Obecná chemie C1020 Jiří Pinkas r Ustav chemie - Univerzitní kampus Bohunice Budova A12, 3. patro, místnost 321 Tel. 549496493 jpinkas@chemi.muni.cz i Obecná chemie C1020 Přednáška - A11/132 a 205 Út 17 - 19.00 Čt 10 - 12.00 Materiály z přednášky budou vystaveny v ISu Zkouška písemná - leden a únor 2011 Seminář C1040 2 Obecná chemie C1020 Klikorka - Hájek - Votinský. Obecná a anorganická chemie 1989 a. 2. nezměn. vyd. Praha : SNTL Hála. Pomůcka ke studiu obecné chemie. Brno : Masarykova univerzita, 1993. Růžička - Toužín. Problémy a příklady z obecné chemie. Názvosloví anorganických sloučenin Brno : Masarykova univerzita, 2000 - 2010. 3 Věda a vědecká metoda Věda - Kvantitativní studium přírody a přírodních zákonů. Proces, při kterém se získávají nové poznatky. Empirické postupy řešení problému. Zabývá se pouze racionálními výroky, které lze potvrdit nebo vyvrátit pozorováním nebo experimenty. Francis Bacon Y \ *|(1561-1626) Věda •Soubor znalostí, vědomostí a zobecnění, které jsou považovány za pravdivé •Vědecká metoda, jíž jsou tyto znalosti získávány - pozorování, pokus, dedukce •Vědecký jazyk - přesně definované pojmy 5 Věda a výzkum Technologie - aplikace znalostí k přeměně okolí, výrobky k prodeji Aplikovaný výzkum - krátkodobý, používá poznatky základního výzkumu, praktické aplikace Základní výzkum - dlouhodobý, cílem nejsou aplikace ale objevování nových přírodních zákonů a získávání nových poznatků a principů Počátky chemie První písemná zmínka o chemii Mezopotámie 1200 př. n. l. Tapputi-Belatekallim - výrobkyně parfémů Věda a vědecká metoda Pozorování (kvalitativní) Měření (kvantitativní) Hypotéza, vysvětlení, předpověď Experiment, ověření Přírodní zákon (co se děje) Teorie, model (proč se to děje) Modifikace teorie Správně navržený pokus (např. měřit jednu proměnnou, ostatní konstantní) potvrdí nebo vyvrátí pravdivost hypotézy. Hypotéza, která neobstojí musí být odmítnuta. Pokusy potvrzující hypotézu musí být reprodukovatelné. 8 Copernicus Experiment, ověření ^^^^^^HSS 112Cn Pozorování a vysvětlení První vysvětlení přírodního jevu - hypotéza úspěšně testovaná vyplněnou předpovědí: Tháles Milétský Vysvětlil zatmění Slunce - měsíc v novu přejde přes sluneční kotouč Předpověď dalšího zatmění Slunce 585 př. n. l. Počátek vědeckého myšlení, racionální přístup bez mystiky a náboženských představ Základní prvek je voda 10 Mi .'í 39^ £ Pozorování a vysvětlení Johann Joachim Becher (1635 - 1682) První konzistentní vysvětlení několika přírodních jevů: Georg Ernst Stahl (1660 - 1734) Flogiston 1) Hoření uhlí = uvolnění flogistonu 2) Hoření kovů = uvolnění flogistonu + vznik oxidu 3) Reakce uhlí s oxidy kovů (rudy) = redukce na kov přenos flogistonu z uhlí na oxid (kov = oxid + flogiston) PROBLÉM: Kov hoří = oxid + flogiston Při oxidaci kovů je hmotnost produktů vyšší = flogiston má negativní hmotnost © 1 Počátky kvantitativních experimentů Pozorování a vysvětlení Vyvracením flogistonové teorie se vytvářela moderní chemie. Nesprávná teorie je postupně vyvracena na základě experimentů, které odpovídají nové teorii. hoření = slučování s O2, vyšší hmotnost produktů - vážení Zákon zachování hmoty flogiston = -O2 A . . T . T & 2 Antoine Laurent Lavoisier Zahřívání HgO (1743 1794) (redukce na kov bez flogistonu z C) 12 Tři objevitelé kyslíku Carl Wilhelm Schelle (1742 - 1786) 1771 připravil O2 publikoval 1777 Ochutnával chemikálie Joseph Priestley (1733 - 1804) Deflogistonovaný vzduch - publikoval 1774 Antoine Lavoisier (1743 - 1794) 1783 Oxygen - prvek Zahřívání HgO, Ag2CO3, Mg(NO3)2, NaNO3 13 Přírodní zákony a teorie Přírodní zákon - tvrzení, které sumarizuje opakovaná pozorování přírodních jevů, mění se jen zřídka (Coulombův zákon, Periodický zákon, Trestní) Pravdivý, univerzální, absolutní, stabilní, reverzibilní, jednoduchý. Teorie - tvrzení, které vysvětluje známá fakta a zákony z nich vyplývající, jsou produktem lidského myšlení a mohou se měnit nebo být úplně odmítnuty pod vlivem vývoje nových experimentálních metod, přesnějších měření Objektivita - platí vždy při splnění potřebných podmínek Schopnost předpovědi - předpoví existenci dosud nepozorovaných jevů The periodic table of the elements Vědecký jazyk- přesná definice pojmů • Chemické názvosloví (jména prvků, obecné a systematické názvy sloučenin) • Názvy laboratorního nádobí a přístrojů (Bunsenův kahan, Erlenmeyerova baňka, Soxletův Joachim Jungius extraktor) (1587 - 1657) • Jmenné reakce (Grignard, Wittig, Zakladatel vědeckého jazyka Heck, Suzuki) Potřeba přesné definice pojmů • Názvy zákonů, rovnic a principů (Boyle, Schroedinger, Boltzman, Základem vědy je experiment Avogadro, Arrhenius) a závěry z něho vyvozené 16 Zjednodušený obraz skutečnosti Usnadní vysvětlení problému Idealizace Aproximace Nový přesnější model s příchodem přesnějších metod měření Model Reálný svět existuje. (Matrix) Model je pokus popsat reálné objekty pomocí myšlených ideálních objektů. Vysvětlit přírodní jevy na mikroskopické úrovni (např. atomy) pomocí pozorování a zkušeností na makroskopické úrovni. Model není totožný s realitou, je to lidský výtvor založený na nedokonalém poznání a pochopení přírody. Modely se stávají komplikovanějšími a podrobnějšími s vývojem našeho poznání. 18 Model Jednoduché modely obsahují mnoho zjednodušujících a omezujících podmínek a předpokladů, mohou tedy poskytnout jen kvalitativní informace (Atom H) Pro efektivní použití modelu je nutno znát jeho předpoklady a omezení, jeho přednosti a slabiny. Lze klást jen takové otázky, na které může daný model odpovědět. I když je model užitečný pro vysvětlení velkého počtu jevů, nelze předpokládat, že bude fungovat v každém případě. 19 Model "Jediné, co mě zajímá, je najít soubor pravidel, která by souhlasila s chováním přírody, a nezkoušet jít příliš daleko za to. Zjistil jsem, že většina filozofických diskuzí je psychologicky užitečná, ale nakonec, když se podíváte zpátky do historie, zjistíte, že to, co bylo kdysi řečeno s takovou pádností, je téměř vždy - do jisté míry -nesmyslné!" Richard P. Feynman (1918 - 1988) NP za fyziku 1965 20 Teorie a experiment Suv^fe Kun mí Mtiihcřnátjci Cďfarct ■ SfC^líSsí Jí.......m;, ^ Cenířčr > Ubi materia, ibi geometria Kde je hmota, tam je geometrie měření Johannes Kepler (1571 - 1630) Aby byl experiment přijat za pravdivý, musí být nezávisle verifikovaný, zopakovaný. 21 vějíř Experiment kopí had Příběh o šesti slepých bratrech ěna provaz strom 22 Elementární analýza Experiment RTG strukturní analýza Hmotnostní spektrometrie, MS Vibrační spektroskopie, IR, Kvantitativní experiment Johann Baptista van Helmont (1579 - 1644) Robert Boyle (1627 - 1691) Objemy plynů Joseph Black (1728 - 1799) Hmotnost reaktantů a produktů Henry Cavendish (1731 - 1810) 24 Kvantitativní experiment Messen heist Wissen "When you can measure what you are speaking about, and express it in numbers, you know something about it; but when you cannot measure it, when you cannot express it in numbers, your knowledge is of a meagre and unsatisfactory kind. It may be the beginning of knowledge, but you have scarcely, in your thoughts, advanced to the stage of science." Lord Kelvin (William Thomson) (1824- 1907) 25 Veličiny, Rozměry, Jednotky Příklad: http://www.labo.cz/mftabulky.htm Veličina: E, energie Rozměr: kg m2 s-2 Jednotka: J, eV, kalorie,..... Základní rozměry: délka, čas, hmotnost, elektrický náboj, mol,... Složené rozměry: rychlost = délka x (čas)-1 Frekvence? Bezrozměrné veličiny: Poměry dvou stejných veličin (např. molární zlomek) Argumenty ln, exp, sin, cos, tan 26 Základní jednotky SI Veličina Jednotka Zkratka Hmotnost Kilogram kg Délka Metr m Čas Sekunda s Teplota Kelvin K Elektrický proud Amper A Látkové množství Mol mol Svítivost Kandela cd 27 Základní jednotky SI 1 m = délka dráhy, kterou proběhne světlo ve vakuu za 1/299 792 458 sekundy 1 kg = hmotnost mezinárodního prototypu kilogramu uloženého v Mezinárodním úřadě pro váhy a míry v Sévres u Paříže 1 s = doba rovnající se 9 192 631 770 periodám záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu cesia 133 28 Základní jednotky SI 1 A = stálý elektrický proud, který při průchodu dvěma přímými rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného kruhového průřezu umístěnými ve vakuu ve vzájemné vzdálenosti 1 metr vyvolá mezi nimi stálou sílu 2.10-7 newtonu na 1 metr délky vodiče 1 K = 1/273.16 termodynamické teploty trojného bodu vody 29 Základní jednotky SI 1mol = látkové množství soustavy, která obsahuje právě tolik elementárních částic (entit), kolik je atomů v 0.012 kilogramu nuklidu uhlíku 12C (přesně) 1 cd = svítivost zdroje, který v daném směru vysílá monochromatické záření o kmitočtu 540 1012 hertzů a jehož zářivost v tomto směru je 1/683 wattu na steradián 30 Y Yotta 1024 Z Zetta 1021 E Exa 1018 P Peta 1015 T Tera 1012 G Giga 109 M Mega 106 k kilo 103 1 100 Násobky - předpony 32 ásobky- predpony 1 1oo m mili \i mikro 1o -6 n nano 1o -9 p piko 1o 12 f femto 1o 15 a atto 1o 18 z zepto 1o -21 y yokto 1o -24 Násobky-předpony % = 1 v 102 %<> = 1 v 103 ppm = 1 g v 1 t nebo 1 atom v 106 atomech ppb = 1 mg v 1 t nebo 1 atom v 109 atomech ppt = 1 (Lig v 1 t nebo 1 atom v 1012 atomech 33 34 Hmotnost Atomová hmotnostní jednotka 1/12 hmotnosti atomu nuklidu 12C 1 amu = 1 u = 1.6606 10-27 kg 1 kg A. Einstein: hmotnost tělesa v pohybu je větší než hmotnost v klidu i - Rychlost tělesa v Klidová hmotnost tělesa m0 Rychlost světla c = 2.9979 108 m s-1 35 Látkové množství, mol Avogadrova konstanta = počet atomů uhlíku v 0.012 kg (12 g)nuklidu 12C NA = 6.022 1023 mol-1 Látkové množství, jednotka mol n = podíl počtu částic N (atomů, molekul, elektronů,....) a NA 36 Atomová a molární hmotnost Atomová Am a molární hmotnost Mm Hmotnost 1 molu látky [kg mol-1] Am(12C) = 12 x u x NA = = 12 x 1.6606 10-27 kg x 6.022 1023 mol-1 = = 0.01200 kg mol-1 = 12.00 g mol-1 37 Délka 1 Ángstrôm = 10-10 m 1 Á = 100 pm = 0.1 nm Bohrův poloměr a0 = 5.3 10-11m = 0.53 Á Délky vazeb v molekulách 1 až 4 Á Průměr atomu Cu je 2.55 Á Anders Jonas Angström (1814 - 1874) Průměr vesmíru: 17 miliard světelných let = 1.6 1026 m Průměr atomového jádra = 10-15 m 38 Vazebné vzdálenosti Vazebné vzdálenosti (v Á) Vazba CC CN COCHNHOH Jednoduchá 1.53 1.47 1.42 1.09 1.00 0.96 Dvojná 1.34 1.27 1.21 Trojná 1.20 1.15 o 40 Objem 1 pm3= 10-6Á3 Objem molekuly fullerenu C60 asi 500 Á3 Molární objem ideálního plynu = objem 1 molu plynu při teplotě 0 °C a tlaku 101325 Pa VM = 22.414 l mol-1 41 [g cm-3] Hustota závisí na teplotě a tlaku Hustota Látka Hustota při 20 °C, g cm 3 Stav Kyslík 0.00133 g Benzen 0.880 l Lithium 0.535 s Voda 0.9982 (1.00 pro lab. výpočty) l Hliník 2.70 s v Železo 7.87 s Olovo 11.34 s Rtuť 13.6 l Zlato 19.32 s Iridium 22.65 s [g cm-3] Hustota závisí na teplotě Při20 °C Hustota Pyknometr Nádoba na dolití IN Nádoba na vylití EX 43 Čas Kinetika dějů, chemických reakcí Doba, s Událost 10-21 Jaderné srážky 10-15 Excitace elektronu fotonem, fs 10-12 Radikálové reakce, přenos energie, valenční vibrace 10-9 Fluorescence, rotace, přenos protonu 10-6 Fosforescence 10-3 Rychlé bimolekulární reakce 100 Úder srdce, pomalé bimolekulární reakce 44 Rychlost Rychlost světla ve vakuu c = 2.99792458 108 m s -1 = 3 108 m s -1 = 300 000 km s E = m c2 vA = c Albert Abraham Michelson (1852 - 1931) NP za fyziku 1907 -1 45 Frekvence, vlnová délka, vlnočet Počet periodických dějů za časový interval Frekvence v = 1/ t [Hz = s-1] Kmity Vibrace Rotace Srážky molekul Vzdálenost mezi dvěma maximy Vlnová délka X [m] Počet vln na jednotku délky Vlnočet v = 1/X [cm-1] 46 Frekvence, vlnová délka, vlnočet vX = c c = 2.998 108 m s-1 Visible spectrum am sod 400 nm Vlnová délka, m 100 ÍO2 radio miera wave infrared Frekvence, Hz 10-iO 10-12 J_ Ultra -v o let X-ray 10^ —r 10* 1010 1C in i i -I-L. Gamma-ray 10" 10^ 10* 22 10 10- 10 u 10 w Energie fotonu, J Čtyři základní síly - interakce Gravitační Elektromagnetická (e-e repulze, p-e přitažlivost) Silné interakce (jaderné, drží protony pohromadě) Slabé interakce (drží p a e pohromadě v neutronu) 48 1 Newton = gravitační síla působící na jablko Isaac Newton] (1642 - 1727)^^ Síla F = m g g = 9.806 Elektrický náboj Elementární náboj e = 1.602 10-19 C [1 C = 1 A s] Všechny náboj e j sou celistvým násobkem e i? , W q = Z e 1 Charles Augustin Coulomb Coulombův zákon (1736 - 1806) Přitažlivá síla F mezi dvěma náboji opačného znaménka je nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti r mezi nimi a přímo úměrná velikosti nábojů q. 50 Tlak 1 Pascal = tlak kterým působí jablko na 1 m2 1 Pa = 1 N m-2 1 atm = 101 325 Pa = 760 mm Hg (Torr) = 1.01325 bar 1 bar= 105 Pa= 100 kPa Standardní tlak = 1 bar 51 Teplota Kelvin, K Absolutní nula 0 K je nedosažitelná -273.15 °C Současný rekord: ~100 pK Celsius, °C 0 °C = 273.15 K T[°C] = T[K] -273.15 Standardní teplota 25 °C = 298 K Lord Kelvin (William Thomson) (1824- 1907) 52 Teploměr 1592 Galileo 1629 teploměrplněný brandy Joseph Solomon Delmedigo, lékař a rabín Změna fyzikální vlastnosti závislé na teplotě: • Objemová roztažnost rtuti • Délková roztažnost kovů • Elektrický odpor kovů • Stav kapalných krystalů Definice Celsiovy stupnice Teplota tání ledu při 1 atm = 0 °C Teplota varu vody při 1 atm = 100 °C Rozděl na 100 dílků ITS-90 Mezinárodní teplotní stupnice Trojný bod vody = 273.16 K 53 ITS-90 T, K ITS-90 Mezinárodní teplotní stupnice e-Hydrogen (T) 13,8033 Neon(T) 24,5561 Oxygen (T) 54,3584 T = Trojný bod Aigon (T) 83,8058 Mercury (T) 234,3156 Water (T) 273,16 Gallium 302,9146 Interpolace Indium 429,7485 Tin 505,078 Zinc 692,677 Kalibrace Aluminium 933,473 Silver 1234,93 Gold 3337,33 Copper 1357,77 54 ky 55 Kapalné prv Energie 1 Joule = energie úderu lidského srdce 1 cal = 4.184 J 1 eV kinetická energie elektronu, který je urychlen potenciálem 1 V E = e U = 1.60210 10-19C x1V = 1.60210 10-19 J = 1 eV ".: i'K- ' > i í1™ .'V James Prescott Joule (1818 - 1889) 1 eV (molekula)-1 = 1 eV x NA = 96 485 J mol-1 56 Energie E = m c2 = 1.66 10-27 kg x (3.00 108 m s -1)2 = 1.49 10-10 J 1 amu = 931.4 MeV Ekin = % m v2 Ek,n = 3/2 k T k = 1.380662 10-23 J K-1 Boltzmannova konstanta kT = 1 zJ pro laboratorní teplotu E = h v h = 6.626176 10 -34 J s Planckova konstanta 57 Energie Ecelk = E(elektronová) + E(vibrační) + E(rotační) + Eost E(elektronová) 100 kJ mol-1 E(vibrační) 1.5 - 50 kJ mol-1 E(rotační) 0.1 - 1.5 kJ mol-1 58 Vazebné energie, kJ mol-1 (jednoduché vazby) H C N O S F Cl Br I 59 -100- Vazebná molekuly 74 100 200 (H?bortíiength) |ntf?rnuC|ear di$tanw (pn) Vazebná vzdálenost v molekule H2 Vazebná energie N2 Použití NH3 80% hnojiva 10% plasty 5% výbušniny 1909 Fritz Haber N2(g) + H(g) 500 oC, 250 atm, Fe katalyzátor výtěžek 20% 942 kJ mol-1 Měření, platné číslice Měření = určení velikosti veličiny v daných jednotkách Měření = odečtení hodnot na stupnici + odhad posledního místa výsledku na desetinu nejmenšího dílku stupnice Platné číslice = čísla odečtená ze stupnice + poslední odhadnuté místo Chybu měření předpokládáme minimálně ±1 posledního místa 62 Před měřením určit 32.33 °C 70- Kolik je nejmenší dílek na stupnici I 30^ 32.3 °C 63 Měření Odečtení z digitální stupnice Chybu měření předpokládáme ±1 posledního místa 64 Přesnost a správnost měření Měření každé fyzikální veličiny je spojeno s určitou nepřesností -chybou. Opakovaná měření se od sebe liší - drobné odchylky jsou obvykle na posledním místě výsledku. Přesnost = rozdíl mezi jednotlivými výsledky měření, závisí na schopnostech experimentátora Správnost = rozdíl mezi výsledky měření a skutečnou hodnotou, závisí na kvalitě měřícího přístroje mm mm 65 Platné číslice Nuly mezi desetinnou čárkou a první nenulovou číslicí nejsou platné číslice 0.0034 Nuly za nenulovými číslicemi ve výsledku vyjádřeném desetinným číslem jsou platnými číslicemi 0.003400 Nuly na konci výsledku, který neobsahuje desetinnou čárku, MOHOU, ale NEMUSÍ být platnými číslicemi, záleží na přesnosti měření 1200 Proto pro jednoznačnost se používá EXPONENCIÁLNI zápis: jedno místo před desetinnou čárkou, desetinná místa odpovídající přesnosti měření, exponent, jednotka: 1.2 103 66 Platné číslice Odečtení ze stupnice - počet platných číslic určen kvalitou přístroje 10— = I 9^ 8 8.75 cm3 8.00 cm3 NE 8 cm3 !!!! u / čísla odečtená ze stupnice + poslední odhadnuté místo Platné číslice Exaktní čísla = nekonečný počet platných míst (nuly), nemají chybu měření -počet lidí, pokusů, ... -převodní faktory 1 týden = 7 dní 7.000000000 1 inch = 2.54 cm -definice 0 °C = 273.15 K 69 Operace s platnými číslicemi r Násobení a dělení: výsledek má tolik PLATNÝCH číslic jako má číslo s nejmenším počtem platných číslic p V = n R T p = 748 Torr = 99.7 1 03 Pa V = 1254 ml = 1.254 10-3m3 T = 298 K R = 8.314 J K-1 mol-1 n = pV/RT = 5.0462226 10-2 mol = 5.05 10-2 mol Zaokrouhlování - zaokrouhlovat až konečný výsledek. 70 Operace s platnými číslicemi Sčítání a odčítání: výsledek má tolik DESETINNÝCH míst jako má číslo s nejmenším počtem desetinných míst Příklad: Naměříme 2.5 cm pomocí pravítka a 1.2 |um pomocí mikrometru sečteme 2.5 cm s chybou ±0.1 cm +0.00012 cm s chybou ±0.00001 cm výsledek není 2.50012 cm ale 2.5 cm protože chyba prvního měření převyšuje řádově hodnotu druhého měření 71 Hmota Cokoliv zabírá prostor a má hmotnost je hmota Rozdělení hmoty Pole Čistá látka Látka Dělení Prvek Nuklid Sloučenina 1 Molekuly Atomy Jednoatomové Víceatomové Směs Homogenní Heterogenní Obal —^Elektrony Protony Jádro —► J Neutrony 73 Fyzikální stav Plyny Kapaliny Pevné látky Na Mg 298 K (25*C) gas liquid solid II N|lll AI Si P S Cl Ar llllllllllllllll Br ^ Ds lil UlllllllllH£ lllll Fr llllllllllllll Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No 74 8643 75 Zákon zachování hmoty Lavoisierův zákon 1785 Hmota se netvoří ani nemůže být zničena. Při chemických reakcích zůstává hmotnost všech zúčastněných sloučenin konstantní. pí Zákon je výsledkem přesného měření: vážení reaktantů a produktů 76 Zákon zachování hmotnosti a energie Hmotnost je mírou gravitačních vlastností a setrvačnosti Ekvivalence hmoty a energie E = m c2 1 amu = 1.66 10-27 kg = 931.4 MeV Soustava: Izolovaná = Hmotnost a energie je konstantní Uzavřená = Hmotnost je konstantní, energie se vyměňuje s okolím Úbytek hmotnosti při uvolnění energie: • Chemické reakce ng na mol • Jaderné reakce mg na mol Zákon stálých slučovacích poměrů Proustův zákon konstantního složení 1788/1799 Prokázal konstantní složení vody, CuCO3 t-.,!.. VJ li - - v . . , Louis JosephProust Daná sloučenina vždy obsahuje přesně stejná *1 w . i , , ^ v . , i o (1754 - 1826) relativní hmotnostní množství prvků, ze kterých se skládá. Nezáleží na způsobu vzniku nebo postupu přípravy. 1.000 g UHLÍKU se vždy sloučí s 1.333 g KYSLÍKU na CO 78 Zákon násobných slučovacích poměrů Daltonův zákon 1803 Tvoří-li dva prvky řadu sloučenin (N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5) hmotnosti druhého prvku, který se slučuje s 1 g prvního prvku lze vždy vyjádřit malými celými čísly Tabulka relativních atomových hmotností 14 prvků vzhledem k H (=1) jako standardu. John Dalton (1766 - 1844) 79 r = m (O )CrxOy m (O )CrO Oxidy chromu Sloučenina m(Cr), g m(O), g Poměr, r CrO 1.000 0.3077 1.000 Cr2O3 1.000 0.4615 1.499 CrO2 1.000 0.6154 2.000 CrO3 1.000 0.9231 3.000 80 Nestechiometrické sloučeniny-bertholidy Sloučeniny s kovem ve více oxidačních stavech ^^^^^ Oxidy, sulfidy, nitridy,... « Fe^O x = 0.05-0.15 | 3 Fe2+ = 2 Fe3+ + 1 vakance (Fe) I Fe2+ = modrá Fe3+ = červená C. L. Berthollet (1748 - 1822) Vakance = neobsazená pozice 81 Daltonova atomová teorie 1805 Každý prvek se skládá z malých nedělitelných a nezničitelných částic - atomů (ne pro jaderné přeměny). Atomy stejného prvku mají identické vlastnosti a hmotnost (ne pro nuklidy), atomy různých prvků se podstatně liší ve vlastnostech a hmotnosti (ne pro izobary). Sloučeniny jsou tvořeny spojením atomů různých prvků, pro danou sloučeninu vždy stejné typy atomů ve stejném poměru. Chemická reakce je reorganizace vzájemného uspořádání atomů. zákon - teorie 82 1809 Plyny se slučují v jednoduchých poměrech objemových 2 objemy vodíku + 1 objem kyslíku — 2 objemy vodní páry 83 Zákon stálých objemů 2 objemy vodíku + 1 objem kyslíku — 2 objemy vodní páry 84 Avogadova hypotéza 1811 Z Daltonovy atomové teorie a Gay-Lussakova zákona vyvodil: Při stejné teplotě a tlaku obsahují stejné objemy různých plynů stejný počet částic. Plyny jsou dvouatomové molekuly. Objem 1 molu plynu je 22.4 litru při 0 °C a 101325 Pa V =22 4 1moH Amadeo Avogadro Vm 22.4 l mm (1776 - 1856) 35 Zákon stálých objemů H2 H2O 2 objemy vodíku + 1 objem kyslíku — 2 objemy vodní páry 86 Avogadrova molekula Molekuly = nejmenší částice látky schopné samostatné existence Určují chemické vlastnosti látek. He, Ne, Ar,..... N2, P4 (bílý), S8, C6o,...... BCl3, CH4, H2O, NH3...... Nejsou molekuly: NaCl, SiO2, BeF2, C (grafit, diamant),..... Hmotnost - mol - Avogadrova konstanta Prvky se slučují ve stálých hmotnostních poměrech: NaCl 23.0 g Na s 35.5 g chloru Škála relativních atomových hmotností: H = 1.0, C = 12.0, O = 16.0 Definice molu: 12.0 g C = 1 mol Pak 23.0 g Na = 1 mol 1 mol = 22.4 litru Změřit kolik částic je v 1 molu (Loschmidt, Perrin,...) NA = 6.022 1023 mol-1 88 Látkové množství 1 mol = takové množství částic (atomů, molekul, elektronů,... ) jako ve 12 g uhlíku 12C NA = 6.022 1023 mol-1 Chemické vzorce Na2SO4 Stechiometrie chemických rovnic 2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C -> 6 CaSiO3 + 10 CO + P 89 Výpočet Avogadrovy konstanty Loschmidtovo číslo = počet molekul v jednotce objemu ideálního plynu 1865 z kinetické teorie plynů vypočetl n0 = 2.6 1019 molekul cm-3 Dnešní hodnota: 2.686 7775 1025 m-3 Avogadrova konstanta NA = 6.022 141 99 1023 mol"1 Johann Josef Loschmidt (1821 - 1895) Počerny u KV 90 Výpočet Avogadrovy konstanty fa Vr \ K Brownův pohyb částic v kapalině 1908 Důkaz existence molekul Zavedl pojem Avogadrova konstanta a experimentálně zjistil její hodnotu Jean Baptiste Perrin (1870- 1942) NP za fyziku 1926 6.82 1023 molekul ve 2 g vodíku 91 Výpočet Avogadrovy konstanty Z rentgenové strukturní analýzy Ti monokrystalů Příklad: Ti tělesně centrovaná kubická buňka Z = 2, a = 330.6 pm _ Hustota Ti p = 4.401 g cm-3 I A(Ti) = 47.88 g mol-1 I 2 Ti na 1 buňku o objemu V = a3 I pa3 = Z A(Ti)/NA I NA = Z A(Ti) / V p 92