2. Co určuje vlastnosti materiálů
Chemické složení
• Druh atomů
Vazby atomů
• Molekulární síly
Mezimolekulární síly
• Nevazebné interakce
Konečné zpracování
materiálu
3. Chemické složení – druh atomů
Hlavní rozlišení: (důležitější pro strojaře než elektronegativita)
kovy – nekovy
Vlastnosti atomů na „rozhraní“ mezi kovy a nekovy
Příklad: Hliník – Křemík
Hliník – kov – nízký bod tání, měkký, elektricky dobře vodivý
fluorid hlinitý – krystalická iontová látka
oxid hlinitý – krystalický, velmi tvrdý, podíl iontovosti vazby stačí na to, aby jeho
tavenina se mohla elektrolyzovat
Křemík – polokov, vyšší bod tání, křehký, polovodič
fluorid křemičitý – plyn
oxid křemičitý – krystalický, poměrně tvrdý a křehký, nevede elektrický proud ani
v tavenině
4. Vazby atomů
Uvedli jsme v druhé přednášce…
Nutné respektovat, že existují přechodné typy mezi třemi základními typy
vazeb a podle toho se materiály liší ve vlastnostech
Vyšší podíl iontovosti – vyšší body tání, vyšší křehkost
Vyšší podíl kovové vazby – vyšší elektrická a tepelná vodivost, nižší křehkost
Vyšší podíl kovalentnosti – nižší body tání, měkčí materiály více nevodivé
Pozor na výjimky: sloučeniny
„makromolekulární“
se mohou odlišovat
od látek s malými molekulami
… …
5. Polymery ‒ makromolekulární látky
Více…
n CH2CH2 → [CH2CH2 ]n
…CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2…
8. Tuhé látky: iontové krystaly
• V uzlových bodech mřížky anionty a kationty
• Silné elektrostatické interakce (iontová vazba)
• Obvykle tvrdé, křehké, vysoký bod tání
• Špatné vodiče tepla a elektřiny
CsCl ZnS CaF2
9. Tuhé látky: kovalentní krystaly
• V uzlových bodech mřížky atomy
• Pevné kovalentní vazby
• Obvykle tvrdé, vysoký bod tání
• Špatné vodiče tepla a elektřiny
atomy
uhlíku
diamant grafit
10. Tuhé látky: molekulové krystaly
• V uzlových bodech mřížky molekuly
• Slabé mezimolekulární interakce
• Obvykle měkké, nízký bod tání
• Špatné vodiče tepla a elektřiny
11. Tuhé látky: kovové krystaly
• V uzlových bodech mřížky atomy kovu
• Kovová vazba mezi atomy
• Různá tvrdost i body tání
• Dobré vodiče tepla a elektřiny
Průřez krystalem kovu
jádro a vnitřní
elektrony
mobilní “elektronový oblak”
z valenčních elektronů
12. Amorfní látky
V amorfní tuhé látce nelze najít opakované, dobře definované
prostorové uspořádání. Prostorovou strukturou se podobají
amorfní tuhé látky kapalině. Na křivce zahřívání nevykazují
bod tání (tají v rozmezí teplot).
krystalický
křemen (SiO2)
nekrystalické
křemenné sklo
14. Mezimolekulární síly
Vodíkové můstky: vysvětlují vyšší bod varu vody než sirovodíku
Nižší sílu kyseliny fluorovodíkové než má HCl, HBr a HI
Vyšší body varu alkoholů než mají étery stejného sumárního složení
15. Vodíková vazba
• Speciální případ dipól-dipólové interakce.
• Velmi silná interakce, nejsilnější z tzv. van der Waalsových interakcí
(vodíková vazba, dipól-dipól, Londonovy síly).
- Vodíková vazba se projevuje u molekul kde je H vázán na
elektronegativní prvek (zvláště F, O, N).
Srovnání bodů
varu podobných
sloučenin prvků
4.-7. periody
16. H-vazba, srovnání vazebných sil
K vypaření 1 molu vody je třeba 41 kJ (intermolekulární)
K rozrušení všech vazeb O-H v 1 molu vody je třeba 930
kJ (intramolekulární)
18. Technické plyny
• Plyny jako zdroje energie
• vodík, acetylen, metan…
• Inertní plyny
• dusík, argon, další vzácné plyny
• Speciální plyny
• amoniak, freony
19. Technické plyny
Doprava
technických plynů
Tlakové lahve
Zkapalněné
20. Změna skupenství: fázový diagram
Fázový diagram vymezuje podmínky za kterých látka existuje
v tuhé, kapalné popř. plynné fázi.
Fázový diagram
CO2
při 1 atm
CO2 (s) CO2 (g)
22. Kritické veličiny: zkapalňování
kritická teplota, teplota,
nad kterou daná látka nemůže za žádných
okolností existovat v kapalném skupenství
Minimální tlak, který je při kritické teplotě nutný pro
zkapalnění látky se označuje jako kritický tlak.
25. Stlačené plyny
plnící tlak většiny plynů 19,61 MPa.
závity ventilů pro všechny hořlavé
plyny jsou levotočivé
pro nehořlavé plyny pravotočivé
výjimka acetylén
31. Účinek katalyzátoru na energii reakce
k = A • exp( -Ea/RT ) Ea k
rychlostkatalyzovaná > rychlostnekatalyzovaná
Ea,katalyzovaná< Ea,nekatalyzovaná
32. Vlastnosti látek ze struktury
V uvedeném seznamu označte: C – žíraviny, T – toxické a vysoce toxické
látky, O – oxidovadla, R – redukovadla, N – Látky nebezpečné pro životní
prostředí; H – hořlaviny; K – těkavé látky
CrBr2 H 2 O2 HgSO4
NaMnO4 PCB H2
CH3OCH2CH3 hexafluorpropan AgO
PTFE PbO2 CCl4
Seřaďte látky podle těkavosti
toluen benzen xylen naftalen
33. Homologické řady
CH3OH -> CH3CH2OH -> CH3CH2CH2OH ->…
CH4 -> C2H6 -> C3H8 -> C4H10 -> C5H12 ->…
Teploty varu, tání, rozpustnosti, mísitelnost, ...
CH3CH2OH -> CH3CHO -> CH3COOH -> CO2+H2O
Oxidace
KMnO4; Cr3+; Cr2+; H2SO4; HNO3; NaCl; PbO2; H2O2
Které látky lze použít jako bezpečnou desinfekci?
fluor, chlorid chromnatý, jód, manganistan sodný, peroxid sodíku
35. Beketovova (elektrochemická) řada kovů
Neušlechtilé (elektropozitivní) kovy Ušlechtilé (elektronegativní) kovy
Zvyšuje se schopnost oxidace elementárních kovů do kladných
oxidačních čísel
Li Rb K Cs Ba Sr Ca Na Mg Be Al Mn Ti Zn Cr Fe Cd In Tl Co Ni Sn Pb H2 Bi Cu Os Ru Ag Hg Pt Au
Kov stojící vlevo je schopen kov (v kladném oxidačním stavu) stojící vpravo Kov (v kladném oxidačním stavu) stojícíí
zredukovat a sám se oxiduje vpravo je schopen kov stojící vlevo zoxidovat
a sám se redukuje
ANO Zn + CuSO4 --› Cu + ZnSO4 NE Cu + ZnSO4 -//-› Zn + CuSO4
ANO Mg + ZnSO4 --› Zn + MgSO4 NE Zn + MgSO4 -//-› Mg + ZnSO4
Li Rb K Cs Ba Sr Ca Na Mg Be Al Mn Ti Zn Cr Fe Cd In Tl Co Ni Sn Pb H2 Bi Cu Os Ru Ag Hg Pt Au
Kov stojící vlevo - před vodíkem je schopen vodík (v kladném oxidačním stavu) Kov (v kladném oxidačním stavu) stojící
zredukovat (např. z kyselin) a sám se oxiduje. Kovy stojící velmi daleko před vpravo - za vodíkem je schopen vodík
vodíkem ho zredukují i z vody zoxidovat a sám se redukuje
ANO Zn + 2HCl --› H2 + ZnCl2 NE Cu + 2 HCl -//-› H2 + CuCl2
ANO CuO + H2 --› Cu + H2O NE MgO + H2 -//-› Mg + H2O
ANO 2Na + 2H2O --› H2 + 2NaOH
ANO 3Cu + 8HNO3 --› NO + 3Cu(NO3)2 + 4H2O reakce probíhá, ale není proti smyslu Beketovovy řady, neboť měď
neredukuje vodík (!), ale dusík
NE 2Al + 6HNO3 -//-› 3H2 + 2Al(NO3)3 reakce neprobíhá, ale není proti smyslu Beketovovy řady, [hliník je
pokryt vrstvičkou oxidu hlinitého (tzv. pasivace)]
Standardní elektrochemický potenciál E0
E0 < 0 0 E0 > 0
Slučování s kyslíkem
Reakce s H3O+ z disociované kyseliny
Reakce s H3O+ z vody
Výskyt v přírodě
36. Elektrochemické řady
Systém Poloreakce Potenciál [V]
Li+1 / Li
K+1 / K
Li+1 + e---› Li
K+1 + e---› K
- 3,04
- 2,93 Redukční
činidla
Ba+2 / Ba Ba+2 + 2e---› Ba - 2,92
Ca+2 / Ca Ca+2 + 2e---› Ca - 2,84
Na+1 / Na Na+1 + e---› Na - 2,71
Mg+2 / Mg Mg+2 + 2e---› Mg - 2,36
Al+3 / Al Al+3 + 3e---› Al - 1,68
Mn+2 / Mn Mn+2 + 2e---› Mn - 1,18
Cr+2 / Cr Cr+2 + 2e- --› Cr - 0,90
Zn+2 / Zn Zn+2 + 2e- --› Zn - 0,76
Cr+3 / Cr Cr+3 + 3e- --› Cr - 0,74
SO3 -2 / S SO3 -2 + 6H+ + 4e- --› S + 3 H2O - 0,66
S -2 / S S + 2e- --› S -2 - 0,48
Fe+2 / Fe Fe+2 + 2e- --› Fe - 0,44
Sn+2 / Sn Sn+2 + 2e- --› Sn - 0,14
Fe+3 / Fe Fe+3 + 3e- --› Fe - 0,04
H+ / H2(g) 2H+1 + 2e- --› H2 +0,00
Cu+2 / Cu Cu+2 + 2e- --› Cu +0,34
Cu+1 / Cu Cu+1 + e- --› Cu +0,52
OH -1 / O2 O2 + 2e- --› 2 OH -1 +0,54
I -1 / I2 I2 + 2e- --› 2 I -1 +0,54
Hg2+2/ Hg Hg2+2 + 2e- --› 2Hg +0,79
Ag+1 / Ag Ag+1 + e- --› Ag +0,80
Hg+2/ Hg Hg+2 + 2e- --› Hg +0,85
Br -1 / Br2 Br2 + 2e- --› 2 Br -1 +1,09
Pt+2 / Pt
Cl-1 / Cl2
Pt+2 + 2e- --› Pt
Cl2 + 2e- --› 2 Cl -1
+1,19
+1,36 Oxidační
Au+3 / Au Au+3 + 3e- --› Au +1,42
H2O2 / H2O
F -1 / F2
H2O2 + 2H+ + 2e- --› 2 H2O
F2 + 2e- --› 2 F -1
+1,77
+2,87
činidla
38. Klasifikovaný zápočet [3 kredity]
Úterý a čtvrtky F-F02 09:00--12:00 a 12:00--15:00
První část – písemná na 45 minut – je potřeba mít
alespoň 50 % správně (vzorce a výpočty).
Druhá část písemná 25 minut (teorie)
Celkem – nad 50 % správně = 3 (dobře),
nad 75 % = 2 (velmi dobře), nad 90 % = 1 (výborně)
39. Ukázka testu
Napište vzorce sloučenin: uhličitan vápenatý, kyselina
dusičná, chlorid stříbrný, fluorovodík, kyselina sírová,
síran železnatý, sulfid manganatý, bromid sodný,
oktan, acetylen (etyn).
Napište názvy sloučenin: HBr, Cu2S, KMnO4,
FeCO3, CuSO4, Cr2O3, PbSO4, Al2O3, C3H8, HCOOH.
Jaké látkové množství, kolik molů n, je 150g mědi Cu.
M(Cu) = 63,54 g/mol.
Jaký objem zaujímá 10 molů methanu. VM = 22,4
dm3/mol.
40. Ukázka testu
Neutralizací kyseliny sírové hydroxidem sodným
vznikne síran sodný a voda. Napište a vyčíslete
reakční rovnici. Vypočítejte kolik kg síranu sodného
připravíme neutralizací 2 kg hydroxidu sodného
kyselinou sírovou.Vypočítejte jaký objem kyseliny
sírové o koncentraci 45% potřebujeme pro reakci
odměřit. M(H2SO4) = 98,08 g/mol, M(NaOH) =
40,00 g/mol, M(Na2SO4) = 142,048 g/mol, hustota
H2SO4 (45%) = 1,347 g/cm3.
Z 96% kyseliny sírové (r = 1,8355 g/cm3) připravte
ředěním vodou 875 cm3 kyseliny o koncentraci
20%, (r = 1,1394 g/cm3). Jaký objem 96 %
kyseliny a vody potřebujeme odměřit.
41. Ukázka testu
Vypočítejte, kolik g KNO3 obsahuje 525 ml roztoku
KNO3 s koncentrací látkového množství c = 0,25
mol/dm3, M(KNO3) = 101,103 g/mol
Tepelný rozklad sideritu FeCO3 probíhá podle
následujících rovnice:
FeCO3 → FeO + CO2
Vypočítejte, kolik oxidu železnatého vznikne
rozkladem čtyř tun sideritu.
M[FeCO3] = 115,86 g/mol
M[FeO] = 71,85 g/mol
42. Ukázka testu: teorie
Z následujících kyselin vyberte slabé kyseliny
a napište jejich vzorce: kyselina sírová, kyselina
uhličitá, kyselina chlorovodíková, kyselina
mravenčí, kyselina dusičná, kyselina křemičitá,
kyselina octová, kyselina chloristá, kyselina
šťavelová.
U následujících sloučenin určete typ chemické
vazby a odhadněte jejich základní fyzikální
vlastnosti: NaCl, HF, SCl2, NH3, AgBr, Cu5Zn3
(slitina).
43. Ukázka testu: teorie
Kolik elektrod potřebujeme pro měření pH a čím
se liší.
Co si představujete pod pojmem látkové
množství. Jak se nazývá jednotka látkového
množství. Jak byste ji definovali nebo popsali.
Jaký je princip katodické ochrany kovových
předmětů proti korozi.
Které jsou současné hlavní fosilní suroviny pro
Průmysl organické chemie. Jaké jsou jejich
přednosti a nedostatky.
44. Ukázka testu: teorie
Základní rozdělení plastů je na: termoplasty,
reaktoplasty a eleastomery. Zařaďte do těchto
skupin: teflon, polyetylen, epoxid, polyamid,
polystyren, fenolická pryskyřice, polypropylen,
polyetylentereftalát.
Uveďte příklady reaktoplastů. Jaké mají
mechanické vlastnosti a jak se chovají při
zahřívání?
Uveďte plasty které lze konstrukčně využít pro
teploty nad 100˚C
45. Ukázka testu: teorie
Z následujících kyselin vyberte slabé kyseliny a
napište jejich vzorce: kyselina sírová, kyselina
uhličitá, kyselina chlorovodíková, kyselina
mravenčí, kyselina dusičná, kyselina křemičitá,
kyselina octová, kyselina chloristá, kyselina
šťavelová.
