-1-

1. -1- -2- Seminár z CH 15 (26. , 27. vyuč. hod.) Voda na povrchu Zeme O Plynný obal, ktorý obklopuje našu Zam, nazývame ovzdušie, čiže atmosféra (grécky atmosféra = plynný obal Zeme). Atmosféra sa skladá z niekoľkých vrstiev. Prvá vrstva, ktorá sa rozprestiera od zemského povrchu do výšky v priemere 11 km, sa nazýva troposféra. V nej sa odohrávajú všetky zmeny počasia, búrky, dažde, sneženie a znečisťovanie ovzdušia. Má ustálené zloženie. Táto najvýznamnejšia vrstva vzduchu je zložená z 2ˇ% kyslíka, 78% dusíka a 1% iných plynných látok (sú to najmä argón a oxid uhličitý). Vzduch je rovnorodá zmes plynných zložiek. Jednotlivé zložky získame jeho destiláciou. Pri destilácii sa najskôr odparuje dusík (teplota varu dusíka je -195,8°C). Kyslík sa odparuje až neskôr (teplota varu kyslíka je -183,0°C). V atmosfére sa vyskytuje okrem spomínaných zložiek vzduchu aj tzv. aerosól, ktorého množstvo kolíše. Aerosól tvoria tuhé a kvapalné čiastočky prachu, dymu a rôznych plynných látok. Medzi najväčšie zdroje znečisťovania ovzdušia patria tepelné elektrárne, teplárne a automobilová doprava. Aj pri získavaní kovov z rúd a iných spaľovacích procesoch vznikajú škodlivé látky, tzv. spalné plyny. Tieto plyny s vodnou parou vo vzduchu spôsobujú kyslé dažde. Kyslé dažde môžu ničiť nielen rastliny, lesné porasty, ale ohrozujú aj život rýb a iného užitočného vodného živočíšstva. Podieľajú sa aj na zrýchlenom chátraní mnohých stavieb a historických pamiatok. V znečistenom ovzduší veľkých miest a priemyselných oblastí sa vytvára smog – zmes hmly, prachu a spalných plynov. Pôsobí veľmi nepriaznivo na ľudský organizmus a môže spôsobovať aj vážne ochorenia. 0 °C H H Voda je podmienkou života na Zemi. Predstavuje nenahraditeľnú zložku rastlinných a živočíšnych organizmov, lebo umožňuje ich životné premeny. Voda je súčasť minerálov a hornín. Vytvára tzv. hydrosféru (grécky hydrosféra = vodný obal Zeme) zaberá 71% povrchu našej planéty (obr. hore). Vodu oceánov a morí nazývame morská voda. Morská voda je slaná a tvorí 97% všetkej vody na Zemi. (Asi 2% všetkej na Zemi je viazanej v nedostupných ľadovcoch a „večnom“ snehu.) Z povrchu oceánov, morí, jazier a riek sa voda vyparuje pri každej teplote. Kvapalná voda sa mení na vodnú paru, ktorá vystupuje do výšok. V chladnom vzduchu nastáva nasýtenie vodnej pary. Vodná para kondenzuje (zráža sa). Kondenzovaná vodná para sa mení opäť na kvapalnú vodu a tá sa ako dažďová voda dostáva na zemský povrch. Časť dažďovej vody obohatí jazerá alebo odteká potokmi a riekami do morí a oceánov. Nazýva sa povrchová voda. Časť povrchovej vody sa opäť odparí. Časť dažďovej vody presiakne cez zemský povrch, vypĺňa všetky priestory. Nazýva sa podzemná voda. Aj podzemná voda tečie v podstate k moriam. Preteká cez vrstvy pôdy, ktoré v niektorých oblastiach obsahujú minerálne látky. Mnohé z nich sú rozpustné vo vode, preto sa nachádzajú v podzemnej vode. Podzemná voda je prirodzeným zdrojom pitnej vody. V niektorých miestach podzemná voda vyteká v podobe prameňov. Ak obsahuje rozpustené minerálne látky, nazýva sa minerálna voda. Mnohé druhy minerálnych vôd majú liečivé účinky. Ich vhodný výber a dávkovanie priaznivo pôsobia pri liečení určitých chorôb. Pri nevhodnom použití a vo veľkom množstve môžu mať nežiaduce účinky. Časť dažďovej vody spotrebujú rastliny. Dýchaním ju opäť odovzdávajú do ovzdušia ako vodnú paru. Voda nie je len ich významnou stavebnou látkou. V rastlinách je aj zdrojom kyslíka. Celý proces s vodou sa v prírode neustále opakuje. Nazýva sa kolobeh vody. Človek pre svoju dennú potrebu využíva pitnú vodu. Pitná voda musí byť zdravotne bezchybná. Rozvojom civilizácie prirodzené zdroje pitnej vody nestačia. Na pitnú vodu sa musí upravovať povrchová voda. Úprava povrchovej vody sa robí vo vodárňach. Najskôr sa nechajú usadiť tuhé látky, potom sa do vody pridávajú chemické látky. Tieto s nečistotami tvoria zrazeninu, vznikajú vločky, ktoré sa usadzujú na dno. Takto upravená voda sa prefiltruje cez pieskový filter. Filter zachytí neusadené vločky a iné nečistoty. Nezachytí však napr. oleje, farby, ktorými mnohí nezodpovední ľudia znečisťujú vodné toky. Filtráciou sa získa tzv. úžitková voda. Úžitková voda sa používa najčastejšie v priemysle, čiastočne aj v poľnohospodárstve. V živočíšnej a rastlinnej výrobe sa dnes používa pitná voda. Pitná voda nesmie obsahovať choroboplodné baktérie. Voda získaná vo vodárňach filtráciou sa dezinfikuje. Dezinfekcia sa robí najčastejšie ozónom alebo chlórom. Dezinfikovaná voda sa používa ako pitná voda. Človek svojou činnosťou, napr. v domácnosti, laboratóriách, v poľnohospodárstve, v priemysle vodu znečisťuje. Vzniká tzv. odpadová voda, ktorá sa vypúšťa do potokov a riek. Odpadová voda obsahuje rôzne látky, ktoré škodia zdraviu, alebo môžu spôsobiť aj uhynutie rýb a vodných rastlín. Odpadová voda sa preto pred vypus- tením do vodných tokov musí čistiť (napr. biologické čistenie – vznik biologických kalov a plynov). V laboratóriách, v zdravotníctve, v automobiloch aj v iných zariadeniach sa používa destilovaná voda. -108 °C Xe -153 °C Kr -183 °C O2 -186 °C Ar -196 °C N2 -269 °C He Plyny, prach smrť Zloženie vzduchu oxid siričitý oxidy dusíka, ťažké kovy, fluór, ozón Presvetlenie koruny uschnutie vrcholca Zhadzovanie lístia a ihličia Poruchy rastu, choroby, zníženie odolnosti proti mrazu,škodcom a pod. poškodzovanie ihličia a listov, zvýšené vyparovanie Nedostatok vody a živín, zvýšený obsah škodlivých látok Poruchy v prijímaní vody a živín. Poškodenie koreňovej sústavy. Prívod Znečistená voda Teploty varu jednotlivých zložiek kvapalného vzduchu Piesok Štrk 1. Z ktorých chemických látok je zložený vzduch? 2. Aké sú najzávažnejšie zdroje znečistenia vzduchu vo vašom okolí? 3. Vysvetlite, prečo považujeme vzduch za surovinu. 4. Opíšte ekologické problémy súvisiace s ozónovou vrstvou Zeme a kyslými dažďami. 5. Vypracujte referát o opatreniach na ochranu čistoty ovzdušia. Prečistená voda Čistička odpadových vôd 1. Zistite názvy minerálnych vôd a ich liečivé účinky. 2. Vysvetlite, prečo nie je pitná voda v každej studni? 3. Napíšte referát o ochrane zdrojov pitnej vody. Cl + O3 ClO + O2 ClO + O  Cl + O2 Halóny CBrF3 a freóny CCl2F2 rozkladajú ozónovú vrstvu Zeme Účinok rôznych škodlivín na stromy Pieskový a štrkový filter na čistenie vody Kyslý dážď (kyselina siričitá, kyselina sírová, kyselina dusičná) poškodzovanie ihličia, listov a kôry zvýšenie kyslosti pôdy zvýšený obsah ťažkých kovov

2. -3- VODÍK, KYSLÍK -4- Seminár z CH 15 (28. , 29. vyuč. hod.) VODÍK, KYSLÍK CHÉMIA PRE 1. ROČNÍK GYMNÁZIÍ – VODÍK, KYSLÍK, VODA str. 80 - 89 5.2 Kyslík Kyslík je najrozšírenejší prvok na Zemi. Je súčasťou atmosféry ( = 21%), litosféry (minerály a horniny) a hydrosféry. Ako biogénny prvok, je potrebný na dýchanie, je nevyhnutnou súčasťou všetkých organizmov. Má tri izotopy : 16O (99,76%), 17O a 18O. 5.1 Vodík Vodík je prvým členom periodickej sústavy prvkov. Má tri izotopy, ktoré sa líšia počtom neutrónov v jadre: ľahký vodík1H (prótium), deutérium2H (D) a trítium3H (T). V prírode sa najčastejšie vyskytuje ľahký vodík, viazaný najmä vo vode a organických zlúčeninách. Tabuľka 9Základné charakteristiky kyslíka O2 Elektrónová konfigurácia atómu Značka prvku Teplota (°C) topenia varu Elektrone- gativita Z Oxidačné číslo Modely molekúl kyslíka O2 a ozónu O3 Tabuľka 8Základné charakteristiky vodíka 8 O [ He] 2s2 2p4 -218,8 ; - 182 3,5 -II , -I Elektrónová konfigurácia atómu Značka prvku Teplota (°C) topenia varu Elektrone- gativita Z Oxidačné číslo 1 H 1s1 -259,2 ; - 252,6 2,l -I , I Atómy kyslíka sú pri bežných podmienkach nestále. Utvorením chemickej väzby môžu nadobud- núť stabilnejšiu elektrónovú konfiguráciu 2s22p6, niekoľkými spôsobmi: ● prijatím dvoch elektrónov za vzniku oxidového aniónu O2–(napr. CaO); ● utvorením dvoch jednoduchých alebo jednej dvojitej väzby (napr. H2O, CO2 , O2); ● utvorením jednej jednoduchej väzby a prijatím elektrónu (napr. OH– v NaOH). Atómy vodíka sú pri bežných podmienkach nestále. Utvorením chemickej väzby môžu nadobudnúť stabilnejšiu elektrónovú konfiguráciu 1s2, niekoľkými spôsobmi: ● utvorením kovalentnej väzby – nepolárnej alebo polárnej (napr. v molekulách H2 , HCl); ● prijatím elektrónu od atómu s malou elektronegativitou – vznikne hydridový anión H– (NaH); ● odovzdaním valenčného elektrónu vznikne katión H+ (protón). Katión vodíka H+ je nestály a hneď sa viaže s látkou, ktorá má voľný elektrónový pár, napr.: Vlastnosti kyslíka a jeho reakcie Kyslík má veľkú elektronegativitu, preto je po fluóre najsilnejším oxidovadlom. Okrem niektorých vzácnych plynov tvorí zlúčeniny takmer so všetkými prvkami. Molekulový kyslík O2je bezfarebný plyn s molovou hmotnosťou 1,106-krát menšou ako je priemerná molová hmotnosť vzduchu.Čiastočne sa rozpúšťa vo vode (podstatou rozpustnosti je vznik vodíkových väzieb medzi O2 a H2O), čo má základný význam pre dýchanie vodných organizmov. H+ + H2O → H3O+ alebo H+ + NH3 → Vlastnosti vodíka a jeho reakcie Vodík sa zlučuje takmer so všetkými prvkami okrem vzácnych plynov a niektorých prechodných kovov. Molekulový vodík je pri bežných podmienkach bezfarebná plynná látka s molovou hmotnosťou približne 14-krát menšou ako je priemerná molová hmotnosť vzduchu. Má redukčné vlastnosti. H Oxidácia látok kyslíkom prebieha pri bežnej teplote pomaly(napr. dýchanie, hrdzavenie). Pri vyššej teplote je rýchlosť oxidácie oveľa väčšia a reakcie sú výrazne exotermické. Prudká oxidácia látok kyslíkom, pri ktorej vzniká tepelné a svetelné žiarenie, sa nazýva horenie. Teplota, pri ktorej začínajú látky exotermicky reagovať s kyslíkom, sa nazýva zápalná teplota. H O Najľahšie prebieha reakcia prvkov s vodíkom v plynnom stave, prípadne za prítomnosti katalyzátora (redukčné schopnosti vodíka): Fe 3H2 + N2 2NH3 Hydridy -iónové (NaH): H– + H2O  H2 + OH– -kovalentné: s nepolárnou väzbou (CH4 , PH3 ); spolárnou väzbou (HCl ) : H2 + Cl2 2 HCl ; 2H2 + O2  2H2O; Ozón vzniká všade tam, kde sa určitý počet molekúl O2štiepi na voľné atómy; tie sa ďalej zlučujú s molekulami O2(napr. v atmosfére pri búrkach): O2 + O  O3 HCl + H2O  H3O+ + Cl– Oxidy Horenie uhlíka na vzduchu a v kyslíku C+ O2→ CO2 Molekulové oxidy tvorí väčšina nekovov s veľkou elektronegativitou (napr. Cl2O7, SO3, N2O5) a výnimočne aj niektoré kovy s väčšími oxidačnými číslami (napr. Mn2O7, OsO4). Oxidy s atómovou štruktúrou (atómy sú viazané kovalentnou väzbou) tvoria prvky zo strednej časti periodickej sústavy. Iónové oxidy obsahujú anióny O2- a katióny kovov viazané navzájom iónovou väzbou. Tvoria ich najmä alkalické kovy (s1prvky) a kovy alkalických zemín (s2prvky). Príprava, výroba a použitie vodíka 2K + 2H2O→H2 + 2KOH Vodík sa pripravuje redukciou z vody alebo zo zriedených kyselín. 2H+ + 2 e– H2 Redukcia z vody – elektrolyticky alebo reakciou iónových hydridov: NaH + H2O→ H2+ NaOH - zo zriedených kyselín pôsobením kovom (Fe) : Fe + H2SO4 H2 + FeSO4 Chlorovodík reaguje s vodou: vzniká kyselina chlorovodíková O3 Príprava, výroba a použitie kyslíka H Priemyselne sa vodíkvyrába elektrolýzou vodného roztoku NaCl, rozkladom metánu či iných uhľovodíkov alebo rekciou vodnej pary s rozžeraveným koksom: C + H2O  CO + H2 Kyslík možno v laboratóriu pripraviť tepelným rozkladom niektorých látok, obsahujúcich kyslík, napr. HgO, PbO2, KMnO4, KClO3. Priemyselnesa väčšinou vyrába frakčnou destiláciou skvapalneného vzduchu. Získavasa aj elektrolýzou vody. H O V chemickompriemysle sa vodík používa na syntézu anorganických a organických zlúčenín, v metalurgii na redukciu ťažko vyredukovateľných kovov, na zváranie a tavenie kovov. H H O Technický kyslík sa používa v hutníctve železa a na zváranie a rezanie kovov. Stlačený kyslík, sa dodáva v oceľových fľašiach označených modrým pásom. Používa sa i v lekárstve, ďalej ho využívajú baníci, letci, požiarnici a pod. Kvapalný vodík sa používa aj ako raketové palivo. Na použitie sa dodáva v oceľových tlakových fľašiach s ľavotočivým závitom, ktoré sú označené červeným pásom. H H H H O O 1. Akými spôsobmi vzniká chemická väzba v zlúčeninách vodíka? 2. Za akých podmienok vzniká vodíková väzba? 3. Vysvetlite, čo spôsobuje pomerne malú reaktivitu molekúl vodíka (H–H). 4. Uveďte reakcie, pri ktorých vodík prejavuje redukčné schopnosti. 5. a) Uveďte, čo je produktom reakcie iónového hydridu ( napr. KH) s vodou. b) Napíšte schému reakcie draslíka s vodou. Fľaša na vodík (červená) s tlakovým ventilom 1. Ako môžu nadobudnúť atómy kyslíka stabilnú elektrónovú konfiguráciu najbližšieho vzácneho plynu? 2. Prečo má ozón O3 silnejšie oxidačné vlastnosti ako molekuly O2 ? 3. Napíšte rovnice reakcií oxidu siričitého a oxidu vápenatého s vodou. 4. Napíšte rovnicu reakcie kyselinotvorného oxidu s hydroxidom vápenatým. H H Vodíkové väzby medzi molekulami vody H O O H H2+Cl2→ 2 HCl