1 HEMIJA KAO NAUKA Hemija je eksperimentalna nauka koja se temelji na naunom metodu istraivanja. Nauni metod istraivanja ukljuuje: a)opaanje prirodnih pojava b)klacificiranje podataka c)logino zakljuivanje d)izvoenjepaljivoodabranihipripremljenih eksperimenata e)postavljanje hipoteze kojom se objanjavaju pojave i f)iskazivanjerezultataistraivanjamatematikim izrazom ili prirodnim zakonom. Hemiar,kaoisvakidruginaunik,provodieksperimente zatodabiuoenepromjeneponovioulaboratorijipodstrogo kontrolisanim uslovima. 2 KLASIFIKACIJA SUPSTANCI (TVARI) Promjena agregatnog stanja supstance jefizikapromjena. Pri fizikim promjenama ne nastaju nove supstance niti se mijenja sastav posmatranih supstanci. Supstancesemoguklasificiratinamnogonaina,na primjer,naistesupstanceismjese.istesupstanceimaju definisanistalanhemijskisastav,doksesastavsmjesemoe mijenjati.istinatrijumhlorid,NaCl,kojisekoristiu laboratorijamaimauvijekistihemijskisastav,39,3%natrijumai 60,7%hlora.Kuhinjskaso,kojasekoristiudomainstvu,nije isti natrijum hlorid. To je smjesa vie soli, a udio NaCl je najvei i dostie vrijednost do 98%. Smjesemoguimatirazliithemijskisastav,amogubiti homogene i heterogene. Homogene smjese ili supstance homogenog sastava, imaju uitavojsvojojzapreminiistihemijskisastav.Naprimjer,ako uzmemouaumorskevode,usvakomdjeliumorskevode, nalazi se jednaka koliina rastvorenih soli. Heterogenesmjeseilisupstanceheterogenogsastava, sastojeseodmeusobnoodvojenihesticarazliitihhomogenih supstanci. istesupstancedijelimonahemijskeelementeispojeve. Hemijskielementisujednostavnesupstance,kojesenikakvim hemijskimpostupkomnemogurastavitinajednostavnije supstance. Od hemijskih elemenata nainjene su sve supstance. Spojevisuistesupstancenastalemeusobnimspajanjem dva ili vie razliitih hemijskih elemenata. Maseni udio pojedinih elemenatauhemijskomjedinjenjujestalan.Npr.uvodiimamo 11,11% hidrogena i 88,89% oksigena. Fizikasvojstvaistihsupstancisu:gustoa,taka topljenjaikljuanja,rastvorljivostuvodi,kaoidrugasvojstva koja su uvijek ista. Svojstvahemijskihspojevabitnoserazlikujuod svojstava hemijskihelemenataodkojihsupojedinispojevinastali. Natrijumhlorid,kuhinjskaso,jebezopasnasupstancakojom svakodnevnosolimohranu.Natrijumje,meutim,vrloreaktivan metal,kojiudodirusavodomburnoreagujepriemunastaje hidrogeninatrijumhidroksid,kojijejakabaza.Hlorje 3 utozeleni,vrlootrovangaskojirazarasluzokouorganaza disanje. Trovanja natrijum hidroksidom ili hlorom su smrtonosna. Unarednojtabelisudateosnovnerazlikeizmeusmjesai spojeva. Smjesa Spojevi Moeserastavitifizikim postupkom Ne moe se rastaviti fizikim postupkom Sastav smjese je promjenjivSastav spojeva je stalan Svojstvasmjesesumjeavina svojstavakomponenataizkojih je smjesa nastala Svojstvaspojevaserazlikujuod svojstava komponenata iz kojih je nastalo jedinjenje.

4 OSNOVNI HEMIJSKI ZAKONI Zakonoodranjumase:Lavoisier-ovzakon(Lavoazje) 1784. godine Ukupna masa svih supstanci koje sudjeluju u hemijskoj reakciji ne mijenja se tokom reakcije. Kao primjer emo uzeti reakciju fosfora sa oksigenom: Ako se u stakleni balon stavi komadi fosfora, balon zatvori iizvaga(npr.500g),apotomfosforzapali,zagrijavanjembalona pojaviesebijelidimfosfor-pentoksida.Masazatvorenogbalona nakon reakcije je ostala ista (500 g). Zakonstalnihomjeramasa:(ProustJoseph)Prustov zakon 1799. godine Jedanodreenispojuvijeksadriisteelemente meusobno sjedinjene u stalnim teinskim odnosima. Karbondioksidsadrielementekarbonioksigen.Molekula karbondioksidasesastojiodjednogatomakarbonaidvaatoma oksigena.Karbonioksigenukarbondioksidusumeusobno sjedinjeni u masenom odnosu 12 : 32 ili 3 : 8 , tj. svaka 3 g karbona veu za sebe 8g oksigena. ZakonumnoenihodnosaDalton-ovzakon(1808. godine): Kadadvaelementameusobnimspajanjemgradevie spojeva,ondasajednomodreenomkoliinomjednog elementasejedinerazliitekoliinedrugogelementa,kojese meusobno odnose kao mali cijeli brojevi. Naprimjerkarbonioksigeninedvaspoja.Ujednomje maseni odnos karbona i oksigena 1 : 1,33, a u drugom 1 : 2,66(CO iCO2).Maseoksigenakojesespajajusamasamakarbonauova dva spoja odnose se kao mali cijeli brojevi, jer je: 1,33: 2,66=1:2. 5 Zakon stalnih zapeminskih odnosa Gay-Lusac-ov zakon (Gej-Lisak) 1809. godine Priistojtemperaturiipritiskuzapreminegasovakoji meusobnoreaguju,ilinastajuhemijskomreakcijom,odnose se kao mali cijeli brojevi. Gay-Lussacjeustanoviodaseprinastajanjuvodeuvijek spajajedanzapreminskidiooksigenasadvazapreminskadijela hidrogena.Eksperimentejenastaviosadrugimgasovimapaje ustanoviodasejedanzapreminskidiohlorovodonikaspajasa tanojednimdijelomamonijaka;dvazapreminskadijela karbonmonoksidaspajajusajednimzapreminskimdijelom oksigena, itd. Avogadrov zakon 1811. godine Ujednakimzapreminamaraznihgasova,priistoj temperaturi i istom pritisku, nalazi se jednak broj molekula. Jedanmol,bilokojeggasa,sadri6,021023molekula,a pritemperaturiod273,15K(0oC)istandardnompritiskuod 101325Pa,zauzimazapreminuod22,4dm3.Tazapreminase naziva molarnom zapreminom gasa i oznaava se sa Vmo. 6 SIMBOLI ELEMENATA I FORMULE SPOJEVA Uhemijisekoristesistemiznakovaisimbolakojimase biljee i opisuju hemijske promjene. Simboli elemenata se sastoje odprvogiliprvoginekogodnarednihslovalatinskognaziva elementa. NjihjepredloiovedskihemiarJonsJakobBerzelius (1779-1848). Simbol ili formulaIme ili znaenje OJedan atom oksigena 2ODva atoma oksigena O2Molekula oksigena sastavljena od dva atoma oksigena 2O2Dvije molekule oksigena 3OTri atoma oksigena O3Molekula ozona sastavljena od tri atoma oksigena H2O Molekulavodesastavljenaoddvaatomahidrogenai jednog atoma oksigena 2H2ODvije molekule vode NH3 Molekulaamonijakasastavljenaodjednogatoma nitrogena i tri atoma hidrogena CH4 Molekula metana sastavljena od jednog atoma karbona i etiri atoma hidrogena C6H12O6 Molekula glukoze sastavljena od est atoma karbona, 12 atoma hidrogena i est atoma oksigena Neki elementi se pojavljuju u obliku dvoatomnih molekula. Takvi su hidrogen, oksigen, nitrogen, hlor itd., a njihove molekule seprikazujuhemijskimformulama:H2,O2,N2,Cl2(itase:ha-dva, o-dva, en-dva, ce-el-dva itd). Oksigen se javlja i kao ozon, ijesemolekulesastojeodtriatomaoksigena,pamuje odgovarajuaformulaO3.Fizikaihemijskasvojstvaoksigena O2 i ozona, O3, su razliita. Kodelementarnogkarbona,eljeza,natrijuma,silicijuma nastajusloenestrukturekojeukljuujuvelikibrojistovrsnih atoma.Zatosvemetale,metaloideikarbonkadsuu elementarnom stanju obiljeavamo samo simbolom elementa. Molekulakarbondioksidasastojiseodjednogatoma karbonaidvaatomaoksigenapajeodgovarajuahemijska formula CO2. Formule piemo tako da navedemo broj atoma koji ine jednu molekulu. 7 Da bi se opisala neka hemijska reakcija i sastavila njezina jednaina,upotrebljavajusesimboliatoma,odnosnoformule molekula i formulskih jedinki koje uestvuju u reakciji. Priprouavanjuhemijskihreakcijaestojevanoznati agregatnostanjesupstancekojauestvujeilinastajeuhemijskoj reakciji. vrsto stanje supstance u hemijskoj reakciji oznaava se sa(s),topotieodlatinskogsolidus=krutilivrst.Tekue stanje supstance oznaava se sa (), a potie od latinskog liquidos =tekui.Gasovitostanjesupstanceoznaavasesa(g)topotie od rijei gas = plin. Reaktanti u vodenom rastvoru oznaavaju se sa (aq), to potie od latinskog aqua = voda. 8 GRAA ATOMA Postojalojeviemodelagraeatoma,uzavisnostiod vremena i od uslova za njegova istraivanja. Kako je nauka dobijala sve vie zamaha, tako se i spoznaja oatomuprodubljavalaiprevazilazilaprethodnemodelegrae atoma, tj. one suzastarijevale. 1804.godinaDalton: atom je nedjeljiv 1897.godinaTomson:atomse sastojiodpozitivnihinegativnih meusobno povezanihdjelia. 1913.godineBori Rederford:graaatomajeslina Sunevomsistemu:elektronise kreuokojezgraplanetarnim putanjama. 1924.godine-DeBrolji:elektroni imajutalasnasvojstva.Razliitihsu energija, rasporeuju se po razliitim energetskimnivoimaokojezgra atoma. 1932.godineJezgroatomaje sastavljeno od protona i neutrona. 1969.godineStrukturajezgraje sloenijanegouprethodnom modelu. 9 Atomjenajmanjakoliinanekogelementa.Atome zamiljamo kao veoma sitne loptice prenika stomilionitog dijela centimetra. estica od kojih je izgraen atom ima vie vrsta, a osnovne su: proton, elektron i neutron. Proton (p+) je pozitivno naelektrisana estica. Nosi jedinicu pozitivnogelektriciteta(+1).Masaprotonapriblinojejednaka masi atoma hidrogena. Elektron(e-)jenegativnonaelektrisanaestica.Nosi jedinicunegativnognaelektrisanja.Masaelektronajeblizu2000 puta manja od mase protona. Neutron(no)jeneutralna(nenaelektrisana)estica.Masa neutrona je priblino jednaka masi protona. Svakiatomsesastojioddvadijela.Tosujezgroi elektronski omota. Atomskojezgrozamiljamokaolopticu.Smjetenojeu sredituatoma.Naelektrisanojepozitivno,aizgraenojeod protona i neutrona. Protoni i neutroni neprekidno trepere u jezgru. Elektronskiomotatakoeimaoblikloptekojajemnogo vea od jezgra. Naelektrisan je negativnim elektricitetom. Omota ine elektroni. Elektroni u omotau rasporeeni su u slojevima ili ljuskama.Svakislojmoedaprimiodreenibrojelektrona. Elektroni u omotau se kreu oko jezgra. Oni istovremeno trepere premajezgruiodnjega,tj.naizmjeninopribliavajujezgrui udaljavaju se od njega pri obilasku jezgra. Potojeatomskojezgronaelektrisanopozitivno,a elektroninegativno,onisemeusobnoprivlae.Iporedtoga elektroninepadajuujezgro,jersebrzokreuitimeseodupiru privlanojsilijezgra.Elektronisestalnokreuokojezgrana odreenimudaljenostima,takodaesticeatomaostajunaokupu sve dok na atom ne djeluje neka energija spolja. Elektronikojisunapriblinoistojudaljenostiodjezgra ine jedan elektronski sloj ili ljusku. Atom moe imati jednu ili vie ljusaka. Jednu ljusku imaju atomiprveperiodePSE-hidrogenihelijum,adrugielementi imajutolikoljusakakojijebrojperiodeukojojsusmjeteni. Elektronske ljuske se obiljeavaju, poevi od atomskog jezgra pa dalje brojevima od 1 do 7 ili slovima K, L, M, N, O, P, Q. Elektronskaljuskamoedasadrisamoogranienbroj elektrona: z = 2 n2 10 z - broj elektrona n redni broj ljuske Svakielektronuatomuimaizvjesnupotencijalnui kinetiku energiju, a ona je vea to je elektron dalje od atomskog jezgra.Svielektronijedneljuskeimajupriblinoistuenergiju, stogaseelektronskeljuskenazivajuienergetskinivoi.Najmanju energiju imaju elektroni K ljuske. Elektronijedneljuskeseipakmeusobnorazlikujupo koliinienergijekojuposjeduju.Naosnovutogaseelektroni jedne ljuske dijele na podljuske. Elektroniuatomuoscilirajupremaatomskomjezgruiod njegausvimpravcimabrzinomodoko2000km/s.Stogase elektronskoroistovremenonalazisvudaokoatomskogjezgra gradeielektronskioblak.Dioprostoraokoatomskogjezgrau kojemjegustoaoblakajednogelektronanajveazovese orbitala. Elektron se obre i oko svoje osovine. To kretanje zove se spin elektrona. Kvantni brojevi Da bi se moglo opisati energetsko stanje svakog pojedinog elektronauatomu,uvedenesuoznakenazvanekvantnibrojevi. etiri su kvantna broja: n glavni kvantni broj sporedni ili orbitalni kvantni broj m magnetni kvantni broj s spinski kvantni broj Kvantni broj OznaavaMogue vrijednosti n Priblinukoliinuenergijeu odreenomenergetskomnivou (ljusci) n =12 345 6 7ljuskaK L M N O P Q Energiju elektrona u datoj podljusci i oblik orbitale L=0don-l0123podljuskaspdf m Orjentacijuelektronauprostorupod uticajem magnetnog polja M= +do s Smjerobrtanjaelektronaokosvoje osovine S= + i - 11 Dvaelektronauatomukojiimajuistiglavnikvantnibroj (pripadaju jednoj ljusci), isti sporedni kvantni broj (pripadaju istoj podljusci)iistimagnetnikvantnibroj(pripadajuistojorbitali) razlikuju se samo po spinskom kvantnom broju jedan se okree u smjeru okretanja kazaljke na satu (s = - 1/2 ), a drugi obrnuto (s = +1/2 ). Paulijev princip Ujednomatomunemogudvaelektronaimatietiri kvantna broja iste vrijednosti. Podljuske Od broja moguih kombinacija etiri kvantna broja, zavisi brojelektronaujednojljusci.Odbrojamoguihkombinacija kvantnih brojeva , m i s zavisi broj elektrona u podljusci i to je: Podljuska spdf Broj elektrona 261014 Orbitala Ujednojpodljusciistuvrijednostmagnetnogkvantnog broja mogu imati samo dva elektrona. Ta dva elektrona ine jednu orbitalu. Prema tome, svaka podljuska ima odreeni broj orbitala: Podljuska spdf Broj orbitala 1357 Ako su u orbitali dva elektrona, oni su suprotnih spinova i grade jedan elektronski par dublet. Svaka s-orbitala ima oblik lopte, a njen poluprenik zavisi od glavnog kvantnog broja. 12 Svakap-orbitalaimaoblikelipsoidasuenogusredini,a sve tri su orjentisane okomito jedna na drugu.

Oblici d i f orbitala su sloenijeg oblika. Atomi ostalih elemenata su sloenije grae. U jezgru imaju vei broj protona, a u omotau isto toliko elektrona. Osimprotonaujezgrusuineutroni.Naprimjer,atom nitrogenaimaujezgru7protonai7neutrona,auomotau7 elektrona. Prva dva elektrona su u sloju blie jezgru, a ostalih pet elektrona se kreu u sloju koji je na veoj udaljenosti od jezgra. Atomoksigenaimaujezgru8protonai8neutrona,au omotauokojezgrakrue8elektrona.Uprvomslojusekreu dva elektrona, a u drugom sloju est elektrona. Elektronisuiuatomimaostalihelemenatatakoe rasporeeni po slojevima ili ljuskama. U atomu moe biti najvie 13 7elektronskihslojeva.Elektronskislojevioznaavajuse brojevima od 1 do 7.Razmotrimograuatomametalanatrijumainemetala hlora.Atomnatrijumaujezgruima11protonainajee12 neutrona,auelektronskomomotausenalazi11elektrona rasporeenihutrisloja.Uprvomslojusudvaelektrona,u drugomje8elektrona,autreemslojujejedanelektron.Atom hloraujezgruima17protonainajee18neutrona,au elektronskomomotau17elektronarasporeenihutrisloja.U prvom sloju su dva elektrona, u drugom 8, a u treem 7 elektrona. Zahemijskepromjenenajvanijisuelektroniiz spoljanjeg sloja. Osnovnarazlikameuatomimaraznihelemenatajeu tometoujezgrusadrerazliitbrojprotona.Brojprotonau atomunazivaseatomskibrojelementa,takonaprimjeratomski broj hidrogena je 1, nitrogena 7, oksigena 8 itd. Svaki hemijski element je izgraen od svojih atoma. Tako, naprimjer,komadsumpora,esticaprahasumporailibilokoja koliina sumpora izgraena je od atoma sumpora. Istovrsniatomi,tj.atomijednogodreenogelementa imajuistibrojprotonauatomskomjezgru,atakoeiistibroj elektrona u elektronskom omotau, to znai da imaju isti atomski broj. Na primjer, svi atomi hidrogena imaju u jezgru jedan proton, auomotaujedanelektron,prematomeatomskibrojhidrogena je 1; svi atomi nitrogena u jezgru imaju 7 protona, a u omotau 7 elektrona,prematomeatomskibrojnitrogenaje7;sviatomi eljeza u jezgru imaju 26 protona, a u omotau 26 elektrona, pa je atomski broj eljeza 26. Svi atomi jednog hemijskog elementa imaju ista hemijska svojstva, jer imaju istu grau atoma.Hemijskielementjeskupistovrsnihatoma,tj.atomakoji uatomskomjezgruimajujednakbrojprotona,auomotau jednak broj elektrona. 14 Elektronska konfiguracija Podjeluelektronaunekomatomupoljuskama, podljuskamaiorbitalamazovemoelektronskomkonfiguracijom. Naprimjer,elektronskakonfiguracijahidrogenaje1s1(itaj: jedanesjedan),helijuma1s2(jedanesdva),litijuma1s22s1 (jedan es dva, dva es jedan), karbona 1s2 2s2 2p2, itd.Elektroniseup-,d-if-orbitalamarazmjetajutakoda broj nesparenih elektrona bude maksimalan (prvo se popunjavaju elektroni u orbitalama sa istim spinom nespareni, pa tek onda se popunjavajuorbitaleelektronimasasuprotnimspinom).Na primjer,elektronskakonfiguracijanitrogenaestoseprikazuje ovako: ljuskeorbitale simbol i redni brojsp 7N2 1 Elektronske konfiguracije atoma odgovorne su za slinost hemijskihsvojstavaelemenatakojipripadajuistojgrupiu periodnom sistemu elemenata. Periodni sistem elemenata je odraz elektronske konfiguracije atoma.U jednom atomu ne mogu postojati dva jednaka elektrona sa svim jednakim kvantnim brojevima. Oni se moraju razlikovati bar u jednom kvantnom broju, prema broju ljuske koju zauzimaju, vrsti podljuske, orbitali unutar podljuske ili spinu.Svakaorbitalamoeprimitisamodva,odnosnopar elektrona.Elektronikojizauzimajuistuorbitalumorajuimati suprotan spin. Elementi1.grupe,odnosnoalkalnimetali,imajuu posljednjojljuscipojedanelektron.Jednakaelektronska konfiguracijaposljednjeljuskeodreujeslinosttihelemenata. Svisuonimekanimetali,nisketaketopljenja,lahkose oksidiraju na zraku, a s vodom reaguju burno. Zahemiarejevanopoznavanjesamokonfiguracije vanjskeljuske,jeruhemijskimreakcijamasudjelujusamo elektroni vanjske ili valentne ljuske. 15 Konfiguracijavalentneljuskeelemenataglavnihgrupa moe se oitati iz periodnog sistema. Atomisvihelemenata2.grupe,tzv.zemnoalkalnih metala, imaju u posljednjoj ljusci dva elektrona i zato imaju slina svojstva.Svodomreagujumanjeburnoodalkalnihmetala,ali takoe istiskuju hidrogen i grade baze.Slinosthemijskihsvojstava,kojajeuvjetovana jednakomelektronskomkonfiguracijomposljednjeljuske,mogla bisepokazatiinaelementimaostalihgrupa.Vrlosu karakteristinasvojstvaelemenata18.grupe,helijuma,neona, argona,kriptona,ksenonairadona.Tiseelementi,plemeniti gasovi,priuobiajenimuslovimanespajajumeusobno,nisa drugimelementima.Tuosobinuuslovljavaneobinostabilna elektronskakonfiguracijaposljednjeljuskekojasadri8 elektrona,osimhelijuma,kojijediniimadvaelektronau posljednjoj ljusci. Novaperiodauperiodnomsistemuzapoinjekadase ponepopunjavatinovaljuska.Prematome,pojedinaperioda sadri elemente s jednakim brojem ljusaka. Prvaljuskamoedaprimisamodvaelektrona,paita periodasadrisamodvaelementa,hidrogenihelijum.Druga ljuskamoeprimiti8elektrona,padrugaperiodasadri8 elementa i zavrava se plemenitim gasom, neonom. Premaredoslijedupopunjavanjaljuskiipodljuskislijedi daseutreojljuscinajprijepopuni3s-i3p-podljuska,azatim slijedipopunjavanje4s-podljuske.Zatotreaperiodatakoe sadri 8 elemenata. Nakontosepopuni4s-podljuska(kalijumikalcijum) slijedipopunjavanje3d-podljuske,kojamoedaprimi10 elektrona.Sljedeih10elemenataimasvakipojedand-elektron vie.Elementisdjeliminopopunjenimd-podljuskamanazivaju seprelaznielementi.Potose3d-podljuskaispunislijedi popunjavanje4p-podljuske,kojaprima6elektrona,paprema tome etvrta perioda sadri 18 elemenata. Petaperiodatakoesadri18elemenata,jernakon popunjavanja5s-podljuske,slijedipopunjavanje4d-i5p-podljuske. Uestojperiodinalazeseelementiuijimseatomima, poto se popuni 6s-podljuska, popunjava 4f-podljuska koja prima 14elektrona,azatim5d-podljuska,inapokon,6p-podljuska. 16 estaperiodasadri32elementa.Tih14elemenatavikau odnosu na prethodnu periodu zovemo lantanoidima. Sedmaperiodanijepotpunopopunjenaelementima. Nakon francijuma i radijuma slijedi 14 elemenata, tzv. aktinoida, uijimseatomimapopunjava5f-podljuska.Izaaktinoidaslijede elementi kod kojih se ispunjava 6d-podljuska. Prema tome, sedma periodabimoglasadravati32elementa,tj.elementesa atomskim brojevima od 87 do 118, kad bi oni bili poznati. Redoslijed popunjavanja elektrona po orbitalama. 17 Valencija Atomi elemenata se hemijskom vezom meusobno spajaju uveeskupineatomamolekule.Prinastankuodreene molekulenekogspojauvijeksespajatanoodreenibrojatoma jednogelementasatanoodreenimbrojematomadrugog elementa. Osobinu atoma da se spaja sa tano odreenim brojem atoma drugog elementa zovemo valencijom.Valencijaatomanekogelementazavisi,uglavnom,od brojaelektronaunjegovojspoljnjojljusci.Zatoseelektroni vanjske ljuske zovu valentni elektroni. Brojnavrijednostvalencijemoebiti0do8,azavisiod togakolikoelektronaatompredajedrugimatomima,primaod drugih atoma ili ulae u zajednike orbitale. PrinastankumolekuleHCl,spajajusejedanatom hidrogenaijedanatomhlora;prinastankumolekulevode,H2O, spajajusedvaatomahidrogenaijedanatomoksigena;pri nastajanjumolekuleamonijaka,NH3,spajajusetriatoma hidrogena i jedan atom nitrogena, itd. Elementiijiatomimogudasevezujusamosajednim atomom drugog elementa zovemo jednovalentnim, pa kaemo da je hidrogen jednovalentan element. Atomidrugihmetalamoguvezivatijedanilivie jednovalentnihatoma.UmolekuliHClseatomhloraspajasa jednimatomomhidrogenapaje,prematome,takoe jednovalentan;atomoksigenaumolekulivodespajasesadva atoma hidrogena pa je dvovalentan; atom nitrogena jeu molekuli amonijaka trovalentan, itd. 18 Oksidacioni broj Oksidacionibrojnekogatomaujedinjenjupokazuje koliko je elektrona taj atom angaovao u hemijskoj vezi.Oksidacioni broj moe biti pozitivan, negativan i 0. Pozitivanoksidacionibrojimaatomkojijeotpustio elektrone,anegativanoksidacionibrojimaatomkojiprima elektrone.Ukovalentnimjedinjenjimapredznakoksidacionog brojaodreujesepotomedalijeelektronskiparvieprivuen jednomilidrugomatomu.Kodnatrijumhloridaoksidacionibroj natrijumaje(+1),ahlora(-1)(natrijumjepredaoelektron,ahlor primio);kodvodejeoksidacionibrojhidrogena(+1),aoksigena (-2) (elektronski parovi vie su privueni atomu oksigena). Zalakeodreivanjeoksidacionihbrojevaurazliitim jedinjenjima sluimo se sljedeim pravilima: -oksidacioni broj atoma u elementarnom stanju je (0); -oksidacionibrojoksigenajeuvijek(-2)(izuzevkod peroksida); -oksidacionibrojhidrogenajeuvijek(+1)(izuzevu hidridima); -zbiroksidacionihbrojevauneutralnojmolekulimora bitinula,aunekomjonumoraodgovaratinabojutog jona. Oksidacionibrojsepieiznadsimboladatogelementa,a predznak (+) ili (-) se stavlja ispred cifre. Jedinjenje Formula sa oksidacionim brojem Jedinjenje Formula sa oksidacionim brojem hidrogen 0 H2 Sulfatna kiselina +1 +6 2 H2SO4 hlor 0 Cl2 Kalijum permanganat +1+7 2 KMnO4 bakar 0 Cu Fosfatna kiselina +1 +5 2 H3PO4 Aluminijum oksid +3 2 Al2O3 Nitrat jon +5 2 NO3- Sumpor dioksid +4 2 SO2 Amonijum jon -3+1 NH4+ 19 Izotopi Poznatonamjedaseujezgruatoma,poredprotona,nalaze i neutralne (nenaelektrisane) estice neutroni. Raznevrsteatomajednogistogelementazovuse izotopi (izos = isti i topos = mjesto).Izotopijednogelementaimajuuatomskomjezgrujednak broj protona, a razliit broj neutrona. Poto imaju isti broj protona uatomskomjezgru,izotopiimajuiistomjestouperiodnom sistemu elemenata. Dokazano je da hidrogen ima tri vrste atoma tri izotopa: protijumdeuterijumtritijum Uatomskomjezgrusvakogizotopahidrogenanalazise jedan proton.Zbirprotonaineutronakojisenalazeujezgrunekog atoma naziva se maseni broj. Znak za maseni broj je A.Uatomutekoghidrogena(deuterijum)senalazijedan proton i jedan neutron. Njegov maseni broj je A=2. Uatomusupertekoghidrogena(tritijum)nalazisejedan protonidvaneutrona.MasenibrojmujeA=3.Dakle,izotopi jednog elementa se meusobno razlikuju po masi.Oksigen, takoe, ima tri izotopa. Svi imaju po 8 protona u atomskom jezgru: O168O178O188 Obini oksigen ima 8 neutrona. Drugi izotop ima 9, a trei ima 10 neutrona u jezgru. Veina elemenata ima po nekoliko izotopa. 20 KISELINE, BAZE (LUINE) I SOLI KISELINE Kiseline su spojevi u ijoj molekuli se nalazi jedan ili vie hidrogenovihatomakojisemoguzamijenitiatomimametala. Kiselogsuokusa.Uvodenomrastvorukiselinelakmuspostaje crven. Diomolekulekiselinebeznekihilisvihhidrogenovih atoma zove se kiselinski ostatak. Naziv kiseline FormulaKiselinski ostatak Hloridna (solna)HCl Cl- hlorid NitratnaHNO3NO3- nitrat SulfatnaH2SO4 HSO4- hidrogensulfat SO42- sulfat KarbonatnaH2CO3 HCO3-hidrogenkarbonat; CO32-karbonat FosfatnaH3PO4 H2PO4- dihidrogenfosfat; HPO42- hidrogenfosfat PO43-fosfat Dobivanje kiselina ReakcijaJednaina reakcije Oksid nemetala sa vodomSO3 + H2O H2SO4 Nemetal sa hidrogenomCl2 + H2 2HCl Istiskivanjekiselineiznjene soli jaom kiselinom CH3COONa + HClCH3COOH + NaCl Istiskivanjekiselineiznjene soliteeisparljivom kiselinom 2NaNO3 + H2SO4 2HNO3 + Na2SO4 21 BAZE (LUINE) Bazesuhidroksidimetalakojisurastvorljiviuvodi. Hidroksidisusupstanceuijojmolekulisenalazijednailivie hidroksilnih grupa (OH-). BazeFormula Natrijum hidroksidNaOH Kalijum hidroksidKOH Kalcijum hidroksidCa(OH)2 Barijum hidroksidBa(OH)2 Amonijum hidroksidNH4OH Dobivanje hidroksida ReakcijaJednaina reakcije Metal sa vodom2K + 2H2O 2KOH + H2 Oksid metala sa vodomCaO + H2O Ca(OH)2 Istiskivanjembazeiznjene soli jaom bazom NH4Cl + NaOH NH4OH + NaCl SOLI Soli su spojevi metala sa kiselinskim ostatkom. Dobivanje soli ReakcijaJednaina reakcije Metal sa kiselinomZn + H2SO4 ZnSO4 + H2 Neutralizacija (kiselina sa bazom) HCl + NaOH NaCl + H2O Oksid metala sa kiselinomCuO + H2SO4 CuSO4 + H2O Oksid metala sa oksidom nemetala CaO + SiO2 CaSiO3 Baza sa oksidom nemetalaCa(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O Metal sa nemetalomFe + S FeS Zamjena jednog metala u soli drugim Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu Razmjena (uzajamna reakcija dvaju soli) 2KI + Pb(NO3)2 PbI2 + 2KNO3 22 Naziv soli Sodobivaimepometaluikiselinikojisuuliusastav njene molekule. KiselinaFormulaNaziv soliPrimjeri HloridnaHClhloridi NaCl;MgCl2;AlCl3;NH4Cl; SnCl4 NitratnaHNO3nitratiKNO3; Ca(NO3)2; NH4NO3 HidrogensulfidnaH2SsulfidiK2S; CaS; As2S3; (NH4)2S SulfatnaH2SO4sulfatiNa2SO4; MgSO4; Al2(SO4)3 KarbonatnaH2CO3karbonatiK2CO3; (NH4)2CO3; CaCO3 FosfatnaH3PO4fosfatiNa3PO4; Ca3(PO4)2; AlPO4 Vrste soli Vrsta soliKako nastajuPrimjeri normalne Zamjenomsvih zamjenjivihhidrogenovih atomaumolekulikiseline atomima metala Na2CO3; CaSO4; Mg3(PO4)2 kisele Akosenezamijenesvi zamjenjivihidrogenovi atomi atomima metala NaHCO3;NH4HSO4; NaH2PO4 bazne Akosesvehidroksilne grupeumolekulibazene zamijenekiselinskim ostatkom Ca(OH)Cl;Pb(OH)NO3; Al(OH)SO4 dvostruke Kadaseizrastvora iskristaliu dvije soli u vidu zajednikih kristala KAl(SO4)2; NH4Fe(SO4)2 23 TEORIJE KISELINA I BAZA Postoje tri teorije kiselina i baza: 1.Arrhenius-ovateorijakaedasukiselineelektrolitikojipri disocijacijiuvodenimrastvorimakaopozitivnejone iskljuivo daju jone hidrogena, H+: HCl H+ + Cl- Bazesuelektrolitikojipridisocijacijiuvodenomrastvorukao negativne jone daju iskljuivo hidroksidne jone, OH-, na primjer: NaOHNa+ + OH- Meutim,uvodenimrastvorimanepostojeslobodniH+joni (protoni) ve se oni javljaju u hidratisanom obliku kao hidronijum joni, H3O+. 2.Brensted-Lorijevateorija(BrnstediLowry)tvrdidasu kiselinesupstancekojeotputajuprotone(donoriprotona),a baze su supstance koje primaju protone (akceptori protona). Otputanjem protona kiselina prelazi u bazu. KiselinaBazaProton H2O OH-+H+ HClCl-+H+ NH4+NH3+H+ HSO4-SO42-+H+ Parkiselina-bazazovesekonjugovani(spregnuti)par. VodikaokiseliniodgovarabazaOH-,hidrogenhloridu,baza Cl-,amonijumjonu,bazaNH3;hidrogensulfatnomjonubaza SO42-. Svakoj kiselini odgovara baza koja nastaje otputanjem protona sa kiseline i to je njena konjugovana baza. 3.Luisova teorija (Lewis) Bazajesupstancakojaraspolaejednimslobodnim elektronskimparomimoegapodijelitisadrugom supstancom. 24 Kiselinajesupstancakojamoeprimitielektronskiparod druge supstance: H2O: +H+ H3O+ Bazakiselina :NH3 +H+ NH4+ bazakiselina 25 HEMIJSKE JEDNAINE Hemijska jednaina je hemijski izraz koji predstavlja neku hemijskureakciju.Hemijskajednainaimadvadijela(lijevui desnu stranu)povezana strelicom. Dabismosastavilihemijskujednainunekehemijske reakcijemoramoznatikojesupstancestupajuuhemijsku reakciju, a koje nastaju kao produkt te reakcije. Naprimjer,natrijumhloridstupaureakcijusasulfatnom kiselinom, a nastaju natrijum sulfat i hidrogen hlorid. Nalijevojstranipiemoformulesupstancikojestupajuu hemijskureakciju,anadesnojstranipiemoformulesupstanci koje nastaju tom reakcijom: NaCl + H2SO4 Na2SO4 + HCl Znamodasebrojatomaprihemijskojreakcijinemijenja. Stoga,upravilnopostavljenojhemijskojjednaini,brojatoma svakogelementanapisannalijevojidesnojstranimorabitiisti. Dabismotopostiglitrebadapostavimokoeficijente.Uovom primjerusevididaumolekulinatrijumsulfata(supstancakoja nastaje hemijskom reakcijom) imamo dva atoma natrijuma. Poto atomi natrijuma potiu iz natrijum hlorida, u ovoj reakciji moraju uestvovatinajmanjedvijemolekulenatrijumhlorida.Zatona lijevojstranijednaine,ispredformulenatrijumhlorida, stavljamo koeficijent 2. Od hlora, koji se nalazi u dvije molekule natrijumhloridanastajudvijemolekulehidrogenhlorida.To zahtijevadanadesnojstranijednaine,ispredformulehidrogen hlorida, stavimo koeficijent 2. Pravilno napisana jednaina ove hemijske reakcije je: 2NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2HCl 26 itanje hemijske jednaine Gornju hemijsku jednainu moemo itati ovako: -ureakcijustupajunatrijumhloridisulfatnakiselina, pa nastaju natrijum sulfat i hidrogen hlorid. -Dvijemolekulenatrijumhloridareagujusajednom molekulomsulfatnekiseline,panastajujednamolekula natrijum sulfata i dvije molekule hidrogen hlorida. -Reagovanjem2molanatrijumhloridasa1molom sulfatnekiselinenastaje1molnatrijumsulfatai2mola hidrogen hlorida. -Reagovanjem117gnatrijumhloridasa98gsulfatne kiselinenastaje142gnatrijumsulfatai73ghidrogen hlorida.

RELATIVNE ATOMSKE I MOLEKULSKE MASE Relativna atomska masa Svakiatomimaodreenumasu.Masaatomajepriblino jednakazbirumasaprotonaineutronaunjegovomjezgru.Masa elektronauelektronskomomotaujetakomaladasemoe zanemariti.Akomasuatomaiskaemougramimadobijemovrlomali broj,samnogodecimalnihmjesta.Takomalibrojevinisu pogodnizaraznaizraunavanjauhemiji.Radilakegraunanja, hemiariifiziarisuzaatomskujedinicumaseuzeli1/12mase atomakarbona,ijajeatomskamasa12.Tajedinicasezove unificirana atomska jedinica mase, a oznaava se slovom u. u = 1/12 mase atoma 12C. 27 Relativnaatomskamasaelementajemasaatomanekog elementaiskazanauatomskimjedinicamamase(u).Znakza relativnu atomsku masu je Ar.Relativnaatomskamasaseizraunavapremasljedeem obrascu: ( )( ) gramima u mase jedinica atomskagramima u elementa atoma masaumAar= =Na primjer, relativna atomska masa hidrogena je: ( )0079 , 110 660 , 110 673 , 12424== =ggumAaH r Izraunatavrijednostrelativneatomskemasezahidrogen je neimenovan broj.Relativnaatomskamasapokazujekolikoputajemasa jednog elementa vea od 1/12 mase atoma 12C. Relativneatomskemasesvihelemenatasunavedeneu periodnom sistemu elemenata. Relativna molekulska masa Znamodasemolekulasastojiodatoma.Stogajemasa nekemolekulejednakazbirumasaatomakojisenalazeutoj molekuli. Relativnamolekulskamasajemasamolekulaizraenau unificiranim atomskim jedinicama masa. Relativnamolekulskamasajejednakazbirurelativnihatomskih masa atoma koji se nalaze u toj molekuli. Relativnaatomskamasapokazujekolikoputajemasajedne molekule neke supstance vea od 1/12 mase atoma 12C.Znak za relativnu molekulsku masu je Mr. Naprimjer,relativnamolekulskamasavodejejednakazbiru relativnihatomskihmasadvaatomahidrogenaijednogatoma oksigena: Ar (H) = 1 Ar (O) = 16 Mr (H2O) = 21 + 16 = 18 28 Znai da je masa molekule vode 18 puta vea od 1/12 mase atoma 12C. MOL Moljejedinicazakoliinusupstanceiobiljeavasesa mol.Moljeonakoliinasupstancekojasadriistitoliki broj molekula te supstance koliko atoma ima u 12 g 12C. Tajbrojje6,0221023izoveseAvogadrovbroj.Znai,jedan molsadriAvogadrovbrojmolekula.Akogovorimoomolu elementauatomimaondamoltogelementasadriAvogadrov broj atoma.Molarnamasanekesupstancejemasajednogmolate supstance.Izraavaseugramimapomolu(g/mol).Znakza molarnu masu je M. Molarna masa je brojano jednaka relativnoj molekulskoj masi: M = Mr g/mol. Za elemente u atomima: M = Ar g/mol. Izraunavanje relativne molekulske mase Podacizarelativnemolekulskemasenalazeseu periodnom sistemu elemenata. Primjer:Izraunatirelativnumolekulskumasusulfatnekiseline, H2SO4. Trai se Mr(H2SO4). Poznato je Ar(H) = 1 Ar(S) = 32 Ar(O) = 16 Izraunavanje: Mr(H2SO4) = Ar(H) 2 + Ar(S) + Ar(O) 4 = 12 + 32 + 16 4 Mr(H2SO4) = 98 29 Primjer:Izraunatimolarnumasuoksigenauatomskom stanju. M = Ar g/mol Poznato Ar(O) = 16 Trai se MO MO = Ar(O) g/mol MO = 16 g/mol Molarnamasaoksigenakojisenalaziuatomskomstanju je 16 g/mol. Primjer:Izraunatimolarnumasuoksigenaumolekularnom stanju. M = Mr g/mol Ar(O) = 16 Mr(O2) = Ar(O) 2 = 16 2 = 32 M(O2) = Mr(O2) g/mol = 32 g/mol. MolarnamasaoksigenaO2kojijeumolekularnomstanjuje32 g/mol. Koliina supstance Koliinusupstance(n)umolovimamoemoizraunati akoznamomasusupstance(m)ugramimaimolarnumasute supstance (M) u g/mol: Mmn = ,gdje jen koliina supstance u molovima m masa supstance u gramima M molarna masa supstance u g/mol. Primjer:Kolikomolaelementaaluminijumasenalaziu135 grama aluminijuma? MAl = Ar(Al) g/mol MAl = 27 g/mol Molarna masa aluminijuma je 27 g/mol. 30 Koliina aluminijuma: ( ) molmol ggAl MAl mAl n 5/ 27135) () (= = = U 135 g aluminijuma nalazi se 5 mola aluminijuma. Primjer: Kolika je molarna masa kalijum hlorida, KCl? M = Mrg/mol Mr(KCl) = Ar(K) + Ar(Cl) = 39 + 35,3 = 74,5 Mr(KCl) = 74,5 M (KCl) = 74,5 g/mol. Molarna masa kalijum hlorida je 74,5 g/mol. Primjer:Kojakoliinanatrijumhidroksida,NaOH,se nalazi u 100 g natrijum hidroksida? Mr(NaOH) = Ar(Na) + Ar(O) + Ar (H) = 23 + 16 + 1 = 40 M(NaOH) = Mr g/mol = 40 g/mol. Koliina je: molmol ggNaOH MNaOH mNaOH n 5 , 2/ 40100) () () ( = = =U100gnatrijumhidroksidanalazise2,5molanatrijum hidroksida. 31 PROCENTNI SASTAV I ODREIVANJE FORMULE SPOJEVA Dabiseodredilaformulahemijskogspojatrebaznati odnos koliina pojedinih elemenata u spoju. Na primjer, analizom jeutvrenodaunatrijumoksiduudionatrijumaiznosi74,2%,a oksigena 25,8%. To znai da u 100 g ispitivanog natrijum oksida ima74,2gnatrijumai25,8goksigena.Izovogmoemo izraunati koliine natrijuma i oksigena tako damase natrijuma i oksigena podijelimo pripadajuim molarnim masama: molmol ggNa MNa mNa n 226 , 3/ 232 , 74) () () ( = = =molmol ggO MO mO n 612 , 1/ 168 , 25) () () ( = = = Kakojednakekoliinebilokojesupstancesadrejednak brojesticaslijedidaatominatrijumaioksigenauispitivanom uzorkuoksidasuvezaniuodnosu3,226:1,612.Toznaidabi formulaspojamogladasepieNa3,226O1,612.Ovakavnainnije uobiajen pa se dijeljenjem sa najmanjim lanom, dakle sa 1,612 , taj odnos prevodi u cijele brojeve: 1 : 2612 , 1612 , 1:612 , 1226 , 3) ( : ) ( = = O N Na N Slijedi da je formula ispitivanog natrijum oksida Na2O, jer na 2 atoma natrijuma dolazi 1 atom oksigena. EMPIRIJSKA I MOLEKULSKA FORMULA SPOJEVI Rezultatianalizenisuuvijekdovoljnidaseodrediprava hemijskaformulaspoja,odnosnobrojpojedinihatomau molekuli. To je zato to analiza daje samo odnos broja atoma, ali 32 ne i njihov broj u molekuli. Tako je za jedan gas koji se sastoji od karbonaihidrogenahemijskomanalizomnaenodajemaseni udio karbona u spoju 85,7%, a hidrogena 14,3%. Njihov odnos je: molmol ggC MC mC n 14 , 7/ 01 , 127 , 85) () () ( = = =molmol ggH MH mH n 3 , 14/ 008 , 13 , 14) () () ( = = = OvodajeformuluispitivanogspojaCH2.Taformula pokazuje vrstu i najmanji odnos broja atoma od kojih je sastavljen spojinazivaseempirijskaformula.Naosnovuempirijske formule ne moe se odgovoriti koliko atoma karbona i hidrogena gradimolekulu.Moesepretpostavitinizmolekulasaistim odnosomatoma:CH2,C2H4,C3H6,C4H8,C5H10itd.Dabise doznalamolekulskaformulaspojatrebaodreditirelativnu molekulskumasuispitivanogkarbohidrogena.Naenojedaona iznosi 28, to znai da je molekulska formula C2H4. IZRAUNAVANJA NA OSNOVU JEDNAINE HEMIJSKE REAKCIJE Na osnovu jednaine hemijske reakcije mogu se izraunati masereaktanatakojeuestvujuureakcijiimaseprodukatakoje nastajureakcijom.Dabiseizraunalamasa,naprimjersumpor dioksida,kojanastajeizgaranjem100gsumporatrebanapisati jednainu reakcije: S(s) + O2(g) SO2(g) Prvo treba izraunati koliinu sumpora u 100 g sumpora: molmol ggS MS mS n 125 , 3/ 32100) () () ( = = = 33 Prematome,uzoraksumporamase100godgovara koliinisumporaod3,125mol.Izjednainezagorenjesumpora se vidi da mora nastati jednaka koliina sumpor dioksida (reaguju i nastaju u odnosu 1:1): n(S) = n(SO2) Masa nastalog sumpor dioksida izraunava se iz proizvoda koliine sumpor dioksida i njegove molarne mase: m(SO2) = n(SO2) M(SO2) = 3,125 mol 64 g/mol = 200 g. Dakle,gorenjem100gsumporanastaje200gsumpor dioksida. IZRAUNAVANJE SASTAVA SMJESE Uhemijskojpraksiuobiajenojevienainaizraavanja sastava smjese. To su: Maseni udio, : B ABBm mm+= e B - maseni udio otopljene supstance mA masa otapalamB masa otopljene supstance. Ako se maseni udio, , pomnoi sa 100 dobije se maseni procenat. Zbirmasenihudjelaotapalaiotopljenesupstanceje1,ili u procentima 100%: A + B = 1 ili A(%)+B(%) = 100% Maseni udio je bezdimenzionalan broj. 34 Zapreminski udio, : B ABBV VV+= B zapreminski udio otopljene supstance VA zapremina otapala VB zapremina otopljene supstance. Zapreminskiudio,,pomnoensa100dajezapreminski procenat.Zbirzapreminskihudjelaotapalaiotopljenesupstance je 1, ili u procentima 100%: A+B = 1 ili A(%) + B(%) = 100% Zapreminski udio je bezdimenzinalan broj. Koliinski udio, x B ABBn nnx+= xB koliinski udio rastvorene supstancenA koliina rastvaraanB koliina rastvorene supstance. Koliinskiudiopomnoensa100dajemolskiprocenat. Zbir koliinskih udjela otapala i otopljene supstance je 1: xA + xB=1 ili xA(%) + xB(%) = 100%. Koliinski udio nema dimenzije. Masena koncentracija, B VmBB = B masena koncentracija otopljene supstance mB masa otopljene supstance V zapremina otopine. 35 Masena koncentracija ima jedinicu, po SI-sistemu, kg m-3. Koriste se i manje jedinice: kg dm-3, g dm-3 , g cm-3itd. Gustina rastvora, Vm= gustina otopine m masa otopine V zapremina otopine. Jedinicazagustinuotopinejeistakaokodmasene koncentracije (kg m-3, kg dm-3, g dm-3 , g cm-3), ali je razlika u definisanju mase. Koliinska koncentracija, cB VncBB = cB koliinska koncentracijanB koliina otopljene supstanceV zapremina otopine. Jedinicazakoliinskukoncentraciju,poSI-sistemujemolm-3. Manje jedinice su mol dm-3, mol cm-3, mmol dm-3, ... Molalitet, bB ABBmnb = bB molalitet otopine nB koliina otopljene supstance mA masa otapala. Jedinicazamolalitet,b,jemolkg-1,ionasenajee koristi. Sastavsmjesesenajeeizraavatzv.koliinskom koncentracijom ili, kako se krae kae, koncentracijom.OznakaAseodnosinaotapalo,aoznakaBnaotopljenu supstancu. Veliina bez indeksa se odnosi na rastvor. 36 Primjer:Pripremiti500cm3otopineNaOHkoncentracije c(NaOH) = 0,1 moldm-3. Rjeenje: Potrebna koliina NaOH rauna se prema relaciji: n(NaOH) = c(NaOH) V(NaOH)= 0,1 moldm-3 0,5 dm3 = 0,05 mol. KakojemolarnamasaM(NaOH)=40g/mol,masakoju treba izvagati se rauna preko: m(NaOH) = n(NaOH) M(NaOH) = 0,05mol 40 g/mol = 2 g dakle,trebaizvagati2gNaOHiotopitiuvodida zapreminabude500cm3ikoncentracijaNaOHebiti0,1mol dm-3. RAZRJEIVANJE OTOPINE Prirazrjeivanju,otopinisesmanjujekoncentracija. Koliina otopljenesupstance ostaje ista. Koncentracija otopljene supstance prije razrjeenja data je izrazom: 111Vnc = . Koncentracija otopine poslije razrjeenja e biti: 222Vnc = . Kako se tokom razrjeenja koliina otopljene supstance ne mijenja dobije se: n1 = n2 odnosno c1 V1 = c2 V2. Pridravajui se ovog pravila, moe se izraunati potrebna zapremina do koje treba razrijediti otopinu neke koncentracije da bisedobilaotopinazadanekoncentracije.Pritom,koncentracija otopinemoebitiizraenaikaomasenakoncentracija,,paisto tako vrijedi: V1 1 = V22 37 Vezaizmeukoliinskeimasenekoncentracijeneke otopljene supstance je: BBBMc=cB koliinska koncentracijaB masena koncentracija MB molarna masa otopljene supstance GASNI ZAKONI Poznato je da gasovi nemaju odreenu zapreminu i oblik. Zapreminagasazavisiodzapremineposudeukojojjegas,a oblik je odreen oblikom posude. Engleski naunik Robert Boyle (1626-1691) prvi je tano mjerio odnos zapremine gasa i pritiska. Onje1660.godinepronaaodazauzetukoliinugasa,pri konstantnojtemperaturi,proizvodpritiska,P,izapremine,V,je konstantna vrijednost: P V = const. Istuzakonitostje1677.godineneovisnopronaao francuskinaunikE.Mariotte(16201684).Boyle-Mariotteov zakon esto se pie u obliku: P1 V1= P2 V2 gdjejeV1zapreminauzetekoliinegasapripritiskuP1,aV2 zapremina istog gasa pri pritisku P2.Akosepovisitemperaturagasa,njegovazapremina,pri istompritiskusepoveava.Promjenuzapremineitemperature gasaprikonstantnompritiskuprouavalisufrancuskinaunici J.A.CharlesiJ.L.Gay-Lussac.Charlesje1878.godineobjavio dasepriistomporastutemperaturezapreminerazliitihgasova poveavajuzaistiodnos.Godine1802.Gay-Lussacjeodredio porastzapreminekadsegaszagrijeza1C.NaosnovuGay-Lussac-ovog mjerenja dobijeno je da za stalnu koliinu gasa vai: 38 . constTV=Taj zakon se obino pie u obliku: 2211TVTV=gdje je V1 zapremina neke koliinegasa pri temperaturi T1,a V2 zapremina iste koliine gasa pri temperaturi T2. Temperaturasemoraizraavatikaoapsolutnaili termodinamikatemperaturaukelvinima,K.Vezaizmeu Celzijusove temperature, t, i termodinamike ili apsolutne, T, je: t/C = T/K-273,15 Gay-Lussacjetakoepronaaodajeprizagrijavanju odreene koliine gasa u posudi stalne zapremine, odnos pritiska i apsolutne temperature gasa konstantan: 2211TPTP=svatrizakona,Boyle-MariottoviobaGay-Lussac-ovazakona mogu se izraziti jednom jednainom: 22 211 1TV PTV P=oitojedasuzapremina,pritisakitemperaturagasameusobno povezani. Zastandardnevrijednostipritiskaitemperature(STP) uzeti su:zapritisakP=101325Pa,azastandardnutemperaturuT=273,15 K (0C). JedanmolbilokojesupstancesadriAvogadrovbroj estica.Prematome,imolbilokojeggasamoraimatijednaku zapreminupriistompritiskuiistojtemperaturi.Mjerenjemje utvreno: Jedan mol bilo kojeg gasa pri standardnim uslovima zauzima zapreminu od 22,4 dm3 (litara).Potojedanmolbilokojeggasazauzimazapreminuod22,4,i ima6,0221023molekulailiatoma,tojeanalognodazapreminu od22,4pristandarnimuslovimazauzimaju6,0221023 molekula. 39 Zapremina, koju zauzima 1mol bilo kojeg gasa pri STP, zove se molarna zapremina gasa i oznaava se znakom omV .Koliinasupstancemoese,naosnovuovoga,dati kao: omoVVn =; ANNn = ; Mmn =Vo zapremina gasa pri STP omV - molarna zapremina gasa pri STP N broj molekula (atoma) gasa NA Avogadrov brojm masa gasa M molarna masa gasa. JEDNAINA STANJA IDEALNOG GASA esticeidealnoggasasuzamiljenetake,ijaje zapreminatolikomaladasemoezanemaritiimeukojima nema nikakvih privlanih sila. Ako se u jednainu za stanje gasa: 11 1TV PTPV=uvrstepodacizapritisakizapreminukojuzauzimagasnaSTP dobije se: 1 11 3314 , 815 , 2730224 , 0 101325 == K JmolKmol m PaTPV itavrijednostseobiljeavasaRizoveseuniverzalnagasna konstanta.Za n molova gasa jednaina glasi: nRTPV= ili uobiajeno: PV = nRT. Koliina gasa se moe izraziti i preko odnosa mase gasa i njegove molarne mase pa je: 40 RTMmPV = Ova se jednaina zove opta jednaina stanja idealnoggasa.Ona strogo vrijedi samo za tzv. idealne gasove, kakvih u prirodi nema. Primjer:Otapanjem0,325galuminijumauhloridnojkiselini razvilo se 432,97 cm3 suhog hidrogena pri 100 kPa i 20C. Kolika je molarna masa aluminijuma? Naosnovujednainehemijskereakcijeotapanjaaluminijumau kiselini:2 Al(s) + 6 HCl(aq) 2 AlCl3(aq) + 3 H2(g) vidimodaotapanjem2molaaluminijumauhloridnojkiselini nastaje 3 mola hidrogena:

32) () (2=H nAl n odavde je) (32) (2H n Al n =pritisaksemorauvrstitiupaskalima,Pa,atemperaturau kelvinima,K.Koliinuhidrogenamoemonaiizpodatakaza gasno stanje:mol H nK K Jmolm PaRTPVH n018 , 0 ) (15 , 293 314 , 810 97 , 432 100000) (21 13 62= = = mol mol H n Al n 012 , 0 018 , 032) (32) (2= = =iz izraza Mmn = slijedi da je:mol gmolgnmMAlAlAl/ 27012 , 0325 , 0= = =molarna masa aluminijuma je 27 g/mol. 41 PERIODNI SISTEM ELEMENATA Prvapoznataklasifikacijahemijskihelemenatapotieiz sredine XIX vijeka. Tada su svi elementi bili podijeljeni na dvije grupemetaleinemetale.Ovakvaklasifikacijahemijskih elemenatabilajeveomagrubainesavrenazatotojeizmeu pojedinih metala, kao i meu nemetalima postojala znatna razlika. Osim toga, utvreno je da neki elementi imaju svojstva i metala i nemetala.Ruski naunik D. I. Mendeljejev je 1869. godine doao na idejudaporeda63dotadapoznataelementaujedanredprema rastuimatomskimmasama.Elementejenumerisaoprema redoslijedu po kome ih je redao, a broj koji je svaki element dobio nazvao je redni broj.Posmatrajuielementeuovomdugomnizu,Mendeljejev jeprimijetiodaseonepravilnoiperiodinomijenjaju:poslije odreenogbrojaelemenataslijediojeelementslinihsvojstava. Ovupravilnostkojapredstavljaperiodnizakon,Mendeljejevje formulisaoovako:Svojstvahemijskihelemenatanalazeseu periodinoj zavisnosti od njihovih atomskih masa. Onjeizdobijenognizaizdvojioelementeslinih svojstava i stavljao ih jedan ispod drugog. Svakielementuperiodnomsistemupredstavljenje hemijskimsimbolom,atomskim(rednim)brojemirelativnom atomskom masom. Elementi su u periodnom sistemu poredani po rastuimatomskimbrojevima.Horizontalniredovielemenata zovu se periode, a vertikalni grupe. PERIODE Periodnisistemelemenatasesastojiod7perioda.Prva periodasadri2elementa,adrugaitreapo8.Onesumale periode. etvrta i peta perioda sadre po 18 elemenata, a esta 32 elementa.Ovetriperiodesuvelikeperiode.Sedmaperiodanije zavrena.Jezgraatomaelemenatasedmeperiodenisustabilnai spontanoseraspadaju.Hemijskasvojstvaelemenataupojedinim periodamapostepenosemijenjaju:napoetkuperiodanalazese izrazitimetali,ijioksidisavodomgradejakebaze.Iduiu desno,upravcuporastaatomskihbrojeva,opadametalni,araste nemetalnikarakterelemenata.Usrediniperiodanalazese 42 elementikojiimajusvojstvaimetalainemetala(tzv.metaloidi). Njihovihidroksidiimajuamfoternikarakteriotapajuseiu kiselinamaiubazama.Nakrajuperiodanalazeseizraziti nemetali,ijioksidisavodomgradekiseline.Sveperiode,osim sedme, zavravaju se plemenitim (inertnim) gasom.Postepenapromjenasvojstavaelemenatauperiodama objanjava se promjenom broja elektrona u najviem energetskom nivou njihovih atoma. Tako, atom natrijuma, najizrazitijeg metala utreojperiodi,sadriunajviemnivou1elektron.Atom natrijumauhemijskimreakcijamalahkootputasvojvalentni elektron,priemupostiestabilnuelektronskukonfiguraciju najbliegplemenitoggasaneona.Gubitkomjednogelektrona atom natrijuma prelazi u pozitivno naelektrisani jon katjon.Magnezijumima,unajviemenergetskomnivou,2 elektronakojateeotputa,pasumumetalnasvojstvaneto slabijeizraenanegokodnatrijuma.Oksidmagnezijumasa vodom gradi slabiju bazu nego oksid natrijuma.Atom aluminijuma, u zadnjoj ljusci, ima 3 elektrona. Kod aluminijumasumetalnasvojstvajoslabijeizraena,takodaje njegovoksidpraktinonetopivuvodi,ahidroksid,kojisemoe dobiti posrednim putem, spada u amfoterne hidrokside. Atomnaizrazitijegnemetalauovojperiodihlorasadri unajviemnivou7elektrona.Dookteta(tj.do8elektrona) nedostajemusamo1elektron,kojionprihemijskimreakcijama lahko vezuje prelazei u negativno naelektrisani jon anjon. Unutaresteperiode,kojaukljuuje32elementa,iza lantanadolaziposebnagrupaod14elemenatapohemijskim svojstvima nalik lantanu, pa se zovu lantanoidi.Isedmaperioda,izaaktinijuma,ukljuujegrupuod14 elemenatanalikaktinijumu,kojisenazivajuaktinoidi. Lantanoidiiaktinoidiseredovno,izistografikihrazloga, izdvajaju na dno tablice periodnog sistema elemenata. Najvii energetski nivo u atomu plemenitog gasa potpuno jepopunjenelektronima,takodaovajelementnepokazuje nikakvureaktivnost.Svojstvaelemenataseperiodinomijenjaju saporastomatomskogbrojajerseperiodinomijenjabroj elektrona u najviem energetskom nivou njihovih atoma. 43 GRUPE Vertikalnekoloneelemenatauperiodnomsistemu nazivajusegrupe.Periodnisistemsesastojiod9grupa elemenata. Prvih 7 grupa podijeljeno je na dvije podgrupe (A i B) ukojimasenalazesrodnielementi.Atomielemenatakojise nalazeuistojgrupiperiodnogsistemasadreunajviem energetskomnivouistibrojelektrona:atomielemenataprve grupepojedanelektron;drugegrupepodva;treegrupepotri itd.Atomielemenatanultegrupe(plemenitigasovi),imaju popunjennajviienergetskinivosamaksimalnimbrojemod2 elektrona(atomhelijuma),odnosno8elektrona(atomiostalih plemenitih gasova). Elementislinihsvojstavakojisenalazeuistojgrupi periodnog sistema sadre u najviem energetskom nivou istibroj elektrona. Grupe,premapreporuciMeunarodneunijezaistui primijenjenuhemiju,IUPAC,oznaavajusebrojevimaod1do 18. Pojedinegrupeelemenataimajuzasebnenazive.Takose elementi 1. grupe zovu alkalni metali. To su: Li, Na, K, Rb, Cs i Fr,anazivsudobilipotometoinejakebaze(alkalije). Elementi 2. grupe, Be, Mg, Ca, Sr, Ba i Ra, zovu se zemnoalkalni metali, jer su to metali koji ulaze u sastav zemlje. Elementi od 3. do 11. grupe su prelazni metali. Za elemente 12. grupe kaemo da 44 sucinkova,a13.grupeborovagrupaelemenata,premaprvom elementu u grupi. Po istom principu 14. i 15. grupa su karbonova initrogenova.Elemente16.grupezovemohalkogenielementi,a 17. grupe su halogeni, jer oni sa metalimagradesoli (hals = so i genesis=rod).Posljednju,18.grupu,ineinertniiliplemeniti gasovi. PERIODINOST SVOJSTAVA ELEMENATA Osim hemijskih svojstava periodiki se mijenjaju i mnoga fizikalnasvojstvaelemenata,naprimjer,radijusatoma,energija jonizacijeidr.iveinatihsvojstavazavisioelektronskoj konfiguraciji. Unutarjedneperiodeatomskiradijussesmanjujeslijeva nadesno.Atomiisteperiodeimajuistibrojljusaka.Sporastom atomskogbrojarastenabojjezgra,pajezgrojaeprivlai elektrone i radijus atoma se smanjuje.Unutarjednegrupeatomskiradijusrasteodozgoprema dolje,zatotoseporastomatomskogbrojaunutarjednegrupe poveava broj ljuski, a time i atomski radijus. 45 Jonskiradijusjeuvijekrazliitodatomskog.Radijus katjona je uvijek manji od radijusa pripadajueg atoma, zato to u omotauimamomanjibrojelektronaijezgrojaeprivlai elektroneismanjujeradijus.Akoatomureakcijisaatomom drugogelementaprimijedanilivieelektronanastajenegativno naelektrisanijonilianjon.Uelektronskomomotauimamovei brojelektrona,paseelektronijaeodbijajuimesezapremina elektronskog oblaka poveava.Zato jeradijus anjona uvijek vei od radijusa pripadajueg atoma. Energija jonizacije je energija koju je potrebno dovesti da seelektronotrgneodatomaugasovitomstanjupriemunastaje jon u gasnom stanju s jednim pozitivnim nabojem: M(g) M (g) + e- Energijajonizacijeatomaunutaristegrupesmanjujese odozgopremadoljezbogporastaradijusaatoma.Energija jonizacijeatomarasteunutaristeperiodeslijevanadesnozbog smanjenja atomskog radijusa.Atominemetala,kojiimajuvelikuenergijujonizacije pokazujuafinitetpremaelektronima,odnosnotendenciju primanja elektrona. Unutar pojedine periode afinitet prema elektronima raste s porastomatomskogbrojaelementa.Atomihalogenihelemenata imajunajveiafinitetpremaelektronu,aatomialkalnihmetala najmanji. Energijajonizacijeiafinitetpremaelektronudvasu posebnakriterijumakojakarakterizirajumetalna,odnosno nemetalna svojstva elemenata. Zajedniki kriterijum, a koji zavisi odenergijejonizacijeiafinitetupremaelektronu,je elektronegativnost. Elektronegativnostjesposobnostatomanekog elementadaoduzmeelektroneatomudrugogelementas kojimsehemijskivezuje.Elektronegativnostrasteslijevana desno i odozdo prema gore u periodnom sistemu. Najeesekoristiskalaelektronegativnostikojuje predloio Linus Pauling (1901-1994.). Elektronegativnost svakog pojedinogelementautojskaliobiljeavasebezdimenzionalnim brojem,od0,7zanajelektropozitivnijielementcezijum,Cs,do 4,0 za najelektronegativniji element fluor, F. To znai da cezijum najlakeotpustijedanelektron,afluoretajelektronvezati 46 najjaomsilom.Elektronegativnostsvihostalihelemenatalei unutar ovih krajnjih vrijednosti. Metali dobro provode elektrinu struju i toplotu. Metaloidi ili polumetali su slabi provodnici dok su nemetali tipini izolatori. 47 HEMIJSKE VEZE Uprirodisurijetkielementikojisenalazekaopotpuno slobodniatomi.Tosujedinoplemenitigasovi.Oniunajviem energetskomnivouimajumaksimalanbrojelektrona2 (helijum) ili 8 elektrona. Ovom stanju tee i svi ostali elementi i atomi.Postojedvaosnovnatipahemijskeveze:kovalentnai jonska veza. KOVALENTNA VEZA Kovalentnomvezomsemeusobnovezujuatomi nemetala.Atomhidrogenanemoeseuprirodinaislobodan. Onusvojojvalentnojljusciimajedanelektron.Potosvi hemijskielementiteedapostignustabilandubletilioktet,tose dvaatomahidrogenaudruujumeusobnoigradestabilnu strukturuatomahelijuma.Obaelektronapripadajuijednomi drugomatomu.Nazivajusezajednikielektronskipar.Ovaveza senazivakovalentnaveza.Atomipovezanikovalentnomvezom ine stabilne molekule. Stvaranjemolekulahidrogenamoese,skraeno prikazati, na sljedei nain: Naosnovumolekulskeformulehloravidimodajeon dvoatomarnamolekula.Kakoseizmeuatomahlorastvara 48 kovalentna veza? Atom hlora, u posljednjemenergetskom nivou, ima7valentnihelektrona.Dabipostigaostabilanoktet,atom hloragradijedanzajednikielektronskiparsadrugimatomom hlora: Zajedniki elektronski par je ravnomjerno rasporeen izmeu oba jezgra atoma u molekuli hlora.Osimmolekulskeformule,zaprikazivanjemolekula elemenataispojevamoemokoristitielektronskeformule.Tako skraeniprikazmolekulehidrogenaH:Hpredstavljaelektronsku formulu.Akozajednikielektronskiparoznaimocrtom,dobije sestrukturnaformulamolekulehidrogena,H-H.Strukturne formulepokazujuikakosuatomiumolekulimeusobno povezani. Molekula vode sastoji se od jednog atoma oksigena i dva atomahidrogena.Atomoksigenaimauspoljanjojljusci6 elektrona, od kojih su dva nesparena ili usamljena. Pri nastajanju molekulevode,jedannesparenielektronatomaoksigenasparuje sesaelektronomjednogatomahidrogena.Takonastaje zajednikielektronskiparkojijezajednikizaatomoksigenai atom hidrogena. Drugi nespareni elektron atoma oksigena takoe gradizajednikielektronskiparsaelektronomdrugogatoma hidrogena.Prematome,atomoksigenagradidvazajednika elektronskaparasadvaatomahidrogena,patakonastaje molekula vode: Molekula vode se pravilno prikazuje ematski: 49 jer je ugao izmeu veza 104,5.Ureakcijidobijanjahidrogenfluoridauestvujumolekule hidrogenaifluora. Molekulehidrogena imajustabilandublet,au molekulifluoraimaju stabilanoktet.Meutim, onimeusobnoreagujui stvarajujostabilnije jedinjenje, HF: Umolekuli hidrogenfluoridajesila,kojomatomfluoraprivlaizajedniki elektronski par, vea od sile kojom atom hidrogena privlai taj par. Zatojezajednikielektronskiparbliijezgruatomafluoranego jezgruatomahidrogena.Najednojstranimolekule hidrogenfluoridanalazisevienegativnognaelektrisanja,ana drugojviakpozitivnog.Toznaidaumolekulipostojedvapola, odnosno dipol. Ovakva veza je polarna kovalentna veza.+- H F Potosmoreklidajeumolekulihidrogenaifluora naelektrisanje ravnomjerno rasporeeno izmeu oba jezgra, u tim molekulama kovalentna veza je nepolarna.Premabrojuzajednikihelektronskihparovakovalentna vezamoebitijednostruka(H2,Cl2,HCl),dvostruka(O2)i trostruka (:NN:, N2). JONSKA VEZA Jonskom vezom se meusobno povezuju atomi metala sa atomima nemetala.Kadasespajaatommetalasaatomomnemetala,tada jedan ili vie elektrona iz spoljanjeg sloja atoma metala prelaze u spoljanjislojatomanemetala.Atomhlorakadadoeudodirsa atomomnatrijumaprivlaiiprimavalentnielektronnatrijuma kakobipostigaooktetelektrona.Sdrugestrane,stabilanoktet elektronaatomnatrijumapostieotputanjemjednogelektrona, 50 jeruLljusciima8elektrona.Potpunimprelaskomelektronasa atomanatrijuma(metala)naatomhlora(nemetala)dobijajuse naelektrisaneesticejoni.Atomnatrijumapostajepozitivno naelektrisan jon katjon, a atom hlora negativno naelektrisan jon anjon. Izmeunastalihjonadjelujuelektrostatikesile privlaenja.Ostvarenavezaizmeunatrijumaihlora,odnosno izrazitog metala i izrazitog nemetala, naziva se jonska veza.Joni natrijuma i hlora su u prostoru pravilno rasporeeni i grade kristalnu strukturu: Moeseuoitidaseokojednogjona(pogledajjonucentru kocke) natrijuma nalaze 6 jona hlora i obrnuto oko jednog jona hlora 6 jona natrijuma.U reakciji izrazitih metala (IA i IIA grupa) i nemetala (VIIAgrupa)stvarasejonskavezatakotoatomimetala otputaju elektrone koje primaju atomi nemetala.Kakoseodreujevalencijaelemenataujedinjenjimasa jonskomvezom?Buduidajonskavezanastajeizmeuatoma metalainemetala,valencijametalajejednakabrojuotputenih elektrona,avalencijanemetalabrojuprimljenihelektrona.Tako, unatrijumhloriduvalencijanatrijumaihlorajejedan,au magnezijum hloridu valencija magnezijuma je dva, a hlora jedan.51 Potosujoninaelektrisaneestice,estosegovorio pozitivnojinegativnojvalencijielemenata,odnosnoo elektrovalenciji.Takosezamagnezijummoereidajeu magnezijum hloridu pozitivno dvovalentan. U istom spoju hlor je negativno jednovalentan. HIDROGENOVA VEZA Djeliminopozitivnonaelektrisaniatomihidrogenau molekulivode,kojemoemoposmatratikaoprotone,veomasu malih dimenzija i u omotau nemaju elektrona. Zahvaljujui tome oni,zarazlikuoddrugihkatjona,jakoprivlaenegativno naelektrisaneestice,nepokazujuipritomenikakvoodbijanje izmeu elektronskih omotaa. Tako oni snano privlae negativno naelektrisane krajeve dvije susjedne molekule vode i vezuju se za slobodneelektronskeparovenaatomimaoksigena,formirajui izmeu molekula tzv. hidrogenove mostove. Ovakva veza nastala posredstvom hidrogenovih atoma zove se hidrogenova veza. Svaka molekula vode ima dva slobodna elektronska para naoksigenovomatomuidva atomahidrogena,temoe obrazovatietirihidrogenove vezesaetirisusjednemolekule vode. S obzirom na to da molekula vodeimaobliktetraedra, moemozamislitidajezasvaki rogaljvezanahidrogenovom vezompojednamolekulavode. Utvreno je da i tena voda ima,uizvjesnojmjeri,izraenu tetraedarsku strukturu. Hidrogenovavezasenejavlja samokodmolekulavodevei izmeudrugihmolekulau kojimajehidrogenovatom vezanzaatomvelike elektronegativnosti (atom fluora, oksigena ili nitrogena). 52 Hidrogenova veza je slabija od jonske i kovalentne veze, alijeipakdovoljnojakadaizazoveasocijaciju(povezivanje) molekula, to ima za posljedicu anormalno visoku taku kljuanja takvih supstanci. Formiranjehidrogenovihvezaizmeumolekulabitno utienamnogafizikasvojstvasupstanci:takekljuanjai topljenjaspojevirastu;mijenjasetopivost;rastegustinai viskozitet, itd. Hidrogenovavezaimavelikiznaajuivim organizmima, poto omoguuje formiranje odreenih molekulskih strukturanekihbioloki vanihspojevi,kaotosubjelanevinei nukleinske kiseline. Tako,npr. u dvojnoj spirali DNK jednoj od najvanijihmolekulauivimorganizmimakojaupravlja procesombiosintezebjelanevinauelijamavezaizmeudva molekulskalancakojiformirajudvojnuspiraluostvarujese pomou hidrogenove veze. METALNA VEZA Metali su meusobno povezani vezom koja je vrlo bliska kovalentnojvezi.Umetalnojvezi(npr.kodlitijuma)svakiatom jeokruensa8susjednihatomaisvojjedinielektronvalentne ljuskemorapodijelitisa8susjednihatoma.Tielektronimogu nesmetano da prelaze iz valentne u vodljivu vrpcu i to je osnovni razlog to metali dobro provode elektrinu struju. Vieod2/3elemenatasumetali.Veinametalaima kristalnustrukturukojasemoeopisatikaonajgueslagane kuglicejednakeveliine.Najeeseslaukaokubinei heksagonskestrukture.Ukubinojstrukturisvakijetreisloj 53 identiansprvim,auheksagonskojsvakidrugi.Strukturu heksagona imaju, npr. Mg, Sc, Ti, Zr, Co, Zn i Cd. Kubinustrukturu,kojasemoeopisatikaoprostorno centrirana kocka, imaju, npr. Li, Na, K, Rb, Cs, Ba, V, Cr, Mo, W i Fe. Metalimajesvojstvenodasudobriprovodnicitoplotei elektriciteta.Veinametalasemoekovati,valjatiulimoveili izvlaiti u ice. I takva svojstva metala proizilaze iz neusmjerenih kovalentnihvezaunjihovimkristalima.Veinametalaima visokutakutopljenjatogovoridasuvezemeuatomimavrlo jake. Legure Legurenastajuzamjenomatomaukristalnojstrukturi atomimadrugogmetala.Leguresusmjeseilivrstirastvori jednogmetalaudrugom.Legiranjemsebitnomijenjaju mehanika svojstva metala. Na primjer, aluminijum je mekan i od njega se ne mogu praviti nikakve konstrukcije, ali ako se legira sa bakrom,magnezijumom,silicijumom,manganomidrugim, dobiju se razliite vrste duraluminijuma, koji se koriste za izradu avionajersutelegurevrsteilagane.Legiranjemsemijenjajui hemijskasvojstvametala,kaonpr.otpornostnakoroziju. Legiranjem eljeza sa niklom i hromom dobiju se legure otporne na koroziju, tzv. nehrajui elik. KOMPLEKSNI JONI I MOLEKULE Do sada smo govorili o stvaranju kovalentne veze tako to dva atoma daju svoje nesparene elektrone i tako grade zajedniki elektronski par. Meutim, kovalentne veze mogu nastati i tako da zajednikielektronskiparpotiesamoodjednogatomau kovalentnojvezi.Dabinekiatommogaobitidonormoraimati jedan nepodijeljeni par elektrona u valentnoj vezi. Akceptor mora imatipraznuorbitaluuvalentnojljusci.Akceptorparaelektrona moe biti katjon metala, atom prelaznog metala ili bilo koji atom u molekuli.Molekula vode ima dva nepodijeljena elektronska para. Te parove elektrona molekula vode moe podijeliti sa atomom kome jepotrebanparelektronadabikompletiraovalentnuljusku. 54 Proton,H+,imapraznu1s-orbitalukojumoepopunititakoto prima par elektrona od oksigena iz molekule vode: Tako nastaje nova estica H3O+, oksonijum jon. Pozitivno naelektrisanjeraspodijeljenojenaitavjon.Protonsetako stabilizirajerkoordiniramolekuluvode.Ijonimetalamogubiti koordinirani od strane molekula vode.Jonigraenipoput[Ca(H2O)6]2+i[Fe(CN)6]3-zovemo kompleksnim jonima. Vidimo da to mogu biti kompleksni katjoni ianjonialiineutralnemolekule.Formulekompleksnihjonaili molekula piu se u uglastim zagradama.Joni ili neutralne molekule koje doniraju nepodijeljeni par elektrona u prazne orbitale jona ili atoma metala zovu se ligandi. Ligandisu,npr.F-,Cl-,S2-,CN-,OH-ilineutralnemolekulekao H2O, NH3, NO, CO i mnoge druge. Skolikoeatoma,odnosnojonabitiokruenpojedini atomilijonprelaznogmetalazavisiobrojupraznihorbitalau valentnojljusciatomailijonaprelaznogmetalaijaineliganda. Brojatomaizliganadavezanihzacentralnimetalnijonu nekomkompleksunazivasekoordinacionibroj.Najei koordinacioni brojevi su 4, 6 i 8.Ligandi,kojivezumetal-ligandostvarujupomousamo jednogelektronskogpara,nazivamomonodentatni.Postoje ligandikojivezumetal-ligandostvarujupomoudva,triilivie elektronskihparova.Tosubidentatni,tridentatniitd. NajznaajnijipolidentatniligandjeEDTA (etilendiamintetraacetatna kiselina).Mnogiprirodnispojevi,odkojihzavisiitavsvijet,su kompleksnispojevi.Hlorofiljekompleksnispojsaatomom magnezijuma,ahemoglobinsaatomomeljezausreditu 55 porfirinskogprstena.VitaminB12jetakoekompleksno jedinjenje, a sadri atom kobalta. Jonizacijomkompleksnihspojevaligandiseneodvajaju od centralnog jona zato to su to dosta jake veze: K4[Fe(CN)6] 4K++[Fe(CN)6]4- Zarazlikuoddvostrukihsolikojejonizujunasastavne jone: KAl(SO4)2K++Al3++2 SO42- DISPERZNI SISTEMI Razlikujemo heterogene i homogene smjese.Heterogenesmjesesuoneukojimaokom,lupomili optikim mikroskopom moemo uoiti sastojke smjese.Homogenesmjeseimajuusvakomsvomdijeluisti hemijskisastaviistafizikasvojstva.Takvehomogenesmjese zovemo prave otopine. Heterogene smjese i prave otopine su dva krajnja sluaja. Izmeunjihimaitavnizprelaza.Smjesekojepremaveliini esticaineprelazizmeuheterogenihsmjesaipravihotopina zovusekoloidneotopineilikoloidnodisperznisistemi.Tekoje postaviti granice izmeu pravih i koloidnih otopina. Prave otopine sadre molekule ili jone. Koloidne otopine sadre vrste ili tene esticeijaseveliinakreeizmeu10-9do10-7m.Meutim, molekulenekihsupstancisutakovelikedauotopinipokazuju svojstvo koloidno dispergovanih estica.Usvakojotopinirazlikujemootapalo(rastvara)i otopljenutvar(rastvorenusupstancu).Podotapalomse podrazumijevanajeenekatenost.Tonemorabitiuvijek sluajjerseiuvrstimsupstancamamoguotapatigasovi, tenosti ili druge vrste supstance. To su tzv. vrste otopine. Neke se tenosti meusobno mijeaju u svakom omjeru, pa se postavlja pitanje ta je otapalo, a ta otopljena supstanca. Pod otapalom se u tom sluaju podrazumijeva ona supstanca koje ima vie. 56 OTAPANJE VRSTIH SUPSTANCI U TENOSTIMA Kadasevrstasupstancanaeunekomotapalu, molekuleotapalaudarajupopovrinivrstesupstance.Utim sudarima otkidaju se pojedine molekule. To je spontan proces. Na primjer, kada se kristal neke soli nae u polarnom otapalu (voda), molekule vode uz povrinu kristala orjentiu se tako da se svojim pozitivnimpolomnaslonenanegativnipolmolekuleiobrnuto. Zbogtogaprivlanesileizmeupolarnihmolekulaukristalu oslabe.Molekulevodeizvlaepolarnemolekule(ilijone)sa povrinekristala.Zaruenjekristalnestrukturepotrebnoje utroitienergiju,kojasezoveenergijomkristalnereetke.Toje endoterman proces (endos = unutra, thermos = topao). U otopini svaka se molekula ili jon okruuje molekulama otapala.Pritomnastajejednavrstahemijskogspojaizmeu otopljenihesticaimolekulaotapala.Tajprocesseodvijauz oslobaanjetoplote.Tojeegzotermanproces(exo=vani).Kae sedajedolodosolvatacijemolekulailijona(solvere= razvezati). Kad je otapalo voda kae se da je dolo do hidratacije. 57 Energijakojaseoslobodipriovomprocesuzoveseenergija solvatacije (hidratacije).Akojezaruenjekristalnestruktureutroenovie toplotenegojedobijenosolvatacijomesticauotopinipromjena ebitiendotermna.Obrnuto,akosesolvatacijomdobijevie toplotenegoseutroizaruenjekristalnestrukturepromjenae biti egzotermna. Priotapanju,npr.amonijumhloridailikalijumhlorida otopinasehladi(endotermanproces),apriotapanjunatrijum karbonatailinatrijumhidroksidaotopinaseugrije(egzoterman proces).Istovremenosaprocesomotapanja,uotopinamase odigrava i suprotan proces. Otopljenesupstance dolaze u blizinu jo neotopljenih kristalai, usljed privlanih sila kristalne reetke, vraajusenapovrinukristala.Processuprotanrastvaranjuzove se kristalizacija.Kadaseujedinicivremena,naodreenojtemperaturi, otopiistibrojmolekulakolikoseiiskristalie,tadaseotopljena supstancanalaziuravnoteisasvojimneotopljenimkristalima otopina je zasiena.Akootopinasadrivieotopljenesupstanceuistoj zapremininegotoodgovarazasienojotopininaodreenoj temperaturi,nastajeprezasienaotopina.Laganimhlaenjem zasieneotopinemoedanastaneprezasienaotopina. Prezasieneotopinesunestabilne,mijeanjemiliubacivanjem kristalia prelaze u ravnoteno stanje, postaju zasiene.Nezasieneotopinesadremanjeotopljenesupstanceu istoj zapremini nego to odgovara zasienoj otopini naodreenoj temperaturi.Najveibrojhemijskihreakcijaseodigravauz koritenje nezasienih otopina.Pojamnezasienzasiennesmijesepoistovijetitisa pojmomrazblaenkoncentrovan,jernezasieneotopinesu estokoncentrovaneiobrnuto,zasieneotopinemogudasadre sasvim malo otopljene supstance.Maseniodnosotopljenesupstanceiotapalaodreenje topivou supstance u otapalu pri odreenoj temperaturi.Topivostvrstesupstanceuodreenomotapaluzavisi odtemperature.Kodveinevrstihsupstancitopivostrastesa porastomtemperature,alinekeseboljeotapajunanioj temperaturi.Kodgasovavaisuprotnopravilo:gasovisebolje otapaju pri niim temperaturama. 58 Promjenatopivostivrstihsupstancisapromjenom temperaturegrafikiseprikazujepomoukrivihtopivosti. Poznavanjemtopivostisolinarazliitimtemperaturama omoguavaizraunavanjekoncentracijezasieneotopinepri odreenojtemperaturikaoimasesolikojaeseiskristalisatipri hlaenjuotopine.Naosnovukrivihtopivostimoesesagledatii redoslijedkojimesesupstancekristalisatiizotopine,pri odreenimuslovima,tosekoristizauklanjanjeneistoaiz supstanci viestrukom prekristalizacijom, kao u procesu dobijanja nekih soli. 59 OTOPINEELEKTROLITA Pojaveprovoenjaelektrinestrujekrozvodeneotopine i rastope soli bile su poznate jo poetkom XIX vijeka. Supstance kojeuvidurastopailivodenihotopinaprovodeelektrinustruju posredstvom jona nazivaju se elektrolitima. Molekulske rastvore jo zovemo rastvorima neelektrolita jer ne provode elektrinu struju. ELEKTROLITIKA DISOCIJACIJA NastajanjejonaobjasniojeArrhenius(Arenijus)1887. godine teorijom elektrolitike disocijacije. Prema njegovoj teoriji, elektrolitipriotapanjuuvodispontanodisociraju(joniziraju)na pozitivno i negativno naelektrisane jone. Kvantitativnamjerazadisocijacijuelektrolitajestepen disocijacije,o,kojisedefiniekaoodnosizmeubroja disociranihmolekula,Ndis,iukupnogbrojamolekula,Nuk,kojije unijet u otopinu: ukdisNN= oznai,stependisocijacijepokazujekojidio,odukupnogbroja otopljenihmolekula,disociranajone.Kadasusvemolekule disocirale na jone o je jednak 1 ili 100% (NaCl, NaClO4), a kada nema disocijacije, o = 0 ili 0%. To su granine vrijednosti stepena disocijacije meu kojima se nalaze svi elektroliti.Stependisocijacijezavisiodprirodeelektrolita,prirode otapala,temperatureikoncentracijeotopine.Saporastom razblaenja otopine, raste vrijednost stepena disocijacije.Stependisocijacijeelektrolitaeksperimentalnose odreuje mjerenjem elektrine provodljivosti otopina. 60 JAKI I SLABI ELEKTROLITI Vodeneotopineamonijumhlorida,NH4Clinatrijum hlorida,NaClpokazujuintenzivnuelektroprovodljivost.Tesoli su jaki elektroliti. Amonijanaiotopinasiretnekiselinepokazujuslabu elektroprovodljivost, to su slabi elektroliti.Naosnovumjerenjaelektrineprovodljivostirazliitih elektrolitadolojedozakljukadaseelektrolitidijelenadvije grupe:-slabeelektrolite,ijijestependisocijacijeo 30% u 0,1 mol dm-3 otopini. Jakielektrolitisunajeespojevisajonskomvezom (soli).Sapromjenomkoncentracijejakihelektrolita,stepen disocijacije se malo mijenja, vrijednost mu je bliska jedinici.Slabielektrolitisusupstancekojesadrekovalentnu vezusadjeliminojonskimkarakterom.tojeveijonski karaktervezeumolekuli,tolakedolazidodisocijacije.Sa promjenom koncentracije, razblaenjem otopina slabih elektrolita, stependisocijacijeseizrazitomijenja,postajeveiisuprotno tome, pri veim koncentracijama pribliava se nuli. Jainaelektrolitazavisiiodprirodeotapala.Takoje siretna kiselina znatno jai elektrolit u tenom amonijaku nego u vodenoj otopini. KONSTANTA DISOCIJACIJE Disocijacijujakihelektrolitasmatramonepovratnim procesom,doksepridisocijacijislabihelektrolitajavljai suprotanproces,dolazidoasocijacije,nastajumolekulesvedok nedoedodinamikeravnoteemolekulskogijonskogoblika. PrimjenomZakonaodjelovanjumasamoemonapisatiizrazza konstanturavnoteekojaseuovomsluajunazivakonstantom disocijacije, Kc: ABA+ + B- 61 | || || | ABB AKc +=u uglastim zagradama date su ravnotene koncentracije izraene u moldm-3.Ukolikojekonstantadisocijacijeveaelektrolitjejai. Takoje,npr.Kc(HCl)=103 moldm-3;Kc(CH3COOH) ~10-5 mol dm-3 ; Kc (H2O)~10-16 mol dm-3. Akokoliinskukoncentracijuizrazimosac(moldm-3), tada je:[A+] = [B-] = coi [AB] = c co tesezamjenomovihvrijednostiujednainizakonstantu disocijacije dobija: ( ) oooooo o===1 12 2 2cccc cc cKc Jednainapovezujekonstantuistependisocijacije,ailustruje Ostvaldovzakon(W.Ostwald)razblaenja:prirazblaenju otopinerastestependisocijacije,asmanjujesekoncentracija otopine jer je njihov proizvod konstanta, Kc. Ostvaldov zakon vai samo za otopine slabih elektrolita. Primjer1:Izraunatikonstantudisocijacijeotopinenitritne kiseline koncentracije c = 0,05 moldm-3 i stepena disocijacije o = 0,089. Rjeenje: HNO2H+ + NO2- . 10 99 , 3089 , 0 1089 , 0 05 , 013 42 3 2 === moldmmoldm cKcoo Primjer 2: Izraunati stepen disocijacije borne kiseline, H3BO3, u otopini koncentracije c = 0,1moldm-3; Kc = 5,810-10. Rjeenje: H3BO3H+ + H2BO3- oo=12cKc 62 poto je Kc mala vrijednost, tj. oekuje se da je o mala vrijednost ondaizrazuimenikumoemopisatikao:1-o~1.IzrazzaKc dobija oblik: Kc = c o2,Odakle dobijamo: 533 1010 62 , 71 , 010 8 , 5 == =moldmmoldmcKco TAKA MRNJENJA I TAKA KLJUANJA OTOPINE Kadasetenostostavidastojinazrakuonaepolahko samaodsebeisparavati.Ugasnostanjemogupreione molekule,kojesenalazenapovrinitenosti,itouonom trenutkukadasudarimasadrugimmolekulamadobijedovoljno kinetikeenergijedamogusavladatiprivlanesileokolnih molekula.Kaesedatenostpokazujepritisakpara.Pritisak paratenostizavisiodtemperatureiuvijekrastesaporastom temeprature.Kadapritisakparapostanejednakatomosferskom pritisku tenost pone da kljua. Taka kljuanja neke tenosti jeonatemperaturaprikojojjepritisakparatetenosti jednakatmosferskom.Pristandardnompritisku,taka kljuanja iste vode je 100C (373,15 K). Akoseuvodiotopenekesolidolazidosnienjapritiska paraotopineuodnosunaistuvodunaistojtemperaturi.Zato otopinu,naprimjerkuhinjskesoli,trebazagrijatinaviu temepraturudabipritisakparabiojednakatomosferskom pritisku, tj. da prokljua. Akonekutenosthladimosmanjujesenjenpritisakpara. Kadtenostdovoljnoohladimoonaeseujednomtrenutku poetizamrzavati,tj.pritisakparasupstanceutenomstanju jednakjepritiskuparatesupstanceuvrstomstanju.Taka mrnjenjajeonatemperaturaprikojojjepritisakpara neke supstance u vrstom i tenom stanju jednak. Takamrnjenjaistevodepristandardnompritiskuje 0C (273,15K). 63 Akosenapraviotopinanekesupstanceuvoditakva otopinaemrznutinaniojtemperaturi.Ovapojavaima praktinuprimjenukodposipanjaputevakristalimasolidase snizitakamrnjenjavode,dasenestvarajupoledicena putevima. OSMOZA I OSMOTSKI PRITISAK Osmozajeprolaenjeotapalakrozpolupropusnu membranuizotopinemanjekoncentracijeuotopinuvee koncentracije.Krozpolupropusnumembranunekemolekule moguprolaziti,anekene.Izmeuosmotskogpritiskai koncentracije otopine postoji sljedei odnos: H = cRT H osmotski pritisak c koliinska koncentracija R gasna konstanta T termodinamika temperatura.Otapaloprolazikrozpolupropusnumembranusvedokse koncentracijeotopinasobjestranemembraneneizjednaeilidokse hidrostatikipritisakneizjednaisaosmotskimpritiskom.Akose hidrostatikipritisakpoveatolikodapostaneveiodosmotskog, otapaloeprolazitikrozpolupropusnumembranuizotopinevee koncentracije u otopinu manje koncentracije. To je reverzna osmoza i primjenjuje se za dobijanje pitke vode iz morske vode. Osmotski pritisak ima vanu ulogu za biljke i ivotinje. Na primjer,membraneeritrocitasupolupropusne.Akoseeritrocitistave uistuvodu,ondavodaprolazikrozmembranuiulaziueritrocite, 64 pri emu eritrociti bubre. Kako se membrane ne mogu beskonanorastezationepucajuieritrocitipropadaju.Obrnuto,akoje osmotski pritisak vei od osmotskog pritiska u eritrocitima oni gube vodu iopetpropadaju.Zatootopinekojisedajuintravenoznominfuzijom,ili kojiseprimjenjujupridijalizimorajuimatiistiosmotskipritisakkaoi elijska tenost. Kada dvije otopine imaju isti osmotski pritisak za njih se kaedasuizotonine.OtopinaukojojjemaseniudioNaCl-a0,9%ili glukoze5,3%,izotoninajesaelijskomtenouuljudskom organizmu. 65 KOLOIDNE OTOPINE Koloidnodisperznimsistemimasunazvanioni sistemi u kojima je veliina estica disperzne faze 1nm do 100nm.Premaagregatnomstanjudisperznogsredstvai disperznefazepostojeraznekombinacijekoloidno-disperznih sistema: Disperzno sredstvo Disperzna fazaNaziv sistemaPrimjer gas Tenost vrsta supstanca aerosolMagla Dim tenost Gas Tenost vrsta supstanca Pjena Emulzija Sol, gel Sapunica Mlijeko elatin vrsta supstanca Gas Tenost vrsta supstanca vrsta pjena vrsta emulzija vrsti sol, gel Pluta Puter Obojeno staklo Koloidneotopineseodpravih(molekulskih) otopinarazlikuju,potzv.Faradej-Tindalovomefektu rasipajusvjetlosnezrakeusvimsmjerovima,tese svjetlosni zrak koji prolazi kroz koloidnu otopinu vidi kao difuzna svjetlost, ako se posmatra sa strane. Stabilnostkoloidnihesticapotieodnjihovog elektrinog naboja i omotaa koji ih okruuje. U zavisnosti odvrsteomotaarazlikujemohidrofobne(iliuopteno liofobne) koloide koji se ne obavijaju molekulama vode ili otapalaihidrofilne(liofilne)koloidekojisuobavijeni molekulama vode ili otapala. 66 Adsorpcijomistovrsnihjonaizotopinekoloidne esticesenaelektriuistovrsnimnabojem,gradese koloidni joni. Naadsorbovanejonevezujusesuprotno naelektrisani joni i ine dufuzni sloj koloidne estice, te na povrinivrstefazeseformiradvostrukisloj.Jezgro, monomolekulskislojidifuznislojinemicelukoloidne estice. Zboguzajamnogdjelovanjakoloidnihjona,sol stanjejeveomastabilno.Nabojsolamoemoutvrditi provoenjemjednosmjernestrujekrozrastvortzv. elektroforezom,jersekoloidnijonikreukasuprotno naelektrisanojelektrodi.Elektroforezomsemoguodvajati raznovrsno naelektrisani solovi. Ukolikoelimodaistaloimokoloidnuotopinu, moramoodstranitinjegovnaboj,toseinidodatkom elektrolita(soli)kojisadri,udovoljnojkoncentraciji, suprotno naelektrisane jone. koloidnijon+suprotnonaelektrisanjon koagulat Nastalitalognazivasekoagulat,asamproces koagulacijom,jersepritomenerazarastrukturakoloidne estice, ve se gradi amorfan talog. Koagulatjestabilandokjeuotopiniprisutan elektrolit. Ako koagulat talog ispiramo vodom, elektrolit seuklanja,atalogponovoprelaziukoloidnuotopinu. Ovaj proces nazivamo peptizacijom. Koloidneotopinesedobivajudisperzijomgrubo disperznihsistemaukoloidnimmlinovima,peptizacijom koagulata ili kondenzacijom. ENERGETSKE PROMJENE U HEMIJSKIM REAKCIJAMA Prihemijskimreakcijamaenergijaseilioslobaailitroi. Otudagovorimooegzotermnimiendotermnimreakcijama. Energetske efekte hemijskih reakcija prouava termohemija. 67 Sami podaci koji se dobiju o energetskim efektima koriste sezaizraunavanjeenergijemeuatomskihimeumolekularnih veza;zaobjanjenjegrae;reakcionihsposobnostisupstanci;za odreivanjesmjerahemijskereakcijeizaizraunavanje energetskog bilansa tehnolokih procesa. Reakciju izmeu hidrogena i oksigena na temperaturi 25C iatmosferskompritiskuod101325kPamoemoprikazatii termohemijskim jednainama: H2(g)+ O2(g) H2O(g)ArH = -242 kJ/molili H2(g)+ O2(g)H2O() ArH = -286 kJ/mol Formuleujednainioznaavajusupstance,znaciu zagradama se odnose na agregatna stanja i piemo ih zbog toga to energetskiefekathemijskereakcijezavisiiodagregatnogstanja. ReakcionetoploteArHizraavaseukJ/mol(kilodulpomolu)i odnosi se na 1 mol proizvoda. Akojetoplotnisadrajreaktanataveiodtoplotnog sadrajaproizvoda,tadaseoslobaatoplotareakcijaje egzotermna.Kodegzotermnihreakcijasmanjujesetoplotni sadrajsistema,promjenareakcionetoploteimanegativan predznak, ArH < 0. Akojetoplotnisadrajproizvodareakcijeveiod toplotnogsadrajareaktanata,toplotaseapsorbujereakcijaje endotermna.Kodendotermnihreakcijarastetoplotnisadraj sistema,tepromjenareakcionetoploteimapozitivanpredznak, ArH > 0. Hemijske reakcije i hemijski procesi najee se izvode ili pristalnompritisku(npr.uotvorenimposudama)ilipristalnoj zapremini(npr.uautoklavima).Kadnekomfiziko-hemijskom sistemu dovedemo izvjesnu koliinu toplote, Q, ona e se utroiti napoveanjeunutranjeenergije,AU,itavogsistema.Uopte, dovedenatoplotaeseutroitinapromjenuunutranjeenergije sistema AU i na rad, W protiv spoljanjih sila: Q = AU WW = - PAV 68 Kada se reakcija odvija pri stalnom pritisku (to je u hemiji najei sluaj) koliinu toplote oznaavamo sa Qp.SimbolomQvoznaavamoutroaktoplotepristalnoj zapremini. Radi jasnijeg uoavanja razlike izmeu Qv i Qp uveden jepojamentalpije,H,kojipredstavljaukupnienergetskisadraj sistema.AHondaoznaavaukupnupromjenuenergijesistema dU W. Otuda slijedi da je dH = Qp, a dU = Qv. Toplotniefektihemijskihreakcijamoguseodrediti eksperimentalnimputemaliiistoteorijskinaosnovu termohemijskih izraunavanja. Dabiseenergetskiefektireakcijemogliodreivati definisani su sljedei standardni uslovi: koliina supstance 1 mol, pritisak101325Pa,temperaturaje25C(298,15K).Standardni toplotni efekti oznaavaju se sa ArHo298 (ArUo298). Uobiajeno je da se upotrebljava i pojam reakciona toplota tj. entalpija reakcije. Entalpijareakcijejerazlikaizmeuentalpijeprodukatai entalpije reaktanata: AH = AH(produkti) AH(reaktanti) Podogovoruentalpijesvihelementarnihsupstanciuzetih pri standardnim uslovima ( P = 101325 Pa; T = 298,15 K) jednake su nuli. Toplotakojaseoslobodiiliveeprikonstantnompritisku kadizelemenatanastane1molnekogspojajednakajeentalpiji stvaranja spoja, ArHo. Entropija Unajveembrojuhemijskihreakcijaistovremenose odigravajunajmanjedvaprocesa:promjenaenergijeipromjena ureenostisistema,tj.promjenameusobnogpoloajaestica. Sveesticeuprirodi(molekule,atomi,joni)teehaotinom kretanju iz stanja vee u stanje manje ureenosti. Fizikaveliinakojommjerimoneureenostsistema naziva se entropija i najee se obiljeava sa S. U praksi se ne moeodreditiapsolutnavrijednostentropijevesamonjena promjena, AS. 69 Entropijarastepriprelaskuizstanjamanjeustanjevee neureenostiiobratno,opadapriprelaskuizstanjaveeustanje manje neureenosti. Priprelaskutenostiugasovitostanjeentropijaraste;pri otapanju kristalne supstance takoe i slino. Pri kondenzaciji i kristalizaciji entropija se smanjuje. 70 BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE Dabiseizvrilanekahemijskareakcijapotrebnoje odreenovrijeme.Nekehemijskereakcijeiduvrlobrzo,dok druge pod istim uslovima teku sporo. Brzinahemijskereakcijejepromjenakoncentracije reagujuih supstanci u jedinici vremena. Prviuslovdadoedohemijskereakcijemeunekim supstancamajedanjihovemolekule,atomiilijonidouu meusobni dodir da se sudare. Ali svaki sudar estica ne dovodi dohemijskereakcije.Prinekimsudarimadolazisamodo meusobnogodbijanjaestica.Hemijskureakcijuizazivajusamo sudarionihesticakojeposjedujuodreenukoliinuenergije. Energija koju treba da posjeduju estice reagujuih supstanci da bi pri njihovom sudaru dolo do hemijskereakcijezove se energija aktivacije. Odbrojauspjenihsudaraesticausekundizavisibrzina hemijske reakcije. Na brzinu hemijske reakcije utie vie faktora, a najvaniji su:prirodareagujuihsupstanci,koncentracijareagujuih supstanci, temperatura i katalizatori.Brzinahemijskereakcijezavisidostaodprirode reagujuihsupstanci.Vrijedipravilodasuvrlobrzesvereakcije izmeu jona u otopinama elektrolita. 71 Uticajkoncentracijenabrzinuhemijskereakcije objanjavaZakonodjelovanjumasakojegsuotkriliGuldbergi Waage1867.godine:Brzinahemijskereakcijenaodreenoj temperaturiupravojeproporcionalnaproizvodu koncentracija reagujuih supstanci. Uzmimo da reaguje supstanca A sa molekulama supstance B i nastaju molekule C i D: A + BC + D PoZakonuodjelovanjumasabrzinajeproporcionalna koncentracijama supstanci A i B: v = k[A][B] v je brzina reakcije, k je konstanta brzine reakcije izmeu supstanciAiB,auglastazagradaoznaavakoncentraciju izraenu u moldm-3. Eksperimentalnojeutvreno(van`tHoff,1884.godina) dabrzinahemijskereakcijedvostrukoiliviestrukorastepri porastu temperature za 10C.Supstance koje utiu na brzinu hemijske reakcije zovu se katalizatori, a djelovanje katalizatora zove se kataliza. Prihemijskojreakcijikatalizatorsenetroiiostaje hemijski neizmijenjen. Katalizator koji poveava brzinu hemijske reakcije zove se pozitivni katalizator, a onaj koji je usporava zove se negativni katalizator ili inhibitor. Katalizamoebitihomogenaiheterogena.Homogena katalizajekadasukatalizatorireagujuesupstanceuistom agregatnomstanju(gasoviiliotopine).Heterogenajekadaje katalizatoruvrstomagregatnomstanju,areagujuesupstance gasovi ili supstance u otopini.Djelovanje katalizatora se sastoji, uglavnom, u tome da on stupaumeureakcijusareagujuimsupstancamaitimesniava energijuaktivacijeodreenehemijskereakcije,usljedegaona bre tee.Ulogukatalizatorauivimorganizmimaigrajusloena organskaspojevi-enzimi.Svakienzimubrzavasamoodreenu reakciju u organizmu. 72 HEMIJSKA RAVNOTEA Hemijskareakcijaukojojsupstancekojesunastaletom reakcijomreagujumeusobnotakodaponovogradepolazne supstance zove se povratna hemijska reakcija. Veinahemijskihreakcijasupovratne.Akoreakcijom supstanciAiBnastajusupstanceCiDiobrnuto,jednainate povratne reakcije se pie: A+B C+D. UpoetkuimamoAiB,iodvijasereakcijaudesno.Pri tomesesmanjujekoncentracijaAiB,atimeiopadabrzina reakcije.StvaranjemmolekulaCiDpoinjedaseodvijai reakcija meu njima. Brzina ove reakcije postepeno raste do neke odreene vrijednosti. Kada se izjednae brzine ove dvije hemijske reakcije koje teku u suprotnim smjerovima, nastaje hemijska ravnotea u datom sistemu.Tojedinamikaravnotea,tj.objereakcijeseidalje odvijaju, ali se ne mijenja koncentracija reagujuih supstanci. Svakapovratnahemijskareakcijaimasvojuvrijednost konstanteravnotee.Konstantaravnoteejebrojdobiven dijeljenjemproizvodakoncentracijaprodukatareakcijesa proizvodomkoncentracijapolaznihsupstanci,nakon uspostavljanja ravnotee: | || || || | B AD CK = Povratna hemijska reakcija je, npr. sinteza amonijaka: N2 + 3H22NH3 A konstanta ravnotee ove reakcije je: | || || |32 223H NNHK = Zakonodjelovanjumasamoeseprimijenitina sve povratne reakcije. 73 LE ATELJEOV PRINCIP Faktori koji utiu na hemijsku ravnoteu nekog sistema su: koncentracijasupstancikojeuestvujuuhemijskojreakciji, temperatura i pritisak. Ako se ne mijenja ni jedan od ovih faktora, ravnoteaetrajatineogranienodugo.Izmjenombilokojegod ovihfaktoraravnoteaseremeti.Objanjenjeovepromjene sistemadajeLeateljeov(LeChatelier)princip,kojisemoe iskazati ovako: Ako se sistemu promijeni jedan od faktora koji utienahemijskuravnoteu,doiedousmjeravanja hemijskereakcijeusistemutakodasesuzbijeuticajove promjene.Ako se, npr. kod sinteze amonijaka: N2 + 3H22NH3

Poveakoncentracijanitrogenaihidrogenasistemse suprotstavljatojpromjenitakotoereakcijasintezeamonijaka tei bre nego reakcija njegovog razlaganja. 74 PROIZVOD TOPIVOSTI NaosnovuZakonaodjelovanjumasamoeseobjasnitii pojava graenja taloga pri nekim jonskim reakcijama. Na primjer, zatodolazidotaloenjasrebrohlorida,AgCl,imseuotopinu bilo kojeg hlorida doda otopina srebro nitrata, AgNO3? Srebrohloridjesokojaseslabootapauvodi.U1dm3 vode otapa se samo 1,5 10-5 g AgCl, ali se moe uzeti da su sve molekuleotopljenogsrebrohloridaunjegovojzasienojotopini jonizovane na jone: AgCl Ag+ + Cl- Prematome,koncentracijejonaAg+iCl-suograniene topivou srebro hlorida.Proizvodkoncentracijajonatekotopivesoliunjenoj zasienoj otopini naziva se proizvod topivosti (Ksp). Na primjer, proizvod topivosti srebro hlorida je: Ksp(AgCl) = [Ag+] [Cl-] = 1,21 10-12 mol2 dm-6. KadauotopiniimamoAg+iCl-joneiakojeproizvod njihovihkoncentracijaveiodproizvodatopivostisrebrohlorida viak jona se odmah spaja u molekule AgCl i gradi se talog. Ako seuzasienojotopinitekotopivesolismanjikoncentracija njenih jona, dolazi do otapanja taloga, jer jonizuju nove molekule. PROTOLITIKA RAVNOTEA U VODI Hemijskereakcijenajeeseodigravajuu vodenoj sredini. JONIZACIJA VODE Naosnovumjerenjaelektrineprovodljivosti vodeutvrenojedainajistijavodaumalojmjeriproizvodi elektrinustrujutoseobjanjavaneznatnomjonizacijom 75 molekula vode na hidronijum i hidroksidne jone autoprotolitikom reakcijom: H2O +H2O H3O+ +OH- kiselina 1 baza 2kiselina 2baza 1 Ako se na ovu reakciju primijeni Zakon o djelovanjumasa konstanta ravnotee moe da se prikae jednainom: | || || |223O HOH O HKc += Koncentracijavode[H2O]2sesmatrakonstantnomzbog slabejonizacije,teproizvodovedvijekonstantedajenovu konstantu: Kc [H2O]2 = Kw Kw = [H3O+] [OH-] Novakonstantanazivasejonskiproduktvode, Kw.Jonskiproduktvodezavisiodtemperatureiimaveu vrijednost pri viim temperaturama. Vrijednost Kw na 25C iznosiKw=110-14mol2dm-6.Onjekonstantnavrijednostbez obzira da li se radi o neutralnoj, kiseloj ili baznoj sredini. Akoseistojvodidodakiseline,poveaese koncentracija H+ jona. Usljed toga se smanjuje koncentracija OH- jona, jer se grade molekule vode. Obrnuto, ako se vodi doda baze, povea se koncentracija OH- jona, a smanjuje se koncentracija H+ jona. Primjer:IzraunatikoncentracijuOH-jonauvodenoj otopini u komoj je koncentracija H3O+ jona 1 10-3 moldm-3. Rjeenje: Iz Kw = [H3O+] [OH-] dobijamo: | || |3 113 36 2 14310 110 110 1 + == = moldmmoldmdm molO HKOHw 76 Stepenbazinostiistepenkiselostinekeotopinemoese kvantitativno izraziti koncentracijom hidrogenovih jona: Neutralna otopina [H+] = [OH-] = 110-7 Kisela otopina [H+] > 110-7 Bazina otopina [H+] < 110-7 Zajednostavnijeizraunavanjekiselostiilibazinosti otopinekoristitzv.hidrogenskieksponent,pH(pe-ha),koji predstavlja negativni logaritam koncentracije hidrogenovih jona: pH = - log [H3O+] Na primjer, ako je [H3O+] = 110-4 onda je: pH = - log 110-4 = 4 AnalognoizraavanjupH,koncentracijuOH-jona izraavamo jednainom: pOH = - log [OH-]. Logaritamski izraz za jonski produkt vode je: pH + pOH = pKw = 14 pH + pOH = 14. 77 Vrijednost pH moe biti od 0 do 14: Neutralna otopina pH = 7 Kisela otopina pH < 7 Bazina otopinapH> 7. TanavrijednostzapHodreujesepehametrom,a priblina vrijednost indikatorima. ema pehametra Indikatori Indikatori su supstance ija se boja mijenja u zavisnosti od koncentracijehidrogenovihjona.Tosunajeeotopineslabih organskih kiselina ili baza. Oni se primjenjuju u obliku otopina ili listiaiukazujunakaraktersredine.Najvieseprimjenjuju: lakmus, metiloran i fenolftalein. IndikatorU kiseloj sredini U baznoj sredini U neutralnoj sredini lakmuscrvenplavljubiast metilorancrvenutnarandast fenolftaleinbezbojancrvenkao malina bezbojan 78 ELEKTROHEMIJA HEMIJSKI IZVORI ELEKTRINE STRUJE Akouronimometaluvodenuotopinunjegovihjona, nastae redoks sistem. M(s) Mn+(aq)+ne- Pri otapanju, sa povrine metala joni prelaze u otopinu, te na povrini metala ostaje viak elektrona. Istovremeno se odvija i suprotanproces:joniizotopineseizdvajajunametalu.Poslije izvjesnogvremenauspostavljaseravnoteaizmeubrzine otapanjaitaloenjametalnihjona.Kojieprocesbitiizraen, zavisiodprirodemetala.Akojeprocesotapanjametalajae izraen: Zn(s) Zn2+(aq)+2e- Povrinametalasenaelektrienegativno,uodnosunaotopinu, metaljejaeredukcionosredstvo,anjegovijonislabije oksidaciono sredstvo. Ako je jae izraena redukcija jona: Cu2+(aq)+2e- Cu(s) Povrinametalasenaelektriepozitivnouodnosuna otopinu, metal je slabije redukciono sredstvo, a njegovi joni jae oksidaciono sredstvo. 79 Slika: Danijelov galvanski element. Metaluronjenuotopinuelektrolita(svojihsoli) predstavljajedanredoks-sistem,kojinazivamoelektrodomili poluelementom(poluelijom).Potencijalkojiseuspostavlja izmeumetalaiotopinenazivaseelektrodnipotencijalili redoks-potencijal, E. Vrijednost elektrodnog potencijala zavisi od prirode metala, koncentracije jona metala u otopini i temperature. Potencijalizmeuelektrodeiotopinenemoesemjeriti,vese mjeri razlika u potencijalima izmeu dvije razliite elektrode. Sistemsadvijeelektrode(poluelementa)nazivase galvanski element. Razlikapotencijalaizmeuelektrodagalvanskog elementa naziva se elektromotorna sila, EMF. EMF = E1-E2 Potencijal pozitivnije elektrode (E1) pie se kao prvi da bi razlikaizmeunjegaipotencijalanegativnijeelektrode(E2)bila pozitivan broj. Mjeri se voltmetrom i izraava se u voltima, V. Potencijalelektrodeodreujesetakotoseonaveesa standardnom hidrogenovom elektrodom za iji je potencijal uzeto dajejednaknuli.Onajeizgraenaodplatiniraneplatine (suneraste)nakojusedovodigasovitihidrogenpodpritiskom od101325Pa,pritemperaturiod25C,akojajeuronjenau otopinu kiseline u kome je c(H+) = 1 moldm-3. 80 Standardni elektrodnipotencijal pojedinihredoks sistemamoebiti pozitivan ili negativan u odnosunapotencijal standardnehidrogenove elektrode.Ako poredamometaleprema veliininjegovog potencijala,dobiemo naponskinizmetala, jerukolikojepotencijal negativniji,utolikoje redukcionasposobnost metalavea,iobrnuto, ukolikojepotencijal pozitivniji,redukciona mo slabi.Naosnovuvrijednostielektrodnihredoks potencijalamoesekvantitativnoodreditipodkojim uslovimaeseodvijatinekaredoks.reakcijakaoismjer reakcije. Kadaseelektrodegalvanskogelementaspoje provodnikomdolazidopretvaranjahemijskeenergijeu elektrinu. Nanegativnojelektrodianodi(Zn)vrise oksidacija,anapozitivnojelektrodikatodi(Cu) redukcija, tako da se elektroni kreu id cinka ka bakru. Otopinesepovezujusolnimmostomkoji omoguava kretanje jona. Galvanski element se oznaava sa: - Zn(s) | Zn2+ (aq) || Cu2+ (aq) | Cu (s)+ Dvije crte oznaavaju solni most. Uobiajeno je da se sa desne strane pie pozitivnija elektroda. Standardna hidrogenova elektroda 81 ELEKTROLIZA Elektrolizajehemijskorazlaganjeelektrolitapomou elektrinestruje.Uotopinamaelektrolitairastopimajonise haotinokreu.Dovoenjemelektrinestrujesistemupreko elektroda,poddejstvomelektrinogpolja,dolazidousmjerenog kretanjajonapremasuprotnonaelektrisanimelektrodama. Pozitivnijoniseredukujunanegativnojelektrodi(katodi),a istovremenosenegativnijonioksidujunapozitivnojelektrodi (anodi).Stogapozitivnejonezovemokatjonima,anegativne anjonima. Proces elektrolize je obrnut proces onome to sespontano deavaugalvanskomelementu.Sadaseelektrinaenergija