H E M I J A

LITERATURA: 1.Opta i neorganska hemija, 2007, Rudarsko Geoloki fakultet, Beograd, S. Nei, S.Marinkovi, A.Kosti-Pulek.

2. Principles of General Chemistry, 2010, by The McGraw-Hill, New York, M. Silberberg.

3. Praktikum hemije, 2009, Rudarsko Geoloki fakultet,Beograd, S. Marinkovi.

4. Zadaci i vebe iz opte hemije, 2007, Rudarsko Geoloki fakultet, Beograd, N.L.Glinka.

OSNOVI IZUAVANJA HEMIJE

Hemija prirodna nauka koja prouava supstance, njihovu grau i svojstva, kao i procese koji se deavaju pri njihovim promenama.

Supstanca- homogeni materijal sa tano odreenim osobinama i stalnim hemijskim sastavom ( elementi i jedinjenja).

Smee- heterogeni materijali sastavljeni od dve ili vie homogenih materijala.

Supstanca , smea, svojstva, promene

Fizika i hemijska svojstva supstance:

Fizika svojstva se zapaaju pomou ula i odreuju instrumentima (boja, sjaj, tvrdoa, gustina, miris, ukus, taka topljenja).

Hemijska svojstva- zapaaju se na osnovu uzajamnih dejstava sa drugim supstancama i odreuju hemijskim reakcijama. Fizike promene- dolazi do menjanja oblika ili stanja supstanci (ne dolazi do pretvaranja jednih supstanci u druge).

Hemijske promene- nastaju hemijskim reakcijama pri emu dolazi do pretvaranja jednih supstanci u druge. Supstance trajno menjaju svoja svojstva.

Rastavljanje homogenih i heterogenih sistema

Homogeni sistem- po svom sastavu je jednak u svakom svom delu i ima ista svostva. ( ist sumpor, eer, kuhinjska so, itd (jedna komponenta) , smee razliitih molekula ili jonova u obliku rastvora (vodeni rastvor kuhinjske soli, eera itd). Prema agregatnom stanju rastvaraa dele se na: - tene (rastvor vrste supstance u tenom rastvarau, rastvor jedne tene supstance u drugoj tenosti) - vrste (legure: rastvor Cr, Mn, V i drugih metala gvou ) - gasovite (rastvor plemenitih gasova u N2)

Homogene smee se mogu razdvojiti na komponente: fizikim (destilacija-obina i frakciona, kristalizacija,frakciona, dijaliza , difuzija, kondenzacija- frakciona, jonska izmena itd) i hemiskim putem pomou hemijske reakcije sa odgovarajuim reagensom i korienjem odgovarajueg postupka za odvajanje (ceenje, kristalizacija , hromatografija itd).

Primeri: 1. Rastvor NaCl pri destilaciji u destilacionom

aparatu zaostaje vrsta supstanca, a rastvara, e predestilovati.

2. Dve isparljive tenosti koje se uzajamno meaju npr. vodeni rastvor etanola, prvo isparava tenost sa niom temperaturom kljuanja, etanol, a zatim voda (frakciona destilacija).

3. Iz rastvora FeCl3 (homog. smea) pomou rastvora NaOH taloi se Fe3+ u vidu taloga Fe(OH)3(heterogeni sistem). Fe(OH)3 se odvaja od preostalog rastvora ceenjem.

Heterogeni sistemi (smee)- sadre vie homogenih delova koji su jedan od drugog odvojeni graninim povrinama ( homogeni delovi ine faze). Prema agregatnom stanju faza razlikujemo : sistem vrstih faza (granit, zemlja , beton), sistem vrste i tene faze(led i voda) , vste i gasovite faze (dim), sistem tenih faza (voda i ulje), sistem tene i gasovite faze (magla, pena).

Heterogeni sistem gasovitih faza ne postoji jer se gasovi homogeno meaju i ine homogene gasovite smee.

Metode za razvajanje heterogenih smea: A. Smee vrstih komponenata ispiranje prosejavanje rastvaranje magnetna separacija flotacija B. Smee vstih i tenih komponenata dekantovanje (odlivanje) ceenje (filtracija) destilacija centrifugiranje ispiranje

Homogenost neke supstance (istoa) proverava se pomou njenih svojstava ili pomou njenog sastava, (ogledima, odreivanjem fizikih konstanti: taka topljenja , taka kljuanja, gustina , indeks prelamanja, viskozitet). Smatra se da je ispitivana supstanca ista,kada se osobine (vie puta odreivane ) vie ne menjaju. Taka topljenja neke vrste supstance je temperatura na kojoj ona prelazi u tenost i nalazi se u ravnotei sa svojim rastopom . Temperatura kljuanja neke supstance je ona temperatura pri kojoj je napon pare njene tenosti jednak atmosferskom pritisku.

Elementi i jedinjenja

iste supstance Elementarne Jedinjenja (osnovne, proste) (sloene) Elementarne supstance- sastavljene od atoma jednog istog elementa. Jedinjenja- sastavljena od atoma dva ili vie razliitih elemenata.

H2O elektroliza

H2 ,gas O2 ,gas

HgO (crveni prah)

T > 400C

Hg, tenost,srebrnasti sjaj O2 ,bezbojan gas HI jodovodonik (gasovit), zagreva se u staklenoj cevi(180 C).

I2 ,gas,ljubiast H2 , gas,bezbojan

HI

Relativna atomska i molekulska masa

Definicija relativnih atomskih masa Daltonova atomska teorija- svi atomi jednog elementa su identini, imaju istu masu i razlikuju se od atoma drugih elemenata.

1803. godine John Dalton uveo pojam atomske teine odnosno relativne atomske mase

Relativna atomska masa - Ar

ma(X)ma(H)

Ar(X) =

Osnovne hemijske jedinice i merenje

1905. godine:

m(H) : m(O) 1 : 16 (razlikuje se za 1%)

m(H) : m(O) = 1,00789 : 16,00000

Ar(O) = 16,00000

Ar(H) = 1,0078

1938. godine - M(H) : m(O) = 1,0080 : 16

mama(O)

Ar(X) = 116

(X)

Otkrie izotopa - kiseonik se sastoji od 3 izotopa

8O = 99,76%16 8O = 0,04%17 8O = 0,2%18

Dve skale relativnih atomskih masa

FIZIKA

HEMIJSKA

Atomi istog elementa koji u jezgru sadrze isti broj protona , a razliit broj neutrona usled ega se razlikuju po svojoj masi , nazivaju se izotopi.

FIZIKA SKALA:

Standard kiseonikov izotop 16O (Ar = 16.00000) ma(X)

m(16O)Ar(X) = 1

16

Masa prosene izotopske smee nekog elementa

HEMIJSKA SKALA:

Standard prirodna izotopska smea kiseonika (Ar = 16,0000)

ma(X)m(16O)

Ar(X) = 116

Ar(hemijska skala) < Ar(fizika skala)

1959. godine - Hemiari su predloili novi standard

1961. godine - Fiziari su predloili za novi standard izotop ugljenika

6C12

ma(X)m(6 C)

Ar(X) = 112

12

Relativna atomska masa (atomska teina): Broj koji pokazuje koliko je puta prosena masa atoma elementa vea od 1/12 mase atoma izotopa ugljenika 12C

Ar nisu celi brojevi (izotop) Ar je neimenovan broj Ar(H) = 1,00794 Ar(O) = 15,999

Ar(atoma)apsolutna masa atoma =6,023 x 1023

Dvanaestina mase ugljenikovog izotopa 12C naziva se unificirana jedinica atomske mase (u) i iznosi u = 1,660565 x 10-27 kg.

mfm(6 C)

Mr = 112

12

Prosena masa nekog

molekula

1 2 ,...

nr r r r r iM A A A A= + + + =

RELATIVNA MOLEKULSKA MASA Mr

Relativna molekulska masa je neimenovan broj koji pokazuje koliko je puta masa nekog molekula vea od 1/12 mase izotopa ugljenika 12C.

Mr(H2O) = 2Ar(H) + Ar(O) Mr(H2O) = 21 + 16,00 Mr(H2O) = 18

Mr(CaCO3) = Ar(Ca) + Ar(C) + 3 . Ar(O)

Mr(CaCO3) = 40,08 + 12,01 + (3 . 16,00)= 100,09

MOL I MOLARNA MASA 1971. godine uvedena jedinica za koliinu supstance Simbol za koliinu supstance n Jedinica za koliinu supstance - mol

Mol je ona koliina supstance koja sadri onoliko elementarnih estica koliko se nalazi atoma u 12 grama ugljenikovog izotopa 12C.

estice - atomi, molekuli, joni i elektroni

n = Mm[g/g.mol-1 ] = mol

n-koliina supstance (mol) m-masa supstance(g) M-olska masa supstance (g/mol)

Atomska masa bilo koje supstance- elementa izraena u gramima odgovara jednom molu supstance-elementa. Molekulska masa supstance izraena u gramima odgovara jednom molu supstance (jedinjenja ili elementarne supstance).

U 12g ugljenikovog izotopa 12C nalazi se Avogadrov broj atoma ugljenika NA = 6, 022 1 023 mol-1

Molarna (molska) masa M je masa jednog mola izraena u gramima Ar(N) = 14 Mr(NH3) = 17 M(N) = 14 g/mol M(NH3) = 17 g/mol

- 1 mol-molekula 6,0221023 molekula - 1 mol-atoma 6,0221023 atoma - 1 mol-jona 6,0221023 jona

N = NA . n

broj estica Avogadrov

broj

broj molova

Jedan mol atoma vodonika sadri 6,022 x 1023 atoma vodonika i ima masu od 1,0080 g, odnosno molarnu masu M(H) = 1,0080 g.mol-1

Jedan mol molekula vodonika sadri 6,022 x 1023 molekula vodonika i ima masu 2,0160 g, odnosno molarnu masu M(H2) = 2,0160 g mol-1

M(O) = 15,9994 g mol-1 = 6,022 x 1023 atoma kiseonika

M(O2) = 31,9988 g mol-1 = 6,022 x 1023 molekula kiseonika

1 mol-molekula

[mol]

Molarna masa

[g/mol] 6,02 x 1023

molekula/mol Vo = 22,4 dm3

samo za gasove

1 mol-atoma

[mol]

Molarna masa atoma [g/mol]

6,02 x 1023 atoma/mol

Vo = 22,4 dm3

Samo za plemenite

gasove (He, Ne, Ar, Kr,

Xe)

Mr

Ar

1 mol-molekula

[mol]

32 g/mol 6,02 x 1023 molekula/mol

Vo = 22,4 dm3

32

Primer:

1 mol-molekula kiseonika

Ar(O) = 16

Mr(O) = 32

2 mol-atoma

[mol]

2 x6,02 x 1023

atoma/mol

1 mol-atoma

[mol] 12 g/mol 6,02 x 10

23 atoma/mol

12

Primer:

1 mol-atoma ugljenika

Ar(C) = 12

Primer: Izraunati broj atoma natrijuma u 0.120 mol Na? 1 mol Na ......... 6.02 x 1023 atoma Na 0.120 mol Na ........ X 1 mol Na : 6.02 x 1023 atoma Na = 0.120 mol Na : X

1 mol Na . X = 6.02 x 1023 atoma Na . 0,120 mol Na

X = 7.23 x1022 atoma Na

Primer: Izraunati broj molova kalijuma u 1.25 x 1021 atoma K. 1 mol K : 6.02 x 1023 atoma K = X : 1.25 x 1021 atoma K

X = 2.08 x 10-3 mola K

Primer: Izraunati masu 2.01 x 1022 atoma sumpora. Ar(S) = 32 1 mol-atoma S - Ar(S) = 32-NA atoma (6.02x1023) 32 g S : 6.02 x 1023 atoma S = X : 2.01 x 1022 atoma S

X = 1.07g S

Primer: Koliko molekula O2 se nalazi u 0.470g gasovitog kiseonika? Ar(O) = 16

1 mol-molekula Mr(O2) =32 - 6.02 x 1023 molekula

32 g O2 : 6.02 x 1023 molekula O2 = 0.470 g O2: X

X = 8.84 x 1021 molekula O2

n = Mm

Primer: Izraunati masu u gramima jednog molekula ugljen-dioksida, CO2. Mr(CO2)=44

44 g CO2 : 6.02 x 1023 molekula CO2 = X : 1molekul CO2 X = 7.31 x 10-23 g/molekulu

Primer: Odrediti procentni sastav jedinjenja formule K2CO3. Ar(K)= 39, Ar(C) = 12, Ar(O)=16. Mr(K2CO3) = 2x39 + 12 + 3x16 = 138

K:m(K)

Mr(K2CO3)x 100 = x 100

2 x 39138

= 56,52 %

C:m(C)

Mr(K2CO3)x 100 = x 100

12138

= 8,70 %

O:m(O)

Mr(K2CO3)x 100 = x 100

3 x 16138

= 34,87 %

100%

Hemijski znaci (simboli),formule i jednaine

Hemijski elementi se skraeno obeleavaju posebnim znacima (simbolima). Primer: H -vodonik (Hydrogenium, lat .naz.) O - kiseonik (Oxygenium, lat. naz.) F fluor (Fluorum, lat.naz.) S - sumpor (Sulfur, lat. naz.) Sb - antimon (Stibium, lat. naz.) S 1atom sumpora. 2S- dva atoma sumpora ali S8 - 8 atoma sumpora u molekulu

Simboli predstavljaju: - oznake za pojedine elemente (kvalitativno) - kvantitativno znaenje (svaki znak predstavlja jedan atom tog elementa i njegovu relativnu atomsku masu (Ar) odnosno molsku masu(M). Primer: simbol Ca predstavlja element kalcijum , jedan njegov atom, relativnu atomsku masu Ar = 40, molsku masu M = 40g/mol.

Hemijske formule Sastavljene su od simbola (i indeksa) onih elemenata koji ine taj molekul. (U irem smislu oznaavaju skup estica koje ine formulsku jedinicu, bilo da prikazuju supstancu molekulskog (kovalentnog ) ili jonskog sastava.

Primeri: H2 - molekul vodonika koji se satoji od dva atoma. P4 - molekul fosfora koji se satoji od 4 atoma. HCl - molekul hlorovodonika NaCl - natrijum hlorid ( Na +, Cl- joni ) Indeksi u formulama: N2 - indeks 2 pokazuje da se molekul azota sastoji od 2 atoma azota. H2CO3 - indeksi pokazuju 2 atoma vodonika , 1 atom ugljenika i 3 atoma kiseonika.

Hemijske farmule predstavljaju kvalitativan i kvantitativan sastav molekula. Primeri: H2- formula molekula vodonika koji ima 2 atoma vodonika, relativna molekulska masu Mr = 2, molska masa M = 2 g/mol H3PO4 - formula fosforne kiseline, jedan njen molekul, relativna molekulska masa Mr(H3PO4) = 98 ,molska masa M(H3PO4) = 98 g/mol. U svakoj formuli pomou indeksa moe se odrediti relativni odnos broja atoma pojedinih elemenata u molekulu i njihov maseni odnos.

Molekulska formula prikazuje taan broj atoma elemenata koji ulaze u sastav jedinjenja.

Empirijska formula pokazuje najjednostavniji odnos atoma u supstanci.

H2O H2O

molekulska empirijska

C6H12O6 CH2O

O3 O

N2H4 NH2

Strukturne i prostorne formule prikazuju raspored atoma u molekulu.

U svakoj formuli pomou indeksa moe se odrediti relativni odnos broja atoma pojedinih elemenata u molekulu i njihov maseni odnos. H3PO4 brojni odnos indeksa 3:1:4 predstavlja i relativni odnos atoma elemenata H: P:O u molekulu tj njihov maseni odnos 3:31:64 { 3Ar (H) : 1Ar(O) : 4Ar(P) = 3:31:64 }.

Molekulski modeli (Najednostavniji modeli kuglica i tapia.)

Hemijske jednaine Hemijske promene hemijske reakcije koje se deavaju izmeu supstanci ili unutar njih samih. Primer 1: Promena koja nastaje rastvaranjem kalcijuma u vodi je hemijska reakcija (odvija se na sobnoj T)

Ca + 2H2OCa (OH)2 +H2 M(Ca) + 2M(H2O) = M(Ca(OH)2 ) + M(H2)

40g + 2x18g = 74g +2g 76g =76g

- ukupna masa supstance pre i posle reakcije ostaje ista. - broj atoma svakog pojedinanog elementa mora biti isti na obe strane jednaine. - pregrupisavanje atoma preko raskidanja i stvaranja novih veza

Primer 2: Meanje CuSO4 sa NaOH je hemijska promena pri emu nastaje talog Cu(OH)2.

CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 + 2Na2SO4 M(CuSO4) + 2M(NaOH )= M(Cu(OH)2) + 2M(Na2SO4)

239,6 g = 239,6 g Reaktanti-supstance koje ulaze u hemijsku reakciju(na levoj strani hemijske reakcije) . Proizvodi- supstance koje nastaju (na desnoj strani hemijske reakcije). Hemijska reakcija je skraeni prikaz hemijske reakcije pomou simbola i formula.

Pisanje hemijskih jednaina 1. Najpre se na levoj strani jednaine napiu

simboli, tj formule reaktanata i na desnoj strani simboli odnosno formule proizvoda.

Al + HCl AlCl3 + H2

- Metali kao i neki nemetali se predstavljaju simbolima (kao monoatomi, Al, Zn, Fe, Na, K..., nemetali Si, C, S)

- Gasoviti nemetali i svi halogenidi kao i molekuli dvoatomni ( H2, O2, N2, Cl2, Br2, J2) a neki u vidu vieatomnih molekula(P4, As4, S6, S8).

3. Broj atoma svakog pojedinog elementa sa leve i desne strane mora biti isti (zakon o oranju mase) to se postie dopisivanjem odgovarajuih koeficijenata ispred simbola tj formula.

2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2

Al + HCl AlCl3 + H2

2. Izmeu leve i desne strane stavlja se strelica koja pokazuje u kom smeru se odigrava reakcija.

Ponekad je potrebno u reakciji naglasisti agregatna stanja uesnika to se postie stavljanjem oznaka kraj reaktanata i proizvoda . - vsto stanje ,oznaka s (eng., solid) - teno stanje, oznaka l (egl., liquid) - gasno stanje, oznaka g (egl., gas) - vodeni rastvor, oznaka (eng., aqucous)

Mg(s) + O2(g) = 2MgO (s)

Primer: 2Mg (s) + O2 (g) 2MgO(s) ___Mg +___ O2 ___ MgO

Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Slide Number 33Slide Number 34Slide Number 35Slide Number 36Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39Slide Number 40Slide Number 41Slide Number 42Slide Number 43Slide Number 44Slide Number 45Slide Number 46Slide Number 47Slide Number 48Slide Number 49Slide Number 50Slide Number 51Slide Number 52Slide Number 53Slide Number 54