KEMIJA IKEMIJA I

TvariZakoni kemijskog spajanja

I. Filipović, S. Lipanović: Opća i anorganska kemija, Školska knjiga

M. Biffl : Osnove kemije, Školska knjiga

D. Nöthig - Hus, M. Herak: Opća kemija, Školska knjiga

Literatura :

Prirodne znanosti – znanosti koje se bave proučavanjem prirode i prirodnih pojava (kemija, fizika, biologija)

KEMIJAKEMIJA

- istražuje promjene tvari - reakcije i mehanizme reakcija

- proučava tvari od kojih je sastavljen svemir (sastav, svojstva i unutarnju strukturu)

- do spoznaja dolazi na osnovi eksperimenata, opažanjem i mjerenjem promjena tvari ili sistema koji sadrže više različitih tvari

VRSTE TVARIVRSTE TVARI(tvartvar=sve što ima masu i zauzima prostor)

HOMOGENE(jednolik sastav kroz cijelu masu)

HOMOGENE SMJESE (OTOPINE)

ČISTE TVARI(ne mogu se dalje pročišćavati)

fizičkim odvajanjem

HETEROGENE(nejednolik sastav)

vegetavegeta

fizičkim odvajanjem

morska vodamorska voda

RASTAVLJANJE TVARI NA RASTAVLJANJE TVARI NA ČČISTE TVARIISTE TVARI

Magnetsko odjeljivanjeMagnetsko odjeljivanje

Frakcioniranje

OtapanjeOtapanjeFiltriranjeFiltriranje

SedimentiranjeSedimentiranje

CentrifugiranjeCentrifugiranje

Destilacija Destilacija

KromatografijaKromatografija

OtapanjeOtapanje topljivih tvari u pogodnom otapalu i odjeljivanje otopljenog od neotopljenog (filtriranjem, sedimentiranjem ili centrifugiranjem).

FiltriranjeFiltriranje je postupak odvajanja čvrste tvari od tekućine propuštanjem suspenzije kroz filtar. Na filtru zaostaje talog a kroz filtar prolazi filtrat.

SedimentiranjeSedimentiranje je postupak odjeljivanja specifično teže suspendirane tvari od otopine. Čvrsta tvar se slegne na dno a tekućina se iznad nje odlije (dekantira).

CentrifugiranjeCentrifugiranje je sedimentiranje čestica pod utjecajem centrifugalne sile i upotrebljava se za odjeljivanje vrlo finih suspenzija. Kod centrifugiranja se koriste sile do 10 000 puta veće od sile gravitacije, a kod ultracentrifuga i do 600 000 puta veće.

DijaliziranjemDijaliziranjem se odjeljuju topljive tvari od koloidnih otopina tj. od čestica veličine 10-9 do 10-7m. Takve koloidne čestice ne prolaze kroz membrane vrlo sitnih pora, a otopljene tvari prolaze.

FlotacijaFlotacija je postupak odjeljivanja hidrofobne čvrste tvari od hidrofilnih pomoću mjehurića zraka. Propuhivanjem zraka kroz suspenziju, u koju su dodane tvari za lakše stvaranje pjene, stvaraju se mjehurići zraka koji se hvataju na hidrofobnu tvar i iznose je na površinu.

KromatografijaKromatografija je metoda odvajanja koja se zasniva na različitoj raspodjeli komponenti uzorka između dvije faze od kojih je jednanepokretna (stacionarna) a druga pokretna (mobilna). Stacionarnafaza može biti čvrsta ili tekuća, a mobilna tekuća (tekućinskakromatografija) ili plinovita (plinska kromatografija). Komponente se pod utjecajem mobilne faze kreću kroz stacionarnu fazu različitom brzinom i tako se razdvajaju.

DestilacijaDestilacija je postupak koji služi za odjeljivanje ili prečišćavanje komponenti iz njihovih smjesa. Tekućina se zagrijava na temperaturu vrenja a nastale se pare kondenziraju i prikupljaju (destilat).

SublimacijaSublimacija je prijelaz iz čvrstog izravno u plinovito stanje bez prethodnog prijelaza u tekućinu.

KondenzacijaKondenzacija je proces u kojem plin prelazi iz plinovitog u tekuće agregatno stanje, obično je uzrokovana hlađenjem.

VRSTE ČISTIH TVARI

Kemijski spojevi Kemijski spojevi (formule, nazivi)(formule, nazivi)

Elementi Elementi (simboli, nazivi)(simboli, nazivi)

Živa - oksid živa + kisikanaliza →← sinteza

ANALIZA - Razdvajanje tvari na komponenteSINTEZA - Dobivanje novih tvari iz već poznatih

Jezgra iz Fe i Ni

Silikatno kamenje 2900 km

Zemljina kora 30 km

6350 km kisik : 46,5%

Si : 28%

Al : 8%Fe : 5%

Ca : 3,5%Na : 3% K: 2,5%Mg : 2% svi ostali : 1,5%

Vjerojatna struktura Zemlje i sastav Zemljine kore (F.W.Clarke); uz simbole elemenata naznačeni su maseni udjeli

SVOJSTVA ČISTIH TVARI

Kemijska svojstvaKemijska svojstva

FiziFiziččka svojstvaka svojstva

Električna i toplinska provodnost

Gustoća

Tvrdoća

Talište – temperatura pri kojoj kruta tvar prelazi izkrutog stanja u tekuće

Kristalni oblik

Topljivost

Vrelište – temperatura pri kojoj je tlak para tekućine jednak 101325 Pa

STRUKTURA ČISTIH TVARI

Agregatna stanjaAgregatna stanja

ČČvrste tvarivrste tvari

- geometrijski oblik- konstantni kutevi

- kalanje- isti razmještaj čestica periodički se ponavlja u sva tri smjera

- na udaljenosti je razmještaj čestica strogo uređen- čestice su gusto poslagane

Kristalinične tvari – određeni volumen i oblik

Plinovito (gasus – g)

Čvrsto (solidus – s)Tekuće (liquidus – l)

razlike: fizikalne karakteristike, npr. različit razmještaj čestica

- čvrsta povezanost čestica jakim privlačnim vezama

Karakteristike kristalaKarakteristike kristala

Kristali kuhinjske soli

Jedinična ćelija natrijeva klorida (NaCl)

Na+

Cl-

JediniJediniččna na ććelijaelija

Ponavljanje Ponavljanje dudužž osi zosi z

Ponavljanje Ponavljanje dudužž osi yosi y

Ponavljanje Ponavljanje dudužž osi xosi x

14 tipova jedini14 tipova jediniččnih nih ććelijaelija

Priroda plinaPriroda plina

Tlak plina – udaranje molekula o stjenke posude

Nema volumen i oblik

Molekule slobodne, Van der Waalsove sile slabe

Priroda tekuPriroda tekuććinaina (kapljevina)(kapljevina)

Vrelište – tekućina prelazi u paru ( plinovito stanje)

Određeni volumen, nema oblik

Talište – čvrsta tvar prelazi u tekućinu

Dijagram stanja joda – krivulja tlaka pare kristalnog i tekućeg joda

0

20

40

60

80

100

120

40 60 80 100 120 140 160 180

t/°C

p/kP

a

kristali joda

pare joda

tekući jod

talište 114°C

vrelište 184°C

Zakoni kemijskog spajanja

1. Zakon o o1. Zakon o oččuvanju maseuvanju mase2. Zakon stalnih te2. Zakon stalnih težžinskih omjerainskih omjera3. Zakon vi3. Zakon viššekratnih teekratnih težžinskih omjerainskih omjera4. Zakon o kemijskim ekvivalentima4. Zakon o kemijskim ekvivalentima5. Zakon volumnih omjera plinova5. Zakon volumnih omjera plinova

6. 6. AvogadrovAvogadrov zakonzakon+ + DaltonovaDaltonova atomistiatomističčka teorijaka teorija

1. Zakon o očuvanju mase

Antoine Laurent Lavoisier(1743-1794)

«...u svakoj kemijskoj promjeni količina tvari jednaka je prije i poslije promjene; narav i broj elemenata ostaju isti, jedino se događa promjena, preinaka.»

«...ništa se ne gubi ništa se ne stvara...»

...Lavoisier

Nikakve promjene ne mogu se opaziti u ukupnoj masi svih tvari koje sudjeluju u nekoj kemijskoj reakciji (ili masa reaktanata jednaka je masi produkata kemijske reakcije)

- - - Zakon o ne uniZakon o ne unišštivosti materijetivosti materije

(18 st. Lavoisier – prvi je uveo vagu i točno mjerenje u istraživanju kemijskih promjena)

Masa Masa kristala,kristala,

A, gA, g

Masa bijele Masa bijele krute tvarikrute tvari

B, gB, g

Masa vode,Masa vode,C, gC, g B/AB/A C/AC/A C/BC/B

1010 6,46,4 3,63,6 0,640,64 0,360,36 0,5620,562

1515 9,69,6 5,45,4 0,640,64 0,360,36 0,5620,562

2020 12,812,8 7,27,2 0,640,64 0,360,36 0,5620,562

2. Zakon stalnih težinskih omjera

Joseph Proust (1754 -1826)

neki određeni kemijski spojuvijek sadrži iste kemijske elemente spojene u stalnom i istom omjeru masa.

... Proust

(1799. g. Proust)

Neki određeni kemijski spoj uvijek sadrži iste kemijske elemente spojene u stalnom omjeru masa ili omjer masa reaktanata i produkata kemijske reakcije stalan je mali broj.

11,19g vodika + 88,81g kisika → 100g vode

11,19g vodika + 100g kisika → 100g vode + 11,19g kisika

3. Zakon višekratnih težinskih omjera

John Dalton (1766-1844)

Kad se dva elementa spajaju u više nego jedan spoj mase nekog elementa u različitim spojevima nalaze se u jednostavnim višekratnim omjerima.

… Dalton

(1802. g. Dalton)

Kada se dva elementa spajaju tako da daju više nego jedan kemijski spoj, onda su mase jednog elementa u jednostavnim omjerima s masom drugog elementa s kojim se spaja

100 g dušika + 57 g kisika → dušikov (I) oksid

100 g dušika + 114 g kisika → dušikov (II) oksid

100 g dušika + 171 g kisika → dušikov (III) oksid

57 : 114 : 171 = 1 : 2 : 3

4. Zakon o kemijskim ekvivalentima

Jeremias Benjamin Richter(1762–1807)

Mase dviju elementarnihtvari koje reagiraju s nekom trećom elementarnom tvari iste mase reagiraju i međusobno, a isto tako i s nekom četvrtom elementarnom tvari jednake i određene mase.

(1789. g. Richter)

Mase dvaju elemenata koji reagiraju s nekim trećim elementom iste mase, reagiraju i međusobno, a isto tako i s nekim četvrtim elementom jednake i određene mase.

1g vodika + 3g ugljika → CH4

1g vodika + 8g kisika → H2O

3g ugljika + 8g kisika → CO2

Tvari koje međusobno reagiraju u ekvivalentnim količinama nazivaju se GRAM EKVIVALENTNE MASE u starijoj literaturi!

Atomska teorija

John Dalton (1766-1844)Nov sustav kemijske filozofije (“A New System ofChemicalPhilosophy”, 1808, Manchester)Kemičar, matematičar, filozofObjasnio sljepilo na boje “daltonizam”

voda HO

1g 8g

DALTONOVA TEORIJA ATOMA

4. Kemijski spojevi nastaju spajanjem atoma dotičnih elemenata. Čestica koja nastaje zove se molekula.

1. Atomi su realne veoma sitne čestice materije koje se ne mogu dalje dijeliti pri kemijskoj reakciji

2. Atomi jednog te istog elementa međusobno su slični i jednake mase

3. Atomi različitih elemenata imaju različita svojstva i različite su mase

Relativna atomska masa)(Hm

mAa

ar =

Atom = ne dijeljiv (grč. a = ne + temno = režem, siječem) – Demokrit 460 – 370 g. p. K.

5. Zakon volumnih omjera plinova

Joseph Gay-Lussac(1778-1850)

1805. g: Volumeni plinova kojimeđusobno reagiraju ili nastajukemijskom reakcijom stoje u omjeru malih cijelih brojeva kada su mjerenja obavljena pri stalnom tlaku i temperaturi.

Volumeni plinova koji međusobno reagiraju ili nastaju kemijskom reakcijom stoje u omjeru malih cijelih brojeva kada su mjerenja obavljena pri stalnom tlaku i temperaturi

1 atom vodika + 1 atom klora ↔ 2 čestice klorovodika

1dm3 kisika + 2dm3 vodika ↔ 2dm3 vode

1dm3 vodika + 1dm3 klora ↔ 2dm3 klorovodika

N atoma vodika + N atoma klora ↔ 2N čestica klorovodika

6.Avogadrov zakon

Lorenzo Romano Amedeo CarloAvogadro di Quaregna e di Cerreto(1776-1856)

1811 g.:pretpostavio da jednaki volumeni plinova sadrže jednake brojeve plinovitih čestica pri istom tlaku i temperaturi.

Avogadrova hipoteza o molekulama

Avogadro je pretpostavio da najmanje čestice nekog plina nisu slobodni atomi, već skupine malog broja atoma, koje je nazvao molekulamamolekulama

Plinovi jednakog volumena pri istoj temperaturi i tlaku sadrže isti broj molekula

1dm3 vodika + 1dm3 klora ↔ 2dm3 klorovodika

N molekula vodika + N molekula klora ↔ 2N molekula klorovodika

+1 vol 1 vol 2 vol

vodik klor klorovodik

Relativna molekulska masa Mr = ∑Ar

Njegova saznanja su dopunila plinske zakone koje su otkrili Boyle i Mariotte, Charles i Gay-Lussac