Chemické reakce 1) Zákon zachování hmotnosti Součet hmotností výchozích látek a produktů se během chemické reakce nemění. 2) Zákon zachování energie Energie při chemických reakcích nevzniká ani nezaniká, mění se pouze jedna forma energie v jinou. Může se projevovat jako teplo, světlo nebo elektrická energie, naopak dodání tepla, světla nebo el. energie může vést k chem. reakcím. exotermické reakce – vzniká při nich teplo např. (2HCl+Zn→ZnCl2+H2) endotermické reakce – teplo je nutno dodat např. (CaCO3→CaO+CO2) reakce skladné – vedou od látek jednodušších ke složitějším např. (2Cu+O2→2CuO) reakce rozkladné – vedou od látek složitějších k jednodušším např. (CaCO3→CaO+CO2) Rychlost chemické reakce závisí na: koncentraci látek v roztoku na velikosti povrchu pevné látky na teplotě na přítomnosti katalyzátoru (látka urychlující reakci např. MnO2) na druhu látky Redoxní reakce Jsou to chem. reakce, při kterých se mění oxidační čísla atomů. Každá redoxní reakce se skládá z oxidace a redukce. oxidace-je reakce, při které se zvětší oxidační číslo atomu prvku např. 2Mg0→2MgII redukce-je reakce, při které se zmenší oxidační číslo atomu prvku např. O20→2O-II Příkladem redoxního děje je hoření, elektrolýza, výroba železa, koroze a děje v elektrochemickém článku (galvanický článek). elektrolýza – je rozklad látky působením stejnosměrného el. proudu. Slouží k výrobě Al, Mg, Zn, Cl, H, NaOH, KOH, O2, čištění kovů a jejich pokovování. oxidační činidla – jsou látky, které způsobují oxidaci, sami se redukují (např. kyslík) redukční činidla – jsou látky, které způsobují redukci, sami se oxidují (např. uhlík)
Chemické reakce 1) Zákon zachování hmotnosti Součet hmotností výchozích látek a produktů se během chemické reakce nemění. 2) Zákon zachování energie Energie při chemických reakcích nevzniká ani nezaniká, mění se pouze jedna forma energie v jinou. Může se projevovat jako teplo, světlo nebo elektrická energie, naopak dodání tepla, světla nebo el. energie může vést k chem. reakcím. exotermické reakce – vzniká při nich teplo např. (2HCl+Zn→ZnCl2+H2) endotermické reakce – teplo je nutno dodat např. (CaCO3→CaO+CO2) reakce skladné – vedou od látek jednodušších ke složitějším např. (2Cu+O2→2CuO) reakce rozkladné – vedou od látek složitějších k jednodušším např. (CaCO3→CaO+CO2) Rychlost chemické reakce závisí na: koncentraci látek v roztoku na velikosti povrchu pevné látky na teplotě na přítomnosti katalyzátoru (látka urychlující reakci např. MnO2) na druhu látky Redoxní reakce Jsou to chem. reakce, při kterých se mění oxidační čísla atomů. Každá redoxní reakce se skládá z oxidace a redukce. oxidace-je reakce, při které se zvětší oxidační číslo atomu prvku např. 2Mg0→2MgII redukce-je reakce, při které se zmenší oxidační číslo atomu prvku např. O20→2O-II Příkladem redoxního děje je hoření, elektrolýza, výroba železa, koroze a děje v elektrochemickém článku (galvanický článek). elektrolýza – je rozklad látky působením stejnosměrného el. proudu. Slouží k výrobě Al, Mg, Zn, Cl, H, NaOH, KOH, O2, čištění kovů a jejich pokovování. oxidační činidla – jsou látky, které způsobují oxidaci, sami se redukují (např. kyslík) redukční činidla – jsou látky, které způsobují redukci, sami se oxidují (např. uhlík)
1
Úvod do organické chemie Organické látky jsou sloučeniny uhlíku. Jsou většinou těkavé, hořlavé a nerozpustné ve vodě. Uhlík se váže v organických látkách nejčastěji na H, O, N, S, P. Přírodními zdroji organických látek jsou ropa, uhlí, zemní plyn a živé organismy. Patří sem i sloučeniny vyrobené člověkem uměle (synteticky). Sloučeniny uhlíku a) pevná – (dřevo, uhlí, koks) b) kapalná – (benzín, motorová nafta) c) plynná – (zemní plyn, propanbutanová směs) Jejich reakce s kyslíkem jsou exotermické. Hlavním zdrojem paliv jsou přírodní (fosilní) suroviny-uhlí, ropa, zemní plyn. Fotosyntéza: 6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2 (podmínkou je světlo, katalyzátor chlorofyl) Je to složitý oxidačně redukční děj, jejím produktem je glukóza (C6H12O6) a kyslík. Buněčné dýchání: C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O Kovalentní chemická vazba: Je dvojice valenčních elektronů ve strukturním vzorci, je znázorněna čárkou mezi značkami prvků (valenční čárka). Atom uhlíku je čtyřvazný-váže se s jinými atomy čtyřmi vazbami. Paliva:
Druhy vazeb:
jednoduchá: dvojná: trojná:
Typy řetězců:
otevřené (acyklické) uzavřené (cyklické)
C-C C=C C≡C
Úvod do organické chemie Organické látky jsou sloučeniny uhlíku. Jsou většinou těkavé, hořlavé a nerozpustné ve vodě. Uhlík se váže v organických látkách nejčastěji na H, O, N, S, P. Přírodními zdroji organických látek jsou ropa, uhlí, zemní plyn a živé organismy. Patří sem i sloučeniny vyrobené člověkem uměle (synteticky). Sloučeniny uhlíku a) pevná – (dřevo, uhlí, koks) b) kapalná – (benzín, motorová nafta) c) plynná – (zemní plyn, propanbutanová směs) Jejich reakce s kyslíkem jsou exotermické. Hlavním zdrojem paliv jsou přírodní (fosilní) suroviny-uhlí, ropa, zemní plyn. Fotosyntéza: 6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2 (podmínkou je světlo, katalyzátor chlorofyl) Je to složitý oxidačně redukční děj, jejím produktem je glukóza (C6H12O6) a kyslík. Buněčné dýchání: C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O Kovalentní chemická vazba: Je dvojice valenčních elektronů ve strukturním vzorci, je znázorněna čárkou mezi značkami prvků (valenční čárka). Atom uhlíku je čtyřvazný-váže se s jinými atomy čtyřmi vazbami. Paliva:
Druhy vazeb:
jednoduchá: dvojná: trojná:
Typy řetězců:
otevřené (acyklické) uzavřené (cyklické)
C-C C=C C≡C
2
Uhlovodíky 1) Ropa Je tmavá, oleji podobná kapalina výrazného zápachu, menší hustoty než voda. Ropa se nejdříve zbavuje hrubých příměsí (písek) a vody. Pak následuje frakční destilace v průmyslových destilačních kolonách. Během ní se na základě rozdílné teploty varu oddělují směsi uhlovodíků s blízkou teplotou varu-frakce. Produkty destilace ropy a jejich využití: plynné uhlovodíky: směs propanu a butanu (významné palivo-v domácnosti, cestovní vařiče, automobily na LPG. benzín: palivo spalovacích motorů, rozpouštědlo, čistící prostředek petrolej: palivo pro letadla, na výrobu benzínu, ke svícení plynový olej: motorová nafta: palivo dieselových motorů, topná nafta mazut: palivo (v teplárnách, kotelnách, na lodích) oleje: mazadla strojních zařízení a motorů , získává se z nich parafin (svíčky, leštidla) a různé vazelíny (mazadla), čisté vazelíny (masti a krémy ve zdravotnictví). asfalt: úprava povrchu vozovek, izolační materiál proti vlhkosti ve stavebnictví Po frakční destilaci následují postupy, jimiž se mění a upravuje chemické složení získaných frakcí, popřípadě se získávají zcela nové sloučeniny (petrochemické suroviny). 2) Zemní plyn Využívá se především jako palivo. Jeho hlavní složkou je methan –CH4 (90%). Zbytek tvoří ethan, propan, butan, CO2… Zemní plyn se také využívá jako chemická surovina k výrobě vodíku, sazí (pro gumárenský průmysl) a syntézního plynu (směs CO a H2) tj. surovina pro výrobu organických látek. Přepravuje se buď v kapalné formě (tankery) nebo v plynné formě (plynovody). 3) Uhlí Využívá se především jako palivo, výhodnější je však jeho zpracování v plynárnách a koksovnách –zahřátí bez přístupu vzduchu na 900°C-karbonizace. Vzniká při tom: koks: (výroba Fe, páleného vápna…) plyn: (koksárenský nebo svítiplyn-k topení) dehet: (benzen, naftalen)
ALKANY Jsou to uhlovodíky s jednoduchými vazbami mezi atomy uhlíku a zakončením an. METHAN (CH4)-složka zemního, důlního a bahenního plynu. Použití: palivo, výroba acetylenu, vodíku, sazí. Strukturní vzorec:…
ETHAN (C2H6)-vyskytuje se v zemním plynu Vzorec…
3
PROPAN (C3H8)
BUTAN (C4H10)
Mají větší hustotu než vzduch. Použití: palivo, automobily na LPG. Všechny uvedené alkany jsou bezbarvé plyny-se vzduchem tvoří výbušnou směs. Typy vzorců: A) souhrnné: C2H6 B) strukturní: C) racionální: CH3CH3
ALKENY Jsou uhlovodíky, obsahují jednu dvojnou vazbu mezi atomy uhlíku, zakončení en. ETHYLEN (ETHEN): C2H4 Vzorec:
Bezbarvý , hořlavý plyn nasládlé vůně. Použití: surovina pro výrobu polyethylenu-(polymer), při dozrávání ovoce ve skladech. PROPYLEN (PROPEN): (C3H6) Použití: výroba polypropylenu-(polymer) Uč. Str. 42/1-vypracovat do sešitu
ALKYNY Jsou uhlovodíky, obsahují jednu trojnou vazbu mezi atomy uhlíku, zakončení yn. ACETYLEN (ETHYN) (C2H2)-plynná, bezbarvá, hořlavá látka Vzorec Použití: při sváření a řezání kovů, surovina pro výrobu PVC, kyseliny octové. V tlakových nádobách označených bílým pruhem.
ARENY Jsou uhlovodíky, které obsahují v molekule benzenový kruh (uč. str. 47) Jejich zdrojem je černouhelný dehet a ropa. Benzen (C6H6): hořlavá jedovatá kapalina, páry benzenu mají rakovinotvorné účinky. Toluen (methylbenzen) (C6H5CH3): použití: rozpouštědlo barev a laků, k výrobě výbušnin TNT (trinitrotoluen) CH3 –tzv. uhlovodíkový zbytek - methyl, vznikne oddělením jednoho atomu H od methanu, podobně ethyl CH3CH2, propyl Naftalen (C10H8): 2 benzenové kruhy, typicky páchnoucí látka. Použití: výroba barviv a plastů, dříve k ochraně kožešin a vlněných výrobků před moly.
DERIVÁTY UHLOVODÍKŮ
4
Jsou organické látky, které se odvozují náhradou atomů vodíku v uhlovodíku atomy nebo skupinami atomů jiných prvků (O, N, S, Cl, F…). Halogenderiváty uhlovodíků Obsahují kromě C, H, také halogeny (F, Cl, Br, I). chlormethan (CH3Cl, tzv. methylchlorid)-použití: místní znecitlivění (anesteze). -C-
trichlorfluormethan (CCl3F)=Freony-zakázány chlorethen (CH2=CHCl, tzv. vinylchlorid) výchozí látka pro výrobu PVC
Kyslíkaté deriváty uhlovodíků Obsahují kromě C, H, také O. Alkoholy Jsou deriváty uhlovodíků, které mají v molekule vázánu hydroxylovou skupinu - OH. Mají zakončení - ol. methanol (CH3OH, methylalkohol) - kapalná látka, velmi nebezpečný jed, rozpouštědlo, palivo do motorů, k výrobě formaldehydu→(plasty). ethanol (CH3CH2OH, ethylalkohol) - kapalná látka, dobře se mísí s vodou a je to droga použití: rozpouštědlo, palivo (líh), k výrobě acetaldehydu, kyseliny octové, součást piva, destilátů aj. denaturovaný líh - z ethylenu, přidání páchnoucích přísad ethylenglykol (HOCH2CH2OH) - odvozený od ethanu, kapalina neomezeně mísitelná s vodou, nebezpečný jed! použití: do nemrznoucích směsí, surovina pro výrobu plastů a syntetických vláken glycerol (HOCH2CHOHCH2OH) - odvozený od propanu, kapalina neomezeně mísitelná s vodou nasládlé chuti použití: v potravinářství, kosmetice, k výrobě plastů, výbušnin, léků
Aldehydy a Ketony (karbonylové sloučeniny) Jsou deriváty uhlovodíků, které obsahují karbonylovou skupinu C=O. Aldehydy formaldehyd (HCHO, methanal)-plynná, štiplavě páchnoucí jedovatá látka (rakovinotvorné účinky)! použití: surovina k výrobě plastů, dezinfekční a konzervační prostředek acetaldehyd (CH3CHO), ethanal)-kapalina štiplavého zápachu, důležitý průmyslový meziprodukt použití: výroba plastů a kyseliny octové Ketony aceton (CH3COCH3)-těkavá a hořlavá kapalina použití: důležité rozpouštědlo barev a laků, k výrobě plastů
Organické kyseliny
5
Obsahují karboxylovou skupinu COOH, proto označení karboxylové kyseliny. kyselina mravenčí (HCOOH, methanová kyselina)-je součástí mravenčího jedu použití: barvářství, gumárenství, dezinfekční a konzervační prostředek kyselina octová (CH3COOH, ethanová kyselina)-kapalná, štiplavě páchnoucí látka, která působí leptavě na pokožku použití: potravinářství (ocet), rozpouštědlo, výroba barviv, plastů, solí a esterů Esterifikace: je chemická reakce mezi kyselinou a alkoholem, vzniká ester a voda. Přírodní látky Tuky - jsou estery glycerolu a vyšších mastných kyselin (např. palmitová, stearová, olejová, …). Jsou složkou potravy, v organismech vznikají esterifikací. GLYCEROL+VYŠŠÍ MASTNÉ KYSELINY→TUK+VODA Zdroj: rostliny - semena máku, slunečnice, řepky, lnu, sóji, aj. → rostlinné oleje. živočichové - máslo, sádlo, lůj (z hovězího masa) → živočišné tuky. Tuky a oleje se ve vodě nerozpouštějí, rozpouštějí se v organických rozpouštědlech (benzin, toluen, …). Ztužování tuků: účinkem vodíku a katalyzátoru (Ni) vznikají z dvojných vazeb vazby jednoduché, kapalné oleje se mění v tuhé tuky výhoda - vyšší trvanlivost, odolnost proti žluknutí. Výroba mýdel: tuky společně s NaOH nebo KOH se využívají k jejich výrobě. Mýdla - jsou sodné nebo draselné soli vyšších mastných kyselin. Společně se saponáty patří k tzv. detergentům, což jsou výrobky s čistícím a pracím účinkem. Saponáty jsou účinnější než mýdla, ale jsou zdrojem znečištění životního prostředí.
Sacharidy Rozdělení podle složení: 1) Monosacharidy glukosa: (C6H12O6, hroznový cukr)-bílá krystalická, ve vodě rozpustná látka, produkt fotosyntézy, nachází se v krvi, zdroj energie pro organismy, složka ovoce a medu, použití: v lékařství umělá výživa (5%roztok), k přípravě sorbitu fruktosa: (C6H12O6, ovocný cukr)-obsažena v ovoci a medu, nejsladší sacharid 2) Disacharidy sacharosa: (C12H22O11, řepný cukr)-bílá krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě, výrazná sladká chuť, je obsažena v řepě cukrovce a cukrové třtině. použití: sladidlo, konzervační prostředek, melasa (odpad cukrovarů-výroba kyseliny citronové, krmivo) maltosa: (C12H22O11, sladový cukr)-sladidlo, vznik ve sladu při výrobě piva→zkvašování na CH3CH2OH a CO2 laktosa: (C12H22O11, mléčný cukr), v mléku použití: farmacie 3) Polysacharidy škrob: (C6H10O5)n-bílá, ve vodě velmi málo rozpustná látka, zásobní sacharid rostlin, složka potravy (brambory, chléb,a ostatní výrobky z mouky, rýže). použití: výroba lepidel, plastů, škrobového cukru. glykogen: (C6H10O5)n-zásobní sacharid živočichů, ukládá se v játrech a ve svalech, v případě potřeby se štěpí na jednoduchý cukr→zdroj energie celulosa: (C6H10O5)n-bílá pevná látka, stavební sacharid rostlin, složka potravy býložravců a všežravců výskyt: velmi čistá v tobolkách bavlníku, stonky lnu a konopí, dřevo stromů asi 50% celulosy→použití: výroba papíru, plastů, vláken, výbušnin. Monosacharidy a disacharidy jsou sladké, polysacharidy sladké nejsou.
6
