Úlohy z názvosloví a chemických výpočtů v anorganické chemii

Transkript

1 Úlohy z názvosloví a chemických výpočtů v anorganické chemii doc. Ing. Vratislav Flemr, CSc. Ing. Eva Holečková PRAHA 2017

2 Skriptum je členěno na dvě části: první je věnována českému názvosloví anorganické chemie v rozsahu odpovídajícímu požadavkům předmětu Obecná a anorganická chemie na VŠCHT v Praze. Druhá část obsahuje úlohy ze základních chemických výpočtů a je zaměřena především na řešení problémů, s nimiž se studenti setkávají v laboratořích z obecné anorganické chemie, jako jsou např. výpočty složení roztoků a výpočty množství látek potřebných pro jejich přípravu nebo stechiometrické výpočty včetně řešení chemických rovnic. Úvodní text v každé kapitole je doplněn ukázkami řešení typových příkladů. Ke všem úlohám z názvosloví, řešení rovnic i výpočtů jsou uváděna správná řešení, aby studenti mohli skriptum používat i při samostatném studiu. Vratislav Flemr, Eva Holečková, 1994, 1996, 1997, 2001 Cover Design Dana Husníková, 2017 ISBN (dotisk 4. vydání) ISBN (4. vydání) ISBN (3. vydání) ISBN (2. vydání) ISBN (1. vydání)

3 Předmluva Obecná a anorganická chemie je prvním chemickým předmětem, se kterým se studenti na VŠCHT setkají. Protože na VŠCHT vstupují absolventi různých typů středních škol s nestejnou úrovní chemického vzdělání, je třeba v prvních týdnech výuky zopakovat a upevnit u studentů základní znalosti, které chemikovi umožňují komunikaci v rámci jeho oboru a přípravu na jeho samostatnou laboratorní práci. Jedná se především o základy názvosloví anorganické chemie a schopnost popisovat chemické reakce pomocí chemických rovnic. Neuvěřitelným problémem jsou pro absolventy našich středních škol základní chemické výpočty. Proto je v programu seminářů v rámci předmětu Obecná a anorganická chemie zařazena část zaměřená na početní přípravu experimentů a na zpracování výsledků v laboratorních cvičeních z chemických předmětů společného základu. Cílem autorů bylo poskytnout studentům dostatek návodů a úloh pro nejdůležitější součást vzdělávacího procesu - samostatné studium a procvičování, včetně zpětné vazby na základě porovnání vlastních výsledků s výsledky autorů. V části věnované názvosloví se autoři přiklonili k pravidlům České komise pro názvosloví anorganické chemie z roku 1980, přestože v roce 1990 vydala Commission on the Nomenclature of Inorganic Chemistry při IUPAC doporučení, která se od těchto pravidel často velmi dramaticky liší. Autoři 3

4 OBSAH Část A. NÁZVOSLOVÍ ANORGANICKÝCH SLOUČENIN (Eva Holečková) 1. NÁZVY PRVKŮ Symboly a názvy prvků Úlohy k procvičování OXIDAČNÍ ČÍSLO PRVKU Definice oxidačního čísla Úlohy k procvičování VZORCE A NÁZVY ANORGANICKÝCH SLOUČENIN Základní pojmy a názvoslovné principy Chemické vzorce a názvy Pořadí symbolů ve vzorci Abecední pořadí v českých názvech Názvoslovné principy Jednoslovné názvy Názvy kationtů a elektropozitivních částí Názvy jednoatomových kationtů Názvy víceatomových kationtů Názvy atomových skupin Názvy aniontů a elektronegativních částí Názvy aniontů a elektronegativních částí se zakončením -id Názvy aniontů se zakončením -an Názvy isopolyaniontů Názvy heteropolyaniontů Vzorce a názvy sloučenin Názvy solí, oxidů, hydroxidů a dalších látek Názvy hydrogensolí Vzorce a názvy podvojných a smíšených solí Vzorce a názvy podvojných oxidů Názvy kyselin Bezkyslíkaté kyseliny

5 3.6.2 Kyslíkaté kyseliny Názvy isopolykyselin a heteropolykyselin Peroxokyseliny Názvy thiokyselin Jiné substituované oxokyseliny a funkční deriváty kyselin Vzorce a názvy adičních sloučenin Tradiční a cizí názvy v českém názvosloví Úlohy k procvičování NÁZVOSLOVÍ KOORDINAČNÍCH SLOUČENIN Názvy ligandů Názvy aniontových ligandů Názvy a vzorce neutrálních ligandů Názvoslovné zkratky pro ligandy Názvy a vzorce koordinačních sloučenin Pořadí ligandů a centrálního atomu ve vzorci a názvu Stechiometrické složení komplexu Oxidační číslo centrálního atomu Názvy koordinačních sloučenin Možnosti vyjádření struktury koordinační sloučeniny Způsob vazby ligandu Rozlišení vazebných izomerů Geometrické a optické izomery Komlexy s π ligandy Vícejaderné komplexy Sloučeniny s můstkovými ligandy Sloučeniny s vazbou kov-kov Názvosloví organokovových sloučenin Názvy vybraných organokovových sloučenin Úlohy k procvičování Úlohy k procvičování I Úlohy k procvičování II

6 Část B. CHEMICKÉ VÝPOČTY 1. OBECNÝ PŘÍSTUP K ŘEŠENÍ CHEMICKÝCH ÚLOH...53 (Vratislav Flemr) 1.1 Volba postupu řešení Výpočet Veličiny a jednotky používané v základních chemických výpočtech Teplota Tlak Objem Hmotnost Hustota Látkové množství Molární hmotnost...59 Řešené příklady Konstanty a orientační hodnoty užívané v základních chemických výpočtech Počítání s přibližnými čísly...61 Řešené příklady Příklady k procvičování SLOŽENÍ SLOUČENIN A SMĚSÍ...67 (Eva Holečková) 2.1 Složení směsí Poměrný obsah složky Hmotnostní zlomek Molární zlomek Objemový zlomek Koncentrace Hmotnostní koncentrace Jiné možnosti vyjádření poměrného obsahu složky Používané jednotky Vzájemné vztahy veličin pro vyjadřování složení směsí...69 Řešené příklady

7 2.2 Složení sloučenin Výpočet složení sloučeniny z chemického vzorce...75 Řešené příklady Výpočet stechiometrického vzorce ze složení...79 Řešené příklady Příklady k procvičování Příklady k procvičování složení směsí Příklady k procvičování složení sloučenin Příklady k procvičování výpočtu stechiometrického vzorce LÁTKOVÉ BILANCE V ROZTOCÍCH...86 (Eva Holečková) 3.1 Příprava, úprava složení a směšování roztoků Látkové bilance v roztocích Příprava roztoků a jejich směšování...87 Závěrem...92 Řešené příklady Nasycené roztoky a krystalizace Složení nasycených roztoků Řešené příklady Příprava a ředění nasycených roztoků Řešené příklady Volná krystalizace Řešené příklady Rušená krystalizace Řešené příklady Příklady k procvičování Příklady k procvičování přípravy, úpravy složení a směšování roztoků Příklady k procvičování přípravy nasycených roztoků a krystalizace CHEMICKÉ ROVNICE (Eva Holečková) 4.1 Řešení chemických rovnic

8 4.1.1 Sestavování a vyčíslování rovnic reakcí, při nichž nedochází ke změnám oxidačních čísel prvků Řešené příklady Sestavování a vyčíslování oxidačně-redukčních rovnic Řešené příklady Závěrem Řešení rovnic disproporcionačních reakcí Řešené příklady Příklady k procvičování Procvičování rovnic reakcí bez redox změn Procvičování rovnic redox reakcí LÁTKOVÉ BILANCE PŘI CHEMICKÝCH DĚJÍCH (Eva Holečková) 5.1 Stechiometrické výpočty Řešené příklady Příklady k procvičování STAVOVÁ ROVNICE IDEÁLNÍHO PLYNU (Vratislav Flemr) Řešené příklady Ideální směs plynů Řešené příklady Stechiometrické výpočty s použitím stavové rovnice Řešené příklady Příklady k procvičování Příklady k procvičování stavové rovnice a ideální směsi plynů Příklady k procvičování stechiometrických výpočtů ŘEŠENÍ ÚLOH Řešení úloh z názvosloví Řešení úloh z chemických výpočtů Tabulky Literatura

9 Část A: NÁZVOSLOVÍ ANORGANICKÉ CHEMIE 1. NÁZVY PRVKŮ 1.1 SYMBOLY A NÁZVY PRVKŮ Současná chemie rozlišuje 109 chemických prvků, tj. látek, ve kterých mají všechny atomy stejný kladný náboj jádra, tedy stejný počet protonů. Všechny názvy prvků jsou jednoslovné a triviální. Přestože nomenklatura chemie a řady dalších vědních oborů dnes respektuje angličtinu jako hlavní světový jazyk a také jako základ informatiky, jsou symboly prvků tradičně tvořeny prvním písmenem latinského názvu a většinou i některým z dalších (nikoli však libovolným, jak se mylně domnívá řada studentů). Příklady: český název anglický název latinský název symbol prvku železo... iron... ferrum... Fe olovo... lead... plumbum... Pb rtuť... mercury... hydrargyrum... Hg zlato... gold... aurum... Au Symboly (značky) prvků a jejich české a latinské názvy uvádíme v tabulce ÚLOHY K PROCVIČOVÁNÍ Při vypracování následujících úloh dbejte na správné psaní názvů prvků. K těmto úlohám výjimečně neuvádíme řešení - ke kontrole použijte tabulku Napište symboly a názvy všech prvků, a) jejichž český název začíná písmenem R b) jejichž český název začíná písmenem T c) jejichž symbol tvoří jediné písmeno 1-2. Napište symboly a názvy všech prvků, a) jejichž český název začíná písmenem S b) v jejichž symbolu je prvním písmenem P c) v jejichž symbolu je prvním písmenem C 9

10 2. OXIDAČNÍ ČÍSLO PRVKU Oxidační číslo je základním pojmem, na kterém je vybudováno názvosloví anorganické chemie. 2.1 DEFINICE OXIDAČNÍHO ČÍSLA Oxidační číslo prvku je pro názvoslovné účely definováno jako náboj, který by byl přítomen na atomu prvku, kdybychom elektrony v každé vazbě vycházející z tohoto prvku přidělili elektronegativnějšímu atomu [1]. Oxidační číslo prvku ve většině anorganických sloučenin můžeme zjistit jednoduchým výpočtem podle následujících pravidel, aniž bychom museli uvažovat strukturu sloučeniny: Oxidační číslo atomu prvku v základním stavu je nulové. Oxidační číslo atomu v jednoatomovém iontu se rovná náboji iontu. Oxidační číslo fluoru (t.j. prvku s největší elektronegativitou) je vždy -I. Oxidační číslo ostatních halogenů je rovněž -I, pokud nejsou vázány s elektronegativnějším prvky, např. fluorem nebo kyslíkem. Oxidační číslo kyslíku je -II, pokud není vázán s elektronegativnějším prvkem fluorem nebo s jiným atomem kyslíku. Oxidační číslo vodíku je podle konvence I ve sloučeninách s nekovy (výčet nekovů je v tabulce 2) a -I ve sloučeninách s kovy. 1 Oxidační číslo atomu kovu ve sloučenině je maximálně rovno číslu příslušné skupiny v periodické tabulce prvků (výjimkou jsou prvky Cu, Ag, Au, Ce). Algebraický součet všech oxidačních čísel je u neutrálních molekul roven nule, u iontů je roven náboji iontu. Pozor! Uvedená pravidla nevyhovují pro zjišťování oxidačních čísel ve sloučeninách, v nichž je vazba mezi atomy téhož prvku, např. v peroxosloučeninách, polysulfidech, polythionanech apod. V takových případech a také např. při zjišťování oxidačního čísla uhlíku v organických sloučeninách vycházíme z definice. Pro některé účely, např. při vyčíslování redukčně-oxidačních rovnic, postačí vypočítat číslo průměrné, které však nelze (!!!) označovat jako číslo oxidační. 1 Není to však vždy v souladu s definicí oxidačního čísla a nemusí tomu také vždy odpovídat chemické chování látky (např. ve sloučeninách vodíku s arsenem a borem). 10

11 Oxidační číslo (číslo Stockovo) se píše římskou číslicí, záporná oxidační čísla se znaménkem - (minus) před (!!!) číslicí. Pokud je zapotřebí informaci o oxidačním číslu uvést, píše se vpravo nahoře u symbolu prvku ve vzorci a v kulatých závorkách bezprostředně za názvem. Příklady zjišťování oxidačních čísel Cl 2 podle uvedených pravidel Cl 0 NaCl podle uvedených pravidel Cl -I a z toho vyplývá Na I OF 2 podle uvedených pravidel F -I a z toho vyplývá O II NO 2 podle uvedených pravidel O -II a z toho vyplývá N III NH 4 + podle uvedených pravidel H I a z toho vyplývá N -III CaH 2 podle uvedených pravidel H -I a z toho vyplývá Ca II 2.2 ÚLOHY K PROCVIČOVÁNÍ 2-1. Zjistěte oxidační číslo označeného prvku a) AuCl 3 b) GeO 2 c) Ca(HS) 2 d) Cs 2 MnO 4 e) In III (ClO 4 ) 3.8H 2 O f) Ba II O Zjistěte oxidační číslo kovu a) CrO 2 b) BeO 2 2 c) AlO 2 d) PbO 2 2 e) MoO 4 2 f) FeO Zjistěte oxidační číslo označeného atomu a) HSeO 4 b) H PO 2 3 c) HSO 3 Cl d) H TeO e) SF 4 O f) HAsO Zjistěte oxidační číslo dusíku v a) NH 4 Cl b) N 2 H 4 c) (N 2 H 5 )Cl d) NOCl e) NH 2 OH f) Na 2 N 2 O Zjistěte oxidační číslo uhlíku v a) oxidu uhelnatém b) methanolu c) kyselině mravenčí d) ethinu e) uhličitanu amonném f) kyselině šťavelové 11

12 3. VZORCE A NÁZVY ANORGANICKÝCH SLOUČENIN 3.1 ZÁKLADNÍ POJMY A NÁZVOSLOVNÉ PRINCIPY Chemické vzorce a názvy Chemický vzorec je souborem symbolů prvků a názvoslovných jednotek (písmen, číslic, závorek a dalších znaků) [1]. Název sloučeniny je souborem názvů složek a některých názvoslovných jednotek uspořádaných podle dohodnutých pravidel. Název složky je tvořen základem názvu složky, názvoslovnými předponami a názvoslovnými zakončeními. Základem názvu složky je název prvku nebo sloučeniny [1] Pořadí symbolů ve vzorci Pořadí symbolů ve vzorci je dáno pravidly. Pokud je toto pořadí založeno na elektronegativitách prvků a není k dispozici vhodná stupnice elektronegativit, použije se jako vodítko tabulka 3. Jestliže je určeno pořadí abecední, předcházejí jednopísmenové symboly prvků symbolům dvoupísmenovým (C předchází Ca) Abecední pořadí v českých názvech Je-li pravidlem určeno abecední pořadí názvů složek, jsou třídícími znaky počáteční písmena názvu složky bez případné názvoslovné předpony. Názvy složek začínající spřežkou ch se zařazují podle písmena c Názvoslovné principy Názvy anorganických sloučenin jsou tvořeny převážně podle principu adičního, pro řadu látek se však užívají častěji názvy vytvořené podle principu substitučního, používaného v názvosloví organické chemie. Při výběru názvoslovného principu rozhodují požadavky rozsahu potřebné informace a srozumitelnosti názvu. 3.2 JEDNOSLOVNÉ NÁZVY K pojmenování některých anorganických sloučenin se používají jednoslovné názvy. Těmito sloučeninami jsou: a) některé binární sloučeniny vodíku s nekovy, jejichž název se odvodí z názvu prvku nebo atomové skupiny se zakončením -o připojením slova vodík. 12

13 Příklady HF fluorovodík 2 HCN kyanovodík b) binární sloučeniny vodíku s borem a prvky IV. (14.), V. (15.), a VI. (16.) skupiny periodického systému (B, C, Si, Ge, Sn, Pb, N, P, As, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Po). Symboly prvků se ve vzorcích uvádějí v pořadí podle tabulky 3. Název se tvoří připojením -an ke kmenu nebo části kmene latinského názvu prvku. Příklady H 2 S sulfan PH 3 fosfan SiH 4 silan H 2 S 2 disulfan P 2 H 4 difosfan Si 2 H 6 disilan H 2 S 5 pentasulfan AsH 3 arsan GeH 4 german H 2 Se selan SbH 3 stiban PbH 4 plumban H 2 Te tellan BH 3 boran B 2 H 6 diboran 3 Pro binární sloučeniny vodíku s uhlíkem, dusíkem a kyslíkem se však používají následující jednoslovné názvy: Příklady CH 4 methan NH 3 amoniak N 2 H 4 hydrazin HN 3 azoimid H 2 O voda c) sloučeniny, které můžeme pokládat za deriváty uvedených binárních sloučenin. K upřesnění substituce používáme číslovkové předpony (tabulka 4). Pro pojmenování některých látek se používají rovněž názvy podvojné. Příklady SiH 2 Cl 2 dichlorsilan Si(CH 3 ) 3 Cl trimethylchlorsilan Si(OCH 3 ) 3 Cl trimethoxychlorsilan Pb(C 2 H 5 ) 4 tetraethylplumban CCl 4 tetrachlormethan nebo chlorid uhličitý S 2 Cl 2 dichlordisulfan P 2 I 4 tetrajoddifosfan NCl 3 trichloramin NH 2 OH hydroxylamin Poznámka. S dalšími jednoslovnými názvy sloučenin se seznámíme v části Název "kyselina" fluorovodíková, chlorovodíková apod. se používá pouze pro pojmenování roztoku fluorovodíku, chlorovodíku apod. ve vodě! 3 Nebo diboran(6), podobně jako název sloučeniny B 6 H 10 je hexaboran(10) a název sloučeniny B 6 H 12 je hexaboran(12) 13

14 3.3 NÁZVY KATIONTŮ A ATOMOVÝCH SKUPIN Velikost náboje iontu (kationtu i aniontu) se vyjadřuje číslem Ewensovým-Bassettovým, které se píše arabskou číslicí se znaménky + nebo za (!!!) číslicí. V názvu se používá podle potřeby pro vyznačení náboje iontu a píše se v kulatých závorkách bezprostředně za názvem (např. hydrazinium(2+)) Názvy jednoatomových kationtů Názvy jednoatomových kationtů se tvoří pomocí zakončení podle oxidačního čísla, jak je uvedeno v tabulce 5. Příklady Li + kation lithný Ti 3+ kation titanitý Ce 4+ kation ceričitý Názvy víceatomových kationtů Víceatomové kationty odvozené adicí protonů na sloučeniny prvků s vodíkem a jejich substituční deriváty mají zakončení -onium nebo -ium: Příklady H 3 O + oxonium Sb( CH3) 4 + tetramethylstibonium H 2 I + jodonium ICl 2 + dichlorjodonium PH 4 + fosfonium PCl 4 + tetrachlorfosfonium Názvy kationtů odvozených od amoniaku, hydrazinu, pyridinu a jiných tzv. dusíkatých zásad: Příklady NH 4 + NH 3 OH + kation amonný kation hydroxylamonný N H hydrazinium(1+) (čti "hydrazinium jedna plus") N H hydrazinium(2+) C 5 H 6 N + pyridinium V názvech sloučenin obsahujících víceatomové kationty se používá genitiv s výjimkou sloučenin s kationty odvozenými od amoniaku: Příklady názvů sloučenin chloristan oxonia, síran hydrazinia(2+), uhličitan amonný, bromid tetramethylamonný Pro komplexní kationty platí pravidla názvosloví koordinačních sloučenin (viz oddíl 4). 14

15 Příklady [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ kation tetraamminměďnatý [Cr(H 2 O) 6 ] 3+ kation hexaaquachromitý Názvy atomových skupin V některých anorganických sloučeninách je elektropozitivní částí atomová skupina. Názvy těchto skupin mají nezávisle na svém případném náboji zakončení -yl. Příklady NO nitrosyl CO karbonyl NO 2 nitryl PO fosforyl SO thionyl nebo sulfinyl PS thiofosforyl SO 2 sulfuryl nebo sulfonyl ClO chlorosyl SeO seleninyl ClO 2 chloryl SeO 2 selenonyl ClO 3 perchloryl U atomových skupin stejného složení a různého oxidačního čísla centrálního atomu se v názvu může k upřesnění uvést oxidační číslo centrálního atomu, případně u iontů číslo Ewansovo-Bassettovo. Příklady UO 2 + uranyl(v) nebo uranyl(1+) UO2+ 2 uranyl(vi) nebo uranyl(2+) V názvech sloučenin, v nichž jsou atomové skupiny elektropozitivní částí sloučeniny, se používá genitiv: Příklady názvů sloučenin dichlorid thionylu, diamid karbonylu, dusičnan uranylu(vi) Některé sloučeniny lze pojmenovat také jako funkční deriváty oxokyselin - viz

16 3.4 NÁZVY ANIONTŮ Názvy aniontů mají zakončení -id nebo -an Názvy aniontů se zakončením -id Zakončení -id mají anionty: a) jednoatomové Příklady H anion hydridový Se 2 anion selenidový D anion deuteridový Te 2 anion telluridový F anion fluoridový N 3 anion nitridový Cl anion chloridový P 3 anion fosfidový Br anion bromidový As 3 anion arsenidový I anion jodidový Sb 3 anion antimonidový O 2 anion oxidový C 4 anion karbidový S 2 anion sulfidový B 3 anion boridový Poznámka. Vazba v boridech, karbidech, nitridech apod. má značný kovalentní charakter, ale pro tvorbu názvů tato skutečnost není důležitá. Příklady názvů sloučenin hydrid vápenatý, deuterid lithný, oxid rubidný, arsenid gallitý, karbid hlinitý b) některé víceatomové anionty Příklady O 2 anion hyperoxidový (superoxidový) nebo dioxidový(1-) O2 2 O 3 OH I 3 NH 2 NH 2 anion peroxidový nebo dioxidový(2-) anion ozonidový nebo trioxidový(1-) anion hydroxidový anion trijodidový anion amidový anion imidový N 3 anion azidový 16

17 N H 2 3 anion hydrazidový S 2 2 S n 2 CN C 2 2 Příklady názvů sloučenin anion disulfidový anion polysulfidový anion kyanidový anion acetylidový nebo dikarbidový(2-) hydroxid hořečnatý, polysulfid amonný, trijodid draselný Pozor! V názvech aniontů zakončených -id není vyjádřeno oxidační číslo atomu a pro správné utvoření vzorce sloučeniny je nutno znát náboj aniontu! Názvy aniontů se zakončením -an Názvy aniontů odvozených od kyslíkatých kyselin mají zakončení -an, jemuž předchází zakončení podle oxidačního čísla centrálního atomu podle tabulky 5. Příklady NO 2 anion dusitanový SeO 3 2 anion seleničitanový ClO anion chlornanový Příklady názvů sloučenin selenan barnatý, chlornan sodný, dusitan amonný Názvy isopolyaniontů 17 NO 3 anion dusičnanový SeO 4 2 anion selenanový ClO 4 anion chloristanový V názvech isopolyaniontů, tzn. aniontů obsahujících více než jeden centrální atom téhož prvku, se uvádí počet centrálních atomů jednoduchou číslovkovou předponou (číslovkové předpony jsou uvedeny v tabulce 4). Isopolyanionty se pojmenují: a) úplným chemickým názvem Příklad S O anion heptaoxodisíranový(2-) K 2 S 2 O 7 heptaoxodisíran didraselný b) názvem uvádějícím počet atomů kyslíku (náboj iontu se neuvádí) Příklad PO anion dekaoxotrifosforečnanový K 5 P 3 O 10 dekaoxotrifosforečnan draselný

18 c) názvem uvádějícím náboj aniontu nebo číslovku kationtu: Příklad Cr 3 O2 10 anion trichromanový(2-) Na 2 Cr 3 O 10 trichroman disodný d) V názvech aniontů, v nichž jsou přítomny centrální atomy s různými oxidačními čísly, se oxidační čísla vyjádří příslušnými zakončeními. Centrální atomy se uvádějí v pořadí rostoucích oxidačních čísel. Příklad MoVMoVI 2 4 O18 2 anion dimolybdeničnano-tetramolybdenanový(2-) e) Cyklické a řetězovité struktury se mohou odlišit použitím strukturních předpon cyklo- a katena-. Význam strukturních předpon je uveden v tabulce 6. Strukturní předpony se píší v psaném textu podtržené, v tištěném textu kurzívou. Příklady O O P O P O O O O O O O P O O P O P O O O O P O O 3-5- anion katena-trifosforečnanový(5-) anion cyklo-trifosforečnanový(3-) f) Isopolyanionty lze rovněž pojmenovat podle pravidel názvosloví koordinačních sloučenin (viz oddíl 4.4). Takto utvořené názvy se však používají velmi zřídka. Příklad anion S O lze uvést také funkčním vzorcem (O 3 S O SO 3 ) 2 a odpovídající název je anion μ-oxo-bis(trioxosíranový)(2-) Poznámka. Názvy známých látek jsou často uváděny bez číslovek označujících náboj, počet kyslíků nebo počet kationtů - např. dichroman draselný, difosforečnan amonný. 18

19 3.4.4 Názvy heteropolyaniontů Názvy heteropolyaniontů se dvěma centrálními atomy se sestaví z názvů složek v abecedním pořadí, přičemž se názvy složek oddělí pomlčkou. V delších řetězcích se názvy složek uvádějí v pořadí, jak jsou vzájemně vázány. Příklady (O 3 S O SeO 3 ) 2 anion selenano-síranový(2-) (O 3 As O PO 2 O CrO 3 ) 4 anion arseničnano-fosforečnano-chromanový(4-) Názvy cyklických polyaniontů se uvádějí se strukturní předponou cyklo. Příklad O O O O As O O P O P O O 3- anion cyklo-arseničnano-difosforečnanový(3-) Jestliže jsou na centrální atom vázány více než dva atomy nebo skupiny, tvoří se název podle toho, zda je složení vyjádřeno vzorcem sumárním - názvy složek se uvedou v abecedním pořadí, nebo funkčním - použije se názvosloví koordinačních sloučenin (viz oddíl 4.). Příklad (P V W 12 O 40 ) 3 anion fosforečnano-dodekawolframanový(3-) [P(W 3 O 10 ) 4 ] 3 anion tetrakis(triwolframato)fosforečnanový(3-) 3.5 VZORCE A NÁZVY SLOUČENIN Názvy solí, oxidů, hydroxidů a dalších látek Názvy solí, oxidů a hydroxidů se odvodí z názvů iontů, které látku tvoří 4 : podstatné jméno z názvu elektronegativní části (aniontu) a přídavné jméno z názvu elektropozitivní části (kationtu). 4 Uvedeným způsobem se pojmenují i látky, v nichž vazby iontovou povahu nemají, např. oxid uhličitý, fluorid sírový apod. 19

20 Příklady BaS sulfid barnatý TiO 2 oxid titaničitý KO 3 ozonid draselný Ca(CN) 2 kyanid vápenatý 20 Fe(NO 3 ) 3 dusičnan železitý KClO 4 chloristan draselný (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 dichroman amonný KB 5 O 8 pentaboritan draselný V názvech hydrátů se počet molekul vody vyjádří číslovkovou předponou a název základní sloučeniny se uvede v genitivu. Příklad CuSO 4.5H 2 O pentahydrát síranu měďnatého BaCl 2.2H 2 O dihydrát chloridu barnatého V názvech řady sloučenin se místo přídavného jména používá genitiv podstatného jména a stechiometrické složení sloučenin se vyjádří číslovkovými předponami. Příklady O 2 F 2 difluorid dikyslíku P 4 S 3 trisulfid tetrafosforu Fe 3 C karbid triželeza W 2 N nitrid diwolframu Poznámka. Symboly prvků se ve vzorci řadí podle tabulky Názvy hydrogensolí Anionty mohou obsahovat odštěpitelný atom vodíku (oxoanionty skupinu -OH s odštěpitelným atomem vodíku) a soli s těmito anionty se ve starší literatuře někdy označují jako "kyselé soli". V názvu se tato skutečnost vyjádří předponou hydrogen 5. Příklady KHS hydrogensulfid draselný Na 3 H 2 IO 6 dihydrogenjodistan trisodný K 2 H 2 P 2 O 7 dihydrogendifosforečnan didraselný 5 Předpona hydrogen se používá často i pro anionty H PO 2 2 a HPO 3 2, fosfornanový a fosforitanový, přestože se v těchto případech nejedná o odštěpitelné atomy vodíku ve skupině OH, ale o atomy vodíku vázané přímo na atom fosforu.

21 3.5.3 Vzorce a názvy podvojných a smíšených solí Vzorce a názvy sloučenin s více kationty Ve vzorcích se jednotlivé kationty uvádějí podle doporučení české názvoslovné komise [1] v pořadí rostoucích oxidačních čísel, při stejném oxidačním čísle v abecedním pořadí symbolů prvků. Víceatomové kationty (např. amonný) se uvádějí jako poslední ve skupině podle oxidačního čísla, resp. náboje kationtu. V českém názvu je pořadí stejné jako ve vzorci a názvy jednotlivých kationtů se oddělují pomlčkami. Příklady KNaCO 3 uhličitan draselno-sodný NH 4 MgPO 4 fosforečnan amonno-hořečnatý NaNH 4 HPO 4 hydrogenfosforečnan sodno-amonný KAl(SO 4 ) 2.12H 2 O dodekahydrát síranu draselno-hlinitého Poznámka. V anglicky psané literatuře se můžeme setkat s pořadím odlišným - podle doporučení IUPAC [2] je pořadí symbolů kationtů ve vzorci abecední, pořadí jejich názvů v názvu sloučeniny rovněž abecední Vzorce a názvy sloučenin s více anionty Ve vzorci se anionty uvádějí v abecedním pořadí symbolů prvků resp. centrálních atomů. Pořadí v českém názvu je stejné jako pořadí ve vzorci a názvy jednotlivých aniontů se oddělují pomlčkami. Počet aniontů se uvádí číslovkovou předponou. Aby byl název jednoznačný, musí se někdy použít číslovková předpona násobná 6 Příklady Cu 3 (CO 3 ) 2 F 2 bis(uhličitan)-difluorid triměďnatý Ca 5 F(PO 4 ) 3 fluorid-tris(fosforečnan) pentavápenatý Ca 5 OH(PO 4 ) 3 hydroxid-tris(fosforečnan) pentavápenatý PCl 3 O trichlorid-oxid fosforečný 7 6 Např. disíran je něco jiného než bis(síran)! 7 Vzorec látky se může psát buď POCl 3 a odpovídající název je trichlorid fosforylu nebo PCl 3 O a odpovídající název je trichlorid-oxid fosforečný. 21

22 MgCl(OH) chlorid-hydroxid hořečnatý AlO(OH) oxid-hydroxid hlinitý Vzorce a názvy podvojných oxidů Ve vzorcích i názvech se atomy uvádějí ve stejném pořadí jako u podvojných solí. Za název podvojného oxidu se podle potřeby může v závorce uvést příslušný strukturní typ (píše se kurzívou). Příklady FeCr 2 O 4 tetraoxid železnato-dichromitý MgTiO 3 trioxid hořečnato-titaničitý (typ ilmenit) NaNbO 3 trioxid sodno-niobičný (typ perovskit) Poznámka. IUPAC [2] doporučuje pořadí ve vzorcích abecední, připouští však odchylky, má-li být zdůrazněna strukturní podobnost několika látek. 3.6 NÁZVY KYSELIN Bezkyslíkaté kyseliny Názvy bezkyslíkatých kyselin se tvoří z názvu příslušné bezvodé sloučeniny zakončením -ová. Příklady vodný roztok HCl vodný roztok HF vodný roztok HCN Kyslíkaté kyseliny kyselina chlorovodíková kyselina fluorovodíková kyselina kyanovodíková Názvy kyslíkatých kyselin (oxokyselin) jsou složené z podstatného jména kyselina a přídavného jména utvořeného z názvu centrálního atomu se zakončením podle oxidačního čísla jak je uvedeno v tabulce 5. Příklady HNO 2 kyselina dusitá H 2 WO 4 kyselina wolframová HBrO 3 kyselina bromičná 22

23 Tvoří-li prvek v témž oxidačním čísle několik kyselin, uvede se číslovkovou předponou a předponou hydrogen počet atomů vodíků (předpona mono se neuvádí), případně se mohou kyseliny rozlišit uvedením počtu atomů kyslíků: Příklady HIO 4 kyselina jodistá (tetraoxojodistá) H 5 IO 6 kyselina pentahydrogenjodistá (hexaoxojodistá) H 2 TeO 4 kyselina dihydrogentellurová (tetraoxotellurová) H 6 TeO 6 kyselina hexahydrogentellurová (hexaoxotellurová) H 3 PO 4 kyselina trihydrogenfosforečná (tetraoxofosforečná) Názvy isopolykyselin a heteropolykyselin Názvy isopolykyselin a heteropolykyselin se tvoří podobně jako názvy isopolyaniontů (viz 3.4.3) a heteropolyaniontů (viz 3.4.4). Příklady H 2 S 2 O 7 kyselina dihydrogendisírová H 4 P 2 O 6 kyselina tetrahydrogendifosforičitá HI 3 O 8 kyselina trijodičná Příklad H 4 SiW 12 O 40 kyselina tetrahydrogenkřemičito-dodekawolframová H 4 Si(W 3 O 10 ) 4 kyselina tetrakis(triwolframato)křemičitá Peroxokyseliny Záměnu atomu kyslíku O v molekule kyseliny peroxoskupinou O O vyjádříme předponou peroxo před názvem kyseliny. Peroxokyseliny, jejichž struktura je známa, je možné uvádět funkčním vzorcem. Od názvů peroxokyselin odvozojeme názvy peroxosolí. Příklady HNO 4 kyselina peroxodusičná H 2 CO 5 kyselina diperoxouhličitá H 2 SO 5 kyselina peroxosírová H 2 S 2 O 8 nebo H 2 S 2 O 6 (O 2 ) kyselina peroxodisírová 23

24 K 2 S 2 O 8 nebo K 2 S 2 O 6 (O 2 ) peroxodisíran draselný Názvy thiokyselin Názvy kyselin odvozených záměnou atomu kyslíku ( =O příp. O ) atomem síry tvoříme pomocí předpony thio. Podobně se tvoří názvy příslušných aniontů a solí. Příklady H 2 SO 2 S kyselina thiosiřičitá H 2 SO 3 S kyselina thiosírová Na 2 SO 3 S thiosíran sodný SO 3 S 2 anion thiosíranový H 3 AsS 4 kyselina tetrathioarseničná CaCS 3 trithiouhličitan vápenatý Záměna atomu kyslíku atomem selenu nebo telluru se vyjádří předponou seleno nebo telluro. Příklad K 2 SO 3 Se selenosíran draselný Jiné substituované oxokyseliny a funkční deriváty kyselin Formální záměnou části skupin OH (alespoň jedna OH skupina se nenahradí) v molekule kyseliny atomem halogenu nebo skupinou NH 2, příp. dvou skupin OH skupinou NH nebo tří skupin OH atomem dusíku získáme vzorce halogenokyselin, amidokyselin, imidokyselin nebo nitridokyselin. Příklady HSO 3 F nebo SO 2 (OH)F kyselina fluorosírová HSO 3 NH 2 nebo SO 2 (OH)NH 2 kyselina amidosírová (HSO 3 ) 2 NH kyselina imido-bis(sírová) (HSO 3 ) 3 N kyselina nitrido-tris(sírová) H 2 PO 3 NH 2 nebo PO(OH) 2 NH 2 kyselina amidofosforečná Poznámka. V literatuře bývají funkční vzorce těchto kyselin uváděny různě, např. kyselina amidosírová vzorcem HSO 3 NH 2 nebo NH 2 HSO 3 nebo SO 2 (OH)NH 2, kyselina chlorosírová vzorcem HSO 3 Cl nebo ClHSO 3 apod. 24

25 Skupiny OH mohou být zaměněny i jinými skupinami nebo atomy. Například částečnou záměnou skupin OH v molekule kyseliny trihydrogenfosforečné atomy vodíku získáme vzorce kyseliny fosforné H 3 PO 2 a kyseliny fosforité H 3 PO 3. Název "kyselina dihydridofosforečná" je tedy systematickým názvem pro H 3 PO 2 a název "kyselina hydridofosforečná" pro H 3 PO 3 (o struktuře aniontů těchto kyselin viz pozn. 5 na str. 20). Záměnou všech skupin OH ve vzorci oxokyseliny získáme vzorce funkčních derivátů kyselin. Názvy halogenidů kyselin se tvoří použitím názvů atomových skupin (viz část 3.3.3). Názvy amidů kyselin se tvoří buď použitím názvů atomových skupin nebo uvedením podstatného jména amid před názvem kyseliny. Názvy esterů anorganických kyselin se tvoří uvedením podstatného jména označujícího příslušný ester před názvem kyseliny. Estery kyseliny borité, fosforité apod. se mohou pojmenovat také jako substituční deriváty boranu, fosfanu apod.) Příklady SO 2 Cl 2 chlorid sulfurylu SO 2 (NH 2 ) 2 amid sulfurylu nebo amid kyseliny sírové SO 2 (OCH 3 ) 2 dimethylester kyseliny sírové POCl 3 chlorid fosforylu(v) nebo trichlorid fosforylu PO(NH 2 ) 3 amid fosforylu(v) nebo amid kyseliny fosforečné B(OCH 3 ) 3 trimethylester kyseliny borité nebo trimethoxyboran 3.7 VZORCE A NÁZVY ADIČNÍCH SLOUČENIN Vzorce adičních sloučenin se skládají ze vzorců složek vzájemně oddělených tečkou, která zde má význam + a při čtení vzorce se čte "plus" (!!!), přičemž se počet molekul složky vyznačí arabskou číslicí před vzorcem složky. Složky se uvádějí v pořadí jejich rostoucího počtu s výjimkou sloučenin boru a molekul vody, které se uvádějí vždy jako poslední. Při stejném počtu se složky uvedou v abecedním pořadí prvních symbolů. Název adiční sloučeniny se tvoří z názvů složek oddělených pomlčkou. Pořadí složek v českém názvu je stejné jako pořadí ve vzorci a počty molekul se uvedou v závorce. Sloučeniny obsahující vodu lze také pojmenovat tradičně jako hydráty. 25

26 Příklady CaCl 2.8NH 3 chlorid vápenatý-amoniak(1:8) 8 (čti "jedna ku osmi") Na 2 SO 4.10H 2 O síran sodný-voda(1:10) nebo dekahydrát síranu sodného NH 3.BF 3 amoniak-fluorid boritý (1:1) BF 3.2H 2 O fluorid boritý-voda(1:2) nebo dihydrát fluoridu boritého NH 3.C 6 H 6.Ni(CN) 2 amoniak-benzen-kyanid nikelnatý(1:1:1) 3.8 TRADIČNÍ A CIZÍ NÁZVY V ČESKÉM NÁZVOSLOVÍ Pro pojmenování řady anorganických sloučenin se používají často názvy tradiční, z nichž některé (např. voda, amoniak) jsme uvedli již v předcházejících oddílech, další jsou mezi následujícími příklady. V anorganické chemii se také používají názvy, které vznikly přepisem názvů cizích. S některými důležitými názvy se seznámíme v následujících příkladech sloučenin síry, dusíku, fosforu a uhlíku, s dalšími v učebnicích chemie a odborné literatuře. U většiny triviálních názvů uvádíme i příslušný název systematický. Příklady (v závorkách [] jsou uvedeny systematické názvy) O 3 H 2 S 2 O 6 ozon [trikyslík] kyselina dithionová S O anion dithionanový S O anion tetrathionanový S O n 6 2 anion polythionanový H 2 SO 2 H 2 S 2 O 4 NH 3 N 2 H 4 HN 3 H 2 NO 2 kyselina sulfoxylová kyselina dithioničitá amoniak [azan] hydrazin [diazan] azoimid N 2 O azoxid 9 kyselina nitroxylová 8 Podle IUPAC [2] s lomítkem místo dvojtečky, tedy (1/8), (1/10), (6/46) atd. 26

27 NCl 3 P 4 H 3 PO 2 H 3 PO 3 (CN) 2 HOCN HSCN HNCO HONC PO(OCN) 3 NH 2 CN Na 2 N(CN) CaN(CN) chlorodusík [trichloramin] bílý fosfor [tetraedro-tetrafosfor] kyselina fosforná [kyselina dihydridofosforečná] kyselina fosforitá [kyselina hydridofosforečná] dikyan kyselina kyanatá kyselina thiokyanatá kyselina isokyanatá kyselina fulminová kyanatan fosforylu(v) kyanamid [kyanamin] kyanamid [kyanimid] sodný kyanamid [kyanimid] vápenatý Ve starší chemické literatuře se můžeme setkat s dalšími, často již zastaralými, triviálními a technickými názvy různých anorganických látek. Význam celé řady takových názvů uvádíme v tabulce 7. Poznámka. Používání triviálních názvů sloučenin je časté a běžné; je však nesprávné používat pro pojmenování anorganických sloučenin (tzn. čistých látek) různé názvy technické a zastaralé, např. sirnatan, kyselina solná, louh draselný, persíran apod. 3.9 ÚLOHY K PROCVIČOVÁNÍ 3-1. Pojmenujte: a) HCl b) NH 3 c) B 2 H 6 d) Si 3 H 8 e) P 2 H 4 f) H 2 S 2 g) S 2 Cl 2 h) H 2 S Utvořte vzorec: a) bromovodík b) selan c) silan d) stiban e) sulfan f) arsan g) fosfan h) plumban 9 Název "oxid dusný" pro tuto látku je stejně nesprávný jako např. název "sirnatan" pro thiosíran - vychází totiž z průměrného oxidačního čísla, nikoli ze struktury sloučeniny. 27

28 3-3. Utvořte vzorec: a) dichlorsulfan b) tellan c) german d) trifluorfosfan e) tribrommethan f) tetraethylplumban 3-4. Utvořte vzorec: a) stibonium b) diethyloxonium c) trichlorsulfonium d) jodonium e) tetramethylstibonium f) tetrachlorfosfonium 3-5. Pojmenujte: a) ICl 2 + b) PCl 4 + c) NH 3 OH Pojmenujte: a) CrO 2 b) BeO 2 2 c) MnO 4 2 d) FeO 4 2 e) ZnO 2 2 f) VO 3 g) PbO 2 2 h) WO Utvořte vzorec: a) anion disíranový(2-) b) anion trisíranový(2-) c) anion pentaboritanový(1-) d) anion dihydrogendifosforečnanový(2-) e) anion dikřemičitanový(6-) f) anion trijodičnanový(1-) 3-8. Utvořte vzorec: a) anion difosforičitanový(4-) b) anion dijodistanový(4-) c) anion heptamolybdenanový(6-) d) anion dichromanový(2-) e) anion tetravanadičnanový(4-) f) anion trichromanový(2-) g) anion tetraboritanový(2-) h) anion trikřemičitanový(4-) 3-9. Pojmenujte: a) HSO 3 b) HSeO 4 c) H2TeO6 d) H2PO 4 e) H2AsO3 2 f) H 2P2O Pojmenujte: a) La 2 O 3 b) ZrCl 4 c) WO 3 d) Cd(OH) 2 e) SbCl 3 f) Li 2 S g) In(OH) 3 h) TiO 2 28

29 3-11. Pojmenujte: a) PtI 2 b) Pb(OH) 2 c) Cl 2 O d) CrO 3 e) SnCl 4 f) BiBr 3 g) GeS h) NO Pojmenujte: a) FeBr 3 b) MnO 2 c) Ag 2 S d) Li 2 O e) CoCl 3 f) MgI 2 g) As 2 S 3 h) NH 4 I Utvořte vzorec: a) bromid kademnatý b) amid stříbrný c) nitrid boritý d) oxid yttritý e) sulfid antimonitý f) karbid hlinitý Utvořte vzorec: a) sulfid rhenistý b) bromid boritý c) nitrid barnatý d) oxid boritý e) jodid gadolinitý f) azid zinečnatý Utvořte vzorec: a) oxid neodymitý b) sulfid ceričitý c) nitrid vápenatý d) imid lithný e) tellurid chromitý f) azid stříbrný Pojmenujte: a) ClO 2 b) Li 2 O 2 c) Ni(CN) 2 d) Pb(N 3 ) 2 e) Hg(CN) 2 f) Y(OH) 3 g) CsNH 2 h) Ba 3 P Pojmenujte: a) Mg 3 N 2 b) NaN 3 c) AuCN d) Bi 2 Te 3 e) PdF 2 f) PtTe 2 g) SiC h) BaO Pojmenujte: a) KO 3 b) KO 2 c) RuO 4 d) Na 2 O 2 e) CsI 3 f) PdTe g) CaNH h) GaAs Pojmenujte: a) CsMnO 4 b) CaMnO 4 c) Cd(NO 3 ) 2 d) In(ClO 4 ) 3.8H 2 O e) AlNbO 4 f) NiCO 3 g) Cu 2 SO 4 h) (NH 4 ) 3 PO 4.3H 2 O 29

30 3-20. Pojmenujte: a) NH 4 IO 3 b) Rb 2 SeO 4 c) Cd(MnO 4 ) 2.6H 2 O d) Pb(ClO 4 ) 2.3H 2 O e) Hg 2 CO 3 f) K 4 XeO 6 g) Na 3 AsO 4.12H 2 O h) Cr(NO 3 ) 3.9H 2 O Utvořte vzorec: a) jodid fosfonia b) chloristan oxonia c) síran hydrazinia(2+) d) chlorid hydrazinia(2+) e) síran hydrazinia(1+) f) chlorid hydrazinia(1+) Pojmenujte: a) KB 5 O 8 b) Ca 2 P 2 O 6 c) KI 3 O 8 d) H 4 I 2 O 9 e) Na 2 Sb 4 O 7 f) NaSb 3 O 5.10H 2 O Pojmenujte: a) Na 2 U 2 O 7 b) K 4 Mo 8 O 26 c) (NH 4 ) 4 V 4 O 12 d) Na 2 B 4 O 7 e) (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 f) Sc 2 Si 2 O Pojmenujte: a) KAl(SO 4 ) 2.12H 2 O b) (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2.6H 2 O c) NH 4 Cr(SO 4 ) 2.12H 2 O d) K 2 Cu(SO 4 ) 2.6H 2 O Pojmenujte: a) SnBrCl 3 b) AlO(OH) c) Ca 5 F(PO 4 ) 3 d) CaCl(ClO) e) Bi 2 (NO 3 ) 4 O f) Bi 4 (NO 3 ) 2 O Pojmenujte: a) SnBrI 3 b) GdO(OH) c) Pb 3 (CO 3 ) 2 (OH) 2 d) KMgCl 3 e) CrO(O 2 ) 2 f) Mg 3 (OH) 2 (Si 4 O 10 ) Pojmenujte: a) Zr 2 Cl 2 (O) 3 b) Ca 5 (OH)(PO 4 ) 3 c) Zn 4 (OH) 2 (Si 2 O 7 ) d) HgBr(NH 2 ) e) Cu 2 CO 3 (OH) 2 f) Sb 4 Cl 2 (O) Pojmenujte: a) NOCl b) COCl 2 c) NO 2 Cl d) SO 2 (NH 2 ) 2 e) (NO)HSO 4 f) NO 2 NO 3 g) UO 2 Cl 2 h) SOBr 2 30

31 3-29. Utvořte vzorec: a) thiosíran sodný b) dithioarseničnan tridraselný c) trithiouhličitan vápenatý d) trithioantimoničnan trisodný e) tetrathiocíničitan amonný f) dithiomolybdenan vápenatý Utvořte vzorec: a) kyselina peroxodusičná b) kyselina peroxouhličitá c) kyselina peroxosírová d) kyselina peroxodisírová e) kyselina tetrathiomolybdenová f) kyselina dithiochromitá Pojmenujte: a) SO 2 F 2 b) SO(NH 2 ) 2 c) CO(NH 2 ) 2 d) PO(NH 2 ) 3 e) HSO 3 Cl f) HSO 3 F g) HSO 3 NH 2 h) (HSO 3 ) 3 N Utvořte vzorec: a) chlorid sulfurylu b) amid karbonylu c) bromid thionylu d) fluorid nitrosylu e) dusičnan uranylu(vi) f) dusičnan nitrylu Utvořte vzorec: a) kyselina amidosírová b) amid kyseliny sírové c) kyselina difluorofosforečná d) amid kyseliny uhličité e) triamid kyseliny fosforečné f) kyselina fluorosírová g) trimethylester kyseliny borité h) triethylester kyseliny fosforečné Pojmenujte: a) SnF 4.4XeF 6 b) AlCl 3.4C 2 H 5 OH c) (C 2 H 5 ) 2 O.BF 3 d) CaSO 4.2H 2 O e) PCl 5.TeCl 4 f) 6Br 2.46H 2 O Napište vzorec: a) karbid tetraboru b) pentanitrid tritantalu c) triselenid tetrafosforu d) difosfid tetracínu Pojmenujte: a) As 4 S 4 b) Cr 3 C 2 c) W 2 N d) OF 2 31

32 ÚLOHY K OPAKOVÁNÍ: Pojmenujte: a) HNO 2 b) HNO 3 c) HNO 4 d) H 2 N 2 O 2 e) H 2 SO 5 f) H 2 S 2 O 5 g) H 2 S 2 O 7 h) H 2 S 2 O Pojmenujte: a) H 2 TeO 4 b) H 6 TeO 6 c) H 3 IO 5 d) H 4 SiO 4 e) H 4 Si 3 O 8 f) H 10 Si 2 O Pojmenujte: a) OF 2 b) O 2 F 2 c) O 2 d) O 2 e) O 2 2 f) O Pojmenujte: a) RhI 3 b) RbI 3 c) I 5 d) CsO 2 e) BaO 2 f) KO Napište vzorec: a) chloritan sodný b) trisulfid amonný c) oxid hořečnato-dihlinitý d) thiosíran vápenatý e) kyselina tetrahydrogendifosforičitá f) fluorid nitrylu Pojmenujte: a) SO 2 (NH 2 ) 2 b) Na 2 S 2 O 5 c) H 2 SO 5 d) PCl 4 + e) Mn(H 2 PO 4 ) 2.2H 2 O f) Na 2 Ca(Si 6 O 14 ) Pojmenujte: a) SCl 3 + b) (NH 3 OH)Br c) Na 2 Cr 3 O 10 d) Na 2 Mg 2 V 10 O 28 e) Co 2 NO 3 (OH) 3 f) Zn(N 3 )OH Pojmenujte: a) Ca(HSO 4 ) 2 b) Al 2 (HPO 3 ) 3 c) H 5 (BW 12 O 40 ) d) ( IWVI 6 O24) 5 e) ( TeMoVI 6 O24) 6 f) (SiW 12 VI O40) Pojmenujte: a) HOCN b) HSCN c) HNCS d) (SO 3 ) 3 e) S 2 O2 6 f) S 2 O2 8 32

33 4. NÁZVOSLOVÍ KOORDINAČNÍCH SLOUČENIN 4.1 NÁZVY LIGANDŮ Názvy aniontových ligandů Názvy aniontových ligandů anorganických i organických se tvoří připojením -o k mezinárodním názvům aniontů. Příklady názvů ligandů: vzorec aniontu: SO 4 2 SO 3 S 2 název ligandu: sulfato thiosulfato S O disulfato SO 3 2 HSO 3 NO 3 sulfito hydrogensulfito nitrato NO 2 nitro, nitrito 10 NH 2 (CH 3 ) 2 N PO 4 3 amido dimethylamido fosfato H PO 2 4 dihydrogenfosfato CO 3 2 OCN ONC karbonato kyanato fulminato SCN thiokyanato, isothiokyanato 11 H hydrido 10 Při vazbě atomem dusíku je název "nitro" nebo "nitrito-n", při vazbě atomem kyslíku "nitrito-o". Není-li donorový atom znám, používá se název "nitrito" - viz "thiokyanato" při vazbě atomem síry, "isothiokyanato" při vazbě atomem dusíku 33

34 CH 3 COO acetato NH 2 CH 2 COO 4 2 ) 2 NCH 2CH 2N(CH2COO) 2 C O oxalato 34 glycinato (OOCCH ethylendiamintetraacetato Řada ligandů má názvy zkrácené: Příklady zkrácených názvů ligandů: vzorec: F Cl Br I O 2 O 2 2 O 2 O 3 OH CN S 2 ale: S 2 2 HS název: fluoro chloro bromo jodo oxo peroxo (může být i dioxido(2-)) hyperoxo (může být i dioxido(1-)) ozonido (může být i trioxido(1-)) hydroxo (může být i hydroxido) kyano thio (může být i sulfido) disulfido (nezkráceno) hydrogensulfido nebo merkapto Názvy uhlovodíkových skupin, které vystupují jako aniontové ligandy, nemají zakončení -o a jejich název tedy zůstává nezměněný. Příklady názvů ligandů: vzorec: C 6 H 5 název: fenyl CH 5 5 cyklopentadienyl C 2 H ethinyl

35 4.1.2 Názvy a vzorce neutrálních ligandů Názvy neutrálních ligandů H 2 O a NH 3 jsou aqua a ammin. Skupiny NO a CO se jako ligandy považují za neutrální a jejich názvy jsou nitrosyl a karbonyl. Na rozdíl od ostatních neutrálních ligandů se názvy těchto čtyř ligandů neuvádějí v názvech koordinačních sloučenin v závorkách a pro vyjádření počtu ligandů se používají jednoduché číslovkové předpony. Vzorce a názvy uvedených ligandů: H 2 O aqua NH 3 ammin CO karbonyl NO nitrosyl Ostatní neutrální ligandy nemají zvláštní názvy, v názvu koordinační sloučeniny se píší vždy (!!!) v závorce a jejich počet se vyjádří násobnou číslovkou, ve vzorci koordinační sloučeniny se vzorec ligandu rovněž píše vždy (!!!) v závorce. Příklady: vzorec: název: (O 2 ) (dioxygen) (N 2 ) (dinitrogen) (PH 3 ) (PF 3 ) (AsH 3 ) (fosfan) nebo (fosfin) (trifluorfosfan) (arsan) nebo (arsin) (C 2 H 4 ) (ethylen) nebo (ethen) (C 6 H 6 ) (benzen) (C 5 H 5 N) (pyridin) (NH 2 OH) (hydroxylamin) (CH 3 OH) (methanol) (NH 2 CH 3 ) (methylamin) (NH 2 CH 2 CH 2 NH 2 ) (ethylendiamin) (NH 2 CH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NH 2 ) (diethylentriamin) (NH 2 CH 2 COOH) (glycin) 35

36 4.1.3 Názvoslovné zkratky pro ligandy Pro větší přehlednost vzorců se pro řadu ligandů používají zkratky. Zkratky pro ligandy se píší malými písmeny a od sousedních symbolů se oddělují mezerou nebo se dávají do závorek. V tomto učebním textu budou používány následující zkratky 12 pro ligandy: zkratka: py en dien vzorec a název ligandu: (C 5 H 5 N) (pyridin) (NH 2 CH 2 CH 2 NH 2 ) (ethylendiamin) (NH 2 CH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NH 2 ) (diethylentriamin) edta ( OOCCH2) 2NCH2CH 2N( CH2COO) 4 2 ethylendiamintetraacetato gly NH 2 CH 2 COO glycinato ox C O oxalato 4.2 NÁZVY A VZORCE KOORDINAČNÍCH SLOUČENIN Pořadí ligandů a centrálního atomu ve vzorci a názvu Podle doporučení české názvoslovné komise [1] se ve vzorci koordinační částice uvádí na prvním místě symbol centrálního atomu, za nímž následují vzorce ligandů v abecedním pořadí jejich názvů. Vzorec koordinační částice se uvádí v hranaté závorce [ ]. V názvu koordinační částice se název centrálního atomu uvádí až po názvech ligandů a pořadí ligandů je stejné jako ve vzorci. Poznámka. V novější cizojazyčné literatuře se můžeme setkat s pořadím podle doporučení IUPAC [2]: ve vzorci koordinační částice je na prvním místě symbol centrálního atomu, za nímž následují vzorce iontových ligandů, dále vzorce neutrálních ligandů. V obou skupinách se ligandy uvádějí v abecedním pořadí. Sloučeniny obsahující pouze atomy uhlíku a vodíku se řadí podle C. Vzorce organických ligandů obsahujících heteroatom (tzn. atom jiného prvku než uhlíku a vodíku) se uvádějí podle symbolu heteroatomu a při stejném počtu atomů rozhoduje počet atomů uhlíku, resp. vodíku. 12 V každé publikaci, v níž jsou zkratky používány, má být jejich význam vysvětlen. Pravidla pro tvorbu zkratek jsou uvedena v [1] 36

37 4.2.2 Stechiometrické složení komplexu Poměr složek v koordinační částici se ve vzorci vyjádří obvyklým způsobem číslicemi. Pokud je to zapotřebí, používají se závorky v pořadí: [()], příp. [{()}]. Kromě případů, kdy jsou předepsány přímo pravidly, se používají závorky vždycky, když jsou nutné pro jednoznačný zápis vzorce nebo názvu. Příklady použití závorek ve vzorcích: [Al(H 2 O) 6 ] 3+ [Ni{P(CH 3 ) 3 } 4 ] K[Os(N)O 3 ] Příklady významu závorek ve vzorcích: O 2 ve vzorci koordinační sloučeniny znamená dva ligandy oxidové, zatímco (O 2 ) znamená ligand peroxidový, O 3 ve vzorci koordinační sloučeniny znamená tři ligandy oxidové, zatímco (O 3 ) znamená ligand ozonidový. V názvu se poměr složek v koordinační částici vyjádří číslovkovými předponami (jsou uvedeny v tab.2) před názvy ligandů nebo centrálních atomů: jednoduché číslovkové předpony se používají u většiny anorganických aniontových ligandů a u neutrálních ligandů NH 3, H 2 O, CO, NO násobné číslovkové předpony se používají u neutrálních ligandů (s výjimkou NH 3, H 2 O, CO a NO) a podle potřeby u víceatomových anorganických ligandů a organických aniontových ligandů. Pozor! Po násobné číslovkové předponě musí vždy následovat závorka, v níž je uveden název ligandu! Oxidační číslo centrálního atomu Ve vzorci se oxidační číslo centrálního atomu může vyznačit obvyklým způsobem. V názvu se kladné oxidační číslo centrálního atomu vyjádří příslušným zakončením (jsou uvedena v tabulce 3). Název centrálního atomu s oxidačním číslem 0 nemá žádné zakončení a uvádí se v nominativu nebo genitivu. Jestliže má centrální atom záporné oxidační číslo, potom má jeho název zakončení -id a doplňuje se vždy (!!!) číslem Ewensovým-Bassetovým. 37

38 4.2.4 Názvy koordinačních sloučenin Název komplexního iontu je složen z názvu centrálního atomu s příslušným zakončením podle oxidačního čísla a s předponou tvořenou názvy ligandů. Názvy jednotlivých ligandů se oddělují pomlčkami, název posledního ligandu se od názvu centrálního atomu neodděluje ani pomlčkou ani mezerou. Počet ligandů stejného druhu se vyjádří číslovkovou předponou. Název elektroneutrálního komplexu se skládá z podstatného jména "komplex" a přídavného jména utvořeného z názvu centrálního atomu s příslušným zakončením podle oxidačního čísla a předponou tvořenou názvy ligandů. Příklady: vzorec komplexu: oxidační číslo: název: [Co(CN) 6 ] 3 III ion hexakyanokobaltitanový [Co(NH 3 ) 5 (H 2 O)] 3+ III ion pentaammin-aquakobaltitý [Pt(NH 3 ) 4 ][PtCl 4 ] II,II tetrachloroplatnatan tetraamminplatnatý [FeCl 2 (C 5 H 5 N) 4 ] II dichloro-tetrakis(pyridin)železnatý komplex [Cr(C 6 H 6 ) 2 ] 0 bis(benzen)chrom [Co 4 (CO) 12 ] 0 dodekakarbonyltetrakobalt K 4 [Ni(CN) 4 ] 0 tetrakyanonikl draselný [Ni(CN) 4 ] 4 0 ion tetrakyanoniklu Na[Co(CO) 4 ] -I tetrakarbonylkobaltid(1-) sodný 4.3 MOŽNOSTI VYJÁDŘENÍ STRUKTURY KOORDINAČNÍ SLOUČENINY Způsob vazby ligandu V koordinační sloučenině mohou být na centrální atom vázány ligandy jedním nebo více donorovými atomy. Obsahuje-li ligand pouze jeden donorový atom, označujeme jej jako jednovazný (monodentátní, monodonorový). Ligand s několika donorovými atomy je ligandem vícevazným (bidentátním nebo didentátním, tridentátním, polydentátním). Váže-li se polydentátní ligand dvěma nebo více atomy k jednomu centrálnímu atomu, vzniká chelát. Jestliže je ligandem nenasycený uhlovodík, nemusí být donorový atom specifikován a centrální atom může být vázán ke dvěma či více atomům jako celku π elektrony násobné vazby. 38

39 4.3.2 Rozlišení vazebných izomerů Donorové atomy, jimiž se váže ligand k centrálnímu atomu mohou být vyznačeny za názvem ligandu v tištěném textu kurzívně, v psaném textu podtržené, přičemž se donorové atomy stejného druhu v polydentátních ligandech rozlišují čárkou. V některých případech je odlišný způsob vazby vyjádřen odlišným názvem ligandu. Příklady rozlišení vazebných izomerů názvem ligandu: ONO nitrito-o ONO nitrito-o,o NO 2 nitrito-n nebo nitro (viz pozn. 9) SCN thiokyanato-s nebo jen thiokyanato NCS thiokyanato-n nebo isothiokyanato NH 2 CH 2 COOH (glycin-n) OOCCH 2 NH 3 (glycin-o) OOCCH 2 NH 2 NH 2 CH 2 OOC OCS OCS SCO glycinato-o glycinato-o,n nebo jen glycinato dithiooxalato-o,o dithiooxalato-s,s SCO Příklady struktury (vazeb mezi atomy): ion bis(thiosulfato-o,s) zlatnanový O S S O S Au S O O O O 39

40 4.3.3 Geometrické a optické izomery Vyčerpávající způsob popisu struktury libovolného komlexu, stejně jako rozlišení všech geometrických a optických izomerů vzorcem nebo názvem, přesahuje rámec tohoto učebního textu. Seznámíme se proto alespoň se způsoby naznačení struktury čtvercových a oktaedrických koordinačních sloučenin grafickým znázorněním a s možnostmi rozlišení některých geometrických izomerů vzorcem a názvem. Pro znázorňování prostorového uspořádání koordinačních sloučenin se používají geometrické obrazce, jejichž vrcholy vyznačují polohy koordinovaných ligandů: tetraedr pro neplanární komplexy s koordinačním číslem 4, čtverec pro planární komplexy s koordinačním číslem 4 a čtverec s kolmou osou pro oktaedrické komplexy. Symbol centrálního atomu se obvykle vypouští. Dvojvazný ligand se znázorňuje obloučkem (vícevazný několika obloučky) nebo zalomeně (zalomení naznačuje strukturu ligandu) s vyznačením donorových atomů ve vrcholech polyedru nebo polygonu Vzorce a názvy geometrických izomerů planárních sloučenin s koordinačním číslem 4 Geometrická izomerie je možná u koordinačních sloučenin typu [Ma 2 b 2 ] a [Ma 2 bc], kde M je středový atom, a, b, c jsou monodentátní ligandy. Vzájemná poloha stejných ligandů se vyjadřuje ve vzorcích i názvech strukturními předponami cis a trans 13. Příklad: [Pt(NH 3 ) 2 Cl 2 ] znázornění, vzorce a názvy: NH 3 NH 3 Cl Cl cis-[pt(nh 3 ) 2 Cl 2 ] trans-[pt(nh 3 ) 2 Cl 2 ] cis-diammin-dichloroplatnatý komplex 40 Cl NH 3 NH 3 Cl trans-diammin-dichloroplatnatý komplex 13 Význam strukturních předpon je uveden v tab.4. Připomínáme, že se strukturní předpony píší podtržené nebo tisknou kurzívou.

41 Příklad: [Pt(NH 3 ) 2 Cl(NO 2 )] znázornění, vzorec a název: NH 3 NH 3 Cl NO 2 cis-[pt(nh 3 ) 2 Cl(NO 2 )] trans-[pt(nh 3 ) 2 Cl(NO 2 )] cis-diammin-chloro-nitroplatnatý komplex Cl trans-diammin-chloro-nitroplatnatý komplex Vzorce a názvy geometrických izomerů oktaedrických komplexů K rozlišení geometrických izomerů oktaedrických koordinačních sloučenin obecného vzorce [Ma 2 b 4 ] se mohou rovněž použít ve vzorcích i názvech předpony cis a trans. Příklad: [PtCl 4 (py) 2 ] znázornění, vzorce a názvy: Cl Cl Cl C 5 H 5 N C 5 H 5 N Cl 41 NH 3 NH 3 NO 2 cis-[ptcl 4 (py) 2 ] trans-[ptcl 4 (py) 2 ] cis-tetrachloro-bis(pyridin)platičitý trans-tetrachloro-bis(pyridin)platičitý komplex komplex Cl Cl C 5 H 5 N Cl C 5 H 5 N Geometrické izomery komplexů typu [Ma 3 b 3 ] se rozlišují předponami fac a mer. Příklad: [ReCl 3 O 3 ] 2 znázornění, vzorce a názvy: Cl Cl Cl fac-[recl 3 O 3 ] 2- mer-[recl 3 O 3 ] 2- fac-trichloro-trioxorhenistanový ion O O O Cl Cl O O O Cl Cl mer-trichloro-trioxorhenistanový ion

42 Příkladem sloučenin, jejichž strukturu nemůžeme jednoznačně popsat pomocí strukturních předpon, jsou chirální komplexy. Jsou to taková uspořádání (geometrické izomery), která neobsahují prvek symetrie S n (rovinu, střed nebo rotačně-reflexní osy symetrie). Optické protějšky (optické antipody, enantiomerní dvojice) se snadno znázorní graficky jako zrcadlové obrazy. Příklad: [Cr(H 2 O) 2 (ox) 2 ] znázornění a vzorec trans-diaqua-bis(oxalato)chromitanového iontu: H 2 O O O trans-[cr(h 2 O) 2 (ox) 2 ] - O O H 2 O znázornění izomeru cis-: O O O O O O H 2 O O O H 2 O H 2 O H 2 O název obou optických protějšků: cis-diaqua-bis(oxalato)chromitanový ion vzorec obou optických protějšků: cis-[cr(h 2 O) 2 (ox) 2 ] Komlexy s π ligandy Jestliže je zapotřebí ve vzorci nebo názvu zdůraznit, že je ligand vázán k centrálnímu atomu π elektrony násobné vazby, uvede se před vzorcem nebo názvem ligandu symbol η (čte se "hapto" nebo "éta") a pokud je znám, uvede se rovněž počet atomů, kterými se tímto způsobem ligand na středový atom váže (η n ). Česká názvoslovná komise [1] doporučuje také označení h n. Poznámka. Počet připojených atomů uhlíku se označuje jako "hapticita" ligandu. Některé ligandy se mohou vázat více způsoby, např. cyklopentadienyl se může vázat jako nonohapto, trihapto nebo pentahapto ligand (η 1, η 3 nebo η 5 ). 42

43 Příklad [Cr(C 6 H 6 ) 2 ] znázornění: vzorec: [Cr(η 6 -C 6 H 6 ) 2 ] název: bis(η 6 -benzen)chrom Cr (čti "bis haptošestbenzenchrom") Příklad [PtCl 3 (C 2 H 4 )] znázornění: vzorec: [PtCl 3 (η 2 -C 2 H 4 )] CH 2 Cl Pt CH název: ion trichloro-(η 2 2 -ethylen)platnatanový Cl Cl Příklad [Mo(C 5 H 5 ) 3 NO] znázornění: vzorec: [Mo(η 1 -C 5 H 5 )(η 3 -C 5 H 5 )(η 5 -C 5 H 5 )NO] název: komplex Mo NO (η 1 -cyklopentadienyl)-(η 3 -cyklopentadienyl)-(η 5 -cyklopentadienyl)-nitrosylmolybdenitý Příklady vzorců a názvů: [Fe(η 5 -C 5 H 5 ) 2 ] ferrocen nebo bis(η 5 -cyklopentadienyl)železnatý komplex [Co(η 5 -C 5 H 5 ) 2 ] kobaltocen nebo bis(η 5 -cyklopentadienyl)kobaltnatý komplex 4.4 VÍCEJADERNÉ KOMPLEXY Je-li ligand vázán ke dvěma či více centrálním atomům, je ligandem můstkovým a koordinační sloučenina je vícejaderná (dinukleární, trinukleární atd., polynukleární). Vícejaderné komplexy však mohou mít také přímou vazbu mezi centrálními atomy. Pro psaní vzorců i názvů je důležité zjištění, zda komplex je či není symetrický vůči můstkovému ligandu nebo vazbě mezi centrálními atomy. 43

44 4.4.1 Sloučeniny s můstkovými ligandy Dvojjaderné symetrické sloučeniny s můstkovými ligandy Ve vzorci i názvu je můstkový ligand označen symbolem μ- (čti "mí") před vzorcem nebo názvem ligandu. Příklady [{Cr(NH 3 ) 5 } 2 (μ-oh)] 5+ ion μ-hydroxo-bis(pentaamminchromitý) [{Fe(CO) 3 } 2 (μ-co) 3 ] tri-μ-karbonyl-bis(trikarbonylželezo) [{Co(NH 3 ) 3 } 2 (μ-oh) 2 (μ-no 2 -N,O)] 3+ di-μ-hydroxo-μ-nitrito-n,o-bis(triamminkobaltitý) ion Prostorové uspořádání uvedených komplexů se znázorní dvěma oktaedry vzájemně spojenými vrcholem, stěnou nebo hranou. Poznámka. Vícejaderné komplexy se často uvádějí vzorcem funkčním, např. ion μ-hydroxo-bis(pentaamminchromitý) vzorcem [(NH 3 ) 5 Cr OH Cr(NH 3 ) 5 ] Dvojjaderné nesymetrické sloučeniny s můstkovými ligandy V názvech i vzorcích nesymetrických dvojjaderných komplexů je můstkový ligand zařazen obvyklým způsobem se symbolem μ- před názvem nebo vzorcem ligandu. Jestliže je v komplexu ještě nemůstkový ligand stejného druhu, uvádí se nejdříve ligand můstkový, potom ligand nemůstkový. Příklad [Cr 2 (NH 3 ) 9 (H 2 O)(μ-OH)]Cl 5 Název: chlorid nonaammin-aqua-μ-hydroxodichromitý Poznámka. Komplex lze zapsat také vzorcem [(NH 3 ) 5 Cr OH Cr(NH 3 ) 4 (H 2 O)]Cl Trojjaderné a vyšší vícejaderné sloučeniny s můstkovými ligandy Můstkový ligand, který je vázán k více než dvěma centrálním atomům, je v názvu i ve vzorci označen μ n -, kde n je počet vázaných centrálních atomů. Příklad [Be 4 (μ-ch 3 COO-O,O ) 6 (μ 4 -O)] název: hexakis-(μ-acetato-o,o )-μ 4 -oxotetraberyllnatý komplex nebo, známe-li strukturu,hexakis-(μ-acetato-o,o )-μ 4 -oxo-tetraedro-tetraberyllnatý komplex 44

45 Poznámka. Prostorové uspořádání se znázorní tetraedrem, v jehož vrcholech jsou atomy beryllia spojené ligandy CH 3 COO. Uprostřed tetraedru je atom kyslíku vázaný ke každému ze čtyř atomů beryllia Polymerní struktury Tvorba můstků mezi centrálními atomy může vést ke vzniku polymerních struktur a takové sloučeniny se mohou pojmenovat podle opakující se části. Příklad: polymerní chlorid palladnatý Pd Cl Cl Cl Pd Pd Cl Cl n Cl Název: katena-di-μ-chloropalladnatý komplex Sloučeniny s vazbou kov-kov Dvojjaderné symetrické sloučeniny s přímou vazbou mezi atomy kovu Psaní vzorců i názvů je zřejmé z následujících příkladů. Pokud se použije funkční vzorec, je vazba kov-kov zřejmá, v názvu se má tato informace uvádět vždy: Příklady [Br 4 ReReBr 4 ] 2 ion bis(tetrabromorhenitanový)(re-re)(2-) nebo [Re 2 Br 8 ] 2 ion oktabromodirhenitanový(re-re)(2-) [(CO) 5 MnMn(CO) 5 ] bis(pentakarbonylmangan)(mn-mn) nebo [Mn 2 (CO) 10 ] dekakarbonyldimangan(mn-mn) Dvojjaderné nesymetrické sloučeniny s vazbou kov-kov U nesymetrických sloučenin se jeden z atomů kovu uvažuje jako centrální atom a druhý spolu se svými ligandy jako celek za ligand. Název kovu v ligandu má zakončení -io. Volba centrálního atomu se provede podle tabulky 6 (pořadí prvků je zřejmé z následujícího příkladu). Příklad [(CO) 5 ReCo(CO) 4 ] pentakarbonyl-(tetrakarbonylkobaltio)rhenium 45

46 Klastry (homoatomové struktury) V některých vícejaderných koordinačních sloučeninách se atomy kovu vzájemně váží do celku definovaného geometrického tvaru. V názvech se tento tvar může vyjádřit příslušnou strukturní předponou. Příklady - znázornění struktury, vzorce a názvy: Cl B Cl B B [B 4 Cl 4 ] tetrachloro-tetraedro-tetraborný komplex [Os 3 (CO) 12 ] Cl B Cl 46 CO dodekakarbonyl-triangulo-triosmium CO CO CO Os CO CO CO Os CO CO Os CO CO CO Poznámka. Může se rovněž použít vzorců a názvů podle pravidel uvedených v : cyklo-[{os(co) 4 } 3 ] cyklo-tris(tetrakarbonylosmium)(3 Os -Os) nebo cyklo-[os 3 (CO) 12 ] cyklo-dodekakarbonyltriosmium(3 Os -Os) 4.5 NÁZVOSLOVÍ ORGANOKOVOVÝCH SLOUČENIN Názvosloví celé řady organokovových sloučenin jsme popsali již v předcházející části tohoto oddílu, neboť mezi organokovové sloučeniny se zařazují sloučeniny, v nichž je alespoň jedna neiontová vazba kov uhlík, tedy i koordinační sloučeniny s ligandy CO, CN, C 6 H 6, C H 5 5, C 2 H 4 apod. Protože názvoslovná pravidla pro ostatní organokovové sloučeniny nejsou v českém názvosloví dosud jednotně zavedena, uvedeme v této části pouze používané způsoby tvorby názvů alkylových a arylových derivátů kovů v rozsahu potřebném pro výuku obecné a anorganické chemie Názvy vybraných organokovových sloučenin Organokovové sloučeniny s atomem kovu vázaným pouze k organickému ligandu a vodíku Podle doporučení IUPAC [2] se v názvech těchto sloučenin mají používat národní názvy prvků, zatímco česká názvoslovná komise [1] doporučuje tzv. racionální názvy prvků končící na -ium (např. zinkium, stannium, plumbium, tellurium). V české chemické literatuře se užívají názvy organokovových sloučenin vytvořené oběma způsoby, proto v některých příkladech uvádíme obě možnosti.

47 Názvy se tvoří pomocí předpon označujících ligandy. Názvy ligandů se uvádějí v pořadí v jakém jsou ve vzorci, ale na rozdíl od názvů koordinačních sloučenin se neoddělují pomlčkami a název kovu nemá zakončení podle oxidačního čísla. Sloučeniny, které lze odvodit od AsH 3, SbH 3, BiH 3, GeH 4, SnH 4 a PbH 4 se mohou pojmenovat také jako substituční deriváty těchto sloučenin. Příklady (C 2 H 5 ) 4 Pb tetraethylplumbium nebo tetraethylolovo nebo tetraethylplumban (CH 3 ) 6 Al 2 hexamethyldialuminium nebo hexamethyldihliník (CH 3 ) 6 Ge 2 hexamethyldigermanium nebo hexamethyldigerman (C 2 H 5 )HBe ethylhydridoberyllium Organokovové sloučeniny obsahující další aniontové ligandy Názvy sloučenin, v nichž jsou k atomu kovu vázány ještě další aniontové ligandy, jsou složeny z předpon označujících organické ligandy, názvu kovu a názvů aniontů. Příklady CH 3 MgI methylmagnesiumjodid (C 2 H 5 ) 3 TeO(HO) triethyltelluriumoxidhydroxid (C 2 H 5 ) 2 SbCl diethylstibiumchlorid nebo diethylchlorstiban 4.6 ÚLOHY K PROCVIČOVÁNÍ Úlohy k procvičování I Pojmenujte: a) [Al(H 2 O) 6 ] 3+ b) [Al(OH) 4 ] c) [Cr(O 2 ) 4 ] 3 d) [CuCl 4 ] 2 e) [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ f) [Ag(SO 3 S) 2 ] Pojmenujte: a) K 2 [Cu(C 2 H) 3 ] b) K 2 [ReH 9 ] c) [U(NO 3 ) 6 ] 2 d) [Mo(C 6 H 6 ) 2 ] e) [Ni(PF 3 ) 4 ] f) Na[V(CO) 6 ] 47

48 4-3. Pojmenujte: a) [Cr(NH 3 ) 6 ][Co(C 2 O 4 ) 3 ] b) K 4 [Ni(CN) 4 ] c) Na[Mn(CO) 5 ] d) [Pt(NH 3 ) 4 ][PtCl 4 ] e) [Co(C 5 H 5 ) 2 ] f) (PCl 4 )[PCl 6 ] 4-4. Pojmenujte: a) Na[RhCl 4 ].2H 2 O b) K[CrF 4 O] c) [Fe II (NH 3 ) 6 ][Fe(CO) 4 ] d) K[PtCl 3 (C 2 H 4 )] e) [ReCl 3 O 3 ] 2 f) [Cr(H 2 O) 2 (C 2 O 4 ) 2 ] 4-5. Pojmenujte: a) K[Au(S 2 )S] b) [AuCl 2 (C 5 H 5 N) 2 ]Cl c) [Cr(OH)O(O 2 ) 2 ] d) K 2 [ReCl 5 O] e) [Pt(NH 3 )Cl 2 (NO 2 )] f) [Fe(CN) 5 NO] Pojmenujte: a) H[BF 4 ] b) NO[BF 4 ] d) [AuCl 2 (C 5 H 5 N) 2 ] + c) H 2 [PtCl 6 ] e) [Mn(CH 3 COO) 2 (H 2 O) 2 ] f) [FeH 2 O(edta)] 4-7. Pojmenujte: a) [Cr(SCN) 6 ] 3 b) [CuCl 2 (CH 3 NH 2 ) 2 ] c) [Co(NH 3 ) 5 (NO 2 )] 2+ d) [Pt(NH 3 )Cl(py) 2 ] + e) [Mo(OCN) 6 ] 3 f) [CoCl 2 (en) 2 ] Pojmenujte: a) [Ag(SO 3 S) 2 ] 3 b) [Co(NH 3 ) 6 ]Cl(SO 4 ) c) [CoCl 2 (en) 2 ]Cl.H 2 O d) [Fe(AsH 3 ) 2 (NO) 4 ] e) [PtCl 2 (CO) 2 ] f) [Re(CO) 5 NO 3 ] 4-9. Napište vzorce: a) chlorid hexaamminkobaltitý b) tetrafluoroboritanový ion 48

49 c) dusitan tetrakis(pyridin)nikelnatý d) tetrakis(trimethylfosfan)nikl e) bis(cyklopentadienyl)kobaltnatý komplex f) hexanitrokobaltitan amonný Napište vzorce: a) tetraaqua-dihydroxochromitý ion b) (benzen)-trikarbonylmanganný ion c) dichloro-bis(ethylendiamin)kobaltitý ion d) pentaammin-(dinitrogen)ruthenatý ion e) ethylendiamintetraacetatozinečnatanový ion f) diaqua-bis(oxalato)chromitanový ion Napište vzorce: a) dichloro-bis(methylamin)měďnatý komplex b) dichloro-bis(cyklopentadienyl)titaničitý komplex c) tetrafluoro-oxochromičnan draselný d) dichloro-bis(hydroxylamin)palladnatý komplex e) bis(cyklopentadienyl)nikelnatý komplex f) chloro-(diethylentriamin)platnatý ion Pojmenujte: a) [Pt(NH 3 ) 2 Cl 2 (NO 2 ) 2 ] b) [Co(NH 3 ) 2 (gly) 2 ] + c) [Co(NH 3 ) 2 Br 2 (en)] + d) [Ni(CO) 4 ] e) H 3 [Sc(SO 4 ) 3 ] f) [Fe(CN) 5 NO] Napište vzorec a) ion tetrakis(nitrato)zlatitanový b) tetrakis(peroxo)niobičnan draselný c) ion bis(thiosulfato)zlatnanový d) komplex bis(acetato)-diaquamanganatý 49

50 4-14. Pojmenujte: a) [Ru(NH 3 ) 5 (N 2 )] 2+ b) [Th(NO 3 ) 6 ] 2- c) [V(C 6 H 6 ) 2 ] d) K[Co(CO) 4 ] Napište vzorec a) anion pentachloro-oxochromičnanový b) anion trichloro-hydroxozlatitanový c) anion tris(fosfato)gadolinitanový(6-) d) bis(dihydrogenfosfato)-bis(fosfato)ceričitan thallný e) dichloro-bis(hydroxylamin)palladnatý komplex f) hexakyanomangannan draselný Napište vzorec a) chlorid pentaammin-karbonatokobaltitý b) karbonyl-trinitrosylmangan c) kyselina difluoro-tris(sulfato)protaktiničná d) nitrido-trioxoosmičelan draselný e) pentanitratoyttritan rubidný f) síran tetraaqua-dihydroxochromitý Pojmenujte: a) [Fe(C 6 H 6 )(C 5 H 5 )] b) [Fe(AsH 3 ) 2 (CO) 4 ] c) [V(N 2 ) 6 ] d) [Mo(C 5 H 5 ) 2 H 2 ] e) Na 2 [Cr(CO) 5 ] f) [Mn(CO)(NO) 3 ] 50

51 4.6.2 Úlohy k procvičování II Pojmenujte: a) [Er(NCS) 6 ] 3 b) [Cr(SCN) 6 ] 3 c) [Co(NH 3 ) 5 (ONO)] 2+ d) [Co(NH 3 ) 5 (NO 2 )] 2+ e) [Ag(NCO) 2 ] f) [Mo(OCN) 6 ] Znázorněte strukturu (vazby mezi atomy) planárních komplexů (neuvažujte možnou geometrickou izomerii a to, že některé z ligandů nemají planární uspořádání): a) ion tetrakis(nitrato-o)zlatitanový b) bis(nitrato-o,o )měďnatý komplex c) ion bis(thiosulfato-o,o ) zlatnanový d) ion bis(thiosulfato-o,s) zlatnanový Znázorněte geometrické izomery planárních komplexů a rozlište je názvy a) [Pt(NH 3 )Cl(py) 2 ] + b) [CuCl 2 (CH 3 NH 2 ) 2 ] Znázorněte geometrické a optické izomery komplexu [CoCl 2 (en) 2 ] +, u každého uveďte název a vzorec Znázorněte geometrické a optické izomery komplexu [Pt(NH 3 ) 2 Cl 2 (NO 2 ) 2 ] a rozlište je názvy Napište název komplexu [Co(NH 3 ) 2 (gly) 2 ] +. Znázorněte všechny teoreticky možné izomery Znázorněte a pojmenujte geometrické a optické izomery komplexu [Co(NH 3 ) 2 Br 2 (en)] Napište vzorec a uveďte počet teoreticky možných geometrických a optických izomerů: a) ion hydroxo-oxo-bis(peroxo-o,o )chromanový b) komplex bis(acetato-o,o )-diaquamanganatý 51

52 4-26. Napište název: a) [Re(η 5 -C 5 H 5 ) 2 H] b) [PtCl 3 (η 2 -C 2 H 4 )] Napište název a koordinační číslo centrálního atomu: a) [{Cr(H 2 O) 4 Cl} 2 (μ-oh)] 3+ b) [(NbCl 4 ) 2 (μ-cl) 2 ] c) [{Mo(H 2 O)(C 2 O 4 )O} 2 (μ-o) 2 ] 2 d) K 6 [{Ni(CN) 2 } 2 (μ-cn) 2 ] Napište vzorce komplexů a koordinační číslo centrálního atomu: a) di-μ-fosfato-o,o -bis(tetraamminruthenitý) komplex b) ion nonaaqua-μ-hydroxo-hydroxodichromitý Napište vzorec a naznačte vazby mezi ligandy a středovými atomy v iontu cyklo-tri-μ-hydroxo-tris(diamminplatnatém) Napište název a naznačte vazby mezi ligandy a středovými atomy v komplexu [{Fe(CO) 3 } 2 (μ-co) 3 ] Napište název a znázorněte strukturu komplexu [Fe(η 6 -C 6 H 6 )(η 5 -C 5 H 5 )] Napište název koordinační sloučeniny [Cr 3 (μ-ch 3 COO) 6 (μ 3 -O)]Cl Napište název a naznačte vazby mezi ligandy a středovými atomy v iontu [{Ru(NH 3 ) 3 } 2 (μ-nh 2 )(μ-cl)(μ-oh)] Napište název a znázorněte strukturu (vazby mezi ligandy a středovými atomy) v komplexu [{Cr(H 2 O) 3 } 2 (μ-oh) 2 (μ-co 3 )] Napište vzorec bis(glycinato-o,n)platnatého komplexu Napište vzorec a znázorněte strukturu (vazby mezi donorovými a středovými atomy) aniontu di-μ-thiokyanato-s,n-bis(tetraisothiokyanatochromitanového) Napište vzorec a znázorněte strukturu (vazby mezi atomy) komplexu: dodekachloro-triangulo-trirhenitanový ion(3 Re-Re) 52

53 Část B: CHEMICKÉ VÝPOČTY 1. OBECNÝ PŘÍSTUP K ŘEŠENÍ CHEMICKÝCH ÚLOH K běžné a v podstatě denní činnosti chemiků patří příprava roztoků a jiných směsí chemických látek, příprava požadovaných množství produktů chemických reakcí, práce s plyny za různých podmínek a řada dalších činností, jejichž provedení není myslitelné bez dokonalého zvládnutí základních chemických výpočtů. Přes značnou rozmanitost chemických úloh má jejich řešení společné dva základní kroky, kterými jsou: 1. Volba vhodného postupu řešení. Výsledkem je vztah mezi hledanou proměnnou a zadanými proměnnými. 2. Provedení výpočtu. Výsledkem je správná hodnota hledané proměnné. 1.1 VOLBA POSTUPU ŘEŠENÍ Pro volbu vhodného postupu řešení je nezbytná dobrá orientace v zadané fyzikálně-chemické situaci. Ta předpokládá schopnost rozpoznat podstatu dějů popsaných v zadání úlohy (směšování roztoků, chemická reakce apod.) a specifikovat zadané údaje, ale zejména údaje, které je třeba vypočítat. Již v této fázi výpočtu je velmi užitečné pokusit se o předběžný, i když jen orientační odhad výsledku. Můžeme se tak vyvarovat hrubých chyb ve výpočtu. Např. při směšování dvou roztoků bude složení výsledného roztoku ležet v mezích daných složením roztoků výchozích, při reakci kilogramových množství výchozích látek bude objem plynných produktů vyjádřený v m 3 zhruba dvacetinásobkem stechiometrických koeficientů. Tradičně nejobtížnějším krokem řešení pro většinu studentů je převedení slovního zadání na matematickou formu. Tuto schopnost si můžete otestovat na celé řadě jednoduchých úloh, např.: Na škole je šestkrát více studentů S než profesorů P. Napište rovnici reprezentující toto tvrzení. Vedle jednoznačné specifikace fyzikálních a chemických veličin charakterizujících daný problém (teplota, objem, složení apod.) se jedná především o volbu vhodných vztahů mezi těmito veličinami (stavová rovnice ideálního plynu, směšovací rovnice apod.). Dalším problémem bývá nutnost přepočtu zadaných veličin (např. objemu roztoku na hmotnost, jednoho způsobu vyjádření složení na druhý). Hledání (odvozování) vztahu mezi hledanou proměnnou a zadanými proměnnými mohou usnadnit různá schémata. Ukázky jejich použití jsou v řadě řešených úloh. 53

54 Při sestavování a úpravách vztahu mezi hledanou proměnnou a zadanými proměnnými je třeba dodržet následující pravidla: 1) Členy na obou stranách rovnice musí mít stejné jednotky. 2) Jsou-li členy rovnice násobeny určitou veličinou, musí být vynásobeny i jednotky členů jednotkou této veličiny. 3) Je-li k rovnici přičítána veličina, musí mít stejnou jednotku jako členy rovnice. 1.2 VÝPOČET V případě správné volby postupu řešení, tzn. nalezení vztahu mezi hledanou proměnnou a zadanými proměnnými se následující výpočet zdá být jednoduchou záležitostí. Překvapivě často však právě tato část chemických výpočtů bývá zdrojem systematických i zcela zbytečných formálních chyb. Vedle elementárních matematických chyb mohou hrubé chyby pramenit z nevhodného použití jednotek a chyby formální z nesprávné manipulace s přibližnými čísly Veličiny a jednotky používané v základních chemických výpočtech Mezinárodní soustava jednotek SI (Systéme International d Unités, ustanovená v roce 1960) je od roku 1980 užívána jako závazná i v našem státě) a vychází ze sedmi základních veličin 14 (délka, hmotnost, čas, elektrický proud, teplota, látkové množství a svítivost) a odpovídajících základních jednotek (metr, kilogram, sekunda, ampér, kelvin, mol a kandela). V této soustavě je definována i řada odvozených veličin (např. objem, tlak, hustota) a jejich jednotek. V této publikaci jsou respektovány normy ČSN ISO 31-0 a ČSN [3] Pro každou základní nebo odvozenou veličinu definuje soustava SI: a) hlavní jednotku b) násobné a dílčí jednotky c) vedlejší jednotky Všechny tyto hlavní, násobné a vedlejší jednotky se považují za zákonné a je možné je bez omezení používat. Ostatní, mimosoustavové jednotky (staré nebo cizí, např. fyzikální atmosféra, US barrel) se nedoporučují. Hodnoty vyjádřené v takových jednotkách se doporučuje před vlastním výpočtem převést na hodnoty v jednotkách SI. Zásadně se doporučuje provádět veškeré výpočty v jednotkách SI, protože přepočítá- 14 V tištěném textu se symboly veličin tisknou kurzívou 54

55 vací koeficienty na vhodné výsledné jednotky se buď rovnají jedné nebo jsou dekadickými násobky, příp. díly. Násobné a dílčí jednotky se tvoří z hlavních jednotek pomocí předpon odpovídajících dekadickým násobkům nebo dílům. Názvy a značky těchto předpon se připojují bezprostředně (bez pomlček a mezer) před název a symbol jednotky. V základních chemických výpočtech se setkáváme nejčastěji s předponami a značkami uvedenými v následujícím přehledu: násobek předpona značka příklady 10 6 mega M megapascal MPa 10 3 kilo k kilomol kmol 10 2 hekto h hektolitr hl 10-1 deci d decimetr dm 10-2 centi c centimetr cm 10-3 mili m miligram mg 10-6 mikro µ mikrogram µg Vedlejší jednotky mají speciální název a jsou povoleny pouze u některých veličin, např. hmotnost se může udávat v tunách, objem v litrech, čas v minutách, hodinách a dnech Teplota T, t Teplota je základní veličinou SI a její hlavní jednotkou je 1 kelvin = 1K. Symbolem (termodynamické, dříve absolutní) teploty je T. Vedlejší (dnes spíše zvláštní) jednotkou teploty v soustavě SI je Celsiův stupeň C pro Celsiovu teplotu, jejíž symbol je t. Mezi oběma stupnicemi je vztah T = t + 273,15 C (1.1) Ve vědeckých publikacích, zejména při popisu nízkých teplot, se doporučuje přednostně uvádět teplotu v kelvinech. 55

56 Tlak p Tlak je odvozenou veličinou SI, jeho symbolem je p a hlavní jednotkou je 1 pascal = 1 Pa = 1 kg. m -1. s -2 V chemických výpočtech se můžeme setkat s následujícími násobnými a dílčími jednotkami: 1 megapascal = 1 MPa = 10 6 Pa 1 kilopascal = 1 kpa = 10 3 Pa 1 milipascal = 1 mpa = 10-3 Pa Pro vyjádření tlaku se ještě nedávno používaly další jednotky, dnes považované za staré a nezákonné. V různých souvislostech se můžeme stále ještě setkat zejména s následujícími jednotkami: 1 torr = 1 Torr = 133,322 Pa 1 fyzikální (absolutní) atmosféra = 1 atm = Pa 1 bar = 1 b = 10 5 Pa Pozor! Hodnoty tlaku uváděné v těchto jednotkách je třeba přepočítat na hodnoty v pascalech! Objem V Objem je odvozenou veličinou SI, jeho symbolem je V a hlavní jednotkou je 1 krychlový metr = 1 m 3 V chemických výpočtech se běžně setkáváme s následujícími násobnými a dílčími jednotkami: 1 krychlový kilometr = 1 km 3 = 10 9 m 3 Vedlejší jednotkou objemu je 1 krychlový decimetr = 1 dm 3 = 10-3 m 3 1 krychlový centimetr = 1 cm 3 = 10-6 m 3 1 litr = 1 l = 1 dm 3 = 10-3 m 3 a násobnými a dílčími jednotkami jsou: 1 hektolitr = 1 hl = 10-1 m 3 1 decilitr = 1 dl = 10-4 m 3 1 centilitr = 1 cl = 10-5 m 3 1 mililitr = 1 ml = 10-6 m 3 56

57 Hmotnost m Hmotnost je základní veličinou SI, její symbol je m a hlavní jednotkou je 1 kilogram = 1 kg Doporučenými dílčími jednotkami jsou 1 gram = 1 g = 10-3 kg 1 miligram = 1 mg = 10-6 kg 1 mikrogram = 1 µg = 10-9 kg Vedlejší jednotkou je 1 tuna = 1 t = 1000 kg Ke zjištění hmotnosti se nejčastěji používá vážení, tzn. porovnání silového působení gravitačního pole Země na zkoumaný a referenční objekt (závaží). Proto bývá termín "hmotnost" dodnes často zaměňován s termínem "váha", který je však v rozporu s ČSN i soustavou SI Hustota ρ Hustota (měrná hmotnost, specifická hmotnost) je odvozenou veličinou, jejím symbolem je ρ a její hlavní jednotkou je 1 kilogram na krychlový metr = 1 kg/m 3 Běžně používanými dílčími jednotkami jsou 1 kilogram na krychlový decimetr = 1 kg/dm 3 = 10-3 kg/m 3 1 gram na krychlový centimetr = 1 g/cm 3 = 10-3 kg/m 3 Vedlejšími jednotkami jsou např. 1 tuna na krychlový metr = 1 t/m 3 1 gram na mililitr = 1 g/ml a případné další jednotky, které vycházejí z definičního vztahu ρ = m (1.2) V za podmínky, že hmotnost a objem jsou dosazovány v jednotkách doporučených soustavou SI. 57

58 Látkové množství n Látkové množství je základní veličinou SI, jeho symbol je n a hlavní jednotkou je 1 mol = 1 mol Násobnými a dílčími jednotkami nejčastěji používanými při chemických výpočtech jsou 1 kilomol = 1 kmol = 10 3 mol 1 milimol = 1 mmol = 10-3 mol Veličina "látkové množství" a jednotka "mol" bývají někdy provázeny nejasnostmi, proto jim věnujeme následující diskusi. Jeden mol je takové množství jakékoliv látky, které obsahuje právě tolik entit (částic, atomů, molekul, iontů, zrnek, kapek apod.), kolik atomů 12 6 C obsahuje přesně 12 g nuklidu uhlíku 12 6 C. Přestože je hmotnost definičního množství uhlíku 12 6 C dána naprosto přesně, počet atomů v něm obsažených přesně neznáme. Tento počet udává Avogadrova konstanta N A, jejíž hodnota se s vývojem experimentálních metod neustále zpřesňuje, jak dokládají hodnoty doporučené v roce 1963 N A = (6,02252 ± 0,00028) mol -1 v roce 1973 N A = (6, ± 0,000036) mol -1 v roce 1986 N A = (6, ± 0, ) mol -1 O tom, jak nesmírné toto číslo je svědčí první z řešených příkladů. Jednotka látkového množství 1 mol tedy obsahuje Avogadrovo číslo (hodnota Avogadrovy konstanty) částic, podobně jako jeden pár obsahuje dvě částice nebo jeden tucet obsahuje 12 částic apod. Tak jako je množství např. 84 částic vyjádřené v tuctech rovno 84 částic 12 částic na tucet = 7 tuctů je látkové množství n dáno podílem N částic v systému a Avogadrovy konstanty N A n = (1.3) N A Avogadrova konstanta vychází z počtu částic (atomů, iontů, molekul) v běžném laboratorním vzorku, jehož hmotnost se pohybuje řádově v gramech. Kromě těchto případů nás žádné objekty neobklopují v takovém počtu, aby k jeho vyjádření bylo vhodné 58 N

59 použít jednotku mol. Množství látky se může vyjádřit různým způsobem, např. hmotností, objemem, látkovým množstvím, počtem částic apod Molární hmotnost M Molární hmotnost je odvozenou veličinou SI, její symbol je M a základní jednotkou je 1 kilogram na mol = 1 kg/mol V chemických výpočtech se však častěji setkáváme s dílčí jednotkou 1 gram na mol = 1 g/mol = 10-3 kg/mol Molární hmotnost vyjadřuje hmotnost jednoho molu (tzn. Avogadrova čísla) molekul chemicky homogenní látky, např. látky B. V případě látek, které nelze považovat za složené z jednotlivých molekul (např. krystalický CaF 2 ), se molární hmotnost vztahuje k empirickému vzorci. Molární hmotnost CaF 2 je součtem hmotností jednoho molu atomů vápníku a dvou molů atomů fluoru. Molární hmotnost tedy vyjadřuje hmotnost takového množství látky, které obsahuje Avogadrovo číslo molekul nebo vzorcových jednotek. Mezi molární hmotností látky B (značí se M B nebo M(B)), hmotností látky B (m B nebo m(b)) a jejím látkovým množstvím (n B nebo n(b)) platí vztah n B B = m (1.4) M Atomární hmotnost vyjadřuje hmotnost jednoho molu atomů daného prvku. Vzhledem k postupnému zdokonalování experimentálních metod se mění i doporučované atomární a tedy i molární hmotnosti. Atomární hmotnosti prvků jsou uvedeny v tab. 8, molární hmotnosti řady látek v tab. 9. Řešené příklady Příklad 1 Úkol: Objem jedné dešťové kapky je asi 0,03 ml. Do jaké výšky by pokryla voda území bývalého Československa o rozloze S = km 2, kdyby na něj dopadlo Avogadrovo číslo takových kapek a žádná voda neodtékala ani se nevsakovala? Řešení: Výška je podílem objemu vody a plochy, objem vody je součinem počtu kapek a objemu jedné kapky. Hodnoty zadané v ml a km 2 přepočteme např. na m 3 a m B

60 V (voda) N V h A (kapka) = = S S Výpočet: , m 5 h = = 1 10 m ,28 10 m 3 Závěr: Voda by vystoupila do výšky asi sta kilometrů. Příklad 2 Úkol: Vypočítejte hmotnost jednoho atomu uranu. Atomární hmotnost uranu M(U) = 238,0 g/mol. Řešení: Při řešení vyjdeme ze vztahů (1.3) a (1.4): N(U) m( U ) N(U) M (U) n (U) = = m (U) = N A M (U) NA Výpočet: 1 238,0 g/mol 22 m (U) = = 3, g , mol Závěr: Hmotnost jednoho atomu uranu je 3, g. Příklad 3 Úkol: Kolik gramů čistého chloridu sodného musíme navážit, potřebujeme-li pro chemickou reakci 0,425 molu této látky? Řešení: Hmotnost vypočítáme pomocí vztahu (1.4) m(nacl) = n(nacl)m(nacl) Molární hmotnost NaCl vyhledáme v tabulce molárních hmotností: M(NaCl) = 58,44 g/mol Výpočet:. m(nacl) = 0, ,44 g = 24,8 g Závěr: Je třeba navážit 24,8 g čistého chloridu sodného. 60

61 1.2.2 Konstanty a orientační hodnoty užívané v základních chemických výpočtech V základních chemických výpočtech se setkáváme se dvěma základními fyzikálními konstantami, jejichž nejnovější doporučované hodnoty jsou: Avogadrova konstanta N A = (6, ± 0, ) mol -1 plynová (molární) konstanta R = (8, ± 0,000070) J. K -1. mol -1 Pro snazší výpočet se v základních chemických výpočtech často užívají orientační hodnoty. Například hustota vody, která se s teplotou mění jen mírně bývá při výpočtech přípravy a směšování roztoků považována za stálou a její hodnota v rozmezí teplot 0 až 25 C je ρ = 1,00 g/cm 3 Závislost hustoty roztoků na teplotě je však ve většině případů třeba respektovat 15. Objem určitého množství plynné látky závisí na teplotě a tlaku. V základních chemických výpočtech je chování plynů popisováno stavovou rovnicí ideálního plynu (viz oddíl 6) pv = nrt Pro odhad objemu plynu se však tradičně používá orientační hodnota objemu jednoho molu plynu při tzv. normálních podmínkách (T = 273,15 K, p = Pa) zvolených již před více než sto lety a užívaných především v plynárenském průmyslu. V m(0 C) = 22,414 dm 3 Běžná laboratorní teplota se však pohybuje kolem 20 C. Pro reálnější laboratorní podmínky T = 293,15 K a p = Pa je orientační hodnota objemu jednoho molu plynu V m(20 C) = 24,057 dm 3 = 24 dm 3 Poznámka. Zaokrouhlovací chyba je menší než odchylka chování reálných plynů od chování plynu ideálního. 15 Hodnoty hustot, které jsou součástí zadání řešených příkladů a příkladů k procvičování, se vztahují k teplotě 20 C, pokud není uvedena teplota jiná. 61

62 1.2.3 Počítání s přibližnými čísly Většinu čísel, se kterými počítáme v chemických výpočtech, nelze považovat za čísla přesná. Výjimkami jsou koeficienty, např. 2 moly, 3/4 objemu apod., se kterými počítáme jako se zcela přesnými. Hodnoty naměřených veličin jsou vždy zatížené neurčitostí, stejně jako hodnoty konstant a samozřejmě i orientační hodnoty. Další neurčitost do výsledků našich výpočtů mohou vnášet i použité přibližné vztahy, jako např. stavová rovnice ideálního plynu použitá pro reálný plyn. Neurčitost hodnot bývá vyjádřena buď explicitně, např. 32,78 ± 0,02, nebo častěji implicitně správným počtem platných číslic. Číslice ve správně uvedené hodnotě se nazývají platné (významné) číslice (místa) a obsahují v čísle všechna místa určená s jistotou a jedno (poslední) místo, které je neurčité. Uvedenou hodnotu lze tedy správně napsat 32,78, nikoli však 32,7800, protože takový zápis by naznačoval neurčitost až na čtvrtém, nikoli na druhém desetinném místě. Zaokrouhlení čísla na platná místa odpovídající požadovanému desítkovému řádu znamená: a) vypustit všechny číslice nižších řádů b) je-li číslice na dalším řádovém místě menší než 5, nechat číslice požadovaného a vyššího řádu beze změny c) je-li číslice na dalším řádovém místě 5 nebo vyšší, přičíst k číslici požadovaného řádu jednotku se všemi důsledky pro další platné číslice (např. zaokrouhlení čísla 21,4953 na čtyři platné číslice dává 21,50) Postup při sčítání a odečítání Jestliže do výpočtu vstupují čísla se správným, ale obecně různým počtem platných míst, je pro správnou prezentaci výsledku rozhodující číslo s nejvyšším řádem své poslední platné číslice a výsledek se zaokrouhluje na tento řád (k), přičemž všechna čísla sčítáme buď s plným počtem míst nebo zaokrouhlena na řád o stupeň vyšší (k+1). Např. při sčítání 39, ,5 + 0,3687 bude správný výsledek získaný součtem nezaokrouhlených čísel (160,9667) po zaokrouhlení na jedno desetinné místo roven 161,0. Při sčítání čísel zaokrouhlených, tzn. 39, ,5 + 0,37, bude výsledek 160,97 po zaokrouhlení roven rovněž 161,0. Připomínáme: Sčítat a odečítat lze pouze hodnoty stejných veličin vyjádřené ve stejných jednotkách! 62

63 Postup při násobení a dělení Při násobení a dělení je rozhodující číslo s nejmenším počtem platných číslic. Tento počet platných číslic musí mít i výsledek. Např. při násobení 1,26184 x 0,0032 bude mít správně uváděný výsledek pouze dvě platné číslice (násobíme číslo se šesti platnými číslicemi číslem se dvěma platnými číslicemi) 1,26184 x 0,0032 = 0, = 0,0040. Stejný výsledek získáme i při. násobení čísel zaokrouhlených na tři (tzn. 2+1) platná místa:. 1,26 x 0,0032 = 0, = 0,0040 Připomínáme: Násobit a dělit lze hodnoty různých veličin, avšak vyjádřené v jednotkách v rámci jednoho systému! Počítání s čísly mimořádných rozsahů Chemie se zabývá jak makroskopickými vzorky látek, tak i jejich atomární stavbou. Proto se v chemických výpočtech můžeme setkat s mimořádnými rozsahy čísel. V případě čísel s větším počtem nul před první platnou číslicí nebo za poslední platnou číslicí je vhodné zapisovat čísla pomocí mocnin základu 10. Každé reálné číslo můžeme napsat ve tvaru součinu N = N k kde 1 N 0 < 10 a k je řád první platné číslice. Počet platných míst a způsob jejich zpracování zůstává při tomto zápisu čísel zachován. Např. číslo 0, píšeme 3, Např. číslo se čtyřmi platnými číslicemi píšeme 2, , ale má-li toto číslo šest platných číslic musíme psát 2, A na závěr připomínáme: Výsledek chemického výpočtu nelze uvádět s větší přesností než jakou mají hodnoty veličin vstupující do výpočtu! 63

64 Řešené příklady Příklad 4 Úkol: Vypočítejte průměrnou hmotnost sedmi vzorků stejné série, jestliže na váhách s přesností 0,1 g byly zjištěny následující hmotnosti: 13,1 g, 13,2 g, 13,1 g, 13,0 g, 13,2 g, 13,2 g a 13,1 g. Řešení: Průměr hodnot je dán vztahem m m 1 + m 2 + m 3 + m 4 + = m 5 + m 6 + m 7 7 Výpočet: 131, + 13, , + 13, , , , m = g = 13, g 7 m = 13, g Opsáním displeje bychom se však dopustili mylné informace, neboť bychom naznačovali, že přesnost vážení je 0, g. Je zřejmé, že výsledek na displeji je třeba zaokrouhlit na správný počet platných míst, které odpovídá přesnosti vah (tedy i přesnosti vstupních hodnot):. m = 13, g = 13,1 g Závěr: Průměrná hmotnost vzorků je 13,1 g. Příklad 5 Úkol: Z hodnot atomárních hmotností uvedených v tabulce 8 vypočtěte co nejpřesněji molární hmotnost hexafluoroantimoničnanu draselného K[SbF 6 ]. Řešení a výpočet: Tabelované hodnoty atomárních hmotností sečteme a výsledek zaokrouhlíme. M(K[SbF 6 ]) = (39, , , ) g/mol. = 274, g/mol = 274,84 g/mol Stejný výsledek získáme i po sečtení tabelovaných hodnot zaokrouhlených na tři desetinná místa a zaokrouhlení součtu na dvě desetinná místa: M(K[Sb F 6 ]) = (39, , ,998) g/mol = 274,836 g/mol = 274,84 g/mol Závěr: Nejpřesnější molární hmotnost K[SbF 6 ], kterou lze vypočítat z daných hodnot atomárních hmotností je M(K[SbF 6 ]) = 274,84 g/mol 64

65 Příklad 6 Úkol: Vypočtěte objem pěti molů ideálního plynu při teplotě 22,0 C a tlaku 101,3 kpa. Hodnota molární plynové konstanty je R = 8, J. K -1. mol -1. Řešení: Úpravou stavové rovnice pro ideální plyn dostaneme vztah n R T V = p Výpočet: Dosadíme zadané hodnoty a správně přepočtenou Celsiovu teplotu na teplotu termodynamickou (absolutní) 5 8,314510(273, ,0) V = m = 0, m =121dm 3 101,3 10 S nejmenším počtem platných míst je zadána teplota a výsledek výpočtu jsme proto zaokrouhlili na tři platná místa. Počet molů je v tomto případě brán jako číslo přesné a neovlivňuje počet platných míst výsledku. Ke stejnému výsledku dospějeme i při dosazení zadaných hodnot zaokrouhlených na počet platných míst o jedno větší než odpovídá výsledku, tedy na čtyři platná místa: 5 8,315(273,2 + 22,0) V = m = 0,1212 m = 121dm 3 101,3 10 Závěr: Plyn zaujímá za daných podmínek objem 121 dm 3. Příklad 7 Úkol: Za tzv. normálních podmínek obsahuje 1 cm 3 vzduchu 2, molekul dusíku, 5, molekul kyslíku, 8, molekul CO 2, 2, atomů argonu a méně než molekul a částic dalších složek. Kolik částic obsahuje tento objem vzduchu? Řešení a výpočet: Zadané hodnoty vyjádříme ve stejném řádu a sečteme. 2, , , , = 2, Závěr: V 1 cm 3 je za normálních podmínek 2, částic. 65

66 1.3 PŘÍKLADY K PROCVIČOVÁNÍ 1-1. Vypočítejte látkové množství a) 120 g Na 2 HPO 4 b) 1, molekul [Co(NH 3 ) 6 ]Cl Vypočítejte hmotnost a) 0,200 mol KClO 3 b) 5, molekul SiCl 4 c) 3,5 mol Cr 2 O 2 7 d) jednoho atomu Bi na čtyři platná místa e) 1, molu NH 4 + f) jednoho sta bilionů molekul kyslíku 1-3. Kolik molů, molekul a atomů obsahuje a) 500,0 g SF 6 b) 394 kg Na 2 SO 4. 10H2 O c) 10,5 g P 4 d) 2,00 l H 2 O při 5 C e) 1 μg PbCrO Smrtelná dávka KCN je asi 0,08 mmol na 1 kg hmotnosti lidského těla. Jaká hmotnost KCN představuje smrtelné nebezpečí pro osobu vážící 70 kg? 1-5. Hustota hliníku je 2,7 g/cm 3. Kolik atomů obsahuje krychlička hliníku o hraně 1 mm? 1-6. Lidské tělo obsahuje asi 0,004 hmotnostních procent Fe. Kolik atomů Fe obsahuje osoba vážící 70 kg? 66

67 2. SLOŽENÍ SLOUČENIN A SMĚSÍ 2.1 SLOŽENÍ SMĚSÍ Směs je soustava tvořená alespoň dvěma složkami. Pro osvěžení paměti uvádíme známé schéma klasifikace chemických látek: chemická individua (např. sodík, voda, chlorovodík) chemické látky homogenní (např. vodný roztok chlorovodíku, zemní plyn) směsi heterogenní (např. směs CaO a CaCO 3, mlha, suspenze CaCO 3 ve vodě) Složení směsi může být vyjádřeno buď množstvím jednotlivých složek nebo jejich poměrným zastoupením. Množství složek i soustavy se vyjadřuje hmotností, objemem nebo látkovým množstvím. Pozor! Pouze čistou látku můžeme označit chemickým vzorcem! Je důležité rozlišovat zápis V(roztok HCl) a zápis V(HCl), zápisy m(bauxit) a m(alo(oh)) apod Poměrný obsah složky množství složky poměrný obsah složky = množství celé soustavy Množství složky i soustavy může být zadáno ve stejných nebo různých veličinách a tomu odpovídají také různé jednotky, používané k vyjádření složení směsí (viz ) Hmotnostní zlomek složky B w(b) ve směsi je definován jako podíl hmotnosti složky B a hmotnosti směsi m( B) w( B) = (2.1) m přičemž hmotnost směsi je rovna součtu hmotností složek. Součet hmotnostních zlomků všech složek směsi je roven jedné. 67

68 Molární zlomek složky B x(b) je definován jako podíl látkového množství složky B a celkového látkového množství všech složek směsi, které se rovná součtu látkových množství složek. n( B) x( B) = (2.2) n Součet molárních zlomků všech složek směsi je roven jedné Objemový zlomek složky B ϕ(b) je definován jako podíl (parciálního) objemu složky B ve směsi a celkového objemu směsi ( B) ϕ( B) = V (2.3) V Součet objemových zlomků všech složek směsi je roven jedné. Pozor! Celkový objem směsi se obecně nerovná součtu objemů složek před přípravou směsi! Koncentrace, přesněji koncentrace látkového množství složky B c(b) je podílem látkového množství složky B a objemu směsi n( B) c( B) = (2.4) V Pozor! Pojem koncentrace se používá pro vyjádření obsahu složky v jednotkovém objemu a nemá být používán místo obecnějšího pojmu složení! Hmotnostní koncentrace složky B ρ(b) V některých oblastech chemie se vyjadřuje obsah složky hmotnostní koncentrací složky B, která je podílem hmotnosti složky B a objemu směsi ( B) ρ( B) = m (2.5) V 68

69 Jiné možnosti vyjádření poměrného obsahu složky Poměrný obsah složky se může vyjádřit ještě jinými způsoby, např. udáním hmotnostních nebo objemových dílů složek ve směsi, látkovým množstvím látky rozpuštěné v 1 kg rozpouštědla (molalita) apod Používané jednotky Používané jednotky jsou odvozeny z hlavních, dílčích a vedlejších jednotek základních veličin: Zlomky w(b), x(b) a ϕ(b) mají jednotku jedna. V některých případech se používá značka % pro číslo 0,01. Příklad: místo w(b) = 0,032 se může napsat w(b) = 3,2 % Hmotnostní nebo objemové zlomky lze vyjádřit rovněž s udáním jednotek. Příklad: místo ϕ(b) = 0, se může napsat ϕ(b) = 5 ml/m 3 Pozor! Dříve používané značky (promile, počet dílů složky na 1000 dílů celé soustavy), ppm (počet dílů složky na 10 6 dílů celé soustavy) a ppb (počet dílů složky na 10 9 dílů celé soustavy) se nesmí používat. Jednotkou koncentrace je mol/m 3, v chemické praxi však bývá obvykle udávána v jednotkách mol/dm 3 nebo mol/l, setkáváme se však také s jednotkami jinými, např. mmol/l. Ve starší literatuře se někdy místo jednotky mol/dm 3 uvádí značka M, např. roztok v němž c(b) = 5 mol/dm 3 bývá označován jako roztok 5M (čti: "pětimolární"). Tento způsob vyjadřování koncentrace není v souladu se současnou normou a nesmí se používat. Hmotnostní koncentrace se vyjadřuje podle potřeby, např. v jednotkách g/dm 3, g/m 3 nebo μg/m Vzájemné vztahy veličin pro vyjadřování složení směsí Údaje o složení směsi je často nutné vyjádřit v jiných než zadaných veličinách, např. složení směsi plynu uvedené v hmotnostních zlomcích přepočítat na objemové zlomky apod. Při výpočtech vždy vycházíme z definičních vztahů. Postup je patrný z následujících příkladů odvození vztahů mezi w(b) a x(b) a mezi w(b) a c(b). Složky směsi označíme A, B, C,... 69

70 Vztah mezi w(b) a x(b) ve směsi látek Vycházíme ze zákona zachování hmotnosti a z definičních vztahů obou zlomků, které postupně upravíme. m(směs) = m(a) + m(b) + m(c) +... (2.6) Hmotnostní zlomek složky B v uvedené směsi se rovná m( B) m( B) w( B) = = msměs ( ) m( A) + m( B) + m( C) +... Použijeme upravený vztah (1.4) a upravený vztah (2.2): m(b) = n(b)m(b) n(b) = x(b)n a po zkrácení n získáme vztah pro výpočet hmotnostního zlomku ze složení udaného v molárních zlomcích w( B) = x( B) M( B) (2.7) x( A) M( A) + x( B) M( B) + x( C) M( C) +... Podobně lze odvodit vztah pro výpočet molárního zlomku složky B ze zlomku hmotnostního: n( B) x( B) = n(a ) + n(b ) + n(c) +... Při úpravě použijeme vztah (1.4) a upravený vztah (2.1) m(b) = w(b)m(směs) a po zkrácení m(směs) získáme vztah pro výpočet molárního zlomku ze složení udaného ve zlomcích hmotnostních w( B) M( B) x( B) = (2.8) w( A) w( B) w( C) M( A) M( B) M( C) Vztah mezi w(b) a c(b) v roztoku látky B Vztah mezi oběma způsoby vyjádření složení najdeme postupnou úpravou vztahu (2.4). n( B) m( B) c( B) = = = V ( roztok) M( B) V( roztok) 70 w( B) m( roztok) M( B) V( roztok)

71 w( B) c( B) = ρ (2.9) M( B) c( B) M( B) w( B) = (2.10) ρ Pozor! Při dosazování do těchto vztahů je třeba dávat dobrý pozor na jednotky! Řešené příklady Příklad 1 Úkol: Vypočítejte v jakém množství směsi obsahující 85 % MnO 2 je 44,5 g MnO 2. Řešení: Zadané hodnoty dosadíme do definičního vztahu pro hmotnostní zlomek: Výpočet: m(mno m (směs) = w (MnO 2 m(mno ) w ( MnO ) 2 2 = m(směs) ) 44,5 = g ) 0,85 2 =. 52,35 g = 52,4 g Závěr: Požadované množství 44,5 g MnO 2 je v 52,4 g směsi. Příklad 2 Úkol: Vypočítejte hmotnost chlorovodíku rozpuštěného v 550 ml kyseliny chlorovodíkové, jejíž hustota je ρ = 1,169 g/cm 3 a hmotnostní zlomek w(hcl) = 0,340. Řešení: Vyjdeme z upravených definičních vztahů pro hmotnostní zlomek (2.1) a pro hustotu (1.2). m(hcl) = m(roztok)w(hcl) = V(roztok)ρw(HCl) Výpočet: m(hcl) = , ,340 g = 219 g Závěr: V uvedeném množství kyseliny je 219 g chlorovodíku. 71

72 Příklad 3 Úkol: Vypočítejte koncentraci H 2 SO 4 v koncentrované kyselině sírové, jejíž hustota je ρ = 1,8355 g/cm 3 a w(h 2 SO 4 ) = 0,960. M(H 2 SO 4 ) = 98,08 g/mol Řešení: Při řešení úlohy použijeme definiční vztahy pro koncentraci (2.4), hustotu (1.2), hmotnostní zlomek (2.1) a vztah pro výpočet látkového množství (1.4). n(h SO ) (H SO ) (H SO ) 2 4 m c = = V (roztok) V (roztok) M (H SO c(h 2 SO 4 m(roztok) w(h SO ) (H SO ) ) 2 4 w = = ρ 2 4 V (roztok) M (H SO ) M (H SO ) Pokud chceme vypočítat výsledek v jednotkách mol/l, dosadíme hustotu v g/l. Výpočet: 0, g/l c (H 2 SO4 ) = = 18,0 mol/l 98,08 g/ mol Poznámka. S nejmenším počtem platných míst je zadán w(h 2 SO 4 ), se stejným počtem platných míst tedy uvádíme také výsledek. Závěr: Koncentrace kyseliny sírové c(h 2 SO 4 ) = 18,0 mol/l. Příklad 4. Úkol: Vypočítejte hmotnostní zlomek oxidu siřičitého ve vzduchu, znečištěném na maximální povolenou hmotnostní koncentraci při normálních podmínkách ρ(so 2 ) = 150 μg/m 3. Hustota vzduchu je za těchto podmínek ρ = 1,293 kg/m 3. Řešení: Zadané hodnoty se dosadí do vztahu pro hmotnostní zlomek. Je však důležité zvolit vhodné jednotky, např. pro koncentraci a hustotu kg/m 3 a pro objem m 3. (Počítáme vlastně podíl hmotnosti SO 2 v 1 m 3 vzduchu a hmotnosti 1 m 3 vzduchu.) m(so ) (SO ) (SO ) 2 m w 2 2 = = m(vzduch) V (vzduch) ρ(vzduch) Výpočet: kg w (SO2 ) = = 116, = ,293kg 72 2 Závěr: Ve znečištěném vzduchu je w(so 2 ) = , tzn. 116 μg v 1 kg ) 4

73 Příklad 5 Úkol: Směs látek A, B a C obsahuje 3,25 kg složky A, 685 g složky B a 1,00 kg složky C. Vypočítejte složení směsi v hmotnostních zlomcích. Řešení: Vycházíme z definice hmotnostního zlomku (2.1) m( A) m( B) w( A) = w( B) = w( C) = m m kde m = m(a) + m(b) + m(c) 73 m( C) m Výpočet: Při výpočtu převedeme zadané hodnoty na stejné jednotky, např. kg m = 3,25 kg + 0,685 kg + 1,00 kg = 4,935 kg 325,. w( A ) = = 0,6586 = 0,659 4, 935 0,685. w( B ) = = 0,1388 = 0,139 4, , w( C ) = = 0,2026 =. 0,203 4, 935 Poznámka. Z definice hmotnostního zlomku vyplývá, že součet hmotnostních zlomků se rovná jedné. Můžeme tedy provést kontrolu vypočítaných výsledků: 0, , ,2026 = 1,0000 Závěr: Hmotnostní zlomky A, B a C jsou: w(a) = 0,659, w(b) = 0,139 a w(c) = 0,203 Příklad 6 Úkol: Jaké množství dusičnanu stříbrného je rozpuštěno v 10,0 ml roztoku, v němž je c(agno 3 ) = 0,100 mol/l? M(AgNO 3 ) = 170 g/mol Řešení: Z definice koncentrace (2.4) a vztahu (1.4) plyne, že Výpočet: m(agno 3 ) = n(agno 3 )M(AgNO 3 ) = c(agno 3 )V(roztok)M(AgNO 3 ) m(agno 3 ) = 0,100. 0, g = 0,170 g Závěr: V 10,0 ml roztoku je rozpuštěno 170 mg AgNO 3.

74 Příklad 7 Úkol: Směs NaCl a KCl obsahuje 20 % chloridu draselného. Vypočítejte složení směsi v molárních zlomcích. M(NaCl) = 58,4 g/mol M(KCl) = 74,6 g/mol Řešení: Zadané hodnoty můžeme dosadit do vztahu (2.8) nebo si vztah mezi w(kcl) a x(kcl) odvodíme: n( KCl) x( KCl) = = n( KCl) + n( NaCl) m( KCl) M( KCl) = m( KCl) m( NaCl) + M( KCl) M( NaCl) 74 w( KCl) M( KCl) w( KCl) w( NaCl) + M( KCl) M( NaCl) Obdobný vztah platí i pro x(nacl), ale hodnotu molárního zlomku chloridu sodného získáme jednodušeji ze vztahu x(nacl) + x(kcl) = 1 Hodnotu hmotnostního zlomku chloridu sodného získáme ze vztahu Výpočet: w(nacl) = 1-0,20 = 0,80 x( KCl ) = 0,80 58,4 nebo jednodušeji x(nacl) = 1-0,16 = 0,84 w(nacl) + w(kcl) = 1 0,20 74, 6 = 0,16 x( NaCl ) = 0, , 6 0,80 58,4 0,80 58,4 = 0,84 0, , 6 Poznámka. Úlohu lze jednodušeji řešit tak, že zvolíme množství směsi (např. 1 kg nebo 100 g) a vypočítáme hmotnosti a z nich látková množství složek. Dělením látkového množství složky součtem látkových množství získáme hodnotu molárního zlomku složky. Závěr: Ve směsi jsou molární zlomky složek x(kcl) = 0,16 a x(nacl) = 0,84.

75 2.2 SLOŽENÍ SLOUČENIN Výpočet složení sloučeniny z chemického vzorce Ze stechiometrického vzorce sloučeniny se může vypočítat např. hmotnostní zlomek prvku ve sloučenině, obsah bezvodé látky nebo vody v hydrátu, hmotnost prvku v daném množství směsi několika sloučenin apod Hmotnostní zlomek prvku ve sloučenině Hmotnostní zlomek prvku ve sloučenině obecného vzorce A x B y C z se podle (2.1) a (1.4) rovná m(prvek) w (prvek) = m(sloučenina) n( ) M( ) w( B) = B B n( AxByCz) M( AxByCz) (2.11) Protože v jednom molu sloučeniny A x B y C z je x molů prvku A, y molů prvku B a z molů prvku C, je poměr látkových množství n( B) = y n( AxByCz) Dosazením do (2.11) získáme vztah pro výpočet hmotnostního zlomku prvku B Pro hmotnostní zlomky w(a) a w(c) platí vztahy obdobné: w(a) = x M (A) M (A B C x y y M (B) w(b) = (2.12) M (A B C ) z ) 75 x y z w(c) = Hmotnostní zlomek bezvodé látky v hydrátu Pro odvození vztahu si zvolíme obecný vzorec AB.nH 2 O. Hmotnostní zlomek bezvodé látky je podle (2.1) a (1.4) z M (C) M (A B C m( AB) n( AB) M( AB) w( AB) = = m( AB. nh O) n( AB. nh O) M( AB. nh O) x y z )

76 Protože je látkové množství bezvodé látky stejné jako látkové množství hydrátu, je hmotnostní zlomek bezvodé látky v hydrátu w( AB) = Je užitečné si zapamatovat: M( AB) (2.13) M( AB. nh2o) m(bezvodá látka) M(bezvodá látka) (2.14) w(bezvodá látka) = = m(hydrát) M(hydrát) Hmotnostní zlomek prvku ve směsi sloučenin Složení směsí se obecně řeší bilančními rovnicemi, se kterými se seznámíme podrobněji v následujícím oddíle. V této části pouze odvodíme vztahy pro výpočet hmotnostního zlomku prvku ve směsi sloučenin (1),(2),(3),... Indexem 1 budeme označovat veličiny, které náleží sloučenině (1), indexem 2 budeme označovat veličiny, které náleží sloučenině (2) atd. Hmotnost směsi se rovná součtu hmotností složek (sloučenin) ve směsi: m(směs) = m(1) + m(2) + m(3) +... Hmotnost prvku B ve směsi se rovná součtu hmotností prvku v jednotlivých složkách (sloučeninách) směsi: m(b) = m 1 (B) + m 2 (B) + m 3 (B) +... Hmotnostní zlomek prvku B ve směsi sloučenin (1),(2),(3),... se tedy rovná m( B) m1( B) + m2( B) + m3( B) +... w( B) = = m( směs ) m() 1 + m( 2) + m() m( 1) w1( B) + m( 2) w2( B) + m( 3) w3( B) +... w( B) = (2.15) m() 1 + m( 2) + m() Do tohoto vzorce dosadíme hmotnostní zlomky prvku B vypočítané podle (2.12). Pokud není množství sloučenin ve směsi zadáno hmotnostmi, ale hmotnostními zlomky sloučenin ve směsi w(1), w(2), w(3)..., vztah (2.15) se dalšími úpravami zjednoduší a hmotnostní zlomek prvku B ve směsi sloučenin (1),(2),(3)...se rovná w ( B) = w( 1) w ( B) + w( 2) w ( B) + w( 3) w ( B) +... (2.16)

77 Řešené příklady Příklad 8. Úkol: Vypočítejte hmotnostní zlomky a) mědi, b) bezvodého síranu měďnatého a c) vody v pentahydrátu síranu měďnatého CuSO 4.5H 2 O. M(CuSO 4.5H 2 O) = 249,686 g/mol M(Cu) = 63,546 g/mol 77 M(CuSO 4 ) = 159,610 g/mol M(H 2 O) = 18,0153 g/mol Řešení: Při řešení můžeme použít vztahy (2.12) a (2.14) nebo si potřebné vztahy odvodit z definice hmotnostního zlomku (2.1) a vztahu pro látkové množství (1.4) Řešení úkolu a) m( Cu) n( Cu) M( Cu) w( Cu) = = m( CuSO. 5H O) n( CuSO. 5H O) M( CuSO. 5H O) Protože n(cu) = n(cuso 4.5H 2 O), můžeme napsat, že w( Cu) = M( Cu) M( CuSO. 5H O) 4 2 Podobně se mohou odvodit i vztahy pro w(cuso 4 ) a w(h 2 O) Řešení úkolu b) Řešení úkolu c) Výpočet: 63,546 w (Cu) = = 0, ,686 M( CuSO4 ) w( CuSO4 ) = M( CuSO. 5H O) w(h 159,610 w (CuSO 4 ) = = 0, , ,0153 w (H 2 O) = = 0, , M (H O) O) = 2 M (CuSO.5H O) Závěr: V pentahydrátu síranu měďnatého je w(cu) = 0,25450, w(cuso 4 ) = 0, a w(h 2 O) = 0,

78 Příklad 9. Úkol: Vypočítejte v jakém množství heptahydrátu síranu železnatého je 75,5 g bezvodého síranu železnatého. M(FeSO 4.7H 2 O) = 278,02 g/mol M(FeSO 4 ) = 151,91 g/mol Řešení: Dosadíme zadané hodnoty do upraveného vztahu (2.14) Výpočet: m(feso 4.7H 2 O) = m(bezvodá látka) m(hydrát) = 78 M(bezvodá látka) M(hydrát) M(hydrát) m(hydrát) = m(bezvodá látka) M(bezvodá látka) 75,5 278,02 151,91 g = 138,18 g =. 138 g Závěr: Požadované množství bezvodé látky je ve 138 g heptahydrátu. Příklad 10. Úkol: Vypočítejte hmotnostní zlomek dusíku ve směsi, která obsahuje 35,5 % NH 4 NO 3 a 48,5 % KNO 3. Ostatní látky ve směsi dusík neobsahují. M(NH 4 NO 3 ) = 80,04 g/mol M(KNO 3 ) = 101,1 g/mol M(N) = 14,01 g/mol Řešení: Vyjdeme ze vztahů (2.16) a (2.12) w(n) = w(nh 4 NO 3 )w 1 (N) +w(kno 3 )w 2 (N) 4 3 (3a) 2 M (N) w1 (N) = (3b) M (NH NO ) w 2 M( N) ( N) = (3c) M( KNO ) 3 Po dosazení (3b) a (3c) do vztahu (3a) získáme vzorec pro výpočet w(n) Výpočet: 0, ,01 0,485 14,01 w ( N) = + = 80,04 101,1 0,192 Závěr: Hmotnostní zlomek dusíku ve směsi je w(n) = 0,192.

79 2.2.2 Výpočet stechiometrického vzorce ze složení Stechiometrický (sumární) vzorec vyjadřuje stechiometrické složení sloučeniny. Pokud byl vypočítán z experimentálně zjištěného složení, bývá nazýván vzorcem empirickým. Jestliže je třeba zdůraznit, že uvádíme pouze vzorec stechiometrický, můžeme ho podle současných pravidel názvosloví napsat do složených závorek{} Výpočet stechiometrického vzorce Ze známého složení látky, uváděného obvykle v hmotnostních zlomcích, se vypočítají poměry látkových množství prvků ve sloučenině a z těchto poměrů se zjistí stechiometrický vzorec. Uvažujme sloučeninu obecného vzorce A x B y C z. Potom x : y: z = n ( A) : n ( B) : n( C) = Použijeme vztah (2.1) a upravíme Řešené příklady Příklad m( A) m B m C M( A) : ( ) M( B) : ( ) M( C) A B C x : y: z = w ( ) w w M( A) : ( ) M( B) : ( ) M( C) Úkol: Sloučenina boru s vodíkem obsahuje 78,2 % boru. Bylo zjištěno, že její molární hmotnost je 27,7 g/mol. Vypočítejte vzorec sloučeniny. M(B) = 10,8 g/mol M(H) = 1,01 g/mol Řešení a výpočet: Obecný vzorec sloučeniny zvolíme B x H y. Poměr x : y je x : y= x : y=n( B) : n ( H) = 78, , 2 : = 7, 241 : 2158, 10, 8 101, Krátíme menším číslem a zaokrouhlíme. x : y = 1 : 2,98 = 1 : 3 w( B) w H M( B) : ( ) M( H) (2.17)

80 Stechiometrický vzorec je tedy {BH 3 } a molární hmotnost odpovídající tomuto vzorci je M(BH 3 ) = 13,8 g/mol. Porovnáním zadané (experimentálně nalezené) molární hmotnosti 27,7 g/mol a molární hmotnosti odpovídající stechiometrickému vzorci zjistíme, zda se jedná o boran BH 3, diboran B 2 H 6 či jiný z početné řady boranů. Zvolíme obecný molekulový vzorec neznámé látky B a H 3a. Potom M (sloučenina) a = = M (BH ) 3 27,7 13,83. = 2 Vzorec sloučeniny je tedy B 2 H 6. Závěr: Sloučenina boru s vodíkem je diboran B 2 H 6. Příklad 12. Úkol: Krystalická látka ztrácí při sušení 36,50 % hmotnosti (vody). Zbytek po sušení (bezvodá sloučenina) obsahuje 29,14 % sodíku, 40,45 % síry a 30,41 % kyslíku. Vypočítejte stechiometrický vzorec hydrátu sloučeniny. M(H 2 O) = 18,02 g/mol M(O) = 16,00 g/mol Řešení a výpočet I: M(Na) = 22,99 g/mol M(S) = 32,07 g/mol Obecný vzorec sloučeniny napíšeme ve tvaru pna x S y O z.qh 2 O Nejprve zjistíme poměr látkových množství prvků v bezvodé sloučenině, potom poměr p:q. Podle (1.4) můžeme napsat, že xyz : : x : y : z = n(na) : n(s) : n(o) ( Na) S O xy:z : ( Na) : ( ) ( S) : ( ) = w w w M M M( O) 29, 14 40,45 30,41 = : : = 1, 268:, 1 261:, , 99 32, 07 16,00 Tento poměr potřebujeme vyjádřit pomocí nejmenších celých čísel. Osvědčil se následující postup: 1.krok - poměr se krátí nejmenší hodnotou, 2.krok - provede se potřebné rozšíření a zaokrouhlení. x : y : z = 1,006 : 1 : 1,507 = 2 : 2 : 3 80

81 Stechiometrický vzorec bezvodé sloučeniny je Na 2 S 2 O 3 a odpovídající molární hmotnost je M(Na 2 S 2 O 3 ) = 158,1 g/mol. Pokračujeme ve výpočtu vzorce hydrátu: pq : = n( Na SO ): n( H O) = ,50 36,50 p : q= : = 0,4016 : 2, ,1 18,02 Dělíme menším číslem:. p : q = 1 : 5,044 = 1 : 5 Stechiometrický vzorec hydrátu je Na 2 S 2 O 3.5H 2 O. 81 w( Na2S2O3) H O ( Na S O ) : w( 2 ) M M( H O) Řešení a výpočet II: Obecný vzorec zvolíme Na a S b O c.dh 2 O. Hmotnostní zlomky prvků v hydrátu označíme např. w. Sestavíme poměr a : b : c : d = n(na) : n(s) : n(o) : n(h 2 O), ( Na), S O H O a: b : c : d ( Na) : ( ), ( S) : ( ) ( O) : ( ) = w w w w 2 M M M M ( H2O) Hmotnostní zlomky prvků v bezvodé sloučenině přepočítáme na obsah prvků v hydrátu: a : b : c : d w (Na) = w(na)w(bezvodá látka) = w(na)(1-w(h 2 O)) w (S) = w(s)w(bezvodá látka) = w(s)(1-w(h 2 O)) w (O) = w(o)w(bezvodá látka) = w(o)(1-w(h 2 O)) 29, 14 40, 45 30, 41 36, 50 = 0, 6350 : 0, 6350 : 0, 6350 : 22, 99 32, 07 16, 00 18, 02 a : b : c : d = 0,8045 : 0,8011 : 1,207 : 2,026 Upravíme na poměr malých celých čísel:. a : b : c : d = 1,004 : 1 : 1,507 : 2,529 = 2 : 2 : 3 : 5 Závěr: Stechiometrický vzorec sloučeniny je Na 2 S 2 O 3.5H 2 O. 2

82 2.3 PŘÍKLADY K PROCVIČOVÁNÍ Pozor! U některých příkladů je za zadáním uvedeno v závorce [ ] číslo řešeného příkladu s podobným úkolem Příklady k procvičování složení směsí 2-1. Vypočítejte hmotnost látky A ve 2,0 kg směsi, v níž je w(a) = 5,5 %. [2] 2-2. Jaká je hmotnost H 2 SO 4 v 12,0 kg patnáctiprocentního roztoku (w(h 2 SO 4 ) = 0,150) kyseliny sírové? [2] 2-3. V jakém množství suroviny obsahující 4,5 % nečistot je 58,8 g čisté látky? [1] 2-4. V jakém množství směsi obsahující 15 % chloridu sodného je 8,8 g NaCl. [1] 2-5. Vypočítejte hmotnost třicetiprocentní kyseliny dusičné obsahující 13 g HNO V jakém množství vlhkého hydroxidu obsahujícího 6,3 % vlhkosti je 14,8 g KOH? [1] 2-7. Vypočítejte v jakém objemu kyseliny chlorovodíkové (ρ = 1,18 g/ml, w(hcl) = 36 %) jsou rozpuštěny 4,0 g chlorovodíku. [1] 2-8. Jaký objem koncentrované kyseliny sírové (w(h 2 SO 4 ) = 0,980, ρ = 1,835 g/cm 3 ) odměříte, máte-li použít 3,80 g H 2 SO 4? [1] 2-9. Vypočítejte hmotnost uhličitanu vápenatého v 55,6 kg směsi, která obsahuje 82,5 % CaCO 3. [2] Jaká je hmotnost amoniaku ve 2,0 l roztoku, jehož hustota ρ = 0,91 g/cm 3 a v němž je w(nh 3 ) = 0,24? [2] Vypočítejte hmotnost amoniaku ve 2,00 l roztoku, v němž je koncentrace amoniaku c(nh 3 ) = 2,50 mol/l. [6] Vypočítejte, v jakém objemu desetinomolárního roztoku dusičnanu stříbrného (c(agno 3 ) = 0,100 mol/l) je obsažen 1,00 g AgNO V 500 g směsi látek A, B a C je 32,7 g látky A a 158 g látky C. Vypočítejte hmotnostní zlomky w(a) a w(c). [5] Roztok kyseliny chlorovodíkové má hustotu ρ = 1,149 g/ml a této hustotě odpovídá hmotnostní zlomek w(hcl) = 0,300. Vypočítejte: a) množství chlorovodíku ve 100 ml roztoku, b) koncentraci chlorovodíku v roztoku. [2, 3] 82

83 2-15. Ve 2,00 l roztoku je rozpuštěno 210 g KOH. Hustota roztoku je ρ = 1,088 g/ml. Vypočítejte: a) hmotnostní zlomek w(koh) b) koncentraci c(koh) Vypočítejte hmotnost manganistanu draselného, který je rozpuštěn a) ve 150 g dvouprocentního roztoku, b) ve 350 ml roztoku, v němž c(kmno 4 ) = 0,200 mol/dm Chladicí směs obsahuje 15 % chloridu sodného a 25 % chloridu amonného a k její přípravě bylo použito 550 g NaCl. Vypočítejte hmotnost použitého chloridu amonného Ve směsi methanu a vodíku (H 2 ) je hmotnostní zlomek methanu w(ch 4 ) = 0,80. Vypočítejte molární zlomek x(ch 4 ). [7] Směs plynů obsahuje stejná látková množství N 2 a H 2. Vypočítejte hmotnostní zlomek vodíku ve směsi Vypočítejte složení směsi amoniaku s dusíkem (N 2 ) v hmotnostních zlomcích, když víte, že molární zlomek amoniaku je x(nh 3 ) = 0, Příklady k procvičování složení sloučenin Jaký je hmotnostní zlomek siřičitanu sodného v dihydrátu siřičitanu sodného? [8] Vypočítejte hmotnostní zlomek síry v disulfidu železnatém. [8] Jaké množství vody je v 58,5 g pentahydrátu síranu měďnatého? [8] Jaké množství bezvodého síranu sodného a jaké množství vody je v 1500 g dekahydrátu síranu sodného? [8] V jakém množství pentahydrátu síranu měďnatého je 58,5 g bezvodého síranu měďnatého? [9] V jakém množství dihydrátu siřičitanu sodného je 106 g bezvodého siřičitanu sodného? [9] Vypočítejte hmotnostní zlomek dusíku a) v suchém a čistém v dusitanu amonném, b) v dusitanu amonném který obsahuje 5,0 % vlhkosti V jakém množství roztoku kyseliny tetrachlorozlatité (w(h[aucl 4 ]) = 1,50 %) je 1,00 g zlata? 83

84 2-29. Vypočítejte hmotnosti fosforu a vápníku v 6,0 kg směsi, která obsahuje 62 % Ca(H 2 PO 4 ) 2, 28 % CaHPO 4 a 10 % vlhkosti Vypočítejte hmotnostní zlomek chromu a) v oxidu chromitém, b) v dodekahydrátu síranu draselno-chromitého, c) v dichromanu draselném Vypočítejte obsah vody a obsah barya v dihydrátu chloridu barnatého a) Vypočítejte hmotnostní zlomek stříbra v AgNO 3. b) Vypočítejte hmotnost stříbra v 1,00 kg roztoku, v němž je w(agno 3 ) = 0,050. c) V jakém množství roztoku, jehož c(agno 3 ) = 0,150 mol/l je 100 g stříbra? Vypočítejte hmotnostní obsah kadmia: a) v 150 μg jodidu kademnatého, b) ve 150 ml desetinomolárního roztoku chloridu kademnatého, c) ve 150 g dvouapůlprocentního roztoku dusičnanu kademnatého Vypočítejte v jakém množství kyseliny hexachloroplatičité H 2 [PtCl 6 ] je 100 mg platiny Složení skla je dáno vzorcem K 2 O.PbO 2.6SiO 2. Vypočítejte a) hmotnostní zlomek olova b) hmotnostní zlomek PbO Vypočítejte množství oxidu chromitého a chromu v 50,3 kg směsi obsahující 82 % FeCr 2 O 4. Ostatní látky ve směsi chrom neobsahují Vypočítejte hmotnostní zlomek bezvodé látky v hydrátu: a) Cu(NO 3 ) 2.3H 2 O b) Na 2 B 4 O 7.10H 2 O c) H 2 C 2 O 4.2H 2 O Vypočítejte hmotnost síry v 0,50 kg rudy, ve které je 85 % FeS 2 a příměsi neobsahují síru Vypočítejte hmotnostní zlomek dusíku: a) v azidu sodném b) v amidu sodném c) v nitridu sodném Vypočítejte, ve kterém hydrátu je větší obsah vody: a) v dekahydrátu tetraboritanu sodného nebo v dekahydrátu síranu sodného b) v dihydrátu chloridu barnatého nebo v dihydrátu chloridu měďnatého Po sušení dekahydrátu síranu sodného bylo zjištěno, že hmotnostní zlomek vody ve zbytku hydrátu je w(h 2 O) = 0,32. Vypočítejte hmotnostní zlomek sodíku ve zbytku hydrátu po sušení. 84

85 2-42. V částečně zvětralém dodekahydrátu síranu draselno-chromitého je w(cr) = 0,11. Vypočítejte hmotnostní zlomek vody v této látce Příklady k procvičování výpočtu stechiometrického vzorce Minerál obsahuje 38,88 % vody, 14,08 % draslíku, 8,75 % hořčíku a 38,29 % chloru. a) Vypočítejte stechiometrický vzorec minerálu. b) Vypočítejte složení bezvodé sloučeniny. [11, 12] Chemickou analýzou bylo zjištěno, že amonná sůl obsahuje 43,8 % dusíku, 6,30 % vodíku a 50,0 % kyslíku. Vypočítejte její vzorec. [11] Vypočítejte stechiometrický vzorec sloučeniny obsahující 82,8 % uhlíku a 17,2 % vodíku. Molární hmotnost je větší než 80 a menší než 90 g/mol. [11] Hmotnostní poměr kyslíku, síry a fluoru ve sloučenině je 1:2:2,4. Vypočítejte stechiometrický vzorec látky. [11] 85

86 3. LÁTKOVÉ BILANCE V ROZTOCÍCH 3.1 PŘÍPRAVA, ÚPRAVA SLOŽENÍ A SMĚŠOVÁNÍ ROZTOKŮ Látkové bilance v roztocích Při přípravě, úpravě složení a směšování roztoků, kdy nedochází k chemické reakci, mají rovnice pro látkové bilance, které vyjadřují zákon zachování hmotnosti, podobu jednoduchých matematických vztahů. Pro snadnější orientaci v konkrétních problémech se mohou děje, např. rozpouštění, směšování, zahušťování roztoků apod., znázornit pomocí schémat. Například ředění kyseliny sírové znázorníme schématem 1 2 ve kterém 1 značí koncentrovanou kyselinu (proud 1), 2 3 značí vodu (proud 2), znázorňuje kádinku (obecně systém), značí připravený roztok (proud 3). V tomto oddíle budeme ve schématech označovat proudy číslicemi (1, 2, 3, 4,...) a složky 16 písmeny (A, B, C,...) nebo chemickými vzorci. Veličina v určitém proudu bude označena příslušným číselným indexem (např. m 3, w 1 (A) apod.). Uvedeme zde ukázku obecného řešení třísložkových směsí 17 v systému se dvěma proudy vstupujícími a dvěma proudy vystupujícími. Složky označíme A, B a C, proudy číslicemi 1, 2, 3 a Složkou zde může být nejen chemické individuum, ale také směs, jejíž složení se v uvedeném systému nemění nebo ion, který v soustavě chemicky nereaguje 17 Procesy, při nichž se rozpouštěná látka rozpouští jen částečně nebo se z roztoku vylučují krystaly, budou probrány v části 3.2 věnované nasyceným roztokům a krystalizaci

87 Sestavíme rovnice pro bilance složek - hmotnostní bilance nebo bilance látkových množství - a rovnici pro celkovou hmotnostní bilanci. m 1 (A) + m 2 (A) = m 3 (A) + m 4 (A) m 1 (B) + m 2 (B) = m 3 (B) + m 4 (B) (3.1) m 1 (C) + m 2 (C) = m 3 (C) + m 4 (C) m 1 + m 2 = m 3 + m 4 (3.2) Pokud je složení roztoků zadáno v hmotnostních zlomcích, potom vztahy (3.1) můžeme napsat ve tvaru m 1 w 1 (A) + m 2 w 2 (A) = m 3 w 3 (A) + m 4 w 4 (A) m 1 w 1 (B) + m 2 w 2 (B) = m 3 w 3 (B) + m 4 w 4 (B) (3.3) m 1 w 1 (C) + m 2 w 2 (C) = m 3 w 3 (C) + m 4 w 4 (C) Spolu s rovnicí (3.2) pro celkovou hmotnostní bilanci tvoří (3.1) nebo (3.3) soustavu, z níž vybíráme rovnice pro řešení zadané úlohy. V následujícím textu budou označeny rámečkem rovnice pro daný úkol nejvhodnější. Je-li složení roztoků zadáno v molárních zlomcích nebo látkovými koncentracemi, je účelné provést bilanci složek pomocí látkových množství Příprava roztoků a jejich směšování Probereme zde podrobněji případy, které v chemické laboratoři musíme řešit nejčastěji: přípravu, úpravu složení a směšování vodných roztoků jedné nebo několika látek. Roztoky v laboratoři většinou odměřujeme a jejich množství udáváme objemem, nikoli hmotností. Ve směšovacích rovnicích potom místo hmotnosti uvádíme součin objemu a hustoty. Budeme-li počítat s přesností na maximálně tři platná místa, bude se číselná hodnota objemu vody v litrech nebo mililitrech rovnat číselné hodnotě hmotnosti vody v kilogramech nebo gramech, protože hustota vody při laboratorní teplotě je rovna 1,00 g/cm 3 (viz str. 61). 87

88 Příprava roztoku rozpouštěním čisté látky B v rozpouštědle A rozpouštění rozpouštěná látka (složka B)... {m 1, w 1 (B) = 1, w 1 (A) = 0} 18 rozpouštědlo (složka A)... {m 2, w 2 (A) = 1, w 2 (B) = 0} připravený roztok (složka A a složka B)... {m 3, w 3 (A), w 3 (B)} bilanční rovnice pro složku A: bilanční rovnice pro složku B: 88 3 m 2 = m 3 w 3 (A) m 1 = m 3 w 3 (B) celková hmotnostní bilance: m 1 + m 2 = m Příprava roztoku smícháním dvou roztoků látky B směšování roztok(1)... {m 1, w 1 (B), w 1 (A)} roztok(2)... {m 2, w 2 (B), w 2 (A)} připravený roztok(3)... {m 3, w 3 (B), w 3 (A)} bilanční rovnice pro složku A: bilanční rovnice pro složku B: celková hmotnostní bilance: m 1 + m 2 = m 3 3 m 1 w 1 (A) + m 2 w 2 (A) = m 3 w 3 (A) m 1 w 1 (B) + m 2 w 2 (B) = m 3 w 3 (B) Pro některé typy úloh je výhodné sestavit z těchto rovnic rovnici pro bilanci složky B ve tvaru m 1 w 1 (B) + m 2 w 2 (B) = (m 1 +m 2 )w 3 (B) Pro směšování n roztoků potom můžeme napsat tzv. směšovací rovnici 18 Ve složených závorkách {} budeme uvádět veličiny, které charakterizují proud. Při řešení úloh s větším počtem složek je výhodné tyto veličiny zapsat do tabulky (viz řešené příklady 8 a 9).

89 m 1 w 1 (B) + m 2 w 2 (B) m n w n (B) = (m 1 + m m n )w n+1 (B) (3.6) Poznámka. Jak ukážeme dále, rovnice pro směšování roztoků lze použít rovněž pro přípravu roztoku nebo úpravu jeho složení přidáním rozpouštědla nebo látky. Hmotnostní zlomek látky nebo rozpouštědla v jednom ze vstupních proudů je v takových případech roven nule Úprava složení roztoku látky B rozpuštěním další čisté látky B rozpouštění roztok(1)... {m 1, w 1 (A), w 1 (B)} látka B...{m 2, w 2 (B) = 1, w 2 (A) = 0} výsledný roztok(3)... {m 3, w 3 (A), w 3 (B)} bilanční rovnice pro složku A: bilanční rovnice pro složku B: m 1 w 1 (A) = m 3 w 3 (A) 3 m 1 w 1 (B) + m 2 = m 3 w 3 (B) celková hmotnostní bilance: m 1 + m 2 = m Úprava složení roztoku látky B přidáním rozpouštědla A ředění roztok(1)... {m 1, w 1 (A), w 1 (B)} rozpouštědlo...{m 2, w 2 (B) = 0, w 2 (A) = 1} připravený roztok(3)... {m 3, w 3 (A), w 3 (B)} bilanční rovnice pro složku A: m 1 w 1 (A) + m 2 = m 3 w 3 (A) bilanční rovnice pro složku B: m 1 w 1 (B) = m 3 w 3 (B) celková hmotnostní bilance: m 1 + m 2 = m

90 Příprava roztoku rozpouštěním hydrátu látky B ve vodě Jedná se vlastně o ředění "roztoku" látky B vodou a směšovací rovnice jsou stejné jako v předešlém případě. V bilanční rovnici pro složku B (bezvodou látku) použijeme vztah pro hmotnostní zlomek bezvodé látky v hydrátu (2.14): w (bezvodá látka B) = 1 2 rozpouštění 90 M (bezvodá látka B) M (hydrát látky B) hydrát... {m 1, w 1 (A), w 1 (B)} voda...{m 2, w 2 (B) = 0, w 2 (A) = 1} připravený roztok(3)... {m 3, w 3 (A), w 3 (B)} bilanční rovnice pro složku A: 3 m 1 w 1 (A) + m 2 = m 3 w 3 (A) M (bezvodá látka B) bilanční rovnice pro složku B: m 1 M (hydrát látky B) celková hmotnostní bilance: m 1 + m 2 = m 3 = m 3 w 3 (B) Příprava roztoku rozpouštěním směsi látky B s látkou C rozpustnou v rozpouštědle Příměs rozpustná v rozpouštědle se stává součástí roztoku a připravený roztok obsahuje tři složky rozpouštění rozpouštědlo (složka A)... {m 1, w 1 (A) = 1, w 1 (B) = 0, w 1 (C) = 0} rozpouštěná látka (složka B a složka C)... {m 2, w 2 (B), w 2 (C), w 2 (A) = 0} připravený roztok (složky A, B a C)... {m 3, w 3 (A), w 3 (B), w 3 (C)} bilanční rovnice pro složku A: 3 m 1 = m 3 w 3 (A)

91 bilanční rovnice pro složku B: bilanční rovnice pro složku C: 91 m 2 w 2 (B) = m 3 w 3 (B) m 2 w 2 (C) = m 3 w 3 (C) celková hmotnostní bilance: m 1 + m 2 = m Příprava roztoku rozpouštěním směsi látky B s látkou C nerozpustnou v rozpouštědle rozpouštění 4 rozpouštěná látka (složka B + složka C)... {m 1, w 1 (B), w 1 (C), w 1 (A) = 0} rozpouštědlo (složka A)... {m 2, w 2 (A) = 1, w 2 (B) = 0, w 2 (C) = 0} připravený roztok (složka B a složka A)... {m 3, w 3 (A), w 3 (B), w 3 (C) = 0} nerozpuštěná látka C... {m 4, w 4 (C) = 1, w 4 (A) = 0, w 4 (B) = 0} bilanční rovnice pro složku A: bilanční rovnice pro složku B: 3 m 2 = m 3 w 3 (A) m 1 w 1 (B) = m 3 w 3 (B) bilanční rovnice pro složku C: m 1 w 1 (C) = m 4 celková hmotnostní bilance: m 1 + m 2 = m 3 + m 4 Pozor! Jestliže zadání úlohy nevyžaduje bilanci látky C, je výhodnější ji neprovádět a místo celkové hmotnostní bilance provést pouze bilanci rozpustných složek a bilanci složky B: m 1 w 1 (B) = m 3 w 3 (B) m 1 w 1 (B) + m 2 = m Úprava složení roztoku odpařením nebo vymražením rozpouštědla zahušťování roztok(1) (složka A a složka B)...{m 1, w 1 (A), w 1 (B)} odpařené (vymražené) rozpouštědlo (složka A)... {m 2, w 2 (A) = 1} roztok(3) (složka A a složka B)...{m 3, w 3 (A), w 3 (B)} 2 3

92 bilanční rovnice pro složku A: m 1 w 1 (A) = m 2 + m 3 w 3 (A) bilanční rovnice pro složku B: m 1 w 1 (B) = m 3 w 3 (B) celková hmotnostní bilance: m 1 = m 2 + m 3 Závěrem: Uvedené soubory obecných rovnic se obvykle podstatně zjednoduší při řešení konkrétních úloh, protože sestavujeme pouze tolik rovnic, kolik neznámých proměnných z nich máme vypočítat. Pro řadu úloh postačí rovnice jediná - směšovací rovnice (3.6). Doporučujeme následující postup řešení úloh: 1. Schématické znázornění děje 2. Sestavení bilančních rovnic 3. Výpočet Řešené příklady Příklad 1. Úkol: Rozpuštěním 28,0 g dichromanu draselného ve vodě má být připraven patnáctiprocentní roztok. Vypočítejte množství vody potřebné k přípravě roztoku. Řešení: Protože bude zjišťována pouze jedna hodnota, stačí pro výpočet pouze jedna rovnice rovnice pro bilanci K 2 Cr 2 O 7 (3.6) Znázornění děje: K 2 Cr 2 O 7...{m 1 = 28,0 g, w 1 (K 2 Cr 2 O 7 ) = 1} voda...{m 2, w 2 (K 2 Cr 2 O 7 ) = 0} roztok...{m 3 = m 1 + m 2, w 3 (K 2 Cr 2 O 7 ) = 0,150} Bilanční rovnice: m 1 w 1 (K 2 Cr 2 O 7 ) = (m 1 + m 2 )w 3 (K 2 Cr 2 O 7 ) w m 2 = 1(K2Cr2O7 ) w (K Cr O ) m w3(k2cr2o7 ) 92

93 Výpočet: 1 0,15 m 2 = 28,0 g = 158,67 g = 159 g 0,15 Závěr: K přípravě roztoku se použije 159 g vody. Příklad 2. Úkol: Je třeba připravit 850 g roztoku látky C s hmotnostním zlomkem w(c) = 0,180. Vypočítejte množství výchozí látky obsahující 15,5 % rozpustných příměsí a množství vody potřebné k přípravě roztoku. Řešení: Protože budou počítány dvě hodnoty, sestavíme soustavu dvou rovnic: jednu pro bilanci látky C, druhou pro celkovou hmotnostní bilanci. Hmotnostní zlomek látky C ve výchozí látce je w 1 (C) = 1-0,155. Znázornění děje: výchozí látka obsahující látku C... {m 1, w 1 (C) = 1-0,155} voda...{m 2, w 2 (C) = 0} roztok...{m 3 = 850 g, w 3 (C) = 0,180} Bilanční rovnice: m 1 w 1 (C) = m 3 w 3 (C) m 3 = m 1 + m 2 Z první rovnice se vypočítá hodnota m 1 a po jejím dosazení do druhé rovnice se vypočítá se hodnota m 2 : 0,18 m 1 = 850 g = 181 g 1 0,155 m 2 = 850 g 181 g = 669 g Závěr: K přípravě roztoku se použije 669 g vody a 181 g výchozí látky. 93

94 Příklad 3. Úkol: Rozpuštěním CuSO 4.5H 2 O ve vodě má být připraveno 500 g roztoku síranu měďnatého, v němž je hmotnostní zlomek w(cuso 4 ) = 5,00 %. Vypočítejte hmotnost pentahydrátu síranu měďnatého CuSO 4.5H 2 O a množství vody, které se k přípravě roztoku použijí. M(CuSO 4.5H 2 O) = 249,7 g/mol M(CuSO 4 ) = 159,6 g/mol Řešení: Je zadán hmotnostní zlomek bezvodého síranu, ale roztok bude připravován z pentahydrátu. Při výpočtu se provádí bilance bezvodé látky a proto je třeba vyjádřit obsah bezvodé látky v hydrátu např. pomocí vztahu (3.13) nebo (2.14): Znázornění děje: M( CuSO4 ) w( CuSO4 ) = M ( CuSO. 5H O) CuSO 4.5H 2 O...{m 1, w 1 (CuSO 4 ), w 1 (H 2 O)} rozpouštědlo...{m 2, w 2 (CuSO 4 ) = 0, w 2 (H 2 O) = 1} roztok...{m 3 = 500 g, w 3 (CuSO 4 ) = 0,0500, w 3 (H 2 O)} Sestavení bilančních rovnic: K vypočítání hodnot dvou neznámých, m 1 a m 2, musíme sestavit a řešit dvě rovnice, nejlépe rovnici pro bilanci CuSO 4 a rovnici pro celkovou hmotnostní bilanci: m 1 w 1 (CuSO 4 ) = m 3 w 3 (CuSO 4 ) m 1 + m 2 = m 3 První rovnici upravíme a hmotnostní zlomek bezvodého síranu v pentahydrátu w 1 (CuSO 4 ) vyjádříme podílem molárních hmotností: m 1 mw = ( CuSO ) = mw w ( CuSO ) 1 4 M( CuSO4. 5H 2O) ( CuSO ) M( CuSO ) Výpočet: 249,7 m 1 = 500 0,0500 g = 39,1 g 159,6 m 2 = 500 g - 39,1 g = 461 g (Dodržujeme pravidla správného zaokrouhlování!) Závěr: K přípravě roztoku se použije 39,1 g CuSO 4.5H 2 O a 461 ml vody. 94 4

95 Příklad 4. Úkol: Vypočítejte objem vody(ρ = 1,00 g/ml), kterou se zředí 14,5 ml koncentrované kyseliny dusičné (ρ = 1,40 g/ml, w(hno 3 ) = 0,670) na dvacetipětiprocentní roztok. Řešení: Znázornění: roztok(1)... {m 1 = 14,5. 1,40 g, w1 (HNO 3 ) = 0,670, w 1 (H 2 O)} voda... {m 2, w 2 (HNO 3 ) = 0, w 2 (H 2 O) = 1} roztok(3)... {m 3, w 3 (HNO 3 ) = 0,250, w 3 (H 2 O)} Sestavení bilanční rovnice. Ke zjištění hodnoty jedné neznámé postačí jediná rovnice, např. směšovací rovnice (3.6) pro HNO 3 : m 1 w 1 (HNO 3 ) = (m 1 + m 2 )w 3 (HNO 3 ) Rovnici upravíme: m 2 = m Výpočet: m 2 1 w1 (HNO3) w3(hno3) w (HNO ) 0,67 0,25 = 14,5 1,40 g = 34,1 g V 2 = 34, 1 ml = 34,1 ml 0,25 100, Závěr: Ke zředění koncentrované kyseliny dusičné je zapotřebí 34,1 ml vody. Příklad 5. Úkol: K roztoku(1) látky C (m 1 = 355 g, w 1 (C) = 0,065) bylo přidáno 35 g čisté látky C. Zředěním nebo odpařením takto získaného roztoku má být připraven dvacetiprocentní roztok látky C. Vypočítejte množství přidané nebo odpařené vody. Řešení: Znázornění děje:

96 roztok(1)...{m 1 = 355 g, w 1 (C) = 0,065, w 1 (H 2 O)} látka C...{m 2 = 35 g, w 2 (C) = 1, w 2 (H 2 O) = 0} voda...{m 3, w 3 (H 2 O) = 1, w 3 (C) = 0} roztok(4)...{m 4, w 4 (C) = 0,20, w 4 (H 2 O)} Sestavení směšovací rovnice pro látku C: m 1 w 1 (C) + m 2 = (m 1 + m 2 + m 3 )w 4 (C) Z rovnice vypočítáme m 3. Pokud bude výsledek kladné číslo, vodu je zapotřebí přidat, při záporné hodnotě je nutno vodu odpařit. m 3 Výpočet: mw 1 1( C) + m2 mw 1 4( C) m2w4( C) m1( w1( C) w4( C)) + m2( 1 w4( C)) = = w ( C) w ( C) 355( 0, 065 0, 20) + 35( 1 0, 20) m 3 = 020, 4 g= 100 g Závěr: Z roztoku je zapotřebí odpařit 100 g vody. Příklad 6. Úkol: Má být připraveno 1500 ml kyseliny chlorovodíkové, ve které je látková koncentrace c(hcl) = 1,50 mol/l. Vypočítejte objem koncentrované kyseliny chlorovodíkové (ρ = 1,18 g/ml, w(hcl) = 0,360) potřebný k přípravě roztoku. M(HCl) = 36,5 g/mol Řešení: roztok(1)... {m 1, ρ 1 = 1,18 g/ml, w 1 (HCl) = 0,360, w 1 (H 2 O)} voda, kterou se odměřené množství koncentrované kyseliny v odměrné nádobě doplní na stanovený objem (nepočítá se!) roztok(3)... {V 3 = 1,500 l, c 3 (HCl) = 1,50 mol/l} Je zřejmé, že se provede pouze bilance chlorovodíku, např. bilancí jeho látkového množství

97 n 1 (HCl) = n 3 (HCl) (6a) m (HCl) (HCl) (HCl) (HCl) 1 m1w1 ρ1v 1w n 1 1 = = = (6b) M (HCl) M (HCl) M (HCl) n 3 (HCl) = V 3 c 3 (HCl) (6c) Z rovnic (6b) a (6c) dosadíme za n 1 (HCl) a n 3 (HCl) do rovnice (6a) a vypočítáme V 1. V3c3(HCl) M (HCl) V 1 = w (HCl) ρ Výpočet: V 1,50 1,50 36,5 = ml 0,360 1,18 1 = 193ml 1 Závěr: K přípravě roztoku se použijí 193 ml koncentrované kyseliny. Příklad 7. Úkol: Vypočítejte, v jakém objemovém poměru se musí smíchat koncentrovaná kyselina sírová (ρ = 1,836 g/cm 3, w(h 2 SO 4 ) = 0,960) a voda při přípravě desetiprocentního roztoku (w(h 2 SO 4 ) = 0,100). Znázornění děje: roztok(1)... {V 1, ρ 1 = 1,836 g/cm 3, w 1 (H 2 SO 4 ) = 0,960, w 1 (H 2 O)} voda... {V 2, ρ 2 = 1,00 g/cm 3, w 2 (H 2 SO 4 ) = 0, w 2 (H 2 O) = 1} roztok(3)... {m 3, w 3 (H 2 SO 4 ) = 0,100, w 3 (H 2 O)} Řešení I: Sestavení bilanční rovnice. Pro výpočet hodnoty poměru V 2 : V 1 použijeme směšovací rovnici pro H 2 SO 4 : V 1 ρ 1 w 1 (H 2 SO 4 ) = (V 1 ρ 1 + V 2 ρ 2 )w 3 (H 2 SO 4 ) Rovnici upravíme: V ρ + V ρ V ρ 1 1 = 97 w w 1 ( H SO ) ( H SO ) 3 2 4

98 Výpočet I: V V 2 1 = 1836, 0, =,, 158, 1+ V 2ρ2 w = 1( H2SO4) V ρ w ( H SO ) V V ρ1 w1( H = 2SO 4) 1 ρ w ( H SO ) Řešení II: Úlohu lze řešit i jinak: objem koncentrované kyseliny volíme např. 1,00 cm 3 a počítáme objem vody, kterým se zvolené množství kyseliny musí zředit. m 1 (H 2 SO 4 ) = (m 1 + m 2 )w 3 (H 2 SO 4 ) Po úpravě rovnice získáme vztah pro výpočet V 2 : Výpočet II: V 1 ρ 1 w 1 (H 2 SO 4 ) = (V 1 ρ 1 + V 2 ρ 2 )w 3 (H 2 SO 4 ) 1,836 0,960 V 2 = 1,00 1 cm 3 = 15,8 cm 3 1,00 0,100 ρ V 2 = V 1 w 1 1(H2SO4 ) 1 ρ2 w3(h2so4 ) Závěr: Kyselinu zředíme vodou v objemovém poměru 1 : 15,8 Příklad 8. Úkol: V roztoku dvou látek má být w(a) = 3,0 % a w(b) = 5,0 %. Roztok bude připraven z roztoku látky A (w(a) = 15 %), roztoku látky B (w(b) = 22 %) a vody. Vypočítejte množství výchozích roztoků potřebných pro přípravu 250 g roztoku požadovaného složení. Znázornění: Řešení I: roztok(1)...{m 1, w 1 (A) = 0,15, w 1 (B) = 0, w 1 (H 2 O)} roztok(2)...{m 2, w 2 (B) = 0,22, w 2 (A) = 0, w 2 (H 2 O)}

99 3 4 voda...{m 3, w 3 (A) = 0, w 3 (B) = 0, w 3 (H 2 O) = 1} roztok(4)...{m 4 = 250 g, w 4 (A) = 0,030, w 4 (B) = 0,050, w 4 (H 2 O)} Sestavení bilančních rovnic. Sestavíme a řešíme tři rovnice, např. rovnice pro bilance látek A a B a celkovou hmotnostní bilanci. m 1 w 1 (A) = m 4 w 4 (A) m 2 w 2 (B) = m 4 w 4 (B) m 1 + m 2 + m 3 = m 4 m 1 Výpočet I: m m mw 4 4( A) = w ( A) ,030 g 0,15 1 = = 250 0,050 = g 0,22 2 = 50 g 57 g m 2 mw 4 4( B) = w ( B) 2 99 m 3 = m 4 - m 1 - m 2 m 3 = 250 g - 50 g - 57 g = 143 g Řešení a výpočet II: V soustavách s větším počtem složek je výhodné veličiny charakterizující proudy zapsat do přehledné tabulky, která také dobře poslouží při sestavování bilančních rovnic: proud hmotnost w(a) w(b) w(h 2 O) Bilanční rovnice můžeme sestavit přímo se zadanými hodnotami: m 1. 0,15 = ,030 g m 1 0, m 2 0 0,22 m g 0,030 0,050 m 250 0,030 = g 0,15 1 = 50 g