Úvod do chemie 1

1. Úvod do chemie 1 Základy přírodních věd

2. Thompsonův, Rutherfordův, Bohrův

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

4. Základní pojmy • Atom (atomos – nedělitelný) • 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

5. Základní pojmy • Kationt • 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)

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

7. Izotopy • Atomy stejného prvku s rozdílným počtem neutronů • Rozdílné nukleonové číslo

8. 35 17

9. 2 2 4 2 2

10. 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

12. 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 (DmitrijIvanovič Mendělejev) • "Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich atomových hmotností. Vlastnosti chemických prvků se pravidelně opakují."

13. 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

15. 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,…

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

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

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

20. 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

21. 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)

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

23. Slabé vazebné interakce • Vodíkové můstky • Van der Waalsovy síly

24. 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

25. 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

26. 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 = 6,022×1023mol−1 (značí se NA) • (N – počet částic v látce) Př.: Na světě žije asi 6,1  miliard lidí. Vyjádřete toto číslo jako látkové množství (v molech).  

27. Molární hmotnost • Fyzikální veličina udávající hmotnost jednoho molu • Mm- molární hmotnost [g*mol-1] • m – hmotnost • n – látkové množství

28. Příklady • Určete molární hmotnost: • O2 • 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)

29. 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?

30. 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)

31. 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?

32. Molární objem • Objem jednoho molu látky • 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 dm3ethenu ( C2H2) za normálních podmínek.

33. 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

34. 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

35. 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

36. 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)

37. 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

38. 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

39. 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?

40. 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.

41. 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?

42. 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.

43. 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

44. 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.

45. 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.

46. 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?

47. 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?

48. 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 ?