Základní chemické zákony
Chemické zákony, látkové množství, atomová a molekulová hmotnost,
stechiometrický vzorec, platné číslice
1 / 11
Zákony zachování
▶ Zákon zachování hmoty
▶ Lavoisier, 1785
▶ Hmota se netvoří, ani nemůže být zničena
▶ Zákon zachování energie
▶ Energii nelze ani vyrobit, ani zničit, lze ji pouze přeměnit na jiný
druh energie.
▶ Zákon zachování hmoty a energie
▶ Ekvivalence hmoty a energie je dána rovnicí 𝐸 = 𝑚𝑐2
▶ 𝑢 = 1.66.10−27
𝑘𝑔 = 931.4𝑀 𝑒𝑉 = 1.49.10−10
𝐽
▶ Uzavřená soustava - hmotnost a energie v soustavě je konstantní
▶ Otevřená soustava - hmotnost v soustavě je konstantní a energie se
vyměňuje s okolím
2 / 11
Zákon stálých poměrů slučovacích
▶ Louis Joseph Proust, 17991
▶ Hmotnostní poměr prvků nebo součástí dané sloučeniny je vždy stejný
a nezávisí na způsobu přípravy sloučeniny.
C + O2 −−→ CO2
2 CO + O2 −−→ 2 CO2
CaCO3 −−→ CaO + CO2
▶ V CO2 je vždy obsah uhlíku 27,29 % a kyslíku 72,71 %.
1Proust, J.-L. (1799). Researches on copper, Ann. chim., 32:26-54.
3 / 11
Zákon násobných poměrů slučovacích
▶ John Dalton, 1808
▶ Tvoří-li spolu dva prvky více sloučenin, pak hmotnosti jednoho prvku,
který se slučuje se stejným množstvím prvku druhého, jsou vzájemně
v poměrech, které lze vyjádřit malými celými čísly.
Sloučenina m (N) [g] m (O) [g] 𝑚(𝑂)𝑁2 𝑂
𝑚(𝑂)𝑁 𝑥 𝑂 𝑦
𝑁2 𝑂 1,00 0,57 1,00
𝑁 𝑂 1,00 1,14 2,00
𝑁2 𝑂3 1,00 1,72 3,00
𝑁 𝑂2 1,00 2,28 4,00
𝑁2 𝑂5 1,00 2,85 5,00
▶ Daltonidy - sloučeniny, které splňují zákon násobných poměrů slu-
čovacích.
▶ Bertolidy - nestechiometrické sloučeniny, např. pyrhotin, minerál
s přibližným vzorcem 𝐹 𝑒1−𝑥 𝑆, kde 𝑥 = 0 − 0, 2.
4 / 11
Zákon stálých poměrů objemových
▶ Gay-Lussac, 1805
▶ Při stálém tlaku a teplotě jsou objemy plynů vstupujících spolu do
reakce, popřípadě též objemy plynných produktů reakce, vždy ve
stejném poměru, který je možno vyjádřit malými celými čísly.
▶ 1 𝑑𝑚3
kyslíku se sloučí s 2 𝑑𝑚3
vodíku za vzniku 2 𝑑𝑚3
vody.
▶ 𝑂2 + 2 𝐻2 → 2 𝐻2 𝑂
5 / 11
Avogadrův zákon
▶ Amadeo Avogadro
▶ Stejné objemy všech plynů obsahují za stejného tlaku a teploty vždy
stejný počet molekul.
▶ 𝜌1
𝜌2
=
𝑚1
𝑉
𝑚2
𝑉
▶ Avogadrova konstanta: 𝑁 𝐴 = 6, 022.1023
částic.2
Její hodnotu
stanovil roku 1865 rakouský chemik Johan Josef Loschmidt.
▶ Původně byla definována jako počet atomů ve 12 g nuklidu 12
6 C.
▶ V roce 2018 byla její hodnota zafixována:3
▶ 𝑁 𝐴 = 6, 02214076 × 1023
▶ Látkové množství: 𝑛 = počet částic
𝑁 𝐴
= 𝑚
𝑀
▶ Molární objem: 𝑉 𝑚 = 22, 414 dm
3
. Objem 1 molu plynu za standardních
podmínek.
2A mole of moles
3CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2018
6 / 11
Atomová, molekulová a molární hmotnost
▶ Hmotnost atomu je dána především počtem protonů a neutronů
v jádře, hmotnost elektronů je zanedbatelná.
▶ Hmotnost atomu je velmi malé číslo, např. hmotnost 12
6C je 1, 99.10−26
kg.
Proto tuto hmotnost vztahujeme na atomovou hmotnostní jednotku,
která je rovna 1
12 hmotnosti nuklidu 12
6C.4
▶ u = 1,661.10−27
kg; 𝐴 𝑟 = 𝑚
𝑢
▶ Relativní atomová hmotnost (𝐴 𝑟) je dána hmotnostním poměrem
atomových hmotností jednotlivých izotopů prvku.
▶ Chlor: 35
Cl (75,529 %), 37
Cl (24,471 %)5
▶ 𝐴𝑟(𝐶𝑙) = 𝑤(35
𝐶𝑙) ⋅ 𝐴 𝑟(35
𝐶𝑙) + 𝑤(37
𝐶𝑙) ⋅ 𝐴 𝑟(37
𝐶𝑙) = 0, 75529 ⋅
34, 97 + 0, 24471 ⋅ 36, 97 = 35, 45
4IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights
5NIST Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements
7 / 11
Atomová, molekulová a molární hmotnost
▶ Relativní molekulová hmotnost (𝑀 𝑟) prvku nebo sloučeniny je
rovna součtu 𝐴 𝑟 všech atomů v molekule.
▶ H3PO4:
▶ 𝑀 𝑟 = 2𝐴 𝑟(𝐻)+𝐴 𝑟(𝑃)+4𝐴 𝑟(𝑂) = 2.1, 01+30, 97+4.16, 00 = 98, 02
▶ Molární hmotnost (M) látky je rovna podílu hmotnosti a látkového
množství.
▶ 𝑀 = 𝑚
𝑛 [𝑔.𝑚𝑜𝑙−1
]
8 / 11
Stechiometrický vzorec
▶ Stechiometrický vzorec vyjadřuje poměr zastoupení prvků v molekule.
Získáme jej např. z elementární analýzy.
▶ Uzavíráme jej do složených závorek {}.
▶ Elementární analýza poskytuje procentuální zastoupení prvků ve
zkoumaném vzorku.
▶ Stechiometrický vzorec nemusí odpovídat pouze jedné sloučenině.
Sloučenina Stechiometrický vzorec Sumární vzorec
Voda {H2O} H2O
Modrá skalice {H10O9SCu} CuSO4 ⋅ 5 H2O
Methan {CH4} CH4
Ethan {CH3} C2H6
Propan {C3H8} C3H8
Ethyn {CH} C2H2
Cyklobutadien {CH} C4H4
Benzen {CH} C6H6
9 / 11
Stechiometrický vzorec
Získání stechiometrického vzorce z elementární analýzy
Elementární analýzou fosforečnanu hlinitého bylo zjištěno, že obsahuje
10,22 % Al, 35,21 % P a 54,56 % O. Určete stechiometrický vzorec
sloučeniny.
AlxPyOz
Al : P : O = 𝑥.𝐴 𝑟(𝐴𝑙) : 𝑦.𝐴 𝑟(𝑃) : 𝑧.𝐴 𝑟(𝑂)
Al : P : O = 10,22 : 35,21 : 54,56
x : y : z =
10,22
𝐴 𝑟(𝐴𝑙) :
35,21
𝐴 𝑟(𝑃) :
54,56
𝐴 𝑟(𝑂)
x : y : z =
10,22
26,98 :
35,21
30,97 :
54,56
16,00
x : y : z = 0,38 : 1,14 : 3,41
x : y : z = 1 : 3 : 9
Jedná se o sloučeninu se stechiometrickým vzorcem AlP3O9.
10 / 11
Platné číslice
▶ Exaktní čísla – mají nekonečný počet platných desetinných míst,
nemají chybu měření.
▶ Výsledek měření - počet platných míst je dán přesností měření.
▶ Nuly mezi desetinnou čárkou a první nenulovou číslicí nejsou platné
číslice. 0,000 124; 0,0105 002
▶ Nuly, které jsou na konci výsledkou mohou, ale nemusí být platnými
číslice, záleží na přesnosti měření. 0,010 400 0
▶ Čísla je výhodné zapisovat v exponenciálním tvaru: 1, 040.10−2
.
▶ Při násobení a dělení má výsledek tolik platných číslic jako nejméně
přesné číslo.
▶ Při sčítání a odčítání má výsledek tolik desetinných míst jako nejméně
přesné číslo.
11 / 11