Demo poglavlje - Pripreme za državnu maturu | Algebra

Kemija
Daniela Cinčić, prof.
Gordana Majstorović, prof. Zagreb, 2014.
Autor: Daniela Cinčić, prof.
Gordana Majstorović, prof.
Naslov: Kemija
Izdanje: 2. izdanje
Urednik: Ivan Jurišić
Voditelj projekta: Domagoj Mak
Nakladnik:
Algebra d.o.o., 2014.
Za nakladnika:
mr.sc. Mislav Balković
Mjesto i godina izdanja:
Zagreb, 2014.
www.drzavnamatura.hr
matura@algebra.hr
U ovom izdanju korišteni su zadaci prošlih rokova državne mature,
Nacionalnog centra za vanjsko vrednovanje obrazovanja koji su javno
objavljeni i dostupni na www.ncvvo.hr, uz odobrenje NCVVO-a.
Sva prava pridržana. Niti jedan dio ove knjige ne smije se reproducirati ili
prenositi u bilo kojem obliku, niti na koji način. Zabranjeno je svako
kopiranje, citiranje te upotreba knjige u javnim i privatnim edukacijskim
organizacijama u svrhu organiziranih školovanja, a bez pisanog
odobrenja nositelja autorskih prava.
Copyright © Algebra d.o.o.
SADRŽAJ:
1. poglavlje:
1.1
Što je tvar? ..................................................................................................................................................................................... 6
1.1.1
Metode odjeljivanja smjesa................................................................................................................................................ 7
1.1.2
1.2
TVARI I NJIHOVE PROMJENE ........................................................................................................ 5
Svojstva tvari i promjene tvari ........................................................................................................................................... 8
Atomi i molekule ......................................................................................................................................................................... 8
1.2.1
Građa atoma ............................................................................................................................................................................ 8
1.2.2
Elektronska konfiguracija ................................................................................................................................................. 11
1.2.3
Periodni sustav elemenata .............................................................................................................................................. 12
1.2.4
1.3
Periodičnost svojstava ....................................................................................................................................................... 13
Kemijske veze............................................................................................................................................................................. 14
1.3.1
Ionska veza ............................................................................................................................................................................ 14
1.3.2
Kovalentna veza................................................................................................................................................................... 15
1.3.3
Metalna veza ........................................................................................................................................................................ 19
1.3.4
Lewisove strukturne formule .......................................................................................................................................... 19
1.4
Međumolekulske veze ............................................................................................................................................................ 21
1.4.1
Vodikova veza ...................................................................................................................................................................... 21
1.4.2
Van der Waalsova veza ..................................................................................................................................................... 21
1.5
Čvrsto agregacijsko stanje .................................................................................................................................................... 22
1.5.1
Ionski kristali ......................................................................................................................................................................... 22
1.5.2
Molekulski i atomski kristali ............................................................................................................................................ 23
1.5.3
1.6
Jedinične ćelije ..................................................................................................................................................................... 24
Tekuće agregacijsko stanje ................................................................................................................................................... 25
1.6.1
Disperzni sustavi.................................................................................................................................................................. 25
1.6.2
Koloidni sustavi.................................................................................................................................................................... 25
Otapanje čvrsti tvari ........................................................................................................................................................... 27
1.6.3
1.7
Primjeri zadataka ...................................................................................................................................................................... 29
2. poglavlje:
OSNOVE KEMIJSKOG RAČUNA ................................................................................................... 33
2.1
Relativna atomska i molekulska masa .............................................................................................................................. 34
2.2
Maseni udio elemenata u spoju .......................................................................................................................................... 35
2.3
Množina i brojnost ................................................................................................................................................................... 35
2.4
Izračunavanje empirijske i molekulske formule............................................................................................................. 36
2.5
Molarni volumen plina ........................................................................................................................................................... 37
2.6
Gustoća ........................................................................................................................................................................................ 38
2.7
Stehiometrija kemijske reakcije ........................................................................................................................................... 39
2.7.1
2.7.2
2.8
Mjerodavni reaktant i suvišak ......................................................................................................................................... 40
Iskorištenje reakcije ............................................................................................................................................................ 40
Iskazivanje sastava otopina................................................................................................................................................... 41
2.8.1
Masena koncentracija........................................................................................................................................................ 42
2.8.2
Množinska koncentracija.................................................................................................................................................. 42
2.8.3
Molalnost ............................................................................................................................................................................... 42
2.8.4
Množinski udio .................................................................................................................................................................... 43
2.8.5
Volumni udio ........................................................................................................................................................................ 43
2.8.6
2.9
Razrjeđivanje otopina ........................................................................................................................................................ 44
Koligativna svojstva otopina ................................................................................................................................................ 44
2.9.1
Tlak para iznad otopine .................................................................................................................................................... 45
2.9.2
Povišenje vrelišta i sniženje ledišta ............................................................................................................................... 45
2.9.3
Osmotski tlak ........................................................................................................................................................................ 46
2.10
Primjeri zadataka ...................................................................................................................................................................... 48
3. poglavlje:
3.1
TERMOKEMIJA .............................................................................................................................. 51
Energija i toplina ............................................................................................................................................................................. 52
3.1.1
Osnovni pojmovi termokemije....................................................................................................................................... 52
3.1.2
Entalpija .................................................................................................................................................................................. 54
3.1.3
Reakcijska entalpija i Hessov zakon ............................................................................................................................. 55
4. poglavlje:
4.1
Brzina kemijske reakcije ......................................................................................................................................................... 58
4.1.1
4.2
KEMIJSKA KINETIKA ..................................................................................................................... 57
Opći pojmovi u kemijskoj kinetici ................................................................................................................................. 58
Čimbenici koji utječu na brzinu kemijske reakcije ........................................................................................................ 59
4.2.1
Utjecaj koncentracije ......................................................................................................................................................... 59
4.2.2
Utjecaj temperature ........................................................................................................................................................... 59
4.2.3
Agregacijsko stanje i veličina čestica ........................................................................................................................... 59
4.2.4
Katalizatori ............................................................................................................................................................................. 60
4.3
Energija aktivacije ..................................................................................................................................................................... 60
4.3.1
4.4
Katalizatori i inhibitori ....................................................................................................................................................... 61
Primjeri zadataka ...................................................................................................................................................................... 63
5. poglavlje:
5.1
RAVNOTEŽA KEMIJSKIH REAKCIJA ............................................................................................ 69
Uspostavljanje kemijske ravnoteže .................................................................................................................................... 70
5.1.1
Konstanta kemijske ravnoteže ....................................................................................................................................... 70
5.2
Utjecaj na položaj ravnoteže ................................................................................................................................................ 71
5.3
Primjeri zadataka ...................................................................................................................................................................... 72
6. poglavlje:
6.1
Teorije kiselina i baza .............................................................................................................................................................. 80
6.1.1
Dobivanje kiselina i lužina ............................................................................................................................................... 81
6.1.2
6.2
KISELINE, BAZE I SOLI .................................................................................................................. 79
Jakost kiselina i baza .......................................................................................................................................................... 81
Neutralizacija.............................................................................................................................................................................. 83
6.3
Soli ................................................................................................................................................................................................. 83
6.4
Hidroliza ....................................................................................................................................................................................... 83
6.5
pH vrijednost .............................................................................................................................................................................. 84
6.5.1
6.6
Ionski produkt vode ........................................................................................................................................................... 84
Primjeri zadataka sa državne mature ................................................................................................................................ 87
7. poglavlje:
7.1
ELEKTROKEMIJA ........................................................................................................................... 91
Oksidacijsko redukcijski procesi .......................................................................................................................................... 92
7.1.1
Oksidacijski broj i pravila određivanja ......................................................................................................................... 92
7.1.2
Oksidacija i redukcija ......................................................................................................................................................... 93
7.2
Elektroliti i neelektroliti........................................................................................................................................................... 94
7.3
Elektrode...................................................................................................................................................................................... 94
7.4
Galvanski članak ........................................................................................................................................................................ 95
7.5
Elektrolitski članak i elektroliza ............................................................................................................................................ 97
7.1.3
Elektroliza taline natrijevog klorida .............................................................................................................................. 98
7.1.4
Elektroliza vodene otopine natrijevog klorida ......................................................................................................... 99
7.1.5
Faradayevi zakoni elektrolize .......................................................................................................................................... 99
7.6
Primjeri zadataka .................................................................................................................................................................... 101
8. poglavlje:
UVOD U ANORGANSKU KEMIJU............................................................................................... 105
8.1
Nemetali .................................................................................................................................................................................... 106
8.1.1
Vodik ..................................................................................................................................................................................... 106
8.1.2
Halogeni elementi ............................................................................................................................................................ 107
8.1.3
Halkogeni elementi .......................................................................................................................................................... 109
8.1.4
Dušikova skupina elemenata ........................................................................................................................................ 112
8.1.5
8.2
Ugljikova skupina elemenata........................................................................................................................................ 113
Metali .......................................................................................................................................................................................... 115
8.2.1
Alkalijski i zemnoalkalijski metali ................................................................................................................................ 115
8.2.2
Tehnički važni metali ....................................................................................................................................................... 118
8.2.3
Kompleksni spojevi prijelaznih metala ...................................................................................................................... 122
8.3
Pojednostavljena pravila za nazivanje kompleksnih iona ........................................................................................ 123
8.4
Primjeri zadataka .................................................................................................................................................................... 124
9. poglavlje:
9.1
UVOD U ORGANSKU KEMIJU .................................................................................................... 129
Ugljikovodici ............................................................................................................................................................................. 130
9.1.1
Alkani ..................................................................................................................................................................................... 130
9.1.2
Alkeni..................................................................................................................................................................................... 133
9.1.3
Alkini ...................................................................................................................................................................................... 134
9.1.4
Cikloalkani i cikloalkeni ................................................................................................................................................... 135
9.1.5
9.2
Areni ...................................................................................................................................................................................... 136
Organski spojevi s kisikom .................................................................................................................................................. 138
9.2.1
Alkoholi................................................................................................................................................................................. 138
9.2.2
Fenoli ..................................................................................................................................................................................... 141
9.2.3
Eteri ........................................................................................................................................................................................ 141
9.2.4
Aldehidi i ketoni ................................................................................................................................................................ 143
9.2.5
Karboksilne kiseline .......................................................................................................................................................... 145
9.3
9.3.1
9.3.2
9.4
Organski spojevi s dušikom ................................................................................................................................................ 148
Amini ..................................................................................................................................................................................... 148
Amidi ..................................................................................................................................................................................... 149
Ugljikohidrati............................................................................................................................................................................ 149
9.4.1
Monosaharidi ..................................................................................................................................................................... 149
9.4.2
Disaharidi ............................................................................................................................................................................. 150
9.4.3
Polisaharidi .......................................................................................................................................................................... 150
9.5
9.5.1
9.5.2
9.6
Proteini ....................................................................................................................................................................................... 151
Peptidi ................................................................................................................................................................................... 152
Enzimi .................................................................................................................................................................................... 153
Optička svojstva organskih molekula.............................................................................................................................. 154
9.6.1
Enantiomeri ......................................................................................................................................................................... 154
9.6.2
Apsolutna konfiguracija .................................................................................................................................................. 155
9.7
9.7.1
9.8
Lipidi ............................................................................................................................................................................................ 156
Neutralne masti ................................................................................................................................................................. 156
Primjeri zadataka .................................................................................................................................................................... 157
1. poglavlje:
TVARI I NJIHOVE PROMJENE
U ovom poglavlju naučit ćete:

analizirati fizikalna i kemijska svojstva tvari te metode
čišćenja i odijeljivanja smjesa

razlikovati kemijske i fizikalne promjene

objasniti građu atoma i položaj atoma elemenata u
periodnom sustavu elemenata

napisati elektronsku konfiguraciju atoma i iona

crtati Lewisove strukturne formule molekula i iona

objasniti pojmove energija ionizacije, elektronski
afinitet i elektronegativnost te objasniti periodičnost
ovih svojstava

razlikovati i prepoznati vrste kemijskih veza i
međumolekulskih interakcija

građu krutina i tekućina
Str. 6
1.1
1. poglavlje: Tvari i njihove promjene
Što je tvar?
Na to jednostavno pitanje nije lako dati odgovor. Kažemo da su tvari su oko nas, u nama, mnoštvo koje
nas sačinjava i okružuje. Prema tome možemo reći da se bilo koji oblik materije naziva tvar, dakle tvar je
sve ono što ima masu i zauzima prostor. Različite tvari imaju različita fizikalna i kemijska svojstva. Kemija
je znanost o tvarima i njihovim promjenama. Prije nego što počnemo ponavljati kemiju, treba se
podsjetiti da su kemijske tvari često i opasne te je nužno poznavati znakove koji nas upozoravaju na
opasnosti.
Otrovno/štetno za zdravlje
Nagrizajuće
Štetno
Štetno za okoliš
Slika 1. Piktogrami kemijske opasnosti
SMJESE
HOMOGENE
HETEROGENE
ČISTE TVARI
SPOJEVI
ELEMENTI
METALI
Slika 2. Osnovna podjela tvari
NEMETALI
Pripreme za državnu maturu Kemija
Str. 7
Homogene smjese su smjese gdje se golim okom ne mogu vidjeti njihovi sastojci. Homogene smjese
jesu homogene tvari sastavljene od smjese čistih tvari. U svakom svom djelu imaju jednak sastav i
svojstva, npr. ocat, otopina šećera ili soli u vodi, zrak, more, benzin, smjesa vode i alkohola i legure.
Heterogene smjese su smjese gdje se golim okom, povećalom ili mikroskopom mogu vidjeti njihovi
sastojci. Imaju promjenjiv sastav i svojstva. Svaka tvar zadržava svoja karakteristična svojstva, a svojstva
smjese ovise o odnosu količina i svojstava tvari koje se nalaze u smjesi. To su npr. zemlja, onečišćena
voda, gusti sokovi, Vegeta, müsli i smjesa strugotina bakra i željeza.
Čiste tvari su homogene i građene od istovrsnih ili raznovrsnih atoma. One mogu biti:
1.
elementarne su tvari građene od istovrsnih atoma (Cl2, O2, P, S), a kemijskim postupcima ne
mogu se rastaviti na jednostavnije tvari;
2.
kemijski su spojevi tvari koje su građene od raznovrsnih atoma. Najjednostavniji spojevi sastoje
se od samo dviju vrsta atoma.
1.1.1
Metode odjeljivanja smjesa
Pojedini sastojci smjese mogu se odjeliti odgovarajućim postupcima, kao što su filtracija, destilacija,
dekantiranje, sublimacija.
1.
Dekantiranje – odlijevanje bistre tekućine iznad taloga.
2.
Filtriranje – razdvajanje smjese krute i tekuće tvari. Filtriranjem kroz filtrirni papir smjesa se razdvaja
na talog i filtrat.
3.
Prekristalizacija – metoda čišćenja tvari koje pokazuju veliku razliku u topljivosti u nekom otapalu pri
različitim temperaturama.
4.
Destilacija – razdvajanje tekuće smjese na komponente zagrijavanjem do vrenja. Zasniva se na razlici
tlaka para pojedinih komponenata smjese.
5.
Sublimacija – razdvajanje čvrste smjese na komponente zagrijavanjem na temperaturu kod koje
sublimira komponenta s većim tlakom para. Zasniva se na razlici tlaka para pojedinih komponenata.
6.
Kromatografija – metoda odjeljivanja komponenata iz smjese. Smjesa otopljena u pogodnom
otapalu (mobilna ili pokretna faza) prevodi se preko stacionarne (nepokretne) faze. Ispitivane se tvari
različito raspodjeljuju između stacionarne i mobilne faze.
7.
Ekstrakcija – metoda razdvajanja smjesa koja se zasniva na različitoj topljivosti tvari između dvaju
otapala koja se međusobno ne miješaju.
Str. 8
1.1.2
1. poglavlje: Tvari i njihove promjene
Svojstva tvari i promjene tvari
Kemijska svojstva tvari očituju se pri kemijskim promjenama (reaktivnost s drugim tvarima, inertnost,
miris, boja i dr.). Fizikalna svojstva tvari očituju se pri fizikalnim promjenama (agregatno stanje, boja,
prozirnost, masa, obujam, viskoznost, miris, električna provodljivost, magnetizam, talište, vrelište,
lomljivost, prozirnost i dr.). Tvari se mogu mijenjati kroz fizikalne i kemijske promjene.
U fizikalnim promjenama osnovna kemijska priroda tvari se ne mijenja. Primjeri fizikalnih promjena su
promjena agregacijskih stanja tvari, npr. taljenje leda (led i tekuća voda imaju jednak kemijski sastav),
usitnjavanje tvari i rezanje tvari.
U kemijskim promjenama dolazi do promjene kemijskog sastava tvari, a time i do promjene fizikalnih
i kemijskih svojstava tvari. Primjer kemijske promjene je elektroliza vode, pri čemu nastaju plinovi vodik
i kisik. Nastaju dvije nove tvari koje imaju različita svojstva po kojima se međusobno razlikuju i po kojima
se razlikuju od vode. Pomoću kemijske reakcije može se iz kisika i vodika ponovno dobiti voda. Tijekom
kemijskih promjena može doći do analize ili sinteze. Analiza je reakcija razgradnje tvari na dvije ili više
novih tvari. Sinteza je reakcija spajanja dviju ili više tvari u novu.
1.2
Atomi i molekule
1.2.1
Građa atoma
Ruđer Bošković smatrao je da su atomi fizičke točke, čestice bez dimenzija iz kojih izlaze sile. Među
točkama djeluju privlačne i odbojne sile. Moderna kvantna fizika potvrđuje njegovu teoriju. Dalton je
definirao atom. Atom je najmanja građevna jedinica elementa, koja može postojati sama ili biti kemijski
vezana s atomima istog ili drugih elemenata.
Atom je vrlo sitna čestica, malih polumjera i masa. Promjer najmanjeg atoma, atoma vodika, iznosi oko
74 pm (1 m = 1012 p). Danas znamo da atom, iako sitna, nije nedjeljiva čestica, već je izgrađena od velikog
broja još sitnijih čestica koje nazivamo subatomskim česticama. Svaki atom građen je od atomske jezgre
oko koje se kreću elektroni.

Download Report