Anorganická chemie Povinný předmět pro 1. ročník FP a FM (nano) přednášky doc. Ing. Petr Exnar, CSc. petr.exnar@tul.cz, Katedra chemie, budova C, přízemí, 604 417 943 cvičení Ing. Jan Grégr
Základní literatura KLIKORKA, J., HÁJEK, B., VOTÍNSKÝ, J.: Obecná a anorganická chemie. Praha, SNTL 1989. LUKEŠ, I.: Systematická anorganická chemie. Praha, UK 2009. GREENWOOD, N.N., EARNSHAW, A.: Chemie prvků I. a II. Praha, Informatorium 1993.
Doporučená literatura JURSÍK, F.: Anorganická chemie nekovů. Praha, VŠCHT 2001. http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_isbn-80-7080- 417-3/pages-img/ JURSÍK, F.: Anorganická chemie kovů. Praha, VŠCHT 2002. http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_isbn-80-7080- 504-8/pages-img/ REMY, H.: Anorganická chemie (2 díly). SNTL, Praha 1971. COTTON, F.A., WILKINSON, G.: Anorganická chemie. Praha, Academia 1973.
Zkouška Pouze ústní, tři otázky obsáhlejší (s přípravou), tři jednodušší bez přípravy Témata volně v rámci okruhů přednášek, důraz na nadhled a pochopení souvislostí, spíše odborná debata na dané téma než vysypání faktů Podmínkou k připuštění ke zkoušce zápočet od Ing. Grégra (podmínky vysvětlí při prvním cvičení)
Požadavky při zkoušce Absolutní znalost periodické soustavy (po prvek 92) a názvosloví (jednoduchých i komplexních sloučenin) Bezchybné a rychlé vyčíslování chemických rovnic Perfektní znalost struktury anorganických látek (VSEPR) Dokonalý přehled v základních trendech skupinových vlastností prvků (redukceoxidace, kyselost-zásaditost, rozpustnosti, skupenský stav, barevnost, toxicita, )
Periodický zákon Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí protonového čísla. Periodicita se projevuje u řady chemických a fyzikálních vlastností i v řadách homologických sloučenin. Předpověď nových prvků a jejich vlastností: ekaaluminium - gallium ekasilicium - germanium
Různé dělení skupin skupiny hlavní nepřechodné prvky vedlejší přechodné prvky triviální názvy alkalické kovy Li, Na, K, Rb, Cs kovy alkalických zemin (Be), Mg, Ca, Sr, Ba, Ra lanthanoidy aktinoidy triáda železa (železných kovů) Fe, Co, Ni platinové kovy Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt chalkogeny O, S, Se, Te, Po halogeny F, Cl, Br, I, At vzácné plyny, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
Elektronegativita
Vlastnosti látek l v závislosti z na chemické vazbě
Molekulové krystaly Krystaly tvořeny molekulami, drženými pohromadě van der Waalsovými silami Vlastnosti: velmi nízké body tání i varu, elektricky nevodivé Příklady: organické látky, jod, vzácné plyny
jód síra
Iontové krystaly Krystaly tvořeny kationty a anionty, iontová vazba, struktura dána hlavně poměrem velikosti iontů Vlastnosti: poměrně vysoké body tání i varu, v krystalickém stavu elektricky nevodivé, v kapalném stavu elektricky vodivé Příklady: NaCl, NaOH, CaSO 4
NaCl CaF 2
Krystaly s kovovou vazbou Krystaly tvořeny kationty kovů a delokalizovanými elektrony Vlastnosti: poměrně vysoké body tání i varu, v krystalickém i kapalném stavu elektricky vodivé Příklady: Mg, Cu, NaTe, Cu 3 Au
Fe Mg
Atomové krystaly Krystaly tvořeny jednou makromolekulou, atomy jsou prostorově vázány kovalentními vazbami Vlastnosti: mimořádně vysoké body tání i varu, elektricky nevodivé Příklady: diamant, korund, křemen, SiC, AlN, bor
Diamant
AlN SiC
Vrstevnaté krystaly Krystaly tvořeny vrstvami kovalentně vázaných atomů, mezi vrstvami jsou van der Waalsovy síly Vlastnosti: většinou mimořádně vysoké body tání i varu, krystaly jsou velmi měkké a dokonale štěpné Příklady: grafit, kyselina boritá, BN, CdI 2
Grafit
CdI 2 BN
Magnetické vlastnosti Elektron (nukleon) má magnetický moment magnetické momenty elektronových párů se ruší (vektorové skládání) k celkovému magnetickému momentu molekuly (atomu, iontu) přispívají prakticky pouze nespárované elektrony
Magnetická susceptibilita Magnetická susceptibilita měřitelná magnetická veličina síla přitahování nebo vytlačování látky do nebo z magnetického pole
Magnetické vlastnosti látky diamagnetické všechny elektrony spárovány, není přítomen permanentní magnetický moment, látka je z magnetického pole vypuzována látky paramagnetické přítomen minimálně jeden nespárovaný elektron, látka je do magnetického pole vtahována
Magnetické vlastnosti látky feromagnetické paramagnetické látky s extrémní hodnotou magnetické susceptibility, trvalý magnetický stav, permanentní magnety, Fe, Ni a Co a jejich slitiny
Spektrální vlastnosti látek Látka může absorbovat elektromagnetické záření pouze v tom případě, že jeho energie odpovídá některému z rozdílů energetických hladin v látce
Absorpce záření Absorpce energie je spojena s excitací molekuly do vyššího energetického stavu, z něj však po určité době opět přejde do nižšího energetického stavu a energetický rozdíl mezi oběma stavy se buď vyzáří jako elektromagnetické záření s odpovídající energií, nebo se transformuje na teplo
Elektronové přechody mezi energetickými hladinami v AO nebo MO Vibrační a rotační energetické hladiny povolené stavy vibračních a rotačních pohybů Podle energie rotační < vibrační < elektronové < ionizace
Spektra ultrafialová a viditelná (elektronová, λ = 190 až 800 nm) Spektra infračervená (rotačně vibrační, λ = 0,8 až 30 µm) Spektra mikrovlnná (rotační, λ = 30 až 10000 µm)
Elektronové přechody Podmínkou absorpce záření je, že nižší energetická hladina je obsazena alespoň jedním elektronem a vyšší energetická hladina má alespoň jedno neobsazené místo pro elektron
Absorpce záření s určitou pravděpodobností Pro absorpci záření platí výběrová pravidla (přechody povolené nebo zakázané) a ze statistické pravděpodobnosti absorpce vyplývá intenzita absorpce absorpční pásy jsou různě intenzivní
Spektroskopické vlastnosti studium chování látek v závislosti na vlnové délce záření Spektrum závislost intenzity absorpce záření látkou na vlnové délce (energii) dopadajícího záření Optické vlastnosti záření 380 až 780 nm
Podstata barevnosti látek Látky absorbující záření ve viditelné oblasti se jeví jako barevné
Spektra absorpční selektivní pohlcení záření o odpovídající energii z dopadajícího záření Spektra emisní vyzáření fotonů o energii odpovídající rozdílu energií z molekuly v excitovaném stavu
Molekuly (víceatomové ionty) pásová spektra základní přechod doprovázen vibračními a rotačními přechody s nižší energií Atomy (jednoatomové ionty) pouze čárová spektra
Chromofory funkční skupiny vnášející vhodné energetické hladiny do MO ve struktuře jsou přítomny π nebo valenční nevazebné elektrony často obsahují systém násobných delokalizovaných vazeb
Absorpční spektrum naftalenu, antracenu a naftacenu
Barevnost sloučenin přechodných kovů Způsobena absorpcí záření v systému MO orbitalů, excitace elektronů v rámci MO diagramů komplexů iontů přechodných kovů s ligandy (voda, amoniak, anionty halogenů apod.) v oktaedrické nebo tetraedrické konfiguraci s účastí hybridních AO typu sp 3 nebo d 2 sp 3
Komplexy Co 2+ v roztoku
Ho 3+ v roztoku
Absorpce viditelného záření v kovech V případě kovů s velkým počtem energetických hladin v pásech jsou podmínky pro absorpci přechody elektronů splněny prakticky vždy kovy jsou neprůhledné
Pásový model kov izolant polovodič