Základní pojmy, atom, prvek, sloučenina, vaznost, roztoky

Chemie pro přijímací zkoušky:
Základní pojmy
MUDr.Jan Pláteník, PhD
Ústav lékařské biochemie 1.LF UK
Literatura:
• J. Vacík a kol.: Přehled středoškolské
chemie. Státní pedagogické nakladatelství
Praha 1993
• B. Matouš a A. Buděšínská: Modelové
otázky k přijímacím zkouškám na 1.
lékařskou fakultu Univerzity Karlovy.
Chemie. Marvil 2004.
1
Stavba hmoty:
• Atom
• Molekula
• Ion
• Sloučenina
• Směs (dispersní soustava)
Atom
• Nejmenší částice prvku, která vykazuje
jeho chemické vlastnosti
• Kladně nabité jádro (neutrony, protony)
• Elektronový obal:
– elektron je vlna/částice
– chování elektronu popisuje kvantová
mechanika (... vlnová funkce, kvantová čísla)
– orbital: oblast pravděpodobného výskytu
elektronu
2
Chemický prvek
• Chemicky čistá látka složená z atomů, které
mají stejný počet protonů
nukleonové číslo A
16
8
O
protonové číslo Z
A=N+Z
Nuklid
• směs atomů se stejným nukleonovým
číslem A
Izotopy
• nuklidy se stejným protonovým a různým
nukleonovým číslem (...nuklidy téhož prvku)
• př.: kyslík má tři přirozené nuklidy (izotopy):
16O, 17O, 18O
• nestabilní nuklidy... radioaktivita
3
Molekula
• nejmenší částice hmoty, která vykazuje její
chemické vlastnosti
• Atomy spojené kovalentními vazbami
• Příklady:
He
–
–
–
–
–
vzácné plyny: monoatomové molekuly (?)
H
jiné plyny: diatomové H H
H
H N
O
H2O, NH3 atd.
H
H
molekulové krystaly: diamant
...mnoho tisíc atomů v proteinech a nukleových
kyselinách
Molekulový krystal diamantu
4
Ion
• atom nebo molekula s nenulovým nábojem
(počet elektronů se nerovná počtu protonů)
• tendence tvořit ionty záleží na
elektronegativitě každého prvku
• kationty (+) nebo anionty (-)
• monoatomové: Na+, Cl-, H+, Fe2+
• molekulové: NO3- , SO42• komplexní: [Fe(CN)6]4-
Molekulové ionty oxokyselin:
př. síran, SO42- :
rezonanční stabilizace sulfátového iontu
..podobný je dusičnan NO3-, fosfát PO43-, uhličitan CO32-, atd.
5
Sloučenina
• Chemicky čistá látka složená ze stejných
molekul vzniklých sloučením dvou nebo
více různých atomů
• Atomy jsou navzájem spojené chemickou
vazbou
• Samostatné molekuly (př. CO2) nebo
krystalové struktury
Vzorce sloučenin
• Stechiometrické
– př.: chlorid sodný NaCl
– př.: glukosa CH2O
• Molekulové souhrnné
– př.: chlorid sodný NaCl
– př.: glukosa C6H12O6
• Strukturní
6
Chemická vazba
• Soudržná síla poutající navzájem sloučené
atomy v molekulách a krystalech
• Vazba iontová: elektrostatické síly mezi
opačně nabitými ionty
• Vazba kovalentní: sdílení dvojic elektronů
mezi vázanými atomy
H
H
Vazba σ a π
• Vazba σ (sigma): největší elektronová
hustota na spojnici jader
• Vazba π (pi): největší elektronová hustota
mimo (nad a pod) spojnicí jader
7
Vazba σ a π, násobná vazba
• Jednoduchá vazba: prakticky vždy σ
– př. H-H, ethan H3C-CH3
• Dvojná vazba: σ + π
– př. O=O (O2), ethylen H2C=CH2
• Trojná vazba: 1x σ + 2x π
– př. N ≡ N (N2), acetylen HC≡CH
Vaznost (mocenství) atomu
• počet kovalentních vazeb, které z daného
atomu vycházejí
• oktetové pravidlo: snaha nabýt el.
konfigurace vzácného plynu
– př. H-F, H nabývá konfigurace He, F nabývá
konfigurace Ne
• proto O obvykle dvojvazný, N trojvazný, C
čtyřvazný atd.
8
Koordinačně kovalentní vazba
• (také koordinační, dativní, donorakceptorová)
• Oba vazebné elektrony do kovalentní vazby
poskytuje jeden z atomů (donor), zatímco
druhý poskytuje prázdný orbital (akceptor)
Koordinační sloučeniny(komplexy)
• Centrální atom
přechodného kovu
poskytující volné
orbitaly+ ligandy
poskytující volné
elektronové páry
• Koordinačně
kovalentní vazba:
ligand dává oba
vazebné elektrony
• Počet ligandů obvykle
4 nebo 6
př.: hexakyanoželeznatanový ion, [Fe(CN)6]4-
9
[Cu(NH3)4]2+
kation tetraamminměďnatý
Polarita chemické vazby
dle rozdílu elektronegativit obou atomů:
< 0.4 vazba kovalentní nepolární
př.: H-H, uhlík-vodík
0.4 - 1.7 vazba kovalentní polární
plynulý
přechod !
př. H-O-H, NH3, uhlík-kyslík, uhlík-dusík
>1.7 vazba iontová
př. NaCl...
10
Vektorové
Vektorové sklá
skládání dipó
dipólů:
δ+
δ–
O
δ–
δ+
C
O
δ+
H
H
O
δ–
CO2: lineární, nepolární
H2O: lomená, polární
... voda jako polární rozpouštědlo:
Oxidační číslo (formální mocenství)
• oxidační číslo prvku ve sloučenině se rovná
počtu jeho skutečných, nebo pomyslných
nábojů
• může být nula, celé kladné nebo záporné
• základ pro názvosloví anorganických
sloučenin
• redoxní děje: oxidační číslo při oxidaci
roste, při redukci klesá
11
České názvosloví oxidů:
Oxidační číslo
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
Přípona
-ný
-natý
-itý
-ičitý
-ečný/-ičný
-ový
-istý
-ičelý
Obecný vzorec
X2O
XO
X2O3
XO2
X2O5
XO3
X2O7
XO4
Pravidla pro určování oxidačních čísel atomů
prvků
• volný elektroneutrální atom, nebo atom v molekule
prvku: ox. číslo = 0
• oxidační číslo jednoatomového iontu se rovná jeho
náboji
• ve vzorcích víceatomových sloučenin se vazebné
elektrony přidělí vždy atomu s větší elektronegativitou
• H má vždy oxid. číslo I (jen v hydridech kovů -I)
• O vždy -II (jen v peroxidech -I)
• F vždy -I
• alkalické kovy (Na, K..) vždy I
• prvky alkalických zemin (Ca, Mg..) vždy II
12
Pravidla pro určování oxidačních čísel atomů
prvků
příklady:
CO2 : CIV, O-II
H2SO4: HI, SVI, O-II
Součet ox. čísel všech atomů prvků v elektroneutrální
molekule je 0, ve víeatomovém iontu se rovná náboji
iontu
př.: CO32-: CIV,
O-II
1.IV + 3.(-II) = -2
Disperzní soustavy
• Směs několika chemicky čistých látek, kde
jedna z nich tvoří kontinuální disperzní
prostředí, ve které jsou ostatní látky
dispergovány (rozptýleny)
• Dělení podle skupenství:
–
–
–
–
–
pevné částice v plynu: dým
kapičky kapaliny v plynu: mlha
olej ve vodě: emulse
pevné částice v kapalině: suspense
atd.
13
Disperzní soustavy, pokr.:
Dělení podle velikosti částic:
< 10-9 m: disp. s. homogenní (analytická)
př.: pravé roztoky elektrolytů a nízkomolekulárních
neelektrolytů
10-9 - 10-7 m: disp. s. koloidní
př.: aerosol, koloidní roztok, emulse
> 10-7 m: disp. s. heterogenní (hrubá)
př.: pěna, suspense
Roztok (pravý roztok)
• homogenní disperzní soustava dvou nebo
více chemicky čistých látek, jejichž
vzájemné zastoupení lze v určitých mezích
plynule měnit
• rozpouštědlo + rozpuštěná/é látka/y
• plynný (př. vzduch)
• kapalný (př. NaCl rozpuštěný ve vodě)
• pevný (př. sklo, slitiny kovů)
14
Mol
• Jednotka látkového množství
• množství látky, které má právě tolik
částic (atomů, iontů, molekul, apod.),
kolik je atomů v 12 g nuklidu uhlíku 12C
• toto množství se rovná 6.02 x 1023 částic
(Avogadrova konstanta)
(Relativní) atomová hmotnost
• atomová hmotnostní jednotka(u): 1/12
hmotnosti jednoho atomu nuklidu uhlíku 12C
1 u = 1.66057 . 10-27 kg
• relativní atomová hmotnost (Ar): hmotnost
atomu vyjádřená v u
• relativní atomová hmotnost prvku: poměr
průměrné hmotnosti atomu prvku a u
• molekuly: relativní molekulová hmotnost (Mr)
15
Molární hmotnost
• hmotnost jednoho molu dané látky
• v g/mol
• Molární hmotnost látky v gramech
nabývá stejné numerické hodnoty jako
její relativní atomová (molekulová)
hmotnost
Molární objem
jeden mol jakéhokoliv plynu zaujímá za
stejné teploty a tlaku stejný objem
..22.414 litrů při 101.325 kPa, 0 °C (273.15 K)
(Avogadrův zákon)
16
P.V=n.R.T
P: tlak v kPa
V: objem v dm3 (l)
n: počet molů
R: univerzální plynová konstanta
(8.31441 N.m.mol-1.K-1)
T: teplota v K
Koncentrace roztoků
• hmotnostní koncentrace: počet gramů
rozpuštěné látky v jednom litru roztoku
• látková (molární) koncentrace: počet molů
rozpuštěné látky v jednom litru roztoku
• v %:
– % (w/v): weight per volume, počet gramů látky ve
100 ml roztoku
– % (w/w): weight per weight, hmotnostní zlomek,
počet gramů látky ve 100 g směsi
– % (v/v) volume per volume, objemový zlomek,
počet ml látky ve 100 ml roztoku
17
Výpočet látkové koncentrace z
hmotnostní
Příklad: Vypočítejte látkovou koncentraci roztoku
Na2HPO4 c = 21 g /l.
Ar(Na)= 23, Ar(P)= 31, Ar(O)= 16, Ar(H)= 1
Mr Na2HPO4 : 46+1+31+4x16 = 142
Látková koncentrace
= hmot. konc. (g/l) / Mr
= 21 / 142 = 0.148 mol/l
Výpočet hmotnostní
koncentrace z látkové
Příklad: Vypočítejte kolik gramů KClO4 je třeba
navážit pro přípravu 250 ml 0.1 M roztoku.
Ar(K)= 39, Ar(Cl)= 35.4, Ar(O)= 16
Mr KClO4: 39 + 35.4 + 4x16 = 138.4
Hmotnostní konc. = látková konc. x Mr
potřebujeme 138.4 x 0.1 x 0.25 = 3.46 g KClO4
18
Převody koncentrací: Souhrn
• Vždy rozlišujte mezi množstvím látky v
molech (gramech) a její koncentrací v mol/l
(g/l)
• Při převodu z hmotnostní konc. na látkovou
dělíte hmotnost (g or g/l) molární hmotností
(relativní atomovou/molekulovou hmotností)
• Při převodu z látkové konc. na hmotnostní
násobíte molaritu (mol or mol/l) molární
hmotností (relativní atomovou/molekulovou
hmotností)
Atom je úplně charakterizován:
A) magnetickým číslem
B) průměrem jádra
C) nukleonovým číslem
D) nukleonovým a protonovým číslem
19
Avogadrova konstanta vyjadřuje
A) počet částic v látkovém množství 1 mol
B) počet atomů ve sloučenině
C) látkovou koncentraci iontů v plynech
D) objem plynných látek při látkovém
množství 1 ml
Mol/m3 je:
A) jednotka látkového množství
B) jednotka molární hmotnosti
C) jednotka látkové koncentrace
D) jednotka hmotnostní koncentrace
20
Jaké látkové množství železa obsahuje
1 mol oxidu železnatého
A) 2 mol
B) 1 mol
C) 0,5 mol
D) nelze takto určit
K 1 l roztoku KCl o c=2 mol/l byl přidán 1 l
roztoku NaCl o c=1 mol/l. V získaném
roztoku je:
A) koncentrace K+ 1 mol/l
B) koncentrace Cl– 1,5 mol/l
C) 3 mol Cl–
D) 1 mol Na+
21
Dva litry roztoku obsahují 1 mol glukosy a
1 mol močoviny. Kolik mol iontů obsahují:
A) 0
B) 1
C) 2
D) 3
Při rozpouštění chloridu sodného:
A) se z krystalové struktury oddělují ionty
B) se ionty hydratují
C) se ruší iontová vazba
D) vzniká kovalentní vazba
22
Rozpuštěním hydrogenfosforečnanu
sodného ve vodě vznikají
A) 2 Na+ + HPO42B) 2 Na+ + HPO42- + 2 H +
C) Na+ + H2PO4D) 2 Na+ + H + + PO43-
Jednoduchá vazba je téměř vždy
A) vazbou pi
B) vazbou sigma
C) vazbou sigma i pi
D) neplatí ani jedna z uvedených možností
23
Vaznost je počet
A) atomů ve sloučenině
B) atomů, které se mohou jakýmkoliv
způsobem vázat
C) kovalentních vazeb vycházejících z
atomu prvku ve sloučenině
D) kovalentních nebo iontových vazeb
vycházejících z atomu prvku ve sloučenině
Pojem elektronegativity je mírou
schopnosti atomu
A) odpuzovat elektrony
B) přitahovat sdílené elektrony
C) odštěpovat proton
D) tvořit elektroneutrální molekuly
24
Součet hodnot oxidačních čísel atomů
všech prvků v elektroneutrální
sloučenině se rovná
A) vždy jen nule
B) nule jen v případě plynů
C) nule jen v případě solí
D) nemusí se vždy rovnat nule
Oxidační číslo atomu vodíku ve
sloučeninách NH3 a CaH2 je:
A) III a II
B) -III a -II
C) I
D) I a -I
25
Oxidační číslo P4 je:
A) IV
B) -I
C) 0
D) -IV
Stechiometrický vzorec
dusitanu amonného je:
A) H2NO
B) NH4NO2
C) HNO
D) NH4NO3
26
Vyberte nesprávná tvrzení:
A) molekulové ionty jsou většinou stálé ve
vodném prostředí
B) molekulové ionty jsou většinou nestálé
ve vodném prostředí
C) kovalentní vazba je založena na sdílení
elektronů
D) podstatou kovalentní vazby jsou
elektrostatické síly působící mezi opačně
nabitými částicemi
Vyberte správnou odpověď:
A) Avogadrova konstanta udává počet
částic připadající na jeden mol látky
B) molární veličiny jsou veličiny vztažené
na jednotkové látkové množství
C) Avogardova konstanta udává počet částic
připadající na jeden gram látky
D) molární veličiny jsou veličiny vztažené na
jednotkové hmotnostní množství
27
Podle velikosti částic můžeme
dělit
A) směsi na otevřené a uzavřené
B) směsi na homogenní, heterogenní a
koloidní
C) soustavy isolované nebo uzavřené
D) směsi na kapalné nebo tuhé
Vyberte nesprávné tvrzení
A) koloidní roztoky jsou homogenní směsi
B) koloidní roztok je koloidní směsí
C) příkladem homogenní směsi je vodný
roztok NaCl
D) směsi dělíme na homogenní, heterogenní
nebo koloidní
28
Jaký je objem vody, který potřebujeme k přípravě
roztoku o objemu 500 ml, má-li být objemový
zlomek ethanolu v tomto roztoku 60%
A) 200 ml
B) 150,5 ml
C) 160,5 ml
D) 162,5 ml
Jakou hmotnost má síran amonný,
potřebný k přípravě 12% vodného
roztoku o hmotnosti 3000 g:
A) 240 g
B) 120 g
C) 360 g
D) 200 g
29
Kyselinu dusičnou o w=18% a o hmotnosti 48 g
zředíme vodou o hmotnosti 48 g. Jaký je
hmotnostní zlomek HNO3 ve výsledném roztoku:
A) 0,1
B) 0,09
C) 0,08
D) 0,07
Jaká je koncentrace roztoku o objemu
1250 ml, obsahujícího KI o hmotnosti
8,3 g (Ar K=39, I=127)
A) 0,2 mol/dm3
B) 0,04 mol/dm3
C) 0,02 mol/dm3
D) 0,8 mol/dm3
30
Určete hmotnost kyslíku, připadající v
oxidu uhličitém na 18 g uhlíku
A) 53,3 g
B) 32,0 g
C) 48,0 g
D) 12,0 g
Jakému látkovému množství vody
odpovídá hmotnost vody 68 g
A) 1,5 mol
B) 1,4 mol
C) 3,8 mol
D) 3,1 mol
31
Jaký objem zaujímá 187 g sulfanu
(Ar S=32)
A) 67,2 dm3
B) 132 dm3
C) 180 dm3
D) 123,2 dm3
Hmotnost jednoho litru kyslíku je
A) 2 kg
B) 1 kg
C) 2,8 g
D) 1,4 g
32