Základy přírodních věd Úvod do chemie 1

Thompsonův, Rutherfordův, Bohrův

Veškerá hmota se se skládá z částic Základní stavební jednotkou je atom Částice se v látce neustále neuspořádaně pohybují Brownův pohyb

Základní pojmy Atom (atomos – nedělitelný) Molekula Ionty Základní stavební částice látek Elektricky neutrální Jádro (protony, neutrony), obal (elektrony) Molekula je částice složená ze dvou a více atomů (př. voda) Ionty elektricky nabité částice atomární velikosti

Základní pojmy Kationt Aniont kladně nabitý iont, více protonů než elektronů Aniont záporně nabitý iont, více elektronů než protonů Prvek - atom nebo látka složená ze stejného druhu atomů (Au, Fe,…) Sloučenina - látka složená ze stejného druhu molekul (H2O, HCl,…) Směs - látka složená z různých atomů a molekul (vzduch)

Značení atomu Protonové číslo Nukleonové číslo Počet protonů v jádře (= počet elektronů) Nukleonové číslo Počet částic v jádře atomu (protony + neutrony)

Izotopy Atomy stejného prvku s rozdílným počtem neutronů Rozdílné nukleonové číslo

35 17

2 2 4 2 2

H2O – jedna molekula vody 5O2 8Fe 2Na – dva atomy sodíku H2O – jedna molekula vody 5O2 5 molekul kyslíku 8Fe 8 atomů železa Určete počet atomů: C6 2Au 2H2SO4 6 2 14

protonové číslo název prvku značka prvku 13 helium C 47 zlato Cu

Periodická tabulka 118 prvků, 94 přirozeně Řádky (periody) – prvky vzestupně seřazeny podle protonového čísla Sloupce (skupiny prvků) – prvky se stejným počtem valenčních elektronů (podobné chem. Vlastnosti) Periodický zákon 1869 (Dmitrij Ivanovič Mendělejev) "Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich atomových hmotností. Vlastnosti chemických prvků se pravidelně opakují."

Periodická tabulka Skupiny 1-2 a 13 – 18 Hlavní skupiny, nepřechodné (základní) s- a p-prvky Skupiny 3-12 Vedlejší skupiny, přechodné,vedlejší d-prvky Vyčleněny lanthanoidy a aktinoidy Vnitřně přechodné f-prvky Alkalické kovy Kovy alkalických zemin Lanthanoidy Aktinoidy Chalkogeny Halogeny Vzácné plyny

Valenční elektron/y V nejvyšších energetických vrstvách (orbitalech) Podílí se na vzniku chemických vazeb Elektronové slupky, podslupky (hladiny, podhladiny) typ orbitalu s,p,d,f Výstavbový princip - orbitaly s nižší energií se zaplňují dříve - 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s,…

Kovalentní chemická vazba Valenční elektrony atomů vytvoří vazebný elektronový pár + - H Atomu H chybí do úplného zaplnění elektronové slupky 1 elektron + - H2 Kovalentní vazba u molekuly H (2 společné elektrony – kovalentní vazba)

Kovalentní chemická vazba Valenční elektrony atomů vytvoří vazebný elektronový pár + - H2O + - H O Dvě kovalentní vazby

Kovalentní chem. vazba Jednoduchá – sdílení jednoho elektronového páru (dvojná, trojná, čtverná, )

Kovalentní chemická vazba Elektronegativita – schopnost atomu přitáhnout vazebný elektron/y Dělení podle polarity: Nepolární Rozdíl elektronegativit menší než 0,4 Polární Rozdíl elektronegativit 0,4 až 1,7 Iontová (extrémně polární) Rozdíl elektronegativit 1,7 a více

Iontová chem. vazba Extrémní případ kovalentní vazby Rozdíl elektronegativit větší než 1,7 Atom k sobě přetáhne jeden nebo více elektronů od druhého atomu -> aniont Atom co ztratil elektron/y -> kationt Následně jsou k sobě atomy vázány elektrostatickou silou (částice s opačným nábojem se přitahují)

Kovová vazba Mezi atomy kovů Všechny atomy sdílí své valenční elektrony navzájem -> Elektronový plyn

Slabé vazebné interakce Vodíkové můstky Van der Waalsovy síly

Relativní atomová hmotnost (poměrná atomová hmotnost) Bezrozměrná veličina, značí se Ar Nalezneme v periodické tabulce U přirozeně se vyskytujících prvků je dána poměrným zastoupením izotopů prvku Určena klidovou hmotnostní a atomovou hmotnostní konstantou

Relativní hmotnost atomu Ar Ar je bezrozměrné číslo udávající, kolikrát je hmotnost atomu větší než hmotnost 1/12 atomu nuklidu 12C. Relativní molekulová hmotnost Mr Vypočteme ji jako součet relativních atomových hmotností prvků tvořících sloučeninu, které jsou vynásobeny příslušnými stechiometrickými koeficienty Př.: Jaká je relativní atomová hmotnost kyslíku O Jaká je relativní molekulová hmotnost vody

Látkové množství Fyzikální veličina, značí se „n“ [mol] Vyjadřuje počet částic v látce (atomy, ionty, molekuly,…) 1 mol obsahuje stejný počet částic jako je obsaženo ve 12g izotopu uhlíku 12C - tento počet udává: Avogadrova konstanta = 6,022×1023 mol−1 (značí se NA) (N – počet částic v látce)  ( asi 1.10-14 mol ) Př.: Na světě žije asi 6,1  miliard lidí. Vyjádřete toto číslo jako látkové množství (v molech).  

Molární hmotnost Fyzikální veličina udávající hmotnost jednoho molu Mm- molární hmotnost [g*mol-1] m – hmotnost n – látkové množství Kolik gramů  váží 1,6 mol  chloridu sodného? Kolik atomů Cu je obsaženo  ve 20 g  mědi?        

Příklady Určete molární hmotnost: Kolik váží: NaCl (Chlorid sodný) CaCO3 (uhličitan vápenatý) Kolik váží: 1mol O2 2moly kyseliny chlorovodíkové Kolik atomů Fe je obsaženo ve 20 g  železa?   Kolik molů obsahuje kyselina sírová o hmotnosti 49,05g Jakou hmotnost mají 3moly kyseliny dusičné (HNO3)  ( 2,156.1023)   0,5 mol

Příklady Určete hmotnost 30 milionů atomů kyslíku. Smrtelná dávka KCN je asi 0,08 mmol na 1 kg hmotnosti lidského těla. Jaká hmotnost KCN představuje smrtelné nebezpečí pro osobu vážící 70 kg? (Kyanid draselný) V lidském těle je 65 % kyslíku, 18 % uhlíku, 10 % vodíku. Kterých atomů je v těle nejvíce?   ( 7,9689 .10-16 g)  ( 0,364 g ) vodíku

Příklady V kapce mořské vody je asi 50 miliard atomů zlata. Váží-li  30 kapek mořské vody 1 g, vypočítejte hmotnost zlata v 1 tuně mořské vody. Kapka vody má hmotnost 0,18 g. Na světě žije asi  6  miliard  lidí. Kolik molekul vody z této kapky by připadlo každému člověku, kdybychom ji mezi ně rovným dílem rozdělili? Máte k dispozici 2,8 molu jodidu draselného. Jakou má toto látkové množství hmotnost? (KI) (4,905.10-4 g ) (1 bilion  neboli 1.1012 molekul)  ( 464,8 g )

Příklady Jakému látkovému množství odpovídá 180 g hydroxidu sodného? Jaké je látkové množství 2,38.1024 molekul amoniaku? Jaká je hmotnost 0,052 molu oxidu dusnatého (NO) ? Pro uskutečnění reakce je třeba 0,75 molu sodíku. Jaká je hmotnost sodíku? 4,5 molu 3,95 molu 1,56g 17,25g

Molární objem Objem jednoho molu látky Příklady: závisí zejména u plynů na teplotě a tlaku. pro plyny za normální teploty a tlaku (tlak 101325 Pa, teplota 273,15 K) Mají objem 22,4 l/mol (Normální molární objem Vm) Příklady: Jaký objem mají za normálních podmínek 3moly dusíku? Určete látkové množství 10 dm3 ethenu ( C2H2) za normálních podmínek. 67,2 l ( 0,45 mol )

Hustota Fyzikální veličina Značí se ρ (ró) Základní jednotka: kg.m-3 Jakou hustotu má? Vzduch Voda Kolik váží železná krychle o straně a=10cm? ρ(Fe) = 7,86 g/cm3 Máme 20g zlata, jaký poloměr bude mít koule z něj odlitá? ρ(Au) = 19,3 g/cm3 Vzduch 1,29 kg/m³ Voda 1000 kg/m³ 7,86kg 6,28mm

Směsi a roztoky Směs – vznikne smícháním dvou a více látek Roztok je homogenní směs jedné nebo více látek rozpuštěná v jiné látce – rozpouštědle Roztoky se nazývají podle podle rozpouštědla Např. vodný roztok chloridu sodného

Směsi a roztoky Různorodá směs (heterogenní) lze spatřit složky směsi očima či pod mikroskopem 1. suspenze - Látka kapalná a pevná 2. emulze -  Látky kapalné (2 a více) 3. pěna - Látka kapalná a plynná (více plynné látky ) 4. aerosol - mlha nebo dým mlha - látka kapalná a plynná - převaha kapalné látky dým - látka plynná a pevná - převaha plynu

Směsi a roztoky Stejnorodá směs (homogenní) , roztok je složen z rozpouštědla (voda, ethanol, aj.) a látky rozpustné nelze spatřit složky roztoku očima ani pod mikroskopem    1. podle skupenství  plynné - vzduch, zemní plyn, ... kapalné - ropa, benzín, ... pevné - slitiny kovů, ocel, sklo, ...    2. podle rozpouštědla vodný (roztok) acetonový (roztok) lihový (roztok)

Hmotnostní zlomek Hmotnostní zlomek udává poměrné hmotnostní zastoupení látky A v roztoku. mA = hmotnost látky mr = hmotnost rozpouštědla mR = hmotnost roztoku mR = mA + mr Hmotnostní procento (hmot.% = WA . 100) Získáme vynásobením hmotnostního zlomku 100

Objemový zlomek Objemový zlomek udává poměr objemu rozpuštěné látky A k objemu roztoku VA = objem látky A VR- objem roztoku (celého) Objemové procento (obj.% = Wv(A) . 100) Získáme vynásobením objemového zlomku 100

Příklady Kolik gramů chloridu sodného je v 400 g 8%ního roztoku této soli? Kolika procentní roztok vznikne rozpuštěním 40 gramů hydroxidu draselného(KOH) ve 160 gramech vody? Kolik ml 100 % (absolutního) alkoholu potřebujeme na přípravu 2 l 40 % roztoku? 32g 20% 800ml

Příklady  Vypočtěte, jaký je hmotnostní zlomek vodného roztoku chloridu sodného, který byl připraven rozpuštěním 15 g NaCl v 85 g vody. V kolika g vody je nutno rozpustit 32 g NaCl, aby vznikl 20% roztok chloridu sodného? Objemový zlomek kyslíku ve vzduchu je 21,9 %. Vypočtěte, jaký objem zaujímá kyslík v místnosti o rozměrech 5 x 4 x 2,5 m naplněné vzduchem. 0,15 128g Cca 11m3

Příklady Slitina zlata stříbra, označovaná jako čtrnáctikarátové zlato, obsahuje ve 24 hmotnostních dílech slitiny 14 dílů čistého zlata, Jaký je hmotnostní zlomek zlata ve slitině? Mořské řasy obsahují 0,03 % jodu. Jaká by byla hmotnost jodu získaná z 5 tuny mořských řas? Do prázdného šálku jsme nalili 200 g kávy a přisypali 3 sáčky porcovaného cukru (po 5 g). Určete hmotnostní zlomek cukru v takto připravené kávě. Kolik gramů hydroxidu sodného je zapotřebí k přípravě 700 ml 25 % roztoku, jehož hustota je 1,277 g.cm-3? 58,3% 1,5kg 6,98% 223,5g

Hmotnostní koncentrace Podíl hmotnosti m(A) rozpuštěné látky A a objemu V roztoku. Jednotky – nejčastěji g.dm-3 cm(A) mA – hmotnost rozpuštěné látky V – objem roztoku Př.: Odpařením 12,0 cm3 vodného roztoku NaCl se získalo 0,132 g NaCl. Vypočtěte hmotnostní koncentraci NaCl v tomto roztoku. 0,011 g.cm-3

Molární (látková) koncentrace Podíl látkového množství n(A) rozpuštěné látky A a objemu V roztoku. Jednotky – mol.dm-3 Počet molů na 1l 3 mol.dm-3 = 3molární roztok -> označení 3M cn(A) – látková koncentrace n(A) – látkové množství V – objem roztoku

Příklady Máme 1.5 molů látky rozpuštěné v 3.9 dm3 roztoku. Jaká je molární koncentrace roztoku? Vypočtěte molární koncentraci roztoku NaOH, který vznikl rozpuštěním 10 g NaOH v 125 cm3 vody. Vypočtěte, kolik gramů dusitanu draselného (KNO2) potřebujeme na přípravu 400 cm3 4M roztoku dusitanu draselného. 0,38 mol/l 2 mol/l 136g

Příklady Vypočtěte molární koncentraci roztoku H2O2, který vznikl rozpuštěním 20 g H2O2 v 500 ml vody. Vypočtěte, kolik gramů H2SO4 potřebujeme na přípravu 500 ml 1M roztoku kyseliny sírové. 1,176mol/l 49g

Směšování roztoků Křížové pravidlo: w1 w3 – w2 w3 w2 w1 – w3 Př. Ze 78% a 48% roztoku je třeba připravit 66% roztok.V jakém poměru je musíme smíchat? 3(78%) : 2 (48%)

Příklady – křížové pravidlo Máme k dispozici 80% slivovici a vodu. V jakém poměru je musíme smíchat aby vznikl 60% roztok? Ze 60% kys.sírové je třeba přidáním 12% připravit 30% kys.sírovou.V jakém poměru je musíme smíchat? Potřebujeme připravit 3% vodný roztok peroxidu vodíku (kysličník – dezinfekce). K dispozici máme 30% peroxid vodíku. V jakém poměru ho musíme smíchat s vodou abychom dostali požadovaný 3% roztok? 3 : 1 (slivovice : voda) 3 : 5 (60% : 12%) 1 : 9 (peroxid : voda)

Směšování roztoků Směšovací rovnice: m1 . w1 + m2 . w2 = (m1 + m2) . W3 V1 . c1 + V2 . c2 = (V1 + V2) . c3 Př.: Kolik gramů 38% HCl se musí smísit s vodou, aby vzniklo 190 g 10% HCl ? 50g