Přírodní vědy - Chemie – vymezení zájmu •
Hmota
• • •
Hmota má dualistický, korpuskulárně (částicově) vlnový charakter. Převládající charakter: korpuskulární (částicový) - látku vlnový - pole.
•
Látka se skládá z částic, které mají určitou energii a nenulovou klidovou hmotnost. Látková forma hmoty nemůže dosáhnout rychlosti světla. Podle složitosti dělíme látky na : elementární částice (elektrony, protony, neutrony, aj.) složitější mikročástice (atomy, molekuly, ionty) makroskopická tělesa a systémy v různém skupenství (plyny, kapaliny, tuhé látky) biologické útvary (viry, bakterie, rostliny, živočichové) kosmické útvary (planety, hvězdy, galaxie).
• • • • • • • • •
Pole má nulová klidová hmotnost a výraznou vlnová povahu. Pole zprostředkovávají vzájemné působení mezi diskrétními formami hmoty. Pole se vždy šíří rychlostí světla. elektromagnetické, gravitační, jaderné, aj.
Základní atributy hmoty •
Hmota se vyznačuje pohybem v prostoru a čase. Pohyb lze dělit na pět základních forem, které vytvářejí hierarchii od nejjednoduššího k nejsložitějšímu:
• • • • •
mikrofyzikální, tj. pohyb elementárních částic a polí chemický, tj. pohyb atomů při vzniku a zániku chemických vazeb makrofyzikální, tj, přemisťování těles a systémů v prostoru (mechanický pohyb) biologický, tj. vývoj a funkce živých organismů společenský, tj. procesy probíhající ve společnosti
•
Předmětem chemie je zkoumání vzájemných vztahů mezi atomy, ionty a molekulami a zkoumání zákonitostí, jimiž se řídí sdružování atomů a iontů ve složitější celky a transformace těchto celků. Chemie se tedy zabývá takovým pohybem hmoty, při němž dochází ke změnám vnitřní struktury látek, přičemž tyto změny jsou způsobovány pohybem elektronů v atomech a nedochází při nich ke změnám atomových jader.
Některé základní pojmy látka látka čistá chemické individuum
prvek
sloučenina
plynná směs
fáze
směs
homogenní směs
kapalný roztok
heterogenní směs
tuhý roztok
Pojem atomu a molekuly • Atom je nejmenší částice prvku, která jeví ještě všechny chemické vlastnosti prvku. Každý atom má vlastní vnitřní strukturu a je chemickými a běžnými fyzikálními metodami nerozložitelný. Jeho strukturu lze měnit pouze jadernými reakcemi. • Molekula je nejmenší částice látky - sloučeniny, která má chemické vlastnosti této látky – sloučeniny a skládá se z určitého počtu stejných nebo různých atomů vzájemně vázaných chemickými vazbami. • Hmotnost atomu : Každý atom , jako částice látky, má vlastní hmotnost, která je řádu 10-27 až 10-25 kg. Pro snadnější vyjadřování byla zavedena atomová hmotnostní jednotka u definovaná jako jedna dvanáctina hmotnosti atomu uhlíku 12C, tedy:
• Pomocí této konstanty jsou pak dále definovány: – relativní atomová hmotnost jako poměr hmotnosti mx atomu X a atomové hmotnostní konstanty. Je to bezrozměrná veličina
• relativní molekulová hmotnost jako poměr hmotnosti my molekuly Y a atomové hmotnostní konstanty. Je to bezrozměrná veličina:
Pojem látkového množství • Látkové množství n je základní veličinou soustavy SI a jeho jednotkou je mol. • Mol je takové látkové množství, které obsahuje tolik základních částic (atomů, molekul, iontů,...), kolik atomů obsahuje 12 g uhlíku 12C. Počet částic v jednom molu je dán Avogadrovým číslem a činí 6,023.1023 mol-1. • Pomocí pojmu látkové množství definujeme molární hmotnost dané látky jako hmotnost jednoho molu čisté látky B:
• Vyjadřuje se v g.mol-1
Koncentrace a její vyjadřování Hmotnostním zlomkem wB , který je definován takto: • kde mB je hmotnost čisté látky B a mR je hmotnost celého roztoku. Hmotnostní zlomek vyjadřujeme buď jako bezrozměrné číslo v intervalu 0 (čisté rozpouštědlo) až 1 (čistá složka) nebo jej vyjadřujeme (1 ze 100) • (po vynásobení stem) v procentech % • (po vynásobení tisíci) v promilích ‰ (1 ze 1000) • (po vynásobení 106 ) v ppm (1 ze 106) • (po vynásobení 109 ) v ppb (1 ze 109)
•mR = mB + mA +mX ...
Váhová procenta Počet gramů látky (prvku) ve 100 g roztoku Př. : 3% vodný roztok látky A obsahuje 3 g látky A ve 100 g roztoku (roztok tedy obsahuje 3 g látky A a 97 g vody)
Př. : 50% vodný roztok látky B obsahuje 50 g látky B ve 100 g roztoku (roztok tedy obsahuje 50 g látky A a 50 g vody)
ppm Počet gramů látky (prvku) ve 1 000 000 g roztoku Př. : obsah 5 ppm Ag v hornině znamená, ze v jedné tuně je obsaženo 5g stříbra. ppb Počet miligramů látky (prvku) ve 1 000 000 g roztoku (1t) Př. : obsah 7 ppb Au v hornině znamená, ze v jedné tuně je obsaženo 7 mg zlata.
Koncentrace a její vyjadřování Objemovýn zlomkem φB , který je definován takto: • kde VB je objem čisté látky B a VR je objem celého roztoku. Objemový zlomek vyjadřujeme buď jako bezrozměrné číslo v intervalu 0 (čisté rozpouštědlo) až 1 (čistá složka) nebo jej vyjadřujeme • (po vynásobení stem) v procentech % (1 ze 100) • (po vynásobení tisíci) v promilích ‰ (1 ze 1000) • (po vynásobení 106) v ppm (1 ze 106) • (po vynásobení 109) v ppb (1 ze 109) •VR = VB + VA +VX ...
Objemová procenta Počet ml látky (prvku) ve 100 ml roztoku Př. : 3% obj. vodný roztok látky A obsahuje 3 ml látky A ve 100 ml roztoku (roztok tedy obsahuje 3 ml látky A a 97 ml vody)
Př. : 50% vodný roztok látky alkoholu obsahuje 50 ml alkoholu ve 100 ml roztoku (roztok tedy obsahuje 50 ml látky alkoholu a 50 ml vody)
Obj. ppm Počet ml látky (prvku) ve 1 000 000 ml roztoku Př. : obsah 5 ppm obj. SO2 ve vzduchu znamená, ze v jednom m3 je obsaženo 5ml SO2. Obj. ppb Počet mikrolitrů látky (prvku) ve 1 000 000 ml roztoku Př. : obsah 7 ppb O3 ve vzduchu znamená, ze v jednom m3 je obsaženo 7 mikrolitrů ozonu.
NEZAPOMEŇTE !! K PŘEPOČTU HMOTNOSTI NA OBJEM A ZPĚT SLOUŽÍ HUSTOTA m = ρ. V
Molarita Počet grammolekul (molů) látky v 1 000 ml roztoku
Nejčastěji používanou jednotkou je mol.dm- 3 ,resp. mol.l-1.
Př. : 2M vodný roztok látky A (relat.mol. hmotnost = 40) obsahuje 2 x 40 g látky A v 1 000 ml roztoku
Chemická rovnice • Jádrem zkoumání chemie je chemická reakce, tj. probíhající chemický děj. Průběh chemické reakce znázorňujeme chemickou rovnicí. • : Chemická rovnice vyjadřuje základní průběh reakce, specifikuje všechny reakční složky, udává v jakém poměru spolu výchozí složky reagují, jaký počet molekul přitom vznikne a jaký je poměr látkových množství reakčních složek.
Základní chemické zákony •
Zákon zachování hmotnosti Hmotnost všech látek do reakce vstupujících je rovna hmotnosti všech reakčních produktů (Lomonosov 1748, Lavoisier 1760) 2H2 + O2 = 2 H2O 2.2.1,01g + 2.16g 2 . 18,02 g 36,04 g 36,04 g
•
Zákon zachování energie Celková energie izolované soustavy je v průběhu chemické reakce konstantní (Lomonosov 1748)
•Zákon stálých poměrů slučovacích Hmotnostní poměr prvků či součástí dané sloučeniny je vždy stejný a nezávisí na způsobu přípravy sloučeniny (Proust1799) Příklad : C + O2 = CO2 ; 2CO + O2 = 2CO2 ; CaCO3 = CaO + CO2
•Zákon násobných poměrů slučovacích Tvoří-li spolu dva prvky více sloučenin, pak hmotnosti jednoho prvku, který se slučuje se stejným množstvím prvku druhého jsou vzájemně v poměrech, které lze vyjádřit malými celými čísly (Dalton 1802) Př. : H2O – mH/mO = 1:8 H2O2 – mH/mO = 1:16
•Zákon stálých poměrů objemových při slučování plynů Plyny se slučují v jednoduchých poměrech objemových (Gay-Lussac 1805) 2H2 (g) + O2 (g) = 2 H2O (g)
PROCVIČENÍ NÁZVOSLOVÍ ANORG. SLOUČENIN : http://www.mojeskola.cz/Vyuka/Php/ http://jan.pospichal.biz
Realizováno v rámci projektu Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU (LDF) s ohledem na disciplíny společného základu; reg. číslo CZ.1.07/2.2.00/28.0021 za přispění finančních prostředků EU a státního rozpočtu České republiky
