Člověk a jeho svět I - neživá příroda KBI/CASP1. chemická část anorganická chemie

Transkript

1 Člověk a jeho svět I - neživá příroda KBI/CASP1 chemická část anorganická chemie Mgr. Jan Petr, Ph.D. katedra biologie janpetr@pf.jcu.cz J309 k.h.: úterý 9:00 11:00

2 Požadavky Nyní účast na cvičení sem. práce geologické vědy aktivní práce ve cvičeních Příští rok zkouška otázky z chemie integrovány do otázek z biologie (např. podmínky života, vlastnosti organismů, fotosyntéza apod.) poznávačka přírodnin na konci LS 12/13

3 Doporučená literatura: Vacík J. a kol., 1999: Přehled středoškolské chemie. SPN Praha. Kotlík B., Růžičková K., 1996: Chemie v kostce I., II. Fragment Praha. Mareček A., Honza J., 2000: Chemie pro čtyřletá gymnázia 1., 2., 3. díl. Olomouc.

4 Doporučená literatura: Blažek J. a kol., 2004: Přehled chemického názvosloví. SPN Praha. Havlíčková B., 2000: Vybrané problémy přírodních věd (pro posluchače učitelství 1. st. ZŠ) - IV. chemická část. JU ZF České Budějovice.

5 Přehled přednášených témat Složení a vlastnosti látek. Vybrané prvky a jejich sloučeniny. Kovy - přehled, vlastnosti. Kyseliny a zásady. Organické sloučeniny-uhlovodíky a jejich významné deriváty. Přírodní látky (cukry, tuky, bílkoviny).

6 Hmota - formy a) pole - všechna známá fyzikální pole, převládá charakter vlnový b) látky - přírodní a umělé

7 Hmota, látky látka hmota složená z částic (atomy, molekuly, ionty) mající určité vlastnosti (fyzikální, chemické) chemicky čistá látka tvořena stejnými částicemi, stálé charakteristické vlastnosti (struktura, t. tání, t. varu, hustota,...)

8 Hmota, látky prvek chemicky čistá látka z atomů se stejným protonovým číslem a) volné (He), b) vázané v molekulách (Cl 2 ) c) vázané v krystalových strukturách(c v diamantu) sloučenina chem. čistá látka tvořená a) stejnými molekulami ze dvou nebo více atomů růz. prvků (CO 2 ) b) ionty vázanými v krystal. struktuře (NaCl)

9 Hmota, látky směs soustava tvořená z několika chem. čistých látek homogenní < 10-9 (roztoky) koloidní (aerosol, koloid. roztok, emulze, gel) heterogenní > 10-7 (pěna, suspenze)

10 Fyzikální vlastnosti látek kvalitativní kvantitativní skupenství pevné, kapalné, plynné rozpustnost hustota ς (g.cm -3 )

11 Chemické vlastnosti látek reaktivita koroze exotermické a endotermické reakce

12 Soustava část prostoru s látkovou náplní, oddělená skutečnými stěnami nebo myšlenými hranicemi izolovaná uzavřená otevřená homogenní v celém objemu stejné vlastnosti heterogenní několik fází s růz. vlastnostmi

13 Základní stavební částice látek 1) atom 2) ion- kation (+), anion (-) 3) molekula - vícejaderná el. neutrální částice, molekuly prvků (H 2 ), sloučenin (H 2 O), makromolekuly, molekulové ionty (NH 4 +), radikály(:o 2 )

14 Složení atomu jádro, obal 5. st. př.n.l. Démokritos, Leukippos 19. st. J. Dalton 1911 Rutherford planetární model 1913 Bohr kvantově mechanický model

15 prvek= látka tvořená atomy se stejným Z nuklid = množina atomů mající stejné Z a A A Z X Z = protonové číslo A = nukleonové číslo (A=N+Z) izotop = atomy téhož prvku, liší se A

16 Radioaktivita Některá jádra nejsou stabilní a samovolně se rozpadají, přeměňují se, vznikají jádra jiných prvků a uvolňuje se neviditelné záření (Becquerel,1896). záření α - kladně nabitá jádra helia záření β - proud záporně nabitých eletronů nebo pozitronů záření γ - elektromagnetické vlnění poločas rozpadu = doba, za kterou se rozpadne ½ přítomných jader radioaktivního nuklidu 50 přirozených radionuklidů

17 Radioaktivita

18 Radioaktivita

19 Radioaktivita

20 Radioaktivita

21 Radioaktivita štěpná reakce

22 Radioaktivita jaderná fúze

23 Radioaktivita

24 Radioaktivita

25 Radioaktivita Cimrmanův příchod do Liptákova byl zjištěn měřením rozpadu radioaktivního uhlíku v organické nečistotě na podrážkách Cimrmanových bot. Touto komplikovanou a velice nákladnou metodou zjistil, pokud tedy Cimrman v těchto botách do Liptákova přišel, že se tak stalo na podzim roku 1906 plus mínus 200 let.

26 PSP(D.I.Mendělejev,1869)

27

28 1 Aktinoidy a lanthanoidy jsou obecně známy jako vnitřně přechodné prvky. 2 Alkalické kovy, kovy alkalických zemin, přechodné kovy, aktinoidy, lanthanoidy a kovy jsou skupinově známy jako kovy. 3 Halogeny a vzácné plyny jsou také nekovy. Stav za standardní teploty a tlaku prvky s červeným protonovým číslem mají skupenství plynné prvky s modrým protonovým číslem mají skupenství kapalné prvky s černým protonovým číslem mají skupenství pevné Přirozený výskyt prvky s plným rámečkem mají izotopy starší než Země (prvotní prvky) prvky s čárkovaným rámečkem přirozeně vznikly rozpadem z jiných prvků a jejich izotopy nejsou starší, než je Země prvky s tečkovaným rámečkem byly vytvořerny uměle (syntetické prvky) prvky bez rámečku nebyly ještě objeveny

29 PSP dlouhá tabulka - 18 skupin (I.-VIII. A - hlavní; I.-X. B-vedlejší) a 7 period - číslo periody se shoduje s nejvyšším kvantovým číslem prvku (n) - PSP - vyjadřuje závislost vlastností prvku na struktuře elektronových obalů jejich atomu - dle výstavby el. obalu: prvky nepřechodné (s,p), přechodné (d), vnitřně přechodné (f)

30 Názvy period: 1.p. = základní 2.p. = první jednoduchá 3.p. = druhá jednoduchá 4.p. = první dvojnásobná 5.p. = druhá dvojnásobná 6.p. = čtyřnásobná 7.p. = neúplná = radioaktivní ze 6.p.- lanthanoidy, ze 7.p. - aktinoidy

31 Názvy skupin: I.A - alkalické kovy II.A - kovy alkalických zemin (Ca, Sr, Ba, Ra) III.A - triely IV.A - tetrely V.A - pentely VI.A - chalkogeny (rudotvorné) VII.A - halogeny (solitvorné) VIII.A - nultá skupina = vzácné plyny VIII.B - skupina železa (Fe, Co, Ni), skupina lehkých platinových kovů (Ru, Rh, Pd) a skupina těžkých platinových kovů (Os, Ir, Pt)

32 Základní prvky a jejich vlastnosti vodík kyslík uhlík dusík síra kovové prvky - kovy vápník

33 Vodík H nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru (tvoří až 90% všech atomů) nejmenší hustota 15x lehčí než vzduch volný a vázaný v přírodě (ve sloučeninách - voda) 2 H 2 + O 2 2 H 2 O redukční činidlo biogenní prvek

34 Voda sloučenina H+O 3/4 zemského povrchu 97,2 % slaná voda, 2,8 % sladká voda

35 Rozdělení zásob vody

36 Vlastnosti vody a) fyzikální: bezbarvá, bez zápachu, chuti t tání = 0 C, t varu = 100 C, hustota 1 g.cm -3 pevný stav = led (menší ρ než kap.voda) polární rozpouštědlo, kapalná voda - vodíkové vazby (dobrá tepelná vodivost, velké měrné teplo, velké povrchové napětí) b) chemické: rozpouštědlo nejstálejší sloučenina

37 Chemické vlastnosti vody: acidobazické vlastnosti vody H 2 O + H + H 3 O + H 2 O OH - + H + disociace kapalné vody (protolýza vody) 2H 2 O H 3 O + + OH - voda jako produkt při neutralizaci HCl + NaOH NaCl + H 2 O

38 Voda rozpouštědlo prostředí (v organismech-transport živin, zplodin metabolismu) volná vázaná (hydráty: Ca SO 4. 2 H 2 O sádrovec, čistota vody CuSO 4. 5 H 2 O modrá skalice, ZnSO 4. 7 H 2 O bílá skalice) tvrdost vody (Ca 2+, Mg 2+ ) - dočasná, trvalá

39 Kyslík O bez barvy a zápachu, plyn výskyt - volně 21 % v atmosféře, vázaně (hydrosféra, litosféra, biosféra) pomalá oxidace = koroze 4 Fe + 3 O 2 + n H 2 O 2 Fe 2 O 3. n H 2 O rez rychlá oxidace = hoření C + O 2 CO 2 S + O 2 SO 2 dýchání (kyslík vázán na hemoglobin) C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O + 38 ATP

40 Kyslík O

41 Kyslík O

42 Vlastnosti O 2 Vlastnosti O 3 bezbarvý plyn bez chuti a zápachu vysoce reaktivní rozpouští se ve vodě vzniká při fotosyntéze zelených rostlin nestálý plyn, modrý plyn charakteristický zápach nervový jed vznik při el. výbojích (bouřky) O 2 O + O O + O 2 O 3 ozón ozónová vrstva (25 km nad povrchem Země) - ochrana proti UV záření

43 Uhlík C diamant grafit

44 Uhlík C grafen

45 Uhlík C

46 CO x CO 2 CO oxid uhelnatý - vznik spalováním C za nedostat. přístupu vzduchu (nedokonalé hoření) 2 C + O 2 2 CO - reaktivní plyn, bez barvy, zápachu - jed, váže se na hemoglobin (karbonylhemoglobin) - redukční účinky - součást výfukových plynů (znečištění ovzduší) CO 2 oxid uhličitý O = C = O - vznik dokonalým spalováním C, dýchání, kvašení,tlení, hoření - 0,033 % v atmosféře (skleníkový plyn) - bez barvy, zápachu, rozp. ve vodě - těžší než vzduch (hromadí se u dna, hasí plamen) - suchý led = hasicí přístroje (-76 C) - důkaz CO 2 - tvrdnutí malty

47 Dusík N bezbarvý plyn, bez zápachu 78 % ve vzduchu biogenní prvek netečný plyn sloučeniny NH 3, oxidy NO x, HNO 3,NH 4 Cl

48 Dusík N

49 Síra S žlutý nekov volná (vulkány) vázaná sloučeniny: SO 2, H 2 S, SO 3, H 2 SO 3, H 2 SO 4

50 SO 2 x SO 3 SO 2 oxid siřičitý SO 3 oxid sírový - bezbarvý plyn, štiplavý - redukční a oxidační účinky - do ovzduší lidskou činností (spalov. uhlí, topné oleje) - 0,1 % smrtelné - vznik 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 - v koncentrované H 2 SO 4 se rozpouští na tzv. oleum (dýmavá H 2 SO 4 )

51 Kovy 3/4 všech prvků, většinou přechodné prvky výskyt - ryzí (Au, Ag, Pt, Cu) výroba kovů: - sloučeniny - tepelný rozklad 2HgO 2Hg + O 2 - redukční pochody (pomocí H, C) - elektrolýza (tavenin, roztoků)

52 Přehled kovů Alkalické kovy: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Kovy alkalických zemin: Ca, Sr, Ba, Ra Přechodné kovy: - Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn - Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd - Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg Ušlechtilé kovy: Cu, Ag, Au, Hg, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt Kovy skupiny železa: Fe, Co, Ni Platinové kovy: lehké: Ru, Rh, Pd; těžké: Os, Ir, Pt Lanthanoidy: (La), Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Aktinoidy: (Ac), Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr

53 Vlastnosti kovů kovová vazba (valenční elektrony atomů tvořící kov jsou volně sdílené mezi všemi atomy, takže kovové ionty jsou obklopeny a prostoupeny tzv. elektronovým plynem) tvrdost, tažnost, kujnost tepelná a elektrická vodivost vysoké body tání barva a lesk neprůhledné

54 Těžké kovy Cd, Hg, Pb (dále Al, As, Sn, Cu, Ni, Au ) kumulace v organismech (biologický rozpad za let) a v půdě, karcinogenní a neurotoxické účinky lidskou činností doprava, spalování fosilních paliv, těžba rud, výroba plastů, akumulátory, průmyslová výroba, amalgamové výplně, pesticidy

55 Vápník biologický význam Ca - kosti, zuby, svaly, schránky živočichů výskyt vápenec CaCO 3, sádrovec CaSO 4.12 H 2 O, fosforit, apatit sloučeniny CaO, Ca(OH) 2, CaCO 3, Ca(HCO 3 ) 2, CaSO 4, Ca 3 (PO 4 ) 2

56 Ostatní významné látky (jen dodatečně) NaCl NaOH KCl KCN Al 2 O 3 KAl (SO 4 ) 2.12 H 2 O SiO 2 H 3 PO 4 CS 2 ZnSO 4.7 H 2 O CuSO 4.5 H 2 O ZnO AgNO 3 HgS Hg 2 Cl 2 FeSO 4.7 H 2 O KMnO 4 CdS Cr 2 O 3

57 Kyseliny a zásady síla kyselin a zásad ph stupnice (0-7-14) indikátory (fenolftalein, methyloranž)

58 Kyseliny a zásady Kyselina - odštěpí H + (HCl, H 2 SO 4 ) Zásada - příjem H + (NaOH, KOH, NH 3 ) neutralizace HCl + NaOH NaCl + H 2 O

59 Kyseliny H 2 SO 4 kyselina sírová HNO 3 kyselina dusičná H 2 CO 3 kyselina uhličitá H 3 PO 4 kyselina trihydrogenfosforečná HCl kyselina chlorovodíková HF kyselina fluorovodíková

60 Zásady NH 3 amoniak, čpavek NaOH hydroxid sodný KOH hydroxid draselný Ca(OH) 2 hydroxid vápenatý

61 zdroje ilustrací page=rad_zar.html page=rad_zar.html