OBECNÁ CHEMIE

Chemie jako věda Chemie – přírodní věda Zkoumá látky a jejich přeměny Řada oborů  obecná (obecné zákonitosti)  anorganická (sloučeniny jiných prvků než uhlíku)  organická (sloučeniny uhlíku – uhlovodíky)  biochemie (složení a chemické děje v živých organismech)  atd.

Látky a jejich třídění LÁTKY SMĚSICHEMICKY ČISTÉ PRVKYSLOUČENINY

Chemicky čisté látky Obsahují částice (atomy nebo molekuly) stejného druhu  prvky – obsahují jeden druh atomů  sloučeniny – obsahují alespoň 2 druhy atomů spojených do molekul

Směsi Skládají se z více chemicky čistých látek, tj. obsahují částice různého druhu V přírodě mnohem běžnější

Rozdělení směsí Podle velikosti částic rozlišujeme směsi  různorodé (heterogenní)  koloidní  stejnorodé (homogenní)

Různorodé směsi Složky lze rozlišit pouhým okem (popř. lupou, mikroskopem apod.) Rozlišujeme:  suspenze – pevná látka v kapalině (křída ve vodě)  emulze – dvě nemísitelné kapaliny (olej ve vodě)  aerosol dým – pevná látka v plynu mlha – kapalina v plynu  pěna – plyn v kapalině

Stejnorodé směsi Částice nelze nijak rozlišit = roztoky  kapalné  pevné (slitiny)  plynné (vzduch)

Koloidní směsi Něco „mezi“ směsí stejnorodou a různorodou Částice nerozlišíme pouhým okem, ale tvoří viditelný zákal, který neodstraníme filtrací např. bílek ve vodě

Dělení složek směsi Sedimentace (usazování)  oddělení pevné látky od kapaliny (např. písek a voda) nebo dvou nemísitelných kapalin (např. olej a voda)  těžší složka se po čase samovolně usadí na dně

Dělení složek směsi Filtrace  oddělení pevné látky a kapaliny, pokud usazování neprobíhá dobře (jemné nečistoty)  směs se nalije na vhodný materiál (papír, vata), kapalina proteče a pevná látka se zachytí

Dělení složek směsi Krystalizace  vyloučení pevné látky z roztoku  po odpaření části rozpouštědla (delší stání, var) se začnou tvořit krystalky rozpuštěné látky, které můžeme odfiltrovat

Dělení složek směsi Sublimace  přímý přechod látky z pevného skupenství do plynného  oddělení dvou látek, z nichž jedna zahřátím sublimuje a druhá nikoli  směs zahřejeme, jedna složka přesublimuje, v nádobě zůstane čistá nesublimující složka

Dělení složek směsi Destilace  oddělení dvou kapalin o různé teplotě varu  směs zahříváme, složka s nižší teplotou varu začne vřít, její páry zachytíme, ochladíme a necháme zkondenzovat (=zkapalnit)

Struktura látek Látky se skládají z malých částic – atomů Atomy se spojují do molekul Atomy v molekule jsou poutány chemickou vazbou

Atom = základní „stavební kámen“ látek Název z řeckého „nedělitelný“ Jádro  protony – kladný náboj  neutrony – bez náboje Obal  elektrony – záporný náboj

Atom Proton i neutron mají zhruba stejnou hmotnost, elektron je mnohem lehčí Jádro tvoří většinu hmotnosti atomu, ale pouze nepatrnou část objemu Stejný počet protonů i elektronů  atom je bez náboje

Atom Atom s různým počtem protonů a elektronů má náboj a nazývá se ion.  kation – kladný náboj, více protonů než elektronů  anion - záporný náboj, méně protonů než elektronů

Počet protonů v jádře – protonové číslo Z Počet protonů a neutronů v jádře – nukleonové číslo A Látka, jejíž všechny atomy mají stejné Z, se označuje jako prvek. Látka obsahující atomy s různým Z, se označuje jako sloučenina. Atomy, které mají stejné Z, ale různé A, se nazývají izotopy. Atom X A Z

Obal se člení do několika vrstev Každá vrstva má určitou „kapacitu“ Vrstvy se zaplňují od vnitřních k vnějším Poslední vrstva = valenční  určuje chemické vlastnosti prvku

Periodická soustava prvků Tabulka, ve které jsou prvky seřazené podle rostoucího Z Autor – D. I. Mendělejev (1869) Periodicky (pravidelně) se opakují prvky podobných vlastností – v tabulce jsou pod sebou.

Periodická soustava prvků Řádky = periody  značíme arabskými čísly číslo udává, v kolika vrstvách jsou rozloženy elektrony  zatím známe prvky 7 period  6. a 7. perioda jsou příliš dlouhé – část prvků je vyčleněna pod tabulkou lanthanoidy – 14 prvků za lanthanem aktinoidy – 14 prvků za aktiniem

Periodická soustava prvků Sloupce = skupiny  značíme arabskými čísly 1-18  prvky s podobnými vlastnostmi  zvláštní názvy alkalické kovy – 1. skupina (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) halogeny – 17. skupina (F, Cl, Br, I, At) vzácné plyny – 18. skupina (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn)

Periodická soustava prvků Co najdeme v tabulce? C 6 Uhlík 12,01 značka prvku název prvku protonové číslo molární hmotnost 2,5 elektronegativita

Chemická vazba Molekula – částice, která se skládá z několika atomů  molekula prvku – atomy se stejným Z  molekula sloučeniny – atomy s různým Z Atomy v molekule jsou spojené chemickou vazbou. Molekuly mohou obsahovat různý počet atomů (od 2 do několika 1000 – makromolekuly)

Chemická vazba Vazbu tvoří vždy pár elektronů. Vazby se účastní pouze valenční elektrony. Počet vazebných elektronových párů – násobnost vazby  vazba jednoduchá H – H  vazba dvojná O = O  vazba trojná N  N

Chemická vazba Pevnost vazby udává disociační energie  energie nutná k přerušení vazby Vaznost atomu prvku – počet vazeb (elektronových párů), které z atomu vycházejí

Chemická vazba Elektronegativita – schopnost atomu přitahovat k sobě elektrony vazeb  v PSP roste  a  Podle rozdílu elektronegativit atomů, které vazbu tvoří, rozlišujeme vazbu  kovalentní nepolární  kovalentní polární  iontovou

Kovalentní nepolární vazba Vazba mezi atomy s podobnou elektronegativitou, nebo v molekule prvku (O 2, H 2,…) Elektrony rovnoměrně rozložené mezi oběma atomy

Kovalentní polární vazba Atomy se liší elektronegativitou (např. HCl) Atom s vyšší elektroneg. k sobě více přitahuje elektrony, proto na něm převládá záporný náboj. Na druhém atomu převládá kladný náboj. Molekula má dva póly – kladný a záporný.

Iontová vazba Extrémní případ polární vazby – atomy se výrazně liší elektroneg. (např. NaCl) Atom s vyšší elektroneg. „sebere“ druhému atomu celý elektron, a tak se na něm vytvoří náboj – stane se aniontem. Druhý atom – kation. Látka je tvořena jednotlivými ionty, které se vzájemně elektrostaticky přitahují.

Chemické vzorce Vyjadřují složení látky, popř. její strukturu.  molekulový (souhrnný) vzorec – udává počet atomů jednotlivých prvků v molekule (např. ethan C 2 H 6 )  strukturní – vyjadřuje navíc strukturu látky (jak jsou atomy mezi sebou propojené, všechny vazby)  racionální (funkční) – udává jednotlivé skupiny atomů a vazby mezi nimi CCH H HH H H CH 3 -CH 3

Chemické reakce Děj, při kterém z výchozích látek vznikají produkty. Při reakci platí  zákon zachování hmotnosti – součet hmotností výchozích látek a produktů je stejný  zákon zachování energie – energie při reakci nevzniká ani nezaniká, pouze se přeměňuje

Chemické reakce Exotermické reakce  uvolňuje se při nich teplo  např. hoření uhlí Endotermické reakce  teplo se spotřebovává  např. pálení vápna (tepelný rozklad vápence)

Chemické reakce Některé reakce mohou být exotermické, přesto samy neproběhnou.  je nutné dodat určitou energii = aktivační energie. Pro některé endotermické reakce může být zdrojem energie i sluneční záření (fotosyntéza).

Rychlost reakce Udává, jak rychle ubývají výchozí látky, resp. přibývají produkty. Závisí na řadě faktorů  koncentrace látek (vyšší konc. – vyšší rychlost)  teplota (vyšší teplota – vyšší rychlost)  forma látky (práškové železo reaguje rychleji než jednolitý kus)

Rychlost reakce Katalyzátor  látka, která urychluje reakci a přitom není výchozí látkou ani produktem  po skončení reakce se obnovuje Inhibitor  látka zpomalující průběh reakce

Třídění reakcí Podle vnějších změn  reakce skladné – z látek jednodušších vzniká složitější C + O 2 → CO 2  reakce rozkladné – z látky složitější vznikají jednodušší CaCO 3 → CO 2 + CaO  reakce substituční – výměna atomu nebo skupiny atomů jiným atomem nebo skupinou Fe + CuSO 4 → Cu + FeSO 4

Třídění reakcí Podle skupenství reagujících látek  reakce homogenní – všechny látky jsou ve stejném skupenství reakce v roztoku, mezi plynny  reakce heterogenní – látky jsou v různých skupenstvích reakce mezi pevnou l. a kapalinou, pevnou l. a plynem, kapalinou a plynem, dvěma pevnými látkami,…

Třídění reakcí Podle přenášených částic  reakce redoxní – přenos elektronu oxidace a redukce dochází ke změně oxidačních čísel  reakce protolytické (acidobazické) – přenos protonu H + reakce mezi kyselinami a zásadami

Redoxní reakce Reakce, při kterých dochází ke změně oxidačního čísla a přenosu elektronů mezi reagujícími látkami Oxidace  zvýšení oxidačního čísla  látka odevzdává elektrony Redukce  snížení oxidačního čísla  látka přijímá elektrony

Redoxní reakce Oxidace a redukce jsou vždy propojené, běží současně.  Fe 0 + Cu II SO 4 → Cu 0 + Fe II SO 4  železo se oxiduje, měď se redukuje  látka, která oxiduje jinou látku (sama se redukuje), je oxidačním činidlem – v našem případě CuSO 4  látka, která redukuje jinou látku (sama se oxiduje), je redukčním činidlem – Fe

Redoxní reakce neušlechtilé ušlechtilé Řada reaktivity kovů  uspořádání kovů podle reaktivity  K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Au  kov vlevo vytěsní kov vpravo ze sloučeniny Zn + 2 AgNO 3 → Zn(NO 3 ) Ag

Redoxní reakce Neušlechtilé kovy  reaktivní (čím víc vlevo, tím reaktivnější)  reagují s kyselinou za vzniku vodíku  snadno tvoří kationty  výskyt ve sloučenině Ušlechtilé kovy  málo reaktivní  výskyt jako ryzí

Elektrolýza Chemická reakce vyvolaná průchodem el. proudu. Na zápornou elektrodu (katodu) jsou přiváděny elektrony, dochází tu k redukci kationtů. Na kladné elektrodě (anodě) jsou elektrony odevzdávány, dochází k oxidaci aniontů.

Elektrolýza Např. elektrolýza taveniny NaCl  K - : 2 Na e - → 2 Na  A + : 2 Cl - → Cl e -

Galvanické články

Zdroj elektrické energie Samovolně běží redoxní reakce, jedna elektroda se nabíjí kladně, druhá záporně. „Elektrolýza naruby“ Polarita elektrod je opačná. Katoda – redukce Anoda - oxidace !!

Kyseliny a zásady Kyseliny – látky, které ve vodných roztocích odštěpují proton H +. Proton není schopný samostatné existence – s vodou tvoří kationty H 3 O +.  HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl - Zásady – odštěpují proton z vody – vznikají anionty OH -.  NH 3 + H 2 O → NH OH -

Kyseliny a zásady Silné kyseliny – prakticky všechny molekuly ve vodě odštěpí proton  žíraviny!  např HCl, H 2 SO 4, HNO 3 Slabé kyseliny – jen malá část molekul odštěpuje proton  např. kyselina octová, H 2 CO 3

Kyseliny a zásady Silné zásady – obsahují v molekule anion OH -  NaOH, KOH  žíraviny Slabé zásady  NH 3

Kyseliny a zásady Kyselost a zásaditost roztoku udává stupnice pH.  hodnoty 0 – 14  neutrální roztok … pH = 7  kyselý roztok …… pH  7  zásaditý roztok … pH  7  pH roztoku určíme indikátorovým papírkem

Kyseliny a zásady Neutralizace  reakce mezi kyselinou a zásadou  vzniká sůl a voda  NaOH + HCl → NaCl + H 2 O