UVOD ČISTE SNOVI SNOV ločevanje mešanje ZMESI ELEMENT SPOJINE molekule (NaCl, ATOMI (He) MOLEKULE (F 2, Cl 2, Br 2, I 2, H 2, N 2, O 2, P 4, S 8 samo

Transkripcija

1 UVOD ČISTE SNOVI SNOV ločevanje mešanje ZMESI ELEMENT SPOJINE molekule (NaCl, ATOMI (He) MOLEKULE (F 2, Cl 2, Br 2, I 2, H 2, N 2, O 2, P 4, S 8 samo sobni pogoji!) AGREGATNA STANJA HOMOGENE zmes na pogled zgleda enotno (zlitine, sol in voda) HETEROGENE (kamnine, olje in voda) (aq) vodna raztopina METODE LOČEVANJA filtriranje (trdna snov in tekočina) sublimacija (jod, kafra, naftalen) segrevanje izparevanje lij ločnik (polarna, nepolarna snov snovi se ne mešata; različna gostota snovi) magnet (železo, kobalt, nikelj) sejanje (delci dovolj različnih velikosti) destilacija (različno vrelišče) odlivanje ali dekantiranje (usedanje na dno, npr. apno) centrifugiranje (laboratorij) kromatografija (npr. klorofil) elektroforeza (npr. aminokisline) Filtriranje. Destilacija.

2 Varno delo pri kemijskih poskusih 1.1 LABORATORIJSKI PRIPOMOČKI KEMIJA naravoslovna znanost, ki proučuje snovi in snovne spremembe, eksperimentalna veda SNOV vse, kar ima maso in zavzame prostor EKSPERIMENTALNA VEDA nova spoznanja, ustrezni eksperimentalni pogoji na potek reakcije vplivamo s povišanjem temperature, z dodajanjem svetlobe določene valovne dolžine, z višanjem tlaka (pri plinih), z dodajanjem katalizatorjev (pospeševanje) KONSTANTA količina, ki ima nespremenjeno vrednost SPREMENLJIVKA količina, katere vrednost se spreminja temperaturo snovi spreminjamo (ogrevamo, ohlajamo) osnovna enota: K (Kelvin), navajamo v C PRETVARJANJE: TK = TC masa snovi se pri kemijski reakciji ne spremeni, drugače je s tlakom in prostornino steklene posode za segrevanje, opazovanje snovi (prozornost); dobra odpornost na mnoge snovi PRIPOMOČKI stekleni, tudi kovina in porcelan, redko plastični: EPRUVETA: izvedba preprostih poskusov, manjše količine snovi, različne velikosti, neposredno segrevanje ČAŠA: priprava raztopin, preprosti poskusi, različne velikosti, ne moremo natančno odmeriti prostornine BUČKA: različne reakcije, okroglo ali ravno dno, dolg/kratek in ozek/širok vrat, različne velikosti, brušen zgornji del MERILNA BUČKA: priprava raztopin različnih koncentracij, dolg in ozek vrat, oznaka prostornine ERLENMAJERICA: reakcije, segrevanje raztopin, ne moremo natančno odmeriti prostornine, stožčaste, ožji in brušen vrat, različne velikosti MERILNI VALJ (MENZURA): valjast, merilna lestvica, dokaj natančno odmerjanje prostornine tekočin, različne velikosti PIPETA: odmerjanje tekočin, steklene (tudi plastične) cevke POLNILNA PIPETA: v sredini razširjena, oznaka prostornine, odmerimo določeno prostornino MERILNA PIPETA: ravna, merilna lestvica, odmerjanje manjših in različnih prostornin, različne velikosti, nastavki: gumijasta sesalka AVTOMATSKA PIPETA: plastika, mehanske in elektronske, hitro odmerjanje prostornine PIPETOR (DISPENSER): plastični nastavek za odvzemanje izbrane prostornine tekočin BIRETA: podobna pipeti, titriranje, daljša ravna cev z merilno lestvico, spodaj ventil za izpuščanje tekočine SCHELLBACHOVA ČRTA: modra, za lažje odčitavanje KAPALKA: dodajanje tekočin po kapljicah PUHALKA: dodajanje tekočin in spiranje z destilirano vodo, plastična ali steklena LIJ LOČNIK: ločevanje tekočin (ki se med sabo ne mešajo), ventil na odtočni cevi, ustje zapira zamašek, gostejšo tekočino spustimo skozi cev (ko se plasti dobro ločita) LIJ: lažje pretakanje, filtracija s filtrirnim papirjem FILTRIRNI PAPIR: razlikovanje v velikosti por (različno gosti) odvisno od velikosti delcev URNO STEKLO: polaganje snovi, prikrivanje čaš REAGENČNE STEKLENICE hranjenje tekočin PRAHOVKE hranjenje trdnih snovi EKSIKATOR steklena posoda, zaščita pred vlago, sušenje KOVINSKO STOJALO vanj vpnemo mufo, prižemo in filtrirni obroč TERILNICA S PESTILOM: trenje trdnih snovi, porcelan ali ahat, debele stene IZPARILNICA: odparimo tekočine, porcelan ali steklo NASTAVKI: povežejo dele v aparaturo PLINSKI (BUNSENOV) GORILNIK: segrevanje snovi, reguliranje plina z ventilom, temperatura plamena odvisna od razmerja med plinom in zrakom

3 ELEKTRIČNI GRELCI LABORATORIJSKI SUŠILNIKI: sušenje snovi ali steklenih pripomočkov ŽARILNI LONČKI (LADJICE) segrevanje na zelo visoko temperaturo, porcelan LABORATORIJSKE ŽARILNE PEČI ELEKTRONSKA TEHTNICA: hitra in natančna ugotovitev mase DIGESTORIJ: uporabljamo pri kemijskih reakcijah, kjer se sproščajo nevarni plini, priključek za vodo, elektriko in plin natančno odmerjanje: pipeta in bireta > merilni valj > čaša pri delu v laboratoriju uporabljamo zaščitna sredstva in poskrbimo za varno delo 1.2 NEVARNE SNOVI SLIKOVNE IN ČRKOVNE OZNAKE z nevarnimi snovmi se srečujemo s slikovnimi in črkovnimi oznakami: EKSPLOZIVNO (E) snovi ob določenih pogojih eksplodirajo VNETLJIVO (F) snovi se vnamejo tudi po krajšem stiku z virom vžiga, zrakom, če so izpostavljene segrevanju, višjemu tlaku ZELO LAHKO VNETLJIVO (F + ) OKSIDATIVNO (O) oddajajo kisik, burna reakcija z drugimi (zlasti vnetljivimi) snovmi STRUPENO (T) hude okvare zdravja, smrt ZELO STRUPENO (T + ) ZDRAVJU ŠKODLJIVO (Xn) snovi povzročijo takojšnje okvare zdravja pri zaužitju, vdihavanju, stiku s kožo DRAŽILNO (Xi) draženje kože, oči, dihal, lahko hude poškodbe oči JEDKO (C) poškodbe/uničenje živega tkiva, materialov OKOLJU NEVARNO (N) takojšnja in trajna škoda v okolju, organizmom slikovne oznake se delijo glede na: nevarne fizikalne lastnosti: oksidativno, eksplozivno, plin pod tlakom, jedko, vnetljivo zdravju nevarne lastnosti: akutno nevarno, jedko, akutno strupeno, rakotvorno, mutageno in strupeno za razmnoževanje okolju nevarne lastnosti: okolju nevarno GHS nov, mednarodni sistem označevanja kemikalij previdnost pri delu z rakotvornimi, mutagenimi, teratogenimi snovmi (povzročajo zmanjšanje plodnosti pri človeku in razvojne napake na plodu oziroma potomcih) označevanje z R/S stavki mednarodni sistem označevanja nevarnih snovi R stavki (risk) opozorilne oznake nevarnost snovi S stavki (safety) obvestilne oznake varnostna navodila številčna oznaka in kratek opis: R1R68 in S1S64, sestavljeni novi H/P stavki (nadomeščajo R/S stavke) H stavki (hazard) vrsta nevarnosti, ki jo povzroča nevarna snov P stavki (precautionary) priporočeni ukrepi za zmanjšanje ali preprečevanje negativnih učinkov, ki so posledica izpostavljenosti nevarni snovi; delitev na preprečevanje, odziv, odstranjevanje OSNOVE TOKSIKOLOGIJE TOKSIKOLOGIJA veda o strupenih snoveh in njihovem učinkovanju STRUPI vse snovi, ki lahko povzročijo resne poškodbe ali smrt, kot rezultat fiziološko-kemijskih interakcij z živim tkivom tveganje zdravja odvisno od strupenosti snovi in izpostavljenosti Paracelsus:» ni strupenih snovi, le količina ločuje strup od zdravila «na nevarnost vplivajo: lastnosti (razlika v škodljivosti) količina zaužite snovi (več je bolj škodljivo) bistven vpliv na tveganje zdravja način stika s telesom/vnosa v telo: z zaužitjem (oralno), z vdihovanjem (respiratorno), skozi kožo (dermalno), z vbrizgavanjem (injiciranjem) v žilo (intravenozno)

4 čas in pogostost izpostavljenosti ločimo: akutne zastrupitve (takojšnje okvare zdravja) nastopijo, ko smo naenkrat izpostavljeni vplivu»večje«količine ene ali več strupenih snovi kronične zastrupitve (dolgoročno delovanje in povzročanje okvar, ki niso takoj očitne) nastopijo, ko smo dalj časa izpostavljeni vplivu manjših količin strupenih snovi akutna toksičnost LD 50 srednja vrednost (mediana) letalne (smrtne) doze: količina snovi, ki povzroči smrt 50% testirane populacije čim manjša je vrednost LD 50, tem bolj je snov strupena LD50 = mg snovi kg telesne mase potrebno navesti tudi način doziranja in vrsto testirane živali ID 50 inhibitorna doza: doza, ki lahko povzroči določeno zaviranje (npr. rasti mikroorganizmov) ED 50 srednja efektivna doza: doza, ki pri polovici poskusnega vzorca izzove zaželeni učinek Delci snovi 2.1 DELCI V ATOMU Atom je zgrajen iz še manjših delcev ATOM najmanjši delec s kemijskimi lastnostmi določenega elementa, pri kemijski reakciji se ne spreminja ZGRADBA: JEDRO: protoni p + (pozitiven naboj) in nevtroni n 0 (nevtralen) ELEKTRONSKA OVOJNICA: elektroni e - (negativen naboj) število elektronov in protonov je enako atom je električno nevtralen nevtroni in protoni imajo približno enako maso, ki je veliko večja od mase elektrona (1836-krat lažji) skoraj vsa masa atoma je zbrana v jedru elektronska ovojnica obsega večji del atoma elektroni imajo veliko prostora Vrstno in masno število VRSTNO (ATOMSKO) ŠTEVILO enako številu protonov v jedru (in elektronov), zapisujemo levo spodaj ob simbolu elementa v PSE elementi razporejeni po vrstnem številu MASNO ŠTEVILO (ni v PSE) zapisujemo levo zgoraj ob simbolu elementa, izračun: masa protonov + masa nevtronov 2.2 IZOTOPI IZOTOPI atomi istega elementa (enako število protonov), ki se med seboj razlikujejo v masnem številu oz. v številu nevtronov primer: različna razširjenost: vodik 99,98%, devterij 0,02%, tricij (le sledovi) različne fizikalne in enake kemijske lastnosti nekateri elementi imajo le en izotop, npr. Be, F, Na, Al, P naravni in umetni izotopi (jedrske reakcije) IZOTOPSKA SESTAVA in RELATIVNA ATOMSKA MASA IZOTOPSKA SESTAVA naravna razširjenost izotopov določenega elementa RELATIVNA ATOMSKA MASA (A r) število (brez enote), ki pove, kolikokrat je masa atoma nekega elementa večja od mase 1/12 mase ogljikovega izotopa 12 C A r je vsota produktov A r posameznih izotopov in njihove naravne razširjenosti A r (elementa) = razširjenost (1. izotopa) A r (1. izotopa) + razširjenost (2. izotopa) A r (2. izotopa)

5 2.3 IONI IONI delci z električnim nabojem; nastane, če atom odda ali sprejme elektrone KATION (pozitivno nabit ion) končnica ov ali ev in beseda ion praviloma nastane iz elementov I., II. in III. skupine PSE, ki oddajo 1, 2 ali 3 zunanje (valenčne) elektrone (za odcepitev je potrebna IONIZACIJSKA ENERGIJA) primer: K K + + 1e - ANION (negativno nabit ion) končnica idni in beseda ion praviloma nastane iz elementov V., VI. in VII. skupine PSE, ki sprejmejo 1, 2 ali 3 elektrone primer: Cl + 1e - Cl - pri poimenovanju ionov prehodnih elementov navajamo oksidacijska števila Fe 2+ železov(ii) ion / železov(2+) ion naboj iona zapišemo desno zgoraj ob simbolu elementa 2.4 ELEKTRONSKA OVOJNICA ELEKTRONSKA OVOJNICA območje okoli jedra, v katerem se gibljejo elektroni elektronov ne moremo videti, ker so premajhni in prehitri ne moremo natančno določiti položaja, lahko pa določimo verjetnost ATOMSKA ORBITALA prostor okoli jedra atoma, v katerem se s 95% verjetnostjo nahaja elektron, razlikujejo se po obliki, velikosti (dlje od jedra, večje so), usmerjenosti, energiji poznamo: s-, p-, d-, f-orbitale ELEKTRONSKA KONFIGURACIJA razporeditev elektronov po orbitalah pravila: princip izgradnje: vrstni red polnjenja elektroni najprej zasedejo orbitale z najmanjšo energijo: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s Paulinijevo izključitveno načelo: v vsaki orbitali sta lahko največ dva elektrona, ki imata nasprotna spina (elektronski par s-orbitala: 1 par, p-orbitala: 3 pari, d-orbitala: 5 parov, f-orbitala: 7 parov) Hundovo pravilo: elektroni zasedejo energijsko enakovredne orbitale posamično zapis elektronske konfiguracije: primer: krajši način zapisa zapis s konfiguracijo žlahtnega plina: del s simbolom žlahtnega plina v oglatem oklepaju, ostale orbitale pa v običajni obliki B: He 2s 2 2p 1

6 LUPINA skupina orbital s približno enako oddaljenost od jedra, poznamo 7 lupin (3. lupina vsebuje 3s, 3p in 3d podlupine) PODLUPINA skupina orbital z isto energijo (2p podlupina ima 2p x, 2p y in 2p z orbitale) samski (neparni) elektroni elektroni, ki se v orbitalah nahajajo posamično valenčni (zunanji) elektroni elektroni na zunanji lupini OSNOVNO STRANJE energijsko najbolj ugodno stanje (elektroni se nahajajo v energijsko najbolj ugodnih orbitalah) VZBUJENO STANJE energijsko manj ugodno stanje (elektroni se nahajajo v manj ugodnih višjih orbitalah), ki nastane z dovajanjem energije 2.5 IONIZACIJSKA ENERGIJA IONIZACIJA sprememba, pri kateri nastanejo ioni kation nastane, če dovedemo zadostno količino energije, pri tem atom odda enega ali več elektronov IONIZACIJSKA ENERGIJA E i energija, ki je potrebna za odstranitev enega elektrona iz atoma ali iona plinastega elementa v njegovem osnovnem stanju za odstranitev prvega elektrona potrebujemo prvo ionizacijsko energijo itd. energijo dovajamo (endotermen proces) E i je pozitivna prve ionizacijske energije se po skupini navzdol manjšajo (pri večjih atomih elektroni bolj oddaljeni od jedra manjši privlak lažje jih je odstraniti), po periodi desno pa večajo (nekateri elementi odstopajo) ionizacijska energija se spreminja nasprotno kot velikosti atomov 2.6 ATOMSKI IN IONSKI POLMERI velikost atomov izražamo z atomskimi, velikosti ionov pa z ionskimi polmeri atomski polmeri se po skupini navzdol večajo (atomi zasedajo orbitale, ki so vse bolj oddaljene od jedra veča se število lupin), po periodi desno pa manjšajo (jedro vse bolj privlači elektrone iste lupine naraščanje vrstnega števila jedro vse bolj pozitiven naboj) kation je manjši (več protonov kot elektronov večji privlak bližje jedru manjši radij), anion pa večji (več elektronov neučinkovit privlak dlje od jedra večji radij) kot atom istega elementa IZOELEKTRONSKI DELCI delci, ki imajo enako število elektronov (Ar, Cl -, S 2-, K +, Ca 2+ ), na velikost vpliva razmerje med protoni in elektroni Povezovanje delcev 3.1 IMENOVANJE ELEMENTOV IN BINARNIH SPOJIN ELEMENT čista snov, ki jo s kemijsko reakcijo ne moremo razkrojiti v enostavnejšo snov označujemo jih z eno- ali dvočrkovnimi (prva črka velika, druga mala) simboli v obliki atomov ali molekul agregatna stanja: plinasto: H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2, žlahtni plini tekoče: Br 2, Hg trdno: ostali SPOJINA čista snov, ki je sestavljena iz vsaj dveh različnih elementov zapisujemo s kemijskimi formulami, v katerih označujemo število posameznih delcev za simbolom elementa (indeks) BINARNE SPOJINE spojine, sestavljene iz dveh elementov (npr. H 2O) IMENOVANJE BINARNIH SPOJIN IUPAC nomenklatura pravila za imenovanje elementov, spojin, ionov tvorjenje imen: slovenskemu imenu prvega elementa (pozitivni del) dodamo končnico ov ali ev, latinskemu (fosfid, nitrid, hidrid, sulfid ) imenu drugega (negativni del) pa id

7 zapis binarne spojine iz kovine in nekovine: najprej kovina, nato nekovina z grškimi števniki (ne navajamo pri ionskih spojinah) navedemo število (mono, di, tri, tetra, penta, hepta, heksa, okta, nona, deka) in ime elementa PRIMER: N 2O 3 didušikov trioksid PRAVILA: element VIII. skupine pišemo na prvo mesto (npr. XeFe 2) vodik na prvem mestu ob elementih VI. ali VII. skupine (npr. H 2S), ob elementih ostalih skupin na drugem mestu (npr. NH 2) če sta elementa v isti skupini, je prvi element, ki je nižje v PSE (npr. SO 3) če sta elementa v različnih skupinah, je prvi element, ki je bolj levo v PSE (npr. NaCl) po Stocku navedemo oksidacijsko število bolj pozitivnega elementa PRIMER: NO 2 dušikov(iv) oksid OKSIDACIJSKO ŠTEVILO naboj, ki bi ga imel atom v molekuli, če bi bila ta zgrajena zgolj iz ionov pišemo nad simbolom elementa, najprej predznak (+, -) in nato številčna vrednost isti element lahko različna oksidacijska števila v različnih spojinah pri binarnih spojinah levi element običajno +, desni pa oksidacijsko število pri elementih, ki imajo možno samo eno oksidacijsko število, tega ne navedemo vrednosti negativnih oksidacijskih števil ne navajamo PRAVILA: vsota oksidacijskih števil vseh elementov v spojini je 0 vodik ima oksidacijsko število +1 ali -1 kovine I. skupine imajo oksidacijsko število +1, kovine II. skupine +2 in kovine III. skupine +3 elementi VII. skupine imajo oksidacijsko število -1, elementi VI. skupine -2 in elementi V. skupine -3 Ewens-Bassettov sistem navedemo nabojno število, ki ga navedemo z arabsko številko in dodamo predznak + ali znotraj okroglega oklepaja za imenom iona, na katerega se nanaša imenovanje se redko uporablja, primerno je le za ionske spojine PRIMER: Fe 2O 3 železov(+3) oksid 3.2 IONSKA IN KOVALENTNA VEZ najpomembnejše vezi: ionska (oddajanje in sprejemanje e -, ioni), kovalentna (skupni e - pari, atomi nekovin), kovinska (skupni e - oblak, atomi kovin), molekulska (molekule) ZUNANJI (VALENČNI) ELEKTRONI elektroni v zadnji (zunanji) lupini; njihovo število se ujema z glavno skupino, v kateri se nahaja element IONSKA VEZ nastane kot (elektrostatski) privlak med nasprotno nabitimi ioni sprejemanje in oddajanje ionov: običajno kovina odda svoje zunanje elektrone nekovini nastanek ionov: običajno povezuje pozitivno nabite kovinske ione (katione) in negativno nabite nekovinske ione (anione) vez ni usmerjena enakomerna razporeditev naboja po površini ionski kristali pri poimenovanju običajno ne navajamo grških števnikov, saj formulo spojine sklepamo iz sestave oz. položaja elementov v PSE primer: nastanek NaCl FORMULSKA ENOTA pove razmerje ionov v kristalih IZJEMA: BeCl 2 kovalentna polarna vez

8 KOVALENTNA VEZ nastane med nekovinskima atomoma kot skupni (vezni) elektronski par (označimo z eno črto) vsak atom prispeva en e - nastanek molekule POLARNA vez povezuje atoma različnih nekovin, NEPOLARNA vez pa atoma enakih nekovin vez je usmerjena NEVEZNI ELEKTRONSKI PAR (označimo s pikicama) elektronski par, ki ne tvori kovalentne vezi primeri: 3.3 STRUKTURA MOLEKUL oblika molekule lastnost molekule (medsebojne povezave) v molekuli so atomi povezani z vezmi, t.j. skupnimi e - pari, v določeno geometrijsko obliko na obliko vplivajo nevezni in vezni elektronski pari okoli osrednjega atoma v molekuli (št. e - parov = št. veznih + št. neveznih e - parov okoli osrednjega atoma v molekuli), vrsta, število in način povezovanja atomov število elektronskih parov določa orientacijo oziroma smeri (vezni in nevezni par okrog centralnega atoma najmanj trije v atomu) LINEARNA ORIENTACIJA (2 para), kot 180 (CO 2) TRIKOTNO PLANARNA (3 pari), kot 120 (BH 3) TETRAEDRIČNA (4 pari) KOTNA, kot 104,5 (H 2O) PIRAMIDALNA, kot 107 (NH 3) TETRAEDRIČNA, kot 109,5 (CH 4) TRIKOTNO BIPIRAMIDALNA (5 parov), koti 90 in 120 (PCl 5) OKTAEDRIČNA (6 parov), kot 90 (SF 6) odboj: dva nevezna e - para > vezni in nevezni e - par > dva vezna e - para 3.4 ELEKTRONEGATIVNOST ELEKTRONEGATIVNOST ELEMENTOV ELEKTRONEGATIVNOST sposobnost atoma elementa, vezanega v spojini, da privlači elektrone nekovine so bolj elektronegativne kot kovine (med elementi prvih šestih period je najbolj elektronegativen F, najbolj elektropozitiven pa je Cs) Paulinijeva lestvica elektronegativnosti: po periodi desno se elektronegativnost veča, po skupini navzdol pa manjša razlika v elektronegativnosti določa tip vezi: > 1,7 ionska vez (čim večja je razlika v elektronegativnosti, tem bolj je vez polarna zelo velika razlika v elektronegativnosti) 0,3 < x < 1,7 kovalentna polarna vez (atoma imata različno elektronegativnost) < 0,3 kovalentna nepolarna vez (ista atoma enaka elektronegativnost) POLARNOST MOLEKUL molekula je polarna, če ima en del molekule drugačno elektronsko gostoto kot drugi del molekule

9 molekule elementov (npr. Cl 2 kovalentna nepolarna vez) so nepolarne molekule spojin so (odvisno od strukture): nepolarne (npr. BH 3 kovalentna polarna vez, bor je bolj elektronegativen) enaka gostota elektronov, seštevek vektorjev je 0 polarne (npr. HCl kovalentna polarna vez) DIPOL (en pol bolj elektropozitiven kot drugi pol) različna gostota elektronov DIPOLNI MOMENT vektor, ki kaže od središča pozitivnega k središču negativnega naboja v polarni kovalentni vezi; izraža velikost dipola polarnost vezi ne pomeni vedno tudi polarne cele molekule (simetrične molekule do kljub polarnim vezem nepolarne) 3.5 MOLEKULSKE VEZI MOLEKULSKE (VAN DER WAALSOVE) VEZI privlačne sile med molekulami, nastanejo zaradi elektronskega privlaka, ki deluje na kratke razdalje šibkejše od ionskih in kovalentnih, vpliv na fizikalne lastnosti snovi moč vezi narašča s številom elektronov v molekuli vrelišče: vrelišča podobnih snovi se višajo z molsko maso čim močnejše so molekulske sile (vezi), tem več energije potrebujemo za njihovo premagovanje in tem višje je zato vrelišče na vrelišče vpliva oblika bolj raztegnjene molekule omogočajo večji stik s sosednjimi molekulami (večja površina) več molekulskih vezi oz. močnejši privlak ORIENTACIJSKA SILA med polarnimi molekulami, bolj polarne molekule imajo večji dipol odvisne od orientacije (negativni del ene molekule se orientira proti pozitivnemu delu druge molekule), dipolnega momenta in razdalje med molekulami šibke vezi odvisno od polarnosti: bolj polarne molekule tvorijo močnejše vezi INDUKCIJSKE SILE med polarnimi in nepolarnimi molekulami polarna molekula inducira dipol v nepolarni molekuli jo polarizira, nastali dipoli se privlačijo odvisne od dipolnega momenta in polarizabilnosti, razdalje med molekulami šibke vezi DISPERZIJSKE SILE med nepolarnimi molekulami in med atomi žlahtnih plinov odvisno od polarizabilnosti in razdalje med molekulami vzrok so privlaki med kratkotrajnimi dipoli sosednjih molekul: elektroni se neurejeno gibljejo v trenutku na enem delu molekule več kratkotrajni dipol molekula polarizira naslednjo molekulo nastali dipoli se med seboj privlačijo najšibkejše med molekulskimi vezmi POLARIZABILNOST merilo, s katerim opisujemo, kako se delec (molekula) polarizira POLARIZACIJA proces razdelitve naboja

10 nepolarna molekula: en del molekule dobi delno pozitiven naboj, drugi del molekule pa delno negativen naboj bolj polarizabilne molekule je lažje polarizirati elektronski oblak (gostota) se zaradi učinkovanja sosednjih polarnih molekul lažje spremeni večje molekule z večjim številom elektronov so bolj polarizabilne kot primerljive manjše molekule VODIKOVA VEZ privlak med elektropozitivnim vodnikom, ki je vezan na atom močno elektronegativnega elementa (fluor, kisik, dušik), in neveznim elektronskim parom zelo elektronegativnega elementa (fluor, kisik, dušik) močnejša od ostalih molekulskih vezi, a šibkejša od ionske in kovalentne vezi je usmerjena, prib. 180 posledice: FIZIKALNE LASTNOSTI VODE: visoko vrelišče (100 C), visoka talilna, specifična in izparilna toplota (potrebno veliko energije, da led stalimo, vodo segrejemo in izparimo), led plava na vodi (manjša gostota), tekoča voda ima največjo gostoto pri 4 C TOPNOST DRUGIH SNOVI V VODI: močno se poveča, če med topljencem in vodo nastanejo vodikove vezi (metanol, aceton) 3.6 LASTNOSTI IN ZGRADBA TRDNIH SNOVI trdne snovi so kristalinične (urejena notranja struktura ravne ploskve in ostri robovi kristalov) ali amorfne (ni urejene notranje zgradbe) KRISTALNA MREŽA urejena, ponavljajoča se razporeditev snovi v prostoru osnovni gradniki: atomi, ioni, molekule Osnovne celice OSNOVNA CELICA najmanjši del kristalne mreže, ki se ponavlja v vseh smereh (gradniki na ogliščih, robovih, ploskvah ali znotraj) delitev glede na obliko (različni kristalni razredi): kubični, heksagonalni delitev glede na položaj gradnikov znotraj osnovne celice: primitivno centrirana: 8 gradnikov (vsakega 1/8 v celici) na ogliščih, skupaj 1 gradnik/celico telesno centrirana: 8 gradnikov (vsakega 1/8 v celici) na ogliščih in en gradnik v središču, skupaj 2 gradnika/celico ploskovno centrirana: 8 gradnikov (vsakega 1/8 v celici) na ogliščih, 6 gradnikov na sredinah ploskev (vsakega ½ v celici), skupaj 4 gradniki/celico Ionski kristali tipični primeri: NaCl, CsCl gradniki: ioni IONSKA VEZ LASTNOSTI: električni tok prevajajo v talini in v raztopini ioni se prosto gibljejo in prenašajo naboj visoko tališče (močne ionske vezi) krhkost: plasti se premaknejo zaradi delovanja sile, ioni spremenijo lego istovrstni naboji se približajo (se odbijajo) kristal se drobi (drobljivost) topnost v vodi (orientacijske sile, mrežna in hidratacijska energija) KOORDINACIJSKO ŠTEVILO v kristalu predstavlja število istovrstnih gradnikov, ki se nahajajo v bližini opazovanega gradnika

11 PRIMER: NaCl (skupek ionov z razmerjem 1:1) okoli enega Na + je oktaedrično razporejenih 6 Cl - in obratno zapis: NaCl 6/6 CsCl 8/8 okoli enega Cs + je razporejenih 8 Cl - in obratno Kovalentni kristali tipični primeri: diamant, grafit, SiO 2, SiC (silicijev karbid) gradniki: atomi nekovin KOVALENTNA VEZ LASTNOSTI: ne prevajajo električnega toka, razen grafit (ogljikovi atomi tvorijo plasti, v katerih je vsak C- atom povezan z še tremi sosednjimi, četrti elektron je prost prevodnost) visoko tališče (močne kovalentne vezi) visoka trdota ALOTROPIJA pojav, ko se element nahaja v različnih oblikah oz. alotropskih modifikacijah (npr. ogljikovi sta diamant in grafit; fosfor) Kovinski kristal primer: Fe gradniki: atomi kovin s prostimi valenčnimi elektroni KOVINSKA VEZ privlak med pozitivnimi kovinskimi ioni in skupnimi prosto gibljivimi elektroni LASTNOSTI: dobro prevajajo električni tok (prosti elektroni) raznolika tališča kovnost in tanljivost kristaliziranje na različne načine: kubični in heksagonalni sklad (velika zasedenost prostora, koordinacijsko število je 12) KUBIČNI: razporeditev plasti ABC ABC HEKSAGONALNI: razporeditev plasti AB AB AB Molekulski kristal primer: glukoza, jod gradniki: molekule in atomi žlahtnih plinov MOLEKULSKE VEZI LASTNOSTI: ne prevajajo električnega toka nizko tališče in vrelišče (šibke molekulske vezi) krhkost

12 4. MNOŽ INA SNOVI 4.1 MOLSKA MASA A r relativna atomska masa je število, ki pove, kolikokrat je masa atoma določenega elementa večja od 1/12 mase atoma ogljikovega izotopa 12 C M r relativna molekulska masa je število, ki pove, kolikokrat je masa molekule večja od 1/12 mase atoma ogljikovega izotopa 12 C; dobimo jo s seštevanjem A r elementov (najdemo v PSE) A r in M r sta veličini brez enot MOLSKA MASA (M) masa 1 mola snovi številčno je enaka A r in M r, a ima enoto g/mol lahko navajamo tudi za ione, ionsko zgrajene spojine in kristalohidrate za oznakami veličin je nujno zapisovanje simbola elementa oz. formule snovi v oklepajih 4.2 IZRAČUN MNOŽINE SNOVI 1 mol je množina snovi (n), ki vsebuje toliko osnovnih gradnikov (atomov, molekul, ionov) kot je atomov v 12g izotopa 12 C Avogadrova konstanta (N A = 6, mol -1 ) število delcev v 1 molu snovi ENAČBA: n = m M = N N A n množina mol m masa g M molska masa g/mol N število delcev / N A Avogadrova konstanta 6, mol MNOŽINA ATOMOV, MNOŽINA MOLEKUL reševanje računskih nalog, v katerih je podana ena vrsta snovi, računamo pa drugo vrsto snovi, s pomočjo množinskega razmerja med podano in iskano snovjo: napišemo razmerje množin med podano in iskano snovjo križno množimo (s tem se znebimo ulomkov) vstavimo ustrezna dela enačbe (enačba na desni strani, ki povezuje množino z maso in s številom delcev) izrazimo iskano veličino vstavimo podatke in izračunamo 4.4 PROSTORNINA PLINA LASTNOSTI PLINA: nima stalne oblike in prostornine zavzema prostornino posode, lahko ga stisnemo na manjšo ali razširimo na večjo prostornino delci se prosto gibljejo, ker so privlačne sile med njimi šibke med seboj se popolnoma mešajo zemeljsko ozračje: dušik (78%) in kisik (21%), ostalo (1%): ogljikov dioksid, žlahtni plini pline opisujemo: PROSTORNINA (V), osnovna enota je m 3 =1000dm 3, v kemiji uporabljamo L (dm 3 ) TLAK (P), osnovna enota je Pa, v kemiji uporabljamo kpa (1kPa=1000Pa) povzročajo trki delcev: čim večkrat trčijo delci ob steno posode in čim večja je njihova hitrost, tem večji je tlak v posodi TEMPERATURA (T), osnovna enota je C, v kemiji uporabljamo K (0 C=273K) MNOŽINA (n) pri sobnih pogojih (20 C, 100kPa) plinasti elementi H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2, vsi žlahtni plini 1. zakon: pri konstantnem P velja, da je količnik V in T konstanten; pri konstantnem V velja, da je količnik P in T konstanten premo sorazmerje 2. zakon: pri konstantni T velja, da je produkt P in V konstanten obratno sorazmerje

13 Splošna plinska enačba ENAČBA: PV = nrt R = 8,31 kpa L mol K splošna plinska konstanta ENAČBA ZA STALNO MNOŽINO PLINA (n=konst.): P 1 V 1 T 1 = P 2V 2 T 2 Molska prostornina plina MOLSKA PROSTORNINA (V m) prostornina 1 mol plina pri določenih pogojih, enota je L mol -1, odvisna je od temperature in tlaka, ne pa tudi od vrste plina vsi plini imajo pri enakih pogojih enako V m vsi plini pri sobnih pogojih (20 C, 100kPa) zavzemajo prostornino 22,4L ENAČBA: V m = V n enake prostornine plinov vsebujejo pri enakih pogojih enako množino snovi enake prostornine plinov imajo pri enakih pogojih enako število molekul Avogadrov zakon = R T P Gostota plina masa prostorninske enote snovi ENAČBA: ρ = m V gostota plina odvisna od vrste plina (molske mase), tlaka in temperature plini imajo precej manjšo gostoto kot tekoče in trdne snovi = P M R T 5. KEMISJKA REAKCIJA 5.1 ENAČBA KEMIJSKE REAKCIJE kemijska reakcija nastane nova snov z novimi lastnostmi: gorenje, fotosinteza, rjavenje, kisanje, alkoholno vrenje fizikalna sprememba snov spremeni obliko: sprememba agregatnega stanja, raztapljanje Kemijska enačba zapis kemijske reakcije na levo stran zapišemo reaktante, na desno stran pa produkte vmes je puščica (smer reakcije) enačba je urejena, ko je na obeh straneh enačbe enako število atomov posameznih elementov (najmanjši, okrajšani celi koeficienti) urejanje z zapisom številk (stehiometrični koeficienti) pred formulami snovi; priporočljiv vrstni red: kovina, nekovina, vodik, kisik Spajanje in razkroj SPAJANJE (SINTEZA) kemijska reakcija, pri kateri iz dveh ali več snovi dobimo novo snov 2 Mg(s) + O 2(g) 2 MgO(s) RAZKROJ kemijska reakcija, pri kateri iz ene snovi dobimo dve ali več novi snovi HgO(s) O 2(g) + Hg(l) ELEKTROLIZA VODE vodo z električnim tokom razkrojimo na vodik in kisik 5.2 MNOŽINSKA RAZMERJA ZAKON O OHRANITVI MASE pri kemijski reakciji se masa snovi ne spreminja masa reaktantov je enaka masi produktov presežek snovi: pogosto eden od reaktantov v razmerju v presežku, zato po končani reakciji ostane nezreagiran reaktanta nista v stehiometričnem razmerju računanje množinskega razmerja: napišemo razmerje množin med podano in iskano snovjo križno množimo in vstavimo ustrezna dela enačbe izrazimo iskano veličino vstavimo podatke in izračunamo

14 5.3 REAKCIJSKA IN TVORBENA ENTALPIJA ENTALPIJA energija, ki se sprošča ali porablja v obliki toplote, svetlobe ali električne energije pri stalnem tlaku oznaka: H, enota: kj v tabelah zasledimo podatke entalpij reakcij pri standardnih pogojih (25 C, 100kPa) - H EKSOTERMNA reakcija energija se sprošča (nastanek vezi), npr. gorenje (sproščata se svetloba in toplota) ENDOTERMNA reakcija energija se porablja (prekinitev vezi), npr. fotosinteza (porabi se svetloba) čim močnejša je vez, tem več energije potrebujemo za prekinitev oz. tem več energije se sprosti pri njenem nastanku Standardna reakcijska entalpija STANDARDNA REAKCIJSKA ENTALPIJA (H r ) toplota, ki se sprosti ali porabi pri kemijski reakciji pri stalnem tlaku 100 kpa, nanjo vpliva tudi agregatno stanje, enota: kj eksotermne reakcije imajo negativno H r <0, endotermne pa pozitivno H r >0 vrednost H r se nanaša na termokemijsko enačbo urejena kemijska enačba z zapisanimi agregatnimi stanji in navedeno reakcijsko entalpijo Standardna tvorbena entalpija STANDARDNA TVORBENA ENTALPIJA (H tv ) toplota, ki se sprosti ali porabi pri nastanku 1 mola spojine iz elementov v njihovih standardnih stanjih pri tlaku 100kPa, enota: kj/mol vrednost H tv je pri vseh elementih v standardnih stanjih enaka 0 Energijski grafi ENDOTERMNA REAKCIJA produkti imajo večjo energijo kot reaktanti (H r >0) EKSOTERMNA - produkti imajo manjšo energijo kot reaktanti (H r <0) vodoravna os: reakcijska koordinata oz. potek reakcije, navpična os: energijsko stanje snovi E kj/mol, krivulja: spreminjanje E snovi vrh krivulje: aktivacijsko (prehodno) stanje največ energije, molekularna struktura: aktivacijski kompleks H r - razlika med energijskim stanjem reaktantov in produktov AKTIVACIJSKA ENERGIJA E a minimalna energija, ki jo morajo imeti reaktanti, da dosežejo aktivacijsko (prehodno) stanje in zreagirajo v produkte; razlika med energijskim stanjem reaktantov in aktivacijskim stanjem produktov *Izračun reakcijske entalpije H r = (n(produktov) H tv (produktov)) (n(reaktantov) H tv (reaktantov))

15 Priprava raztopin in raztapljanje Sestava raztopin RAZTOPINA homogena zmes topljenca (snov, ki se raztaplja v topilu) in topila (raztaplja topljenec) HOMOGENA ZMES zmes, ki je na zunaj videti enotna in ima enakomerno sestavo RAZTAPLJANJE fizikalen proces, njegova hitrost pa je odvisna od mešanja in drobljenja Masni delež topljenca (w) v raztopini w(topljenec) = m(topljenec) m(raztopina) m(raztopina) = m(topljenec) + m(topilo) Topnost največja količina topljenca, ki ga lahko raztopimo v neki količini določenega topila pri določeni temperaturi; pojem topnost je vezan na nasičeno raztopino navajamo kot maso raztopljenega topljenca v 100g topila pri določeni temperaturi odvisna od vrste topljenca, vrste topila in temperature NASIČENA RAZTOPINA raztopina, ki vsebuje največjo možno količino raztopljenega topljenca pri določeni temperaturi pri večini trdnih topljencev se topnost veča z naraščajočo temperaturo plini se bolje raztapljajo pri nižji temperaturi topila in pri višjem tlaku plina nad gladino topila KRIVULJA TOPNOSTI topnost pri različnih temperaturah 100 w topnost = 1 w t w = t Množinska in masna koncentracija izražamo količino raztopljenega topljenca v raztopini odvisni od temperature, saj se gostota s temperaturo spreminja MNOŽINSKA KONCENTRACIJA ponazarja množino topljenca c množinska koncentracija [ mol L = M] c(topljenec) = n(topljenec) V(raztopina) MASNA KONCENTRACIJA ponazarja maso topljenca γ masna koncentracija [ g L ] γ(topljenec) = m(topljenec) V(raztopina) povezava med množinsko in masno koncentracijo ter masnim deležem w(topljenec) ρ(raztopina) c(topljenec) = = γ(topljenec) M(topljenec) M(topljenec) γ(topljenec) = w(topljenec) ρ(raztopina) ρ(raztopina) = m(raztopina) V(raztopina)

16 Priprava raztopin in raztapljanje Mešanje, redčenje in koncentriranje mešanje dveh raztopin (če dosipamo čist topljenec, je w 2=1) w 1 m 1 + w 2 m 2 = w 3 m 3 c 1 V 1 + c 2 V 2 = c 3 V 3 aditivnost mas: m 1 + m 2 = m 3 neaditivnost volumnov : V 1 + V 2 V 3 redčenje koncentracija topljenca se manjša w 1 m 1 = w 2 m 2 c 1 V 1 = c 2 V 2 m 1 + m voda = m 2 koncentriranje koncentracija topljenca se veča w 1 m 1 = w 2 m 2 c 1 V 1 = c 2 V 2 m 1 m voda = m 2 pri računanju upoštevamo ohranitev skupne mase Hidratacija (proces raztapljanja) proces, pri katerem molekule vode obdajo delce topljenca v vodnih raztopinah raztapljanje kristalov v vodi: kristalna mreža se poruši, vezi med delci se prekinejo nastanek šibkega privlaka (molekulske vezi) med molekulami topila in delci topljenca IONSKI KRISTAL nastanek hidratiranih ionov ioni topljenca, ki so v raztopini obdani z molekulami vode MOLEKULSKI KRISTAL nastanek hidratiranih molekul molekule topljenca, ki so v raztopini obdane z molekulami vode ko topilo ni voda, govorimo o solvataciji in solvatacijski energiji ENTALPIJA RAZTAPLJANJA (H raz) sprememba entalpije, ko se en mol snovi raztopi v zelo veliki količini topila H raz< 0 EKSOTERMNA (raztopina se segreje): za prekinitev vezi v topljencu je potrebno manj energije, kot se je sprosti pri nastanku novih vezi z molekulami topila H raz> 0 ENDOTERMNA (raztopina se ohladi): za prekinitev vezi v topljencu je potrebno več energije, kot se je sprosti pri nastanku novih vezi z molekulami topila MREŽNA ENTALPIJA (H mre) sprememba entalpije, ko nastane en mol kristalinične snovi iz osnovnih gradnikov v plinastem agregatnem stanju (potrebno dovesti za razcepitev mreže): čim večja je absolutna vrednost H mre, tem več energije potrebujemo za prekinitev snovi v trdnini in razpad na osnovne gradnike v plinastem agregatnem stanju HIDRATACIJSKA ENTALPIJA (H hid) sprememba entalpije, ko se en mol snovi v plinastem agregatnem stanju raztopi v vodi, eksotermen proces nastanek molekulskih vezi med molekulami topljenca in topila (sprostitev energije) raztapljanje je: endotermen proces, če je absolutna vrednost mrežne entalpije večja od absolutne vrednosti hidratacijske entalpije H raz> 0 H mre > H hid eksotermen proces, če je absolutna vrednost mrežne entalpije manjša od absolutne vrednosti hidratacijske entalpije H raz< 0 H mre < H hid

17 Hitrost kemijskih reakcij Izračun hitrosti kemijske reakcije kemijska kinetika proučevanje hitrosti kemijske reakcije in vplivov na hitrost, način, po katerem se reaktanti pretvorijo v produkte hitrost kemijske reakcije sprememba množinske koncentracije snovi v časovni enoti s časom se zmanjšujejo koncentracije reaktantov (se porabljajo) in povečujejo koncentracije produktov (nastajajo) reaktanti (ker je začetna koncentracija reaktantov večja kot končna, je vrednost negativna, zato pišemo spredaj dodaten minus hitrost ne more biti negativna) v(r) = c(r) = c k(r) c z (R) t t produkti v(p) = c(p) = c k(p) c z (P) t t hitrost kemijske reakcije se med potekom reakcije spreminja: na začetku je največja, na to pa se postopoma zmanjšuje do porabe reaktantov oz. do vzpostavitve ravnotežja med reaktanti in produkti ugotavljamo povprečno hitrost v časovnem intervalu hitrost ima vedno pozitivno vrednost razmerje med hitrostmi reagiranja reaktantov in nastajanja produktov je odvisno od množinskega razmerja med snovmi, ki ga razberemo iz urejene enačbe kemijske reakcije Vplivi na hitrost kemijske reakcije poleg lastnosti reaktantov (reaktivnost) vplivajo tudi koncentracija reaktantov, temperatura, način medsebojnega stika reaktantov (npr. velikost in površina delcev, mešanje, agregatna stanja) in prisotnost katalizatorja vpliv koncentracije reaktantov: reakcija je hitrejša pri večji koncentraciji reaktantov večje število trkov, zato hitrejša reakcija temperatura: reakcija je hitrejša pri višji temperaturi delci imajo več energije in se gibljejo hitreje večja hitrost pri trkih, večje število trkov

18 vpliv površine trdne snovi: reakcija je hitrejša pri večji površini trdnega reaktanta drobni delci več površine, zato več mest, na katerih lahko poteče reakcija vpliv katalizatorja: katalizator snov, ki pospeši kemijsko reakcijo, sam pa po končani reakciji ostane kemijsko nespremenjen kataliza pospešitev kemijske reakcije s katalizatorjem homogena katalizator je v enakem agregatnem stanju kot reaktanti heterogena katalizator je v drugačnem agregatnem stanju kot reaktanti avtomobilski katalizator: omogoča pospešitev reakcij (heterogena kataliza), pri katerih se nezaželene sestavine izpušnih plinov (predvsem CO, NO x, nezreagirani ogljikovodiki) pretvorijo v običajne sestavine ozračja (CO 2, H 2O, N 2) 2 C 8H 18(g) + 25 O 2(g) 16 CO 2(g) + 18 H 2O(g) 2 CO(g) + O 2(g) 2 CO 2 2 NO(g) + 2CO(g) 2 CO 2(g) + N 2(g) encimi (biokatalizatorji) nastajajo v živih bitjih in uravnavajo različne reakcije v organizmih, uporabljamo jih v živilski in farmacevtski industriji, za razgrajevanje naftnih madežev, čiščenje odpadnih voda katalizirana reakcija poteka na drugačen način kot nekatalizirana reakcija, ker katalizator spremeni mehanizem kemijske reakcije reakcijska entalpija katalizirane in nekatalizirane reakcije sta enaki (enako reakcijsko stanje reaktantov in produktov) katalizirana reakcija poteka hitreje, ker je njena aktivacijska energija E a manjša kot E a nekatalizirane reakcije avtokataliza produkti, ki nastanejo v reakciji, delujejo kot katalizatorji katalitski strupi snovi, ki se močno vežejo na katalizator in tako preprečujejo njegovo delovanje inhibitor snov, ki upočasni ali celo prepreči kemijsko reakcijo aktivacijski kompleks nestabilna struktura (skupek atomov) v aktivacijskem (prehodnem) stanju, ki lahko razpade nazaj v reaktante ali pa se pretvori v produkte TEORIJA TRKOV trk med delci reaktantov je uspešen, ko se delci reaktantov prerazporedijo in iz njih nastanejo produkti potrebni ustrezna orientacija in zadostna energija delcev reaktantov pri trku nastane aktivacijski kompleks trk je neuspešen, če delci nimajo zadostne energije (E a) čim višja je temperatura, tem večja je povprečna hitrost gibanja in s tem tudi povprečna kinetična energija delcev, ne vpliva na vrednost aktivacijske energije Kemijsko ravnotez je Ravnotežne reakcije obojesmerne (reverzibilne) reakcije reakcije, ki potekajo v obe smeri: reaktanti se pretvarjajo v produkte in produkti se v nasprotni reakciji pretvarjajo v reaktante ravnotežje med reaktanti in produkti se vzpostavi, ko se njihove koncentracije ne spreminjajo več (lahko se le del reaktantov pretvori v produkte)

19 dinamično ravnotežje stanje ravnotežnega sistema, v katerem sta hitrosti fizikalnih ali kemijskih sprememb v nasprotnih smereh enaki (hitrost reakcije v desno je enaka hitrosti reakcije v levo) primer: fizikalno raztapljanje kisika v vodi hitrost raztapljanja zračnega kisika v vodi je v ravnotežju enaka hitrosti izločanja kisika iz vode HOMOGENO RAVNOTEŽJE vse snovi so v enakem agregatnem stanju HETEROGENO RAVNOTEŽJE snovi so v različnih agregatnih stanjih v enačbah ravnotežnih reakcij uporabljamo dvosmerno puščico KONSTANTA RAVNOTEŽJA Kc matematični izraz, ki opisuje razmerje med ravnotežnimi množinskimi koncentracijami produktov in reaktantov pri določeni temperaturi, po dogovoru nima enote vrednost K c je odvisna od temperature (spremenila se bo le pri spremembi temperature), a ne od količine snovi v razmerju trdne snovi in čiste tekočine v K c ne sodelujejo razmerje med ravnotežnimi koncentracijami produktov in reaktantov določene kemijske reakcije pri določeni temperaturi je konstantno enačba: aa + bb cc + dd K c = [PRODUKTI] [REAKTANTI] = [C]c [D] d [A] a [B] b iz K c lahko sklepamo ali je v ravnotežju več reaktantov ali produktov zelo majhna vrednost K c v ravnotežju prevladujejo reaktanti (majhen delež se je pretvoril v produkte) ravnotežje je premaknjeno v smer reaktantov zelo velika vrednost K c (>1) v ravnotežju prevladujejo produkti (velik delež se je pretvoril v produkte) ravnotežje je premaknjeno v smer produktov vezana je na zapis kemijske reakcije smiselno navajati le ob zapisani kemijski enačbi izračun konstante ravnotežja: če poznamo količine snovi v ravnotežju, v enačbo vstavimo ravnotežne koncentracije če je vsota koeficientov reaktantov enaka vsoti produktov, lahko v enačbo vstavimo množine snovi Vplivi na kemijsko ravnotežje LE CHATELIEROVO NAČELO: Če se v sistemu, ki je v ravnotežju, spremeni temperatura, tlak ali koncentracija reaktantov oz. produktov, se položaj ravnotežja spremeni v smer, ki minimizira to spremembo sprememba tlaka ne moremo vplivati na ravnotežne reakcije, pri katerih je vsota koeficientov plinastih reaktantov enaka vsoti koeficientov plinastih produktov H 2 (g) + I 2 (g) 2HI (g) pri povečanju tlaka se ravnotežje pomakne v smer manjšega števila delcev plinastih snovi (tista stran kemijskega ravnotežja, ki ima manjšo vsoto koeficientov) pri zmanjšanju tlaka se ravnotežje pomakne v smer večjega števila delcev plinastih snovi (tista stran kemijskega ravnotežja, ki ima večjo vsoto koeficientov) na tlak plina v zaprti posodi lahko vplivamo s spremembo prostornine pri stalni temperaturi je obratnosorazmeren s prostornino plina: pri večji prostornini je tlak manjši, pri manjši prostornini pa je tlak večji sprememba tlaka ali prostornine ne vpliva na vrednost konstante ravnotežja dodatek inertnega plina (plin, ki ne reagira) pri nespremenjenem volumnu se konstanta ravnotežja ne spremeni, ker se koncentracije ne povečajo, poveča se le tlak v posodi

20 pri nespremenjenem tlaku in povečanem volumnu se koncentracije in konstanta ravnotežja spremenijo sprememba temperature pri zvišanju temperature se ravnotežje pomakne v smer endotermne reakcije, pri znižanju temperature pa v smer eksotermne reakcije pri endotermni reakciji (H r >0) lahko upoštevamo toploto kot reaktant, pri eksotermni reakciji (H r <0) pa kot produkt za opredelitev vpliva spremembe temperature na položaj kemijskega ravnotežja potrebujemo podatek, ali je reakcija endotermna ali eksotermna (predznak entalpije) vpliv spremembe koncentracije snovi pri povečanju koncentracije reaktantov ali zmanjšanju koncentracije produktov se ravnotežje pomakne v smer nastanka produktov pri zmanjšanju koncentracije reaktantov in povečanju koncentracije produktov se ravnotežje pomakne v smer nastanka reaktantov na položaj kemijskega ravnotežja ne moremo vplivati s katalizatorjem Ravnotez ja v vodnih raztopinah Imenovanje kislin, baz in soli Kisline BINARNE KISLINE vodik + nekovina primeri (*močne): HF(g) vodikov fluorid HF(aq) fluorovodikova kislina HCl(aq)* klorovodikova kislina HBr(aq)* bromovodikova kislina HI(aq)* jodovodikova kislina HCN(aq) cianovodikova kislina H 2S(aq) žveplovodikova kislina (»di«izpustimo, ker je ime očitno) OKSOKISLINE vodik + nekovina + kisik ime: navedemo nekovino in oksidacijsko število (vodikovih in kisikovih atomov ne navajamo) primeri (*močne): HNO 2 dušikova(iii) kislina HNO 3* dušikova(v) kislina H 3PO 3 fosforjeva(iii) kislina H 3PO 4 fosforjeva(v) kislina H 2SO 3 žveplova(iv) kislina H 2SO 4* žveplova(vi) kislina ORGANSKE KISLINE (-COOH, šibke) primeri: HCOOH metanojska ali mravljična kislina CH 3COOH etanojska ali ocetna kislina Baze kovinski hidroksidi ime: kovina + končnica ov/-ev + hidroksid skupina OH ima oksidacijsko število -1 H 2CO 3 ogljikova(iv) kislina HClO klorova(i) kislina HClO 2 klorova(iii) kislina HClO 3 klorova(v) kislina HClO 4* klorova(vii) kislina

21 Soli primeri: NaOH natrijev hidroksid Ca(OH) 2 kalcijev hidroksid NH 3 amonijak KISLINA + BAZA SOL + VODA SOLI BINARNIH KISLIN končnica id primeri: NaOH + HCl NaCl + H 2O natrijev klorid Fe(CN) 2 železov(ii) cianid AMONIJEVE SOLI + skupina NH 4 ima oksidacijsko število +1 primeri: NH 3 + HCl NH 4Cl amonijev klorid (NH 4) 2SO 4 amonijev sulfat(vi) SOLI OKSOKISLIN končnica at + oksidacijsko število nekovine (isto kot prej v kislini) primeri: H 2SO 4 + Ca(OH) 2 CaSO 4 + 2H 2O kalcijev sulfat(vi) CuSO 4 bakrov(ii) sulfat(vi) Na 2CO 3 natrijev karbonat(iv) SOLI ORGANSKIH KISLIN metanojska kislina metanoat/format Ca(HCOO) 2 ali (HCOO) 2Ca kalcijev metanoat/format etanojska kislina etanoat/acetat Al(CH 3COO) 3 aluminijev etanoat/acetat HIDROGEN SOLI pred ime kislinskega ostanka dodamo»hidrogen«primeri: H 2SO 4 + Ca(OH) 2 Ca(HSO 4) 2 + H 2O kalcijev hidrogensulfat(vi) Al(H 2PO 4) 3 aluminijev dihidrogenfosfat(v) Fe(HSO 4) 3 železov(iii) hidrogensulfat(vi) KRISTALOHIDRATI določena količina kristalno vezane vode imenu spojine dodamo grški števnik in»hidrat«primeri: CuCl 2 2H 2O bakrov(ii) klorid dihidrat CuSO 4 5H 2O bakrov(ii) sulfat(vi) pentahidrat / voda(1/5) imenom spojin prehodnih elementov obvezno pripišemo oksidacijska števila Protolitske reakcije kislin in baz Kisline NEKOVINSKI OKSID + VODA KISLINA KISLINA snov, ki odda proton (vodikov ion H + ) močne kisline: HCl (tudi HBr in HI, a ne HF), HClO 4, H 2SO 4, HNO 3 reakcija kisline z vodo:

22 Baze HCl(aq) + H 2O(aq) Cl - (aq) + H 3O + (aq) OKSONIJEVI IONI nosilci kislih lastnosti pri zapisu enačb protolitskih reakcij močnih kislin uporabljamo enojno puščico, ker večina molekul kisline odda H + bazi pri zapisu enačb protolitskih reakcij šibkih kislin uporabljamo dvojno puščico, ker le del molekul kisline odda H + bazi enoprotonske kisline lahko oddajo en H +, večprotonske pa lahko oddajo več H + v več stopnjah (če je močna kislina, pri oddaji prvega H + pišemo enojno puščico, pri oddaji naslednjih pa dvojno šibke kisline) primer: H 2SO 4 + H 2O - HSO 4 + H 3O + - HSO 4 + H 2O 2- SO 4 + H 3O + karboksilne kisline (-COOH) lahko oddajo le en H + iz karboksilne skupine, so šibke kisline KOVINSKI OKSID + VODA BAZA BAZA snov, ki sprejme vodikov ion močne baze: hidroksidi I. in II. skupine PSE (npr. NaOH) trdne, ionsko zgrajene spojine: pozitivni kovinski ion in negativni hidroksidni ion reakcija baze z vodo: Mg(OH) 2(s) H 2O(l) raztapljanje Mg(OH) 2(aq) Mg 2+ (aq) + OH - (aq) HIDROKSIDNI IONI (OH - ) nosilci bazičnih lastnosti amonijak in amini amonijak je šibka baza reakcija amonijaka z vodo: NH 3(aq) + H 2O(aq) OH NH 4 AMONIJEV ION amini podobni amonijaku, le da imajo namesto vodikovih atomov vezane organske substituentne skupine, so šibke baze Protoliza PROTOLIZA (protolitska reakcija) reakcija, pri kateri kislina odda vodikov ion H + bazi konjugirani kislinsko-bazni par par delcev v protolitski reakciji, ki se razlikuje le v enem vodikovem ionu konjugirana kislina delec, ki je nastal iz baze s sprejemanjem vodikovega iona ima en H + več kot delec, iz katerega je nastala konjugirana baza delec, ki je nastal iz kisline z oddajanjem vodikovega iona ima en H + manj kot delec, iz katerega je nastala primer: HF(aq) + H 2O(aq) F - (aq) + H 3O + kislina baza konj. baza konj. kislina protoliza poteka v obe smeri: H 3O + odda F - en H +, zato deluje kot kislina (odda H + ) in F - deluje kot baza (sprejme H + ) BrØnsed-Lowryjeva teorija definira kisline in baze glede na prehod H + - ista snov lahko v določenih reakcijah reagira kot kislina ali kot baza AMFOLIT voda se obnaša kot kislina in kot baza Konstanta kisline in konstanta baze kisline in baze razlikujemo po moči primerjanje po moči je možno, če poznamo njihova ravnotežja protolitskih reakcij z vodo: čim bolj je ravnotežje premaknjeno v desno, tem večja je konstanta kisline oz. baze, čim večja je konstanta, močnejša je kislina oz. baza konstanta kisline: HF(aq) + H 2O(aq) F - (aq) + H 3O + K a (HF) = K c [H 2 O] = [H 3O + ][F ] [HF]

23 konstanta baze: NH 3(aq) + H 2O(aq) OH - + NH 4 + K b (NH 3 ) = K c [H 2 O] = [OH ][NH + 4 ] [NH 3 ] večprotonske kisline z vodo reagirajo v več stopnjah, zato K a pišemo za vsako posebej; ravnotežje prve stopnje protolize je pomaknjeno bolj v desno kot ravnotežja sledečih stopenj protolize konstante kislin in baz nimajo enot, so pa odvisne od temperature ELEKTROLITI tekočine, ki prevajajo električni tok zaradi prisotnosti ionov mednje uvrščamo taline ionskih snovi in raztopine, ki vsebujejo ione (raztopine kislin, baz in soli) močne kisline in baze bolje prevajajo električni tok kot šibke kisline in baze enakih koncentracij močne kisline in baze so močni elektroliti, šibke kisline in baze pa šibki elektroliti čim večja je koncentracija ionov v raztopini, tem boljša je njena električna prevodnost Avtoprotoliza vode reakcija, pri kateri molekule vode med seboj protolitsko reagirajo ena molekula vode odda vodikov ion drugi molekuli vode H 2O + H 2O H 3O + + OH - ravnotežje je pomaknjeno močno v levo v vodi je koncentracija oksonijevih in hidroksidnih ionov zelo majhna, zato voda zelo slabo prevaja električni tok (vodovodna, morska in mineralna voda veliko raztopljenih ionskih snovi električni tok prevajajo bolje kot čista voda) koncentracija hidroksidnih in oksonijevih ionov je enaka IONSKI PRODUKT VODE K w produkt koncentracij oksonijevih in hidroksidnih ionov, odvisen od temperature (višja kot je temperatura, večja je vrednost) K w (25 C) = [H 3 O + ][OH ] = 1, KONCENTRACIJE H 3O + IN OH - IONOV v čisti vodi in nevtralnih raztopinah: [H 3 O + ] = [OH ] 7 mol = 1,0 10 L v kisli raztopini: [H 3 O + ] > [OH ] v bazični raztopini: [H 3 O + ] < [OH ] pri računanju [H 3 O + ] in [OH ] hidroksidov kovin II. skupine PSE upoštevamo, da je [OH ] dvakrat tolikšna kot koncentracija baze Ba(OH) 2 Ba OH - koncentracije šibkih kislin in baz K a = [H 3O + ] 2 c k Izračun ph K b = [OH ] 2 c b ph negativni desetiški logaritem koncentracije oksonijevih ionov z vrednostjo ph izražamo kislost oz. bazičnost snovi odvisen od moči (npr. HCl močnejša kislina kot HCOOH, zato je ph nižji) in koncentracije (čim bolj je raztopina razredčena, tem bolj je vrednost ph bližje 7) kisline oz. baze ph = log[h 3 O + ] [H 3 O + ] = 10 ph

24 ph lestvica (0-14): kislo: ph < 7 (čim manjši je ph, tem bolj je snov kisla); nevtralno: ph = 7 (npr. čista voda); bazično: ph > 7 (čim večji je ph, tem bolj je snov bazična) poh negativni desetiški logaritem koncentracije hidroksidnih ionov poh = log[oh ] [OH ] = 10 poh poh lestvica (0-14): kislo: poh > 7; nevtralno: poh = 7; bazično: poh < 7 vrednost ph in poh lahko preračunavamo: ph + poh = 14 enakost koncentracije kisline in oksonijevih ionov lahko upoštevamo pri enoprotonskih močnih kislinah (npr. HCl), enakost koncentracije baze in hidroksidnih ionov lahko upoštevamo pri močnih enoprotonskih bazah (hidroksidi I. skupine PSE) INDIKATORJI snovi, ki pokažejo prisotnost določene snovi: kislinsko-bazni indikatorji se značilno obarvajo glede na kislost oz. bazičnost za merjenje ph raztopine uporabljamo univerzalne indikatorske papirčke, za bolj natančno merjenje pa elektronske ph metre INDIKATOR MOČNO KISLO MOČNO BAZIČNO lakmus rdeča modra metiloranž rdeča rumena fenolftalein brez barve vijolična Nevtralizacija kemijska reakcija med kislino in bazo, pri kateri nastaneta sol in voda KISLINA + BAZA SOL + VODA KISLINA + AMONIJAK AMONIJEVA SOL primer: HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H 2O(l) Cl - (aq) + H 3O + (aq) + OH - (aq) + Na + (aq) Na + (aq) + Cl - (aq) + 2H 2O(l) ionska oblika 2 H 2SO 4(aq) + NH 3(aq) (NH 4) 2SO 4(aq) TITRACIJA postopek, pri katerem raztopini vzorca v erlenmajerici postopoma dodajamo merljivo količino (V) reagenta (titranta), ki ga odmerimo z bireto do popolnega poteka reakcije (ekvivalentna točka) titrant snov (reagent) v bireti, z njim titriramo (počasno dodajanje) vzorec pri nevtralizacijskih titracijah vzorcu dodamo indikator ob spremembi barve je reakcije konec iz V in c izračunamo količino snovi v vzorcu standardna raztopina raztopina z natančno poznano koncentracijo, postopek imenujemo standardizacija ekvivalentna točka stanje sistema pri titraciji, v katerem je množina dodanega titranta ekvivalentna množini snovi v vzorcu reaktanta sta v ustreznem stehiometričnem razmerju, noben reaktant ni v presežku končna točka ko vidno zaznamo spremembo barve indikatorja titracijska krivulja grafična predstavitev spreminjanja ph vrednosti analiziranega vzorca pri titraciji pri titraciji močne kisline z močno bazo je ekvivalentna točka pri ph = 7

25 Ionske reakcije ionska reakcija reakcija med ioni v raztopini, poteče v primeru, ko nastane slabo topna snov (oborina) ali slabo disociirana snov oborina slabo topna snov, ki se izloči (se obori) iz raztopine pri dodatku ustreznega reagenta ne razpade na ione PRIMER: nedisociirana oblika: 2KI(aq) + Pb(NO 3) 2(aq) PbI 2(s) + 2 KNO 3(aq) disociirana oblika: 2K + (aq) + 2I - (aq) + Pb 2+ (aq) + 2NO - 3 (aq) PbI 2(s) + 2K + (aq) + 2NO - 3 (aq) skrajšana ionska oblika (zapišemo kar zreagira): Pb +2 (aq) + 2I - (aq) PbI 2(s) sem spadajo tudi dokazne reakcije za halogene: Cl - bela, Br - svetlo rumena in I - rumena oborina v vodi dobro topne soli kovin prve skupine PSE, nitrati, acetati, amonijeve soli, POZOR: CuSO 4 v vodi slabo topni sulfati (SO 2-4 ), mnogi karbonati (CO 2-3 ), fosfati (PO 3-4 ) in soli težkih kovin (npr. svinčeve in srebrove soli) disociacija razpad molekul na ione slabo disociirana snov snov, ki je skoraj povsem v molekularni obliki, torej ne razpada na ione, mednje uvrščamo šibke kisline in baze, vodo, pa tudi nekatere pline (npr. H 2S, CO 2, NH 3) PRIMER: (NH 4) 2SO 4(aq) + NaOH(aq) Na 2SO 4(aq) + H 2O(l) + NH 3(g) Protolitske reakcije ionov hidroliza reakcija med molekulami vode in ioni soli raztopine soli so lahko nevtralne, kisle ali bazične ph predvidimo BAZA KISLINA SOL PRIMER močna močna ph 7 NaOH + HCl NaCl + H 2O močna šibka ph > 7 NaOH + CH 3COOH NaCH 3COO + H 2O šibka močna ph < 7 NH 3 + HCl NH 4Cl Reakcije oksidacije in redukcije Oksidacija in redukcija oksidacijsko število naboj, ki bi ga imel element v spojini, če bi bila ta zgrajena zgolj iz ionov, zapisujemo ga nad simbolom elementa: najprej navedemo predznak, nato še številčno vrednost določanje oksidacijskih števil: element, ki ni vezan v spojini, ima oksidacijsko število 0 (npr. O 2) vsota oksidacijskih števil v spojini je enaka 0 vodik ima v spojinah oksidacijsko število +/-1 kovine I. skupine PSE imajo oksidacijsko število +1, kovine II. skupine +2 in kovine III. skupine +3 elementi VII. skupine PSE imajo oksidacijsko število -1, elementi VI. skupine -2 in elementi V. skupine -3 prehodni elementi imajo v spojinah različna oksidacijska števila redoks reakcija reakcija, pri kateri se enemu ali več elementom spremeni oksidacijsko število PRIMER: AuCl 2 Au + AuCl 3

26 redukcija sprejemanje elektronov, pri redukciji se oksidacijsko število elementa zmanjša oksidant snov, ki se reducira, oksidacijsko število se mu zmanjša oksidacija oddajanje elektronov, pri oksidaciji se oksidacijsko število elementa poveča reducent snov, ki se oksidira, oksidacijsko število se mu poveča urejanje enačb redoks reakcij: napišemo vsa oksidacijska števila ugotovimo, katerim elementom se spremeni oksidacijsko število ugotovimo, za koliko in katerim elementom se spremeni oksidacijsko število izenačimo število oddanih in sprejetih elektronov (križno množenje) uredimo samo tiste elemente, katerim se spremeni oksidacijsko število uredimo druge elemente, najprej kovine, nato nekovine (vodikove in nato še kisikove atome) PRIMER: TiCl 4 + 2Mg Ti + 2MgCl 2 Ti e - Ti REDUKCIJA oksidirana oblika reducirana oblika Mg 2e - + Mg 2+ OKSIDACIJA reducirana oblika oksidirana oblika enačbe, v katerih se isti element hkrati oksidira in reducira, urejamo iz desne proti levi (disproporcionacija) PRIMER: AuCl 2 Au + AuCl 3 Redoks vrsta standardni elektrodni potencial (E ) napetost elektrokemijske celice, ko se določena elektroda kombinira s t.i. standardno vodikovo elektrodo (standardni vodikov polčlen): standardni elektrodni potencial standardne vodikove elektrode je po dogovoru natančno 0V 2H 3O + (aq) + 2e - H 2(g) + 2H 2O(l); reakcija poteka v obe smeri čim bolj je standardni elektrodni potencial negativen, tem močnejši reducent je reducirana oblika redoks para čim bolj je standardni elektrodni potencial pozitiven, tem močnejši oksidant je oksidirana oblika redoks para redoks vrsta kovin zaporedje redoks parov kovinskih ionov in elementarnih kovin glede na standardni elektrodni potencial, običajno jo zapisujemo v smeri naraščajočega standardnega elektrodnega potenciala (v desno smer narašča standardni elektrodni potencial) kovine na začetku redoks vrste (zelo negativen E ) so močni reducenti kovinski ioni na koncu redoks vrste (zelo pozitiven E ) so močni oksidanti reakcije med kovinami in kovinskimi ioni potekajo v tisto smer, kjer nastane elementarna kovina (reducirana oblika redoks para), ki se nahaja bolj desno v redoks vrsti (oz. ima bolj pozitiven E ) v razredčeni HCl se raztapljajo le kovine, ki imajo negativne E (močnejši reducenti kot H 2) nastaja vodik; kovine, ki imajo pozitivne E, pa se raztapljajo v HNO 3 in H 2SO 4 PRIMERA: Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl 2(aq) + H 2(g) Cu(s) + 4HNO 3(aq) Cu(NO 3) 2(aq) + 2NO 2(g) + 2H 2O(l) moč oksidanta se pri halogenih manjša po skupini navzdol, moč reducenta pa veča po skupini navzgor najmočnejši oksidant je F 2 (največji E ), najmočnejši reducent pa I - (najmanjši E ) reakcije med halogeni in halogenidnimi ioni potekajo v tisto smer, kjer nastane elementarni halogen, ki je nižje v PSE (oz. je šibkejši oksidant) PRIMER: Cl 2(aq) + NaI(aq) I 2(aq) + 2NaCl(aq)

27 Galvanski člen galvanski člen naprava, v kateri potekajo spontane redoks reakcije, mednje uvrščamo baterije in akumulatorje, ki jih uporabljamo kot vir električne energije (enosmerni el. tok) zgradba: dva polčlena: v enem poteka redukcija, v drugem pa oksidacija vsak polčlen sestavljen iz posode, v kateri je raztopina kovinskega iona, vanjo pa je potopljena ploščica (elektroda) iz iste kovine elektrodi povezani s prevodnikom (kovinska žica, vpet porabnik voltmeter), preko katerega potujejo elektroni, obe sta povezani še z elektrolitskim ključem (npr. kot cevka, ki vsebuje nasičeno vodno raztopino KCl ali KNO 3) elektrolitski ključ omogoča prenos električnega naboja (iz enega v drugi polčlen) preko ionov v raztopini in s tem sklenitev električnega tokokroga elektrodo, na kateri poteka redukcija, imenujemo katoda pozitivna (pri galvanskem členu) elektrodo, na kateri poteka oksidacija, imenujemo anoda negativna standardno napetost galvanskega člena izračunamo tako, da od E katode odštejemo E anode (od večje vrednosti odštejemo manjšo vrednost) U (člen) = E (katoda) - E (anoda) elektroni se premikajo po žici od anode h katodi enosmerna napetost (polariteta elektrod se ne spreminja) redukcija poteka v polčlenu, ki ima večji (bolj pozitiven) standardni elektrodni potencial na katodi se izloča kovina (masa katode se veča), anoda se raztaplja (masa anode se manjša) simbolni zapis galvanskega člena: na levi strani zapišemo anodni polčlen (oksidacija) na desni pa katodni polčlen (redukcija) enojna pokončna črta predstavlja fazno mejo (med trdno snovjo in raztopino) dvojna pokončna črta pa elektrolitski ključ (meja med obema polčlenoma) element oz. ion zapišemo v smeri poteka reakcij, torej najprej reaktant, nato produkt gorivna celica vrsta galvanskega člena, v katerem neprestano dovajamo reaktante baterije komercialno uporabni polčleni primarne po izrabi jih ne moremo napolniti (t.i. alkalne baterije) sekundarne po izrabi jih lahko napolnimo z električnim tokom Elektroliza elektrolizna celica naprava, v kateri poteka elektroliza elektroliza proces, pri katerem s pomočjo enosmerne napetosti izvajamo redoks reakcije elektrolizo lahko izvajamo v talinah ali raztopinah snovi, ki prevajajo električni tok (npr. talina ali raztopina ionske snovi)