμο προς αυτό βάρος τρίτου στοιχείου π.χ. C12). Με βάση την ηλεκτρονική θεωρία, ως σθένος στοιχείου ορίζεται ο αριθμός των ηλεκτρονίων που ένα άτομο του παίρνει, δίνει ή συνεισφέρει για σχηματισμό ενώσεων.
7. Στοιχεία (χημικά στοιχεία): σώματα που αποτελούνται από άτομα, που φέρουν το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο στον πυρήνα τους. Με άλλες λέξεις, τα στοιχεία (ή απλά σώματα) συνθέτονται από άτομα. Σε κάθε άτομο, η κύρια μάζα του συνιστά τον πυρήνα, γύρω από τον οποίο υπάρχουν σωματίδια αμελητέας μάζας (καθένα από τα σωματίδια αυτά φέρει το στοιχειώδες αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο) που λέγονται ηλεκτρόνια (e). Σύμφωνα με ορισμένες θεωρίες τα ηλεκτρόνια περιβάλλουν τον πυρήνα, όπως τα σύννεφα τη γη. Για «μαθηματικοποιημένες» όμως κ.ά. σκέψεις τα ηλεκτρόνια θεωρούνται ότι κινούνται σε κυκλικές ή ελλειπτικές τροχιές γύρω από τον πυρήνα. Τα συστατικά του πυρήνα είναι δύο — πρωτόνια (ρ) και νετρόνια (η) — που συνηθίζεται να χαρακτηρίζονται με ένα όνομα ως νουκλεόνια. Τα νουκλεόνια είναι παραπλήσιας μάζας. Τα νετρόνια στερούνται ηλεκτρικού φορτίου γι' αυτό λέγονται και ουδετρόνια. Το πρωτόνιο έχει το στοιχειώδες θετικό ηλεκτρικό φορτίο και σημαντική μάζα (1836 φορές μεγαλύτερη του ηλεκτρονίου). Κάθε στοιχείο χαρακτηρίζεται από τον ατομικό και τον μαζικό του αριθμό.
Με τον όρο ατομικός αριθμός (Ζ) δηλώνεται ο αριθμός των πρωτονίων του πυρήνα με τον οποίο και καθορίζονται (και) οι χημικές ιδιότητες (δεδομένου ότι με μεταβολή του Ζ έχουμε μετάπτωση σε άλλο στοιχείο, δηλαδή μεταστοιχείωση).
Με τον όρο μαζικός αριθμός (Α), δηλώνεται το σύνολο των πρωτονίων και νετρονίων του πυρήνα του ατόμου.
Το ουδέτερο υλικό άτομο, δηλαδή το άτομο που έχει ίσο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων, με πρόσληψη ή αποβολή ηλεκτρονίων μεταβάλλεται σε ηλεκτρικώς φορτισμένο άτομο που λέγεται ιόν. Όταν λόγω τέτοιας μετάπτωσης υπερτερεί το αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο, το ιόν που προκύπτει ονομάζεται — ειδικότερα — ανιόν. Όταν αντίθετα, υπερτερεί το θετικό ηλεκτρικό φορτίο, το ιόν που προκύπτει ονομάζεται κατιόν π.χ. είναι δυνατό να προκύψουν από το μαγνήσιο κατιόντα: Mg++ και από το οξυγόνο ανιόντα: Ο-- .
Η μετάπτωση αυτή των ουδετέρων ατόμων σε ιόντα (άτομα ή συγκροτήματα ατόμων ηλεκτρικώς φορτισμένα) είναι δυνατό να προκληθεί από διάφορα αίτια και συνιστά το φαινόμενο του ιοντισμού.

Κάθε στοιχείο έχει ιδιαίτερο συμβολισμό. Για τον συμβολισμό αυτό χρησιμοποιείται το Ιο γράμμα του ονόματος του στοιχείου στη λατινική γλώσσα (με γραφή ως κεφαλαίο). Στην περίπτωση που τα ονόματα στοιχείων αρχίζουν με το ίδιο γράμμα, το Ιο αυτό γράμμα (κεφαλαίο) ακολουθείται από άλλο γράμμα (του ονόματος τους) που, όμως, γράφεται — όπως είναι γνωστό — με μικρό γράμμα π.χ. Άζωτο (Ν), Νάτριο (Na), Νέο (Ne). Θεωρείται, παραπέρα, ότι σε κάθε τέτοιο σύμβολο υπάρχουν διαθέσιμες (εκμεταλλεύσιμες) 4 θέσεις· αυτές αξιοποιούνται ως εξής:
— η άνω δεξιά: για να δειχθεί αν έχουμε ιόντα (αν δεν υπάρχει τέτοιο φαινόμενο, δηλαδή ιοντισμός, περιττεύει οποιαδήποτε ένδειξη),
— η κάτω δεξιά: για να δειχθεί — αριθμητικώς — από πόσα άτομα αποτελείται το μόριο που εξετάζουμε,
— η άνω αριστερή: για να γραφεί ο μαζικός αριθμός (Α) και
— η κάτω αριστερή: για να γραφεί ο ατομικός αριθμός (Ζ) του στοιχείου. Με συνένωση ανόμοιων ατόμων προκύπτουν συνθετότερες μορφές ύλης:
οι χημικές ενώσεις (που συμβολίζουμε με χημικούς τύπους, οι οποίοι δείχνουν το είδος και πλήθος των στοιχείων τους). Έτσι, το άτομο είναι το ελάχιστο σωματίδιο απλού σώματος (στοιχείου), που παίρνει μέρος σε χημικές ενώσεις και που παραμένει αναλλοίωτο στις χημικές αντιδράσεις.
8. Χημικές Αντιδράσεις: οι ενεργειακές μεταβολές, στις οποίες από ορισμένα αρχικά σώματα (:αντιδρώντα σώματα) δημιουργούνται νέα σώματα, διαφορετικά των αρχικών (που λέγονται και προϊόντα της αντίδρασης).
Με μαθηματικά πρότυπα, για το συμβολισμό των διαφόρων χημικών αντιδράσεων χρησιμοποιούνται οι χημικές εξισώσεις — εξισώσεις όπου τα στοιχεία και οι χημικές ενώσεις που παίρνουν μέρος στην αντίδραση ή παράγονται με την διεξαγωγή της συμβολίζονται με τα χημικά σύμβολα και τους χημικούς τύπους, αντίστοιχα.
Η ενεργειακή μεταβολή στις χημικές αντιδράσεις εμφανίζεται με έκλυση ή απορρόφηση θερμότητας (Q). Με αυτή τη θεώρηση, οι χημικές αντιδράσεις διακρίνονται σε εξώθερμες (+ Q) και ενδόθερμες (- Q). Το προμνη-μονευόμενο ποσό θερμότητας (Q) αποτελεί τον θερμικό τόνο της αντίδρασης. Στα πλαίσια αυτά, όταν στην αντίδραση π.χ.
C + 02 = CO2 γίνει αναγραφή του θερμικού τόνου της, έχουμε την ενεργειακή εξίσωση:
C + 02 = C02 + Q Το ποσό της εκλυόμενης ή απορροφούμενης θερμότητας — σε συγκεκριμένη χημική αντίδραση — εξαρτάται από ορισμένους παράγοντες (π.χ. μάζα αντιδρώντων σωμάτων, πίεση κ.λπ. συνθήκες).
Συνοπτικά: Σε κάθε χημική ουσία υπάρχει «έγκλειστη» μια ποσότητα ενέργειας, το μέγεθος της οποίας είναι χαρακτηριστικό και σταθερό για την αυτή μάζα της ουσίας, εφόσον βρίσκεται στις ίδιες συνθήκες (θερμο-^ κρασίας - πίεσης και βέβαια στην αυτή κατάσταση). Η ενέργεια αυτή ονομάζεται ενθαλπία (Η). Όταν στα υλικά σώματα γίνονται ενεργειακές μεταβολές, με αποτέλεσμα αυτά να μεταβάλλουν σύσταση και να δημιουργούνται νέα σώματα με διαφορετικές ιδιότητες από τα αρχικά, έχουμε χημικές αντιδράσεις. Στις περιπτώσεις αυτές, η ενθαλπία (Η, βλ. πιο πριν) μεταβάλλεται. Η μεταβολή αυτή (ΔΗ) στις αντιδράσεις που εκλύεται θερμότητα (εξώθερμες αντιδράσεις) είναι ΔΗ<0, ενώ στις αντιδράσεις που απορροφάται ενέργεια (ενδόθερμες) είναι ΔΗ>.

Για παράδειγμα, στην αντίδραση (και δεδομένου ότι 1 Kcal = 1.000 cal):
C + Ο2 = CO2 + 94100 cal  ΔΗ = -94,1 Kcal/mole

ενώ στην αντίδραση: C(στ.) + Η2Ο(αέρ.) = CO(αέρ.) + Η2(αέΡ.) -31.400 cal,  ΔΗ = + 31,4 Kcal/mole

Κατά συνέπεια, τα θερμικά φαινόμενα που συνοδεύουν μία χημική αντίδραση οφείλονται στη διαφορά μεταξύ των ενθαλπιών των προϊόντων και των αντιδρώντων.                

Ηπρ — Ηαντ = ΔΗ      όπου: ΔΗ = μεταβολή ενθαλπίας

Η μεταβολή της ενθαλπίας που συνοδεύει μία αντίδραση είναι η αυτή, άσχετα αν η αντίδραση πραγματοποιείται σε ένα ή περισσότερα στάδια, δηλαδή, ανεξάρτητη της οδού της αντίδρασης (Νόμος Hess).
Σημειώνεται, επίσης, ότι η θερμότητα που παράγεται κατά την αποσύνθεση μιας ένωσης είναι σε απόλυτη τιμή ίση με τη θερμότητα που παράγεται κατά τη σύνθεση της (Νόμος Lavoisier - Laplace).
Σε πολλά χημικά συστήματα η μετάβαση από την αρχική στην τελική κατάσταση πραγματοποιείται σε μετρήσιμο χρόνο. Υπάρχουν όμως αντιδράσεις (όπως οι ιοντικές) στις οποίες η ταχύτητα είναι πολύ μεγάλη, δηλαδή η πιο πάνω μετάβαση γίνεται σε χρόνο μικρότερο από 1 μ. sec (1.10~6 δευτερόλεπτα), χαρακτηριζόμενες ως ακαριαίες.
'Οταν ένα χημικό σύστημα (υλικό σώμα) καίγεται, οι αντιδράσεις που διεξάγονται λόγω του φαινόμενου της καύσης λέγονται αντιδράσεις καύσης.
Με την καύση σώματος η χημική ενέργεια του μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια (θερμότητα). Η θερμική απόδοση (θερμίδες ανά χιλιόγραμμο καιό-μενης ύλης) εξαρτάται από τις συνθήκες καύσης, π.χ. αν η καύση είναι τέλεια ή ατελής (όπως μπορεί να συμβεί στον άνθρακα: C), από τα καύσιμα συστατικά, δεδομένου ότι άλλα δίνουν πολλές θερμίδες (π.χ. υδρογόνο: Η)  και άλλα όχι (π.χ. θείο: S), κ.λπ. Οι χημικές εξισώσεις σύμφωνα με τις οποίες καίονται τα βασικά συστατικά των συνηθισμένων καυσίμων υλών έχουν ως εξής:

C + Ο2 = CO2 + 8048 Kcal/kg άνθρακα

Η2 + 1/2Ο2 = Η2Ο + 33888 Kcal/kg υδρογόνου (όταν το προϊόν της αντίδρασης είναι νερό).
Η2 + 1/2Ο2 = Η2Ο + 28670 Keal/kg υδρογόνου (όταν το προϊόν της αντίδρασης είναι ατμός)
S + Ο2 = SO2 + 2213 Kcal/kg θείου
Η εκλυόμενη θερμότητα αναφέρεται σε καύσιμο και προϊόντα καύσης σε θερμοκρασία: 25°C και πίεση: 1 ατμόσφαιρα.
Η 1η από τις πιο πάνω αντιδράσεις μπορεί να γίνει και με ενδιάμεσες, π.χ. :
C + 1/2Ο2 = CO + 2416 Kcal/kg άνθρακα CO + 1/2Ο2 = CO2 + 5632 Kcal/kg άνθρακα
αθροιστικά:
C + Ό2 = CO2 + 8048 Kcal/kg άνθρακα
Πάντα, στην (κατά στάδια ή απευθείας) καύση η εκλυόμενη — συνολικά — θερμότητα είναι η ίδια είτε έχουμε ή όχι επιμέρους αντιδράσεις (νόμος Hess).