Člověk a jeho svět I - neživá příroda KBI/CASP1 chemická část anorganická chemie Mgr. Jan Petr, Ph.D. katedra biologie janpetr@pf.jcu.cz J309 k.h.: úterý 9:00 11:00
Požadavky Nyní účast na cvičení sem. práce geologické vědy aktivní práce ve cvičeních Příští rok zkouška otázky z chemie integrovány do otázek z biologie (např. podmínky života, vlastnosti organismů, fotosyntéza apod.) poznávačka přírodnin na konci LS 12/13
Doporučená literatura: Vacík J. a kol., 1999: Přehled středoškolské chemie. SPN Praha. Kotlík B., Růžičková K., 1996: Chemie v kostce I., II. Fragment Praha. Mareček A., Honza J., 2000: Chemie pro čtyřletá gymnázia 1., 2., 3. díl. Olomouc.
Doporučená literatura: Blažek J. a kol., 2004: Přehled chemického názvosloví. SPN Praha. Havlíčková B., 2000: Vybrané problémy přírodních věd (pro posluchače učitelství 1. st. ZŠ) - IV. chemická část. JU ZF České Budějovice.
Přehled přednášených témat Složení a vlastnosti látek. Vybrané prvky a jejich sloučeniny. Kovy - přehled, vlastnosti. Kyseliny a zásady. Organické sloučeniny-uhlovodíky a jejich významné deriváty. Přírodní látky (cukry, tuky, bílkoviny).
Hmota - formy a) pole - všechna známá fyzikální pole, převládá charakter vlnový b) látky - přírodní a umělé
Hmota, látky látka hmota složená z částic (atomy, molekuly, ionty) mající určité vlastnosti (fyzikální, chemické) chemicky čistá látka tvořena stejnými částicemi, stálé charakteristické vlastnosti (struktura, t. tání, t. varu, hustota,...)
Hmota, látky prvek chemicky čistá látka z atomů se stejným protonovým číslem a) volné (He), b) vázané v molekulách (Cl 2 ) c) vázané v krystalových strukturách(c v diamantu) sloučenina chem. čistá látka tvořená a) stejnými molekulami ze dvou nebo více atomů růz. prvků (CO 2 ) b) ionty vázanými v krystal. struktuře (NaCl)
Hmota, látky směs soustava tvořená z několika chem. čistých látek homogenní < 10-9 (roztoky) koloidní 10-7 -10-9 (aerosol, koloid. roztok, emulze, gel) heterogenní > 10-7 (pěna, suspenze)
Fyzikální vlastnosti látek kvalitativní kvantitativní skupenství pevné, kapalné, plynné rozpustnost hustota ς (g.cm -3 )
Chemické vlastnosti látek reaktivita koroze exotermické a endotermické reakce
Soustava část prostoru s látkovou náplní, oddělená skutečnými stěnami nebo myšlenými hranicemi izolovaná uzavřená otevřená homogenní v celém objemu stejné vlastnosti heterogenní několik fází s růz. vlastnostmi
Základní stavební částice látek 1) atom 2) ion- kation (+), anion (-) 3) molekula - vícejaderná el. neutrální částice, molekuly prvků (H 2 ), sloučenin (H 2 O), makromolekuly, molekulové ionty (NH 4 +), radikály(:o 2 )
Složení atomu jádro, obal 5. st. př.n.l. Démokritos, Leukippos 19. st. J. Dalton 1911 Rutherford planetární model 1913 Bohr kvantově mechanický model
prvek= látka tvořená atomy se stejným Z nuklid = množina atomů mající stejné Z a A A Z X Z = protonové číslo A = nukleonové číslo (A=N+Z) izotop = atomy téhož prvku, liší se A
Radioaktivita Některá jádra nejsou stabilní a samovolně se rozpadají, přeměňují se, vznikají jádra jiných prvků a uvolňuje se neviditelné záření (Becquerel,1896). záření α - kladně nabitá jádra helia záření β - proud záporně nabitých eletronů nebo pozitronů záření γ - elektromagnetické vlnění poločas rozpadu = doba, za kterou se rozpadne ½ přítomných jader radioaktivního nuklidu 50 přirozených radionuklidů
Radioaktivita
Radioaktivita
Radioaktivita
Radioaktivita
Radioaktivita štěpná reakce
Radioaktivita jaderná fúze
Radioaktivita
Radioaktivita
Radioaktivita Cimrmanův příchod do Liptákova byl zjištěn měřením rozpadu radioaktivního uhlíku v organické nečistotě na podrážkách Cimrmanových bot. Touto komplikovanou a velice nákladnou metodou zjistil, pokud tedy Cimrman v těchto botách do Liptákova přišel, že se tak stalo na podzim roku 1906 plus mínus 200 let.
PSP(D.I.Mendělejev,1869)
1 Aktinoidy a lanthanoidy jsou obecně známy jako vnitřně přechodné prvky. 2 Alkalické kovy, kovy alkalických zemin, přechodné kovy, aktinoidy, lanthanoidy a kovy jsou skupinově známy jako kovy. 3 Halogeny a vzácné plyny jsou také nekovy. Stav za standardní teploty a tlaku prvky s červeným protonovým číslem mají skupenství plynné prvky s modrým protonovým číslem mají skupenství kapalné prvky s černým protonovým číslem mají skupenství pevné Přirozený výskyt prvky s plným rámečkem mají izotopy starší než Země (prvotní prvky) prvky s čárkovaným rámečkem přirozeně vznikly rozpadem z jiných prvků a jejich izotopy nejsou starší, než je Země prvky s tečkovaným rámečkem byly vytvořerny uměle (syntetické prvky) prvky bez rámečku nebyly ještě objeveny
PSP dlouhá tabulka - 18 skupin (I.-VIII. A - hlavní; I.-X. B-vedlejší) a 7 period - číslo periody se shoduje s nejvyšším kvantovým číslem prvku (n) - PSP - vyjadřuje závislost vlastností prvku na struktuře elektronových obalů jejich atomu - dle výstavby el. obalu: prvky nepřechodné (s,p), přechodné (d), vnitřně přechodné (f)
Názvy period: 1.p. = základní 2.p. = první jednoduchá 3.p. = druhá jednoduchá 4.p. = první dvojnásobná 5.p. = druhá dvojnásobná 6.p. = čtyřnásobná 7.p. = neúplná = radioaktivní ze 6.p.- lanthanoidy, ze 7.p. - aktinoidy
Názvy skupin: I.A - alkalické kovy II.A - kovy alkalických zemin (Ca, Sr, Ba, Ra) III.A - triely IV.A - tetrely V.A - pentely VI.A - chalkogeny (rudotvorné) VII.A - halogeny (solitvorné) VIII.A - nultá skupina = vzácné plyny VIII.B - skupina železa (Fe, Co, Ni), skupina lehkých platinových kovů (Ru, Rh, Pd) a skupina těžkých platinových kovů (Os, Ir, Pt)
Základní prvky a jejich vlastnosti vodík kyslík uhlík dusík síra kovové prvky - kovy vápník
Vodík H nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru (tvoří až 90% všech atomů) nejmenší hustota 15x lehčí než vzduch volný a vázaný v přírodě (ve sloučeninách - voda) 2 H 2 + O 2 2 H 2 O redukční činidlo biogenní prvek
Voda sloučenina H+O 3/4 zemského povrchu 97,2 % slaná voda, 2,8 % sladká voda
Rozdělení zásob vody
Vlastnosti vody a) fyzikální: bezbarvá, bez zápachu, chuti t tání = 0 C, t varu = 100 C, hustota 1 g.cm -3 pevný stav = led (menší ρ než kap.voda) polární rozpouštědlo, kapalná voda - vodíkové vazby (dobrá tepelná vodivost, velké měrné teplo, velké povrchové napětí) b) chemické: rozpouštědlo nejstálejší sloučenina
Chemické vlastnosti vody: acidobazické vlastnosti vody H 2 O + H + H 3 O + H 2 O OH - + H + disociace kapalné vody (protolýza vody) 2H 2 O H 3 O + + OH - voda jako produkt při neutralizaci HCl + NaOH NaCl + H 2 O
Voda rozpouštědlo prostředí (v organismech-transport živin, zplodin metabolismu) volná vázaná (hydráty: Ca SO 4. 2 H 2 O sádrovec, čistota vody CuSO 4. 5 H 2 O modrá skalice, ZnSO 4. 7 H 2 O bílá skalice) tvrdost vody (Ca 2+, Mg 2+ ) - dočasná, trvalá
Kyslík O bez barvy a zápachu, plyn výskyt - volně 21 % v atmosféře, vázaně (hydrosféra, litosféra, biosféra) pomalá oxidace = koroze 4 Fe + 3 O 2 + n H 2 O 2 Fe 2 O 3. n H 2 O rez rychlá oxidace = hoření C + O 2 CO 2 S + O 2 SO 2 dýchání (kyslík vázán na hemoglobin) C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38 ATP
Kyslík O
Kyslík O
Vlastnosti O 2 Vlastnosti O 3 bezbarvý plyn bez chuti a zápachu vysoce reaktivní rozpouští se ve vodě vzniká při fotosyntéze zelených rostlin nestálý plyn, modrý plyn charakteristický zápach nervový jed vznik při el. výbojích (bouřky) O 2 O + O O + O 2 O 3 ozón ozónová vrstva (25 km nad povrchem Země) - ochrana proti UV záření
Uhlík C diamant grafit
Uhlík C grafen
Uhlík C
CO x CO 2 CO oxid uhelnatý - vznik spalováním C za nedostat. přístupu vzduchu (nedokonalé hoření) 2 C + O 2 2 CO - reaktivní plyn, bez barvy, zápachu - jed, váže se na hemoglobin (karbonylhemoglobin) - redukční účinky - součást výfukových plynů (znečištění ovzduší) CO 2 oxid uhličitý O = C = O - vznik dokonalým spalováním C, dýchání, kvašení,tlení, hoření - 0,033 % v atmosféře (skleníkový plyn) - bez barvy, zápachu, rozp. ve vodě - těžší než vzduch (hromadí se u dna, hasí plamen) - suchý led = hasicí přístroje (-76 C) - důkaz CO 2 - tvrdnutí malty
Dusík N bezbarvý plyn, bez zápachu 78 % ve vzduchu biogenní prvek netečný plyn sloučeniny NH 3, oxidy NO x, HNO 3,NH 4 Cl
Dusík N
Síra S žlutý nekov volná (vulkány) vázaná sloučeniny: SO 2, H 2 S, SO 3, H 2 SO 3, H 2 SO 4
SO 2 x SO 3 SO 2 oxid siřičitý SO 3 oxid sírový - bezbarvý plyn, štiplavý - redukční a oxidační účinky - do ovzduší lidskou činností (spalov. uhlí, topné oleje) - 0,1 % smrtelné - vznik 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 - v koncentrované H 2 SO 4 se rozpouští na tzv. oleum (dýmavá H 2 SO 4 )
Kovy 3/4 všech prvků, většinou přechodné prvky výskyt - ryzí (Au, Ag, Pt, Cu) výroba kovů: - sloučeniny - tepelný rozklad 2HgO 2Hg + O 2 - redukční pochody (pomocí H, C) - elektrolýza (tavenin, roztoků)
Přehled kovů Alkalické kovy: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Kovy alkalických zemin: Ca, Sr, Ba, Ra Přechodné kovy: - Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn - Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd - Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg Ušlechtilé kovy: Cu, Ag, Au, Hg, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt Kovy skupiny železa: Fe, Co, Ni Platinové kovy: lehké: Ru, Rh, Pd; těžké: Os, Ir, Pt Lanthanoidy: (La), Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Aktinoidy: (Ac), Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr
Vlastnosti kovů kovová vazba (valenční elektrony atomů tvořící kov jsou volně sdílené mezi všemi atomy, takže kovové ionty jsou obklopeny a prostoupeny tzv. elektronovým plynem) tvrdost, tažnost, kujnost tepelná a elektrická vodivost vysoké body tání barva a lesk neprůhledné
Těžké kovy Cd, Hg, Pb (dále Al, As, Sn, Cu, Ni, Au ) kumulace v organismech (biologický rozpad za 50-30 let) a v půdě, karcinogenní a neurotoxické účinky lidskou činností doprava, spalování fosilních paliv, těžba rud, výroba plastů, akumulátory, průmyslová výroba, amalgamové výplně, pesticidy
Vápník biologický význam Ca - kosti, zuby, svaly, schránky živočichů výskyt vápenec CaCO 3, sádrovec CaSO 4.12 H 2 O, fosforit, apatit sloučeniny CaO, Ca(OH) 2, CaCO 3, Ca(HCO 3 ) 2, CaSO 4, Ca 3 (PO 4 ) 2
Ostatní významné látky (jen dodatečně) NaCl NaOH KCl KCN Al 2 O 3 KAl (SO 4 ) 2.12 H 2 O SiO 2 H 3 PO 4 CS 2 ZnSO 4.7 H 2 O CuSO 4.5 H 2 O ZnO AgNO 3 HgS Hg 2 Cl 2 FeSO 4.7 H 2 O KMnO 4 CdS Cr 2 O 3
Kyseliny a zásady síla kyselin a zásad ph stupnice (0-7-14) indikátory (fenolftalein, methyloranž)
Kyseliny a zásady Kyselina - odštěpí H + (HCl, H 2 SO 4 ) Zásada - příjem H + (NaOH, KOH, NH 3 ) neutralizace HCl + NaOH NaCl + H 2 O
Kyseliny H 2 SO 4 kyselina sírová HNO 3 kyselina dusičná H 2 CO 3 kyselina uhličitá H 3 PO 4 kyselina trihydrogenfosforečná HCl kyselina chlorovodíková HF kyselina fluorovodíková
Zásady NH 3 amoniak, čpavek NaOH hydroxid sodný KOH hydroxid draselný Ca(OH) 2 hydroxid vápenatý
zdroje ilustrací http://www.zsharcov.cz/predmety/fyzika/ucivo/6/1_07.html http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=2&slovnik_ page=rad_zar.html http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=2&slovnik_ page=rad_zar.html http://www.state.nv.us/nucwaste/yucca/wippfact.htm http://www.arpansa.gov.au/radiationprotection/basics/understand.cfm http://www.m2c3.com/chemistry/vli/m3_topic2/m3_topic2_print.html http://cs.wikipedia.org/wiki/periodick%c3%a1_tabulka http://www.exploringnature.org/db/detail.php?dbid=27&detid=1186 http://www.meteocentrum.cz/zmeny-klimatu/sklenikovy-efekt-kolobehuhliku.php http://kids.britannica.com/comptons/art-53732/nitrogen-is-fixed-by-the-actionof-bacteria http://chemistry.wikia.com/wiki/sulfur http://www.aristoteles.cz/chemie/ph/ph-vzorce-definice.php http://artemis.osu.cz/mmfyz/jm/jm_2_1_4.htm http://www.zschemie.euweb.cz/ http://web.natur.cuni.cz/ugmnz/mineral/mineral/diamant.html http://cs.wikipedia.org/wiki/grafen http://web.natur.cuni.cz/ugmnz/mineral/mineral/grafit.html http://www.ctyrkolaci.estranky.cz/clanky/vyroba-strelneho-prachu.html