Upload
vukiet
View
250
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
PLONK
60.000
prodanih
izvodov
KEMIJA
KEMIJA
Konstantne vrednostiAvogadrova konstanta N
A = 6,02 · 1023 mol−1
Splošna plinska konstanta R = 8,31 kPa L mol−1 K−1
Faradayeva konstanta F = 96500 As mol−1 (naboj 1 mol elektronov)
Pomembne veličine in najpogostejše enoteVeličina Simbol Najpogostejša enotagostota ρ g mL−1 = g cm−3
masa m g
prostornina V L
molska prostornina Vm
L mol–1
množina snovi n mol
relativna atomska masa Ar
/
relativna molekulska masa Mr
/
molska masa M g mol−1
število delcev N /
temperatura T K
tlak P kPa
masni delež w /
množinska koncentracija c mol L−1
masna koncentracija γ g L−1
standardna reakcijska entalpija ΔH°r
kJ
standardna tvorbena entalpija ΔH°tv
kJ mol−1
čas t s
elektrenina Q A s
tok I A
Pretvorba iz Celzijeve v Kelvinovo temperaturno lestvico:
T [K] = T [°C] + 273,15
Snov in njene lastnostiKemija je naravoslovna znanost, ki proučuje snovi in snovne spremembe. Snov je vse,
kar ima maso in zavzame prostor.
DELITEV SNOVI
Snovi:
• element − čista snov, sestavljena iz istovrstnih atomov;
• spojina − čista snov, sestavljena iz dveh ali več elementov;
• homogena zmes − zmes, ki je na zunaj videti enotna in ima enakomerno sestavo;
• heterogena zmes − zmes, ki je na zunaj videti raznolika in nima enakomerne
sestave.
Agregatna stanjaAgregatno stanje snovi je odvisno od temperature in tlaka. Poznamo:
• trdno agregatno stanje (s − solid),
• tekoče agregatno stanje (l − liquid),
• plinasto agregatno stanje (g − gas).
Vodno raztopino snovi označujemo z (aq).
Postopki ločevanja zmesiZmesi ločujemo na podlagi različnih lastnosti snovi:
• s sejanjem (ločevanje trdnih delcev po velikosti),
• z raztapljanjem v ustreznem topilu (ločevanje na osnovi različne topnosti snovi),
• s filtracijo (ločevanje trdne snovi od tekoče),
• z destilacijo (ločevanje na osnovi različnih vrelišč snovi),
• s sublimacijo (ločevanje snovi, ki prehajajo neposredno iz trdnega v plinasto agre-
gatno stanje),
• z magnetom (ločevanje kovin z magnetnimi lastnostmi npr. železa),
• z lijem ločnikom (ločevanje tekočin, ki se med seboj ne mešajo).
Gostota snoviGostota je masa prostorninske enote snovi. = m
Vρ
IMENOVANJE SNOVIPravila imenovanja snovi imenujemo kemijska ali IUPAC-ova nomenklatura.
Binarne spojineBinarne spojine so sestavljene iz dveh različnih elementov. Imenujemo jih:
• z grškimi števniki (npr. N2O
5 − didušikov pentaoksid),
• po Stockovem sistemu (npr. N2O
5 − dušikov(V) oksid),
• pri ionskih binarnih spojinah pa je lahko navedeno tudi ime z nabojnim številom
(npr. FeCl3 – železov(3+) klorid).
Števniki: Latinske osnove s končnico -id:1 − mono 6 − heksa F − fluorid O − oksid
2 − di 7 − hepta Cl − klorid S − sulfid
3 − tri 8 − okta Br − bromid C − karbid
4 − tetra 9 − nona I − jodid N − nitrid
5 − penta 10 − deka H − hidrid P − fosfid
BazePrimeri baz:
NaOH − natrijev hidroksid; Ca(OH)2 − kalcijev hidroksid; NH
3 − amoniak
Kisline in soliSoli nastanejo z reakcijami med kislinami in bazami.
Formula in ime kisline Formula in ime natrijeve soliHCl vodna raztopina
vodikovega klorida
(klorovodikova kislina)
NaCl natrijev klorid
HF vodna raztopina
vodikovega fluorida
NaF natrijev fluorid
H2S vodna raztopina
vodikovega sulfida
Na2S natrijev sulfid
HCN vodna raztopina
vodikovega cianida
NaCN natrijev cianid
H2SO
4žveplova kislina Na
2SO
4natrijev sulfat
SO2(aq) vodna raztopina
žveplovega dioksida
Na2SO
3natrijev sulfit
H3PO
4fosforjeva kislina Na
3PO
4natrijev fosfat
HNO3
dušikova kislina NaNO3
natrijev nitrat
HNO2
dušikasta kislina NaNO2
natrijev nitrit
H2CO
3ogljikova kislina Na
2CO
3natrijev karbonat
HClO hipoklorasta kislina NaClO natrijev hipoklorit
HClO2
klorasta kislina NaClO2
natrijev klorit
HClO3
klorova kislina NaClO3
natrijev klorat
HClO4
perklorova kislina NaClO4
natrijev perklorat
HCOOH metanojska
(mravljinčna) kislina
NaHCOO natrijev
metanoat (format)
CH3COOH etanojska
(ocetna) kislina
NaCH3COO natrijev
etanoat (acetat)
MNOŽINA SNOVIRelativna atomska masaRelativna atomska masa je število, ki pove, kolikokrat je masa atoma določenega
elementa večja od ene dvanajstine mase atoma ogljikovega izotopa 12C.
Relativna atomska masa klora: Ar(Cl) = 35,45
Relativna molekulska masaRelativna molekulska masa je število, ki pove, kolikokrat je masa molekule večja od
ene dvanajstine mase atoma ogljikovega izotopa 12C.
Relativna molekulska masa klora: Mr(Cl
2) = 70,90
Molska masa in množina snoviMolska masa je masa enega mola snovi.
Molska masa kisika: M(O2) = 32 g mol−1
Množina snovi je osnovna veličina, njena enota je mol. En mol snovi vsebuje toliko
delcev, kolikor je atomov v natančno 12 g ogljikovega izotopa 12C, t. j. 6,02 ⋅ 1023.
nm
M
N
N= =
A
Reducent in oksidantReducent je snov, ki reducira drugo snov, sam pa se pri tem oksidira. Oksidant je
snov, ki oksidira drugo snov, sam pa se pri tem reducira.
2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO
2
Reducent: ZnS, oksidant: O2
Galvanski členGalvanski člen (akumulatorji, baterije) je sestavljen iz dveh polčlenov. V polčlenu, ki
ima bolj pozitiven elektrodni potencial, se odvija redukcija. V polčlenu, ki ima manj
pozitiven elektrodni potencial, se odvija oksidacija.
Proces v galvanskem členu je spontan, sprošča se električna energija. Enosmerna
napetost galvanskega člena je posledica razlike med elektrodnima potencialoma
dveh polčlenov.
Galvanski člen iz cinkovega in bakrovega polčlena Zn ⎜Zn2+ ⎜⎜ Cu2+ ⎜Cu:
Cu2+(aq) + 2e− → Cu0(s) V bakrovem polčlenu poteka redukcija.
Zn0(s) → Zn2+(aq) + 2e− V cinkovem polčlenu poteka oksidacija.
Celotna reakcija: Cu2+(aq) + Zn0(s) → Cu0(s) + Zn2+(aq)
voltmeterv
Zn
Zn2+(aq) Cu2+(aq)
Cu
smer premikanja
elektronov
elektrolitski ključ
Standardna napetost galvanskega člena Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)
E0 = 0,34 V – (– 0,76 V) = 1,1 V
Elektrolitski ključ omogoča električno nevtralnost raztopin v obeh polčlenih. Napol-
njen je npr. z raztopino KNO3. Med delovanjem galvanskega člena prehajajo ioni med
posameznim polčlenom in elektrolitskim ključem.
Svinčev akumulator:
Pb(s) + PbO2(s) + 2 H
2SO
4(aq)
praznjenje
polnjenje 2 PbSO
4(s) + 2 H
2O(l)
ElektrolizaProcese in redoks reakcije, ki potekajo pod vplivom enosmernega električnega toka,
imenujemo elektroliza. Poteka v vodni raztopini ali v talini snovi. Oksidacija poteka na
pozitivni anodi, redukcija na negativni katodi.
Elektroliza taline NaCl:
Katoda: Na+(l) + e− → Na0(l) (redukcija)
Anoda: 2 Cl− (l) → Cl
2
0(g) + 2e− (oksidacija)
Skupna reakcija: 2 Na+(l) + 2 Cl
− (l) → 2 Na0(l) + Cl2
0(g)
Na+(l)
(–) (+)
Cl-
(l)
anodakatoda
NaCl(l)
Elektroliza vode:
Katoda: 2 H2O(l) + 2e− → H
2(g) + 2 OH −(aq) (redukcija)
Anoda: 2 H2O(l) → O
2(g) + 4 H
+(aq) + 4e− (oksidacija)
Skupna reakcija: 2 H2O(l) → 2 H
2(g) + O
2(g)
Elektrenina pri elektroliziMnožina snovi, ki nastane pri elektrolizi, je sorazmerna količini pretečenega
električnega naboja.
Q = I ⋅ t = n ⋅ z ⋅ Fz − število oddanih ali sprejetih elektronov na en delec iskane snovi
Formule in imena organskih spojinOGLJIKOVODIKIOgljikovodiki so spojine iz ogljika in vodika. Ciklični ogljikovodiki imajo ogljikove ato-
me povezane v obroč, aciklični ogljikovodiki nimajo obročne strukture.
Nasičeni ogljikovodiki imajo le enojne vezi med ogljikovimi atomi. Nenasičeni ogljiko-
vodiki imajo (tudi) dvojne oz. trojne vezi med ogljikovimi atomi.
AlkaniNasičeni ogljikovodiki, splošna formula je C
nH
2n+2. Imenujemo jih s končnico -an. Ho-
mologna vrsta: metan, etan, propan, butan, pentan, heksan, heptan, oktan, nonan,
dekan.
Metan: Etan:
H
H
H
H
C H
H
H
H
H
H C C
AlkeniNenasičeni ogljikovodiki; splošna formula spojin z eno dvojno vezjo med ogljikovima
atomoma je CnH
2n. Imenujemo jih s končnico -en.
Eten: Propen:
H
H
H
H
C C H H
H
HHH
C C C
AlkiniNenasičeni ogljikovodiki; splošna formula spojin z eno trojno vezjo med ogljikovima
atomoma je CnH
2n−2. Imenujemo jih s končnico -in.
Etin: Propin:
HH C C
HH
H
H
CCC
CikloalkaniCiklični nasičeni ogljikovodiki. Imenujemo jih s predpono ciklo- in končnico -an.
Ciklopropan: Ciklobutan:
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
Aromatski ogljikovodikiSpojina je aromatska, če je ciklična, planarna, ima popolnoma konjugirane dvojne
vezi in (4n + 2) delokaliziranih π elektronov.
Benzen:
ali
ORGANSKE KISIKOVE SPOJINEIme funkcionalne skupine Vrsta organske spojine Splošna formula
organske spojine:hidroksilna skupina alkohol, fenol R—OH, Ar—OH
karbonilna skupina keton R—CO—R'
karbonilna skupina aldehid R(H)—CHO
karboksilna skupina karboksilna kislina R(H)—COOH
etrska skupina eter R—O—R'
estrska skupina ester R(H)—COO—R'
R, R' − substituentni organski skupini
AlkoholiSpojine s hidroksilno skupino vezano na nasičen ogljikov atom; R—OH.
Primarni alkoholi imajo hidroksilno skupino vezano na primarni ogljikov atom.
Metanol: Etanol:
OHCH3
CH3CH
2OH
Sekundarni alkoholi imajo hidroksilno skupino vezano na sekundarni ogljikov atom.
Propan-2-ol: Butan-2-ol:
CH3CHCH
3
OH
CH3CHCH
2CH
3
OH
Terciarni alkoholi imajo hidroksilno
skupino vezano na terciarni ogljikov
atom.
2-metilpropan-2-ol: OH
CH3CCH
3
CH3
FenoliSpojine s hidroksilno skupino vezano
na aromatski obroč; Ar—OH.
Fenol: OH
KetoniSpojine s karbonilno skupino med dvema organskima substituentnima skupinama;
R—CO—R'.
Propanon (aceton): Butanon:
O
CH3
CH3
C
O
CH3
CH2CH
3C
AldehidiSpojine s karbonilno skupino oz. aldehidno skupino; R(H)—CHO.
Metanal (formaldehid): Etanal (acetaldehid):
HH
O
C H
O
CH3
C
Karboksilne kislineSpojine s karboksilno skupino; R(H)—COOH.
Metanojska (mravljinčna) kislina: Etanojska (ocetna) kislina:
H HO
O
C H
O
OCH3
C
EtriSpojine s kisikovim atomom med dvema organskima substituentnima skupinama;
R—O—R'.
Dimetil eter: Etil metil eter (metoksietan):
CH3
CH3
O OCH3
CH2CH
3
EstriSpojine z estrsko skupino; R(H)—COO—R'.
Metil metanoat: Metil etanoat:
H O
O
CH3
C CH3
CH3
C O
O
ORGANSKE DUŠIKOVE SPOJINEAminiSpojine z eno, dvema ali tremi organskimi substituentnimi skupinami vezanimi na
dušikov atom.
Primarni amini imajo na dušikov atom vezano eno organsko substituentno skupino;
RNH2. Metilamin (aminometan): CH
3NH
2
Sekundarni amini imajo na dušikov atom vezani dve organski substituentni skupini;
RR'NH. Dimetilamin: (CH3)2NH
Terciarni amini imajo na dušikov atom vezane tri organske substituentne skupine;
RR'R''N. Trimetilamin: (CH3)3N
AmidiSpojine z amidno skupino; R—CONH
2Etanamid: CH
3CONH
2
NitriliSpojine s ciano skupino; R—C ≡ N Etannitril: CH
3CN
Nitro spojineSpojine z nitro skupino; RNO
2. Nitrometan: CH
3NO
2
Izomerija organskih spojinIzomerija je pojav, pri katerem imajo spojine enako molekulsko formulo, a različno
strukturno formulo oz. razporeditev atomov v prostoru. Te spojine so izomeri.
Verižna izomerijaVerižni izomeri imajo enako molekulsko formulo, a različno razvejene verige C-atomov.
Čim bolj je veriga ogljikovodika razvejena, tem nižje je vrelišče spojine.
Položajna izomerijaPoložajni izomeri imajo enako molekulsko formulo, a različen položaj funkcionalnih
skupin ali multiplih vezi.
Geometrijska izomerijaGeometrijski izomeri (pri alkenih) imajo enako molekulsko formulo, a različno orienta-
cijo skupin okoli dvojne vezi. Označujemo jih z deskriptorjema »cis« in »trans«.
Funkcionalna izomerijaFunkcionalni izomeri imajo enako molekulsko formulo, a različno funkcionalno sku-
pino.
Optična izomerijaOptični izomeri imajo enako molekulsko formulo, a različno razporeditev atomov okoli
kiralnega centra. Označujemo jih z deskriptorjema »D« in »L«. Kiralni center (stere-
ogeni ali asimetrični ogljikov atom) je lahko ogljikov atom, ki je s kovalentnimi vezmi
vezan na štiri različne atome oz. atomske skupine.
Reaktivnost organskih spojinPrekinitev kemijske vezihomolitska; nastanejo radikali, npr: I−I → I⋅ + ⋅Iheterolitska; nastanejo ioni, npr: I−I → I
+ + I−
Vrste delcev pri reakcijahradikali: delci s prostim (neveznim) elektronom, npr. Br⋅elektrofili: ionski elektrofili imajo pozitiven naboj, npr. Br
+; neionski elektrofili nimajo
naboja, npr. SO3, AlCl
3, BF
3
nukleofili: ionski nukleofili imajo negativen naboj, npr. Br−; neionski nukleofili (običaj-
no enostavne kisikove in dušikove spojine) imajo nevezne elektronske pare in nimajo
naboja, npr. H2O, NH
3; deli molekul s π - elektroni
Radikalska substitucijaObičajno poteka na nasičene ogljikovodike (alkane, cikloalkane) z uvajanjem haloge-
na (npr. klor, brom). Potrebno energijo omogočimo s segrevanjem (Δ) ali s svetlobo
ustrezne valovne dolžine (hν).
Radikalsko kloriranje etana (nastane kloroetan): CH3CH
3
Cl2, Δ
CH3CH
2Cl + HCl
Nukleofilna substitucijaObičajno poteka na halogenirane alkane.
Nukleofilna substitucija v bromoetanu (nastane etanol):
CH3CH
2—Br + OH
− → CH
3CH
2—OH + Br
−
Elektrofilna substitucijaObičajno poteka na aromatske spojine.
Nitriranje benzena
(nastane nitrobenzen):HNO
3
H2SO
4
NO2
H2O
Sulfoniranje benzena
(nastane benzensulfonska kislina):SO
3
H2SO
4
SO3H
Kloriranje benzena
(nastane klorobenzen):Cl
2
AlCl3
Cl
HCl
Alkiliranje benzena
(nastane metilbenzen):CH
3Cl
AlCl3
CH3
HCl
Aciliranje benzena
(nastane fenil metil keton):CH
3COCl
AlCl3
COCH3
HCl
Elektrofilna adicijaVečina adicij na alkene in alkine poteka kot elektrofilne (redkeje radikalske) adicije. Mar-
kovnikovo pravilo: vodikov atom se veže na tisti ogljikov atom, ki ima več vodikovih atomov.
Hidrogeniranje − adicija vodika H2
Hidriranje − adicija vode H2O
Halogeniranje − adicija halogena (npr. Br2)
Hidrohalogeniranje − adicija vodikovega halogenida (npr. HBr)
Hidrogeniranje propena (nastane propan):
CH2
CH CH3
CH3
CH3
CH2
H2/Pt
Hidriranje propena (nastane propan-2-ol):
H2O, H+
CH2
CH3
CH3
CH3
CH
OH
CH
Halogeniranje (bromiranje) propena (nastane 1,2-dibromopropan):
CH2
CH CH3
CH2
CH
Br Br
CH3
Br2
Hidrohalogeniranje (hidrobromiranje) propena (nastane 2-bromopropan):
HBrCH2
CH CH3
CH3
CH3
CH
Br
Nukleofilna adicijaObičajno poteka na karbonilne spojine (ketone, aldehide).
Adicija vodikovega cianida na aceton (nastane 2-hidroksi-2-metilpropannitril):
CH3
C
O
C
CN
OH
CH3
CH3
CH3
HCN
EliminacijaPri eliminacijah se iz molekule organske spojine odcepi manjša molekula.
Dehidriranje (eliminacija vode) etanola (nastane eten):
H2SO
4, Δ
–H2OCH
3CH
2CH
2CH
2
OH
OksidacijaPogosta oksidanta: KMnO
4, K
2Cr
2O
7
Oksidacija primarnih alkoholov vodi do karboksilnih kislin.
Oksidacija etanola (nastane etanojska kislina):
CH3
CH3
OHCH2
C
OOH
KMnO4, H+
Δ
Oksidacija sekundarnih alkoholov vodi do ketonov.
Oksidacija propan-2-ola (nastane propanon):
KMnO4, H+
ΔCH3
CH3
CH3
CH3
C
O
CH
OH
RedukcijaPogosta reducenta: LiAlH
4, H
2
Redukcija karboksilnih kislin, aldehidov, ketonov in estrov vodi do alkoholov.
Redukcija etanala (nastane etanol):
CH3
CHOLiAlH
4
CH3CH
2OH
Nastanek etrovSimetrični etri nastanejo z odcepom molekule vode iz dveh molekul alkohola.
Nastanek dietil etra:
CH3CH
2OH + HOCH
2CH
3CH
3CH
2OCH
2CH
3 + H
2O
H2SO
4, Δ
Nastanek estrovEstri nastanejo pri ravnotežni reakciji med kislino in alkoholom.
Nastanek metil etanoata:H
2SO
4, Δ
CH3COOH HOCH
3CH
3COOCH
3H
2O
PolimerizacijaMajhne molekule (monomeri) se povežejo v večje molekule − makromolekule (poli-
mere). Polimeri imajo ponavljajoče se strukturne dele. Vrste polimerizacije:
adicijska polimerizacija (poliadicija) − monomeri se združijo v polimer s pripajanjem.
Poliadicija etena (nastane polieten):
nCH
2CH
2CH
2n CH
2
kondenzacijska polimerizacija (polikondenzacija) − monomeri se združijo v poli-
mer z odcepom manjše molekule, nastanejo poliestri, polietri, poliamidi ...
Polikondenzacija benzen-1,4-dikarboksilne kisline in etan-1,2-diola (nastanek poliestra):
–2nH2O
n
n n CH2
CH2
C
O
C OCH2CH
2O
OOH OHCOOH
COOH
CIP - Kataložni zapis o publikacijiNarodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana
54(035)
SMRDU, Andrej Srednješolski plonk. Kemija / [avtor Andrej Smrdu]. - 2. izd. - Ljubljana : Rokus Klett, 2011
ISBN 978-961-271-138-21. Gl. stv. nasl.256704512
Avtor: Andrej SmrduStrokovni pregled: dr. Jurij Reščič, dr. Iztok Devetak,
mag. Vesna PahorJezikovni pregled: Katja KrižnikUrednica: Jelka Pogačnik
Oblikovanje in prelom: Boštjan Brecelj, Mediaklip d. o. o.Direktor produkcije: Klemen Fedran
Izdala in založila: Založba Rokus Klett, d. o. o.Za založbo: Maruša Kmet
2. izdajaNaklada: 2.000 izvodovTisk: Foliart Ltd.
Ljubljana, 2011 9 789612
ISBN 978-961-271-138-2
711382
4,50 EUR