1

Sveučilište u Zagrebu

Grafički fakultet

Katedra za kemiju u grafičkoj tehnologiji

Zagreb, prosinac 2010. god.

Zbirka zadataka za kolegij

Kemija 1

Željka Barbarić-Mikočević

Ivana Plazonić

Dajana Kučić

2

Nazivi anorganskih spojeva

A) NAZIVI IONSKIH SPOJEVA

Ime ionskog spoja sastoji se (složenica) od imena kationa i aniona u kojemu je ime

kationa uvijek prvo.

Imenovanje kationa

Kation je monoatomna ili poliatomna vrsta s jednim ili više pozitivnih elementarnih

naboja. Naboj kationa označava se u imenu i formuli nabojnim brojem ili oksidacijskim

brojem. Riječ ion ili kation mogu se dodati iza imena, ako time ime postaje jasnije.

Primjer:

Cr3+ ili ion Cr3+ ili Cr3+-ion ili CrIII ili ion CrIII ili CrIII-ion ili krom(3+) ili kromov(3+) ion ili

ion kroma(3+ ) ili kromov(III) kation, itd.

Ime monoatomnog kationa sadržava ime elementa iza kojeg se bez razmaka može u

zagradi navesti nabojni broj (nabojni broj se sastoji iz arapskog broja iza kojeg dolazi

pozitivni ili negativni predznak). Oksidacijski broj se može naznačiti rimskim brojem u

zagradi, a ime nadopuniti riječima „ion“ ili „kation“ iza zagrade.

Primjeri imenovanja monoatomnog kationa:

• Cr3+ kromov(3+) ion ili kromov(III) kation

• Na+ natrijev(1+) ion ili natrijev(I) kation ili natrijev ion*

• K+ kalijev ion*

• Ba2+ barijev ion

3

*Ako je naboj kationa nedvosmisleno poznat tada se nabojni broj može ispustiti.

Kod iona istog atoma koji mogu biti viševalentni, valencija se stavlja u zagradu uz ime iona, npr.:

• Fe2+ željezov(II) kation ili željezov(2+) ion,

• Fe3+ željezov(III) kation ili željezov(3+) ion,

• H+ vodikov(1+) ion ili vodikov(I) kation,

• V5+ vanadijev(5+) ion ili vanadijev(V) kation,

• Cu+ bakrov(1+) ion ili bakrov(I) kation,

• Cu2+ bakrov(2+) ion ili bakrov(II) kation.

Ime homopoliatomnog kationa tvori se dodavanjem nabojnog broja imenu neutralne vrste.

Ako je potrebno može se uporabiti oksidacijski broj. Treba obratiti pažnju na uporabu

zagrada koje u nekim slučajevima mogu biti korisne.

Primjeri imenovanja homopoliatomnog kationa:

• (O2)+ dikisikov(1+) ion

• (S4)2+ tetrasumporov(2+ )ion

• (Hg2)2+ diživin(2+) ion

• (H3)+ trivodikov(1+) ion

U nekoliko se slučajeva još dopuštaju trivijalna (nesustavna) ili polusustavna imena:

• H3O+ oksonijev ion ili hidronijev ion, hidroksonijev ion

• NH4+ amonijev ion

4

Imenovanje aniona

Anion je monoatomna ili poliatomna vrsta s jednim ili više elementarnih naboja. U

poliatomnim vrstama negativni naboj može biti lokaliziran na atomu ili pak može biti

delokaliziran. U imenu ili formuli naboj se može označiti nabojnim brojem ili oksidacijskim

brojem. Imenima, koja moraju završavati nastavcima koja upućuju na negativni naboj mogu

se dodati i riječi „ion“ ili „anion“.

Nastavci koji se koriste za anione su:

id (za monoatomne i homopoliatomne vrste),

at (u koordinacijskoj nomenklaturi za heteropoliatomne vrste) i

it (koristi se u nekim trivijalnim imenima).

Ime monoatomnog aniona izvodi se iz imena elemenata na način da se završetak imena

elementa zamijeni anionskim nastavkom – id. U imenu nekih monoatomnih aniona sažimaju

se ili mijenjaju osnove.

Primjeri:

• F- fluorid, fluoridni ion,

• Br- bromid, bromidni ion,

• O2- oksid, oksidni ion,

• S2- sulfid, sulfidni ion,

• N3- nitrid, nitridni ion,

• P3- fosfid, fosfidni ion,

• As3- arsenid, arsenidni ion,

• C4- karbid, karbidni ion,

• Si4- silicid, silicidni ion,

• Se2- selenid, selenidni ion.

5

Ime homopoliatomnog aniona gradi se dodavanjem prefiksa di-, tri-, tetra-, itd i nabojnog

broja imenu dotičnog monoatomnog aniona, npr:

Sustavno ime Alternativno ime

• O2- dioksid (1-) hiperoksid ili superoksid

• O22- dioksid (2-) peroksid

• O3- trioksid (1-) ozonid

• I3- trijodid (1-)

TRIVIJALNA (NESUSUTAVNA) IMENA

Anioni oksokiselina

Oksokiseline su kiseline koje uz centralni element sadrže jedan ili više atoma vodika i

kisika. Uobičajeno je pisanje formule oksokiseline s vodikom na prvom mjestu, zatim

centralnim elementom i kisikom posljednjim te njihovim odgovarajućim brojem atoma što se

može vidjeti iz slijedećih primjera:

HNO3 nitratna kiselina

H2CO3 karbonatna kiselina

H2SO4 sulfatna kiselina

HClO3 kloratna kiselina

H3PO4 fosfatna kiselina

Slika 1. Struktura sumporne kiseline

6

Više oksokiselina može imati isti centralni atom, a različit broj atoma kisika zbog čega se

mijenja oksidacijski broj centralnog atoma. S porastom oksidacijskog broja koriste se slijedeći

dodatci (prefiksi) i nastavci (sufiksi) koji se dodaju na latinsko ime centralnog atoma:

• hipo - it

• it

• hipo - at

• at

• per - at

• perokso - .

Primjeri aniona u kojima je klor centralni atom:

• ClO- hipoklorit, hipoloritni ion (oks. broj atoma Cl = +1)

• ClO2- klorit, kloritni ion (oks. broj atoma Cl = +3)

• ClO3- klorat, kloratni ion (oks. broj atoma Cl = +5)

• ClO4- perklorat, perkloratni ion (oks. broj atoma Cl = +7)

Primjeri aniona u kojima je sumpor centralni atom:

• SO22- hiposulfit, hiposulfitni ion (oks. broj atoma S = +2)

• S2O42- hipodisulfit, hipodisulfitni ion (oks. broj atoma S = +3)

• SO32- sulfit, sulfitni ion (oks. broj atoma S = +4)

• S2O62- hipodisulfat, hipodisulfatni ion (oks. broj atoma S = +5)

• SO42- sulfat, sulfatni ion (oks. broj atoma S = +6)

• SO52- peroksosulfat, peroksosulfatni ion (oks. broj atoma S = +6)

• S2O82- peroksodisulfat, peroksodisulfatni ion (oks. broj atoma S = +6)

Iz navedenih primjera vidljivo je kako se u odnosu na -at ion u per - at ionu povećava

jedan atom kisika, -at ionu smanjuje jedan, a u hipo - at ionu smanjuju dva atoma kisika.

7

Djelomičnim uklanjanjem iona vodika (hidrona) iz kiseline dobiveni anion imenuje se

dodavanjem riječi hidrogen , dihidrogen itd., ispred imena aniona bez hidrona čime se

označava broj preostalih hidrona u anionu, npr:

• HCO3-- hidrogenkarbonat (1-),

• HSO4-- hidrogensulfat (1-)

• H2PO4- - dihidrogenfosfat (1-).

Koordinacijska nomenklatura heteropoliatomnih aniona, kationa i ionskih

spojeva:

• (1) Osnovno ime daje centralni atom.

• Kod kompleksnog aniona doda se nastavak at, npr.: ferat, kobaltat, argentat, aurat,

kromat, kuprat, cinkat, plumbat, aluminat, galat, stanat, antimonat, merkurat, itd.

• (2) Ispred osnovnog imena dolaze imena liganada.

• (3) Ispred imena liganda dolazi njegov broj u grčkom jeziku: mono-, di-, tri-, tetra- itd.

Ako je ligand kompleksnog sastava ili organska molekula ili ion, stavlja se u okruglu

zagradu, a ispred zagrade dolazi njegov broj, i to: bis-, tris-, tetrakis- itd.

• Kod kompleksnog kationa - hrvatski naziv elementa bez nastavka (bakrov, kromov,

kositrov, uranov, itd.....

• (4) Prvi od liganada dolaze u formuli anioni a zatim molekule i to abecednim redom. U

imenu dolaze ligandi abecednim redom bez obzira na poredak u formuli.

• (5) Oksidacijski broj centralnog atoma dolazi u zagradi iza njegova imena (rimski broj).

8

Ime liganda

• NH3 = amin (ili ammin); H2O = akva; CO = karbonil; "en" = etilendiamin; H+ = hidrogen;

NO+ = nitrozil

• Anionski ligand dobiva nastavak o, dakle:

F- = fluoro; Cl- = kloro; Br- = bromo; I- = jodo; O2- = okso; OH- = hidrokso; CN- = cijano;

NO2- = nitro; ONO- = nitrito; S2- = tio; SCN- = tiocijanato; NCS- = izotiocijanato; O22- =

perokso; SO42- = sulfato; CO32- = karbonato; C2O42- = oksalato, S2O32- = tiosulfato, itd.

Primjeri:

• [UO2]2+ - dioksouranov(VI) kation

• [CrCl2(H2O)4]+ - tetraakvadiklorokromov(III) kation

• [CoCO3(NH3)4]+ - tetraaminkarbonatokobaltov(III) kation

• [Co(ONO)(NH3)5]2+ - pentaaminnitritokobaltov(III) kation

• [CoCl(NO2)(en)2]+ - dietilendiaminkloronitrokobaltov(III) kation ili

bis(etilendiamin)kloronitrokobaltov(III) kation

9

Tablica 1. Nomenklatura i formula spojeva

KEMIJSKI SPOJ

KISELINA ION Na+ ( ili K+) Fe2+ (ili Ca2+, Mg2+) Fe3+ ( ili Al3+)

Kloridna HCl Klorid Cl- Natrijev klorid NaCl Željezov(II) klorid FeCl2 Željezov(III) klorid FeCl3

Hipokloritna HClO Hipoklorit ClO- Natrijev

hipoklorit NaClO Željezov(II) hipoklorit Fe(ClO)2

Željezov(III) hipoklorit

Fe(ClO)3

Kloritna HClO2 Klorit ClO2- Natrijev klorit NaClO2 Željezov(II) klorit Fe(ClO2)2 Željezov(III) klorit Fe(ClO2)3

Kloratna HClO3 Klorat ClO3- Natrijev klorat NaClO3 Željezov(II) klorat Fe(ClO3)2 Željezov(III) klorat Fe(ClO3)3

Perkloratna HClO4 Perklorat ClO4-

Natrijev perklorat

NaClO4 Željezov(II) perklorat Fe(ClO4)2 Željezov(III)

perklorat Fe(ClO4)3

Sulfidna H2S Sulfid S2- Natrijev sulfid Na2S Željezov(II) sulfid FeS Željezov(III) sulfid Fe2S3

Sulfitna H2SO3 Sulfit SO32- Natrijev sulfit Na2SO3 Željezov(II) sulfit FeSO3 Željezov(III) sulfit Fe2(SO3)3

Sulfatna H2SO4

Sulfat SO42- Natrijev sulfat Na2SO4 Željezov(II) sulfat FeSO4 Željezov(III) sulfat Fe2(SO4)3

Hidrogen sulfat

HSO4-

Natrijev hidrogen sulfat

NaHSO4 Željezov(II) hidrogen

sulfat Fe(HSO4)2

Željezov(III) hidrogen sulfat

Fe(HSO4)3

Nitratna HNO3 Nitrat NO3- Natrijev nitrat NaNO3 Željezov(II)nitrat Fe(NO3)2 Željezov(III) nitrat Fe(NO3)3

Fosfatna H3PO4

Fosfat PO43- Natrijev fosfat Na3PO4 Željezov(II)fosfat Fe3(PO4)2 Željezov(III) fosfat FePO4

Hidrogen fosfat

HPO42-

Natrijev hidrogen fosfat

Na2HPO4 Željezov(II)hidrogen

fosfat FeHPO4

Željezov(III)hidrogen

fosfat Fe2(HPO4)3

Dihidrogen fosfat

H2PO4-

Natrijev dihidrogen

fosfat NaH2PO4

Željezo(II)dihidrogen

fosfat Fe(H2PO4)2

Željezo(III)dihidrogen

fosfat Fe(H2PO4)3

Cijanidna HCN Cijanid CN- Natrijev cijanid NaCN Željezo(II)cijanid Fe(CN)2 Željezo(III) cijanid Fe(CN)3

Octena CH3COOH Acetat CH3COO- Natrijev acetat CH3COONa Željezo(II)acetat Fe(CH3COO)2 Željezo(III) acetat Fe(CH3COO)3

10

Spoj Formula

Aluminijev hidroksid Al(OH)3

Aluminijev fosfat AlPO4

Bakrov(I) bromid CuBr

Bakrov(I) klorid CuCl

Bakrov(I) cianid CuCN

Bakrov(I) hidroksid Cu2O

Bakrov(I) jodid CuI

Bakrov(I) tiocianat CuSCN

Bakrov(II) arsenat Cu3(AsO4)2

Bakrov(II) hidroksid Cu(OH)2

Bakrov(II) jodat monohidrat Cu(IO3)2×H2O

Bakrov(II) oksalat CuC2O4

Bakrov(II) fosfat Cu3(PO4)2

Bakrov(II) sulfid CuS

Barijev bromat Ba(BrO3)2

Barijev karbonat BaCO3

Barijev kromat BaCrO4

Barijev fluorid BaF2

Barijev hidroksid oktahidrat Ba(OH)2×8H2O

Barijev jodat Ba(IO3)2

Barijev jodat monohidrat Ba(IO3)2×H2O

Barijev molibdat BaMoO4

Barijev nitrat Ba(NO3)2

Barijev selenat BaSeO4

Barijev sulfat BaSO4

Barijev sulfit BaSO3

Berilijev hidroksid Be(OH)2

Bizmutov arsenat BiAsO4

Bizmutov jodid BiI

Spoj Formula

Cezijev perklorat CsClO4

Cezijev perjodat CsIO4

Cinkov arsenat Zn3(AsO4)2

Cinkov karbonat ZnCO3

Cinkov karbonat monohidrat ZnCO3×H2O

Cinkov fluorid ZnF

Cinkov hidroksid Zn(OH)2

Cinkov jodat dihidrat Zn(IO3)2×2H2O

Cinkov oksalat dihidrat ZnC2O4×2H2O

Cinkov selenid ZnSe

Cinkov selenit monohidrat ZnSe×H2O

Cinkov sulfid ZnS

Europijev(III) hidroksid Eu(OH)3

Galijev(III) hidroksid Ga(OH)3

Itrijev karbonat Y2(CO3)3

Itrijev fluorid YF3

Itrijev hidroksid Y(OH)3

Itrijev jodat Y(IO3)3

Kadmijev arsenat Cd3(AsO4)2

Kadmijev karbonat CdCO3

Kadmijev fluorid CdF2

Kadmijev hidroksid Cd(OH)2

Kadmijev jodat Cd(IO3)2

Kadmijev oksalat trihidrat CdC2O4×3H2O

Kadmijev fosfat Cd3(PO4)2

Kadmijev sulfid CdS

Kalcijev karbonat CaCO3

Kalcijev fluorid CaF2

Kalcijev hidroksid Ca(OH)2

11

Spoj Formula

Kalcijev jodat Ca(IO3)2

Kalcijev jodat heksahidrat Ca(IO3)2×6H2O

Kalcijev molibdat CaMoO

Kalcijev oksalat monohidrat CaC2O4×H2O

Kalcijev fosfat Ca3(PO4)2

Kalcijev sulfat CaSO4

Kalcijev sulfat dihidrat CaSO4×2H2O

Kalcijev sulfat hemihidrat CaSO4×0.5H2O

Kalijev perklorat KClO4

Kalijev perjodat KIO4

Kobaltov(II) arsenat Co3(AsO4)2

Kobaltov(II) karbonat CoCO3

Kobaltov(II) hidroksid Co(OH)2

Kobaltov(II) jodat dihidrat Co(IO3)2×2H2O

Kobaltov(II) fosfat Co3(PO4)2

Kobaltov(II) sulfid CoS

Kositrov(II) hidroksid Sn(OH)2

Lantanov jodat La(IO3)3

Litijev karbonat Li2CO3

Litijev fluorid LiF

Litijev fosfat Li3PO4

Magnezijev amonijev fosfat MgNH4PO4

Magnezijev karbonat MgCO3

Magnezijev karbonat trihidrat MgCO3×3H2O

Magnezijev karbonat pentahidrat

MgCO3×5H2O

Spoj Formula

Magnezijev fluorid MgF2

Magnezijev hidroksid Mg(OH)2

Magnezijev oksalat dihidrat MgC2O4×2H2O

Magnezijev fosfat Mg3(PO4)2

Manganov(II) karbonat MnCO3

Manganov(II) jodat Mn(IO3)2

Manganov(II) hidroksid Mn(OH)2

Manganov(II) oksalat dihidrat MnC2O4×2H2O

Manganov(II) sulfid MnS

Neodimijev karbonat Nd2(CO3)3

Niklov(II) karbonat NiCO3

Niklov(II) hidroksid Ni(OH)2

Niklov(II) jodat Ni(IO3)2

Niklov(II) fosfat Ni3(PO4)2

Niklov(II) sulfid NiS

Olovov(II) bromid PbBr2

Olovov(II) karbonat PbCO3

Olovov(II) klorid PbCl2

Olovov(II) kromat PbCrO4

Olovov(II) fluorid PbF2

Olovov(II) hidroksid Pb(OH)2

Olovov(II) jodat Pb(IO3)2

Olovov(II) jodid PbI2

Olovov(II) oksalat PbC2O4

Olovov(II) selenat PbSeO4

12

Spoj Formula

Olovov(II) sulfat PbSO4

Olovov(II) sulfid PbS

Paladijev(II) tiocianat Pd(SCN)2

Praseodimijev hidroksid Pr(OH)3

adijev jodat Ra(IO3)2

Radijev sulfat RaSO4

Rubidijev perklorat RuClO4

Skandijev fluorid ScF3

Skandijev hidroksid Sc(OH)3

Srebrov(I) acetate AgCH3COO

Srebrov(I) arsenat Ag3AsO4

Srebrov(I) bromat AgBrO3

Srebrov(I) bromid AgBr

Srebrov(I) karbonat Ag2CO3

Srebrov(I) klorid AgCl

Srebrov(I) kromat Ag2CrO4

Srebrov(I) cianid AgCN

Srebrov(I) jodat AgIO3

Srebrov(I) jodid AgI

Srebrov(I) oksalat Ag2C2O4

Srebrov(I) fosfat Ag3PO4

Srebrov(I) sulfat Ag2SO4

Srebrov(I) sulfit Ag2SO3

Srebrov(I) sulfid Ag2S

Srebrov(I) tiocianat AgSCN

Stroncijev arsenat Sr3(AsO4)2

Stroncijev karbonat SrCO3

Stroncijev fluorid SrF2

Spoj Formula

Stroncijev jodat Sr(IO3)2

Stroncijev jodat monohidrat Sr(IO3)2×H2O

Stroncijev jodat heksahidrat Sr(IO3)2×6H2O

Stroncijev oksalat SrC2O4

Stroncijev sulfat SrSO4

Talijev(I) bromat TlBrO3

Talijev(I) bromid TlBr

Talijev(I) klorid TlCl

Talijev(I) kromat Tl2CrO4

Talijev(I) hidroksid Tl(OH)3

Talijev(I) jodat TlIO3

Talijev(I) jodid TlI

Talijev(I) tiocianat TlSCN

Talijev(I) sulfid Tl2S

Željezov(II) karbonat FeCO3

Željezov(II) fluorid FeF2

Željezov(II) hidroksid Fe(OH)2

Željezov(II) sulfid FeS

Željezov(III) hidroksid Fe(OH)3

Željezov(III) fosfat dihidrat FePO4×2H2O

Živin(I) bromid Hg2Br2

Živin(I) karbonat Hg2CO3

Živin(I) klorid Hg2Cl2

Živin(I) fluorid Hg2F2

Živin(I) jodid Hg2I2

Živin(I) oksalat Hg2C2O4

Živin(I) sulfat Hg2SO4

Živin(I) tiocianat Hg2(SCN)2

13

Spoj Formula

Živin(II) bromid HgBr2

Živin(II) jodid HgI2

Živin(II) sulfid HgS

Slika 2. Shematski prikaz molekule natrijevog klorida

14

OSNOVNE FIZIČKE VELIČINE I PRIPADNE JEDINICE

Fizičke veličine su mjerljiva svojstva fizičkih

objekta, zbivanja ili stanja (npr. msa, duljina množina ili

količina tvari, termodinamička temperatura, duljina,

maseni udjel). Fizičke veličine imaju svoja imena (nazive) i

znakove (simbole). Simboli fizičkih veličina pišu se kosim

slovima.

Slika 3. Pretvorba mjernih jedinica

Tablica 2. Osnovne fizičke veličine i pripadne jedinice

FIZIČKA VELIČINA OSNOVNA JEDINICA

naziv simbol naziv simbol

duljina l metar m

masa m kilogram kg

vrijeme t sekunda s

električna struja I amper A

temperatura T kelvin K

količina tvari n mol mol

intenzitet svijetlosti IV candela Cd

15

IZVEDENE FIZIČKE VELIČINE

Tablica 3. Izvedene fizičke veličine

FIZIČKA VELIČINA OSNOVNA JEDINICA

naziv simbol naziv simbol

tlak p pascal Pa = kgm-1s-2 = Nm-2

sila F newton N = kgms-2 = Jm-1

energija E joule J = kgm2s-2

volumen V m3

gustoća ρ kgm-3

koncentracija tvari B

cB moldm-3

Tablica 4. Prefiksi SI jedinica i njihovo značenje

Prefiks Simbol Značenje Primjer

Tera- T 1,000,000,000,000 ili 1012 1 terametar (Tm) = 1 ∙ 1012 m

Giga- G 1,000,000,000 ili 109 1 gigametar (Gm) = 1 ∙ 109 m

Mega- M 1,000,000 ili 106 1 megametar (Mm) = 1 ∙ 106 m

Kilo- k 1,000 ili 103 1 kilometar (km) = 1 ∙ 103 m

Deci- d 1/10 ili 10-1 1 decimetar (dm) = 0,1 m

Centi- c 1/100 ili 10-2 1 centimetar (dm) = 0,01 m

Mili- m 1/1,000 ili 10-3 1 milimetar (dm) = 0,001 m

Mikro- μ 1/1,000,000 ili 10-6 1 mikrometar (dm) = 1 ∙ 10-6 m

Nano- N 1/1,000,000,000 ili 10-9 1 nanometar (dm) = 1 ∙ 10-9 m

Piko- p 1/1,000,000,000,000 ili 10-12 1 pikometar (dm) = 1 ∙ 10-12 m

Osnovna SI jedinica za masu je kilogram, ali u kemiji se često upotrebljava manja jedinica, npr.

gram (g):

ggkg 310110001

16

Osnovna SI jedinica za volumen je metar kubni (m3), ali u kemiji se radi sa znatno manjim

volumenima, kao što su centimetar kubni (cm3) i decimetar kubni (dm3):

33313

36323

101)101(1

101)101(1

mmdm

mmcm

Druga, često upotrebljiva jedinica za volumen je litra (L). Litra je volumen kojeg zauzima

jedan decimetar kubni nekog prostora. Volumen od jedne litre jednak je volumenu od 1000

mililitara (mL) ili 1000 centimetara kubnih (cm3):

3

3

1

1000

10001

dm

cm

mLL

Slika 4. Usporedba različitih volumena, 1m3, 1dm3 i 1cm3

Kako bi se smanjila pogreška tijekom preračunavanja jedinica preporuča se upotreba

razlomaka u izračunu, kao u slijedećim primjerima:

17

MLL

mLLg

mLL

mLLf

mmnm

mmnme

m

kg

m

cm

g

kg

cm

g

cm

g

mL

gd

gkg

gkgc

Mgg

Mggb

nmm

nmma

14,01

101104,1.

10.5,31

101350.

107,21

1017,2.

1010

1

1

10111.

1011

1011.

521

101102,5.

4341

1011034,4.

65

13

66

3

3

36

33

33

33

67

97

18

GUSTOĆA

Gustoća je omjer mase otopine i volumena otopine, izražena u kg m-3 i g cm-3.

33 , gcmkgmV

m (1)

Relativna gustoća: 0

d , gdje su (2)

d = omjer gustoće tvari pri određenoj temperaturi prema gustoći vode pri istoj ili nekoj

drugoj temperaturi;

ρ0 = gustoća referentne tvari, najčešće vode pri 4˚C ili 20˚C.

Primjer 1: Koliki volumen zaprema 1 kg žive pri temperaturi od 20 0C ako je gustoća žive

pri toj temperaturi 13,5462 gcm-3?

35462,13

20

10001

gcm

CT

gkgm

o

Hg

3

382,73

5462,13

1000cm

gcm

gmV

Primjer 2. Odmjerna tikvica sadrži 500 g vode pri temperaturi od 20˚C. U istu tikvicu stane

786 g sulfatne kiseline. Kolika je gustoća sulfatne kiseline, ako gustoća vode pri 20˚C iznosi

0,99823 gcm-3.

3

3)(

3

)(

(

)SO(H

O)(H

569,1886,500

786

886,500500

C20 T

786g m

500g m

42

2

42

2

gcmcm

g

cmgcm

gmV

V

m

gcm

SOH

OH

S

19

Primjer 3. Kolika je masa čiste nitratne kiseline u 1 ml 67% - tne otopine kiseline čija

gustoća iznosi 1,4004 gcm-3?

gmm

gcmgcmVm

m

gcm

cmmlV

čisteHNO

čisteHNO

otopine

938,067,04004,14004,1

67,0

4004,114004,1

?

67,0%67

3

3

33

%67

čisteHNO

(HNO

3

Primjer 4: Kolika je gustoća 28,33%-tne otopine amonijaka ako svaki dm3 otopine sadrži 255 g amonijaka?

3

3

33

900,01000

900

9002833,0

255

?

255

10001

2833,0%33,28

3

3

gcmcm

g

gg

mm

m

gm

cmdmV

otopine

otopine

NH

NH

Primjer 5: Koliko je postotna otopina fosfatne kiseline ako svaki dm3 otopine sadrži 1436

g fosfatne kiseline? Gustoća otopine je 1,689 gcm-3?

20

%858502,01689

1436

168910689,1

689,1

1436

101

?

43

43

43

333

3

333

g

g

m

m

gcmgcmm

V

m

gcm

gm

cmdmV

otopine

POH

otopine

POH

POH

Primjer 6: Izračunaj volumen 96% - tne otopine sulfatne kiseline gustoće 1,84 gcm-3

potreban

za pripremu 1 dm3 32,3% - tne otopine sulfatne kiseline gustoće 1,24 gcm

-3. Opiši postupak

pripreme 1 dm3 32,3% - tne otopine sulfatne kiseline u laboratoriju!

3

2

2

33

2

3

1

1

1

24,1

323,0%3,32

10001

84,1

96,0%96

?

gcm

w

cmdmV

gcm

w

V

3

3

1

11

11

1

1

2

2

2

33

2

2

74,22684,1

21,417

21,41796,0

52,400

52,4001248323,0

1248100024,1

4242

42

42

22

cmgcm

gmV

gg

w

mm

m

mw

ggmwmm

mw

gcmgcmVmV

m

otopine

SOH

otopine

otopine

SOH

otopineSOH

otopine

SOH

otopine

otopine

Opis postupka pripreme 1 dm3 32,3% - tne otopine sulfatne kiseline u laboratoriju:

U menzuru od 500 ml ulije se 226,74 ml 96% tne otopine sulfatne kiseline. Izmjereni volumen

otopine iz menzure se prelije u odmjernu tikvicu od 1000 ml. Odmjerna tikvica se do markice

nadopuni destiliranom vodom.

21

RELATIVNA ATOMSKA I MOLEKULSKA MASA

Relativna atomska masa elementa (Ar) je broj

koji kaže koliko je puta prosječna masa atoma

nekog elementa veća od atomske jedinice mase:

12

12Cm

m

u

mA

a

elementaatomaa

r (3)

Slika 5. Relativna atomska masa

Relativna molekulska masa elementa (Mr) je broj

koji kaže koliko je puta masa molekule nekog

spoja veća od atomske jedinice mase:

12

12Cm

m

u

mM

a

molekulem

r (4)

Dobije se zbrajanjem relativnih atomskih masa

atoma elemenata koji čine molekulu tog spoja:

Slika 6. Relativna molekulska masa

i

irr AM (5)

Atomska jedinica mase (u) je jedna dvanaestina mase atoma izotopa ugljika 12C koja iznosi

1,660531.10–27 kg.

Mol (n) je ona količina tvari definirane kemijske formule koja sadrži isto toliko jedinki (atoma,

iona, molekula) koliko ima atoma u 12 g izotopa ugljika 12C.

22

Kako u 12 g izotopa ugljika 12C ima 6,022 . 1023 atoma ugljika znači da jedan mol neke tvari

definirane kemijske formule sadrži 6,022 . 1023 atoma, iona ili molekula.

Molarna masa (M) je masa tvari definirane kemijske formule potrebna za jedan mol.

1

1

)(

1

var

gmolMiliAM

gmolilimol

g

mol

itmasa

n

mM

rr

(6)

Kada se odvagne odvaga neke tvari definirane kemijske formule izražena u gramima

jednakim brojčanoj vrijednosti relativne atomske, odnosno molekulske mase odvagnuta je

molarna masa, a dobiven jedan mol i poznati broj (6,022 .1023) jedinki (atoma, iona,

molekula) te tvari.

Avogadrova konstanta (L ili NA) – broj jedinki (brojnost, N) definirane kemijske formule po molu.

A

A

NnNBROJNOST

moln

NNL 12310022,6

(7)

Slika 7. Avogadrova konstanta

23

Primjer 1. Izračunaj relativnu molekulsku masu: a) fosfatne kiseline (H3PO4), b)

sumporova(IV) oksida (SO2) i c) kofeina (C8H10N4O2).

Za izračun relativne molekulske mase spoja potrebno je odrediti broj atoma pojedinih

elemenata koji grade molekulu te za svaki element iz periodnog sustava pročitati relativnu

atomsku masu. Tako

a) jednu molekulu fosfatne kiseline grade tri atoma vodika, jedan atom fosfora i četiri

atoma kisika, pa relativna molekulska masa iznosi:

994,9700,16497,30008,13)(4)()(3)( 43 OAPAHAPOHM rrrr ;

b) jednu molekulu sumporova(IV) oksida grade jedan atom sumpora i dva atoma kisika,

pa relativna molekulska masa iznosi

07,6400,16207,32)(2)()( 2 OASASOM rrr i

c) jednu molekulu kofeina gradi osam atoma ugljika, 10 atoma vodika, četiri atoma

dušika i dva atoma kisika, pa relativna molekulska masa iznosi

20,19400,16201,144008,11001,128

)(2)(4)(10)(8)ONHC( 24108 OANAHACAM rrrrr

Primjer 2. Izračunaj prosječnu masu atoma slijedećih elemenata: helija, litija, fosfora,

platine i žive.

kgPm

kgPtm

kgPm

kgLimRješenje

HekgkguAHemu

mA

a

a

a

a

ra

a

r

25

25

26

26

2727

1021,3)(

1012,3)(

1095,4)(

1011,1)(:

104,6106605,10026,4)(

Primjer 3. Radijus atoma urana iznosi 152 pm. Kada bismo uzeli 1 mg urana i poredali

atome u lanac, koliko bi kilometara bio dugačak taj lanac?

Rješenje: 769100 km

24

Primjer 4. Koliko atoma ima u 1 mg vodika, kalcija, tantala i urana?

Rješenje: 5,97 . 10

20 atoma vodika,

1,5 . 10

19 atoma Ca

3,33 . 10

18 atoma Ta

2,53 . 10

18 atoma U

Primjer 5. Koliko olova treba odvagati za 1 mol olova?

gmolgmolMnm

gmolM

PbA

moln

gm

Pb

r

Pb

Pb

2,20712,207

2,207

2,207)(

1

?

1

1

Primjer 6. Koliko kalijeva permanganata treba odvagati za 0,1 mol KMnO4?

4

1

1

4

8034,15034,1581,0

1,0

034,158

034,158)(

1,0

?

4

4

KMnOggmolmolMnm

moln

gmolM

KMnOM

moln

gm

r

KMnO

KMnO

Primjer 7. Koliko je mola cinka u 1 kg cinka?

molmolg

gn

M

mn

molgM

gkgm

moln

Zn

Zn

Zn

295,1538,65

1000

38,65

10001

?

1

1

25

Primjer 8. Koliko je grama kisika 15,3 mola kisika O2?

gmolmolgnMm

molgM

Ar

gm

moln

O

O

O

O

O

58,4893,1532

32

169994,15

?

3,15

1

1

2

2

2

2

Primjer 9. Koliko atoma zlata ima u 1 mg zlata?

181236

6

1

1

10057,310022,610077,5

10077,50,197

001,0

0,197

001,01

?

molmolNnN

molmolg

g

M

mn

molgM

gmgm

atomaN

AAu

Au

Au

Au

Primjer 10. Odvagano je po 20 g aluminija, silicija i kroma. Izračunaj molove svakog

pojedinog elementa?

00,52)(

09,28)(

98,26)(

20

CrA

SiA

AlA

gm

r

r

r

molmolg

g

M

m

M

mn

molmolg

g

M

m

M

mn

molmolg

g

M

m

M

mn

Cr

Cr

Cr

Si

Si

Si

Al

Al

Al

38,000,52

0,20

71,009,28

0,20

74,098,26

0,20

1

1

1

26

Primjer 11. Koliko je atoma vodika prisutno u 25,6 grama uree molekulske formule

(NH2)2CO koja se upotrebljava u proizvodnji umjetnih gnojiva? Molarna masa uree iznosi

60,06 gmol-1.

24123

1

1

1003,110022,64426,04

426,006,60

6,25

06,60

6,25

?

22

22

22

molmolNnN

molmolg

g

M

mn

molgM

gm

atomaN

AH

CONH

CONH

CONH

H

Napomena: u formuli za brojnost Avogadrova konstanta pomnožena je s 4 iz razloga što

svaka molekula uree sadrži 4 atoma vodika.

Premda se u zadatku ne traži moguće je po istom postupku izračunati i broj atoma vodika,

ugljika i kisika. Kraći način izračunavanja broja atoma, sada kada je poznat broj atoma vodika,

je slijedeći:

omjer broja atoma dušika i vodika iznosi 2/4, odnosno ½, dok je isti omjer atoma ugljika, tj.

kisika u odnosu na vodik i iznosi ¼. Dakle, broj atoma dušika u 25,6 grama uree iznosi

2324 1015,51003,12

1ili , a broj atoma ugljika i kisika je jednak i iznosi

2324 1058,21003,14

1ili .

27

Primjer 12. Koliko mola H2SO4 sadrži 1dm3 sulfatne kiseline koja je 28,0%-tna i ima

gustoću 1,202 gcm-3?

molmolg

g

M

mn

ggm

gcmcmgVmV

m

molgM

cmg

cmdmVV

moln

SOH

SOH

otopineotopine

otopine

otopine

otopine

SOH

otopineSOH

otopineSOH

SOH

43,398

5,336

5,336120228,0

120210202,1

98

202,1

101

?

1

333

1

3

%0,28

333

%0,28

42

42

42

42

42

42

Primjer 13. Koliko molekula ima u 1 mm3 vode, ako je gustoća vode 1,000 gcm-3 ?

molekulamolmolg

g

molmolg

cmcmg

NM

VN

M

mNnN

molgM

cmg

cmmmV

molekulaN

AAA

OH

19123

1

3

123

1

333

1

3

333

1034,310022,618

10

10022,618

1000,1

18

000,1

101

?

2

Primjer 14. Izračunajte broj molova H2SO4 u 1 litri 96%-tne sulfatne kiseline, čija je gustoća

1,202 gcm-3.

?

10011

202,1

96,0

42

42

33

3

SOH

otopine

otopine

SOH

n

cmdmLV

cmg

w

molmolg

g

M

mn

ggm

m

mw

gcmcmgm

V

m

SOH

SOH

otopine

SOH

otopine

otopine

otopine

otopine

77,1198

9,1153

9,1153 120296,0

1202100 1,202

1

33

42

42

42

28

Primjer 15. Izračunajte broj mola H2O u 1 kg vode.

molmolg

g

M

mn

molgOHM

gkgm

n OH

55,5518

1000

18)(

10001

?

1

1

2

2

Primjer 16. Koliko se čistog kroma može dobiti od 5000 kg čistog kromita, Cr2O3?

996,51)(

0,152)(

?

5000

32

32

CrA

OCrM

kgm

kgm

r

r

Cr

OCr

kgmkg

m

OCrM

CrAw

Cr

Cr

r

r

7,34205000

6841,0

6841,000,152

99,103

)(

)(2

32

Primjer 17. Pomiješane su dvije otopine, Jedna sadrži 50 g srebrova nitrata, a druga 50 g

natrijeva klorida. Koliko je nastalo srebrova klorida?

Primjer 18. Koliko treba uzeti 96%-tne sulfatne kiseline gustoće 1,84 gcm-3

da se priredi 1 dm3

32,3%-tne otopine sulfatne kiseline čija je gustoća 1,24 gcm-3

?

374,226 cmV

gmolgmolm

moln

molmolg

g

M

mn

nn

NaNOAgClNaClAgNO

AgCl

AgCl

AgNO

AgNO

AgNO

AgClAgNO

16,425,143294,0

294,0

294,0170

50

1

1

33

3

3

3

3

29

Koncentracija otopina

Koncentracija je skupni naziv za veličine koje određuju sastav neke smjese. Smjese

mogu biti plinovite, tekuće i čvrste. Tekuće i čvrste smjese mogu biti homogene i heterogene.

Homogene tekuće i čvrste smjese nazivamo još i otopinama. Kod otopina razlikujemo otapalo

i otopljenu tvar. Pod otopljenom tvari razumijevamo plinovite, tekuće i čvrste tvari otopljene

u otapalu. Općenito se smatra da otopina sadrži više otapala, a manje otopljenih tvari. Za

svakodnevni rad u laboratoriju najzanimljivije su tzv. vdene otopine, jer se voda najčešće

upotrebljava kao otapalo. U vodi su topljive sve soli, neke više, neke manje. Dalje, u vodi je

topljiva većina anorganskih kiselina i baza. Sve tvari ipak nisu topljive u vodi, pa se često

koriste druga otapala, npr. eanol, benzen, kloroform.

Za rad u analitičkoj kemiji, nužno je poznavati koncentraciju smjesa, odnosno otopina.

Fizičke veličine kojima se opisuje koncentracije smjesa, dane su u tablici 6.

Tablica 5. Fizičke veličine koncentracija

Fizička veličina Simbol Definicija Jedinica

Koncentracija

otopljene tvari B

cB, [B] cB = nB / V mol m-3

Masena

koncentracija tvari

B;

γB γB = mB / V kg m-3

Molalitet otopljene

tvari B u otapalu A

bB bB = nB / mA mol kg-1

Količinski udio

tvari B

xB, yB xB = nB / Σ ni 1

Maseni udio tvari B wB wB = mB / Σ mi 1

Volumni udio tvari

B

φB φB = VB / Σ Vi 1

30

Primjer 19. Izračunaj količinsku koncentraciju, masenu koncentraciju i molalilet 67%-tne

nitratne kiseline čija gustoća iznosi 1,4 g cm-3.

1

3

64

4,1

67,0%67w

3molgM

cmg

HNO

a. Izračun količinske koncentracije nitratne kiseline:

67,064

4,11

3

3

3

molg

cmgw

MmM

m

mM

m

V

nc

otopine

HNO

otopine

HNO

b. Izračun masene koncentracije nitratne kiseline:

67,04,1 3333 cmgwm

m

m

m

V

m

otopine

HNO

otopine

HNOHNO

c. Izračun molaliteta nitratne kiseline:

)67,01(64

67,0

)1()1(

)1(

1

3

3

3

3

3

3

3

3

molgwM

w

wM

w

w

wmM

m

mw

mM

m

mm

M

m

m

nb

HNO

HNO

HNO

HNO

HNO

HNOotopine

HNO

otapala

HNO

31

Razrjeđivanje otopina

Pri razrjeđivanju

otopina smanjuje se njihova

koncentracija, ali količina

otopljene tvari ili masa

otopljene tvari prije ili poslije

razrjeđivanja otopine, ostaje

nepromijenjena.

Slika 8. Shematski prikaz razrjeđenja standardne otopine, tj. priprema radnih otopina

Koncentracije otopljene tvari prije i poslije razrjeđivanja definirane su izrazima:

,1

11

V

m (8)

2

22

V

m. (9)

Kako je masa otopljene tvari ostala nepromijenjena, vrijedi

m1 = m2, (10)

odnosno 2211 VV , (11)

ili općenito volumen1 x koncentracija1 = volumen2 x koncentracija2. (12)

32

Primjer 20. Na koliki volumen treba razrijediti 200 cm3 otopine sulfatne kiseline masene

koncentracije 120 g dm-3 da bismo dobili otopinu masene koncentracije 50 g dm-3 ?

Rješenje :

.480

50

120200

3

3

33

2

112

cm

gdm

gdmcm

VV

33

KEMIJSKA FORMULA

Kemijskom formulom označava se određena vrsta tvari. Razlikuju se empirijska, prava i

strukturna kemijska formula.

Empirijska kemijska formula – omjer pojedinih elemenata u molekuli, izražen u najmanjim

brojčanim iznosima,

Prava kemijska formula – vrsta i broj atoma koji grade molekulu,

Strukturna kemijska formula – međusobna povezanost atoma u molekuli.

Primjer: benzen C H = 1 : 1 empirijska

C6H6 prava

strukturna

Slika 9. Strukturni prikaz molekule benzena

Poznavanje kemijske formule omogućava izračunavanje masenog udjela, w, svakog

pojedinog elementa u spoju.

34

Primjer 1. Izračunaj maseni udio bakra, kisika, sumpora i vode u spoju bakar(II)-sulfat-

pentahidrat čija je prava kemijska formula CuSO4 x 5H2O

249,7 90,08 64,0 32,07 63,55 O)5Mr(H 4Ar(O) Ar(S) Ar(Cu) O)5H x (CuSOM 224r

%08,363608,07,249

08,90

)(

)(5

%63,252563,07,249

0,64

)(

)(4

%84,121284,07,249

07,32

)(

)(

%45,252545,07,249

55,63

)5(

)(

2

245

2

24

spojaM

OHMw

spojaM

OAw

spojaM

SAw

OHCuSOM

CuA

m

mw

r

rOH

r

rO

r

rS

r

r

OHCuSO

CuCu

Obrnutim postupkom iz postotnog sastava nekog spoja može se izračunati njegova empirijska formula.

Primjer 2. Analiza je pokazala da se u spoju nalazi: 23,3% kalcija, 18,6% sumpora, 20,9%

vode i ostatak do 100% je kisik (37,2%). Koji je to spoj, odnosno pronađite

njegovu empirijsku formulu?

OHCaSOFORMULAKEMIJSKAPRAVA

molmolmolmol

molg

g

molg

g

molg

g

molg

g

M

m

M

m

M

m

M

mnnnn

OH

OH

O

O

S

S

Ca

Ca

OHOSCa

24

1111

2

2:4:1:1580,0

160,1:

580,0

325,2:

580,0

580,0:

580,0

582,0

160,1:325,2:580,0:582,0

0,18

9,20:

0,16

2,37:

06,32

6,18:

0,40

3,23

::::::

2

2

2

35

Primjer 3. Nađite najjednostavniju formulu spoja koja sadrži 12,1% natrija, 11,4% bora,

29,4% kisika, a ostatak je voda.

OHOBNa

molmolmolmol

molg

g

molg

g

molg

g

molg

g

M

m

M

m

M

m

M

mnnnn

OH

OH

O

O

B

B

Na

Na

OHOBNa

2742

1111

10

10742

2/55,321

526,0:/616,2:838,1:054,1:526,0

0,18

10,47:

99,15

4,29:

81,10

4,11:

99,22

10,12

::::::

2

2

2

Primjer 4. Izračunajte maseni udio svakog elemenata u kompleksnom spoju K3Fe(CN)6,

kalijev heksacijanoferat.

wK = 0,356

wFe = 0,169

wC = 0,219

wN = 0,255

Primjer 5. Ispitivane su međusobne reakcije elemenata III i IV skupine periodnog sustava

elemenata. Nađeno je da neki od tih elemenata reagiraju na ovaj način: a) 3,26 g

aluminija reagira s 3,72 g fosfora, a b) 3,51 g aluminija reagira s 9,74 g arsena.

Nađite najjednostavnije formule nastalih spojeva.

Rješenje: a) AlP;

b) AlAs.

36

Primjer 6. Uzorak od 5 g kristaliziranog kadmijeva sulfata (CdSO4 xH2O) pri zagrijavanju

izgubi masu od 1,88 g . Gubitak mase odnosi se samo na kristalnu vodu. Koja je

najjednostavnija formula tog spoja ?

Rješenje: CdSO4 7H2O

Primjer 7. Analizom sastava dvaju manganovih oksida ustanovljen je sadržaj mangana: u

prvom 75,5% , odnosno 49,6% u drugom. Napišite najjednostavnije formule tih

oksida mangana.

Rješenje: a) MnO

b) Mn2O7

Primjer 8. Magnezij, nikl i cink čine intermetalni spoj, koji sadrži 16,4% magnezija, 39,5%

nikla, a ostatak je cink. Nađite najjednostavniju formulu tog intermetalnog

spoja.

Rješenje: MgNiZn

Primjer 9. Nađite najjednostavniju formulu kristalne sode (Na2CO3 xH2O), ako se

zagrijavanjem 28,62 g kristalne sode dobije 10,6 g bezvodnog natrijeva

karbonata.

Rješenje: Na2CO3 10H2O

Primjer 10. Koja je empirijska formula ugljikovodika koji sadrži 75% ugljika i 25% vodika?

Rješenje: CH4

37

Primjer 11. Izračunajte masene udjele pojedinih elemenata u vodi (H2O) i vodikovu

peroksidu (H2O2). Izrazite sastav tih spojeva u postotnim masenim udjelima

elemenata.

Rješenje: a) w(H) = 11,1%, w(O) = 88,9%

b) w(H) = 5,9% w(O) = 94,1%.

Primjer 12. Nađite najjednostavniju formulu spoja koji sadrži 12,1% natrija, 11,4% bora,

29,4% kisika a ostatak je voda.

R: Na2B4O7 10H2O

38

KEMIJSKE REAKCIJE I KEMIJSKE JEDNADŽBE

Atomi različitih elemenata međusobno

se spajaju u točno određenim omjerima dajući

spojeve definiranog kemijskog sastava što se

izražava formulom pojedinog spoja. Jedan atom

nekog elementa u određenom spoju

ekvivalentan je s nekim određenim brojem

atoma drugog elementa u tom spoju.

Ako je određeni broj molekula neke tvari ekvivalentan s određenim brojem molekula

druge tvari, taj omjer se izražava jednadžbom kemijske reakcije. Općenito u jednadžbi

kemijske reakcije znak + među reaktantima znači „reagira s“, među produktima znači „i“ dok

strelica znači „pri čemu nastaje“.

Značenje kemijske reakcije može se objasniti na

primjeru žarenja kalcijeva karbonata na temperaturi od

900º C pri kojoj nastaju kalcijev oksid i ugljikov(IV)

oksid. Kemijska reakcija je prikazana kemijskom

jednadžbom xx. Koraci potrebni za interpretaciju

kemijske jednadžbe:

1. izjednačiti broj atoma svih elemenata na lijevoj i desnoj strani jednadžbe, tj. u odnosu

na strelicu. Npr. na lijevoj strani prisutan je jedan atom kalcija – na desnoj isto; na

lijevoj strani prisutan je jedan atom ugljika – na desnoj isto te na lijevoj strani su

prisutna tri atom kisika – na desnoj isto.

2. konstatirati kako žarenjem jedne molekule kalcijeva karbonata se dobiju jedna

molekula kalcijeva oksida i jedna molekula ugljikova(IV) oksida.

39

3. konstatirati kako se iz jednog mola kalcijeva karbonata dobije jedan mol kalcijeva

oksida i jedan mol ugljikova(IV) oksida.

4. utvrditi ukupnu masu reaktanata i ukupnu masu produkata za njihov definirani broj

molova. Za 1 mol kalcijeva karbonata potrebna je masa u iznosu od 100 grama. Za 1

mol kalcijeva oksida potrebna je masa u iznosu od 56 grama, a ugljikova(IV) oksida od

44 grama. Prozlazi kako se žarenjem 100 grama kalcijeva karbonata dobije 56 grama

kalcijeva oksida i 44 grama ugljikova(IV) oksida, tj. 100 grama produkata.

2

900

3 COCaOCaCO Co

(13)

Og

OgOgCg

CgCagCag

ggg

molmolmol

48

321612

124040

4456100

111

16)(

12)(

40)(

OA

CA

CaA

r

r

r

44)(

56)(

100)(

2

3

COM

COM

CaCOM

r

r

r

Primjer 1. Reakcijom kalcijeva-klorida s kalijevim fosfatom nastaje kalcijev fosfat i kalijev

klorid po slijedećoj jednadžbi:

mCaCl2 + nK3PO4 ↔ pCa3(PO4)2 + qKCl

Potrebno je izračunati masu kalcijeva klorida i kalijeva fosfata da bi se reakcijom dobilo 100 g

kalcijeva fosfata?

40

g

molg

molg

molg

PO

PO

100m

?m

?m

18,310M

27,212M

99,110M

243

43

2

243

43

2

)(POCa

K

CaCl

1

)(POCa

1

K

1

CaCl

gmolgmolm

molnxx

mol

n

n

gmolgmolMnm

molnxx

mol

n

n

molmolg

g

M

mn

PO

PO

7,13627,212322,02

322,02322,0

2

1

22,10799,110322,03

322,03322,0

3

1

322,018,310

100

mol6mol1mol2mol3

6KCl )(POCaPO2K 3CaCl

1

K

CaCl

K

)(POCa

1

CaCl

CaCl

CaCl

)(POCa

1)(POCa

243432

43

2

43

243

2

2

2

243

243

Primjer 2. Popuni tablicu koja se odnosi na slijedeću reakciju:

322 SOOSO

SO2 / mol O2 / g SO3 / mol SO3 / g

a. 1,50

b. 20,0

c. 5,21

Ispravno napisana jednadžba glasi: 322 22 SOOSO

a.)

ggmolmolMnm

molmol

molmolnx

x

mol

mol

mol

n

n

ggmolmolMnm

molmol

molmolnx

x

mol

mol

mol

n

n

OO

O

O

SO

SOSO

SO

SO

SO

243275,0

75,02

15,15,1

1

2

11,12007,805,1

5,12

25,15,1

2

2

1

1

22

2

2

2

33

3

3

2

41

b.)

ggmolmolMnm

molmol

molmolnx

x

mol

mol

mol

n

n

molmolmolnxmol

x

mol

mol

n

n

molgmol

g

M

mngm

SOSO

SO

SO

SO

SO

O

SO

O

OO

09,10007,8025,1

25,12

225,125,1

2

2

25,12625,0625,01

2

625,00,32

0,2024

1

1

33

3

3

2

2

2

2

2

22

c.)

ggmolmolMnm

molmol

molmolnx

x

mol

mol

mol

n

n

molmol

molmolnx

x

mol

mol

mol

n

n

ggmolmolMnmmoln

OO

O

O

SO

SO

SO

SO

SOSOSO

36,830,3261,2

61,22

121,521,5

1

2

21,52

221,521,5

2

2

16,41707,8021,521,5

1

1

22

2

2

2

2

2

3

333

Tablica s izračunatim podacima:

SO2 / mol O2 / g SO3 / mol SO3 / g

a. 1,50 24,00 1,50 120,11

b. 1,25 20,00 1,25 100,09

c. 5,21 83,36 5,21 5,21

42

Primjer 3. Popuni tablice a, b i c za pripadajuće jednadžbe na način da se izračunaju

traženi podaci s obzirom na zadane vrijednosti unesene u tablici!

Tablica a. OHOH 222

n(H2) / mol n(O2) / mol n(H2O) / mol m(H2O) / g

a. 3

b. 5

Tablica b. COsCCO )(2

m(CO2) /g n(C) /mol n(CO) /mol m(CO) /g

a. 116,0

b. 6

Tablica c. NOON 22

m(N2) /g n(O2) /mol m(O2) /mol m(NO) /g

a. 1,5

b. 4,4

43

Primjer 4. Razgradnjom živa (II) oksida, HgO, oslobađa se kisik. Koliko se grama O2 dobije

razgradnjom 24,2 g oksida?

16,216

2,24

?2

gmolM

gm

m

HgO

HgO

O

gg

ggx

x

g

g

g

m

m

mol

mol

n

n

molmolmol

OHgHgO

O

HgO

O

HgO

79,12,433

0,322,24

2,24

0,32

2,433

1

2

112

2

22

22

Primjer 5. Dobivanje natrijeva tiosulfata se može prikazati slijedećom jednadžbom:

23222232 COOSNaSOSNaCONa

a) Koliko je grama natrijeva karbonata potrebno za proizvodnju 321 g natrijeva

tiosulfata?

b) Koliko je grama natrijeva sulfida potrebno za reakciju s 25,0 g natrijeva

karbonata?

1

1

1

12,158

05,78

98,105

322

2

32

molgM

molgM

molgM

OSNa

SNa

CONa

23222232 342 COOSNaSOSNaCONa

32

32232

8,7136,474

0,32198,105

0,321

36,47498,105

31

321

?)

322

32

CONagg

ggx

gx

gg

OSNamolCONamol

gm

gma

OSNa

CONa

32

322

828,3698,105

0,251,156

0,25

98,1051,156

12

0,25

?)

32

2

CONagg

ggx

gx

gg

CONamolSNamol

gm

gmb

CONa

SNa

44

Primjer 6. Ugljikov (IV) oksid se iz zraka uklanja reakcijom s litijevim hidroksidom:

)()()(2)( 2322 lOHsCOLisLiOHgCO

U prosjeku osoba izdahom, u atmosferu, ispusti 1 kg CO2 dnevno. Koliko je

kilograma LiOH potrebno za reakciju s jednim kilogramom CO2?

?

10000,1

0,24

0,44

2

2

1

1

LiOH

CO

LiOH

CO

m

gkgm

molgM

molgM

LiOHkggg

ggmx

xg

gg

LiOHmolCOmol

LiOH 09,19,109044

481000

1000

4844

22

45

NEUTRALIZACIJA KISELINA I BAZA

Kiselina je ona tvar koja u vodenoj otopini disocijacijom daje vodikove, H+ ione, a baza

disocijacijom daje hidroksidne, OH- ione, (Arrhenius, 1859-1927). U kiselo baznoj rekciji

neutralizacije vodikov ion s hidroksilnim daje molekulu vode, a metalni ion iz baze s

nemetalnim ionom iz kiseline stara molekulu soli.

H+ + OH-↔H2O jednadžba neutralizacije (14)

Disocijacija nekih kiselina i baza:

OHCaOHCa

OHNaNaOH

ionaHmolanastajuPOHmolajomdisocijaciPOHPOH

ionaHmolanastajuSOHmolajomdisocijaciSOHSOH

ionaHmolnastajeHNOmolajomdisocijaciNOHHNO

ClHHCl

2)(

313

212

11

2

2

43

3

443

42

2

442

333

Slika10. Disocijacija kloridne kiseline

46

23

2

3

43

43

42

42

)(

)(

22332

24343

24242

21

22)(2)(

31

333

21

222

OHCaHNO

OHCa

HNO

POHNaOH

POH

NaOH

SOHNaOH

SOH

NaOH

nnn

nOHNOCaHNOOHCa

nnn

nOHPONaPOHNaOH

nnn

nOHSONaSOHNaOH

3

3

11

1

:Pr

33

233

HNONaOH

HNO

NaOH nnn

nOHHNONaNOHOHNa

OHNaNOHNONaOH

imjer

Primjer 1. Za neutralizaciju 100 g otopine sulfatne kiseline potrebno je 10,6 g natrijeva

karbonata. Izračunaj maseni udio čiste sulfatne kiseline u otopini sulfatne kiseline.

1

1

98

106

?

6,10

100

42

32

42

32

42

molgM

gmolM

w

gm

gm

SOH

CONa

SOH

CONa

SOH

%8,9100100

9,8g

9,8g106

6,1098

42

32

3242

42

32

32

42

42

3242

1

1

42323242

gw

gmol

ggmol

M

mMm

M

m

M

mnn

SONaCOHCONaSOH

SOH

CONa

CONaSOH

SOH

CONa

CONa

SOH

SOH

CONaSOH

47

Primjer 2. Koliko grama fosfatne kiseline i kalcijeva hidroksida treba uzeti da se priredi

100 g kalcijeva fosfata?

gm

m

m

molgM

molgM

molgM

POCa

OHCa

POH

POCa

OHCa

POH

100

?

?

18,310

09,74

0,98

243

2

43

243

2

43

)(

)(

1

)(

1

)(

1

gmolgmolm

nn

gmolgmolMnm

nnx

x

mol

mol

mol

n

n

molmolg

g

M

mn

OHPOCaOHCaPOH

OHCa

POCaOHCa

POHPOH

POCaPOH

POH

POCa

POCa

57,7109,74322,03

3

112,630,98322,02

2

322,0

2

1

322,018,310

100

6)()(32

1

)(

)()(

1

)(

)(

1)(

2243243

2

2432

4343

24343

43

243

243

Primjer 3. Koliko je natrijeva sulfata potrebno da se iz otopine koja sadrži 100 grama

olovo(II) nitrata svo olovo istaloži kao olovo(II) sulfat?

gm

m

molgM

molgM

NOPb

SONa

SONa

NOPb

100

?

04,142

21,331

23

42

42

23

)(

1

1

)(

gmolgmolMnm

molmolg

g

M

mn

NaNOPbSOSONaNOPb

SONa

NOPb

88,4204,1423019,0

3019,021,331

100

2)(

1

1)(

344223

42

23

Primjer 4. Izračunaj koliko mola kalijeva-hidroksida reagira sa:

a) 100 g bakrova(II) sulfata pentahidrata,

b) 100 g željezo(III) nitrata nanohidrata?

48

molmolg

g

M

mnn

n

n

OHCuSOKKOHCuSOa

CuSO

CuSO

CuSOKOH

CuSO

KOH 8,054,249

100222

1

2

)(2)

1

2424

4

4

4

4

molM

mnn

n

n

FeKNOKOHNOFeb

NOFe

NOFe

NOFeKOH

KOH

NOFe

OH

744,0333

1

33)()

33

33

33

33

3

)(

)(

)(

)(

)(333

Primjer 5. Odredite koliko se grama sulfatne kiseline neutralizira sa:

a) 100 g kalijeva hidroksida

b) 100 g aluminijeva hidroksida

gmolgmolm

molmolg

g

M

mnn

n

n

OHSOKKOHSOHa

SOH

KOH

KOHKOHSOH

KOH

SOH

2,879889,0

89,056

100

2

1

2

1

2

1

2

1

22)

1

1

24242

42

42

42

gm

nnn

n

OHSOAlOHAlSOHb

SOH

OHlASOH

OHlA

SOH

188

2

3

2

3

6)()(23)

42

342

3

42

)(

)(

2342342

49

Primjer 6. Koliko kristalnog natrijeva sulfida nanohidrata (Na2S x 9H2O) treba uzeti da se

iz otopine koja sadrži 100 grama bizmutova(III) nitrata pentahidrata sav bizmut istaloži kao

bizmutov(III) sulfid?

gm

m

molgM

molgM

OHNOBi

OHSNa

OHSNa

OHNOBi

100

?

18,240

07,485

233

22

22

233

5)(

9

1

9

1

5)(

gmolgmolMnm

molnxxn

n

molmolg

g

M

mn

NaNOSBiSNaNOBi

OHSNa

SNa

SNa

NOBi

OHNOBi

25,7418,2402061,02

3

02061,02

302061,0

3

2

2061,007,485

100

63)(2

1

9

)(

15)(

332233

22

2

2

33

233

Primjer 7. Kolika je masa kalcijeva klorida potrebnog da u reakciji sa srebrovim nitratom

nastane 12,4 g srebrovog klorida?

?

4,12

2CaCl

AgCl

m

gm

gmolg

gmolg

M

mMm

M

m

M

m

nn

n

n

NOCaAgClAgNOCaCl

AgCl

AgClCaCl

CaCl

AgCl

AgCl

CaCl

CaCl

AgClCaCl

AgCl

CaCl

molamol

8,43,1432

4,1208,111

2

2

1

2

1

2

1

)(22

1

1

2

232

31

2

2

2

2

2

2

50

Primjer 8. Kolika je masa živog vapna, CaO, koja se može proizvesti termičkom

razgradnjom jedne tone vapnenca u kojem je maseni udio čistog kalcijeva

karbonata 0,90?

Primjer 9. U vodenoj otopini nalazi se 0,0177 mola srebro nitrata. Otopina reagira s

vodenom otopinom kalijeva bromida, koja sadrži 6 grama ove soli. Izračunaj

masu srebrovog bromida koji nastaje ovom reakcijom!

Primjer 10. Spajanjem vodika i kisika nastaje voda. Izračunaj masu vode koja nastaje iz

smjese koja sadrži 25 g vodika i 25 g kisika!

kgmolg

kgmolg

M

mMm

M

m

M

m

nnmol

mol

n

n

kgkg

mwmm

mw

COCaOCaCO

CaCO

CaCOCaO

CaO

CaCO

CaCO

CaO

CaO

CaCOCaO

CaCO

CaO

vapnenacCaCOCaCO

vapnenac

CaCO

CaCO

molmol

504100

90056

1

1

900100090,0

1

1

211

3

3

3

3

3

3

3

33

3

3?

90,0

10001

3

CaO

CaCO

vapnenac

m

w

kgtm

?

0,6

0177,03

AgBr

KBr

AgNO

m

gm

moln

gmolgmolMmolm

molM

mnn

KNOAgBrKBrAgNO

AgBrAgBr

AgBr

AgBr

AgNOAgBr

32,378,1870177,00177,0

0177,0

1

33

3

?

25

25

2

2

2

OH

O

H

m

gm

gm

51

Primjer 11. Kalcijev karbonat se zagrijavanjem raspada na kalcijev oksid i ugljikov(IV)

oksid. Izračunaj masu kalcijeva karbonata potrebnu za proizvodnju 200 kg

kalcijeva oksida.

Primjer 12. Srebrov bromid je važna komponenta fotografskog filma. Može se proizvesti

reakcijom vodenih otopina srebrova nitrata i natrijeva bromida. Izračunaj masu

srebrova nitrata koji se utroši za proizvodnju 52 g srebrova bromida. Kolika je

masa natrijeva bromida potrebnog za ovu reakciju?

?

200000200

3CaCO

CaO

m

gkgm

1

1

1

89,102

91,169

78,187

?

?

52

3

3

molgM

molgM

molgM

m

m

gm

NaBr

AgNO

AgBr

NaBr

AgNO

AgBr

gmolg

gmolg

M

mMm

M

m

M

m

molg

gmolg

M

mMm

M

m

M

m

nn

NaNOAgBrNaBrAgNO

AgBr

AgBrNaBr

NaBr

AgBr

AgBr

NaBr

NaBr

AgBr

AgBrAgNO

AgNO

AgBr

AgBr

AgNO

AgNO

AgBrAgNO

5,2878,187

5289,102

g47,0578,187

5291,169

1

1

1

1

33

3

3

3

3

3

52

Primjer 13. Nađite koliko mola kalij-hidroksida reagira sa:

a) 100 g bakrova(II) sulfata pentahidrata

b) 100 g željezo(III) nitrata nanohidrata

Rješenje: a) nKOH = 0,8 mol b) nKOH = 0,744 mol

Primjer 14. Koliko se grama sulfatne kiseline neutralizira sa: a) 100g kalijeva hidroksida I

b) 100 g aluminijeva hidroksida?

R: a) mH2SO4 = 87,2g i b) m H2SO4= 188 g.

Primjer 15. Pomješane su dvije otopine, jedna je sadržavala 50 g srebro-nitrata, a druga 50g

natrij-klorida. Koliko je nastalo srebro-klorida ?

R: mAgCl = 42,16 g

Primjer 16. Ako se sfalerit zagrijava na zraku prelazi u cink-oksid prema reakciji:

2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2

Koliko se tom reakcijom može dobiti cinkova oksida i sumporova(IV) oksida iz

1000 kg sfalerita ?

R: mZnO = 834 kg i mSO2 = 657 kg

53

OKSIDACIJSKI BROJ, OKSIDACIJA I REDUKCIJA

Oksidacijski broj atoma u molekuli predstavlja broj elektrona koje taj atom

formalno razmjenjenjuje s drugim atomima u molekuli. Dobiva se tako da se

elektronski par koji sudjeluje u formiranju veze između promatranog atoma i

nekog drugog atoma u molekuli pripiše onom atomu koji je elektronegativniji.

Drugim riječima, oksidacijski broj elementa označava broj otpuštenih ili

primljenih elektrona kao rezultat stvaranja kemijskih veza. Promjena

oksidcijskog stanja elementa govori je li došlo do oksidacije ili redukcije.

Oksidacija se može definirati kao "povećanje oksidacijskog broja".

Drugim riječima, element ulazi u kemijsku reakciju u jednom oksidacijskom

stanju, a iz reakcije izlazi u višem oksidacijskom stanju što znači da se taj

element oksidirao.

Redukcija se može definirati kao "pad oksidacijskog broja".

Bilo koja vrsta čiji je oksidacijski broj smanjen tijekom reakcije se reducirao.

Sustavi u kojima su moguće reakcije oksidacije i redukcije moraju imati dva

sredstva, jedno oksidacijsko, a drugo redukcijsko. Reakcije oksidacije i

redukcije povezane su prijenosom elektrona.

Primjer: Na + Cl2 2NaCl

Natrij (Na) ulazi u kemijsku reakciju s oksidacijskim brojem (0) a izlazi

iz reakcije s oksidacijskim brojem (+1). Natrij se oksidirao iz atoma

natrija u pozitivni natrijev ion.

54

Klor (Cl2) je u reakciju također ušao s oksidacijskim brojem (0), a izašao

s oksidacijskim brojem(-1). Klor se reducirao iz kloridnih atoma u

negativne kloridne ione.

Tvar koja oksidira atome natrija je klor, pa se klor naziva oksidacijsko

sredstvo ili oksidans. Drugim riječima, oksidacijsko sredstvo sam sebe

reducira (prolazi kroz redukciju). Tvar koja reducira klor je natrij, stoga se

natrij naziva redukcijsko sredstvo ili reducens. Ili drugim riječima, redukcijsko

sredstvo sam sebe oksidira (prolazi kroz oksidaciju).

Oksidacija je UVIJEK popraćena redukcijom. Reakcije u kojima se pojavljuju

oksidacija i redukcija nazivaju se redoks reakcijama.

55

PRAVILA ZA ODREĐIVAN JE OKSIDACIJSKOG BROJA

Postoji nekoliko pravila za određivanje oksidacijskog broja elemenata. Učenje

ovih pravila će pojednostaviti zadatak određivanja oksidacijskih stanja

elementa, a time i određivanja je li je došlo do oksidacije ili redukcije.

1. Oksidacijski broj atoma u elementarnom stanju iznosi (0).

Primjer: Cl2 i Al imaju oksidacijski broj (0)

2. Oksidacijski broj jednoatomnog iona jednak je njegovu naboju iona.

Primjer: U molekuli NaCl, natrij ima oksidacijski broj (+1), a klor (-

1).

3. Suma oksidacijskih brojeva sastavnica molekule jednaka je nuli (0).

Primjer: Suma oksidacijskih brojeva u NaCl iznosi (0). Na=+1; Cl=-1,

stoga NaCl= +1+(-1)=0

4. Oksidacijski broj vodika je (+1), osim u hidridima (spojevi vodika s

elementima elektropozitivnijima od vodika) gdje iznosi (-1).

Primjer: U molekuli H2O oksidacijski broj H=+1, ali u molekulu NaH

oksidacijski broj H=-1.

5. Oksidacijski broj kisika je (-2), osim u peroksidima (spojevi structure R-

O-O-R u kojem R može biti bilo koja organska skupina odnosno u

anorganskoj kemiji to su soli koje imaju anion O22-) gdje iznosi (-1) kao i

u vezi s fluorom gdje iznosi (+2).

Primjer: U molekuli H2O oksidacijski broj O=-2, a u molekuli H2O2

oksidacijski broj O=-1.

6. Suma oksidacijskih brojeva u formuli poliatomnog iona jednaka je

naboju tog iona.

Primjer: U sulfatnom ionu, SO42-, suma oksidacijskih brojeva

sumpora i kisika iznosi –2. Svaki atom kisika ima oksidacijski broj

(-2), pa je oksidacijski broj sumpora (+6).

56

PRIMJER.1. ODREĐIVANJE OKSIDACIJSKIH BROJEVA POJEDINIH ELEMENATA

UNUTAR MOLEKULE

4

271

4

21

4

7

7

07

081

0)8(1

0)2(41)1(1

!

4

1

1

:

0

?

2

1

OnMK

manganabrojkioksidacijs

x

x

x

x

x

jednadžbupostavimo

kisikaatoma

manganaatom

kalijaatom

imamotapermanganakalijevamolekuleunutar

molekuleunutarbrojevakihoksidacijssvihsumajedaznamo

OnMK

manganabrojkiOksidacijs

brojkioksidacijsimaKisik

brojkioksidacijsnjegovjepaskupineprveelementjeKalij

KMnO

x

57

PRIMJER.2. ODREĐIVANJE OKSIDACIJSKIH BROJEVA POJEDINIH ELEMENATA

UNUTAR IONA

23

2

2

2

23

2

2

2

32

2

2

42

262

2)6(2

2)2(3)(2

!

3

2

:

?

2

OS

sumporabrojkioksidacijs

x

x

x

x

x

jednadžbupostavimo

kisikaatoma

sumporaatom

imamoionaogtiosulfatnunutar

ionanabojuionaunutarbrojevakihoksidacijssvihsumajedaznamo

OS

sumporabrojkiOksidacijs

brojkioksidacijsimaKisik

OS

x

58

ZADACI ZA VJEŽBU:

1. Koliki je oksidacijski broj kroma u:

Na2CrO4

Cr2O72-

2. Odrediti oksidacijske brojeve atoma u molekulama FeO i N2O5.

3. Odrediti oksidacijske brojeve atoma u ionima AsO43– i S4O62–.

4. Koji su oksidacijski brojevi dušika u sljedećim spojevima?

NH3 N2H4 NH2OH N2 N2O NO NO2– NO2 NO3–

5. Koji su oksidacijski brojevi klora u sljedećim spojevima?

Cl– Cl2 ClO– ClO2 ClO2– ClO3– ClO4–

6. Odrediti oksidacijske brojeve atoma u sljedećim spojevima?

a) CO H2C2O4 C2O42– C2H6 CH4 CO2 CO32–

b) PH3 P4 H3PO4 PO43–

c) H2S HS– S2– S6 SO2 SO32– SO3 S2O32– SO42–

d) H2O2 MnO2 KMnO4 MnO4– K2CrO4 CrO42– K2Cr2O7

59

7. S obzirom na zadanu neizjednačenu jednadžbu kemijske reakcije:

Cr2O3(s) + Al(s) Cr(s) + Al2O3(s)

a. identificirati oksidacijsko stanje svakog elementata

b. identificirati oksidacijsko sredstvo

c. identificirati redukcijsko sredstvo

60

URAVNOTEŽENJE REDOKS REAKCIJA

Redoks reakcije se najčešće najlakše mogu izjednačiti tako što:

a. najprije ih se podijeli na polureakcije - reakcije oksidacije i redukcije

s odgovarajućim brojem prenesenih elektrona.

Cr3+(aq) + Cl1-(aq) Cr(s) + Cl2(g)

Oksidacija: Cl1-(aq) Cl2(g) + 2e-

Redukcija: Cr3+(aq) + 3e- Cr(s)

b. zatim se svaka parcijalna reakcija izjednači prvo s obzirom na atome, a

zatim s obzirom na elektrone (ukoliko broj elektrona u jednadžbama

polureakcija nije jednak, parcijalne jednadžbe množi se

odgovarajućim cijelim brojem kako bi se dobilo najmanji zajednički

višekratnik).

Oksidacija: 2Cl1-(aq) - 2e- Cl2(g) / × 3

Redukcija: Cr3+(aq) + 3e- Cr(s) / × 2

Oksidacija: 6Cl1-(aq) - 6e- 3Cl2(g)

Redukcija: 2Cr3+(aq) + 6e- 2Cr(s)

c. napisati sumarno parcijalne reakcije oksidacije i redukcije nakon što

su se pokratili elektroni.

IZJEDNAČENA REAKCIJA:

2Cr3+(aq) + 6Cl1-(aq) 2Cr(s) + 3Cl2(g)

61

Ovo je jednostavan primjer, međutim isti osnovni postupak se provodi za većinu

redoks reakcija, uz dodatak nekoliko drugih koraka ovisno o uvjetima reakcije.

Primjer 1. Redoks u kiselom mediju

Cu(s) + HNO3(aq) Cu(NO3)2(aq) + NO2(g) (15)

a. Prvo treba podijeliti reakciju na parcijalne reakcije (bakar ide iz

oksidacijskog stanja (0) u stanje (+2) što je reakcija oksidacije, a neki

od dušikovih atoma se reduciraju iz nitratnog iona gdje je oksidacijsko

stanje dušika (+5) u dušikov(IV) oksid gdje je oksidacijko stanje

dušika (+4)).

Oksidacija: Cu(s) - 2e- Cu2+(aq)

Redukcija: NO31-(aq) + e- NO2(g)

b. Izjednačavanje obje parcijalne reakije s obzirom na atome i elektrone.

Oksidacija: Cu(s) - 2e- Cu2+(aq)

Redukcija: 2NO31-(aq) + 2 e- 2NO2(g)

U ovoj reakciji se može uočiti da u parcijalnoj reakciji redukcije atomi kisika nisu

izjednačeni (na lijevoj strani imamo 6 atoma O, dok s desne strane imamo samo 4

atoma O). Kada imamo takvu vrstu reakcije, onda moramo dodati onoliko

molekula vode na desnoj strani u skladu s potrebama za izjednačavanje ukupnog

kisika na lijevoj strani. Zatim se dodaju vodikovi ioni na lijevoj strani kako bi se

uravnotežio broj atoma vodika koji su se pojavili s molekulama vode.

Oksidacija: Cu(s) - 2e- Cu2+(aq)

Redukcija: 2NO31-(aq) + 2e- + 4H1+(aq) 2NO2(g) + 2H2O(l)

62

c. Zadnji korak - sumarno parcijalne reakcije oksidacije i redukcije

nakon što su se pokratili elektroni.

Cu(s) + 2NO31-(aq) + 4H1+(aq) Cu2+(aq) + 2NO2(g)) + 2H2O(l)

Primjer 2. Riješite redoks jednadžbu:

Primjer 3. Zagrijavanjem čvrstog kalij klorata dobije se kalij perklorat i kalij klorid.

Izjednači jednadžbu:

KClKClOKClO

ClClOClO

OHClHeClO

HClOOHeClO

OHClHeOCl

HOClHeOCl

ClKOClKOClK

KClKClOKClO

43

43

23

423

2

1

3

5

4

7

23

5

1

4

271

3

251

43

34

34

366

63363

366

3/202

KClClOHMnClHClKMnO

ClOHMnClHMnO

CleCl

OHMneHOMn

ClOHMnClKClHClKMnO

2582162

58210162

5/2

2/458

2224

22

2

4

2

01

2

22

4

7

2224

63

Primjer 4.

2020

163620.

1620128203

4020806020

961248603

20/243

3/3241620

3

4234

23

3

424

2

)2(

3

)5(

3

4

)5(

2

)0(

4

)2(

4

)5(

323

)5()(

4

HNOPOOHNOP

OHNOHeNO

HPOOHeP

OHONHeON

HOPOHeP

ONOPHOHONHPo

Primjer 5. Redoks u lužnatom mediju:

88

23232

33663

82462

3/22

2/423

2

422

2

34

2

2

4

2

3

224

2

2

4

)6(2

3

)4(

2

)4(

24

)7(

2

4

)6(

2

)4(2

3

)4(

4

)7(

OHSOMnOOHSOMnO

OHSOOHeSO

OHMnOOHeMnO

OHOSOHeOS

OHOMnOHeOMn

OSOMnOSOMn

64

ZADACI ZA VJEŽBU:

1. Uravnoteži slijedeće redoks reakcije koje se odvijaju u kiselom mediju:

HNO2(aq) + I-(aq) NO(g) + I2(g)

I-(aq) + IO3-(aq) I2(g)

HNO3(aq) + H3AsO3(aq) NO(g) + H3AsO4(aq) + H2O(l)

Al(s) + H2SO4(aq) Al2(SO4)3(aq) + H2(g)

HNO3(aq) + H2S(aq) NO(g) + S(s) + H2O(l)

SO2(g) + HNO2(aq) H2SO4(aq) + NO(g)

Cr2O72-(aq) + HNO2(aq) Cr3+(aq) + NO3-(aq)

SO32-(aq) + MnO4-(aq) + H+ → SO42-(aq) + Mn2+(aq) + H2O

KIO3 + KI + H2SO4 → K2SO4 + H2O + I2

MnSO4 + NaBiO3 + H2SO4 → NaMnO4 + Bi2(SO4)3 +H2O + Na2SO4

65

2. Uravnotežite slijedeće redoks reakcije koje se odvijaju u alkalnom mediju:

S2- (aq) + I2(g) SO42-(aq) + I-(aq)

CN-(aq) + MnO4-(aq) CNO-(aq) + MnO2(aq)

Cr(OH)3(s) + ClO3-(aq) --> CrO42-(aq) + Cl-(aq)

CrO42-(aq) + S2-(aq) + OH-(aq) → Cr(OH)3(s) + S(s) + H2O(l)

3. Uravnotežite redoks jednadžbu pomoću parcijalnih jednadžbi polureakcija za

reakciju oksidacije HCl uz KMnO4.

KMnO4(aq) + HCl(aq) → MnCl2(aq) + H2O(l) + Cl2(g)

4. Uravnotežite redoks jednadžbu za reakciju Zn s natrij-hipokloritom u lužnatom

mediju nakon koje nastaje natrij-klorid i teško topljivi cink-hidroksid.

Zn(s) + NaClO(aq) + H2O(l) → Zn(OH)2(aq) + NaCl(aq)

5. Reakcija između bizmut(III)-hidroksida i SnO22- iona odvija se u lužnatom pri

čemu nastaje elementarni Bi i SnO32-. Uravnotežite redoks jednadžbu pomoću

jednadžbi polureakcija.

Bi(OH)3(aq) + SnO22-(aq) → Bi(s) + SnO32-(aq) + H2O(l)

66

6. Dušikov dioksid raspada se u vodi na nitratnu kiselinu i dušik-monoksid.

Uravnotežite redoks jednadžbu.

NO2(g) + H2O(l) → HNO3(aq) + NO(g)

7. Uravnotežite slijedeće redoks reakcije koje se odvijaju u kiselom mediju:

HNO3(aq) + H3AsO3(aq) → NO(g) + H3AsO4(aq) + H2O(l)

NO2(g) + H2(g) → NH3(g) + H2O(l)

Cr2O72−(aq) + HNO2(aq) → Cr3+(aq) + NO3−(aq)

MnO4(aq)- + H2S(g) + H+(aq) → Mn2+(aq) + S(s) + H2O(l)

Mg(s) + HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2O(g)

8. Označite oksidacijske brojeve pojedinih elemenata:

Mn CH4 N2 S2 NaCl CO2

(SO4)2-

Nađite oksidacijski broj dušika u molekulama:

NH3 NH4Cl NH4NO2 HNO3 HNO2

NCl3

KISELINE, BAZE, OTOPINE

67

Slika 11. Usporedba kiselina i baza

KISELO-BAZNA SVOJSTVA VODE

Karakteristično svojstvo vode je njeno djelovanje poput kiseline i poput baze. Kao baza

djeluje u reakciji s kiselinom (npr. HCl ili CH3COOH), a kao kiselina djeluje s bazom, npr.

NH3.

Voda je izuzetno slab elektrolit i slabo provodi elektricitet. (Vodovodna voda i voda

dobivena iz prirodnih izvora – tla, dobro provode električnu struju iz razloga što sadrže

znatnu koncentraciju otopljenih iona.)

Disocijacija (ionizacija) vode može se napisati:

)()()(2 aqOHaqHlOH (16)

Kiselo-bazna svojstva vode po Bronstedu mogu se prikazati jednadžbom:

1221

322

bazakisbazakis

OHOHOHOH (17)

IONSKI PRODUKT VODE

68

Za proučavanje kiselo-baznih reakcija u vodenim otopinama ključnu ulogu ima

koncentracija vodikovih iona koja pokazuje kiselost, odnosno bazičnost otopine.

Izražavajući proton kao H+, a ne kao H3O+, konstanta disocijacije vode može se

napisati:

OH

OHHKc

2

(18)

Kako je mali broj molekula vode ioniziran, koncentracija vode [H2O] ostaje

nepromijenjena.

vodeproduktionskiK

OHHKOHK

w

wc 2 (19)

Ionski produkt vode je umnožak molarne koncentracije vodikovih i molarne

koncentracije hidroksilnih iona. Pri sobnoj temperaturi od 25ºC koncentracija H+ i OH-

iona je jednaka i iznosi:

14-7-7-

7-

-7

101,0101,0101,0

101,0 [OH]

101,0 ][H

wK

M

M

(20)

Dakle, čista voda ili otopina (otopljenih čestica) uvijek sadrži, pri 25 ºC:

-14101,0OHHKw . (21)

Neutralna vodena otopina sadrži jednaku koncentraciju vodikovih i hidroksilnih iona.

Kiseli otopine sadrže više vodikovih iona, odnosno [H+] > [OH-], za razliku od lužnatih

koje sadrže više hidroksilnih iona, odnosno [H+] < [OH-]. U praksi je moguće mijenjati

ili koncentraciju vodikovih ili koncentraciju hidroksilnih iona. Promjenu koncentracije

jednog iona nije moguće načiniti neovisno o promjeni koncentracije drugog iona. Ako

69

se promijeni koncentracija vodikovih iona te iznosi MH 6100,1 , mora se

promijeniti koncentracija hidroksilnih iona:

MH

KOH w 8

6

14

100,1100,1

100,1 (22)

70

PH VRIJEDNOST VODENIH OTOPINA

pH vrijednost se definira kao negativan logaritam koncentracije vodikovih iona

(izražene u mol/L).

HpH log (23)

Iz ionskog produkta vode proizlazi:

00,14

00,14loglog

100,1logloglog

100,1

14

14

pOHpH

OHH

OHH

KOHH w

(24)

Tablica 6. Veza između pH i pOH vrijednosti u vodenim otopinama

[H+] [OH-] pH pOH otopina

100 10-14 0 14 kisela

10-1 10-13 1 13 kisela

10-2 10-12 2 12 kisela

10-3 10-11 3 11 kisela

10-6 10-8 6 8 kisela

10-7 10-7 7 7 neutralna

10-8 10-6 8 6 lužnata

10-11 10-3 11 3 lužnata

10-12 10-2 12 2 lužnata

10-13 10-1 13 1 lužnata

10-14 100 14 0 lužnata

71

Primjer 1.

Koncentracija H+ iona u boci stolnog vina iznosila je M4102,3 neposredno

prije otvaranja boce. Konzumirano je pola količine. Ostatak je stajao u otvorenoj

boci približno mjesec dana kada je izmjerena koncentracija H+ iona u iznosu od

M3100,1 . Izračunaj pH vina za oba slučaja.

00,3100,1loglog

49,3102,3loglog

3

sec

4

1

HpH

HpH

danamjenakon

Komentar rezultata: pH vrijednost vina smanjila se nakon mjesec dana što znači

kako se povećala koncentracija vodikovih iona (uslijed oksidacije alkohola

etanola u octenu kiselinu pomoću molekula kisika iz zraka).

Primjer 2.

Izračunaj koncentraciju H+ iona kišnice čija je pH vrijednost 4,82.

HM

H

5105,1

log82,4

Primjer 3.

Koncentracija hidroksilnih iona u otopini natrijeve lužine iznosi M4109,2 .

Izračunaj pH vrijednost otopine.

46,1054,300,1400,14

14

54,3109,2loglog 4

pOHpH

pOHpH

OHpOH

Primjer 4.

72

Izračunaj pH vrijednost a) M3100,1 otopine kloridne kiseline i b) 0,020 M

otopine barijeva hidroksida.

00,3100,1log

100,1

//:

100,1100,10)(

100,1100,1100,1

00,000,0100,1:)(

)()()()

3

3

33

333

3

pH

MH

ijekoncentracsmanjenjeporastajupredstavljNapomena

Mreakcijenakon

Mreakcijompromjena

Mzadano

aqClaqHaqHCla

60,1240,100,1400,14

40,1040,0log

040,0

040,0020,00)(

)020,0(2020,0020,0

00,000,0020,0:)(

)(2)()()() 2

2

pOHpH

pOH

MOH

Mreakcijenakon

Mreakcijompromjena

Mzadano

aqOHaqBaaqOHBab

Primjer 5.

Izračunaj pH vrijednost 0,036 M nitritne kiseline čija konstanta disocijacije

iznosi 4105,4 mol dm-3.

)()()( 22 aqNOaqHaqHNO (25)

1. korak: Čestice koje utječu na pH vrijednost otopine su molekule HNO2 koje

disocijacijom daju H+ ione i konjugiranu bazu NO2-. Zanemariv je utjecaj

molekula vode na dobivanje H+ iona.

2. korak: postavljanje jednadžbe za određivanje koncentracije H+ i NO2- iona

izraženu u mol/dm3.

73

xxxMKonačon

xxxMreakcijompromjena

Mzadano

aqNOaqHaqHNO

036.0)(

00.000,0036.0:)(

)()()( 22

3. korak: Napisati izraz za konstantu disocijacije kiseline.

%11%100036,0

100,4:Pr

100,4

1062,1

105.4036,0036,0

:036,0036,0:Pr

105.4036.0

3

3

52

422

42

2

2

M

Mkepretpostaviispravnostovjera

Mx

x

x

x

x

slijedixjeakoetpostavka

x

x

HNO

NOHK

Kako je dobiveni rezultat veći od 5%, pretpostavka nije ispravna, te je potrebno

primijeniti kvadratnu jednadžbu:

MiliM

x

xx

33

5244

542

103.4108.3

2

)1062,1)(1(4105.4105.4

01062.1105.4

42.2108.3log

108.3

3

3

pH

MH

Stupanj ionizacije %11%100036,0

108.3 3

M

M

Matematička operacija:

Kvadratna jednadžba

02 cbxax

ako su koeficijenti a,b i c poznati tada je x dan kao:

a

acbbx

2

42

74

Primjer 6.

pH vrijednost 0.10 M otopine mravlje kiseline (HCOOH) iznosi 2,39. Izračunaj

konstantu disocijacije mravlje kiseline.

Promjene nastale reakcijom:

333

333

101.4101.4101.410.0:

101.4101.4101.4:Re

00.000.010.0:

)()()(

Jednadžba

akcijom

Zadano

aqHCOOaqHaqHCOOH

3

3

33

108,1101.410,0

101.4101.4

HCOOH

HCOOHKa

Primjer 7.

Izračunaj pH vrijednost 0,40 M otopine amonijaka!

Glavne komponente u otopini amonijaka su NH3, NH4+ i OH-, a zanemarena je

mala koncentracija OH- iona vode.

xxxMJednadžba

xxxMakcijom

MZadano

aqOHaqNHaqNH

40,0:)(

:)(Re

00,000,040,0:)(

)()()( 43

MH

H

HpH

339.2 101,410

log39.2

log

75

3

62

522

52

5

3

4

107,2

102,7

108,140,040,0

40,040,0:Pr

108,140,0

108,1

x

x

x

x

x

xetpostavka

x

x

NH

OHNHKb

Provjera procjene: %68,0%10040,0

107,2 3

M

M

43,1157,200,14

57,2107,2log

107,2

3

3

pH

pOH

MOH

Primjer 8.

Oksalna kiselina (C2H2O4) je otrovna komponenta koja se nalazi u sredstvima za

izbjeljivanje i čišćenje. Izračunaj koncentraciju svih komponenata prisutnih u

0,1 M otopini.

1. stupanj disocijacije:

Glavne komponente prisutne u otopini su molekule nedisocirane kiseline, H+

ioni i konjugirana baza, C2HO4-.

xxx

xxxMakcijom

MZadano

aqaqHaq

10,0

:)(Re

00.000.010.0:)(

)(HOC)()(OHC 42422

76

MMOHC

MHOC

MH

Mx

xx

jednadžbukvadratnuprimjenitipotrebnojepadobranije

kapretpostavkakopokazujeprovjerezultatM

kepretpostavovjera

Mx

x

x

x

x

xetpostavka

x

x

OHC

HOCHKa

046,0054,010,0

054,0

054,0

054,0

0105,6105,6

Re%81%10010,0

101,8:Pr

101,8

105,6

105,610,010,0

10,010,0:Pr

105,610,0

105,6

422

42

322

2

2

32

222

22

2

422

42

2. stupanj disocijacije:

Glavne komponente prisutne u otopini su C2HO4- ioni, H+ ioni i konjugirana

baza, C2O42-.

yyyMKonačon

yyyMakcijom

MZadano

aqaqHaq

054,0054,0:)(

:)(Re

00,0054,0054,0:)(

)(OC)()(HOC -2

42

-

42

77

MOH

MOC

MMH

MMHOC

MOHC

dobrakapretpostavjekakopokazujeprovjerezultat

M

Mkepretpostavovjera

Myy

yiyetpostavka

y

yy

HOC

OCHKa

1314

52

42

5

5

42

422

5

5

5

5

42

2

42

109,1054,0

100,1

101,6

054,0101,6054,0

054,0101,6054,0

046,0

.Re

%11,0%100054,0

101,6:Pr

101,6054,0

054,0

054,0054,0054,0054,0:Pr

101,6054,0

054,0

101,6

Primjer 9.

Izračunaj koncentraciju H2SO3, HSO3-, H+ i SO32- u 1,0 M otopini sulfitne kiseline

ako K1 iznosi 1,3 x 10-2, a K2 iznosi 6,3 x 10-8.

02

103,10,10,1

0,1)(

000,1)(..

103,6

103,1

22

32

31

332

8

2

2

33

2

1332

cbxax

x

x

x

xx

SOH

HSOHK

xxxMkonacno

xxxMpromjena

Mpoč

HSOHSOH

KSOHHSO

KHSOHSOH

a

a

a

78

ZADACI ZA VJEŽBU:

1. Izračunaj koncentraciju H+ iona u 0,62 M otopini natrijeve lužine.

2. Izračunaj pH vrijednost krvi ako koncentracija hidroksilnih iona u krvi iznosi

M7105,2 .

Izračunaj pH vrijednost otopine:

a) barijeva hidroksida koncentracije M2108,1 ,

b) barijeva hidroksida koncentracije M4108,2 ,

c) nitratne kiseline koncentracije M4102,5 .

3. Izračunaj pH vrijednost 0,122 M monoprotonske kiseline čija konstanta

disocijacije iznosi 4107,5 !

4. pH vrijednost 0,060 M slabe monoprotonske kiseline je 3,44. Izračunaj

konstantu ionizacije kiseline.

5. Izračunaj koncentraciju OH- iona u M3104,1 otopini kloridne kiseline.

6. Izračunaj koncentraciju H+ iona u 0,62 otopini natrijeve lužine.

7. Izračunaj ph vrijednost slijedećih otopina:

a) 0,0010 M HCl

b) 0,76 M KOH

c) 0,10 M NH3

79

8. Izračunaj koncentraciju vodikovih iona u otopinama slijedećih pH vrijednosti:

a) 2,42 b) 11,26 c) 6,96 i d) 15,00.

9. Izračunaj konstantu ionizacije neke 0,010 M otopine kiseline čija pH vrijednost

iznosi 6,20.

10. Izračunaj konstantu ionizacije 0,040 M otopine monoprotonske kiseline kod

koje stupanj ionizacije iznosi 14%.

11. Izračunaj stupanj ionizacije 0,20 M i 0,00020 M otopine benzojeve kiseline.

12. Koja otopina ima veću pH vrijednost: 0,20 M NaOH ili 0,20 M NH3?

13. Izračunaj konstantu ionizacije neke 0,30 M otopine lužine čija pH vrijednost

iznosi 10,66.

14. Izračunaj koncentraciju H2SO3, HSO3-, H+ i SO32- u 0,1 M otopini H2SO3.

80

15. Zaokruži da li su napisane tvrdnje točne ili netočne.

HSO3- i HCO3- čine konjugirani kiselinsko-bazni par

u reakciji: HSO3- + HCO3- → SO32- + H2CO3. T N

H2CO3 je konjugirana kiselina od CO32-. T N

HCO3- može biti kiselina ili baza. T N

Umnožak koncentracije H+ i OH- iona u vodenoj

otopini uvijek iznosi 1x10-4 moldm-3. T N

Ako pH vrijednost otopine iznosi 2, pOH iznosi 16. T N

Otopina čija je pH vrijednost 6 ima 100 puta veću

koncentraciju H+ iona u usporedbi s otopinom koja

ima pH vrijednost 8.

T N

Konjugirana baza jake kiseline je jaka baza. T N

HNO2 je jača kiselina u usporedbi s HNO3. T N

81

ENERGETSKE PROMJENE KOD KEMIJSKIH REAKCIJA

Tijekom kemijskih reakcija obično se dešavaju toplinske, svjetlosne ili

električne pojave što znači kako su kemijske promjene povezane i udružene s

promjenama energije. Najčešće se ove promjene energije odražavaju kao

oslobađanje ili apsorbiranje toplinske energije, odnosno topline, koja prati

kemijsku reakciju.

Reakcije koje su praćene oslobađanjem topline nazivaju se egzotermne

reakcije, a reakcije pri kojima se apsorbira toplina zove se endotermna

reakcija.

Količina topline koju oslobađa ili apsorbira reagirajući sistem naziva se

toplinski efekt reakcije. Toplinski efekt reakcije obično se izražava u kJ mol-1.

U ovisnosti od vrste kemijske reakcije razlikuju se toplinski efekti: nastajanja,

sagorijevanja, neutralizacije, hidrolize.

Termokemija je grana kemije koja se bavi proučavanjem toplinskih promjena

koje prate kemijske reakcije. Kemijske jednadžbe koje izražavaju neku

kemijsku reakciju i koje sadrže vrijednost toplinskog efekta date reakcije

nazivaju se termokemijske jednadžbe. Tako termokemijska jednadžba

reakcije nastajanja tekuće vode iz plinovitog vodika i plinovitog kisika glasi:

.6,571)(2)()(21

222 molkJlOHgOgH (25)

Ova termokemijska jednadžba pokazuje kako je pri stalnom tlaku egzotermna

reakcija nastajanja 2 mola (36 g) tekuće vode iz 2 mola (4 g) plinovitog vodika i

1 mola (32 g) plinovitog kisika praćena oslobađanjem 571,6 kJ mol-1. Kako u

termokemijskim jednadžbama kemijske formule i simboli označavaju također i

količinu tvari (molove) te se one mogu i skraćivati. Tako skraćena prethodna

jednadžba glasi:

82

.8,285)()(2

)(1

2

2

2 molkJlOHgO

gH (26)

Ova skraćena jednadžba označava nastajanje 1 mola (18 g) tekuće vode iz 1

mola (2 g) plinovitog vodika i 0,5 mola (16 g) plinovitog kisika uz oslobađanje

285,8 kJ mol-1.

Termokemijska jednadžba endotermne reakcije nastajanja plina dušikova(II)

oksida iz dušika i kisika je :

1

22 181)(2)()( molkJgNOgOgN (27)

ili skraćeno:

122 5,90)()(2

)(2

molkJgNOgO

gN

(28)

Ova termokemijska jednadžba pokazuje reakciju nastajanja 1 mola (30 g)

plinovitog dušikova(II) oksida iz 0,5 mola (14 g) plinovitog dušika i 0,5 mola

(16 g) kisika praćenom apsorpcijom 90,5 kJ mol-1.

Prilikom pisanja termokemijskih jednadžbi potrebno je naznačiti i agregatno

stanje kako reaktanata tako i produkata reakcije iz razloga što razlika

agragatnog stanja utječe na vrijednost toplinskog efekta reakcije. Tako reakcija

nastajanja vode iz vodika i kisika može se odvijati prema ovim termokemijskim

jednadžbama:

1

2

2

2 8,285)()(2

)( molkJlOHgO

gH (29)

i

83

.8,241)()(2

)(1

2

2

2 molkJgOHgO

gH (30)

U prvom slučaju nastaje 1 mol tekuće vode, dok u drugom 1 mol vodene pare.

Razlika u vrijednosti toplinskih efekata u iznosu od 44 kJ mol-1 predstavlja

latentnu toplinu isparavanja 1 mola tekuće vode na 100oC, odnosno toplinu

kondenzacije 1 mola vodene pare na 100oC u tekuću vodu na 100oC. Iz

navedenog primjera razumljiva je pojava razlike vrijednosti toplinskih efekata

u ovim dvjema reakcijama kao i potreba poznavanja agregatnog stanja svih

komponenata i njihovog navođenja u termokemijskim reakcijama. Svaka

promjena agregatnog stanja uvjetuje i promjenu vrijednosti toplinskog efekta

reakcije.

Termokemijska jednadžba reakcije nastajanja 18 g tekuće vode iz 2 g vodika i

16 g kisika također pokazuje kako sistem (2 g vodika i 16 g kisika) sadrži

unutrašnju energiju u vrijednosti ekvivalentnoj s 285,8 kJ mol-1 više nego

sistem (18 g tekuće vode). Ili termokemijska jednadžba reakcije nastajanja 30 g

plina dušikova (II) oksida iz 14 g dušika u 16 g kisika pokazuje kako sistem (14

g dušika + 16 g kisika) sadrži unutrašnju energiju čija je vrijednost ekvivalentna

s 90,5 kJ mol-1 manje od sistema (30 g NO). Iz ovih je primjera vidljivo:

termokemijske jednadžbe u većoj mjeri odražavaju promjene tvari pri kemijskim

reakcijama u odnosu na obične kemijske jednadžbe, jer one uz promjenu tvari

pokazuju i promjenu pretvorbe energije koja prati datu kemijsku reakciju.

U skladu s 1. zakonom termodinamike, tj. zakonu o ne uništivosti energije

(ukupna energija svakog izoliranog sistema je konstantna veličina) slijedi: ako

se pri reakciji npr. vezanja dva elementa, oslobađa (apsorbira) određena

količina topline, pri suprotnoj reakciji, reakciji raspada dobivenog produkta na

elemente apsorbira se (oslobađa) ista količina topline. Npr.:

84

.8,285)(2

)()(

8,285)()(2

)(

12

22

1

2

2

2

molkJgO

gHlOH

molkJlOHgO

gH

(31)

TOPLINA KEMIJSKE REAKCIJE

Svaka kemijska tvar, a time i svaki kemijski sistem sadrži u stanovitim uvjetima

određenu količinu energije – unutarnju energiju, U – koja je funkcija stanja tog

sistema. Unutarnja energija uključuje sve moguće oblike energije tog sistema.

Uzrokovana je različitim oblicima kretanja čestica i njihovim međusobnim

djelovanjem. Npr. unutrašnja energija molekula plina uključuje energiju

linearnog i rotacionog kretanja, energiju rotacije i oscilacije atoma i grupa

atoma unutar molekule, energiju kemijske veze, energiju kretanja elektrona i

energiju njihove veze s jezgrom atoma i energiju van der Waalsovih sila.

Ako se bilo kojem kemijskom sistemu izvana dovede toplina, Q, ona se može

utrošiti na povećanje unutrašnje energije sistema i na radnju protiv okolnih

sila. Doći će do promjene unutarnje energije, ΔU, reakcijskog sistema. Ako se

reakcija izvodi u zatvorenom prostoru, pri konstantnom volumenu, sistem ne

vrši nikakav rad, promjena unutarnje energije jednaka je toplini reakcije:

.)( konstVQU (32)

Međutim, ako se reakcija izvodi pri konstantnom tlaku (što je najčešći slučaj)

tada zbog promjene volumena (ΔV) sistem vrši rad (W) protiv tlaka okoline,

koji je jednak:

VpW (33)

85

Promjena unutarnje energije sistema jednaka je zbroju oslobođene (ili

apsorbirane) topline i izvršenog rada:

.

,

,

,

,,)(

:

12

ptlakuprivolumenapromjenaV

mijenjatismijenesekojitlakp

toplinadovedenaQ

izvršiosistejekojuradnjuzaumanjenojtoplini

dovedenojjejednakUUUsistemaenergijeunutarnjeprirastpromjenaU

jegdje

VpUQ

Unutrašnja energija je funkcija stanja, što znači da je određena stanjem sistema

i da je neovisna o putu kojim se do tog stanja došlo, polazeći od nekog početnog

stanja.

Kemijski procesi najčešće se promatraju pri uvjetima konstantnog tlaka. S toga

se jednadžba možemo pisati:

entalpijaHpVU

jegdje

HHHpVUpVUVVpUUQp

)(

:

)()()()( 1211221212

Promjena entalpije sistema jednaka jednaka je toplini reakcije pri konstantnom

tlaku.

Tako se prilikom endotermne reakcije pri konstantnom tlaku troši dio

dovedene topline (ΔH) na izvršeni rad protiv tlaka okoline (p ΔV), a preostali

dio na povećanje unutarnje energije (ΔU) sistema.

Toplina dovedena sistemu pri konstantnom tlaku troši se na prirast entalpije

sistema, koja je funkcija stanja sistema. Entalpija karakterizira ukupnu energiju

sistema u uvjetima konstantnog tlaka i temperature. Dogovorno se uzima:

standardna entalpija elemenata, Ho, jednaka je nuli, ako se oni nalaze u

standardnom stanju, tj. pri temperaturi 298,5 K (25 ˚C) i tlaku 101325 Pa

(1atm).

86

Reakcije u kojima se oslobađa toplina zovemo egzotermnima, a one pri kojima

se toplina veže (apsorbira) endotermnima.

Kako je toplina reakcije pri konstantnom tlaku razlika sadržaja topline ili

entalpija produkata i reaktanata reakcije, to je toplina reakcije pri konstantnom

tlaku promjena entalpije reakcijskog sistema, reakcijska entalpija, ΔrH. Ako je,

dakle, reakcija egzotermna (sisten oslobađa toplinu), entalpija produkata

reakcije niža je od entalpije reaktanata i promjena entalpije ΔrH ima negativan

predznak (ΔrH < 0). Obratno, ako je reakcija endotermna (sistem upija ili

apsorbira ili veže toplinu), entalpija produkata reakcije jest viša od entalpije

reaktanata i promjena entalpije ΔrH ima pozitivan predznak (ΔrH > 0).

Dakle sve prije spomenute termokemijske jednadžbe pri kojima se

oslobađa/apsorbira toplina potrebno je pisati s naglaskom na promjenu

entalpije (unutarnje energije) tijekom reakcije:

1222

1

22

2

122

8,285)(2

)()(

8,285)()(2

)(

5,90)()(2

)(2

molkJHgO

gHlOH

molkJHlOHgO

gH

molkJHgNOgO

gN

r

r

r

(34)

87

Zakon o očuvanju energije ili Hess-ov zakon:

- ukupna promjena entalpije nekog niza kemijskih reakcija jednaka je ukupnoj

promjeni entalpije bilo kojeg drugog niza kemijskih reakcija, ako u oba slučaja

polazimo od istih komponenata i dobivamo iste produkte; ili

- prilikom prijelaza nekog kemijskog sistema iz određenog početnog stanja u

određeno konačno stanje, oslobođena ili apsorbirana količina topline ne ovisi o

putu reakcije, tj. ona je ista bez obzira na to zbiva li se reakcija u jednom stupnju

ili u više stupnjeva; ili

- toplinski efekt kemijskih reakcija ovisi samo od početnog i konačnog stanja tvari

koje su sudionici u reakciji, a ne ovisi od puta njihovog prijelaza od početnog do

konačnog stanja.

Iz Hessova zakona izlazi važan zaključak kako suma oslobođenih i apsorbiranih

količina topline u pojedinačnim stupnjevima reakcije jednaka toplini reakcije

koja se izravno odvija. Ovaj zaključak može poslužiti da se posredno odredi

toplina reakcije kada se ne može izravno mjeriti. Tako se ne može izravno

odrediti toplina reakcije oksidacije ugljika u u ugljikov(II) oksid iz razloga što

oksidacija uvijek ide djelomočno i do ugljikovih(IV)oksida.

No, eksperimentalno se može odrediti toplina reakcije oksidacije ugljika u

ugljikov(IV) oksid, koja iznosi - 394 kJ mol-1:

1

22 394)()()( molkJHgCOgOsC r (35)

Isto tako može se eksperimentalno odrediti i toplina reakcije oksidacije

ugljikova(II) oksida u ugljikov(IV) oksid, koja iznosi - 283 kJ mol-1:

1

22 283)()(2

1)( molkJHgCOgOgCO r (36)

88

Kako je zbroj topline reakcije oksidacije C u CO i CO u CO2 prema Hessovu

zakonu jednak toplini reakcije izravne oksidacije C u CO2, onda je očito toplina

reakcije oksidacije C u CO jednaka razlici topline reakcije oksidacije C u CO2 i CO

u CO2, tj.:

1

2

____________________________________________________________________________

1

22

1

22

111)()()(

283)()(2

1)(

394)()()(

molkJHgCOgCOsC

molkJHgCOgOgCO

molkJHgCOgOsC

r

r

r

(37)

Dakle, zbrajanjem i oduzimanjem termokemijskih jednadžbi mogu se obavljati

razna termokemijska računanja.

89

Primjer 1. Objašnjenje Hessova zakona u reakciji nastajanja otopine kalcijeva

klorida koji se može dobiti na dva načina:

1. način:

Otopina kalcijeva klorida dobije se djelovanjem razrijeđene kloridne kiseline s

kalcijevim oksidom:

1

22 5,1922 molkJHOHaqCaClaqHClCaO r

2. način:

Prvo se dobije kalcijev hidroksid, Ca(OH)2, djelovanjem vode na kalcijev oksid:

1

22 8,62)( molkJHOHCaOHCaO r

Zatim se dobiveni kalcijev hidroksid otapa u vodi:

1

22 6,12)()( molkJHaqOHCaaqOHCa r

Na kraju se otopina kalcijeva hidroksida neutralizira razrijeđenom kloridnom

kiselinom:

1

22 2,1172)( molkJHaqCaClHClaqOHCa r

Ukupni toplinski efekt ove tri reakcije iznosi -192,6 kJ mol-1.

Kako postoji vrlo mnogo kemijskih reakcija, bilo bi potrebno u termokemiji

eksperimentalno odrediti topline reakcije za svaku kemijsku reakciju. No, ipak

to nije potrebno ako je jedan put zauvijek određena entalpija stvaranja

pojedinih tvari. Entalpija stvaranja ili toplina stvaranja neke tvari, ΔrHΘ je

entalpija reakcije u kojoj ona nastaje iz elementarnih tvari u standardnom

stanju a stehiometrijski koeficijent te tvari je 1.

90

Primjer 1.

Izračunajte reakcijsku entalpiju pri 298 K za reakciju izgaranja ugljikovog(II)

oksida u ugljikov(IV) oksida ako je poznato kako standardna toplina stvaranja

ugljikovog(IV) oksida iznosi -393,5 kJ mol-1, a ugljikovog(II) oksida -110,9 kJ

mol-1.

Primjer 2.

Izgaranje metana može prikazati jednadžbom:

Izračunajte toplinski efekt reakcije izgaranja metana ako su standardne

molarne entalpije nastajanja metana, ugljikovog(IV) oksida i vode -75,0 kJ mol-

1, -393,5 kJ mol-1 i 285,8 kJ mol-1 pri 25oC.

?);()(2

1)( 22

O

f HgCOgOgCO

1

2

1

2

1

22

6,282)9,110(5,393

)()(

9,110)()(2

1)(

5,393)()()(

molkJH

COHCOHH

molkJHgCOgOsC

molkJHgCOgOsC

O

r

ff

O

r

f

f

)(2)()(2)( 2224 lOHgCOgOgCH

91

Primjer 3.

Izračunajte toplinski efekt reakcije oksidacije dušikovog(II) oksida u

dušikov(IV) oksid ako su standardne molarne entalpije nastajanja

dušikovog(II) oksida i dušikovog(IV) oksid 90,5 kJ mol-1 odnosno 33,9 kJ mol-1

pri 25oC.

111

2

1

1

2

1

22

6,565,909,33)()(

9,33)(

5,90)(

........)()(2

1)(

kJmolmolkJmolkJNOHNOHH

molkJNOH

molkJNOH

molkJHgNOgOgNO

ffr

f

f

F

1111

2422

1

222

1

22

1

42

1,890)0,75()8,285(25,393

)(2)()(2)(

8,285)()(2

1)(

5,393)()()(

0,75)()(2)(

molkJmolkJmolkJmolkJ

OHCHHOHHCOHH

molkJHlOHgOgH

molkJHgCOgOsC

molkJHgCHgHsC

ffffr

O

f

O

f

O

f

92

Primjer 4.

Izračunajte promjenu entalpije pri reakciji:

111

2

1

1

2

1

2

7,359)5,581()9,110(2

)()(2

)tan()(

9,110)(

5,581)(

........

)(2)()(2)(

kJmolmolkJmolkJH

SnOHCOHH

atareakHprodukataHH

molkJCOH

molkJSnOH

molkJH

gCOsSnsCsSnO

r

ffr

ffr

f

f

F

93

ZADACI ZA VJEŽBU:

1. Izračunajte promjene entalpija pri reakcijama:

2. Izračunaj promjene entalpija pri reakcijama:

b

1

1

2

1

32

1

232

............

5,393)(

2,822)(

9,110)()(3)(2)()(3)

molkJH

molkJCOH

molkJOFeH

molkJCOHsCOsFesOFegCOa

r

O

f

O

f

O

f

1

1

2

1

1

22

............

1,297)(

2,348)(

0,203)()(2)(2)(3)(2)

molkJH

molkJSOH

molkJZnOH

molkJZnSHsSOsZnOgOsZnSb

r

O

f

O

f

O

f

1

1

32

1

2322

............

0,1670)(

0,521)()(3)(2)(4)(3)

molkJH

molkJOAlH

molkJMnOHsMnsOAlsAlsMnOc

r

O

f

O

f

1

1

2

1

32

1

232

............

5,393)(

2,822)(

9,110)()(3)(2)()(3)

molkJH

molkJCOH

molkJOFeH

molkJCOHsCOsFesOFegCOd

r

O

f

O

f

O

f

1

32

1

2322

1

2

1

222

2,822)(

0,860)()(3)(2)(4)(3)

1,2957)(

60,79)()()(2)()()

molkJOFeH

molkJSiOHsSisOFesFesSiOb

molkJSOH

molkJSCuHgSOsCugOsSCua

O

f

f

O

f

f

94