Základní pojmy z chemie pro muzejní konzervátory-restaurátory

Transkript

1 Základní pojmy z chemie pro muzejní konzervátory-restaurátory

2 Chemie Přírodní věda, která se zabývá studiem složení a struktury látek a jejich přeměnami v látky jiné (chemické reakce). Přírodní, experimentální věda, zabývající se studiem látek, jejich vnitřní strukturou a vlastnostmi a dále reakcemi látek a jevy, které tyto reakce doprovázejí.

3 Dělení chemie Obecná chemie zabývá se zákonitostmi stavby látek, vztahem mezi stavbou a vlastnostmi látek a také základními zákonitostmi průběhu chemických dějů. Anorganická chemie zkoumá chemické prvky a jejich sloučeniny, vyjma většiny sloučenin uhlíku. Organická chemie zkoumá sloučeniny uhlíku. Biochemie zabývá se složením a chemickými ději v živých soustavách. Fyzikální chemie zkoumá chemické děje fyzikálními metodami (termodynamika, kinetika, elektrochemie, ). Analytická chemie zabývá se analýzou látek (kvalitativně, kvantitativně). Technická chemie a chemická technologie zabývá se postupy v chemické výrobě.

4 Základní pojmy Hmota projevem hmotné podstaty jsou objekty, jejich vlastnosti a s nimi spojené děje. 1) látky, které tvoří předměty kolem nás 2) pole, projevuje se silovým působením mezi tělesy, které jsou v něm. Látka hmota, která se skládá z částic (má v celém svém objemu stejné složení) a má charakteristické vlastnosti (fyzikální a chemické). Atom základní stavební prvek látky. Molekula tvoří ji dva a více atomů stejného nebo různého prvku.

5 Základní pojmy Prvek chemicky čistá látka složená z atomů se shodným protonovým číslem. Chemicky čistá látka tvoří ji stejné částice (atomy, molekuly) a má stálé vlastnosti (teplota tání, teplota varu). Sloučenina je látka tvořená stejnými molekulami složenými ze dvou a více prvků (CO 2 ). Směs soustava složená z více různých chemicky čistých látek. 1) homogenní (mají stejné vlastnosti v celém svém objemu, jsou ve stejném skupenství, např. vzduch). 2) heterogenní (mají různé vlastnosti v různých částech, např. směs vody a ledu, hrachu a čočky, bubliny v kapalině).

6 Atom a jeho stavba Podle Daltonovy Atomové teorie je základní stavební jednotkou látek atom. Atom = elektroneutrální částice složená z jádra a obalu.

7 Atomové jádro Skládá se z protonů a neutronů, souhrnně označovány nukleony, jejich počet v jádře udává nukleonové číslo N (N=Z+P). Protony - částice s kladným nábojem, značí se p +, počet v jádře udává protonové číslo Z. Neutrony jsou částice bez náboje, značí se n 0, počet v jádře udává neutronové číslo N. Nuklidy látky složené z atomů, které mají stejné protonové, neutronové a nukleonové číslo (např. 16 8O). Izotopy jsou atomy, jejichž jádro obsahuje stejný počet protonů ale jiný počet neutronů ( 11 H protium, 1 2 H deuterium, 13 H tritium).

8 Elektronový obal Je tvořen elektrony e -, což jsou částice se záporným nábojem. Jejich počet v elektricky neutrálním atomu je roven počtu protonů v jádře, kompenzují tedy kladný náboj jádra a výsledný náboj atomu je nulový.

9 Periodická soustava prvků Periodickou soustavu prvků sestavil v roce 1869 ruský vědec D.I. Mendělejev Zařadil do ní 63 tehdy známých prvků (v řadách vzrůstala atomová hmotnost (protonové číslo) a ve sloupcích se opakovaly chemické vlastnosti) některá místa zůstala prázdná, sem byly později zařazeny v té době neznámé prvky (např. Ge, Ga). Periodický zákon: Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich protonového čísla. S rostoucí hodnotou protonového čísla jsou si vždy po určitém počtu prvků (periodě) vlastnosti prvků podobné. Periodická tabulka je uspořádána do 7 vodorovných řad - period a do 18 sloupců skupin, prvky ve skupinách mají podobné chemické vlastnosti.

10

11 Chemická vazba Soudržné síly, které působí mezi jednotlivými atomy v molekulách a navzájem je k sobě poutají. Chemickou vazbu mezi atomy zprostředkovávají valenční elektrony. Atomy různých prvků mají různě velkou schopnost přitahovat vazebné elektrony, tato schopnost se vyjadřuje pomocí atomové elektronegativity X. Atomová elektronegativita vyjadřuje schopnost vázaného atomu přitahovat vazebný elektronový pár. vzrůstající hodnota atomové elektronegativity K, Na, Ca, Mg, Al, Pb, Sn, Si, H, P, C, S, N, Cl, O, F Podle rozdílu elektronegativity rozlišujeme vazby na: a) nepolární (rozdíl elektronegativity je menší je 0,4) b) polární (rozdíl je 0,4-1,7), c) iontová = extrémně polární (1,7 a více).

12 Chemické reakce Je to děj, při němž dochází vlivem vnějších podmínek k přeměně z výchozích chemických látek, které vstupují do reakce na produkty, látky vystupující z reakce. A+B C+D Ca(OH) 2 +CO 2 CaCO 3 +H 2 O (tvrdnutí malty) Chemická rovnice = popis chemické reakce, popisuje počáteční a konečný stav chemické reakce.

13 Typy chemických reakcí Protolytické reakce (acidobázické) reakce, při kterých dochází k přenosu kationtu H +. o Kyseliny - látky které H + odštěpují. o Zádady - látky které H + přijímají. HNO 3 +KOH H 2 O + KNO 3 Některé látky se mohou chovat jako kyseliny i zásady v závislosti na interakci s jinou látkou, mají tzv. amfoterní charakter (např. H 2 O, NH 3 ). Koncentrace H + iontů udává kyselost roztoku ph < 7 kyselý, ph = 7neutrální, ph > 7 zásaditý : ph = -log[h + ]

14 Oxidačně-redukční reakce (redoxní) Dochází při nich k přenosu elektronů mezi reagujícími složkami. Souběžně probíhají dvě reakce, oxidace při které atomy elektrony odevzdávají a redukce při které jiné atomy elektrony přijímají. 2H -I Cl -I + Zn 0 Zn II Cl 2 -I + H 2 0 oxidace: Zn 0 +2e - Zn +II redukce: 2H I -2e - H 2 0

15 Srážecí a komplexotvorné reakce Srážecí reakce - reakce při kterých se alespoň jeden z produktů vyličuje v podobě málo rozpustné látky sraženiny. NaCl + AgNO 3 AgCl (sraženina) + NaNO 3 Komplexotvorné reakce (koordinační) dochází při nich k přenosu celých skupin atomů a vzniku komplexních sloučenin.

16 Chemické názvosloví anorganických sloučenin Založeno na oxidačním čísle prvků ve sloučeninách. Pravidla pro určování: o atomy v molekulách prvků mají ox. číslo 0. o součet ox. čísel atomů v molekule je 0. o H má ox. č. I, O má ox.č. II, F má ox.č.-i, Al má ox.č. III. Názvy dvouprvkových sloučenin (oxidy ox.č. -II, halogenidy F, Cl, Br, I ox.č. -I, sulfidy ox.č. II, podobně hydroxidy OH ox.č. -I) jsou dvouslovné. Podstatné jméno s koncovkou id, koncovka přídavného jména vyjadřuje hodnotu oxidačního čísla.

17

18 Organická chemie Oblast chemie, která se zabývá látkami, ze kterých jsou tvořeny živé organismy. Chemie sloučenin uhlíku, vyjma CO, CO 2, H 2 CO 3 a její soli, HCN, CS 2 a karbidy kovů. Molekuly organických sloučenin jsou nejčastěji tvořeny atomy C, H, O, N, S, halogeny, P, méně kovy a Mg. Vlastnoti: 1) citlivé vůči světlu a teplu, jsou snadno těkavé a hořlavé. 2) ve vodě většinou nerozpustné. 3) roztoky jsou obvykle elektricky nevodivé. Nejčastěji se vyskytuje kovalentní vazba. 4) Základní kostru molekul organických sloučenin tvoří uhlíkové řetězce a na nich jsou připojeny atomy jiných prvků.

19 Typy vzorců organických sloučenin Sumární vzorec vyjadřuje kvantitativní a kvalitativní zastoupení atomů v molekule, např. C 2 H 4 Strukturní vzorec vyjadřuje pomocí vazebných čar všechny vazby mezi atomy v molekule, např. Racionální vzorec jsou v něm uvedeny jednotlivé skupiny a vyznačeny vazby, např. CH 2 =CH 2

20 Klasifikace uhlovodíků Alkany acyklické uhlovodíky, v jejich uhlíkatém řetězci se vyskytují výhradně jednoduché vazby, přiřazujeme koncovku -an (např. Methan CH 4, Ethan CH 3 - CH 3, Hexan CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 3 ). Alkeny acyklické uhlovodíky, které mají v uhlíkatém řetězci mimo jednoduchých vazeb jednu dvojnou, přiřazujeme koncovku -en (např. Ethen CH 2 =CH 2, Penten CH 2 =CH - CH 2 - CH 2 - CH 3 ). Alkiny (alkadieny) acyklické uhlovodíky, které mají v uhlíkatém řetězci dvě dvojné vazby., přiřazujeme koncovku -in (např. Propin CH 2 =C=CH 2, Butin CH 2 =C=CH - CH 3 ). Areny (aromatické uhlovodíky) jejich molekula obsahuje tzv. benzenové jádro. Základním arenem je benzen, jeho molekuly tvoří uzavřený šestičlenný řetězec, sumární vzorec C 6 H 6.

21 Další areny: Naftalen Toluen (methylbenzen) Xylen (1,2-dimethylbenzen)

22 Deriváty uhlovodíků Sloučeniny odvozené od uhlovodíků náhradou vodíkových iontů atomy jiných prvků, nebo celými skupinami atomů. Dělíme je podle druhu charakteristické skupiny přítomné v molekule o halogenderiváty charakteristickými skupinami jsou halogenidové atomy (F, Cl, Br, I) - CHCL 3 chloroform. o nitroderiváty charakteristickými skupinami jsou nitroskupiny NO 2 o aminy charakteristická skupina NH 2, -NH-, -N= o hydroxyderiváty charakteristická hydroxylová skupina OH na (alkoholy,fenoly). o karbonylové sloučeniny charakteristická karbonylová skupina =CO, -CHO o karboxylové kyseliny charakteristická karboxylová skupina -COOH

23 Chemické výpočty Hmotnostní zlomek Definován jako podíl hmotnosti určité složky soustavy k celkové hmotnosti soustavy. Př. Kolik g Paraloidu B72 je třeba pro přípravu 50g roztoku Paraloidu B72 v xylenu, aby výsledný hmotnostní zlomek Paraloidu B72 byl 0,03 (tedy 3%). 0,03=x/50 x=0,03*50 x=1,5g Paraloidu B72

24 Objemový zlomek Definován jako poměr objemu výchozí složky k celkovému objemu soustavy. Př. Jaký objem vody je třeba k přípravě 1 dm 3 roztoku, v němž činí objemový zlomek Syntaponu L 0,015 (tedy 1,5%). 0,015=x/1 x=0,015*1 x=0,015dm 3

25 Látkové množství Př: Vypočítejte relativní molekulovou hmotnost amoniaku. Relativní molekulová hmotnost M r je součtem relativních atomových hmotností A r prvků tvořících molekulu. M r (NH 3 )= A r (N) + 3*A r (H) M r (NH 3 )=14,01+3*1,008 M r (NH 3 )=17,03

26 Látkové množství Definováno jako poměr hmotnosti (g) k molární hmotnosti (g/mol)= relativní molekulové hmotnost. Př. Jaká je hmotnost 5 mol kyseliny chlorovodíkové. M r (HCl)= A r (H)+A r (Cl)= 1,006+35,45=36,456 m(hcl)=m(hcl)*n(hcl) m(hcl)=36,456*5 m(hcl)=182,28g

27 Látková (molární) koncentrace Hmotnost roztoku m(g) je součinem látkové koncentrace c (mol/l), molární hmotnosti M(g/mol) a objemu V(dm 3 ). m=c.m.v Př. V 1200ml roztoku je rozpuštěno 30g NaOH. Vypočítejte látkovou koncentraci NaOH v roztoku. (M(NaOH)=40g/mol) c=m/(m*v) c=30/(40*1,2) c=0,625 mol/l

28 Směšování roztoků m 1 *w 1 +m 2 *w 2 =(m 1 +m 2 )*w m 1 hmotnost původního roztoku m 2 hmotnost rozpouštědla w 1 hmotnostní procento původního roztoku w 2 hmotnostní procento rozpouštědla w hmotnostní procento výsledného roztoku Př. Kolik vody a kolik 36,5% HCl potřebujete pro přípravu 1dm 3 16% HCl. m 1 *w 1 +m 2 *w 2 =(m 1 +m 2 )*w m 1 *0,365+m 2 *0=1*0,16 m 1 *0,365=0,16 m 1 =0,438dm 3 (35,5%HCl) m 1 +m 2 =1 0,438+m 2 =1 m 2 =0,562(H 2 O)

29 Použitá literatura Blažek, J. a kol.:přehled chemického názvosloví, Pedagogické nakladatelství,praha, 2004, 114s. ISBN Blažek, J. a kol.:chemie pro studijní obory SOŠ a SOU nechemického zaměření, Pedagogické nakladatelství, Praha, 1999, 336s. ISBN Mareček, A., Honza, J.: Chemie sbírka příkladů, Proton, Brno, 2001, 149s. ISBN Šrámek, V., Kosina, L.: Přehled středoškolského učiva chemie, Orfeus, Praha, 1992, 263s. ISBN Kolektiv autorů: Odmaturuj z chemie, Didaktis, Brno, 2002, 208s. ISBN