kemija ruic

Uploaded by: www.perpetuum-lab.com

1

REPETITORIJ IZ KEMIJE Renata Ruić

Kemija ispituje sastav i svojstva tvari, načine kako od jednostavnih tvari nastaju složenije i kako složene tvari možemo rastaviti na jednostavnije te zakonitosti po kojima se odvijaju te promjene. TVARI KEMIJSKA bitno se mijenja sastav tvari tj. produkt kemijske promjene nije više PROMJENA : ista tvar kao ona prije nje FIZIČKA mijenja se samo oblik odnosno energetsko stanje tvari a sastav tvari ostaje PROMJENA : nepromijenjen TVAR: bilo koja vrst materije, ima masu i zauzima prostor .Dijele se na homogene i heterogene. Homogene tvari u cijeloj svojoj masi imaju ista fizikalna svojstva, a heterogene su sastavljene od raznih homogenih tvari. HOMOGENE : dijele se na čiste tvari i homogene smjese TVARI - čiste tvari su homogene tvari točno odreñenog i stalnog kemijskog sastava

- homogene smjese se smjese čistih tvari ( zrak, more); pojedine sastojke ne možemo razlikovati golim okom, povećalom ili mikroskopom

HETEROGENE - smjese u kojima se mogu uočiti pojedine tvari različitih svojstava

SMJESE : - kaže se za njih da su višefazni sustavi (granit, dim, mlijeko*, magla)

ČISTE - dijele se na elemente i spojeve TVARI : - elementi su jednostavne čiste tvari koje se ne mogu kemijskim reakcijama rastaviti na druge čiste tvari. Svaki je element sastavljen od sitnih čestica - atoma

- spojevi su čiste tvari koje se kemijskom reakcijom mogu rastaviti na elemente - čiste tvari možemo odijeliti iz smjese isparavanjem, sedimentacijom, filtracijom, sublimacijom, kristalizacijom, destilacijom, flotacijom, kromatografijom, magnetom, dekantiranjem, ekstrakcijom

KROMATOGRAFIJA: - tehnika odvajanja komponenata smjese na temelju njihovih različitih ravnoteža razdiobe izmeñu pokretne i nepokretne faze; na temelju različite brzine putovanja iona po nepokretnoj fazi (plinska, papirna). Adsorpcija je pojava da se na graničnoj površini izmeñu dviju faza (površini čvrstog tijela okruženog tekućinom ili plinom) nakuplja neka tvar u koncentraciji većoj nego što vlada u unutrašnjosti susjednih faza. Tvar na kojoj se vrši adsorpcija naziva se adsorbens. Za dobre adsorbense karakteristično je da imaju vrlo veliku površinu. Apsorpcija je pojava da tvar iz jedne faze prolazi graničnu površinu i u drugoj se fazi više ili manje jednolično raspodjeljuje u koncentraciji većoj nego što je u unutrašnjosti prve faze. FLOTACIJA: postupak odjeljivanja hidrofobne čvrste tvari od hidrofilnih pomoću mjehurića zraka; propuhivanjem zraka kroz suspenziju, u koju su dodane tvari za lakše stvaranje pjene, stvaraju se mjehurići zraka koji se hvataju na hidrofobnu tvar i iznose je na površinu. SEDIMENTIRANJE: postupak odjeljivanja specifično teže suspendirane tvari od otopine. Čvrsta tvar se

.hr


2

slegne na dno a tekućina se iznad nje odlije (dekantira). FRAKCIJSKA KRISTALIZACIJA: metoda razdvajanja smjese topljivih spojeva na osnovu različite topljivosti spojeva na različitim temperaturama. Hlañenjem otopine, najmanje topljiva komponenta će se prva iskristalizirati ostavljajući ostale u otopini. KEMIJSKA ANALIZA: odnosi se na odreñivanje sastojaka nekog uzorka, ali i na rastavljanje spojeva na elemente. Spojevi se razlažu na elemente pirolizom, fotolizom, elektrolizom, termičkom disocijaciojm. PIROLIZA: razgradnja neke tvari pod utjecajem topline, bez prisustva zraka, npr. suha destilacija. MINERALNE TVARI: homogeni prirodni sastojci Zemljine kore. Kad ih koristimo za dobivanje metala nazivamo ih rudama. RASPROSTRANJENOST - ona ovisi o uvjetima u kojima se tvari nalaze; u svemiru ima najviše H pa

ELEMENATA :

He, u suncima isto; prema središtu Zemlje se nalaze sve više težih elemenata, tako u jezgri ima najviše Fe (njega po masenom udjelu ima najviše na cijeloj planeti); U Zemljinoj kori ima najviše O, pa Si pa Al.

AGREGATNO - pojedinih tvari ovisi o privlačnim silama koje djeluju izmeñu čestica od kojih su tvari STANJE grañene; agregatno stanje je naziv za oblike u kojima se može pojaviti materija. Postoje tri agregatna stanja: čvrsto, tekuće i plinovito. Zagrijavanjem prelazi čvrsta tvar na temperaturi tališta u tekućinu. Zagrijavamo li tekućinu i dalje, na temperaturi vrelišta ona prelazi u plinovito stanje - paru. SUBLIMACIJA: prijelaz tvari iz čvrstog izravno u plinovito stanje bez prethodnog prijelaza u tekućinu. suhi led (smrznuti CO2) na sobnoj temperaturi sublimira. Sublimiraju naftalen, jod , amonijev klorid.

TALIŠTE: temperatura pri kojoj čvrsta tvar prelazi u tekuće stanje pri normalnom tlaku. Mnogo točnija definicija tališta (ili ledišta) jest da je to temperatura pri kojoj su čvrsta i tekuća faza neka tvari pri odreñenom tlaku u ravnoteži. Čiste tvari, za razliku od smjesa, imaju oštro definirano talište karakteristično za tu tvar. Hoće li se koristiti naziv talište ili ledište, ovisi o tome da li se tvar zagrijava ili hladi.

VRELIŠTE: temperatura kod koje je tlak pare tekućine jednak vanjskom tlaku. Standardna točka vrenja tekućine je ona kod koje je tlak pare tekućine jednak standardnom atmosferskom tlaku (101 325 Pa). TEMPERATURA: veličina koja označava mjeru srednje kinetičke energije kretanja čestica. SI jedinica temperature je kelvin (K). ČVRSTE TOČKE: izraz za temperaturu tališta i vrelišta čistih tvari, jer one mogu imati samo jednu temperaturu tališta i jednu temperaturu vrelišta za razliku od smjesa. FAZA: homogeni dio nekog heterogenog sustava koji je odijeljen fizičkom granicom od drugih homogenih dijelova tog sustava u kojoj tvar ima ista fizikalna svojstva. Na granici faza dolazi do naglih promjena fizičkih svojstava.

FAZNI DIJAGRAM: pokazuje ravnotežna stanja koja se uspostavljaju, pri odreñenim uvjetima, izmeñu pojedinih agregatnih stanja ili faza. Krivulje na faznom dijagramu vode prikazuju ravnotežna stanja izmeñu dviju faza. Sve tri krivulje sijeku se u trojnoj točki.

TROJNA TOČKA: točka u p,T faznom dijagramu gdje su čvrsta, tekuća i plinska faza tvari u termodinamičkoj ravnoteži.

.hr


3

KRITIČNA TEMPERATURA: krivulja isparavanja vode u faznom dijagramu završava u točki K. Iznad te temperature (kritična temperatura) ni u kojim uvjetima ne može se vodena para prevesti u tekuće stanje.

ATOM ATOM: je stabilan sustav jedne jezgre i odreñenog broja elektrona; najsitniji dio elementa koji još uvijek predstavlja dotični element NUKLEONI: su protoni i neutroni zajedno (nalaze se u jezgri) PROTON: elementarna čestica čija je masa približno jednaka atomskoj jedinici mase (1,673 ⋅ 10-27 kg). Proton posjeduje elementarni naboj pozitivnog predznaka (1,602 ⋅ 10-19 C) ELEKTRON: je elementarna čestica čija je masa približno 1836 manja od atomske jedinice mase (9,109 ⋅ 10-31 kg). Elektron posjeduje negativni električni naboj (-1,602 ⋅ 10-19 C). NEUTRON: nema električnog naboja. Masa mu je gotovo jednaka masi protona, odnosno atomskoj jedinici mase(1,675 ⋅ 10-27 kg). Oni sljepljuju protone u jezgri smanjujući odbojnu silu izmeñu protona. ELEMENTARNI NABOJ: najmanji mogući naboj; iznosi 1,602 ⋅ 10-19 C; oznaka mu je 'e'. NABOJNI BROJ: oznaka je 'z'; omjer električnog naboja Q i elementarnog naboja e. MASENI BROJ: broj protona i broj neutrona u jezgri. Maseni ili nukleonski broj (A) ukupni je broj protona i neutrona sadržanih u atomskoj jezgri. Označuje se kao lijevi superskript (2H). ATOMSKI BROJ: označava se sa Z; broj protona u jezgri atoma. Broj elektrona u omotaču jednak je broju protona u jezgri atoma. Atomi različitih elemenata razlikuju se po broju protona u jezgri. Brojem protona u jezgri odreñen je kemijski element kojem pripada taj atom. IZOTOPI: su atomi istog atomskog ili rednog broja, a različitog masenog broja; prosječna relativna atomska masa može se izračunati ako je poznat izotopni sastav. IZOBARI: atomi različitih elemenata istog masenog broja; razlikuju po kemijskim svojstvima, jer su to različiti kemijski elementi. NUKLIDI: su atomi odreñenog atomskog i masenog broja. MONONUKLIDI: su elementarne tvari koje se sastoje od samo jedne vrste nuklida (ima ih 20 u prirodi, npr. B, F, Na i F). Svi ostali su polinuklidni elementi (kositar ima 10 stabilnih izotopa).

MASENA SPEKTROMETRIJA: analitička tehnika u kojoj se ioni razdvajaju na osnovi odnosa masa/naboj (m/e) i identificiraju na odgovarajućem detektoru – spektrometru (spektrografu) masa. Različite molekule mogu se identificirati po njihovom karakterističnom masenom spektru.

SPEKTAR: Elektromagnetski valovi različitih frekvencija. Spektar je prikaz ovisnosti snage zračenja o valnoj duljini (ili frekvenciji). Spektri mogu biti kontinuirani i linijski spektar

.hr


4

LINIJSKI SPEKTRI: nastaju disperzijom svjetlosti koju emitiraju pobuñeni jednoatomni plinovi i pare metala. Pojedinačna vrsta atoma, kada je van dometa utjecaja neistovrsnih atoma, emitira elektromagnetsko zračenje (uglavnom u vidljivom dijelu spektra) pri prijelazu elektrona sa više na niže energetske nivoe. Stoga su valne duljine koje se emitiraju karakteristične za danu vrstu atoma. KONTINUIRANI SPEKTAR: nastaje disperzijom idealne bijele svjetlosti koja sadrži fotone svih valnih duljina vidljive svjetlosti. Sve užarene čvrste tvari daju spektar u kojem jedna boja prelazi u drugu. BOHROV ATOM je model atoma koji objašnjava emisijski i apsorpcijski spektar kao posljedicu prijelaza elektrona izmeñu dvaju stanja, stacionarnog i pobuñenog. Pretpostavlja postojanje definiranih putanja elektrona unutar atoma, što je u suprotnosti s Heisenbergovim principom neodreñenosti elektrona. KVANT ENERGIJE: kvant je najmanja količina energije koja se može emitirati odreñenom frekvencijom. Energija se predaje ili prima samo u iznosima koji su cijeli broj kvanta. Energija kvanta (E) iznosi E = h·ν, gdje je h Planckova konstanta s vrijednošću 6.63·10-34 J s a ν frekvencija elektromagnetskog zračenja. HEISENBERGOV PRINCIP NEODREðENOSTI kaže da je nemoguće istodobno točno ustanoviti brzinu elektrona i njegov položaj u prostoru. Ako se točno odredi položaj elektrona u prostoru, potpuno je neodreñena njegova brzina i obratno. Ovaj princip neodreñenosti dao je 1927. njemački fizičar Werner Heisenberg (1901.-1976.). KVANTNI BROJEVI: označavaju energetski nivo, kutni, magnetski moment i spin elektrona u atomu (opisuju udaljenost, oblik i orijentaciju elektronskih orbitala*). Prva tri kvantna broja (n, l i m) nazivaju se atomskim orbitalama. Ima 4 kvantna broja; njihovi simboli su n, l, m i s. Svaki elektron ima specifični, jedinstveni set ovih 4 kvantna broja. Kvantni brojevi su vrijednosti u jednadžbama koje opisuju ponašanje svakog elektrona. 1. Glavni kvantni broj n: n = 1,2,3,4, itd. n ne može NIKAD biti manji od 1 i uvijek je cijeli broj. 2. Azimutni kvantni broj l: l = 0,1,2,3,… n-1 uvijek je cijeli broj i uvijek je manji od n 3. Magnetski kvantni broj m: m = -l,…0,…+l npr: ako je l= 2 , tad je m –2,-1,0,+1,+2 4. Spin: spin je svojstvo elektrona koja nije u vezi sa sfernim spinom (okretanjem oko svoje osi). U početku se tako mislilo, ali je ubrzo izašlo na vidjelo da se elektron ne može vrtiti oko svoje osi kao Zemlja oko svoje. Kad bi elektron to mogao, njegova površina bi se morala kretati 10 puta brže od brzine svjetlosti. Spin je unutrašnji kinetički moment osnovne čestice i odgovoran je za magnetski moment čestice: s = +1/2 ili –1/2 najprije se elektronu pridoda vrijednost +1/2 s istim vrijednostima n, l i m, a slijedećem -1/2 s istim vrijednostima n, l i m. ELEKTRONSKI oko jezgre svakog atoma postoje elektroni i tako čine omotač oko jezgre.

OMOTAČ : Promjer elektronskog omotača jednak je promjeru atoma.

- svi elektroni u atomu nemaju jednaku energiju. S obzirom na sadržaj energije pojedinih elektrona u atomu, elektroni se mogu oko jezgre atoma rasporediti u 7 ljusaka (n): K, L, M, N, O, P i Q. Najveći mogući broj elektrona u odreñenoj ljuski je 2n2. Elektroni unutar jedne ljuske nemaju jednaku energiju. Zato se unutar svake ljuske razlikuju još i podljuske: s, p, d i f. Unutar pojedine podljuske elektroni zaposjedaju različite orbitale.

- energija svake ljuske točno je odreñena i zato se energija elektrona može mijenjati samo skokovito, pa kažemo da su energije kvantizirane.

.hr


5

ORBITALA: matematička funkcija pomoću kojih se izračunavaju fizikalne veličine stanja elektrona (energija); područje oko atoma ili molekule u kojem je vjerojatnost nalaženja elektrona najveća. Moguće atomske orbitale odgovaraju podljuskama atoma. Tako postoji jedna s-orbitala za svaku ljusku (orbital kvantni broj l = 0). Zatim su tu tri p-orbitale (koje odgovaraju trima vrijednostima l), pet d-orbitala i sedam f-orbitala. VJEROJATNOST Posljedica načela neodreñenosti jest da se elektronu u atomu ne može pripisati NALAŽENJA : orbita oko jezgre. Može se govoriti samo o vjerojatnosti nalaženja elektrona u ELEKTRONA odreñenom području. Taj prostor vjerojatnosti nalaženja elektrona može se predočiti kao elektronsko oblak različite gustoće. PAULIJEVO NAČELO ISKLJUČENJA: svaka orbitala može primiti najviše dva elektrona uz uvjet da se ta dva elektron elektrona razlikuju svojim spinom. ELEKTRONSKA KONFIGURACIJA: raspodjela elektrona po ljuskama, podljuskama i orbitalama. Ge = 2, 8, 18, 4 HUNDOVO PRAVILO: Elektroni teže da se raspodjele na što više orbitala tako da im spinovi ostanu paralelni. VALENTNI ELEKTRONI: elektroni zadnje ljuske (valentne) koja se popunjava u atomu. PERIODNI SUSTAV ELEMENATA PERIODNI: odražava grañu atoma, tj. njegovu elektronsku strukturu. PSE je sustav tablica u kojoj SUSTAV su svi elementi složeni na temelju fizičkih i kemijskih svojstava. Lavoisier – podjela na metale i nemetale, Dobereinier – trijade na osnovu atomskih masa, Newlands - zakon oktava (atomske mase + kemijska svojstva), Mendeljejev – periodni zakon. Elementi su svrstani u 18 vertikalnih skupina i 7 horizontalnih perioda. Svaka skupina (kolona tablice) sadrži elemente koji imaju slična svojstva. Broj koji odreñuje položaj elementa u periodnom sustavu, odnosno vrstu atoma, naziva se redni ili atomski broj. Svojstva elemenata periodična su funkcija njihovog rastućeg atomskog broja. Uzrok periodične promjene svojstava elemenata jest njihova elektronska konfiguracija. Elementi iste grupe imaju slična svojstva, pa možemo zaključiti da o strukturi vanjske ljuske ovise svojstva tvari. Osim kemijskih svojstava mijenjaju se i fizička svojstva elemenata: radijus atoma, energija ionizacije, kemijski afinitet, elektronegativnost, i mnoga druga, a većina tih svojstava ovisi o elektronskoj konfiguraciji atoma. POLUMETALI: (polukovine, metaloidi) čine prijelaz izmeñu metala i nemetala. To su elementi: bor (B), silicij (Si), germanij (Ge), arsen (As), antimon (Sb), telurij (Te) i polonij (Po). Neki autori svrstavaju i selen u polumetale (Se). Iako se uglavnom ponašaju kao nemetali, polumetali mogu u odreñenoj mjeri voditi električnu struju. Oni su od neprocjenjive vrijednosti u proizvodnji poluvodiča za elektronsku industriju. PERIODA: Svojstva elemenata periodična su funkcija njihovog rastućeg atomskog broja. Elementi su stoga svrstani u sedam horizontalnih redova koje nazivamo periodama. Svaka perioda počinje vodikom ili alkalijskim elementom a završava plemenitim plinom. Prva – vrlo kratka perioda, druga i treća perioda – kratke, četvrta i peta duge, šesta je vrlo duga i sedma nedovršena.

.hr


6

RADIJUS ATOMA: atomi i molekule nemaju oštrih granica. Kao volumen slobodnog atoma obično se definira onaj volumen koji sadrži 90 % elektronskog oblaka. Radijus atoma predstavlja polovicu meñuatomske udaljenosti dvaju istovrsnih atoma, koji su u dodiru, ali nisu meñusobno povezani ni kovalentnom ni ionskom vezom, već vrlo slabom van der Waalsovom vezom. ENERGIJA IONIZACIJE: energija potrebna da se oduzme elektron iz atoma koji je u plinovitom stanju. Ona raste unutar periode i pada unutar grupe. AFINITET PREMA ELEKTRONU: jest promjena energije koja se dogodi kada se elektron dovede neutralnom atomu koji je u plinovitom agregatnom stanju. Definira se još i kao energija ionizacije aniona. On raste unutar periode (energija se oslobaña) a unutar grupe pada ELEKTRONEGATIVNOST: sposobnost atoma nekog elementa da oduzme elektron atomu drugog elementa s kojim je kemijski vezan. Elektronegativnost je snaga kojom atom pojedinog elementa privlači elektrone. L. Pauling je, odreñivanjem energije kemijske veze, dao svoju skalu relativnih elektronegativnosti. Na toj skali fluor ima najveću elektronegativnost (4), a francij najmanju (0.7). Što atom ima veću elektronegativnost, to jače privlači elektrone, a što je veća razlika u elektronegativnosti izmeñu elemenata, to je veći stupanj ionskog karaktera veze izmeñu njihovih atoma. Kad je razlika u relativnoj elektronegativnosti 1.9, udio je ionskog karaktera veze oko 50 %.

- povezuje se s energijom ionizacije i elektronskim afinitetom: što je veća energija ionizacije (teže daje elektron) i veći elektronski afinitet (lakše uzima elektron) veća je i elektronegativnost

- raste unutar periode i pada unutar grupe. KEMIJSKE FORMULE I JEDNADŽBE KEMIJSKI SIMBOL: skraćeni način prikazivanja elemenata u formuli ili jednadžbi. Svaki simbol predstavlja kvantitativno jedan atom a kvalitativno vrstu elementa. KEMIJSKA REAKCIJA: promjena kemijskih svojstava tvari koje meñusobno reagiraju. Kemijsku reakciju možemo prikazati kemijskom jednadžbom. KEMIJSKA JEDNADŽBA: način prikazivanja kemijske reakcije upotrebom simbola za reagirajuće čestice (atome, molekule, ione itd.). Na lijevoj strani jednadžbe pišemo formule ili simbole čestica koje stupaju u kemijsku reakciju, reaktante. Na desnoj strani jednadžbe pišemo formule ili simbole čestica koje nastaju kemijskom reakcijom, produkte. Kod reverzibilnih reakcija umjesto znaka jednakosti stavlja se dvostruka strelica a kod ireverzibilnih jednostruka. Ako reakcija sadrži više faza, uobičajeno je staviti oznaku faze u zagrade neposredno iz formule. aA + bB →cC + d.d. Brojevi a, b, c i d pokazuju relativni broj molekula koje sudjeluju u reakciji i nazivaju se stehiometrijski koeficijenti. Ako je suma stehiometrijskih koeficijenata jednaka nuli, reakcija je uravnotežena. Poznavanje jednadžbe kemijske reakcije omogućuje nam da odredimo količine meñusobno ekvivalentnih tvari. ČETIRI TEMELJNA 1) Lavoisier: zakon o održanju mase: ukupna masa svih tvari u kemijskoj STEHIOMETRIJSKA: reakciji ne mijenja se tijekom kemijske reakcije. ZAKONA 2) Proust: zakon stalnih omjera masa: dva ili više kemijskih elemenata uvijek se

.hr


7

meñusobno spaja u stalnom omjeru njihovih masa. 3) Dalton: zakon umnoženih omjera: kada se dva elementa spajaju tako da daju više od jednog kemijskog spoja, onda se mase odnose kao mali cijeli brojevi. 4) Gay-Lussac: zakon stalnih volumnih omjera: pri istom tlaku i temperaturi volumeni plinova koji meñusobno reagiraju ili nastaju kemijskom reakcijom, odnose se kao mali cijeli brojevi. KEMIJSKA FORMULA: izraz kojim označavamo molekule elementarnih tvari i kemijskih spojeva MOLEKULSKA FORMULA: kemijska formula koja prikazuje pravi sastav molekule (točan broj i vrstu atoma u molekuli). EMPIRIJSKA FORMULA: pokazuje vrstu i najmanji omjer broja atoma od kojih je sastavljena tvar FORMULSKA JEDINKA: pokazuje vrstu i najmanji omjer svih iona u spoju koji ima ionsku vezu UNIFICIRANA ATOMSKA : 1/12 mase atoma ugljika C-12, koja iznosi: JEDINICA MASE u = 1,6605 ⋅ 10-27 kg RELATIVNA - (Ar) jest broj koji kazuje koliko je puta veća masa atoma od unificirane atomske ATOMSKA : jedinice mase. MASA - Ar (E) = ma / u RELATIVNA - jest broj koji pokazuje koliko je puta masa neke molekule veća od 1/12 mase atoma MOLEKULSKA: ugljikova izotopa C-12. Jednaka je zbroju relativnih atomskih masa svih atoma MASA od kojih je izgrañena molekula (Mr). MOL: - je ona količina tvari definirane kemijske formule koja sadrži isto toliko formulskih jedinki (atoma, molekula, elektrona, iona i drugih jedinki ) koliko ima u točno 12 g izotopa ugljika C -12 - on sadrži 6,022 * 1023 jedinki i taj broj se naziva Avogadrovim brojem (N). - n = m/M n = N/L n = V/V (mol) MOLARNA MASA: masa 1 mol bilo koje tvari; omjer mase tvari i količine tvari: M = m/n - brojčana vrijednost molarne mase jednaka je brojčanoj vrijednosti relativne molekulske mase, odnosno relativne atomske mase izražene jedinicom g/mol: M= Mr g/mol, tj. M=Ar g/mol. AVOGADROVA KONSTANTA: jednaka je omjeru broja jedinki i količine tih jedinki NA = L = N/n i za 1 mol iznosi 6,022 * 1023 mol-1 . AVOGADROV ZAKON: kaže da jednaki volumeni različitih plinova pri istoj temperaturi i tlaku sadrže jednak broj čestica. MOLARNI VOLUMEN: omjer volumena nekog plina i njegove količine (Vm). Uzme li se 1 mol plina, on će pri standardnim uvjetima zauzimati volumen od 22,4 dm3. Standardni uvjeti su 0o C i 101325 Pa. KEMIJSKA VEZA I STRUKTURA MOLEKULE KEMIJSKA VEZA: Atomi pri meñusobnom spajanju nastoje ostvariti elektronsku konfiguraciju najbližeg plemenitog plina, odnosno oktet elektrona u vanjskoj ljusci. Oktet je stabilan jer je tada

.hr


8

energije ionizacije prevelika a elektronski afinitet premali da bi bilo energetske prednosti pri daljnjem premještanju elektrona. Teorija razvijena na osnovi tog modela poznata je kao Lewisova teorija kemijske veze. Kako se meñusobno vezivanje atoma i molekula može ostvariti na više načina, razlikuju se tri tipa kemijske veze: ionska, kovalentna i metalna.

- kriterij za stvaranje veze je da premještanje elektrona mora pratiti smanjenje energije DISOCIJACIJSKA ENERGIJA: energija potrebna za kidanje jedne veze; energija kemijske veze tj. energija potrebna da se molekula rastavi na atome IONSKA VEZA: nastaje meñusobnim privlačenjem različito nabijenih iona. Prije toga mora doći do prelaska elektrona s jednog atoma na drugi. Javlja se izmeñu metala i nemetala. Veličina privlačne sile izmeñu iona suprotnog naboja ovisi o veličini i meñusobnom razmaku iona. Što je naboj iona veći, privlačne sile bit će veće. Što je razmak meñu njima manji, privlačne sile su veće. IONI: električki nabijene čestice bez obzira na vrstu naboja. Za svaki ion karakteristična je veličina njegova radijusa jer i o njemu ovisi (kao i o veličini naboja) jakost privlačne sile izmeñu iona Kationi su pozitivno nabijeni ioni, a anioni su negativno nabijeni ioni. KOVALENTNA VEZA: nastaje tako da atomi zajednički dijele elektronski par. Javlja se izmeñu atoma nemetala. Jedan zajednički elektronski par odgovara jednoj vezi. Oni elektronski parovi koji ne sudjeluju u vezi, tj. nisu podijeljeni izmeñu dva atoma zovu se nepodijeljeni elektronski par. Postoji Lewisova oktetna teorija valencije, teorija valentne veze i teorija molekulske orbitale.

- dva elektronska para odgovaraju dvostrukoj kovalentnoj vezi. Ona je jača od jednostruke veze, ali slabija od dvije dvostruke veze jer su elektroni u nepovoljnijem položaju za vezivanje. Jednostruka kovalentna veza je σ veza, a svaka sljedeća koja nastaje je π veza. Veza je to jača što je duljina veze manja a energija veze veća. - tri elektronska para čine trostruku kovalentnu vezu; slabija je od tri kovalentne veze.

STRUKTURNA FORMULA: pokazuje način vezivanja i raspored atoma u molekuli. MOLEKULA: nastaje spajanjem najmanje dvaju ili više atoma kovalentnom vezom. Elektroni u molekulama zauzimaju odreñene energetske nivoe koji se zovu molekulske orbitale. Molekulske orbitale nastaju preklapanjem atomskih orbitala. GEOMETRIJSKA – kako su orbitale usmjerene u prostoru, tako i nastale kovalnetne veze imaju točno STRUKTURA: odreñeni raspored. Struktura molekula može se predvidjeti pomoću teorije o MOLEKULE odbijanju elektronskih parova valentne ljuske (VSEPR). Najjače se odbijaju nepodijeljeni i nepodijeljeni elektronski par, pa podijeljeni i nepodijeljeni, zatim podijeljeni i podijeljeni. U metanu je kut 109,5o, u amonijaku 107o, a u vodi 104,5o. ODSTUPANJE OD - javlja se kad zbroj podijeljenih i nepodijeljenih elektronskih parova nije četiri. PRAVILA OKTETA Najčešće se javlja kod molekula koje za stvaranje kovalentne veze osim s i p orbitala, mogu angažirati i d orbitale. VALENCIJA: svojstvo atoma nekog elementa da se spaja s odreñenim brojem atoma nekog drugog elementa ili svojstvo atoma nekog elementa da se veže s jednim ili više atoma vodika.

- veza izmeñu atoma, a odatle i valencija uzrokovana je elektronskom strukturom atoma, odnosno valentnim elektronima (elektronima vanjske ljuske). U kovalentnoj vezi valencija je jednaka broju zajedničkih elektronskih parova preko kojih je dotični atom vezan s drugim atomima. - valencija pojedinog elementa u ionskom spoju jednaka je broju elementarnih naboja što ih nose

.hr


9

ioni tog elementa u spoju. Gubljenjem elektrona atom dobija pozitivan naboj; primanjem elektrona atom dobija negativan naboj.

KOVALENTNI RADIJUS: jednak je polovici udaljenosti izmeñu jezgara u molekuli elementarne tvari, tj. polovini duljine kovalentne veze. VAN DER WAALSOV RADIJUS: je polovina udaljenosti izmeñu jezgara istovrsnih atoma koji su u dodiru, u tekućini ili kristalnoj rešetki, a nisu meñusobno povezani kemijskom vezom. POLARNOST MOLEKULE: nastaje kad su u vezi elementi različite elektronegativnosti. Tad je težište zajedničkog elektronskog para pomaknuto bliže elektronegativnijem elementu i kao rezultat javlja se negativan pol (višak elektrona na jednom mjestu) i pozitivan pol. Takva molekula se ponaša kao dipol. MEðUMOLEKULSKE SILE: javljaju se izmeñu molekula; njihovo postojanje utječe na povišenje tališta i vrelišta tvari. Razlikujemo Van der Waalsove, Londonove i vodikove meñumolekulske sile. VAN DER WAALSOVE SILE: javljaju se izmeñu polarnih molekula, uslijed elektrostatskih privlačenja izmeñu različitih polova. Neki autori sve meñumolekulske privlačne sile nazivaju zajedničkim imenom van der Waalsovim silama. One su prisutne u svim tvarima. Ovise o meñumolekulskom razmaku (ravnoteža privlačnih i odbojnih sila) polarnosti i veličini molekula. Što su molekule veće, to je meñu njima više meñumolekulskih sila, a svaki dodir pridonosi meñumolekulskoj privlačnoj sili. LONDONOVE - javljaju se izmeñu nepolarnih molekula. U nepolarnim molekulama dolazi do PRIVLAČNE: trenutačne nesimetrične raspodjele pozitivnog i negativnog naboja što je dovoljno SILE da nastanu ove slabe privlačne sile. Ove sile se još nazivaju disperzijskim silama. One su posljedica usklañivanja elektronske gustoće u blizini dodira atoma. Dok je u blizini dodira elektronska gustoća u jednom atomu velika, u drugom je mala i obrnuto. Uvijek je u jednom atomu jezgra manje zastrta negativnim nabojem nego u drugome, što uzrokuje da se jezgra i susjedni oblak uvije privlače. VODIKOVA - nastaje izmeñu polarnih molekula koje sadrže vodik VEZA - odgovorna je za povišena vrelišta tih polarnih molekula, za anomaliju vode u gustoći te za električnu provodnost leda i vode. Vodikovi atomi, tj. protoni mogu preskakati s jedne molekule na drugu te tako stvarati privremene oksonijeve i hidroksidne ione - ovakav način provoñenja struje naziva se protonska provodnost. Led bolje provodi struju od vode. POLARIZIBILNOST: sposobnost elektronskog oblaka da se u molekuli deformira, pod utjecajem okolnih molekula. Ona raste s brojem elektrona u molekuli. METALNA VEZA: Teorija elektronskih vrpci (teorija molekulskih orbitala): kristal koji se sastoji od N atoma, formirati će N energetskih nivoa analognih molekulskim orbitalama. Atomi donose svoje atomske orbitale koje se cijepaju na one s višom energijom (nevezne) i one s nižom (vezne) energijom. Svaki energijski nivo može primiti dva elektrona, a elektroni zaposjedaju one orbitale s nižom energijom. Energijski nivoi u kristalima bliski su po energiji pa kažemo da se formiraju vrpce nivoa ili zone. Oni energijski nivoi koji su popunjeni elektronima zovu se valentna vrpca, a prazni energetski nivoi vodljiva vrpca. Teorija elektronskog plina: metalni kristali su kationi metala uronjeni i more elektrona.

.hr


10

KRISTALI KRISTALI: - su geometrijska tijela pravilne unutrašnje grañe. To su tvari koje imaju visoko ureñeni razmještaj čestica u tri dimenzije. Kristalni oblik karakterističan je za većinu čvrstih tvari, posebno za minerale. AMORFNE TVARI : tvari stalnog oblika koje nemaju pravilnu unutrašnju grañu (staklo, smola, plastične mase). Nemaju točno odreñenu temperaturu tališta. SIMETRIJA: svojstvo molekule koje se vidi kada se molekula promatra iz različitih kutova (uvijek ima isti oblik). KRISTALNA REŠETKA: opisuje zakonitost po kojoj se raspored istovrsnih čestica periodički ponavlja u kristalu. Najmanji dio kristalne rešetke kojim se može izgraditi čitava kristalna rešetka periodičkim ponavljanjem naziva se elementarnom ćelijom kristalne rešetke.

- ima sedam kristalnih sustava posebnih karakteristika: kubični, heksagonski, tetragonski, trigonski, (romboedarski), rompski i monoklinski.

ENERGIJA KRISTALNE - utrošak energije potreban da bi se razorila kristalna REŠETKE rešetka MOLEKULSKI - svi kristali koji su izgrañeni od molekula tvari KRISTALI - svojstva molekulskih kristala posljedica su slabih privlačnih sila izmeñu molekula; imaju niska tališta i malu tvrdoću. Neki autori u molekulske kristale svrstavaju kristale plemenitih plinova jer iako su napravljeni od atoma, zbog slabe privlačne sile – Londonove (Van der Walsove), imaju niska tališta i vrelišta, što je karakteristika, upravo, molekulskih kristala. IONSKI - kristali izgrañeni od iona. Karakteristično svojstvo ovih kristala je kalavost smjerom KRISTALI odreñenih ploha. Kristali se kalaju smjerom onih ravnina izmeñu kojih vladaju najslabije privlačne sile; imaju visoka tališta, veliku tvrdoću i u čvrstom stanju ne vode struju. Privlačna sila izmeñu iona suprotnog naboja je to veća što je njihov naboj veći, a razmak meñu njima manji. ATOMSKI KRISTALI: postoje tri tipa atomskih kristala, jedni samo s kovalentnom vezom (dijamant, silicij, germanij), drugi s kovalentnom i Van der Waalsovom vezom (grafit) te treći tip koji imaju amo Van dwr Waalsovu (Londonovu) vezu izmeñu atoma (ukapljeni neon ili argon i sl.). Ovisno o vrsti veze izmeñu atoma javljaju se različita fizikalna svojstva ovih kristala. Kod kristala gdje je prisutna samo kovalentna veza, tamo je velika tvrdoća, netopljivi su u svim otapalima, vrlo visoko talište i te tvari su izolatori. Grafit, koji ima i kovalentnu i Van der Waalsovu vezu, je mekan, masna opipa, topljiv u tekućim metalima, provodi struju i ima visoko talište. Pri normalnim tlakovima i temperaturama, tekućine i kristali od atoma koji su povezani Londonovom vezom ne postoje, toliko je slaba ta veza. KRISTALNA - atomi metala se slažu poput kuglica, nastojeći pri tome da što je moguće više ispune STRUKTURA: prostor. Cu, Ag, Au, i dr. imaju strukturu kubične guste slagaline; METALA - Mg, Cd, Zn, imaju strukturu heksagonske guste slagaline; Na, K, Rb, i Cs imaju raspored prostorno centrirane kocke. Mehanička svojstva metala su posljedica prirode metalne veze meñu njihovim atomima. Kada na kristal djeluje vanjska mehanička sila, počinje klizanje atoma. Klizanje neprekidno prati pokretljivi oblak elektrona, tako da se ne kida nikakva veza.

.hr


11

Zato se metali mogu kovati, valjati, itd. Pri tome se samo usitnjavaju kristali i deformira se kristalna rešetka. VODIČI: - popunjeni i prazni energetski nivoi su blizu tako da elektroni bez zapreke prelaze iz valentne u vodljivu vrpcu, ili se te dvije vrpce preklapaju. Prazni energetski nivoi omogućuju elektronima da pod utjecajem vanjskog elektronskog polja poprimaju veći sadržaj energije i da putuju kroz kristal, pa metal vodi električnu struju. Vodiči prvog reda su metali (vode struju elektronima) a vodiči drugog reda su elektroliti (vode struju ionima). POLUVODIČI: - izmeñu valentne i vodljive vrpce postoji energetska barijera, koja je mala pa ovakve tvari slabo vode struju. IZOLATORI: - izmeñu valentne i vodljive vrpce postoji velika energetska barijera pa ovakve tvari ne vode električnu struju. STENOOV ZAKON: - zakon stalnosti kuteva meñu plohama: kutevi meñu plohama jedne te iste tvari uvijek su jednaki. BRAGGOV ZAKON: zrake se reflektiraju od mrežnih ravnina pod kutem θ koji je jedna kutu upada; pomoću ovog zakona, tj. pomoću difrakcije rendgenskih zraka može se odrediti struktura kristala. KOORDINACIJSKI BROJ: broj istovrsnih čestica koje su jednako udaljene od čestice druge vrste u kristalu. Kod jednostavne kubične slagaline svaki atom je u dodiru s ostalih 6 (koordinacijski broj je 6), kod volumno centrirane rešetke svaki atom u dodiru je s drugih 8 atoma, a kod plošno centrirane svaki atom je u dodiru s 12 drugih atoma. ALOTROPIJA: pojavljivanje elemenata u dva ili više različitih molekulskih (kisik i ozon) ili kristalnih oblika koji imaju različita kemijska i fizikalna svojstva. Alotropija općenito opisuje pojavu polimorfizma kod elemenata, dok se polimorfija odnosi na svaku tvar koja može imati više kristalnih struktura. POLIMORFIJA: pojavljivanje čvrste tvari u više inačica s različitim kristalnim strukturama. Različiti polimorfi imaju različite rasporede atoma unutar jedinične ćelije i imaju različita fizikalna svojstva. IZOMORFIJA: pojava da dvije ili više različitih kristalnih tvari ima istu kristalnu strukturu. Npr. kalcit (CaCO3) je izomorfan s magnezitom (MgCO3) i sideritom (FeCO3). Svi imaju heksagonsku strukturu. LEGURE: - ili slitine, su smjese dvaju ili više metala. Legiranjem se mijenjaju fizička i kemijska svojstva metala. U legurama se mogu uočiti kristali metala od kojih je legura dobivena, npr. Kod legure olova s arsenom. Poznate legure su mjed (mesing) – legura bakra i cinka, bronca – legura bakra i kositra, čelik – legura željeza i 0,05 % - 1,7 % ugljika, magnalij – legura aluminija i magnezija, duraluminij – legura aluminija s bakrom, magnezijem, manganom i silicijem. INTERMETALNI SPOJ: za razliku od legura kod intermetalnog spoja, točno je definiran kemijski sastav i kristalna struktura. Svaka vrsta atoma u kristalnoj strukturi zauzima zasebno mjesto. To su npr. CuZn3, Cu5Zn8, Fe3C. SUPSTITUCIJSKE KRUTE OTOPINE: nastaju kad je u kristalnoj rešetki nekog metala, jedan dio

.hr


12

njegovih atoma statistički zamijenjen atomima drugog metala (npr. otopina cinka u bakru ako e udio cinka manji od 38 %). INTERSTICIJSKE KRUTE OTOPINE: nastaju kad atomi drugog elementa ulaze u prazne kristalne rešetke metala (npr. ugljik u kristalnoj rešetki γ-željeza). FIZIČKA SVOJSTVA TEKUĆINA TEKUĆINE: tvari koje su pri sobnoj temperaturi u tekućem agregatnom stanju. Rastaljene soli ili rastaljeni metali ne smatraju se tekućinama. Tekućine su nestlačive. Porastom temperature tekućinama se postepeno povećava volumne i raste tlak para, a smanjuje im se gustoća, viskoznost i napetost površine. MEðUMOLEKULSKE SILE – javljaju se ion-dipol sile (interakcije – primjer Na+(aq)), dipol-dipol U TEKUĆINAMA interakcije (H2O), dipol – inducirani dipol (O2 u H2O) te inducirani dipol – inducirani dipol (glicerol). Neki autori sve ove interakcije nazivaju Van der Waalsovim silama. VISKOZNOST: - unutrašnje trenje tekućine, tj. svojstvo tekućine da pruža otpor promjeni meñusobnog položaja svojih dijelova. Ovisi o vrsti tekućine i o njezinoj temperaturi; s povišenjem temperature viskoznost opada jer tada privlačne sile slabe zbog aktivnijeg gibanja čestica. Tekućine s dugolančanim molekulama imaju veću viskoznost od tekućina jednake relativne molekulske mase ali s molekulama kuglasta oblika. FLUIDNOST: recipročna vrijednost viskoznosti SPECIFIČNA TEŽINA: specifična težina tekućine je težina jedinice volumena. Današnji izraz za specifičnu težinu je relativna gustoća. GUSTOĆA: - omjer mase i volumena pri danoj temperaturi; s porastom temperature tvarima se povećava volumen pa im se smanjuje gustoća ρ = m/V g/dm3

Relativna gustoća je omjer gustoće neke tvari kod odreñene temperature (obično 20o C) i gustoće vode kod 4o C. Mjeri se aerometrom i piknometrom. SPECIFIČNI VOLUMEN: recipročna vrijednost gustoće NAPETOST POVRŠINE: sila koja djeluje okomito na jedinicu površine ili rad koji treba uložiti protiv površinskih sila da bi se površina tekućine povećala za jedinicu; to znači da molekule na površini imaju veću energiju od molekula u unutrašnjosti. Napetost površine javlja se na graničnom sloju izmeñu tekuće i plinovite faze. Omogućuje da se voda nalije malo preko ruba čaše te da su kapi žive savršeno okrugle. Odreñuje se stalagmometrom. TENZIDI: tvari koje smanjuju napetost površine. TLAK PARA TEKUĆINA: broj udaraca isparenih čestica tekućine o stjenku posude. Tlak pare iznad tekućine u stanju dinamičke ravnoteže naziva se ravnotežni tlak pare. Sve krutine i tekućine imaju tlak para. Tlak para raste s porastom temperature. Kad tlak para tekućine postane jednak atmosferskom tlaku tekućina proključa.

.hr


13

OTOPINE DISPERZNI SUSTAV: sustav u kojima je jedna tvar raspršena u drugoj; dijeli se na: 1. suspenzije, čestice su veće od 200 nm, 2. koloidni sustav (1 < č > 200 nm) i 3. prave otopine: čestice su manje od 1 nm OTOPINA: - je čvrsta ili tekuća faza koja se sastoji od dvije ili više tvari; homogena smjesa otapala (disperzno sredstvo) i otopljene tvari (disperzna faza); može biti zasićena, nezasićena i prezasićena otopina. ZASIĆENA OTOPINA: - otopina je zasićena kada se nalazi u dinamičkoj ravnoteži sa suviškom neotopljene krute tvari. SOLVATACIJA: okupljanje molekula otapala oko iona HIDRATACIJA: okupljanje molekula vode oko iona HIDRATIZIRANI IONI: ioni okruženi molekulama vode. Kationi su, uglavnom, manji od aniona pa stoga većom silom privlače molekule vode. Koordinacijski broj kationa ovisio njegovoj veličini. Tako Be2+ čini tetrahidrat (Be(OH2)

2+), a veći kationi kao Mg2+, Al3+, Fe3+ čine heksahidrate. Solvatizirani ioni su ioni okruženi molekulama otapala koje nije voda. ENERGIJA HIDRATACIJE: osloboñena energija vezanjem molekule vode na slobodne ione ENTALPIJA OTAPANJA: jednaka je zbroju entalpija kristalne rešetke otopljene tvari i entalpije hidratacije. Ako je entalpija kristalne rešetke veća od entalpije hidratacije, otapanje je endoterman proces. Ako je entalpija kristalne rešetke manja od entalpije hidratacije otapanje je egzoretman proces. DIFUZIJA: pojava neprisiljenog gibanja iona, odnosno molekula u otopini koja ima za posljedicu izjednačavanje koncentracije. TOPLJIVOST: maksimalna količina tvari koja se uz danu temperaturu može otopiti u odreñenoj količini otapala. Obično se definira kao masa tvari koja se može otopiti u 100 g vode. Plinovi i mnoge tekućine se miješaju u svim omjerima dok se čvrsta tvar otapa samo tako dugo dok otopina ne postane zasićena. U tom momentu dolazi do izjednačenja brzine otapanja i taloženja tvari, što znači da je zasićena otopina u ravnoteži s neotopljenom tvari. Kad se pri otapanju otopina hladi, odnosno kad je otapanje endoterman proces, onda topljivost tvari raste s porastom temperature a ako se pri otapanju otopina grije, odnosno otapanje je egzotermno, onda se topljivost smanjuje s porastom temperature (plinovi). Utjecaj tlaka na topljivost čvrstih i tekućih tvari je zanemariv kod otapanja, no značajan je kod fizikalnog otapanja plinova. Topljivost plinova je proporcionalna tlaku tog plina iznad otopine (Henryev zakon). Topljivost plinova koji kemijski reagiraju s vodom je uvijek vrlo velika i ne podliježe Henryevom zakonu (NH3, SO3, HF, HCl, H2S, SO2, CO2 i dr.). NERNSTOV ZAKON - ako neka tvar ima svojstvo da se otapa bez disocijacije i bez solvatacije u dva RAZDJELJENJA različita otapala koja se ne miješaju (jod u vodi i ugljikovom tetrakloridu), omjer koncentracije tvari u otapalima bit će pri stalnoj temperaturi stalan: k = cD1 /c D2. Konstanta k je koeficijent razdjeljena i ovisi samo o temperaturi, c D1 = koncentracija tvari u otapalu a, c D2 = koncentracija tvari u otapalu b. Zakon vrijedi samo ako se otopljena tvar

.hr


14

nalazi u istom molekulskom obliku u oba otapala. KOLIGATIVNA SVOJSTVA: svojstva koja ovise o broju ne i o prirodi otopljenih čestica. To su npr. tlak para otopina, povišenje vrelišta, sniženje ledišta i osmoza. Treba voditi računa o broju čestica koji nastaje disocijacijom tvari u otapalu. Ako se 1 mol tvari koja ne disocira otopi u 1000 g vode, ledište vode snizi se za 1,86 oC. 1 mol natrijeva klorida otopljenog u 1000 g vode snizi ledište za 2 ⋅ 1,86 oC, jer takva otopina sadrži 2 mola čestica otopljene tvari, 1 mol Na+ i 1 mol Cl-. TLAK PARA OTOPINA: ako se u nekom tekućem otapalu otopi neka tvar, usporiti će se proces isparavanja i tlak para će se sniziti; zato otopine imaju više vrelište od čistih otapala. IDEALNE OTOPINE: podliježu Raoultovom zakonu; otopina u kojoj su meñudjelovanja izmeñu istovrsnih čestica jednaka onima izmeñu raznovrsnih čestica. RAOULTOV ZAKON: tlak para otopina koji se nalazi u ravnoteži s razrijeñenom otopinom proporcionalan je količinskom udjelu otapala u danoj otopini: pA = p

oA xA

pA = parcijalni tlak para tvari A; poA = tlak para čiste tvari A; x A = molni udio tvari A u otopini

DALTONOV ZAKON: zbroj parcijalnih tlakova jednak je ukupnom tlaku. REALNE OTOPINE: ne podliježu Raoultovom zakonu, jer interakcije izmeñu istovrsnih i raznovrsnih čestica nisu iste. Pokazuju minimum i maksimum tlaka pare, pa se takve smjese ne mogu razdvojiti frakcijskom destilacijom, za razliku od idealnih otopina čije je razdvajanje moguće. POVIŠENJE VRELIŠTA: za danu temperaturu otopina ima niži tlak para od otapala pa je viša temperatura potrebna da otopina zavrije, tj. da tlak pare dosegne vrijednosti vanjskog tlaka. ∆ T = f ⋅ Kb ⋅ b; Kb = ebulioskopska konstanta. Ebulioksopska konstanta kaže za koliko se stupnjeva povisi vrelište otapala ako je otopina jednomolalna. SNIŽENJE LEDIŠTA: ledište tj. talište je temperatura kod koje su tekuća i čvrsta faza u ravnoteži tj. imaju isti tlak para. Kako je tlak para otapala iznad otopine manji od tlaka para čistog otapala, otopine će se skrutnuti pri nižoj temperaturi, tj. kad se tlakovi para tekuće i čvrste faze izjednače. Dakle, zbog nižeg tlaka pare, ledište otopine je niže od ledišta otapala. ∆ T = f ⋅ Kk ⋅ b; Kk = krioskopska konstanta. OSMOZA: težnja otapala da protječe iz manje u više koncentriranu otopinu kad su one odvojene polupropusnom membranom. Otapalo, gledano samo za sebe, ide iz područja veće koncentracije u područje manje koncentracije. OSMOTSKI TLAK: javlja se na granici otopina različitih koncentracija odvojenih polupropusnom membranom; jednak je po veličini tlaku koji treba primijeniti da se zaustavi proces osmoze:

- Van"t Hoffova jednadžba: Π = cRT . Izotonične su one otopine koje imaju jednake osmotske tlakove.

SASTAV OTOPINE: iskazuje s masenim udjelima, masenom koncentracijom i množinskom koncentracijom. Još je važan molni udio, volumni udio te molalitet. Postoje još i maseni, volumni i množinski omjer. MASENI UDIO: omjer mase sastojka i mase smjese (w); wA = mA / msmjese

.hr


15

MOLNI UDIO : omjer količine sastojka i količine smjese (x); nsmjese = n otapala + n otopljene tvari VOLUMNI UDIO: omjer volumena sastojka i volumena smjese (φ) MASENA - omjer mase otopljene tvari i volumena otopine KONCENTRACIJA - γa = ma / V (g/L ili kg/m3) MNOŽINSKA - omjer količine tvari sastojka i volumena otopine KONCENTRACIJA - cA = nA / V (mol/L) MOLALITET: omjer količine tvari i mase otapala; b = nA/ m otapala [mol/kg] KOLOIDI DISPERZNI SUSTAV: kad se jedna tvar jednoliko rasporedi u nekoj drugoj tvari DISPERZNA FAZA: tvar koja je razdijeljena u disperznom sustavu (ima je manje) DISPERZNO SREDSTVO: tvar u kojoj se nalazi disperzna faza (ima je više) PODJELA DISPERZNIH - grubo disperzni (suspenzije); č. > 100 nm SUSTAVA (prema veličini - koloidno disperzni sustavi; l < č. > l00 nm čestica disperzne faze) - fino disperzni sustavi (prave otopine); č.< l nm PODJELA KOLOIDNIH - organski koloidni sustavi (molekulski k.) SUSTAVA (prema porijeklu) - anorganski koloidni sustavi (disperzijski k.) PODJELA KOLOIDNIH - disperzijski koloidi SUSTAVA (prema grañi : - asocijacijski koloidi čestica) - makromolekulski koloidi DISPERZIJSKI - čestice disperzijskih koloida su iste strukture kao i glavnina tvari iz koje mogu KOLOIDI nastati usitnjavanjem. Ovo su, uglavnom, anorganski koloidi (halogenidi srebra, neki metalni hidroksidi i sulfidi, i dr.). Velika je površina koloidnih čestica u odnosu na njihovu masu. - teže koagulaciji, skupljanju u veće čestice ili agregate s manjom površinom, a time i nižom površinskom energijom (termodinamički su nestabilni zbog velike površinske energije) - stabilnost im daju stabilizatori, tvari koje se adsorbiraju na površinu koloidnih čestica smanjujući time površinsku energiju. To su tvari s nabojem, površinski aktivne tvari i makromolekulski spojevi. Spadaju u liofobne odnosno hidrofobne koloide. - svaka se tvar može prevesti u koloidno stanje u otapalu u kojem nije topiva SUSPENZIJA: smjesa koja sadrži krute čestice raspršene u tekućini (glina u vodi) EMULZIJA: smjesa koja sadrži raspršene kal+pljice jedne tekućine u drugoj (ulje u vodi) GEL: disperzijski koloidni sustav kod kojeg su disperzne faze povezane meñusobno u mrežastu strukturu tako da u slobodne meñuprostore uklapaju disperzno sredstvo (otapanje želatine u vodi) POVRATNI KOLOIDI: (reverzibilni) koloidi koji zagrijavanjem prelaze u sol, a hlañenjem u gel i

.hr


16

obratno ASOCIJACIJSKI KOLOIDI : nastaju spontanim nakupljanjem malih molekula tvari u nakupine takve čestice, micele, mogu sadržavati i više od stotinu molekula. Stvaraju se u otopinama sapuna, deterñenta, nekih boja, fosfolipida. Stvaranje micela rezultat je meñusobnih privlačenja malih čestica a dovodi do smanjenja meñupovršinske energije pa su prema tome oni termodinamički stabilni sustavi. Oni su liofilni odnosno hidrofilni koloidi. MAKROMOLEKULSKI - nastaju otapanjem makromolekulskih tvari u odgovarajućem otapalu KOLOIDI (uglavnom organski koloidi). Vodene otopine proteina, polisaharida, nukleinskih kiselina; otopine sintetskih polimera u organskim otapalima. Ove su otopine koloidne ako barem jedna od dimenzija molekule odgovara području koloidnih čestica. Stvaraju se spontano miješanjem tvari i otapala i termodinamički su stabilni. U polarnom otapalu ioniziraju. Liofilni su odnosno hidrofilni koloidi. DOBIVANJE KOLOIDA: asocijacijski koloidi i makromolekulski koloidi nastaju spontano no priprava liofobnih koloidnih disperzija nije tako jednostavna, pa se koriste posebni postupci: metoda disperzije i metoda kondenzacije METODA DISPERZIJE: velike čestice se usitnjavaju u manje mehaničkim putem. Dobivene male čestice raspršuju se u disperznom sredstvu koje obično sadrži površinski aktivnu tvar potrebnu da zaštiti i stabilizira dobiveni koloid. METODA KONDENZACIJE: male čestice se odgovarajućim kemijskim ili fizikalnim procesom kondenziraju u veće čestice odnosno agregate koloidnih dimenzija. Proces treba voditi tako da se rast čestica zaustavi u području koloidnih dimenzija kako ne bi došlo do stvaranja grubih disperzija (ili kristala). Eksperimentalni uvjeti se moraju tako podesiti da dolazi do stvaranja velikog broja centara kristalizacije no da rast čestica bude spor. PEPTIZACIJA: već stvoreni talog koloidnih čestica djelovanjem disperznog sredstva ili iona koji se u njemu nalaze prelazi u koloidnu disperziju. Uzrok je adsorbcija istovrsnih iona na talogu, pa se zbog elektrostatskog odbijanja talog usitnjava. Ovako se obično dobivaju koloidi u analitičkoj kemiji. SVOJSTVA KOLOIDA: čestice koloida su dovoljno male da mogu prolaziti kroz filter papir ali ne i kroz membrane manjih pora kao što su pergament, celofan i životinjske membrane - karakteristična je ogromna granična površina odnosno meñupovršinski sloj izmeñu koloidnih čestica i disperznog sredstva. Uz površinu koloidnih čestica vezane su neke karakteristične površinske pojave npr. adsorpcija i stvaranje električnog dvostrukog sloja. POVRŠINSKA ENERGIJA - ukupna površina čestica koloidnih dispergiranih sustava mnogo KOLOIDNIH SISTEMA je veća od površine grubo dispergiranih sustava za istu količinu dispergirane tvari. Velikoj površini koloidnih disperzija odgovara velika površinska energija što znači da je površinski aktivna ali energetski nepovoljna tj. nestabilna. Da bi se smanjila energija površine čestice se udružuju u veće čestice. Tu pojavu zovemo koagulacija. Drugi način smanjenja površinske energije je adsorbcija površinski aktivnih tvari; sile adsorbcije su kemijske ili fizikalne prirode što ovisi o naravi obiju tvari. OPTIČKA - svjetlost se kroz koloidni sistem rasipa na površini koloidnih čestica. SVOJSTVA Rasipa se u svim smjerovima u odnosu na upadnu zraku, što se lako može uočiti kad se koloidni sustav promatra sa strane. To je tzv. Tyndallov efekt.

.hr


17

TURBIDIMETRIJA: mjerenje mutnoće koloidnih sustava NEFELOMETRIJA: odreñivanje koncentracije koloidnih otopina mjerenjem intenziteta raspršene svjetlosti pod kutovima 90o i 45o. DIJALIZA I - koloidi se mogu odijeliti od malih molekula ili iona na osnovi razlike u difuziji FILTRIRANJE kroz membrane - dijaliza: smjesa koju treba rastaviti stavlja se u prostor koji je membranom odvojen od čiste vode. Male čestice difundiraju odnosno dijaliziraju kroz membranu u vodu, a koloid ostaje unutar membrane. Može se ubrzati stalnim protokom vode ili primjenom električnog polja radi bržeg uklanjanja elektrolita (elektrodijaliza). Ultrafiltracija: pomoću nje koloid se može odijeliti i od malih čestica i od otapala. Ultrafiltri imaju vrlo male pore koje ne propuštaju koloidne čestice dok male čestice prolaze. ELEKTRIČNA - u polarnom otapalu (voda) koloidne čestice dobivaju površinski naboj. SVOJSTVA Naboj na micelama nastaje zbog adsorbcije iona iz otopine. Nabijene čestice stvorene u otopini privlače ione suprotnog naboja koji okružuju česticu i dovode do stvaranja tzv. električnog dvostrukog sloja. To je fiksni sloj koji je stalan pratilac koloidne čestice. On se giba zajedno s micelom kao jedna cjelina. Na granici fiksnog dijela dvostrukog sloja (granica s micelom) javlja se potencijal koji se naziva elektrokinetički ili zeta-potencijal. Važan je za električna svojstva (npr. brzinu putovanja u električnom polju) i stabilnost koloida. On ovisi o ionima prisutnim u otopini. Uz male količine elektrolita, koje micela može adsorbirati, zeta- potencijal raste i koloid se stabilizira. No veće količine elektrolita smanjuju zeta-potencijal a time i odbojne sile izmeñu čestica pa se koloid lako koagulira. ELEKTROFOREZA: zbog električnog naboja što ga nose na površini koloidne čestice kreću se pod utjecajem električnog polja prema elektrodi suprotnog naboja brzinom koja ovisi o veličini, naboju i obliku micele, pH otopine i jakosti električnog polja. Njome se mogu odvajati meñusobno slični spojevi, npr. proteini, nukleinske kiseline, aminokiseline, boje i sl. STABILNOST - kako koloidi imaju veliku površinu za očekivati je da će biti nestabilni zbog težnje KOLOIDNIH : da površina postane što manja i da se izgradi sa što manjim utroškom energije SUSTAVA - uzrok stabilnosti kod hidrofilnih koloida je hidratni ovoj koji se stvara oko svake micele i koji onemogućuje skupljanje čestica u veće agregate. Kod hidrofobnih koloida uzrok stabilnosti je naboj na površini čestice i potencijala dvostrukog sloja. Dok na površini micela postoji istoimeni naboj, one se odbijaju većim elektrostatskim silama od sila napetosti površine koje nastoje smanjiti površinu čestica u otopini. - hidrofilni koloidi općenito su stabilniji od hidrofobnih. ZAŠTITNO - hidrofilni koloidi kao stabilniji djeluju zaštitno kod koagulacije hidrobnih koloida DJELOVANJE: - emulgatori: tvari koje zaštitno djeluju kod emulzija (dvije tekućine koje se ne KOLOIDA miješaju ili se miješaju samo djelomično). Uzrokuju da se komponente koje čine emulziju ne odijele. Hidrofobni dio okrene se prema ulju, a hidrofilni prema vodi čime se smanjuje napetost površine. Mlijeko je stabilna emulzija vode i masti jer kazein u mlijeku djeluje kao emulgator. Napomena: većina hidrofilnih solova ima svojstvo geliranja, što znači da u povoljnim uvjetima lako prelaze u hladetinaste mase tj. u stanje gela.

.hr


18

TERMODINAMIKA TERMODINAMIKA: bavi se energetskim promjenama stanja tvari i odnosima toplinske energije s ostalim vrstama OKOLINA: - sve što okružuje sustav SUSTAV: - dio svijeta koji je odabran kao predmet proučavanja - izolirani sustav: izmjena energije ili tvari sa okolinom nije moguća - zatvoreni sustav: postoji prijenos energije iz sustava u okolinu ali ne i prijenos tvari - otvoreni sustav: moguća je izmjena tvari i energije - stanje sistema se definira fizikalnim svojstvima (ekstenzivnim i intenzivnim) EKSTENZIVNA SVOJSTVA: svojstva koja ovise o količini tvari; masa, volumen, energija, INTENZIVNA SVOJSTVA: svojstva koja ne ovise o količini tvari; temperatura, tlak, napetost površine IZOTERMNI PROCES: proces koji teče kod konstantne temperature ADIJABATSKI PROCES: teče bez izmjene topline s okolinom IZOHORNI PROCES: zbiva se uz konstantan volumen IZOBARNI PROCES: zbiva se uz stalni tlak TOPLINA: energija koja prelazi granice dva sistema zbog razlike njihovih temperatura, sve dok se ne izjednače temperature tih tijela tj. dok ne nastupi toplinska ravnoteža. TEMPERATURA: mjera za intenzitet toplinskog stanja neke tvari. Mjera za srednju kinetičku energiju translatornog gibanja čestica u sistemu idealnog plina (kinetička teorija plinova) SPECIFIČNI TOPLINSKI KAPACITET: toplina koja je potrebna da se jednom kilogramu tvari povisi temperatura za 1 K. MOLARNI TOPLINSKI KAPACITET: toplina koja je potrebna da se jednom molu tvari povisi temperatura za 1 K. KALORIMETRIJA: eksperimentalna metoda mjerenja prijenosa energije kao topline - plameni kalorimetar radi pri stalnom tlaku pa izravno daje reakcijske entalpije - kalorimetrijska bomba radi pri stalnom volumenu i daje promjene unutrašnje energije tijekom reakcije. Toplinski kapacitet kalorimetra odreñuje se spaljivanjem uzorka čelične žice čija je toplina izgaranja točno poznata. PRVI ZAKON - energija se ne može ni stvoriti ni uništiti TERMODINAMIKE - energija može prelaziti iz jednog oblika u drugi, ali zbroj svih oblika energije u izoliranom sistemu je konstantan (iskustveni zakon o održanju energije) UNUTRAŠNJA - energija koja pohranjena u nekom sustavu; zaliha energije u nekom sustavu

.hr


19

ENERGIJA - zbroj potencijalne i kinetičke energije molekula i atoma nekog tijela (kinetička energija jednaka je energiji translacije i rotacije molekula te energije unutarmolekulskog osciliranja atoma; potencijalna energija jednaka je meñumolekulskim privlačne silama); neko radno tijelo posjeduje to veću unutrašnju energiju koliko je veće kretanje čestica u tom tijelu. Ovisi samo o toplinskom stanju tvari tj. ovisi samo o konačnom i početnom stanju sustava bez obzira na put kojim je proces tekao. Raste s temperaturom; za tehničke probleme nevažna je njena apsolutna vrijednost; dovoljno je izračunati njene promjene. Razlika izmeñu unutrašnje energije i topline je pojmovna; unutrašnja energija je zaliha energije nekog sustava, ona je veličina stanja tog sustava, a toplina se susreće samo pri prijelazu kroz granice sustava - dovoñenjem bilo kojeg oblika energije u neki sustav povećava se njegova unutrašnja energija, a odvoñenjem energije iz sustava unutrašnja energija se smanjuje - ∆U = q + w q = toplina w = rad - kad se energija privede sustavu stalnog volumena kao toplina unutrašnja energija mijenja se za ∆U = q - pri pretvorbi iz jednog oblika u drugi dio energije se pretvara u toplinu koja se rasipa u okolinu i ne može se iskoristiti za vršenje rada RAD I TOPLINA: dva osnovna načina prijenosa energije iz sustava u sustav - ovise o načinu prijelaza iz stanja 1 u stanje 2 - toplina dovedena sustavu i rad koji se dobije od sustava smatraju se pozitivnim - toplina koja se odvodi od sustava i rad koji se na sustavu troši smatraju se negativnim EGZOTERMNI PROCES: toplina se tijekom procesa oslobaña - egzotermne promjene dogañaju se spontano. Spontano se dogañaju one promjene koje dovode do povećanja nereda (kaotičnosti). Uzrok spontanim promjenama koje dovode do smanjenja nereda u promatranom sustavu jest povećanje nereda u okolini. ENDOTERMNI PROCES: toplina se tijekom procesa troši; promatrani sustav prima toplinu iz okoline ENTALPIJA: toplina prenesena sustavu pri konstantnom tlaku - modifikacija unutrašnje energije koja automatski uzima u obzir rad ekspanzije kad se sustav zagrijava pri stalnom tlaku - kad se energija prenese sustavu pri stalnom tlaku kao toplina, entalpija se mijenja za ∆H = q - ∆H = ∆U + p ∆V; promjena volumena koja se zbiva kad se energija prenosi pri stalnom tlaku je mala, pa je i energija koja se izgubi radom takoñer mala, tako su ∆H i ∆U gotovo jednaki. Reakcije koje uključuju plinove, meñutim, često dovode do velikih promjena volumena i zato do velikog rada na okolinu. Za njih se entalpija i unutrašnja energija mogu znatno razlikovati. U kemiji se prijenosi energije pretežno izvode pri stalnom tlaku, pa je entalpija dominantan pojam. - kod egzotermnih procesa promjena entalpije ima negativan predznak - kod endotermnih procesa promjena entalpije ima pozitivan predznak - promjena entalpije u bilo kojem nizu kemijskih reakcija ovisi samo o početnom i konačnom stanju sustava TERMOKEMIJA: područje fizikalne kemije koje proučava energetske učinke kemijskih reakcija TERMOKEMIJSKI - Lavoisier-Laplaceov zakon: reakcija koja je egzotermna kad se odvija ZAKONI u jednom smjeru, endotermna je kad se odvija u suprotnom smjeru - Hesov zakon: reakcijska toplina nekog procesa neovisna je o putu kojim se proces vodi već ovisi samo o početnom i konačnom stanju

.hr


20

STANDARDNO STANJE: svaka promjena veličine iskazuje se s obzirom na neko referentno stanje - temperatura standardnog stanja nije definirana ali se kao referentna temperatura za termokemijske podatke obično uzima 298,15 K, kao agregatno stanje ono najstabilnije pri 101325 Pa (1 atm) i danoj temperaturi. Po dogovoru standardne entalpije svih elementarnih tvari pri tlaku od 1 atm i temperaturi od 298 K jednake su nuli. STANDARDNA ENTALPIJA - osloboñena toplina kada iz elemenata uzetih pri 1 atm i 298 K STVARANJA nastane 1 mol spoja. Iz poznatih vrijednosti standardnih entalpija stvaranja može se izračunati standardne entalpije neke reakcije. STANDARDNA ENTALPIJA - brojčano je jednaka promjeni topline koja se dogodi kad pri REAKCIJE konstantnom tlaku nastane 1 mol produkata. - od sume entalpija stvaranja produkata odbije se suma entalpija stvaranja reaktanata. ENTALPIJA - toplina koja se oslobaña kod potpune oksidacije tvari. Pod potpunom SAGORIJEVANJA oksidacijom organske tvari koja sadrži C, H, i O podrazumijeva se da su produkti reakcije ugljik-dioksid i voda. ENTALPIJA - toplina koja se oslobaña prilikom procesa neutralizacije kiselina i baza NEUTRALIZACIJE - uz nastajanje 1 mola vode entalpija neutralizacije jednaka je za jake kiseline i baze bez obzira na njihovu kemijsku prirodu (∆H = - 55,8 kJ/mol). ENTALPIJA OTAPANJA: toplina koja se oslobaña ili veže prilikom otapanja tvari u vrlo velikoj količini otapala. Prilikom otapanja mogu se usporedno zbivati i druge promjene (disocijacija, hidratacija i dr.) pa će toplina otapanja predstavljati sumu toplina dotičnih promjena. Prilikom otapanja kristalnih tvari dolazi do egzotermnog procesa razaranja kristalne rešetke i do egzotermnog procesa hidratacije osloboñenih iona. ENTALPIJA TALJENJA: toplina koja se utroši za taljenje 1 mola tvari pri temperaturi taljenja i pri tlaku od 1 atm.; taljenje je uvijek endoterman proces pa je entalpija uvijek pozitivna. ENTALPIJA - promjena entalpije koja se zbiva po jedinici množine tekuće tvari ISPARAVANJA tvari koja isparava; energija se dovodi pri stalnom tlaku pa je entalpija pozitivna. ENTALPIJA - toplina koja se oslobaña prilikom kristalizacije tvari. Kristalizacija je proces KRISTALIZACIJE suprotan taljenju i uvijek je egzoterman. Topline koje se izmjene pri taljenju i kristalizaciji su jednake, ali suprotnog predznaka. ENTALPIJA - toplina koja se utroši kada se 1 mol tvari razloži na atome u plinovitu stanju. ATOMIZACIJE Atomizacija je endoterman proces pa je entalpija pozitivna veličina. ENTALPIJA KEMIJSKE VEZE : toplina koja se troši prilikom kidanja kemijske veze u molekuli; kidanje veze teče uz apsorpciju energije pa je entalpija uvijek pozitivna. Što je entalpija veze veća, tj. što je veća energija potrebna da izazove kidanje veze, to je veza čvršća. Energija koja se utroši za cijepanje neke veze jednaka je energiji koja se oslobodi kad takva ista veza nastaje KEMIJSKA KINETIKA

.hr


21

KEMIJSKA KINETIKA: proučava brzinu kemijske reakcije i uvjete kojima se na tu brzinu može utjecati. BRZINA KEMIJSKE REAKCIJE: je promjena koncentracije reaktanata (ili produkata) podijeljena s vremenom koje je prošlo dok se ta promjena zbivala. Ovako opisanu brzinu neki autori nazivaju brzinom prirasta koncentracije sastojka i označavaju je sa v, a brzinu reakcije označvaju sa r. v = ∆c(A)/ ∆t r = ∆c(A)/ ν∆t ν = stehiometrijski koeficijent Za 2 A + 3 C = A2C3 r = -1/2 ∆c(A)/ ∆t = -1/3 ∆c(C)/ ∆t = ∆c(A2C3)/ ∆t Ona se mjeri praćenjem vremenske ovisnosti koncentracije pomoću spetroskopije, titracije, mjerenja vodljivosti, pH, tlaka ili volumena. Za odreñivanje trenutne brzine, tj. brzine u točno odreñenom vremenu, iz eksperimentom dobivenih podataka valja nacrtati krivulju promjene koncentracije s vremenom i na tako dobivenu krivulju povući tangentu u točki koja odgovara traženom vremenu. Veći nagib tangente označava veću trenutnu brzinu. Brzina ovisio broju uspješnih sudara izmeñu čestica reaktanta. Što je veći broj uspješnih sudara brzina kemijske reakcije je veća. Kako u svakoj reakciji najviše ima reaktanata na početku, općenito, brzina svake reakcije najveća je na njenom počeku. BRZINA PRIRASTA - ima jedinicu mol/l s, dok brzina reakcije ima jedinicu mol/s. KONCENTRACIJE TVARI - ovisi o energiji aktivacije, sferičkim faktorima, koncentraciji reaktanata, temperaturi, dodirnoj površini reaktanata i prisutnosti katalizatora. Na osnovi stehiometrijske jednadžbe reakcije ne može se ništa zaključiti o brzini kemijske reakcije. MEHANIZAM REAKCIJE: većina kemijskih reakcija dogaña se u više koraka, a svaki korak najčešće uključuje raspad jedne čestice ili meñusobnu reakciju dviju čestica. Najsporija reakcija u nizu odreñuje brzinu kemijske reakcije. MOLEKULARNOST: ili molekulnost, je stvaran broj čestica reaktanata koje sudjeluju u nekoj kemijskoj reakciji, tj u danom koraku mehanizma reakcije, a mora biti cijeli broj. Postoje jednomolekularne (A → B), dvomolekularne (2 A → A2) i tromolekularne (2 A + C = A2C) reakcije. RED REAKCIJE: govori o ovisnosti brzine reakcije o koncentraciji tvari koje sudjeluju u reakciji. Ako je brzina neke reakcije r = k [A]m [C]n, onda je red reakcije suma eksponenata, m+n Složena reakcija može imati red reakcije koji nije cijeli broj, a ako je brzina stalna i ne ovisi o koncentraciji reaktanata, tada je to reakcija nultog reda (fotokemijske reakcije). Red reakcije se odreñuje eksperimentalno. REAKCIJE PRVOG REDA: reakcije za koje je brzina proporcionalna koncentraciji jednog reaktanta Npr. A → B r(A) = k [A], k je konstanta brzine reakcije koja ovisi samo o temperaturi Izraz za konstantu brzine reakcije prvog reda: k = 2,303/t log cA

o/cA , cA

o = koncentracija reaktanata u vremenu nula, cA = koncentracija reaktanata u vremenu t Izraz za vrijeme polureakcije: t1/2 = 0,693/k. Vrijeme polureakcije ili poluživot reakcije je vrijeme potrebno da se koncentracija smanji na polovicu početne vrijednosti. REAKCIJE DRUGOG REDA: reakcije za koje je brzina proporcionalna produktu koncentracije dviju tvari ili o kvadratu koncentracije jedne tvari. Npr. 2 A → A2 r = k [A]2

.hr


22

ENERGIJA AKTIVACIJE: ili energija aktiviranja reakcije (Ea) energija je koju je potrebno dovesti molekulama da meñusobno reagiraju. Da bi molekule kemijski reagirale, moraju se sudariti, ali meñusobno mogu reagirati samo one molekule koje imaju veću energiju od energije aktiviranja. U kemijskoj kinetici energija aktivacije je visina potencijalne barijere koja odvaja produkte od reaktanata. Što je energija aktivacije veća, to manji broj molekula može prijeći vrh energetske barijere i reakcija je sporija. REAKCIJSKI PROFIL: grafikon koji pokazuje promjenu potencijalne energije reaktanata PRIJELAZNO STANJE: nestabilni kompleks reaktanata i produkata, koji kratko vrijeme postoji na vrhu energetske barijere. UTJECAJ KONCENTRACIJE – brzina kemijske reakcije raste s povećanjem reaktanata, ili s REAKTANATA NA BRZINU povećanjem tlaka u plinovitim smjesama. Veća koncentracija reaktanata dovodi do većeg broja uspješnih sudara. UTJECAJ POVRŠINE - što je veća dodirna površina izmeñu čestica reaktanta, veća je brzina REAKTANATA NA BRZINU kemijske reakcije. Zbog toga i agregatno stanje utječe na brzinu, pa su najsporije reakcije izmeñu reaktanta u čvrstom agregatnom stanju, a najbrže su reakcije s plinovitim reaktantima. UTJECAJ GRAðE ČESTICA - najbrže su reakcije izmeñu iona, zatim izmeñu polarnih, manjih REAKTANATA NA BRZINU molekula, pa polarnih i nepolarnih molekula, a najsporije su reakcije izmeñu nepolarnih molekula, kojim k tome reagiraju samo odreñeni dijelovi molekula. UTJECAJ TEMPERATURE – utjecaj temperature na kemijske reakcije opisuje se Arrheniusovim NA BRZINU REAKCIJE zakonom: k = A e-E/RT A = predeksponencijalni faktor, E = energija aktivacije. Više se koristi empirijsko Van't Hoffovo pravilo da s porastom temperature za 10 K, brzina reakcije se poveća 2-4 puta. KATALIZATOR: tvari koje ubrzavaju kemijsku reakciju i nakon reakcije ostaju nepromijenjeni. Katalizatori koji se nalaze u istoj fazi kao i reaktanti nazivaju se homogeni katalizatori (npr. enzimi u bioreakcijama). Isto tako, oni katalizatori koji su u različitoj fazi heterogeni su katalizatori (npr. metali ili oksidi u plinskim reakcijama). Katalizatori ne mogu izazvati kemijsku reakciju niti mogu pomaknuti položaj ravnoteže (ubrzavaju podjednako reakciju u oba smjera). Katalizatori snižavaju energiju aktiviranja reakcije (Ea), odnosno omogućavaju većem broju molekula da prijeñu energetsku barijeru (Ea’) čime se reakcija ubrzava. Ukupna energija reakcije (Ereak.) ostaje nepromijenjena. INHIBITOR: inhibitor je tvar koja usporava ili zaustavlja kemijsku reakciju. KEMIJSKA RAVNOTEŽA RAVNOTEŽA: - kemijska reakcija je u ravnoteži kad je sustav postojan i kad više nema tendenciju reagiranja. Kemijske ravnoteže su dinamičke ravnoteže; jednak broj čestica prelazi sa strane reaktanata na stranu produkata i obrnuto. KARAKTERISTIČNA SVOJSTVA - ravnoteža se može uspostaviti samo u zatvorenom sustavu

.hr


23

RAVNOTEŽNIH SUSTAVA - u stanju ravnoteže pri danim uvjetima tlaka i temperature makroskopska svojstva tvari se ne mijenjaju, no neprestano se dogañaju procesi na molekulskoj razini. Ravnotežno se stanje uspostavlja bez obzira na polazno stanje. HOMOGENE RAVNOTEŽE: ravnoteže u reakcijama u kojima su produkti i reaktanti u istoj fazi HETEROGENE RAVNOTEŽE: ravnoteže u reakcijama u kojima su produkti i reaktanti u različitim fazama. u izrazu za konstantu ravnoteže heterogenog sustava uzima se da je koncentracija krute faze jednaka jedinici. IREVERZIBILNA REAKCIJA: reakcija koja se dogaña samo u jednom smjeru (od reaktanata ka produktima). REVERZIBILNA REAKCIJA: reakcija koja se dogaña u oba smjera; (od produkata k reaktantima i od reaktanata ka produktima). ZAKON O DJELOVANJU MASA: promjena koncentracije jednog od reaktanata uzrokuje promjenu koncentracije ostalih reaktanata u smjesi. Za reakciju aA + bB → cC + dD zakon o djelovanju masa ili zakon kemijske ravnoteže glasi: kc = [C ]c[D]d / [A]a [B]b a, b ,c d su stehiometrijski koeficijenti a kc je konstanta ravnoteže KONSTANTA RAVNOTEŽE: karakterizira ravnotežni sustav reakcije; govori o omjeru koncentracije produkata i reaktanata u stanju dinamičke ravnoteže. Ako je brojčana vrijednost konstante ravnoteže velika to znači da će u stanju ravnoteže u reakcijskoj smjesi biti više produkata; ako je manja od jedinice onda će u stanju ravnoteže u reakcijskoj smjesi biti više reaktanata. Neovisna je o koncentraciji i tlaku tvari ali ovisi o temperaturi. Konstanta ravnoteže za raspad čvrste tvari tako da nastane plin brojčano je jednaka disocijacijskom tlaku čvrste tvari pri danoj temperaturi. Katalizatori ne utječu na konstantu ravnoteže Ako se u smjesi koja je u ravnoteži promjeni samo koncentracija jedne tvari, promijenit će se i koncentracije svih ostalih tvari koje su u ravnoteži, konstanta ravnoteže će ostati ista . NEKE PRIMJENE ZAKONA O - disocijacija slabe kiseline u ovisnosti o pH: iz izraza za konstantu DJELOVANJU MASA disocijacije slabe kiseline HA; K = [H+] [A-]/[HA] izlazi da je koncentracija H+ iona jednaka [H+ ] = K [HA]/ [A-] - ionski produkt vode: Kw = [H

+ ] [OH-]] - konstanta hidrolize: K = Kw/Kkiseline - produkt topljivosti: odnosi se na ravnoteže u heterogenom sustavu koja se uspostavlja prilikom otapanja neke teško topljive soli; uspostavlja se ravnoteža izmeñu neotopljene soli i pripadnih iona u otopini: BA(s) = B+ (aq) + A- (aq) konstanta ravnoteže ima oblik Ksp = c(B

+ ) x c(A- ) (molni udio tvari u čvrstoj fazi, budući da se radi o čistoj tvari, konstantan je i jednak jedinici). LA CHATELIEROVO NAČELO: ako se u sustavu, koji se nalazi u ravnoteži, promijeni makar jedan od uvjeta (koncentracija, tlak ili temperatura), tada se dogañaju takve kemijske i fizikalne promjene koje se protive promjeni uvjeta; sustav se podešava tako da minimizira promjenu. Načelo se upotrebljava za kvalitativna predviñanja. UTJECAJ VANJSKIH - ako se koncentracija jedinki uključenih u ravnotežu umjetno poveća, reakcija ČIMBENIKA NA prilagoñava ravnotežni sustav tako da se promjena smanji RAVNOTEŽU - ako se reakcija podvrgne povećanju tlaka, reakcija prilagoñava ravnotežni sustav tako da smanji broj molekula u plinskoj fazi i tako umanji povećanje tlaka; ravnoteže koje

.hr


24

ne uključuju plinove nisu osjetljive na umjerene promjene tlaka. - povećanje temperature pomiče položaj ravnoteže u korist produkata kod endotermnih reakcija, a u korist reaktanata u slučaju egzotermnih reakcija. KISELINE, LUŽINE I SOLI DISOCIJACIJA: rastavljanje molekula na pripadajuće ione KISELINE: tvari koje u vodenoj otopini povećavaju koncentraciju H+ iona (H3O

+) ( Arrhenius); su proton-donori (Brınsted) i elektron-akceptori (Lewis). Jake kiseline su one čije molekule potpuno disociraju u otopinama, a slabe one čije molekule malo disociraju u vodenim otopinama; dobivaju se otapanjem nemetalnih oksida u vodi. Gubitkom protona kiselina postaje konjugirana baza. LUŽINE: tvari koje u vodenim otopini povećavaju koncentraciju OH- iona; su proton-akceptori (Brınstad) i elektron donori (Lewis). Postoje jake i slabe baze analogno kiselinama. To su hidroksidi topivi u vodi. Dobitkom protona baza postaje konjugirana kiselina. STUPANJ DISOCIJACIJE: udio molekula koje disociraju na ione: α = broj disociranih molekula/ukupni broj molekula KONJUGIRANI PAR: par kiselina- baza koji je povezan gubitkom odnosno primitkom protona. Svaka kiselo-bazna reakcija mora sadržavati dva konjugirana para. Što je kiselina jača, to je njezina konjugirana baza slabija. Npr. piridin je slaba baza Kb (C5H5N) = 1,5 · 10-9 mol/l, a a jakost konjugirane kiseline piridina je Ka(C5H5NH+) = 6,6 · 10-6 mol/l PROTOLITIČKE REAKCIJE: reakcije u kojima se zbiva prijelaz protona s jedne tvari na drugu IONIZACIJA: proces u kojem proton iz neutralne molekule kiseline prelazi na molekulu baze AUTOIONIZACIJA: proton s jedne molekule vode prelazi na drugu molekulu vode. Pošto molekule vode ovdje reagiraju i kao proton-donori i proton-akceptori, za vodu se kaže da je amfiprotonska. IONSKI PRODUKT VODE: označava se s Kw, jest konstanta ravnoteže za reakciju autoionizacije vode, u kojoj se koncentracija nedisocirane vode, pošto je konstantna, množi sa koncentracijskom konstantom ravnoteže, pa se dobije izraz: Kw= [H

+] [OH-]. Na vrijednost ionskog produkta vode, kao i na svaku drugu konstantu ravnoteže, utječe samo temperatura. Tako on raste s porastom temperature. Na 25 oC iznosi 1 · 10-14 mol2 /dm6 pa se negativnim logaritmiranjem gornjeg izraza na ovoj temperaturi dobije nova jednadžba: 14 = pH + pOH pH: mjera za kiselost ili lužnatost otopine, to je negativni logaritam koncentracije vodikovih iona. Za čistu vodu pri 25 oC on iznosi 7. Kad voda ima ovu vrijednost kažemo da je neutralna. pH vrijednost od 0-7 znači da je otopina kisela, a od 7-14 bazična. pH vrijednost može biti veća od 14 ili manja od 0. Ako otopina ima pH manji od 0, umjesto pH upotrebljava se množinska koncentracija. pOH: negativni logaritam koncentracije hidroksidnih iona. Za čistu vodu pri 25 oC on iznosi 7. Kad voda ima ovu vrijednost kažemo da je neutralna.

.hr


25

JAKE KISELINE: o tome koliko je neka kiselina jaka ili slaba, govori njezina konstanta disocijacije (konstanta ravnoteže) ili njezin stupanj disocijacije. Tako jake kiseline imaju konstante disocijacije veće od 10-2, a stupanj disocijacije im je oko 1. Srednje jake kiseline imaju stupanj disocijacije izmeñu 0,01 i 1, a konstante disocijacije izmeñu 1· 10-2 - 1· 10-5, a slabe kiseline imaju stupanj disocijacije manji od 0,01 i konstantu disocijacije manju od 1· 10-5. Ovakva podjela odnosi se i na baze. U jake kiseline spadaju perkloratna, dušična (nitratna), klorovodična (kloridna), bromovodična (bromidna), jodovodična (jodidna), sumporna (sulfatna), kloratna. SREDNJE JAKE KISELINE: fosforna (fosfatna), sumporasta (sulfitna), fluorovodična (fluoridna), oksalna (oksalatna). SLABE KISELINE: sumporovodična (sulfidna), octena (acetatna), cijanovodična (cijanidna), boratna OKSOKISELINE: kiseline koje u svom sastavu, osim centralnog atoma nemetala, obavezno imaju i kisik (npr. fosforna, sumporna) BINARNE KISELINE: sastoje se od vodika i još jednog drugog elementa (npr. Sumporovodična, klorovodična) JAKE BAZE: hidroksidi alkalijskih metala, barijev, stroncijev i kalcijev hidroksid. SLABE BAZE: amonijev, magnezijev i aluminijev hidroksid AMFOTERNI ELEKTROLITI: ili amfoliti, daju u vodenoj otopini i oksonijeve i hidroksidne ione. To su aluminijev, cinkov, kositrov (II) i olovoov (II) hidroksid, tj. svi hidroksidi elemenata kojih je elektronegativnost oko 1,7 te mogu biti i kiselina i baza. INDIKATORI: tvari koje mijenjaju boju ovisno o prisutnosti vodikovih i hidroksidnih iona; to su uglavnom organske molekule koje mijenjaju strukturu u prisutnosti vodikovih ili hidroksidnih iona, a onda zbog promjene strukture, mijenja se apsorpcija i refleksija vidljive svjetlosti, što mi doživljavamo kao promjenu boje: HIn + H2O → H3O

+ + In- boja A boja B Lakmus (plavi) je u kiseloj otopini crvene boje a u bazičnoj plave boje (crveni poplavi). Fenolftalein je u kiselijoj otopini (pH = 7) bezbojan, a u lužnatijoj (pH = 10) ljubičast. Bromtimolplavo je u kiselijoj otopini (pH = 6) žute boje, a u lužnatijoj otopini (pH = 8) plave boje. Metiloranž je u kiselijoj otopini (pH = 3) narančastocrvene boje, a u lužnatijoj otopini (pH = 5) žute boje. Timolftalein je u kiselijoj otopini (pH = 8) bezbojan, a u lužnatijoj otopini (pH = 8) ljubičastoplave boje NEUTRALIZACIJA: nastajanje molekule vode iz jednake količine H+ i OH- iona. Reakcija izmeñu kiselina i baza a produkti su voda i sol; neutralizacija je egzoterman proces. ODREðIVANJE KONCENTRACIJA – da bi se odredila koncentracija neke nepoznate kiseline ili OTOPINA KISELINA I BAZA lužine koristi se postupak titracije. U točno odreñeni volumen otopine čiji sadržaj znamo, ali ne i koncentraciju, doda se odgovarajući indikator, te se ulijeva kap po kap otopine za neutralizaciju poznate koncentracije. Očita se utrošeni volumen za neutralizaciju i izračuna tražena koncentracija. Tijekom titracije mijenja se pH otopine. Kad se u otopinu kiseline doda točno ekvivalentna množina baze, postignuta je točka ekvivalencije. Pri neutralizaciji jakih kiselina s jakim bazama, pH otopine naglo se mijenja u blizini točke

.hr


26

ekvivalencije, što signalizira indikator promjenom boje. Za točku ekvivalencije uzima se onaj indikator koji u tom području mijenja boju. Za neutralizaciju jakih kiselina s jakim lužinama može se koristiti bilo koji indikator. Za neutralizaciju slabih kiselina jakim bazama obično se upotrebljava fenolftalein kao indikator, a za neutralizaciju jakih kiselina slabim bazama koristi se metiloranž. SOLI: spojevi sastavljeni od kationa metala i aniona nemetala. Dobivaju se reakcijom metala i nemetala, metala i kiseline, kiseline i metalnih oksida, kiseline i baze, te lužine i nemetalnih oksida. HIDROLIZA: kemijska reakcija u kojoj sudjeluju molekule vode. Neki ioni mogu reagirati kao bazični i kao kiseli, npr. hidrogenkarbonat ion, no kako je konstanta baze za ovaj ion nešto veća od konstane kiseline, otopine hidrogenkarbonata reagiraju vrlo slabo bazično. TEŠKO TOPLJIVE SOLI: soli čija je konstanta produkta topljivosti (konstanta ravnoteže za disocijaciju ovih soli u vodi na ione) izrazito mala (npr. manja od 1· 10-10). Neka pravila za topljivost soli: Topljivi spojevi: 1. svi spojevi 1 grupe su topivi osim Li3PO4 2. sve soli koje sadrže NH4

+, NO3-, ClO4

-, ClO3-, i Ac- su topivi

3. svi Cl-, Br-, I- su topivi osim sa Ag+, Pb2+ i Hg22+

4. svi SO42- su topivi osim sa Hg2

2+, Pb2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ Netopljivi spojevi: 5. svi OH- i svi metalni O2- su netopivi osim 1 grupe, Ca2+, Sr2+, Ba2+ 6. svi PO4

3-, CO32-, SO3

2- i S2- su netopivi osim 1 grupe i NH4+

PUFERI: smjese slabih kiselina i njihovih soli ili slabe baze i njihovih soli. Dodatkom kiseline ili baze pH pufera se malo mijenja. OKSIDACIJA I REDUKCIJA OKSIDACIJA: otpuštanje elektrona; povećanje oksidacijskog broja REDUKCIJA: primanje elektrona; smanjenje oksidacijskog broja OKSIDANS: u toku redoks-reakcije se reducira, odnosno oduzima elektrone drugim tvarima. Može ih se definirati i kao tvari koje drugima predaju kisik. To su npr. kalijev permanganat, dušična kiselina, različiti peroksidi. Permanganat ion (MnO4

-) u kiselom mediju se reducira do Mn2+, u neutralnom i u slabo lužnatom mediju do manganovog (IV) oksida, a u jako lužnatim otopinama do manganata (MnO4

2-). Razrijeñena dušična kiselina se reducira do dušikovog (II) oksida, a koncentrirana do dušikovog (IV) oksida. REDUCENS: u toku redoks-reakcije se oksidira, odnosno daje elektrone drugim tvarima. Može ih se definirati i kao tvari koje oduzimaju kisik drugim tvarima. To su npr. elementarni ugljik, natrij, aluminij i sl. REDOKS REAKCIJA: ili oksidoredukcijska reakcija, reakcija koja istovremeno pokazuje oksidaciju jedne i redukciju druge tvari.

.hr


27

OKSIDACIJSKI BROJ: - broj koji kaže koliko je neka tvar primila ili otpustila elektrona - oksidacijski broj svih elemenata u elementarnom stanju jednak je nuli - oksidacijski broj kisika uvijek je –II, osim u peroksidima gdje je jednak - I - oksidacijski broj vodika jednak je +I s elektronegativnijim elementima, a s elektropozitivnijim je - I - oksidacijski broj svih iona jednak je naboju iona - zbroj svih oksidacijskih brojeva u molekuli mora biti jednak nuli - u spojevima s kovalentnom vezom oksidacijski broj nekog atoma jednak je zamišljenom naboju koji se javlja na tom atomu kada se zajednički elektronski par dodijeli elektronegativnijem atomu. ELEKTROKEMIJA ELEKTROLITI: tvari koje u rastaljenom stanju i u vodenim otopinama vode struju ELEKTROLIZA: rastavljanje tvari djelovanjem električne struje; putovanje iona kroz otopinu i njihovo izbijanje na elektrodama djelovanjem istosmjerne električne struje. Pri elektrolizi se na elektrodama, postoji li mogućnost više od jedne kemijske reakcije, dogaña ona koja zahtijeva najmanji utrošak energije. KATODA: elektroda na kojoj se uvijek dogaña redukcija; kod elektrolize je ona negativan pol, a u galvanskom članku pozitivan pol. ANODA: elektroda na kojoj se uvijek dogaña oksidacija; kod elektrolize je ona pozitivan pol, a u galvanskom članku negativan pol. ELEKTROLIZA VODE: pri elektrolizi vode na katodi se razvija vodik, a na anodi kisik. ELEKTROLIZA VODENIH - vodene otopine soli imaju, najmanje, dvije vrste kationa i dvije vrste OTOPINA SOLI aniona. Na elektrodama će se izbijati oni ioni za koje je potrebna najmanja energija. Za katodu to su one čestice čiji je redoks potencijal pozitivniji, a za anodu one čiji je redoks potencijal pozitivniji. Uz redoks potencijale, treba znati prenapon dotične tvari na elektrodama, stoga je jednostavnije pravilo: metali I, II grupe i Al ne mogu se dobiti iz vodenih otopina njihovih soli, a od aniona izbijat će se oni koji su jednostavniji. PRENAPON: razlika izmeñu teorijskog potencijala članka i njegova stvarnog potencijala koji je potreban da bi se dana tvar izlučila na elektrodi pri odreñenoj struji. Vrijednost ovisi o elektrodnom materijalu i o gustoći struje. FARADADAYEVI I - količina tvari koja se pri elektrolizi izluči na bilo kojoj elektrodi proporcionalna ZAKONI je količini elektrike koja je prolazi kroz elektrolit II - jednaka količina elektrike izlučuje različite tvari u omjeru njihovih ekvivalentnih masa FARADAYEVA - je iznos naboja po jedinici množine elektrona KONSTANTA - F = e * L = 964800 C/mol ELEKTRODNI POTENCIJAL: pokazuje težnju tvari da prima ili otpušta elektrone

.hr


28

STANDARDNA elektroda prema kojoj se iskazuju potencijali ostalih tvari. Dogovoreno je da VODIKOVA: je njen potencijal nula pri svim temperaturama, pritisku od 1 bara i c(H+) = 1 mol/L. ELEKTRODA Sastoji se od platinske pločice uronjene u otopinu vodikovih iona kroz koju se propušta plinoviti vodik pod tlakom od 101 325 Pa. Reakcija glasi: H2(g) → 2H+(aq) + 2e- STANDARDNI ELEKTRODNI POTENCIJAL: (E°) (standardni redukcijski potencijal) definiran je mjerenjem relativnih elektrodnih potencijala uz standardne uvjete (aktivitet 1, tlak 101 325 Pa i temperatura 25 °C) prema standardnoj vodikovoj elektrodi. Po konvenciji članak se piše tako da se oksidirani oblik piše prvi. Na primjer, Pt(s)|H2(g)H

+(aq)|Zn2+(aq)|Zn(s) Elektromotorna sila gornjeg članka je -0.76 V pa je standardni elektrodni potencijal Zn2+|Zn polu ćelije -0.76 V. GALVANSKI ČLANAK: kemijska energija se pretvara u električnu. Sastoji se od dva polučlanka odvojena polupropusnom membranom. Svaki polučlanak sastoji se od metala uronjena u otopinu iona. ELEKTROMOTORNA SILA: ili napon članka (e.m.f. ili EMF ili EMS) razlika je potencijala izmeñu dviju različitih elektroda koje su uronjene u isti elektrolit ili izmeñu dvaju polučlanaka spojenih elektrolitnim mostom. To je razlika elektrodnog potencijala tvari koja se reducirala i elektrodnog potencijala tvari koja se oksidirala. Kad je reakcija članka u ravnoteži on ne proizvodi EMS. AKUMULATOR: ureñaj za sakupljanje električne energije. Električna energija se tijekom punjenja pretvara u kemijsku energiju produkata koji nastaju u akumulatoru. Najčešće vrste su olovni akumulatori i nikal-kadmijjevi akumulatori. BATERIJA: ureñaj koja pretvara kemijsku energiju u električnu. To je elektrokemijski članak, podijeljen u dva polučlanka, a reakcija počinje kad se polučlanci spoje električki vodljivom stazom. Električni strujni krug zatvoren je elektrolitom, električki vodljivom tvari koja je smještena izmeñu elektroda i prenosi naboj izmeñu njih. U takozvanim "mokrim" člancima, elektrolit je tekućeg tipa a sadrži otopljene ione, čije gibanje stvara električnu struju; u "suhim" člancima elektrolit je čvrstog tipa - s mobilnim ionima kao nositeljima naboja, ili s ionskom otopinom unutar čvrste matrice. KOROZIJA: je štetno i nepoželjno trošenje konstrukcijskog materijala kemijskim djelovanjem okoline. Korodirati mogu metalni i nemetalni konstrukcijski materijali, ali se u užem smislu često odnosi samo na metale. Korozija metala prema mehanizmu procesa dijeli se na kemijsku (koroziju u neelektrolitima) i elektrokemijsku (koroziju u elektrolitima). Kemijska korozija nastaje neposrednim djelovanjem molekula nekog elementa ili spoja na metal pri čemu izravno nastaju korozijski produkti. Elektrokemijska korozija metala zbiva se u elektrolitima pri čemu dolazi do oksidacije atoma metala u slobodni kation, koji tek sekundarnim procesima daju molekule spoja koji je produkt korozije. GALVANIZACIJA: metal se zaštićuje elektrolitskim postupkom tako da se prevlači slojem drugog metala. Razlikujemo anodnu i katodnu zaštitu. ANODNA ZAŠTITA: postupak zaštite u kojem je zaštićeni metal potencijalna anoda. Na primjer prevlačenje predmeta od aluminija i sličnih metala (tzv. ventilni metali) zaštitnim oksidnim filmom kada ih se u elektrolizi spoji kao anodu.

.hr


29

KATODNA ZAŠTITA: je način zaštite metalnih konstrukcija od korozije u kojoj je metal koji se zaštićuje potencijalna katoda (u slučaju željeza cinkom ili magnezijem). Pri tome će se elektronegativniji metal otapati, a kad se istroši zamijeni se novim. ELOKSIRANJE: ili elektrolitička oksidacija, je postupak u kojem nastaje oksidni sloj koji čvrsto prianja uz podlogu i sprječava daljnju koroziju. Tako se uglavnom zaštićuje aluminij. ORGANSKA KEMIJA UVOD: dio kemije koji proučava ugljikove spojeve tradicionalno se naziva organskom kemijom (do 19. st. smatralo se da se tvari koje proizvode živi organizmi ne mogu sintetizirati izvan tih organizama); još se naziva i kemijom ugljikovih spojeva. Atomi su u organskim spojevima vezani kovalentnom vezom; zbog kovalentnog tipa veze, većina organskih spojeva reagira sporije od anorganskih, nepostojana je na povišenoj temperaturi, ima niska vrelišta i tališta, može se na zraku zapaliti i gorjeti, ne vodi električnu struju i najčešće nije topljiva u vodi. Ugljik je osnovni element od koga su izgrañene žive stanice, pa je bitni sastavni dio svih živih organizama; jedini element četvrte grupe koji čini dvostruke i trostruke veze. Veliki broj spojeva ugljika posljedica je činjenice da su energije veze C-C, C-O, C-H približno jednake veličine, pa je vjerojatnost nastajanja tih veza podjednaka. HIBRIDNE ORBITALE: organske molekule imaju prostorno usmjerene kovalentne veze što se objašnjava hibridizacijom orbitala; ugljik ima 2 elektrona u 2s orbitali i 2 elektrona u 2p; pobuñivanjem atoma jedan elektron prolazi iz 2s u preostalu 2p orbitalu; zbog toga bi tri kovalentne veze nastale s 2p orbitalama trebale biti drukčije od one nastale s 2s orbitalom, što nije slučaj već su sve četiri jednake (kod metana). To se objašnjava nastajanjem hibridnih orbitala koje se dobivaju miješanjem jedne 2s i triju 2p orbitala. Tako nastaju 4 podjednake hibridne orbitale koje se obilježavaju sa sp3. Njihove su osi usmjerene u prostoru prema uglovima tetraedra. Miješanjem jedne 2s i dvije 2p orbitale dobijemo tri jednake hibridne orbitale sp2, a miješanjem jedne 2s i jedne 2p orbitale dobijemo dvije jednake hibridne orbitale sp. SIGMA I PI VEZA: postoje dva tipa veze kod ugljikovodika, σ - veza i π – veza: - σ - veza nastaje preklapanjem si s orbtale (vodik), s i sp3 orbitale (metan), p i p orbitale na pravcu (klor), preklapanjem sp3 i sp3 orbitale, sp3 i sp2, sp3 i sp (veza izmeñu dva atoma ugljika) - π - veza nastaje paralelnim preklapanjem p orbitala izmeñu dva atoma ugljika (u etenu izmeñu 2 C-atoma jedna je σ –veza, a druga π-veza) PODJELA - podjela je napravljena na osnovi njihove strukture odnosno grañe osnovnog skeleta što ORGANSKIH ga čine atomi ugljika: SPOJEVA 1. – aciklički ili alifatski spojevi: atomi ugljika su povezani u otvorene lance, a dijele se na: - jednostavne lance - razgranate lance - ciklički spojevi: atomi ugljika su povezani tako da čine zatvorene lance ili prstenove, a dijele se na: - karbocikličke spojeve: prsten je sastavljen samo od atoma ugljika - heterocikličke spojeve: prsten pored atoma ugljika sadrži i atome nekih drugih elemenata 2. – zasićeni spojevi: atomi ugljika su meñusobno povezani jednostrukom kovalentnom vezom - nezasićeni spojevi: atomi ugljika su meñusobno povezani dvostrukom i trostrukom vezom OSNOVNE - postoje tri tipa osnovnih kemijskih reakcija: reakcija supstitucije, adicije i eliminacije

.hr


30

REAKCIJE - s u p s t i t u c i j a : reakcija zamjene atoma ili grupe atoma u spoju s drugim atomom ili ORGANSKE grupom atoma (supstituenti) KEMIJE - a d i c i j a : vezivanje atoma na mjestu dvostruke ili trostruke veze u nezasićenim organskim spojevima. Neke reakcije imaju posebna imena, npr. Hidrogeniranje (adicija vodika), halogeniranje (adicija halogena) i hidroksiliranje (adicija hidroksidnih iona). - e l i m i n a c i j a : uklanjanje atoma ili grupe atoma iz organskog spoja čime se od zasićenih dobivaju nezasićeni spojevi ili od manje nezasićenih više nezasićeni spojevi - r e d u k c i j u u organskoj kemiji predstavlja adicija vodika ili eliminacija kisika, a oksidaciju, eliminacija vodika (dehidrogeniranje) ili adicija kisika FUNKCIONALNE - atomske skupine koje uvjetuju karakter pojedinih organskih spojeva SKUPINE - zamjenom vodika s funkcionalnim skupinama nastaju derivati ugljikovodika - dijelimo ih na: a) jednovalentne: zamjena samo jednog atoma vodika u ugljikovodiku (OH, NH2, X) b) dvovalentne: zamjena dva atoma vodika (=O, NH, ...) c) trovalentne: zamjena tri atoma vodika (N, COOH, CHO,..) Tablica 3: Funkcionalne skupine

FUNKCIONALNE SKUPINE

PREFIKS SUFIKS SPOJEVI

- jednovalentne - OH hidroksi- -ol alkoholi - NH2 amino- -amin amini - NO2 nitro- - nitro spojevi - SH - -tiol merkaptani (tiloi) - X halogen- - halogenidi

- dvovalentne = O okso- -on ketoni

- CHO - -al aldehidi - O - -oksa, -alkoksi -eter eteri

trovalentne - COOH karbiksi- -karboksilna kiselina karboksilne kiseline - C = N cijano- -nitril nitrili - COX haloalkanoil- -oilhalid acil-halogenidi - COO - karboalkoksi- alkil-oat esteri karb. kiselina

- CO - O - OC - -ski anhidrid anhidridi karb. kisel. NOMENKLATURA: - Meñunarodna unija za čistu i primijenjenu kemiju (IUPAC) donijela je pravila o sustavnom imenovanju ugljikovih spojeva jer je poznato više milijuna organskih spojeva, a godišnje se sintetizira desetak tisuća novih spojeva. - svako ime u sebi sadrži korijen koji se tvori na osnovu grčkih ili latinskih brojeva kojemu se doda nastavak karakterističan za odreñenu vrstu spoja - osnovno ime spoja se odreñuje tako da C-atom na koji je vezan neki drugi atom (osim vodika) ili grupe atoma dobije što manji broj - broj koji označava mjesto vezanja funkcionalne skupine za osnovni lanac stavlja se ispred imena; ako su na istom C-atomu vezane dvije jednake skupine, broj treba ponoviti - ima li spoj prstenastu (cikličku) strukturu, ispred osnovnog naziva stavlja se prefiks ciklo- - ako molekula ima više identičnih skupina, njihov se broj označava prefiksima -di, -tri, -tetra - ako u spoju ima više različitih funkcionalnih grupa kao sufiks se može navesti samo jedna funkcionalna grupa (ona s najvećom važnošću; npr. ne olamin već hidroksi-amin); takve spojeve nazivamo polifunkcionalnim spojevima - ako u spoju ima više različitih funkcionalnih grupa tada se redni broj C-atoma odreñuje tako da ugljik s važnijom funkcionalnom skupinom dobije manji broj

.hr


31

- najveću prednost pri numeriranju imaju funkcionalne skupine koje imaju sufiks i moraju biti na kraju lanca (karboksilne kiseline i njihovi derivati); slijede skupine koje imaju sufiks, a mogu biti na bilo kojem položaju u molekuli (hidroksilna i amino skupina); zatim slijede one koje nemaju sufiksa i zato dobivaju ime kao supstituenti (halogeni). Redoslijed od najmanje važne ka najvažnijoj: alkani, nitro-grupa, halogeni, trostruka veza, dvostruka veza, eteri, amino skupina, hidroksidna, keto skupina, aldehidna, cijano-skupina, amidi, acilhalogenidi, esteri pa karboksilne kiseline - radikali imaju više značenja: to su grupe koje su u nekoj reakciji nevažne, jer se ponavljaju, a ne reagiraju; označavaju se s R (npr. R-OH). Takoñer su to supstituenti ugljikovodika izvedeni iz osnovnog spoja zamišljenim uklanjanjem jednog atoma vodika; dobivaju nastavak –il na osnovni korijen npr. metan CH4, CH3 metil ili možemo reći da prilikom cijepanja kovalentne veze, tako da svaki elektron ostaje svom atomu, nastaju grupe koje nazivamo radikali - α – C-atom je atom ugljika neposredno vezan uz funkcionalnu skupinu OKSIDACIJSKA - oksidacijsko stanje svakog atoma ugljika u spoju odreñuje se utvrñivanjem odnosa STANJA elektronegativnosti: ORGANSKIH 1. oksidacijsko stanje ugljika mijenja se za -1 za svaku vezu s atomom vodika, MOLEKULA 2. oksidacijsko stanje ugljika mijenja se za +1 za svaku vezu s elektronegativnijim heteroatomom, (heteroatomima se u organskoj kemiji nazivaju svi atomi koji nisu ugljik i vodik), 3. dvostruke i trostruke veze s heteroatomom daju dva odnosno tri puta veću vrijednost, 4. veze meñu atomima ugljika se ne računaju. IZOMERIJA: - pojava kod spojeva koji imaju istu molekulsku, a različitu strukturnu formulu (različit raspored i način vezanja atoma u molekuli), pa prema tome imaju i različita kemijska svojstva - postoje strukturni (konstitucijski) izomeri i stereoizomeri - strukturni izomeri: atomi izomera su spojeni na različit način (npr. butan i izobutan) - u strukturnu izomeriju može se uvrstiti: - tautomerija: - pojava pri kojoj jedna tvar istodobno postoji u dva oblika (tautomeri;

npr. keto-enolni tautomeri) - mazomerija: - istorodni organski spojevi imaju jednaku empirijsku formulu (npr. dietil-eter i metilpropil-eter) - stereoizomeri: atomi su na različit način smješteni u prostoru. Dijele se na konformacijske i

konfiguracijske; - konformacijski pri sobnoj temperaturi lako prelaze u druge stereoizomere rotacijom oko

jednostruke veze; postoji zasjenjena i zvjezdasta konformacija; izomeri koji nastaju zvjezdastom konformacijom nazivaju se konformeri ili rotameri . Najčešći oblici konformacije kod cikličkih spojeva su oblik stolice i oblik kade, pri čemu je oblik stolice energetski povoljniji - konfiguracijski se dijele na optičke i geometrijske izomere (često se javljaju zajedno) - optički izomeri u molekuli sadrže asimetrični C-atom (atom na koga su vezana 4 atoma ili grupe) pa imaju sposobnost zakretanja ravnine polariziranog svjetla; - enantiomeri su optički izomeri koji se odnose kao predmet i njegova zrcalna slika; razlikuju se po smjeru zakretanja ravnine polarnog svjetla (lijevi i desni enantiomer) - kiralnost: pojava da se molekula i njezin odraz u zrcalu ne mogu meñusobno preklopiti - optički izomeri su identični u svim kemijskim i velikom broju fizikalnih svojstava (talište, vrelište, topljivost,...) - geometrijski izomeri: stereoizomeri nezasićenih organskih spojeva koji nastaju uslijed nemogućnosti rotacije oko dvostruke veze izmeñu C-atoma; razlikuju se po položaju atoma u odnosu na ravninu dvostruke veze; cis-izomer: dvije istovrsne skupine vezane

.hr


32

na C-atome koji su povezani dvostrukom vezom, nalaze se s iste strane zamišljene ravnine što prolazi duž dvostruke veze okomito na ravninu papira; trans-izomer: istovrsne skupine su na suprotnim stranama te zamišljene ravnine.

UGLJIKOVODICI: najjednostavniji organski spojevi, sadrže samo ugljik i vodik; smatraju se osnovom svih organskih spojeva. Dijele se na: 1. zasićene (alkani) i nezasićene (alkeni i alkini) ugljikovodike 2. acikličke, cikličke i aromatske (nezasićeni šesteročlani prsten ugljikovih atoma)ugljikovodike 3. nerazgranati (normalni, n-) ugljikovodici – C-atomi su povezani jedan do drugoga u lancu i razgranati – na osnovni lanac povezane su druge skupine ugljikovodika HOMOLOGNI NIZ: serija organskih spojeva zajedničke opće formule, kod kojih se prethodni razlikuje od slijedećeg za odreñenu atomsku grupu ALKANI: zasićeni alifatksi ugljikovodici opće formule CnH2n+2 s jednostrukom kovalentnom vezom; dva susjedna člana u homolognom nizu razlikuju se za metilensku skupinu CH2 - nazivaju se još i parafini; spojevi ove grupe dobivaju imena tako da se na uobičajeni korijen doda nastavak –an; radikali alkana se nazivaju alkili - pošto su to nepolarne molekule slabe Van der Waalsove sile uzrokuju da alkani imaju najniža tališta i vrelišta od svih organskih spojeva slične relativne molekulske mase; alkani s razgranatim lancem imaju niža vrelištai tališta od n-alkana jer su privlačne sile meñu molekulama slabije zbog prostornih odbijanja; netopljivi su u vodi i slabo reaktivni; prva četiri člana homolognog niza su plinovi (metan, etan, propan, butan), alkani s 5-15 atoma ugljika su tekućine, a viši su u čvrstom stanju - karakteristične reakcije alkana su supstitucije (npr. halogeniranje alkana); gorenjem alkana dobiju se ugljik(IV)-oksid i voda. Dobivaju se frakcionom destilacijom nafte. ALKENI: nezasićeni ugljikovodici opće formule CnH2n u kojima su barem dva atoma ugljika meñusobno povezani dvostrukom vezom; - na osnovni korijen se doda nastavak -en; osnovno ime nekog razgranatog alkena odgovara najduljem lancu s dvostrukom vezom; ugljik uz dvostruku vezu treba dobiti što manji mogući broj; broj koji označava položaj dvostruke veze piše se ispred imena; alkeni s dvije ili više dvostrukih veza nazivaju se dieni, trieni, itd. - vrelišta alkena slična su vrelištima alkana sa sličnom relativnom molekulskom masom; cis i trans izomeri se razlikuju u vrelištima i talištima; niži članovi su plinovi, srednji tekućine, a najviši čvrste tvari; vrlo su reaktivni, lako se oksidiraju. - karakteristične reakcije su reakcije adicije (adicija halogenovodika, halogena, vode, hidrogeniranje) - dobivaju se frakcionom destilacijom nafte, a u laboratoriju eliminacijskim reakcijama (npr. eliminacijom molekule vode iz alkohola) ALKINI: nezasićeni ugljikovodici opće formule CnH2n-2, sadrže jednu ili više trostrukih veza - tališta, vrelišta i gustoće jednostavnih alkina nešto su više nego kod alkena i alkana s istim brojem ugljikovih atoma - kemijski su vrlo reaktivni; glavni predstavnik je etin (acetilen) - karakteristične su reakcije adicije; alkini kod kojih je trostruka veza na kraju lanca reagiraju s jakim bazama kao kiseline, jedan vodikov atom se zamjenjuje s metalom; ti spojevi se nazivaju acetilidi

.hr


33

- etin se dobiva u reakciji kalcij-karbida s vodom, a viši alkini se dobivaju eliminacijskim reakcijama od dibromalkana AROMATSKI - nazivaju se i areni; to su spojevi koji sadrže bar jednu benzensku jezgru; glavni UGLJIKOVODICI predstavnik je benzen (C6H6); tu spadaju još naftalen, antracen, difenil i dr. - označavaju se kao derivati benzena; ako su na benzenski prsten vezana dva supstituenta njihov se položaj obilježava numeriranjem ili prefiksima orto (o): supstituenti su u 1,2 položaju; meta (m): 1,3 položaj i para (p): 1,4 položaj - supstituent izveden iz benzena zamišljenim uklanjanjem jednog H-atoma (C6H5-) naziva se fenil - slabo su topljivi u vodi, njihova gustoća u tekućem stanju manja je od gustoće vode; vrelišta rastu pravilno s porastom relativne molekulske mase, a tališta im ovise o simetriji molekule (simetrične molekule lakše se slažu u kristale pa su im i tališta viša) - karakteristična je reakcija supstitucije, a ne adicije, kao što se očekuje s obzirom na nezasićenost atoma ugljika, stabilnost ovih spojeva se objašnjava postojanjem kovalentnih veza u kojima su tri elektrona lokalizirana, a po jedan je delokaliziran tj. raspršen uzduž prstena. Šest delokaliziranih elektrona daju stabilnost benzenskom prstenu. - reakcije supstitucije; halogeniranje, nitriranje, sulfoniranje, alkiliranje - adicijske reakcije se izvode uz dovoñenje energije i katalizatore; katalitičko hidrogeniranje, adicija klora - dobivaju se iz katrana kamenog ugljena, nafte i sintetskim postupkom iz destilata nafte - benzen je bezbojna tekućina, otrovan, netopljiv u vodi, otapa se u benzinu, alkoholu i eteru; otapa masti, ulja i spole; sličan je zasićenim ugljikovodicima po tome što ne polimerizira i postojan je prema oksidacijskim sredstvima; burno reagira s sulfatnom i nitratnom kiselinom dajući supstitucijske produkte: nitro-benzen i benzensulfonsku kiselinu ALKOHOLI: hidroksilni derivati alifatskih ugljikovodika (jedan ili više atoma vodika je zamijenjeno s OH-skupinom) - zajednička karakteristika alkohola, fenola i etera je kisikov atom koji je vezan u ovim spojevima kao što je vezan i u molekuli vode - prema broju OH skupina dijelimo ih na monole (1 OH), diole (2 OH), triole,... - prema položaju C-atoma na koji je vezana hidroksidna skupina dijelimo ih na: - primarne: OH je vezana na C-atom koji je vezane na još samo jedan C-atom - sekundarne: OH je vezana na C-atom koji je vezan s još dva atoma ugljika - tercijarne: OH je vezana na C-atom koji je vezan s još tri atoma ugljika - imaju nastavak -ol; položaj OH skupine označava se brojem ispred naziva alkohola - u odnosu na vrelišta alkana, alkena i alkina slične relativne molekulske mase vrelišta alkohola su puno viša jer izmeñu molekula alkohola u tekućem stanju nastaje vodikova veza; u homolognom nizu primarnih alkohola prva četiri člana su žitke tekućine, od petog do jedanaestog su uljaste tekućine, a viši čvrste supstance; niži alkoholi se miješaju s vodom, a viši se u vodi ne otapaju - alkoholi mogu reagirati kao kiseline i kao baze; s metalima reagiraju kao kiseline i daju alkokside (jake baze i upotrebljavaju se kao nukleofilni reagensi); u jako kiselom mediju reagiraju kao baze tj. otpuštaju OH skupinu i zamjenjuju je supstitucijskom reakcijom za, najčešće, halogeni element; oksidacijom primarnih alkohola dobivaju se aldehidi, a sekundarnih ketoni - dobivaju se suhom destilacijom drveta, sintetski, reakcijama adicije vode na nezasićene ugljikovodike, alkoholnim vrenjem (dobivanje etanola iz šećera) FENOLI: aromatski spojevi koji sadrže hidroksilne skupine direktno vezane na benzenski prsten - razlikujemo ih prema broju OH skupina vezanih na benzensku jezgru

.hr


34

- izmeñu molekula fenola dolazi do nastajanja vodikove veze kao i kod alkohola, što utječe na njihovo vrelište i talište - vodene otopine fenola reagiraju kiselo, vodikov atom iz OH skupine fenola se puno lakše disocira nego kod alkohola; tu se ubrajaju karbolna kiselina, krezoli, ksilenoli, naftoli i dr.; s lužinama daju fenokside (fenolate) - glavni predstavnik je fenol ili hidroksibenzen; ima jednu OH skupinu vezanu na benzenov prsten; slaba je kiselina, a s lužinama daje lako topljive fenolate; dobiva se iz katrana kamenog ugljena destilacijom pri nižim temperaturama i sintetski iz benzena; upotrebljava se kao sredstvo za dezinfekciju, za proizvodnju aromatskih spojeva i dr. ETERI: opća formula im je R-O-R, mogu se dobiti iz dvije molekule alkohola oduzimanjem jedne molekule vode - kemijski su manje reaktivni od alkohola; njihove molekule nisu polarne, pa se ne otapaju u vodi i lako hlape; nemaju vodikovu vezu meñu molekulama pa su i tališta i vrelišta niža od alkohola s sličnom relativnom molekulskom masom; eteri su slabe baze jer slobodni parovi elektrona na kisiku mogu privući vodikov ion; u kiselim uvjetima dolazi do cijepanja veze C-O i nastajanja organskih halogenida - dietil-eter se dobiva zagrijavanjem etanola i sulfatne kiseline; upotrebljavaju se kao otapala ALDEHIDI I KETONI: opća formula R:CHO u kojoj je kisik dvostrukom kovalentnom vezom vezan za ugljik - na osnovni korijen aldehidi dobivaju nastavak –al, a ketoni –on; ukoliko su u molekuli prisutni i keto i aldehidna skupina prednost ima aldehidna grupa - kisik je elektronegativniji od ugljika pa zbog toga karbonilna grupa ima polarni karakter; to uzrokuje vodikove veze meñu molekulama, stoga viša vrelišta i tališta od alkana slične molekulske mase; zbog polarnosti aldehidi i ketoni s manjim brojem C-atoma su topljivi u vodi; to uvjetuje i karakteristične reakcije aldehida i ketona, pri čemu su aldehidi reaktivniji od ketona - redovito su bezbojne tekućine karakterističnog mirisa - aldehidi oksidacijom prelaze u karboksilne kiseline dok se ketoni teško oksidiraju pri čemu se cijepaju dvije molekule; adicijom alkohola na aldehide nastaju poluacetali i acetali, a adicijom jednog aldehida na drugi nastaju aldoli. Ta se reakcija naziva aldolna adicija (aldolna kondezacija). - ketoni se dijele na jednostavne (dvije iste alkilne skupine vezane za karbonilnu grupu) i mješovite (dvije različite alkilne skupine vezane za karbonilnu grupu); služe kao dobra otapala plastičnih masa, lakova, boja i umjetnih vlakana - najjednostavniji keton je propanon (aceton) - reakcijom alkohola s ketonima nastaju ketali KARBOKSILNE KISELINE: opća formula R-COOH; funkcionalna skupina ove grupe spojeva je karboksilna skupina; prema broju karboksilnih skupina mogu biti mono-, di- i polikarboksilne kiseline - najduljem lancu ugljika doda se nastavak -kiselina; prilikom numeriranja C-atoma karboksilna skupina ima prednost; soli karboksilne kiseline imaju nastavak -oat; derivati karboksilne kiseline su: kiselinski halogenidi, anhidridi, esteri i amidi - kiseline s 1-3 C-atoma su tekućine oštrog mirisa, sa 4-8 C-atoma su tekućine neugodnog mirisa; aromatske, dikarboksilne i više zasićene kiseline su u čvrstom stanju pri sobnoj temperaturi; kiseline koje u svojoj molekuli na ß ugljiku imaju okso (keto) skupinu nazivaju se oksokiseline - slabe kiseline, u vodenoj otopini disociraju, s lužinama daju soli; relativno visoka tališta i vrelišta u odnosu na odgovarajuće aldehide zbog jače vodikove veze izmeñu molekula kiselina; kiselina s

.hr


35

manjim brojem C-atoma su dobro topljive u vodi; raširene su u biljkama i životinjama u obliku soli, estera ili slobodne (odatle trivijalni nazivi za neke kiseline: mravlja ili metan kiselina, octena ili etan kiselina, maslačna ili butan kiselina, itd.) - većina reakcija karboksilne kiseline se dogaña upravo na karboksilnoj skupini, pri čemu nastaju soli, esteri (s alkoholima), amidi (iz acilhalogenida, estera i anhidrida s amonijakom) - dobivaju se oksidacijom aldehida i ketona (pri čemu nastaje karboksilna kiselina s manjim brojem C-atoma nego što ih je imao keton); biokemijskom oksidacijom etanola dobiva se etan- kiselina - više karboksilne kiseline (nazivaju se i masne kiseline) imaju 12 do 20 C-atoma u lancu; kod prirodnih masnih kiselina taj je broj uvijek paran; mogu biti zasićene i nezasićene:

broj C-atoma miristinska 14 palmitinska 16 stearinska 18 oleinska (1 dvostruka veza) 18 linoleinska (2 dvostruke veze) 18 - esencijalne masne kiseline su one koje organizam ne može sam sintetizirati (vitamin F) - sastojak su masti i ulja - alkalijske soli viših masnih kiselina su sapuni K i s e l i h a l o g e n i d: je organski spoj koji sadrži grupu -COX, gdje X označava atom halogena

A m i d: organski spoj koji sadrži karbonilnu grupu vezanu na dušik. Primjer su formamid, HCONH2 i acetamid, CH3CONH2. Oni su neutralne čvrste tvari pri sobnoj temperaturi, osim formamida koji je tekućina. Urea, prvi sintetizirani organski spoj, je diamid. A n h i d r i d i: opća formula im je (RCO)2O, dobiju se kondenzacijom dviju karboksilnih kiselina. ESTERI: derivati karboksilne kiseline opće formule RCOOR; nastaju iz kiselina i alkohola uz odvajanje vode, ta se reakcija naziva esterifikacija. Esteri takoñer nastaju reakcijom alkohola i mineralnih kiselina. Tako najjednostavniji ester može imati samo jedan atom uljika. Poznat je ester glicerola i koncentrirane dušične kiseline – nitroglicerin. Apsorpcijom nitroglicerina na infuzorijsku zemlju dobiva se dinamit. Kako nitroglicerin širi krvne žile primjenjuje se kao lijek kod stenokardije. Od ostalih estera anorganskih kiselina važni su još esteri sulfatne (deterñenti) i fosfatne kiseline (omekšivači). Hidrolizom estera dobijemo početne reaktante.

Masti i ulja: triacilgliceroli ili trigliceridi ili gliceridi; masti sadrže zasićene masne kiseline, a ulja nezasićene masne kiseline. Alkalnom hidrolizom masti ili saponifikacijom dobiju se alkohol glicerol i sapun. Sastav masti je za svaki organizam karakterističan. Stupanj nezasićenosti masti odreñuje se jodiranjem joda na dvostruke veze nezasićenih masnih kiselina i definira se jodnim brojem: grami joda koji se mogu adirati na 100 g masti. Aspirin: acetilsalicilna kiselina, koja sadrži i estersku skupinu. Služi kao analgetik i antipiretik. SAPUNI: su smjese natrijevih i kalijevih soli viših masnih kiselina. Meki sapuni su soli kalijevih viših masnih kiselina, a tvrdi sapuni natrijeve soli viših masnih kiselina. Sapuni daju koloidne vodene otopine i smanjuju površinsku napetost vode, pa tako voda lakše kvasi nečistoće.

DETERDŽENT: površinski aktivno kemijsko sredstvo za uklanjanje nečistoće (po ovakvoj definiciji i sapun je deterdžent). Pod deterdžentima podrazumijevamo spojeve koji na kraju ugljikovodičnog lanca masne kiseline, umjesto karboksilne grupe, ima sulfonsku. Tako su to natrijevi alkilbenzensulfonati, alkansulfonati ili alkil sulfati.

.hr


36

AMINI: su derivati amonijaka u kojem su jedan ili više vodikovih atoma zamijenjeni s organskim skupinama. Zamjenom jednog vodikovog atoma nastaju primarni amini (RNH2), dvaju sekundarni (R2NH) a svih triju tercijarni amini (R3N).

KIRALNE MOLEKULE: molekule koje ne mogu biti prevedene u svoju zrcalnu sliku. Uobičajeni su primjer za ove molekule organske molekule u kojima se nalazi asimetrično grañeni ugljikov atom, tj. ugljikov atom na koji su vezana četiri različita atoma ili atomske grupe. Kiralne molekule razlikuju se jedino u optičkoj aktivnosti. Jedan izomer zakreću ravninu polariziranog svjetla u lijevo a drugi u desno. Smjesa jednakih dijelova lijevog i desnog izomera naziva se racemat.

KIRALNO SREDIŠTE u organskoj kemiji jest najčešće asimetrično supstituiran ugljikov atom (C*). OPTIČKI AKTIVNA TVAR: ona tvar koja je sposobna zakretati ravninu polariziranog svjetla. Molekule optički aktivnih tvari ne mogu se preklopiti s vlastitom zrcalnom slikom, slično kao lijeva i desna ruka. BIOKEMIJA - znanost koja se bavi proučavanjem sustava i kemijskih procesa unutar žive materije - bavi se složenim organskim molekulama kao osnovnim grañevnim jedinicama svih živih bića UGLJIKOHIDRATI: prvi fiziološki produkti fotosinteze. To su polihidroksi-aldehidi ili polihidroksi- ketoni opće formule Cn(H2O)n (ime im potječe od nekadašnje ideje da se molekula vode adira na atom ugljika u ovim spojevima). Dijele se na: 1) - monosaharide (3-9 atoma ugljika): dijele se prema broju C-atoma u molekuli (npr. 6 atoma ugljika = heksoza, 5 C-atoma = pentoza, itd.) - oligosaharide (2-10 povezanih jedinica monosaharida) - polisaharide (više od 10 jedinica monosaharida u vezi)

2) - aldoze (ugljikohidrati s aldehidnom skupinom) i ketoze (ugljikohidrati s keto-skupinom) - nazivi monosaharida imaju nastavak -oza koji se dodaje korijenu koji označava aldehid ili keton - služe kao izvor energije (šećer), kao rezervna tvar (škrob i inzulin) i kao grañevni materijal (celuloza – za ljudsku prehranu vrijednost ima samo mali broj spojeva ove grupe) Stereoizomerija: klasificiraju se u D ili L spojeve, što ovisi o konfiguraciji nesimetričnog atoma ugljika koji nosi najveći broj (najdonji asimetrični atom ugljika u Fischerovoj formuli). Molekule koje imaju jednaku konfiguraciju na nesimetričnom C-atomu koji nosi najveći broj kao i D- gliceraldehid (OH skupina je na desnoj strani) su D-monosaharidi. Konfiguraciji L- gliceraldehida (OH skupina je na lijevoj strani) odgovaraju L-monosaharidi; biološki su važni samo šećeri D-niza. Ciklička struktura monosaharida: monosaharidi ne daju sve karakteristične reakcije za aldehide i ketone, već se samo u nekim reakcijama ponašaju kao pravi aldehidi. Razlog je ciklička struktura monosaharida s jednim kisikom u prstenu koja nastaje reakcijom jedne OH skupine iz molekule s aldehidnom (vodik iz OH skupine se adira na karbonilni kisik, a izmeñu kisika iz te OH skupine i ugljika iz karbonilne skupine nastaje veza). Nastala ciklička molekula je poluacetal. Kako poluacetalna OH skupina može biti ispod i iznad ravnine prstena razlikujemo α- i β- izomere. Ovi izomeri se nazivaju anomerima, a ugljik karbonilne skupine anomerni ugljik. S

.hr


37

obzirom na broj članova prstena monosaharide ubrajamo meñu derivate peteročlanog furanovog prstena (1,4 vez; furanoze), odnosno šesteročlanog piranovog prstena (1,5 vez; piranoze).

Reakcije monosaharida: daju uobičajene reakcije za hidroksi i aldehidnu skupinu: reduciraju Tollensov reagens, s blagim oksidansima oksidiraju u odgovarajuće kiseline, a s jakim u dikarboksilne kiseline; mogu se reducirati u alkohole s natrijbor-hidridom. D e o k s i š e ć e r i : nastaju zamijenom jedne OH skupine (najčešće donje) s H pa je struktura tih šećera siromašnija za jedan kisik od osnovnog odgovarajućeg saharida. G l i k o z i d i : struktura ugljikohidrata u kojoj je poluacetalna OH skupina zamijenjena OR-skupinom, a kemijska veza se naziva glikozidna veza. Glikozid koji nastaje iz manoze naziva se manozid, iz glukoze glukozid, itd. D i s a h a r i d i : šećeri se mogu spajati na dva načina: 1. reagiraju obje karbonilne skupine, u nastalom disaharidu nema slobodnih karbonilnih skupina pa je zbog toga izgubio moć redukcije (nereduktivan šećer) 2. vezuje se jedna karbonilna i jedna OH-skupina, jedan anomerni C-atom ostaje slobodan koji može reducirati Tollensov reagens (reduktivni šećer) - saharoza hidrolizom prelazi u glukozu i fruktozu, laktoza u glukozu i galaktozu, a maltoza u dvije molekule glukoze P o l i s a h a r i d i : škrob: potpunom hidrolizom daje α-D-glukozu, koja nije jednako meñusobno povezana, ali prevladava α(1.4) glikozidni vez (povezuje je α-poluacetalna skupina jednog monosaharida i C-4 hidroksilna skupina drugog monosaharida); produkt fotosinteze kao i celuloza - celuloza: izgrañena je od β-D-glukoza povezanih β-(1-4) glikozidnim vezom (povezuje se β-poluacetalna skupina i C-4 hidroksilna skupina); upotrebljava se za proizvodnju bakrene svile, viskoze, celofana i papir - glikogen: nastaje sintezom viška glukoze u tijelu; molekule su povezane α(1-4) i α(1-6) glikozidnim vezom

LIPIDI: naziv za organske spojeve koji se otapaju u nepolarnim otapalima; slično im je biogenetsko porijeklo i način izolacije; dijele se na: 1. jednostavne lipide (esteri masnih kiselina i alkohola): - masti i ulja (triacilgliceroli) - voskovi - sterolni esteri 2. složene lipide: (esteri masnih kiselina i alkohola povezanih s drugim spojevima /N,S,P/) - fosfolipidi (masna kiselina + fosfatna kiselina) - glikolipidi (masna kiselina + šećeri) - aminolipidi (masna kiselina + supstituirani amin) - sulfolipidi (masna kiselina + sulfatna kiselina)

3. pseudolipide (po svojoj topivosti sliče lipidima): - alkoholi dugačkog lanca (C14 - C34) - aldehidi viših masnih kiselina - vitamini A, D, E i K (topovi u mastima) Funkcija masti: - gorivo: oksidacijom masnih kiselina iz lipida nastaje veća količina energije nego oksidacijom ugljikohidrata (masne kiseline su skoro potpuno reducirani spojevi) - spremnici energije: hrana koja je ušla u organizam u većoj količini od potrebe pretvara se u mast i skladišti u tkivima, pri tom 1g masti uskladištava 6 puta više energije od ugljikohidrata jer su nepolarne i deponiraju se u bezvodnom obliku - grañevni materijal: -sastojci membrana. Tri glavne skupine membranskih lipida: ~fosfolipidi, ~glikolipidi i ~kolesterol: - sastavljeni su od hidrofilnog i hidrofobnog dijela pa stvaraju dvostruki sloj (dvoslojna membrana); lipidni je dvosloj neprolazan za polarne molekule i većinu iona, a opet dovoljno tekući da mogu biti otapalo za membranske proteine

.hr


38

Steroli: kruti ciklički alkoholi; kolesteroli u životinjskom organizmu, a fitosteroli u biljnom - spadaju u steroide, spojeve s tetracikličkim prstenastim sustavom - iz kolesterola nastaje pet glavnih skupina steroidnih hormona: progestageni, glukokortikoidi, mineralokortikoidi, androgeni i estrogeni; vitaminD, važan u kontroli metabolizma kalcija i fosfora, nastaje iz derivata kolesterola pod utjecajem svjetlosti; suvišak kolesterola se može izlučiti iz organizma, skupljati u tijelu u obliku žučnih kamenaca ili se taložiti u arterijama, gdje uzrokuje arterosklerozu. BJELANČEVINE: ili proteini; složene organske molekule sastavljene od mnogo aminokiselina meñusobno povezanih peptidnom vezom (-CO NH-). PODJELA: - jednostavni proteini; hidrolizom daju samo jednostavne proteine (albumini, globulini, gluteini, i dr.): skleroproteini (netopljivi u vodi, imaju fibrilarnu strukturu, služe kao potporni elementi; kolageni i keratini) i globularni (topljivi u vodi, molekula im je kuglasta). - složeni ili konjugirani (proteidi): hidrolizom daju i druge supstance: kromoproteini, glikoproteini, nukleoproteini, lipoproteini, fosfoproteini; takve grupe vezane za proteine nazivamo prostetskim grupama F u n k c i j e bjelančevima su: encimska kataliza, prijenos i pohrana tvari, koordinirano kretanje, mehanička potpora, imunološka zaštita i stvaranje i pohrana živčanih impulsa. - proteini su amfoterni, optički aktivni, denaturiraju pod utjecajem kiseline, lužine ili nekih organskih otapala; G r a ñ a: osnovne grañevne jedinice su aminokiseline; one se sastoje od amino-skupine, neposredno vezane na ugljikov atom, karboksi-skupine i ogranaka (R-skupine) koji se razlikuju veličinom, oblikom, nabojem, kemijskom reaktivnošću i sposobnošću stvaranja vodikovih veza - zbog tetraedarskog rasporeda 4 različitih skupina oko α-C atoma (na njega su povezane amino i karboksi-skupina) aminokiseline su optički aktivne; proteini se sastoje samo od L-aminokiselina - topljive su u vodi, netopljive u organskim spojevima, imaju visoko talište, amfolitne su (mogu primiti i otpustiti proton; kiseline otopini uzimaju proton, a lužine otopini daju proton) - poznato je više od 100 prirodnih aminokiselina, no samo ih se oko 30 pojavljuje u živom organizmu, ot toga ih je desetak u slobodnom stanju, a 20 su dijelovi proteina; od tih 20 aminokiselina 10 ih je esencijalnih za čovjekov organizam jer ih ne može sintetizirati pa ih mora uzimati u hrani - kod odreñenog pH koji je karakterističan za svaku pojedinu aminokiselinu, aminokiselina postaje dipolni ion i ukupni naboj jednak je nuli; taj pH se naziva izoelektričnom točkom S t r u k t u r a: primarna: redoslijed aminokiselina; slijed aminokiselina je mlekulska osnova proteinske biološke aktivnosti - sekundarna: konformacija polipeptidnih lanaca; funkcija proteina proističe iz trodimenzionalnog rasporeda atoma u strukturi proteina (aminokiselinski redoslijed odreñuje konformaciju); α-heliks i β-nabrana ploča - tercijarna: nevezne interakcije unutar molekule proteina, izmeñu raznih odsječaka peptidnog lanca; interakcije mogu biti vodikova veza, disulfidna veza, ionsko privlačenje i hidrofobna veza - kvarterna: više podjedinica nekog proteina; važna je za biološku aktivnost proteina Enzimi: proteini koji kataliziraju gotovo sve biokemijske reakcije; pripadaju proteidima pa se sastoje od proteina i prostetske grupe; neki enzimi vežu prostetsku grupu reverzibilno pa se takva grupa naziva koenzim. Supstrati su tvari koje se kemijski mijenjaju djelovanjem enzima. - korijenu naziva koji govori o njegovom djelovanju ili supstrata na koji on djeluje, doda se nastavak -aza (npr. lipaza, oksidoreduktaza, itd.) - enzimi su specifični prema supstratu (reagiraju s točno odreñenim produktom metabolizma, a ne reagiraju ni s vrlo srodnim spojevima) i prema djelovanju (od mnogobrojnih reakcija u koje može ući neki spoj katalizirana je samo jedna)

.hr


39

- uvjeti djelovanja enzima: - optimalna temperatura; temperatura pri kojoj enzimi najbolje djeluju, nakon pothlañenja enzimi se mogu povratiti u normalno stanje, dok nakon povišenja temperature enzimi prestaju djelovati zbog denaturiranja, - optimalni pH različitih enzima je različit; ukoliko se pH sredine udaljava od optimalnog, efikasnost enzima najprije slabi, a pri tom sasvim prestaje. Kvantitativni odnos izmeñu enzima i supstrata: povećanje količine supstrata ubrzava reakciju; nakon optimalnog odnosa koncentracija enzima i supstrata, daljnje povećanje koncentracije supstrata ne vodi povećanju brzine reakcije Glavne skupine enzima: - oksidoreduktaze ~ enzimi biološke oksidacije i redukcije - transferaze ~ enzimi koji prenose grupe - hidrolaze ~ enzimi koji kataliziraju hidrolitičkacijepanja - liaze ~ kataliziraju reakcije eliminacije uz stvaranje dvostruke veze ili adicije na dvostruku vezu - izomeraze ~ kataliziraju pregradnju unutar molekula - ligaze ~ stvaranje veze uz istovremeno cijepanje ATP ANORGANSKA KEMIJA ALKALIJSKI METALI: elementi I-A skupine PSE ( Li, Na, K, Ru, Cs i Fr). Mekani su i mogu se rezati nožem, male su gustoće, na zraku nepostojani, kemijski jako reaktivni; reaktivnost im raste porastom rednog broja (atomske mase) - jednovalentni su i u vanjskoj ljusci sadrže jedan elektron; jaka su redukcijska sredstva - dobivaju se elektrolizom talina njihovih klorida - sve soli su im lako topljive u vodi, u vodenim otopinama jako disociraju; grade jake baze čija jakost raste od natrija prema ceziju - alkalijski metali boje plamen karakterističnim bojama: litij - crveno, natrij - žuto, kalij – ljubičasto, rubidij - crveno, cezij - plavo ZEMNO- - elementi II-A skupine periodnog sistema (Be, Mg, Ca, Sr, Ba i Ra) -ALKALIJSKI - u prirodi se ne nalaze slobodni, već samo u spojevima; tališta ovih elemenata uvijek METALI su viša od tališta prethodnog alkalijskog metala iz iste periode - u vanjskoj ljusci atoma imaju dva elektrona; teže prelaze u katione od alkalijskih metala, pa su postojaniji i manje reaktivni, no na zraku se prevuku tankim slojem oksida i burno reagiraju s vodom pri čemu nastaju lužine i vodik. Dobivaju se elektrolizom talina njihovih soli. - svi kloridi i nitrati dobro su topljivi u vodi; svi karbonati su netopljivi u vodi; svi karbonati su netopljivi u vodi; barij-sulfat je u vodi netopljiv, a topivost ostalih smanjuje se od berilija do barija - berilij-hidroksid i magnezij hidroksid su praktički netopljivi, a topljivost ostalih raste s porastom atomske mase, pa tako raste i jakost tih lužina. Vodene otopine hidroksida ovih elemenata su jake baze, ali slabije od alkalijskih. - zemno-alkalijski metali boje plamen karakterističnim bojama: magnezij-bijelo, kalcij- ciglastocrveno, stroncij-karmincrveno, barij-zeleno. HALOGENI - elementi VII-A grupe periodnog sistema (F, Cl, Br, I i As) ELEMENTI - imaju neugodan miris, jako nagrizaju tkivo, osobito sluzokožu organa za disanje - u vanjskoj ljusci atoma imaju po sedam elektrona, pa su jednovalentni i izrazito elektronegativni. Spajaju se s metalima stvarajući soli-halogenide. Reaktivnost im opada porastom rednog broja - dobivaju se elektrolizom taline halogenida, a osim fluora svi ostali halogeni se mogu dobiti i

.hr


40

elektrolizom vodenih otopina halogenida. - jaki su oksidansi, a fluor je najjači oksidans od svih elemenata uopće; oksidacijska sposobnost halogena smanjuje se od fluora prema jodu - svi halogenovodici su plinovi; vodene otopine halogenovodika su kiseline. HALKOGENI ELEMENTI: elementi VI-B grupe periodnog sustava (O, S, Se, Te i Po) - zastupljeni su u rudama; pokazuju pojavu alotropije; spajaju se izravno s vodikom i metalima - u posljednjoj ljusci imaju šest elektrona; oksidacijski brojevi u stabilnim spojevima su: -2, -+2, +4, +6 (s izuzetkom kisika). U peroksidima kisik ima oksidacijski broj -1. - kisik je element kojeg na Zemlji ima najviše; u elementarnom stanju kisik se sastoji od dvoatomnih molekula, a u visokim slojevima atmosfere prisutan je u obliku troatomnih molekula, ozona. Ozon je nestabilna modifikacija kisika, te se raspada u obični kisik uz oslobañanje energije; modifikacija kisika, te se raspada u obični kisik uz oslobañanje energije; spaja se sa svim elementima (i s plinovitim ksenonom); s metalima čini okside - peroksidi su spojevi koji u molekuli sadrže jednostrukom vezom povezana dva atoma kisika; jaka oksidacijska sredstva; sa mineralnim kiselinama razvijaju vodik-peroksid - sumpor u prirodi dolazi u elementarnom stanju i u obliku spojeva; javlja se u dvije alotropske modifikacije, kao rompski i monoklinski; elementarni sumpor. Upotrebljava se u poljoprivredi kao sredstvo protiv biljnih tetočina, za proizvodnju sulfatne kiseline, za vulkanizaciju kaučuka, u liječenju nekih kožnih bolesti - sumpor se s vodikom spaja u sumporovodik, plin koji se u vodi otapa i disocira; nastaje slaba kiselina čije soli nazivamo sulfidi; sulfidi se u prirodi javljaju kao minerali: halkopirit, galenit, sfalerit i pirit - prženjem sulfida dobija se sumpor-dioksid, jako redukcijsko sredstvo, on je meñuprodukt u proizvodnji sulfatne kiseline iz sulfidnih ruda; u atmosferi djeluje štetno na dišne organe i vegetaciju (kisele kiše) DUŠIKOVA - peta grupa periodnog sustava elemenata (N, P, As, Sb, Bi); dušik i GRUPA fosfor su tipični nemetali, arsen je metaloid, a antimon i bizmut su metali ELEMENATA - u posljednjoj ljusci imaju pet elektrona, oksidacijski stupanj im ovisi o elementima s kojima stupaju u reakciju; prema elektropozitivnijim elementima oksidacijski broj je -3,a prema elektronegativnijim je +3 ili +5. - dušik je u elementarnom stanju dvoatomna molekula gdje su dva atoma dušika povezana trostrukom vezom; inertan je plin i s jako reaktivnim metalima daje nitride - amonijak je reducens i pri povišenoj temperaturi reducira metalne okside; nitratna kiselina je jaka kiselina i oksidacijsko sredstvo; svi nitrati su topljivi u vodi; raspadaju se zagrijavanjem - fosfor se javlja u više modifikacija; bijeli je otrovan i samozapaljiv na zraku; crveni je neotrovan i stabilan na zraku; zagrijavanjem crveni fosfor prelazi u bijeli; fosfor(V)-oksid otapanjem u vodi daje fosfatnu kiselinu koja je srednje jaka i disocira u tri stupnja UGLJIKOVA - četvrta grupa elemenata (C, Si, Ge, Sn i Pb); ugljik je nemetal, silicij i germanij GRUPA polumetali, a kositar i olovo metali; u posljednjoj ljusci imaju 4 elektrona; ELEMENATA maksimalan oksidacijski broj je +4, a minimalan -4 - svi elementi ugljikove grupe daju monokside (CO); stabilnost ovih spojeva raste u grupi prema dolje; takoñer svi daju diokside (CO2) i hidride (CH4); Ge, Sn i Pb čine halogenide sastava MX2, a halogenide sastava MX4 tvore svi elementi osim olova; kositar(II)-spojevi su jaki reducensi, a olovo(IV)-spojevi jaki oksidansi; svi MX4 halogenidi silicija, germanija, kositra i olova lako hidroliziraju

.hr


41

- ugljik postoji u tri alotropske modifikacije: kao dijamant, grafit i amorfni ugljik; u prirodi se nalazi vezan u mineralima (karbonatima), ima ga u prirodnom ugljenu, a u zraku se nalazi u obliku dioksida - silicij je tvrdi kristal metalna sjaja; sačinjava 27% Zemljine kore pa je poslije kisika najrašireniji element; dobiva se iz silicij(IV)-oksida pri povišenoj temperaturi djelovanjem jakih reduktivnih sredstava; veliku važnost imaju silicijski spojevi: sastojci su stakla, porculana, emajla, cementa, keramike i dr. - silikati su alkalijske soli silikatnih kiselina BOROVA - treća grupa periodnog sustava (B, Al, Ga, In i Tl); svi su tipični metali osim bora koji je GRUPA polumetal; u vanjskoj ljusci imaju tri elektrona, pa su svi trovalentni, ali kod talija ELEMENATA prevladavaju jednovalentni spojevi; kako u stvaranju metalnih veza meñu njihovim atomima sudjeluju samo tri valentna elektrona ta je veza slaba, zato su tališta tih metala niska - bazična svojstva oksida i hidroksida elemenata borove grupe povećavaju se s porastom relativne atomske mase. Dok je bor(III)-hidroksid tipična kiselina, aluminij(III)-hidroksid je amfoteran, a bazičnost dalje raste od galija do talija. - bor je po svojstvima sličniji beriliju nego boru, otapa se i u kiselinama i u lužinama, ali se ne otapa u nitratnoj kiselini; aluminij-hidroksid je amfoteran jer se otapa i u kiselinama i u lužinama; može se kovati, valjati u vrlo tanke listiće i razvući u fine niti. Dobar je vodič topline i elektriciteta; na površini se brzo prevuče tankim i nevidljivim slojem oksida koji ga štiti od daljnje oksidacije. U prirodi ga nema u elementarnom stanju, no vrlo je rasprostranjen u obliku stijena i minerala (glinenci, liskun, ortoklas, korund, boksit, kaolin) - glavna ruda za dobivanje aluminija je boksit, koji se najprije oslobodi primjesa i u obliku glinice elektrolizira u posebnim pećima uz dodatak kriolita ŽELJEZO: prijelazni metal, najrasprostranjeniji metal na planeti Zemlji. Postoji elementarno telurno željezo (u Zemljinoj kori) i meteorno željezo (dospjelo je na Zemlju iz Svemira). To je sjajni, srebrni, tvrdi i krti metal koji se može lako kovati, variti u vrućem stanju i ispolirati do visokog sjaja. Zajedno s kobaltom i niklom čini trijadu željeza. Izložena površina brzo korodira naročito u vlažnom zraku i pri povišenoj temperaturi. Na površini se stvara crveno-smeñi oksid (hrña). Otapa se u neoksidirajućim kiselinama. U koncentriranoj sulfatnoj i nitratnoj kiselini željezo se pasivira. Feromagnetično je sve do 768 °C. Proizvodnja mu je veća nego svih ostalih metala zajedno. - elementarno željezo se javlja u tri alotropske modifikacije: alfa-željezo -> 907°C -> beta-željezo > 1400°C -> delta-željezo. alfa-Fe ima prostorno centriranu kubičnu kristalnu rešetku i feromagnetično je. Pri temperaturi 770°C gubi feromagnetska svojstva, ali ne mijenja strukturu, pa se naziva beta-Fe. Gama-Fe ima plošno centriranu kubičnu kristalnu rešetku, a delta-Fe prostorno centriranu kubičnu rešetku, ali drugih parametara. - glavne rude željeza su magnetit (Fe3O4), hematit (Fe2O3), limonit (FeOOH) i siderit (FeCO3). - dobiva redukcijom oksida željeza koksom u visokim pećima. Kao čisti metal se malo upotrebljava već se legira s drugim metalima u razne vrste čelika, koji su osnova moderne civilizacije. Cijena željeza u komadima čistoće 99.97% iznosi 53.00 € za 1000 g. Ono je najvažnije od svih metala i uglavnom se koristi kao čelik u kojem ima ugljika (do 1,7%). Nehrñajući čelik je legura sa drugim metalima, uglavnom niklom. Željezo hrña na vlažnom zraku i otapa se u razrijeñenim kiselinama. Upotrebljava se na mnogo načina. Za dobivanje željeza danas se isključivo upotrebljavaju oksidne i karbonatne rude. Iz oksidnih ruda željezo se dobiva redukcijom ruda koksom, odnosno ugljik(II)-oksidom u visokim pećima. Iz ruda koje su siromašne željezom (npr. limonita), željezo se dobiva tzv. kiselim taljenjem i Kruppovim postupkom. - dobivanje željeza redukcijom oksidnih ruda u visokim pećima odvija se na niže opisani način.

.hr


42

Kroz gornji otvor, grotlo, peć se naizmjenično puni slojevima koksa i rude s talioničkim dodacima. Ovisno o rudi, talionički dodatak je vapnenac ili dolomit (ako su rude kisele jer j alovine sadrže silikate i aluminijev oksid) ili kvarcni pijesak (ako su rude alkalne jer jalovine sadrže kalcijev oksid). Najdonji sloj koksa se zapali, a dovodi mu se vruć zrak (do 800°C) obogaćen kisikom. Pri tom koks izgara dajući najprije CO2, a zatim prolaskom kroz sljedeći sloj koksa prelazi u CO: C(s) + O2(g) -> CO2(g) CO2(g) + C(S) -> 2 CO(g) Nastali ugljikov(II)-oksid glavno je redukcijsko sredstvo koje postupno, ovisno o temperaturi pojedinih zona peći, sve više reducira okside željeza dok konačno ne nastane tzv. spužvasto željezo, a sve reakcije se sumarno mogu svesti na: Fe2O3(s) + 3 CO(g) -> 2 Fe(s) + 3 CO2(g) Reakcijama osloboñeni CO2 (koji nastaje raspadom karbonata) reagira s ugrijanim koksom dajući ponovo CO koji se u manje vrućim dijelovima peći raspada na CO2 i fino dispergirani ugljik koji se otapa u spužvastom željezu. Ugljik tako snizuje talište reduciranog željeza na 1100-1200°C. Rastaljeno željezo se, zbog veće gustoće, slijeva polagano u donji dio peći i skuplja se na dnu odakle se ispušta u kalupe ili vagonete kojima se odvozi na daljnju preradu. Tekuća i lakša troska pliva na rastaljenom željezu i ispušta se kroz nešto više smješten ispust. Proizvodi koji nastaju u visokoj peći su: a) Sirovo željezo. Polaganim hlañenjem dobiva se sivo sirovo željezo iz kojeg se izlučio grafit. Naglim hlañenjem dobiva se bijelo sirovo željezo iz kojeg se grafit nije stigao izlučiti. Meñutim, sirovo željezo obično se ne hladi nego odmah prerañuje u čelike. b) Troska, koja je uglavnom kalcijev alumosilikat, upotrebljava se za proizvodnju cementa i kao izolacijski materijal. c) Grotleni plin nastaje kao proizvod navedenih procesa gorenja, a sastoji se od dušika, ugljičnog dioksida, ugljičnog monoksida, vodika i metana. Koristi se za zagrijavanje zraka koji se upuhuje u peć. SIROVO ŽELJEZO: zbog većeg sadržaja nečistoća i ugljika, jako krhko i nepodesno za obradu ili primjenu. Može se koristiti samo za lijevanje najgrubljih masivnih predmeta (npr. postolja) koji nisu mehanički ili termički opterećeni. Da bi se dobilo kvalitetnije željezo ili čelik sirovo se željezo prerañuje, što uključuje smanjenje sadržaja svih primjesa i podešavanje željenog sadržaja ugljika koji bitno odreñuje kvalitetu čelika. Čelikom se smatra legura željeza s 0,05 - 1,7% ugljika. Pročišćeno sirovo željezo koje sadrži više od 1,7%, a manje od 2,5% ugljika obično zovemo lijevano željezo, a koristi se za izradu masivnijih željeznih odljevaka za razna postolja, nosače, kostrukcijsko i grañevinsko željezo itd. Mješanjem sirovog željeza s talinom kvarcnog pijeska i pretaljivanjem te smjese u pećima obloženim Fe2O3 u talini se dobiva spužvasto, porozno željezo u kojem prisutni Fe2O3 oksidira većinu primjesa. Postoji više postupaka prerade željeza u čelike, a ovdje ćemo navesti najčešći je neposredno propuhivanjem kisika ili zraka obogaćenog kisikom kroz rastaljeno željezo u konverterima. SPOJEVI ŽELJEZA: željezo pravi spojeve u kojima ima oksidacijski broj +2, +3 i +6, a u najvažnijima i najvećem broju spojeva ima oksidacijski broj +2 (fero) i +3 (feri). Stanje +2 je najstabilnije. Šesterovalentno željezo je ferat ion FeO4

2- koji je postojan samo u lužnatom mediju, a u kiselom mediju se raspada na Fe3+ i kisik uz nešto ozona. Stvara brojne komplekse, ali većinom nisu stabilni i teško se prireñuju. Najstabilniji su cijanoferatni kompleksi malog spina. - oksidi željeza uglavnom su nestehimetrijskog sastava. U željezovom(II)-oksidu (FeO), kubične strukture tipa NaCl, odnos željeza i kisika varira u granicama od 0,87:1 do 0,95:1. Željezo(III)- oksid (Fe2O3), tamno smede je boje i postoji u dvije kristalne modifikacije: mineral hematit sa strukturom korunda i magnetit (gama-Fe) s inverznom spinelnom strukturom.

.hr


43

- željezov(II)-sulfat (FeSO4) najvažnija je i najdulje poznata sol željeza(II). Iz vodene otopine kritalizira kao heptahidrat koji se naziva zelena galica i upotrebljava se kao insekticid i za proizvodnju tinte i boja. Amonijev željezov(II)-sulfat-heksahidrat (NH4)2Fe(SO4) x 36H2O poznat je kao Mohrova sol. BAKAR: to je svijetlo crvenkasti, sjajni metal. Relativno je mekan, lako obradiv (mekan i kovak), ali žilav i savitljiv. Dobro vodi toplinu i električnu struju. Na zraku je stabilan, ali dužim stajanjem dobije zelenu patinu. Otapa se samo u oksidirajućim kiselinama. U prisutnosti kisika iz zraka otopit će se i u razrijeñenoj sulfatnoj kiselini i koncentriranoj kloridnoj kiselini. Bakar se u prirodi nalazi i elementaran, ali se pretežno javlja kao halkopirit (Cu2S*Fe2S3), halkozin (Cu2S), kovelin (CuS), kuprit (Cu2O), malahit (CuCO3*Cu(OH)2), azurit (2CuCO3*Cu(OH)2) i bornit (Cu5FeS4). Oko pola proizvodnje bakra upotrebljava se za izradu vodiča električne struje. Zbog dobre toplinske vodljivosti od njega se izrañuju kotlovi, grijači i razni izmjenjivači topline. Važno područje primjene bakra je dobivanje legura, u prvom redu mjedi ili mesinga (Cu-Zn-legura) i bronce (Cu-Sn-legura). visoke električne vodljivosti što ga čini idealnim za električne instalacije i elektroniku, što mu je najvažnija komercijalna upotreba. Otporan je na vodu i zrak, koristi se kao krovni materijal za javne zgrade gdje polako pod utjecajem vremena dobija zelenu patinu relativno lijepa izgleda (bakrov karbonat). Povijesno je važan kao jedan od prvih obrañivanih metala, pogotovo za pravljenje bronce. Još se uvijek koristi za pravljenje novčića. Dobivanje bakra: bakar se najčešće dobiva iz ruda u kojima ga ima relativno malo (2-5%), stoga se mora prethodno koncentrirati uklanjanjem jalovine. Koncentriranje se vrši postupkom flotacije (lat. fluo - plivati) tako da se sitno samljevena ruda pomiješa s puno vode u koju je dodano sredstvo za pjenjenje (posebna vrsta ulja). Ruda zaostaje u površinskom pjenećem sloju jer se ne kvasi, a jalovina tone na dno (premda joj je gustoća manja od gustoće rude). Daljnjim postupkom izdvaja se ulje i vraća natrag u proces flotacije, a nastali koncentrat ide u daljnju preradu. Mehanička priprema rude obuhvaća sljedeće operacije: drobljenje i klasiranje, sušenje, briketiranje i miješanje rude s talioničkim dodatkom (tj. sastavljanje punjenja peći - smjesa rude i/ili koncentrata i talioničkog dodatka), dok se kemijska priprema svodi na žarenje i podešavanje sastava talioničkog dodatka. Nakon proizvodnje bakra, suhom ili mokrom metodom, dobije se sirovi bakar čistoće 94-97% koji sadrži primjese: željeza (Fe), nikla (Ni), sumpora (S), Cinka (Zn), antimona (Sb), bizmuta (Bi), kositra (Sn), olova (Pb), selenija (Se) i telurija (Te), a ponekad srebra (Ag), zlata (Au) i platine (Pt). Radi poboljšanja svojstava (plastičnosti i električne provodljivosti) primjese se moraju ukloniti pri čemu se koriste dva postupka rafinacije bakra: rafinacija taljenjem i elektrolitička rafinacija. U kadama za elektrolitičku rafinaciju bakra katode su od čistog bakrenog lima, a elektrolit je otopina bakrovog(II)-sulfata (10-14%) i sumporne kiseline (5-10%). Propuštanjem električne struje anoda se otapa pri čemu bakar i nečistoće poput željeza, nikla, kobalta i Cinka prelaze u otopinu, a plemeniti metal i i ostale nečistoće se talože i tvore "anodni mulj". Povremeno se ioni bakra reduciraju na katodi taložeći se u gusti crveni sloj čistog bakra. Dobiveni anodni mulj je polazna sirovina u proizvodnji prisutnih plemenitih metala. Legure bakra: legure bakra su važni tehnički materijali odličnih mehaničkih svojstava. Mogu se dobro lijevati i obrañivati metodama tople i hladne deformacije te termičkim metodama. Uz to bakrene legure su vrlo dobri vodiči električne struje i topline, a izuzetno su otporne prema koroziji i habanju. Prema sastavu bakrene legure mogu se podijeliti na: tehničke legure bakra, bakar s manjim dodacima primjesa, mjedi i bronce. Proizvode od bakra (uključujući i legure) sve više istiskuju razne vrste čelika i drugih jeftinijih materijala. Tehnički bakar sadrži najmanje 99,5% bakra, a ostalo su primjese. Najvažnije su vrste: -Visokoprovodljivi elektrolitički bakar, ETP-bakar (99,90% Cu; 0,4% O), upotrebljava se za

.hr


44

izradu električnih sabirnica, sklopki i prekidača, tiskarskih valjaka te kao materijal za izradu krovnih pokrova i bakrene galanterije u grañevinarstvu. -Visokoprovodljivi bakar bez kisika, OFHC-bakar (99,92% Cu, bez rezidualnog kisika) najčišći je konstrukcijski metal koji se danas koristi u industriji za vodiče, elektronske cijevi, električne sabirnice, grijače, radijatore, uljna hladila itd. - Mjedi: mjedi su legure bakra i Cinka kojima se mogu dodati i manje količine drugih metala (Sn, Fe, Mn, Ni, Al i Si). Mjedi su se donedavno puno više koristile u industriji i obrtu - Bronce: bronce su legure bakra i kositra, a odlikuju se visokom čvrstoćom i tvrdoćom te visokom otpornošću na koroziju. Značajne su bronce za valjanje (sadrže 6-9% Sn) i lijevanje (4-10% Sn). Nekada su se koristile za lijevanje topovskih cijevi, a danas uglavnom za ležajeve, dijelove crpki, armaturu parnih kotlova i sl. - od ostalih legura bakra poznato je "novo srebro" (55-60% Cu, 19-31% Zn i 12 26% Ni), bijele boje i lijepog sjaja, antikorozivno je i lako se obraduje deformacijom, te konstantno (60% Cu i 40% Ni) kojemu se otpor gotovo ne mijenja s temperaturom (tj. ima vrlo mali temperaturni koeficijent otpora) pa se koristi za izradu reostata i u mjernoj tehnici. Spojevi bakra: bakar tvori spojeve s oksidacijskim brojem +1 i +2. Vodene otopine bakrovih(II) spojeva su stabilnije od otopina bakrovih(I) spojeva, a u suvišku pojedinih aniona (molekula) mogu se kompleksno vezati u sol ili ion. Poznati su mnogobrojni spojevi bakra, a neki od važnijih su: - bakrov (I)-oksid (Cu2O, kuprit i halkotrihit) otapanjem u NH3 i NH4Cl daje bezbojnu otopinu koja s najmanjom količinom kisika pomodri pa služi kao reagens na kisik. Na povišenoj temperaturi plinoviti vodik, ugljikov(II)-oksid i ugljik lako ga reduciraju u metalni bakar, a klor i brom ga oksidiraju u CuO. Upotrebljava se za proizvodnju crvene glazure u keramici, crvenog (aventurinskog) stakla, tzv. "antifouling" boja (koje sprečavaju razvoj morskih organizama i biljaka na podvodnom dijelu broda) te za zaprašivanje sjemena radi uništavanja štetnih gljivica. - bakrovi (I)-sulfidi: Cu2S, (halkozin, bakrov sjajnik) i CuFeS2 (halkopirit, bakrova pakovina). CuFeS2 ima žute tetragonske kristale i najvažnija je ruda bakra iz koje se dobiva oko četvrtina svjetske proizvodnje bakra. - bakrov (II)-hidroksiklorid (CuCl2Cu(OH)2) upotrebljava se za pripremanje fungicida (npr. protiv peronospore na vinovoj lozi), a poznat je po nazivu bakreno vapno (bakreno vapno). Prireñuje se miješanjem hidroksida s neutralnim supstratima (talkom, vapnencem) i sredstvima koja olakšavaju disperziju u vodi i prijanjanje na listu. - bakrov(II)-oksid (CuO, paramelakonit i tenorit) crn je kristaličan prah netopljiv u vodi. Slabo je topljiv u amonijaku i amonijevu kloridu, ali je lako topljiv u kiselinama, amonijevu karbonatu i kalijevom cijanidu. U otopini ima isključivo lužnat karakter pa otapanjem u kiselinama daje različite bakrove(II)-soli. Upotrebljava se za proizvodnju drugih spojeva bakra, zatim crnih, zelenih i modrih stakala, glazura i emajla te vodiča s negativnim koeficijentom električnog otpora. - bakrov(II)-sulfat (CuSO4) bezvodan daje zelenobijele ili sivobijele kristale koji na sebe lako vežu vodu dajući stabilne hidrate s jednom,tri ili pet molekula vode. Budući da s najmanjom količinom vode pomodri, upotrebljava se za dokazivanje malih količina vode, npr. u alkoholu. - bakrov (II)-sulfat pentahidrat (CuSO4 x 5H2O, modra galica) najznačajnija je sol bakra, a bila je poznata još starim Egipćanima. U prirodi se nalazi kao lazurno modri, triklinski, kristali minerala halkantita koji su lako topljivi u vodi. Od pet molekula kristalne vode četiri su kompleksno vezane za bakarni, a peta na sulfatni ion. Industrijski se dobiva otapanjem bakra u razrijeñenoj sumpornoj kiselini. Najviše se upotrebljava pomiješana s gašenim vapnom kao fungicid (bordoška juha) protiv peronospore na vinovoj lozi i biljnih štetočina na krumpiru, voćkama i rajčici. Koristi se još i kao aktivator pri flotaciji ruda kobalta, olova i cinka, za uništavanje alga u rezervoarima, vodovodima i bazenima, za konzerviranje drveta, zatim kao elektrolit u galvanskim člancima i kupkama za pobakrivanje, a u medicini protiv gljivičnih infekcija.

.hr


45

ALUMINIJ: to je tvrdi, srebrno bijeli metal koji dobro vodi električnu struju. Može se valjanjem razvući u tanku foliju. Otporan je prema oksidaciji na zraku, u vodi i u oksidirajućim kiselinama, zbog stvaranja sloja zaštitnog oksida na površini. Aluminij može reducirati većinu metala iz njihovog oksida (aluminotermijski postupak). Po rasprostranjenosti u Zemljinoj kori, aluminij je treći element, odmah iza kisika i silicija. Iako ima mnogo minerala koji sadrže aluminij, industrijski se dobiva samo iz boksita (Al2O3*xH2O) i kriolita (3NaF*AlF3). Upotrebljava se za proizvodnju laganih legura (duraluminij), električnih vodova i izradu posuña u kućanstvu. Čisti aluminij je mekan i kovak, ali se može učvrstiti ako se napravi legura sa malom količinom drugih metala, kao bakar i magnezij. Aluminijski predmeti su zaštićeni od reakcije sa zrakom i vodom tankim slojem oksida koji se brzo stvara na površini. Aluminij je topljiv u koncentriranoj kloridnoj kiselini i natrijevom hidroksidu. Aluminij i njegove legure se upotrebljavaju na stotine načina u industriji vozila, aviona, pri izradi konstrukcijskih skeleta, te za mnoge druge namjene. Koristi se za izradu limenki, bačvi, folija, kućanskih pomagala itd. Dobivanje aluminija: budući da su aluminijevi spojevi rasprostranjeni i čine značajan sastojak Zemljine kore, dostupni su, a aluminij se može izdvojiti iz bilo kojeg od njih. Meñutim, komercijalno se koriste samo boksiti koji sadrže visok postotak (najmanje 50 %) aluminijevog(III)-oksida (Al2O3) uz istovremeno nizak sadržaj silicijevog(IV)-oksida (do 3 %, a u nekim slučajevima do 10 %). Ime rude boksit potječe od Les Baux, mjesta u Francuskoj gdje je otkriven. Boksit je smjesa aluminijem bogatih minerala (bemita i dijaspora a katkad i hidrargilita), a od primjesa najviše ima silicijevog i željezovih oksida. Crveni boksiti sadrže 20- 25% Fe2O3 i 1-5% SiO2, a bijeli boksiti do 5% Fe2O3 i do 25% SiO2. Da bi se ruda prevela u bezvodni Al2O3 (glinicu), potrebno ju je očistiti od primjesa. Primjenjuje se više postupaka, a daleko se najviše upotrebljava mokri postupak po Bayeru otkriven 1889. g. U Bayerovom postupku fino samljevena ruda raščinjava se u autoklavu pri temperaturi od 160-170°C i tlaku 5-7 atm kroz 6-8 sati pomoću 35-50%-tne otopine natrijeve lužine. Neraščinjeni ostatak kojeg tvore uglavnom željezovi oksidi i nastali netopljivi spoj natrijev aluminijev silikat (Na2[Al2SiO6] x 2H2O) otpad je, poznat kao "crveni mulj" koji se odlaže na posebna, samo za to izgrañena odlagališta (iz tog mulja mogu se izdvojiti drugi prateći elementi). Iz vrućeg filtrata iskristalizira se aluminijev hidroksid cijepljenjem otopine kristalima hidrargilita. Aluminijev hidroksid se žarenjem u rotacijskim pećima, na temperaturi iznad 1200°C, prevodi u glinicu (Al2O3) koja se podvrgava elektrolizi. Pri Bayerovom postupku javlja se značajan gubitak aluminija i osobito natrijeve lužine zbog prisutnosti silicija pa je dobro da ga u rudi ima što manje. Elektroliza se provodi u elektrolitičkim kupkama s grafitnim elektrodama. Bayerovim postupkom dobivena glinica otapa se u kriolitu Na3AlF6 radi sniženja tališta, tako da dobivena otopina ima talište oko 1000°C, što je dvostruko manje od tališta same glinice (postupak Heroulta i Halla). Aluminij se izlučuje na katodi i pada na dno kupke, a na anodi se oslobaña ugljični dioksid. Sam kriolit ne sudjeluje u elektrolitičkom procesu, a kako je njegova talina rijeña od aluminija, pliva na površini i štiti aluminij od oksidacije. Dobiveni aluminij ima primjese drugih metala (titanija, bakra i cinka), a najviše silicija. Daljnje pročišćavanje vrši se pretaljivanjem aluminija u otpornim ili induktivnim električnim pećima tako da se talina aluminija drži nekoliko sati na temperaturi - 700°C kako bi primjese isparile ili isplivale na površinu, a pročišćeni aluminij ispušta se na dnu. Za dobivanje aluminija visoke čistoće provodi se naknadna elektrolitička rafinacija. Svojstva i upotreba aluminija: Po plastičnosti je treći, a po kovnosti šesti od tehnički važnih metala. Aluminij nije otrovan. ali nema niti posebnu biološku funkciju. Već pri sobnoj temperaturi se lako otapa u lužinama pri čemu nastaju aluminati, i u neoksidirajućim kiselinama kada nastaju soli. Zahvaljujući navedenim svojstvima aluminij ima vrlo široku primjenu u grañevinarstvu,

.hr


46

metalurgiji, strojogradnji i velikom broju drugih djelatnosti. Sam elementarni aluminij ima znatno užu primjenu jer je mek i krt. Elementarni aluminij koristi se npr. za naparivanje na glatke plohe gdje stvara visokoreflektirajući sloj - gotovo idealno zrcalo, pa se koristi kao nanos na teleskopskim zrcalima i drugim reflektirajućim plohama. Kao tehnološki metal aluminij se prvenstveno koristi legiran s drugim metalima. Obično su to višekomponentne legure u kojima su drugi metali u manjim količinama, a tvore čvrstu otopinu s aluminijem ili su dispergirani u sitnim česticama. Postoje dvije skupine legura aluminija: ljevne i kovne. Radi poboljšanja ljevnih svojstava, aluminiju se dodaje silicij, bakar ili magnezij, pojedinačno ili u kombinaciji. Ove legure imaju vrlo dobra mehanička svojstva i lagane su, pa se koriste u izgradnji strojnih dijelova, zrakoplova i svemirskih letjelica. Kovne aluminijeve legure sadrže bakar, magnezij, mangan, a ponekad cink i nikal. Pogodne su za izvlačenje i prešanje. Posebno su važni durali kod kojih je termičkim postupkom brzog hlañenja kod legiranja zamrznuta metastabilna faza čvrste otopine legirajućih elemenata. Time su "zamrznuta" zaostala unutrašnja mikronaprezanja koja daju veliku čvrstoću na makroskopskoj skali. Velike količine aluminija koriste se za izradu industrijske ambalaže u obliku folija, zatvarača, spremnika hrane i biljnih proizvoda, a takoñer i za izradu kuhinjskog pribora. U grañevinarstvu se koristi u velikim količinama u obliku panela, ploča, pokrova i profilnih elemenata najrazličitijih oblika. Prvenstveno se koristi za oblaganje zidova i fasada zgrada (u kombinaciji sa staklom), za izradu pokrova i okvira u formi aluminijske grañevne galanterije (prozora, vrata i sl.) U elektrotehnici aluminij služi za izradu dalekovodnih i telefonskih vodova, za zaštitne oplate raznih namjenskih i specijalnih kablova te za podnoške električnih žarulja. Velike količine legiranog aluminija visokih mehaničkih svojstava koristi strojogradnja i industrija transportnih sredstava, od automobila do zrakoplova. Za izradu zrakoplova aluminij je danas nezamjenjiv materijal, posebno nakon usvajanja novih tehnika varenja i spajanja aluminijskih elemenata. Osim navedenih najvažnijih, stotine današnjih proizvoda sadrže aluminijske elemente u svojoj grañi. Spojevi aluminija: aluminij tvori spojeve u kojima ima samo oksidacijski broj +3. Najvažniji spojevi aluminija u prirodi su razni miješani hidratizirani sulfati (alauni), alumosilikati (boksiti i zeoliti), a osobito oksidi i hidroksidi. Najvažniji spojevi aluminija svakako su aluminijev hidroksid (Al(OH)3 kao mineral hidrargilit) i aluminijev oksid (glinica, korund). Aluminijev hidroksid (Al(OH)3) bijela je ili žućkasta želatinozna masa ako se dobije taloženjem iz otopina aluminijevih soli amonijakom (u tom slučaju je amorfan i hidroliziran), a u prirodi postoji kao mineral hidrargilit monoklinske strukture. Iz amorfne mase kristalizira (brže ako se grije) najprije u rompski bemit (AlOOH) koji prelazi u metastabilni bajerit, Al(OH)3 a na kraju prelazi u stabilni hidrargilit. Pored hidroksida postoji i aluminijev metahidroksid, AlO(OH), koji postoji u dvije modifikacije - kao dijaspor i bemit, oba rompske strukture. Aluminijev oksid (Al2O3) javlja se u više kristalnih struktura (afa, beta i gama). y - Al2O3 nastaje žarenjem hidroksida na srednjim temperaturama (preko 400°C) i ima defektnu strukturu spinela. Ima veliku moć adsorpcije pa se koristi kao katalizator u proizvodnji umjetnog dragog kamenja (npr. korunda ili rubina). Obično se naziva i aktivni korund. Najstabilnija i najvažnija je heksagonska struktura (alfa - Al2O3) zvana korund. Dobiva se žarenjem hidroksida ili gama - Al2O3 na temperaturi višoj od 1100 °C. Čisti korund je vrlo tvrd bezbojan mineral koji se još naziva i hijalin i leukosafir. Talište mu je pri 2045°C i kemijski je izuzetno inertan. Ako sadrži male količine drugih metala obojen je i poznat kao drago kamenje: rubin (crveni), safir (modri), orijentalni topaz (žuti), orijentalni ametist (ljubičasti) i orijentalni smaragd (zeleni). Aluminijev oksid je tvrd, kemijski i termički vrlo otporan materijal te se koristi kao abraziv i vatrostalni materijal u staklarskoj industriji i naročito za dobivanje visokovrijednih keramika postupkom sinteriranja praha. Keramike mogu biti čisti sinterirani Al2O3 ili sinterirana smjesa Al2O3 i drugih materijala (ZrC, ZrO2,

.hr


47

SiC), a upotrebljavaju se za elemente i dijelove postrojenja koji su izloženi ekstremnim uvjetima temperature, tlaka, naprezanja i kemijskih utjecaja. Primjeri primjene su rezni alati, automobilske svjećice, mlaznice mlaznih motora i drugi. Posebna vrsta alumosilikata su zeoliti. Postoji pedesetak prirodnih i preko 150 umjetnih vrsta, a zbog svoje jedinstvene strukture oblika kristala koji sadrže šupljine povezane kanalima upotrebljavaju se kao kationski izmjenjivači (za uklanjanje teških metala iz otpadnih voda, amonijaka iz vode za piće, radioaktivnih kationa iz otpadnih radioaktivnih tekućina), katalizatori (za kreking nafte, razne selektivne reakcije u organskoj kemiji, konverzija dušikovih oksida u ispušnim cijevima motora), te kao adsorbensi vlage i molekulska sita (koja služe za izdvajanje istovrsnih molekula iz smjese različitih). Zahvaljujući navedenim svojstvima, neki zeoliti (zeolit A, zeolit X, zeolit P1) upotrebljavaju se umjesto fosfata u sredstvima za pranje koja popularno zovemo ekološkim deterdžentima. Ona su vrlo značajna u današnje vrijeme velike ekološke brige jer nisu biološki aktivna te puno manje onečišćuju okoliš. TEMELJNE PRIRODNE KONSTANTE naboj protona e 1,602 × 10-19 C Avogardova konstanta L 6,022 × 1023 mol-1 Faradayeva konstanta F 9,648 × 104 C mol-1 masa elektrona me 9,11 × 10

-31 kg masa protona mp 1,673 × 10

-27 kg atomska jedinica mase u 1,661 × 10-27 kg LITERATURA: 1. Nothing-Hus i M. Herak: Opća kemija, odabrana poglavlja, Školska knjiga,

.hr


48

Zagreb, 1994. godina 2. B. Sever i dr.: Kemija 1, Školska knjiga, Zagreb, 1992. godina 3. M. Herak i dr.: Osnove fizikalne kemije, Školska knjiga, Zagreb, 1991. godina 4. M. Sikirica i B. Korpar-Čolik: Kemija s vježbama 2, Školska knjiga, Zagreb, 1992. godina 5. I. Bregovac, A. Deljac i D. Sunko: Organska kemija (kemija II), Školska knjiga, Zagreb, 1991. godina 6. V. Hankony i V. Ondrušek: Izabrana poglavlja fizikalne kemije, Medicinski fa- kultet u Zagrebu, 1990. godina 7. P. W. Atkins i M. J. Clugston: Načela fizikalne kemije, Školska knjiga, Zagreb, 1990. godina 8. I. Filipović i S. Lipanović: Opća i anorganska kemija, Školska knjiga, Zagreb, 1987. godina

.hr

Documents

kemija ruic