Kontakty a materiály J. Šedlbauer e-mail:
[email protected]
tel.: 48-535-3375
informace a materiály k Obecné chemii: www.fp.tul.cz/kch/sedlbauer (odkaz na předmět) konzultace: úterý odpoledne nebo podle dohody Studijní materiály: KLIKORKA J., HÁJEK B., VOTINSKÝ J. Obecná a anorganická chemie. SNTL, Praha, 1985. VACÍK, J. Obecná chemie. SPN, Praha, 1986. POLÁK, R., ZAHRADNÍK, R. Obecná chemie. Academia, Praha, 2000. SCHEJBALOVÁ, H., GRÉGR, J. Příklady a úlohy z chemie [skripta]. TU, Liberec, 2000. On-line: Úvod do obecné chemie
Sylabus 1/2 Struktura a vlastnosti hmoty (základní pojmy), používané jednotky, rozměrová analýza, zaokrouhlování, základní matematické koncepty, koncentrační přepočty. Úvod do atomistické teorie: atomy, ionty, molekuly. Typy chemických reakcí, stechiometrické výpočty. Stavba atomu, vlnově-mechanický model, výstavba elektronového obalu. Souvislosti mezi vlastnostmi prvků a strukturou elektronového obalu. Periodický systém prvků. Chemická vazba – teorie chemické vazby, typy vazeb. Radioaktivita, jaderné reakce, štěpné řady.
1
Sylabus 2/2 Nevazebné interakce. Souvislosti mezi strukturou látek a jejich vlastnostmi. Kinetika chemických reakcí. Chemická rovnováha a její závislost na vnějších podmínkách. Teorie kyselin a zásad, pH. Reakce ve vodných roztocích, acidobazické rovnováhy. Fázové přechody, struktura tuhých látek. Disperzní soustavy, úvod do koloidní chemie.
Průběh a zkouška
Průběžné testy na cvičeních: 3 testy po 10 b. Zkouškový test: 25 b., celkem z testů nad 50% Zkouška: ústní (více otázek), 45 b. Hodnocení: 50-56 bodů 3, 57-62 bodů 2-, 63-69 bodů 2, 70-75 bodů 1-, nad 75 bodů 1
2
Chemie a obecná chemie • Chemie = studium složení, vlastností a přeměn hmoty. Robert Boyle (1627-1691): „Úkolem chemie je poznávat podstatu látek bez ohledu na jejich užitečnost“ • Obecná chemie = teoretický základ chemických disciplin: termodynamika, kvantová mechanika, chemická kinetika, chemická rovnováha... • Hmota = fyzikální materiál Vesmíru. • Prvky = stavební části jiných forem hmoty. • Atomy = základní částice prvků. Hmotu lze popisovat na základě vzájemných interakcí atomů. • Molekuly = kombinace dvou nebo více atomů. V této formě se atomy vyskytují nejčastěji.
Schéma základních pojmů
3
Stavy hmoty, separační metody Stavy hmoty • Pevná látka: vysoce organizovaná struktura (krystal) • Kapalina: méně organizovaná struktura • Plyn: struktura volná až nepozorovatelná (ideální plyn) • Plazma: atomy nebo malé molekuly v ionizovaném stavu. Některé metody oddělování směsí • Filtrace: pro heterogenní směsi složené z tuhé a kapalné fáze. • Chromatografie: odděluje složky na základě jejich distribuce mezi mobilní a stacionární fázi. • Destilace: složky v kapalném roztoku se oddělují varem, podle rozdílného bodu varu. • Extrakce: převod složky z jedné směsi do jiné na základě odlišné rozpustnosti složky v různých rozpouštědlech.
Vlastnosti hmoty • Fyzikální: vlastnosti, které lze měřit bez změny chemického složení látky, např. bod tání a varu, hustota, kritické veličiny. • Chemické: vlastnosti které popisují chemickou reaktivitu látek, např. alkalické kovy obvykle reagují za vzniku kladně nabitých částic, reakcemi halogenů obvykle vznikají záporně nabité částice. • Intenzivní: fyzikální nebo chemické vlastnosti které nezávisí na množství látky, např. teplota, hustota, měrný odpor, měrná tepelná kapacita. • Extenzivní: fyzikální nebo chemické vlastnosti které závisí na množství látky. Např. při spálení propanu ze dvou stejných zásobních lahví se uvolní dvojnásobek tepla než při spálení propanu z jedné lahve. Dále objem, všechny energetické veličiny.
4
Používané jednotky •
• •
• •
Nejčastěji měřené veličiny jsou teplota, objem, hmotnost a čas se základními jednotkami (SI, System International) Kelvin, m3, gram, sekunda. Odvozené jednotky lze rozepsat pomocí jednotek základních, např. rychlost v m/s, hustota v g/m3, objem se často vyjadřuje v litrech atd. Příklady: a) 100 g kuchyňské soli zaujímá objem 46.2 cm3. Jaká je hustota soli? b) Hustota kapalného bromu je 3.12 g/ml. Jaká je hmotnost 150 ml bromu? Předpony (např. giga-, mega-, kilo-, mili-, mikro-, nano-) umožňují praktičtější vyjádření měřených hodnot. Příklady: Určete – ? km je 256000 m – ? µm je 100 pm; – ? ng je 55x10−5 kg – ? kg/m3 je 3.45 g/ml – ? mm2 je 6.22x10−6 cm2
Převody jednotek, rozměrová analýza • Před použitím jakéhokoli výpočetního vztahu je třeba zkontrolovat, zda dosazujeme navzájem konzistentní jednotky příslušných veličin. Nejjistější cestou je převést všechny jednotky hned na základní (nebo ze základních odvozené) jednotky SI. • Příklad: vypočtěte ze stavové rovnice id. plynu (pV=nRT) objem 2 kg dusíku při teplotě 30°C a tlaku 5 atm. • Při ověřování odvozených nebo získaných vztahů lze s výhodou využít rozměrové analýzy: jednotky veličin vystupujících v příslušné rovnici se musí navzájem zkrátit tak, aby rovnost zůstala zachována. • Příklad: pro přepočet molárního zlomku a molární koncentrace (mol/l) směsi se 2 složkami lze odvodit vztah: x1=n1/(c1V+c2V). Ověřte platnost rovnice. V jakých jednotkách je nutné dosazovat příslušné veličiny?
5
Platné cifry •
Každé měření je provedeno s určitou nejistotou (měření se pro snížení této nejistoty často provádějí opakovaně). Přesnost: vzájemná blízkost naměřených hodnost. Správnost: blízkost naměřených hodnot ke skutečné fyzikální hodnotě. Platné cifry u měření závisejí na jeho přesnosti. Pravidla: – Číslice zleva jsou platné cifry. – Nuly napravo od desetinné čárky jsou platné cifry. – Nuly na konci čísla ale nalevo od desetinné čárky nejsou nutně platné cifry. Nejednoznačnostem se lze vyhnout používáním vědeckého zápisu čísel: Ax10a kde A je číslo mezi 1 a 9.999, a je celé číslo. Výsledky měření se často používají k dalším výpočtům. Kolik platných cifer mají výsledky? Základní pravidla: – Sčítání a odčítání čísel: Výsledek je platný na tolik desetinných míst jako bylo číslo s nejmenším počtem platných cifer. – Násobení a dělení čísel: Počet platných cifer ve výsledku je stejný jako počet platných cifer v čísle s nejmenším počtem platných cifer.
• • •
• •
Zaokrouhlování •
Zaokrouhlování je nezbytné při uvádění výsledků se správným počtem platných cifer. Pravidla: Je-li číslice po poslední platné cifře – >5 zaokrouhluje se nahoru – <5 zaokrouhluje se dolů – = 5 zaokrouhluje se k sudé číslici.
• • • • • • •
Příklad: Zaokrouhlete na 3 platné cifry: 0.2226, 0.22225, 5555, 554523 Příklad: Vyjádřete následující součty se správným počtem platných cifer: 10000.0 − 3.14159 142.7 + 0.081 6.246 + 8.139 − 12.75 19.69 − 0.041 + 1.27 Poznámka: Pokud nemáme informaci o počtu platných cifer, pracujeme se všemi (resp. „rozumným množstvím“) platných cifer, zaokrouhlujeme na základě fyzikálního odhadu.
6
Základní matematické koncepty (připomenutí) •
Matematika 1-3, Matematika pro přírodní vědy
•
Násobení čísel ve vědeckém zápisu: sečíst exponenty a násobit čísla. Příklady:
•
2.5x105·2.0x10−5
•
1.25x1024 6.22x1020
•
Mocniny: (Ax10n)m vede k násobení exponentů. Příklad: (2.11x105)3
•
Logaritmus (přirozený, dekadický) a odlogaritmování: definice logaritmu: loga x = z kde x = az.
•
–
log xy = log x + log y
–
x log = log x − log y y
–
log xa = a log x
Úměra: – Přímá -
y = mx + b
– Kvadratická -
y = mx2 + b
– Nepřímá -
y=
m +b x
P = kT R = k[A]2 (reakce 2. řádu)
ρ=
m V
Příklady - úměry
• Tlak plynu byl 1 atm při 273 K. Jaký tlak bude v nádobě (objem se nemění) při 373 K? • Rychlost reakce 2. řádu byla 2.50x10−2 mol·s−1 při koncentraci reaktantu 0.100 M. Jaká bude rychlost reakce při koncentraci výchozí látky 0.250 M? • Plyn zaujímal při tlaku 0.2 MPa objem 12.5 l. Jaký bude objem plynu když se tlak zvýší na 3.75 atm? Množství plynu ani teplota se nemění.
7
Vyjádření složení směsí (roztoků) • Molarita: jednotka mol/l moly látky c= • Molární zlomek: bezrozměrné litry roztoku číslo moly A • Hmotnostní procenta x= moly A + moly B • Molalita: počet molů látky na 1 hmotnost látky kg rozpouštědla. Narozdíl od wt % = x102 molarity je molalita nezávislá na hmotnost roztoku teplotě. moly látky • Další jednotky: parts per million m = hmotnost rozpoustedla (kg) (ppm) nebo parts per billion (ppb) pro vyjádření nízkých hmotnost látky koncentrací. ppm = x106 hmotnost roztoku
Příklady – přepočty koncentrací • Vypočtěte hmotnostní procenta soli v roztoku připraveném rozpuštěním 1.44 g NaCl ve 100.0 ml vody. Předpokládejte hustotu vody 1.00 g/ml. • Vypočtěte molalitu soli v roztoku připraveném rozpuštěním 1.44 g NaCl ve 100.0 ml vody. Předpokládejte hustotu vody 1.00 g/ml. • Vypočtěte hmotnostní procenta peroxidu v roztoku připraveném rozpuštěním 30.0 g H2O2 v 70.0 g H2O. • Vypočtěte molaritu peroxidu. • Vypočtěte molární zlomek peroxidu. • Koncentrovaný amoniak odpovídá 14.8 M a roztok má hustotu 0.900 g/ml. Jaká je molalita roztoku?
8
