Kemija skripta za Državnu Maturu

8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu

1/172

KEMIJA

SKRIPTA ZA RAVNU MATURU

Kristina Kuana

listopad 2013.


2/172

2

Autor:

Kristina Kuana

[email protected]

prema:

Ispitni katalog

za ravnu maturu

u k. go. 2012/2013.,Kemija,

NCVVO

www.ncvvo.hr

Objavljeno na:

www.drzavna-matura.com

Kontakt :[email protected]

Skripta se moe koristiti samo za iniviualne potrebe korisnika uz potivanje svih autorskih i

vlasnikih prava. Zabranjeno je mijenjati, istribuirati, proavati, licencirati ili koristiti saraj

u komercijalne ili bilo koje druge svrhe bez dozvole autora. Skripta se koristi na vlastitu

ogovornost i autori se ne mogu smatrati ogovornima za bilo kakvu tetu koja na bilo koji

nain moe nastati koritenjem.

Zagreb, 2013.

PANJA: Skripta se kontinuirano usavrava i orauje. Najnoviju verziju i

pratede materijale moete pronadi nadrzavna-matura.com.
mailto:[email protected]:[email protected]://www.ncvvo.hr/http://www.ncvvo.hr/http://www.drzavna-matura.com/http://www.drzavna-matura.com/mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]://drzavna-matura.com/http://drzavna-matura.com/http://drzavna-matura.com/http://drzavna-matura.com/mailto:[email protected]://www.drzavna-matura.com/http://www.ncvvo.hr/mailto:[email protected]


3/172

3

Sadraj

Uvod ........................................................................................................................................... 6

1. Kemijske strukture (atomi i molekule) ............................................................................... 7

1.1. Osnovna graa atoma i molekule................................................................................ 7

1.2. Atomski i maseni broj .................................................................................................. 9

1.3. Nuklid, izotop, izobar i kemijski element .................................................................... 9

1.4. Elektronska struktura atoma i atomski spektri ........................................................... 9

1.5. Periodni sustav elemenata ........................................................................................ 12

1.6. Elektronska konfiguracija .......................................................................................... 13

1.7. Polumjeri atoma ........................................................................................................ 17

1.8. Perioinost atomskih svojstava............................................................................... 19

1.9. Perioinost fizikalnih i kemijskih svojstava.............................................................. 22

1.10. Izoelektronske jeinke i njihova veliina............................................................... 22

1.11. Vrste kemijskih veza ............................................................................................... 24

1.12. Meumolekulske interakcije.................................................................................. 29

1.13. Utjecaj temperature na kemijske veze i meumolekulske interakcije .................. 29

1.14. Lewisova simbolika ................................................................................................ 30

1.15. Pravilo okteta i odstupanja .................................................................................... 30

1.16. VSEPR teorija .......................................................................................................... 30

1.17. Kako nacrtati prostornu strukturu? ....................................................................... 35

1.18. Vrste kemijskih formula i izomeri (u organskoj kemiji) ......................................... 36

1.19. Najvanije vrste organskih spojeva........................................................................ 45

1.20. Shematske strukture vanih biomolekula.............................................................. 49

2. Kemijske reakcije .............................................................................................................. 53

2.1. Kemijska reakcija ....................................................................................................... 53

2.2. Vrste kemijskih reakcija ............................................................................................. 53


4/172

4

2.3. Vanije organske reakcije.......................................................................................... 58

2.4. okazne reakcije (analitike probe).......................................................................... 66

2.5. Brzina kemijske reakcije ............................................................................................ 69

2.6. Kemijska ravnotea .................................................................................................... 72

2.7. Kiseline, baze i soli ..................................................................................................... 76

a. Arrheniusova teorija .................................................................................................. 76

b. BrnsteLowryeva teorija .................................................................................... 76

c. Kiselobazne reakcije ................................................................................................ 79

d. Kiselobazni indikatori ........................................................................................... 80

2.8. Redoksi ....................................................................................................................... 82

2.9. Elektrokemijaelektrolizni i galvanski lanci........................................................... 90

2.10. Korozija................................................................................................................... 98

3. Raunanje u kemiji......................................................................................................... 101

3.1. Zaokruivanje........................................................................................................... 101

3.2. Pretvaranje mjernih jedinica ................................................................................... 102

3.3. Veliine koje je potrebno poznavati........................................................................ 103

3.4. Bitne formule ........................................................................................................... 105

4. Kemijski sustavi (tvari) .................................................................................................... 138

4.1. Pojela tvari po sloenosti ....................................................................................... 138

4.2. Temeljni fizikalni postupci odvajanja tvari iz smjesa ............................................... 138

4.3. Temeljna fizikalna svojstva ...................................................................................... 140

4.4. Fizikalna svojstva ionskih tvari i elektrina svojstva njihovih taljevina ili otopina.. 142

4.5. Kristalne strukture ................................................................................................... 143

4.6. Disperzni sustavi ...................................................................................................... 156

4.7. Koligativna svojstva ................................................................................................. 157

4.8. Topljivost ................................................................................................................. 157


5/172

5

4.9. Procesi tijekom otapanja ......................................................................................... 158

4.10. Utjecaji na topljivost ............................................................................................ 158

4.11. Otopine ................................................................................................................ 159

4.12. "Pravila" topljivosti .............................................................................................. 159

a. "Otapanje" koje zapravo znai kemijsku reakciju................................................... 161

4.13. Kemijska namjena tvari iz svakonevne uporabe i uobiajenih laboratorijskih

kemikalija ............................................................................................................................ 163

a. Tvari iz svakodnevne upotrebe ................................................................................ 163

b. Uobiajene laboratorijske kemikalije................................................................... 164

c. Kemijske formule i nazivi ......................................................................................... 164

d. Jo neke obojene tvari......................................................................................... 166

4.14. Opasnosti i mjere sigurnosti pri radu s kemikalijama .......................................... 168

Dodatni savjeti maturantima ................................................................................................. 169

Zahvale ................................................................................................................................... 170

O autorici ................................................................................................................................ 171


6/172

6

Uvod

Ovo je 4. izanje Skripte za ravnu maturu iz Kemije, za k. go. 2013/14. Skripta je

prvenstveno namijenjena za ponavljanje i sistematizaciju uenicima gimnazija koji su imali

nastavu kemije sve 4 goine te NE preporuam ostalima a se njome slue kao jeinim

izvorom za maturu (nikakva skripta ne moe zamijeniti ubenikei zbirke rijeenih primjera).

Pokuala sam skriptu uiniti itljivom uz pretpostavku poznavanja samo osnovnokolske

kemije i fizike te matematike za osnovnu razinu mature plus logaritama, ali ne znam koliko

sam u tome uspjela. Naglasak je na naprednijim nastavnim sarajima koji nisu(dovoljno

detaljno) obraeniu ubenicima, a osnovne koncepte ala sam to saetije.Za pripremanje

za maturu nakon prolaska kroz skriptu preporuam rjeavanje zaataka s prolih matura uz

pomod Obrazloenih rjeenja zaataka s nacionalnih ispita i ravnih matura koja su takoer

objavljena na www.drzavna-matura.com i kojima sam takoer autorica. Molim da sve

uoene greke, nejasnode i primjebe oko skripte ili rjeenja zaatakajavite na mail

[email protected] kako biste obili razjanjenja i kako bi sljeeda verzija

bila bolja.

Upute za snalaenje u skripti:

Boja teksta (i vrsta slova) upuduje na teinu:

zelenomsu pisane osnove koje bi svi trebali bar donekle poznavati za dovoljan ili dobar

uspjeh na maturi,

naranastomsu pisani neto naprenijisaraji(za vie ocjene), a

tamnocrvenomnajnapredniji saraji(za one koji ele znati vie nije vjerojatno, premda

nije ni posve iskljueno, a de se pojaviti na maturi);

ljubiastomje pisano ono tose ne bi smjelo pojaviti na maturi, ali moe olakati

razumijevanje graiva za maturu i/ili pomodi onima koji ele znati vie.

Oznake:

Zaatak ije rjeenje je ano omah nakon njega ili nakon tog bloka zaataka

Primjer

Uputa na rugi io skripte gje su prikazani povezani saraji


7/172

7

1.Kemijske strukture (atomi i molekule)1.1. Osnovna graa atomai molekule

atom =

jezgra(ine ju elementarne estice nukleoni= protoni i neutronipozitivno nabijena;

vedina mase, a zanemariv dio volumena atoma)

+elektronski omota(prostor oko jezgre po kojem se velikom brzinom gibajuelektroni

negativno nabijen; vedina volumena1, a zanemariv dio mase atoma)

Elementarne esticeili subatomske estice2:

estica masa naboj

proton (p+) 1,6731027kg +1,6021019C

neutron (n0) 1,6751027kg 0

elektron (e) 9,1091031kg 1,6021019C

Elementarni naboj e = 1,6021019C apsolutna je vrijednost naboja jednog protona odnosno

jednog elektrona (naboj protona i elektrona istog je iznosa, a suprotnog predznaka).

Atomje elektriki neutralan sari jenak broj pozitivno i negativno nabijenih

elementarnih estica (jednak broj protona i elektrona) pa mu je naboj 0. Jedinke koje nisu

elektriki neutralne nazivaju se ioni. Otputanjem elektrona iz atoma nastaje kationiji

pozitivan nabojni broj pokazuje koliko elektrona imaju manjka u onosu na ogovarajudi

atom, a kad atom primi elektron(e) nastaje anioniji negativan nabojni broj pokazuje koliko

elektrona ima vika u onosu na ogovarajudi atom. Pri tome se broj protona i neutrona ne

mijenja3.

1Radijus jezgre je otprilike (reda veliine) 1015m, a radijus atoma 1010m.

2Ne treba znati ove niti bilo koje druge takve brojke napamet, sve koje su potrebne dobiju se uz ispit u popisu

konstanti na onoliko znamenaka na koliko ih treba koristiti.3 Broj protona i neutrona moe se promijeniti samo u nuklearnim reakcijama, za koje je potrebna

neusporedivo vea energija i koje u pravilu nisu predmet kemije, nego fizike.


8/172

8

Npr.:

kation atom anion

H+

1 p

+

0 n

0

0 e

nabojni broj +1

1 elektron

H

1 p

+

0 n

0

1 e

nabojni broj 0

+ 1 elektron

H

1 p

+

0 n

0

2 e

nabojni broj1

P

15 p+

16 n0

15 e

nabojni broj 0

+ 3 elektrona

P3

15 p+

16 n0

18 e

nabojni broj3

Mn2+

25 p+

30 n0

23 e

nabojni broj +2

2 elektrona

Mn

25 p+

30 n0

25 e

nabojni broj 0

Molekulaje elektriki neutralan spoj vie atoma(istih ili razliitih). Vieatomni anioni i

kationi odnose se prema molekulama isto kao jednoatomni anioni i kationi prema atomima,

npr. O22

(peroksini anion) ima 2 elektrona vie nego O2(molekula kisika).

Formulska jedinkaje poopenje pojma molekula i na tvari koje se ne sastoje od molekula

(nego od iona), uvedeno radi lakeg zapisivanja(kemijske jednadbe)i raunanja

(stehiometrija). Toje jeinka koja pokazuje najmanji mogudi omjer atoma raznih elemenata

u tvari.Npr. Na2CO3je formulska jedinka natrijeva karbonata, iako se ne sastoji od

molekula Na2CO3, nego od iona Na+i CO3

2, pri emu Na+ima vostruko vie.


9/172

9

1.2. Atomski i maseni brojPojedini atom (nuklid,vidi dalje) oznaava se:

Z= atomski (protonski, redni) broj = broj protona u jezgri

A= nukleonski (maseni) broj = broj protona + broj neutrona

neutronski broj = broj neutrona u jezgri =A Z

Npr.:

Co2759

Z= 27,A= 59

N(p+) = 27, N(n

0) = 5927 = 32, N(e) = 27

1.3. Nuklid, izotop, izobar i kemijski elementNuklidje skup svih atoma koji imaju isti broj i protona i neutrona u jezgri,npr. svi H1

1 ali

ne skupa s njima i H12 i H1

3

Izotopisu atomi istog kemijskog elementa (dakle imaju isti broj protona u jezgri), a razliitog

broja neutrona u jezgri pa time i razliitog masenog broja,npr. H11 , H12 i H13

Izobarisu atomi razliitih kemijskih elemenata (akle imaju razliit broj protona u jezgri), a

istog masenog broja,npr. Ar1840 i Ca20

40

Kemijski elementje skup svih atoma (izotopa) koji imaju isti broj protona u jezgri (npr. i

svi H11 i svi H1

2 i svi H13 zajeno ine kemijski element H tj. voik).

1.4.

Elektronska struktura atoma i atomski spektriBohrov model atoma: elektroni krue oko jezgre po odreenim putanjama (vrlo

velikima u odnosu na veliinu jezgre), koje je Bohr pojednostavljeno zamislio kao

krunice elektron na odreenoj putanji ima odreenu energiju i moe apsorbirati

(primiti) samo tono toliko energije koliko mu je potrebno za prelazak u putanju veeg

polumjera(ili potpuno naputanje atoma, to odgovara prelasku u putanju beskonanog

polumjerato je onda energija ionizacije),a pri povratku u putanju manjeg polumjera

emitira (otputa) jednako toliko energije. Bohrov model najbolje opisuje atom vodika,


10/172

10

koji ima samo jedan elektron (jer ne uzima u obzir meusobno odbijanje vie elektrona).

Normalno (veinu vremena, bez vanjskih utjecaja) atom se nalazi u osnovnom stanju

elektroni u putanjama to manjeg polumjera tako da imaju to manju energiju.

Prirodni broj nje redni broj orbitale, orbitale manjeg nsu manjeg polumjera, za atome

s vie elektrona npojedinog elektrona u osnovnom stanju jebroj ljuske(za elektrone

vanjske ljuske jednak broju periode u kojoj se taj atom nalazi u periodnom sustavu).

Kad je atom izloen energiji tj. elektromagnetskom zraenju (npr. vidljiva svjetlost,

infracrveno ili ultraljubiasto zraenjeinfra- znai da ima manju energiju od crvene

svjetlosti, a ultra- da ima veu energiju od ljubiaste), elektron moe primiti tono

odreeni iznos energije, umnoak Planckove konstante (h= 6,6261034J s) i frekvencije

(esto se oznaavamalim grkim slovom ni, , oznait u ovdje ipak safradi jasnoe, da se

ne brka s brzinom v) tog zraenja (frekvencija = brzina svjetlosti / valna duljina,f = c/, to se

moe izvesti iz definicijske formule frekvencije f= 1/Ti ope formule za brzinu v = s/tpri

emu je valna duljina put prijeen tijekom jednog perioda T), dakle E= hf= hc/(brzina

svjetlosti c = 3108m/s), to to prima energiju znai da je promjena energije pozitivna,pri

emu prelazi u putanju veeg polumjeratj. veeg n(za vodikov atom E= hcRH(1/npoetno2

1/nkonano2; Rydbergova konstanta RH= 1,097107m1)(ne mora nuno u odmah sljedei)

jezgra

n= 1

n= 2

n= 3

n= 4

elektron


11/172

11

a nakon toga(u gotovo nezamislivo kratkom vremenu)vraa se u putanju manjeg

polumjera tj. manje energije, pri emu otputa (emitira) energiju,sve se rauna jednako

samo promjena energije tada naravno mora biti negativna (promjena energije elektrona po

predznaku je analogna, naravno, s promjenom energije sustava za endotermnu odnosno

egzotermnu reakciju),ta valna duljina pojavljuje se u emisijskom spektru atoma

odnosno u nekim sluajevima moe se ividjeti da emitira svjetlost te boje (bojenje

plamena kationima), a jednaka je odgovarajuoj valnoj duljini u apsorpcijskom

spektru(jer su promjene energije jednake).

I apsorpcijski i emisijski atomski spektri dobivaju se tako da se tvar prvo zagrije na vrlo

visoku temperaturu pod niskim tlakom da se atomizirarastavi na pojedinane atome(i ione)

u plinovitom stanju (jer bi se inae dobili spektri tvari u cjelini, molekula itd., koji su

sloeniji).

E>0

hf

E


12/172

12

Kontinuirani spektar bijele svjetlosti:

(brojke su valne duljine u nanometrima, ne treba ih uiti napamet ali zgodno je orijentacijski

znati da je vidljiva svjetlost valne duljine otprilike od 400 (ljubiasta) do 700 (crvena) nm)

Za razliku od kontinuiranog spektra, atomski spektri su linijski,"isprekidani" jer se u

njima pojavljuju ili nedostaju samo neke valne duljine.

Apsorpcijski spektar(proputanjem kontinuiranog spektra bijele svjetlosti kroz

atomizirani uzorak iz njega se uklanjaju valne duljine koje atomi apsorbiraju) izgleda

npr. ovako:

Emisijski spektar(kad samo atomizirani uzorak na jo vioj temperaturi slui kao

izvor svjetlosti) izgleda npr. ovako:

Valne duljine koje nedostaju u apsorpcijskom spektru (crne linije) su one koje se

pojavljuju u emisijskom (obojene linije)!

1.5. Periodni sustav elemenataPerioni sustav je tablica u koju su logino (reom po porastu atomskog broja, a u stupce po

slinosti kemijskih svojstava koja proizlaze izelektronske konfiguracije) poredani svi

kemijski elementi. To je osnovni kemiarev "rekvizit" i pri rjeavanju velike vedine kemijskih

zaataka nuno je gleati u perioni sustav te se iz njega jako puno moe proitati o

elementima pa i njihovim spojevima, stoga se s njime treba jako dobro upoznati i uvijek ga

pri rjeavanju zaataka imati pri ruci.

Periodni sustav koji se dobije s ispitom (va najbolji prijatelj na ispitu):


13/172

13

ima: simbole elemenata, redne brojeve, relativne atomske mase

nema: nazive elemenata, nazive blokova, perioa i skupina, pomodne oznake za

oitavanje elektronske konfuguracije, pojelu na metale i nemetale(uoite a

polumetali idu dijagonalno krozp-blok, nemetali su desno gore od toga, a metali

lijevo dolje), oksidacijske brojeve...

1.6. Elektronska konfiguracijaElektronska konfiguracija je raspored elektrona po orbitalama tj. po energetskim razinama u

atomu (orbitala se moe zamisliti kao "putanja" elektrona s oreenom energijom u gibanju

oko jezgre, odnosno neto je bolja predodba dio prostorau blizini jezgre u kojem taj elektron

provodi najvie svog vremena). Za atom koji ima samo jedan elektron (atom vodika)

energetske razine mogu se dobro opisati Bohrovim modelom. Za atome koji imaju vie

od jednog elektrona, zbog meudjelovanja elektrona (odbijanja, jer su negativno

nabijeni), razine se dijele na podrazine. Sve orbitale koje pripadaju nekoj energetskoj

razini (iz Bohrova modela) nazivamo ljuska. Ljusku u energetskoj konfiguraciji

oznaavamo brojem (1, 2, 3...). Inae se esto oznaavaju i slovima K, L,M... Sve

orbitale koje pripadaju nekoj njenoj podrazini nazivamo podljuska. Podljuske


14/172

14

oznaavamo slovima s,p, dif. U svakoj ljuski ima najvie jedna sorbitala, trip, pet di

sedamforbitala. sorbitale postoje od prve ljuske,pod druge, dod tree ifod etvrte.

U svakoj orbitali mogu biti najvie dva elektrona, suprotnog spina4. Spin elektrona

oznaavamo strelicomili. Elektroni tako popunjavaju orbitale (ljuske i podljuske)redom od one najnie energije prema vioj(u one iste energije tj. u istoj podljuski ulazi

prvo po jedan elektron u svaku). Taj redoslijed ne treba pamtiti jer odgovara

redoslijedu atoma u periodnom sustavu te se lako moe oditati iz periodnog sustava, a

taj raspored elektrona po orbitalama za odreeni atom ili ion naziva se elektronska

konfiguracija.

etafora o elektronskoj strukturi atomaNeka je stambena zgrada elektronski omota atoma nekog elementa. I recimo da ta zgrada

ima 7 katova. Svaki kat predstavlja jednu ljusku. Na prvom katu je, naalost, samo jedan stan

od 100 m2. Na drugom katu postoje 4 stana, jedan od 100 m2te 3 od 200 m2. Stanovi

predstavljaju orbitale. Kao to postoje stanovi od 100m2, 200 m2itd. , tako postoje i razliite

orbitale, s, p, d i f. Recimo da se u svaki stan mogu useliti samo jedna muka i jedna enska

osoba, nikako istog spola. Tako je i kod elektrona. Nikada u jednoj orbitali ne mogu biti 2

elektrona istog spina. U zgradi e moda u nekom stanu biti samo jedna osoba, samac. Takoe i kod nekih atoma u nekoj orbitali biti samo jedan, nespareni elektron. Ako je cijeli kat

popunjen stanovima te je u svakome stanu po jedna enska i jedna muka osoba, oito je da

e tome katu biti zabavno i da e svi imati idilu kakvu su uvijek eljeli. Takve zgrade

predstavljaju plemenite plinove, kojima je ba "lijepo" jer ne moraju traiti nove lanove za

svoje stanove. Recimo da u svim stanovima na katu ivi jedna enska i jedna muka osoba,

osim u jednom stanu. Taj e mukarac biti ljubomoran na ostale stanove i brzo e sebi nabaviti

partnericu kako god zna i umije. To svojstvo inae nazivamo afinitet prema elektronu koji je

najprisutniji kod atoma 17. skupine. Stanovi od 300 m2e oito biti skuplji nego stanovi od

100 m2pa e se neki parovi radije useliti u takve stanove na 4. katu nego da kupuju stan od

300 m2na 3.katu, iako 3. kat jo nije popunjen. Cijena stana u ovoj prii predstavlja energiju.

Elektroni e prije popunjavati 4s orbitalu nego 3d jer ona zahtijeva manje energije.

Zvonimir Mlinari, uenik 1. raz. gimnazije, ljeto 2013.

4

Spin je temeljno svojstvo elementarne estice poput elektrona, kao i masa i naboj (ali je promjenjiv),koje nije lako definirati. Ponekad se tumai kao smjer vrtnje elektrona oko vlastite osi, ali nema puno

koristi od te predodbe.


15/172

15

Za atom ili jenoatomni ion u osnovnom stanju (u kojem svi elektroni imaju svoju najniu

mogudu energiju), ne previsokog atomskog broja, elektronska konfiguracija moe se oitati

iz periodnog sustava. Treba ju znati oitati iz perionog sustava samo za elemente prve 4

periode:

(na slici su dane pomodne oznake za oitavanje el. konfiguracijekoje periodni sustav naispitu nema!)

1s

2s 2p

3p

3s

E

3d

4s

4p

4p

3p

2p

3d

4s

3s

2s

1ss d p


16/172

16

Npr. (pune elektronske konfiguracije i skradene elektronske konfiguracije pomodu

prethodnog plemenitog plina):

H = 1s1

He = 1s

2

Li = 1s

22s

1= [He] 2s

1

B = 1s22s

22p

1= [He] 2s

22p

1

Ne = 1s22s

22p

6= [He] 2s

22p

6

Sc = 1s22s

22p

63s

23p

64s

23d

1= [Ar] 4s

23d

1

Zn = 1s22s

22p

63s

23p

64s

23d

10= [Ar] 4s

23d

10

Kr = 1s22s

22p

63s

23p

64s

23d

104p

6= [Ar] 4s

23d

104p

6

Iznimke (pogodnije su elektronske konfiguracije s polupopunjenim odnosno

popunjenim dorbitalama):

Cr = [Ar] 4s13d5(a ne [Ar] 4s23d4)

Cu = [Ar] 4s13d10 (a ne [Ar] 4s23d9)

Neki smatraju da je pravilnije prvo pisati 3da onda 4selektrone, a neki obrnuto, oba

redoslijeda trebala bi biti prihvatljiva.

...i za ione elemenata prve 4 periode:

kationio elektronske konfiguracije atoma ouzima se ogovarajudi broj zanje oanih

elektrona

Npr.: Li+= 1s2( = [He] ) jer je Li = [He] 2s1

Ca2+

= 1s22s

22p

63s

23p

6( = [Ar] ) jer je Ca = [Ar] 4s

2

Al3+

= 1s22s

22p

6( = [Ne] ) jer je Al = [Ne] 3s

23p

1

anionielektronskoj konfiguraciji atoma oaje se ogovarajudi broj sljeedih elektrona


17/172

17

Npr.: H= 1s2( = [He] ) jer je H = 1s1

O2

= 1s22s

22p

6( = [Ne] ) jer je O = 1s

22s

22p

4

P3

= 1s22s

22p

63s

23p

6( = [Ar] ) jer je P = 1s

22s

22p

63s

23p

6

Opdenito, elementi najlake (najede) tvore ione ija je elektronska konfiguracija jenakaelektronskoj konfiguraciji po renom broju najblieg plemenitog plina, takva je elektronska

konfiguracija najpogonija, najstabilnija, najnie energije.Openito, pogodnije su elektronske

konfiguracije sa to vie popunjenih ili polupopunjenih podljusaka.

Kationi prijelaznih elemenata: prvo odlaze 4s, a tek onda 3delektroni.

Npr.:

Fe = [Ar] 4s2

3d6

Fe2+= [Ar] 3d6

Fe3+= [Ar] 3d5

Cu = [Ar] 4s1

3d10

Cu+= [Ar] 3d10

Cu2+= [Ar] 3d9

Zadatak: Koji od navedenih elemenata ima elektronsku konfiguraciju vanjske ljuske s2p

4?

a. Cab. Crc. Ged. SeRjeenje:

Dodatno obrazloenje: Vanjsku ljusku ine samo elektroni u orbitalama s najvedim brojem,

npr. u ovom sluaju 4s24p4. Valentnu ljusku ine samo elektroni koji mogu sujelovati u

kemijskoj vezi (prvenstveno postati io poijeljenog elektronskog para koji ini kovalentnu

vezu)najede su to upravo elektroni vanjske ljuske (mogu biti i delektroni prethodne

ljuskekod prijelaznih elemenata, te kod elemenatap-bloka koji imaju proireni oktet).

1.7. Polumjeri atomaAtomski polumjerje ualjenost o jezgre o "kraja" elektronskog omotaa (elektronski

omota nema vrste granice nego je to podruje u kojem se elektroni gibaju tj. u kojem

je najvjerojatnije da se nalaze svi elektroni koji "pripadaju" tom atomu, obino se uzima

vjerojatnost 90%)atoma oreenog elementa samog po sebi ("pojedinanog atoma u

plinovitom stanju"). Na taj polumjer misli se ka se usporeuju polumjeri pomodu perionog

sustava (vidi 1.8.).Ne moese izravno izmjeriti, osim (uglavnom kod metala) eventualno


18/172

18

iz podataka za kristalne reetke (vidi Kristalne strukturemogu se mjeriti samo

udaljenosti meu jezgrama, a ne udaljenost od jezgre do kraja elektronskog omotaa), ili se

procjenjuje i izraunava iz ostalih polumjera i drugih podataka.

Ionski polumjerje ualjenost o jezgre o "kraja" elektronskog omotaa za anion ili kation.

Za njega vrijedi analogno kao i za atomski polumjer. Nekad se moe odrediti iz podataka za

kristalne reetke ionskih spojeva (vidi Kristalne strukture).

Kovalentni polumjerje polovica ualjenosti izmeu jezgara vaju (istovrsnih) atoma

meusobno povezanih kovalentnom vezom.

Van der Waalsov polumjerje polovica ualjenosti izmeu jezgara vaju (istovrsnih) atoma

koji su si najblie mogude ("u oiru") a a nisu meusobno povezani kovalentnom vezom

uvijek je dulji od kovalentnog polumjera.Npr. za klor:

2r(kovalentni)

2r(van der Waalsov)

Cl2 Cl2

r(atomski)

r(ionski)

Cl

Cl


19/172

19

1.8. Periodinost atomskih svojstava

(razmatramo prvenstveno sipelemente bez plemenitih plinova, d(prijelazne metale) if(lantanoide i

aktinoide) elemente ignoriramo)

Znakovi se trebaju shvatiti kao "cresceno" i "ecresceno" u glazbi onosno "manje" i "vede" u matematici

gdje je vrh, u tom smjeru je to svojstvo najmanje, a gdje je otvoreni kraj, u tom je smjeru najvede.

Energija ionizacijeje energija potrebna za izbacivanje elektrona iz atoma(u plinovitomstanju). to je energija ionizacije manja, atom lake tvori katione(jer to znai da je za

nastajanje kationa potrebno manje energije).

X(g)X+(g)+ e

, E= Ei

To je prva energija ionizacije, a druga, trea itd. jeenergija potrebna za izbacivanje

sljedeeg elektrona iz kationa. Tamo gdje je razlika izmeu dviju susjednih energija

ionizacije istog elementa osobito velika (za red veliine), poinje nova ljuska, npr.

ako je 3. energija ionizacije 10 puta vea od druge, atom ima 2 valentna elektrona.

Elektronski afinitetje energija potrebna za izbacivanje elektrona iz jednovalentnog aniona

(u plinovitom stanju; = energija koja se oslobodi kad atom primi elektron).to je

elektronski afinitet vedi, atom lake tvori anione(jer to znai da se pri nastajanju aniona

oslobodi vea energija).

X

(g)X(g)+ e

, E= Eea

energija ionizacije,

elektronski afinitet,

elektronegativnost

atomski

polumjer


20/172

20

Elektronegativnostjeveliina ovisna o energiji ionizacije i elektronskom afinitetu

koja pokazuje relativnu (u odnosu na ostale elemente) tenju da atom tvori anione ili

katione (to je vea, lake tvori anione, to je manja, lake tvori katione) odnosno ima

negativan ili pozitivan oksidacijski broj u spojevima (vidi Redoksi). toje vearazlika elektronegativnosti izmeu elemenata u vezi, veza je polarnijaodnosno vie

ionskog karaktera. Dakle, elektronegativnost pokazuje koliko atom "voli" elektrone tj.

koliko ih jako privlai k sebi. Plemenitim plinovima ne odreuje se elektronegativnost

jer ne tvore spojeve ili ih ne tvore dovoljno.

Najjenostavnije je zapamtiti a je cezij (olje lijevo) najvedi a fluor (gore esno) najmanji

(zapravo su vodik i helijjo manji jer imaju elektrone samo u jednoj ljuski)te se

polumjer mijenja u skladu s tim, a ostala svojstva (energija ionizacije, elektronski afinitet,

elektronegativnost) obrnuto (ili zapamtiti analogno za elektronegativnost pa iz toga

izvoditi ostalo).

Atomski polumjer, energija ionizacije i elektronski afinitet ne mijenjaju se kroz periodni

sustav posve pravilnonajvanije iznimke: elementi borove i kisikove skupine imaju manju

prvu energiju ionizacije od prethodeih elemenata berilijeve odnosno duikove skupine jer se

njihovom ionizacijom izbija jedinipelektron vanjske ljuske odnosno ostaju 3 nesparenap

elektrona (polupopunjeneporbitale); elementi berilijeve i duikove skupine imaju osobito

nizak elektronski afinitet jer imaju popunjene valentnesorbitale odnosno polupopunjene

valentneporbitale,pelementi 2. periode imaju manji elektronski afinitet od elemenata ravno

ispod sebe jer su njihovi atomi vrlo mali pa "redovni" elektroni jae odbijaju dodatni elektron,

dakle najvei elektronski afinitet u periodnom sustavu ima klor a ne fluor.

Zadaci:

1. Koji od navedenih elemenata je najelektronegativniji?a. Brb. Nc. Od. S

2. Koje svojstvo se u periodnom sustavu smanjujeslijeva nadesno i povedavaodozgoprema dolje?

a. polumjer atomab. elektronegativnost


21/172

21

c. energija ionizacijed. talite

3. Koji od navedenih atoma ima najmanju prvu energiju ionizacije?a. Nab. Kc. Mgd. Ca

4. Kojem od navedenih elemenata druge periode odgovara navedenih prvih estenergija ionizacije (u eV)?

Ei1 Ei2 Ei3 Ei4 Ei5 Ei6

11 24 48 64 392 490

a. Bb. Cc. Nd. Oe. F

5. Kojim su reom atomi P, S, As ispravno poreani prema rastudem polumjeru?a. P, S, Asb. As, S, Pc. S, P, Asd. P, As, S

6. Koji o naveenih atoma ima najvedi atomski polumjer?a. Lib. Kc. Asd. Br

7. Koji je toni reoslije ka se atomi Li, Be, B, Na poreaju po porastu atomskogpolumjera?

a. Li, Be, B, Nab. Li, Na, B, Bec. Na, Li, Be, Bd. B, Be, Li, Na

Rjeenja:

1. C2. A3. B4. B5. C6. B7. D


22/172

22

1.9. Periodinost fizikalnih i kemijskih svojstava

(felemente ignoriramo, plemenite plinove ignoriramo za kemijska svojstva, voik je poseban sluaj)

Znakovi se trebaju shvatiti kao "cresceno" i "ecresceno" u glazbi onosno "manje" i "vede" u matematici

gje je vrh, u tom smjeru je to svojstvo najmanje, a gje je otvoreni kraj, u tom smjeru je najvede.

Sva ta svojstva proizlaze iz osnovnih svojstava atoma (polumjera i elektronegativnosti), koja

proizlaze iz broja elementarnih estica i elektronske konfiguracije.

Zadatak: Oksid kojeg od navedenih elemenata je najvie ionski?a. Alb. Bc. Cd. Si

Rjeenje: a

1.10. Izoelektronske jedinke i njihova veliinaIzoelektronskejeinke (estice, vrste)su jedinke koje imaju isti broj elektrona (NE u jezgri

nego u elektronskom omotau):

atomineutralni (broj elektrona = broj protona)

kationipozitivno nabijeni ioni (broj elektrona < broj protona) Xn+

anioninegativno nabijeni ioni (broj elektrona > broj protona) Xn

Najede je atom plemenitog plina (najstabilnija elektronska konfiguracija, popunjena

vanjska (valentna) ljuska) izoelektronski s nekoliko aniona i kationa (nastalih iz atoma koji se

tvorenje aniona,

nemetalna svojstva i

reaktivnost nemetala,kiselost oksida,kovalentni karakteroksida, hidrida ihalogenida

tvorenje kationa,

metalna svojstva i

reaktivnost metala,

bazinost oksida,

ionski karakteroksida, hidrida ihalogenida

gustoa,talita, vrelita


23/172

23

nalaze do tri mjesta ispred odnosno iza njega u periodnom sustavuuvijek gledati u

perioni sustav elemenata ka se rjeavaju zaaci s izoelektronskimjedinkama!)

Kationisu uvijek manji(i to znatno manji) od izoelektronskih atoma (protoni iz jezgre jae

privlae manji broj elektrona), to je vedi nabojni broj kationa, to mu je polumjer manji .Anionisu uvijek vedi(i to znatno vedi) od izoelektronskih atoma (protoni iz jezgre slabije

privlae vedi broj elektrona), to je vedi nabojni broj aniona, to mu je polumjer vedi.

akle generalno, to vie elektrona (osobito u onosu na broj protona), to jejedinka veda!

Izoelektronske mogu biti i jedinke koje se sastoje od vie atoma (molekule i vieatomni ioni)

gleda se zbroj elektrona atoma od kojih se jedinka sastoji minus nabojni broj (uzimajui u

obzir predznak nabojnog broja!); njihove odnose veliina tee je predvidjeti, ali uglavnom

vrijedi isto pravilo (ali razlike su puno manje znaajne jer je dodatni pozitivni ili negativninaboj rasprenpo puno veem prostoru). Takve izoelektronske jedinke uvijek imaju isti

prostorni oblik (npr. BH4, CH4i NH4

+imaju oblik tetraedra), a isti oblik imaju i jedinke

koje su izoelektronske samo po elektronima valentne ljuske (npr. O3i SO2).

Sol koja sari katione alkalijskog metala etvrte perioe i njima izoelektronske anione je:

A. KCl; B. NaF; C. NaCl; D. CaCl2

Rjeenje: A

Zadaci

1. Prekrii esticu koja nije izoelektronska s ostalima, a izoelektronske estice poreaj po

veliini o najmanje prema najvedoj: Ar, Ca2+, Cl, K+, P3, S2, Sc3+, Zn2+.

2. Koje su o naveenih estica izoelektronske: a) OF; b) Fe2+K; c) SBr; d) Mg+

Na ? Stavi znak nejednakosti (< ili >) u kvaratid izmeu njih (i samo izmeu njih) a oznai

onos veliina njihovih polumjera.

3. Koja od navedenih estica je izoelektronska s NO2+? a) N2O; b) NO2

; c) NH2; d) SO2

4. Povei molekule s izoelektronskim ionima.

a) CH4

b) C2H6

c) CO2

d) N2O4

e) N2

__ N2H6+

__ C2O42

__ NH4+

__ C22

__ NO2+


24/172

24

Rjeenja

1. Zn2+

; Sc3+

, Ca2+

, K+, Ar, Cl

, S

2, P

3

2. a) O

> F; d) Mg+ < Na

3. a4. b, d, a, e, c

1.11. Vrste kemijskih vezaOsnovne vrste kemijskih veza su: ionska, kovalentna i metalna veza.

Kovalentna vezaje veza koja nastaje ijeljenjem elektronskog para meu va atoma (bez

obzira kojem su atomu originalno pripadali najee svakom po jedan elektroni

pripadaju oba povezana atoma istovremeno).Moe biti jenostruka (jean poijeljenielektronski par) ili viestruka (vostruka ili trostruka2 ili 3 podijeljena elektronska para

izmeu ista va atoma).

Kovalentna veza moe biti nepolarna (posve nepolarna veza je samomeu istovrsnim

atomima, ali i vezemeu atomima koji se malo razlikuju po elektronegativnostiimaju

svojstva nepolarnih veza,npr. CH)i polarna (meu atomima koji se vie razlikuju po

elektronegativnosti).

polarna veza polarna molekula!

Polarne molekule su one koje imaju polarne veze koje nisu centralno simetrino

rasporeene (ne "ponitavaju" se naboji) npr. CH3Cl je polarna molekula,a polarna bi

bila i CBrClFI,ali CCl4nije iako sari 4 polarne CCl veze jer su one u prostoru simetrino

rasporeene (tetraear), CO je polarna molekula a CO2nije; H2O i NH3su polarne jer su oko

sreinjeg atoma osim atoma voika rasporeeni i sloboni elektronski parovi pa raspore

nije simetrian(a analogno tome i SO2, ali XeF4je nepolarna jer je u njoj raspored atoma

simetrian unato nepodijeljenim elektronskim parovima...). Sve dvoatomne molekule osim

onih elementarnih tvari su oito polarne.

Polarna veza moe se prikazati kao vektorstrelica (u smjeru te veze u prostoru, orijentacije

od elektronegativnijeg prema manje elektronegativnom atomu ili obrnuto, samo je bitno da se

uvijek uzima isto, i duljine proporcionalne duljini veze). Tako se najjednostavnije i

najpouzdanije moe odrediti polarnost molekule molekula je nepolarna ako je zbroj svih

takvih vektora u njoj 0 tj. ako se njihovim slaganjem (poetak jednog na kraj prethodnog) u


25/172

25

3D prostoru (bez rotacije vektora) na kraju opet doe u poetnu toku (meusobno se

ponitavaju), a inae je polarna.

kovalentni spoj = spoj koji sari samo kovalentne veze

ionski spoj spoj koji sari samo ionske veze!

vieatomni ioni (NH4+, OH

, SO4

2, PO4

3, Cr2O7

2, CH3COO

...) unutar sebesu

povezani kovalentnim vezama, a s drugim ionimaionskom vezomnpr. NH4ClO4

se sastoji od NH4+i ClO4

iona te jena formulska jeinka sari jenu ionsku i 11

kovalentnih veza (4 NH, 3 Cl=O (vostruku vezu obino brojimo kao vije veze) i 1

ClO)

Ionska vezaje ona u kojoj elektron(i) u potpunosti prelazi s jenog atoma na rugi, pri emu

nastaju anioni i kationi. Ionsku vezu tvore atomi koji se meusobno jako razlikuju poelektronegativnosti (tipino metalnemetal meusobno jako ualjeni u perionom sustavu),

a kovalentnu istovrsni atomi i atomi koji se meusobno manje razlikuju po

elektronegativnosti (tipino va nemetala ili nemetalelektronegativni metal). Granica

izmeu ionskih i kovalentnih spojeva nije vrsta(to je razlika elektronegativnosti vea

spoj je vie ionski, potpuno kovalentne su samo molekule elementarnih tvari, a potpuno ionski

spojevi ne postoje),svrstavaju se po svojstvima, orijentacijskom priblinom granicom

moe se smatrati razlika elektronegativnosti 1,9, ali ne smije se u nju previe pouzdati.

Metalna vezaje veza iskljuivo meu atomima metala istovrsnim ili raznovrsnim (legure).

Moe se opisati tako to su (vanjski, valentni)elektroni delokaliziranislobono se kredu

po cijelom komadu (kristalu) metala (zato metali dobro vode elektrinu struju, kojaje

usmjereno kretanje tih elektrona, dok se bez protoka elektrine struje kreu

nasumino).


26/172

26

Najvanije razlike u svojstvima vedine spojeva:

kovalentni spojevi ionski spojevi metali

talita (i vrelita) niska visoka velik raspon,uglavnom via nego

kovalentni a nianego ionski

elektrina voljivost slaba dobra u talinama ivodenim otopinama

dobra

topljivost u vodi (i

polarnim otapalima)

slaba za molekule koje

nisu jako polarne

uglavnom dobra nikakva (kemijska

reakcija otapanje)

topljivost u

nepolarnim

otapalima (npr.

kloroform)

uglavnom dobra uglavnom slaba nikakva (kemijska

reakcija otapanje)

Jakost ionske veze moe se predvidjeti po formuli

= 122 (Coulombov zakon za elektrostatsku silu)gdje je kkonstanta proporcionalnosti, q1i q2

naboji iona a rminimalni razmak meu njima (zbroj njihovih polumjera), dakleionska

veza je jaa meu manjim ionima vedeg naboja (npr. jaa je u MgO nego u NaCl, u NaCl

nego u KI...utjecaj naboja je znaajniji nego utjecaj polumjera)to je ionska veza jaa,

to su talita spojeva via.

Jakost kovalentne veze: takoer su krade veze (manji zbroj polumjera) jae; trostruke veze su

jae (i krade) o vostrukih, a dvostruke od jednostrukih (ali dvostruka veza nije dvostruko

niti trostruka trostrukojaa od jednostruke izmeu istih atoma, nego neto manje).

Talita i vrelita kovalentnih spojeva NE ovise o jakosti kovalentne veze nego o jakosti

meumolekulskih privlaenja (koja ovise o polarnosti) i masi molekula via talita i vrelita

imaju polarniji spojevi i spojevi vede molarne mase.

Kovalentna veza je usmjerena u prostoru, a ionska i metalna nisu.

ionski kristali = kristali ionskih spojeva

kovalentni kristali kristali kovalentnih spojeva

U kovalentnim kristalima vrlo je velik broj atoma meusobno povezan kovalentnim vezama,

to uzrokuje svojstva kao to su vrlo velika tvroda i visoka talita. Primjeri kovalentnih

kristala su malobrojni, najpoznatiji jedijamant(i grafit se najee tu ubraja, ali nije

tipian kovalentni kristal jer ima slojeve slobodnih elektrona (kao u metalima, zato

dobro vodi elektrinu struju) meu slojevima kovalentno vezanih atoma)te kvarc(SiO2).


27/172

27

Kristali vedine kovalentnih spojeva (i plemenitih plinova, premda su oni pojedinani

atomi, a ne molekule)nazivaju se molekulskii na okupu ih re meumolekulska

privlaenja (molekule nisu meusobnopovezane kovalentnim vezama!). Njihova su

karakteristina svojstva mala tvroda iniska talita(esto sublimiraju,npr. jod)Svojstva spojeva prema vrstama kristala:

kovalentni molekulski ionski metali

talita (i vrelita) vrlo visoka niska visoka velik raspon,uglavnom vianego kovalentni

a nia negoionski

tvroda vrlo velika mala obino velika obino velika

elektrinavodljivost u pravilu slaba slaba dobra u talinamai vodenimotopinama

dobra

topljivost u vodi

(i polarnim

otapalima)

nikakva (kemijska

reakcija otapanje)

slaba za

molekule

koje nisu

jako polarne

uglavnom dobra nikakva

(kemijska

reakcija otapanje)

topljivost u

nepolarnim

otapalima (npr.

kloroform)

nikakva (kemijska

reakcija otapanje)

uglavnom

dobra

uglavnom slaba nikakva

(kemijska

reakcija

otapanje)kemijska

reaktivnost

vrlo slaba uglavnom

jaka

velik raspon velik raspon

Zadaci

1. U kojem su nizu estica sve veze unutar njih kovalentne?A. BCl3, SiCl4, PCl3B. NH

4Br, N

2H

4, HBr

C. I2, H2S, NaID. Al, O3, As4

2. Veza izmeu kojeg od navedenih parova atoma ima najizraeniji ionskikarakter?

A.AlAsB. AlNC.AlSeD.AlO


28/172

28

3. Koja o naveenih voatomnih molekula sari najkradu vezu?A. N2B. O2C.

F2

D. S24. Koja o naveenih estica sari samo kovalentne veze?

A. H2SO4B. NH4NO3C. NaOClD. K2CrO4

5. Koji je toan reoslije ka se molekule N2, O2, F2poreaju po porastu jaine veze?A. N2, O2, F2B. N2, F2, O2C. O2, N2, F2D. F2, O2, N2

6. Sve navedeno su osobine veine ionskih tvari u vrstom stanju OSIM:A.visoka elektrina vodljivostB. visoko taliteC. topljivost u vodiD. netopljivost u organskim otapalima

Rjeenja

1. A2. D3. A4. A5. D6. A


29/172

29

1.12. Meumolekulske interakcijeOsnovne vrste meumolekulskih (dakle meu nenabijenim esticama)interakcija (nisu

prave veze! jer su mnogo slabije i privremenije):vodikova veza, van der Waalsove sile,

Londonove sile.

Vodikova vezanajjaeje meumolekulsko privlaenje, izmeu atoma voika vezanog uz

jako elektronegativni atom (F, O ili N) i drugog jako elektronegativnog atoma (F, O ili N) koji

ima nevezni elektronski par. Vodikovom vezom povezuju se istovrsne (npr. H2O, NH3, HF

zato imaju via vrelita nego to bi se oekivalo prema analognim H2S, PH3, HCl; po dvije

molekule karboksilnih kiselina meusobno se povezuju u dimere)ili raznovrsne

molekule (npr. CH3CH2OH...H2O zbog ega se etanol jako obro mijea s voom,

NH3...H2O zbog ega je amonijak jako topljiv u voi...) ili razliiti ijeloviiste molekule (

prvenstveno due organske molekule s vie funkcionalnih skupina, kao to su proteini;

parovi nukleotida u DNA meusobno su povezani vodikovim vezama). Slubeno se

oznaava s tri tokice... (i sva 3 atoma koji u njoj sudjeluju elektronegativni atom

vodik elektronegativni atom u pravilu trebaju biti na istom pravcu), ali prihvatljivo

je i bilo kako s tokicama ili isprekidanim crticama.

Van der Waalsove silesu nevezne interakcije meu nenabijenim esticama slabije o

vodikovih veza, prvenstveno se misli na privlaenja meu polarnim molekulama(dipol

dipol interakcije).

Londonove sile(trenutanidipolinducirani dipol interakcije, disperzijske interakcije)

podvrsta su van der Waalsovih sila: vrlo slaba privlaenja meu nepolarnim molekulama (i

atomima plemenitih plinova).Kad ih ne bi bilo, elementarni nemetali i nepolarne

molekulske tvari mogli bi biti samo u plinovitom stanju.

1.13. Utjecaj temperature na kemijske veze i meumolekulskeinterakcije

Meumolekulske interakcije porastom temperature slabe jer se molekule sve bre kredu

(temperatura je mjera za kinetiku energiju estica, o kojoj izravno ovisi njihova brzina) te su

si meusobno ualjenije (termiko irenje)i stoga slabije djeluju jedna na drugu. Kemijske

veze takoer pri viim temperaturama sve lake pucaju jer estice obivaju sve vie energije

za njihovo prekidanje.


30/172

30

1.14. Lewisova simbolikaLewisova simbolika uobiajenije nain prikazivanja kemijskih elemenata i spojeva (atomi,

veze, nevezni vanjski elektroni) na papiru.

Simbol elementa (iz periodnog sustava) znai jezgru atoma i unutranje elektrone (sve osimvalentnih elektrona, to su u pravilu elektroni vanjske ljuske).

Tokice znae nevezne (nepoijeljene) elektrone vanjske ljuske jena toka . pojeinani

elektron, a dvije : elektronski par.

Crtice znae vezne elektrone: jedna crtica jednostruku vezu, dvije crtice = vostruku, a tri

trostruku.

1.15. Pravilo okteta i odstupanjaPravilo okteta: atomi najede tvoredi bilo ione bilo kovalentne veze tee imati 8 valentnih

elektrona (nepoijeljeni + poijeljeni) to se naziva oktet (osim prva 3 H, He, Li koji tee

imati 2 = dublet) jer tako imaju posve popunjenu valentnu ljusku ("elektronsku konfiguraciju

najblieg plemenitog plina") to je energetski najpogonije (najstabilnije).Vidi Elektronska

konfiguracija.

Svi rugi sluajevi ostupanja su o pravila okteta, najeda su: Be u kovalentnim

spojevima tei imati 4 elektrona (npr. u BeCl2), B tei imati 6 elektrona (npr. u BCl3), N moe

imati neparan broj valentnih elektrona (npr. u NO ih ima 7). Elementi 2. periode ne mogu5

ostupati prema vedem broju o 8 tj. "imati proireni oktet" (premali su a bi se oko njih

naguralo toliko rugih atoma, tonije za tzv. proireni oktet elektroni moraju ui u dorbitale

neke od ve postojeih ljusaka, a najmanje (s najniom energijom) dorbitale su 3d), nemetali

(i neki prijelazni metali)3. i kasnijih perioda u kovalentnim vezama mogu imati 10 ili 12

elektrona, npr. P u PCl5, S u SF6...

1.16. VSEPR teorijaRaspore kovalentno vezanih atoma u prostoru opisuje se pomodu VSEPR teorije (teorija

odbijanja elektronskih parova valentne ljuske).

Osnovni raspored u prostoru ovisi o tome koliko je "stvari" vezano uz sreinji atom (pri

emu je jena "stvar" jean atom (bez obzira je li veza jenostruka ili viestruka) ili jean

elektronski par ili jedan nespareni elektron)"stvari" se rasporeuju tako a buuto

5u uobiajenim spojevima (pronaeno je tek nekoliko vrlo neobinih iznimaka)


31/172

31

udaljenije jedna od drugezgodno je zamisliti kako bi se rasporedio takav broj jednakih

balona zavezanih skupa, ako zanemarimo gravitaciju:

Takoer preporuam uenje o prostornim strukturama pratiti izraom moela molekula,

najjenostavnije o plastelina i akalica.

Kemijske veze u prostornim formulama crtaju se:

iza ravnine papira

ispred ravnine papira

u ravnini papira

broj "stvari" prostorni oblik

1 linearna

2 linearna


32/172

32

3 planarna

4 tetraedar

5 trostrana bipiramida

6 oktaedar

Ako je jena ili vie "stvari" elektronski par (ili nespareni elektron), za oblik koji u prostoru

zauzimaju ostale "stvari" (atomi) postoji oreeninaziv, pa se svi mogudi rasporei oko

jenog sreinjeg atoma mogu prikazati (najbitnije strukture su uokvirene, a one koje

nemaju praktino znaenje precrtane, ani su jenostavni primjeri za sve za koje postoje


33/172

33

nastojte ne uiti strukture napamet negorazumjeti kako ti rasporedi nastaju iz gore

navedenih osnovnih rasporeda zamjenom nekih atoma elektronskim parovima):

broj

"stvari"

od toga el.

parova (ili

nesparenih

elektrona)

0 1 2 3 4

1

linearna

H2

HH

He

He:

2

linearna

BeCl2

linearna

CN

C=N:3

planarna

BCl3

planarna

kutna

SO2

linearna

NO

4

tetraedar

CH4

trostrana

piramida

NH3

planarna

kutna

H2O

linearna

HClAr


34/172

34

broj

"stvari"

od toga el.

parova (ili

nesparenih

elektrona)

0 1 2 3 4

5

trostrana

bipiramida

PCl5

oblik

ljuljake

SF4

Toblik

ClF3

linearna

XeF2

linearna

6

oktaedar

SF6

kvadratna

piramida

ClF5

planarna

kvadratna

XeF4

Toblik

linearna

VSEPR teorija kae a se meusobno najjae obijaju sloboni elektronski parovi, a

najslabije vezni elektronski parovi. Zbog toga se nevezni elektroni (slobodni elektronski

parovi i nespareni elektroni) najprije smjetaju u poloaje meusobno to ualjenije i to

udaljenije od ostalih "stvari" (vidi npr. planarni kvadratni oblik). Iz istog razloga su kutevi

meu neveznim elektronima te izmeu neveznog elektrona i vezanog atoma malo vedi o

onih anih u prvoj tablici, a kao posljeica toga su kutevi meu atomima vezanim uz atom

koji ima i nevezne elektrone malo manji od onih danih u prvoj tablici. Tone kuteve nije

mogude samim time jednostavno predvidjeti, ali npr. za molekule koje potjeu iz

tetraera oni su priblino (ne treba znati brojke, nego poreak i uoiti a te razlike nisu

osobito velike, ali za mnoge svrhe ni zanemarive):


35/172

35

1.17. Kako nacrtati prostornu strukturu?npr. HSO4

Napisati Lewisovom simbolikom:

- pripisati svakom atomu njegov broj "tokica" tj. valentnih elektronaprema poloaju(skupini) u periodnom sustavu

- smisleno povezati atome u molekulu (vodik je jednovalentan6!, ugljik gotovo uvijeketverovalentan, sreinji atom je najede onaj koji je jeini takav i/ili onaj najvedeg

atomskog broja), anion ili kation (dodati odnosno oduzeti onoliko elektrona koliki je

nabojni broj!)

O

H O S O

O

+ 1e

6Valencija u kovalentnom spoju je broj kemijskih veza koje atom tvori (pri emu se vostruka veza rauna kao

dvije veze itd.). U ionskom spoju, valencija iona je iznos njegovog naboja (npr. valencija Cl

, OH

ili NO3

je 1).


36/172

36

Odrediti koliko je "stvari" oko svakog atoma i koliko je od toga veza a koliko neveznih

(parova) elektrona (osim za vodik jer za njega postoji samo jena mogudnost), i prema tome

odrediti prostorni raspored:

S okruuju 4 vezetetraedarlijevi O dvije veze i dva nevezna parakao u molekuli vode, planarna kutna

ostali O imaju po jednu vezu i dva ili tri nevezna paraako je samo jedna veza,

raspore moe biti samo linearan

... i to jasnije ga nacrtati raznim vrstama crtica

1.18. Vrste kemijskih formula i izomeri (u organskoj kemiji)Empirijska formulapokazuje najmanji (cjelobrojni) meusobni omjer atoma u nekom

kemijskom spojune moe se "skratiti" (poijeliti broj svake vrste atoma u formuli istim

brojem tako da nakon toga broj svake vrste atoma u formuli jo bue cijeli).

Molekulska formulapokazuje broj atoma meusobno povezanih u molekulu ponekad se

moe "skratiti" u empirijsku formulu.

Formule ionskih spojeva su empirijske (jer su po definiciji formulske jedinke najmanji

cjelobrojni omjeri brojnosti razliitih atoma u kristalima)(uz rijetke iznimke, najee

one koje sadre ione ija molekulska formula nije jednaka empirijskoj,kao to su

peroksidi, jer oni sadre O22ion, npr. Na2O2; te neke kojima anion i kation sadre bar neki

isti atom, npr. empirijska formula NH4NO2je NH2O).Empirijska formula razlikuje se od

molekulske najede ko organskih tvari(zbog svojstva ugljika da se povezuje u vrlo

raznolike, esto dugake lance), ali i kod nekih anorganskih molekula(npr.

fosforov(V) okisid ima molekulsku formulu P4O10a empirijsku P2O5, vodikov peroksid ima

molekulsku formulu H2O2a empirijsku HO, hidrazin ima molekulsku formulu N2H4a

empirijsku NH2).

Vie molekulskih formula moe biti ekvivalentno jenoj empirijskoj formuli npr.

empirijsku formulu CH2O imaju spojevi molekulske formule CH2O, C2H4O2, C3H6O3...


37/172

37

Saeta (konenzirana) strukturna formulapokazuje raspored atoma u molekuli, ali tako da

ne prikae one veze koje se po pravilima vezivanja porazumijevaju (jenostruke) i a se

(ako je ikako mogude)moe napisatiu jednom redu.

Strukturna formulapokazuje raspore atoma u molekuli tako a pokae sve atome i sveveze meu njima, ali kao a je molekula u ravnini papira (voimenzionalna), ne voedi

rauna o prostornom rasporeu veza oko svakog atoma.

Lewisova strukturna formulaje strukturna formula koja osim veza pokazuje i nevezne

parove valentnih elektrona (i pojeinane valentne elektrone ako ih ima) u pravilu ako se

trai napisati strukturnu formulu ne kodi napisati Lewisovu strukturnu formulu

(naravno tono).

Najvanije pravilo za pisanje strukturnih formula organskih spojeva: UGLJIK JE

ETVEROVALENTAN IZ SVAKOG ATOMA UGLJIKA MORAJU VODITI 4 CRTICE! NE 3 (naravno

ako nema naboj ni nevezne elektrone...)I OSOBITO NIKAKO NE 5 (ugljik kao i ostali

elementi 2. periode ne moe imati proireni oktet7, vidi Pravilo okteta i odstupanja).

Formula s veznim crticamakoristi se za bri i pregleniji prikaz vedih organskih molekula.

Atomi ugljika su na krajevima crtica i uglovima meu njima. Jednostruke crtice su

jednostruke veze, dvostruke crtice dvostruke veze, trostruke crtice trostruke veze, kao i u

ostalim strukturnim formulama. Podrazumijeva se da je za svaki atom ugljika vezano onoliko

atoma voika koliko neostaje a bi ugljik bio etverovalentan (ali atomi vodika vezani uz

ostale atome se crtaju!), a svi atomi koji nisu ugljik ni vodik vezan za ugljik prikazuju se

svojim simbolima kao u strukturnoj ili Lewisovoj strukturnoj formuli.

Prostorna formulaprikazuje prostorni raspored atoma u tri dimenzije

veza izmeu atoma koji bi se nalazili u ravnini papira

veza prema atomu koji bi se nalazio iza papira

veza prema atomu koji bi se nalazio ispred papira

7U svim normalnim spojevima kakve ete viati.


38/172

38

Primjeri:

empirijska molekulska saetastrukturna

strukturna Lewisovastrukturna

veznim

crticama

prostorno

CHO C2H2O2 CHOCHO

(planarna

molekula)

CHCl C2H2Cl2 CH2=CCl2

CHCl=CHCl

(strukturni

izomeri)

(geometrijski

izomeri)

(planarne

molekule)

CH2 C3H6 H2C=CHCH3

(strukturni

izomeri)

*geometrijski izomeri takoer spadaju u dijastereomere

IZOMERI

STRUKTURNI IZOMERI STEREOIZOMERI

GEOMETRIJSKI IZOMERI* OPTIKI IZOMERI

ENANTIOMERI DIJASTEREOMERI


39/172

39

Strukturni izomeriimaju istu molekulsku, a razliitu strukturnu formulu (isti broj razliitih

atoma u molekuli, a razliit raspore atoma i veza). Imaju razliita fizikalna i kemijska

svojstva (mogu pripaati i posve razliitim vrstama spojeva).

npr. CH3OCH3(dimetileter) i CH3CH2OH (etanol);CH3CH2CH=CH2(but1en) i CH3CH=CHCH3(but2en)

Stereoizomeriimaju istu molekulsku i (saetu) strukturnu formulu, a razliit prostorni

raspored atoma (prostornu formulu)

Geometrijski izomericis/transiliZ/Erazliite skupine(ili skupine razliitog

prioriteta)nalaze se na istoj ili na razliitim stranama vostruke veze

cis1,2dikloreten trans1,2dikloreten(zaZi Evidi dolje CIPpravila)

Optiki izomeri4 razliite skupine su vezane uz 1 atom ugljika razliitim

redoslijedom, tako da se nikakvim okretanjem molekule ne mogu preklopiti

na svakom atomu ugljika za koji su vezane 4 razliite skupine ( = asimetrino

supstituirani ugljikov atom = kiralni C atom = kiralni centar = kiralno sredite)

moe se odrediti apsolutna konfiguracija: Rili SpomouCIPpravila

Enantiomerioptiki izomeri koji se odnose kao predmet i zrcalna slika

na svakom kiralnom C jedan ima suprotnu konfiguraciju nego drugi na

odgovarajuem kiralnom C (ako je u jednom S u drugom je R i obrnuto)

(kao to vidite 4. prioritet ne mora biti H, premda najee jest)

1 1

2 2

4 4

3 3


40/172

40

(D i L je drukiji tip oznaka koji se koristi u biokemiji(nije apsolutna nego relativna

konfiguracija), prvenstveno za eere i aminokiseline ovako prikazan, D eer ima OH

skupinu najdalju od aldehidne ili ketonske skupine desno, a L lijevo; ovakav nain

prikazivanja naziva se Fischerova projekcijska formula)

Dijastereomerioptiki izomeri koji se ne odnose kao predmet i

zrcalna slika mogui samo ako u molekuli postoje najmanje 2 kiralna C

imaju suprotnu konfiguraciju najmanje na jednom kiralnom C, ali

takoer najmanje na jednom imaju istu

ako spoj ima nasimetrino supstituiranih ugljikovih atoma, optikih izomeras tom

strukturnom formulom ima 2n,npr. za ovdje prikazanu lanastu formu

glukoze/galaktoze/... ima ih 24= 16 (ukljuujui navedene, naravno)

CIPpravila(prema ljudima koji su ih osmislili: Cahn, Ingold, Prelog) odreivanjeZ/E odnosno R/Skonfiguracija (geometrijskih i optikih izomera) prema

prioritetima: vei prioritet (tj. manji redni brojprioriteta) = vea atomska masa atoma

direktno vezanog uz Ckojem se odreuje konfiguracija ako 2 direktno vezana

atoma imaju jednaku, gledaju se sljedei atomi vezani uz njih i tako koliko god treba

dok se ne naie na razliku; dvostruka ili trostruka veza raunaju se kao dvije odnosno

tri jednostruke

primjeri:


41/172

41

a) oko asimetrino supstituiranog C atoma (taj atom se obino ne pie nego se

podrazumijeva da je na sjecitu crta, no ne bi smjelo biti greka ako se napie)ako

brojimo u smjeru kazaljke na satu 1, 2, 3 naziva se Rkonfiguracija (lat. rectus), a ako u

suprotnom smjeru onda Skonfiguracija (lat. sinister)

po koracima:

a. prepoznati da se radi o asimetrino supstituiranom C (vezane 4 razliite skupine)

b. dodijeliti tim skupinama prioritete prema CIP pravilima

c. rotirati molekulu tako da skupina zadnjeg prioriteta (broj 4) bude okrenuta "od tebe"

(prema iza papira, na onoj vezi koja se prikazuje iscrtkanom formulom izrada modela

molekule moe pomoi pri vjebanju)

d. odrediti ide li 1, 2, 3 u smjeru kazaljke na satu (R) ili obrnuto (S)

b) oko dvostruke veze meu svake dvije skupine vezane uz isti C odreuje se koja

ima vei prioritet, a zatim ako se skupine istog prioriteta nalaze s iste strane (iznad ili

ispod dvostruke veze) konfiguracija se zoveZ(njem. zusammen), a ako su sa suprotnih

strana zove se E(njem. entgegen)(Zje analogno cisa Etransto "pravilo iste skupine"

ovako je poopeno u "pravilo isti prioriteti")


42/172

42

Te oznake su uvedene dogovorno kako bi se razlikovali pojedini enantiomeri i dijastereomeri,

a to je potrebno jer se enantiomeri razlikuju po jednom fizikalnom svojstvu: zakretanju

ravnine polarizirane svjetlosti (za koliki ju kut jedan zakree u desno, za toliki ju drugi

zakree u lijevo, ali to desnolijevo nema veze sRS, a esto ni si biokemijskimD-L;oznaava se malim slovima d-i l-ili (+)- i ()-) te po reakcijama s drugim takvim (kiralnim)

molekulama, to je osobito vano za biokemijske reakcije (npr. enzimi su u pravilu molekule

s puno kiralnih centara), a dijastereomeri se esto razlikuju i po drugim kemijskim i

fizikalnim svojstvima.

Ako je potrebno napisati drugi enantiomer (npr. imamo Sa hoemo R) ili

dijastereomer, samo se zamijene dvije skupine na istom kiralnom C (za enantiomer se

to napravi na svim kiralnim C, za dijastereomer samo na nekom). U Fischerovojprojekcijskoj formuli na taj se jednostavni nain mogu zamijeniti samo horizontalne skupine

(lijeva i desna).

Zadaci

1. Koliko je mogudih izomera s molekulskom formulom C5H12?A. 1B. 2C. 3D. 5

2. Koliko razliitih strukturnih izomera postoji za iklorpropan, C3H6Cl2?A. 4B. 5C. 6D. nita o naveenog

3. Za sve navedene molekulske formule mogue je napisati stabilnu organskustrukturu, OSIM:

A. CH2O


43/172

43

B. CH2O2C. CH3OD. CH4O

4. Koji od navedenih spojeva su izomeri?1) CH3CH2OCH3

2) CH3CH2OCH2CH3

3) CH3CH2CH2OH

4) CH2=CHOCH3

A. 1 i 3B. 1 i 2C. 2 i 3D. 1 i 4

5. Izomer 1butanola je:A. 1propanolB. butanonC. 1klorobutanD. dietil-eter

6. Koliko je mogudih izomera ibromobenzena (C6H4Br2)?A. 1B. 2C. 3D. 4

7. Koliko razliitih oblika (strukturnih i geometrijskih izomera) moe imati spojmolekulske formule C3H5Br?

A. 1B. 2C. 3D. 4E. 5

8. Koji o naveenih spojeva moe postojati kao va ili vie geometrijskih izomera?A. 1,1dikloroetanB. 1,1dikloroetenC. 1,2dikloroetanD. 1,2dikloroeten


44/172

44

9. Koliko asimetrino supstituiranih atoma ugljika ima u svakom o sljeedih spojeva?

a) b) c)

Rjeenja

1. C2. A3. C4. A5. D6. C7. E8. D9. a) 1; b) 2; c) 5

Strukturni izomer spoja na slici je:

A. B.


45/172

45

C. D.

Rjeenje: B

1.19. Najvanije vrste organskih spojeva

naziv skupine tvorba

nazivaspoja

opda formula/

karakteristinaskupina

primjeri

sustavni naziv formula

alkani an CnH2n+2 propan CH3CH2CH3

cikloalkani** ciklo...an

CnH2n* ciklopropan

alkeni en CnH2n* propen CH2=CHCH3

alkini in CnH2n2*CC

propin HCCCH3

areni

(aromatski

ugljikovodici)

sarebenzenski

prsten

benzen

naftalen

antracen

halogenugljikovodici

odnosno

organski

halogenidi

(npr.

halogen

alkani)

fluor,klor,brom,

jod

RX, X = F, Cl, Brili I (atomom

halogenog

elementa

zamijenjen je

atom vodika)

1klorpropan CH2ClCH2CH3

2jodpropan CH3CHICH3

3brompropin HCCCH2Br

1,2dikloretan CH2ClCH2Cl

1,1,1tribrometan CBr3CH3

tetrafluormetan CF4

alkoholi ol ROH etanol CH3CH2OH


46/172

46


naziva

spoja

opda formula/karakteristinaskupina

primjeri


propan2ol

etan1,2diol =glikol

HOCH2CH2OH

propan1,2,3triol= glicerol

fenoli fenol sarealkoholnu OH

skupinudirektno***vezanu uz

benzenski

prsten

fenol

4klor1metilfenol

eteri alkilalkileterili

alkoksialkan

ROR' dietil-eter (ilietoksietan)

etilmetileter ilimetoksietan

aldehidi al etanal

ketoni on propanon

karboksilne

kiseline

anskakiselina

etanska kiselina


47/172

47


naziva

spoja

opda formula/karakteristinaskupina

primjeri


soli karb.

kiselina

oat sarekarboksilatni

anion

natrijev etanoat

esteri aliklalkanoat

(1. dio iz

alkohola,

2. izkiseline)

metiletanoat

kiselinski

halogenidi

alkanoil-

halogenidetanoil-klorid

anhidridi anhidrid-ske

kiseline

anhidrid etanske

kiseline

anhidrid etanske imetanske kiseline

amidi amid

odnosno

etanamid

N,Netilmetilpropanamid

amini amin RNH2odnosno

metilamin CH3NH2

trietilamin


48/172

48

R = bilo kakav smisleni ostatak organskog spoja, R', R'' it. mogu biti razliiti ili isti

za navedene spojeve ee su u upotrebi nesustavna imena, redom: acetaldehid,

aceton, octena kiselina, natrijev acetat, metilacetat, acetil-klorid, anhidrid octene

kiseline ili acetanhidrid, acetilamid, ali vjerojatnije e vas traiti napisati sustavna*odreivanje broja dvostrukih ili trostrukih veza ili prstenova u spoju koji sadri samo ugljik,

vodik, kisik (kisik za ovo nita ne znai) i halogene elemente: od broja atoma H u alkanu s tim

brojem atoma C oduzeti (broj H + broj halogenih) u promatranom spoju, dobiveni broj

podijeliti s 2 (jer za svaku dvostruku vezu ili prsten ima 2 H manje), tako dobiveni broj je broj

dvostrukih veza, ili broj trostrukih veza*2 (svaka trostruka vrijedi kao dvije dvostruke), ili

broj prstenova, ili bilo kakva kombinacija (broj dvostrukih veza + 2*broj trostrukih veza +

broj prstenova) mora dati taj broj,npr. spoj molekulske formule C8H8Cl2O moe imati 4

dvostruke veze ILI 2 trostruke ILI 4 prstena ILI 2 dvostruke i 1 trostruku ILI 2 dvostruke i 2

prstena ILI 2 prstena i 1 trostruku ILI 3 dvostruke i 1 prsten ILI 1 dvostruku, 1 trostruku i 1

prsten ILI ...

**moe i cikloalkeni, ali prstenovi ciklalkina moraju biti veliki8jer trostruka veza tei

linearnom rasporedu

*** ovo nije fenol! nego benzilni alkohol koji ima potpuno alkoholna

svojstva

Zadatak: Imenuj sljeede spojeve:

a.

b.

8najmanji je C8H12


49/172

49

c.

d.

e.

f.Rjeenje:

a. 2,3,4trimetilheksanb. 3etilheksanc. 3,4dietil2metilheptand. 3metilpenta1,4diene. 3fenilpenta1en (3fenilpenten)f. 2etil1,4dinitrobenzen

1.20. Shematske strukture vanih biomolekulaMasti i ulja= triglicerii = esteri glicerola i tri iste ili razliite vie masne kiseline(vie

nezasienihulje tekue, vie zasienihmast vrsta)vidisaponifikacija pod

Vanije organske reakcije


50/172

50

ederi

monosaharidi polihidroksialdehidi ili polihidroksiketoni, ali u vodenim

otopinama ponajvie u ciklikom obliku

glukoza(u aciklikom obliku aldehidaldoza; 6 atoma ugljika

heksoza)

fruktoza(u aciklikom obliku ketonketoza)

disaharidi

saharoza = glukoza + fruktoza (-1,4-glikozidna veza)

GLIC

EROL

1. MASNA KISELINA

2. MASNA KISELINA

3. MASNA KISELINA


51/172

51

polisaharii (krob, celuloza = polimeri glukoze)

krob(-1,4-glikozidna veza)9

celuloza (-1,4-glikozidna veza)

Aminokiseline i proteini

Aminokiselinesu male organske molekule koje sarei karboksilnu i amino skupinu (kod

prirodnih aminokiselina te su skupinevezane na isti C atom, takve se nazivaju

aminokiseline). U prirodi ih postoji oko 20. U otopini iste aminokiseline uvijek su i

amino i karboksilna skupina disocirane (prisutne kao NH3+i COO-, a ne NH2i COOH).

Taj se oblik naziva zwitterion. pH otopine u kojoj je aminokiselina prisutna u takvomobliku ukupnog naboja 0 naziva se izoelektrina toka. U otopini koja sadri i drugu

kiselinu ili bazu, ovisno o pH moe biti disocirana i samo amino skupina (pri pH niem od

izoelektrine toke kiseli, maksimalno protonirani oblik) ili samo karboksilna skupina (pri

pH viem od izoelektrine toke bazini, maksimalno deprotonirani oblik).

9znai da je, u ovakvom ciklikom prikazu kako je prikazana saharoza, OH na C1 prema dolje, a da je prema

gore. 1,4 znai da se taj 1. atom ugljika jednog monosaharida povezuje sa 4. atomom ugljika drugog.


52/172

52

Proteini(bjelanevine) supolimeri aminokiselina meusobno povezanih peptidnom vezom

= aminom vezom izmeu karboksilne skupine jedne i amino skupine druge aminokiseline

(nastaje uz izdvajanje H2O = OH iz COOH i H iz NH2) (peptidna veza u proteinima razlikuje

se od obine amidne po tome to ne podlijee hidrolizi dakle neemo se rastopiti

u vodizapravo joj je hidroliza nemjerljivo spora, zato se proteini u biolokim sustavima

mogu hidrolizirati djelovanjem enzima koji tu reakciju ubrzavaju).

(na slici su peptine veze oznaene uto)

Peptidna veza je:

A. C=C ; B. NHCO ; C. COOH ; D. CClRjeenje: B

Nakon to ste paljivo proitali ovaj io skripte, pokuajte rijeiti kviz "Kemija skripta1"

nawww.drzavna-matura.com(KemijaKviz).
http://www.drzavna-matura.com/http://www.drzavna-matura.com/http://www.drzavna-matura.com/http://drzavna-matura.com/index.php?action=SMFQuiz;sa=categories;categoryId=9http://www.drzavna-matura.com/


53/172

53

2.Kemijske reakcije2.1. Kemijska reakcija

Kemijska reakcija ili kemijska promjena je bilo koja promjena u kojoj dolazi do preraspodjele

(kianja i/ili nastanka) kemijskih veza. Zapisujemo ju kemijskom jenabom:

aA + bB + ... xX + yY + ...

npr. 2Na(s) + Cl2(g)2NaCl(s)

Broj ispred jedinke (npr. 2 ispred Na ili NaCl) zovemo stehiometrijski koeficijent i njime je

pomnoen svaki atom ujedinki. "Mali broj dolje" (npr. 2 u Cl2) zovemo indeks i njime je

pomnoen samo atom uz koji stoji ili svi atomi u zagrai uz koju stoji.

Kvalitativno znaenjejenabe kemijske reakcije: iz natrija (u vrstom stanju) i klora (u

plinovitom stanju) nastaje natrijev klori (u vrstom stanju).

Kvantitativno znaenje: iz dva atoma natrija i jedne molekule klora nastaju dvije formulske

jedinke natrijeva klorida; iz dva mola natrija i jednog mola klora nastaju dva mola natrijeva

klorida (vidiRaunanje u kemiji).

"Zakon o ouvanju mase": ukupna masa produkata jednaka je ukupnoj masi reaktanata.

"Zakon o ouvanju naboja": ukupni naboj produkata jednak je ukupnom naboju reaktanata

(bitno za izjenaavanje jenabi koje sare nabijenejedinkeione i elektrone!). (Ove

"zakone" treba znati primijeniti, a ne iskazati.)

Pri kemijskoj reakciji atomi jenog elementa ne mogu prijedi u atome rugog elementa (to

se dogaa samo u nuklearnim reakcijama, kojima se na srednjokolskoj razini bavi

fizika)zato u izjenaenoj jenabi u reaktantima i u prouktima mora biti jenako

atoma svakog elementa ("jednako istog slova s lijeve i desne strane strelice", naravno kad se

pomnoe svojim ineksima i stehiometrijskim koeficijentima).

2.2. Vrste kemijskih reakcijaPo promjeni energije(u termodinamici, termokemiji)

egzotermneu njima se oslobaa energija, proukti imaju niu energiju o

reaktanata, reakcijska entalpija je negativna

npr. gorenje metana (zemnog plina):

CH4(g) + 2O2(g)CO2(g)+ 2H2O(g), rH = 890 kJ/mol


54/172

54

endotermneu njima se "troi" (vee) energija, proukti imaju viu energiju o

reaktanata, reakcijska entalpija je pozitivna

npr. arenje more galice:

CuSO45H2O(s)CuSO4(s)+ 5H2O(g), rH = 80kJ/mol

*veina rekacija za koje je potrebna poviena temperatura su endotermne, ali ne sve,

mnoge samo imaju veliku energiju aktivacije (energija potrebna da reakcija zapone

promjena energije u reakciji)!

**ovako napisanajednadba s oznaenim agregatnim stanjima i navedenom

reakcijskom entalpijom naziva se termokemijska jednadba

***reakcijska koordinata oznaava tijek reakcije: moe se zamisliti kao kretanje (naprijed-

nazad) po putu kojim se atomi (jezgre i elektroni) gibaju tijekom reakcije kako bi iz reaktanata

(preko koraka s najmanjim energijama aktivacije) nastali produkti

Po stupnju ravnotee

nepovratne"iu o kraja", u stanju ravnotee u reakcijskoj smjesi je prisutna

zanemariva koliina reaktanata, ravnotea je pomaknuta daleko prema produktima

(obino se uzima da je to kad je konstanta ravnotee vea od 100ili 1000), piuse

s "normalnom" strelicom

npr. gorenje magnezija:Mg(s) + O2(g)MgO(s)

povratneu stanju ravnotee u reakcijskoj smjesi prisutnaje znatna koliina i

produkata i reaktanata (obino konstanta ravnotee izmeu 0,01 i 100*),

H

CuSO45H2O(s)

CuSO4(s) + 5H2O(g)

rH> 0

reakcijska koordinata

H CH4(g) + 2O2(g)

CO2(g) + 2H2O(g)rH< 0

reakcijska koordinata


55/172

55

promjenom uvjeta (temperatura, tlak) moe se znatno utjecati na omjer prisutnih

produkata i reaktanata, piu se s povratnim strelicama ili npr. imerizacija uikova(IV) oksia:2NO2(g) N2O4(g)* = konstanta ravnotee manja od 0,01 znaila bi da je nepovratna reakcija usuprotnom smjeru nego to je napisana tj. da se reakcija u smjeru kako je

napisana ne odvija

Po sloenosti reaktanata i proukata

sintezao jenostavnijih tvari nastaju sloenije

npr. sinteza nitrobenzena

sinteza amonijeva klorida

NH3(g) + HCl(g)NH4Cl(s)

analizasloenije tvari se rastavljaju na jenostavnije

pirolizapovienom temperaturom bez prisutnosti kisika

npr. termiki raspa kalcijeva karbonata:

CaCO3(s)CaO(s) + CO2(g)

( je oznaka za arenje, umjesto toga se moe pisati i +T ili T za povienje

temperature)

hidrolizauz pomod voe

npr. hidroliza estera:

hidroliza soli slabih kiselina ili bazaanion slabe kiseline ili kation slabe baze

reagira s vodom tako da nastane ta kiselina ili baza te hidroksilni anion ili

oksonijev/vodikov kation (vidi Kiseline, baze i soli)

CH3COO

+ H2O CH3COOH + OH(npr. iz CH3COONa)Fe

3+

+ 2H2OFe(OH)2+

+ H3O

+

ili Fe

3+

+ H2O Fe(OH)2+

+ H

+

(npr. iz FeCl3)fotolizadjelovanjem svjetlosti


56/172

56

npr. fotoliza srebrova klorida

AgCl(s) Cl2(g) + Ag(s)

h= energija kvanta svjetlosnog zraenja(= frekvencija, h= Planckova

konstanta 6,6261034Js)

elektrolizajelovanjem elektrine struje

npr. elektroliza vode:

2H2O(l)2H2(g) + O2(g)

elektroliza taline natrijeva klorida:

NaCl(l)Na(l) + Cl2(g)

Po smjeru putovanja elektrona (redoksreakcije)

oksidacijaotputanje elektrona povedanje oksiacijskog broja

I 0Br e + 1

2Br2

redukcijaprimanje elektronasmanjenje oksidacijskog broja

VII IClO4

+ 8e + 8H+ Cl + 4H2O

U svakoj redoksreakciji odvijaju se jednako i oksidacija i redukcija (jednako elektrona se

otpusti u oksidaciji koliko se primi u redukciji). Za oksidaciju ili redukciju posebno mogude jenapisati samo jenabu polurekacije koja sari elektrone.

Naravno, nisu sve postojede reakcije reoksreakcije, ne dolazi u svim kemijskim reakcijama

do promjene oksidacijskog broja (vidi Redoksi).

Po promjeni zasidenosti (organske reakcije)

eliminacijasmanjenje zasidenosti (povedanje nezasidenosti) oduzimanjem

atoma nastaje dvostruka ili trostruka veza

adicijapovedanje zasidenosti dodavanjem atoma na trostruku ili dvostruku vezu

nastaje dvostruka ili jednostruka


57/172

57

supstitucijajean atom se zamjenjuje rugim, pri emu se ne mijenja zasidenost

Kiselobazne reakcije = neutralizacija

vidi Kiseline, baze i soli

Zadaci

1. Koji element se oksidira pri pirolizi natrijeva hidrogenkarbonata?A. natrijB. vodikC. kisikD. ugljikE. nijedan

2. U kojoj od navedenih reakcija dolazi do promjena oksidacijskog broja?A. H2SO4+ 2NH3 (NH4)2SO4B. H2SO4+ Na2CO3 Na2SO4+ H2O + CO2C. 2K2CrO4+ H2SO4 K2Cr2O7+ K2SO4+ H2OD. 2H2SO4+ Cu CuSO4+ 2H2O + SO2

3. U kojoj od navedenih reakcija se krom reducira?A. CrO3CrOF3B. Cr3+Cr(OH)4C. 2CrO42Cr2O72D. Cr3+CrO42

4. Koja od navedenih promjena je oksidacija?A. VO3VO2+B. CrO2CrO42C. SO3SO42D. NO3NO2

5. Reakcija u kojoj karboksilna kiselina reagira s alkoholom i nastaje organski spoj ivoda zove se:

A. esterifikacijaB.

hidroliza

C. neutralizacija


58/172

58

D. saponifikacija6. Koji od navedenih procesa su egzotermni?

I. gorenje etana

II. oduzimanje kristalne vode barijevom kloridu dihidratuA. samo I.B. samo II.C. i I. i II.D. ni I. ni II.

7. Izravna sinteza klorbenzena iz benzena (uz FeCl3kao katalizator) je:A. adicijaB. eliminacijaC. supstitucijaD. redukcija

Rjeenja

1. E2. D3. A4. B5. A6. A7. C

2.3. Vanije organske reakcijegorenjevedina organskih spojeva lako su zapaljivi, gorenjem bilo kojeg organskog spojakoji sari samo ugljik i voik ili samo ugljik, voik i kisik uz ovoljan pristup kisika (to

ukljuuje normalno gorenje na zraku) nastaje ugljikov ioksi i voa, uz nedovoljan pristup

kisika nastaje i ugljikov monoksid i voda ili aa (ugljik) ivoda

npr. C2H5OH + 3O22CO2+ 3H2O

C2H5OH + 2O22CO + 3H2O

C2H5OH + O22C + 3H2O

(to je manje kisika na raspolaganju, manje je kisika u jednadbi i nastaje ugljini


59/172

59

produkt s manje kisika, odnosno to ima manje kisika vea je vjerojatnost nastanka

ugljinog produkta s manje kisika)

halogeniranje alkanasupstitucijazamjena jednog atoma vodika atomom halogenog

elementa (klora ili broma)na svjetlosti(klor i brom su obojeni pa dobro apsorbirajusvjetlosnu energiju, h(ni) ili hfje oznaka za energiju jednog fotona)ili uz povienu

temperaturu

npr. CH4+ Cl2 CH3Cl + HCl

CH3CH3+ Br2 CH3CH2Br + HBr

(reakcija se moe i nastaviti, dok se svi atomi vodika ne zamijene halogenim)

halogeniranje alkena i alkinaadicija (potpuno razliita stvar o halogeniranja alkana)

atomi halogenog elementa (broma ili klora) veu se na ugljikove atome vezane vostrukom

ili trostrukom vezom

npr. CH2=CH2+ Br2CH2BrCH2Br

HCCH + 2Br2CHBr2CHBr2

(takve reakcije s bromom koriste se za dokazivanje alkena/alkina jer je brom smee boje pa

se pri reakciji otopina broma obezboji)

analogno se halogeniraju i trolani i etverolani alkanski prstenovi (cikloalkani)

"puca" prsten jer je nestabilan zbog premalih kuteva izmeu C atoma i nastaju lanasti

halogenoalkani (s po jednim halogenom na krajevima lanca)

npr. + Cl2CH2ClCH2CH2Cl

+ Br2CH2BrCH2CH2CH2Br

hidrogeniranje alkena i alkinaadicija vodika na dvostruku(ili trostruku)vezu, uz

katalizator plemeniti metal (Pt, P ili Ni, svejeno je koji), pri povienom tlaku i temperaturi

npr. CH2=CH2+ H2Pt CH3CH3

HCCH + 2H2Ni CH3CH3

hidrogeniranjem alkina uz tzv. zatrovani katalizator = paladij s olovnom soli, nastaju

alkeni (reakcija ne ide skroz do alkana)

npr. HCCH + H2Pd/Pb 2+

CH

2=CH

2

analogno se hidrogeniraju i trolani i etverolani alkanski prstenovi (cikloalkani)


60/172

60

"puca" prsten jer je nestabilan zbog premalih kuteva izmeu C atoma i nastaju lanasti

alkani

npr. + H2Pd

CH3CH2CH3

+ H2Pd CH3CH2CH2CH3

hidrohalogeniranje i hidratacija alkena

Markovnikovo pravilo: vodik se vee na onaj C na kojem ve ima vie vodika

(zapravo bi formalno tonije bilo rei da se ono to nije vodik vee tamo gdjeima

manje vodika, no u teoriju iza toga (reakcijski mehanizam) nije ovdje potrebno ulaziti,

a za primjenu pravila je, dakako, na ovoj razini svejedno)

hidrohalogeniranje adicija halogenovodika

npr. CH3CH=CH2+ HBrCH3CHBrCH3(a ne, onosno samo u zanemarivoj koliini,

CH3CH2CH2Br)

hidratacija adicija vode

npr. CH3CH=CH2+ H2OH2SO 4 CH3CH(OH)CH3(a ne, odnosno samo u zanemarivoj

koliini, CH3CH2CH2OH)

reakcije na benzenski prstenelektrofilnasupstitucijajedan atom vodika(odnosno H+)

zamjenjuje seelektrofilom tj. "esticom siromanom elektronima"(to je pogodno jer je

benzenski prsten bogat elektronima)

(benzenski prsten moe se pojenostavljeno pisati ovako s kruidem, no treba uvijek imati na

umu rezonantne strukture koje to predstavlja, a naravno i sve atome vodika)

a) klor ili brom (X2) uz katalizator FeX3ili AlX3

npr. + Br2FeBr 3

(elektrofil je Br+iz FeBr3+ Br2FeBr4+ Br+)b) klorougljikovodik ili bromougljikovodik (RX) uz katalizator FeX3ili AlX3


61/172

61

npr. + CH3CH2ClFeCl 3

(elektrofil je CH3CH2+iz CH3CH2Cl + FeCl3FeCl4+ CH3CH2+)

c) nitriranje (NO2+koji nastaje iz koncentrirane HNO3uz katalizator koncentriranu H2SO4)

(HNO3+ H2SO4NO2++ HSO4+ H2O)d) sulfoniranje (HSO3

+koji nastaje iz SO3uz katalizator koncentriranu H2SO4)

(H2SO4+ SO3HSO4+ HSO3+)*nastali nitrobenzen i benzensulfonska kiselina strukturno izgledaju:

**umjesto SO3i H2SO4nekad se pie H2S2O7jer se tako oznaava "dimea sumporna

kiselina" (oleum) koja je otopina SO3u koncentriranoj H2SO4

nastajanje alkoksidareakcija alkohola s reaktivnim metalima, prvenstveno

alkalijskim, analogna reakciji vode(alkohol mora biti bezvodni jer e inae reagirati voda

jer je reaktivnijamanja molekula s vie atoma vodikavezanih uz kisik koji mogu tako

reagirati)

npr. 2CH3CH2CH2OH + 2Na2CH3CH2CH2ONa + H2


62/172

62

fenoli tako reagiraju i s hidroksidima alkalijskih metala jer su jae kiseline(konjugirana

baza im je stabilizirana rezonancijom u benzenskom prstenu)

dehidratacija alkoholauz H2SO4i zagrijavanje ovisno o temperaturi nastaje

preteno (simetrini) eter ili alken(ili prevladava povratna reakcija hidratacije u alkohol)

npr. 2CH3CH2OHH2SO 4 CH3CH2OCH2CH3 + H2O

ili CH3CH2OHH2SO 4 CH2=CH2+ H2O

nastajanje (nesimetrinih) eterareakcija halogenalkana (jod, brom, klor) i alkoksida

npr. CH3CH2CH2Br + CH3OKCH3CH2CH2OCH3+ KBr

oksidacijaredukcija alkoholialdehidi(ketoni)karboksilne kiseline i natrag(treba znati i

izjednaavati kao redokse!)

najede oksiacija s bikromatom (npr. K2Cr2O7), CrO3ili kalijevim permanganatom

primarni alkoholi preko aldehida do karboksilnih kiselina (reakcija se moe zaustaviti na

aldehidima ali teko), a sekundarni alkoholi do ketona (ne mogu u karboksilne kiselin

Documents

Kemija skripta za Državnu Maturu