Kemija 1

4,361 views
4,158 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
4,361
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3
Actions
Shares
0
Downloads
34
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Kemija 1

  1. 1. - ČISTE TVARI -<br />Tvar je prema definiciji sve što zauzima prostor i posjeduje masu. Tvar se u prirodi nalazi u tri agregatna stanja: čvrstom, tekućem i plinovitom.<br />Dakle, bilo koji oblik materije naziva se TVAR ili supstancija. Mogu se podijeliti u dvije grupe:<br /><ul><li>HOMOGENE TVARI (u svakom djeliću su iste)
  2. 2. ČISTE TVARI ( homogene tvari točno određenog i stalnog kemijskog sastava i drugih karakterističnih konstantnih osobina). Kemičari dalje dijele čiste tvari na
  3. 3. Kemijske elemente (čiste tvari koje se ne mogu rastaviti kemijskom reakcijom)
  4. 4. Kemijske spojeve (čiste tvari koje se mogu rastaviti kemijskom reakcijom)
  5. 5. HOMOGENE SMJESE (homogene tvari sastavljene od smjesa čistih tvari, njima pripadaju i ČVRSTE ili KRISTALNE otopine, to su smjese čistih tvari u kristalnom stanju i PLINSKE SMJESE, smjese raznih plinovitih čistih tvari.
  6. 6. HETEROGENE TVARI (su sastavljene od odjeljenih djelića homogenih tvari)</li></ul>Za rastavljanje čistih tvari iz heterogenih ili homgenih smjesa služi FRAKCIONIRANJE. Postupak frakcioniranja sastoji se u tome da odjelimo od istraživane tvari dijelić tzv. FRAKCIJU, i tu operaciju, ako je potrebno, ponovimo više puta. Ako je frakcija uvijek identična s ostatkom istraživane tvari, istraživana tvar je ČISTA, a ako je drugih osobina, istraživana tvar je SMJESA. Za frakcioniranje čistih tvari služe nam mehanički postupci:<br /><ul><li>OTAPANJE topljivih tvari u pogodnom otapalu i odjeljivanje otopljenog od neotopljenog: FILTRIRANJEM, SEDIMENTIRANJEM i CENRIFUGIRANJEM
  7. 7. FILTRIRANJEM se odjeljuje talog od tekućine ili otopine. Na filtru ostaje TALOG a kroz njega prolazi FILTRAT.
  8. 8. SEDIMENTIRANJE se koristi kad je tvar znatno teža odnosno lakša od tekuće tvari tako da se slegne na dno odnosno ispliva na površinu.
  9. 9. CENTRIFUGIRANJE je sedimentiranje pod utjecajem znatnih centrifugalnih sila.
  10. 10. DIJALIZIRANJE
  11. 11. FLOTACIJA
  12. 12. MAGNETSKO ODJELJIVANJE
  13. 13. DESTILACIJA
  14. 14. KONDENZACIJA
  15. 15. KROMATOGRAFIJA
  16. 16. SUBLIMACIJA</li></ul>Svojstva čistih tvari dijele se u dvije skupine:<br /><ul><li>FIZIČKA (gustoća, tvrdoća, talište, vrelište, kristalni oblik, topljivost, itd.)
  17. 17. KEMIJSKA (očituju se pri njihovim kemisjkim reakcijama, tj. kad pri kemijskim reakcijama prelaze u druge tvari.)</li></ul>Kemijsku reakciju rastavljanja kemijskog spoja na elementrane tvari nazivamo ANALIZOM a nastajenje kemijskog spoja SINTEZOM.<br />ŽIVA-OKSID analiza ŽIVA + KISIK<br /> sinteza<br />- STRUKTURA ČISTIH TVARI -<br />Većina čistih tvari u čvrstom stanju je kristalične prirode. Kristalna tvar ima određen volumen i oblik koji mijenja samo pod utjecajem znatnih sila. KRISTALNA STRUKTURA tvari jeste cjelokupan poredak strukturnih jedinica u prostornoj rešetki. PROSTORNA REŠETKA je sustav točaka koje predstavljaju mjesta sa identičnom okolinom u istom smjeru u kristalu. Najmanji dio prostorne rešetke, koji ponavljan u tri dimenzije daje cijelu kristalnu strukturu je JEDINIČNA ĆELIJA. Imamo jednostavno centriranu,bazno centriranu, prostorno centriranu i plošno centriranu jediničnu ćeliju. Strukturne jedinice zbijene su jedna do druge pa ih nazivamo GUSTIM ili ZBIJENIM slagalinama. Kod plošno centrirane ćelije je najgušća slagalina. Imamo 14 jediničnih ćelija koje spadaju u sedam kristalnih sistema:<br /><ul><li>KUBIČNI (jedinična ćelija je kocka)
  18. 18. (JEDNOSTAVNA-PROSTORNO-PLOŠNO)
  19. 19. HEKSAGONSKI (šesterokuti naslagani jedan povrh durgog)
  20. 20. TRIGONSKI (jednaka duljina bridova ali nisu međusobno okomiti)
  21. 21. TETRAGONSKI (kocka je izdužena u jednom smjeru)
  22. 22. (JEDNOSTAVNA-PROSTORNO)
  23. 23. ROMPSKI (bridovi okomiti ali im je duljina u sva tri smjera različita)
  24. 24. (JEDNOSTAVNA-BAZNA-PROSTORNO-PLOŠNO)
  25. 25. MONOKLINSKI (razlikuje se od rompskog time što bridovi uzudž jedne osi nisu okomiti s ravninom koju čine druge dvije osi)
  26. 26. (JEDNOSTAVNA-BAZNO)
  27. 27. TRIKLINSKI (nijedna od triju osi nije okomita na bilo koju drugu os)
  28. 28. (JEDNOSTAVNA)</li></ul>Prema tome kristalna struktura određena je jediničnom ćelijom koja je pak određena dimenzijama, razmakom pojedinih strukturnih jedinica, kao i njihovim rasporedom i brojem u jediničnoj ćeliji.<br />Molekulska struktura čistih tvari<br />Kristali kojima su jedinice molekule nazivamo MOLEKULSKIM KRISTALIMA. Sile koje vežu molekulske kristale zovu se VAN DER WALSOVE privlačne sile. Intermolekularne sile su slabije od interatomskih zato djeluju samo kad su molekule međusobno zbijene. Povisimo li temperaturu molekule jače osciliraju i zbog toga se udaljavaju od intermolekularnih sila. Nalazi li se kristal u zatvorenom prostoru molekule će opet oscilirajući doći u kontakt sa kristalom a time i njegovim intermolekularnim silama i ponovo ući u kristalnu strukturu. Kada nastupi momenat kada u kristal ulazi isti broj molekulao kao što iz njega izlazi kažemo da je nastupilo RAVNOTEŽNO STANJE.<br />Kondenzacija para direktno u čvrsto stanje naziva se SUBLIMACIJA.<br />PLIN nema ni svoj volumen ni oblik, već poprima oblik i volumen posude u kojoj se nalazi. Posljedica udaranja molekula o stjene posude je TLAK PLINA. S porastom temperature rastu i tlak i volumen.<br />TEKUĆINA zauzima određen volumen ali nema svoj oblik već ga poprima od posude u kojoj se nalazi.<br />Zagrijavanjem na određenoj temperaturi(TALIŠTE) čvrsta tvar prelazi u tekućinu. Zagrijavamo li tekućinu dalje ona prelazi u paru (temperatura VRELIŠTA). Temperatura na kojoj su u ravnoteži čvrsto i tekuće stanje tvari nazivamo TALIŠTEM čvrste tvari ili LEDIŠTEM tekućine.<br />- RELATIVNA ATOMSKA I MOLEKULSKA MASA -<br />John Dalton je uveo pojam RELATIVNE ATOMSKE MASE i uzeo za osnovu atomske težine vodik kao najlakši element pridruživši mu atomsku težinu 1<br />Armama(H)<br />Relativne atomske mase mogu se odnositi i na kisik kao standard kojemu je dodjeljena vrijednost 16. Točnijim mjerenjima ustanovljeno je da se odnos masa vodika i kisika 1:16 razlikuje za oko 1%. Kako je većina relativnih atomskih masa određivana prema kisiku, dogovoreno je da se za relativnu atomsku masu kisika uzme 16,000 a da se vodik korigira na 1,0078<br />Arma116ma(O)<br />Otkrićem izotopa (identični kemijski elementi koji se razlikuju samo po broju neutrona u jezgri) uvedene su dvije skale relativnih atomskih masa – FIZIČKA i KEMIJSKA. Fizička je kao standard uzimala kisikov izotop 16O, a kemijska izotopsku smjesu kisika. S obzirom da maseni udio triju izotopa kisika nije uvijek posvuda isti, uveden je prikladniji standard ugljikov izotom 12C.<br />Arma112ma(12C)<br />Relativna molekulska masa tvari jednaka je zbroju masa atoma u molekuli,<br />Mr=iAr i<br />Kako se relativne atomske mase odnose na 12C kao standard onda je:<br />Mrmf112ma(12C)<br />Gdje je mf-formulska jedinka<br />MOL i masa atoma i molekula<br />MOL je količina(množina) tvari koja sadrži toliko jedinki koliko ima atoma u 12g ugljikovog izotopa 12C. Taj broj se naziva AVOGARDOVIM brojem. Prema tome mol sadrži Avogardov broj jedinki.<br />U masi m neke tvari je množina n jedinki te tvari, a masu i množinu povezuje molarna masa M te tvari prema izrazu<br />M=mn=kgmol<br />Decimalna jedinica molarne mase je gmol-1 . Za određenu tvar molarna masa M je konstantna veličina brojčano jednaka relativnoj atomskoj masi Ar, odnosno relativnoj molekulskoj masi Mr. Može se dakle zaključiti da 1 mol neke tvari sadrži onoliko grama te tvari kolika je njena relativna molekulska masa<br />- PERIODNI SUSTAV ELEMENATA -<br />Mendeljejev je elemente svrstao prema relativnim atomskim masama i kemijskim svojstvima.<br />Periodni zakon elemenata glasi:<br />Elektronska struktura atoma a time i svojstva i sastav čistih tvari periodički ovise o naboju jezgre elemenata.<br />Atomi u periodnom sistemu elemenata svrstani su prema rastućem atomskom broju.<br />Elementi su svrstani u 7 horizontalnih redova PERIODA i 18 vertikalnih stupaca SKUPINA.<br />Svaka perioda počinje Alkalijskim elementom a završava elementom Plemenitog plina.<br />Elementi iste skupine grade čiste tvari sličnih kemijskih i fizičkih svojstava – SRODNICI.<br />Elementi u skupinama 1,2 i 12 do 18 nazivaju se GLAVNIM ELEMENTIMA.<br />Od 3 do 11 skupine – PRIJELAZNI ELEMENTI, a u 3. Skupini 6. i 7. Periode – UNUTARNJI PRIJELAZNI ELEMENTI (lantanidi i aktinidi).<br />Elementi na lijevoj strani sustava čine METALE a na desnoj NEMETALE. Na prijelzu iumeđu njih su POLUMETALI.<br />Prema agregatnom stanju elemeni su:<br />11 su plinovi (vodik, kisik, dušik, fluor, klor, helij, neon, argon, kripton, xenon i radon)<br />2 su tekućine (brom i živa)<br />Sve ostalu su čvrste tvari<br />- ZAKONI SPAJANJA PO MASI -<br />Postoje četiri zakona prema kojima se atomi elemenata spajaju u kemijske spojeve:<br /><ul><li>ZAKON O ODRŽANJU MASE
  29. 29. Za vrijeme neke kemijske reakcije ne mijenja se ukupna masa tvari koje sudjeluju u toj reakciji.
  30. 30. ZAKON STALNIH OMJERA MASA
  31. 31. Atomi elemenata spajaju se u kemijske spojeve u stalnim omjerima masa
  32. 32. ZAKON UMNOŽENIH MASA
  33. 33. Kada dva elementa tvore više od jednog kemijskog spoja onda su mase jednog elementa u jednostavnim brojčanim omjerima s masom drugog elementa (1:2:2, itd)
  34. 34. ZAKON SPOJNIH MASA (o kemijskim ekvivalentima)
  35. 35. Mase dviju elementarnih tvari koje reagiraju sa nekom trećom elementarnom tvari iste mase reagiraju i međusobno a isto tako i sa nekom četvrtom tvari jednake i određene mase</li></ul>DALTONOVA TEORIJA ATOMA<br />Daltonovu teoriju atoma možemo sažeti u četiri postulata:<br /><ul><li>Atomi su realne najsitnije čestice materije koje se ne mogu dalje dijeliti pri kemijskoj reakciji
  36. 36. Atomi jednog te istog elementa su slični i jednake mase
  37. 37. Atomi različitih elemenata imaju različita svojstva i različite su mase
  38. 38. Kemijski spojevi nastaju spajanjem dotičnih elemenata a čestica koja nastaje naziva se MOLEKULA.</li></ul>Ova četiri postulata tumače sva četiri zakona kemijskog spajanja po masi:<br />Pri kemijskoj reakciji samo se raspoređuju atomi između reagirajućij i nastalih tvari dok je njihova ukupna masa u sistemu ostala nepromijenjena, što i traži zakon o održanju mase. Spajaju li se atomi elemenata u jednostavnim brojčanim omjerima ti su brojčani omjeri masa jednaki omjeru masa spojenih atoma. Prema tome su stalni i umnoženi omjeri masa jednaki omjeru apsolutnih masa atoma.<br /><ul><li>Ar=mama(H)</li></ul>ZAKON VOLUMNIH OMJERA PLINOVA (Gay-Lussac)<br />Volumeni plinova koji međusobno reagiraju ili nastaju kemijskom reakcijom stoje u omjeru malih cijelih brojeva kada su mjerenja obavljena pri stalnom tlaku i temperaturi.<br />1dm3 vodika + 1dm3 klora = 2dm3 klorovodika<br />Natoma vodika + Natoma klora = 2Natoma klorovodika<br />AVOGARDOVA HIPOTEZA O MOLEKULAMA<br />Avogardo je pretpostavio da najmanje čestice nekog plina nisu slobodni atomi već skupine malog broja atoma koje je nazvao MOLEKULAMA.<br />Plinovi jednakog volumena pri istoj temperaturi i tlaku sadrže isti broj molekula<br />1dm3 vodika + 1dm3 klora = 2dm3 klorovodika<br />Nmolekula vodika + Nmolekula klora = 2Nmolekula klorovodika<br />Mr=Ar<br />- ELEKTRONSKA STRUKTURA ATOMA -<br />Valne duljine svih valova čine ELEKTROMAGNETNI SPEKTAR. Užarena tijela i tekućine emitiraju zrake svih valnih duljina tj. KONTINUIRANI SPEKTAR dok užareni plinovi emitiraju zrake samo određene valne duljine tj. LINIJSKI SPEKTAR. Takav određen linijski spektar karakterističan je za svaki kemijski element te se na temelju njega mogu identificirati i odrediti elementi u uzorku (SPEKTRALNA ANALIZA). Za tu vrstu analize koristi se SPEKTROGRAF čiji je glavni dio OPTIČKA REŠETKA koja zraku svjetlosti rastavi u njezin spektar – APSORPCIJSKI SPEKTAR.<br />Tvari apsorbiraju (ugase) točno određena spektralna područja, odnosno zrake točno određene valne duljine.<br />U atomima postoje strukturni dijelovi koji mogu emitirati ili apsorbirati elektromagnetske valove. Nizozemski fizičar LORENTZ ustvrdio je da su elektroni ti koji apsorbiraju ili emitiraju svjetlost.<br />KVANTNA TEORIJA (PLANCK)<br />S porastom temperature tijela raste gustoća energije zračenja i maksimum zračenja pomiče se prema kraćim valnim duljinama.<br />PLANCK je postavio kvantnu teoriju diskontinuiranosti energije:<br />Užareno tijelo ne može emitirati ili apsorbirati energiju zračenja određene valne duljine u bilo kako malim količinama, već samo višekratnik od određenog najmanjeg KVANTA energije koji je za svaki titraj u sekundi različit i njemu proporcionalan.<br />Planckova jednadžba:<br />E=hᶌ<br />(E-energija kvanta zračenja, ᶌ-broj titraja, h-planckova konstanta)<br />Dakle energija koju može emitirati ili apsorbirati neko tijelo je<br />E=nhᶌ <br />(n-broj oscilatora)<br />FOTOELEKTRIČNI EFEKT<br />Nakon kvantne teorije otkrivena je i pojava FOTOELEKTRIČNI EFEKT koja je pokazala da elektroni u tvarima apsorbiraju energiju zračenja u kvantima svjetlosti i primljenom energijom mogu se osloboditi iz zračene tvari. Maksimalna duljina vala koji još izaziva fotoelektrični efekt, naziva se FOTOELEKTRIČNI PRAG.<br />Einstein je rastumačio fotoelektrični efekt:<br />Metal apsorbira svjetlost i cijela energija jednog fotona pretvara se u energiju fotoelektrona. Jedan dio te energije elektron upotrijebi da izađe iz metala (Ei-energija izlaženja) dok preostali dio ostaje kao kinetička energija fotoelektrona mv22<br />hᶌ=Ei + mv22<br />Kako je mv22=eU, gdje je U potencijalna razlika potrebna da zaustavi struju fotoelektrona<br />eU=hᶌ-Ei<br />- BOHROV MODEL ATOMA -<br />RUTHERFORDOV model atoma kaže da elektron kruži oko jezgre analogno kruženju Zemlje oko sunca no Newtonovom zakonu gibanja. Međutim to nije moguće i ne može dati objašnjenje linijskih spektara jer bi po njemu vodikov atom morao dati spektar svih valnih duljina a na kraju bi elektron pao u jezgru što bi dovelo do uništenja atoma.<br />BOHR je ponudio rješenje linijskih spektara<br />Tvari mogu apsorbirati ili emitirati energiju samo u kvantima energije.<br />Vodikov atom može emitirati kvant svjetlosti samo kad elektron skoči na određenu putanju bliže jezgri na kojoj ima manje energije hᶌ<br />BOHROVI POSTULATI<br /><ul><li>postulat</li></ul>Elektron ne može kružiti oko jezgre po bilo kojim, već samo pod točno određenim kvantiziranim stanjima. To su tzv. dopuštene ili stacionarne staze; gibajući se po njima elektron se nalazi u stacionarnom stanju, ne gubi energiju zračenjem elektromagnetskih valova..<br />Elektron vraćanjem iz višeg u niži energisjki nivo OSLOBAĐA (emitira) određenu količinu energije<br />hᶌ=E2-E1<br /><ul><li>postulat</li></ul>Apsorpcija i emisija energije zbiva se samo prilikom prelaska elektrona s jedne dopuštene putanje na drugu.<br /><ul><li>postulat</li></ul>Vodikov linijski spektar sastoji se iz više serija orbita ako se pretpostavi da su mogući skokovi elektrona u bilo koji energijski nivo.<br />KRUŽENJE ELEKTRONA OKO ATOMSKE JETZGRE<br />Sila koja djeluje na elektron da se okreće oko jezgre je Centripetalna sila privlačenja F i jednaka je prema Newtonovom zakonu gibanja umnošku mase m i akceleracije, koja je pri kružnom gibanju jednaka v2r<br />F=-mv2r<br />Gdje negativni predznak označava silu privlačenja koja mora biti jednaka Coulombovoj sili privlačenja između naboja jezgre +Ze i naboja elektrona -e<br />F=-kZe∙er2= -kZe2r2<br />-mv2r=-kZe2r2<br />mv2=kZe2r<br />Jednadžba je odnos između kinetičke i potencijalne energije elektrona jer je možemo pisati<br />mv22= 12kZe2r<br />Dakle kinetička energija elektrona jednaka je polovici njegove potencijalne energije<br />Bohr je dalje pretpostavio da je umnožak impulsa elektrona m v i opsega kružne putanje 2 r π cjelobrojni višekratnik n(1,2,3...) Planckova kvanta djelovanja:<br />mvr2π=nh<br />mvr=nh2π<br />To je tzv. Prvi Bohrov kvantni uvjet a h2π je Bohrova konstanta. Kvadriranjem dobijemo:<br />m2v2r2=n2h24π2<br />Kako je mv2=kZe2r to je:<br />mrZe2k=n2h24π2<br />Iz jednadžbe se vidi da se elektron može kretati samo po putanjama kojima je radijus određen sa:<br />r=n2h24π2mZe2k<br />

×