Člověk a jeho svět I - neživá příroda KBI/CASP1 chemická část – anorganická chemie Mgr. Jan Petr, Ph.D. katedra biologie
[email protected] J309 k.h.: úterý 9:00 – 11:00
Požadavky Nyní účast na cvičení sem. práce – geologické vědy aktivní práce ve cvičeních Příští rok zkouška – otázky z chemie integrovány do otázek z biologie (např. podmínky života, vlastnosti organismů, fotosyntéza apod.)
poznávačka přírodnin na konci LS 12/13
Doporučená literatura:
Vacík J. a kol., 1999: Přehled středoškolské chemie. SPN Praha. Kotlík B., Růžičková K., 1996: Chemie v kostce I., II. Fragment Praha. Mareček A., Honza J., 2000: Chemie pro čtyřletá gymnázia 1., 2., 3. díl. Olomouc.
Doporučená literatura:
Blažek J. a kol., 2004: Přehled chemického názvosloví. SPN Praha. Havlíčková B., 2000: Vybrané problémy přírodních věd (pro posluchače učitelství 1. st. ZŠ) - IV. chemická část. JU ZF České Budějovice.
Přehled přednášených témat
Složení a vlastnosti látek. Vybrané prvky a jejich sloučeniny. Kovy - přehled, vlastnosti. Kyseliny a zásady. Organické sloučeniny-uhlovodíky a jejich významné deriváty. Přírodní látky (cukry, tuky, bílkoviny).
Hmota - formy a) pole - všechna známá fyzikální
pole, převládá charakter vlnový b) látky - přírodní a umělé
Hmota, látky látka – hmota složená z částic (atomy, molekuly, ionty) mající určité vlastnosti (fyzikální, chemické) chemicky čistá látka – tvořena stejnými částicemi, stálé charakteristické vlastnosti (struktura, t. tání, t. varu, hustota, ...)
Hmota, látky prvek – chemicky čistá látka z atomů se stejným protonovým číslem a) volné (He), b) vázané v molekulách (Cl2) c) vázané v krystalových strukturách(C v diamantu)
sloučenina – chem. čistá látka tvořená a) stejnými molekulami ze dvou nebo více atomů růz. prvků (CO2) b) ionty vázanými v krystal. struktuře (NaCl)
Hmota, látky směs – soustava tvořená z několika chem. čistých látek homogenní < 10-9 (roztoky) koloidní
10-7-10-9 (aerosol, koloid. roztok, emulze, gel)
heterogenní > 10-7 (pěna, suspenze)
Fyzikální vlastnosti látek kvalitativní kvantitativní
skupenství – pevné, kapalné, plynné rozpustnost hustota – ς (g.cm-3)
Chemické vlastnosti látek
reaktivita koroze exotermické a endotermické reakce
Soustava část prostoru s látkovou náplní, oddělená skutečnými stěnami nebo myšlenými hranicemi izolovaná uzavřená otevřená
homogenní – v celém objemu stejné vlastnosti heterogenní – několik fází s růz. vlastnostmi
Základní stavební částice látek 1) atom 2) ion- kation (+), anion (-) 3) molekula - vícejaderná el. neutrální částice, molekuly prvků (H2), sloučenin (H2O), makromolekuly, molekulové ionty (NH4+), radikály(:O2 )
Složení atomu – jádro, obal
5. st. př.n.l. Démokritos, Leukippos 19. st. J. Dalton 1911 Rutherford – planetární model 1913 Bohr – kvantově mechanický model
prvek= látka tvořená atomy se stejným Z
nuklid = množina atomů mající stejné Z a A A Z
X
Z = protonové číslo A = nukleonové číslo (A=N+Z)
izotop = atomy téhož prvku, liší se A
Radioaktivita Některá jádra nejsou stabilní a samovolně se rozpadají, přeměňují se, vznikají jádra jiných prvků a uvolňuje se neviditelné záření (Becquerel,1896).
záření α - kladně nabitá jádra helia záření β - proud záporně nabitých eletronů nebo pozitronů záření γ - elektromagnetické vlnění
poločas rozpadu = doba, za kterou se rozpadne ½ přítomných jader radioaktivního nuklidu
50 přirozených radionuklidů
Radioaktivita
Radioaktivita
Radioaktivita
Radioaktivita
Radioaktivita
štěpná reakce
Radioaktivita
jaderná fúze
Radioaktivita
Radioaktivita
Radioaktivita
Cimrmanův příchod do Liptákova byl zjištěn měřením rozpadu radioaktivního uhlíku v organické nečistotě na podrážkách Cimrmanových bot. „Touto komplikovanou a velice nákladnou metodou zjistil, pokud tedy Cimrman v těchto botách do Liptákova přišel, že se tak stalo na podzim roku 1906 plus mínus 200 let.”
PSP(D.I.Mendělejev,1869)
1 Aktinoidy a lanthanoidy jsou obecně známy jako vnitřně přechodné prvky. 2 Alkalické kovy, kovy alkalických zemin, přechodné kovy, aktinoidy, lanthanoidy a kovy jsou skupinově známy jako „kovy“. 3 Halogeny a vzácné plyny jsou také nekovy. Stav za standardní teploty a tlaku prvky s červeným protonovým číslem mají skupenství plynné prvky s modrým protonovým číslem mají skupenství kapalné prvky s černým protonovým číslem mají skupenství pevné Přirozený výskyt prvky s plným rámečkem mají izotopy starší než Země (prvotní prvky) prvky s čárkovaným rámečkem přirozeně vznikly rozpadem z jiných prvků a jejich izotopy nejsou starší, než je Země prvky s tečkovaným rámečkem byly vytvořerny uměle (syntetické prvky) prvky bez rámečku nebyly ještě objeveny
PSP dlouhá tabulka - 18 skupin (I.-VIII. A hlavní; I.-X. B-vedlejší) a 7 period - číslo periody se shoduje s nejvyšším kvantovým číslem prvku (n) - PSP - vyjadřuje závislost vlastností prvku na struktuře elektronových obalů jejich atomu - dle výstavby el. obalu: prvky nepřechodné (s,p), přechodné (d), vnitřně přechodné (f)
Názvy period: 1.p. 2.p. 3.p. 4.p. 5.p. 6.p. 7.p.
= = = = = = =
základní první jednoduchá druhá jednoduchá první dvojnásobná druhá dvojnásobná čtyřnásobná neúplná = radioaktivní
ze 6.p.- lanthanoidy, ze 7.p. aktinoidy
Názvy skupin: I.A - alkalické kovy II.A - kovy alkalických zemin (Ca, Sr, Ba, Ra) III.A - triely IV.A - tetrely V.A - pentely VI.A - chalkogeny (rudotvorné) VII.A - halogeny (solitvorné) VIII.A - nultá skupina = vzácné plyny VIII.B - skupina železa (Fe, Co, Ni), skupina lehkých platinových kovů (Ru, Rh, Pd) a skupina těžkých platinových kovů (Os, Ir, Pt)
Základní prvky a jejich vlastnosti
vodík kyslík uhlík dusík síra kovové prvky - kovy vápník
Vodík H
nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru (tvoří až 90% všech atomů) nejmenší hustota 15x lehčí než vzduch volný a vázaný v přírodě (ve sloučeninách - voda) 2 H2 + O2 → 2 H2O redukční činidlo biogenní prvek
Voda
sloučenina H+O 3/4 zemského povrchu 97,2 % slaná voda, 2,8 % sladká voda
Rozdělení zásob vody
Vlastnosti vody a)
fyzikální:
bezbarvá, bez zápachu, chuti t tání = 0 °C, t varu = 100 °C, hustota 1 g.cm-3 pevný stav = led (menší ρ než kap.voda) polární rozpouštědlo, kapalná voda - vodíkové vazby (dobrá tepelná vodivost, velké měrné teplo, velké povrchové napětí)
b) chemické:
rozpouštědlo nejstálejší sloučenina
Chemické vlastnosti vody:
acidobazické vlastnosti vody H2O + H+ → H3O+ H2O → OH- + H+
disociace kapalné vody (protolýza vody) 2H2O → H3O+ + OH-
voda jako produkt při neutralizaci HCl + NaOH → NaCl + H2O
Voda
rozpouštědlo prostředí (v organismech-transport živin, zplodin metabolismu) volná vázaná (hydráty: Ca SO4 . 2 H2O sádrovec, CuSO4 . 5 H2O modrá skalice, ZnSO4 . 7 H2O bílá skalice) čistota vody tvrdost vody (Ca2+, Mg2+ ) - dočasná, trvalá
Kyslík O
bez barvy a zápachu, plyn výskyt - volně 21 % v atmosféře, vázaně (hydrosféra, litosféra, biosféra)
pomalá oxidace = koroze
4 Fe + 3 O2 + n H2O → 2 Fe2 O3 . n H2O rez rychlá oxidace = hoření
C + O2 → CO2 S + O2 → SO2
dýchání (kyslík vázán na hemoglobin)
C6 H12 O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
Kyslík O
Kyslík O
Vlastnosti O2
bezbarvý plyn bez chuti a zápachu vysoce reaktivní rozpouští se ve vodě vzniká při fotosyntéze zelených rostlin
Vlastnosti O3
nestálý plyn, modrý plyn charakteristický zápach nervový jed vznik při el. výbojích (bouřky) O2 → •O + •O •O + O2 → O3 ozón ozónová vrstva (25 km nad povrchem Země) - ochrana proti UV záření
Uhlík C diamant
grafit
Uhlík C grafen
Uhlík C
CO x CO2
-
-
CO oxid uhelnatý vznik spalováním C za nedostat. přístupu vzduchu (nedokonalé hoření) 2 C + O2 → 2 CO reaktivní plyn, bez barvy, zápachu jed, váže se na hemoglobin (karbonylhemoglobin) redukční účinky součást výfukových plynů (znečištění ovzduší)
oxid uhličitý O= C=O - vznik dokonalým spalováním C, dýchání, kvašení,tlení, hoření - 0,033 % v atmosféře (skleníkový plyn) - bez barvy, zápachu, rozp. ve vodě - těžší než vzduch (hromadí se u dna, hasí plamen) suchý led = hasicí přístroje (-76 °C) - důkaz CO2 - tvrdnutí malty
CO2
Dusík N
bezbarvý plyn, bez zápachu 78 % ve vzduchu biogenní prvek netečný plyn
sloučeniny – NH3, oxidy NOx, HNO3,NH4Cl
Dusík N
Síra S
žlutý nekov
volná (vulkány)
vázaná – sloučeniny: SO2, H2S, SO3, H2SO3, H2SO4
SO2 x SO3
SO2
oxid siřičitý
bezbarvý plyn, štiplavý - redukční a oxidační účinky - do ovzduší lidskou činností (spalov. uhlí, topné oleje) - 0,1 % smrtelné -
SO3
oxid sírový
-
vznik 2 SO2 + O2 →2 SO3
-
v koncentrované H2 SO4 se rozpouští na tzv. oleum (dýmavá H2 SO4)
Kovy 3/4 všech prvků, většinou přechodné prvky výskyt - ryzí (Au, Ag, Pt, Cu) - sloučeniny výroba kovů: - tepelný rozklad 2HgO → 2Hg + O2 - redukční pochody (pomocí H, C) - elektrolýza (tavenin, roztoků)
Přehled kovů Alkalické kovy: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Kovy alkalických zemin: Ca, Sr, Ba, Ra Přechodné kovy: - Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn - Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd - Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg Ušlechtilé kovy: Cu, Ag, Au, Hg, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt Kovy skupiny železa: Fe, Co, Ni Platinové kovy: lehké: Ru, Rh, Pd; těžké: Os, Ir, Pt Lanthanoidy: (La), Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Aktinoidy: (Ac), Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr
Vlastnosti kovů
kovová vazba
tvrdost, tažnost, kujnost tepelná a elektrická vodivost vysoké body tání barva a lesk neprůhledné
(valenční elektrony atomů tvořící kov jsou volně sdílené mezi všemi atomy, takže kovové ionty jsou obklopeny a prostoupeny tzv. elektronovým plynem)
Těžké kovy Cd, Hg, Pb (dále Al, As, Sn, Cu, Ni, Au…)
kumulace v organismech (biologický rozpad za 50-30 let) a v půdě, karcinogenní a neurotoxické účinky lidskou činností – doprava, spalování fosilních paliv, těžba rud, výroba plastů, akumulátory, průmyslová výroba, amalgamové výplně, pesticidy
Vápník
biologický význam Ca - kosti, zuby, svaly, schránky živočichů výskyt – vápenec CaCO3, sádrovec CaSO4 .12 H2O, fosforit, apatit sloučeniny – CaO, Ca(OH)2, CaCO3, Ca(HCO3)2, CaSO4, Ca3(PO4)2
Ostatní významné látky (jen dodatečně)
NaCl NaOH KCl KCN Al2O3 KAl (SO4)2 .12 H2O SiO2 H3PO4 CS2
ZnSO4 .7 H2O CuSO4 .5 H2O ZnO AgNO3 HgS Hg2Cl2 FeSO4 .7 H2O KMnO4 CdS Cr2O3
Kyseliny a zásady
síla kyselin a zásad –pH stupnice (0-7-14)
indikátory (fenolftalein, methyloranž)
Kyseliny a zásady
Kyselina - odštěpí H+ (HCl, H2SO4) Zásada - příjem H+ (NaOH, KOH, NH3) neutralizace HCl + NaOH → NaCl + H2O
Kyseliny
H2SO4 kyselina sírová HNO3 kyselina dusičná H2CO3 kyselina uhličitá H3PO4 kyselina trihydrogenfosforečná HCl HF
kyselina chlorovodíková kyselina fluorovodíková
Zásady
NH3 amoniak, čpavek
NaOH hydroxid sodný
KOH
Ca(OH)2 hydroxid vápenatý
hydroxid draselný
zdroje ilustrací
http://www.zsharcov.cz/Predmety/Fyzika/ucivo/6/1_07.html http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=2&slovnik_ page=rad_zar.html http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=2&slovnik_ page=rad_zar.html http://www.state.nv.us/nucwaste/yucca/wippfact.htm http://www.arpansa.gov.au/radiationprotection/basics/understand.cfm http://www.m2c3.com/chemistry/VLI/M3_Topic2/M3_Topic2_print.html http://cs.wikipedia.org/wiki/Periodick%C3%A1_tabulka http://www.exploringnature.org/db/detail.php?dbID=27&detID=1186 http://www.meteocentrum.cz/zmeny-klimatu/sklenikovy-efekt-kolobehuhliku.php http://kids.britannica.com/comptons/art-53732/Nitrogen-is-fixed-by-the-actionof-bacteria http://chemistry.wikia.com/wiki/Sulfur http://www.aristoteles.cz/chemie/ph/ph-vzorce-definice.php http://artemis.osu.cz/mmfyz/jm/jm_2_1_4.htm http://www.zschemie.euweb.cz/ http://web.natur.cuni.cz/ugmnz/mineral/mineral/diamant.html http://cs.wikipedia.org/wiki/Grafen http://web.natur.cuni.cz/ugmnz/mineral/mineral/grafit.html http://www.ctyrkolaci.estranky.cz/clanky/vyroba-strelneho-prachu.html
