Chemie pro přijímací zkoušky: Základní pojmy MUDr.Jan Pláteník, PhD Ústav lékařské biochemie 1.LF UK
Literatura: • J. Vacík a kol.: Přehled středoškolské chemie. Státní pedagogické nakladatelství Praha 1993 • B. Matouš a A. Buděšínská: Modelové otázky k přijímacím zkouškám na 1. lékařskou fakultu Univerzity Karlovy. Chemie. Marvil 2004.
1
Stavba hmoty: • Atom • Molekula • Ion • Sloučenina • Směs (dispersní soustava)
Atom • Nejmenší částice prvku, která vykazuje jeho chemické vlastnosti • Kladně nabité jádro (neutrony, protony) • Elektronový obal: – elektron je vlna/částice – chování elektronu popisuje kvantová mechanika (... vlnová funkce, kvantová čísla) – orbital: oblast pravděpodobného výskytu elektronu
2
Chemický prvek • Chemicky čistá látka složená z atomů, které mají stejný počet protonů nukleonové číslo A
16 8
O
protonové číslo Z
A=N+Z
Nuklid • směs atomů se stejným nukleonovým číslem A
Izotopy • nuklidy se stejným protonovým a různým nukleonovým číslem (...nuklidy téhož prvku) • př.: kyslík má tři přirozené nuklidy (izotopy): 16O, 17O, 18O • nestabilní nuklidy... radioaktivita
3
Molekula • nejmenší částice hmoty, která vykazuje její chemické vlastnosti • Atomy spojené kovalentními vazbami • Příklady: He – – – – –
vzácné plyny: monoatomové molekuly (?) H jiné plyny: diatomové H H H H N O H2O, NH3 atd. H H molekulové krystaly: diamant ...mnoho tisíc atomů v proteinech a nukleových kyselinách
Molekulový krystal diamantu
4
Ion • atom nebo molekula s nenulovým nábojem (počet elektronů se nerovná počtu protonů) • tendence tvořit ionty záleží na elektronegativitě každého prvku • kationty (+) nebo anionty (-) • monoatomové: Na+, Cl-, H+, Fe2+ • molekulové: NO3- , SO42• komplexní: [Fe(CN)6]4-
Molekulové ionty oxokyselin: př. síran, SO42- :
rezonanční stabilizace sulfátového iontu
..podobný je dusičnan NO3-, fosfát PO43-, uhličitan CO32-, atd.
5
Sloučenina • Chemicky čistá látka složená ze stejných molekul vzniklých sloučením dvou nebo více různých atomů • Atomy jsou navzájem spojené chemickou vazbou • Samostatné molekuly (př. CO2) nebo krystalové struktury
Vzorce sloučenin • Stechiometrické – př.: chlorid sodný NaCl – př.: glukosa CH2O
• Molekulové souhrnné – př.: chlorid sodný NaCl – př.: glukosa C6H12O6
• Strukturní
6
Chemická vazba • Soudržná síla poutající navzájem sloučené atomy v molekulách a krystalech • Vazba iontová: elektrostatické síly mezi opačně nabitými ionty
• Vazba kovalentní: sdílení dvojic elektronů mezi vázanými atomy H
H
Vazba σ a π • Vazba σ (sigma): největší elektronová hustota na spojnici jader
• Vazba π (pi): největší elektronová hustota mimo (nad a pod) spojnicí jader
7
Vazba σ a π, násobná vazba • Jednoduchá vazba: prakticky vždy σ – př. H-H, ethan H3C-CH3
• Dvojná vazba: σ + π – př. O=O (O2), ethylen H2C=CH2
• Trojná vazba: 1x σ + 2x π – př. N ≡ N (N2), acetylen HC≡CH
Vaznost (mocenství) atomu • počet kovalentních vazeb, které z daného atomu vycházejí • oktetové pravidlo: snaha nabýt el. konfigurace vzácného plynu – př. H-F, H nabývá konfigurace He, F nabývá konfigurace Ne
• proto O obvykle dvojvazný, N trojvazný, C čtyřvazný atd.
8
Koordinačně kovalentní vazba • (také koordinační, dativní, donorakceptorová) • Oba vazebné elektrony do kovalentní vazby poskytuje jeden z atomů (donor), zatímco druhý poskytuje prázdný orbital (akceptor)
Koordinační sloučeniny(komplexy) • Centrální atom přechodného kovu poskytující volné orbitaly+ ligandy poskytující volné elektronové páry • Koordinačně kovalentní vazba: ligand dává oba vazebné elektrony • Počet ligandů obvykle 4 nebo 6 př.: hexakyanoželeznatanový ion, [Fe(CN)6]4-
9
[Cu(NH3)4]2+
kation tetraamminměďnatý
Polarita chemické vazby dle rozdílu elektronegativit obou atomů: < 0.4 vazba kovalentní nepolární př.: H-H, uhlík-vodík
0.4 - 1.7 vazba kovalentní polární
plynulý přechod !
př. H-O-H, NH3, uhlík-kyslík, uhlík-dusík
>1.7 vazba iontová př. NaCl...
10
Vektorové Vektorové sklá skládání dipó dipólů: δ+ δ– O
δ–
δ+ C
O
δ+ H
H O δ–
CO2: lineární, nepolární
H2O: lomená, polární
... voda jako polární rozpouštědlo:
Oxidační číslo (formální mocenství) • oxidační číslo prvku ve sloučenině se rovná počtu jeho skutečných, nebo pomyslných nábojů • může být nula, celé kladné nebo záporné • základ pro názvosloví anorganických sloučenin • redoxní děje: oxidační číslo při oxidaci roste, při redukci klesá
11
České názvosloví oxidů: Oxidační číslo I II III IV V VI VII VIII
Přípona -ný -natý -itý -ičitý -ečný/-ičný -ový -istý -ičelý
Obecný vzorec X2O XO X2O3 XO2 X2O5 XO3 X2O7 XO4
Pravidla pro určování oxidačních čísel atomů prvků • volný elektroneutrální atom, nebo atom v molekule prvku: ox. číslo = 0 • oxidační číslo jednoatomového iontu se rovná jeho náboji • ve vzorcích víceatomových sloučenin se vazebné elektrony přidělí vždy atomu s větší elektronegativitou • H má vždy oxid. číslo I (jen v hydridech kovů -I) • O vždy -II (jen v peroxidech -I) • F vždy -I • alkalické kovy (Na, K..) vždy I • prvky alkalických zemin (Ca, Mg..) vždy II
12
Pravidla pro určování oxidačních čísel atomů prvků příklady:
CO2 : CIV, O-II H2SO4: HI, SVI, O-II Součet ox. čísel všech atomů prvků v elektroneutrální molekule je 0, ve víeatomovém iontu se rovná náboji iontu př.: CO32-: CIV,
O-II
1.IV + 3.(-II) = -2
Disperzní soustavy • Směs několika chemicky čistých látek, kde jedna z nich tvoří kontinuální disperzní prostředí, ve které jsou ostatní látky dispergovány (rozptýleny) • Dělení podle skupenství: – – – – –
pevné částice v plynu: dým kapičky kapaliny v plynu: mlha olej ve vodě: emulse pevné částice v kapalině: suspense atd.
13
Disperzní soustavy, pokr.: Dělení podle velikosti částic: < 10-9 m: disp. s. homogenní (analytická) př.: pravé roztoky elektrolytů a nízkomolekulárních neelektrolytů
10-9 - 10-7 m: disp. s. koloidní př.: aerosol, koloidní roztok, emulse
> 10-7 m: disp. s. heterogenní (hrubá) př.: pěna, suspense
Roztok (pravý roztok) • homogenní disperzní soustava dvou nebo více chemicky čistých látek, jejichž vzájemné zastoupení lze v určitých mezích plynule měnit • rozpouštědlo + rozpuštěná/é látka/y • plynný (př. vzduch) • kapalný (př. NaCl rozpuštěný ve vodě) • pevný (př. sklo, slitiny kovů)
14
Mol • Jednotka látkového množství • množství látky, které má právě tolik částic (atomů, iontů, molekul, apod.), kolik je atomů v 12 g nuklidu uhlíku 12C • toto množství se rovná 6.02 x 1023 částic (Avogadrova konstanta)
(Relativní) atomová hmotnost • atomová hmotnostní jednotka(u): 1/12 hmotnosti jednoho atomu nuklidu uhlíku 12C 1 u = 1.66057 . 10-27 kg
• relativní atomová hmotnost (Ar): hmotnost atomu vyjádřená v u • relativní atomová hmotnost prvku: poměr průměrné hmotnosti atomu prvku a u • molekuly: relativní molekulová hmotnost (Mr)
15
Molární hmotnost • hmotnost jednoho molu dané látky • v g/mol • Molární hmotnost látky v gramech nabývá stejné numerické hodnoty jako její relativní atomová (molekulová) hmotnost
Molární objem jeden mol jakéhokoliv plynu zaujímá za stejné teploty a tlaku stejný objem ..22.414 litrů při 101.325 kPa, 0 °C (273.15 K) (Avogadrův zákon)
16
P.V=n.R.T P: tlak v kPa V: objem v dm3 (l) n: počet molů R: univerzální plynová konstanta (8.31441 N.m.mol-1.K-1) T: teplota v K
Koncentrace roztoků • hmotnostní koncentrace: počet gramů rozpuštěné látky v jednom litru roztoku • látková (molární) koncentrace: počet molů rozpuštěné látky v jednom litru roztoku • v %: – % (w/v): weight per volume, počet gramů látky ve 100 ml roztoku – % (w/w): weight per weight, hmotnostní zlomek, počet gramů látky ve 100 g směsi – % (v/v) volume per volume, objemový zlomek, počet ml látky ve 100 ml roztoku
17
Výpočet látkové koncentrace z hmotnostní Příklad: Vypočítejte látkovou koncentraci roztoku Na2HPO4 c = 21 g /l. Ar(Na)= 23, Ar(P)= 31, Ar(O)= 16, Ar(H)= 1
Mr Na2HPO4 : 46+1+31+4x16 = 142 Látková koncentrace
= hmot. konc. (g/l) / Mr = 21 / 142 = 0.148 mol/l
Výpočet hmotnostní koncentrace z látkové Příklad: Vypočítejte kolik gramů KClO4 je třeba navážit pro přípravu 250 ml 0.1 M roztoku. Ar(K)= 39, Ar(Cl)= 35.4, Ar(O)= 16
Mr KClO4: 39 + 35.4 + 4x16 = 138.4 Hmotnostní konc. = látková konc. x Mr potřebujeme 138.4 x 0.1 x 0.25 = 3.46 g KClO4
18
Převody koncentrací: Souhrn • Vždy rozlišujte mezi množstvím látky v molech (gramech) a její koncentrací v mol/l (g/l) • Při převodu z hmotnostní konc. na látkovou dělíte hmotnost (g or g/l) molární hmotností (relativní atomovou/molekulovou hmotností) • Při převodu z látkové konc. na hmotnostní násobíte molaritu (mol or mol/l) molární hmotností (relativní atomovou/molekulovou hmotností)
Atom je úplně charakterizován: A) magnetickým číslem B) průměrem jádra C) nukleonovým číslem D) nukleonovým a protonovým číslem
19
Avogadrova konstanta vyjadřuje A) počet částic v látkovém množství 1 mol B) počet atomů ve sloučenině C) látkovou koncentraci iontů v plynech D) objem plynných látek při látkovém množství 1 ml
Mol/m3 je: A) jednotka látkového množství B) jednotka molární hmotnosti C) jednotka látkové koncentrace D) jednotka hmotnostní koncentrace
20
Jaké látkové množství železa obsahuje 1 mol oxidu železnatého A) 2 mol B) 1 mol C) 0,5 mol D) nelze takto určit
K 1 l roztoku KCl o c=2 mol/l byl přidán 1 l roztoku NaCl o c=1 mol/l. V získaném roztoku je:
A) koncentrace K+ 1 mol/l B) koncentrace Cl– 1,5 mol/l C) 3 mol Cl– D) 1 mol Na+
21
Dva litry roztoku obsahují 1 mol glukosy a 1 mol močoviny. Kolik mol iontů obsahují:
A) 0 B) 1 C) 2 D) 3
Při rozpouštění chloridu sodného: A) se z krystalové struktury oddělují ionty B) se ionty hydratují C) se ruší iontová vazba D) vzniká kovalentní vazba
22
Rozpuštěním hydrogenfosforečnanu sodného ve vodě vznikají
A) 2 Na+ + HPO42B) 2 Na+ + HPO42- + 2 H + C) Na+ + H2PO4D) 2 Na+ + H + + PO43-
Jednoduchá vazba je téměř vždy A) vazbou pi B) vazbou sigma C) vazbou sigma i pi D) neplatí ani jedna z uvedených možností
23
Vaznost je počet A) atomů ve sloučenině B) atomů, které se mohou jakýmkoliv způsobem vázat C) kovalentních vazeb vycházejících z atomu prvku ve sloučenině D) kovalentních nebo iontových vazeb vycházejících z atomu prvku ve sloučenině
Pojem elektronegativity je mírou schopnosti atomu A) odpuzovat elektrony B) přitahovat sdílené elektrony C) odštěpovat proton D) tvořit elektroneutrální molekuly
24
Součet hodnot oxidačních čísel atomů všech prvků v elektroneutrální sloučenině se rovná A) vždy jen nule B) nule jen v případě plynů C) nule jen v případě solí D) nemusí se vždy rovnat nule
Oxidační číslo atomu vodíku ve sloučeninách NH3 a CaH2 je: A) III a II B) -III a -II C) I D) I a -I
25
Oxidační číslo P4 je: A) IV B) -I C) 0 D) -IV
Stechiometrický vzorec dusitanu amonného je: A) H2NO B) NH4NO2 C) HNO D) NH4NO3
26
Vyberte nesprávná tvrzení: A) molekulové ionty jsou většinou stálé ve vodném prostředí B) molekulové ionty jsou většinou nestálé ve vodném prostředí C) kovalentní vazba je založena na sdílení elektronů D) podstatou kovalentní vazby jsou elektrostatické síly působící mezi opačně nabitými částicemi
Vyberte správnou odpověď: A) Avogadrova konstanta udává počet částic připadající na jeden mol látky B) molární veličiny jsou veličiny vztažené na jednotkové látkové množství C) Avogardova konstanta udává počet částic připadající na jeden gram látky D) molární veličiny jsou veličiny vztažené na jednotkové hmotnostní množství
27
Podle velikosti částic můžeme dělit A) směsi na otevřené a uzavřené B) směsi na homogenní, heterogenní a koloidní C) soustavy isolované nebo uzavřené D) směsi na kapalné nebo tuhé
Vyberte nesprávné tvrzení A) koloidní roztoky jsou homogenní směsi B) koloidní roztok je koloidní směsí C) příkladem homogenní směsi je vodný roztok NaCl D) směsi dělíme na homogenní, heterogenní nebo koloidní
28
Jaký je objem vody, který potřebujeme k přípravě roztoku o objemu 500 ml, má-li být objemový zlomek ethanolu v tomto roztoku 60%
A) 200 ml B) 150,5 ml C) 160,5 ml D) 162,5 ml
Jakou hmotnost má síran amonný, potřebný k přípravě 12% vodného roztoku o hmotnosti 3000 g:
A) 240 g B) 120 g C) 360 g D) 200 g
29
Kyselinu dusičnou o w=18% a o hmotnosti 48 g zředíme vodou o hmotnosti 48 g. Jaký je hmotnostní zlomek HNO3 ve výsledném roztoku:
A) 0,1 B) 0,09 C) 0,08 D) 0,07
Jaká je koncentrace roztoku o objemu 1250 ml, obsahujícího KI o hmotnosti 8,3 g (Ar K=39, I=127)
A) 0,2 mol/dm3 B) 0,04 mol/dm3 C) 0,02 mol/dm3 D) 0,8 mol/dm3
30
Určete hmotnost kyslíku, připadající v oxidu uhličitém na 18 g uhlíku
A) 53,3 g B) 32,0 g C) 48,0 g D) 12,0 g
Jakému látkovému množství vody odpovídá hmotnost vody 68 g A) 1,5 mol B) 1,4 mol C) 3,8 mol D) 3,1 mol
31
Jaký objem zaujímá 187 g sulfanu (Ar S=32) A) 67,2 dm3 B) 132 dm3 C) 180 dm3 D) 123,2 dm3
Hmotnost jednoho litru kyslíku je A) 2 kg B) 1 kg C) 2,8 g D) 1,4 g
32
