Deník středoškoláka

DĚLENÍ CHEMIE

Chemie se tradičně dělí do několika oborů. Ty jsou ale v dnešní době častokrát provázány interdisciplinárními obory a jinými specializacemi.

Analytická chemie 

- zabývá se analýzou vzorků látek, s cílem porozumět jejich chemickému složení a struktuře

Biochemie 

- studuje chemické složení, chemické reakce a vzájemné vztahy chemických individuí, které se odehrávají v živém organismu

Anorganická chemie 

- studuje vlastnosti a reakce anorganických sloučenin

Organická chemie 

- studuje strukturu, vlastnosti, složení a reakce organických sloučenin. Rozdíl mezi organickou a anorganickou chemií není vždy zřetelný a dochází zde k mnoha překryvům, zvláště v tzv. organokovové chemii

Fyzikální chemie 

- zabývá se fyzikálním popisem chemických systémů a procesů. Zvláště pak energetickým popisem rozdílných chemických přeměn. Studuje chemickou termodynamiku, chemickou kinetiku, elektrochemii, kvantovou chemii, statistickou termodynamiku a spektroskopii

Dále pak existují :

Biofyzikální chemie, Farmaceutická chemie, Geochemie, Petrochemie, Chemie silikátů, Chemie atmosféry, Chemie životního prostředí, Jaderná chemie, Lékařská chemie, Makromolekulární chemie, Supramolekulární chemie, Termochemie a Výpočetní chemie

LÁTKY

-většinou výskyt ve směsích

Směsi

a) Homogenní

- sourodé, stejnorodé, u kterých se vlastnosti (např. barva, hustota, teplota) v celém objemu tělesa vůbec nemění

b) Heterogenní

- různorodé, nestejnorodé, složené z fyzikálních tělísek různých vlastností - například beton je obvykle složen z tělísek kameniva (např. štěrku), zrnek písku a jehlicovitých krystalků vzniklých krystalizací z mokré betonové směsi (malty) při jejím tvrdnutí.

Relativní atomová hmotnost (Ar)

- číslo vyjadřující poměr atomové hmotnosti příslušného prvku k atomové hmotnostní jednotce

Relativní molekulová hmotnost (Mr)

- součet relativních hmotností všech atomů dané molekuly

Např: H₂SO₄    … Mr = (2.1) + 32 + (4.16)

                              Mr = 98g.mol^-1

Látkové množství ()

Základní jednotka: mol

1 mol = množství, které obsahuje stejný počet částic, kolik je atomů uhlíku v 0,012kg ¹²C – tj. 6,023 . 10^-23 =konstanta

Molární hmotnost

- souhrnná hmotnost částic obsažených v 1 molu látky

- udává se v kg.mol^-1 nebo v g.mol^-1

Avogadrův zákon

,,STEJNÉ OBJEMY PLYNŮ ZA STEJNÝCH PODMÍNEK OBSAHUJÍ STEJNÝ POČET MOLEKUL.´´

Při standardním plynu (1,0132510 pascalu) je objem jednoho molu 22,41dm³.

ELEKTRONEGATIVITA

- vyjadřuje míru schopnosti atomu poutat elektrony

- je to bezrozměrná jednotka

- rozdíl elektronegativity mezi atomy charakterizuje typ vazby a naznačuje vlastnosti sloučeniny

CHEMICKÉ VÝPOČTY

n = látkové množství

N = počet částic v látce

N_A = Avogadrova konstanta (6,023.10²³)

m = hmotnost

M = molární hmotnost

V = objem

Vm = hmotnostní objemová konstanta pro plyny (22,41dm³)

VZORCE PRO VÝPOČTY:

n = m/M          n = N/N_A         Vm = V/n

m = n . M        N = n . N_A       V = Vm . n

                        N_A = N/n       n = V/Vm

1.)    Kolik atomů Cu je obsaženo ve 20g Cu ?

2.)    Kolik gramů vápníku obsahuje stejný počet atomů jako je v 10g zinku?

3.)    Kolik vody odměříme za normálních podmínek v kalibrovaném odměrném válci, aby tento objem představoval 6molů?

4.)    Při reakci se za normálních podmínek uvolnilo 10,3 dm³ vodíku. Jaké látkové množství vodíku vzniklo?

5.)    Vypočítejte za normálních podmínek objem a hmotnost 1,125 . 10³⁰ molekul metanu.

6.)    Kyselina askorbová – vitamin C má molekulový vzorec C₆H₈O₆. Jestliže je vitaminu C v potravě nedostatek, dodává se do těla vitamin ve formě tablet. Kolik molů a kolik molekul vitaminu C je obsaženo v tabletě, jejíž hmotnost je 500mg vitaminu C?

7.)    Vypočítejte látkové množství oxidu dusného, který za normálních podmínek zaujímá objem 40,6l.

8.)    Vypočítejte hmotnost 1 litru CO₂ za normálních podmínek.

9.)    Hustota chloru je za normálních podmínek 0,003164g/ cm³. Jaká je hmotnost 1 litru chloru?

10.)  Vypočítejte molární hmotnost plynu, jestliže  hustota plynu za normálních podmínek je 1,43g/dm³. O jaký plyn se jedná?

11.)  Vypočítejte objem 2,00 mol bromu při teplotě 20°C. Hustota bromu při teplotě 20°C je 3,14g/cm³.

12.)  Vypočítejte hustotu ozonu za normálních podmínek.

PERIODICKÁ TABULKA PRVKŮ

Periodická tabulka prvků je uspořádáním všech chemických prvků v podobě tabulky podle jejich rostoucího atomového čísla, seskupené podle jejich cyklicky se opakujících podobných vlastností. Řídí se tzv. periodickým zákonem, který roku 1869 publikoval Dmitrij Ivanovič Mendělejev - seřadil prvky podle rostoucí hmotnosti jejich atomů. Dnes je známo, že některé lehčí prvky jsou až za těžšími (jod stojí za tellurem). Proto roku 1913 Henry Moseley opravil periodický zákon podle rostoucích protonových čísel. V tabulce je obvykle kromě chemického symbolu prvku uvedeno i jeho atomové číslo, relativní atomová hmotnost, případně další údaje o prvcích. V současné době je v tabulce 117 známých prvků, z nichž 94 se přirozeně vyskytuje na Zemi, zbylé byly připraveny pouze uměle a nemají žádný stabilní izotop.

Základem uspořádání prvků je jejich seskupení podle elektronového obalu tak aby ve skupinách nad sebou ležely prvky se stejným počtem valenčních elektronů. Přitom platí, že prvky, nacházející se ve společné skupině vykazují i podobné chemické vlastnosti. Někde bývá zvykem dělení skupin na hlavní a vedlejší, prvky v hlavních skupinách mají valenční elektrony ve sférách s a p, prvky vedlejších skupin doplňují valenční elektrony do slupek d a f.

Příkladem skupiny prvků jsou alkalické kovy, halogeny, chalkogeny, vzácné plyny, kovy alkalických zemin.

PERIODICKÝ ZÁKON

Původní znění: ,,VLASTNOSTI PRVKŮ JSOU PERIODICKOU FUNKCÍ JEJICH ATOMOVÝCH VLASTNOSTÍ´´

Nynější znění:  ,,VLASTNOSTI PRVKŮ JSOU PERIODICKOU FUNKCÍ JEJICH PROTONOVÉHO ČÍSLA´´

KOVY:

- prvky chemicky charakterizované jako elektropozitivní, mají snahu předávat valenční elektrony a tvořit jednoatomové kationty

- hojně průmyslově využívány - ojedinělé fyzikální vlastnosti a snadná zpracovatelnost

- vysoká elektrická a tepelná vodivost

POLOKOVY:

- tvoří hranici mezi kovy a nekovy

- většinou křehké a nejsou kujné

- mají velice malou elektrickou vodivost

NEKOVY:

- mají vysokou elektronegativitu, tzn. že jejich valenční elektrony jsou pevně poutány k atomu

- mezi nekovy patří halogeny, inertní plyny a také tyto prvky: H, C, N, O, P, S, Se

SLOŽENÍ A STRUKTURA ATOMŮ LÁTEK

Atom

- základní částice běžné hmoty

- částice, kterou už chemickými prostředky dále nelze dělit a která definuje vlastnosti daného chemického prvku

- skládá se z atomového jádra obsahujícího protony a neutrony(nukleony) a obalu obsahujícího elektrony

- hmotnost e^- je daleko nižší než hmotnost p⁺ (cca 1840krát)

Orbital

- prostor v okolí jádra atomu s (95ti %) pravděpodobností výskytu e^- 

Protonové číslo

- udává počet protonů a neutronů v jádře

- může se změnit při štěpení jádra (jad. reakce)

Nukleonové číslo

- součet protonů a neutronů v jádře

Nuklid

- látka tvořená stejnými atomy, která se neliší protonovými čísly

Izotop

- látka tvořená atomy prvku lišící se nukleonovým číslem

- nejvíc izotopů má cín

- většinou nemají svůj název; výjimka u H

¹H - protium

²H - deuterium

³H – tritium;tricium (supertěžký vodík)

Radioizotop

- radioaktivní, uměle připravený izotop

- používá se v lékařství(ozařování);defektologie (určování závad  kovů)

Izobar

- látka tvořená atomy se stejným nukleonovým ,ale s rozdílným protonovým číslem

KVANTOVÁ ČÍSLA

- slouží k popsání stavu e^-  

Hlavní

- udává energii elektronů (čím dál od jádra >> tím vyšší energie)

Vedlejší

- udává tvar orbitalu

Magnetické

- udává orientaci orbitalu v prostoru; určuje počet typů orbitalů

s = 1 (tvar koule; můžeme jí umístit do prostoru jen jedním směrem – nikdy se nebude lišit)

p = 3 (můžeme natočit třemi způsoby)

d = 5

f = 7

Spinové

- charakterizuje rotační impulz elektronu

VÝSTAVBOVÝ PRINCIP

- orbitaly s nižší energií se zaplňují elektrony dříve než orbitaly s energií vyšší

V základním stavu atomu tedy elektrony obsazují jednotlivé slupky a podslupky tak, aby měly co nejnižší energii

Orbitaly se zaplňují v následujícícm pořadí: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, …

PAULIHO PRINCIP VÝLUČNOSTI

- každý orbital může být obsazen pouze 2elektrony a musí se lišit spinem

HUNDOVO PRAVIDLO

orbitaly se stejnou energií se zaplňují nejprve jedním elektronem a až poté do elektronového páru

EXCITACE ORBITALU

- vybuzení

- proces, při kterém dochází k přechodu energetického stavu atomu, molekuly či iontu na vyšší energetickou hladinu

- k přechodu dochází např. absorpcí tepla či fotonu

- excitovaná částice se pak nachází v tzv. excitovaném stavu

HYBRIDIZACE ORBITALU

- proces energetického sjednocení původně nerovnocenných atomových orbitalů

- hybridizují se ty orbitaly atomu, které poskytují své elektrony k vytvoření kovalentní σ-vazeb

- dojde k energetickému sjednocení orbitalů, přičemž se zachovává energetické těžiště, tzn. celková energetická hladina orbitalů po hybridizaci je rovna té před hybridizací

- přednostně vstupují do hybridizace ty orbitaly, které jsou na nižší energetické hladině

ZKRÁCENÝ ZÁPIS:

P – 3.perioda, 5.A skupina

P(Ne) : 3s² 3p³

    i  m

Nejbližší         hlavní kvantové číslo

 vzácný

  plyn  

CHEMICKÉ VAZBY

= silová interakce mezi dvěma atomy, pomocí chemické vazby se jednotlivé atomy seskupují do molekul

= vazebné síly, které působí mezi atomy a drží je pohromadě

- společné sdílení elektronového páru

Podmínky pro vznik vazby   - valenční elektrony musí mít vhodné uspořádání

-          atomy musí mít dostatek energie

- ke vzniku vazby dochází překryvem orbitalů a vytvořením elektronového páru

vazebná energie = energie potřebná k vytvoření vazby

interakce = vzájemné působení, ovlivňování všude, kde se klade důraz na vzájemnost a oboustrannou aktivitu

nevazebné e^- = elektrony neúčastnící se vazby

vazebné e^- = elektrony účastnící se vazby

Jednoduchá vazba

– σ vazba – patří mezi kovalentní vazby

- největší elektronová hustota je na spojnici jader

Dvojná vazba

- π vazba -elektronová hustota je mimo spojnici jader.-Trojná vazba-sigma vazba+2 π vazby

DĚLENÍ VAZEB

Typy:  a)KOVALENTNÍ

             b)IONTOVÁ

             c)KOVOVÁ    

a) KOVALENTNÍ VAZBA

- nepolární – rozdíl elektronegativity je nižší než 0,4

- polární - rozdíl elektronegativity je nižší než 1,7

- koordinačně kovalentní – jeden atom přispěje volným elektronovým párem - donor (dárce). Druhý atom dodá prázdný orbital - příjemce(akceptor), nejčastěji u prvků

b)IONTOVÁ VAZBA

- dochází k přitažení vazebných elektronů k atomu s vyšší elektronegativitou

- vznikají iontové sloučeniny

- typická pro soli

c)KOVOVÁ VAZBA

- charakteristická pro kovy

- kovová vazba je držena přitažlivými silami mezi jádry atomů a nelokalizovanými elektrony

Slabé vazebné interakce

= molekulové interakce -slabé síly umožňující sdružování atomů či molekul nízkomolekulárních látek do kapalného a tuhého skupenství

- nejslabší je u helia

- působí mezi molekulami téže látky i mezi nestejnými molekulami

- existence vodíkových můstků je příčinou anomálií vody

- patří mezi ně Van der Waalsovy síly - přitažlivé nebo odpudivé interakce (síly) mezi molekulami

    RADIOAKTIVITA

= samovolný rozpad příliš těžkých jader(uran) – přeměna na 2 menší jádra s menší počtem protonů nebo i změna na větší počet protonů

- přirozená – radioakt. přirozených látek

- umělá – radioakt. uměle připravených látek

- objevitelé – manželé Marie a Piere Curie, Beckerel

- radium, polonium

- rozpad jádra je doprovázen uvolňováním částic- zářením

DRUHY ZÁŘENÍ

Záření α : proud jader helia (α-částic) a nese kladný elektrický náboj, má nejkratší dosah (lze ho zastavit např. i listem papíru).

Záření β:  proud záporně nabitých elektronů. Někdy se rozlišuje záření β- (elektrony) a β+ (kladně nabité pozitrony), lze ho zachytit 1 cm plexiskla nebo 1 mm olova.

Záření γ: elektromagnetické vlnění. Jeho pronikavost je velmi vysoká, pro odstínění se používají velmi tlusté štíty z kovů velké hustoty (např. olovo) a nebo slitin kovů velké hustoty.

Štěpení

- bombardování jádra neutronem -> štěpení na 2 další jádra -> možnost dalšího štěpení => řetězová štěpná reakce (v jad. el.)

ROZPADY

Rozpad α: prvek opouští jádro hélia

Rozpad β+: proton se rozpadá na neutron a pozitron-> poz. Opouští jádro a probíhá rekombinace s elektronem- vznik fotonu

Rozpad β-: neutron se rozpadá na proton a elektron, proton zůstává v jádře, elektron opouští jádro

-rozpady jsou doprovázeny emisí přebytečné energie přeměněného jádra

ELEKTRONOVÝ ZÁCHYT

- proces, při němž je kompenzován přebytek protonů v jádře zachycením elektronu z el. obalu; probíhá v orbitalu K

POLOČAS ROZPADU

- doba, za kterou se rozpadne polovina celkového počtu jader ve vzorku

- doba, za kterou poklesne intenzita záření na polovinu

- po skončení poločasů rozpadů se radioakt. považuje za vymřelou

RADIOUHLÍKOVÁ METODA

(též radiokarbonová metoda nebo uhlíková metoda)

- chemicko-fyzikální metoda určená pro zjištění stáří biologického materiálu, založena na výpočtu z poklesu počtu atomů radioaktivního izotopu uhlíku ¹⁴C v původně živých objektech.

Nevýhodou této metody je nepřesnost a lze jí určit stáří pouze u organických materiálů - živočichů, ale i jídla a dřeva. Metoda také určuje stáří materiálu - deska jako podklad pro malbu(kdy byl poražený strom, ne stáří namalování malby), papíru, pergamenu (kdy zemřela ovce, ne kdy byl pergamen napsán). Jednak nelze určovat přesné stáří vzorků jejichž reálné stáří přesahuje zhruba 50 000 let - v extrémních případech 100 000 let, protože obsah ¹⁴C poklesne na příliš nízkou úroveň, stejně tak není možné určit méně než 100 - 200 let stáří vzorku. Statistický rozptyl v jakém vychází datace podle této metody je v řádech desítek až padesáti let. Nepřesnost se pak může pohybovat okolo 1 - 5 %. Další nevýhodou radiokarbonové metody je, že je to metoda destruktivní, vzorek kosti se spálí (na čistý uhlík) a zjišťuje se aktivita vzorku - ke kolika radioaktivním rozpadům dojde (zhruba za 10 h).

Původní metoda vychází z předpokladu, že koncentrace ¹⁴C je stálá. Ve skutečnosti však tato koncentrace kolísá. Později byla proto metoda korigována a průměrována zejména pomocí dendrochronologie, ale i dalších metod. Je proto třeba kontrolovat, jestli údaje uvedené u vzorků představují syrová data (obvykle označovaná jako BP - before present, definováno jako "před rokem 1950"), nebo data už přepočtená na běžný letopočet (označována jako BC - před Kristem). Data z druhé poloviny 20. století jsou silně ovlivněna jadernými testy, které výrazně zvýšily dočasně obsah ¹⁴C. Naopak vzorky z míst, kde je do organismů vestavěn uhlík z fosilních zdrojů (CO2 vzniklý spálením uhlí nebo ropy), se mohou jevit jako starší.