~. Rerenrcnli pmC d r DRAG0 GRDENIC dr NIKOLA KALLAY pmf, dr IVAN P l U A C roe dr BOZIDAR GRABARIC

Odobrili: Odbor 2a ildavatku d~elalnoi l S~cuei l i i la u Zagrebu odlukom br. 02-112813-1980. i Svcu€ili<le u Splilu odlukom broj 013-13412-1981.

I Nacionolan i svcu~i l i in l bibliakka, Zlgrcb CIP - Knl~lugizaeijn a pllbliknriji

UDK 541(075.83 516(075.R)

FILIPOVIC. Ir;tn Opfo i nnorcnnsks krl~l i ju I nopirsll

Ivnn Filipavif, Shcp:m Lipanovlf ; lcneic izmdia Krunorlnv $poljorie]. - 9. izd -Zagreb : Sk~lska knligr. 1995. - 2 se : ilustr ; 25 cn,. - (Udibn8ici SvcudiliiB 18 Zagrebu) (Udtbel>ici S rcu i~ l~ i l o 18 Splicu)

&v;,la.

1 ISBN 953-0-30POS.S

I . Lipanovii. Sh;cpa,>

950321OS7 1 ISBN 953-0-30905-8 ISON KOMPLCI'A %;-n-309n74

Napisa1.i Dl: IVAN FlLlPOVlC

redovn i orolesor Tehno lo5koe lakulteta SveuEiliSta ; Zagreb"

\ ( Dr. STJEPAN LIPANOVIC 1 r e d o v n l pro lesor T e h n o l o i k o g l a k u l t e t a

SveuEiliZta u Splitu

O P ~ A I ANORGANSKA KEMI JA

I. DIO OPCA KEMIJA

IX. izdanje

SKOLSKA KNJIGA ZAGREB 1995.

- - Iz predgovora pruom izdanju

Ovaj udtbenik op te i anorganske kemije za studente prve godine kemije ~ l o d je dugogodignje nastave tog predmeta na TehnoloSkom fakul- tetu u Zagrebu i Kemijsko-tehnoloikom fakultetu u Splitu. Obradeno j e gradivo koje se predaje i I , semestru (opta kemija) i 11. semestru (anor- ianska kemija) tih fakulteta. Kako su nastavni programi op6e i anorganske kemije na ostalim kemijskim fakultetima u naSoj zemlji slifni, uvjereni smo da b ova knjiga posluiiti i studentima ostalih kemijskih fakulteta pa i kemiEarima opCenito u nastavi i praksi. OpCi dio udibenika napisao je Ivan FilipoviC, a sistematiku anorganske kemije Stjepan LipanoviC.

Opseg gradiva je takav da omoguiuje nastavnicima i studentima izbor prema konkretnom nastavnom programu. U optem dijelu (u I. se- mestru studija) upoznaje student kemijske zakone, strukturu tvari, struk- turu i elektronsku konfiguraciju alomn, vrste kemijske veze, vrste kemijskih reakcija, tijek kemijskih reakcija, kemijsku ravnoteiu i energetske promjene pri kemijskim rcakcijama. Na kraju toga djela su nuklearne reakcije. Slekavji La znanja student nioie u IT. semestru studijn znatno IakSe pri- stupiti proufavanju svojstava kemijskih elemenata i njihovih spojeva n a temelju optih zakonitosti, elektronske konfiguracije i velifine atoma i vrste veze izmedu atoma. Time se znatno smanjuje Eesto kritiziran opisni karakter studija anorganbke kemije. Svim poglavljima u kojima se opisuju clementi sistematizirani prema periodnom sistemu prethodi pregled nji- hovih zajedniEkih svojstava i svojstava njihovih spojeva. Takav Ce pristup omogutiti da udibenik posluii i za studij prema nastavnom programu u kojem je manje naglaSena sistematika anorganske kemije. Pojam opCa kemija u ovom udibeniku ima evropskoznaEenje, za razliku od amerifkog gdje se uz elementarni prikaz anorganske kemije daju i elementi organske kemije i biokemije.

Mornlno nnglasiti da ras~ored i razina gradiva u ovoj knjizi zahtijc\,a lpredznnnje nlatclnntikc, fizike i kemije stcreno u srednjoj Zkoli. Nastojali smo d3 razina udibcnika ne ~ r e l a z i mogu6nosti studenata prve godine. No, rbog toga Sto na naSem jeziku nema dovoljno lileraturc koja obraduje tu rnatcriju na viSoj i-azini, knjiga jc prilagodena i poti.cbalna nnprednijili studenata i kemiEara u praksi. Smatramo da narin ria koji je iznesena materija u ovoj knjizi omoguCuje studentima i nastavnicima da se pieda, vanja i seminari poveiu u ejelinu, tj. u predavanja seminarskog karaktera, koja aktivno uklapaju studenta u nastavni proces, pobudujuti u njemu interes za samostalan rad.

Zagreb. svibnja 1973. Autori

Prerlgovo~~ perolil izdai?jl~

Premdi! su i u pretliodnim izdanjima bili navedeni brojni primjeri numeriikog rjeiavanja problema vezanih za odredeni tekst, u ovom smo izdanju dali znatno veCi broj rijelenih primjera i zadalaka s rjeSenjimn koje je sastavio profesor Stjepan LipanoviC. Zbog toga je povecan i broj stranica pa je bilo potrebno ovo izdanie tiskati u dvije knjige koje Cine jednu cjelino. N;ls[ojali s n ~ o da re isprave pogreSkc uoEene u tekstu prollo:: ~zdanja. Strikuio je prove den;^ - koliko je bilo lnoguce u nepreradenom izdanju - razlika lzmedu pojmova keniijski element i jedno-

I stavna ili clemenlarna War. Smatralno da je lo bitno ne samo za nastavu kemije na fakultetima, vet i za elementamu nastavu kemije u srednjoj Skoli.

i Zagreb, studenog 1984. Autori

! I Predgovor sedmom izdanju I

Ovo izdanje je proiireno dodatkom na kraju I. dijela udibenika. Uvrstena su dva nova poglavlja o kompleksnim spojevima 'i to krunasti kompleksi koji su u novije vrijeme dntetizirani a teoretski i praktifki su intercsantni t e porfirinski kompleksi koji su vaini u bioanorganskoj kemiji. Nadalje je dopunjeno poglavlje o metalnoi vezi odlomkon~ o leeurama i interrnetalnim sooievima. U ~ o e l a v l i u o - . . . u ,

kcm:jskoj vc/t ohmdeoe su u/ d1j:lrnant I grafit d l l jn je dvlje Rl~~tropskc lnouifthifi- iijc ugljiku. Osim toga i ~ r r i c l l : su nckc promjclle tckst3, proslrrno je k x a l o i ispravljene su uofenepogreike iz prethodnih izdanja

Zagreb, svibnja 1988 Autori .

1 Predgovor osmom izdanju I 1 Iako ie osnovno eradivo udihenika i u ovonl izdaniu ostalo nenromiienieno,

' tions 1990). ~ a n a ' je nova tablica periodnog ;uslava eleme'nata na temelju

i predloiene nave definicije lantanida i aktinida. Provcdena je i revizija svih nurneriEkih podnwka za fizitka i kemijsha svojstva elemenata i kelnijskih tvari na

! temelju najnovije literature: J. Emsley, The E leme~ls , 1989.(atomski i ionski ! radiusi, duljina kemijske veze, energija ionizacije i elektronski afiniteti, standardni ! potencijali, taliita i vreliita); Tb. Moellcr i dr. , Cl~onis t r j~ , 1981. (termodinamiCki

podaci, konstante ionlzacije kiselina i haza, produkti topljivosli); R. C. Weast (ed.). C R C Ho,~dbook of Chemislr), and Phj>sics, 1982. (termodinamii.ki podaci, jakost kemijske veze u diatomskim molekulama). U ovoln izdanju proiiren je dodatak na kraju I. dijela udibenika poglsvljem o superkiselinama, zat in~ lablicon, opfih fizitkih konstanti i vatnijom literatl~rom s podrufja opEe i anorganske kemije.

U pripremi osmog izdanja ovog udibenika nije, nat;!lost, sutljelovao zbog iznenadne smrti profesor dr. Stjcpnn Lipinovit .

Zagreb, sijeeanj 1991. Ivan FilipoviC

Sadrdaj

Predgovar

I. Uvod ' 1.1. Prirodne manorti i kemija 1.2. Medunarodni rurtav jediniw 1.3. Maretija, masa i energija.

2. Ckte Ivari Vrsle rvati - Rarlavljanje lvati na tiate tvati Svoirtva Eincih tvari vnie eislih tvari ~~

2.4.1. Elernentame lvati i kemijrki apojevi 24.2. Atom i kemiiski element 24.3. Povijent poj&a elementa i kemijskog ZIkoni kemijskog spajauja po masi 2.5.1. Zakon o odrtanju mase 2.52, Zakan slnlnih omjer r mars 2.5.3. Zskon umnoienih omiera mas.

: simbola

2.6. Daltanova tearija Goma . 2.7. Zakon kemijskog spajanja po volun\enu i Avogadrov rakon

2.7.1. Cay-Lusaawv rakon spojnih volun~ena 2.7.2. Avogadrova hipotcza o molcku1am;t

3. Slruklura Eislih lvari 3.1. Alomska rlruktura Evratih o a r i 3.2. Molekulska struklura Curslih lvari 3.3. Priroda pliw 3.4. Prirada IekuClne 3.5 Pojam Umperaare 3 6 . Slrukrura aroma .

3.6.1. Elckaon* 3.6.2. OrktiCe rcndgenikih iraka i radioak,ivnurri 3 .63 Alomrka icrcra . " 3.6.4. Proton 3.6.5. Rulllerlordov model alunla

3 Rendgenrke rrakc i strukrura krircaka 3.8. Suvremcni pojnm kemijskog elemenla 3 9. Irampi i nruklura Jlomskc jcrgre 3.10. Formule kcmijrkih spojeva i lorm~#l.ka jcdinka 3.11. Kemijrke rcakcijc i jednad%be kcmijskil~ renkcija 3.12. Prinlieri i rilrlrci

Relatirna atonuka i molekukka mars 4.1. Rclalivna alamrks mara (alomska telna) doncnala 4.2 Rdativna molckulska mwa ~~~~ ~

4.3. M o l i mara atoma i molrkula 4.4. Odnosi masa pr i ksmijrkim reksijama 4.5. Plinrki zakani i jcdnadlba aanja idealnih plioora

4.5.1. Boyls-Mariolsov zakon ' 4.5.2. Charla-Gay-Lurracov mkon 4.5.3. l dnad tba rtanja idcdoog plina. 4.5.4, Var. dcr Wadrava jcdnadtba rtanja 4.5.5. Parcijalni llak kamponcnata plinrke smjsw. 4.5 6 FTcrafunavanje volumsna plina na rlandardne okolnosli .

4.6. Odredivanje rslalivnih molckulrkih mara r 4.6.1. Odredivanjs rdalivnc molckulrke m a s plina . 4.6.2. Odredivanjc rslativnc molskvlrkc m a s pare - '

4.7. Odredivanjs rclalivnih atomrkih mars . 4.7.1. Primjena Dulong-Pclilava pravila 4.7.2. Primjsna d'ilrakci* rcndgenskih =aka 4.7.3. Odredivanjc rrlativnih alomskih mwa pomotu rprkuogrda mara

4.8. Svrnavanjc elcmsnala i periodni d o n . . 4.9. Psriodni rurlav elemcnala-

4.9.1. Pcriodni swcav dugih pcrioda' 4.9.2. Periadni ~u r l sv Lialkih psrioda 4

4.10. Primjcri i zadaci

Eleklronska munl lnn atoms 5.1. Emirija i epsorpcija rvjctloni - 5.2. Kvanlna teoriia * 5.3. ~oloelektrifn<cfekl i kvant rvjst lod ili laton . 5.4. Nanajanje rendgsnrkih naka IS . Kvantna tcorija ruukiurc atoma. Bohrov model aoma . 5.6. Ensrgijc pobudivanja i iooizasije- 5.7. Speklar rendgcnskih naka r 5.8. Sommedddovo raodcnic Bohrovr teoriicp

5.8.1. ~ t i m u u t d i l ~ rp&cdn i kvantni b;oj 5.8.2. Ma@nctrki kvantni brai 5.8.3. ~ v k l n i broj ~.

5.9. Valovi matai je i dc Broglicova hipoleza 5.10. Kvanlna mchanika i nruklura alama 5.11. Rarpadjela clrktrona u krantnim niroima i Paulijcv princip 5.12. Slruklvra aloma i psriodni runav slemcnaia 5.13. Alomrka rlania

6.1. Elcktronrka teorija vdcncijc 6.2. lonrka veza 6.3. Kounlcntna vsra

6.3.1. Lcwirove ruuklurc 6.3.2. Kvanlnomshanitka lsarija valencijc 6.3.3. Teorija valsntnc verc 6.3.4. Teorija molekulskih orhilala 6.35 Gsamclrijrka rtruklwa molckulc 6.3.6. ViEsstrvka vcw

6.4. Rnonancija i delokalidrane orbitalc 6.4.1. Rezonansija ili memmcrija 6.4.2. Delokaliirans orbilalc

6.5. Djslomitni ionrki karaklcr kovaknlne v e u 6.5.1, Dioolns molckulc 6.5 2. ~l;ktroncga~ivnoa slemenara

6.6. Medumolckulrks rilc 6.61. Van dcr Waalsovo privlahs rilc 6.62 Londo~luvc privlaenc si lc

6.6.3. Vodikpvs veza 6.7. Fonnalni naboj alorna u mokkulama i molckul rk i i ionima 6.8. Vcza irmedu atoma u krir ldnaj r d c t ~ metala

6.8.1. Teatija dobodnag elekuana 6.8.2. Tsorija clekuonske npcc 6.8.3. Imlalori i poluvoditi 6.8.4. FTimjsna lsotije valcnlne verc

6.9. Vclitina alama i iona 6.10. Vlr ls krirtalnih slrukura 6.11. Energija kovalcnlnc veas 6.12. Alaaopija i immarfija

6.12.1. AlaUopija 6.122. Immorfija i Evrsc alopinc

6.13. Komplekrni spojcvi 6.13.1. Komplckros ~ o l i koordinacjrka vcra

6.13.1.1. FTimjsoa lconjr valcntnc vco: 6.13.1.2, Magnstska rvojava kampkksnih rpajsva 6.13.1.3. Tsorija Ligandnog polja 6.13.1.4. R imboa tcarijc molrkulskih orbitala i simcl

6.13.2 Koordinacijski braj i immcrija 6.13.3. Slabiloosk kamplckra 6.13.4. Reaklivnoa komplckra 6.13.5. Mstalni karbanili 413.6. Adukti i klatr+,

6.14. Boja aoorganskih wan I aprarpcijrki spckUi 6.15. Oksidmijrki braj i skchiomevijrh valencija 6.16, Nadvi anarganrkih kemijrkih rpojcva

6.16.1. Nadvi ioorkih spojcva 6.16.2. Nadvi kovalcntnih rpojcva

6.17. Rimjcri i lad&

7. Olopine 7.1. Olopinc i njihova svajskva

7.1.1. Kvanlilalivno inaZaranjs ?aslava otopina 7.1.2. Otopinc b r d h lvari u tckutinama 7.1.3. Orapins lckutina u tckutinama

7.1.3.1. Trkutine se potpuno mijdaju 7.1.3.2. Tekuens x ns mijdaju 7.1.3.3. Teku6nc rc djdomifno M jda ju

7.1.4. Olopi r r plinova u tckutinama 7.1.4.1. Uljocaj prirade plina 7.1.4.2. Utjacaj tsmpralure 7.1.4.3. U t ja~a j llaka pEna

7.1.5. Tlak pare olapala nsd olopinom 71.6. D i l u i j a i osmola

7.2. Olopine slskuolila 7.2.1. Elcktroliti 7.2.2. Hidraacija i rolvalacija 7.23. l ak i i slabi slcktroliu 7.2.4. Dirocijacija koualcdnih rpojcva 12.5. Kiselinc i barc 7.2.6. Akliritcl iona

7.3. Primjsri i radaci

8. KcmijsLe reakcije 8.1. Vrnc kemijrkih reakcija 8.2. Redoks.rcakcije 8.3. Rcakcije kamplcksa

8.3.1. Rsakcijc komplekra u utcm smirlu 8.3.2. Prololirifks rcakcije 8.3.3. Rsaksijc talofsnja i otapanja

8.4. Slotcnr rsakcijc 8.5. Rsakcijc u olopinama - ekvivalsnma jcdinka

8.5.1. PrototiliEks rakci je 8.5.2. Rcdoks-roakcijc

8.6. Kemijrka kincliks 8.6.1. Utjscaj prirodc reaktanata 8.6.2. Utjscaj ko-ntracijc rsaktanala 8.6.3. Ulisd lcmpoaurc

9 12 1 Stacm ~vr;+p-novlto 9 I 2 I slncm h n t ~ c k ~ b 9 12 3 S u m tck~h-o lonov~to 9.1.2.4. Siitem t c k u h i e k u b

9.1 3. Utpoaj promjclx temperawe na ravnolefu 9.2. Ravnolds u otopinama elekuolita

9.21. R a ~ n o l c t i u otopinama kirctina i bara 9.22. Ravnoletc u oroolnama komolekaa 9.23. Ravnatcta imdb otodne i ~cotopljejcnog krinala

9.2.3.1. Uljccaj ionrke jakosti olopinc nr lopljivorci roli 9.2.3.2. Utjosaj nanajanja kompkksa na topljivon mL 9.23.3. Uljssj irtovrsnog iona na 1opljivoP rob

9.2.4. Rdokr.ravnotdc 9.2.4.1. Elcktrodrd ili rdokr-gotcncijali O 3 d 2 L-I"C,."li.. .. - 9.2.4.3. Faktori koj i odrsduju elcktrodns potcncijalc

9.3. Primicri i mdaei

l o En+j&e promjenr kod kcmij&h rprkcijs 10.1. Toplina kcmijskc rcakcijc 10.2. Siobodna cnsrgija kcmijrke reakcijr

102.1 Spontanorl lokn kemijrks rcaLcijc 102.2. Gibbrova energija i kannaoca ravnotek

10.3. Rimjcri i zadaei

i I. Kalo ldnndi~pcrmi 11.1. Koioidnc olopinc 11.2. Hidrolobrd koloidi 11.3. Hidrofilni koloidi 11.4. Nartajanje koloida

12. Nukleeme rpnkeije 12 1. Prirodne nuklearne rsakcijc

12.1.1. Prirodna radioaklivnort 12.12. Aparati za olkrivanje radioaktivnih n a h j a 12.13. w o n radioaktivnog pornaka 12.1.4. Brrina radioaklivnog rspada 12.15. Energlja radioaklivnog raspada 12.16. Fundamcnlalnc &nice i rtruktura atornrkc jcrgrc

12.2. Umjclnc nuklearne r~akci je 122.1 Akccltralori 12.2.2. Ntutroni 12.2.). Radioaktivni izotopi 12.21. Tranauranrki eluncnu

123. Nuklearne ianEane reakeije i proilvodnja nukiearnc eo~rgijc 123.1. Stabhost acornrkih jczgara

12.3.2. Nuklearne lantane reakcije 123.3. Nuklcarni reaktor 12.3.4. Atomrka bomba 123.5. Vodikova bomba 12.3.6. Stvaranjc cnngije u Suns" i z v j d a m a

12.4. Rimjeri i l a d x i Srednje relativne atomrlie mare Dodamk I

Alolropske modifikasije ugljika Legure, errsre alopinc i inlermetalni spojevi Krunasti komplcksi PorGrinski komoieksl Supcrkiseline

Dodauk I 1 Opic CriEkc konnanrc

Dodalak 111 Literatura

14.1. Opta rvq/rlva i raspronranjcno$ 14.2. Dobivanls i svojrtva vodika 14.3. Spojsvi vodika e

14.3.1. Sp jcv i vodika r ncga6vnim aupnjun okridacjc 14.3.1.1. Hidridi solnor: karaktcra 14.1.1.2. Hidridi metalnog karaktera 14.3.1.3. kovalcnlnr hidridi - oolimcri

143.2, Spojcvi vodka s por i t ivnh rtupnjrm oksiduijs 14.4. lzaopi vadjka 14.5. Orlavodik i oararodik 14.6. Zadaci

IS. Elelntnli 18. (VIIIIO skupint 15.1. Plemcnili plinod 15.2. Zadaei

16. ~ l t n n e r ~ l i 17. (VIIB) rkupinc. Halogmi elcmenli 16.1. Osobine skupine

16.1.1. Rcglsd r ~ j = r a halogcrdh elcmenala 16.1.1.1. $ojevi stupnja okridacije - 1 16.1.1.2. Stupanj okridacijc 0 16.1.1.3. Spojcvi r polltivnim ~ l ~ ~ p ~ j e v i m s okridacije

16.2. Fluor 16.2.1. Stupanj okridaeije -1

16.3. Klor 16.3.1. Stupanj oks8daeijc - 1 16.3.2, Slupanj oksldacijc + 1 16.3.3. Scupanj oksidacijc +3 i +4 163.4. Stupanj okridacijs A5 161.5. Slvpanj akridvi je +7

16.4. Brom 164.1. Slvpanj oksidacijc - 1 16.42. S ~ O J E Y I hrnma r pozic#rn#nl scl8pnlcm ohridrcllu

16.5 Jod 16.51, Stupan) oksidaei* -I 16.52. SpOlcu8 lodil r pozltlrnlltl sl~pcllcnl ilkhldil~~lC

16.6. Mdusoboi rpojevi halogcdh clemcnala 16.7. Zadaei

17. Elrrlcn~i 16. (VIII) skuptnc. Halkoseni rlcnlenti 17.1, Osobinc rkupinc

171.1. Rcglcd rpojcva halkogcnih cicmenaca 17.1,1,1. Spolcri ,cupryr okridacije -2

D-8 D-I I D.11 D-12 D - I ? 617