Download pdf - Osnovni hemijski zakoni

OSNOVNI HEMIJSKI ZAKONI STRUKTURA ISTIH SUPSTANCIProf. dr elena Kiurski Predmetni asistent mr Maja Turk Sekuli 16. 10. 2007.

ZAKON O ODRANJU MASE Lavoazijeov zakon (1774. god.)Zbir masa supstanci koje stupaju u hemijsku reakciju jednak je zbiru masa supstanci koje nastaju kao proizvod te reakcije.

Antoine Laurent Lavoisier (1743-94)Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 2

AJNTAJNOVA JED. E = mc2U prirodi - prisutna je konstantna transformacija materije u energiju. Svaku hemijsku promenu prati odgovarajua fizika promena transformacija energije. Tokom hemijskih reakcija postoji - E. m izazvanu E analitika vaga ne moe da registruje!

Tehnika hemija_IZS_Mainstvo

3

U ZATVORENOM SISTEMU

Materija i energija se meusobno mogu pretvarati jedna u drugu, ali zbir mase sistema i mase energije sistema ostaje konstantan.


4

ZAKON STALNIH MASENIH ODNOSA Prustov zakon (1799. god.)Jedno odreeno hemijsko jedinjenje uvek sadri iste elemente u konstantnom masenom odnosu. ili Elementi se jedine uvek u istom odreenom masenom odnosu kada grade isto jedinjenje.Joseph-Louis Proust (1754-1826)Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 5

Sastav hemijskog jedinjenja ne zavisi od naina nastanka. Razliitim postupcima i od razliitih polaznih supstanci moe se dobiti isto jedinjenje.


6

Ugljen-dioksid nastao:

CO2

Truljenjem Vrenjem Disanjem Sagorevanjem razliitih organskih materija Peenjem krenjaka itd. Uvek ima isti sasav: 27.3 mas.% ugljenika i 72.7 mas.% kiseonika.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 7

RETKE SUPSTANCESastav promenjiv - zavisi od uslova dobijanja. Neki vrsti rastvori, oksidi i legure Otvoreno pitanje i danas: smee ili jedinjenja?Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 8

U spomen na naunike koji su ih prouavali

bertolidi supstance promenjivog sastava (Berthollet).Claude Berthollet

daltonidi stehijometrijskajedinjenja - jedinjenja konstantnog sastava (Dalton).John DaltonTehnika hemija_IZS_Mainstvo 9

ZAKON UMNOENIH MASENIH ODNOSA Daltonov zakon (1802. god.)Ako meusobnim sjedinjavanjem dva ista elementa, pod razliitim uslovima, nastaje vei broj razliitih jedinjenja, mase jednog elementa, koji se jedini sa odreenom stalnom masom drugog elementa, proporcionalne su, a ta proporcionalnost moe se prikazati odnosom malih celih brojeva.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 10

Neki od Daltonovih simbola elemenata sa izraunatim atomskim masama


11

Kvantitativni sastav azotovih oksidaSa 100g azota jedini se kod:Azot(I)-oksida, N2O - 57g kiseonika (1 x 57) Azot(II)-oksida, NO - 114g kiseonika (2 x 57) Azot(III)-oksida, N2O3- 171g kiseonika (3 x 57) Azot(IV)-oksida, NO2- 228g kiseonika (4 x 57) Azot(V)-oksida, N2O5- 285g kiseonika (5 x 57)Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 12

Prva pretpostavka o postojanju elementarnih estica - atoma koji grade jedinjenja

m1:m2:m3:m4:m5= 0.57:1.14:1.71:2.28:2.85m1:m2:m3:m4:m5= (1 x 57):(2 x 57):(3 x 57):(4 x 57):(5 x 57)

m1:m2:m3:m4:m5 = 1:2:3:4:5Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 13

DALTONOVA ATOMSKA TEORIJAU XVIII veku engleski naunik Don Dalton (John Dalton) na osnovu otkrivenih hemijskih zakona i svojih eksperimenata postavlja modernu atomsku teoriju o strukturi materije.


14

Daltonova atomska teorija zasniva se na sledeim pretpostavkama:Svaka supstanca se sastoji od atoma. Atomi su veoma sitne estice koje se ne mogu dalje deliti tokom hemijske reakcije. Meusobno su vezani privlanim silama.


15

Postoje prosti atomi atomi elemenata i sloeni atomi atomi jedinjenja, koji se pri hemijskim reakcijama raspadaju na atome prostih supstanci elemenata. Atomi jednog istog elementa su meusobno jednaki po masi, obliku i veliini i razlikuju se od atoma drugog elementa.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 16

Hemijska jedinjenja nastaju spajanjem atoma razliitih elemenata pri emu nastaju sloeni atomi. Masa sloenog atoma jednaka je zbiru masa atoma elemenata od kojih je sastavljen.


17

ZAKON STALNIH ZAPREMINSKIH ODNOSA Gej-Lisakov zakon (1805. god.)

Zapremine gasovitih supstanci koje meusobno reaguju, ili nastaju u hemijskoj reakciji, merene pod istim fizikim uslovima, stoje u odnosu prostih celih brojeva.


18

Na povienoj temperaturi, npr. uvek reaguju:

2 dm3 vodonika + 1 dm3 kiseonika = 2 dm3 vodene pare Odnos zapremina pri ovom hemijskom reagovanju je uvek: 2:1:2Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 19

AVOGADROV ZAKON(1811. god.)

Iste zapremine razliitih gasova pri istoj temperaturi i pritisku sadre isti broj molekula.

Amedeo AvogadroTehnika hemija_IZS_Mainstvo 20

STRUKTURA ISTIH SUPSTANCIU prirodi se supstance javljaju u tri osnovna agregatna stanja: vrstom, tenom i gasovitom. Svako od ovih stanja karakterie specifian raspored atoma, odnosno molekula, to uslovljava njihove osobine.


21

OSOBINE GASOVAU prirodi se nalaze u obliku dvoatomnih molekula, izuzev plemenitih gasova. Meumolekulske privlane sile neznatne molekuli se slobodno kreu na velikom rastojanju jedan od drugog. Usled toga - nemaju stalan oblik niti zapremnu.


22

OSOBINE GASOVAVeoma su stiljivi velik meumolekulski prostor. Stvarna zapremina gasnih molekula od 1/6000 do 1/2000 deo zapremine gasa pod normalnim uslovima. Imaju zrnastu strukturu omoguuje difuziju estica jednog gasa kroz drugi smee homogene.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 23

Molekuli su u stalnom Braunovom, haotinom, pravolinijskom kretanju brzina = f(T). Meusobno se sudaraju i udaraju o zidove suda. Rezultat udara molekula o zidove suda pritisak gasa. Sa porastom T, poveava se brzina molekula.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 24

OSOBINE GASOVAKoncentracija gasova u svakom delu zapremine je ista, a samim tim i pritisak na zidove suda - usled intenzivne brzine kretanja velikog broja molekula.


25

OSOBINE TENOSTIMolekuli na manjem meusobnom rastojanju nego kod gasova. Meumolekulske privlane sile jae Ek molekula manja.


26

OSOBINE TENOSTITenosti imaju odreenu zapreminu ali nemaju odreen oblik delimino ureeno stanje. Prelazno stanje izmeu vrstog i gasovitog. Sa opadanjem T unutranja struktura se sve vie sreuje, sa poveanjem T obrnuto.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 27

POVRINSKI NAPON TENOSTINa molekul u unutranjosti tenosti deluju sa svih strana privlane meumolekulske sile drugih molekula. Na molekul na povrini tenosti deluju samo privlane sile ka unutranjosti. Efekat rezultantnih sila privlaenja prema unutranjosti povrinski napon tenosti.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 28

Povrinski napon ive u tenom agregatnom stanju


29

POVRINSKI NAPON TENOSTI OPADA SA PORASTOM T Cela povrina tenosti nalazi se pod izvesnim naponom. Povrinski napon opada sa porastom temperature.


30

Brzina kretanja pojedinanih molekula tenosti je razliita. Molekuli koji imaju brzinu veu od srednje, samim tim i Ek mogu da savladaju okolne privlane sile drugih molekula prolaze kroz povrinski sloj i isparavaju.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 31

Pri prelasku molekula iz tene u gasovitu fazu, smanjuje se Ek tenosti, tenost se hladi ili zadrava temperaturu konstantnom, uzimajui odgovarajuu koliinu toplote iz spoljanje sredine.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 32

KONDENZACIJAProstor iznad povrine tenosti sadri molekule pare tenosti koji su u stalnom kretanju. U dodiru sa povrinom tenosti, usled privlanih meumolekulskih sila, mogu se vratiti u tenost. Pri tom procesu poveavaju Ek tenosti. Kondenzovanjem gasova oslobaa se toplota.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 33

ZASIENA PARA

Na ovaj nain stalna razmena molekula izmeu dve faze Pri T=const., kada je br. molekula koji ispare, u jedinici vremena, jednak br. molekula koji se kondenzuju dinamika ravnotea para je zasiena.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 34

Napon parePritisak zasiene pare na povrinu tenosti naziva se napon pare. Napon pare = f(T) Direkno su proporcionalni.


35

Dovoenjem toplotne E u sistem poveava se T sistema molekuli bri proces isparavanja se poveava. Poveava se br. molekula dovoljno brzih da napuste tenost. Vremenom, sa poveanjem T, povrina tenosti postaje nedovoljna da propusti sve molekule koji tee da napuste tenu fazu.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 36

KLJUANJEPosledica unutar tenosti formiraju se mehurovi pare iji je pritisak jednak atmosferskom. Kada postane napon pare = pritisku koji spolja deluje na povrinu mehurii pare, kao laki penju se ka povrini i naputaju tenu fazu sistema.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 37

Temperatura kljuanjaDaljim zagrevanjem sistema, tenost isparava dok sva ne pree u parnu fazu. Pri tome se ne menja napon pare niti temperatura tenost kljua. Data temperatura temperatura kljuanja tenosti Tk.


38

TkTk je ona T pri kojoj se napon pare tenosti izjednai sa vrednou ukupnog pritiska gasova koji su u dodiru sa povrinom tenosti. Tk= f(p) direktno su proporcionalni.


39

LATENTNA TOPLOTA ISPARAVANJA TENOSTIToplota isparavanja tenosti koliina toplote potrebna da bi 1g tenosti preao iz tene u parnu fazu, na temperaturi kljuanja tenosti. Razliite supstance razliite jaine meumolekulskih sila razliite toplote isparavanja.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 40

Teno i gasovito stanje molekula azota, N2


41

STRUKTURA I OSOBINE VRSTIH SUPSTANCIUreenje vieg stepena. Kinetika energija estica (molekula, atoma ili jona) veoma mala. Privlane sile izmeu estica znatno jake. estice se ne kreu pravilno vibriraju oko odreenog sreditaTehnika hemija_IZS_Mainstvo 42

Vea gustina po pravilu nego u tenom stanju. Voda & led izuzetak! Imaju napon pare ali je manji u odnosu na tenosti.


43

SUBLIMACIJAAnalogna procesu isparavanja kod tenosti. Poveava se sa poveanjem temperature. Postoji dinamika ravnotea izmeu vrste supstance i njene pare.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 44

U PRIRODI vrste supstance se javljaju kao Kristalne Amorfne


45

AMORFNO STANJENemaju odreen kristalni oblik. Nemaju otru taku topljenja Pri zagrevanju prvo omekaju, zatim postaju tene. Nemogue ustanoviti taan prelaz iz jednog u drugo agregatno stanje.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 46

Staklo, smola,...Mogu se smatrati kao pothlaene tenosti ije estice imaju vrlo smanjeno kretanje- npr. staklo, smola,... Brzim hlaenjem rastopa neke kristalne supstance dobija se - amorfno stanje te supstance.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 47

Na primer...Brzim hlaenjem razliitih metala ili legura dobijaju se metalni amorfni materijali ili metalna stakla koji imaju znaajnu ulogu u savremenoj tehnici i tehnologiji.


48

ematski prikaz uproenim dvodimenzionim modelom SiO2

KristalniTehnika hemija_IZS_Mainstvo

Amorfni49

KRISTALNO STANJERaspored estica se utvruje pomou X-zraka Mogu se sastojati od molekula, atoma ili jona pravilno rasporeenih u prostoru


50

KRISTALOGRAFIJAZa opisivanje oblika kristala sistem sa tri kristalografske ose. Razlika od obinih koordinatnih osa odreene su duine a, b i c, izmeu kojih mogu da budu pravi ili otri uglovi.Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 51

KRISTALNI SISTEMI1. Kubni sistem dijamant, natrijum-hlorid


52

KRISTALNI SISTEMI2.Tetragonalni sistem SnO2 3.Heksagonalni sistem H2O, SiO2 4.Rombini sistem PbSO4, KNO3 5.Trigonalni ili romboedarski sistem CaCO3

6. Monoklinini sistem AgNO3, Na2SO4 x 10 H2O 7. Triklinini sistem - CuSO4 x 5 H2O


53

TIPOVI KRISTALNIH SISTEMA


54

TIPOVI KRISTALNIH SISTEMA


55

IZOMORFNE SUPSTANCESve supstance koje kristaliu po istom kristalnom sistemu

K2SO4 i K2SeO4ili NaF i NaCl


56

ALOTROPIJA I POLIMORFIZAMAlotropija - pojava da se neka supstanca (elemenat ili jedinjenje) javlja u vie razliitih molekulskih oblika ili vie kristalnih oblika Neke supstance - imaju sposobnost da kristaliu u dva ili vie kristalnih oblika polimorfizam vrsta alotropije


57

Alotropske modifikacije ugljenika


58

PERIODINOST OSOBINA ELEMENATA U PERIODNOM SISTEMUProf. dr elena Kiurski Predmetni asistent mr Maja Turk Sekuli 20. 10. 2007.

Popunjavanje energetskih orbitalaili

ili

ili

ili

ili

iliTehnika hemija_IZS_Mainstvo 60

PSE


61

Veliki broj osobina elemenatamenja se periodino sa atomskim brojem:Energija jonizacije Elektronski afinitet Veliina atoma ElektronegativnostTehnika hemija_IZS_Mainstvo 62

ENERGIJA JONIZACIJE - EjKoliina energije koju je potrebno utroiti da se nekom atomu (M) u gasovitom stanju iz spoljanjeg energetskog nivoa udalji elektron M(g) + Ej M+(g) + e-


63

Ej1, Ej2Jonizacija se obino vri dok se ne postigne stabilna elektronska konfiguracija najblieg plemenitog gasa Energija druge jonizacije skoro dvostruko vea od prve! e- lake odstraniti sa neutralnog atoma nego sa pozitivno naelektrisanog jonaTehnika hemija_IZS_Mainstvo 64

EjZavisi od elektronske konfiguracije atoma Najnia kod s-elemenata prve grupe PSE Li, Na, K, Rb, Cs


65

ELEKTRONSKI AFINITETTenja nekog elementa da primi elektron i pree u negativan jon Kvantitativno Ea koliina energije koja se oslobodi ili utroi kada neutralan atom (A) primi e- i pree u negativan jonTehnika hemija_IZS_Mainstvo 66

EaZavisi od elektronske konfiguracije atoma Raste u periodi od prve ka sedmoj glavnoj grupi PSE to je elektronski afinitet vei, vea je i koliina energije koja se oslobodi pri nastajanju negativnog jona


67

EaJe vei to je atom manji privlane sile jezgra vee, odbojne sile elektrona manje


68

ELEKTRONEGATIVNOSTTenja nekog elementa da povea gustinu elektrona ODNOSNO Sposobnost atoma nekog elementa da privue zajedniki elektronski par kojim je formirana hemijska veza


69

ELEKTRONEGATIVNOSTRaste u periodi sa porastom atomskog broja Opada u grupi sa porastom atomskog broja Elementi I grupe najmanju (Rb, Cs, Fr!) Elementi VII grupe najveu (F, Cl!)Tehnika hemija_IZS_Mainstvo 70

VELIINA ATOMA I JONANajvei atomski radijus imaju elementi I grupe PSE Najmanji atomski radijus imaju elementi VII grupe PSE U odreenoj grupi PSE veliina atoma raste sa porastom rednog broja


71

VELIINA ATOMA I JONAPozitivni joni su manji od atoma elemenata iz kojih su nastali kontrakcija elektronskog oblaka Negativni joni su vei od atoma elemenata iz kojih su nastali poveava se elektronski oblak ekspanzija


72


73

VELIINA ATOMA I JONA


74

Atomski radijusi elemenata


75