CHEMIE Ing. Radim Škuta Ph.D. Katedra chemie (617), kancelář: A 628 tel.: 597 324 323 e-mail: radim.skuta@vsb.cz

Rozsah předmětu: Literatura: přednášky: 2 hod. týdně cvičení : 2 hod. týdně – výpočtové Literatura: Kostura, Gregorová: Základy chemie pro strojní obory, VŠB-TUO, 2000. Tržil, Ullrych, Slovák: Příklady z chemie, VŠB-TUO, 2005. Kostura, Gregorová: Příklady z chemie pro bakalářské obory, VŠB-TUO, 2004.

Chemie – postavení v přírodních vědách Stavba látek a jejich klasifikace

ČÍM SE CHEMIE ZABÝVÁ? Studuje: vztahem složení a struktury látek k jejich vlastnostem, kvalitativními změnami látek, tj. změnami jejich podstaty (chemické reakce). Studuje: podmínky jejich průběhu – vliv teploty, tlaku, katalyzátoru, koncentrace reagujících látek…atd. úkazy provázející tyto děje – vzrůst, nebo pokles teploty, fluorescence, …atd.

Interdisciplinární a aplikované obory: Rozdělení chemie Základní disciplíny: chemie obecná, chemie anorganická, chemie organická Interdisciplinární a aplikované obory: fyzikální, analytická, jaderná, makromolekulární, biochemie..atd.

Základní vlastnosti hmoty Klasifikace hmoty: Látka – forma hmoty s přetržitou strukturou: Soustava samostatných částic, s nenulovou klidovou hmotností. Pole – forma hmoty s nepřetržitou strukturou: Uskutečňuje se prostřednictvím tzv. energetických kvant, která se pohybují určitou rychlostí a mají nulovou klidovou hmotnost.

Stavba látek a jejich klasifikace Elementární částice Elektrony Protony Neutrony Stavební jednotky chemických látek Atomy Molekuly Ionty Čisté látky (Chemická individua) Prvky Sloučeniny Složené látkové systémy Směsi Roztoky Chemické látky

ELEMENTÁRNÍ ČÁSTICE částice hmotnost náboj elektron 9,1091.10-31 kg proton 1,6725.10-27 kg +1,602.10-19 C neutron 1,6748.10-27 kg Všimněme si, že protony a neutrony mají vzájemně zhruba srovnatelnou hmotnost, avšak elektrony jsou mnohem lehčí. Závěr – elektrony by mohly být klasickými elementárními částicemi, avšak protony a neutrony jimi nebudou. 1964 – M.Gell-Mann a G.Zweig předpověděli kvarkovou strukturu protonů a neutronů (r.1969 prokázána). 1974 – teorie, která počítá s preony – hypotetickými částicemi, z nichž se mohou skládat kvarky (dodnes chybí důkaz).

Stavba látek a jejich klasifikace Elementární částice Elektrony Protony Neutrony Stavební jednotky chemických látek Atomy Molekuly Ionty Čisté látky (Chemická individua) Prvky Sloučeniny Složené látkové systémy Směsi Roztoky Chemické látky

STAVEBNÍ JEDNOTKY CHEMICKÝCH LÁTEK Atom - základní částice běžných látek, kterou už chemickými prostředky dále nelze dělit a která definuje vlastnosti daného chemického prvku. 5.stol. př. n. l. (Demokritos) - filosofická teorie, podle které nelze hmotu dělit donekonečna, neboť na nejnižší úrovni existují dále nedělitelné částice - atomos. Přelom 18. a 19. stol. - John Dalton – základ moderní atomistiky Každý prvek má jiný atom. Atomy jednoho prvku mají stejné vlastnosti.

STAVEBNÍ JEDNOTKY CHEMICKÝCH LÁTEK Molekula – nejmenší částice látky, která je schopna samostatné existence v prostoru. Je tvořena určitým počtem atomů: stejného druhu (v případě prvků) např.: H2, Cl2, O2, P4, S8 různého druhu (v případě sloučenin) např.: H2SO4, CO2, Fe(OH)2….atd.

STAVEBNÍ JEDNOTKY CHEMICKÝCH LÁTEK Ionty - elektricky nabité částice atomární velikosti (atomy, molekuly, někdy i skupiny atomů či molekul). Klasifikace iontů: kladně nabité (kationty) – např. Na+, K+, Ca2+ záporně nabité (anionty) – např. Cl-, F-, O2- jednoduché – Cl-, O2-, Ag+, Cr3+ složené – NH4+, OH-, PO43-

Vlastnosti mikročástic Hmotnost - mat.,mmk ,mi - skutečné hmotnosti atomů, molekul, iontů (cca 10-27-10-25 kg). Relativní atomová hmotnost je určena vztahem: kde: mat je klidová hmotnost atomu, mu je atomová hmotnostní konstanta (1,661.10-27 kg) Hodnota Ar pro každý prvek je tabelována v periodické soustavě prvků (PSP). Ar je bezrozměrná veličina. Relativní molekulová hmotnost Mr jakékoli molekuly je dána součtem Ar všech atomů, které ji tvoří.

Chemické látky Elementární částice Elektrony Protony Neutrony Stavební jednotky chemických látek Atomy Molekuly Ionty Čisté látky (Chemická individua) Prvky Sloučeniny Složené látkové systémy Směsi Roztoky Chemické látky

Čisté látky (chemická individua) Prvky - látky složené z atomů stejného druhu. Nelze je chemicky dále dělit na látky jednodušší. - nesloučené (jednoatomové prvky): He, Ne, Ar…, - sloučené (víceatomové): H2, O2, P4, S8 …atd., - vázané v krystalové struktuře - např.: C v diamantu, nebo grafitu

Sloučeniny - látky tvořené stejnými molekulami, které vznikly Sloučeniny - látky tvořené stejnými molekulami, které vznikly sloučením dvou, nebo více různých atomů. - samostatné molekuly - v plynném skupenství, např. CO2, - jednotlivé molekuly ve struktuře nelze identifikovat (pevné skupenství) - např. SiO2 (křemen) - soustava vzájemně se obklopujících iontů - např. NaCl, CaF2, KNO3….atd.

Chemické látky Elementární částice Elektrony Protony Neutrony Stavební jednotky chemických látek Atomy Molekuly Ionty Čisté látky (Chemická individua) Prvky Sloučeniny Složené látkové systémy Směsi Roztoky Chemické látky

Složené látkové systémy Soustavy dvou nebo více čistých látek (složek), které lze fyzikálními metodami oddělit ze systému a které jsou schopné samostatné existence. homogenní - má ve všech svých částech stejné vlastnosti. např.: roztoky vzájemně dobře mísitelných látek heterogenní - skládá se z několika okem rozlišitelných homogenních oblastí (fází). Na rozhraní fází se vlastnosti soustavy mění skokem. např.: soustava voda-led, směsi vzájemně omezeně rozpustných, či nerozpustných látek

Roztoky - vícesložkové, jednofázové (a tedy homogenní) Roztoky - vícesložkové, jednofázové (a tedy homogenní) soustavy, bez ohledu na jejich skupenství. - kapalné (např. kuchyňská sůl ve vodě, soustava benzen-toluen,…atd.), - plynné (směsi plynů - např. vzduch, propan-butan, apod.), - pevné (např. slitiny kovů – mosaz, bronz, pájka,…atd.)

Směsi – vícefázové (tudíž heterogenní), vícesložkové. soustavy (např Směsi – vícefázové (tudíž heterogenní), vícesložkové soustavy (např. žula). ! Rozlišení homogenity a heterogenity není vždy zcela jednoznačné – při čím dál jemnější zrnitosti fází se heterogenní soustavy blíží soustavám homogenním. Za hraniční oblast homogenity se považuje rozmělnění fází na částice o rozměrech 1- cca 500 nm.

Základní chemické pojmy Máme-li stanovit velikost určitého systému, lze uvést tři údaje: hmotnost systému (m) objem systému (V) počet částic tvořících systém (N) Množství hmoty v systému vyjádřené počtem základních částic se označuje jako látkové množství (n), jednotkou této veličiny je [mol].

Tento počet udává Avogadrova konstanta NA = 6,022.1023 mol-1 Mol - je látkové množství soustavy, jejíž počet základních částic (atomů,molekul, či iontů) je roven počtu atomů ve 12g nuklidu uhlíku 12C. Tento počet udává Avogadrova konstanta NA = 6,022.1023 mol-1 Látkové množství soustavy (n) se vyjadřuje vztahem: kde N je celkový počet částic v systému

Veličiny vztažené na látkové množství - molární veličiny. Molární hmotnost – hmotnost soustavy o látkovém množství 1 mol. [g.mol-1] Molární hmotnost každého prvku je tabelovaná v periodické tabulce a je číselně rovna jeho Ar. Liší se pouze jednotkou. Molární hmotnost sloučeniny AxByCz = součet molárních hmotností prvků vynásobených stechiometrickými koeficienty. M(AxByCz) = xMA + yMB + zMC

Molární objem – používá se u plynných látek. [dm3.mol-1] Tato veličina je silně závislá na tlaku a teplotě. Za normálních podmínek (101 325 Pa; 273K) má molární objem ideálního plynu hodnotu: Vm,0= 22,4 dm3.mol-1 Avogadrův zákon: Stejná látková množství různých plynů zaujímají za stejných podmínek stejné objemy.

Oxidační číslo: Elektrický náboj, který by byl přítomen na atomu prvku, kdybychom rozbili všechny vazby ve sloučenině a vazebné elektrony každé vazby, která z tohoto atomu vychází, přidělili elektronegativnějšímu vazebnému partneru. Oxidační čísla mohou být: kladná Označují se římskou číslicí vpravo nahoře, za symbolem prvku. záporná nula necelistvá - Označují se zlomkem (arabskými číslicemi)