Chemie jako věda, základní pojmy, anorganické názvosloví
Základní pojmy
Osnova: definice chemie, její historie a rozdělení, pojmy hmota, rozdělení látek, chemická
soustava, směsi
atom, Z,N,A, prvek, nuklid, izotop, izobar, modely atomu, molekula, sloučenina,
hmotnosti, náboje, mol,
názvosloví anorganické chemie
Chemie je přírodní experimentální věda, která se zabývá vlastnostmi látek a jejich chemickými reakcemi.
Historie chemie
Za počátek činnosti člověka v oblasti chemie je považován jeho prvotní zájem o kovy v 8. a 7. tisíciletí před naším letopočtem. Ten vedl k objevu výroby bronzu ve 3. tisíciletí pře Kristem. Základní praktické poznatky chemie byly používány a rozšiřovány i při výrobě barviv, kosmetiky a keramiky.
V antice lidé rozšiřovaly praktické nalosti a vytvářeli první chemické teorie, jako demokritova a Leukippova teorie složení látek z atomů. V 16. století byl zájem o látky projevován v alchymii. V 18. století vědci formulovali základní chemické zákony. V 60. letech 19. století byl vytvořen periodický zákon. V době průmyslové revoluce se začaly vyrábět umělé materiály. Ve 20. století se rozvinula organická chemie a biochemie.
Obory chemie
Systematická chemie, popisující látky se dělí na organickou a anorganickou. Obory chemie specializující se v rámci chemických jevů jsou čistě chemické obory, disciplíny, které se zabývají oblastmi chemie souvisejícími s poznatky z jiných věd jsou hraniční obory. Aplikované obory jsou třeba analytické chemie a chemické inženýrství.
Význam chemie
Je v oborech, kde se pracuje s látkami. Nejvíce se poukazuje na význam v lékařství a farmacii, kosmetice, stavebnictví, při výrobě barviv, paliv a hnojiv.
Hmota
Je výraz pro stavební podstatu objektivní reality. Hmota je buď ve formě pole, nebo látky. Pole a látky v sebe mohou navzájem přecházet.
Chemické soustavy
Jsou soubory látek, v prostoru, v kterém provádíme experiment. Jsou otevřené ( umožňuje výměnu hmoty i energie mezi soustavou a okolím), uzavřené (umožňuje výměnu energie) nebo izolované (zcela izolovaná od okolí). Soustavy mohou být homogenní nebo heterogenní. Homogenní soustava má ve všech místech stejné vlastnosti. Heterogenní soustava se skládá z fází, které mají různé vlastnosti a které jsou od sebe odděleny hraniční plochou, na ktreré se vlastnosti soustavy prudce mění. Je-li v soustavě jen 1 látka, je obsah soustavy chemické individuum, pokud je složena ze souborů různých částic, je obsahem soustavy směs. Směsi se dělí na homogenní a heterogenní. V homogenní směsy jsou rozpuštěné látky o velikosti menší, než 10?7 metru, v koloidní od 10?7 do 10?9 a heterogenní větší než 10?9. Podle skupenství smíšených látek a případně i dále podle velikosti dispergovaných částic dělíme směsi například na emulze (směs dvou kapalin), suspenze (pevná látka v kapalině), mlhu (kapaliny v plynu), dým (pevná látky v plynu), pěnu a aerosol (plyn v kapalině), mezi nimiž je rozdíl ve velikosti dispergovaných částic.
Atom
Nepatrná hmotná částice dále chemicky nedělitelná. Skládá se z obalu a jádra.
Charakterizují ho protonové číslo Z, které udává počet protonů, neutronové N počet neutronů v jádře, nukleonové číslo A, které udává počet všech částic ( protonů i neutronů dohromady) v jádře.
Teorie struktury atomu.
První vytvářel Leukippos a Demokritos v antice. Potom se za pravdu považovalo, že látky jsou nepřetržitou soustavou hmoty tvořené z živlů, proto že jsou libolelně dělitelné. V 17. století se věda opět vrátila k atomové hypotéze. Na začátku 19. století vytvořil Dalton atomovou teorii, z které vyplývají zákony zachování hmotnosti a poměrů slučovacích. Na konci 19. století objevil Thomson elektron.Rutherford ve 20. století zjistil, že atom se skládá z obalu a jádra, které má 99% hmotnosti atomu a které je 10- až 100- 000x menší, než atom. Jeho model se nazýval planetární. Potom byl vynalezen Bohrův kvantově mechanický model a dnešní model je vlnově mechanický Schrödingerův, který říká, že atom se pohybuje v prostoru, který je charakterizován kvantovými čísly s jistou pravděpodobností. De Bogliem byl objeven dualistický charakter částic. To znamená, že např. elektron se může chovat jako vlnění i jako pevná částice.
Nuklid je soubor atomů se stejným protonovým i nukleonovým číslem
Prvek je soubor atomů se stejným protonovým číslem
Izotop je soubor atomů se stejným protonovým číslem, které se liší neutronovým a tím pádem i nukleonovým číslem.
Izobar je soubor atomů se stejným nukleonovým číslem, ale jiným protonovým číslem, tím pádem se liší i neutronovým číslem.
Molekula je souborem atomů spojených chemickými vazbami. Atomy mohou i nemusí být stejného prvku.
Sloučenina je souborem stejných molekul, které tvoří sloučené atomy, z nichž alespoň 1 má jiné protonové číslo, než ostatní
Mol je 6.023*1023. částic látky. Mol dvouatomových molekul látky obsahuje dvojnásobek atomů, než jich je v molu těchto atomů.
Stanoven byl jako množství částic v 12 gramech uhlíku s protonovým číslem 6 a nukleonovým číslem 12.
Molární hmotnost je hmotnost 1 molu dané látky. Dá se vypočítat jako Na*u*Mr(Ar)
Relativní atomová hmotnost je poměr hmotnosti atomu dané látky a hmotnostní jednotky, která je 1,66 * 10?27kg, což je 1/12 hmotnosti atomu uhlíku s protonovým číslem 6 a nukleonovým 12.
To je hmotnost půl protonu, půl neutronu a půl elektronu v atomu uhlíku a ta je nižší, než hmotnost těchto částic ve volném stavu, protože jsou navzájem spojeny a část hmoty se při vytváření vazeb přeměnila na jadernou energii.
Relativní molekulová hmotnost
Je poměr hmotnosti molekuly a hmotnostní jednotky, relativní molekulová hmotnost je násobkem hmotnosti hmotnostní jednotky. Rovná se součtu relativních atomových hmotností atomů, z kterých se látka skládá.
Hmotnosti elementárních částic jsou p: 1,672 *10?27; n: 1,6747*10?27; e:asi 1840*méně, než p nebo n
Relativní hmotnosti jsou p: 1,0075, n: 1,0088; e~1,00815
Náboje elementárních částic jsou p: 1,6*10?27 ; e: – 1,6*10-27
rRelativní jsou +/- 1
Názvosloví
Jeho zákonitosti jsou kodifikovány v dokumentech IUPAC ( international union for pure and applied chemistry).
Typy vzorců
Používané vzorce jsou stechiometrické(empirické), molekulové(souhrné), racionální(funkční), strukturní(konstituční), do kterých se vpisují i volné elektronové páry a takové vzorce se nazývají elektronové strukturní vzorce, a geometrické. Stechiometrické vzorce jsou zápis typů atomů a poměrů mezi nimi, v molekulových jsou zapsány skutečné počty atomů v molekule, racionální dávají dohromady charakterictické skupiny, strukturní zobratují i vazby mezi atomy, geometrické prostorově zachycují tvar molekuly.
Oxidační číslo
Je rovno náboji, který by měl atom v případě, že by všechny vazebné elektrony byly v molekule přisouzeny elektronegativnějšímu z vazebných partnerů, to znamená, že vytváří jistý model, který neodpovídá realitě.
Píše se římskými číslicemi vpravo nahoře za atomem.
Oxidační číslo atomu v molekule prvku je nula.
Součet oxidačních čísel v molekule je 0, pokud není iontem.
Maximální kladné číslo u nepřechodných prvků je rovno číslu skupiny, záporné je zbytek do osmi.
Vaznost
Je počet kovalentních vazeb, kterými je atom vázán k ostatním atomům.
České názvosloví prošlo změnou hlavně v době Národního obrození. Názvosloví sloučenin je unikátní, protože využívá jazyka k vyjádření valence, která se v cizích názvoslovích určuje čísly. Každý stupeň mocenství má svou charakteristickou příponu. ( -ný, -natý, -itý, -ičitý, -ičný -ečný, -ový, -istý, -ičelý)
Skládá se z podstatného jména ( případně dvou podstatných jmen) a přídavného jména. Podstatné jméno určuje typ sloučeniny, anion a jeho mocenství (elektronegativnější část sloučeniny). Přídavné jméno určuje kation.
Oxidy
Jsou sloučeniny kyslíku, který má jakožto elktronegativnější prvek oxidační číslo ?2.
Př. : Mn2O7 ? oxid manganistý
Podvojné oxidy
Předponou se určí počet kyslíků a zbylé atomy se spojí do přídavného jména
Př. : (KCa)2O3 ? oxid draselno-vápenatý
Peroxidy, hyperoxidy
Kyslík v nich má oxidační číslo ?1 nebo ?1/2
Př. : Ba2O ? peroxid barnatý, H2O2 ? peroxid vodíku
Hydroxidy
Molekuly hydroxidů jsou tvořeny jednou nebo více skupinami ?OH, tj. hydroxidovými skupinami a atomem kovu, jehož oxidační číslo se rovná počtu hydroxidových skupin.
Název se skládá z podstatného jména hydroxid a přídavného jména charakterizujícího kov.
Př. :Ca(OH)2 ? hydroxid vápenatý
Dvouprvkové sloučeniny vodíku
Hydridy ? jsou sloučeniny vodíku s prvky I. a II. Skupiny. Vodík v nich má oxidační číslo ?1.
Př. : CaH2 ? hydrid vápenatý, NaH ? hydrid sodný
-any ? sloučeniny vodíku s prvky III až VI. skupiny mají jednoslovné názvosloví. Vodík v nich má také oxidační číslo ?1 a počet atomů uhlíku v molekule se rovná počtu elektronů v atomu slučovaného prvku, které mohou vytvořit vazbu. V III. skupině jsou to 3, ve IV. 4, v páté 3, a v šesté 2, protože atom už není schopný excitace.
Př. : SiH4 ? silan, CH4 – methan, SbH3 – stiban
– ovodíky ? jsou sloučeniny vodíku s atomy VII. skupiny. Název se skládá z názvu prvku zakončeného na o, ke kterému se připojí slovo vodík.
Př. : H2Te – telurovodík
U prvků I. až V. skupiny se vodík ve vzorci píše vpravo, ve sloučeninách s atomy VI. a VII. skupiny vlevo.
Kyseliny
Bezkyslíkaté
Název se tvoří přidáním koncovky ?ová k názvu sloučeniny daného nekovu s vodíkem.
Př. : HCl ? kyselina chlorovodíková, HCn ? kyselina kyanovodíková
Kyslíkaté
Název je tvořen z podstatného jména kyselina a přídavného jména určujícího valenci centrálního prvku. V případě, že je známo více kyslíkatých kyselin, ve ktrých má centrální prvek stejné oxidační číslo (to je vždy kladné, protože na atom centrálního prvku jsou vázány vysoce elektronegativní atomy kyslíku), uvádí se u přídavného jména ještě předpona skládající se z údaje o počtu vodíků v molekule, který je dán předponou di-, tri-, tetra-, atd.. a ze slova -hydrogen-. Počet vodíků je shodný s počtem hydroxidových skupin vázaných na centrální atom.
Př. : H5IO6 ? kyselina pentahydrogeniodistá
Peroxikyseliny
Obsahují vazbu peroxidu, -O-O-H, to znamená, že oproti původní mají 1 kyslík navíc
Př. : H5IO7 ? kyselina pentahydrogen peroxoiodistá
Thiokyseliny
V thiokyselinách je jeden nebo více atomů kyslíku nahrazen atomem síry. Tato skutečnost se vyjadřuje přidání předpony thio, případně di- tri- tetra- -thio- v přídavném jméně označujícím danou kyselinu.
Př. : H2S3O2 ? kyselina dithiosírová
Halogenkyseliny a jiné substituované kyseliny
Vznikají nahrazením jedné nebo více ?OH skupin skupinou jinou. Název tvoří podstatné jméno kyselina, předpona určující nahrazující skupina, zakončená na ?o, která se připojí k přídavnému jménu určujícímu centrální prvek a jeho mocenství.
Př. : HPO2Cl2 ? kyselina dichlorofosforečná
Funkční deriváty kyselin
Vznikají odštěpením a nahrazením všech ?OH skupin v molekule kyseliny. Název se skládá z podstatného jména označujícího nahrazující skupiny, které má předponu určující počet těchto skupin, z 2. pádu názvu původní kyseliny. Př. Diamid kyseliny sírové.
Př. : SO2(NH2)2 ? diamid kyseliny sírové
Isopolykyseliny
Kyseliny s větším počtem centrálních atomů, které jsou spojeny přes kyslíkový můstek, vzniklý odštěpením skupin ?H a ?OH z molekul původních jednoduchých kyslíkatých kyselin.
Př. : H2S2O7 ? kyselina disírová
Soli
Náboj aniontu je roven počtu protonů (vodíků) odštěpených z kyseliny, přídavné jméno určuje náboj kationu (většinou atomu kovu)
Soli bezkyslíkatých kyselin
Podstatné jméno určující anion je zakončeno na ?id
Př. : CaCl ? chlorid sodný
Soli kyslíkatých kyselin
Podstatné jméno určující anion je zakončeno na ?an.
(Nejdřív vytvořím charakteristickou skupinu po kyselině, jinak ji dám větší počet kyslíků v případě, že kov bude mít vyšší oxidační číslo.)
Př. : Ba(NO3)2 ? dusičnan barnatý
Kyselé soli
Obsahují atom vodíku, který je možné nahradit atomem kovu. Název se tvoří z předpony hydrogen, v případě, že je v molekule více kyselích vodíků, tak se před tuto předponu ještě vloží slovo určující počet vodíků (di-, tri-) a z názvu soli, podle centrálního prvku a jeho valence.
Př. : KH2PO4 ? dihydrogenfosforečnan draselný
Podvojné soli
Skupiny se řadí podle stoupajícího náboje, od nižšího k vyššímu
podle abecedy znaků skupin
Krystalohydráty
Počet molekul rozpouštědla se vyslovuje před názvem rozpouštěné látky, píše se po jeho vzorci.
Př. : CuSO4. 5H2O ? pentahydrát síranu měďnatého
Atomové skupiny
Některé neutrální atomové skupiny (případně i katonty) obsahující kyslík mají nezávisle na náboji název končící na ?yl. Vznikají většinou odtržením všech ? OH skupin z molekuly kyslíkaté kyseliny. Například fosforyl (PO+3), sulfuryl (SO2+2), thionyl (SO+2), karbonyl (vzniklý z H2CO3 : CO+2 ; vzniklý z oxidu uhelnatého : CO, je neutrální a tvoří karbonyly kovů)
kationy
kladné
NH4+ – amonný kation
H3O+ – oxoniový kation
neutrální
NO ? nitrosyl
OH ? hydroxyl
CO ? kyrbonyl
VO ? vanadyl
UO2 ? uranyl
záporné
OH- – hydroxid
Komplexní sloučeniny
[AgF4]- : vše, co je v závorce je koordinační částice,
Ag je centrální prvek
F je ligand
Koordinační číslo
-číslo udávající počet ligand
Vzorce koordinačních částic se píší v hranatých závorkách. Vzorce ligandů se píší až za vzorcem centrálního atomu. Všechny ligandy zapsané v závorce jsou vázané na centrální atom koordinačně kovalentní vazbou a tvoří takzvanou vnitřní koordinační sféru.
Oxidační číslo centrálního atomu
Kladné se označí běžnou příponou odpovídající valenci,
Nulové se neuvádí, název prvku je vysloven v nominativu nebo genitivu
Záporný oxidační stupeň se vyjadřruje koncovkou ?id.
Název koordinační částice může být doplněn jejím celkovým nábojem, který se udává arabskou číslicí v kulaté závorce za názvem centrálního prvku. Nulový náboj částice se neuvádí.
Počet centrálních atomů a ligandů se uvádí číslovkovými předponami, v případě složitějších ligandů se užívají násobné číslovkové předpony ?bis, -tris, ?
Názvy ligand se uvádí a píší podle abecedy jejich názvů, číslovkové předpony se jako název nepočítají, v případě shody 1. písmena se porovnává 2., 3., .. ligandy začínající na ch se počítají jako slova začínající na c.
Elektroneutrální ligandy:
NO ? nitrosyl
CO ? karbonyl
H2O ? aqua
NH3 ? amin
Iontové ligandy:
F-I ? flouro
Cl-I ? chloro
O-II ? oxo
OH-1 ? hydroxo
O2-2 ? peroxo
H-I ? hydrido
S-II ? thio
S2-2 ? disulfido
HS-1 ? merkapto
CN- – kyano
SCN-III – thiokyano
NH2-1 ? amido
SO4-2 ? sulfato
SO3-2 ? sulfito
S2O3-2 ? thiosulfato
CO3-2 ? karbonato
PO4-3 ? fosfato
HPO4-2 ? hydrogenfosfato
NO2-1 – nitro
NO3-1 – nitrato
CH3COO-1 – acetato