Boris Čeh, Darko Dolenc

SNOVI, OKOLJE, PREHRANAUčbenik za kemijo v srednjih strokovnih šolah

VSEBINA

1. Snovi1.1 Kajjesnov?1.2 Lastnostimaterialovinnjihovauporaba1.3 Raztopineinnjihovelastnosti1.4 Delovlaboratoriju(posebnaznanja)

1.5 Varnauporabasnovi

2. Zgradbasnovi2.1 Zgradbaatomainperiodnisistemelementov2.2 Zgradbatrdnesnovi2.3 Formuleinimenaenostavnihbinarnihspojin

3. Snovisespreminjajo3.1 Kemijskareakcija3.2 Energijskespremembeprikemijskihreakcijah3.3 Hitrostkemijskereakcije(posebnaznanja)

3.4 Reakcijekislininbaz(posebnaznanja)

3.5 pH–merilokislostiinbazičnostiraztopin (posebnaznanja)

4. Naftainpolimeri4.1 Naftainzemeljskiplin4.2 Polimeri4.3 Uporabainpredelavapolimerov

5. Lastnostiizbranihelementovinspojin (posebnaznanja)

5.1 Lastnostiinuporabanekaterihkovininnekovin5.2 Lastnostiinuporabapomembnihanorganskih spojin5.3 Modernetehnologije

6. Zrak6.1 Zrak.Kisikinnjegovespojine6.2 Reakcijeoksidacijeinredukcije6.3 Redukcijainoksidacija–redoksreakcija (posebnaznanja)

6.4 Galvanskičleni(posebnaznanja)

6.5 Onesnaževanjezraka

7. Vodaintla7.1 Zgradbainlastnostivode7.2 Trdotavode.Mehčanjevode(posebnaznanja)

7.3 Vodajenujnazaživljenje7.4 Mineraliinkamnine7.5 Tla

8. Organskespojine(posebnaznanja)

8.1 Vrsteorganskihspojin8.2 Poimenovanjeorganskihspojin8.3 Lastnostiorganskihspojin8.4 Pretvorbeorganskihspojin

9. Kemijavprehrani.Ogljikovihidrati9.1 Živilainhranila9.2 Ogljikovihidrati.Glukoza9.3 Monosaharidi,disaharidiinpolisaharidi9.4 Dokaznereakcijezasladkorje(posebnaznanja)

9.5 Pomenogljikovihhidratovvprehrani

10. Maščobeinpovršinskoaktivnesnovi10.1Maščobe10.2Pomenmaščobvprehrani10.3Površinskoaktivnesnovi(posebnaznanja)

11. Aminokislineinbeljakovine11.1 Zgradbainfunkcijebeljakovin11.2 Pomenbeljakovinvprehrani

12. Drugahranilaindodatkiživilom12.1Drugahranila12.2Dodatkiživilom

Stvarnokazalo

Viri

Elektronskevsebinekučbenikubododostopnenaspletnemnaslovu:http://vedez.dzs.si/kemija-gim-ss

3

1.1 Kaj je snov?

1.2 Lastnosti materialov in njihova uporaba

1.3 Raztopine in njihove lastnosti

1.4 Delo v laboratoriju

1.5 Varna uporaba snovi

1.1Kajjesnov?Ozrimoseokolisebeinopazujmookolico.Vzaprtemprostorualipačeseozremoskozioknovurbanookolje,opazimoštevilnepredmete,kijihjessvojimznanjemizdelalčlovek.Avtomobiliindrugaprevoznasredstva,stanovanjskeinindustrijskezgradbe,poti,pokaterihseobičajnopeljemoaliponjihsprehodimodošole,različnaživila,kijihvsakdanuživamo,zvezki,radirka,nalivnikvnašišolskitorbi,tabla,kreda,parket,splastikoobloženatlavučilnici,paštevilnebarve–vsenaštetosestojiizrazličnihsnovi.

Kajpavseživoinneživo,karnasobdajavnaravi?Drevesa,gozdnatla,odmrlolistje,živali,kijihsrečamo,kopohajkujemopoparkualigozdu,termikroorganizmi,kisovsepovsodokolinasinjihnevidimo,pakamnitatlavgorah,sipinevpuščavahinnenazadnjezrakinraznidrobniprašnidelci,kijihvdihavamoskupajznjim.

Vsetisto,karsrečamovneokrnjeniživiinneživinaravi,sestojiizsnovi,kiobstajajožemilijonealicelomilijardelet.Pravimojimnaravnesnovi.Vodajesnov,kijonajpogostejesrečamoinbreznjenebibiloživljenjanaZemlji.Pravtakososnovištevilnekamnine,izkaterihsosestavljenanpr.tlanaPohorjualivalpskemsvetu,pakapnikivkraškihjamah.MnogemednjimisonaZemljiževečkot3milijardelet.

Spetdrugje,npr.nalekarniškihpolicah,najdemozdravila.Nekateraodtehsovlaboratorijihpripravilikemikiinfarmacevti,drugapapridobivajosamoizživalskihorganizmovalirastlin.Zatesnovirečemo,dasopridobljenealiumetne.

Snovem,kiimajouporabnovrednostiniznjihizdelujejouporabnepredmete,pravimotudimateriali.Tisolahkonaravni(celuloza,apnenec,granit,diamant,svila)alipridobljeni(zlitine,keramika,plastika,apno,steklo).Mnogematerialeznajopripravititudivlaboratorijihintovarnah,vendarjezaširokouporabonjihovaproizvodnjapogostodražjakotpapridobivanjeiznaravnihvirov(kuhinjskasol,žveplo,natrijevnitrat).Podrugistranipasonekaterimaterialivnaravivtakomajhnihkoličinah,dapovpraševanjuponjihzadostijolezindustrijskoproizvodnjo.Diamantjetakprimer–lepribližno20%gapridobijovdiamantnihrudnikih,preostanekpaizgrafitaprizelovisokihtemperaturahintlakih.

Snovi

Slika 1 Obkrožajo nas predmeti, ki so iz različnih snovi.

Slika 2 V živi in neživi naravi je veliko različnih enostavnih in zapletenih naravnih snovi.

1

4

Snovijeogromnoinpogostosemedsebojzelorazlikujejo.Zatojesmiselno,dajihrazvrstimogledenasestavoinlastnosti.Čeimasnovenakelastnostipovsejsvojinotranjosti,pravimo,daječista.Čistesnoviimajotočnodoločenokemijskosestavoterkemijskeinfizikalnelastnosti.Očiščenakuhinjskasol(natrijevklorid),kijopridobivajoizmorjaalipajokopljejovrudnikih,senerazlikujeodsoli,pridobljeneskemijskoreakcijoiznatrijainklora.

Medčistesnovisodijonpr.mnogekovine,kijihdobropoznamo:železo,baker,krom,zlato,srebro,aluminij,svinec,živosrebroitn.,patudinekovine,kotsožveplo,ogljik,fosfor,jodindruge.Vsenaštetouvrščamovskupinosnovi,kijihimenujemoelementi.Uporabnihelementovjemanjkot100,njihovaskupnalastnostpaje,dajihnemoremorazgraditivenostavnejšesnovi.

Potemsotušečistesnovi,kisosestavljeneizdvehelementov,ševelikovečpajetakih,kivsebujejotrielementealiveč.Tosospojine.Npr.kuhinjskasoljespojinanatrijainklora.Tudiminerali,kotsogalenit,pirit,kremenalimarmor,sospojine.Oboje,elementiinspojine,imajonatančnodoločenosestavoinjimlahkorečemotudisubstance.

Kajpadobimo,čezmešamodvealivečrazličnihsnovi?Takimmešanicampravimozmesi,snovi,izkaterihjezmessestavljena,pakomponente(sestavine).Zmesjeheterogena,čevnjejžesprostimočesomopazimodelceposameznihkomponent(mešanicakoruzneinbelemoke,zmessoliinsladkorja).Zmletjemselahkovelikostdelcevvzmesitolikozmanjša,dajihsprostimočesommedsebojnemoremovečrazlikovati.Čedobrozmletozmesopazujemopoddovoljzmogljivimmikroskopom,ševednoopazimodelceposameznihkomponent.Vnaravisozmesiboljpogosteodčistihsnovi.

Česodelcivzmesidovoljmajhniindovoljenakomernoporazdeljeni,jezmeshomogena.Plinisemedsebojzlahkainhitropremešajo,zatosozmesiplinovbrezizjemehomogene(zrak,zmeskisikainsmejalnegaplinazaanestezijoprioperacijah).Zlahkanamuspepripravititudihomogenozmesdvehalivečtekočin,kisemedsebojdobromešajo,npr.alkoholinvoda.Tudipriraztapljanjunekaterihtrdnihsnovivvodi,npr.soli,sladkorja,alimodregalice,dobimohomogenezmesi,kijimpravimoraztopine(glejučnoenoto1.3).Zmletjemheterogenazmesnikolinemorepostatihomogena.

Spojina Elementi v spojinikuhinjska sol natrij, klorgalenit svinec, žveplopirit železo, žveplokremen silicij, kisikmarmor kalcij, ogljik, kisiksladkor (konzumni) ogljik, vodik, kisik

modra galicabaker, žveplo, kisik, vodik

Slika 4 Čiste snovi: a) elementi b) spojine

Slika 3 Mnogi predmeti so izdelani iz snovi, ki jih pridobivajo z industrijskimi postopki.

Preglednica 1 Spojine so iz dveh ali več elementov

a) b)

baker

magnezijžveplo

jod

brom

klornatrij

cinkgrafit

kalijev dikromat

modra galica

sladkor

kremen in pirit

kalcit

kromov galun

5

Čeprivisokihtemperaturahmešamoraztaljenekovineinzmesohladimo,dobimokovinskezlitine,kisohomogenezmesi.Nerjavnajeklasozlitine,kivsebujejonajmanj50%železa,potempašekrom,nikeljinlahkošedrugekovine.

Slika 5 a) Tudi skrbno zmleta zmes dveh različnih snovi je še vedno heterogena. b) Šele ko zmes raztopimo v vodi, dobimo homogeno zmes – raztopino

obeh snovi v vodi.

Razmisli in odgovori

1. Zmes soli in sladkorja raztopimo v vodi. a) Kakšni snovi sta sol in sladkor? b) Kakšna je njuna zmes? c) Kakšna je zmes, ki jo dobimo po raztapljanju zmesi soli in sladkorja v vodi?

2. Za vsako od navedenih snovi ugotovi, ali je zmes ali čista snov. Če je zmes, jo opredeli kot homogeno ali heterogeno. Če je čista snov, jo opredeli kot element ali spojino.

sladkor raztopina alkohola v vodiželezovi opilki, pomešani z žveplom grafitgranit medeninakis prah v zraku

3. V preglednici so navedene snovi, ki jih dobro poznamo. Preglednico prepiši v zvezek in dopolni po zapisanem zgledu.

Snov Ali jo najdemo v naravi/Kje? Ali jo lahko pridobimo v laboratoriju/Kako?kuhinjska sol da / v morski vodi in rudnih nahajališčih da / z reakcijo med natrijem in klorombronživo srebrodiamantželezo

Slika 6 Posoda in pribor iz nerjavnega jekla

Kakšna bo zmes (heterogena ali homogena) takoj zatem, ko v skodelico vode vsujemo žlico sladkorja? In kakšna bo, ko se sladkor povsem raztopi?

6

1.2Lastnostimaterialovinnjihovauporaba

Slika 7 a) kristali trdne snovi, b) tekoča snov; nad tekočo snovjo so vedno tudi pare, c) plinasta snov

Snoviinmaterialerazvrščamovposamezneskupinenaosnovinjihovihlastnosti,kotso:

•tališčeinvrelišče,•mehanskelastnosti,•električnaprevodnost,•toplotnaprevodnost,•obstojnost.

TališčeinvreliščeŽuborenjepotokaalipišvetranasspomni,dasosnovilahkoovrazličnihagregatnihstanjih:vtrdnem,tekočemaliplinastem.Vsetroje,tekočavoda,ledinvodnapara,jeistasnov;kemijskoimezanjojevoda.

Procesu,prikateremprehajasnoviztrdnegavtekočestanje,pravimotaljenje.Kotekočinaprehajavplin,pravimotemuizparevanje.Obratnaprocesastastrjevanjeinutekočinjanje(kondenzacija).

Včasihsezgodi,dasnovpreidedirektnoiztrdnevplinastostanje.Takemuprehodupravimosublimacija.Elementjodjesivovijoličnebarve;čekristalejodaprevidnosegrevamo,opazimovijoličnepare.Tudiledlahkosublimira,letemperaturamorabitidovoljnizka–pod0°C.

Skorajvsesnovisolahkovtrdnemagregatnemstanju,leohladitijihjetrebanadovoljnizketemperature.Vodapostanetrdna(zamrzne)pri0°C,živosrebropri–38°C.Plinkisik,kijenujenzaohranjanježivljenjamnogihživihbitij,senajprejutekočiniglobokopodničlo,šelepri–183°C,strdipapri–219°C.Žlahtniplinhelijpreideiztekočegastanjavtrdnošelepri–269°C.Mnogesnovipaimajozelovisokatališčainvrelišča.Grafitsestališelepri3530°C,volframpazavrecelopri5550°C.

Slika 10 Agregatna stanja snovi in prehodi med njimi

Slika 8 Sublimacija joda. Na mrzlih delih posode se jodove pare znova izločijo v obliki kristalov.

V katerem agregatnem stanju je: a) živo srebro pri 0 °C; b) kisik pri –50 °C?

7

DodatnaznanjaPoskušajmorazložiti,kakosolastnostisnoviodvisneodvrstedelcev,izkaterihjesnovsestavljena,terodvrsteinjakostivezi,skaterimisodelcimedsebojpovezani.Delci,izkaterihsosnovi,solahkoatomi,molekuleinioni,patudielektroni.Oglejmosi,kajsedogajazdelcisnovipriprehodutrdnesnovivtekočoinplinasto.

a)Delcivtrdnisnovisoblizuskupajinnatočnodoločenih(ravnovesnih)položajih.Medsebojsopovezanizvezmi.Prisegrevanjusnovsprejematoplotnoenergijo.Delcivsnovienergijosprejmejoinseznaraščajočotemperaturovsehitrejeinhitrejegibljejo(nihajo)okolisvojihpoložajev.Pritemperaturitališčaimajodelcižetolikoenergije,dajihvezimednjiminemorejovečobdržalinaizhodiščnihpoložajih.Delcisoševednotesnoskupaj,todazačnejoseneurejenogibatinavsestrani.Agregatnostanjesespremeni–snovsezačnetalitiinprehajaiztrdnegavtekočestanje.

b)Delcivtekočisnovizadevajoobstenoposodeinobdrugedelceinvesčasspreminjajosmerigibanja,gibljejose»semtertja«.Razdaljemeddelcisoskorajenakekotvtrdnisnovi,pravtakososkorajenakomočnetudivezimednjimi.Četekočinošenaprejsegrevamo,dovajamodelcemvsevečenergije,zatosegibljejovsehitreje.Kotemperaturadoseževrelišče,jegibanjedelcevtakointenzivno,dajihvezinemorejovečzadržativtekočini–delcizačnejomnožičnouhajatiiztekočine.Snovzavre.

c)Vplinastemstanjusodelcimedsebojprecejboljoddaljenikotvtekočinahintrdnihsnoveh.Zaradipovečaneoddaljenostisovezimednjimizelošibke.Hitrostdelcevvplinujevišjaodhitrostivtekočinah.Gibljejoseprostoinneoviranopovsejposodi.Vplinuatomiinmolekulepogostotrkajomedsebojinsstenoposode.

Slika 10 Če so vezi med delci močnejše, se snov tali in zavre pri višjih temperaturah.

8

MehanskelastnostiMehanskelastnostinampovedo,kakosematerialalipredmetizmaterialaobnašapridoločenihobremenitvah.Medobremenitvijolahkopredmetspremenisvojoobliko,njegovakemijskasestavapaostanenespremenjena.Izizkušenjvemo,dasonekateresnovizelotrde,drugespetzelomehke.Trdesnovi,kotsostekloinjeklo,lahkorazimole,čeuporabimoosterintrdpredmetinznjimsprecejšnjosilopritiskamonapodlago.Mehkesnovi,npr.glinoingumo,pazlahkapreoblikujemožepristiskusprsti,manjmehke,kotsokovinenatrij,kalijinnekovinafosfor,palahkorežemoznožem.

Krhkimaterialipridovoljvelikihobremenitvah(udarcih)razpadejovvečkosov(steklo,keramika).Predmetiiztogihinhkratitrpežnihmaterialovpodhudimiobremenitvamisvojeoblikespremenijoskorajneopaznoalipasplohne.Čepajihobremenimozdovoljvelikosilo,selahkoprelomijoalizdrobijo(keramika,steklo).Elastičnisotistimateriali,kipodobremenitvamispremenijosvojoobliko.Koobremenitevpreneha,zavzamejosvojoprvotnoobliko(guma,silikon).

Kovineinkovinskezlitineseposvojihmehanskihlastnostihzelorazlikujejooddrugihmaterialov.Sožilave,kersedobroupirajorazličnimobremenitvam,npr.upogibanjualinatezanju.Zaradivelikihinnenadnihobremenitev,kisoposledicamočnihudarcev,senerazletijo,temvečspremenijosvojoobliko.Zatojihlahkopoljubnokujemoinpreoblikujemo.

ElektričnaprevodnostElektričnitokjetoknabitihdelcev.Snovprevajaelektričnitokle,česovnjejnabitidelci,elektronialiioni,kiselahkoprostogibljejo.Vkovinahsoprostogibljivielektroni,kisezlahkagibljejo,zatosokovinenajboljšielektričniprevodniki.Nekovinskielementi,kotsožveplo,jodinfosfor,patudimnogedrugesnovi,recimoporcelan,steklo,sladkor,nimajoprostihelektronov,zatoelektričnegatokanemorejoprevajati.Pravimojimneprevodnikialiizolatorji.Talineinraztopineionskihsnovi,npr.natrijevegaklorida,soprevodne,kerimajoprostogibljiveione.Raztopinasladkorjaneprevajaelektričnegatoka,kervraztopininiionov,temvečsosamomolekule–tepanimajonaboja.

Najboljšakovinskaprevodnikastasrebroinbaker.Zlatojetudizelodoberprevodnik;kernazrakunekorodira,seuporabljazaizdelavoalipozlatitevzeloobčutljivihelektričnihkontaktov.Zelopomembnisotudipolprevodniki.Zaizdelavočipovintranzistorjevsenajvečuporabljazeločistsilicij.Tudiplinastasnovlahkoprevajaelektričnitok,čeleimajodelcivnjejnaboj.Prevodnemuplinupravimoplazma.

b) V izolatorju se elektroni zadržujejo na določenih mestih. Tudi ko je izolator pod električno napetostjo, se elektroni »mirujejo«.Slika 13 Kovinski prevodnik in izolator

Razvrsti snovi na trde in mehke: plastelin, porcelan, kremen, vosek, želatina.

Slika 11 Steklo je krhko.

Slika 12 Polieten je elastičen.

a) Elektroni v kovini se prosto gibljejo v vse smeri. Kadar je kovinski predmet pod električno napetostjo, se elektroni gibljejo v določeni smeri.

9

ToplotnaprevodnostVsismobiližekdajneprevidniinsmoseopekliskakšnimvročimpredmetom.Pozabilismo,dasetoplotavsnoviširistoplejšeganahladnejšemesto.Prenašaseprekdelcev,izkaterihjepredmetsestavljen.Delci(atomialimolekule)imajonatoplejšemkoncusegretegapredmetavečenergijekotdelcinahladnemdelu.Pritrkihoddajo»topli«delcidelsvojetoplote»hladnim«.Zaraditegasetoplotaširiodtoplihprotihladnimdelompredmeta.Kojetoplotaenakomernoporazdeljenamedvsedelce,imapredmetvsepovsodenakotemperaturo.Podobnokotpritrdnihsnoveh,sevplinihintekočinahtoplotapravtakoprenašazmedsebojnimitrkimedatomiinmolekulami.

Kovinesodalečnajboljšitoplotniprevodniki.Osupljivopajedejstvo,dadiamantprevajatoplotonekajkrathitrejeodnajboljšegatoplotnegaprevodnika,srebra.Čejenebitakozelodobroprevajal,bidelcidiamanta,naneseninarezalnainbrusilnaorodja,zaraditrenjapribrušenjualirezanjutakojzgoreli.

ObstojnostPredmeti,kisonarejeniizrazličnihmaterialov,soizpostavljeniraznimmehanskiminkemijskimvplivom.Življenjskadobamaterialajeodvisnaodtrajanjavplivovinnjihoveintenzivnosti.Predmetiizdoločenegamaterialasemehanskoobrabljajohitreje,česoizpostavljenipovišanimtemperaturamalimočnejšemutrenju.

Pomembnapajetudikemijskaodpornost.Čenezaščitenekovinenapovršinireagirajozvlagoinkisikomizzrakaalipaskislinami,raztopljenimivdeževnicialikislihvodah,začnejorazpadati.Procesu,zaradikateregazačnekovinarazpadati,pravimokorozija.

Dalečnajboljrazširjenakorozijajerjavenježeleznihinjeklenihpredmetov.Specialnajeklasokorozijskovelikoboljobstojnaodnavadnegajeklaaliželeza.Aluminijuvrščamomednajboljreaktivneelemente.Kakojemogoče,daaluminijastaposodaindrugiizdelkiizaluminijanazrakunerazpadajo?Aluminijnapovršinireagirazzračnimkisikom.Nastanezeloodporenaluminijevoksid(korund),kijeodporenprotivlagi,kisikuinprotištevilnimkemikalijam.

Slika 14 Toplota se vedno širi v smeri od toplejših proti hladnejšim delom predmeta.

Slika 15Po dolgotrajni uporabi zavornih ploščic so zavorne obloge popolno obrabljene.

Slika 16 Po mehanski poškodbi zaščite na površini kovinskega materiala začne ta propadati (rjaveti).

10

GostotaVsak,šetakomajhenkoščeksnoviimanekodoločenomasoinzavzameprostor.Gostotasnovinampove,kolikšnajemasaprostorninskeenotesnovi.Podajamojovgramihnakubičnicentimeter(g/cm3)alikilogramihnakubičnidecimeter(kg/dm3).Kersegostotasnovistemperaturointlakomspreminja,joponavadimerijopritemperaturi20°Cinzunanjemtlaku100kPa.Gostotetrdnihsnovisegajood1do20g/cm3,gostotetekočinod0,5do2g/mL,gostoteplinovpasotudidotisočkratmanjše,od0,0001do0,01g/mL.

Predmetialisnovizmanjšogostotovednoplavajonatekočinahzvečjogostoto,čeimajovečjogostoto,papotonejonadno.

Slika 17 Bakren in zlat prstan vržemo v živo srebro. Kateri plava in kateri potone?

Razmisli in odgovori

1. Zaradi katerih delcev kovina prevaja električni tok? 2. Raztopina kuhinjske soli prevaja električni tok. Prav tako jo prevaja talina. Trdna kuhinjska sol pa ne prevaja

električnega toka. Zakaj?3. V čem bistvenem se razlikujejo baker, guma in steklo?4. Katere vrste snovi imajo največjo gostoto? Zakaj?5. Kakšne so gostote plinov, če jih primerjamo z gostotami trdnih snovi in tekočin? Zakaj?

1g/cm3=1g/mL

Gostotetekočininplinovobičajnonavajamovg/mL.

V preglednici 1 poišči snov, katere gostota odstopa od gostot podobnih snovi. Snov Gostota (g/cm3)trdnazlato 19,3baker 8,92železo 7,87aluminij 2,70natrij 0,97jod 4,93žveplo 2,07diamant 3,51tekoča (g/mL)živo srebro 13,6brom 3,12voda 0,998metanol 0,792etanol 0,789glicerol 1,261žveplova kislina 1,84plinasta (g/mL)vodik 0,000083helij 0,000164kisik 0,00131dušik 0,00115klor 0,00291ksenon 0,00539

V letalski industriji se za gradnjo letalskih ogrodij uporabljajo zlitine aluminija, saj ima aluminij majhno gostoto, 2,7 g/cm3. Pri velikih nadzvočnih hitrostih pa se trup letala segreje nad 200 °C. Nad to temperaturo se trdnost in žilavost aluminijevih zlitin preveč zmanjšata. Zato se za nadzvočna letala uporabljajo titan oziroma titanove zlitine. Čeprav ima titan večjo gostoto, 4,5 g/cm3, so njegove lastnosti v primerjavi z aluminijem neprimerno boljše.

Preglednica 1 Gostota nekaterih snovi pri 20 °C in tlaku 100 kPa