CHEMIE JAKO VĚDA

Struktura díla 1) CO JE TO CHEMIE? (krátká definice) 2) OBORY CHEMIE a) chemické disciplíny b) hraniční disciplíny c) aplikované disciplíny (dále rozvedeno) 3) HISTORIE CHEMIE od nejstarších dob po nedávnou minulost 4) ZÁKLADNÍ POJMY a) látky – složení látek - třídění látek - metody oddělování složek směsi - vlastnosti látek b) soustavy látek 5) ZDROJE INFORMACÍ, AUTORIZACE VELEDÍLA

Co je to chemie? Chemie je přírodní experimentální věda, která se zabývá složením, strukturou, vlastnostmi, získáváním a reakcemi látek.

obory chemie 1) chemické disciplíny – vycházejí přímo z chemických a fyzikálních vlastností látek 2) hraniční(mezioborové)disciplíny – využívají poznatků a metod zkoumání chemických disciplín a jiných vědních oborů (fyzika, biologie, zeměpis,..) 3) aplikované disciplíny – poznatky chemických a hraničních disciplín uvádějí v praxi, přinášejí praktická využití Dále se dělí na množství podoborů:

Podobory chemických oborů: 1) chemické disciplíny - obecná ch. – obecně stavba a vlastnosti látek, průběh chemických dějů - anorganická ch. – tvorba, složení, struktura a reakce chem. prvků a jejich sloučenin s výjimkou některých sloučenin uhlíku - organická ch. – struktura, vlastnosti, příprava a využití organických sloučenin (okolo 6 mil.) - makromolekulární ch. – syntéza a vlastnosti přírodních či syntetických makromolekul nebo polymerů - ch. koordinačních slouč. – tvorba sloučenin d- prvků a jejich využití v praxi

Podobory chemických oborů: 2) hraniční disciplíny - fyzikální ch. – zkoumání chem. látek fyzikálními metodami; makroskopické vlastnosti látek na molekulové úrovni - biochemie – chemické pochody živých organismů; struktura a funkce zákl. stav. kamenů živé hmoty - geochemie – chemické složení Země; historie chem. prvků a procesů v neživé přírodě - jaderná ch. – vlastnosti hmoty a jevy chemické a fyzikálně- chemické povahy, kde se uplatňuje jádro atomu a jeho přeměna

Podobory chemických oborů: 3) aplikované disciplíny - analytická ch. – chemické složení látek a směsí a) kvalitativní – přítomnost konkr. látek, prvků, iontů a funkčních skupin ve vzorku b) kvantitativní - množství jednotlivých složek ve zkoumaných vzorcích - agrochemie – chemie zemědělství; úrodnost, hnojiva, výnosy - chem. technologie - postupy chemické výroby, ekologie, recyklace - biotechnologie – využití biologických systémů k výrobě či jiným specifickým účelům

HISTORIE CHEMIE 1) 8. a 7. tis. př. Kr. – s objevem ohně se lidé naučili zpracovávat kov (Fe, Cu, Sn,..), výroba „skla“ 3. tis. př. Kr. – objev bronzu, jeskynní malby pomocí červeného okru (Fe2O3), využití solí sloučenin Číňané - zavedli výr. postup pro porcelán a papír 2) antika – rozšíření znalostí, první chemické teorie Demokritos z Abdér – nedělitelná nejmenší částice je atom (atomos = nedělitelný), jejich pohyb podstatou veškerých změn Empedokles z Akragantu – existence čtyř živlů (voda, oheň, země, vzduch), které vznikají kombinací čtyř principů (teplo, vlhko, chlad, sucho), výchozí látkou substrát (materia prima) Thales z Milétu – za pralátku považoval vodu Aristoteles ze Stageiry – doplnil pátý živel (nebeská tělesa)

3) alchymie – cílem vytvořit elixír mládí a nesmrtelnosti, z neušlechtilých kovů ušlechtilé, kámen mudrců,.. Paracelsus – iatrochemie (lékařská ch.), příčinou někt. nemocí nerovnováha mezi sírou a rtutí v těle, preparáty z těchto prvků předepisoval jako léky Agrigola – nealchymista, zabýval se hornictvím a hutnictvím Glauer – výrobní postupy někt. chemikálií (HCl, HNO3,..), Na2SO4 . 10 H2O = Glauerova sůl 4) formulování vědeckých základů chemie R. Boyl – definice prvku, sloučeniny a směsi 5) 19. a 20. stol. – největší rozvoj, s objevováním prvků snaha uspořádat je, rozpracovány chemické výroby (postupy, metody), teorie o struktuře 60. léta 19. st. – periodický zákon (D. I. Mendělev) průmyslová revoluce – umělé materiály zač. 20. stol. – rozvinutí org. chemie a biochemie

Demokritos Empedokles Thales Aristoteles Paracelsus

ZÁKLADNÍ POJMY LÁTKY SLOŽENÍ LÁTEK: Látka (materiál) je substance (přetržitá struktura) chemicky jednotné podoby vyznačující se charakteristickými fyzikálními a chemickými vlastnostmi; spolu s polem (energií) (nepřetržitá struktura) tvoří hmotu, ze které jsou složena tělesa. Základní stavební jednotkou látky je složitější mikročástice atom či iont, která se skládá z elementárních částic - protonů, elektronů a neutronů. Částice tvořená minimálně dvěma atomy je molekula. Většina látek je tvořena právě molekulami. Látky, které jsou tvořeny ionty, jich mají alespoň dva druhy (kladný a záporný – př. NaCl -> Na+ + Cl-).

TŘÍDĚNÍ LÁTEK: 1) chemicky čisté látky (chemická individua) – chemické složení je v celém jejím objemu stejné, je tvořena jedním druhem atomů, molekul či molek. komplexů; stálé char. vlastnosti (tepl. tání a varu, hustota,..) a) prvek (elementární látka) – jen jeden druh atomů se stejným protonovým číslem Z (možny různé izotopy); atomy volné (př. He), v molekulách (př. Cl2) či vázané v krystalové struktuře (př. C v diamantu) b) sloučenina – stejné molekuly sloučené min. ze dvou atomů různých prvků (př. CO2) či ionty vázané v krystalové struktuře (př. NaCl); za sloučeninu možno považovat i polymerní látku tvořenou jednou opakující se zákl. stav. jednotkou

2) směsi – směs je soustava složená z několika různých chemicky čistých látek (z různých druhů částic); výsledek mechanického smíchání chem. l.- nedochází ke vzniku či zániku chem. vazeb, proto se nejedná o chemický děj; mění se ovšem fyzikální vlastnosti a) homogenní směs – systém min. dvou složek, kde mezi nimi neexistuje rozhraní; vlastnosti v celém objemu stejné (př. vzduch, mořská voda, slitiny); částice < 10-9, pravé roztoky - plynné – molekuly jednoho plynu rozptýlené mezi molek. jiného (př. vzduch) - kapalné – molek. či ionty nízkomolek. látky rozptýlené v kapalině (př. NaCl ve vodě) - pevný – jednotl. atomy či ionty jedné pevné látky rozpt. mezi částicemi jiné pev. l. (př. slitiny kovů)

b) koloidní směs – mikroheterogenní soustava, velikost částic 10-7 až 10-9 -> gravitace pevných částic zanedbatelná ve srovnání s jejich kin. en. -> možný Brownův pohyb (difúze) - aerosol – mlha – kapičky kapaliny v plynu dým – částečky pevné látky v plynu kouř – kapalina a pevná látka v plynu - koloidní roztok – molek. org. látek či shluk anorg. molek. rozpt. v kapalině (př. bílkoviny ve vodě) - emulze – kapičky jedné kapaliny rozptýlené v jiné kapalině (př. olej ve vodě) - gel – bubliny plynu rozptýlené v kapalině Jeví se zakalené, procházející intenzivní paprsek opalizuje -> Tyndallův fenomén – rozptyl světla způsobený přítomností pevných částic v prostředí

c) heterogenní směs (různorodá) – systém složený z několika fází, na jejich rozhraní se chem. a fyz. vlastnosti mění skokem; rozpt. částice > 10-7, jednotl. složky možno rozlišit zrakem a) dle počtu obsažených složek - dvousložkové – směs naftalenu a písku; třísložkové – žula, vícesložkové (velké množ. složek) b) dle složení směsi (pouze dvousložková) - pěna – bubliny plynu rozpt. v kapalině (př. při koupání) - suspenze – pevná l. rozpt. v kapalině (př. písek ve vodě) Disperzní prostředí – jedna látka směsi spojitá v celém objemu, v ní rozptýleny (dispergovány) ost. látky (dispergovaný podíl). Fáze (skupenství) – látka s určitými mikroskopickými vlastnostmi, konkrétní forma látky

METODY ODDĚLOVÁNÍ SLOŽEK SMĚSI (SEPARAČNÍ METODY) 1) krystalizace – princip různé rozpustnosti l., ochlazení horkého rozt. či odpař. rozpouštědla; nejprve tvoří krystaly látka nejméně rozpustná (př. získání cukru z cuker. šťávy) 2) sedimentace – usazování částic na základě gravitace; nejprve se usadí č. s nejvyš. hustotou (př. čištění odp. vod) 3) filtrace – pevné složky se zachytí na filtru, kterým protéká celý filtrát - plynná či kapalná složka směsi; (př. při čištění vzduchu či vody) 4) destilace – princip rozdílné teploty varu látek, první se zplyní složky s nejnižší teplotou varu (př. výroba alkoholu) 5) sublimace – oddělení složky, která přechází z pevného skup. přímo na plynné (př. získávání čistého jodu)

6) Opačný proces sublimace se nazývá desublimace (př. též získávání jodu, tvorba jinovatky) 7) extrakce – různá rozpustnost v odlišných rozpouštědlech, složka se na rozdíl od jiných rozpustí a následně se získá jinou metodou, třeba destilací (př. olej ze semen) 8) chromatografie – molekuly zkoumaného roztoku se rozdělují dle rozdílné schopnosti sloučení se stacionární (př. pórovitý mat.) a mobilní (př. rozpouštědlo) fází (př. pokus s křídou, analýza složitých směsí) 9) elektroforéza – rozdílná pohyblivost el. nabitých částic různých látek v el. poli (př. dělení bílkovin) Nasycený roztok – v daném rozpouštědle se za stejné teploty nerozpustí další množství rozpouštěné látky. Při ochlazení se přebytečné množ. rozp. l. vyloučí ve formě krystalků.

VLASTNOSTI LÁTEK 1) specifické vlastnosti – nezávisí na velikosti, množství a tvaru látek, shodnost těchto vlastností je možno považovat za doklad totožnosti dvojice zkoumaných látek a) fyzikální vlastnosti – zjišťujeme pozorováním – kvalitativní vl. (barva, vůně, lesk, index lomu..) – měřením – kvantitativní vl. (teplota tání a varu, hustota, měrná el. vodivost,..) b) chemické vlastnosti – zjišťujeme při chemických dějích (schopnost přijímat či odevzdávat elektrony, způsob reakce látky s vodou či kyselinami, stálost (na světle, při zvýš. teplotě), acidobazické vl.,..)

2) skupenství – charakterizováno především uspořádáním částic v látce a projevující se typickými vlastnostmi; l. může existovat v rovnovážném stavu až ve třech fázích současně a) pevné – částice vázány ve svých pevných polohách, kolem kterých kmitají, vl. tvar a objem - krystalické – č. pravid. uspoř. v krystalové mřížce (př. kov, diamant,..) - amorfní – uspořádání částic náhodné, urč. zákonitosti mezi navzájem sousedícími atomy (př. sklo, vosk,..) b) kapalné – nemají svůj tvar, mají vl. objem, volný povrch, tvoří kapky (slabé přitažlivé síly mezi částicemi) c) plynné – částice relativně daleko od sebe, pohybují se v celém objemu, nepůsobí na sebe přitažlivou silou

SOUSTAVY LÁTEK Soustava je vymezená část prostoru a všechny látky a pole v něm obsažené, vše ostatní je okolí. Může být od něj oddělena stěnami skutečnými či smyšlenými. Soustavou je i směs. 1) dle vztahu s okolím - izolovaná – nevyměňuje s okolím látky ani energie (př. voda v termosce) - uzavřená – s okolím vyměňuje jen energie (př. voda v baňce) - otevřená – vyměňuje s okolím látky i energie (př. voda v kádince) 2) dle vlastností - homogenní (stejnorodé) – tvořena jednou fází, která má v celém svém objemu stejné vlastnosti (př. vzduch) - heterogenní (různorodé) – tvořena dvěma a více fázemi, vlastnosti se v každé z nich mění (př. voda a olej)

ZDROJE INFORMACÍ A AUTORIZACE VELEDÍLA - internet – různé stránky - jistá inženýrská univerzitní práce - Odmaturuj z chemie 1. maturitní otázku zpracovala (těžce vypotila) Monika Hlavatá ze 4.A dne 17.9.2006.